JP7664733B2 - スクリード制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、敷き均し車両におけるスクリードを制御するスクリード制御装置に関する。

従来、道路舗装工事では、アスファルト合材をダンプトラックの荷台に載せて施工現場に運搬し、ダンプトラックをアスファルトフィニッシャーに連結してアスファルト合材を荷卸ししつつ、アスファルトフィニッシャーによりアスファルト合材を敷き均してローラーにより転圧する。

アスファルト合材による舗装面の敷き均し面を所定のレベル（垂直方向位置）に調節するためには、予め基準ラインを設定し、係る基準ラインに沿って、敷き均し面を所定のレベルとなる様に制御している。すなわち、敷き均し面が基準ラインに沿っており、敷き均し面の垂直方向位置（レベル）と基準ラインとの間隔（距離）が常に一定となるようにしている。

ところで、特に橋梁における舗装においては、アスファルト合材の敷き均しを行うべき道路の縁部には構造物の壁面が存在し、基準ラインであるワイヤを張設することが困難である、という問題があった。

そこで、例えば、引用文献１（特開２００８－２８５９６２号公報）には、走行車両の後方に設けられた敷均し装置１（スクリード）の姿勢を調整する姿勢調整装置（レベリングシリンダ及びアーム）を制御するために、敷均し装置１を移動させる方向に沿わせて延設した基準電線２と、基準電線２に給電する給電器４と、基準電線２に近接して移動し、基準電線２を流れる電流により生じる磁界を検出する検出器３（３ｂ）と、その検出結果に応じて、基準電線２に対する検出器３の上下位置が一定となるように姿勢調整装置を制御する技術が提案されている。
特開２００８－２８５９６２号公報

引用文献１に提案されている従来技術では、高欄Ａの側面に対して、基準電線２を粘着テープ２ａで貼り付ける作業を実施しなければならないが、このような作業は非常に手間がかかる上に、作業員にとって負担が大きい、という課題があった。また、通常コンクリート製の高欄Ａから粘着テープ２ａは剥がれやすく、テンションがかけられた基準電線２の取り扱いを誤ると、簡単に基準電線２が高欄Ａから脱落してしまい、再作業をしなければならない、というような課題もあった。また、基準電線２は、粘着テープ２ａによって貼り付けられているために、雨など天候の影響を受けて、脱落するリスクがある、という問題もあった。

上記のような課題を解決するために、本発明に係るスクリード制御装置は、道路の舗装材料を敷き均す敷き均し車両の後方に設けられるスクリードのレベル（垂直方向位置）を制御するスクリード制御装置であって、前記スクリードに取り付けられ、光を用いて複数の点との間の距離データを検出する光測距部と、前記光測距部によって取得される複数の点の距離データを処理し、道路の進行方向に沿った異なる２つの面を推定し、２つの面が交わる線を基準ラインとして求めるデータ処理部と、スクリードのレベルを調整するレベリングシリンダと、前記データ処理部で求められた基準ラインに基づいて、前記レベリングシリンダを制御するシリンダ制御部と、を有し、前記光測距部は円周方向に対してスキャン用のレーザー光を出射し、戻ってきたレーザー光を受光することで、距離データを取得するものであって、前記光測距部のスキャン用のレーザー光が前記車両の進行方向の垂直な断面をスキャンするように、前記光測距部が前記スクリードに取り付けられることを特徴とする。

また、本発明に係るスクリード制御装置は、道路の舗装材料を敷き均す敷き均し車両の後方に設けられるスクリードのレベル（垂直方向位置）を制御するスクリード制御装置であって、前記スクリードに取り付けられ、光を用いて複数の点との間の距離データを検出する光測距部と、前記スクリードに取り付けられ、前記スクリードの傾き角度データを検出する傾斜センサーと、前記光測距部によって取得される複数の点の距離データと、前記傾斜センサーで検出される前記スクリードの傾き角度データとを処理し、道路の進行方向に沿った異なる２つの面を推定し、２つの面が交わる線を基準ラインとして求めるデータ処理部と、スクリードのレベルを調整するレベリングシリンダと、前記データ処理部で求められた基準ラインに基づいて、前記レベリングシリンダを制御するシリンダ制御部と、を有し、前記光測距部は円周方向に対してスキャン用のレーザー光を出射し、戻ってきたレーザー光を受光することで、距離データを取得するものであって、前記光測距部のスキャン用のレーザー光が前記車両の進行方向の垂直な断面をスキャンするように、前記光測距部が前記スクリードに取り付けられることを特徴とする。

