JP2007271627A - 作業位置測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基準面の測定が精度よく行える作業位置測定装置を提供する。
【解決手段】回転レーザ装置は設置位置が既知とされ、少なくとも１つが傾いている少なくとも３つのファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃを射出するレーザ投光器を有し、受光センサ装置は前記ファンビームを受光する受光部と、前記受光センサ装置の傾きを検出する傾斜検出器と、前記受光部と予め決められた位置関係にあるＧＰＳ位置測定装置３０と、前記回転レーザ装置の位置情報と前記ＧＰＳ位置測定装置により検出された位置情報とから前記回転レーザ装置と前記受光センサ装置との距離を算出し、前記受光部が受光して形成する受光信号に基づき、前記回転レーザ装置を中心とする仰角を算出し、算出した仰角と距離とから前記受光センサ装置の高さを演算し、前記傾斜検出器からの検出結果に基づき演算された高さを補正する演算部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザ光線を回転照射し、レーザ光線の受光状態により、作業位置を測定する作業位置測定装置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る。

従来の作業位置測定装置が室内の様に比較的狭い場所で使用される場合は、受光装置としては受光部の小さいものが使用される。又、受光部がレーザ光線を受光する様にするには、作業者が受光装置を例えば上下方向に移動させ、受光部がレーザ光線を受光する様に受光装置の位置を合わせていた。

又、建設機械による土木作業の様な、野外の広い場所で作業位置測定装置を使用する場合、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築機械では、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行管理を行う。また、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、地上の位置と高さの３次元的な施行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１６に、室内作業に多く使用される回転レーザ装置１と該回転レーザ装置１から照射されるレーザ光線３を検出する受光器２を示す。

前記レーザ光線３の到達する領域内の、例えば壁（図示せず）上に、前記受光器２を配置する。４は壁上に前記レーザ光線３によって形成される基準線を示し、５は前記基準線４から所定量ずらした位置に設定したい設定基準線を示す。

図１７は屋内で使用される前記受光器２を示している。該受光器２は受光部６と、該受光部６を前記レーザ光線３が通過する時、走査位置が中央、上側、下側のいずれにあるかを示す指標を備えた表示部７と、前記レーザ光線３が前記受光部６の中央に一致した時に警報するブザー８と、前記表示部７及びブザー８の設定を切替えるスイッチ９，１０を有している。又、前記受光部６の中央の高さに当たる位置に前記受光器２には目安となる指標線１２が刻印されている。

前記受光部６は縦長の矩形形状をしており、対角線で分割された一対の直角三角形状の受光素子１３，１４を有し、前記指標線１２は前記受光部６の中央を通過する様に設定されている。前記受光素子１３，１４の受光面積は前記レーザ光線３の走査位置の変化により変化し、基準平面を成すレーザ光線３が２つの前記受光素子１３，１４を通ると、各受光素子１３，１４は前記レーザ光線３の当たった部分の面積比に比例した出力を出す。出力により前記基準線４の位置を求め、該基準線４から所定量ずらした位置に前記設定基準線５を罫書く。

次に、図１８は建設機械に用いた場合の回転レーザ装置１と受光器１５を示している。

前記回転レーザ装置１は所定箇所Ｋに設置された三脚１６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３により基準面が形成される。前記受光器１５は、建設機械の作業工具、例えばブルドーザ１７のブレード１８に立設された取付けポール１９に固定される。前記所定箇所Ｋの地表から基準面迄の値が既知とされ、前記受光器１５の受光部（図示せず）の基準位置と前記ブレード１８の刃先１８ａの位置迄の距離を既知とすることで、前記受光部の前記レーザ光線３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１９は、主に建設機械で使用される前記受光器１５を示している。

該受光器１５はポールクランプ２１により前記取付けポール１９に固定される。前記受光器１５の本体２２の両側には一対の受光部２３（一方は図示せず）が設けられている。前記本体２２の下部には蓄電池収納部２４が設けられている。前記受光部２３は、受光センサ２５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２５の内、前記レーザ光線３を受光している前記受光センサ２５を特定することで、前記レーザ光線３の受光位置が検出できる様になっている。

特に図示していないが、建設機械、例えば前記ブルドーザ１７にＧＰＳ位置測定装置が設けられ、該ＧＰＳ位置検出装置により施工位置の絶対位置を検出可能とし、施工位置及び施工位置の施工情報とを組合わせることで、立体的な施工が可能となる。

屋内用の前記受光器２の前記受光部６は、非常に小さく数cmの長さであり、該受光部６の受光範囲に前記レーザ光線３が入る様にしなければ、基準位置は検出できない。

又、建設機械、例えばブルドーザ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２３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程度の受光器では受光困難となる。

