JP4315860B2 - Construction machine control system - Google Patents
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Description
本発明はレーザ光線を回転照射し、対象物で反射されたレーザ光線を受光し、レーザ光線の受光状態により、作業位置等の位置を測定する建設機械制御システムに関するものである。 The present invention relates to a construction machine control system for rotating and irradiating a laser beam, receiving a laser beam reflected by an object, and measuring a position such as a work position according to a light receiving state of the laser beam.
従来、レーザ光線を回転照射して、基準面を形成する代表的な装置としては、回転レーザ装置及びレーザ光線を受光する受光装置がある。 Conventionally, as a typical apparatus for forming a reference plane by rotating a laser beam, there are a rotating laser device and a light receiving device that receives the laser beam.
回転レーザ装置は、光束が点状のレーザ光線を回転照射して基準面を形成するものである。例えば、レーザ光線を水平面内に回転照射することで、水平基準面が形成され、鉛直面内に回転照射することで鉛直基準面が形成され、傾斜面内に回転照射することで傾斜基準面が形成される。 The rotary laser device forms a reference surface by rotating and irradiating a laser beam having a pointed beam. For example, a horizontal reference plane is formed by rotating and irradiating a laser beam in a horizontal plane, a vertical reference plane is formed by rotating and irradiating in a vertical plane, and an inclined reference plane is formed by rotating and irradiating in an inclined plane. It is formed.
受光装置は、レーザ光線を受光し検出する受光部を有し、該受光部が検出したレーザ光線に基づき水平基準位置、鉛直基準位置等の測定を行うものであり、前記回転レーザ装置と受光装置によって建設機械制御システムを構成することができる。又、前記レーザ光線により形成される基準面を利用した建設機械制御システムは、広範囲の作業となる土木作業に有効である。 The light receiving device includes a light receiving unit that receives and detects a laser beam, and measures a horizontal reference position, a vertical reference position, and the like based on the laser beam detected by the light receiving unit. By this, a construction machine control system can be configured. Moreover, the construction machine control system using the reference plane formed by the laser beam is effective for civil engineering work which is a wide range of work.
建設機械による土木作業の様な、野外の広い場所で建設機械制御システムを使用する場合、建設機械に設けられた受光装置によって基準面が検出され、検出された基準面により、建設機械の作業位置が測定される様になっている。この場合、基準面に対する受光装置の位置合せ範囲も大きくなり、受光部が小さいと作業者による手動での操作が困難となるので、受光部が大きくなっている。例えば、形成される基準面が水平基準面である場合は、上下方向に数10cm、場合によっては1m以上の受光部を有する受光装置もある。 When a construction machine control system is used in a wide field such as civil engineering work by construction machines, the reference plane is detected by the light receiving device provided in the construction machine, and the construction machine working position is detected by the detected reference plane. Is to be measured. In this case, the alignment range of the light receiving device with respect to the reference surface is also increased, and if the light receiving portion is small, the manual operation by the operator becomes difficult, so the light receiving portion is large. For example, when the formed reference surface is a horizontal reference surface, there is a light receiving device having a light receiving unit of several tens of cm in the vertical direction, and in some cases 1 m or more.
建設機械、例えばブルドーザに代表される建設機械では、回転レーザ装置と建設機械に設けられた受光装置の組合せで平面の施工管理を行う。又、建設機械の施工状態を管理する場合には、これにGPS位置測定装置を加え3地上の位置と高さの3次元的な施工管理を行う装置もある。GPS位置測定装置により地上面の水平方向の位置検出を行い、高さ方向の検出は安定した回転レーザ装置と受光装置が使われる。 In a construction machine, for example, a construction machine represented by a bulldozer, plane construction management is performed by a combination of a rotary laser device and a light receiving device provided in the construction machine. In addition, when managing the construction state of a construction machine, there is also a device that adds a GPS position measuring device to this and performs three-dimensional construction management of the position and height on the ground. A GPS position measuring device detects the horizontal position of the ground surface, and a stable rotating laser device and light receiving device are used for height detection.
図11は、受光装置が建設機械に設けられた場合の従来の建設機械制御システムを示している。 FIG. 11 shows a conventional construction machine control system when the light receiving device is provided in the construction machine.
