JP4309014B2 - レーザ基準面による建設機械制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は整地作業等の土木工事を施工する場合の基準面を形成する回転レーザ装置及び土木工事を施工する建設機械を運転する場合の建設機械制御システム、特に整地の高さの制御にレーザ光線の回転照射で形成されるレーザ基準面を利用する建設機械制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブルドーザ、グレーダ等の建設機械を用いて造成地の整地作業、道路舗装工事の整地作業を行う場合、整地の高さの基準となるものが必要である。近年、整地作業の基準となる高さを決定する為、レーザ光線を使用したシステムが普及している。このレーザ光線を使用したシステムとして回転レーザ装置を具備した建設機械制御システムがある。
【０００３】
図８はこの建設機械制御システムが、ブルドーザに対して採用された場合を示している。
【０００４】
図８中、１は回転レーザ装置、２はブルドーザを示し、前記回転レーザ装置１は造成地の所定位置に三脚３を介して設置される。前記回転レーザ装置１は、水平方向にレーザ光線４を照射すると共に回転させ、該レーザ光線４による基準平面を形成するものである。
【０００５】
前記ブルドーザ２は上下動可能に支持したブレード５を有し、該ブレード５にはポール６が立設され、該ポール６には受光手段であるレベルセンサ７が取付けられている。該レベルセンサ７は前記回転レーザ装置１からのレーザ光線４を受光し、受光位置を検出する様になっており、前記ブルドーザ２は前記レベルセンサ７からの受光信号を基に前記ブレード５の高さ位置を検出し、該検出結果より前記ブレード５の高さを制御する制御装置（図示せず）を具備している。
【０００６】
上記した様に前記レーザ光線４により水平基準面が形成されているので、該水平基準面と前記ブレード５のブレード刃先５′迄の距離を一定にすることで水平に整地することができる。又、前記ブレード刃先５′に対する距離を変えることで、整地面の高さを変えることも可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記回転レーザ装置１から発せられるレーザ光線４は光強度の制限もあり、到達距離は限られている。この為、比較的小規模の施工現場では前記回転レーザ装置１を一度設定すれば、前記レーザ光線４の到達範囲に施工範囲が収まるが、広範囲の施工現場では、前記回転レーザ装置１を設定し直さなければならないという面倒さがあった。更に、高低差を有する施工の場合にも再設定の必要があり、連続的に施工を行うことができない問題もあった。
【０００８】
又、道路工事等で道路が曲がっており、前記レーザ光線４が山等の障害物で遮られる場合等も同様に、作業の進行に伴い前記回転レーザ装置１の再設定を行わなければならなかった。又、再設定に伴う煩雑さと共に再設定時の誤差が生じることもあった。
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、複数の回転レーザ装置を用い基準面を広範囲に亘り設定可能とし、施工途中で作業を中断し、再設定をする煩雑さを解消すると共に誤差の発生を防止するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光を回転照射しレーザ基準面を形成する複数の回転レーザ装置と、該回転レーザ装置の位置を測定する測量装置と、前記レーザ基準面に基づいて建設機械の施工作業を制御操作する施工操作装置とから構成され、該施工操作装置は前記回転レーザ装置からのレーザ光を受光して基準位置とする受光センサと、前記建設機械の位置を検出するＧＰＳと、該ＧＰＳの検出結果を前記測量装置に送信する送信手段とを備え、前記測量装置は測定結果と前記ＧＰＳの検出結果に基づき形成すべき基準面に関するデータを前記回転レーザ装置に送信する送信手段を備え、前記回転レーザ装置が受信機能を備えることで、前記データに基づいて前記回転レーザ装置が形成するレーザ基準面を基準として、前記建設機械が施工作業を行うレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記測量装置には建設機械の施工作業を制御する施工制御装置が備えられ、該施工制御装置は前記施工作業の為の施工データが備えられ、該施工データと前記ＧＰＳが測定した建設機械の位置と前記測量装置が測定した回転レーザ装置の位置とに基づき、前記施工作業に必要なレーザ基準面を形成する為のデータを演算し、該データを前記回転レーザ装置に送信することにより前記施工作業に必要なレーザ基準面を形成するレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又施工データは施工地点に於ける高さデータであるレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記施工制御装置は施工ルートを示す施工ルートデータを備えるレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記施工制御装置は施工ルートを示す施工ルートデータに加え、施工地点の傾斜データを備えるレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記回転レーザ装置は測距光を自動測量装置に向け反射する反射部と、所定方向に向ける回動機構と、通信データを受信する信号受信部と、レーザ基準面を傾斜させる傾斜機構と、前記信号受信部からの受信結果に基づきレーザ基準面が所定方向の傾斜角となる様に前記傾斜機構と前記回動機構とを制御する傾斜設定部とを具備するレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記回転レーザ装置は更に昇降機構を有し、該昇降機構により基準面の高低が調整可能であり、前記傾斜機構及び前記回動機構と共に前記傾斜設定部により制御されるレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記複数の回転レーザ装置がレーザ光線の回転を同期するレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又回転レーザ装置から発せられるレーザ光線を個別に変調したレーザ基準面による建設機械制御システムに係るものである。
【００１１】
複数の回転レーザ装置を用い基準面を設定可能としたので、広範囲に亘るレーザ基準面の形成、高低差及び障害物がある場所での連続した施工作業が可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１〜図３に於いて、図８で示したものと同様のものには同符号を付しその説明は省略する。
【００１４】
本実施の形態では、傾斜した基準面を形成可能な複数台（図示では３台）の回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃと１台の自動測量装置１０とＧＰＳ（汎地球測位システム）とを有し、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃにより広範囲をカバーする基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃを形成し、前記ＧＰＳによる建設機械の位置測量を行いつつ、該基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃを基準としてブルドーザ２による土木作業が行われる。
【００１５】
施工予定の範囲に、複数の回転レーザ装置１を配置する。複数の回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ間の距離は、形成される基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃが所定量オーバラップする程度とする。施工範囲から離れた位置で且つ既知点に前記自動測量装置１０を配置する。既知点でない場合、又はキネマチック測量の場合には第２ＧＰＳ受信機１０２を設置する。前記自動測量装置１０にはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に代表される施工制御装置１２が接続され、又該施工制御装置１２には前記第２ＧＰＳ受信機１０２、無線送受信機１０３が接続されている。前記第２ＧＰＳ受信機１０２による位置測定結果、前記無線送受信機１０３による受信情報は前記施工制御装置１２に入力される。
【００１６】
而して、前記第２ＧＰＳ受信機１０２、前記ブルドーザ２に設けられる第１ＧＰＳ受信機１０７（後述）の受信結果を基にキネマチック測量が行われ、前記自動測量装置１０の位置測定、ブルドーザ２の位置測定が行われる。前記第２ＧＰＳ受信機１０２、第１ＧＰＳ受信機１０７及び前記施工制御装置１２により測量装置が構成され、又前記ブルドーザ２に設けられる無線送受信部１１０（後述）、前記第１ＧＰＳ受信機１０７、前記無線送受信機１０３は、データ通信装置を構成する。尚、第２ＧＰＳ受信機１０２と第１ＧＰＳ受信機１０７はキネマチック測量を構成するが、精度が得られる場合には、第１ＧＰＳ受信機１０７のみでもよい。
【００１７】
又、前記施工制御装置１２で演算した結果は前記無線送受信機１０３を介して前記無線送受信部１１０に送信可能となっている。
【００１８】
前記施工制御装置１２は演算部１３、記憶部１４、表示部１５、入力部１６を具備し、前記記憶部１４には、前記基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの傾斜角等の演算処理に必要な種々のプログラムが設定入力されていると共に施工図に基づく地形データ、即ち平面座標に対する地面の高さデータ、更に、ＧＰＳ測量に基づく前記ブルドーザ２の位置及び前記回転レーザ装置１と前記ブルドーザ２との相対位置を演算する為のプログラムが設定入力され、更に前記回転レーザ装置１の機械高、及び前記ブレード刃先５′から前記レベルセンサ７の基準位置迄の距離等が設定入力されている。
