JP5779713B2 - 少なくとも１つの建設機械や掘削機械によって切削ローラを用いて切削される領域を決定する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの建設機械または少なくとも１つの掘削機械によって切削ドラムを用いて切削される領域を決定する方法、ならびに請求項９の予め特徴付ける節に従って所定の領域を加工するための建設機械または掘削機械に関する。

切削機、スタビライザまたはリサイクラによって地表面や路面を加工する際、および掘削機械（岩盤切削機）によって堆積物を掘削する際、通常、建設現場で提供されたサービスについて文書化し、決済するために、切削面積および／または切削量は、提供されたサービスの決済のための根拠として必要とされる。これらのデータは、例えば、地図製作資料や測量記録から予め知られているまたは決定されたデータから決定または見積もりを行い、簡略的には、実切削面積または実切削量は、先に契約書に記載された切削面積または切削量に正確に一致しているものとされる。

また、切削作業の完了後、簡易な計測器（例えば、走行距離計および折り尺）によって、切削面積または切削量をそれぞれほぼ正確に決定することが知られている。

最後に、現在の切削量の概算値を決定し、機械制御システムから読み出すことができる、または機械制御システムにより測定される走行距離と、切削深さとから、積分により毎日の量を確定し、設定された切削ドラムの幅は、効果的に切削される切削幅に一致するものと仮定することも知られている。

しかし、実際には、実切削面積または実切削量は、サービス契約で定められた幾何学的データから、あるいは測量記録または地図から得られたデータから逸脱しており、一般に、実切削量の方が大きいことが明らかになった。したがって、不正確な決済はその損失になるので、これは請負会社にとって不利である。例えば、その理由の１つは、例えば丘陵地における高速道路区間の三次元軌跡である。なぜなら、地図に投影された切削軌跡の長さは、道路の三次元軌跡よりも短いからである。もう１つの理由は、契約を授与する前に分からなかった、または予見できなかった、そのため測量記録や地図には反映されていない追加の作業である。

また、簡易手段を用いて計算することが容易ではない複雑な切削形状もしばしば加工されるので、簡易な測定手段（走行距離計、折り尺）での測定は、実際に提供されたサービスのほぼ正確な概算に過ぎない。

そのような解決方法は、不正確であるだけでなく、時間がかかる。

したがって、適時に自動的に高精度で安価な方法で、少なくとも１つの建設機械または掘削機械で提供されるサービスを文書化するために使用することができる方法および建設機械または掘削機械を考案することを本発明の目的とする。

上述の目的は、請求項１および請求項９の特徴によって達成される。

切削ドラムを有する少なくとも１つの建設機械または少なくとも１つの掘削機械によって切削された面積を測定する方法において、本発明にしたがって以下のステップが意図されている。
−少なくとも１つの機械によって所定の領域を複数の切削軌跡に加工するステップと、
−連続的な機械位置を評価することによって、切削作業がそれに沿って行われた切削軌跡の長さを測定するステップと、
−先に切削された部分面積を切削軌跡の長さと切削ドラムの設定幅との積として加算し、現在切削軌跡に沿って切削されている部分領域が先に切削された部分領域と重複または多重に重複していないかを連続的にまたはその後にチェックし、重複する部分領域を重複領域として先に切削された部分領域の総計から差し引くステップと、
−既定の全重複領域を差し引いた切削された部分領域の総計を切削領域とするステップ。

本発明による解決方法は、作業日の終わりに、またはサービス契約の終了時に、提供されたサービスを自動的に決定し、作業終了時に直ちに読み出すことができるという利点がある。

この処理では、空切削および切削軌跡の重複または多重の重複も自動的に考慮される。

この手法によって提供される格別の利点は、センサまたは測定技術を用いて現在の重複を個別に記録する必要がないことである。むしろ、重複は、切削軌跡から正確な位置決め測定値を評価することによって決定される。

所定の領域の加工は、１つまたは複数の機械による複数の切削軌跡で行われる。

切削作業がそれに沿って行われる切削軌跡の長さは、連続的な機械の位置を評価することによって決定される。

処理中に、切削作業が行われているときと行われていないときが定められる。その際、オペレータが手動で情報を入力する可能性がある。また、いつ切削作業が行われているかについて、例えば、切削ドラムが回転しているか否か、または搬送コンベアが作動中であるか否か、または現在内燃機関によってどのくらいの出力が発生しているかを確定することによって自動的に確定することができる。このような信号は、例えば、機械制御システムから読み取り可能である。しかし、最適な信号は、調整されたまたは現在の切削深さを記録する信号である。その結果、先に切削された部分領域は、切削軌跡の長さと切削ドラムの設定幅との積として記録することができる。したがって、切削作業が行われていない機械の走行距離は、加算されない。

