JP2005337741A - 建設機械制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業性に優れ、簡単で安価な構成で基準面を検出でき、又基準面の高さ測定、作業位置の高さ測定が可能な建設機械制御システムを提供する。
【解決手段】通信装置１１と、レーザ光線の反射光を受光する受光部を有しレーザ光線４を走査してレーザ光線基準面を形成すると共に該レーザ光線基準面を傾斜可能なレーザ光線照射部と、レーザ光線照射部の傾斜を検出する傾斜検出部とを有する回転レーザ装置１と、整地器具６と、該整地器具に設けられ前記レーザ光線を反射するターゲット５と、前記整地器具の高さを制御する駆動制御部と、送受信部７７と、建設機械の位置を検知するＧＰＳ位置測定装置とを有する建設機械２とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーザ光線を回転照射し、対象物で反射されたレーザ光線を受光し、レーザ光線の受光状態により、作業位置等の位置を測定する建設機械制御システムに関するものである。

従来、レーザ光線を回転照射して、基準面を形成する代表的な装置としては、回転レーザ装置及びレーザ光線を受光する受光装置がある。

回転レーザ装置は、光束が点状のレーザ光線を回転照射して基準面を形成するものである。例えば、レーザ光線を水平面内に回転照射することで、水平基準面が形成され、鉛直面内に回転照射することで鉛直基準面が形成され、傾斜面内に回転照射することで傾斜基準面が形成される。

受光装置は、レーザ光線を受光し検出する受光部を有し、該受光部が検出したレーザ光線に基づき水平基準位置、鉛直基準位置等の測定を行うものであり、前記回転レーザ装置と受光装置によって建設機械制御システムを構成することができる。又、前記レーザ光線により形成される基準面を利用した建設機械制御システムは、広範囲の作業となる土木作業に有効である。

建設機械による土木作業の様な、野外の広い場所で建設機械制御システムを使用する場合、建設機械に設けられた受光装置によって基準面が検出され、検出された基準面により、建設機械の作業位置が測定される様になっている。この場合、基準面に対する受光装置の位置合せ範囲も大きくなり、受光部が小さいと作業者による手動での操作が困難となるので、受光部が大きくなっている。例えば、形成される基準面が水平基準面である場合は、上下方向に数１０ｃｍ、場合によっては１ｍ以上の受光部を有する受光装置もある。

建設機械、例えばブルドーザに代表される建設機械では、回転レーザ装置と建設機械に設けられた受光装置の組合せで平面の施工管理を行う。又、建設機械の施工状態を管理する場合には、これにＧＰＳ位置測定装置を加え３地上の位置と高さの３次元的な施工管理を行う装置もある。ＧＰＳ位置測定装置により地上面の水平方向の位置検出を行い、高さ方向の検出は安定した回転レーザ装置と受光装置が使われる。

図１１は、受光装置が建設機械に設けられた場合の従来の建設機械制御システムを示している。

図中、１は回転レーザ装置、２は建設機械（図ではブルドーザを示している）を示しており、前記回転レーザ装置１は所定箇所に設置された三脚３に固定され、前記回転レーザ装置１から照射されるレーザ光線４により基準面が形成される。ターゲット５は、前記ブルドーザ２の整地器具、例えばブレード６に立設された取付けポール７に固定される。前記所定箇所の地表から基準面迄の値が既知とされ、前記ターゲット５の受光の基準位置と前記ブレード６の刃先６ａの位置迄の距離を既知とすることで、前記ターゲット５の前記レーザ光線４の受光位置が所定位置に保持される様に造成作業を行えば、計画された平面通りに整地作業を行うことができる。

図１２は、前記ブルドーザ２で使用される前記ターゲット５を示している。

該ターゲット５はポールクランプ８により前記取付けポール７に固定される。前記ターゲット５には受光部９が設けられている。該受光部９は、受光センサ１０が縦に多数配置され縦長に構成されたものであり、該受光センサ１０の内、前記レーザ光線４を受光している前記受光センサ１０から発せられる信号により受光している受光センサ１０を特定でき、該受光センサ１０の位置により前記レーザ光線４の受光位置が検出できる様になっている。

前記ブルドーザ２で工事現場の地表を前記基準面に基づいて削る場合、又は埋める場合、前記受光部９の受光範囲を超える地形で整地をする場合が多々あり、受光範囲が数１０ｃｍ程度の受光装置では受光困難となる。

