JP2013047454A - 測定装置を有する道路舗装機 - Google Patents

Abstract

【課題】道路断面の凹凸を測定し、改良された道路舗装層を敷設可能にする道路舗装機を提供する。
【解決手段】作業領域に沿って平面４上で移動可能な牽引機と、道路舗装を敷設するために備えられたスクリードと、平面４の表面の凹凸を三次元的に描写するポイントクラウドを生成するように構成された少なくとも１つの測定装置８とを有する道路舗装機。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の導入部分に記載の道路舗装機に関する。

道路舗装機は、実際に知られているように、基本的には、作業領域に沿った平面上を移動可能な牽引機の他、道路舗装を敷設するために備えられたスクリードを含む。通常、スクリードは、スクリードに堅く連結された牽引アームによって枢動できるように、牽引機に取付けられている。

スクリードを道路舗装に対し所望の高さまで上昇させるために、牽引機の高さは、オペレータによって制御できる。このように、路盤表面の状態に応じて、道路舗装機が走行する路盤における凹凸が相殺されるように、スクリード位置を調節可能である。その結果、平らな道路舗装層が作製される。また、今日では、スクリードの位置を決定するのに使用されるレベリング（平坦化）信号を、ある基準に反応して、出来る限り迅速に作成するために、その基準までの距離を記録する自動測定システムも、使用されている。

そうした測定システムに使用されているものには、例えば、可動スクリードに取付けられる機械的センサがあり、該センサは、良好なタイミングで凹凸を記録するために、新規に敷設される道路舗装の前方で、平面の表面と接触する。しかしながら、この欠点として、そうしたセンサは、柔らかい、例えば砂地の路盤の凹凸には反応しないため、機械的センサは、硬い路盤の凹凸しか記録できないという点がある。その上、平面を横切って摺動される機械的センサは、その付近にある物体と衝突し、その結果センサが破損する可能性もある。また、機械的センサは、定期的にメンテナンスされなければならず、汚れや湿気の影響を受けやすい。

機械的な接触式測定装置の代わりとして、実際には、平面までの距離を記録するために、非接触式測定システムも、使用されている。そうした測定システムは、例えば、光センサシステム、又は音響センサシステムを含む。

道路建設における更なる技術によると、基準ワイヤが、距離測定用基準として舗装部分に沿って使用されている。従って、路面の凹凸を推定し、それに応じてスクリードのレベリングを実行可能にするために、測定ヘッドと基準ワイヤとの間の距離が、記録される。しかしながら、舗装部分に沿って基準ワイヤを取り付けるのは、極めて手間がかかり、時間も要する。その上、基準ワイヤは、通常は普通のロープであり、湿気を吸収してしまうため、ある部分が大変たわむので、誤った距離値がレベリングのために記録される可能性がある。

スクリードを水平にするために、実際には、回転レーザも使用されており、該レーザは、スクリードを適切な高さに調節する場合に、レーザの及ぶ回転レーザ電場が、道路舗装機に配設された受信機で受信され得るように、外部基準として配置されている。スクリードの高さは、道路舗装機の受信機が、回転レーザの回転レーザ電場を受信しなくなれば、調節されている。しかしながら、この欠点として、回転レーザは、舗装部分に沿って繰り返し位置変更されなければならず、更なるオペレータ員がこのために必要とされる点がある。

前述した距離測定用システムの場合、平面の凹凸に関する記録は、限定的にのみ可能である。従って、本発明は、改良された道路舗装層を敷設可能にする、簡単で、発展的な技術手段を用いて、道路舗装機を改良するという目的に基づくものである。

