JP2008214997A - Revolving angle detection apparatus of revolving work machine - Google Patents

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一雄 藤島
Hideto Ishibashi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a revolving angle detecting device which can easily detect a revolving angle. <P>SOLUTION: According to the structure of the revolving angle detecting device, a reflector plate 21 which is set such that a distance between a distance sensor 11 and the reflector plate itself is uniquely fixed according to a revolving angle θ, is arranged, and the revolving angle θ is calculated based on the distance between the distance sensor 11 and the reflector plate 21, measured by the distance sensor 11. Thus, arrangement of sensors for calculating the revolving angle θ, such as the distance sensor 11 and the reflector plate 21, is facilitated, and therefore detection of the revolving angle θ is facilitated, which leads to reduction of costs necessary for detecting the revolving angle θ. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、走行体と、走行体に対して旋回する旋回体とを備える旋回式作業機械に用いられる旋回角度検出装置に関する。   The present invention relates to a turning angle detection device used in a turning work machine including a traveling body and a turning body that turns with respect to the traveling body.

走行体およびこの走行体に旋回可能に支持される作業機本体を有する建設機械では、走行体に対する作業機本体の旋回角度に応じて転倒モーメントや安定モーメントが変化する。そこで、作業機本体の旋回角度を検出して、走行体と作業機本体との位置関係をオペレータに提示する建設機械が知られている(特許文献1参照)。   In a construction machine having a traveling body and a work machine body that is turnably supported by the traveling body, the overturning moment and the stability moment change according to the turning angle of the working machine body with respect to the traveling body. Therefore, there is known a construction machine that detects the turning angle of the work implement main body and presents the positional relationship between the traveling body and the work implement main body to an operator (see Patent Document 1).

特開平6−128987号公報JP-A-6-128987

従来の建設機械では、作業機本体の油圧ポンプからの圧油を走行体に供給するためのスイベルジョイントを利用して旋回角度を検出するセンサを取り付けている。しかし、スイベルジョイント周辺には油圧配管が多いため、センサを精度よく配設するのが困難であり、かつ設置する場合にも多大な時間を要していた。   In a conventional construction machine, a sensor for detecting a turning angle is attached using a swivel joint for supplying pressure oil from a hydraulic pump of a work machine body to a traveling body. However, since there are many hydraulic pipes around the swivel joint, it is difficult to arrange the sensor with high accuracy, and much time is required for installation.

(1) 請求項1の発明による旋回式作業機械の旋回角度検出装置は、走行体と、走行体に対して旋回する旋回体とを備える旋回式作業機械の旋回角度検出装置において、反射面へ向けて計測信号を投射する投射部、および反射面から反射する反射信号を受信する受信部を有し、反射面との距離を検出する検出手段と、投射部から出力される計測信号を反射し、旋回体の旋回角度に応じて投射部との間の距離が変動するように定められた形状の反射面を有する反射部材と、検出手段で検出した反射部材との距離に基づいて、旋回体の旋回角度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
(2) 請求項2の発明は、請求項1に記載の旋回式作業機械の旋回角度検出装置において、反射部材は、旋回角度に応じて投射部との間の距離が変動するように定められた螺旋状の部材であることを特徴とする。
(3) 請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の旋回式作業機械の旋回角度検出装置において、検出手段は、第1の検出手段と、第1の検出手段とは異なる場所に設けられた第2の検出手段と有し、算出手段は、第1の検出手段および第2の検出手段のいずれか一方で検出した反射部材との距離に基づいて、旋回角度を算出することを特徴とする。
(4) 請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の旋回式作業機械の旋回角度検出装置において、反射部材は、走行体に配設され、検出手段は、旋回体に配設されることを特徴とする。
(5) 請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の旋回式作業機械の旋回角度検出装置において、検出手段および反射部材のための防塵カバーをさらに備えることを特徴とする。
(1) A turning angle detecting device for a turning work machine according to the invention of claim 1 is a turning angle detecting device for a turning work machine comprising a traveling body and a turning body that turns with respect to the traveling body. A projection unit for projecting the measurement signal toward and a reception unit for receiving the reflection signal reflected from the reflection surface, detecting means for detecting the distance from the reflection surface, and reflecting the measurement signal output from the projection unit Based on the distance between the reflecting member having a reflecting surface having a shape determined so that the distance between the projecting unit and the reflecting unit varies according to the turning angle of the turning body, and the reflecting member detected by the detecting means, the turning body And a calculating means for calculating the turning angle.
(2) According to a second aspect of the present invention, in the turning angle detecting device for a turning work machine according to the first aspect, the reflecting member is determined such that a distance between the reflecting member and the projection unit varies according to the turning angle. It is characterized by being a spiral member.
(3) The invention according to claim 3 is the turning angle detecting device for the turning work machine according to claim 1 or 2, wherein the detecting means is different from the first detecting means and the first detecting means. A second detecting means provided at the place, and the calculating means calculates the turning angle based on the distance from the reflecting member detected by either the first detecting means or the second detecting means; It is characterized by that.
(4) The invention of claim 4 is the turning angle detecting device for the turning work machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the reflecting member is disposed on the traveling body, and the detecting means is turned. It is arranged on the body.
(5) The invention of claim 5 is the turning angle detecting device for the turning work machine according to any one of claims 1 to 4, further comprising a dustproof cover for the detecting means and the reflecting member. And

本発明によれば、旋回角度を容易に検出できる。   According to the present invention, the turning angle can be easily detected.

