JP2011208967A - 測位装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スリップフォーム成型機の施工時にセンサロープの張設を不要とする測位装置を提供する。
【解決手段】スリップフォーム成型機におけるモールドの施工位置を測位する測位装置は、モールドの施工高さ及び施工方向の基準として、上下に並行して延設された２本の導線１１ｂと、給電により導線１１ｂからそれぞれ生じる磁界によって誘導電流Ｉ１，Ｉ２を発生する磁界検知回路１３と、誘導電流Ｉ１，Ｉ２に基づいて上下位置を測位する上下方向測位回路１４と、誘導電流Ｉ１，Ｉ２に係る電圧に基づいて左右位置を測位する左右方向測位回路１５と、を含んで構成される。
【選択図】図４

Description

舗装又は道路構造物などを施工するための装置に関する技術が以下に開示される。

例えば、道路舗装を舗設する場合や道路端の縁石などのコンクリート構造物を施工する場合、スリップフォーム成型機と呼ばれる施工機械を使用したスリップフォーム工法が用いられる。一例としてコンクリート構造物を施工するスリップフォーム工法は、スリップフォーム成型機の有するモールド内に施工材料としてコンクリートを投入し、該モールド内部で締固め及び成型を行いつつスリップフォーム成型機を前進させることにより、コンクリート構造物を連続して施工していく工法である（非特許文献１）。

構造物施工用のスリップフォーム成型機は、クローラやタイヤ式の走行装置に、施工材料を運搬車から供給するベルトコンベア等の搬送装置と、搬送装置により供給される施工材料を成型するための成型装置と、を組み付けた自走式の施工機械である。その成型装置として、モールド及びモールド内の締固め手段を備え、締固め手段には油圧や電動式バイブレータが主に使用される。当該成型装置は、締固め手段の振動により、モールド内でコンクリートの締固め、成型を行う。

施工時のスリップフォーム成型機は、センサ制御に従って、成型装置であるモールドの施工高さ及び施工方向を制御する。すなわち、施工高さ及び施工方向の基準線となるセンサロープが施工現場に張設され、鉤形等の高さ制御用センサがセンサロープ上を這うことでモールドの上下方向の施工位置が測位される一方、垂下する棒状の方向制御用センサがセンサロープ横に接触することでモールドの左右方向の施工位置が測位される。そして、その測位結果に従って、モールドの施工高さが制御されると共に走行装置の操舵によりモールドの施工方向が制御される（特許文献１、非特許文献１参照）。

特開２０００−２９０９２２号公報

「スリップフォーム工法施工マニュアル（構造物編）」，平成２０年３月，日本スリップフォーム工法協会（http://www.nsfa.jp/kyokai/manual.htmlからダウンロード可）

上記のように、スリップフォーム成型機等の施工機械による施工時には、センサロープを基準線として成型装置の施工位置が測位されるので、このセンサロープのたるみが大きいと測位の基準が狂う。したがって、センサロープは、高張力で真っ直ぐに張設する必要があるが、まったくたるみの無い状態に緊張させるのは難しい。現状では、なるべくたるみを少なくするため、数十センチから数メートル程度の定間隔でセンサピン、クランプ、ロッドを設置し、これによりセンサロープを張設している。この張設作業の手間が、人手を要したり、施工時間が長くなる原因の一つとなっている。

また、橋梁やトンネル内の縁石施工などの場合、縁石の外側に余裕が無いので、高欄やトンネルの壁面に穿孔して専用ステイを設置し、該ステイによりセンサロープを張設することが行われている。この場合、穿孔した壁面の孔を施工後に埋め戻す作業も必要となるので、さらに不利益を被る。

以上の背景に鑑みると、センサロープを張設する必要のない測位装置が望まれる。

上記課題に対して提案する測位装置は、施工材料を成型するための成型装置を走行装置に組み付けた自走式の施工機械において前記成型装置の施工位置を測位する測位装置であって、
施工高さ及び施工方向の基準として、上下に並行して延設された２本の導線と、
給電により前記２本の導線からそれぞれ生じる磁界によって、第１及び第２の誘導電流を発生する磁界検知回路と、
前記第１及び第２の誘導電流に基づいて上下位置を測位する上下方向測位回路と、
前記第１及び第２の誘導電流に係る電圧に基づいて左右位置を測位する左右方向測位回路と、
を含んで構成される。