この目的は、請求項１の技術的特徴によって解決される。本発明の改良された更なる発展形については、従属請求項の技術的特徴に記載されている。

本発明は、作業領域に沿って平面上で移動可能な牽引機と、道路舗装を敷設するように設けられているスクリードとを有する道路舗装機に関する。本発明による道路舗装機は、表面について記録し、表面を表す仮想ポイントクラウドを生成するように構成された測定装置を、更に含む。記録された表面は、ポイントクラウドを使用して描写され、ポイントクラウドは、表面を空間的に描写するために、測定装置に対して３つの空間的次元に広がる。従って、ポイントクラウドは、各ポイントが３Ｄ座標によって規定される複数のポイントを含む。表面を空間的に描写するために、ポイントクラウドの少なくとも１対のポイントは第１方向に、好適には走行方向に位置決めされ、ポイントクラウドの少なくとも１対のポイントは、第１方向と、好適には走行方向と角度を成して存在するようにする。

ポイントクラウドの形で表面状態を記録することによって、異なる運転設定を生成するのに使用される有用な情報が収集可能である。本発明は、凹凸、例えば、道路断面の横方向及び縦方向の傾きが、有意に且つ正確に記録され得るという、本質的な技術的利点をもたらす。その結果、例えば、レベリング信号等の異なる運転パラメータの設定が、舗装機が移動する路盤に対して、改善され得る。

その上、本発明は、悪天候の影響を受けず、今までに知られているこの種の装置に代わる、経済的で、メンテナンス費用が安い手段を提供する。また、測定装置は、操作が簡単で、多大な労力をかけずに、道路舗装機に取付けされ得る。更にまた、本発明により、道路の途中にある横断方向の傾きについて記録するように形成される更なる測定器を省略することも可能である。

本発明の有利な実施形態は、ポイントクラウドが、平面のある領域及び／又は道路舗装のある領域の表面状態を規定するものである。その領域の測定は、様々な長さ及び様々な幅に拡張できるので、記録される表面部分の大きさは様々である。また、その領域の測定は、予想される平面の表面状態によって調節可能なため、例えば、凹凸のある舗装領域の場合に、結果的に、十分に大きなポイントクラウドを描写できるように、事前に表面状態を決定するためにその領域の測定を選択することが可能である。逆に、特に曲線を舗装走行する場合には、表面状態を決定するためにその領域の測定をより狭く選択すると、好都合になることがある。

本発明の更なる実施形態では、測定装置は、ポイントクラウドから極端な３Ｄ座標を除去するように構成されたフィルタユニットを含む。このようにして、所望しない物体の記録を無視できる。これは、特に生成されたポイントクラウドが牽引機又はスクリードの部分を記録する際に、有利なことがある。同様に、そのようにして、ポイントクラウドで突出する構成要素を除去可能である。最後に、ポイントクラウドの記録範囲に存在するオペレータ員についても、測定結果から除去することができる。

ポイントクラウドを特に信頼性高く記録するために、測定装置は３Ｄスキャナを含む。好適には、この３Ｄスキャナは、記録された表面までの距離を記録するように設けられている少なくとも１個の光センサを含む。本発明の改良された実施形態では、３Ｄスキャナは、少なくとも１個のレーザセンサを有するレーザスキャナである。レーザスキャナは、悪天候で使用するのにも適しており、確実に正確にポイントクラウドを記録できる。

好適には、３Ｄスキャナは、少なくとも１個の光センサの光ビームを偏光するために、少なくとも１個の可動鏡を含む。従って、可動鏡は、偏光ビーム、好適にはレーザビームが、ポイントクラウドを表す所定領域を走査するように、所定の動作シーケンスで制御されることが考えられる。ポイントクラウドをより迅速に記録するため、複数の可動鏡が設けられ異なる複数のレーザビームを偏光させてポイントクラウドを描写することができる。

好適には、ポイントクラウドの領域は、少なくとも３００レーザ走査ポイントで規定される。このレーザ走査ポイント数により、記録された表面の凹凸を検出するための意味ある表面画像、即ちポイントクラウドが生成できる。