前記ブレード６は地形に応じて上下に移動する為、該ブレード６に設けられている前記ターゲット５は、例えば３００ｍｍもの長さに亘る前記受光部９を持っていても充分ではない。従って、該受光部９の受光範囲を広げる為、前記ポール７を伸縮させ、前記ターゲット５自体が上下移動できる構造になっているものがある。

然し乍ら、長い前記受光部９は短い前記受光センサ１０を多数配設したもので非常に高価であるという問題がある。更に、前記受光部９を上下させる装置は、駆動部、該駆動部の制御部等の複雑な構造を必要とし、高価な装置となっている。

尚、上下方向に所要の長さを有している受光部を具備した受光装置を使用した建設機械制御システムとしては特許文献１に示されるものがある。

特開平１１−２５６６２０号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、作業性に優れ、簡単で安価な構成で基準面を検出でき、又基準面の高さ測定、作業位置の高さ測定が可能な建設機械制御システムを提供しようとするものである。

本発明は、通信装置と、レーザ光線の反射光を受光する受光部を有しレーザ光線を走査してレーザ光線基準面を形成すると共に該レーザ光線基準面を傾斜可能なレーザ光線照射部と、該レーザ光線照射部の傾斜を検出する傾斜検出部とを有する回転レーザ装置と、整地器具と、該整地器具に設けられ前記レーザ光線を反射するターゲットと、前記整地器具の高さを制御する駆動制御部と、送受信部と、建設機械の位置を検知するＧＰＳ位置測定装置とを有する建設機械とを具備し、前記回転レーザ装置は前記受光部により前記ターゲットからの反射光を受光して前記傾斜検出部によりレーザ光線の高低角を検出し、前記通信装置により高低角、前記回転レーザ装置の位置情報を前記建設機械に送信し、前記駆動制御部は通信により得られた高低角、回転レーザ装置の位置情報、前記ＧＰＳ位置測定装置により測定された建設機械の位置に基づき前記整地器具の高さを演算し、演算結果に基づき該整地器具の高さを制御する建設機械制御システムに係り、更に又前記駆動制御部は、施工データを有し、該施工データに基づき前記整地器具の施工高さを管理する建設機械制御システムに係るものである。

本発明によれば、通信装置と、レーザ光線の反射光を受光する受光部を有しレーザ光線を走査してレーザ光線基準面を形成すると共に該レーザ光線基準面を傾斜可能なレーザ光線照射部と、該レーザ光線照射部の傾斜を検出する傾斜検出部とを有する回転レーザ装置と、整地器具と、該整地器具に設けられ前記レーザ光線を反射するターゲットと、前記整地器具の高さを制御する駆動制御部と、送受信部と、建設機械の位置を検知するＧＰＳ位置測定装置とを有する建設機械とを具備し、前記回転レーザ装置は前記受光部により前記ターゲットからの反射光を受光して前記傾斜検出部によりレーザ光線の高低角を検出し、前記通信装置により高低角、前記回転レーザ装置の位置情報を前記建設機械に送信し、前記駆動制御部は通信により得られた高低角、回転レーザ装置の位置情報、前記ＧＰＳ位置測定装置により測定された建設機械の位置に基づき前記整地器具の高さを演算し、演算結果に基づき該整地器具の高さを制御するので、簡単で安価な構成で基準面を検出でき、又基準面の高さ測定、作業位置の高さ測定、作業位置の高さ管理が容易に行えるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は本実施の形態の概要を示しており、図１中、図１１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

本発明は、傾斜した基準面を形成可能な回転レーザシステム、ＧＰＳ（汎地球測位システム）を組合わせ、建設機械、例えばブルドーザを制御する建設機械制御システムである。

回転レーザ装置１はレーザ光線４を回転照射する発光部、レーザ光線４の照射方向を傾斜させる傾斜機構、及び該傾斜機構を制御する制御部等から構成されるレーザ光線照射部を有し、レーザ光線４の照射方向を傾斜させることができ、レーザ光線４により傾斜した基準面が形成される。又回転レーザ装置１は、ターゲット５からの反射光を受光可能であり、受光状態に基づき前記ターゲット５を追尾可能な構成を具備している。更に、前記回転レーザ装置１には通信装置１１が設けられ、該通信装置１１の受信データは後述する制御演算部５４に送出される。

