JP7874799B2 - 土木機械及び土木機械運転方法 - Google Patents

土木機械及び土木機械運転方法

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Description

本発明は、請求項1の前提部分に係る土木機械とりわけ削孔(drilling)リグであり、可搬なキャリア装置と、そのキャリア装置上に配設されたマスト又はジブアームと、土木処置を実行すべくそのマスト又はジブアーム上に可調配設された土木ツールと、少なくとも1個の表示装置とりわけモニタと、制御ユニットと、を有し、その制御ユニットが、自土木機械の構成部材を制御するよう且つ運転状態を検出するよう、並びに収集された運転データに依りつつその土木機械の少なくとも一部分の少なくとも一通りの図式的表現を生成するよう且つその少なくとも1個の表示装置によりそれを表示させるよう、構成されていて、その土木機械の少なくとも1個の構成部材及び/又は土木ツールの位置変化が、その1個の表示装置のその少なくとも一通りの図式的表現にて表示されるものに関する。
本発明は、更に、請求項14の前提部分に従いそうした土木機械を運転する方法に関する。
土木機械たりうるものに、例えば、トレンチカッタ、杭打機、ケーブル操作掘削機、グラブ掘削機があり、また移動式クレーンや移動式ジブクレーンもある。
土木機械、とりわけ地中に基礎を作成するためのそれが、以前から知られている。基礎要素を形成するには、例えば、地中に孔、例えば削孔又はミルスロットを作成した上で、その孔を硬化性媒質、とりわけセメントで満たして基礎杭又はダイアフラム壁セグメントを形成させ、必要であれば付加的な補強を施せばよい。基礎要素は、例えば基礎杭又はパネルの駆動又は振動によっても作成することができる。基礎要素は、ここでは荷重ピックアップ又は耐荷重機能に限られず、それに代え又は加えて封止機能及び/又はその他の役目を担いうるものであり、このことは、例えば特殊土木工学に由来する封止壁付掘削ピット囲いのケースで知られている。
現在、周知な土木機械には電子制御ユニットが装備されていて、マシンオペレータによる土木機械の運転をそれによって容易化でき、しかも運転を部分的又は全自動的に引き継がせることさえできる。様々な運転データをセンサ経由で収集し、制御ユニットに送ることができる。制御コマンドを相応なアクチュエータ、とりわけ駆動部及び作動シリンダ宛に、対応するデータライン経由で発行することができる。
こうした土木機械は、例えば特許文献1及び特許文献2から既知である。
土木機械内の表示装置を用いて、内部及び/又は外部センサから制御ユニットにより収集された運転データをマシンオペレータ向けに表示できるので、マシンオペレータがその土木機械を各々効果的且つ安全に制御することができる。そのデータたりうるものに、例えば、その土木ツールの現在深度、ウィンチのトルク、更にはオイル循環路内のオイルの温度がある。
マシン装備及び/又は実行対象工事プロセス次第では、大量のデータをマシンオペレータ向けに表示及び可視化させることが、基礎要素を信頼性良く且つ効率的に作成するために必要となる。既存の問題に、後の方法ステップで不可欠たりうるそれらのデータに起因したデータ洪水によってマシンオペレータが悩まされる、というものがある。
欧州特許出願公開第3299523号明細書(A1) 欧州特許出願公開第3296467号明細書(A1)
本発明の下地をなす目的は、マシンオペレータによる土木機械のひときわ効率的な利用が可能となる土木機械及び土木機械運転方法を明示することにある。
この目的は、一方では請求項1の諸特徴を有する土木機械によって、他方では請求項14の諸特徴を有する方法によって、達成される。
本発明の好適な諸実施形態が、従属形式請求項にて、並びに諸図及びそれらについての記述にて、与えられる。
本発明に係る土木機械の特徴は、その土木機械の少なくとも1個の構成部材及び/又は土木ツールの位置に特定の変化があったときに、表示装置の少なくとも一通りの図式的表現の表示スケール及び/又は表現タイプを自動変更させるよう、制御ユニットが構成されていることにある。