また、本発明に係るスクリード制御装置は、前記光測距部にＬＩＤＡＲが用いられることを特徴とする。

本発明のスクリード制御装置は、光測距部によって取得される複数の点の距離データを処理し、道路の進行方向に沿った異なる２つの面を推定し、２つの面が交わる線を基準ラインとして求めるようにしているので、このような本発明のスクリード制御装置によれば、高欄の側面に基準電線を粘着テープで貼り付ける、といったような事前準備作業は、一切不要となり、コストや手間をかけることなく、アスファルト合材などを敷き均す際の、スクリードのレベリングの制御を簡単に行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係るスクリード制御装置１００が適用されたアスファルトフィニッシャー１０を示す図である。 本発明の実施形態に係るスクリード制御装置１００のブロック図である。 本発明の実施形態に係るスクリード制御装置１００が適用されたアスファルトフィニッシャー１０を後方よりみた模式図である。 コンクリート製橋梁５０の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るスクリード制御装置１００による制御処理のフローチャートの一例を示す図である。 第１面と第２面の推定、及び、これらの面の交線として基準ラインを抽出する様子を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るスクリード制御装置１００が適用されたアスファルトフィニッシャー１０を後方よりみた模式図である。 本発明の第２実施形態に係るスクリード制御装置１００のブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るスクリード制御装置１００による制御処理のフローチャートの一例を示す図である。 傾き角度データによる複数の点の距離データの補正のイメージを示す図である。 コンクリート製基礎部８０の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係るスクリード制御装置１００が適用されたアスファルトフィニッシャー１０を示す図である。

本発明に係るスクリード制御装置１００は、アスファルトフィニッシャー、コンクリートフィニッシャーなどのスクリードを備える敷き均し車両に好適に用いることができる。本実施形態では、敷き均し車両としてはアスファルトフィニッシャー１０を例に挙げて説明を行うが、本発明に係るスクリード制御装置１００の適用範囲がこの例に限定されるものではない。

敷き均し車両であるアスファルトフィニッシャー１０は、ダンプトラック３０から受け入れたアスファルト合材を積み込むホッパー部１３と、走行装置を有する走行部１５と、アスファルト合材を敷均すスクリード２０とからなる。走行部１５には、アスファルトフィニッシャー１０の操縦者のための操縦席１６が設けられている。

また、アスファルトフィニッシャー１０は、スクリード２０を車両本体に支持するレベリングアーム２３と、スクリード２０の高さを変動するレベリングシリンダ４と、を有している。本発明に係るスクリード制御装置１００は、敷き均し面を所定のレベル（垂直方向位置）とするため、スクリード２０のレベルを変更する上記のようなレベリングシリンダ２５に対して制御指令を出力する構成とされている。

図２は本発明の実施形態に係るスクリード制御装置１００のブロック図である。また、図３は本発明の実施形態に係るスクリード制御装置１００が適用されたアスファルトフィニッシャー１０を後方よりみた模式図である。

図２において、スクリード制御装置１００における情報処理装置１０５は、例えば、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭ、ＨＤＤやＳＳＤなどの大容量記憶部、通信部などからなる汎用のノートパソコンを用いることができる。このような情報処理装置１０５は、図２で接続される各構成とデータ通信を行い、各構成から所定のデータを受信して演算を行ったり、所定のデータを指令などとして出力したりすることができるようになっている。

指示入力部１２０は情報処理装置１０５が備えるキーボード、ポインティングデバイスなどの入力手段であり、表示部１６０は情報処理装置１０５が備えるディスプレイである。これら指示入力部１２０、表示部１６０は、スクリード制御装置１００のユーザーインターフェイスとして機能するものである。これにより、スクリード制御装置１００のユーザーは、例えば、レベリングシリンダ２５の舗装面レベルと基準ラインとの差分などを指定したりすることができる。

また、本発明に係るスクリード制御装置１００の構成要件の一部は、情報処理装置１０５で動作するプログラムとすることができる。データ処理部１１０は、光測距部２００から取得された複数の距離データに基づいて基準ラインを算出し、さらに、この算出された基準ラインに基づいてシリンダ制御部１７０を動作させる。このようなシリンダ制御部１７０は、情報処理装置１０５で動作するプログラムとすることができる。シリンダ制御部１７０は、スクリード２０のレベルを変更するレベリングシリンダ２５に対して制御指令を出力する。

なお、本実施形態では、情報処理装置１０５として汎用のートパソコンを用いるようにしているが、本発明に係るスクリード制御装置１００は専用のハードウエアによっても構成することもできる。