建設機械２（以下ブルドーザ２）は前記ターゲット５、整地する為のブレード６、該ブレード６を駆動する為のアクチュエータ例えば油圧シリンダ、該油圧シリンダを制御する為の掘削作業駆動制御部、ブルドーザ２の位置を測定する為のＧＰＳ位置測定装置等を具備している。前記ターゲット５はレーザ光線４を前記回転レーザ装置１に向けて反射する様になっている。又、前記ブルドーザ２も通信装置を有し、前記回転レーザ装置１と前記ブルドーザ２は間でデータの送受信が可能となっており、前記回転レーザ装置１は、該回転レーザ装置１の位置、基準面の傾斜角（高低角）等を前記ブルドーザ２に通信可能であり、前記ブルドーザ２は前記ＧＰＳで測定した前記ブルドーザ２の位置等を前記回転レーザ装置１に通信可能である。

図２、図３により該回転レーザ装置１について説明する。

該回転レーザ装置１は既知の点に設置され、又回転レーザ装置１は例えば数ｍ程度の高さの三脚３の上、或は既知の構造物に設置され、回転レーザ装置１の高さも既知となっている。

回転レーザ装置１は回転レーザ装置本体２０を具備し、該回転レーザ装置本体２０は下位に位置する整準部２１を介して三脚３に設置される。

更に、前記回転レーザ装置本体２０は前記レーザ光線４を射出する発光部２３、前記レーザ光線４を基準平面内に定速回転で回転照射する回動部２４、前記発光部２３を垂直軸心を中心に回転させる回転部２２と、前記発光部２３を水平軸を中心に傾動させ、レーザ光線４が形成する基準面の傾斜（高低角）を設定する傾斜設定部２５と、傾斜角を検出する傾斜検出部２６、前記発光部２３に一体に設けられ、前記ターゲット５からの反射レーザ光線４′を受光検出する受光部２７、前記回転レーザ装置本体２０の整準を行う前記整準部２１から主に構成される。

前記回転レーザ装置本体２０の上面には視準器２８が設けられ、該視準器２８により前記ターゲット５に対して前記回転レーザ装置本体２０の向きを概略設定することができる。又、該回転レーザ装置本体２０は上部に前記回動部２４からレーザ光線４が射出される受光窓３４を具備し、前記ターゲット５より反射された反射レーザ光線４′は前記受光窓３４を通って入射し、前記回転レーザ装置本体２０内部に設けられた前記受光部２７に受光される様になっている。

前記回転レーザ装置本体２０のケーシング３８の底部に垂直軸部２９を介して垂直軸心を中心に本体フレーム３０が回転自在に設けられ、前記垂直軸部２９と同心に回転部ギア３１が取付けられると共に回転部エンコーダ３２が設けられている。又ケーシング３８側には回転部モータ３３が設けられ、該回転部モータ３３の出力軸は前記回転部ギア３１に噛合している。前記回転部モータ３３を駆動することで前記回転部ギア３１を介して前記本体フレーム３０が回転し、回転角及び回転方向は前記回転部エンコーダ３２により検知され、該検出結果は制御演算部（ＣＰＵ）５４（後述）に入力される。

前記ケーシング３８の底部には整準部２１が設けられている。該整準部２１は、三脚３に固定される固定基板３９と前記ケーシング３８の底面との間に整準螺子４０を有している。該整準螺子４０は三角形の頂点に位置する様３本設けられており、上端部はケーシング３８に螺合し、下端は前記固定基板３９に回転自在に嵌合している。又、前記整準螺子４０はそれぞれギア列４１を介して整準モータ４２に連結されている。而して、該整準モータ４２によりギア列４１を介して前記整準螺子４０を回転することで、ケーシング３８と固定基板３９との間隙が変化し、回転レーザ装置本体２０を所望の方向に傾斜させることができる。

回転レーザ装置本体２０の傾きは前記本体フレーム３０に設けられた傾斜センサ４４，４５により検出され、該傾斜センサ４４，４５の検出結果は後述する制御演算部５４に入力され、前記傾斜センサ４４，４５の検出結果が前記整準モータ４２の駆動にフィードバックされることで整準が行われる。尚、３本の整準螺子４０の内１本を省略して、１つを傾動可能に支持する単なる支点としてもよい。

前記本体フレーム３０に水平な傾動軸３５を介して前記発光部２３が回転自在に設けられ、前記本体フレーム３０には傾動モータ３６が設けられ、該傾動モータ３６と前記傾動軸３５とはギア列３７を介して連結している。又、前記傾動軸３５には発光部２３の傾動角を検出する傾斜検出部２６が取付けられている。該傾斜検出部２６は例えばエンコーダによって構成されている。前記傾動モータ３６を駆動し、前記ギア列３７、前記傾動軸３５を介して前記発光部２３を傾斜させることができ、前記傾動軸３５の回転角は前記傾斜検出部２６により検出される。