【００１９】
前記施工制御装置１２は自動測量機１０が測定する回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ位置及び高さの測量値と、第１ＧＰＳ受信機１０７で得たブルドーザ２位置と、更に施工図の高さデータから、ブルドーザ２のブレード刃先５′を制御する為のレーザ基準面を算出する。施工制御装置１２は所定のレーザ基準面を形成する様に、自動測量機１０を介して回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃの傾斜方向を制御する。
【００２０】
前記自動測定装置１０について説明する。
【００２１】
三脚１７に基盤部１８を介して托架部１９が鉛直軸心を中心に回転可能に設けられ、該托架部１９には水平軸心を中心に回転可能に望遠鏡部２１が設けられている。前記基盤部１８に水平モータ２２が設けられ、前記托架部１９に高度モータ２３が設けられている。
【００２２】
前記托架部１９には制御部２４、回転駆動部２５、測距部２９が設けられている。前記回転駆動部２５は前記制御部２４により制御され、前記回転駆動部２５により前記水平モータ２２、高度モータ２３が駆動される。前記基盤部１８の回転支持部、前記望遠鏡部２１の回転支持部にはそれぞれ水平角エンコーダ２６、高度角エンコーダ２７が設けられ、これら水平角エンコーダ２６、高度角エンコーダ２７からの回転角検出信号は測角部２８に入力され、前記托架部１９の水平回転角及び基準方向に対する水平角が検出され、又前記望遠鏡部２１の高度回転角及び高度角が検出される。前記測角部２８からの回転角検出信号は前記制御部２４にフィードバックされ、該制御部２４は前記回転角検出信号に基づき前記回転駆動部２５を介して前記水平モータ２２、高度モータ２３の回転量を制御する。
【００２３】
前記望遠鏡部２１には発光部３１、変調回路３２、受光部３３が設けられ、前記発光部３１は対象物即ち前記回転レーザ装置１に向け追尾光３４又は測距光３０を発し、前記変調回路３２は前記追尾光３４又は測距光３０のいずれかについて通信データに基づく変調をするものであり、該変調により前記測距光３０、追尾光３４のいずれかに通信データを重合させ、受光側に光通信を可能とする。
【００２４】
前記受光部３３は前記回転レーザ装置１からの反射測距光を受光し、受光信号を前記測距部２９に出力し、該測距部２９は対象物迄の距離を測量し、測量結果は前記制御部２４に入力される。
【００２５】
前記回転レーザ装置１について、図４、図５を参照して説明する。
【００２６】
回転レーザ装置１はレーザ光線４の照射方向を傾斜させる傾斜機構、及び該傾斜機構を制御する制御部を有し、レーザ光線４の照射方向を傾斜させることができ、レーザ光線４により水平基準面又は傾斜した基準面が形成される。
【００２７】
回転レーザ装置１は回転照射装置本体３５と、該回転照射装置本体３５からのレーザ光線４を検出する前記レベルセンサ７（前記ブルドーザ２に取付けられる）とを具備し、更に前記回転照射装置本体３５は下位に位置する整準部３６を介して三脚３７に設置される。
【００２８】
更に、前記回転照射装置本体３５は前記レーザ光線４を射出する発光部３８、前記レーザ光線４を基準平面内に回転照射する回動部３９、前記発光部３８を垂直軸心を中心に回転させる回転部４１と、前記発光部３８を水平軸を中心に傾動させ、前記レーザ光線４が形成する基準面の傾斜を設定する傾斜設定部４２と、傾斜角を検出する傾斜検出部４３、入射光を受光すると共に入射光の方向を検出する反射光受光部４４、前記回転照射装置本体３５の整準を行う前記整準部３６から主に構成される。
【００２９】
前記回転照射装置本体３５の上面、前記回動部３９の回転中心延長上には再帰反射プリズム４５、信号受信部４６が設けられ、図３に示す様に前記再帰反射プリズム４５は前記発光部３１からの追尾光３４及び測距光３０を前記受光部３３に向け反射し、前記信号受信部４６は前記測距光３０を受光し、該測距光３０の変調を検出し、該測距光３０に重合された通信データを検出する。
【００３０】
前記回転照射装置本体３５は上部に前記回動部３９から前記レーザ光線４が射出される受光窓４７を具備し、前記自動測量機１０からの追尾光３４又は測距光３０は前記受光窓４７を通って入射し、前記回転照射装置本体３５内部に設けられた前記反射光受光部４４に受光される様になっている。前記信号受信部４６の受信により受光部４４が前記自動測量機１０の方向を検知し、該自動測量機１０からの通信データにより基準方向に前記回転照射装置本体３５の向きを合わせる。
【００３１】
前記回転照射装置本体３５のケーシング４８の底部に垂直軸部４９を介して垂直軸心を中心に本体フレーム５１が回転自在に設けられ、前記垂直軸部４９と同心に回転部ギア５２が取付けられると共に回転部エンコーダ５３が設けられている。又前記ケーシング４８側には回転部モータ５４が設けられ、該回転部モータ５４の出力軸は前記回転部ギア５２に噛合している。前記回転部モータ５４を駆動することで前記回転部ギア５２を介して前記本体フレーム５１が回転し、回転角は前記回転部エンコーダ５３により検知され、該検出結果は制御部（ＣＰＵ）７２に入力される。
【００３２】
前記ケーシング４８の底部には前記整準部３６が設けられている。該整準部３６は、前記三脚３７に固定される固定基板５５と前記ケーシング４８の底面との間に整準螺子５６を有している。該整準螺子５６は三角形の頂点に位置する様３本設けられており、上端部は前記ケーシング４８に螺合し、下端は前記固定基板５５に回転自在に嵌合している。又、前記整準螺子５６はそれぞれギア列５７を介して整準モータ５８に連結されている。而して、該整準モータ５８により前記ギア列５７を介して前記整準螺子５６が回転することで、前記ケーシング４８と固定基板５５との間隙が変化し、前記回転照射装置本体３５を所望の方向に傾斜させることができる。
【００３３】
該回転照射装置本体３５の傾きは前記本体フレーム５１に設けられた傾斜センサ５９，６０により検出され、該傾斜センサ５９，６０の検出結果を前記整準モータ５８の駆動にフィードバックさせることで整準が行われる。尚、３本の整準螺子５６の内１本を省略して、１つを傾動可能な単なる支点としてもよい。
【００３４】
前記本体フレーム５１に水平な傾動軸６１を介して前記発光部３８が回転自在に設けられ、前記本体フレーム５１には傾動モータ６２が設けられ、該傾動モータ６２と前記傾動軸６１とはギア列６３を介して連結している。又、前記傾動軸６１には前記発光部３８の傾動角を検出する前記傾斜検出部４３が取付けられている。該傾斜検出部４３は例えばエンコーダによって構成されている。前記傾動モータ６２を駆動し、前記ギア列６３を介して前記発光部３８を傾斜させることができ、傾斜角は前記傾斜検出部４３により検出される。
【００３５】
前記発光部３８の上端には前記回動部３９が回転自在に設けられ、該回動部３９には走査ギア６４が設けられ、該走査ギア６４は走査モータ６５の駆動ギア６６に噛合し、前記走査モータ６５は前記発光部３８に固着されている。前記走査モータ６５による前記駆動ギア６６の駆動により、前記走査ギア６４を介して前記回動部３９が回転する。
【００３６】
前記回動部３９は前記発光部３８から入射された前記レーザ光線４の光軸をペンタプリズム６７により９０°変向して投射窓６８を通してレーザ平面を形成する様に回転するものである。前記ペンタプリズム６７は前記発光部３８の光軸を中心に回転する回転支持体６９に設けられ、該回転支持体６９は前記走査ギア６４、駆動ギア６６を介して前記走査モータ６５に連結されている。前記回転支持体６９の回転状態は、該回転支持体６９に設けられたエンコーダ７１により検出され、該エンコーダ７１の検出信号は前記制御部７２に入力される。
【００３７】
又、前記発光部３８の傾斜角は前記発光部３８の傾動軸６１に設けられた前記傾斜検出部４３により検出される。該傾斜検出部４３はエンコーダを具備し、該エンコーダからの出力信号は前記制御部７２に入力される。該制御部７２は前記傾斜検出部４３からの信号を基に所定の傾斜角迄の前記発光部３８の傾斜を演算する。前記傾動モータ６２は傾動モータ駆動部７３により駆動され、傾斜設定は前記傾斜検出部４３の出力が所定の傾斜角になる迄前記傾動モータ６２を駆動することで達成される。
【００３８】
前記反射光受光部４４は前記ケーシング４８に固定されてもよいが、好ましくは前記発光部３８に設け、該発光部３８と一体に傾動可能とする。
【００３９】
前記反射光受光部４４について説明する。
【００４０】
前記受光窓４７に対峙して集光レンズ７５が設けられ、該集光レンズ７５への入射光は反射鏡７６を介して受光素子７７上に集光される。該受光素子７７からの受光信号は反射光検出部８１に入力され、該反射光検出部８１で検出された前記自動測量機１０からの入射光は前記制御部７２に入力される。又、該制御部７２には前記回転部エンコーダ５３からの信号が入力される。前記制御部７２は発光素子駆動部８２を介してレーザダイオード８３を駆動し、又走査モータ駆動部８４を介して前記走査モータ６５を駆動し、又回転部モータ駆動部８５を介して前記回転部モータ５４を駆動し、傾動モータ駆動部７３を介して前記傾動モータ６２を駆動し、前記傾斜センサ５９，６０からの信号を基に整準モータ駆動部８６を介して前記整準モータ５８を駆動する。
【００４１】
前記制御部７２は前記反射光検出部８１からの信号、回転部エンコーダ５３からの信号に基づき前記自動測量装置１０の方向を検知し、前記回転照射装置本体３５がどの方向にどの程度の角度回転しているか算出する。
【００４２】