更に、ＧＰＳ位置測定装置を備え、施工区分に対応して高さが異なる３次元的な施工管理を行う場合には、前記受光部２３の受光範囲は地形の変化に加え、施工面の高さ変化にも対応した受光範囲でなければならない。この様な工事では、前記受光器１５の前記受光部２３に対する基準面の上下方向の変化は、数１０cmから１ｍ近くの掘削工事になる。

前記ブレード１８は地形に応じて上下に移動する為、該ブレード１８に設けられている前記受光器１５は、例えば３００mmもの長さに亘る前記受光部２３を持っていても充分ではない。従って、該受光部２３の受光範囲を広げる為、前記取付けポール１９を伸縮させ、該受光器１５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２３は短い前記受光素子２５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２３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。又、前記取付けポール１９が傾斜した場合は、高さ方向の誤差が現れる。

特開２０００−１４４８１２号公報

特開２００２−１６８６２５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、屋内、野外のいずれの場合でも同一の構造で、作業性に優れ、簡単で安価に基準面を検出でき、又基準面の測定が精度よく行える作業位置測定装置を提供しようとするものである。

本発明は、レーザ光線を回転照射する回転レーザ装置と、レーザ光線を受光して作業位置を検出する受光センサ装置を具備する作業位置測定装置に於いて、前記回転レーザ装置は設置位置が既知とされ、少なくとも１つが傾いている少なくとも３つのファンビームを射出するレーザ投光器を有し、前記受光センサ装置は前記ファンビームを受光する少なくとも１つの受光部と、前記受光センサ装置の傾きを検出する傾斜検出器と、前記受光部と予め決められた位置関係にある第１のＧＰＳ位置測定装置と、前記回転レーザ装置の位置情報を記憶する記憶部と、記憶された前記回転レーザ装置の位置情報と前記第１のＧＰＳ位置測定装置により検出された位置情報とから前記回転レーザ装置と前記受光センサ装置との距離を算出し、前記受光部が受光して形成する受光信号に基づき、前記回転レーザ装置を中心とする仰角を算出し、算出した仰角と距離とから前記受光センサ装置の高さを演算し、前記傾斜検出器からの検出結果に基づき演算された高さを補正する演算部とを有する作業位置測定装置に係り、又前記受光センサ装置が入力部を具備し、前記回転レーザ装置の位置情報は前記入力部より前記記憶部に記憶される作業位置測定装置に係り、又前記回転レーザ装置が、該回転レーザ装置の設置位置を特定する第２のＧＰＳ位置測定装置を備え、該第２のＧＰＳ位置測定装置により特定された位置情報が前記記憶部に記憶され、該記憶部に記憶された位置情報と前記第１のＧＰＳ位置測定装置の検出位置とから、前記回転レーザ装置と前記受光センサ装置との距離を算出し、前記回転レーザ装置を中心とする仰角と前記距離とから、前記受光センサ装置の高さを演算する作業位置測定装置に係り、又前記回転レーザ装置と前記受光センサ装置が通信装置を備え、前記第２のＧＰＳ位置測定装置が特定する前記回転レーザ装置の設置位置を前記受光センサ装置側に通信する作業位置測定装置に係り、又前記第２のＧＰＳ位置測定装置が既知点に置かれ、第３のＧＰＳ位置測定装置との間でＲＴＫ測量を形成し、前記第１のＧＰＳ位置測定装置の位置を特定し、前記既知点の座標位置と前記第１のＧＰＳ位置測定装置の検出に基づいて前記受光センサ装置の位置を算出する作業位置測定装置に係り、又前記第２のＧＰＳ位置測定装置は、前記第１のＧＰＳ位置測定装置の場所以外に置かれた第３のＧＰＳ位置測定装置との間でスタティック測量を形成し、未知の基準点を特定し、該特定された未知の基準点の座標位置と前記第１のＧＰＳ位置測定装置の検出に基づいて前記受光センサ装置の位置を算出する作業位置測定装置に係り、又前記受光センサ装置が建設機械の掘削制御装置と連動し、検出又は算出された高さに基づいて、その作業位置に於ける掘削高さ位置を制御する作業位置測定装置に係り、又前記受光センサ装置と該受光センサ装置側に設けられた前記第１のＧＰＳ位置測定装置が建設機械の掘削制御装置と連動し、検出又は算出された高さに基づいて、その作業位置に於ける掘削高さ位置を制御する作業位置測定装置に係り、又前記受光センサ装置と該受光センサ装置側に設けられた前記第１のＧＰＳ位置測定装置が、施工位置情報を持つ建設機械の掘削制御装置と連動し、検出又は算出された高さに基づいて、その作業位置に於ける掘削高さ位置を制御する作業位置測定装置に係り、又前記受光センサ装置は、警告部を更に有し、該警告部は前記受光部が受光範囲を外れた場合に、ブザー等を鳴らす作業位置測定装置に係り、更に又前記受光センサ装置は、表示部を有し、該表示部に前記傾斜検出器により検出された傾きが表示される作業位置測定装置に係るものである。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。