光測距部２００としては、例えば、２次元型のＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）センサーを用いることができる。図３には、ＬＩＤＡＲを用いた光測距部２００の拡大図が破線枠中に示されている。

光測距部（ＬＩＤＡＲ）２００は、本体部２０３と、レーザー光を透過するカバー２０５とから構成されている。本体部２０３の中には、レーザー光を出射するレーザー発光素子（不図示）が設けられている。カバー２０５の中には、不図示のモーターによって回転するミラー２０７が設けられており、ミラー２０７が回転することで、円筒状のカバー２０５の円周方向３６０°に対して、カバー２０５からスキャン用のレーザー光を出射する。

カバー２０５から、対象物に当たり散乱し、ＬＩＤＡＲ側に戻ってきたレーザー光は、カバー２０５を透過し、ミラー２０７で反射され、本体部２０３の中に設けられているレーザー受光素子（不図示）で検出される。ＬＩＤＡＲセンサーでは、このように対象物から反射したレーザーを受光することで、当該対象物とＬＩＤＡＲセンサーとの間の距離に係るデータ（点群データ）を、例えばＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）により取得する。上記のような距離データは、ミラー２０７が１秒間に１０数回回転し周囲をスキャンすることで、１秒あたり数百～数千の数のものが取得可能である。本発明に係るスクリード制御装置１００の光測距部（ＬＩＤＡＲ）２００として、例えば、ＳＩＣＫ社製のＴｉＭ５１０を利用することができる。光測距部２００で取得される複数の距離データは、データ処理部１１０に入力され処理され、シリンダ制御部１７０の制御に利用される。

なお、本実施形態では、光測距部２００のＬＩＤＡＲセンサーとして、２次元型のＬＩＤＡＲセンサーを用いているが、３次元型のものを用いるにしてもよいし、また、ミラー２０７が機械的に駆動されないタイプのものも用いることができる。

上記のような光測距部２００は、例えば、スクリード２０に対して図３に示すように取り付けられる。図３はスクリード２０をアスファルトフィニッシャー１０の後方側からみた図である。本発明に係るスクリード制御装置１００においては、車両の進行方向（図３の紙面の奥側の方向）の垂直な断面を、光測距部２００がスキャンするように光測距部２００がスクリード２０に取り付けられる。図３中の点線の矢印は、光測距部２００から出射されたレーザー光のイメージである。

ここで、本発明に係るスクリード制御装置１００が設けられたアスファルトフィニッシャー１０によってアスファルト合材が敷き均される道路として、コンクリート製橋梁５０が用いられる道路を例に説明する。

図４はコンクリート製橋梁５０の一例を示す図である。図４においては、コンクリート製橋梁５０の高欄部５５の片側のみが示されている。コンクリート製橋梁５０は、プレキャスト工法ななどにより工場等で製造され、現場に移送・設置後、アスファルト合材が敷き均される。コンクリート製橋梁５０は、水平面内で延在する床版部５３と、この床版部５３から立設けられる左右の高欄部５５とを有している。

床版部５３には、アスファルト合材が敷き均されることが想定されているアスファルト敷設部６８が設けられている。高欄部５５には、高欄天面６６が設けられており、この高欄天面６６に敷き均し面を所定のレベルとする際の基準ラインとしてワイヤを設けることも考えられる。しかしながら、実際には高欄天面６６に防音壁などの構造物が予め設けられているケースが多く、高欄天面６６にワイヤの基準ラインを設けることは困難である。

本発明に係るスクリード制御装置１００においては、光測距部２００によって取得された複数の距離データに基づいて、一定の高さが担保され、道路の車線の方向に沿ったラインを、基準ラインとして抽出するようにしている。コンクリート製橋梁５０の内側においては、第１内壁面６１と、この第１内壁面６１とは所定の角度をなすようにして設けられている第２内壁面６２とが形成されていることが一般的である。本実施形態では、光測距部２００で取得される距離データによって、第１内壁面６１と第２内壁面６２とを推定し、さらにこれらの面が交わるラインを求め、レベリングシリンダ２５の設定を調整する際の「基準ライン」として利用するものである。なお、本実施形態では、第１内壁面６１と第２内壁面６２との交線から、基準ラインを求めるようにしているが、その他の２つの面を利用して、基準ラインを求めるようにすることもできる。

