JPS6389736A

JPS6389736A - 土工作業機械の高さ表示装置

Info

Publication number: JPS6389736A
Application number: JP62203968A
Authority: JP
Inventors: ギャリー・リン・カイン
Original assignee: Spectra Physics Inc
Current assignee: Newport Corp USA
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1987-08-17
Publication date: 1988-04-20
Also published as: EP0262764A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は高さ指示装置に関連しており、さらに詳細に言
えば鉱山用ンヨベルのような大型土工作業機械のための
レーザー作動の高さ指示装置に関連している。

（従来技術及びその問題点）採鉱のような土工作業活動においては、機械の相対的な
高さを知ることは鉱山用ショベルのような土工作業機械
の運転者にとって重要である。たとえば、露天採鉱にお
いて、特定の高さで物質を取り出しほぼ水平な堀り割シ
道を維持することが必要である。

広い採鉱現場におけるショベルの運転者にとって、彼が
採掘している所の正確な深さを知ることと、広い領域に
わたって一定の高さで堀り割り道を維持することは難し
い。建設産業において、比較的小さな土工作業機械の高
さの表示を提供するために通常使用される１つの方法は
、一定の基準高さを提供するためのレーザーの使用を含
んでいる。回転するレーザー光線が連続して３６０００
円弧を掃照して予め定められた高さでほぼ水平な基準平
面を形成する。土工作業機械に装着されたレーザー光線
感知装置がレーザー光線を検出する。レーザー光線の存
在とレーザー光線が感知装置に当る相対高さ位置とを示
す電気信号が表示装置に導かれる。

運転者は表示と監視して、それから表示された情報に応
じて土工作業機械のプレードを上げたり下げたシできる
。またはビーム位置を示す電気信号が、プレードを自動
的に上げたり下げたシするのに油圧または空気圧シリン
ダーのような制御機構に供給されてもよい。

いくつかのレーザーによる高さ検出装置が特許文献に記
述されている。Ｃａｒｓｏｎの米国特許ガロ４．２００
，７８７は、複数のファイバーオプティックスのファイ
バーが全方向からの光を受けるために円筒状に並んで配
置されている全方向レーザー感知装置に関連している。

特定の高さで全てのファイバーによシ受けられた光が特
定の光検知装置へ導かれる。光検知装置からの情報がそ
れから機械のプレードの相対高さを示すために表示板へ
中継される。

ＪＯｈｎｓｏｎの米国特許、％４，１６２，７０８はレ
ーザー光線源からの光を受けて検知するための検知アレ
イに関連している。装置が装着されている道路地ならし
車の運転手室内で、電線が検出手段を表示装置及び制御
装置に連結している。

Ｔｅａｃｈの米国特許Ａ４，１２９，２２４はバックホ
ーに装着されたレーザー光線感知ユニットの使用に関連
している。感知ユニットがバンクホーの張出し棒すなわ
ちブーム上に装着されている。バックホーのアウトリー
チブーム、ダウンリーチブーム及びバケットの相対角度
を検知するために変換器がまた備えられている。検知装
置、変換器及び関係した回路が協働して採掘バケットを
正確な堀りの角度と深さに維持する。

Ｔｅａｃｈの米国特許Ａ　４，０３４，４９０はエンド
８レスチエーン型の溝堀り機械の採掘フレームの角度位
置を制御するためのレーザー光線検知装置の使用に関連
している。５ｃｈｏｌｌとその他の者の米国特許／％３
，８８７，０１２は地ならし車のような土工作業機械の
ブレードの制御のためのレーザー光線検出装置の使用に
関連している。

レーザー光線で作動される高さ検出システムのいくつか
の応用にあたって、レーザー感知器から制御機構への情
報の伝達において困難に遭遇する。

レーザー感知器が、たいてい土工作業機械のブレード部
分、バケット部分またはブーム部分の上または近くに配
置され、制御装置が土工作業機械の運転手室の近くまた
は内部に配置されるため困難が発生する。一般にズーム
またはバケット上のレーザー感知手段と運転手室の中の
制御機構の間にのびる導線により情報が伝達される。道
路地ならし機械、溝堀り機械、地ならし機械及びバック
ホウのような比較的小さい土工機械においては、レーザ
ー感知器と制御機構の間の距離が一般に短いので直接の
導線ケーブルは一般に満足できるデータ伝達手段を提供
する。しかしながら採鉱ショベルのような巨大な土工作
業機械では、レーザー感知器とコントロール機構の間の
距離は大きいので導線の使用が実イ１不可能となる。そ
の上、大きい採鉱ショベルのブームとバケットによりと
られる動きの複雑さと型が運転手室とブームまたはバケ
ットの間にのびているコーｈ”ｔたはワイヤーに容易に
からまりをおこすことができる。