本発明の基本着想は、土木機械の少なくとも1個の構成部材及び/又は土木ツールの位置に特定の変化があったときに、表示装置の少なくとも一通りの図式的表現の表示スケール及び/又は表現タイプを自動変更させるよう、制御ユニットを構成することにある。例えば、実際の対地工事運転の開始時に、その対地工事ツールを、この要領で少なくとも一通りの図式的表現において拡大表示させることができる。この自動的な表示変更によって、そのマシンオペレータに対し、その地盤が間もなく工事されることが明示され、その者の注意がそれに集中することとなる。これにより工事プロセスの効率化が促進され運転過誤が妨げられる。
その表示を、土木機械及び/又は対地工事ツールが高度に単純化された形態で示される非常に図式的な要領で、生起させることができる。これにより、必要な情報処理パワー、記憶空間及びプログラミング労力が低減される。とはいえ、相応な情報処理パワー及び記憶空間を利用できるのであれば、部分的に又は全体として、リアリスティックな表示を生起させることもできる。
本発明のある好適実施形態においては、表現タイプが、表示パースペクティブ(眺望表示)及び/又は表示ディテール(詳細表示)及び/又は部分表示及び/又は部分透視表示を含むものとされる。表示パースペクティブは、とりわけ、側面ビュー、平面ビュー即ち鳥瞰表示、或いは斜視ビューとすることができる。
例えば、ツールの側面ビューでありボーリング孔底部の表示を伴うものを然るべく生起させうるのは、実際の対地工事運転中であり、斜視表示又は上方からの平面ビューが提示されるのは、例えばそのツールが地面にて排土(empty)中であるときやその土木機械が動かされようとしているときである。稼働状態や個々の工事工程によっては土木機械の全体表示が役立ちうるし、とりわけ実際の対地工事運転中にそのツールしか表示させない場合等、専ら表示ディテール若しくは部分表示及び/又は部分透視表示が役立つこともある。
部分透視表示は、例えば、透明表示されている削孔バケットの充満具合を明瞭に描出させつつ残りの機械構成部材を通常表示させるのに、用いることができる。
更なる構成によれば、本発明のひときわ単純な実施形態を実現すべく、表示スケール及び/又は表現タイプの変更を過渡変化なしの切換によって生起させるよう制御ユニットが構成される。単純な切換である分、構造が明白となり過剰な情報処理パワーが不要となる。
本発明の更なる実施形態変例においては、表示スケール及び/又は表現タイプの変更を円滑な過渡変化で以て動的に生起させるよう制御ユニットが構成される。とりわけ、部分表示から全体表示への過渡変化を、円滑なズーム画像継起で以て生起させることができる。側面ビューから斜視ビューに変わる表示も円滑な過渡変化で以て生起させることができ、ひいては特定の工事工程の格別に良好な可視化へと導くことができる。円滑な過渡変化、例えばカメラのパニングに類するそれによって、その方法手順における関連変更及び新規工事工程の到来を、マシンオペレータ向けに格別良好に可視化することもできる。
本発明のある好適実施形態によれば、そのマシンオペレータによる、到来する方法手順及び/又はその方法手順の変更についての格別良好な自覚増進を達成可能とすべく、土木機械の少なくとも一部分を、第1表示スケール及び/又は第1表示パースペクティブ及び/又は第1表示ディテール及び/又は第1部分表示及び/又は全体表示若しくは透視表示にて初期表示させるよう、且つその土木機械の少なくとも1個の構成部材及び/又は土木ツールの位置又は状態が特定のそれに達したときに所定のプログラム制御に従い第2表示スケール及び/又は第2表示パースペクティブ及び/又は第2表示ディテール及び/又は第2部分表示及び/又は透視表示若しくは全体表示へと切換又は変更させるよう、制御ユニットが構成される。この目的のため、土木機械の構成部材のうち1個又は土木ツールの位置又は状態を検出しうる相応なセンサを、その土木機械上に配設することができる。それらセンサは、この場合は制御ユニットに接続される。(部分)透視表示は、とりわけ、土木ツールの充満レベルを可視化するのに、用いることができる。
本発明のある改良例によれば、ひときわ上首尾なことに、とりわけ土木ツールが工事対象地盤に到達したときに表示ディテールを動的に変更させてその土木ツールを中央に常時表示させるよう、制御ユニットが構成される。とりわけ、その土木ツールによる実際の工事運転中に、それを中央配置要領にて表示させることができる。本発明の目的に鑑みれば、「中央配置」は画面上における厳密な中心配置ではなく、寧ろ画面の中央領域内での表示、少なくともその画面の縁以外での表示として理解されるべきである。土木ツールの中央配置表示に加え、その土木機械の他の構成部材を中央配置要領で表示させることもでき、これはその方法手順及び個別の方法ステップ次第である。