前記発光部２３の上端には前記回動部２４が回転自在に設けられ、該回動部２４には走査ギア１６が設けられ、該走査ギア１６は前記発光部２３に固着された走査モータ１８の駆動ギア１７に噛合する。該駆動ギア１７の駆動により、前記回動部２４が回転する。

該回動部２４は前記発光部２３から入射された前記レーザ光線４の光軸をペンタプリズム１４により９０°偏向し、投射窓１３を通して照射し、レーザ平面を形成する様に回転するものである。前記ペンタプリズム１４は前記発光部２３の光軸を中心に回転する回転支持体１５に設けられ、該回転支持体１５は前記走査ギア１６、駆動ギア１７を介して前記走査モータ１８に連結され該走査モータ１８は走査モータ駆動部５７によって駆動される。前記回転支持体１５の回転状態は、該回転支持体１５に設けられたエンコーダ１９（図３参照）により検出され、該エンコーダ１９の検出信号は前記レーザ光線４の照射方向の角度信号として前記制御演算部５４に入力される。

又、前記発光部２３は半導体レーザ等の発光素子５６を有し、該発光素子５６は発光駆動部５５によって駆動される。前記発光部２３は前記傾動軸３５を介して前記傾斜設定部２５によって傾動され、前記発光部２３の傾斜角は前記傾動軸３５を介して前記傾斜検出部２６により検出される。又、前記発光部２３の傾斜角は照射されるレーザ光線４の高低角として検出され、前記制御演算部５４に入力される。該制御演算部５４は前記受光部２７からの信号を基に傾動モータ駆動部５９を制御し、前記傾動モータ３６を駆動する。傾斜設定は前記受光部２７からの出力が所定の値になる迄前記傾動モータ３６を駆動することで達成される。

前記受光部２７について説明する。

前記受光窓３４に対峙して集光レンズ４８が設けられ、該集光レンズ４８の光軸上に反射鏡４９が配置される。前記集光レンズ４８の光軸は前記レーザ光線４が回転により形成する基準面と平行である。前記反射鏡４９の下方に受光素子５０が設けられ、前記反射レーザ光線４′は前記受光素子５０上に集光される。該受光素子５０の前面にはマスク５１が設けられる。該マスク５１は前記受光素子５０へのノイズ光の入射を遮断するものであり、反射レーザ光線４′の走査方向に長い（図３では紙面に対して垂直な方向に長い）スリット孔５２が穿設されている。前記受光素子５０からの受光信号は反射光検出部５３に入力され、該反射光検出部５３で検出された前記ターゲット５でのレーザ光線４の反射状態は前記制御演算部５４に入力される。

又、該制御演算部５４について説明する。

該制御演算部５４には前記通信装置１１、発光駆動部５５、走査モータ駆動部５７、回転部モータ駆動部５８、傾動モータ駆動部５９、整準モータ駆動部６０、回転レーザ装置用記憶部６５、回転レーザ装置用操作部６６、回転レーザ装置用表示部６７が接続され、又前記制御演算部５４には前記エンコーダ１９、前記傾斜検出部２６、前記回転部エンコーダ３２、前記傾斜センサ４４，４５、前記反射光検出部５３、前記回転レーザ装置用操作部６６からの信号が入力される。

前記回転レーザ装置用記憶部６５には、作動させる為の作動プログラム、前記傾斜センサ４４，４５の信号を基に前記回転レーザ装置本体２０を整準させる為の作動プログラム、データを前記ブルドーザ２との間で送受信する為の通信プログラム、高低角を演算する等の演算プログラム等の各種プログラムが格納され、前記回転レーザ装置用操作部６６は前記回転レーザ装置１に取付けた状態で、該回転レーザ装置１の操作が可能であると共に取外して遠隔操作も可能となっている。

前記制御演算部５４は演算プログラムにより、前記反射光検出部５３からの信号、或は前記傾斜検出部２６、前記エンコーダ１９、前記回転部エンコーダ３２からの信号に基づき回転レーザ装置本体２０の向き、レーザ光線４が形成する基準面に関する高低角等の情報を演算し、これらの情報は前記回転レーザ装置用表示部６７に表示される。例えば、前記ターゲット５に対して前記回転レーザ装置本体２０がどの方向にどの程度の角度回転しているか、或は基準面の傾斜角度、傾斜している方向等を表示する。