一般に採鉱ショベルは比較的大きく、高さが１２ｍ　（
４０ｆｓｅｔ）　（地面からンコイル本体の先端まで測
ったとき）あり、長さが１５　ｍ　（５０ｆｓｅｔ）の
ズームと、３７立方ｍ（４０立方ｙａｒｄ）の物質をす
くい上げることのできるバケットを備えている。一般に
バケツ）Ｔｈ支えブームに取りつけられているディツパ
−ステッキの長さは、はぼ７．ｓｍ（２５フイート）に
なり得る。認識されるように、ディッパーステッキの先
端と運転手室の間の距離を覆って導線ケーブルをひきま
わすのは実際的ではない。その上ショベルの運転中ディ
ツパ−ステッキとブームによりとられる動きの型が、運
転手室とディツパ−ステッキの間にのびているいくつか
のケーブルをからませ、あるいは切断する可能性がある
。

そのため本発明の目的は大きい土工作業機械上のレーザ
ー感知装置から、該レーザー感知装置よりある距離をは
なして位置されている制御機構にデーターを伝達するた
めの改良された無線手段？提供するものである。

（問題点を解決するための手段）本発明によると、機械が地面を堀っている高さを表示す
るために土工作業機械用高さ表示装置が提供される。高
さ表示装置は、基準高さで光線の存在を感知し、それに
応答して検出信号を提供するために機械の可動部材に装
着されるレーザー光線感知手段を含んでいる。前記検出
信号に応答する無線送信手段が、感知手段により供給さ
れる情報を送信するために提供される。電力供給手段が
感知手段と無線送信手段に電力を供給するために提供さ
れる。無線受信手段が送信手段により送信された情報を
受信し、運転者視覚可能表示手段が情報を表示する。

望ましくは、レーザー光線感知手段は、はぼ垂直に間隔
を保たれて並んだ感知器を含んでいる。

電源供給手段は列状に並べられた太陽電池と複数の再充
電可能な電池を含んでいる。表示装置は望ましくは個々
のライトが垂直に列になってのびているものからなり、
各々のそのライトが機械の可動部材のために特定の高さ
を表示するようになっている。

従って本発明の１つの特徴は、機械部材の高さについて
の情報を土工作業機械の離れた部分から土工作業機械の
運転手室へ送信するのに無線送信機が使用されることで
ある。この特徴は、機械の離れた部分から運転手室への
電線のひきまわしを不要にする利点を有している。送信
機と感知セルに電力を供給するために列状に並んだ太陽
電池が送信機と感知セルの近くで採鉱ショベルのディン
バーステッキ上に装着されるということも本発明の特徴
である。これは、シフイル本体からディツパ−ステッキ
への電カケープルのひきまわしを不要【する。

以下の本発明の実施例の詳細なる説明を検討することに
よシ、本発明のこれら及び他の特徴と利点が技術に熟知
した人々に明らかとなるだろう。

（実施例）第１及び２図に示すように、レーザー源１２によシ放射
される光線りによシ作動可能な高さ表示装置１０が、採
鉱ショベル１４のごとき大きな土工作業機械に、採鉱シ
ョベル１４０作業者がシフイルに対して選ばれた高さを
維持するのを助けるために、取シ付けられている。採鉱
ショベル１４はエンドレス踏金２０を有する下部走行体
１８を含んでいる。ショベル１４は、またショベル１４
のエンジンと、運転者がそこからショベル１４を制御す
ることとなる運転室２４を収容する本体２２を含んでい
る。シフイル１４はまた掘削作業き達成するためにブー
ム装置２８と含んでいる。第１図に示される採鉱ショベ
ル１４は露天鉱山における石炭掘削に特に適するように
されている。ズーム装置２８はアウトリーチブーム部材
３０、ディツノミーステッキ３２及びバケット３４を含
んでいる。アウトリーチブーム部材３０は決まった長さ
を有し、本体２２に回動可能に装着される。