−−−第1の実施の形態−−−
図1〜4を参照して、本発明による旋回式作業機械の旋回角度検出装置の第1の実施の形態を説明する。図1は、本発明による旋回角度検出装置を搭載した建設機械の一例である油圧ショベルの左側面図である。無限軌道式の下部走行体1上には、旋回輪10を介して上部旋回体2が旋回自由に装架されている。上部旋回体2は、構造体をなす旋回フレーム3、旋回フレーム3の前部左側には運転室4が、旋回フレーム3の前部中央には掘削作業等を行うための作業装置5が、旋回フレーム3の後部側には、作業装置5とのバランスをとるためのカウンタウエイト6が設置されている。また、旋回フレーム3上の運転室4とカウンタウエイト6との間には、機械室を画成した建屋カバー7が設置されている。
--- First embodiment ---
With reference to FIGS. 1-4, 1st Embodiment of the turning angle detection apparatus of the turning type work machine by this invention is described. FIG. 1 is a left side view of a hydraulic excavator that is an example of a construction machine equipped with a turning angle detection device according to the present invention. On the endless track type lower traveling body 1, the upper revolving body 2 is mounted so as to be freely turnable via a turning wheel 10. The upper revolving structure 2 includes a revolving frame 3 that forms a structure, a cab 4 on the left side of the front of the revolving frame 3, and a work device 5 for performing excavation work and the like at the front center of the revolving frame 3. On the rear side of the frame 3, a counterweight 6 is installed for balancing with the work device 5. A building cover 7 defining a machine room is installed between the cab 4 and the counterweight 6 on the revolving frame 3.

図2は、旋回角度検出装置の構成を示す図である。旋回角度検出装置は、距離センサ11と、反射板21と、旋回角度演算コントロールユニット31とを備えている。距離センサ11は、レーザ光を利用した非接触式の距離センサであり、反射面へ向けて計測信号(レーザ光)を投射する投射部(射出部)、および反射面から反射する反射信号を受信する受信部(入射部)を有し、反射面との距離を検出するセンサである。距離センサ11は、上部旋回体2の下部や、旋回輪10の不図示のアウタレースの外周など、上部旋回体2側に取り付けられて、後述する反射板21との距離を検出する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the turning angle detection device. The turning angle detection device includes a distance sensor 11, a reflecting plate 21, and a turning angle calculation control unit 31. The distance sensor 11 is a non-contact type distance sensor using laser light, and receives a reflection signal reflected from the reflection part and a projection part (emitting part) that projects a measurement signal (laser light) toward the reflection surface. This is a sensor that has a receiving unit (incident unit) that detects the distance to the reflecting surface. The distance sensor 11 is attached to the upper revolving body 2 side such as the lower part of the upper revolving body 2 and the outer periphery of an outer race (not shown) of the revolving wheel 10 and detects the distance from the reflector 21 described later.

反射板21は、旋回輪10を下部走行体1へ固定する部位や、図2に示すように、旋回輪10のインナレース10aの外周など、旋回輪10の回転中心を中心として下部走行体1側へ取り付けられた約1周分の螺旋状の板部材である。なお、図2は、旋回輪10周辺を模式的に示す図であり、旋回輪10のアウタレースの記載は省略している。反射板21は、旋回輪10の回転中心を中心とした角度位相に応じて高さ方向の位置が一意的に決まるように配設されている。すなわち、反射板21は、上部旋回体2の旋回角度に応じて距離センサ11との間の距離が変動するように定められた螺旋状の部材である。なお、距離センサ11は、上部旋回体2が旋回した際に、距離センサ11が反射板21の直上を移動して、反射板21との距離が測定できるよう配設されている。   The reflecting plate 21 is centered on the center of rotation of the turning wheel 10 such as a portion for fixing the turning wheel 10 to the lower traveling body 1 and the outer periphery of the inner race 10a of the turning wheel 10 as shown in FIG. It is a spiral plate member of about one turn attached to the side. FIG. 2 is a diagram schematically showing the periphery of the turning wheel 10, and the outer race of the turning wheel 10 is not shown. The reflecting plate 21 is disposed such that the position in the height direction is uniquely determined according to the angular phase around the rotation center of the swivel wheel 10. That is, the reflecting plate 21 is a spiral member that is determined so that the distance from the distance sensor 11 varies according to the turning angle of the upper turning body 2. The distance sensor 11 is arranged so that the distance sensor 11 can measure the distance to the reflecting plate 21 by moving the distance sensor 11 directly above the reflecting plate 21 when the upper swing body 2 turns.

図3は、インナレース10aおよび反射板21を模式的に示す図であり、図3(a)は平面図であり、図3(b)は油圧ショベルの左側から見た側面図である。図3において、Oは旋回輪10の回転中心を示し、Zは旋回輪10の回転軸を示す。反射板21は、高さ位置の異なる一方端(上端)21aと、他方端(下端)21bとを有する。なお、反射板21を上方から見たときに上端21aと下端21bとの間に隙間が生じないように、反射板21を上方から見たときに上端21a近傍の反射板21と下端21b近傍の反射板21とは重なり合っている。すなわち、距離センサ11から射出されたレーザ光が必ず反射板21の上側表面に当たるように反射板21が形成されている。   FIG. 3 is a view schematically showing the inner race 10a and the reflecting plate 21, FIG. 3 (a) is a plan view, and FIG. 3 (b) is a side view seen from the left side of the excavator. In FIG. 3, O represents the rotation center of the turning wheel 10, and Z represents the rotation axis of the turning wheel 10. The reflection plate 21 has one end (upper end) 21a and the other end (lower end) 21b having different height positions. In addition, when the reflection plate 21 is viewed from above, the reflection plate 21 in the vicinity of the upper end 21a and the vicinity of the lower end 21b are not provided so that a gap is not generated between the upper end 21a and the lower end 21b when the reflection plate 21 is viewed from above. The reflector 21 overlaps. That is, the reflecting plate 21 is formed so that the laser light emitted from the distance sensor 11 always hits the upper surface of the reflecting plate 21.

反射板21は、螺旋の半径方向に沿って切断されて複数に分割された螺旋状の板部材をボルト等の締結部材を用いて下部走行体1側へ取り付けることで、1つの反射板21として固定されている。距離センサ11および反射板21の周囲には、距離センサ11および反射板21の防塵のための防塵カバー40が設けられている(図2)。   The reflecting plate 21 is attached to the lower traveling body 1 side by using a fastening member such as a bolt by cutting a spiral plate member that is cut along a radial direction of the spiral into a plurality of parts, thereby forming a single reflecting plate 21. It is fixed. A dustproof cover 40 is provided around the distance sensor 11 and the reflecting plate 21 to protect the distance sensor 11 and the reflecting plate 21 from dust (FIG. 2).