前記三脚３７について説明する。
【００４３】
前記回転照射装置本体３５は前記固定基板５５を介して昇降機構部８７に固定されており、該昇降機構部８７は前記回転照射装置本体３５を昇降する。前記昇降機構部８７は高低モータ８８、該高低モータ８８を回転駆動する駆動部８９、前記回転照射装置本体３５の高さを検出する高低検出エンコーダ９１等を具備し、前記回転照射装置本体３５の高さ方向の位置を調整可能であると共に高さ位置を検出可能となっている。
【００４４】
前記レベルセンサ７を図６に於いて説明する。
【００４５】
レーザ光を受光する受光部９４はレベルセンサ７の両側面に上下に延びる帯状に配設され、又該受光部９４は正面に対して角度を持って設けられている。該受光部９４は受光素子を上下に連設したものであり、受光している受光素子の位置から該受光部９４のどの部分で前記レーザ光線４を受光しているかを判断できる様になっている。又、背面には前記ポール６が嵌合する溝９５が設けられ、該溝９５に前記ポール６を嵌合した状態で前記レベルセンサ７は取付けられる。
【００４６】
前記ブルドーザ２について説明する。
【００４７】
前記ブルドーザ２は前記レベルセンサ７と、演算処理装置１０４と、前記ブレード５の位置を制御する為のブレード駆動制御部１０９及び無線送受信部１１０とを有している。
【００４８】
先ず、前記ブレード駆動制御部１０９について説明する。
【００４９】
前記レベルセンサ７は前記ポール６に取付けられ、前記ブレード５のブレード刃先５′と前記レベルセンサ７の基準位置との距離は既知の値となっている。該レベルセンサ７による前記レーザ光線４の検出信号は演算部９６に入力され、該演算部９６では前記ブレード刃先５′の高さが演算され、前記演算部９６は前記電気／油圧回路９７に駆動制御信号を発する。該電気／油圧回路９７は電気信号を油圧に変換して前記油圧シリンダ９８を駆動し、該油圧シリンダ９８は前記ブレード５を上下動させ位置を決定する。前記演算部９６には表示部９９が接続され、該表示部９９には前記ブレード５の位置或は該ブレード５による掘削の状態が表示される。
【００５０】
１０１は前記演算部９６に接続された操作部であり、前記表示部９９の表示に基づき直接手動操作をすることができる。前記表示部９９の表示を見ながら手動で前記ブレード５を昇降させ、位置決め操作をするものであり、前記操作部１０１からの信号は前記演算部９６に入力され、該演算部９６は入力信号に基づき前記電気／油圧回路９７を介して前記油圧シリンダ９８を駆動する。
【００５１】
又、前記演算処理装置１０４はパーソナルコンピュータで代表されるものであり、演算部１０５と記憶部１０６を具備しており、該記憶部１０６には施工予定の範囲を含む地形データ、整地位置に於ける施工データ等のデータ、及び該データを基に前記ブレード駆動制御部１０９が制御に必要とするデータを演算する為の、演算プログラムが設定入力されている。前記演算処理装置１０４は、特に、所定のルートに沿って施工を行う場合に必要とされる。この時高さ方向はレーザ基準面を基準としている。
【００５２】
尚、前記施工データとしては、整地面のレベル、整地面の傾斜角度、整地面の傾斜方向、更に基準面に対する整地面の凹凸量等が含まれる。
【００５３】
次に、前記無線送受信部１１０について説明する。
【００５４】
前記ブルドーザ２の屋根等、衛星からの電波を遮るものが少ない位置に第１ＧＰＳ受信機１０７が設けられ、該第１ＧＰＳ受信機１０７で受信された情報は前記演算部９６に入力され、該演算部９６は前記第１ＧＰＳ受信機１０７からの信号に基づき位置測量の為の演算処理を行う。演算結果は送信機１０８から前記無線送受信機１０３に向けて送信される。送信データはＧＰＳ受信データであってもよい。
【００５５】
上述したブルドーザ２の位置を検出する第１ＧＰＳ受信機１０７、前記レーザ光線基準面を検出するレベルセンサ７、該レベルセンサ７の検出結果に基づき前記ブレード５の位置を制御する前記演算部９６、前記第１ＧＰＳ受信機１０７の検出結果を前記自動測量装置に送信する送信機１０８等は施工操作装置を構成し、前記ブルドーザ２の施工作業は施工操作装置によって制御操作される。
【００５６】
以下、作用を説明する。
【００５７】
施工予定の範囲に複数の回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃを配置し、施工予定範囲から外れた位置で且つ既知点に前記自動測量装置１０及び前記第２ＧＰＳ受信機１０２を配置する。施工前に設置される回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ、自動測量装置１０の高さは、適当な高さになっている。
【００５８】
前記施工制御装置１２より前記自動測量装置１０を作動させ、前記自動測量装置１０と前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれとの距離（測距）、位置（測角）を測定する。
【００５９】
即ち、前記自動測量装置１０の前記制御部２４が前記施工制御装置１２からの指令を受け、前記変調回路３２を介して前記発光部３１を駆動し、前記測距光３０を照射する。更に、前記制御部２４は前記回転駆動部２５を介して前記水平モータ２２、高度モータ２３を駆動し、高低角を変えながら前記測距光３０を回転走査し、前記回転照射装置本体３５を探査する。前記測距光３０が前記回転照射装置本体３５の再帰反射プリズム４５によって反射され、反射光を前記受光部３３が検出すると前記測距部２９により、距離が測定され、又前記測角部２８により、水平角高低角が検出される。而して、前記自動測量装置１０と回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ間のそれぞれの距離、位置が測定される。
【００６０】
又、自動測量装置１０の位置及び前記第１ＧＰＳ受信機１０７で測量したブルドーザ２の位置から、前記施工制御装置１２が前記ブルドーザ２と前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃとの相対位置を演算する。
【００６１】
前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ自体に関する測量が行われると、前記演算部１３は前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃの測量データ（位置データ）と前記記憶部１４に記憶された施工データとから制御するブルドーザ２のブレード刃先５′がその地点に於ける高さとなる様に、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ各位置に於ける該回転レーザ装置１の機械高、基準方向、基準面の傾斜等を算出する。
【００６２】
前記演算部１３の演算結果は前記制御部２４に入力され、該制御部２４は演算結果を基に前記変調回路３２を介して前記発光部３１を駆動し、演算結果を通信データとして測距光３０（又は追尾光３４）に重合させる。尚、データの送信は光通信に限らず、前記無線送受信機１０３に送信機能を設け、又前記回転レーザ装置１側に無線受信機を設け、前記無線送受信機１０３及び回転レーザ装置１間で無線通信を行ってもよい。前記自動測量装置１０から前記回転照射装置本体３５へ送信される通信データとしては、各回転レーザ装置が所定のレーザ基準面を形成するのに必要な傾斜角、傾斜方向である。
【００６３】
この時回転レーザ装置は前記自動測量装置１０からの測距光３０を反射光受光部４４が検出して、回転照射装置本体３５がどの方向にあるかを算出する。その結果に基づいて、回転照射装置本体３５を前記自動測量装置１０の指定する方向に向けることができる。
【００６４】
前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれに対して通信データが自動測量装置１０から、例えば光通信で送信される。前記信号受信部４６からの受信信号は前記制御部７２に入力され、該制御部７２は測距光３０に重合された通信データを分離抽出し、該通信データに基づき前記回転照射装置本体３５を基準方向に向けると共に、前記施工制御装置１２が指定する所定の高さに回転レーザ装置を上下させる。例えば、施工範囲に凹凸がなければ前記各回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃの地面からの高さは同じになる。凹凸が多ければ高さは異なる。各回転レーザ装置が制御するブルドーザの範囲は基本的に異なっている。
【００６５】
又、前記測距光３０に重合された通信データとしては、基準方向に対する基準面の傾斜角があり、前記制御部７２は前記傾斜設定部４２を作動させる。該傾斜設定部４２は前記傾動モータ６２を駆動し、前記ギア列６３を介して前記発光部３８を傾動させ、前記回動部３９の回転軸を所要の方向に所定角傾斜させる。
【００６６】
前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれの機械高調整、基準面傾斜角設定、基準方向設定が完了すると前記発光部３８が駆動され、前記レーザ光線４が照射され、更に同期回転される。同期回転されることで前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃからのレーザ光線４が同時に前記レベルセンサ７に入射することがなく、前記演算部９６でレベルセンサ７からの受光のタイミングを検出することで、受光するタイミングを識別することにより、前記ブルドーザ２側で前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃが形成する基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの判別を行うことができる。
【００６７】