図中、1は回転レーザ装置、2は建設機械(図ではブルドーザを示している)を示しており、前記回転レーザ装置1は所定箇所に設置された三脚3に固定され、前記回転レーザ装置1から照射されるレーザ光線4により基準面が形成される。ターゲット5は、前記ブルドーザ2の整地器具、例えばブレード6に立設された取付けポール7に固定される。前記所定箇所の地表から基準面迄の値が既知とされ、前記ターゲット5の受光の基準位置と前記ブレード6の刃先6aの位置迄の距離を既知とすることで、前記ターゲット5の前記レーザ光線4の受光位置が所定位置に保持される様に造成作業を行えば、計画された平面通りに整地作業を行うことができる。
In the figure,
図12は、前記ブルドーザ2で使用される前記ターゲット5を示している。
FIG. 12 shows the
該ターゲット5はポールクランプ8により前記取付けポール7に固定される。前記ターゲット5には受光部9が設けられている。該受光部9は、受光センサ10が縦に多数配置され縦長に構成されたものであり、該受光センサ10の内、前記レーザ光線4を受光している前記受光センサ10から発せられる信号により受光している受光センサ10を特定でき、該受光センサ10の位置により前記レーザ光線4の受光位置が検出できる様になっている。
The
前記ブルドーザ2で工事現場の地表を前記基準面に基づいて削る場合、又は埋める場合、前記受光部9の受光範囲を超える地形で整地をする場合が多々あり、受光範囲が数10cm程度の受光装置では受光困難となる。
When the ground surface of a construction site is cut or filled with the
前記ブレード6は地形に応じて上下に移動する為、該ブレード6に設けられている前記ターゲット5は、例えば300mmもの長さに亘る前記受光部9を持っていても充分ではない。従って、該受光部9の受光範囲を広げる為、前記ポール7を伸縮させ、前記ターゲット5自体が上下移動できる構造になっているものがある。
Since the
然し乍ら、長い前記受光部9は短い前記受光センサ10を多数配設したもので非常に高価であるという問題がある。更に、前記受光部9を上下させる装置は、駆動部、該駆動部の制御部等の複雑な構造を必要とし、高価な装置となっている。
However, there is a problem that the long light-receiving
尚、上下方向に所要の長さを有している受光部を具備した受光装置を使用した建設機械制御システムとしては特許文献1に示されるものがある。
A construction machine control system using a light receiving device having a light receiving portion having a required length in the vertical direction is disclosed in
本発明は斯かる実情に鑑み、作業性に優れ、簡単で安価な構成で基準面を検出でき、又基準面の高さ測定、作業位置の高さ測定が可能な建設機械制御システムを提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention provides a construction machine control system that is excellent in workability, can detect a reference surface with a simple and inexpensive configuration, and can measure the height of a reference surface and the height of a work position. It is what.
本発明は、通信装置と、レーザ光線の反射光を受光する受光部を有しレーザ光線を走査してレーザ光線基準面を形成すると共に該レーザ光線基準面を傾斜可能なレーザ光線照射部と、該レーザ光線照射部の傾斜を検出する傾斜検出部とを有する回転レーザ装置と、整地器具と、該整地器具に設けられ前記レーザ光線を反射するターゲットと、前記整地器具の高さを制御する駆動制御部と、送受信部と、建設機械の位置を検知するGPS位置測定装置とを有する建設機械とを具備し、前記回転レーザ装置は前記受光部により前記ターゲットからの反射光を受光して前記傾斜検出部によりレーザ光線の高低角を検出し、前記通信装置により高低角、前記回転レーザ装置の位置情報を前記建設機械に送信し、前記駆動制御部は通信により得られた高低角、回転レーザ装置の位置情報、前記GPS位置測定装置により測定された建設機械の位置に基づき前記整地器具の高さを演算し、演算結果に基づき該整地器具の高さを制御する建設機械制御システムに係り、更に又前記駆動制御部は、施工データを有し、該施工データに基づき前記整地器具の施工高さを管理する建設機械制御システムに係るものである。 The present invention includes a communication device, a laser beam irradiation unit that has a light receiving unit that receives reflected light of a laser beam, scans the laser beam to form a laser beam reference surface, and can tilt the laser beam reference surface. A rotary laser device having an inclination detection unit for detecting an inclination of the laser beam irradiation unit, a leveling device, a target provided on the leveling device and reflecting the laser beam, and a drive for controlling the height of the leveling device A construction machine having a control unit, a transmission / reception unit, and a GPS position measurement device for detecting the position of the construction machine, wherein the rotary laser device receives reflected light from the target by the light receiving unit and tilts The detection unit detects the elevation angle of the laser beam, the elevation angle is transmitted by the communication device, and the position information of the rotary laser device is transmitted to the construction machine, and the drive control unit obtains the height obtained by communication. Construction machine control for calculating the height of the leveling implement based on the angle, the position information of the rotating laser device, and the position of the construction machine measured by the GPS position measurement device, and controlling the height of the leveling implement based on the calculation result Further, the drive control unit according to the present invention relates to a construction machine control system having construction data and managing the construction height of the leveling implement based on the construction data.