先ず、本発明に係る作業位置測定装置の概略を図１により説明する。

作業位置測定装置は、基本構成としてファンビームを回転照射する回転レーザ装置２７と、前記ファンビームを受光する受光センサ装置２８とを含むものである。

三脚２９が略既知点Ｘに略合致する様に設置され、該三脚２９に前記回転レーザ装置２７が取付けられる。該回転レーザ装置２７は、本体部３１と該本体部３１に回転自在に設けられた回動部３２を具備し、該回動部３２よりレーザ光線３３が回転照射される。前記受光センサ装置２８は所要の支持手段により保持される。図１は野外での実施状態を示しており、前記受光センサ装置２８は作業者により手持ち可能なロッド３４に設置され、該ロッド３４の上端にはＧＰＳ位置測定装置３０が設けられている。該ＧＰＳ位置測定装置３０は衛星からの信号を基に地上での絶対位置が測定できるので、該ＧＰＳ位置測定装置３０の地表からの高さが測定される。

前記レーザ光線３３は複数の扇形レーザビームで構成され、例えば鉛直なファンビーム３３ａ，３３ｂ及び該ファンビーム３３ａ，３３ｂに対して対角線上にθの角度で傾斜したファンビーム３３ｃによりＮ字状に構成されている。又、前記ファンビーム３３ａ，３３ｂはそれぞれαの広り角度で±δの方向に照射されている（図６参照）。尚、該ファンビーム３３ａ，３３ｂは必ずしも鉛直である必要はなく、該ファンビーム３３ａ，３３ｂが相互に平行で水平面に対して交差していればよい。

前記回転レーザ装置２７について、図２、図３により説明する。

本実施の形態に係る回転レーザ装置２７はケーシング３５と、投光光軸４０（後述）を有するレーザ投光器３６とを具備し、該レーザ投光器３６は前記ケーシング３５に傾動可能に収納されている。

切頭円錐形の凹部３７が前記ケーシング３５の上面中央に形成され、前記レーザ投光器３６が前記凹部３７の中央を上下方向に貫通する。前記レーザ投光器３６は傾斜することができる様に、球面座３８を介して前記凹部３７に支持される。前記レーザ投光器３６の上部に前記回動部３２が回転自在に設けられ、該回動部３２にはペンタプリズム３９が設けられている。

前記回動部３２には走査ギア４１が設けられ、前記レーザ投光器３６には駆動ギア４２を有する走査モータ４３が設けられ、前記回動部３２は前記走査モータ４３により前記駆動ギア４２、走査ギア４１を介して回転駆動される。

前記ケーシング３５の内部には、前記レーザ投光器３６の周囲に設けられた２組の傾斜機構４４（一方は図示せず）が収納され、該傾斜機構４４は傾斜用モータ４５と、前記レーザ投光器３６と平行な方向の回転中心を有する傾斜用スクリュー４６と、該傾斜用スクリュー４６に螺合する傾斜ナット４７とを有する。

前記レーザ投光器３６は前記投光光軸４０に対して直交する方向に延出する傾斜アーム５１を２本（一方は図示せず）有し、又両傾斜アーム５１は直交している。該傾斜アーム５１の先端には断面円形のピンが突設され、前記傾斜アーム５１は前記ピンを介して前記傾斜機構４４と係合している。

前記傾斜用モータ４５は駆動ギア４８、傾斜用ギア４９を介して前記傾斜用スクリュー４６を回転させることができる。該傾斜用スクリュー４６の回転により前記傾斜ナット４７が上下に移動し、該傾斜ナット４７が上下動することによって前記傾斜アーム５１が傾動し、前記レーザ投光器３６が傾斜する。又、図示していないもう一組の傾斜機構は、前記傾斜機構４４と同様の機構によって、上記の傾斜機構４４が傾斜する方向と直交する方向に前記レーザ投光器３６を傾斜させる。

前記傾斜アーム５１に平行な固定傾斜センサ５８と、前記傾斜アーム５１に対して直角方向の固定傾斜センサ５９が前記レーザ投光器３６の中間部に設けられる。前記固定傾斜センサ５８、固定傾斜センサ５９により前記レーザ投光器３６の任意な方向の傾斜角を検出でき、前記固定傾斜センサ５８、固定傾斜センサ５９の検出結果に基づき、２組の前記傾斜機構４４により２本の前記傾斜アーム５１を介して前記レーザ投光器３６を傾斜させ、該レーザ投光器３６が常に鉛直になる様に制御を行うことができる。又、任意の角度にも傾斜させることができる。