切削作業が完了すると、例えば、作業結果である切削領域としてメモリから既定の重複領域の合計を差し引いた切削された部分領域の総計を読み出すことができる。

各単一の機械の機械位置は、機械上の少なくとも１つの基準点により測定される。基準点は、切削ドラムの上方、例えば、オペレータのプラットホームの屋根の上に配置されていることが好ましい。基準点は、機械が水平面上にある場合、切削ドラムの軸線を通る共通の垂直平面内で機械フレームに直交するものが特に好ましい。

少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機（全地球的航法衛星システム）が機械位置を決定するために使用されることが好ましい。位置決定とナビゲーションのためのこのようなシステムは、ナビゲーション衛星および／または擬似衛星からの信号を使用している。

また、精度を向上させるために、固定されたＧＮＳＳ受信機またはデータ参照サービスからの基準位置データを使用することもできる。

また、トータルステーションは、ＧＮＳＳ受信機を基礎とする位置決定装置の代替として使用することができる。トータルステーションは、基準点からの器具の傾斜および距離を測定するための、電子距離測定装置と一体化された電子セオドライトである。

機械に取り付けられた少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機の受信に干渉が発生した場合、欠測または間違った位置データは、切削軌跡の前および後の過程に基づいて、または、機械の機械制御システムからの記憶された進行速度と操舵角データに基づいて、代替データとして計算または補正することができる。

そのためには、機械に取り付けられた少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機の受信に干渉が発生した場合、コンピュータは、受信障害時の前後における位置データから補間により欠測または不正確な位置データの代替データを計算する、または、各機械制御システムによって記録された前進速度と操舵角データから代替データを計算するように意図されていてもよい。

したがって、受信干渉に起因するデータギャップの前後に記録された位置データは、補間された代替データによって完成させることができ、その結果、ギャップレスの連続な切削軌跡を利用することができる。

位置データならびに基準位置データは、外部コンピュータに無線で送信することができる。実行された切削作業を計算するために、複数の機械のデータが評価される場合、これは特に有利である。

切削軌跡に沿って切削された量を決定するために、切削ドラムの（長手方向に見て）中心における現在の切削深さまたは現在の切削深さ断面を機械の位置に応じて記録することができ、部分量総計から既定の全重複量を差し引くことで切削量が得られる。そうすることで、また、異なる切削深さを個々の切削軌跡に関して考慮することができる。

この方法は、一緒に保存される現在の切削深さまたは切削深さ断面、および、切削軌跡に沿う機械の各現在位置を有利な方法で提供する。

所定の切削幅を有する切削ドラムと位置決定装置と機械制御システムとを備える少なくとも１つの機械により、複数の切削軌跡に所定領域を加工するための建設機械または掘削機械において、
−各単一機械の位置決定装置は、少なくとも１つの機械の位置データを生成し、
−各場合に設定された切削ドラムの切削幅に関する、各機械の位置データを受信するすべての機械のための１つのコンピュータが連続する位置データから、それに沿って切削作業が行われている各切削軌跡の長さと、切削軌跡に沿って切削される領域とを計算し、それを先に切削された部分領域として加算し、
−コンピュータは、連続的にまたはその後、すべての機械の現在の切削部分領域がすべての機械の先に合計された部分領域と重複または多重に重複していないかをチェックし、
−コンピュータは、重複する部分領域を重複領域として切削された部分領域の総計から差し引き、
−予め切削された部分領域の総計から計算された全重複領域を差し引いて切削領域を得る
ことが意図されている。

コンピュータは、
−現在の切削深さまたは現在の切削深さ断面に関する少なくとも１つの切削深さ信号をさらに受信し、切削深さ信号を各機械の現在の機械位置に起因するものと仮定し、
−切削作業が行われている連続的な機械位置を記録することにより、それらの長さについて切削軌跡を計算し、機械位置に応じて、現在の切削深さまたは切削深さ断面を考慮して先に切削された部分量を計算して積算し、
−連続的にまたはその後に、現在切削されている部分量が先に積算された部分量と重複または多重に重複していないかチェックし、切削された部分量の積算値から重複量を差し引き、
−コンピュータは、切削深さまたは切削深さ断面および少なくとも１つの機械位置から加算され、それに従って決定された既定の合計重複量を差し引いた部分量の総計から切削量を計算する
ことがさらに意図されていてもよい。