又、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃが発するレーザ光線４を個別に変調させ、前記演算部９６が受光信号から変調の態様を識別することで、どの回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃから発せられたレーザ光線であるかを識別し、前記基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの判別を行う様にしてもよい。
【００６８】
而して、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃにより施工予定範囲全域にブルドーザ２の施工を制御する所望の基準面を形成することができ、更に又前記ブルドーザ２の位置での施工基準面を形成することができる。
【００６９】
基準面が形成されると前記ブルドーザ２のブレード５の位置合わせが行われる。尚、前記施工制御装置１２はブルドーザ２の位置に応じて、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃを選び前記ブルドーザ２を制御する。該ブルドーザ２は前記施工制御装置１２からの通信により受光する回転レーザ装置を選択する。回転レーザ装置から発せられるレーザ光線はそれぞれ変調されている。
【００７０】
前記レベルセンサ７からの受光信号により前記演算部９６は前記レベルセンサ７に於ける受光位置を検出し、受光位置と基準位置とを比較演算して、偏差があれば該偏差を修正する様に前記電気／油圧回路９７に駆動制御信号を発する。該電気／油圧回路９７は前記油圧シリンダ９８を駆動して前記ブレード５を上下させる。前記レベルセンサ７は前記ブレード５と一体に上下するので、該ブレード５の上下量は前記レベルセンサ７の上下量と一致し、該レベルセンサ７での受光位置が基準位置に合致することで前記ブレード５の位置が決定される。
【００７１】
上述した様に、前記記憶部１０６には地形データ、及び施工データが設定入力されているので、基準面に対してレベルの修正、或は基準面に対して整地面を所要の方向に傾ける修正を行うことができる。
【００７２】
前記ブルドーザ２を移動させ整地作業が行われる。該ブルドーザ２の移動により、前記レベルセンサ７での受光位置が変化するが、受光位置を基準位置となる様に前記電気／油圧回路９７を介して前記ブレード５の位置を制御すれば施工予定範囲全域亘り、施工データに合致した整地が行える。
【００７３】
基準面に対して、凹凸のある整地を行う場合、ブルドーザ２側の演算処理装置１０４によるブレードレベル制御と自動測量装置１０によるブレードレベル制御とがある。
【００７４】
先ず、演算処理装置１０４によるブレードレベル制御について説明する。この場合、回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃで形成した基準面については前記レベルセンサ７の受光範囲を超えない限りでは固定とする。
【００７５】
上記した様に、前記演算処理装置１０４は地形データ、及び施工データを具備しているので、受光位置を基準として更に凹凸分だけの修正を加え、前記ブレード５の位置を演算することができ、この演算結果を前記演算部９６に入力することで、該演算部９６はこの修正量を加味し、前記電気／油圧回路９７を介して前記ブレード５のレベル制御を行うことができる。
【００７６】
次に、自動測量装置１０によるブレードレベル制御を説明する。演算処理装置１０４はレベルセンサ７の受光位置に高さ方向の修正を加えず、基準面だけを基準として前記ブレード５のレベル制御を行う。整地面の凹凸分に修正については、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃが形成する基準面を変更することで行う。
【００７７】
前記施工制御装置１２は地形データ、及び施工データを具備しているので、ブルドーザ２での整地レベルを演算することができる。更に、ブルドーザ２と前記各回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ間の相対位置のデータを演算で求めているので、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれが形成する基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの前記レベルセンサ７での受光位置が施工されるべき位置となる様に基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの傾斜方向、傾斜角を演算することができる。
【００７８】
而して、前記無線送受信機１０３より前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃにそれぞれの基準面の傾斜方向、傾斜角をデータ送信し、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃは送信されたデータに基づき形成する基準面を所定の方向に所定角傾ける。ブルドーザ２の施工場所が移動すると対応し、前記自動測量装置１０から前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃに向って、形成する基準面のデータを送信することで、各回転レーザ装置１ａ、１ｂ、１ｃが基準面の高さ、傾斜角を変更し、所望の凹凸を有する整地面とすることができる。
【００７９】
図７は建設機械がグレーダ１１１である場合を示している。
【００８０】
該グレーダ１１１はブレード１１２の左右に、独立して駆動される油圧シリンダ１１３ａ，１１３ｂを設けたものである。
【００８１】
該グレーダ１１１に於いて、前記油圧シリンダ１１３ａ，１１３ｂを個別に制御することで、前記ブレード１１２を傾けることができ、道路の様に湾曲した整地面を形成することができる。
【００８２】
尚、前記ブレード５、ブレード１１２の高さ調整は前記ブルドーザ２、グレーダ１１１に搭乗した整地作業者が前記表示部９９に表示される前記レベルセンサ７の受光状態を基に前記操作部１０１から前記電気／油圧回路９７を介して手動制御してもよい。
【００８３】
更に、上記実施の形態では前記レベルセンサ７は前記ブレード５に設けたが、前記油圧シリンダ９８の伸縮状態、或は前記ブレード５を支持するアームの位置を介して前記ブレード刃先５′の位置を検出する様にすれば、前記レベルセンサ７は前記ブルドーザ２の車体に設けることも可能である。
【００８４】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、複数の回転レーザ装置を用い基準面を設定可能としたので、広範囲に亘るレーザ基準面の形成が可能であり、同一施工場所での基準面の再設定作業が省略でき、又レーザ光線を遮る障害物がある様な施工場所でも基準面の再設定作業無しで施工が行え、施工途中で作業を中断し、再設定をする煩雑さを解消でき、作業能率が向上すると共に再設定時の誤差の発生を防止するという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す説明図である。
【図２】同前本発明の実施の形態を示す平面配置図である。
【図３】同前本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態で使用される回転照射装置本体の断面概略図である。
【図５】本発明の実施の形態で使用される回転照射装置本体のブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態で使用されるレベルセンサの斜視図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す平面配置図である。
【図８】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１ 回転レーザ装置
２ ブルドーザ
５ ブレード
７ レベルセンサ
１０ 自動測量装置
１２ 施工制御装置
１３ 演算部
２４ 制御部
３５ 回転照射装置本体
３７ 三脚
４２ 傾斜設定部
４５ 再帰反射プリズム
４６ 信号受信部
７２ 制御部
８７ 昇降機構部
８８ 高低モータ
８９ 駆動部
９６ 演算部
９７ 電気／油圧回路
１０２ 第２ＧＰＳ受信機
１０３ 無線受信機
１０４ 演算処理装置
１０７ 第１ＧＰＳ受信機
１０８ 送信機
１０９ ブレード駆動制御部
１１０ 無線送受信部
１１１ グレーダ
【発明の属する技術分野】
本発明は整地作業等の土木工事を施工する場合の基準面を形成する回転レーザ装置及び土木工事を施工する建設機械を運転する場合の建設機械制御システム、特に整地の高さの制御にレーザ光線の回転照射で形成されるレーザ基準面を利用する建設機械制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブルドーザ、グレーダ等の建設機械を用いて造成地の整地作業、道路舗装工事の整地作業を行う場合、整地の高さの基準となるものが必要である。近年、整地作業の基準となる高さを決定する為、レーザ光線を使用したシステムが普及している。このレーザ光線を使用したシステムとして回転レーザ装置を具備した建設機械制御システムがある。
【０００３】
図８はこの建設機械制御システムが、ブルドーザに対して採用された場合を示している。
【０００４】
図８中、１は回転レーザ装置、２はブルドーザを示し、前記回転レーザ装置１は造成地の所定位置に三脚３を介して設置される。前記回転レーザ装置１は、水平方向にレーザ光線４を照射すると共に回転させ、該レーザ光線４による基準平面を形成するものである。
【０００５】