前記レーザ投光器３６及び前記回動部３２について図３により説明する。

前記投光光軸４０上に配置されたレーザ光線発光部５２、コリメートレンズ５３等により投光光学系５４が構成され、該投光光学系５４は前記レーザ投光器３６内に収納されている。

前記回動部３２はプリズムホルダ５５、該プリズムホルダ５５は前記ペンタプリズム３９及び該ペンタプリズム３９の下側に設けられた回折格子（ＢＯＥ）５６を保持している。

前記レーザ光線発光部５２から発せられるレーザ光線３３は前記コリメートレンズ５３により平行光線とされ、前記回折格子５６に入射する。入射したレーザ光線３３は前記回折格子５６によって前記３つのファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃに分割形成される。該ファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、前記ペンタプリズム３９によって水平方向に偏向され、前記プリズムホルダ５５の投光窓５７から照射される。

尚、前記回折格子５６は前記レーザ光線３３が前記ペンタプリズム３９で偏向された後に透過する位置に配置しても良い。又、図２中、６０は前記回動部３２の回転角を検出するエンコーダ、６１は円筒状の透明なカバーである。

又、前記レーザ光線発光部５２は発光制御部５０によって発光状態が制御され、例えば前記レーザ光線３３を変調する等の方法により該レーザ光線３３に通信データを重畳可能となっており、前記回転レーザ装置２７の位置情報等のデータを前記受光センサ装置２８に向け光通信が可能となっている。

尚、通信手段としては別途無線通信機を設け、前記受光センサ装置２８には無線通信によりデータを送信してもよい。

次に、前記受光センサ装置２８について図４、図５により説明する。

該受光センサ装置２８には、前記ファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃを検出する為の受光部６２が取付けられ、表示部６３と、警告部６４例えばブザーと入力部６５例えば入力キーとを有する。更に、記憶部６６、演算部６７、受光信号処理回路６８、受光信号出力部６９、前記ロッド３４の傾斜を検出する傾斜検出器７０を内蔵する。

前記表示部６３には、例えば、前記ＧＰＳ位置測定装置３０の検出する絶対位置、該ＧＰＳ位置測定装置３０の検出に基づき演算された前記受光センサ装置２８の位置、該受光センサ装置２８の高さ、前記レーザ光線３３の回転中心点と前記受光部６２とを結ぶ直線と水平基準面との成す角度（仰角γ（図８参照））、前記傾斜検出器７０により検出された前記ロッド３４の傾きが表示される。又、前記受光センサ装置２８には前記レーザ光線３３の走査位置が水平中心にある場合は中央の線、水平中心に対して上側、下側のいずれかにある場合は、３角形により表される指標を備えた指標表示部７１が設けられている。

前記受光信号処理回路６８は、前記受光部６２からの前記ファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃの受光信号が入力され、受光の有無を検出すると共にＡ／Ｄ変換等所要の信号処理をすると共に前記ファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃに重畳された通信データを抽出分析して、前記演算部６７に入力する。前記演算部６７は前記受光信号処理回路６８からの信号に基づき距離Ｌ及び仰角γを演算し、更に前記通信データにより得られた前記回転レーザ装置２７の位置情報を前記記憶部６６に入力する。

尚、位置情報は前記入力部６５により事前に前記記憶部６６に入力しておいてもよい。又、前記回転レーザ装置２７が通信手段として無線通信機を具備している場合は、前記受光センサ装置２８には無線受信機が設けられる。

前記受光信号出力部６９は、前記演算部６７が演算して得られた結果を出力する。該受光信号出力部６９からの出力は、前記指標表示部７１を駆動する信号として使用され、或は後述する様に建設機械等を制御する場合に使用される。

以下、図６〜図１０を参照して作動を説明する。

既知点Ｘに前記三脚２９を介して前記回転レーザ装置２７が設置され、前記固定傾斜センサ５８、固定傾斜センサ５９の検出結果に基づき前記傾斜機構４４が駆動され、前記レーザ投光器３６が鉛直になる様に調整される。

前記ロッド３４が目標位置に設置される。該ロッド３４の所定の高さ、地表より既知の高さに前記受光センサ装置２８が取付けられている。尚、該受光センサ装置２８には前記入力部６５より既知点Ｘの情報が入力され、前記演算部６７を介して前記記憶部６６に記憶されている。前記ＧＰＳ位置測定装置３０により、前記ロッド３４の水平方向の絶対位置及び前記ＧＰＳ位置測定装置３０の絶対高さを含む絶対位置が測定される。

