JP2016089458A - 法面吹付工法 - Google Patents

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Abstract

【課題】対象法面の凹凸形状を計測することにより、リアルタイムに対象法面の吹付厚さの状況を確認することができ、作業員の技能によらず安定的かつ高品質な吹付けを実現することのできる法面吹付工法を提供する。【解決手段】対象法面Nの凹凸形状を計測装置Mにより計測する計測工程と、表示画面に計測装置Mによる計測結果を表示する表示工程と、対象法面Nに向けて吹付材料をノズル8から吹き付ける吹付工程と、ノズル8からの吹付材料の吹付方向を計測装置Mによる計測結果に応じて調整する調整工程とを有する法面吹付工法。【選択図】図1

Description

本発明は、コンクリートやモルタル等の吹付材料をノズルから法面へ向けて吹き付ける法面吹付工法に関する。
従来より、法面を補強し、その強度の安定化を図るために、ノズルからコンクリートやモルタル等の吹付材料を法面へと吹き付ける工法が用いられている。また、吹付けにより法枠を構築する工法も用いられている。この種の工法として、建設機械のブーム先端部に作業員が乗り込むゴンドラを設置し、そのゴンドラに乗り込んだ作業員が吹付用ノズルを操作して吹付材料の法面への吹付けを行う提案がされている(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2003−073076号公報
しかしながら、作業員による吹付作業においては、目視により吹付け厚さを確認するのが一般的であり、作業員の熟練度合いに応じて吹付け厚さや仕上げ品質にばらつきを生じてしまうという課題がある。すなわち、作業員の熟練度合いによっては、吹付け厚さが少なく充分強固な法面形成がされない場合や、逆に必要以上の吹付け厚さとなってしまって吹付材料を無駄に使用してしまう場合がある。
本発明が解決しようとする主たる課題は、対象法面の凹凸形状を計測することにより、リアルタイムに対象法面の吹付厚さの状況を確認することができ、作業員の技能によらず安定的かつ高品質な吹付けを実現することのできる法面吹付工法を提供することにある。
この課題を解決した本発明は、以下の趣旨に基づく。
[趣旨1]
対象法面の凹凸形状を計測手段により計測する計測工程と、
表示手段に前記計測手段による計測結果を表示する表示工程と、
前記対象法面に向けて吹付材料をノズルから吹き付ける吹付工程と、
前記ノズルからの前記吹付材料の吹付方向を前記計測手段による計測結果に応じて調整する調整工程と、を有する法面吹付工法。
[趣旨2]
前記対象法面を撮像手段により撮像する撮像工程を更に有し、
前記表示工程において、前記表示手段に、前記撮像手段により撮像された前記対象法面の映像と前記計測結果とを重畳表示してもよい。
[趣旨3]
前記計測手段による計測が、前記対象法面をレーザスキャンすることにより、前記対象法面上の複数の点の3次元座標値を取得することにより行われてもよい。
[趣旨4]
前記表示工程において、
前記3次元座標値に基づいて前記ノズルの吹付方向における前記対象法面の縦断面の計測結果を表示してもよい。
[趣旨5]
前記計測手段の位置を検出する第1位置検出工程と、
前記ノズルの位置を検出する第2位置検出工程と、を更に有してもよい。
[趣旨6]
前記調整工程が、前記ノズルの吹付方向を変更可能な駆動手段に対し、調整手段から制調整令を送出することにより行われてもよい。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、対象法面の凹凸形状を計測することにより、リアルタイムに対象法面の吹付厚さの状況を確認することができ、作業員の技能によらず安定的かつ高品質な吹付けを実現することができる。
実施形態に係る法面吹付工法を実現する装置構成の全体図である。 実施形態に係る法面吹付装置の概略構造を示す模式部である。 制御部と各動作部との接続状態を示すブロック図である。 傾動部R10の内部構造図である。 計測装置の動作説明図である。 計測装置、カメラ、測距センサ、表示画面と画像処理部との接続状態を示すブロック図である。 表示画面での表示例1を示す図である。 表示画面での表示例2を示す図である。 表示画面での表示例3を示す図である。 表示画面での表示例4を示す図である。 表示画面での表示例5を示す図である。 表示画面での表示例6を示す図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る法面吹付工法を実現する装置構成の全体図である。図1は、対象法面Nを含む作業現場全体を俯瞰して示しており、作業現場には、計測装置(計測手段)M、カメラ(撮像手段)P、表示画面(表示手段)D、画像処理部F、法面吹付装置Sが設置されている。なお、本実施形態では、計測装置M及びカメラPが法面吹付装置Sの近傍位置に配置され、表示画面Dが建設機械3の運転席に装備された例について説明するが、配置位置は必ずしもこれらに限定されない。