ディツパ−ステッキ３２は枢軸３６によりアウトリーチ
ブーム３０に装着される。回動可能にディツパ−ステッ
キ３２の下側端部に受けられるバケット３４は、物質の
掘削を容易にするために複数の歯を有する先行縁部３８
を含んでいる。

・・ウジフグ４２内に含まれる高さ表示手段ｌＯのいく
つかの構成要素を装着するための場所を提供するために
、柱４０がディンパースティック３２の上側端部に固定
されている。レーザー源１２により放射されるレーザー
光線りを感知するための感知手段４４、レーザー感知手
段によシ受け取られた情報を処理するための符号化手段
４６、符号器４６により処理されたデータを送信するた
めの無線周波送信手段４１と、感知手段４４、符号器手
段４６、無線周波送信手段４１に電力を供給する電力供
給手段５０をマストに装着された構成要素が含んでいる
。

感知手段４４は、はぼ垂直に向けられて並んでいる従来
型の設計の光受容器５２を含んでいる。

感知手段４４を構成している光受容器の列がケーンン／
４２の１側を下向きにのびるように第１図に図示されて
いる。ケーシング４２の反対側に下向きにのびている同
一の光受容器の列が、ショベル１４が回転する方向にも
かかわらず光［Ｌが感知されることを許容する。光受容
器の列は高さが約１．２　ｍ　（４７１ｎｃｈ）である
。

符号化手段４６（第２図）と無線周波送信手段４１（第
２図）がやはシケーシング４２内に装着されている。符
号化手段４６が光受容器５２から受けた情報の処理をし
、その情報を送信手段４１からアンテナ５４と経由して
送信され得る形にする。符号化手段４６は光受容器が受
ける光Ｉｖ！Ｌヲ例えば２進化信号に符号化する。送信
機４１がそれからパルスの幅が１”または０”を示す状
態で無線周波エネルギーの連続パルスとして２進化信号
を送信する。情報が送信される距離範囲は比較的短いの
で、送信器４１は過度に強力でなくてよい。

電力供給手段５０はケーシング４２の片側に装着された
多数の列の太陽電池５７を含んでいる。

光受容器５２、符号器４６、と送信器４１を運転するた
めに必要な電力を供給するために十分な数の従来型の設
計の太陽電池が備えられる。電源５０はまた太陽電池に
より連続的に充電される再充電可能なニッケル、カドミ
ウム電池の列（図には示してす１／１）を含んでいる。

電池は、周囲の光の状態が変動する間中、装置構成要素
に対して一定の電力供給を保証する。

送信器４１により送信された無線周波信号がアンテナ５
６によシ受けられ、運転室２４内側に配置された受信器
５８に導かれる。送信器４１と受信器５６の間の長い距
離のため、もしも直接の電気的な連結が感知手段４４と
運転室２４０間で維持されるならば相当量の導線ケーブ
ルが必要であることが認識されるだろう。さらに、採鉱
ショベル１４の運転中にアウトリーチブーム３０とディ
ツパ−ステッキ３２の運動が比較的に複雑なのでそのよ
うなケーブルをもつれさせるかもしれないことが認識さ
れるだろう。受信器５８と送信器４１の間の通信リンク
がこれらの困Ｍｔ−避ける。

受信器５８は受けた情報を、その情報と解読して表示手
段６２が利用することのできる形にする解読器６０に供
給する。２進化された情報は望ましくは１対１５方式に
解読される。解読器６０は独立した装置として示されて
いるが、受信器５８内の適当な回路であってもよい。