本発明によれば、通信装置と、レーザ光線の反射光を受光する受光部を有しレーザ光線を走査してレーザ光線基準面を形成すると共に該レーザ光線基準面を傾斜可能なレーザ光線照射部と、該レーザ光線照射部の傾斜を検出する傾斜検出部とを有する回転レーザ装置と、整地器具と、該整地器具に設けられ前記レーザ光線を反射するターゲットと、前記整地器具の高さを制御する駆動制御部と、送受信部と、建設機械の位置を検知するGPS位置測定装置とを有する建設機械とを具備し、前記回転レーザ装置は前記受光部により前記ターゲットからの反射光を受光して前記傾斜検出部によりレーザ光線の高低角を検出し、前記通信装置により高低角、前記回転レーザ装置の位置情報を前記建設機械に送信し、前記駆動制御部は通信により得られた高低角、回転レーザ装置の位置情報、前記GPS位置測定装置により測定された建設機械の位置に基づき前記整地器具の高さを演算し、演算結果に基づき該整地器具の高さを制御するので、簡単で安価な構成で基準面を検出でき、又基準面の高さ測定、作業位置の高さ測定、作業位置の高さ管理が容易に行えるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a communication device and a laser beam irradiation unit that has a light receiving unit that receives reflected light of a laser beam, forms a laser beam reference surface by scanning the laser beam, and can tilt the laser beam reference surface A rotation laser device having a tilt detecting unit for detecting the tilt of the laser beam irradiation unit, a leveling tool, a target provided on the leveling tool and reflecting the laser beam, and a height of the leveling tool is controlled. And a construction machine having a GPS position measuring device for detecting the position of the construction machine, and the rotary laser device receives the reflected light from the target by the light receiving unit. The tilt detection unit detects the elevation angle of the laser beam, the communication device transmits the elevation angle, the position information of the rotary laser device to the construction machine, and the drive control unit is obtained by communication. The height of the leveling implement is calculated based on the elevation angle, the position information of the rotary laser device, and the position of the construction machine measured by the GPS position measuring device, and the height of the leveling implement is controlled based on the calculation result. The reference surface can be detected with a simple and inexpensive configuration, and the excellent effect of easily measuring the height of the reference surface, measuring the height of the work position, and managing the height of the work position is exhibited.
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本実施の形態の概要を示しており、図1中、図11中で示したものと同等のものには同符号を付してある。 FIG. 1 shows an outline of the present embodiment. In FIG. 1, the same components as those shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals.
本発明は、傾斜した基準面を形成可能な回転レーザシステム、GPS(汎地球測位システム)を組合わせ、建設機械、例えばブルドーザを制御する建設機械制御システムである。 The present invention is a construction machine control system that controls a construction machine, for example, a bulldozer, by combining a rotating laser system capable of forming an inclined reference plane and a GPS (Global Positioning System).