防塵カバー40は、たとえば、円筒部41,42によって構成されている。円筒部41は下部走行体1側へ固定されている。円筒部42は、円筒部41の外周を囲うように円筒部41の外径よりもやや大きい内径を有し、上部旋回体2側へ固定されて、円筒部41と軸方向に沿って重なり合う。防塵カバー40をこのように構成することで、円筒部41の外周面と円筒部42の内周面との間に隙間が設けられ、下部走行体1に対する上部旋回体2の旋回を阻害することなく、外部から円筒部41の内周側への塵埃等の進入を抑止できる。なお、各円筒部41,42は半径方向に複数に分割可能であり、分割部分で分解することで、下部走行体1または上部旋回体2から容易に取り外し可能となっている。これにより、距離センサ11のレーザ光の射出、入射部や、反射板21の表面へ付着した塵埃等の除去が容易であり、メンテナンス性が良好である。   The dust cover 40 is constituted by, for example, cylindrical portions 41 and 42. The cylindrical portion 41 is fixed to the lower traveling body 1 side. The cylindrical portion 42 has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the cylindrical portion 41 so as to surround the outer periphery of the cylindrical portion 41, is fixed to the upper swing body 2 side, and overlaps the cylindrical portion 41 along the axial direction. By configuring the dustproof cover 40 in this way, a gap is provided between the outer peripheral surface of the cylindrical portion 41 and the inner peripheral surface of the cylindrical portion 42, and the turning of the upper swing body 2 with respect to the lower traveling body 1 is obstructed. In addition, entry of dust and the like from the outside to the inner peripheral side of the cylindrical portion 41 can be suppressed. In addition, each cylindrical part 41 and 42 can be divided | segmented into multiple in radial direction, and can be easily removed from the lower traveling body 1 or the upper revolving body 2 by disassembling in a divided part. This facilitates the emission of laser light from the distance sensor 11 and the removal of dust and the like adhering to the incident portion and the surface of the reflecting plate 21, and the maintainability is good.

旋回角度演算コントロールユニット31は、距離センサ11で測定した距離センサ11と反射板21との距離に基づいて、下部走行体1に対する上部旋回体2の旋回角度(以下単に旋回角度θと呼ぶ)を算出する。具体的には、旋回角度演算コントロールユニット31は、次のようにして旋回角度θを算出する。下部走行体1に対して上部旋回体2が旋回すると、距離センサ11と下部走行体1との距離に変化はないが、旋回輪10の回転中心を中心とした角度位相(すなわち旋回角度θ)に応じて距離センサ11と反射板21との距離が一意的に変化する。   The turning angle calculation control unit 31 determines the turning angle of the upper turning body 2 relative to the lower traveling body 1 (hereinafter simply referred to as the turning angle θ) based on the distance between the distance sensor 11 and the reflector 21 measured by the distance sensor 11. calculate. Specifically, the turning angle calculation control unit 31 calculates the turning angle θ as follows. When the upper swing body 2 turns with respect to the lower travel body 1, the distance between the distance sensor 11 and the lower travel body 1 does not change, but the angular phase around the rotation center of the swivel wheel 10 (that is, the turning angle θ). Accordingly, the distance between the distance sensor 11 and the reflector 21 changes uniquely.

旋回角度演算コントロールユニット31は、距離センサ11で測定した距離センサ11と反射板21と、旋回角度θとの距離との関係をテーブル(対応テーブル)として不図示の記憶部に記憶している。旋回角度演算コントロールユニット31は、距離センサ11で測定された距離に対応する旋回角度θを対応テーブルから読み込むことで、旋回角度θを算出する。   The turning angle calculation control unit 31 stores the relationship between the distance between the distance sensor 11 and the reflection plate 21 measured by the distance sensor 11 and the turning angle θ as a table (corresponding table) in a storage unit (not shown). The turning angle calculation control unit 31 calculates the turning angle θ by reading the turning angle θ corresponding to the distance measured by the distance sensor 11 from the correspondence table.

対応テーブルは、距離センサ11を上部旋回体2側に固定し、反射板21をインナレース10aの外周などの取り付け箇所に固定した後、下部走行体1に対して上部旋回体2を実際に旋回させて、旋回角度θと、距離センサ11の測定距離との対応関係を取得することで作成される。たとえば、RTK−GPS(Real Time Kinematic GPS)と呼ばれる高精度の位置計測手段や、トータルステーションのような測量機器を用いることで、距離センサ11の測定距離と同時に、旋回角度θを記録することができる。   The correspondence table fixes the distance sensor 11 to the upper swing body 2 side, fixes the reflecting plate 21 to an attachment location such as the outer periphery of the inner race 10a, and then actually turns the upper swing body 2 with respect to the lower traveling body 1. Thus, it is created by acquiring the correspondence between the turning angle θ and the measurement distance of the distance sensor 11. For example, by using a highly accurate position measuring means called RTK-GPS (Real Time Kinematic GPS) and a surveying instrument such as a total station, the turning angle θ can be recorded simultaneously with the measurement distance of the distance sensor 11. .

なお、反射板21の傾斜角度を高精度に保ったまま、取り付け箇所に固定できるのであれば、対応テーブルによらず、旋回角度θと距離センサ11の測定距離との関係式を用いて、計算により旋回角度θを算出するようにしてもよい。上述したように、対応テーブルによって旋回角度θを算出するようにした場合、固定後の反射板21の傾斜角度の精度は、旋回輪10の回転中心を中心とした角度位相に応じて反射板21の高さ方向位置が一意的に決まるような精度であればよく、傾斜角度の多少の変動は許容される。   In addition, if it can fix to the attachment location, maintaining the inclination angle of the reflecting plate 21 with high precision, it calculates using the relational expression of turning angle (theta) and the measurement distance of the distance sensor 11 irrespective of a corresponding table. May be used to calculate the turning angle θ. As described above, when the turning angle θ is calculated using the correspondence table, the accuracy of the inclination angle of the reflecting plate 21 after being fixed depends on the angle phase around the rotation center of the turning wheel 10. It is sufficient that the position in the height direction is uniquely determined, and some variation in the tilt angle is allowed.