上記提案の測位装置は、施工高さ及び施工方向の基準として導線を使用し、該導線に生じる磁界によって、非接触で施工位置を測位する。橋梁やトンネル内での施工を例にすれば、導線の延設作業は、高欄やトンネルの壁面に施工高さの線をけがき、このけがき線に沿って、接着剤や粘着テープ等により導線を貼り付けるという簡単な作業でよい。すなわち、センサロープ等の張設は不要である。
したがって、従来技術のように、高さを測量しながら一定間隔でクランプを設置して緊張させつつセンサロープを張設しなければならない作業に比べれば、作業の手間も時間も格段に少なくてすむ。また、導線の延設にあたって高欄やトンネルの壁面に穿孔する必要がないので、その埋め戻し作業も不要となる。

スリップフォーム成型機における測位装置の実施形態を示したモールド部分の斜視図。 図１のモールド部分を後方から見た図。 実施形態に係る測位装置の構造を概略的に説明した図。 実施形態に係る測位装置の回路図。 アスファルトフィニッシャの伸縮式スクリードにおける測位装置の実施形態を示した端部スクリード部分の斜視図。 図５の端部スクリード部分を後方から見た図。

図１は、自走式施工機械の一例としてスリップフォーム成型機に測位装置を適用した実施形態を示す。ただし、スリップフォーム成型機に関しては、要部であるモールドの部分のみ図示してある。スリップフォーム成型機の図示せぬ部分は周知であり、ここでの詳しい説明は省く。

図示のスリップフォーム成型機は、簡単に説明すると、クローラやタイヤ式の走行装置に搬送装置及び成型装置を組み付けた施工機械であり、そのうちの成型装置としてのモールド１が図示されている。モールド１は、一例として橋梁の路面端に縁石を施工するものであり、走行装置の左側に組み付けられる。このモールド１には、走行装置に組み付けられた搬送装置、例えばベルトコンベアにより、アジテータ車から施工材料としてコンクリートが供給される。モールド１は、締固め手段として油圧式バイブレータを内部に備え、該バイブレータの振動により、モールド１内でコンクリートの締固め、成型が行われ、コンクリート製の縁石Ｅが施工されていく。

このようなスリップフォーム成型機においてモールド１の施工位置を測位する測位装置１０が、モールド１の側方に設置されている。測位装置１０は、基準電線１１と、該基準電線１１に給電することにより生じる磁界に基づいて測位を行う測位器１２と、を含んで構成される。

基準電線１１は、モールド１の施工高さ（上下の位置）及び施工方向（左右の位置）の基準として、モールド１を移動させる方向（図中の矢示Ｘ）へ延設される。図１に示す場合は、施工面となる床版の側縁に沿って設けられている高欄Ａの壁面に、粘着テープ１１ａによって貼り付けられ延設されている。施工高さ及び施工方向の基準となる基準電線１１は、高欄Ａの壁面に、測量してけがいた線の上をなぞるようにして延設することができる。本実施形態における基準電線１１は、１本の導線１１ｂを折り返したものを（図３参照）、互いに平行に樹脂被覆した２芯のフィーダ線である。したがって、施工部位において、当該フィーダ線における導線１１ｂは、上下に並行して延設された２本の導線として機能する。導線１１ｂの端部は、高欄ＡにフックＢで設置した給電器１１ｃに接続されている。給電器１１ｃは、施工の邪魔にならないように、高欄Ａの外側に設置する。

給電器１１ｃは、一例として周波数２ｋＨｚの交流電流を基準電線１１に供給する。したがって、基準電線１１において、給電器１１ｃの交流電流によりその大きさと向きの変わる磁界が、上下に並行した導線１１ｂの周りにそれぞれ発生する。２本の導線１１ｂは、１本の導線を折曲げて形成してあるので、２本の導線１１ｂから生じる磁界の強さは同レベルである。

測位器１２は、筐体１２ａの中に主回路を収めてあり、図２に示すように、この筐体１２ａにおいて基準電線１１の側に、磁界検知部１２ｂが突設されている。磁界検知部１２ｂの中には、導線１１ｂの磁界によって誘導電流を生じる磁界検知回路１３が収納される。測位器１２のモールド１への取り付けには、モールド１の側部に固定されて上方へ延伸する鉤形の支柱１ａが利用され、この支柱１ａから下方へ垂下された伸縮支持具１ｂの下端に、測位器１２が固定される。伸縮支持具１ｂの上端には、該伸縮支持具１ｂを伸縮させるハンドル１ｃがあり、このハンドル１ｃを回転させて測位器１２を上下させ、高さを微調整できるようになっている。基準電線１１に対する初期の位置出しなどの微調整は、このハンドル１ｃにより行うことができる。また、鉤形の支柱１ａ自身も軸周りに回転可能にしてあり、鉤形の先端部分が水平方向に揺動することで、測位器１２の左右方向の位置も、微調整できるようになっている。