まず、法面吹付装置Sの概略構成について説明し、その後に計測装置(計測手段)M、表示画面(表示手段)D、カメラ(撮像手段)Pの構成及び法面吹付工法の手順について説明する。なお、本発明に係る法面吹付工法の実現には、必ずしも法面吹付装置Sが必要ではない。例えば、後述するように、ブーム先端に設置されたゴンドラ台に乗り込んだ作業員がノズルを持って吹付作業を行う場合にも、この法面吹付工法を適用することが可能である。
<法面吹付装置の構造>
以下、法面吹付装置Sについて図面を用いて説明する。図2は、法面吹付装置Sの概略構造を示す模式図である。図2(a)は、法面吹付装置Sの平面図であり、図2(b)は側面図である。法面吹付装置Sは、中間アーム4、先端アーム6、ノズル8を有して大略構成される。なお、機械本体1とブーム2とを有する建設機械3のブーム2の先端に法面吹付装置Sが連結されてもよい。
建設機械3としては、走行クレーンやバックホー等を例示することができる。建設機械3の機械本体1は、キャタピラ等の走行装置と運転席を有し、施工現場における地面Gを自在に走行、停止することができる。
ブーム2は、機械本体1に連結された延長部材である。そのブーム2の先(端部近傍)に延長部材としての中間アーム4が連結されている。中間アーム4の先(端部近傍)に中継アーム10を介して先端アーム6が連結されている。中継アーム10は、その根元部における回転軸(第1軸、以下、軸と略す。)X1に対し、先端部における回転軸(第2軸、以下、軸と略す。)X2が所定角度αだけ傾斜している。その結果、中間アーム4に対する中継アーム10の回転面と中継アーム10に対する先端アーム6の回転面とが所定角度αだけ傾斜している。なお、本実施形態では、中間アーム4の延長方向と中継アーム10の延長方向とは実質的に平行であって回転軸X1に直交している。先端アーム6の延長方向は回転軸X2に直交している。したがって、中間アーム4の延長方向と先端アーム6の延長方向とが所定角度αだけ傾斜している。
先端アーム6の先(端部近傍)にノズル8が配置されている。ノズル8は、コンクリートやモルタル等の吹付材料をその噴射口から対象法面に向けて噴射(吹付け)可能である。ノズル8には、吹付材料を貯留する材料タンク(不図示)から圧送ポンプ(不図示)によってホース12を介して吹付材料が供給される。先端アーム6の先端側には、先端アーム6の延長方向に直交する傾動軸(第3軸、以下、軸と略す。)X3、その軸X3に直交する回転軸(第4軸、以下、軸と略す。)X4、軸X3に平行な傾動軸(第5軸、以下、軸と略す。)X5が配置されている。ノズル8は、軸X3,X4,X5を介して先端アーム6に連結されている。
なお、本実施形態では、軸X1,X2,X4は、その延長方向が地面Gに垂直な面(垂直面)Hに平行であり、軸X3,X5は、その延長方向が地面Gに平行である。
<法面吹付装置の動作構造>
法面吹付装置Sは、更に、傾動部(第1傾動手段)R3、回転部(第1回転手段)R4、回転部(第2回転手段)R5、伸縮部(第1伸縮手段)R6、傾動部(第2傾動手段)R7、傾動部(第3傾動手段)R8、回転部(第3回転手段)R9、傾動部(第4傾動手段)R10、制御部(調整手段)Cを有している。建設機械3のブーム2は、回転部(第4回転手段)R1、傾動部(第5傾動手段)R2を有し、ブーム2の先端に連結された法面吹付装置S全体の回転及び傾動を実現する。
なお、図2では、各回転手段、傾動手段、伸縮手段の具体構成は図示を省略しているが、各々の回転部、傾動部、伸縮部の動作が、油圧シリンダ5によって実現される。すなわち中間アーム4、中継アーム10、先端アーム6等から側方に突出した突起部7に油圧シリンダ5の一端が連結され、油圧シリンダ5が後述する各回転部、傾動部、伸縮部の駆動手段(油圧シリンダの一部)によって駆動されることにより、回転、傾動、伸縮の動作が実現される。図2に、各回転部、傾動部、伸縮部の動作方向(回転方向、傾動方向、伸縮方向)を矢印で図示している。図3は、制御部Cと各傾動部、回転部、伸縮部との接続状態を示している。