図５は本発明の実施形態に係るスクリード制御装置１００による制御処理のフローチャートの一例を示す図である。

図５において、ステップＳ１００で制御処理が開始されると、続いて、ステップＳ１０１に進み、複数の点の距離データを光測距部２００から取得する。

ステップＳ１０２では、光測距部２００から取得から取得した複数の点の距離データから第１面を推定する。図６は、第１面と第２面の推定、及び、これらの面の交線として基準ラインを抽出する様子を示す図である。ステップＳ１０２においては、複数の点の距離データから第１面であるＰに示す面の位置を算出して推定する。

続いて、ステップＳ１０３では、複数の点の距離データから第２面を推定する。このステップでは、複数の点の距離データから第２面であるＱに示す面の位置を算出して推定する。

続いて、ステップＳ１０４では、第１面Ｐと第２面Ｑとが交わる線を基準ライン７０として抽出し、ステップＳ１０５で、当該基準ライン７０に基づいて、シリンダ制御部１７０からレベリングシリンダ２５に対して制御指令を出力する。

ステップＳ１０６では、指示入力部１２０からユーザーによる終了指示があったか否かが判定される。この判定の結果が、ＮＯである場合には、ステップＳ１０１に戻ってループする。一方、判定の結果がＹＥＳである場合には、ステップＳ１０７に進み、制御処理を終了する。

以上、本発明のスクリード制御装置１００は、光測距部２００によって取得される複数の点の距離データを処理し、道路の進行方向に沿った異なる２つの面を推定し、２つの面が交わる線を基準ライン７０として求めるようにしているので、このような本発明のスクリード制御装置１００によれば、高欄の側面に基準電線を粘着テープで貼り付ける、といったような事前準備作業は、一切不要となり、コストや手間をかけることなく、アスファルト合材などを敷き均す際の、スクリードのレベリングの制御を簡単に行うことが可能となる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。アスファルト合材を敷き均し道路においては、敷き均しが想定されている面に傾斜が設けられると共に、当該傾斜が車線方向の位置に応じて変化していることがある。この場合、先の実施形態では、基準ラインを常に正確に抽出することができない、という問題が発生する。以下に説明する第２実施形態に係るスクリード制御装置１００は、このような問題を解決するものである。

図７は本発明の第２実施形態に係るスクリード制御装置１００が適用されたアスファルトフィニッシャー１０を後方よりみた模式図である。また、図８は本発明の第２実施形態に係るスクリード制御装置１００のブロック図である。図において、先の実施形態と同様の参照番号が付された構成は、先の実施形態と同様のものである。

第２実施形態に係るスクリード制御装置１００においては、スクリード２０には、光測距部２００に加えて、傾き角度データを取得することができる傾斜センサー２２０が取り付けられている。傾斜センサー２２０は、スクリード２０の傾きの状態、すなわち光測距部２００自体の傾きの状態を検出するものである。傾斜センサー２２０で取得される傾き角度データは、図８に示すようにデータ処理部１１０に送信され、シリンダ制御部１７０による制御に利用される。

次に、以上のように構成される第２実施形態に係るスクリード制御装置１００の制御例について説明する。図９は本発明の第２実施形態に係るスクリード制御装置１００による制御処理のフローチャートの一例を示す図である。

図９において、ステップＳ２００で制御処理が開始されると、続いて、ステップＳ２０１に進み、複数の点の距離データを光測距部２００から取得し、ステップＳ２０２で、傾き角度データを傾斜センサー２２０から取得する。

次に、ステップＳ２０３においては、傾斜センサー２２０から取得した傾き角度データに基づいて、光測距部２００から取得した複数の点の距離データを補正する。図１０は傾き角度データによる複数の点の距離データの補正のイメージを示す図である。

図１０（Ａ）は傾き角度データによる補正前における、複数の点の距離データを示している。ここで、×の位置が、光測距部２００で取得される距離データの計測対象点を示している。補正前においては、傾斜センサー２２０により、水平に対して紙面右方向にα°の傾きがあることが検出されたものとする。このような傾きα°が検出されると、図１０（Ｂ）に示すように、複数の点の距離データを、光測距部２００を中心として、紙面左方向にα°回転させて補正を行う。

ステップＳ２０４では、上記のように補正された複数の点の距離データから第１面を推定する。図１１は、アスファルト合材を敷き均すコンクリート製基礎部８０の一例を示す図である。コンクリート製基礎部８０は、敷き均すことが想定されているアスファルト敷設部８８と、このアスファルト敷設部８８の両方の縁（図では一方のみ図示）に設けられている縁石８１とを有している。縁石８１においては、内側面８３と、天面８４とを有している。ステップＳ２０４においては、補正された複数の点の距離データから第１面であるＰに示す面（内側面８３）の位置を算出して推定する。