建設機械による施工は高さ方向の精度が要求され、前記ＧＰＳ位置測定装置３０はシステム上の特徴から高さ精度はそれ程よくないので、高さ方向についてはファンビームを回転照射する前記回転レーザ装置２７と受光センサ装置２８との組合わせで測定する。

前記ＧＰＳ位置測定装置３０と前記受光センサ装置２８との位置関係は既知であるので、前記ＧＰＳ位置測定装置３０との関係から前記受光センサ装置２８の水平位置が求められる。

前記受光センサ装置２８の高さ、即ち受光部６２の高さは、後述する様に、距離Ｌ及び仰角γに基づき演算される。

該距離Ｌは、前記演算部６７により前記記憶部６６に入力された前記回転レーザ装置２７の位置情報と、前記ＧＰＳ位置測定装置３０の測定結果から得られる前記受光センサ装置２８の水平位置とから演算される。又、前記仰角γは前記ファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃを前記受光部６２が受光することによって前記演算部６７により算出される。尚、前記ロッド３４が傾斜することで現れる前記受光部６２の高さ方向の誤差については、前記傾斜検出器７０が検出する前記ロッド３４の傾斜角に基づき修正される。前記警告部６４は前記受光部６２が前記レーザ光線３３の受光範囲を外れた場合等にブザー等を鳴らし、作業者に注意を促す。

以下、仰角γ、前記受光センサ装置２８位置での水平線に対する高低差Ｈについて、図６を参照して説明する。図６は前記受光部６２と前記レーザ光線３３との関係を示している。

前記レーザ光線３３が回転照射され、該レーザ光線３３が前記受光部６２を横切る。ここで、前記レーザ光線３３がファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃで構成されているので、前記受光部６２が点状の受光素子であっても受光が可能であり、前記受光センサ装置２８の位置合せを正確に行わなくてもよい。

前記レーザ光線３３が前記受光部６２を横切ることで、前記ファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃそれぞれが前記受光部６２を通過し、該受光部６２からは各ファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃに対応した３つの受光信号７２ａ，７２ｂ，７２ｃが発せられる。

前記受光部６２が前記レーザ光線３３に対して図６〜図９に示すＡ点の位置にある場合、即ち前記受光部６２が前記レーザ光線３３の中心にある場合の受光信号は、図１０（Ａ）で示され、前記３つの受光信号７２ａ，７２ｃ，７２ｂの時間間隔は等しくなる。図中、Ｔは前記回転レーザ装置２７が一回転する周期である。

又、前記受光部６２が前記レーザ光線３３の中心よりずれ、図６〜図９に示すＢ点の位置にある場合の前記受光信号７２ａ，７２ｃ，７２ｂの時間間隔は異なる（図１０（Ｂ）参照）。図７中、前記受光部６２が図の右から左へと相対移動するとして、前記受光信号７２ａと受光信号７２ｃとの間隔が短く、該受光信号７２ｃと受光信号７２ｂとの間隔が長くなる。

尚、図６で示される図は前記受光センサ装置２８と回動部３２の距離に拘らず相似形であるので、時間間隔比を求めることで、無次元化した図形中の通過位置が演算できる。又、前記回転レーザ装置２７を中心としたＢ点位置迄の仰角γが直ちに演算でき、該仰角γと前記距離Ｌから前記受光センサ装置２８位置での水平線に対する高低差Ｈが実測できる。

従って、前記受光センサ装置２８を昇降させることなく、基準面に対する高低差が実測可能である。

尚、複数の扇形ビームで構成される形状は、Ｎ字状でなくとも、少なくとも１つが傾斜しており、傾斜角等形状に関して既知のものであればよい。

図１１は本発明をブルドーザ等の建設機械に実施した第２の実施の形態を示すものである。

図１１中、図１８中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

受光センサ装置２８は建設機械の作業工具、例えばブルドーザ１７のブレード１８に固定される。該ブレード１８に取付けポール１９を立設し、該取付けポール１９に前記受光センサ装置２８を取付けると共に、前記取付けポール１９の上端に前記ＧＰＳ位置測定装置３０を設けたものである。又、前記ブルドーザ１７は前記ブレード１８の動きを制御するコンピュータ等の掘削作業制御部（図示せず）を具備している。

前記レーザ光線３３は扇状であるので、前記ブレード１８の上下移動に伴い前記受光センサ装置２８の上下移動があっても該受光センサ装置２８が前記レーザ光線３３を検出することができる。

前記ＧＰＳ位置測定装置３０により前記受光センサ装置２８の絶対位置が分る。又、前記受光センサ装置２８の位置と前記ブレード１８の刃先１８ａ迄の距離は既知であるので、前記受光センサ装置２８の位置を検出することで、前記刃先１８ａの位置が検出できる。従って、検出した前記受光センサ装置２８の情報を基に前記ブルドーザ１７のブレード１８の高さ制御に使うことができる。即ち、前記掘削作業制御部により前記ブレード１８を上下する油圧シリンダを制御することで、掘削作業の管理を行うことができる。