回転レーザ装置1はレーザ光線4を回転照射する発光部、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等から構成されるレーザ光線照射部を有し、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により傾斜した基準面が形成される。又回転レーザ装置1は、ターゲット5からの反射光を受光可能であり、受光状態に基づき前記ターゲット5を追尾可能な構成を具備している。更に、前記回転レーザ装置1には通信装置11が設けられ、該通信装置11の受信データは後述する制御演算部54に送出される。
The
建設機械2(以下ブルドーザ2)は前記ターゲット5、整地する為のブレード6、該ブレード6を駆動する為のアクチュエータ例えば油圧シリンダ、該油圧シリンダを制御する為の掘削作業駆動制御部、ブルドーザ2の位置を測定する為のGPS位置測定装置等を具備している。前記ターゲット5はレーザ光線4を前記回転レーザ装置1に向けて反射する様になっている。又、前記ブルドーザ2も通信装置を有し、前記回転レーザ装置1と前記ブルドーザ2は間でデータの送受信が可能となっており、前記回転レーザ装置1は、該回転レーザ装置1の位置、基準面の傾斜角(高低角)等を前記ブルドーザ2に通信可能であり、前記ブルドーザ2は前記GPSで測定した前記ブルドーザ2の位置等を前記回転レーザ装置1に通信可能である。
The construction machine 2 (hereinafter referred to as a bulldozer 2) includes the
図2、図3により該回転レーザ装置1について説明する。
The
該回転レーザ装置1は既知の点に設置され、又回転レーザ装置1は例えば数m程度の高さの三脚3の上、或は既知の構造物に設置され、回転レーザ装置1の高さも既知となっている。
The
回転レーザ装置1は回転レーザ装置本体20を具備し、該回転レーザ装置本体20は下位に位置する整準部21を介して三脚3に設置される。
The
更に、前記回転レーザ装置本体20は前記レーザ光線4を射出する発光部23、前記レーザ光線4を基準平面内に定速回転で回転照射する回動部24、前記発光部23を垂直軸心を中心に回転させる回転部22と、前記発光部23を水平軸を中心に傾動させ、レーザ光線4が形成する基準面の傾斜(高低角)を設定する傾斜設定部25と、傾斜角を検出する傾斜検出部26、前記発光部23に一体に設けられ、前記ターゲット5からの反射レーザ光線4′を受光検出する受光部27、前記回転レーザ装置本体20の整準を行う前記整準部21から主に構成される。
Further, the rotary
前記回転レーザ装置本体20の上面には視準器28が設けられ、該視準器28により前記ターゲット5に対して前記回転レーザ装置本体20の向きを概略設定することができる。又、該回転レーザ装置本体20は上部に前記回動部24からレーザ光線4が射出される受光窓34を具備し、前記ターゲット5より反射された反射レーザ光線4′は前記受光窓34を通って入射し、前記回転レーザ装置本体20内部に設けられた前記受光部27に受光される様になっている。
A
前記回転レーザ装置本体20のケーシング38の底部に垂直軸部29を介して垂直軸心を中心に本体フレーム30が回転自在に設けられ、前記垂直軸部29と同心に回転部ギア31が取付けられると共に回転部エンコーダ32が設けられている。又ケーシング38側には回転部モータ33が設けられ、該回転部モータ33の出力軸は前記回転部ギア31に噛合している。前記回転部モータ33を駆動することで前記回転部ギア31を介して前記本体フレーム30が回転し、回転角及び回転方向は前記回転部エンコーダ32により検知され、該検出結果は制御演算部(CPU)54(後述)に入力される。
A
前記ケーシング38の底部には整準部21が設けられている。該整準部21は、三脚3に固定される固定基板39と前記ケーシング38の底面との間に整準螺子40を有している。該整準螺子40は三角形の頂点に位置する様3本設けられており、上端部はケーシング38に螺合し、下端は前記固定基板39に回転自在に嵌合している。又、前記整準螺子40はそれぞれギア列41を介して整準モータ42に連結されている。而して、該整準モータ42によりギア列41を介して前記整準螺子40を回転することで、ケーシング38と固定基板39との間隙が変化し、回転レーザ装置本体20を所望の方向に傾斜させることができる。
A leveling
回転レーザ装置本体20の傾きは前記本体フレーム30に設けられた傾斜センサ44,45により検出され、該傾斜センサ44,45の検出結果は後述する制御演算部54に入力され、前記傾斜センサ44,45の検出結果が前記整準モータ42の駆動にフィードバックされることで整準が行われる。尚、3本の整準螺子40の内1本を省略して、1つを傾動可能に支持する単なる支点としてもよい。
The tilt of the rotary laser device
前記本体フレーム30に水平な傾動軸35を介して前記発光部23が回転自在に設けられ、前記本体フレーム30には傾動モータ36が設けられ、該傾動モータ36と前記傾動軸35とはギア列37を介して連結している。又、前記傾動軸35には発光部23の傾動角を検出する傾斜検出部26が取付けられている。該傾斜検出部26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36を駆動し、前記ギア列37、前記傾動軸35を介して前記発光部23を傾斜させることができ、前記傾動軸35の回転角は前記傾斜検出部26により検出される。
The