以下では、本発明の一実施形態について図面を参照しながらより詳細に説明する。

路面切削機型の建設機械を示す図である。 路面切削機を後方から示す図である。 加工された表面の異なる切削軌跡を示す図である。

図１に示す機械１は、建設機械、すなわち路面切削機であって、地面または交通路面を加工する切削ドラム２を備えたすべてのタイプの機械を表すように描かれている。

これらは、例えば、露天採鉱において堆積物の掘削に使用され、表面掘削機と呼ばれる掘削機械も含んでいる。

図１に示す機械１は、切削ドラム２が固くまたは高さ調整可能に支持された機械フレーム３を備えている。機械１は、図１において、履帯５によって形成されたシャーシによって担持される。切削材は、搬送コンベア１１によって輸送車両に積み込むことができる。機体フレーム３は、その上面に、キャビンから構成されてもよいオペレータプラットホーム９を支える。機械制御システム２６によって機械１の機能を制御するオペレータは、オペレータプラットホーム９の中に座っているか、または立っている。前記機械の機能は、例えば、前進速度、操舵、切削ドラム２の切削深さ等である。機械１は、さらなる処理のためにコンピュータ２０にその情報を転送することができる位置決定装置２４を備えており、前記コンピュータ２０はまた、機械制御システム２６に一体化されてもよい。また、位置決定装置２４は、コンピュータ２０に統合されるように意図されてもよい。

オペレータプラットホーム９の上方、例えば、運転室の屋根の上に、ＧＮＳＳ受信機１４が位置決定装置２４の一部として配置されてもよく、ＧＮＳＳ受信機１４は、機械１が水平に位置合わせされているとき、それが切削ドラム２の切削ドラム軸７との共通の垂直面１５内にあるように配置されていることが好ましい。

ＧＮＳＳ受信機１４は、機械１上に基準点を形成し、それによって現在の機械位置を測定することができる。

また、機械１上の他の基準点は、選択してもよく、その場合、機械位置を計算するための位置データをそれに応じて修正する必要がある。計算に関係する機械位置は、その長手方向に関して切削ドラム２の中心である。したがって、機械１が水平面上にある、または機械フレーム３が水平方向に向けられている場合、単一のＧＮＳＳ受信機１４は、切削ドラム２の前記中心位置の直上に配置されていることが好ましい。ＧＮＳＳ受信機が正確にこの位置に取り付けられている場合であっても、位置データは補正を必要とする。機械が常時水平面上で作動し、そうすることで、同水平面に対して縦方向および横方向の両方で平行に位置決めされた状態のままである場合のみ、補正は省略することができるであろう。機械１の水平面に関して横方向または縦方向の傾きが生じるとすぐに補正を行わなければならず、これはほとんど全ての場合である。この目的にかなうように適切な傾斜センサがある。

また、図２から推察できるように、原理的には、２つのＧＮＳＳ受信機１４を使用することも可能である。これら２つのＧＮＳＳ受信機１４にとって相互間距離を提示することが必須の要件である。図２に示すように、２つのＧＮＳＳ受信機１４を用いた場合であっても、これらは、面１５内かつ同じ高さに位置していることが好ましい。もっとも、２つのＧＮＳＳ受信機１４はまた、機械１の他の点に配置してもよいことがわかっている。

ＧＮＳＳ受信機１４は、理想的には、オペレータプラットホーム９の屋根の上に配置されるべきであり、その結果、一方で、反射信号からの干渉が可能な限り小さくなり、他方で、木で囲まれた切削領域を走行する場合、該木のために、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機１４が全ての衛星と連絡が取れなくなるということはない。

さらに、固定されたＧＮＳＳ受信機１６またはデータ参照サービスからの基準位置データは、機械位置を決定する精度を高めるために使用することができる。機械位置を決定するための他の代替手段として、三次元で機械上の基準点を追跡することが可能なトータルステーション２８を使用することができ、また、複数のトータルステーション２８を使用することができる。１つのトータルステーションを使用する場合、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機は、少なくとも１つの測定プリズムによって置換されなければならない。

機械１の現在位置は、位置決定装置２４によって記録することができるので、切削軌跡６に沿って移動した距離の長さは、内部または外部のコンピュータ２０によって計算し、保存することができる。