本発明のある改良例によれば、ひときわ良好な可視化を達成可能とすべく、特定の工事深度を起点として土木機械の全体表示から少なくとも一通りの部分表示への過渡変化がなされるよう、またその部分表示においてはその土木機械の諸部分、とりわけ案内ロッド若しくは支持ケーブル及び/又はドリルパイプの諸部分が省略されるよう、制御ユニットが構成される。こうすることで、工事工程にとり極めて重要でありマシンオペレータからの特別な注意が必要とされる特殊な構成部材へと、注意を集中させることができる。あまり重要でない構成部材は示される必要がない。好ましいことに、全体表示から部分表示への過渡変化中に表示スケールを変更させること、とりわけ拡大させることもできる。
本発明のある改良例によれば、好適なことに、土木ツールが地盤を貫通し及び/又はその工事対象地盤の基部に到達したとき又はその基部に到達する少し前に、拡大表示スケールにてその土木ツールを表示させるよう、制御ユニットが構成される。とりわけ、工事対象地盤に対する土木ツールの作用具合、例えば土木ツールの充満レベルは、方法手順及び対地工事の効率との関連で決定的に重要である。これが、この種の表示によって更に強調表示され、マシンオペレータの注意がそれに引き付けられることとなる。
本発明のある実施形態変例によれば、ひときわ良好な表示を達成可能とすべく、土木機械の土木ツール及び/又は他の構成部材に比し縮小された表示スケールにてキャリア装置を表示させるよう、制御ユニットが構成される。こうすることで、その土木機械の全体表示を実行するに当たり、その土木機械の土木ツール及び/又は他の構成部材を別々な表示スケールで以て表示させることができ、必要であれば、個々の方法ステップにおけるそれらの重要性を踏まえ別々な忠実度で以て表示させることができる。
本発明のある改良例によれば、とりわけ実際の対地工事運転又は対地工事工程の完了後に有利たりうることに、土木ツールが地盤外に引き出されたときに表示スケールを縮小させるよう制御ユニットが構成される。表示スケールを、とりわけその土木ツールとの関連で縮小させる際に、好ましくも、土木機械全体としては同じ表示スケールを達成させることができる。これにより、例えばボーリング孔の全体深度に関する良好な感触をマシンオペレータに得させることが可能となる。
本発明の更なる好適実施形態変例によれば、キャリア装置の下キャリッジ上に鉛直枢動軸線を巡り可回動実装されている上部構造が枢動したとき又はその直前に、土木機械の側面ビューから平面ビューへの表示パースペクティブの変更及び/又はその逆の変更が果たされるよう、制御ユニットが構成される。結果として、マシンオペレータの注意を、今や、その上部構造が枢動しそうになっていることに集中させることができる。表示モードは、マシンオペレータの制御操作により、プログラム制御それ自体により、或いはセンサデータにより、発動させることができる。ここでは、その土木機械に1個又は複数個のカメラその他のセンサ、例えばRADAR(レーダ)又はLIDAR/LADAR(レーザレーダ)センサをも装備させることができ、それによりその土木機械の周囲物、とりわけ潜在的な障害物を検出させることができる。こうして検出される周囲物及び潜在的障害物をその土木機械の平面ビュー表示に取り入れることができ、ひいてはマシンオペレータによる土木機械の安全運転を支援することができる。
本土木機械は、基本的には、とりわけ特殊土木工学即ち基礎工事に関わる土木処置を実行しうるように構成される。本発明のある実施形態によれば、ひときわ上首尾なことに、削孔リグ、トレンチカッタ、把持装置、杭打機、振動機、グラブ掘削機又はケーブル操作掘削機として土木機械が構成される。ケーブル操作掘削機は、一般に、可枢動なジブアームを有する移動式クレーンとして理解されうるものであり、そのジブアームの支持ケーブル上に把持装置が配設されている必要はない。寧ろ、ケーブル操作掘削機や移動式クレーンは、例えば落重を用いた土壌圧縮にも用いることができる。