前記発光部23の上端には前記回動部24が回転自在に設けられ、該回動部24には走査ギア16が設けられ、該走査ギア16は前記発光部23に固着された走査モータ18の駆動ギア17に噛合する。該駆動ギア17の駆動により、前記回動部24が回転する。
The rotating
該回動部24は前記発光部23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14により90°偏向し、投射窓13を通して照射し、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14は前記発光部23の光軸を中心に回転する回転支持体15に設けられ、該回転支持体15は前記走査ギア16、駆動ギア17を介して前記走査モータ18に連結され該走査モータ18は走査モータ駆動部57によって駆動される。前記回転支持体15の回転状態は、該回転支持体15に設けられたエンコーダ19(図3参照)により検出され、該エンコーダ19の検出信号は前記レーザ光線4の照射方向の角度信号として前記制御演算部54に入力される。
The rotating
又、前記発光部23は半導体レーザ等の発光素子56を有し、該発光素子56は発光駆動部55によって駆動される。前記発光部23は前記傾動軸35を介して前記傾斜設定部25によって傾動され、前記発光部23の傾斜角は前記傾動軸35を介して前記傾斜検出部26により検出される。又、前記発光部23の傾斜角は照射されるレーザ光線4の高低角として検出され、前記制御演算部54に入力される。該制御演算部54は前記受光部27からの信号を基に傾動モータ駆動部59を制御し、前記傾動モータ36を駆動する。傾斜設定は前記受光部27からの出力が所定の値になる迄前記傾動モータ36を駆動することで達成される。
The
前記受光部27について説明する。
The
前記受光窓34に対峙して集光レンズ48が設けられ、該集光レンズ48の光軸上に反射鏡49が配置される。前記集光レンズ48の光軸は前記レーザ光線4が回転により形成する基準面と平行である。前記反射鏡49の下方に受光素子50が設けられ、前記反射レーザ光線4′は前記受光素子50上に集光される。該受光素子50の前面にはマスク51が設けられる。該マスク51は前記受光素子50へのノイズ光の入射を遮断するものであり、反射レーザ光線4′の走査方向に長い(図3では紙面に対して垂直な方向に長い)スリット孔52が穿設されている。前記受光素子50からの受光信号は反射光検出部53に入力され、該反射光検出部53で検出された前記ターゲット5でのレーザ光線4の反射状態は前記制御演算部54に入力される。
A condensing
又、該制御演算部54について説明する。
The
該制御演算部54には前記通信装置11、発光駆動部55、走査モータ駆動部57、回転部モータ駆動部58、傾動モータ駆動部59、整準モータ駆動部60、回転レーザ装置用記憶部65、回転レーザ装置用操作部66、回転レーザ装置用表示部67が接続され、又前記制御演算部54には前記エンコーダ19、前記傾斜検出部26、前記回転部エンコーダ32、前記傾斜センサ44,45、前記反射光検出部53、前記回転レーザ装置用操作部66からの信号が入力される。
The
前記回転レーザ装置用記憶部65には、作動させる為の作動プログラム、前記傾斜センサ44,45の信号を基に前記回転レーザ装置本体20を整準させる為の作動プログラム、データを前記ブルドーザ2との間で送受信する為の通信プログラム、高低角を演算する等の演算プログラム等の各種プログラムが格納され、前記回転レーザ装置用操作部66は前記回転レーザ装置1に取付けた状態で、該回転レーザ装置1の操作が可能であると共に取外して遠隔操作も可能となっている。
In the rotating laser
前記制御演算部54は演算プログラムにより、前記反射光検出部53からの信号、或は前記傾斜検出部26、前記エンコーダ19、前記回転部エンコーダ32からの信号に基づき回転レーザ装置本体20の向き、レーザ光線4が形成する基準面に関する高低角等の情報を演算し、これらの情報は前記回転レーザ装置用表示部67に表示される。例えば、前記ターゲット5に対して前記回転レーザ装置本体20がどの方向にどの程度の角度回転しているか、或は基準面の傾斜角度、傾斜している方向等を表示する。
The
前記通信装置11は、前記制御演算部54が演算して得られた情報、前記回転レーザ装置1が設置された位置データ(位置座標)を後述するブルドーザ2の掘削作業駆動制御部70に送信可能となっている。尚、送信方法としては、無線通信、或は光変調によりデータを送信する光通信のいずれの方法も使用可能である。
The
前記ターゲット5は、後述する様にブルドーザ2の所要位置、好ましくは前記ブレード6の動きに追従する様に設けられる。図1では該ブレード6に立設された取付けポール7に取付けられている。
The
前記ターゲット5の一例を図4に於いて説明する。
An example of the
矩形の基板61に3角形の反射部62,63を点対称に配設し、該反射部62と反射部63の間には非反射帯64が形成され、該非反射帯64は一定の幅を有し、前記基板61の対角線上に前記反射部62と反射部63とを分断する様に形成される。前記反射部62と前記反射部63との関係は、該反射部62,63を水平方向に横切った場合の線分は、横切る位置が例えば図4で下から上に移動した場合、前記反射部62の線分は漸次減少し、又前記反射部63の線分は漸次増加する関係となっている。尚、前記非反射帯64は前記反射部62と前記反射部63との光学的な連続性を断つ効果を有していればよく、反射面に描かれた非反射性の線であってもよい。
従って、前記基板61の面をレーザ光線4が、図5(A)中左から右に走査すると、図5(B)の様に反射光は非反射帯64で分割され前記反射部62で反射された反射光と前記反射部63で反射された反射光の2つ反射光がt0の間隔で得られ、受光時間は前記線分に比例したt1,t2となる。
Therefore, when the
