JP4920229B2

JP4920229B2 - レーザレベル検出システム

Info

Publication number: JP4920229B2
Application number: JP2005288396A
Authority: JP
Inventors: 康隆片山; 邦広林; 貴章山崎
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: EP1770358A2; CN1940475A; JP2007101235A; EP1770358A3; US20070076188A1; US7814670B2; EP1770358B1; CN100578146C

Description

この発明は、例えばショベルカーなどの建設車両のバケットのアームにレベル検出手段を取り付け、基準となるレーザ光をレベル検出手段で検知し、このレベル検出手段の情報を建設車両の運転室に配置した表示装置に表示するようにしたレーザレベル検出システムに関する。

従来から、ブルドーザのブレードから上方に延びるポールにレベルセンサを取り付け、回転レーザ装置のレーザ光をそのレベルセンサで受光し、このレベルセンサの受光位置に基づいて適正高さからのずれをリモートディスプレイに表示する建設機械用レーザ光検出操作装置が知られている（特許文献１参照）。

かかる建設機械用レーザ光検出操作装置では、所定箇所の地面から回転レーザ装置の基準面までの高さと、ブレードの刃先から受光部までの高さは関連づけられていることにより、レベルセンサの受光部の所定の高さ位置でレーザ光を受光するように造成作業を行えば、計画通りの整地を行うことができる。
特開平９−２５７４７２号公報

しかしなが、このような建設機械用レーザ光検出操作装置では、それぞれ高さ位置が異なる複数の整地箇所がある場合、それぞれの整地箇所に応じてレベルセンサ（レベル検出手段）の取り付け位置を変えなければならず、非常に面倒である等の問題があった。

この発明の目的は、それぞれ高さの異なる整地箇所を整地する場合であってもレベル検出手段の取り付け位置を変える必要のないレーザレベル検出システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、レーザ基準面を任意の位置で検出するレーザレベル検出システムであって、
複数のレベル検出装置と、該レベル検出装置の検出結果を表示するとともに、前記複数のレベル検出装置を操作可能な操作装置とを備え、
レーザ基準面を検出した前記レベル検出装置は検出結果と該レベル検出装置固有の識別信号を出力し、
前記操作装置は、前記検出結果と前記レベル検出装置の識別信号の受信結果を表示し、
前記レベル検出装置と操作装置は、同一の機能と表示部を備えた同様な装置であって、
マスタ／スレーブの切り替え操作により、
マスタに設定された場合は操作装置となり、
スレーブに設定された場合はレベル検出装置となるように装置の使用目的を切り替え可能としたことを特徴とする。

請求項２の発明は、前記マスタ／スレーブの切り替え操作により、少なくとも２以上の装置がマスタと設定された場合、
各装置は、検出結果の表示のみ行うモードと、操作機能を有するとともに検出結果の表示を行うモードのどちらかに切り替え可能としたことを特徴とする。

請求項３の発明は、レーザ基準面を任意の位置で検出するレーザレベル検出システムであって、
複数のレベル検出装置と、該レベル検出装置の検出結果を表示するとともに前記複数のレベル検出装置のうち１つを選択する操作装置とを備え、
前記複数のレベル検出装置は上下方向に沿って配置され、
各レベル検出装置は、上下に配列された複数の受光素子からなる受光部を有し、前記操作装置によって選択されたとき、受光部が受光するレーザ光の受光部位と予め設定されている基準位置との差のデータと、固有の識別信号とを出力し、
前記操作装置は、選択したレベル検出装置の前記データと識別信号のみを受信して、そのデータに基づいてレーザ光の受光部位と基準位置との差を表示することを特徴とする。

請求項４の発明は、前記レベル検出装置と操作装置は、同一の機能と表示部を備えた同様な装置であって、
マスタ／スレーブの切り替え操作により、
マスタに設定された場合は操作装置となり、
スレーブに設定された場合はレベル検出装置となるように装置の使用目的を切り替え可能としたことを特徴とする。

請求項５の発明は、前記マスタ／スレーブの切り替え操作により、少なくとも２以上の装置がマスタと設定された場合、
各装置は、検出結果の表示のみ行うモードと、操作機能を有するとともに検出結果の表示を行うモードのどちらかに切り替え可能としたことを特徴とする。