可動鏡による３Ｄスキャナに代わる手段としては、複数のレーザセンサを有する測定装置を備えることがあるが、該複数のレーザセンサは、センサ支持という意味においてマトリクスに配設され、ポイントクラウドを生成するため所定領域を横切ってレーザビームを照射するものである。また、所定の動作シーケンスによってポイントクラウドを生成する領域に亘りレーザビームを導くように、測定装置が移動可能に配設されると、有利なことがある。測定装置の動作により、確実にレーザセンサのレーザビームが表面に当たり、連続して直線的に、平行に整列されて記録される、又は測定装置が、確実にレーザビームが外側から内方へ、若しくは内側から外方へ領域を記録するように、移動可能である。

本発明の更なる実施形態では、道路舗装機は、測定装置に接続されるコントローラを含む。好適には、コントローラは、該コントローラで道路舗装機の特定の運転機能を制御するために、測定装置によって記録されたポイントクラウドを、対応する信号に変換するように構成される。しかしながら、好適には、コントローラは、測定装置によって記録されたポイントクラウドを少なくとも１つのレベリング信号に変換するように構成される。レベリング信号は、スクリードの動作が実行され得るように、道路舗装機のレベリングシリンダを作動するのに使用され得る。従って、ポイントクラウドによって空間的に記録された凹凸は、スクリードを移動するために、レベリング信号の生成に影響を及ぼす。その結果、特に凹凸のある道路に平坦な道路舗装を敷設可能となる。

更なる実施形態では、測定装置は保持要素を含み、該保持要素を用いて、測定装置は道路舗装機に取付けできる。異なる大きさの複数のポイントクラウドによる記録が可能なように、保持要素は、高さが調節でき、例えば、異なる高さに測定装置を配設させるために、入れ子状に伸縮自在にして、形成することができる。特に役立つポイントクラウドのためのある領域の測定は、平面から上方に最大１０ｍの距離に測定装置を配設することによって生じるかもしれない。

特に有利な実行では、測定装置は、ポイントクラウドの他、リアルタイムの記録によって該ポイントクラウドから得られるパラメータ設定も規制するように構成される。ここでのパラメータ設定が、レベリング信号の生成を伴う場合には、路盤の凹凸に遅滞なく反応させることができる。

更に、本発明の一実施形態では、進行方向に向いて、道路舗装機の左及び／又は右に少なくとも１つの測定装置が設けられる。このようにして、複数のポイントクラウドが生成でき、該ポイントクラウドによって、平面又は道路舗装の表面状態について描写することができる。

しかしながら、測定装置が、作業領域の左及び／又は右横側の領域に対してポイントクラウドを生成するように構成すると、有利である。例えば、スクリードに近い距離にある作業領域のポイントクラウドを記録可能であれば、有利である。

また、１つ又は複数の記録されたポイントクラウドを使用して、コントローラによって平均値を生成し、その生成された平均値を使用して、道路舗装機の更なる運転機能に対する信号を生成することも可能である。これにより、運転パラメータを準備する際に、複数の表面部分が考慮に入れられるという技術的な利点がある。

また、測定装置は、作業領域のある部分と一部重なる領域のポイントクラウドを生成するようにも、構成できる。ポイントクラウドがスクリードの領域、道路舗装機に存在する牽引機又は他の技術的手段の領域と重なるか否かは重要ではない。その結果、測定装置は、道路舗装機で特に柔軟に使用できる。

しかしながら、好適には、測定装置は、可動スクリードに、特にスクリードを支持する牽引アームに、配設される。しかしながら、一方で、測定装置は、道路舗装機の牽引機にも配設することができる。

特に広い領域での凹凸を記録するために、測定装置は、道路舗装機を囲む領域についてポイントクラウドを生成するように、構成できる。極端な３Ｄ座標を覆い隠す、つまりこの場合、牽引機とスクリードを覆い隠せるので、道路舗装機の左右又は前後にあるポイントクラウドの表面部分によって意味のある結果を描写可能となり、その結果は作業領域の表面状態を表す。