又、前記反射部62と前記反射部63とは対称であることから、t1/t2=1の時に前記レーザ光線4はターゲット5の上下方向の中心を通過し、t1/t2>1の時には通過位置は、中心より下方にあり、t1/t2<1の時には通過位置は、中心より上方にあることが判別できる。尚、t1、t2の偏差を求め、偏差の正負により位置を判別してもよい。
Further, since the reflecting
尚、前記反射部62と反射部63の形状は必ずしも3角形である必要なく、前記反射部62と反射部63の走査位置での線分の増減でレーザ光線4の基板61上の通過位置を判別できればよい。
The shapes of the reflecting
次に、前記ブルドーザ2について図1、図6を参照して概略を説明する。
Next, the outline of the
前記ブレード6に取付けポール7が立設され、該取付けポール7に前記ターゲット5が取付けられ、該ターゲット5と前記刃先6aとの距離は既知の値となっている。前記取付けポール7はポール傾斜センサ72を具備し、該ポール傾斜センサ72は前記取付けポール7の傾斜を検出可能となっている。
A mounting
又、前記ブレード6を上下させるアクチュエータ、例えば油圧シリンダ69は、掘削作業駆動制御部70によって駆動が制御され、又該掘削作業駆動制御部70はブルドーザ2の基準位置(例えばブルドーザ2の前記油圧シリンダ69の枢着位置)に対する前記刃先6aの相対高さを演算可能となっている。
The driving of an actuator for moving the
該ブルドーザ2の所要位置、好ましくは運転室の天井等上方が開放された場所にGPS位置測定装置78が取付けられる。該GPS位置測定装置78とブルドーザ2の基準位置との機械的位置関係は既知となっている。
A GPS
該ブルドーザ2は掘削作業駆動制御部70を具備し、該掘削作業駆動制御部70は前記ブレード6による現実の工事施工位置をリアルタイムで演算し、或は土木施工データに従って工事を進行させる様作業状態を制御管理する。
The
前記掘削作業駆動制御部70について、図6を参照して説明する。
The excavation work
該掘削作業駆動制御部70は、制御演算部71、前記ポール傾斜センサ72、建設機械用記憶部73、アクチュエータ制御回路74、建設機械用操作部75、建設機械用表示部76、建設機械用送受信部77、GPS位置測定装置78等から構成される。
The excavation work
前記建設機械用記憶部73には前記回転レーザ装置1の前記通信装置11から送信された、前記回転レーザ装置1の位置情報、高さ情報、基準面の高低角と前記GPS位置測定装置78で得られたブルドーザ2の位置情報、土木施工データ等を記憶格納し、又前記回転レーザ装置1と前記ターゲット5間の平面座標上の距離を演算し、更に高低角から該ターゲット5の高さを演算し、更に、前記刃先6aの平面座標上での位置及び高さを演算する為の演算プログラム、前記回転レーザ装置1とブルドーザ2との間のデータ通信を実行する通信プログラム、前記油圧シリンダ69を前記土木施工データに基づき制御する制御プログラム等のプログラムが格納されている。
In the construction
前記建設機械用表示部76には、例えば、施工データ、前記GPS位置測定装置78が測定する平面座標上での絶対位置、該GPS位置測定装置78の測定結果に基づき演算された前記ターゲット5の位置、該ターゲット5の高さ、前記回転レーザ装置1から送信された位置情報、前記ブレード6の施工位置、施工の進捗状態等が表示される。
The construction
以下、作動を説明する。 The operation will be described below.
前記回転レーザ装置1を前記回転レーザ装置用操作部66により駆動すると、前記制御演算部54により前記整準モータ駆動部60を介して前記整準モータ42が駆動される。前記傾斜センサ44,45からの傾斜検出信号に基づき前記回転レーザ装置本体20が水平に整準される。
When the
整準が完了すると、前記ターゲット5の検出作動が開始される。尚、作業者が前記視準器28により前記ターゲット5を視準し、前記回転レーザ装置本体20の向き(傾斜設定方向)に合わせておくと迅速なターゲット5の検出が行われる。図7を参照して前記ターゲット5の検出作動を説明する。
When the leveling is completed, the detection operation of the
前記GPS位置測定装置78によって測定された位置情報が前記建設機械用送受信部77から送信される。前記制御演算部54に於いて、前記回転レーザ装置1の位置情報と前記ブルドーザ2の位置情報により、該ブルドーザ2の方向が演算される。前記回転部モータ33が駆動され、前記回転レーザ装置1が前記ブルドーザ2の方向に向けられる。
The position information measured by the GPS
前記発光駆動部55を介して発光素子56が駆動され、前記発光部23より前記レーザ光線4が射出されると前記ペンタプリズム14を介して水平方向にレーザ光線4が照射される。前記走査モータ駆動部57を介して前記走査モータ18が駆動され、該走査モータ18により前記回動部24が所要の角度範囲で往復回転され、レーザ光線4が所要の水平角の範囲で往復照射され、更に前記傾動モータ36により前記発光部23が回転され、上下方向に回転照射位置が移動される。
When the
レーザ光線4が前記ターゲット5を通過すると、前記反射部62,63からの反射レーザ光線4′が前記受光部27に入射する。該受光部27によって前記ターゲット5からの反射レーザ光線4′であることが認識されると、認識した時点での前記ターゲット5の方向が前記エンコーダ19によって検出され、前記回転部モータ33が駆動されて前記回転レーザ装置1の向きが修正される。
When the
該回転レーザ装置1の向きが修正されると追尾作動が開始される。