文書化されるべき切削契約の開始時に、既に切削された面積４を格納することができるコンピュータ２０のメモリがゼロに設定される。ここで、契約で予め定められた領域が少なくとも１つの機械によって切削される場合、切削軌跡６の長さは、機械位置と該機械位置の連続的な変化に関する既定のデータを用いて最初に決定され、それから、先に切削された部分領域４は、切削ドラム２の設定された切削幅を考慮して計算され、積算される。先に切削された部分領域４は、コンピュータ２０のメモリに格納され、切削軌跡６に沿って切削された領域４は、先に切削された部分領域８と重複または多重に重複していないか、連続的にまたはその後に、チェックされる。コンピュータで重複が確認された場合、重複する部分領域が重複領域１０として、メモリ内の先に切削された部分領域８の総計から控除される。切削軌跡６は、例えば、二次元または三次元座標を用いて記憶することができる。機械制御システムまたはオペレータは、それぞれ、現在切削作業が行われているか否かについてコンピュータに通知し、その結果、機械１の空走行は記録されない。切削量を計算するために切削深さが記録される場合、コンピュータは、調整された切削深さに基づいて、現在切削作業が行われているか否かを独立して決定することができるので、コンピュータへのそのようなメッセージを省略してもよい。調整された切削深さの代わりに、同じものが機械制御システムで利用可能である場合、有効切削深さを使用してもよい。また、例えば、切削ドラムへのスイッチオン信号、切削材を除去するための搬送コンベアへのスイッチオン信号等の機械制御システムからの他の信号、または、例えば、切削ドラムを駆動するエンジンのトルク等のエンジン制御システムからの信号を使用してもよい。

契約の締結およびまとめ時に、実際の切削領域４は、メモリから読み出すことができ、そのため、同様に格納され、完全に自動的に決定された値がクライアントとの決済のための根拠として使用することができる。

図３は、切削領域４上に互いに隣接して配置された複数の切削軌跡６を示している。

さらに、図３は、先に切削された部分領域８と、その結果、切削軌跡６に沿って積算された領域から控除する必要がある重複領域１０とを示している。部分的に多重の重複を伴う、異なる長さの４つの切削軌跡６が図３に示す切削するべき領域４の例から推測することができる。

場合によって、切削契約が異なる切削深さを含むような場合、サービス契約の決済のための根拠として、切削面積ではなく、切削量を取得することが必要なことがある。

この場合、切削軌跡６の長さおよび切削面積を決定することに加えて、コンピュータ２０が切削量を決定できるように、追加的に現在の切削深さを記録するように意図されている。現在の切削深さは、その長手方向に基づく切削ドラム２の中心に関して決定することができる。あるいは、機械１の幅に対して直角である現在の切削深さ断面は、機械制御システムのデータから取得し、機械位置に応じて記録することができる。そして、切削量は、既定の全重複量を差し引いた部分量の総計から求まる。

現在の切削深さは、機械制御システム２６から読み出せない場合でも、必要があれば測定することができる。

機械１が複数の場合、少なくとも１つの基準点が各機械に提供される。

機械が複数の場合、機械１の１つを先導機械として決定してもよい。

特に、複数の機械１が使用される場合、コンピュータ２０はまた、固定状態で外部に配置してもよく、または先導機械１に配置してもよく、その場合には、すべての機械１の機械制御システム２６からの位置データ、基準位置データまたは代替データのデータ交換は、例えば、衛星または携帯電話通信ネットワークを介して無線で行われる。

機械１に取り付けられた少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機１４の受信に干渉が発生した場合、コンピュータ２０は、欠測しているまたは明らかに誤っている位置データの代替データを計算することができ、欠測した位置データまたは不正確な位置データをそれぞれ完成させることができる。これは、受信干渉時の前後の位置データから補間によって計算することができる。また、代替データは、機械１の各機械制御システム１６に記録された前進速度、操舵角データから計算することができる。

Claims (15)