この発明によれば、それぞれ高さの異なる整地箇所を整地する場合であってもレベル検出手段の取り付け位置を変える必要がない。

以下、この発明のレーザレベル検出システムの実施形態である実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］
図１はレーザレベル検出システムを示したものであり、このレーザレベル検出システムは、造成地面の所定箇所に三脚１０を介して設置された回転レーザ装置１１と、油圧ショベルカー（建設車両）１２のアーム１３に取り付けられたレベル検出手段２０と、油圧ショベルカー１２の運転室１４に配置された操作装置（遠隔操作操作装置）６０とを備えている。油圧ショベルカー１２のアーム１３の先端にはバケット（作業手段）１５が揺動可能に取り付けられており、アーム１３はブーム１６の先端部に取り付けられている。そして、ブームシリンダ１７やアームシリンダ（図示せず）を駆動させることにより、ブーム１６やアーム１３が動作してバケット１５が上下や前後に移動し、バケットシリンダ（図示せず）を駆動させることによりバケット１５が揺動するようになっている。

回転レーザ装置１１は、レーザ光Ｐを射出するとともにこのレーザ光Ｐを垂直軸線Ｊ回りに回転させて基準面を形成するようになっている。

レベル検出手段２０は、図２に示すように３つのレベル検出装置２１,３１,４１を有しており、この３つのレベル検出装置２１,３１,４１が油圧ショベルカー１２のアーム１３に上下方向に沿って配置されて磁石により着脱可能に取り付けられている。

レベル検出装置２１は、図３に示すように、本体２１Ａの一側面に上下方向に沿って配置されるとともにレーザ光Ｐを受光する受光部２２が形成され、本体２１Ａの前面には表示部２３が設けられている。この表示部２３には、レーザ光Ｐを受光する受光部２２の部位（位置）がセンター位置（基準位置）より上にあるとき、下方を指示する発光ダイオード２４と、その部位がセンター位置（基準位置）より下にあるとき、上方を指示する発光ダイオード２５と、レーザ光Ｐを受光する受光部２２の部位（位置）がセンター位置であることを表示する発光ダイオード２６と、レーザ光Ｐを受光する受光部２２の部位とセンター位置との差をアナログ表示する液晶表示部２７とが設けられている。

他のレベル検出装置３１，４１もレベル検出装置２１と同じ構成となっているのでその説明は省略する。

図４は、レベル検出装置２１の信号処理系の構成を示したブロック図である。受光部２２は、フォトダイオードなどのＮ個の受光素子が所定間隔ごとに上下に配列された受光素子群によって構成され、各受光素子の受光信号はアナログ回路部５０によって各受光素子ごとに増幅される。５１はアナログ回路部５０によって増幅した受光信号を各受光素子ごとにデジタル信号に変換するデジタル変換部、５２はデジタル変換部で変換された各受光素子のデジタル信号に基づいて、受光部２２が受光したレーザ光の中心位置（ビーム中心位置）にある受光素子の位置（受光部２２の部位）と、受光部２２のセンター位置（基準位置）との差を求める演算処理部である。

この演算処理部５２は、レーザ光Ｐの中心位置と基準位置との差に対応した発光ダイオード２４〜２６を点灯させたり、その差に応じたアナログ表示を液晶表示部２７に表示させたり、その差に対応してブザー５４を鳴らしたりする。

５５は演算処理部５２が演算した差のデータとＩＤコードとを操作装置６０へ無線で送信するほかに操作装置６０からの信号を受信したりする無線装置、５６はレーザ光の中心位置を求める精度を変えたり、基準位置を変更したりする操作ボタンである。

他のレベル検出装置３１，４１の信号処理系の構成もレベル検出装置２１と同じなのでその説明は省略する。

図５は操作装置６０の信号処理系の構成を示したブロック図である。６１は各レベル検出装置２１,３１,４１の無線装置５５と送受信を行う無線装置、６２はレベル検出装置２１,３１,４１の演算処理部５２が演算した差を表示する表示部であり、この表示部６２は、レベル検出装置２１と同様に下方を指示する発光ダイオード６２Ａと、上方を指示する発光ダイオード６２Ｂと、レーザ光Ｐの受光位置がセンター位置であることを表示する発光ダイオード６２Ｃと、レーザ光Ｐを受光する受光位置とセンター位置との差を表示する液晶表示部６２Ｄとを有している。