本発明の有利な実施形態によると、測定装置は、基準と比較したパルス持続時間、位相差によって、又は光ビームの三角測量法によって、表面の３Ｄ座標が記録できるように形成される。このようにして、測定装置と表面との間の正確な距離測定が可能になる。

本発明による実施形態について、図面に基づいて説明する。

測定装置を備えた本発明による道路舗装機である。 本発明による道路舗装機に使用される測定装置である。 表面状態を描写しているポイントクラウドである。

図１は、進行方向Ｆに向いている本発明による道路舗装機１を示している。道路舗装機１は、平面４上を移動する下部走行体３を有する牽引機２を含む。道路舗装機１は、更に牽引アーム６によって移動可能で、道路舗装機１の牽引機２に連結されているスクリード５を含む。新たな道路舗装７が、スクリード５によって平面４上に敷設される。路盤の表面を意味する、平面４は、図１では平坦に描写されているが、実際には、凹凸が平面４に存在している。道路舗装７は、その下にある平面４が凹凸であっても、平坦な表面となる。これは、以下に述べるように、適切にスクリード５をレベリングすることで、達成され得る。

測定装置８は、道路舗装機１の牽引アーム６に取付けられている。測定装置８は、平面４の三次元表面部分９（図２を参照）を記録するように構成されている。測定装置８は、牽引アーム６に、スクリード５から近距離のところに取付けられている。測定装置８は、舗装中に道路舗装機に関する特定の運転パラメータを決定するために、記録された三次元表面部分９によって、平面４の凹凸を記録するように形成されている。例えば、三次元で記録された表面部分９を使用して、レベリング信号が、スクリード５を制御する測定装置８によって生成可能で、該レベリング信号によって、スクリード５の位置を再配置できる。

図２は、図１の道路舗装機１の牽引アーム６に取付けられた、測定装置８を示している。図２の測定装置８は、平面４の表面部分９を記録するように構成されている。表面部分９は、平面４の表面状態を断面で規定している。表面部分９は、長さａ及び幅ｂで規定される。測定装置８は、表面部分９の寸法を変更できるように形成されている。この目的のために、測定装置８に対して、長さ寸法ａ及び／又は幅寸法ｂを定める設定を施すことができる。点線で示したビーム１０は、図２で更に図式的に示されており、これらの光線は、測定装置８から表面部分９の各端点に向けられている。光線１０は、各ビーム間で、角度αの他、角度βを成しているので、測定装置８の平面４に対する高さ位置に応じて、所望の寸法が、表面部分９として記録できる。図２で示されるように、角度αを３０度、角度βを４０度とすることができる。主にレーザスキャナ１４で形成される測定装置８は、確実に表面を空間的に描写するように、表面部分９における、平面４の三次元的な広がりについて記録するように構成されている。

更に、図２では、測定装置８が平面４上方の高さＡに配設されていることを示している。高さＡは可変であり、測定装置８は、路盤上方最大１０ｍのところまで支持できる。測定装置８は、例えば、図示しないホルダによって、高さ１０ｍに配置される。平面４の凹凸を図式的に再現するために、図２では、表面部分９上に存在する直方体形状の物体１１を示している。測定装置８は、物体１１を記録するように構成される。図２の凹凸は直方体形状で示されているが、平面４の凹凸は、如何なる形状でもよい。平面４の凹凸は、例えば、道路舗装機１が移動する路盤の、縦方向又は横方向の傾きであることもできる。同様に、深い穴、又は長尺状の陥没、又は地面の隆起についても、記録することができる。