1. 少なくとも１つの建設機械または少なくとも１つの掘削機械によって切削ドラム（２）を用いて切削された領域（４）を決定するための方法であって、
   所定の切削領域（４）を少なくとも１つの機械（１）によって複数の切削軌跡（６）に加工し、
   それに沿って切削作業が連続的な機械の位置を評価することによって切削軌跡（６）の長さを決定し、
   前記切削軌跡（６）の長さと設定された前記切削ドラムの切削幅との積として先に切削された部分領域（８）を加算し、そこで、前記切削軌跡（６）に沿って現在切削されている部分領域が、連続的にまたはその後に、先に切削された部分領域（８）と重複または多重に重複していないかをチェックし、重複する部分領域（８）を重複領域（１０）として加算された先に切削された部分領域（８）から差し引き、
   そこで、切削された前記部分領域（８）の総計から既定の全ての前記重複領域（１０）を差し引いた前記切削領域（４）を得る
   ことを特徴とする方法。
2. 各単一の機械（１）の前記機械位置は、前記機械（１）上の少なくとも１つの基準点により決定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記機械位置を決定するために少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機（１４）が使用される
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか一方に記載の方法。
4. さらに、固定されたＧＮＳＳ受信機（１６）またはデータ参照サービスからの基準位置データが使用される
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記機械位置を決定するために、少なくとも１つのトータルステーション（２８）が使用される
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか一方に記載の方法。
6. 機械（１）に装着された少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機（１４）の受信に干渉が発生した場合には、前記切削軌跡（６）の前記前後過程に基づいて、または、機械（１）の記録された前進速度および操舵角データに基づいて、欠測または間違った前記位置データが計算され、補正される
   ことを特徴とする請求項３または請求項４のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記位置データおよび／または基準位置データは、外部のコンピュータ（２０）に無線で送信される
   ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記切削軌跡（６）に沿って切削される量を決定するために、前記切削ドラム（２）の前記中心における前記現在の切削深さ、または前記機械（１）の前記現在の切削深さ断面が前記機械の前記位置に応じて記録され、前記総計部分量から既定の前記全重複量を差し引いて前記切削量を得る
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 所定の切削幅を有する切削ドラム（２）と位置決定装置（２４）と機械制御システム（２６）とを備える少なくとも１つの機械により、複数の切削軌跡（４）に所定領域（６）を加工するための建設機械または掘削機械において、
   各単一機械（１）の前記位置決定装置（２４）は、前記少なくとも１つの機械（１）の位置データを生成し、
   各場合に設定された切削ドラム（２）の切削幅に関する、各機械（１）の位置データを受信するすべての機械のための１つのコンピュータ（２０）が連続する位置データから、それに沿って切削作業が行われている各切削軌跡（６）の長さと、切削軌跡（６）に沿って切削された領域（４）とを計算し、それを先に切削された部分領域（８）として加算し、
   前記コンピュータ（２０）は、連続的にまたはその後、すべての機械の現在の切削部分領域がすべての機械の先に合計された部分領域（８）と重複または多重に重複していないかをチェックし、
   前記コンピュータ（２０）は、重複する部分領域（８）を重複領域（１０）として切削された部分領域（８）の総計から差し引き、
   そこで、予め切削された前記部分領域（８）の総計から、計算された全ての前記重複領域（１０）を差し引いた前記切削領域（４）を得る
   ことを特徴とする建設機械または掘削機械。
10. 前記コンピュータ（２０）は、前記機械（１）上の少なくとも１つの基準点に基づいて機械（１）の前記機械位置を決定する
    ことを特徴とする請求項９に記載の建設機械または掘削機械。
11. 前記位置決定装置（２４）は、機械（１）の前記機械位置を決定するために、少なくとも１つのＧＮＳＳ受信機（１４）から前記位置データを受信する
    ことを特徴とする請求項９または請求項１０のいずれか一項に記載の建設機械または掘削機械。
12. 前記位置決定装置（２４）は、さらに、固定されたＧＮＳＳ受信機（１６）から、またはデータ参照サービスから基準位置データを受信する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の建設機械または掘削機械。
13. 前記コンピュータ（２０）は、機械（１）の前記機械位置を決定するために、トータルステーション（２８）から前記位置データを受信する
    ことを特徴とする請求項９または請求項１０のいずれか一方に記載の建設機械または掘削機械。
14. 前記少なくとも１つの機械（１）の各前記機械制御システム（２６）からの位置データ、基準位置データまたは置換データの前記データ交換は、無線で行われる
    ことを特徴とする請求項１３に記載の建設機械または掘削機械。
15. 前記コンピュータ（２０）は、
    さらに、前記現在の切削深さまたは現在の切削深さ断面に関する少なくとも１つの切削深さ信号を受信し、前記切削深さ信号を各前記機械（１）の前記現在の機械位置に起因するものと考え、
    切削作業が行われている連続的な機械位置を記録することにより、それらの長さについて前記切削軌跡（６）を計算し、前記先に切削された部分量を計算して積算し、前記機械位置に応じて前記現在の切削深さまたは前記切削深さ断面を考慮し、
    連続的にまたはその後に、前記現在切削されている部分量が、前記先に積算された部分量と重複または多重に重複していないかチェックし、前記積算された切削部分量から重複量を差し引き、
    そこで、前記コンピュータ（２０）は、前記切削深さまたは前記切削深さ断面と、前記少なくとも１つの機械（１）の連続的な前記機械位置と、から積算された前記切削部分量の総計から、それに応じて決定された全ての前記重複量を差し引いた切削量を算出する
    ことを特徴とする請求項９から請求項１４のいずれか一項に記載の建設機械または掘削機械。

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