前記ブルドーザ２は上下動可能に支持したブレード５を有し、該ブレード５にはポール６が立設され、該ポール６には受光手段であるレベルセンサ７が取付けられている。該レベルセンサ７は前記回転レーザ装置１からのレーザ光線４を受光し、受光位置を検出する様になっており、前記ブルドーザ２は前記レベルセンサ７からの受光信号を基に前記ブレード５の高さ位置を検出し、該検出結果より前記ブレード５の高さを制御する制御装置（図示せず）を具備している。
【０００６】
上記した様に前記レーザ光線４により水平基準面が形成されているので、該水平基準面と前記ブレード５のブレード刃先５′迄の距離を一定にすることで水平に整地することができる。又、前記ブレード刃先５′に対する距離を変えることで、整地面の高さを変えることも可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記回転レーザ装置１から発せられるレーザ光線４は光強度の制限もあり、到達距離は限られている。この為、比較的小規模の施工現場では前記回転レーザ装置１を一度設定すれば、前記レーザ光線４の到達範囲に施工範囲が収まるが、広範囲の施工現場では、前記回転レーザ装置１を設定し直さなければならないという面倒さがあった。更に、高低差を有する施工の場合にも再設定の必要があり、連続的に施工を行うことができない問題もあった。
【０００８】
又、道路工事等で道路が曲がっており、前記レーザ光線４が山等の障害物で遮られる場合等も同様に、作業の進行に伴い前記回転レーザ装置１の再設定を行わなければならなかった。又、再設定に伴う煩雑さと共に再設定時の誤差が生じることもあった。
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、複数の回転レーザ装置を用い基準面を広範囲に亘り設定可能とし、施工途中で作業を中断し、再設定をする煩雑さを解消すると共に誤差の発生を防止するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光を回転照射しレーザ基準面を形成する複数の回転レーザ装置と、該回転レーザ装置の位置を測定する測量装置と、前記レーザ基準面に基づいて建設機械の施工作業を制御操作する施工操作装置とから構成され、該施工操作装置は前記回転レーザ装置からのレーザ光を受光して基準位置とする受光センサと、前記建設機械の位置を検出するＧＰＳと、該ＧＰＳの検出結果を前記測量装置に送信する送信手段とを備え、前記測量装置は測定結果と前記ＧＰＳの検出結果に基づき形成すべき基準面に関するデータを前記回転レーザ装置に送信する送信手段を備え、前記回転レーザ装置が受信機能を備えることで、前記データに基づいて前記回転レーザ装置が形成するレーザ基準面を基準として、前記建設機械が施工作業を行うレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記測量装置には建設機械の施工作業を制御する施工制御装置が備えられ、該施工制御装置は前記施工作業の為の施工データが備えられ、該施工データと前記ＧＰＳが測定した建設機械の位置と前記測量装置が測定した回転レーザ装置の位置とに基づき、前記施工作業に必要なレーザ基準面を形成する為のデータを演算し、該データを前記回転レーザ装置に送信することにより前記施工作業に必要なレーザ基準面を形成するレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又施工データは施工地点に於ける高さデータであるレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記施工制御装置は施工ルートを示す施工ルートデータを備えるレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記施工制御装置は施工ルートを示す施工ルートデータに加え、施工地点の傾斜データを備えるレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記回転レーザ装置は測距光を自動測量装置に向け反射する反射部と、所定方向に向ける回動機構と、通信データを受信する信号受信部と、レーザ基準面を傾斜させる傾斜機構と、前記信号受信部からの受信結果に基づきレーザ基準面が所定方向の傾斜角となる様に前記傾斜機構と前記回動機構とを制御する傾斜設定部とを具備するレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記回転レーザ装置は更に昇降機構を有し、該昇降機構により基準面の高低が調整可能であり、前記傾斜機構及び前記回動機構と共に前記傾斜設定部により制御されるレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又前記複数の回転レーザ装置がレーザ光線の回転を同期するレーザ基準面による建設機械制御システムに係り、又回転レーザ装置から発せられるレーザ光線を個別に変調したレーザ基準面による建設機械制御システムに係るものである。
【００１１】
複数の回転レーザ装置を用い基準面を設定可能としたので、広範囲に亘るレーザ基準面の形成、高低差及び障害物がある場所での連続した施工作業が可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１〜図３に於いて、図８で示したものと同様のものには同符号を付しその説明は省略する。
【００１４】
本実施の形態では、傾斜した基準面を形成可能な複数台（図示では３台）の回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃと１台の自動測量装置１０とＧＰＳ（汎地球測位システム）とを有し、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃにより広範囲をカバーする基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃを形成し、前記ＧＰＳによる建設機械の位置測量を行いつつ、該基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃを基準としてブルドーザ２による土木作業が行われる。
【００１５】
施工予定の範囲に、複数の回転レーザ装置１を配置する。複数の回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ間の距離は、形成される基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃが所定量オーバラップする程度とする。施工範囲から離れた位置で且つ既知点に前記自動測量装置１０を配置する。既知点でない場合、又はキネマチック測量の場合には第２ＧＰＳ受信機１０２を設置する。前記自動測量装置１０にはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に代表される施工制御装置１２が接続され、又該施工制御装置１２には前記第２ＧＰＳ受信機１０２、無線送受信機１０３が接続されている。前記第２ＧＰＳ受信機１０２による位置測定結果、前記無線送受信機１０３による受信情報は前記施工制御装置１２に入力される。
【００１６】
而して、前記第２ＧＰＳ受信機１０２、前記ブルドーザ２に設けられる第１ＧＰＳ受信機１０７（後述）の受信結果を基にキネマチック測量が行われ、前記自動測量装置１０の位置測定、ブルドーザ２の位置測定が行われる。前記第２ＧＰＳ受信機１０２、第１ＧＰＳ受信機１０７及び前記施工制御装置１２により測量装置が構成され、又前記ブルドーザ２に設けられる無線送受信部１１０（後述）、前記第１ＧＰＳ受信機１０７、前記無線送受信機１０３は、データ通信装置を構成する。尚、第２ＧＰＳ受信機１０２と第１ＧＰＳ受信機１０７はキネマチック測量を構成するが、精度が得られる場合には、第１ＧＰＳ受信機１０７のみでもよい。
【００１７】
又、前記施工制御装置１２で演算した結果は前記無線送受信機１０３を介して前記無線送受信部１１０に送信可能となっている。
【００１８】
前記施工制御装置１２は演算部１３、記憶部１４、表示部１５、入力部１６を具備し、前記記憶部１４には、前記基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの傾斜角等の演算処理に必要な種々のプログラムが設定入力されていると共に施工図に基づく地形データ、即ち平面座標に対する地面の高さデータ、更に、ＧＰＳ測量に基づく前記ブルドーザ２の位置及び前記回転レーザ装置１と前記ブルドーザ２との相対位置を演算する為のプログラムが設定入力され、更に前記回転レーザ装置１の機械高、及び前記ブレード刃先５′から前記レベルセンサ７の基準位置迄の距離等が設定入力されている。
【００１９】
前記施工制御装置１２は自動測量機１０が測定する回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ位置及び高さの測量値と、第１ＧＰＳ受信機１０７で得たブルドーザ２位置と、更に施工図の高さデータから、ブルドーザ２のブレード刃先５′を制御する為のレーザ基準面を算出する。施工制御装置１２は所定のレーザ基準面を形成する様に、自動測量機１０を介して回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃの傾斜方向を制御する。
【００２０】
前記自動測定装置１０について説明する。
【００２１】
三脚１７に基盤部１８を介して托架部１９が鉛直軸心を中心に回転可能に設けられ、該托架部１９には水平軸心を中心に回転可能に望遠鏡部２１が設けられている。前記基盤部１８に水平モータ２２が設けられ、前記托架部１９に高度モータ２３が設けられている。
【００２２】
