JPH09257472A - 建設機械用レーザー光検出表示装置 - Google Patents
建設機械用レーザー光検出表示装置Info
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- JPH09257472A JPH09257472A JP8089007A JP8900796A JPH09257472A JP H09257472 A JPH09257472 A JP H09257472A JP 8089007 A JP8089007 A JP 8089007A JP 8900796 A JP8900796 A JP 8900796A JP H09257472 A JPH09257472 A JP H09257472A
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- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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- E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
- E02F3/76—Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
- E02F3/80—Component parts
- E02F3/84—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems
- E02F3/844—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems for positioning the blade, e.g. hydraulically
- E02F3/847—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems for positioning the blade, e.g. hydraulically using electromagnetic, optical or acoustic beams to determine the blade position, e.g. laser beams
-
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- Operation Control Of Excavators (AREA)
- Component Parts Of Construction Machinery (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
許容でき、複数の建設機械が至近距離で作業を行って
も、リモートディスプレイが誤作動する恐れのない建設
機械用表示装置を提供する 【解決手段】 ブレード5の上方にレベルセンサ2を取
り付け、基準となるレーザ光Pをレベルセンサ2で検知
し、それに基づいた情報をリモートディスプレイ40に
表示する構成のブレード付き建設機械用表示装置におい
て、レベルセンサ2に送信用の発光素子90を設け、こ
の発光素子90に対応させた受光素子11をリモートデ
ィスプレイ40に設け、発光素子90と受光素子11の
間で光信号によって前記情報を伝える構成にしたことを
特徴とする建設機械用表示装置。
Description
にレベルセンサを取り付け、基準となるレーザ光をレベ
ルセンサで検知し、それに基づいた情報をリモートディ
スプレイに表示する構成のブレード付き建設機械用表示
装置に関する。
は、ブルドーザやクローラ等のブレード付き建設(土
工)機械が用いられる。
工事を進め、その途中で何度も測量を行って平坦度をチ
ェックしていた。
とにより、建設機械の操縦者が運転席で直接平坦度をチ
ェックできるようになった。すなわち、基準となるレー
ザ光線をブレードの上方に取り付けたレベルセンサで検
知し、基準面からのズレ方向をディスプレイに表示する
のである。
光が遮られないように、ポールを介してブレード上方の
比較的高い位置に取り付けられる。このため、特に大型
の建設機械の場合には、レベルセンサと操縦者との距離
が離れて(例えば5m)、表示が見難くなってしまう。
ートディスプレイを配置して、操縦者が楽に表示内容を
判読できるようにしている。
サは、ケーブルで接続されるか又はラジオ無線で接続さ
れていた。
とレベルセンサをケーブルで接続した場合には、建設機
械本体とブレードの間にケーブルが渡される。ブレード
は造成工事で激しく動いて大きな衝撃を受けるため、干
渉を生じたりケーブル自体がブレードの動きの邪魔にな
ることがある。
時間と手間が必要であり、コスト高になってしまう。
電波に指向性がないため、複数の建設機械が至近距離で
工事を行った時に、別のレベルセンサからの電波でリモ
ートディスプレイが誤動作してしまうことがあった。
ベルセンサとリモートディスプレイの1対(セット)毎