前記通信装置１１は、前記制御演算部５４が演算して得られた情報、前記回転レーザ装置１が設置された位置データ（位置座標）を後述するブルドーザ２の掘削作業駆動制御部７０に送信可能となっている。尚、送信方法としては、無線通信、或は光変調によりデータを送信する光通信のいずれの方法も使用可能である。

前記ターゲット５は、後述する様にブルドーザ２の所要位置、好ましくは前記ブレード６の動きに追従する様に設けられる。図１では該ブレード６に立設された取付けポール７に取付けられている。

前記ターゲット５の一例を図４に於いて説明する。

矩形の基板６１に３角形の反射部６２，６３を点対称に配設し、該反射部６２と反射部６３の間には非反射帯６４が形成され、該非反射帯６４は一定の幅を有し、前記基板６１の対角線上に前記反射部６２と反射部６３とを分断する様に形成される。前記反射部６２と前記反射部６３との関係は、該反射部６２，６３を水平方向に横切った場合の線分は、横切る位置が例えば図４で下から上に移動した場合、前記反射部６２の線分は漸次減少し、又前記反射部６３の線分は漸次増加する関係となっている。尚、前記非反射帯６４は前記反射部６２と前記反射部６３との光学的な連続性を断つ効果を有していればよく、反射面に描かれた非反射性の線であってもよい。

従って、前記基板６１の面をレーザ光線４が、図５（Ａ）中左から右に走査すると、図５（Ｂ）の様に反射光は非反射帯６４で分割され前記反射部６２で反射された反射光と前記反射部６３で反射された反射光の２つ反射光がｔ０の間隔で得られ、受光時間は前記線分に比例したｔ１，ｔ２となる。

又、前記反射部６２と前記反射部６３とは対称であることから、ｔ１／ｔ２＝１の時に前記レーザ光線４はターゲット５の上下方向の中心を通過し、ｔ１／ｔ２＞１の時には通過位置は、中心より下方にあり、ｔ１／ｔ２＜１の時には通過位置は、中心より上方にあることが判別できる。尚、ｔ１、ｔ２の偏差を求め、偏差の正負により位置を判別してもよい。

尚、前記反射部６２と反射部６３の形状は必ずしも３角形である必要なく、前記反射部６２と反射部６３の走査位置での線分の増減でレーザ光線４の基板６１上の通過位置を判別できればよい。

次に、前記ブルドーザ２について図１、図６を参照して概略を説明する。

前記ブレード６に取付けポール７が立設され、該取付けポール７に前記ターゲット５が取付けられ、該ターゲット５と前記刃先６ａとの距離は既知の値となっている。前記取付けポール７はポール傾斜センサ７２を具備し、該ポール傾斜センサ７２は前記取付けポール７の傾斜を検出可能となっている。

又、前記ブレード６を上下させるアクチュエータ、例えば油圧シリンダ６９は、掘削作業駆動制御部７０によって駆動が制御され、又該掘削作業駆動制御部７０はブルドーザ２の基準位置（例えばブルドーザ２の前記油圧シリンダ６９の枢着位置）に対する前記刃先６ａの相対高さを演算可能となっている。

該ブルドーザ２の所要位置、好ましくは運転室の天井等上方が開放された場所にＧＰＳ位置測定装置７８が取付けられる。該ＧＰＳ位置測定装置７８とブルドーザ２の基準位置との機械的位置関係は既知となっている。

該ブルドーザ２は掘削作業駆動制御部７０を具備し、該掘削作業駆動制御部７０は前記ブレード６による現実の工事施工位置をリアルタイムで演算し、或は土木施工データに従って工事を進行させる様作業状態を制御管理する。

前記掘削作業駆動制御部７０について、図６を参照して説明する。

該掘削作業駆動制御部７０は、制御演算部７１、前記ポール傾斜センサ７２、建設機械用記憶部７３、アクチュエータ制御回路７４、建設機械用操作部７５、建設機械用表示部７６、建設機械用送受信部７７、ＧＰＳ位置測定装置７８等から構成される。