６３は無線装置６１が受信した受信データに基づいて表示部６２の表示を制御したり、ブザー６４を鳴らしたりする演算処理部である。６５は各レベル検出装置２１,３１，４１のレーザ光の中心位置を求める精度を変える操作ボタンである。

また、この操作ボタン６５の操作によって所望のレベル検出装置２１，３１，４１の電源のオフや省電力モードに切り替えることができるようになっている。

この実施例では、レベル検出装置２１と同じ構成のレベル検出装置を操作装置６０として使用するものであり、図示しないマスタ／スレーブ切替スイッチが設けられており、このマスタ／スレーブ切替スイッチによってマスタが設定されると、操作装置として機能するようになっている。また、スレーブが設定されるとレベル検出装置として機能するようになっている。

また、図示しないモード切替スイッチが設けられており、マスタが設定された場合、このモード切替スイッチの操作により、表示部６２に上記差のみを表示させる表示モードと、操作モードとに切り替え可能となっている。操作モードは操作ボタンによる操作が行えるとともに、表示部６２に上記差を表示させる機能を有している。

ここでは、操作モードに設定して操作装置として使用するものである。
［動作］
次に、上記のように構成されるレーザレベル検出システムの動作について説明する。

先ず、図１に示すように造成地面の所定箇所に三脚１０を介して回転レーザ装置１１を設置し、この回転レーザ装置１１からレーザ光Ｐを射出させるとともにこのレーザ光Ｐを垂直軸線Ｊ回りに回転させて基準面を形成させる。

次に、油圧ショベルカー１２のバケット１５の刃先を作業深さの地面Ｓに当てておき、例えばレベル検出装置２１の受光部２２の基準位置（センター位置）にレーザ光が当たるようにレベル検出装置２１を油圧ショベルカー１２のアーム１３に取り付ける。この場合、一部分の地面Ｓを予め所定の深さに計測して掘っておく。

この取り付けは、本体２１Ａに設けた図示しない強力な磁石により取り付けられる。

ところで、道路整備の場合、路肩や路面の高さが異なり、それらの高さを管理する必要があり、それら高さに応じてレベル検出装置２１,３１,４１を取り付ける。

例えば、図６に示すように、砂利などの基礎材Ｋ１、土管などを置くために敷く砂などの敷き材Ｋ２、土砂などの埋め戻し材Ｋ３毎に作業を行う場合、それらの深さ毎に合わせてレベル検出装置２１,３１,４１を上述のようにして取り付ける。例えば、基礎材Ｋ１の深さＨ１にレベル検出装置２１の基準位置を合わせてそのレベル検出装置２１を油圧ショベルカー１２のアーム１３に取り付け、敷き部材Ｋ２の深さＨ２にレベル検出装置３１の基準位置を合わせてそのレベル検出装置３１を油圧ショベルカー１２のアーム１３に取り付け、埋め戻し材Ｋ３の深さＨ３にレベル検出装置４１の基準位置に合わせてそのレベル検出装置４１を油圧ショベルカー１２のアーム１３に取り付ける。

この場合、基礎材Ｋ１や敷き部材Ｋ２と同じ高さの部材を予め用意しておき、これらの部材を地面Ｓ上においてその部材の上にバケット１６の刃先を当てて上記と同様にしてレベル検出装置３１，４１を取り付けるものである。

次に、オペレータは操作装置６０の操作ボタン６５を操作してレベル検出装置２１を選択する。この選択により、操作装置６０はレベル検出装置２１から送信されてくるデータのみを受信する。

また、操作装置６０の操作ボタン６５を操作して使用しないレベル検出装置３１，４１の電源をオフにしたり省電力モードに切り替える。これにより、レベル検出装置３１，４１の電池の消耗を最大限減らすことができ、電池の交換による作業中断を極力削減することができる。

レベル検出装置２１は、回転レーザ装置１１から射出されるレーザ光Ｐを受光部２２が受光すると、レーザ光Ｐの中心位置にある受光部２２の受光素子の位置と、受光部２２の基準位置との差のデータとレベル検出装置２１のＩＤコードとを操作装置６０へ無線で送信する。