本発明のある改良例によれば、上首尾なことに切換装置が配設され、制御ユニットがそれを用い表示スケール及び/又は表現タイプの自動変更を発動及び停止させることができる。その切換装置をマシンオペレータが操作することができ、ひいてはそのオペレータが所望の表示モードを発動又は停止させることができる。
本発明に係る方法の特徴は、土木機械の少なくとも1個の構成部材及び/又は土木ツールの位置に特定の変化があったときに、表示装置の少なくとも一通りの図式的表現の表示スケール及び/又は表現タイプが制御ユニットにより自動変更されることにある。
本発明に係る方法は、とりわけ、本発明に係る前述の土木機械、並びに記述されているその改良例のうち一つで以て、実行することができる。上述した長所をこれにより達成することができる。
図面中に模式的に示されている好適な例示的諸実施形態を参照し、本発明について以下説明する。図面には以下が示されている。
本発明に係る土木機械の模式的側面図である。 a~dはモニタ上で行える一連の表示を示す図である。 a~dはモニタ上で行える一連の表示を示す図である。 a~dはモニタ上で行える一連の表示を示す図である。 a~dはモニタ上で行える一連の表示を示す図である。
本発明に係る土木機械10は、図1に従い削孔リグとして例示的に構成されたものであり、好ましくもクローラシャーシとして構成された下キャリッジ12と、その上に可回動搭載された上部構造14とを有している。下キャリッジ12と上部構造14とでキャリア装置15が構成されている。土木機械10のマシンオペレータ向けのオペレータスタンド17と駆動アセンブリを、既知要領にて上部構造14上に配設することができる。制御ユニットと表示装置、とりわけ少なくとも1個のモニタとを、オペレータスタンド17内に配設することができる。
上マストヘッド19を有する実質的に鉛直なマスト18を、ネックシリンダを伴うアーティキュレーションキネマティクス16を介して、上部構造14の前側に可調装着することができる。キャリッジ20を、マスト18の前側に沿い可変位案内することができる。第1ドリル駆動部22をキャリッジ20上に設けること、また流体圧モータ24が備わるものとすることができる。更に、第2駆動部26をスリーブ状のロータリ連結器27と共にキャリッジ20上に設け、それにより支持チューブ4に対する非可回動連結を確立することができる。第2駆動部26を、例えば、流体圧モータ24を伴う第1ドリル駆動部22に対するギア連結で実質的に構成し、ロータリ連結器27ひいては支持チューブ4にトルクを印加可能とすることができる。
ほぼスリーブ状の第1ドリル駆動部22に、例えば、外ドライバストリップ付のケリーロッドとして構成されうるドリルパイプ30を、貫通させることができる。この場合、ドリルパイプ30を上サスペンション32が備わるものとし、それによりそのドリルパイプ30をメインケーブル39に連結させることができる。メインケーブル39を、マストヘッド19上の案内プーリを介し、上部構造14の上側にあるメインウィンチ38へと案内することができる。メインウィンチ38を作動させることで、ドリルパイプ30を鉛直に動かすことができる。
キャリッジ20を、マスト18に沿いキャリッジ20の上下で案内されるフィードケーブル37に連結させることができ、またそのフィードケーブル37をフィードウィンチ36により作動させることができる。フィードウィンチ36により、マスト18のガイドに沿い上下に、キャリッジ20を動かすことができる。
削孔ツールが、土壌物質除去用の土木ツール34として、ドリルパイプ30の下側に装着されている。図1に示されている例示的実施形態では、土木ツール34が削孔バケットとして構成されている。その削孔ツールの直径は、ここでは、支持チューブ4の内部空洞内にそれを挿入しうるように構成設定されている。
土木機械10を用い、覆い付のボーリング孔を地盤1中に作成することができる。基礎要素を地盤1中に形成するには、硬化性素材をそのボーリング孔内に注入してから硬化させて、基礎要素を形成させればよい。支持チューブ4をその基礎要素の一部分としてそのボーリング孔内に留置させてもよいし、好ましいことに、硬化に先立ち地盤1から引き出すこともできる。
本発明を描出すべく、図2a~図2dに、とりわけ図1に係る土木機械10にて用いられうるところの、表示装置50のモニタ52上での表現の図式的手順を示す。