測位器１２は、上記のようにしてモールド１に取り付けられているので、高欄Ａの壁面に延設した基準電線１１に近接して移動する。そして、測位器１２がモールド１と共に移動しつつ、２本の導線１１ｂを流れる電流により生じる磁界に応じて、磁界検知回路１３に誘導電流が発生する。その誘導電流を生じる仕組みについて、図３に概略を示している。

磁界検知部１２ｂの中には、磁界検知回路１３のコイル１３ａが配置される。コイル１３ａは、基準電線１１の互いに並行する上下２本の導線１１ｂに対応させて上下に２個、配置される。２本の導線１１ｂは１本の導線を折り返して形成されているので、交流電流を流した場合、互いに逆向きの磁界を生じる。そして、２個のコイル１３ａは互いに逆巻きにしてあり、それぞれが、上下２本の導線１１ｂの一方に生じる磁界の変化に主に応じて誘導電流を発生する。なお、コイルではなくホール素子等を使って磁界を検出するものもあり得るが、コイルの電磁誘導を利用する方が精度が高く且つ安価にすませられる。

２個のコイル１３ａにそれぞれ生じる第１の誘導電流と第２の誘導電流は、筐体１２ａに収容された測位用の電気回路に入力され、上下位置及び左右位置の測位に利用される。測位用電気回路の詳細を、図４に示してある。

磁界検知回路１３において、上下の導線１１ｂからそれぞれ生じる磁界によって、対応するコイル１３ａに誘導電流が生じ、各コイル１３ａに対応するアンプ１３ｂによりその誘導電流を増幅して、第１及び第２の誘導電流Ｉ１，Ｉ２が出力される。磁界検知回路１３から出力される誘導電流Ｉ１，Ｉ２は上下方向測位回路１４に入力され、この上下方向測位回路１４が、誘導電流Ｉ１，Ｉ２に基づいてモールド１の上下位置を測位する。上下方向測位回路１４は、第１の誘導電流Ｉ１と第２の誘導電流Ｉ２とを比較し、両者の大きさ（振幅）が釣り合っているか否かを判断することにより測位を行う。

すなわち、２本の導線１１ｂは１本の導線を折り返したものなので、両者に生じる磁界はほぼ同じ強さをもつ。したがって、２個のコイル１３ａの間の上下中央と２本の導線１１ｂの間の上下中央とがほぼ一致していれば、２個のコイル１３ａによる誘導電流Ｉ１，Ｉ２の大きさは釣り合う（差分＝０）。一方、床版面の凹凸等によってモールド１の施工高さが変化する場合、基準電線１１に対する測位器１２の上下位置が変動するので、２個のコイル１３ａの間の上下中央と２本の導線１１ｂの間の上下中央とにずれが生じる。すると、２個のコイル１３ａの誘導電流Ｉ１，Ｉ２の大きさに変化が生じ、釣り合わなくなる（差分が生じる）。例えば、施工高さが高くなって、基準電線１１に対し測位器１２が上にずれた場合、上側のコイル１３ａが上側の導線１１ｂから離れるので第１の誘導電流Ｉ１が弱くなる一方、下側のコイル１３ａは、それまでなかった上側の導線１１ｂによる磁界の影響も受けることになるので、該下側のコイル１３ａによる誘導電流Ｉ２はそれまでと違う波形となり、大きさが変化する。

上下方向測位回路１４は、このような第１の誘導電流Ｉ１及び第２の誘導電流Ｉ２の変化に基づいて、すなわち、２本の導線１１ｂからそれぞれ生じる磁界によって２個のコイル１３ａに発生する誘導電流Ｉ１，Ｉ２の大きさを比較することにより、その差分から、基準電線１１に対する測位器１２の上下位置を測位する。例えば、差分「Ｉ１−Ｉ２」を算出すれば、Ｉ１−Ｉ２＝０のときは上下位置が正確、Ｉ１−Ｉ２の結果が正（＋）の値になれば下にずれ、負（−）の値になれば上にずれている、という判断を行うことができる。測位結果の信号は、上下方向測位回路１４からスリップフォーム成型機の施工高さ制御機構へ送られ、２本の導線１１ｂと２個のコイル１３ａとが一致するように、モールド１の施工高さ制御が実行される。このようにして、測位器１２が基準電線１１を一定の上下位置でトレースするように制御することによって、施工高さが極力一定になるように、モールド１が制御される。