前記托架部１９には制御部２４、回転駆動部２５、測距部２９が設けられている。前記回転駆動部２５は前記制御部２４により制御され、前記回転駆動部２５により前記水平モータ２２、高度モータ２３が駆動される。前記基盤部１８の回転支持部、前記望遠鏡部２１の回転支持部にはそれぞれ水平角エンコーダ２６、高度角エンコーダ２７が設けられ、これら水平角エンコーダ２６、高度角エンコーダ２７からの回転角検出信号は測角部２８に入力され、前記托架部１９の水平回転角及び基準方向に対する水平角が検出され、又前記望遠鏡部２１の高度回転角及び高度角が検出される。前記測角部２８からの回転角検出信号は前記制御部２４にフィードバックされ、該制御部２４は前記回転角検出信号に基づき前記回転駆動部２５を介して前記水平モータ２２、高度モータ２３の回転量を制御する。
【００２３】
前記望遠鏡部２１には発光部３１、変調回路３２、受光部３３が設けられ、前記発光部３１は対象物即ち前記回転レーザ装置１に向け追尾光３４又は測距光３０を発し、前記変調回路３２は前記追尾光３４又は測距光３０のいずれかについて通信データに基づく変調をするものであり、該変調により前記測距光３０、追尾光３４のいずれかに通信データを重合させ、受光側に光通信を可能とする。
【００２４】
前記受光部３３は前記回転レーザ装置１からの反射測距光を受光し、受光信号を前記測距部２９に出力し、該測距部２９は対象物迄の距離を測量し、測量結果は前記制御部２４に入力される。
【００２５】
前記回転レーザ装置１について、図４、図５を参照して説明する。
【００２６】
回転レーザ装置１はレーザ光線４の照射方向を傾斜させる傾斜機構、及び該傾斜機構を制御する制御部を有し、レーザ光線４の照射方向を傾斜させることができ、レーザ光線４により水平基準面又は傾斜した基準面が形成される。
【００２７】
回転レーザ装置１は回転照射装置本体３５と、該回転照射装置本体３５からのレーザ光線４を検出する前記レベルセンサ７（前記ブルドーザ２に取付けられる）とを具備し、更に前記回転照射装置本体３５は下位に位置する整準部３６を介して三脚３７に設置される。
【００２８】
更に、前記回転照射装置本体３５は前記レーザ光線４を射出する発光部３８、前記レーザ光線４を基準平面内に回転照射する回動部３９、前記発光部３８を垂直軸心を中心に回転させる回転部４１と、前記発光部３８を水平軸を中心に傾動させ、前記レーザ光線４が形成する基準面の傾斜を設定する傾斜設定部４２と、傾斜角を検出する傾斜検出部４３、入射光を受光すると共に入射光の方向を検出する反射光受光部４４、前記回転照射装置本体３５の整準を行う前記整準部３６から主に構成される。
【００２９】
前記回転照射装置本体３５の上面、前記回動部３９の回転中心延長上には再帰反射プリズム４５、信号受信部４６が設けられ、図３に示す様に前記再帰反射プリズム４５は前記発光部３１からの追尾光３４及び測距光３０を前記受光部３３に向け反射し、前記信号受信部４６は前記測距光３０を受光し、該測距光３０の変調を検出し、該測距光３０に重合された通信データを検出する。
【００３０】
前記回転照射装置本体３５は上部に前記回動部３９から前記レーザ光線４が射出される受光窓４７を具備し、前記自動測量機１０からの追尾光３４又は測距光３０は前記受光窓４７を通って入射し、前記回転照射装置本体３５内部に設けられた前記反射光受光部４４に受光される様になっている。前記信号受信部４６の受信により受光部４４が前記自動測量機１０の方向を検知し、該自動測量機１０からの通信データにより基準方向に前記回転照射装置本体３５の向きを合わせる。
【００３１】
前記回転照射装置本体３５のケーシング４８の底部に垂直軸部４９を介して垂直軸心を中心に本体フレーム５１が回転自在に設けられ、前記垂直軸部４９と同心に回転部ギア５２が取付けられると共に回転部エンコーダ５３が設けられている。又前記ケーシング４８側には回転部モータ５４が設けられ、該回転部モータ５４の出力軸は前記回転部ギア５２に噛合している。前記回転部モータ５４を駆動することで前記回転部ギア５２を介して前記本体フレーム５１が回転し、回転角は前記回転部エンコーダ５３により検知され、該検出結果は制御部（ＣＰＵ）７２に入力される。
【００３２】
前記ケーシング４８の底部には前記整準部３６が設けられている。該整準部３６は、前記三脚３７に固定される固定基板５５と前記ケーシング４８の底面との間に整準螺子５６を有している。該整準螺子５６は三角形の頂点に位置する様３本設けられており、上端部は前記ケーシング４８に螺合し、下端は前記固定基板５５に回転自在に嵌合している。又、前記整準螺子５６はそれぞれギア列５７を介して整準モータ５８に連結されている。而して、該整準モータ５８により前記ギア列５７を介して前記整準螺子５６が回転することで、前記ケーシング４８と固定基板５５との間隙が変化し、前記回転照射装置本体３５を所望の方向に傾斜させることができる。
【００３３】
該回転照射装置本体３５の傾きは前記本体フレーム５１に設けられた傾斜センサ５９，６０により検出され、該傾斜センサ５９，６０の検出結果を前記整準モータ５８の駆動にフィードバックさせることで整準が行われる。尚、３本の整準螺子５６の内１本を省略して、１つを傾動可能な単なる支点としてもよい。
【００３４】
前記本体フレーム５１に水平な傾動軸６１を介して前記発光部３８が回転自在に設けられ、前記本体フレーム５１には傾動モータ６２が設けられ、該傾動モータ６２と前記傾動軸６１とはギア列６３を介して連結している。又、前記傾動軸６１には前記発光部３８の傾動角を検出する前記傾斜検出部４３が取付けられている。該傾斜検出部４３は例えばエンコーダによって構成されている。前記傾動モータ６２を駆動し、前記ギア列６３を介して前記発光部３８を傾斜させることができ、傾斜角は前記傾斜検出部４３により検出される。
【００３５】
前記発光部３８の上端には前記回動部３９が回転自在に設けられ、該回動部３９には走査ギア６４が設けられ、該走査ギア６４は走査モータ６５の駆動ギア６６に噛合し、前記走査モータ６５は前記発光部３８に固着されている。前記走査モータ６５による前記駆動ギア６６の駆動により、前記走査ギア６４を介して前記回動部３９が回転する。
【００３６】
前記回動部３９は前記発光部３８から入射された前記レーザ光線４の光軸をペンタプリズム６７により９０°変向して投射窓６８を通してレーザ平面を形成する様に回転するものである。前記ペンタプリズム６７は前記発光部３８の光軸を中心に回転する回転支持体６９に設けられ、該回転支持体６９は前記走査ギア６４、駆動ギア６６を介して前記走査モータ６５に連結されている。前記回転支持体６９の回転状態は、該回転支持体６９に設けられたエンコーダ７１により検出され、該エンコーダ７１の検出信号は前記制御部７２に入力される。
【００３７】
又、前記発光部３８の傾斜角は前記発光部３８の傾動軸６１に設けられた前記傾斜検出部４３により検出される。該傾斜検出部４３はエンコーダを具備し、該エンコーダからの出力信号は前記制御部７２に入力される。該制御部７２は前記傾斜検出部４３からの信号を基に所定の傾斜角迄の前記発光部３８の傾斜を演算する。前記傾動モータ６２は傾動モータ駆動部７３により駆動され、傾斜設定は前記傾斜検出部４３の出力が所定の傾斜角になる迄前記傾動モータ６２を駆動することで達成される。
【００３８】
前記反射光受光部４４は前記ケーシング４８に固定されてもよいが、好ましくは前記発光部３８に設け、該発光部３８と一体に傾動可能とする。
【００３９】
前記反射光受光部４４について説明する。
【００４０】
前記受光窓４７に対峙して集光レンズ７５が設けられ、該集光レンズ７５への入射光は反射鏡７６を介して受光素子７７上に集光される。該受光素子７７からの受光信号は反射光検出部８１に入力され、該反射光検出部８１で検出された前記自動測量機１０からの入射光は前記制御部７２に入力される。又、該制御部７２には前記回転部エンコーダ５３からの信号が入力される。前記制御部７２は発光素子駆動部８２を介してレーザダイオード８３を駆動し、又走査モータ駆動部８４を介して前記走査モータ６５を駆動し、又回転部モータ駆動部８５を介して前記回転部モータ５４を駆動し、傾動モータ駆動部７３を介して前記傾動モータ６２を駆動し、前記傾斜センサ５９，６０からの信号を基に整準モータ駆動部８６を介して前記整準モータ５８を駆動する。
【００４１】
前記制御部７２は前記反射光検出部８１からの信号、回転部エンコーダ５３からの信号に基づき前記自動測量装置１０の方向を検知し、前記回転照射装置本体３５がどの方向にどの程度の角度回転しているか算出する。
【００４２】
前記三脚３７について説明する。
【００４３】
前記回転照射装置本体３５は前記固定基板５５を介して昇降機構部８７に固定されており、該昇降機構部８７は前記回転照射装置本体３５を昇降する。前記昇降機構部８７は高低モータ８８、該高低モータ８８を回転駆動する駆動部８９、前記回転照射装置本体３５の高さを検出する高低検出エンコーダ９１等を具備し、前記回転照射装置本体３５の高さ方向の位置を調整可能であると共に高さ位置を検出可能となっている。
【００４４】
前記レベルセンサ７を図６に於いて説明する。
【００４５】
レーザ光を受光する受光部９４はレベルセンサ７の両側面に上下に延びる帯状に配設され、又該受光部９４は正面に対して角度を持って設けられている。該受光部９４は受光素子を上下に連設したものであり、受光している受光素子の位置から該受光部９４のどの部分で前記レーザ光線４を受光しているかを判断できる様になっている。又、背面には前記ポール６が嵌合する溝９５が設けられ、該溝９５に前記ポール６を嵌合した状態で前記レベルセンサ７は取付けられる。
【００４６】
前記ブルドーザ２について説明する。
【００４７】
前記ブルドーザ２は前記レベルセンサ７と、演算処理装置１０４と、前記ブレード５の位置を制御する為のブレード駆動制御部１０９及び無線送受信部１１０とを有している。
【００４８】
先ず、前記ブレード駆動制御部１０９について説明する。
【００４９】