複数のライト６４を含む表示手段６２が、受信器５８に
よシ受けられ解読器６０により解読された情報を表示す
るために備えられている。ライト６４が垂直に並んで配
列され、ディンバーステッキ３２が上げられたシ下げら
れたりするにつれてスイッチが入って、その垂直位置を
ショベルの運転者に表示する。ライトのうちの１つ、例
えばライト６６が違う色であってもよい。バケット３４
が所望の高さの状態でディツパ−ステッキ３２が位置す
るとき、ライト６６のスイッチが入る。−列のライトの
うちの点燈している特定のライトは、どの光セル５２が
レーザー源工２からの光線りと受けているかによってき
まる。例えば、もし最上の光セル５２がレーザー源１２
からの光りを受けたならば、列の底のライトに電力が供
給されて、ディツパ−ステッキが低すぎることを示す。

逆に、もし最も下の光セル５２がレーザー光線発生器か
ら光線りを受けたならば、列の最上のライトのスイッチ
が入る。

装置１０は以下のように動作する。周期的に、例えばそ
れぞれの交替の初め（おいて、レーザー源１２は特定の
高さにおいてレーザー光りの回転光線を放射するように
設定される。それからディツパ−スティック３２とバケ
ット３４が、ディツパ−スティック３２がほぼ垂直の状
態で掘削のために所望の高さに置かれる。光セル５２０
１つがレーザー光りを受け、そして、ライト６４の１つ
にスイッチが入る。バケット３４は所望の高さであるの
で、点燈している特定のライト、例えばライト６６に、
その交替の間運転者が正確な高さで掘削しているという
こと全運転者に知らせるために、印をつけることができ
る。この特定のライトをマークする１つの方法は、該当
するソケット内に違った色の電泳を置くことである。

もし、運転者が所望の高さよシ上の高さで物質を掘削し
ようと試みるならば、列の中のライト６６？　ｈ　Ｌ　
バー’ｙ　−／　Ｌ　ＣＡ　Ｆ’＋　１　ツー’ＡＺ　
４／　タフｚら　諦Ｆｆうと、もしライト６６より下の
ライト６４の１つが輝くなら、運転者は彼が物質を掘削
している高さは所望の掘削高さよシも低いという事実を
警告されるだろう。ライト６６のスイッチが入る高さに
一致する高さで掘削が行なわれることを運転者が確保す
る限シ、掘削はほぼ一定の水平掘削となるだろう。

より詳細に表示手段６２のさらなる実施例を説明してい
る第３及び４図を参照する。表示手段６２が、その前面
７０上に垂直な列の状態で装着されたライト６４を有す
るケーシング６８を含んでいる。ねじ７２によシ面７０
上に装着されているのは長い案内部材７４である。案内
部材７４は、ライト６４とライトカバー７８が通過して
のびる複数の開口アロを含んでいる。

１対のマーカー８０が掘削の゛高い”と゛低い”を表示
するために違った色のライト６・１またはライトカバー
７８を使う代わりに備えられる。第４図で最もよくわか
るように、各々のマーカー８０は、１対の支持部材８２
と、接着またはねじで支持部材に固定された透明または
半透明のプラスチックの細長い切れ８４を含んでいる。

支持部材８２は対応するスロット８８に摺動可能にかみ
あう耳部８６を含んでいる。スロット８８が案内部材７
４の全長にのびていて、マーカー８０が希望通シに垂直
に動くことを許容する。マーカー８０はｍ４８６とスロ
ット８８の間の摩擦によるかみあいにより所定の位置に
保持されるかまたは必要ならば案内部材７４上の所定の
位置にマーカー８０を固定するために支持部材８２内の
ねじを切られた開口内に締めつけねじを（示してない）
を備えてもよい。

交替の初めにおいて、ディッ、Ｊ−ステッキ３２とバケ
ット３４が掘削のための所望の高さに置かれる。光セル
５２の１つがレーザー光線りにより照らされ、ライト６
４の１つにスイッチが入る。

マーカー８０がそのとき、許容可能な掘削の範囲を形成
するように光っているライトの上と下に置かれる。

ライト６４の数よシはるかに多い光受容器５２が一般に
備えられるということが認識されるだろう。特定のライ
ト６４のスイッチが入ることは光源１２からのレーザー
元をグループ内の１つまたはそれ以上の光受容器が受け
ていることを示している。装置は、ライト６４と光受容
器５２の数が同じで設計されることができるが、１対１
の対応は、かなシの余裕のある範囲内で掘削高さが維持
されれば良い場合には不要である。