回転部R1は、機械本体1に対して、ブーム2を地面Gに平行な面内で回転可能とするものである。回転部R1は、ブーム2を回転させる駆動手段と、機械本体1に対するブームの回転位置を検出するセンサとを有している。
傾動部R2は、ブーム2を地面に垂直な面(垂直面)H内で傾動可能とするものである。つまり、傾動部R2は、ブーム2の地面Gに対する傾斜を調整可能とするものである。傾動部R2は、ブーム2を垂直面H内で傾動させる駆動手段と、ブーム2の地面Gに対する傾斜角度を検出するセンサとを有している。
傾動部R3は、ブーム2に対して中間アーム4を垂直面H内で傾動可能とするものである。傾動部R3は、ブーム2に対して中間アーム4を傾動させる駆動手段と、ブーム2に対する中間アーム4の回転角度を検出するセンサとを有している。
回転部R4は、中間アーム4の延長方向に直交する軸X1周りに先端アーム6を回転可能とするものである。本実施形態では、中間アーム4に対して中継アーム10を介して先端アーム6が連結されている。したがって、回転部R4は、実質的には軸X1周りに中継アーム10を回転可能とする。回転部R4は、中継アーム10を軸X1周りに回転させる駆動手段と、中間アーム4に対する中継アーム10の回転角度を検出するセンサとを有している。
回転部R5は、軸X1と同一面内の軸であって、軸X1に対し所定角度α傾斜した軸X2周りに先端アーム6を回転可能とするものである。軸X2が軸X1と同一面内の軸であるとは、軸X1と軸X2とが「ねじれ」の関係にないことを意味する。また、所定角度αは、10°〜40°の範囲が好ましいが、本実施形態では、所定角度α=30°である。中継アーム10は、その根元部において軸X1を回転軸として中間アーム4と連結され、その先端部において軸X2を回転軸として先端アーム6が連結されている。したがって、中継アーム10を介しつつ、実質的には、中間アーム4に対して所定角度α傾斜した状態で先端アーム6が回転可能である。回転部R5は、軸X2周りに先端アーム6を回転させる駆動手段と、中継アーム10に対する先端アーム6の(所定角度α傾斜した状態での)回転角度を検出するセンサとを有している。
伸縮部R6は、先端アーム6をその延長方向に沿って伸縮可能とするものである。先端アーム6は伸縮動作を実現するために、例えばアンテナや油圧シリンダ等に用いられる二重管構造を有してもよい。伸縮部R6は、先端アーム6を伸縮させる駆動手段と、その伸縮長を検出するセンサとを有している。
傾動部R7は、中間アーム4に対して先端アーム6を垂直面H内で傾動可能とするものである。本実施形態では、中継アーム10を介して中間アーム4と先端アーム6とが連結されているので、傾動部R7は、実質的に中継アーム10に対して先端アーム6を垂直面H内で傾動可能とする。傾動部R7は、中間アーム4に対して先端アーム6を傾動させる駆動手段と、中間アーム4に対する先端アーム6の傾斜角度を検出するセンサとを有している。
傾動部R8は、先端アーム6の延長方向に直交する軸X3周りにノズル8の吹付方向を傾動可能とするものである。本実施形態では、軸X3は地面Gと平行である。したがって、傾動部R8はノズル8を地面に垂直に(垂直面H内で)傾動させることが可能である。本実施形態では、先端アーム6の先端側に軸X3を介して連結部材が連結されている。したがって、傾動部R8は、軸X3周りに連結部材を傾動させることにより、実質的にノズル8の吹付方向を傾動させる。傾動部R8は、先端アーム6に対して軸X3周りにノズル8の吹付方向を傾動させる駆動手段と、先端アーム6に対するノズル8の傾斜角度を検出するセンサとを有している。
回転部R9は、軸X3に直交する軸X4周りに前記ノズル8の吹付方向を回転可能とするものである。本実施形態では、軸X4は、垂直面Hに平行である。したがって、回転部R9はノズル8を地面Gに沿って(地面Gに平行に、又は地面Gに対してある程度傾斜した状態で)回転させることが可能である。本実施形態では、前述の連結部材に対して軸X4を介してノズル保持部14が連結され、そのノズル保持部14にノズル8が保持されている。したがって、回転部R9は、軸X4周りにノズル保持部14を回転させることにより、実質的にノズル8の吹付方向を回転させる。回転部R9は、連結部材6に対して軸X4周りにノズル8を回転させる駆動手段と、連結部材に対するノズル8の回転角度を検出するセンサとを有している。