測定装置８は、図３で示された仮想の、ネット状のポイントクラウド１２を生成するように構成されている。ポイントクラウド１２は、表面部分９について三次元化して描写する。ポイントクラウド１２は、平面４の表面を確実に空間的に描写するように、３つの空間的次元に広がっている。このために、ポイントクラウド１２は、測定装置８に対する３Ｄ座標によって規定される複数のポイント１３を含む。表面について確実に空間的に描写するために、ポイントクラウド１２の少なくとも１対のポイントは、任意の第１方向に、好適には進行方向Ｆに位置合わせされ、ポイントクラウド１２の少なくとも別の一対のポイントは、該第１方向、好適には進行方向Ｆに対してある角度を成して位置合わせされる。測定装置８は、該装置で、道路舗装機１の特定の運転パラメータ、例えばスクリード５の位置を制御するレベリング信号を設定するために、ポイントクラウド１２によって、表面部分９に位置する凹凸を記録するように形成されている。

１ 道路舗装機
２ 牽引機
４ 平面
５ スクリード
７ 道路舗装
８ 測定装置
１２ ポイントクラウド
１３ 複数のポイント

Claims (15)

1. 作業領域に沿って平面（４）上を移動可能な牽引機（２）と、道路舗装（７）を敷設するよう設けられたスクリード（５）と、表面について記録するように構成された少なくとも１つの測定装置（８）とを有する道路舗装機（１）であって、
   前記表面は、前記測定装置（８）によって、ポイントクラウド（１２）として描写でき、前記ポイントクラウド（１２）は、前記表面を確実に空間的に描写するために前記測定装置（８）に対して３つの空間的な次元で広がり、前記ポイントクラウド（１２）は、複数のポイント（１３）を含み、該ポイントの其々は、３Ｄ座標によって規定され、前記ポイントクラウド（１２）の少なくとも１対のポイントは、第１方向に位置合わせされ、前記ポイントクラウド（１２）の少なくとも別の１対のポイントは、前記第１方向とある角度を成して存在することを特徴とする、道路舗装機。
2. 前記ポイントクラウド（１２）は、前記平面（４）及び／又は前記道路舗装（７）のある領域に関する表面状態を規定することを特徴とする、請求項１に記載の道路舗装機。
3. 前記測定装置（８）は、前記ポイントクラウド（１２）から極端な３Ｄ座標を除外するように構成されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の道路舗装機。
4. 前記測定装置（８）は、前記ポイントクラウド（１２）を記録するために、３Ｄスキャナ（１４）を含むことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の道路舗装機。
5. 前記３Ｄスキャナ（１４）は、少なくとも１個の光学センサ（１５）を含むことを特徴とする、請求項４に記載の道路舗装機。
6. 前記３Ｄスキャナ（１４）は、少なくとも１個のレーザセンサを有するレーザスキャナであることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の道路舗装機。
7. 前記３Ｄスキャナ（１４）は、少なくとも１個の可動鏡を含むことを特徴とする、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の道路舗装機。
8. 前記測定装置（８）は、マトリクス状に配置された複数のレーザセンサを含むことを特徴とする、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の道路舗装機。
9. 前記測定装置（８）に接続されているコントローラ（１６）を特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の道路舗装機。
10. 前記コントローラ（１６）は、前記測定装置（８）によって生成された前記ポイントクラウド（１２）を少なくとも１つのレベリング信号に変換するように構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の道路舗装機。
11. 前記レベリング信号は、前記スクリード（５）の動作を制御することを特徴とする、請求項１０に記載の道路舗装機。
12. １つの測定装置（８）は、進行方向（Ｆ）に向いて、前記道路舗装機（１）の左及び／又は右に配設されることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の道路舗装機。
13. 前記測定装置（８）は、該測定装置（８）が作業領域の左及び／又は右側のある領域（９）について、ポイントクラウド（１２）を生成するように、構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の道路舗装機。
14. 前記測定装置（８）は、前記作業領域の一部分と一部重なる領域（９）について、前記ポイントクラウド（１２）を生成するように、構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の道路舗装機。
15. 前記測定装置（８）は、ある基準と比較したパルス持続時間、位相差によって、又は光ビームの三角測量法によって、前記表面の前記３Ｄ座標を記録するように形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の道路舗装機。

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