旋回角度演算コントロールユニット31は、上述したように旋回角度θを算出すると、算出した旋回角度θをモーメント演算コントロールユニット32へ出力する。モーメント演算コントロールユニット32は、油圧ショベルを転倒させないように作用する安定モーメントや、油圧ショベルを転倒させるように作用する転倒モーメントを算出し、算出した各モーメントに基づいて油圧ショベルの転倒防止のために不図示の警報装置等を作動させる装置である。モーメント演算コントロールユニット32は、旋回角度演算コントロールユニット31で算出された旋回角度θを用いて、安定モーメントや転倒モーメントを算出する。なお、モーメント演算コントロールユニット32における安定モーメントおよび転倒モーメントの算出方法や、算出した各モーメントに基づいて不図示の警報装置等を作動させる動作については公知であるので、その説明を省略する。   When the turning angle calculation control unit 31 calculates the turning angle θ as described above, the turning angle calculation control unit 31 outputs the calculated turning angle θ to the moment calculation control unit 32. The moment calculation control unit 32 calculates a stable moment that prevents the hydraulic excavator from overturning, and a tipping moment that operates so as to cause the hydraulic excavator to fall over, and prevents the excavator from overturning based on the calculated moments. It is a device for operating an alarm device (not shown). The moment calculation control unit 32 uses the turning angle θ calculated by the turning angle calculation control unit 31 to calculate a stability moment and a tipping moment. The calculation method of the stable moment and the overturning moment in the moment calculation control unit 32 and the operation of operating an alarm device (not shown) based on the calculated moments are well known, and the description thereof is omitted.

このように構成される旋回角度検出装置では、上述したように、旋回角度演算コントロールユニット31は、距離センサ11で測定した距離センサ11と反射板21との距離を読み込み、読み込んだ距離に対応する旋回角度θを対応テーブルから読み込むことで、旋回角度θを算出する。下部走行体1に対して上部旋回体2が旋回すると、旋回角度θに応じて距離センサ11と反射板21との距離が変化するが、旋回角度演算コントロールユニット31は、距離センサ11の測定距離を随時読み込んで、旋回角度θを算出する。旋回角度演算コントロールユニット31で算出された旋回角度θの値は、上述したようにモーメント演算コントロールユニット32へ出力されて、油圧ショベルの安定モーメントや転倒モーメントの算出に用いられる。   In the turning angle detection device configured as described above, as described above, the turning angle calculation control unit 31 reads the distance between the distance sensor 11 and the reflection plate 21 measured by the distance sensor 11 and corresponds to the read distance. The turning angle θ is calculated by reading the turning angle θ from the correspondence table. When the upper swing body 2 turns with respect to the lower traveling body 1, the distance between the distance sensor 11 and the reflection plate 21 changes according to the turning angle θ. The turning angle calculation control unit 31 uses the distance measured by the distance sensor 11. Is read as needed to calculate the turning angle θ. The value of the turning angle θ calculated by the turning angle calculation control unit 31 is output to the moment calculation control unit 32 as described above, and is used to calculate the stability moment and overturning moment of the hydraulic excavator.

−−−フローチャート−−−
図4は、旋回角度θの算出処理のフローチャートである。この処理は、旋回角度演算コントロールユニット31で実行されるプログラムにより行われる。不図示のエンジンキースイッチがオンされるとこのプログラムが起動される。
--- Flow chart ---
FIG. 4 is a flowchart of processing for calculating the turning angle θ. This process is performed by a program executed by the turning angle calculation control unit 31. When an engine key switch (not shown) is turned on, this program is started.

ステップS1において、距離センサ11で測定した距離センサ11と反射板21との距離を読み込んでステップS3へ進む。ステップS3において、ステップS1で読み込んだ距離センサ11の測定距離に対応する旋回角度θを対応テーブルから読み込んでステップS5へ進む。ステップS5において、ステップS3で読み込んだ旋回角度θの値をモーメント演算コントロールユニット32へ出力してリターンする。   In step S1, the distance between the distance sensor 11 and the reflector 21 measured by the distance sensor 11 is read, and the process proceeds to step S3. In step S3, the turning angle θ corresponding to the measurement distance of the distance sensor 11 read in step S1 is read from the correspondence table, and the process proceeds to step S5. In step S5, the value of the turning angle θ read in step S3 is output to the moment calculation control unit 32 and the process returns.

上述した第1の実施の形態の旋回角度検出装置では、次の作用効果を奏する。
(1) 旋回角度θに応じて、距離センサ11との距離が一意的に定まるように配設された反射板21を設け、距離センサ11で測定した距離センサ11と反射板21との距離に基づいて旋回角度θを算出するように構成した。これにより、距離センサ11や反射板21など、旋回角度θを算出するためのセンサ類の配設が容易となって、旋回角度θの検出が容易になるとともに、旋回角度θ検出のためのコストを低減できる。また、可動部のない反射板21と、上部旋回体2に取り付けた距離センサ11とによって得られる距離センサ11と反射板21との距離に基づいて旋回角度θを算出するように構成したので、故障が少なく、信頼性が高い。さらに、取り付けが容易であるので、既存の建設機械にも低コストで容易に後付け可能である。
The turning angle detection device of the first embodiment described above has the following operational effects.
(1) A reflecting plate 21 is provided so that the distance from the distance sensor 11 is uniquely determined according to the turning angle θ, and the distance between the distance sensor 11 and the reflecting plate 21 measured by the distance sensor 11 is set. Based on this, the turning angle θ is calculated. As a result, the sensors for calculating the turning angle θ such as the distance sensor 11 and the reflecting plate 21 can be easily arranged, the detection of the turning angle θ is facilitated, and the cost for detecting the turning angle θ is facilitated. Can be reduced. Moreover, since it comprised so that the turning angle (theta) might be calculated based on the distance of the distance sensor 11 and the reflecting plate 21 obtained by the reflecting plate 21 without a movable part, and the distance sensor 11 attached to the upper revolving body 2, There are few failures and high reliability. Furthermore, since it is easy to install, it can be easily retrofitted to existing construction machines at low cost.