傾動部R10は、軸X3と平行な軸X5周りにノズル8の吹付方向を傾動可能とするものである。本実施形態では、軸X5は軸X3と共に地面Gと平行である。したがって、傾動部R10はノズル8を地面に垂直に(垂直面H内で)傾動させることが可能である。本実施形態では、ノズル保持部14に対して、軸X5を介してノズル8が保持されている。したがって、傾動部R10は、ノズル保持部14に対してノズル8を傾動可能である。傾動部R10は、ノズル保持部14に対して軸X5周りにノズル8の吹付方向を傾動させる駆動手段と、ノズル保持部14に対するノズル8の傾斜角度を検出するセンサとを有している。
図4は、傾動部R10の内部構造図である。図4は、図2(b)と同方向で矢視している。傾動部R10は、揺動手段として機能するカム構造20と上下動手段として機能するスライド構造22の2つの駆動手段を有している。カム構造20は、リンク部材20aによってカム部材20bとノズル8とが連結された構造を有しており、カム部材20bが回転することにより軸X5周りにノズル8が繰り返し往復揺動的に傾動可能とされる。その揺動範囲は、例えば±15°の角度である(図4中の一点鎖線を参照)。
スライド構造22は、カム構造20自体を油圧シリンダ又はモータ等により垂直面H内で上下に移動可能な構造を有しており、カム構造20を上下動させることにより軸X5周りにノズル8が傾動可能とされる。スライド構造22による傾動範囲は、例えば揺動範囲よりも大きく±45°である(図4中の破線を参照)。したがって、スライド構造22の動作により、ノズル8の吹付方向を決定した後に、カム構造20の動作によってノズル8を往復揺動させて、対象法面への広範囲への万遍のない吹付けを可能とする。なお、揺動手段としては、カム構造の他にクランク構造やその他の公知の往復揺動可能な構造を適用することができる。
なお、各回転部、傾動部、伸縮部R1〜R10が有する駆動手段としては、前述の油圧シリンダの他に、モータ、アクチュエータ等を適用することができる。これらR1〜R10が有するセンサとしては、公知の光学センサ、磁気センサ、機械式スイッチ等を適用することができる。
図3は回転部R1,R4,R5,R9、傾動部R2,R3,R7,R8、R10、伸縮部R6(以下、これらを総称して動作部ということもある。)と制御部Cとの接続状態を示すブロック図である。制御部Cは、各動作部R1〜R10の駆動手段、センサと接続されている。動作部R1〜R10の駆動手段に対し、駆動指令を出力することが可能であり、その各動作部R1〜R10のセンサからの検出値を入力することが可能である。
制御部Cは、各動作部R1〜R10の動作を制御するためのものである。制御部Cは、内部に演算処理部(CPU)C1、メモリ(記憶手段)C2を有している。メモリC2内に記憶されたプログラムや動作モードに基づき、又は、操作部で操作された操作内容に基づき、演算処理部C1が主体的に各動作部R1〜R10の動作制御を行う。本実施形態では機械本体1内部に制御部Cが設けられ、運転席近傍に表示画面Dが配置されて、その表示画面Dに制御部Cによる制御状態が表示可能となっている。例えば、表示画面Dには各動作部R1〜R10のセンサ入力値に基づく位置情報や回転角度情報が表示され、各動作部R1〜R10の動作方向、動作速度等の情報が表示されるようになっている。もちろん、各動作部R1〜R10を動作させる駆動指令を出力するための操作部も運転席近傍に配置されている。
<計測手段>
図5は、図1に示す計測装置Mの動作説明図である。図5(a)は作業現場を上方から矢視した平面図、図5(b)は作業平面に平行に矢視した側面図である。計測装置Mは、レーザを用いたスキャンにより、周囲の3次元マッピングデータを取得する機能を有する。計測装置Mは、法面吹付装置Sの近傍位置に配置され、又は法面吹付装置Sや建設機械3に取り付けて使用される。計測装置Mとしては、例えばVelodyne社の全方位レーザーライダーイメージングユニットLiDARを用いることができる。すなわち、計測装置Mは、放射状に所定角度ピッチとされた複数のレーザ光L(本実施形態では、L1〜L32の32本のレーザ光)を周方向に沿って回転スキャンし、周囲をマトリックス状に分割した複数箇所の点の3次元座標値(XYZ座標値)を取得する。