操作装置６０は、無線装置６１がレベル検出装置２１から送信されるデータなどを受信すると、その受信した受信データに基づいて、すなわちレベル検出装置２１の受光部２２の受光位置と、受光部２２の基準位置との差に基づいて表示部６２の表示を制御する。例えば、レーザ光Ｐを受光する受光部２２の位置が受光部２２の基準位置より上にあるとき、下方を指示する操作装置６０の発光ダイオード６２Ａが点灯される。

同様に、レーザ光Ｐを受光する受光部２２の位置が受光部２２の基準位置より下にあるとき、上方を指示する操作装置６０の発光ダイオード６２Ｂが点灯され、レーザ光Ｐを受光する受光部２２の位置が基準位置にあるとき、発光ダイオード６２Ｃが点灯され、液晶表示部６２Ｄにはレーザ光Ｐを受光する受光位置と基準位置との差がアナログ表示される。

オペレータは、操作装置６０の表示部６２を見ることにより、地面を所定の深さＨ１だけ掘っていくことができる。すなわち、所定の高さに確実に整地することができる。

次に、基礎材Ｋ１を敷き詰めていく場合、操作装置６０の操作ボタン６５を操作してレベル検出装置３１を選択する。この選択により、操作装置６０はレベル検出装置３１から送信されてくるデータのみを受信する。そして、上記と同様にしてオペレータは操作装置６０の表示部６２を見ることにより、基礎部材Ｋ１を所定深さＨ２まで敷き詰めていくことができる。また、敷き材Ｋ２を敷く場合も上記と同様に操作装置６０の操作ボタン６５を操作してレベル検出装置４１を選択し、操作装置６０の表示部６２を見ることにより、敷き部材Ｋ２を所定の深さＨ３に敷くことができる。

このように、オペレータは操作装置６０の表示部６２を見るだけで、複数の高さを管理することができ、回転レーザ装置１１の高さやレベル検出装置２１,３１,４１の取り付け高さを変えたりする必要がなく、このため作業時間を大幅に短縮することができる。

また、この実施例では、レベル検出装置２１,３１,４１と操作装置６０とが無線通信で送受信するので多重通信が可能であり、このためレーザ光の中心位置を求める精度を変えたり、基準位置を変更したりするレベル検出装置２１,３１,４１のモードの変更を短時間で行うことができる。

また、４つの同じ装置をマスタ／スレーブ切替スイッチの切り替え操作で、レベル検出装置２１,３１,４１と操作装置６０として使用するものであるから、レーザレベル検出システムを安価に構築することができる。
［第２実施例］
図７は第２実施例を示したものである。この第２実施例では、ブルドーザ（建設車両）１００のブレード（作業手段）１０１に設けたポール１０２に第１レベル検出手段１１０を設け、ブルドーザ１００のリッパ（作業手段）１０３に設けたポール１０４に第２レベル検出手段１２０を設け、第１レベル検出手段１１０を第１実施例と同様にレベル検出装置２１,３１,４１で構成し、第２レベル検出手段をレベル検出装置２１′,３１′,４１′で構成したものである。そして、ブルドーザ１００の運転室１００Ａに操作装置６０と同様な構成の操作装置１６０を配置し、この操作装置１６０の操作ボタン（図示せず）を操作して、ブレード１０１やリッパ１０３による作業に応じて第１，第２レベル検出手段１１０，１２０のどちらか一方を選択し、この選択した例えば第１レベル検出手段１１０のレベル検出装置２１,３１,４１のうちの１つを、または第２レベル検出手段１２０のレベル検出装置２１′,３１′,４１′のうちの１つを選択する。

そして、選択されたレベル検出装置の受光部の受光位置と、その受光部の基準位置との差が操作装置１６０に表示される。このため、リッパ１０３によって所定の高さまで土砂や岩盤を掻き出すことや、ブレード１０１によって所定の高さに整地することができる。

従来では、後方についているリッパ１０３の高さを確認しながら、同時に進行方向の前方を確認する必要があるため危険を伴っていたが、この第２実施例によれば、リッパ１０３の高さが操作装置１６０に表示されので、前方を見ながらリッパ１０３の高さを確認することができる。このため、安全に作業を行うことができる。