(2) 距離センサ11を下部走行体1側に配設し、反射板21を上部旋回体2側に配設することもできるが、この場合、距離センサ11と旋回角度演算コントロールユニット31との間にスリップリングなどを設けて、下部走行体1と上部旋回体2との回転を吸収する必要がある。これに対して、上述した旋回角度検出装置では、距離センサ11を上部旋回体2側に設けるように構成したので、距離センサ11の結線が容易となり、信頼性が高く、設置コストも低減できる。 (2) The distance sensor 11 can be disposed on the lower traveling body 1 side, and the reflector 21 can be disposed on the upper revolving body 2 side. In this case, the distance sensor 11 and the turning angle calculation control unit 31 It is necessary to provide a slip ring or the like between them to absorb the rotation of the lower traveling body 1 and the upper swing body 2. On the other hand, in the turning angle detection apparatus described above, since the distance sensor 11 is provided on the upper turning body 2 side, the connection of the distance sensor 11 is facilitated, the reliability is high, and the installation cost can be reduced.

(3) 旋回輪10のインナレース10aの外周に反射板21を取り付けるように構成したので、取り付け作業が楽になり、設置コストも低減できる。 (3) Since the reflection plate 21 is configured to be attached to the outer periphery of the inner race 10a of the turning wheel 10, the installation work becomes easy and the installation cost can be reduced.

(4) 複数に分割された螺旋状の板部材をボルト等の締結部材を用いて下部走行体1側へ取り付けることで、反射板21を固定するように構成したので、反射板21の取り付けや、位置・傾斜角度の調節、塵埃除去等のメンテナンス、交換などが容易となる。 (4) Since the reflection plate 21 is fixed by attaching the plurality of divided spiral plate members to the lower traveling body 1 side using fastening members such as bolts, , Maintenance and replacement such as adjustment of position / tilt angle, dust removal, etc. are facilitated.

(5) 防塵カバー40を設けたので、距離センサ11のレーザ光の射出、入射部位や、反射板21の表面への塵埃等の付着を抑止できるので、距離センサ11や反射板21のメンテナンス頻度を低減して、ランニングコストを抑制できる。 (5) Since the dustproof cover 40 is provided, it is possible to suppress the emission of the laser light of the distance sensor 11 and the incident site, and the adhesion of dust and the like to the surface of the reflecting plate 21, so the maintenance frequency of the distance sensor 11 and the reflecting plate 21 This can reduce running costs.

−−−第2の実施の形態−−−
図5〜7を参照して、本発明による旋回式作業機械の旋回角度検出装置の第2の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、距離センサが2つ設けられ、旋回角度θの算出に利用する距離センサを適宜切り替えて用いる点で、第1の実施の形態と異なる。
--- Second Embodiment ---
With reference to FIGS. 5-7, 2nd Embodiment of the turning angle detection apparatus of the turning type work machine by this invention is described. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different points will be mainly described. Points that are not particularly described are the same as those in the first embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment in that two distance sensors are provided and the distance sensor used for calculating the turning angle θ is appropriately switched and used.

図5は、第2の実施の形態の旋回角度検出装置の構成を示す図である。本実施の形態の旋回角度検出装置では、距離センサ11の他に距離センサ12が設けられている。距離センサ12は、距離センサ11と同じレーザ光を利用した非接触式の距離センサであり、距離センサ11と同様に上部旋回体2の下部や、旋回輪10の不図示のアウタレースの外周など、上部旋回体2側に取り付けられて、反射板21との距離を検出する。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the turning angle detection device according to the second embodiment. In the turning angle detection device of the present embodiment, a distance sensor 12 is provided in addition to the distance sensor 11. The distance sensor 12 is a non-contact type distance sensor that uses the same laser light as the distance sensor 11. Like the distance sensor 11, the lower part of the upper swing body 2, the outer periphery of the outer race (not shown) of the swivel wheel 10, etc. It is attached to the upper swing body 2 side and detects the distance from the reflecting plate 21.

なお、本実施の形態では、距離センサ12は、たとえば旋回輪10の回転中心を中心として距離センサ11の配設位置と略対称となる位置に配設されている。しかし、上部旋回体2が旋回した際に、距離センサ11と同様に反射板21の直上を移動して、反射板21との距離が測定でき、かつ、後述する切り替え領域を距離センサ11と同時に測距しない位置であれば上述した位置に限定されない。   In the present embodiment, the distance sensor 12 is disposed at a position that is substantially symmetric with respect to the position where the distance sensor 11 is disposed, for example, with the rotation center of the turning wheel 10 as the center. However, when the upper-part turning body 2 is turned, it can be moved just above the reflecting plate 21 in the same manner as the distance sensor 11 to measure the distance from the reflecting plate 21, and a switching area to be described later can be set at the same time as the distance sensor 11. The position is not limited to the position described above as long as the distance is not measured.

図6は、インナレース10aおよび反射板21を模式的に示す図であり、図6(a)は平面図であり、図6(b)は油圧ショベルの左側から見た側面図である。上部旋回体2の旋回に伴って距離センサ11,12が上端21aの近傍を通過する際には、距離センサ11,12から射出されるレーザ光が上端21aの形状の影響を受けて散乱するなどして、正確な測距が困難になる恐れもある。そこで、本実施の形態の旋回角度検出装置では、距離センサ11が、切り替え領域を測距するような位置にある場合には、距離センサ12で測定した反射板21との距離に基づいて旋回角度θを算出する。   FIG. 6 is a diagram schematically showing the inner race 10a and the reflecting plate 21, FIG. 6 (a) is a plan view, and FIG. 6 (b) is a side view seen from the left side of the excavator. When the distance sensors 11 and 12 pass in the vicinity of the upper end 21a as the upper swing body 2 turns, the laser light emitted from the distance sensors 11 and 12 is scattered by the influence of the shape of the upper end 21a. Thus, accurate ranging may be difficult. Therefore, in the turning angle detection device of the present embodiment, when the distance sensor 11 is in a position for measuring the switching region, the turning angle is based on the distance from the reflector 21 measured by the distance sensor 12. θ is calculated.