回転スキャンの際には、所定の時間間隔(計測周期)で座標値を取得する。例えば、360°の全方位回転周波数が5〜15Hzであって、測定ポイントが500,000ポイント/秒(=計測周期2μs)で計測することが考えられる。このときのレーザ光L1による計測ポイントを、図5にL(1,1)、L(1,2)、L(1,3)・・・で示している。レーザ光の本数やスキャンの回転周波数、計測周期は、計測対象に応じて適宜設定可能な数値である。計測対象としての対象法面Nの凹凸を高解像度で計測する場合には、レーザ光の本数を増加させ、及び/又はスキャンの回転周波数を低減し、及び/又は計測周期を短縮すればよい。本実施形態では、鉛直方向に沿って所定角度ピッチで放射状に発振した32本のレーザ光L1〜L32を水平方向に360°全周回転させることにより、周囲の3次元マッピンデータの取得を実行する。
計測装置Mによるレーザスキャンにより、対象法面N上にマッピングされた複数の点の3次元座標値が凹凸形状として計測される。レーザスキャンを繰り返し実行し、その計測結果を逐次演算処理することにより、対象法面Nの凹凸形状がリアルタイムに取得される。計測装置Mからの計測結果は、図6に示すように、画像処理部Fへ向けて送信可能とされている。
なお、計測装置Mの計測領域内にノズル8があるように設定すれば、ノズル8の位置(計測装置Mから見た相対位置)の3次元座標値も計測可能である。それにより、計測装置Mによる計測結果に基づき、ノズル8と対象法面Nとの位置関係、ノズル8が対象法面Nのどの部分に対して吹付けを行っているか(ノズル8の吹付方向)等が認識可能である。
<撮像手段>
図1に示すカメラPは、例えばCCDカメラ、CMOSカメラ等の撮像手段であり、対象法面Nが視野内に収められている。このカメラPで撮像した映像は、画像処理部Fを介して表示画面Dへと送られるようになっている。画像処理や映像の重畳表示を行わず、単にリアルタイムな映像を表示画面Dに表示する場合には、画像処理部Fを介さずに直接表示画面Dへと送られてもよい。
カメラPで撮像された映像は、後述する画像処理部Fによって画像処理が施されて計測装置Mによる計測結果と重畳(スーパーインポーズ)されて表示画面Dに表示されるようになっている。映像と計測結果とが重畳される際には、両者の画像上の位置合わせが行われる。両者の位置合わせ容易のために、計測装置MとカメラPとは、近い位置又は略同一位置に配置されることが望ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。
カメラPの視野内に対象法面Nだけでなくノズル8も収められていれば、計測結果と映像との位置合わせの精度は一層向上する。また、例えば対象法面N内の一部等に位置合わせ用の指標が1又は複数配置され、カメラPの視野にも計測装置Mの計測領域内にもその指標が入るようにすれば、位置合わせ精度の向上に一層寄与する。
<表示手段>
表示画面Dは、例えば建設機械3の運転席に配置され、又は、作業現場における計測装置Mの近くに配置されて、計測結果や映像を表示するためのものである。表示画面Dとしては、CRT、液晶表示装置、プラズマディスプレイ等の種々の表示装置が適用可能である。
表示画面Dは、後述する画像処理部Fから取得した計測結果や映像を画面表示する機能を有する。なお、映像については、カメラPから直接取得する場合もある。表示画面D上には、画像処理部Fの画像処理によって、種々の画像表示が可能である。例えば、計測結果を数値で表示すること、計測結果をグラフ化して表示すること、計測結果を色分けして表示することが可能である。計測装置Mによる計測結果とカメラPによる映像とを重畳表示することも可能である。画面を複数に分割して計測結果のグラフと重畳された映像とを同時に表示することも可能である。表示画像をリアルタイム動画として表示することも、静止画像として表示することも可能である。
<画像処理部>
画像処理部Fは、計測装置Mからの計測結果やカメラPからの映像を画像処理し、表示画面Dへと表示させる機能を有する。図6は、計測装置M、カメラP、測距センサQ(後述)、表示画面Dと画像処理部Fとの接続状態を示すブロック図である。画像処理部Fは、計測装置M、表示画面D、カメラPと接続され、計測装置Mから計測結果M1を取得し、カメラPから映像P1を取得する。
画像処理部Fは、取得した計測結果M1及び映像P1に基づき、表示画面Dに画像データD1を送信するように構成されている。表示画面Dは、取得した画像データD1に基づき、画面上に映像を表示する。画面上への映像表示は、表示切替えによって、また、画面を区分することにより複数映像を同時表示することによって、種々の映像表示が可能とされている。