なお、このように測位器１２が基準電線１１を一定の上下位置でトレースするように施工機械を姿勢制御するだけでなく、基準電線１１による磁界の強さを基にして、作為的に、例えば施工した縁石の表面が波打って仕上がるように、わざと測位器１２を上下にずらすような制御とすることも可能である。

磁界検知回路１３から出力される誘導電流Ｉ１，Ｉ２は、左右方向測位回路１５における左右位置の測位にも使用される。すなわち、左右方向測位回路１５は、誘導電流Ｉ１，Ｉ２を直流変換して得られる直流電圧に基づいて、モールド１の左右位置を測位する。特に、本実施形態の左右方向測位回路１５は、誘導電流Ｉ１，Ｉ２を直流変換すると共に両者を合成して得られる合成直流電圧Ｖｄｃに基づいて測位を行う。上述のように、誘導電流Ｉ１，Ｉ２の個々の値は測位器１２の上下の位置ずれに従って変化してしまうが、これらの合成値をとってみると、上下位置が変わってもほぼ一定であり、基準電線１１に対する測位器１２の間隔Ｄが変わる（つまり左右方向にずれる）と変化する。そこで、測位器１２の上下方向の位置ずれに左右されることなくモールド１の左右位置を測位するために、左右方向測位回路１５では合成直流電圧を使用する。

このために左右方向測位回路１５は、合成回路１６と、リニアアナライザ回路１７と、比較回路１８とを備えている。合成回路１６は、第１の誘導電流Ｉ１及び第２の誘導電流Ｉ２を直流変換してその直流電圧を合成し、そして、合成した電圧数の２で合成値を除算して平均化する。平均化することにより、ノイズの影響を抑えることができる。リニアアナライザ回路１７は、線形性改善回路であり、合成回路１６の出力の線形性を改善し、直線化して比較回路１８へ出力する。比較回路１８は、リニアアナライザ回路１７から入力される電圧を基準電圧と比較し、該基準電圧に対する大小に従いモールド１の左右位置を測位する。測位結果の信号は、左右方向測位回路１５からスリップフォーム成型機の施工方向を制御する操舵機構へ送られ、基準電線１１と測位器１２との間隔Ｄが一定となるように、モールド１の施工方向制御が実行される。このようにして、測位器１２が一定の間隔Ｄで基準電線１１をトレースするように制御することによって、縁石Ｅの施工位置が極力一定になるように、モールド１が制御される。

比較回路１８において比較に使用される基準電圧は、一定に維持する目標間隔Ｄを決定する要素である。したがって、比較回路１８には、例えば可変抵抗を使用した可変基準電圧発生手段を設ける。ツマミ等によりその可変抵抗値を変更できるようにしてあれば、ツマミを回すことで基準電圧を変更し、目標間隔Ｄを適宜決定することができる。一例として、この基準電圧設定により、本実施形態の測位装置１０は、３０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲で目標間隔Ｄを変えることが可能である。

図５及び図６は、施工（舗設）材料としてのアスファルト混合物を敷均して締固めるアスファルトフィニッシャで使用されるスクリード装置に、測位装置１０を適用した実施形態である。この場合の成型装置としてのスクリード装置は、例えば、施工幅に合わせて２つのスクリードが互いに伸縮する構造、又は、中央の固定スクリードに対して左右端部の補助スクリードが伸縮する構造のスクリード装置で、図５及び図６には、伸縮するスクリード２０の左端部分が図示されている。なお、図５及び図６では、スクリード装置の左端部分のみを図示し、これ以外の部分は省略してある。スクリード装置は、走行車両の後方に、レベリングシリンダ及びレベリングアームを含んで構成された姿勢調整機構によって装備される。

図５及び図６には、アスファルトフィニッシャを使用して、橋梁の床版上にアスファルト舗装を舗設する場合を示している。本実施形態に係る測位装置１０は、上記図１及び図２に示す実施形態と同じもので、基準電線１１と、スクリード２０の側端に取り付けられた測位器１２と、を含んで構成されている。