前記建設機械用記憶部７３には前記回転レーザ装置１の前記通信装置１１から送信された、前記回転レーザ装置１の位置情報、高さ情報、基準面の高低角と前記ＧＰＳ位置測定装置７８で得られたブルドーザ２の位置情報、土木施工データ等を記憶格納し、又前記回転レーザ装置１と前記ターゲット５間の平面座標上の距離を演算し、更に高低角から該ターゲット５の高さを演算し、更に、前記刃先６ａの平面座標上での位置及び高さを演算する為の演算プログラム、前記回転レーザ装置１とブルドーザ２との間のデータ通信を実行する通信プログラム、前記油圧シリンダ６９を前記土木施工データに基づき制御する制御プログラム等のプログラムが格納されている。

前記建設機械用表示部７６には、例えば、施工データ、前記ＧＰＳ位置測定装置７８が測定する平面座標上での絶対位置、該ＧＰＳ位置測定装置７８の測定結果に基づき演算された前記ターゲット５の位置、該ターゲット５の高さ、前記回転レーザ装置１から送信された位置情報、前記ブレード６の施工位置、施工の進捗状態等が表示される。

以下、作動を説明する。

前記回転レーザ装置１を前記回転レーザ装置用操作部６６により駆動すると、前記制御演算部５４により前記整準モータ駆動部６０を介して前記整準モータ４２が駆動される。前記傾斜センサ４４，４５からの傾斜検出信号に基づき前記回転レーザ装置本体２０が水平に整準される。

整準が完了すると、前記ターゲット５の検出作動が開始される。尚、作業者が前記視準器２８により前記ターゲット５を視準し、前記回転レーザ装置本体２０の向き（傾斜設定方向）に合わせておくと迅速なターゲット５の検出が行われる。図７を参照して前記ターゲット５の検出作動を説明する。

前記ＧＰＳ位置測定装置７８によって測定された位置情報が前記建設機械用送受信部７７から送信される。前記制御演算部５４に於いて、前記回転レーザ装置１の位置情報と前記ブルドーザ２の位置情報により、該ブルドーザ２の方向が演算される。前記回転部モータ３３が駆動され、前記回転レーザ装置１が前記ブルドーザ２の方向に向けられる。

前記発光駆動部５５を介して発光素子５６が駆動され、前記発光部２３より前記レーザ光線４が射出されると前記ペンタプリズム１４を介して水平方向にレーザ光線４が照射される。前記走査モータ駆動部５７を介して前記走査モータ１８が駆動され、該走査モータ１８により前記回動部２４が所要の角度範囲で往復回転され、レーザ光線４が所要の水平角の範囲で往復照射され、更に前記傾動モータ３６により前記発光部２３が回転され、上下方向に回転照射位置が移動される。

レーザ光線４が前記ターゲット５を通過すると、前記反射部６２，６３からの反射レーザ光線４′が前記受光部２７に入射する。該受光部２７によって前記ターゲット５からの反射レーザ光線４′であることが認識されると、認識した時点での前記ターゲット５の方向が前記エンコーダ１９によって検出され、前記回転部モータ３３が駆動されて前記回転レーザ装置１の向きが修正される。

該回転レーザ装置１の向きが修正されると追尾作動が開始される。

上記した様に、前記ターゲット５からは前記反射部６２，６３により分割された反射レーザ光線４′が入射される。前記反射光検出部５３に前記受光素子５０から受光信号が入力され、前記反射光検出部５３で前記ｔ１／ｔ２の信号比が求められる等信号処理された後、検出信号が前記制御演算部５４に入力され、ｔ１／ｔ２＝１であるかどうかが判断され、又ｔ１／ｔ２≠１の時はｔ１／ｔ２＜１、ｔ１／ｔ２＞１の判断がなされ、前記傾動モータ３６が駆動されて前記レーザ光線４が前記ターゲット５の中心を走査する様に、発光部２３の傾斜角が修正される。前記レーザ光線４がターゲット５の中心を通過する状態の、レーザ光線４即ち基準面の高低角が、前記ターゲット５の前記回転レーザ装置１に対する高低角である。

追尾は、前記反射光検出部５３からの信号がｔ１／ｔ２＝１となる様に、前記傾動モータ３６、前記回転部モータ３３が駆動制御される。尚、追尾中にターゲット５からの反射レーザ光線４′がとぎれた場合は、改めて前記ターゲット５の検出作動が行われる。

高低角が前記傾斜検出部２６により検出され、高低角及び回転レーザ装置１の座標データ等の情報が前記通信装置１１より前記ブルドーザ２に送信される。尚、回転レーザ装置１の座標位置は最初からブルドーザ２側に入力されていてもよい。