ここで、切り替え領域とは、「回転中心Oを中心とする上端21aの角度位相」を中心とした反射板21上の領域であり、図6(a)でハッチングを施した領域22a,22bを指す。すなわち、切り替え領域とは、反射板21の上側表面の内、上端21aおよび下端21b近傍の領域22a,22bを指す。図6(b)に示すように、切り替え領域は、距離センサ11,12の測距基準高さ(すなわち、距離センサ11,12で測定する距離が0となると想定される高さ位置)からの距離がL1以下となる領域、または、L2以上となる領域として規定される。   Here, the switching region is a region on the reflecting plate 21 centered on “the angular phase of the upper end 21a centering on the rotation center O”, and the regions 22a and 22b hatched in FIG. Point to. That is, the switching region refers to the regions 22a and 22b in the vicinity of the upper end 21a and the lower end 21b in the upper surface of the reflecting plate 21. As shown in FIG. 6B, the switching area is from the distance measurement reference height of the distance sensors 11 and 12 (that is, the height position where the distance measured by the distance sensors 11 and 12 is assumed to be 0). It is defined as a region where the distance is L1 or less, or a region where the distance is L2 or more.

したがって、旋回角度演算コントロールユニット31は、距離センサ11で測定された距離がL1以下またはL2以上である場合には、距離センサ11が切り替え領域を測距するような位置にあると判断して、距離センサ12で測定した反射板21との距離に基づいて旋回角度θを算出する。   Therefore, the turning angle calculation control unit 31 determines that the distance sensor 11 is in a position to measure the switching area when the distance measured by the distance sensor 11 is L1 or less or L2 or more, The turning angle θ is calculated based on the distance from the reflecting plate 21 measured by the distance sensor 12.

旋回角度演算コントロールユニット31は、距離センサ12で測定した距離センサ12と反射板21との距離と、旋回角度θとの関係をテーブル(副センサ用対応テーブル)として不図示の記憶部に記憶している。旋回角度演算コントロールユニット31は、距離センサ11が、切り替え領域を測距するような位置にないと判断される場合には、距離センサ11で測定された距離に対応する旋回角度θを対応テーブル(主センサ用対応テーブル)から読み込むことで、旋回角度θを算出する。また、旋回角度演算コントロールユニット31は、距離センサ11が、切り替え領域を測距するような位置にあると判断される場合には、距離センサ12で測定された距離に対応する旋回角度θを副センサ用対応テーブルから読み込むことで、旋回角度θを算出する。   The turning angle calculation control unit 31 stores the relationship between the distance between the distance sensor 12 and the reflecting plate 21 measured by the distance sensor 12 and the turning angle θ in a storage unit (not shown) as a table (sub sensor correspondence table). ing. When it is determined that the distance sensor 11 is not in a position to measure the switching area, the turning angle calculation control unit 31 sets the turning angle θ corresponding to the distance measured by the distance sensor 11 to the correspondence table ( The turning angle θ is calculated by reading from the main sensor correspondence table. Further, when it is determined that the distance sensor 11 is in a position to measure the switching area, the turning angle calculation control unit 31 uses the turning angle θ corresponding to the distance measured by the distance sensor 12 as a sub-range. The turning angle θ is calculated by reading from the sensor correspondence table.

−−−フローチャート−−−
図7は、旋回角度θの算出処理のフローチャートである。この処理は、旋回角度演算コントロールユニット31で実行されるプログラムにより行われる。不図示のエンジンキースイッチがオンされるとこのプログラムが起動される。
--- Flow chart ---
FIG. 7 is a flowchart of the calculation process of the turning angle θ. This process is performed by a program executed by the turning angle calculation control unit 31. When an engine key switch (not shown) is turned on, this program is started.

ステップS11において、距離センサ11,12で測定した反射板21との距離を読み込んでステップS12へ進む。ステップS12において、距離センサ11で測定した距離が上述した距離L1以下であるか、または、上述した距離L2以上であるか否かを判断する。   In step S11, the distance to the reflecting plate 21 measured by the distance sensors 11 and 12 is read, and the process proceeds to step S12. In step S12, it is determined whether the distance measured by the distance sensor 11 is equal to or less than the distance L1 described above or equal to or greater than the distance L2 described above.

ステップS12が肯定判断されるとステップS13へ進み、ステップS11で読み込んだ距離センサ12の測定距離に対応する旋回角度θを副センサ用対応テーブルから読み込んでステップS15へ進む。また、ステップS12が否定判断されるとステップS23へ進み、ステップS11で読み込んだ距離センサ11の測定距離に対応する旋回角度θを主センサ用対応テーブルから読み込んでステップS15へ進む。   If an affirmative determination is made in step S12, the process proceeds to step S13, the turning angle θ corresponding to the measurement distance of the distance sensor 12 read in step S11 is read from the sub sensor correspondence table, and the process proceeds to step S15. Further, if a negative determination is made in step S12, the process proceeds to step S23, the turning angle θ corresponding to the measurement distance of the distance sensor 11 read in step S11 is read from the main sensor correspondence table, and the process proceeds to step S15.

ステップS15において、ステップS13またはステップS23で読み込んだ旋回角度θの値をモーメント演算コントロールユニット32へ出力してリターンする。   In step S15, the value of the turning angle θ read in step S13 or step S23 is output to the moment calculation control unit 32, and the process returns.

上述した第2の実施の形態の旋回角度検出装置では、第1の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
(1) 2つの距離センサ11,12を異なる位置に配設し、距離センサ11が、切り替え領域を測距するような位置にある場合には、距離センサ11とは離れた位置に配設されている距離センサ12で測定した反射板21との距離に基づいて旋回角度θを算出するように構成した。これにより、距離センサ11が上端21aの形状の影響を受けて正確な測距が困難になる恐れがある場合でも、距離センサ12で上端21aの形状の影響を受けずに正確に測距できるので、旋回角度θ算出の信頼性が高い。
The turning angle detection device of the second embodiment described above has the following operational effects in addition to the operational effects of the first embodiment.
(1) When the two distance sensors 11 and 12 are arranged at different positions and the distance sensor 11 is at a position for measuring the switching area, the distance sensor 11 is arranged at a position away from the distance sensor 11. The turning angle θ is calculated based on the distance from the reflecting plate 21 measured by the distance sensor 12. As a result, even if the distance sensor 11 is affected by the shape of the upper end 21a and there is a risk that accurate distance measurement may be difficult, the distance sensor 12 can accurately measure the distance without being affected by the shape of the upper end 21a. The calculation of the turning angle θ is highly reliable.