に周波数を調整すれば良い。しかし、そのような事前調
整は面倒であった。
の問題点を解決し、ブレード付き建設機械の激しい動き
を十分に許容でき、複数の建設機械が至近距離で作業を
行っても、リモートディスプレイが誤作動する恐れのな
いブレード付き建設機械用表示装置を提供することであ
る。
(5)の上方にレベルセンサ(2)を取り付け、基準と
なるレーザ光(P)をレベルセンサ(2)で検知し、そ
れに基づいた情報をリモートディスプレイ(40)に表
示する構成のブレード付き建設機械用表示装置におい
て、レベルセンサ(2)に送信用の発光素子(90)を
設け、この発光素子(90)に対応させた受光素子(1
1)をリモートディスプレイ(40)に設け、発光素子
(90)と受光素子(11)の間で光信号によって前記
情報を伝える構成にしたことを特徴とするブレード付き
建設機械用表示装置を要旨としている。
は、ブレードの上方にレベルセンサを取り付け、基準と
なるレーザ光をレベルセンサで検知し、それに基づいた
情報をリモートディスプレイに表示する構成のブレード
付き建設機械用表示装置において、レベルセンサに送信
用の発光素子を設け、この発光素子に対応させた受光素
子をリモートディスプレイに設け、発光素子と受光素子
の間で光信号によって前記情報を伝える構成になってい
る。従って、別のレベルセンサからの信号でリモートデ
ィスプレイが誤動作することはない。
個づつ設け、その各々からの情報をディスプレイに表示
する構成にすることが好ましい。これによって、ブレー
ドの左右方向の傾きもチェックでき、整地作業をより効
率的に進めることができる。
し、受光素子の指向性が横方向に±15°〜±25°、
上下方向に±50°〜±90°となるようにすることが
好ましい。これによって、ブレードの縦方向の動きに対
して充分に対応できる。
する。
えたブルド−ザによる土工事の様子を示す平面図であ
る。
回転レーザ装置20が設置されている。回転レーザ装置
から出射されたレーザ光Pが基準面を形成している。
に指示するための表示装置がブルドーザ4に設定されて
いる。
レベルセンサ2と、それに基づいて適正高さからのズレ
を操縦者に提示するためのリモートディスプレイ40か
ら構成されている。この実施例では、レベルセンサ3も
表示部23を有している。
図、側面図である。
グ21を有し、その幅広面に表示部23が設けられ、両
側面に受光部21が配置されている。
2が設けられており、装置3はポールクランプ22によ
ってブレードから上方に伸びるポール6に取り付けられ
る。レベルセンサ2は、表示部23がブルドーザ2の運
転席に対面するように固定される。
5の左右両側に設けられており、その各々にレベルセン
サ2が取り付けられている。このように、ブレード5の
左右にレベルセンサ2を設けることによって、ブレード
の高さ方向のズレだけでなく、ブレード5の左右方向の
傾きも検知することができる。
24が設けられ、そこに収容したNiCd蓄電池やNi
H蓄電池等から電力を得ることができる。蓄電池収納部
24の近くにはデータ出力コネクタ部25と外部電源コ
ネクタ部26が設けられている。外部電源コネクタ部2
6はブルドーザ5のバッテリからの電源ケーブルを接続
する際に利用される。データ出力コネクタ部25は、必
要に応じて別の表示装置に高さ情報を表示するために用
いられる。
部27が配置されている。受光部27は、縦1列に配置
された複数個のフォトセンサ28で形成されている。
基準面までの高さと、ブレードの刃先7aから受光部2
7までの高さは関連づけられている。従って、受講部2
7の所定の高さ位置でレーザ光P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。
示す処理回路に送られる。処理回路は、表示装置のケー
シング21内に配置されている。
幅され、ハイパスフィルタ部30に導かれる。
ンサ28は外来のノイズ光を含んだ受光信号を出力する
が、外来のノイズ光に基づく受光信号はハイパスフィル
タ部30により通過を阻止される。
号は、ピークホールド部31に導かれ、ピークホールド
部31はその受光信号のピーク値を保持する。
プレクサ32に接続され、アナログマルチプレクサ32
は各フォトセンサ28からの受光信号をサンプリングす
る。アナログマルチプレクサ32は、いずれのフォトセ
ンサ28からの受光信号であるかを判別する。
アナログ・デジタル変換されて制御部のCPU部34に
入力される。
クス状に表示用光源36が配置されている。表示用光源
36としては、発光ダイオードや液晶等の周知の光源を
用いることができる。表示用光源36は半透明の暗黒色
カバー23aにより被覆されており、発光時にのみ外部
から視認可能である。
回路37と列ドライブ回路38とによって点灯制御され
る。
入出力インターフェース部39によって制御され、列ド
ライブ回路38はCPU部35の並列入出力インターフ
ェース部40により制御される。符号41は、表示時間
を管理するタイマ部を示している。
センサ28のどのフォトセンサ28が照射レーザ光を受
光したかに基づいて、次のような高さ補正指示信号Sを