この実施例では、第１，第２レベル検出手段１１０、１２０は３つのレベル検出装置２１,３１,４１、２１′,３１′,４１を有しているが、それぞれ１つのレベル検出装置であってもよい。
［第３実施例］
図８は第３実施例のレーザレベル検出システムの構成を示したものである。この第３実施例では、監視小屋３００に第１実施例の操作装置６０と同様な操作装置３０１を配置し、この操作装置３０１は油圧ショベルカー１２（図１参照）の操作装置６０とブルドーザ１００（図７参照）の操作装置１６０とを無線で送受信することによって操作装置３０１の表示部（図示せず）にレベル検出手段２０，１１０，１２０のレベル検出装置の受光部の受光位置と、その受光部の基準位置との差を表示するようにしたものである。このようにすることにより、各作業現場での進捗状況を遠隔監視が行える。

操作装置３０１は、図示しないマスタ／スレーブ切替スイッチによりマスタを設定し、図示しないモード切替スイッチにより表示モードを設定して操作装置３０１の表示部（図示せず）に差を表示するようにしたものである。

上記実施例では、いずれもレベル検出手段２０，１１０，１２０は３つのレベル検出装置を有しているが、これに限らず複数個あればよい。

この発明に係るレーザレベル検出システムの構成を示した説明図である。図１に示すレーザレベル検出システムのレベル検出手段の構成を示した説明図である。レベル検出装置の外観を示した正面図である。図３のレベル検出装置の信号処理系の構成を示したブロック図である。操作装置の信号処理系の構成を示したブロック図である。整地面に基礎材、敷き材、埋め戻し材を敷く場合を示した概念図である。第２実施例のブルドーザを示した説明図である。第３実施例のレーザレベル検出システムの構成を示した説明図である。

符号の説明

１１回転レーザ装置
１２油圧ショベルカー（建設車両）
１４運転室
１５バケット（作業手段）
２０レベル検出手段
２１レベル検出装置
３１レベル検出装置
４１レベル検出装置
６０操作装置

Claims

レーザ基準面を任意の位置で検出するレーザレベル検出システムであって、
複数のレベル検出装置と、該レベル検出装置の検出結果を表示するとともに、前記複数のレベル検出装置を操作可能な操作装置とを備え、
レーザ基準面を検出した前記レベル検出装置は検出結果と該レベル検出装置固有の識別信号を出力し、
前記操作装置は、前記検出結果と前記レベル検出装置の識別信号の受信結果を表示し、
前記レベル検出装置と操作装置は、同一の機能と表示部を備えた同様な装置であって、
マスタ／スレーブの切り替え操作により、
マスタに設定された場合は操作装置となり、
スレーブに設定された場合はレベル検出装置となるように装置の使用目的を切り替え可能としたことを特徴とするレーザレベル検出システム。
前記マスタ／スレーブの切り替え操作により、少なくとも２以上の装置がマスタと設定された場合、
各装置は、検出結果の表示のみ行うモードと、操作機能を有するとともに検出結果の表示を行うモードのどちらかに切り替え可能としたことを特徴とする請求項１に記載のレーザレベル検出システム。
レーザ基準面を任意の位置で検出するレーザレベル検出システムであって、
複数のレベル検出装置と、該レベル検出装置の検出結果を表示するとともに前記複数のレベル検出装置のうち１つを選択する操作装置とを備え、
前記複数のレベル検出装置は上下方向に沿って配置され、
各レベル検出装置は、上下に配列された複数の受光素子からなる受光部を有し、前記操作装置によって選択されたとき、受光部が受光するレーザ光の受光部位と予め設定されている基準位置との差のデータと、固有の識別信号とを出力し、
前記操作装置は、選択したレベル検出装置の前記データと識別信号のみを受信して、そのデータに基づいてレーザ光の受光部位と基準位置との差を表示することを特徴とするレーザレベル検出システム。
前記レベル検出装置と操作装置は、同一の機能と表示部を備えた同様な装置であって、
マスタ／スレーブの切り替え操作により、
マスタに設定された場合は操作装置となり、
スレーブに設定された場合はレベル検出装置となるように装置の使用目的を切り替え可能としたことを特徴とする請求項３に記載のレーザレベル検出システム。
前記マスタ／スレーブの切り替え操作により、少なくとも２以上の装置がマスタと設定された場合、
各装置は、検出結果の表示のみ行うモードと、操作機能を有するとともに検出結果の表示を行うモードのどちらかに切り替え可能としたことを特徴とする請求項４に記載のレーザレベル検出システム。