本発明をブルドーザ等の建設機械に実施した場合、前記受光センサ装置２８の受光部６２は点状の受光素子でよく、前記受光センサ装置２８が大幅に簡略化でき、該受光センサ装置２８の受光範囲を広げる為の昇降機構も省略できる。

図１及び図１１では、作業位置測定装置の基本的な構成要素を示すものとして、前記受光センサ装置２８側にのみ前記ＧＰＳ位置測定装置３０が設けられている場合を示した。実際にＧＰＳ位置測定装置は単独でも位置測定が可能であるが、高精度を求める場合には、複数のＧＰＳ位置測定装置を用いて、スタティック測量（静的測量）や、主に移動体に用いられるＲＴＫ測量（動的測量）が行われる。図１及び図１１では、図示しないＧＰＳ位置測定装置との間で、移動点の位置を高精度に求める構成であっても良い。

次に図１２から図１５に於いて、回転レーザ装置２７側にもＧＰＳ位置測定装置が設けられる実施の形態を示す。図１２から図１５中、図１及び図１１中で示したものと同等のものには同符号を付している。

図１２と図１３に示す第３、第４の実施の形態では、前記ロッド３４、回転レーザ装置２７に前記ＧＰＳ位置測定装置３０、ＧＰＳ位置測定装置７５を設けると共に適宜な位置に第３のＧＰＳ位置測定装置７６を設け、前記回転レーザ装置２７が未知点上に設置されている場合であって、スタティック測量により未知点を計測した結果に基づいて前記回転レーザ装置２７の設置点を既知点として設定する構成である。

スタティック測量を行うために第３番目の前記ＧＰＳ位置測定装置７６が、前記回転レーザ装置２７から離れた位置に置かれている。例えばこれは国で設置した電子基準点でも良い。第３番目の前記ＧＰＳ位置測定装置７６と前記回転レーザ装置２７上に設けられた前記ＧＰＳ位置測定装置７５がスタティック測量を形成し、前記回転レーザ装置２７が設置される未知点が計測される。既知点となった未知点の位置を位置情報として前記受光センサ装置２８に入力する。

前記受光センサ装置２８の水平位置は、前記ロッド３４上端に設けられた前記ＧＰＳ位置測定装置３０との関係により求められる。高さは、前記回転レーザ装置２７の位置情報と前記ＧＰＳ位置測定装置３０に基づく前記受光センサ装置２８の位置とから求めた距離Ｌと、前記ファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃによって求められる仰角γとから算出され、前記受光センサ装置２８の高さを含む位置が求められる。

前記ロッド３４先端と前記受光センサ装置２８との距離が既知であれば、前記ロッド３４先端の位置が容易に得られる。更に、受光センサ装置２８には前記傾斜検出器７０が内蔵されているので、前記ロッド３４が傾斜した場合にも容易に高さの値を補正できることになる。

又、図１３に示す様に、前記ブルドーザ１７の前記ブレード１８等の掘削具に前記取付けポール１９を介して前記受光センサ装置２８、ＧＰＳ位置測定装置３０を設けた場合、同様に前記ブレード１８の刃先１８ａの高さの検出が可能となる。前記ブレード１８はコンピュータ等の前記掘削作業制御部によって制御され、該掘削作業制御部に前記受光センサ装置２８、ＧＰＳ位置測定装置３０からの信号を入力する様にすれば、施工管理が容易となる。

前記掘削作業制御部に施工図と施工高さを関連付けて記憶させ、該掘削作業制御部によって前記ＧＰＳ位置測定装置３０に基づいて求められた座標位置と施工図及び施工高さとからその座標地点に於ける前記ブレード１８の刃先１８ａとの高さの差を求め、差がゼロになる様に管理する。即ち、該ブレード１８を上下する油圧シリンダを制御することで、掘削作業の管理を行うことができる。

前記ファンビーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃを照射する前記回転レーザ装置２７であれば、前記受光センサ装置２８の受光部６２が長くなくても十分な受光範囲が取れ、差がゼロになるように管理することが可能となる。少なくとも一つの受光センサがあれば高さの管理ができるので、受光センサが少なく前記受光センサ装置２８が軽く扱いやすい。簡単な取付けで前記ブレード１８の制御が可能となる。

図１４と図１５は前記回転レーザ装置２７側の前記ＧＰＳ位置測定装置７５と前記受光センサ装置２８側の前記ＧＰＳ位置測定装置３０とがＲＴＫ測量を形成している場合の第５、第６の実施の形態である。