前記レベルセンサ７は前記ポール６に取付けられ、前記ブレード５のブレード刃先５′と前記レベルセンサ７の基準位置との距離は既知の値となっている。該レベルセンサ７による前記レーザ光線４の検出信号は演算部９６に入力され、該演算部９６では前記ブレード刃先５′の高さが演算され、前記演算部９６は前記電気／油圧回路９７に駆動制御信号を発する。該電気／油圧回路９７は電気信号を油圧に変換して前記油圧シリンダ９８を駆動し、該油圧シリンダ９８は前記ブレード５を上下動させ位置を決定する。前記演算部９６には表示部９９が接続され、該表示部９９には前記ブレード５の位置或は該ブレード５による掘削の状態が表示される。
【００５０】
１０１は前記演算部９６に接続された操作部であり、前記表示部９９の表示に基づき直接手動操作をすることができる。前記表示部９９の表示を見ながら手動で前記ブレード５を昇降させ、位置決め操作をするものであり、前記操作部１０１からの信号は前記演算部９６に入力され、該演算部９６は入力信号に基づき前記電気／油圧回路９７を介して前記油圧シリンダ９８を駆動する。
【００５１】
又、前記演算処理装置１０４はパーソナルコンピュータで代表されるものであり、演算部１０５と記憶部１０６を具備しており、該記憶部１０６には施工予定の範囲を含む地形データ、整地位置に於ける施工データ等のデータ、及び該データを基に前記ブレード駆動制御部１０９が制御に必要とするデータを演算する為の、演算プログラムが設定入力されている。前記演算処理装置１０４は、特に、所定のルートに沿って施工を行う場合に必要とされる。この時高さ方向はレーザ基準面を基準としている。
【００５２】
尚、前記施工データとしては、整地面のレベル、整地面の傾斜角度、整地面の傾斜方向、更に基準面に対する整地面の凹凸量等が含まれる。
【００５３】
次に、前記無線送受信部１１０について説明する。
【００５４】
前記ブルドーザ２の屋根等、衛星からの電波を遮るものが少ない位置に第１ＧＰＳ受信機１０７が設けられ、該第１ＧＰＳ受信機１０７で受信された情報は前記演算部９６に入力され、該演算部９６は前記第１ＧＰＳ受信機１０７からの信号に基づき位置測量の為の演算処理を行う。演算結果は送信機１０８から前記無線送受信機１０３に向けて送信される。送信データはＧＰＳ受信データであってもよい。
【００５５】
上述したブルドーザ２の位置を検出する第１ＧＰＳ受信機１０７、前記レーザ光線基準面を検出するレベルセンサ７、該レベルセンサ７の検出結果に基づき前記ブレード５の位置を制御する前記演算部９６、前記第１ＧＰＳ受信機１０７の検出結果を前記自動測量装置に送信する送信機１０８等は施工操作装置を構成し、前記ブルドーザ２の施工作業は施工操作装置によって制御操作される。
【００５６】
以下、作用を説明する。
【００５７】
施工予定の範囲に複数の回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃを配置し、施工予定範囲から外れた位置で且つ既知点に前記自動測量装置１０及び前記第２ＧＰＳ受信機１０２を配置する。施工前に設置される回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ、自動測量装置１０の高さは、適当な高さになっている。
【００５８】
前記施工制御装置１２より前記自動測量装置１０を作動させ、前記自動測量装置１０と前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれとの距離（測距）、位置（測角）を測定する。
【００５９】
即ち、前記自動測量装置１０の前記制御部２４が前記施工制御装置１２からの指令を受け、前記変調回路３２を介して前記発光部３１を駆動し、前記測距光３０を照射する。更に、前記制御部２４は前記回転駆動部２５を介して前記水平モータ２２、高度モータ２３を駆動し、高低角を変えながら前記測距光３０を回転走査し、前記回転照射装置本体３５を探査する。前記測距光３０が前記回転照射装置本体３５の再帰反射プリズム４５によって反射され、反射光を前記受光部３３が検出すると前記測距部２９により、距離が測定され、又前記測角部２８により、水平角高低角が検出される。而して、前記自動測量装置１０と回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ間のそれぞれの距離、位置が測定される。
【００６０】
又、自動測量装置１０の位置及び前記第１ＧＰＳ受信機１０７で測量したブルドーザ２の位置から、前記施工制御装置１２が前記ブルドーザ２と前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃとの相対位置を演算する。
【００６１】
前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ自体に関する測量が行われると、前記演算部１３は前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃの測量データ（位置データ）と前記記憶部１４に記憶された施工データとから制御するブルドーザ２のブレード刃先５′がその地点に於ける高さとなる様に、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ各位置に於ける該回転レーザ装置１の機械高、基準方向、基準面の傾斜等を算出する。
【００６２】
前記演算部１３の演算結果は前記制御部２４に入力され、該制御部２４は演算結果を基に前記変調回路３２を介して前記発光部３１を駆動し、演算結果を通信データとして測距光３０（又は追尾光３４）に重合させる。尚、データの送信は光通信に限らず、前記無線送受信機１０３に送信機能を設け、又前記回転レーザ装置１側に無線受信機を設け、前記無線送受信機１０３及び回転レーザ装置１間で無線通信を行ってもよい。前記自動測量装置１０から前記回転照射装置本体３５へ送信される通信データとしては、各回転レーザ装置が所定のレーザ基準面を形成するのに必要な傾斜角、傾斜方向である。
【００６３】
この時回転レーザ装置は前記自動測量装置１０からの測距光３０を反射光受光部４４が検出して、回転照射装置本体３５がどの方向にあるかを算出する。その結果に基づいて、回転照射装置本体３５を前記自動測量装置１０の指定する方向に向けることができる。
【００６４】
前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれに対して通信データが自動測量装置１０から、例えば光通信で送信される。前記信号受信部４６からの受信信号は前記制御部７２に入力され、該制御部７２は測距光３０に重合された通信データを分離抽出し、該通信データに基づき前記回転照射装置本体３５を基準方向に向けると共に、前記施工制御装置１２が指定する所定の高さに回転レーザ装置を上下させる。例えば、施工範囲に凹凸がなければ前記各回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃの地面からの高さは同じになる。凹凸が多ければ高さは異なる。各回転レーザ装置が制御するブルドーザの範囲は基本的に異なっている。
【００６５】
又、前記測距光３０に重合された通信データとしては、基準方向に対する基準面の傾斜角があり、前記制御部７２は前記傾斜設定部４２を作動させる。該傾斜設定部４２は前記傾動モータ６２を駆動し、前記ギア列６３を介して前記発光部３８を傾動させ、前記回動部３９の回転軸を所要の方向に所定角傾斜させる。
【００６６】
前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれの機械高調整、基準面傾斜角設定、基準方向設定が完了すると前記発光部３８が駆動され、前記レーザ光線４が照射され、更に同期回転される。同期回転されることで前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃからのレーザ光線４が同時に前記レベルセンサ７に入射することがなく、前記演算部９６でレベルセンサ７からの受光のタイミングを検出することで、受光するタイミングを識別することにより、前記ブルドーザ２側で前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃが形成する基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの判別を行うことができる。
【００６７】
又、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃが発するレーザ光線４を個別に変調させ、前記演算部９６が受光信号から変調の態様を識別することで、どの回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃから発せられたレーザ光線であるかを識別し、前記基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの判別を行う様にしてもよい。
【００６８】
而して、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃにより施工予定範囲全域にブルドーザ２の施工を制御する所望の基準面を形成することができ、更に又前記ブルドーザ２の位置での施工基準面を形成することができる。
【００６９】
基準面が形成されると前記ブルドーザ２のブレード５の位置合わせが行われる。尚、前記施工制御装置１２はブルドーザ２の位置に応じて、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃを選び前記ブルドーザ２を制御する。該ブルドーザ２は前記施工制御装置１２からの通信により受光する回転レーザ装置を選択する。回転レーザ装置から発せられるレーザ光線はそれぞれ変調されている。
【００７０】