図2aに係る画面表示はモニタ52上でのもの、好ましくは図1に係る土木機械10のオペレータスタンド17内のそれによるものであり、中央領域にある側面ビュー内にその土木機械10が図式的に示されている。この運転状態においては、土木ツール34が、地盤1中に既に挿入されている支持チューブ4の上方に所在しており、土木ツール34の一例たる削孔バケットが支持チューブ4内へと螺入されつつある。図2aに係るこの描写では、土木機械10が、側面ビューにおいて図式的に且つ高度に簡略化された要領にて示されており、キャリア装置15からマストの上端に至るまで均一なスケールとされている。加えて、支持チューブ4の少なくとも一部分が地盤1中に示されている。土木機械10のこの図式的表現の側部領域には、更なる重要情報及び運転パラメタやカメラ画像も表示させることができ、これらは螺入操作との関わりで総じて重要である。
土木ツール34を支持チューブ4内に螺入させた後、図2b相当の画像がモニタ52上に表示される。この画像においては、ボーリング孔の大部分が地盤1中の支持チューブ4と併せ示されているが、土木機械10のマスト18の上端領域はもはや示されていない。図2bに係る画像では、表示装置50の一例たるモニタ52の中央領域内で、土木ツール34を看取することができる。土木ツール34以外では、土木ツール34とは別のフィールド内で深さ表示を実行することができ、図2bに係る例示的実施形態では地面下16.42メートルが現在深度として表示されている。図2bに係るこの下降プロセスでは、土木ツール34を、図2aと比し同じ表示スケールか僅かに拡大された表示スケールで以て描写することができる。
土木ツール34が地盤1中のボーリング孔内で基部に到達する直前に、図2cに従い表示形態を変更することができる。この場合、土木ツール34が、その土木機械10の残りよりも大きなスケールで示されていて、全体表示が均一でも忠実縮尺でもない。そのツールの現在深度、理論的深度又は目標深度と、この例では土木ツール34たる削孔バケットの充満レベルとを、実質的に中央に示されている土木ツール34のすぐ隣に、その土木ツール34にとりまさに重要なデータとして、表示させることができる。
削孔工程が済み、充満した土木ツール34が地盤1中の支持チューブ4及びボーリング孔外に引き出された後に、土木機械10の上部構造14を、排土位置まで枢動させねばならない。図2dに係るパースペクティブをここで変更させ、図2a~図2cに示されている側面ビューから図2dに示されている平面ビューにすることができる。やはり、土木機械10の表示スケールをここで変更することができる。作成されたボーリング孔や既作成のボーリング孔もこの図に示すことができる。

Claims (14)

  1. 土木機械、とりわけ削孔リグであり、
    可搬なキャリア装置と、
    前記キャリア装置上に配設されたマスト又はジブアームと、
    土木処置を実行すべく前記マスト又は前記ジブアーム上に可調配設された土木ツールと、
    少なくとも1個の表示装置とりわけモニタと、
    自土木機械の構成部材を制御するよう且つ運転状態を検出するよう、並びに検出された運転データに依りつつその土木機械の少なくとも一部分の少なくとも一通りの図式的表現を生成するよう且つ前記少なくとも1個の表示装置によりそれを表示させるよう、構成された制御ユニットと、
    を有し、自土木機械の少なくとも1個の構成部材及び/又は前記土木ツールの位置変化が、前記表示装置の前記少なくとも一通りの図式的表現にて表示される土木機械であって、
    前記制御ユニットが、自土木機械の少なくとも1個の構成部材及び/又は前記土木ツールの位置に特定の変化があったときに、前記表示装置の前記少なくとも一通りの図式的表現の表示スケール及び/又は表現タイプを自動変更させるよう、構成されたことを特徴とする土木機械。
  2. 請求項1に係る土木機械であって、
    前記表現タイプが、表示パースペクティブ及び/又は表示ディテール及び/又は部分表示及び/又は部分透視表示を含むことを特徴とする土木機械。
  3. 請求項1に係る土木機械であって、
    前記制御ユニットが、前記表示スケール及び/又は前記表現タイプの変更を過渡変化なしの切換によって生起させるよう構成されたことを特徴とする土木機械。
  4. 請求項1に係る土木機械であって、