第５、第６の実施の形態の場合、既知点Ｘ上に前記回転レーザ装置２７を設置し、既知点Ｘの座標を前記受光センサ装置２８に予め記憶させておく。既知点Ｘ上の前記回転レーザ装置２７に設けられた前記ＧＰＳ位置測定装置７５の座標と既知点の座標との誤差がリアルタイムに前記受光センサ装置２８側に送られ、前記受光センサ装置２８側の座標が高精度に求められる。高い精度で作業位置を求めることが可能になる。

ＧＰＳ位置測定装置を前記ロッド３４上に設けてもよいこと、前記ブルドーザ１７のブレード１８等の掘削具に設けてもよいことは図１２と図１３で示した第３、第４の実施の形態と同様である。

更なる実施例として、図１２、図１３で示される実施の形態と図１４、図１５で示される実施の形態とを組合せてもよい。

以上述べた如く本発明によれば、レーザ光線を回転照射する回転レーザ装置と、レーザ光線を受光して作業位置を検出する受光センサ装置を具備する作業位置測定装置に於いて、前記回転レーザ装置は少なくとも１つが傾いている少なくとも３つのファンビームを射出するレーザ投光器を有し、前記受光センサ装置は前記ファンビームを受光する少なくとも１つの受光部と、該受光部が受光して形成する受光信号に基づき、前記回転レーザ装置を中心とする仰角を算出するので、前記受光部の受光範囲が広がり、唯１つの受光部で済み、装置の製作コストが低減し、屋内、野外のいずれの場合でも同一の構造で対応でき、作業性に優れている。

又、前記受光部と、予め決められた位置関係にある第１のＧＰＳ位置測定装置と、回転レーザ装置の位置情報を記憶する記憶部とを前記受光センサ装置が備え、前記記憶された位置情報と前記回転レーザ装置を中心とする仰角と前記第１のＧＰＳ位置測定装置の検出位置とから、前記受光センサ装置の位置を算出するので前記受光センサ装置の絶対位置と基準面の算出が簡単に行える。

又、前記受光センサ装置が、前記受光部と予め決められた位置関係にある前記第１のＧＰＳ位置測定装置と前記回転レーザ装置の位置情報を記憶する記憶部とを備え、前記回転レーザ装置が、該回転レーザ装置の設置位置を特定する第２のＧＰＳ位置測定装置を備え、前記記憶部に記憶された位置情報と前記回転レーザ装置を中心とする仰角と前記第１のＧＰＳ位置測定装置の検出位置とから、前記受光センサ装置の位置を算出するので、予め既知点が得られない様な測量状況でも正確な測量、施工が行える。

又、前記回転レーザ装置と前記受光センサ装置が通信装置を備え、前記第２のＧＰＳ位置測定装置が特定する前記回転レーザ装置の設置位置を前記受光センサ装置側に通信するので、作業者の作業負担が大幅に軽減される。

又、前記第２のＧＰＳ位置測定装置が既知点に置かれ、第３のＧＰＳ位置測定装置との間でＲＴＫ測量を形成し、前記第１のＧＰＳ位置測定装置の位置を特定し、前記既知点の座標位置と前記第１のＧＰＳ位置測定装置の検出に基づいて前記受光センサ装置の位置を算出するので、動的な施工作業が高精度に行える。

又、前記第２のＧＰＳ位置測定装置は、前記第１のＧＰＳ位置測定装置の場所以外に置かれた第３のＧＰＳ位置測定装置との間でスタティック測量を形成し、未知の基準点を特定し、該特定された未知の基準点の座標位置と前記第１のＧＰＳ位置測定装置の検出に基づいて前記受光センサ装置の位置を算出するので、予め既知点が得られない様な測量状況でも正確な測量、施工が行える等の優れた効果を発揮する。

本発明の実施の形態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に使用される回転レーザ装置の断面図である。 該回転レーザ装置のレーザ投光器を示す断面図である。 本発明の実施の形態に使用される受光センサ装置の正面図である。 本発明の実施の形態を示す概略ブロック図である。 本発明の実施の形態の作動を示す斜視説明図である。 本発明の実施の形態の作動を示す正面説明図である。 本発明の実施の形態の作動を示す側面説明図である。 本発明の実施の形態の作動を示す平面説明図である。 （Ａ）（Ｂ）は受光センサ装置の受光信号を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第３の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第４の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第５の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第６の実施の形態を示す概略図である。 従来例の概略図である。 従来例の受光器を示す斜視図である。 他の従来例を示す概略図である。 他の従来例に於ける受光器を示す説明図である。