When the direction of the
上記した様に、前記ターゲット5からは前記反射部62,63により分割された反射レーザ光線4′が入射される。前記反射光検出部53に前記受光素子50から受光信号が入力され、前記反射光検出部53で前記t1/t2の信号比が求められる等信号処理された後、検出信号が前記制御演算部54に入力され、t1/t2=1であるかどうかが判断され、又t1/t2≠1の時はt1/t2<1、t1/t2>1の判断がなされ、前記傾動モータ36が駆動されて前記レーザ光線4が前記ターゲット5の中心を走査する様に、発光部23の傾斜角が修正される。前記レーザ光線4がターゲット5の中心を通過する状態の、レーザ光線4即ち基準面の高低角が、前記ターゲット5の前記回転レーザ装置1に対する高低角である。
As described above, the reflected
追尾は、前記反射光検出部53からの信号がt1/t2=1となる様に、前記傾動モータ36、前記回転部モータ33が駆動制御される。尚、追尾中にターゲット5からの反射レーザ光線4′がとぎれた場合は、改めて前記ターゲット5の検出作動が行われる。
In tracking, the tilting
高低角が前記傾斜検出部26により検出され、高低角及び回転レーザ装置1の座標データ等の情報が前記通信装置11より前記ブルドーザ2に送信される。尚、回転レーザ装置1の座標位置は最初からブルドーザ2側に入力されていてもよい。
An elevation angle is detected by the
前記回転レーザ装置1からの情報が建設機械用送受信部77を介して前記制御演算部71に入力され、該制御演算部71により前記ブルドーザ2と前記回転レーザ装置1との平面座標上の距離、更に高低角から前記ターゲット5の高さ即ち刃先6aの高さがリアルタイムで演算される。
Information from the
尚、前記取付けポール7が傾斜した場合は、前記ポール傾斜センサ72が検出した傾斜角と、前記刃先6aと前記ターゲット5間の距離に基づき、前記刃先6aの高さ、平面座標上での位置を補正する。
When the
基準面の利用方法としては、高低角を設定してレーザ光線を回転走査或は所要角度で往復走査して基準面を形成し、該基準面に合わせて前記ターゲット5の位置を制御、即ち前記油圧シリンダ69を制御する場合と、高低角を検出し、該高低角から前記ターゲット5の高さを検出し、該ターゲット5の高さを前記ブルドーザ2の掘削作業駆動制御部70にフィードバックして前記油圧シリンダ69を制御する方法がある。
As a method of using the reference plane, a height is set and a laser beam is rotationally scanned or reciprocally scanned at a required angle to form a reference plane, and the position of the
以下は、前記ターゲット5の高さを検出し、該ターゲット5の高さを前記ブルドーザ2の掘削作業駆動制御部70にフィードバックして前記油圧シリンダ69を制御する場合を説明する。
Hereinafter, a case will be described in which the height of the
前記建設機械用記憶部73に施工図と施工高さ(土木施工データ)を関連付けて記憶させ、前記制御演算部71によって前記GPS位置測定装置78に基づいて求められた座標位置と演算で求めた現実の刃先6aの高さと施工図及び施工高さとの比較により、前記ブレード6の刃先6aの高さと施工データとの差を求め、差がゼロになる様に管理する。即ち、前記ブレード6を上下する油圧シリンダ69を制御することで、土木作業の管理を行うことができる。
The construction
而して、前記制御演算部71は土木施工データに基づき前記アクチュエータ制御回路74を介して前記油圧シリンダ69を駆動制御し、前記ブルドーザ2による掘削、盛土が土木施工データに基づいて施工される。
Thus, the
前記ブレード6の上下動は前記制御演算部71によって制御されるので、作業者は前記建設機械用表示部76に表示される施工データを確認しながら、ブルドーザ2を移動させるだけでよく、作業者の負担は大幅に軽減される。
Since the vertical movement of the
尚、前記ターゲット5に設けられる前記反射部62,63は適宜な面積を有する反射シートの様なものでよく、前記取付けポール7の昇降機構も必要ないので、構造が大幅に簡略化できる。
The reflecting
尚、前記ブルドーザ2側の掘削作業駆動制御部70の建設機械用送受信部77が、前記GPS位置測定装置78で測定した位置情報を前記回転レーザ装置1側に送信し、該回転レーザ装置1の制御演算部54がターゲット5の位置情報を取得し、該ターゲット5の高さの角度を演算する様にしてもよい。
Note that the construction machine transmission /
又、前記GPS位置測定装置78は前記取付けポール7の上端に設けてもよい。又、前記ターゲット5に前記GPS位置測定装置78を設けると共に前記回転レーザ装置1と前記ターゲット5間の距離及び高低角から該ターゲット5の高さを演算する演算部、受信部を設けることで、前記回転レーザ装置1と前記ターゲット5のみで、ブルドーザ2とは独立した位置測定システムとすることもできる。
The GPS
更に又、前記回転レーザ装置1にもGPSを設けてもよく、この場合、GPSにより回転レーザ装置1の平面座標上の位置が測定できるので、回転レーザ装置1は既知点に設置する必要が無くなる。
Furthermore, the
図8〜図9に於いて、第2の実施の形態について説明する。 A second embodiment will be described with reference to FIGS.