発明を詳細に、そしてより望ましい実施例を参照して説
明したが、添付された特許請求の範囲にて形成された発
明の範囲からはずれることなく修正と変化が可能でちる
ことが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の高さ表示装置？使用している土工作
業機械の全体図である。第２図は、高さ表示装置の概要説明図である。第３図は、運転者用表示装置の正面図である。第４図は、第３図において、はぼ線４−４に沿ってとら
れた拡大部分断面図である。１２・・・レーザー光源、　　　１４・・・採鉱ショベ
ル。２４・・・運転室、３０・・・アウトリーチブーム。３２・・・ディツパ−ステッキ、３４・・・バケット４
１・・・送信手段、４４・・・光線感知手段。５０・・・電力供給手段、５２・・・感知アレイ。５７・・・太陽電池アレイ、５８・・・受信手段。６２・・・表示装置、６４・・・ライトの列１゜８０・
・・マーカー

Claims

【特許請求の範囲】

（１）土工作業機械の高さ表示装置であって、光線の存
在と高さを感知するために前記機械の可動部材に装着された光線感知手段と、前記光線の
高さを示す無線信号を送信するために前記光線感知手段に応答する無線送信手段と、前記感知手段と前記無線送信手段に電力を供給するための電力供給手段と、前記無線信号を受け取るための無線受信手段と、前記光線の高さを表示するための前記無線受信手段に応答する運転者視覚可能表示手段からなり、
それにより運転者が前記可動部材の相対高さの視覚的可能な指示を与えられることを特徴とする表示装置。
（２）前記光線感知手段がほぼ垂直にのびて並んでいる
感知器を含む特許請求の範囲第１項記載の表示装置。
（３）電力供給装置が列状に並んだ太陽電池を含む特許
請求の範囲第１項記載の表示装置。
（４）電力供給手段が前記機械の前記可動部材上に配置
された列状に並んだ太陽電池を含む特許請求の範囲第１
項記載の表示装置。
（５）前記表示手段が列状に並んだライトを含み、各々
のライトが前記機械の前記可動部材の特定の高さを表示
する特許請求の範囲第１項記載の表示装置。
（６）前記ライトの少なくとも１つが残りのライトと色
が違うライトからなる特許請求の範囲第５項記載の表示
装置。
（７）前記表示手段がさらに、前記可動部材のために所
望の高さを表示するため少くとも１つの可動マーカーを
含む特許請求の範囲第５項記載の表示装置。
（８）運転者を収容する運転室と、可動のアウトリーチ
ブーム部材、該アウトリーチブーム部材に回動可能に装
着されたほぼ固定された長さのディッパーステッキ、該
ディッパーステッキにアウトリーチブーム部材の下方で
回動可能に装着されたバケットを備えたブーム装置とを
有する採鉱ショベル型土工作業機械において、高さ表示
装置が、光線の存在と高さを感知するために前記ディッパーステ
ィックに装着された光線感知手段と、ディッパースティ
ックに装着されて、前記ディッパースティックの高さを
表示する無線信号を送信するために前記光線感知手段に
応答する無線送信手段と、前記感知手段と前記送信手段に電力を供給するために前
記ディッパースティックに装着される電力供給手段と、前記無線信号を受け取るために運転室に隣接して装着さ
れた無線受信手段と、運転室に配置された運転者視覚可能表示手段からなり、
運転者視覚可能表示手段が前記光線の高さを表示するた
めに前記無線受信手段に応答し、それにより運転者が前
記バケットの相対高さの視覚的に表示可能な指度を与え
られることとなることを特徴とする表示装置。
（９）前記電力供給手段が列状に並んだ太陽電池を含む
特許請求の範囲第８項記載の高さ表示装置。
（１０）前記表示手段が列状に並んだライトを含み、各
々のライトが前記バケットの特定の高さを表示するよう
な特許請求の範囲第８項記載の高さ表示装置。
（１１）前記電力供給装置が、前記アウトリーチブーム
の上方で前記ディッパーステッキ上に配置された列状に
並んだ太陽電池を含む特許請求の範囲第８項記載の高さ
表示装置。
（１２）前記光線感知手段がほぼ垂直に並んだ複数の光
受容器を含む特許請求の範囲第８項記載の高さ表示装置
。