画像処理部Fは、重畳表示手段F1を有している。重畳表示手段F1は、例えば、スーパーインポーズインターフェースユニットとも呼ばれ、本実施形態では、計測装置Mからの計測結果M1とカメラPからの映像P1とを重畳する機能を有している。より詳しくは、計測結果M1と映像P1とが表示画面D上で重畳表示されるように、計測結果M1のデータと映像P1のデータとに基づき画像データD1を生成する機能を有する。
なお、制御部Cが画像処理部Fとしての機能を備えていてもよいし、制御部Cとは別体とされた画像処理部Fと制御部Cとが有線又は無線により通信可能とされていてもよい。例えば、タブレット端末、スマートフォン、パーソナルコンピュータ等の端末装置が画像処理部F及び表示画面Dとしての機能を果たし、制御部Cと通信可能となっていてもよい。この場合において、端末装置内の記憶装置に画像処理プログラムがインストールされ、この画像処理プログラムに基いて端末装置内のCPUが画像処理部Fとして機能してもよい。
<画面表示例>
図7は、表示画面Dでの表示例1である。表示例1では、対象法面Nを含む作業現場全体の地形を計測装置Mで計測した計測結果M1を表示画面Dに表示している。作業現場全体の3次元座標値が計測装置Mにより計測されるので、表示画面D上に作業現場全体の3次元画像が表現されている。図7において、水平方向に延びる線の1本1本がレーザ光L1〜L32に対応する。水平方向の線は、360°全周スキャンする間に所定周期で取得した3次元座標値を線で繋げて表現したものである。この計測装置Mでは、周囲の3次元座標値が計測されるので、表示画面D上に周囲の地形を表示する際には、その視点の位置を変更することができる。すなわち、計測装置Mの位置を中心とした周囲地形の表示のみならず、計測装置Mからずらした視点位置から俯瞰した周囲地形の表現を実現することができる。図7では、位置U1が計測装置Mの位置であり、位置U2がノズルの位置である。
図8は、表示画面Dでの表示例2である。表示例2は、図7において対象法面N部分を拡大して示したものとなっている。図8では、レーザ光Lに対応する線を破線Laと実線Lbとで示している。実線Lbは、作業開始時点、すなわち、法面吹付装置Sによる吹付け作業を開始する前の時点での対象法面Nの計測結果M1であり、破線Laは現時点、すなわち法面吹付装置Sによる吹付け作業進行中における対象法面Nの計測結果M1である。
この実線Lbと破線Laとの差分が、ノズル8からの吹付けによる対象法面Nの吹付け厚さを示している。このように、計測装置Mにより対象法面Nの凹凸(地形)を計測し、異なる時間における計測結果(作業開始前の計測結果M1と作業開始後の現時点における計測結果M1等)を表示画面Dに重畳表示することで、対象法面Nにおける各部分ごとの吹付け厚さを正確に把握することができる。吹付け作業が充分進行している箇所と、進行が不足している箇所とを正しく把握することができたり、吹付けの不足量を把握したりすることができる。吹付け不足の箇所に向けてノズル8の吹付け方向を調整することで、仕上げ品質の向上を図ることができる。
図9は、表示画面Dでの表示例3である。表示例3は、図8と同様に図7における対象法面Nを拡大表示したものである。図9では、吹付け厚さを色分け表示している。本実施形態では、作業開始前の計測結果M1と作業開始後(現時点)の計測結果M1との差分としての吹付け厚さが、0以上2cm未満、2cm以上4cm未満、4cm以上6cm未満、6cm以上8cm未満、8cm以上10cm未満、10cm以上12cm未満、12cm以上の7段階で色分け表示している。図9では白黒表示のために、色分けの代わりにハッチングの種類を変更して表現している。このような色分け表示により、吹付け厚さが直感的に把握し易くなっている。吹付け厚さの不足箇所が直感的に迅速に把握されるので、ノズル8の吹付け方向をすぐに調整し、対象法面N全体としての吹付仕上げの品質向上を図ることができる。
図10は、表示画面Dでの表示例4である、表示例4は、計測結果M1と映像P1とを重畳表示したものである。計測結果M1については、図8と同様に吹付け厚さごとに色分け(図面上では、異なるハッチング態様ごとに分類)表示している。計測結果M1と映像P1とが位置合わせされた上で表示画面D上で重ねて表示されている。計測結果M1については、例えば50%の透過率等の透過処理がされ、その背後の映像P1が視認可能となるように調整されている。