基準電線１１は、スクリード２０の施工高さ及び施工幅（幅員）の基準として延設される。図１の場合と同じく、基準電線１１は、施工面となる床版の側縁に沿って設けられている高欄Ａの壁面に、測量してけがいた線の上をなぞるようにして粘着テープ１１ａによって貼り付けられる。図１の実施形態と同様の基準電線１１は、施工部位において、上下に並行して延設された２本の導線１１ｂとして機能する。導線１１ｂには、高欄ＡにフックＢで設置した給電器１１ｃから、一例として周波数２ｋＨｚの交流電流が給電される。

測位器１２も、図１及び図２の実施形態と同じで、主回路を収めた筐体１２ａと、この筐体１２ａに突設された磁界検知部１２ｂと、を備え、磁界検知部１２ｂの中に磁界検知回路１３が収納される。測位器１２のスクリード２０への取り付けは、スクリード２０の側端にあるエンドプレート２０ａに固定されて上方へ延伸する鉤形の支柱２０ｂが利用され、この支柱２０ｂから下方へ垂下された伸縮支持具２０ｃの下端に、測位器１２が固定される。伸縮支持具２０ｃの上端には、該伸縮支持具２０ｃを伸縮させるハンドル２０ｄがあり、このハンドル２０ｄを回転させて測位器１２を上下させ、高さを微調整することができる。基準電線１１に対する初期の位置出しなどの微調整は、このハンドル２０ｄにより行う。また、鉤形の支柱２０ｂ自身も軸周りに回転可能にしてあり、鉤形の先端部分が水平方向に揺動することで、測位器１２の左右方向の位置も、微調整することができる。

測位器１２は、上記のようにしてスクリード２０に取り付けられているので、施工時、高欄Ａの壁面に延設した基準電線１１に近接して移動する。そして、測位器１２は、スクリード２０と共に移動しつつ、２本の導線１１ｂを流れる電流により生じる磁界に応じて、上述の仕組みに従い、スクリード２０の上下位置及び左右位置を測位する。この測位結果に従って、スクリード２０の施工高さ及び施工幅が適切に制御される。すなわち、上下方向の測位結果に従い姿勢調整機構が制御されてスクリード２０が上下し、また、左右方向の測位結果に従い伸縮機構が制御されてスクリード２０が伸縮する。

以上、コンクリート構造物を施工するスリップフォーム成型機とアスファルト舗装を舗設するアスファルトフィニッシャを例にして測位装置を説明したが、測位装置は、これ以外の成型装置を備えた施工機械にも適用可能である。

１０ 測位装置
１１ 基準電線
１１ｂ 導線
１１ｃ 給電器
１２ 測位器
１２ａ 磁界検知部
１３ 磁界検知回路
１３ａ コイル
１４ 上下方向測位回路
１５ 左右方向測位回路
１６ 合成回路
１７ リニアアナライザ回路
１８ 比較回路

Claims (5)

1. 施工材料を成型するための成型装置を走行装置に組み付けた自走式の施工機械において前記成型装置の施工位置を測位する測位装置であって、
   施工高さ及び施工方向の基準として、上下に並行して延設された２本の導線と、
   給電により前記２本の導線からそれぞれ生じる磁界によって、第１及び第２の誘導電流を発生する磁界検知回路と、
   前記第１及び第２の誘導電流に基づいて上下位置を測位する上下方向測位回路と、
   前記第１及び第２の誘導電流に係る電圧に基づいて左右位置を測位する左右方向測位回路と、
   を含んで構成される、測位装置。
2. 前記上下方向測位回路は、
   前記第１の誘導電流と前記第２の誘導電流との差分に基づいて上下位置を測位する、
   請求項１記載の測位装置。
3. 前記左右方向測位回路は、
   前記第１及び第２の誘導電流を直流変換すると共に両者を合成して得られる合成直流電圧に基づいて左右位置を測位する、
   請求項１又は請求項２記載の測位装置。
4. 前記左右方向測位回路は、
   前記第１及び第２の誘導電流を直流変換すると共に両者を合成して平均化した合成直流電圧を出力する合成回路と、
   該合成回路の出力を所定の基準電圧と比較することにより左右位置を測位する比較回路と、
   を含んで構成される、請求項３記載の測位装置。
5. 前記左右方向測位回路は、
   前記合成回路と前記比較回路との間に、前記合成回路の出力の線形性を改善して前記比較回路へ提供するリニアアナライザ回路をさらに含む、
   請求項４記載の測位装置。

Images