前記回転レーザ装置１からの情報が建設機械用送受信部７７を介して前記制御演算部７１に入力され、該制御演算部７１により前記ブルドーザ２と前記回転レーザ装置１との平面座標上の距離、更に高低角から前記ターゲット５の高さ即ち刃先６ａの高さがリアルタイムで演算される。

尚、前記取付けポール７が傾斜した場合は、前記ポール傾斜センサ７２が検出した傾斜角と、前記刃先６ａと前記ターゲット５間の距離に基づき、前記刃先６ａの高さ、平面座標上での位置を補正する。

基準面の利用方法としては、高低角を設定してレーザ光線を回転走査或は所要角度で往復走査して基準面を形成し、該基準面に合わせて前記ターゲット５の位置を制御、即ち前記油圧シリンダ６９を制御する場合と、高低角を検出し、該高低角から前記ターゲット５の高さを検出し、該ターゲット５の高さを前記ブルドーザ２の掘削作業駆動制御部７０にフィードバックして前記油圧シリンダ６９を制御する方法がある。

以下は、前記ターゲット５の高さを検出し、該ターゲット５の高さを前記ブルドーザ２の掘削作業駆動制御部７０にフィードバックして前記油圧シリンダ６９を制御する場合を説明する。

前記建設機械用記憶部７３に施工図と施工高さ（土木施工データ）を関連付けて記憶させ、前記制御演算部７１によって前記ＧＰＳ位置測定装置７８に基づいて求められた座標位置と演算で求めた現実の刃先６ａの高さと施工図及び施工高さとの比較により、前記ブレード６の刃先６ａの高さと施工データとの差を求め、差がゼロになる様に管理する。即ち、前記ブレード６を上下する油圧シリンダ６９を制御することで、土木作業の管理を行うことができる。

而して、前記制御演算部７１は土木施工データに基づき前記アクチュエータ制御回路７４を介して前記油圧シリンダ６９を駆動制御し、前記ブルドーザ２による掘削、盛土が土木施工データに基づいて施工される。

前記ブレード６の上下動は前記制御演算部７１によって制御されるので、作業者は前記建設機械用表示部７６に表示される施工データを確認しながら、ブルドーザ２を移動させるだけでよく、作業者の負担は大幅に軽減される。

尚、前記ターゲット５に設けられる前記反射部６２，６３は適宜な面積を有する反射シートの様なものでよく、前記取付けポール７の昇降機構も必要ないので、構造が大幅に簡略化できる。

尚、前記ブルドーザ２側の掘削作業駆動制御部７０の建設機械用送受信部７７が、前記ＧＰＳ位置測定装置７８で測定した位置情報を前記回転レーザ装置１側に送信し、該回転レーザ装置１の制御演算部５４がターゲット５の位置情報を取得し、該ターゲット５の高さの角度を演算する様にしてもよい。

又、前記ＧＰＳ位置測定装置７８は前記取付けポール７の上端に設けてもよい。又、前記ターゲット５に前記ＧＰＳ位置測定装置７８を設けると共に前記回転レーザ装置１と前記ターゲット５間の距離及び高低角から該ターゲット５の高さを演算する演算部、受信部を設けることで、前記回転レーザ装置１と前記ターゲット５のみで、ブルドーザ２とは独立した位置測定システムとすることもできる。

更に又、前記回転レーザ装置１にもＧＰＳを設けてもよく、この場合、ＧＰＳにより回転レーザ装置１の平面座標上の位置が測定できるので、回転レーザ装置１は既知点に設置する必要が無くなる。

図８〜図９に於いて、第２の実施の形態について説明する。

図８、図９は第２の実施の形態に使用されるターゲット５を示しており、該ターゲット５は矩形形状をしており、反射面が対角線で２分割されている。尚、第２の実施の形態では発光部２３から射出されるレーザ光線４は円偏光となっている。

基板６１の全面に再帰反射層８１が形成され、分割された一方の反射面にはλ／４板８２が貼設され、分割された一方は再帰反射部８３、他方は前記λ／４板８２によってレーザ光線の偏光面が９０°変換される偏光変換反射部８４となっている。

図１０は第２の実施の形態に於ける受光部２７を示している。

該受光部２７は前記反射鏡４９で反射された反射レーザ光線４′（図３参照）の光軸上にλ／４板８５と偏光ビームスプリッタ８６が設けられ、λ／４板８５により円偏光は回転方向に応じた直線偏光に変換され該偏光ビームスプリッタ８６により反射レーザ光線４′の偏光方向に応じて透過、反射が行われ、透過光に対しては第１受光素子５０ａで受光し、反射光に対しては第２受光素子５０ｂで受光する様にしたものである。