表示するように構成されている。
が適正高さより高すぎる場合には、高さ補正指示信号S
1が全体的に下方向に移動して見えるように表示を行
う。反対に、ブレード刃先7aが低すぎる場合には、高
さ補正指示信号S2が全体的に上方向に移動して見える
ように表示する。
信号S1,S2の移動速度を大きくし、ずれ幅が小さく
なったら移動速度を小さくするように制御する。
することによって、ブルドーザの操縦者は一瞥で直観的
に高さ補正指示を認識することができる。また、補正指
示信号S1,S2が移動しているため、凝視する必要は
なく、整地作業を継続しつつ視野の片隅で指示を認識す
ることが可能である。さらに、運転席が振動していても
指示を的確に認識することができる。また、ある程度慣
れれば、左右2つの表示部の表示内容を同時に直観的に
把握することも可能である。
36が斜線で示してある。3個の光源による三角形マー
クの補正指示信号S1は、下向きの矢印をイメージさせ
るもので、矢印の向きはブレード刃先5aを移動させる
べき方向をである。また、矢印の移動速度は、高さズレ
解消のためのブレード刃先5aの所要移動距離の大きさ
を示している。
合に、例えば100ミリ秒間隔で早く移動させる、ずれ
幅が小さい場合には、例えば400ミリ秒間隔でゆっく
り移動させるようにできる。このような点灯時間間隔の
管理は、タイマ部41を利用して行う。
できる。すなわち、3個の表示用光源36のうち2個の
みを(a)ないし(d)のように点灯させ、残りの1個
の光源36を(e)ないし(h)のように2個の光源3
6の点灯から例えば10ミリ秒後に点灯させるのであ
る。このように、人間の眼の残像現象を利用して、残像
時間よりも短い時間間隔だけ遅らせる方式で補正指示信
号を形成すれば、省電力化を図ることができる。
外でも良く、例えば矢印マーク等も採用できる。
信用の発光素子90が配置されている。この発光素子9
0は例えばLEDであり、ある程度の指向性を有する光
線を射出する。その特性を図18に示す。(a)は発光
スペクトル、(b)は指向特性である。
0の受光部99と対面しており、両者の間で光通信が行
われる。この光通信については、後で詳述する。
には左右のレベルセンサ2に対応した2つのリモートデ
ィスプレイ40が並置されている。
イ本体の上部には受光部99が設けられている。受光部
99は、フォトダイオードPD等の受光素子11を備え
ている。
の外側には、縦長のフィルタ101が配置されている。
フィルタ101の縦横の長さの比により、受光素子11
の横方向の指向性X、及び縦方向の指向性Yが定められ
る。
の指向性Xは、±10°〜±30°になっている。ま
た、(b)に示す縦方向の指向性Yは、±10°〜±9
0°になっている。これらの指向性に関しては、ブレー
ドまでの距離やブレードの移動範囲により好ましい数値
が求まるが、より一般的には横方向の指向性Xは±20
°〜±25°、縦方向の指向性Yは±40°〜±60°
とする。
とによって、ブレードの上下の動きに充分に対応でき、
また左右のレベルセンサ2からの各々の信号が誤って別
の受光素子11に入射することを防止できる。
のような材料で形成できる。フィルタ101の特性の一
例を、図20に示す。フィルタ101の肉厚は、例えば
2mmである。
する側には、レベルセンサの表示部23と同様の表示部
93が設けられている。この表示部93に表示される適
性高さ情報は、左右の対応するレベルセンサの表示部9
3に表示されるものと実質的に同じである。
トディスプレイ40の受光素子との間で行う光通信につ
いて説明する。この光通信では、基準面からのズレに関
する情報が送られる。この情報に基づいて、リモートデ
ィスプレイの光源が点灯する。
かなり大きくなるため、通常の方式では発光側で相当に
大きな光出力が必要になる。そこで、この実施例では、
S/N比を1以下にして発光側の光出力を小さくし、ま
た、発光側からのパルス光をDuty50%以下にして
発光側の消費電流を小さくできるようにする。
源を用いて同期のとれた時間帯を作り出し、その時間内
で信号の平均処理を行うようにする。
る形態のパルス光による信号を、複数回重ね合わせて加
算(積算)することによって平均化する処理である。
期でサンプリングし、これをA/D変換する。そして、
サンプリング信号を次々に加算して、加算値をメモリに
記憶させる。メモリの内容は最初に全て0にしておく
か、あるいは最初のパルス光周期分だけは加算しないよ
うにする。これにより、パルス光の所定の周期回数終了
時に、所定の回数の積算が行われるので、積算値を所定
の回数で徐すれば平均化することができる。
に、パルス信号が無ければ、アナログ回路からは、回路
の直流バイアス成分にノイズ成分が加わったノイズ信号
が出力される。これを、前記手順で平均化すると、ノイ
ズ成分はランダムであるためバイアス成分に収束する。
パルス信号が存在する場合には、回路バイアス成分とノ
イズ成分に信号成分が加わった信号となり、これを平均
化すればバイアス成分に信号成分が加算された値に収束
する。
信号成分のみをノイズから浮き出させて検出することが