図8、図9は第2の実施の形態に使用されるターゲット5を示しており、該ターゲット5は矩形形状をしており、反射面が対角線で2分割されている。尚、第2の実施の形態では発光部23から射出されるレーザ光線4は円偏光となっている。
8 and 9 show the
基板61の全面に再帰反射層81が形成され、分割された一方の反射面にはλ/4板82が貼設され、分割された一方は再帰反射部83、他方は前記λ/4板82によってレーザ光線の偏光面が90°変換される偏光変換反射部84となっている。
A
図10は第2の実施の形態に於ける受光部27を示している。
FIG. 10 shows the
該受光部27は前記反射鏡49で反射された反射レーザ光線4′(図3参照)の光軸上にλ/4板85と偏光ビームスプリッタ86が設けられ、λ/4板85により円偏光は回転方向に応じた直線偏光に変換され該偏光ビームスプリッタ86により反射レーザ光線4′の偏光方向に応じて透過、反射が行われ、透過光に対しては第1受光素子50aで受光し、反射光に対しては第2受光素子50bで受光する様にしたものである。
The
前記レーザ光線4が前記ターゲット5で反射された場合、前記再帰反射部83で反射された場合と前記偏光変換反射部84を通過して反射された場合とでは、偏光方向の回転が異なる。例えば、前記偏光変換反射部84で反射された反射レーザ光線4′がλ/4板85、前記偏光ビームスプリッタ86を透過するとすると、前記受光素子50aが前記偏光変換反射部84で反射された反射レーザ光線4′を受光し、前記受光素子50bは前記再帰反射部83で反射され、更にλ/4板85を通過して前記偏光ビームスプリッタ86で反射された反射レーザ光線4′を受光する。従って、前記第1受光素子50a、前記第2受光素子50bは反射面に対応した受光信号を発する。
When the
図9(B)は前記第1受光素子50a、前記第2受光素子50bの信号を示しており、前記第1受光素子50aからの信号と前記第2受光素子50bからの信号との信号比t1/t2を求めることで、レーザ光線4のターゲット5上の走査位置を検出することが可能となる。
FIG. 9B shows the signals of the first
尚、前記再帰反射部83と前記偏光変換反射部84の形状は必ずしも3角形である必要はなく、前記再帰反射部83と偏光変換反射部84の走査位置での線分の増減でレーザ光線4の基板61上の通過位置を判別できればよい。又、再帰反射部83と偏光変換反射部84との境界は隣接してなくともよく、境界に非反射部が形成されてもよい。
The shapes of the
1 回転レーザ装置
2 ブルドーザ
4 レーザ光線
4′ 反射レーザ光線
5 ターゲット
6 ブレード
7 取付けポール
11 通信装置
14 ペンタプリズム
18 走査モータ
20 回転レーザ装置本体
21 整準部
22 回転部
23 発光部
24 回動部
25 傾斜設定部
26 傾斜検出部
27 受光部
32 回転部エンコーダ
33 回転部モータ
36 傾動モータ
42 整準モータ
54 制御演算部
62 反射部
63 反射部
64 非反射帯
70 掘削作業駆動制御部
71 制御演算部
74 アクチュエータ制御回路
77 建設機械用送受信部
78 GPS位置測定装置
83 再帰反射部
84 偏光変換反射部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
The construction machine control system according to claim 1, wherein the drive control unit has construction data and manages the construction height of the leveling implement based on the construction data.
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