前記レーザ光線４が前記ターゲット５で反射された場合、前記再帰反射部８３で反射された場合と前記偏光変換反射部８４を通過して反射された場合とでは、偏光方向の回転が異なる。例えば、前記偏光変換反射部８４で反射された反射レーザ光線４′がλ／４板８５、前記偏光ビームスプリッタ８６を透過するとすると、前記受光素子５０ａが前記偏光変換反射部８４で反射された反射レーザ光線４′を受光し、前記受光素子５０ｂは前記再帰反射部８３で反射され、更にλ／４板８５を通過して前記偏光ビームスプリッタ８６で反射された反射レーザ光線４′を受光する。従って、前記第１受光素子５０ａ、前記第２受光素子５０ｂは反射面に対応した受光信号を発する。

図９（Ｂ）は前記第１受光素子５０ａ、前記第２受光素子５０ｂの信号を示しており、前記第１受光素子５０ａからの信号と前記第２受光素子５０ｂからの信号との信号比ｔ１／ｔ２を求めることで、レーザ光線４のターゲット５上の走査位置を検出することが可能となる。

尚、前記再帰反射部８３と前記偏光変換反射部８４の形状は必ずしも３角形である必要はなく、前記再帰反射部８３と偏光変換反射部８４の走査位置での線分の増減でレーザ光線４の基板６１上の通過位置を判別できればよい。又、再帰反射部８３と偏光変換反射部８４との境界は隣接してなくともよく、境界に非反射部が形成されてもよい。

本発明の第１の実施の形態を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に於ける回転レーザ装置の断面図である。 該回転レーザ装置の制御演算部のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に於けるターゲットの斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）は該ターゲットとレーザ光線の走査位置と受光信号との関係を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に於けるブルドーザの制御装置のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に於ける作動を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に於けるターゲットの斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）は該ターゲットとレーザ光線の走査位置と受光信号との関係を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に於ける受光部の説明図である。 従来の建設機械制御システムの説明図である。 従来の建設機械制御システムに於ける受光装置の説明図である。

符号の説明

１ 回転レーザ装置
２ ブルドーザ
４ レーザ光線
４′ 反射レーザ光線
５ ターゲット
６ ブレード
７ 取付けポール
１１ 通信装置
１４ ペンタプリズム
１８ 走査モータ
２０ 回転レーザ装置本体
２１ 整準部
２２ 回転部
２３ 発光部
２４ 回動部
２５ 傾斜設定部
２６ 傾斜検出部
２７ 受光部
３２ 回転部エンコーダ
３３ 回転部モータ
３６ 傾動モータ
４２ 整準モータ
５４ 制御演算部
６２ 反射部
６３ 反射部
６４ 非反射帯
７０ 掘削作業駆動制御部
７１ 制御演算部
７４ アクチュエータ制御回路
７７ 建設機械用送受信部
７８ ＧＰＳ位置測定装置
８３ 再帰反射部
８４ 偏光変換反射部

Claims (2)

1. 通信装置と、レーザ光線の反射光を受光する受光部を有しレーザ光線を走査してレーザ光線基準面を形成すると共に該レーザ光線基準面を傾斜可能なレーザ光線照射部と、該レーザ光線照射部の傾斜を検出する傾斜検出部とを有する回転レーザ装置と、整地器具と、該整地器具に設けられ前記レーザ光線を反射するターゲットと、前記整地器具の高さを制御する駆動制御部と、送受信部と、建設機械の位置を検知するＧＰＳ位置測定装置とを有する建設機械とを具備し、前記回転レーザ装置は前記受光部により前記ターゲットからの反射光を受光して前記傾斜検出部によりレーザ光線の高低角を検出し、前記通信装置により高低角、前記回転レーザ装置の位置情報を前記建設機械に送信し、前記駆動制御部は通信により得られた高低角、回転レーザ装置の位置情報、前記ＧＰＳ位置測定装置により測定された建設機械の位置に基づき前記整地器具の高さを演算し、演算結果に基づき該整地器具の高さを制御することを特徴とする建設機械制御システム。
2. 前記駆動制御部は、施工データを有し、該施工データに基づき前記整地器具の施工高さを管理する請求項１の建設機械制御システム。
   

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