できる。
が、次のようにすれば、より簡略化することができる。
ログ比較器を用い、アナログ信号を2値のデジタル信号
に変換し(図13参照)、パルス信号の繰り返し周期で
2値信号をサンプリングしてメモリに加算して記憶す
る。
イアスに等しく調整しておけば、パルス信号がない場合
には2値化信号は「1」及び「0」の発生確率が1/2
であり、積算結果は積算回数の1/2に収束する。
信号の正負の状態により「1」と「0」のいずれかが発
生し、積算された結果は図10に示すように積算回数の
値または0となる。
には、信号の正負の状態により積算された結果は、図1
4に示すように積算回数/2<積算値、又は積算値<積
算回数/2の値となる。積算回数を多くすることによ
り、信号がない時間帯の積算値を1/2に収束させるこ
とができるので、S/N比を1以下にすることが可能で
ある。
バイアスと完全に等しくない場合には、パルス信号がな
い時間帯の積算値が積算回数の1/2からずれる。従っ
て、通常のS/N値改善を目的とする場合には、アナロ
グ比較器の基準値を回路バイアスに一致させておくこと
が望ましいが、積算結果の後処理の都合で基準値をずら
しておくことが好ましい場合もある。それゆえ、アナロ
グ比較器の基準値は、装置全体の構成に合わせて最適な
値に設定すれば良い。
性のある発光素子45が設けられている。この発光素子
45の変調回路の構成を、図4に基づいて説明する。
クを得る。クリスタル41の信号をカウンタ42によっ
て分周する。カウンタ42の出力信号をイコ−ルコンパ
レタ43に入力する。イコールコンパレータ43はカウ
ンタ42の値が所定の値になったときに出力信号を発生
する。イコールコンパレータ43により基準クロックに
基づいたデューティ50%以下の必要な波形の信号を得
る。この信号に基づいて駆動回路44により発光素子9
0を発光させ光信号を射出する。
光素子90からの光信号を検出するための受光素子11
及び受光側回路が設けられている。図8、図13〜15
に基づいて、リモートディスプレイ側の受光側回路の構
成を説明する。
前面には、光学フィルタ10が設けられている。PD1
1に太陽光などの直流光が入射した場合、ショットノイ
ズが周波数帯全域に発生しS/N比を低下させてしま
う。このため、光学フィルタ10を用いて発光側の発光
素子15発光波長以外の波長帯域を遮断することにより
ショットノイズを低減する。
し電流信号とする。図15bは、光信号成分を光電変換
した時の電流波形を示している。この電流信号は、共振
回路12により電圧信号に変換される。図15cは、電
流信号成分に対する共振回路の出力波形を示している。
共振回路12の共振周波数を、発光側からの光信号の基
本波成分の周波数に合せておくことによって、外光によ
るDC成分や光信号の高周波成分を除去し、光信号の基
本波成分のみを電圧信号にする。共振回路12のQは、
周辺温度による中心周波数の変動の影響を受けない程度
の値に設定しておく。
プ13によって増幅される。アンプ13の利得は、光信
号がない状態でアンプ13の内部ノイズによりアナログ
コンパレータ14の出力がランダムに2値信号「0」及
び「1」となる程度の利得に設定する(図15d参
照)。アナログコンパレータ14の+端子には、アンプ
13の出力信号を入力する。アナログコンパレータ14
の−端子には、アンプ13の出力信号を光信号の発光時
間に比し十分長い時定数で積分した積分信号を入力す
る。アンプ13を非反転増幅で構成しているため、光信
号の発光時間帯のアナログコンパレータ14の出力信号
は1となる(図15e参照)。
算器15に入力される。加算器15は、パルス光より短
い周期のクリスタル17の高安定な基準クロックに同期
して、アドレスカウンター19により指定されたRAM
16のデータと、アナログコンパレータ14の出力信号
「0」、「1」を加算してRAM16に書き込む。
分だけのアドレスを持っているため、アドレスカウンタ
19を0〜MSBまで所定の回数動作させることによ
り、RAM16内のあるアドレスには、パルス光の周期
のある一部のアナログコンパレータ14の出力信号を所
定の回数積算された結果が記録される。これにより、R
AM6にはパルス光の周期分の積算結果が記録される
(図15f参照)。なお、積算する回数は発光側のクリ
スタル41と受光側のクリスタル17がほぼ同期のとれ
た状態とみなせる時間帯で、繰り返し積算することによ
り平均化処理を行うものである。
てのアドレスのデータを、RAM16からデジタルコン
パレータ20に送る。デジタルコンパレータ20は、所
定の値(スレシュレベル)を越えた時のみ、出力信号を
発生し、光信号の発光期間が「1」、光信号の消灯期間
が「0」となる2値のデジタル信号に処理する。本実施
例ではPD11の負荷として共振回路を用いているた
め、PD11の受光光量が多い場合、共振回路のダンピ
ング波形により光信号の発光時間帯でない時にデジタル
コンパレータ20の出力が「1」となる場合もある(図
15g)ため、デジタルコンパレータ出力をリトリガ可
能なモノステーブルマルチバイブレータ等に入力して、