    前記制御ユニットが、前記表示スケール及び/又は前記表現タイプの変更を円滑な過渡変化で以て動的に生起させるよう構成されたことを特徴とする土木機械。
  5. 請求項1に係る土木機械であって、
    前記制御ユニットが、自土木機械の少なくとも一部分を、第1表示スケール及び/又は第1表示パースペクティブ及び/又は第1表示ディテール及び/又は第1部分表示にて初期表示させるよう、且つその土木機械の少なくとも1個の構成部材及び/又は前記土木ツールの位置又は状態が特定のそれに達したときには所定のプログラム制御に従い第2表示スケール及び/又は第2表示パースペクティブ及び/又は第2表示ディテール及び/又は第2部分表示へと切換又は変更させるよう、構成されたことを特徴とする土木機械。
  6. 請求項1に係る土木機械であって、
    前記制御ユニットが、前記土木ツールが工事対象地盤に到達したときに表示ディテールを動的に変更させてその土木ツールを中央に常時表示させるよう、構成されたことを特徴とする土木機械。
  7. 請求項1に係る土木機械であって、
    前記制御ユニットが、特定の工事深度を起点として自土木機械の全体表示から少なくとも一通りの部分表示への過渡変化がなされ、その部分表示においてはその土木機械の諸部分、とりわけ案内ロッド若しくは支持ケーブル及び/又はドリルパイプの諸部分が省略されるよう、構成されたことを特徴とする土木機械。
  8. 請求項1に係る土木機械であって、
    前記制御ユニットが、前記土木ツールが地盤を貫通し及び/又はその工事対象地盤内の孔の基部に到達したとき又はその基部に到達する少し前に、拡大表示スケールにてその土木ツールを表示させるよう、構成されたことを特徴とする土木機械。
  9. 請求項1に係る土木機械であって、
    前記制御ユニットが、自土木機械の前記土木ツール及び/又は他の構成部材に比し縮小された表示スケールにてベースキャリアを表示させるよう構成されたことを特徴とする土木機械。
  10. 請求項1に係る土木機械であって、
    前記制御ユニットが、前記土木ツールが地盤外に引き出されたときに前記表示スケールを縮小させるよう構成されたことを特徴とする土木機械。
  11. 請求項1に係る土木機械であって、
    前記制御ユニットが、前記キャリア装置の下キャリッジ上に鉛直枢動軸線を巡り可回動実装されている上部構造が枢動したとき又はその直前に、自土木機械の側面ビューから平面ビューへの表示パースペクティブの変更及び/又はその逆の変更が果たされるよう、構成されたことを特徴とする土木機械。
  12. 請求項1に係る土木機械であって、
    削孔リグ、トレンチカッタ、把持装置、杭打機、振動機、グラブ掘削機又はケーブル掘削機として構成された土木機械であることを特徴とする土木機械。
  13. 請求項1に係る土木機械であって、
    切換装置が配設されており、前記制御ユニットがそれを用いて前記表示スケール及び/又は前記表現タイプの自動変更を発動及び停止させうることを特徴とする土木機械。
  14. 土木機械を稼働させる方法であり、その土木機械が、とりわけ請求項1に係り、
    可搬なキャリア装置と、
    前記キャリア装置上に配設されたマスト又はジブアームと、
    土木処置を実行すべく前記マスト又は前記ジブアーム上に可調配設された土木ツールと、
    少なくとも1個の表示装置とりわけモニタと、
    制御ユニットと、
    を有していて、
    前記制御ユニットにより前記土木機械の構成部材が制御され且つ運転状態が識別され、且つ
    検出された運転状態に依りつつ前記土木機械の少なくとも一部分の少なくとも一通りの図式的表現が前記制御ユニットにより生成され且つ前記少なくとも1個の表示装置上に表示され、その土木機械の少なくとも1個の構成部材及び/又は前記土木ツールの位置変化が、その表示装置の前記少なくとも一通りの図式的表現にて表示される、
    ものである方法であって、
    前記土木機械の少なくとも1個の構成部材及び/又は前記土木ツールの位置に特定の変化があったとき又はその直前に、前記表示装置の前記少なくとも一通りの図式的表現の表示スケール及び/又は表現タイプが、前記制御ユニットにより自動変更されることを特徴とする方法。
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