表示例4では、計測装置Mによる計測結果M1とカメラPによる映像P1とが、同一視点からの同一視野の画像として表示されている。そして、表示例4は、リアルタイム画像であり、常に現時点での映像及び計測結果としての吹付け厚さの色分け表示が重畳表示されている。したがって、対象法面N内で、どの位置の吹付け量が不足しているかが一目瞭然に把握可能である。
計測結果M1と映像P1との表示画面D上での重畳表示の際には両者の位置合わせが行われる。この位置合わせは、種々の方法によって実現可能である。例えば、計測装置MとカメラPとが両方とも作業現場に配置されており(両者の相対位置関係が変動しない)、計測装置Mの視野内とカメラPの視野内とに同一対象物が存在する場合は、その同一対象物を基準として両者の位置合わせを行うことができる。同一対象物としては、例えばノズル8であってもよいし、対象法面N上又は対象法面Nの近傍に配置した基準指標であってもよい。
また、例えば、計測装置Mが作業現場に固定されており、カメラPが法面吹付装置Sに取り付けられていて、両者の相対位置関係が変動する場合には、吹付け作業開始前に予め基準指標等を用いて両者の視野のキャリブレーション(位置合わせ)を行う。その後、法面吹付装置Sの各動作部R1〜R10のセンサ出力に基づき、カメラPの視野がどの方向にどの程度移動したかを検出することにより、計測結果M1と映像P1との相対位置関係の維持を実現することができる。各動作部R1〜R10のセンサ出力を利用することで、計測装置Mの視野内とカメラPの視野内とに同一対象物が存在しない場合であっても、両者の視野の相対位置関係を維持することができる。
図11は、表示画面Dでの表示例5である。表示例5は、対象法面Nの吹き付け方向における縦断面形状を示したものである。計測装置Mの計測結果M1により、ノズル8が現時点で対象法面N上のどの位置に対して吹付けを行っているか(吹付け位置とも吹付け方向ともいう。)を把握することができる。例えば、計測結果M1上で、ノズル8の延長方向を更に延長した仮想線と対象法面Nとの交点とを求めてもよいし、現時点での吹付け厚さの単位時間あたりの変化量(増加量)が最も大きい位置を吹付け位置としてもよい。
表示例5では、その吹付け位置を通る対象法面Nの鉛直断面の形状を示している。吹き付け方向における鉛直に沿った断面形状を表示することにより、吹付け量が不足している箇所や法面の仕上げ状況をリアルタイムに把握することができる。また、この吹付け方向における目標法面形状Tも併せて表示するようにすることで、より一層作業効率の向上を図ることができる。
なお、例えば、図1(b)に示すように、ノズル保持部14の近傍に測距センサQを取り付ければ、より簡便かつ確実に吹付け方向における対象法面Nの縦断面形状を計測することができる。この測距センサQが、自身と対象法面Nとの距離を、ノズル8の吹付け方向における縦方向に沿って計測することができるものであれば、吹付け方向における対象法面Nの縦断面形状を容易に計測することができる。この場合において、測距センサQは、画像処理部Fに接続され、画像処理部Fに向けて計測結果Q1を送信する。
図12は、表示画面Dでの表示例6である。表示例6では、表示画面を複数の画面領域に分割し、各々の表示領域に表示例1,4,5での各々の表示画像E1,E4,E5を表示している。これにより、作業現場の全体地形、ノズル8の吹付け方向、対象法面Nの各位置の吹付け厚さ、目標吹付け厚さからの不足量等、種々の情報を把握することができ、吹付け作業効率の向上や仕上げ品質の向上に寄与することができる。なお、表示画像E6には、表示画像E1に対する視点移動や拡大、縮小等の指示ボタンが表示されており、これらの指示ボタンを選択することで、表示画像E1の視点移動、拡大、縮小が可能である。
<法面吹付工法の説明>
続いて、実際の法面吹付工法の手順について説明する。対象法面Nのある作業現場に法面吹付装置Sを所定位置に設定する(S1)。その近傍位置に計測装置M及びカメラPを設置する(S2)。表示画面D及び画像処理部Fを備えたタブレット端末を計測装置M、カメラP、測距センサQ、及び制御部Cと通信可能な状態にセットする(S3)。
計測装置Mで周囲の地形の計測を開始し、計測結果M1をタブレット端末へと送信する(S4)。カメラPで対象法面Nを撮影し、その映像P1をタブレット端末へと送信する(S5)。また、測距センサQで吹付け方向における対象法面Nの縦断面形状を計測し、計測結果Q1をタブレット端末へと送信する(S6)。タブレット端末は、計測結果M1と映像P1との位置合わせを実行する(S7)。位置合わせは、例えば視野内のノズル8の位置に基づき、又は、対象法面Nの近傍位置に設置された基準指標を計測装置Mで計測し、カメラPで撮影することにより行う。