1パルスの光信号に対して1パルスの出力信号を得られ
るように信号処理を行っても良い。モノステーブルマル
チバイブレータは、入力信号の立上がりか立下がりによ
り所定時間のパルスを発生する。リトリガとは、パルス
を出力している間に立上がりか立下がりの信号が入力さ
れた場合に、その入力信号の時点から所定時間の出力パ
ルスが延長される機能である。なお、デジタルコンパレ
ータ20にデータを送っている時は、リセット回路18
によりRAM16のデータを加算器15に送らないよう
にしRAM16の全てのアドレスの内容に新しいデータ
を書き込み、次の平均化処理を開始する。
いない。これは平均回数は予め設定される定数であり、
徐する前の値で信号を検出しても等価であるため、回路
構成を簡略化するためである。
う場合は、図8中のアナログコンパレータを、A/D変
換器に置き換えれば良い。
を採用しているため、S/N比が1以下の微小光でも良
好な通信を行うことができる。それゆえ、発光側の発光
出力が小さくて済み、消費電流を低減できる。
ブレード付き建設機械の激しい動きを十分に許容でき、
複数の建設機械が至近距離で作業を行っても、リモート
ディスプレイが誤作動する恐れがなく、効率良く土工作
業を実施できる。
し、受光素子の指向性を請求項3のように設定した場合
には、ブレードの縦方向の動きに対して充分に対応可能
となる。
個づつ設け、その各々からの情報をディスプレイに表示
する構成にした場合には、ブレードの左右方向の傾きも
チェックでき、整地作業をより効率的に進めることがで
きる。
ザで土工作業をしている様子を示す平面図。
ック図。
(b)はその受光部を示す斜視図。
行う光通信に関する説明図。
ーザを示す斜視図。
(a)は発光スペクトル、(b)は指向特性を示してい
る。
る図で、(a)は左右方向、(b)は上下方向に関す
る。
ルタの特性の一例を示すグラフ。
Claims (3)
- 【請求項1】 ブレード(5)の上方にレベルセンサ
(2)を取り付け、基準となるレーザ光(P)をレベル
センサ(2)で検知し、それに基づいた情報をリモート
ディスプレイ(40)に表示する構成のブレード付き建
設機械用表示装置において、レベルセンサ(2)に送信
用の発光素子(90)を設け、この発光素子(90)に
対応させた受光素子(11)をリモートディスプレイ
(40)に設け、発光素子(90)と受光素子(11)
の間で光信号によって前記情報を伝える構成にしたこと
を特徴とするブレード付き建設機械用表示装置。 - 【請求項2】 レベルセンサ(2)をブレードの左右の
上方に1個づつ設け、その各々からの情報をリモートデ
ィスプレイ(40)に表示する構成にしたことを特徴と
するブレード付き建設機械用の表示装置。 - 【請求項3】 受光素子(11)の外側に縦長のフィル
ター(101)を配置し、受光素子(11)の指向性が
横方向に±10°〜±30°、上下方向に±30°〜±
90°となるようにしたことを特徴とする請求項1又は
2のいずれかに記載のブレード付き建設機械用表示装
置。
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
JP08900796A JP3827764B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 建設機械用レーザー光検出表示装置 |
EP97104677A EP0797075B1 (en) | 1996-03-19 | 1997-03-19 | Laser beam level sensor |
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DE69722992T DE69722992T2 (de) | 1996-03-19 | 1997-03-19 | Laserstrahlhöhensensor |
Applications Claiming Priority (1)
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JP3827764B2 JP3827764B2 (ja) | 2006-09-27 |
Family
ID=13958803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08900796A Expired - Fee Related JP3827764B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 建設機械用レーザー光検出表示装置 |
Country Status (4)
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---|---|
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EP (1) | EP0797075B1 (ja) |
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