前記レベルセンサ７からの受光信号により前記演算部９６は前記レベルセンサ７に於ける受光位置を検出し、受光位置と基準位置とを比較演算して、偏差があれば該偏差を修正する様に前記電気／油圧回路９７に駆動制御信号を発する。該電気／油圧回路９７は前記油圧シリンダ９８を駆動して前記ブレード５を上下させる。前記レベルセンサ７は前記ブレード５と一体に上下するので、該ブレード５の上下量は前記レベルセンサ７の上下量と一致し、該レベルセンサ７での受光位置が基準位置に合致することで前記ブレード５の位置が決定される。
【００７１】
上述した様に、前記記憶部１０６には地形データ、及び施工データが設定入力されているので、基準面に対してレベルの修正、或は基準面に対して整地面を所要の方向に傾ける修正を行うことができる。
【００７２】
前記ブルドーザ２を移動させ整地作業が行われる。該ブルドーザ２の移動により、前記レベルセンサ７での受光位置が変化するが、受光位置を基準位置となる様に前記電気／油圧回路９７を介して前記ブレード５の位置を制御すれば施工予定範囲全域亘り、施工データに合致した整地が行える。
【００７３】
基準面に対して、凹凸のある整地を行う場合、ブルドーザ２側の演算処理装置１０４によるブレードレベル制御と自動測量装置１０によるブレードレベル制御とがある。
【００７４】
先ず、演算処理装置１０４によるブレードレベル制御について説明する。この場合、回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃで形成した基準面については前記レベルセンサ７の受光範囲を超えない限りでは固定とする。
【００７５】
上記した様に、前記演算処理装置１０４は地形データ、及び施工データを具備しているので、受光位置を基準として更に凹凸分だけの修正を加え、前記ブレード５の位置を演算することができ、この演算結果を前記演算部９６に入力することで、該演算部９６はこの修正量を加味し、前記電気／油圧回路９７を介して前記ブレード５のレベル制御を行うことができる。
【００７６】
次に、自動測量装置１０によるブレードレベル制御を説明する。演算処理装置１０４はレベルセンサ７の受光位置に高さ方向の修正を加えず、基準面だけを基準として前記ブレード５のレベル制御を行う。整地面の凹凸分に修正については、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃが形成する基準面を変更することで行う。
【００７７】
前記施工制御装置１２は地形データ、及び施工データを具備しているので、ブルドーザ２での整地レベルを演算することができる。更に、ブルドーザ２と前記各回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ間の相対位置のデータを演算で求めているので、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれが形成する基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの前記レベルセンサ７での受光位置が施工されるべき位置となる様に基準面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの傾斜方向、傾斜角を演算することができる。
【００７８】
而して、前記無線送受信機１０３より前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃにそれぞれの基準面の傾斜方向、傾斜角をデータ送信し、前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃは送信されたデータに基づき形成する基準面を所定の方向に所定角傾ける。ブルドーザ２の施工場所が移動すると対応し、前記自動測量装置１０から前記回転レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃに向って、形成する基準面のデータを送信することで、各回転レーザ装置１ａ、１ｂ、１ｃが基準面の高さ、傾斜角を変更し、所望の凹凸を有する整地面とすることができる。
【００７９】
図７は建設機械がグレーダ１１１である場合を示している。
【００８０】
該グレーダ１１１はブレード１１２の左右に、独立して駆動される油圧シリンダ１１３ａ，１１３ｂを設けたものである。
【００８１】
該グレーダ１１１に於いて、前記油圧シリンダ１１３ａ，１１３ｂを個別に制御することで、前記ブレード１１２を傾けることができ、道路の様に湾曲した整地面を形成することができる。
【００８２】
尚、前記ブレード５、ブレード１１２の高さ調整は前記ブルドーザ２、グレーダ１１１に搭乗した整地作業者が前記表示部９９に表示される前記レベルセンサ７の受光状態を基に前記操作部１０１から前記電気／油圧回路９７を介して手動制御してもよい。
【００８３】
更に、上記実施の形態では前記レベルセンサ７は前記ブレード５に設けたが、前記油圧シリンダ９８の伸縮状態、或は前記ブレード５を支持するアームの位置を介して前記ブレード刃先５′の位置を検出する様にすれば、前記レベルセンサ７は前記ブルドーザ２の車体に設けることも可能である。
【００８４】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、複数の回転レーザ装置を用い基準面を設定可能としたので、広範囲に亘るレーザ基準面の形成が可能であり、同一施工場所での基準面の再設定作業が省略でき、又レーザ光線を遮る障害物がある様な施工場所でも基準面の再設定作業無しで施工が行え、施工途中で作業を中断し、再設定をする煩雑さを解消でき、作業能率が向上すると共に再設定時の誤差の発生を防止するという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す説明図である。
【図２】同前本発明の実施の形態を示す平面配置図である。
【図３】同前本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態で使用される回転照射装置本体の断面概略図である。
【図５】本発明の実施の形態で使用される回転照射装置本体のブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態で使用されるレベルセンサの斜視図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す平面配置図である。
【図８】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１ 回転レーザ装置
２ ブルドーザ
５ ブレード
７ レベルセンサ
１０ 自動測量装置
１２ 施工制御装置
１３ 演算部
２４ 制御部
３５ 回転照射装置本体
３７ 三脚
４２ 傾斜設定部
４５ 再帰反射プリズム
４６ 信号受信部
７２ 制御部
８７ 昇降機構部
８８ 高低モータ
８９ 駆動部
９６ 演算部
９７ 電気／油圧回路
１０２ 第２ＧＰＳ受信機
１０３ 無線受信機
１０４ 演算処理装置
１０７ 第１ＧＰＳ受信機
１０８ 送信機
１０９ ブレード駆動制御部
１１０ 無線送受信部
１１１ グレーダ
Claims (9)
- レーザ光を回転照射しレーザ基準面を形成する複数の回転レーザ装置と、該回転レーザ装置の位置を測定する測量装置と、前記レーザ基準面に基づいて建設機械の施工作業を制御操作する施工操作装置とから構成され、該施工操作装置は前記回転レーザ装置からのレーザ光を受光して基準位置とする受光センサと、前記建設機械の位置を検出するＧＰＳと、該ＧＰＳの検出結果を前記測量装置に送信する送信手段とを備え、前記測量装置は測定結果と前記ＧＰＳの検出結果に基づき形成すべき基準面に関するデータを前記回転レーザ装置に送信する送信手段を備え、前記回転レーザ装置が受信機能を備えることで、前記データに基づいて前記回転レーザ装置が形成するレーザ基準面を基準として、前記建設機械が施工作業を行うことを特徴とするレーザ基準面による建設機械制御システム。
- 前記測量装置には建設機械の施工作業を制御する施工制御装置が備えられ、該施工制御装置は前記施工作業の為の施工データが備えられ、該施工データと前記ＧＰＳが測定した建設機械の位置と前記測量装置が測定した回転レーザ装置の位置とに基づき、前記施工作業に必要なレーザ基準面を形成する為のデータを演算し、該データを前記回転レーザ装置に送信することにより前記施工作業に必要なレーザ基準面を形成する請求項１のレーザ基準面による建設機械制御システム。
- 施工データは施工地点に於ける高さデータである請求項２のレーザ基準面による建設機械制御システム。
- 前記施工制御装置は施工ルートを示す施工ルートデータを備える請求項２及び請求項３のレーザ基準面による建設機械制御システム。
- 前記施工制御装置は施工ルートを示す施工ルートデータに加え、施工地点の傾斜データを備える請求項４のレーザ基準面による建設機械制御システム。
- 前記回転レーザ装置は測距光を自動測量装置に向け反射する反射部と、所定方向に向ける回動機構と、通信データを受信する信号受信部と、レーザ基準面を傾斜させる傾斜機構と、前記信号受信部からの受信結果に基づきレーザ基準面が所定方向の傾斜角となる様に前記傾斜機構と前記回動機構とを制御する傾斜設定部とを具備する請求項１のレーザ基準面による建設機械制御システム。
- 前記回転レーザ装置は更に昇降機構を有し、該昇降機構により基準面の高低が調整可能であり、前記傾斜機構及び前記回動機構と共に前記傾斜設定部により制御される請求項６のレーザ基準面による建設機械制御システム。
- 前記複数の回転レーザ装置がレーザ光線の回転を同期する請求項１のレーザ基準面による建設機械制御システム。
- 回転レーザ装置から発せられるレーザ光線を個別に変調した請求項１のレーザ基準面による建設機械制御システム。
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