−−−変形例−−−
(1) 上述した第2の実施の形態では、距離センサ11で測定された距離に基づいて距離センサ11が切り替え領域を測距するような位置にあるか否かを判断しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、距離センサ11が切り替え領域を測距するような位置にあるときに距離センサ12で測定される距離の範囲をあらかじめ記憶しておき、距離センサ12で測定された距離が当該記憶している距離の範囲内である場合に距離センサ11が切り替え領域を測距するような位置にあると判断するようにしてもよい。また、近接センサ等の他のセンサを別途設け、当該センサによって距離センサ11が切り替え領域を測距するような位置にあるか否かを判断するようにしてもよい。
---- Modified example ---
(1) In the second embodiment described above, it is determined whether or not the distance sensor 11 is in a position to measure the switching area based on the distance measured by the distance sensor 11. The invention is not limited to this. For example, the distance range measured by the distance sensor 12 when the distance sensor 11 is in a position for measuring the switching area is stored in advance, and the distance measured by the distance sensor 12 is stored. When the distance is within the range, it may be determined that the distance sensor 11 is in a position to measure the switching area. Further, another sensor such as a proximity sensor may be provided separately, and it may be determined whether or not the distance sensor 11 is in a position to measure the switching area by the sensor.

(2) 上述した第2の実施の形態では、距離センサ11が、切り替え領域を測距するような位置にある場合にのみ、距離センサ12で測定した距離に基づいて旋回角度θを算出している。すなわち、上述した第2の実施の形態では、距離センサ11を距離測定の主たるセンサとして位置づけ、距離センサ12を距離センサ11が切り替え領域を測距するような位置にあるときに利用する副次的なセンサとして位置づけているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、上部旋回体2の旋回によって距離センサ11が切り替え領域上方に達した後、切り替え領域上方を脱した後も、距離センサ12が切り替え領域上方に到達するまで、距離センサ12で測定した距離に基づいて旋回角度θを算出するようにしてもよい。すなわち、各センサ11,12をそれぞれ対等に位置づけてもよい。 (2) In the second embodiment described above, the turning angle θ is calculated based on the distance measured by the distance sensor 12 only when the distance sensor 11 is in a position to measure the switching area. Yes. That is, in the second embodiment described above, the distance sensor 11 is positioned as the main sensor for distance measurement, and the distance sensor 12 is used as a secondary when the distance sensor 11 is at a position where the distance sensor 11 measures the switching area. However, the present invention is not limited to this. For example, after the distance sensor 11 reaches the upper part of the switching area by turning the upper swing body 2, the distance measured by the distance sensor 12 is maintained until the distance sensor 12 reaches the upper part of the switching area even after leaving the upper part of the switching area. Based on this, the turning angle θ may be calculated. In other words, the sensors 11 and 12 may be positioned equally.

これにより、一方の距離センサが上端21aの形状の影響を受けて正確な測距が困難になる恐れがある場合でも、他方の距離センサで上端21aの形状の影響を受けずに正確に測距できるので、旋回角度θ算出の信頼性が高い。   As a result, even if one distance sensor may be affected by the shape of the upper end 21a and accurate distance measurement may be difficult, the other distance sensor can accurately measure the distance without being affected by the shape of the upper end 21a. Therefore, the calculation of the turning angle θ is highly reliable.

(3) 上述の説明では、反射板21は、旋回輪10の回転中心を中心とした角度位相に応じて高さ方向の位置が一意的に決まるように配設されているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図8に示した模式的な平面図のように、旋回輪10の回転中心Oを中心とした角度位相に応じて半径方向の位置が一意的に決まるように反射板121を配設し、回転中心Oに向かってレーザ光を照射するように距離センサ11を上部旋回体2側に取り付け、反射板121の側面との距離を測定する。そして、距離センサ11で測定された反射板121の側面との距離に基づいて、あらかじめ記憶されたテーブルから旋回角度θを算出するようにしてもよい。 (3) In the above description, the reflector 21 is disposed such that the position in the height direction is uniquely determined according to the angular phase around the rotation center of the swivel wheel 10. It is not limited to this. For example, as shown in the schematic plan view shown in FIG. 8, the reflector 121 is disposed so that the radial position is uniquely determined according to the angular phase around the rotation center O of the turning wheel 10. The distance sensor 11 is attached to the upper swing body 2 side so as to irradiate the laser beam toward the rotation center O, and the distance from the side surface of the reflector 121 is measured. And based on the distance with the side surface of the reflecting plate 121 measured with the distance sensor 11, you may make it calculate turning angle (theta) from the table memorize | stored beforehand.

このように、距離センサ11から出力されるレーザ光を反射し、旋回角度θに応じて距離センサ11との間の距離が変動するように定められた形状の反射面を有すように反射板が形成されていればよい。   In this way, the reflecting plate reflects the laser beam output from the distance sensor 11 and has a reflecting surface having a shape determined so that the distance from the distance sensor 11 varies according to the turning angle θ. Should just be formed.

(4) 上述の説明では、距離センサ11,12としてレーザ光を利用した非接触式の距離センサを用いているが、本発明はこれに限定されない。たとえば超音波を利用した超音波式の距離センサを用いてもよい。ただし、超音波式の距離センサでは、レーザ式の距離センサと比べて、射出する超音波の指向性が低いため、上端21aの近傍の測距が困難である。そのため、射出するレーザ光の指向性が高いレーザ式の距離センサを用いるか、たとえば、上述した変形例(1)のように、切り替え領域から離れた位置にある他の距離センサや、別途設置したセンサを利用することで切り替え領域近傍で測距しなくてもよいように構成することが望ましい。 (4) In the above description, the distance sensors 11 and 12 are non-contact distance sensors using laser light, but the present invention is not limited to this. For example, an ultrasonic distance sensor using ultrasonic waves may be used. However, in the ultrasonic distance sensor, since the directivity of the emitted ultrasonic wave is low as compared with the laser distance sensor, it is difficult to measure the distance near the upper end 21a. Therefore, a laser-type distance sensor with high directivity of the emitted laser light is used, or, for example, another distance sensor located at a position away from the switching region as in the above-described modification (1), or separately installed It is desirable to use a sensor so that distance measurement is not necessary in the vicinity of the switching area.