タブレット端末は、計測結果M1と映像P1とに基づき画像データD1を生成し、画像データD1に基づき表示画面Dに画像表示を行う(S8)。画像表示は、表示例1〜6のうちいずれか、又はそれらの組合せによって行う。
タブレット端末は、計測結果M1を調整手段としての制御部Cへと送信する(S9)。制御部Cは、計測結果M1に基づき、対象法面Nのどの部分にどの程度の吹付け量が不足しているかを判断し(S10)、その判断に基づき各動作部R1〜R10へ調整指令を創出し、各動作部の駆動手段を動作させてノズル8の吹付け方向を調整する(S11)。
以上、実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、法面吹付装置Sを用いた法面吹付工法について説明したが、必ずしもこの法面吹付工法を実現する手段が、各動作部R1〜R10を備えた法面吹付装置Sである必要はない。例えば、ブーム先端に作業員用のゴンドラが設置され、そのゴンドラに作業員が乗り込んでノズル8を持って対象法面Nに対する吹付けを行う場合であっても、この法面吹付工法を適用することができる。
C:制御部 C1:演算処理部(CPU)
C2:メモリ(記憶手段) D:表示画面(表示手段)
D1:画像データ E1,E4,E5,E6:表示画像
F:画像処理部 F1:重畳表示手段
G:地面 H:垂直面
L(L1〜L32):レーザ光 La:破線
Lb:実線 M:計測装置(計測手段)
M1:計測結果 N:対象法面
P:カメラ(撮像手段) P1:映像
Q:測距センサ Q1:計測結果
R1:回転部(第4回転手段) R2:傾動部(第5傾動手段)
R3:傾動部(第1傾動手段) R4:回転部(第1回転手段)
R5:回転部(第2回転手段) R6:伸縮部(第1伸縮手段)
R7:傾動部(第2傾動手段) R8:傾動部(第3傾動手段)
R9:回転部(第3回転手段) R10:傾動部(第4傾動手段)
S:法面吹付装置 T:目標法面形状
U1,U2:位置 X1:回転軸(第1軸)
X2:回転軸(第2軸) X3:傾動軸(第3軸)
X4:回転軸(第4軸) X5:傾動軸(第5軸)
α:所定角度 1:機械本体
2:ブーム 3:建設機械
4:中間アーム 5:油圧シリンダ
6:先端アーム 7:突起部
8:ノズル 10:中継アーム
12:ホース 14ノズル保持部
16:吹付け軌跡 20:カム構造(揺動手段)
20a:リンク部材 20b:カム部材
22:スライド構造(上下動構造)

Claims (6)

  1. 対象法面の凹凸形状を計測手段により計測する計測工程と、
    表示手段に前記計測手段による計測結果を表示する表示工程と、
    前記対象法面に向けて吹付材料をノズルから吹き付ける吹付工程と、
    前記ノズルからの前記吹付材料の吹付方向を前記計測手段による計測結果に応じて調整する調整工程と、を有する法面吹付工法。
  2. 前記対象法面を撮像手段により撮像する撮像工程を更に有し、
    前記表示工程において、前記表示手段に、前記撮像手段により撮像された前記対象法面の映像と前記計測結果とを重畳表示する、請求項1に記載の法面吹付工法。
  3. 前記計測手段による計測が、前記対象法面をレーザスキャンすることにより、前記対象法面上の複数の点の3次元座標値を取得することにより行われる、請求項1又は請求項2に記載の法面吹付工法。
  4. 前記表示工程において、
    前記3次元座標値に基づいて前記ノズルの吹付方向における前記対象法面の縦断面の計測結果を表示する、請求項3に記載の法面吹付工法。
  5. 前記計測手段の位置を検出する第1位置検出工程と、
    前記ノズルの位置を検出する第2位置検出工程と、を更に有する請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の法面吹付工法。
  6. 前記調整工程が、前記ノズルの吹付方向を変更可能な駆動手段に対し、調整手段から調整指令を送出することにより行われる、請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載の法面吹付工法。
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