符号の説明

１７ ブルドーザ
１８ ブレード
１９ 取付けポール
２７ 回転レーザ装置
２８ 受光センサ装置
３０ ＧＰＳ位置測定装置
３１ 本体部
３２ 回動部
３３ レーザ光線
３６ レーザ投光器
５０ 発光制御部
５４ 投光光学系
５６ 回折格子
６２ 受光部
６３ 表示部
６５ 入力部
６６ 記憶部
６７ 演算部
６８ 受光信号処理回路
６９ 受光信号出力部
７０ 傾斜検出器
７５ ＧＰＳ位置測定装置
７６ ＧＰＳ位置測定装置

Claims (11)

1. レーザ光線を回転照射する回転レーザ装置と、レーザ光線を受光して作業位置を検出する受光センサ装置を具備する作業位置測定装置に於いて、前記回転レーザ装置は設置位置が既知とされ、少なくとも１つが傾いている少なくとも３つのファンビームを射出するレーザ投光器を有し、前記受光センサ装置は前記ファンビームを受光する少なくとも１つの受光部と、前記受光センサ装置の傾きを検出する傾斜検出器と、前記受光部と予め決められた位置関係にある第１のＧＰＳ位置測定装置と、前記回転レーザ装置の位置情報を記憶する記憶部と、記憶された前記回転レーザ装置の位置情報と前記第１のＧＰＳ位置測定装置により検出された位置情報とから前記回転レーザ装置と前記受光センサ装置との距離を算出し、前記受光部が受光して形成する受光信号に基づき、前記回転レーザ装置を中心とする仰角を算出し、算出した仰角と距離とから前記受光センサ装置の高さを演算し、前記傾斜検出器からの検出結果に基づき演算された高さを補正する演算部とを有することを特徴とする作業位置測定装置。
2. 前記受光センサ装置が入力部を具備し、前記回転レーザ装置の位置情報は前記入力部より前記記憶部に記憶される請求項１の作業位置測定装置。
3. 前記回転レーザ装置が、該回転レーザ装置の設置位置を特定する第２のＧＰＳ位置測定装置を備え、該第２のＧＰＳ位置測定装置により特定された位置情報が前記記憶部に記憶され、該記憶部に記憶された位置情報と前記第１のＧＰＳ位置測定装置の検出位置とから、前記回転レーザ装置と前記受光センサ装置との距離を算出し、前記回転レーザ装置を中心とする仰角と前記距離とから、前記受光センサ装置の高さを演算する請求項１の作業位置測定装置。
4. 前記回転レーザ装置と前記受光センサ装置が通信装置を備え、前記第２のＧＰＳ位置測定装置が特定する前記回転レーザ装置の設置位置を前記受光センサ装置側に通信する請求項３の作業位置測定装置。
5. 前記第２のＧＰＳ位置測定装置が既知点に置かれ、第３のＧＰＳ位置測定装置との間でＲＴＫ測量を形成し、前記第１のＧＰＳ位置測定装置の位置を特定し、前記既知点の座標位置と前記第１のＧＰＳ位置測定装置の検出に基づいて前記受光センサ装置の位置を算出する請求項３又は請求項４の作業位置測定装置。
6. 前記第２のＧＰＳ位置測定装置は、前記第１のＧＰＳ位置測定装置の場所以外に置かれた第３のＧＰＳ位置測定装置との間でスタティック測量を形成し、未知の基準点を特定し、該特定された未知の基準点の座標位置と前記第１のＧＰＳ位置測定装置の検出に基づいて前記受光センサ装置の位置を算出する請求項３又は請求項４の作業位置測定装置。
7. 前記受光センサ装置が建設機械の掘削制御装置と連動し、検出又は算出された高さに基づいて、その作業位置に於ける掘削高さ位置を制御する請求項１の作業位置測定装置。
8. 前記受光センサ装置と該受光センサ装置側に設けられた前記第１のＧＰＳ位置測定装置が建設機械の掘削制御装置と連動し、検出又は算出された高さに基づいて、その作業位置に於ける掘削高さ位置を制御する請求項１〜請求項６の内いずれか１つの作業位置測定装置。
9. 前記受光センサ装置と該受光センサ装置側に設けられた前記第１のＧＰＳ位置測定装置が、施工位置情報を持つ建設機械の掘削制御装置と連動し、検出又は算出された高さに基づいて、その作業位置に於ける掘削高さ位置を制御する請求項１〜請求項６の内いずれか１つの作業位置測定装置。
10. 前記受光センサ装置は、警告部を更に有し、該警告部は前記受光部が受光範囲を外れた場合に、ブザー等を鳴らす請求項１の作業位置測定装置。
11. 前記受光センサ装置は、表示部を有し、該表示部に前記傾斜検出器により検出された傾きが表示される請求項１の作業位置測定装置。

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