続いて、ステップＳ２０５では、補正された複数の点の距離データから第２面を推定する。このステップでは、複数の点の距離データから第２面であるＱに示す面（天面８４）の位置を算出して推定する。

続いて、ステップＳ２０６では、第１面Ｐと第２面Ｑとが交わる線を基準ライン９０として抽出し、ステップＳ２０７で、当該基準ライン９０に基づいて、シリンダ制御部１７０からレベリングシリンダ２５に対して制御指令を出力する。

ステップＳＳ２０８では、指示入力部１２０からユーザーによる終了指示があったか否かが判定される。この判定の結果が、ＮＯである場合には、ステップＳ２０１に戻ってループする。一方、判定の結果がＹＥＳである場合には、ステップＳ２０９に進み、制御処理を終了する。

以上のような第２実施形態に係るスクリード制御装置１００によれば、先の実施形態と同様の効果を享受することができると共に、さらに、アスファルト合材を敷き均すことが想定されている面に傾斜が設けられているような場合においては、正確にスクリードのレベリングの制御を行うことが可能となる。

１０・・・アスファルトフィニッシャー
１３・・・ホッパー部
１５・・・走行部
１６・・・操縦席
２０・・・スクリード
２５・・・レベリングシリンダ
３０・・・ダンプトラック
３５・・・荷台部
５０・・・コンクリート製橋梁
５３・・・床版部
５５・・・高欄部
６１・・・第１内壁面
６２・・・第２内壁面
６６・・・高欄天面
６８・・・アスファルト敷設部
７０・・・基準ライン
８０・・・コンクリート製基礎部
８１・・・縁石
８３・・・内側面（第１面）
８４・・・天面（第２面）
８８・・・アスファルト敷設部
９０・・・基準ライン
１００・・・スクリード制御装置
１０５・・・情報処理装置
１１０・・・データ処理部
１２０・・・指示入力部
１６０・・・表示部
１７０・・・シリンダ制御部
２００・・・光測距部（ＬＩＤＡＲ）
２０３・・・本体部
２０５・・・カバー
２０７・・・ミラー
２２０・・・傾斜センサー

Claims (3)

1. 道路の舗装材料を敷き均す敷き均し車両の後方に設けられるスクリードのレベル（垂直方向位置）を制御するスクリード制御装置であって、
   前記スクリードに取り付けられ、光を用いて複数の点との間の距離データを検出する光測距部と、
   前記光測距部によって取得される複数の点の距離データを処理し、道路の進行方向に沿った異なる２つの面を推定し、２つの面が交わる線を基準ラインとして求めるデータ処理部と、
   スクリードのレベルを調整するレベリングシリンダと、
   前記データ処理部で求められた基準ラインに基づいて、前記レベリングシリンダを制御するシリンダ制御部と、を有し、
   前記光測距部は円周方向に対してスキャン用のレーザー光を出射し、戻ってきたレーザー光を受光することで、距離データを取得するものであって、
   前記光測距部のスキャン用のレーザー光が前記車両の進行方向の垂直な断面をスキャンするように、前記光測距部が前記スクリードに取り付けられることを特徴とするスクリード制御装置。
2. 道路の舗装材料を敷き均す敷き均し車両の後方に設けられるスクリードのレベル（垂直方向位置）を制御するスクリード制御装置であって、
   前記スクリードに取り付けられ、光を用いて複数の点との間の距離データを検出する光測距部と、
   前記スクリードに取り付けられ、前記スクリードの傾き角度データを検出する傾斜センサーと、
   前記光測距部によって取得される複数の点の距離データと、前記傾斜センサーで検出される前記スクリードの傾き角度データとを処理し、道路の進行方向に沿った異なる２つの面を推定し、２つの面が交わる線を基準ラインとして求めるデータ処理部と、
   スクリードのレベルを調整するレベリングシリンダと、
   前記データ処理部で求められた基準ラインに基づいて、前記レベリングシリンダを制御するシリンダ制御部と、を有し、
   前記光測距部は円周方向に対してスキャン用のレーザー光を出射し、戻ってきたレーザー光を受光することで、距離データを取得するものであって、
   前記光測距部のスキャン用のレーザー光が前記車両の進行方向の垂直な断面をスキャンするように、前記光測距部が前記スクリードに取り付けられることを特徴とするスクリード制御装置。
3. 前記光測距部にＬＩＤＡＲが用いられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスクリード制御装置。

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