(5) 上述の説明では、建設機械の一例として油圧ショベルを挙げているが、ホイール式の油圧ショベルや、ホイールローダ、油圧式クレーン、その他の作業機械のように、下部走行体に対して上部旋回体が旋回するように構成された各種の作業機械にも本発明を適用できる。また、たとえば固定して設置されて使用されるクレーン(たとえばジブクレーン)などのように、基体側構造体と、基体側構造体に対して旋回する旋回体とを備える旋回装置に本発明を適用してもよい。
(6) 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
(5) In the above description, a hydraulic excavator is cited as an example of a construction machine. However, an upper portion of the lower traveling body such as a wheel-type hydraulic excavator, a wheel loader, a hydraulic crane, and other work machines is used. The present invention can also be applied to various types of work machines configured so that the revolving structure revolves. Further, the present invention is applied to a turning device including a base-side structure and a turning body that turns with respect to the base-side structure, such as a crane (for example, a jib crane) that is fixedly installed and used. May be.
(6) The above-described embodiments and modifications may be combined.

上述の実施の形態およびその変形例において、たとえば、検出手段は距離センサ11,12に、反射部材は反射板21,121にそれぞれ対応する。算出手段は、旋回角度演算コントロールユニット31および旋回角度演算コントロールユニット31で実行される制御プログラムによって実現される。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。   In the above-described embodiment and its modifications, for example, the detecting means corresponds to the distance sensors 11 and 12, and the reflecting member corresponds to the reflecting plates 21 and 121, respectively. The calculation means is realized by a turning angle calculation control unit 31 and a control program executed by the turning angle calculation control unit 31. The above description is merely an example, and when interpreting the invention, there is no limitation or restriction on the correspondence between the items described in the above embodiment and the items described in the claims.

旋回角度検出装置を搭載した油圧ショベルの左側面図である。It is a left side view of a hydraulic excavator equipped with a turning angle detection device. 第1の実施の形態の旋回角度検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the turning angle detection apparatus of 1st Embodiment. インナレース10aおよび反射板21を模式的に示す図である。It is a figure which shows the inner race 10a and the reflecting plate 21 typically. 旋回角度θの算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the calculation process of turning angle (theta). 第2の実施の形態の旋回角度検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the turning angle detection apparatus of 2nd Embodiment. インナレース10aおよび反射板21を模式的に示す図である。It is a figure which shows the inner race 10a and the reflecting plate 21 typically. 旋回角度θの算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the calculation process of turning angle (theta). 変形例を示す図である。It is a figure which shows a modification.

符号の説明Explanation of symbols

1 下部走行体 2 上部旋回体
10 旋回輪 11,12 距離センサ
21,121 反射板 31 旋回角度演算コントロールユニット
40 防塵カバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower traveling body 2 Upper turning body 10 Turning wheel 11, 12 Distance sensor 21, 121 Reflecting plate 31 Turning angle calculation control unit 40 Dust-proof cover

Claims (5)

走行体と、前記走行体に対して旋回する旋回体とを備える旋回式作業機械の旋回角度検出装置において、
反射面へ向けて計測信号を投射する投射部、および前記反射面から反射する反射信号を受信する受信部を有し、前記反射面との距離を検出する検出手段と、
前記投射部から出力される前記計測信号を反射し、前記旋回体の旋回角度に応じて前記投射部との間の距離が変動するように定められた形状の前記反射面を有する反射部材と、
前記検出手段で検出した前記反射部材との距離に基づいて、前記旋回体の旋回角度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする旋回式作業機械の旋回角度検出装置。
In a turning angle detection device for a turning work machine comprising a running body and a turning body that turns with respect to the running body,
A detection unit for projecting a measurement signal toward the reflection surface, and a reception unit for receiving a reflection signal reflected from the reflection surface, and detecting a distance from the reflection surface;
A reflecting member that reflects the measurement signal output from the projecting unit and has the reflecting surface in a shape determined so that the distance between the projecting unit varies according to the turning angle of the revolving unit;
A turning angle detecting device for a turning work machine, comprising: a calculating means for calculating a turning angle of the turning body based on a distance from the reflecting member detected by the detecting means.
請求項1に記載の旋回式作業機械の旋回角度検出装置において、
前記反射部材は、前記旋回角度に応じて前記投射部との間の距離が変動するように定められた螺旋状の部材であることを特徴とする旋回式作業機械の旋回角度検出装置。
In the turning angle detection device of the turning work machine according to claim 1,
The turning angle detecting device for a turning work machine, wherein the reflecting member is a spiral member determined such that a distance between the reflecting member and the projection unit varies according to the turning angle.
請求項1または請求項2に記載の旋回式作業機械の旋回角度検出装置において、
前記検出手段は、第1の検出手段と、前記第1の検出手段とは異なる場所に設けられた第2の検出手段と有し、
前記算出手段は、前記第1の検出手段および前記第2の検出手段のいずれか一方で検出した前記反射部材との距離に基づいて、前記旋回角度を算出することを特徴とする旋回式作業機械の旋回角度検出装置。
In the turning angle detection device for a turning work machine according to claim 1 or 2,
The detection means includes a first detection means and a second detection means provided at a place different from the first detection means,
The calculating means calculates the turning angle based on a distance from the reflecting member detected by any one of the first detecting means and the second detecting means. Swivel angle detector.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の旋回式作業機械の旋回角度検出装置において、
前記反射部材は、前記走行体に配設され、
前記検出手段は、前記旋回体に配設されることを特徴とする旋回式作業機械の旋回角度検出装置。
In the turning angle detection device of the turning work machine according to any one of claims 1 to 3,
The reflecting member is disposed on the traveling body,
The swivel angle detection device for a swivel work machine, wherein the detection means is disposed on the swivel body.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の旋回式作業機械の旋回角度検出装置において、
前記検出手段および前記反射部材のための防塵カバーをさらに備えることを特徴とする旋回式作業機械の旋回角度検出装置。
In the turning angle detection device for a turning work machine according to any one of claims 1 to 4,
A swivel angle detecting device for a swivel work machine, further comprising a dustproof cover for the detecting means and the reflecting member.
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