JPH0316452B2 - - Google Patents
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- JPH0316452B2 JPH0316452B2 JP13116882A JP13116882A JPH0316452B2 JP H0316452 B2 JPH0316452 B2 JP H0316452B2 JP 13116882 A JP13116882 A JP 13116882A JP 13116882 A JP13116882 A JP 13116882A JP H0316452 B2 JPH0316452 B2 JP H0316452B2
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
- 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
- E02F3/841—Devices for controlling and guiding the whole machine, e.g. by feeler elements and reference lines placed exteriorly of the machine
- E02F3/842—Devices for controlling and guiding the whole machine, e.g. by feeler elements and reference lines placed exteriorly of the machine using electromagnetic, optical or photoelectric beams, e.g. laser beams
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- 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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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、土地開発、道路建設等において、地
面を所定の形状に仕上げる施工方法、特にその自
動化に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a construction method for finishing the ground into a predetermined shape in land development, road construction, etc., and particularly to automation thereof.
従来の施工方法においては、あらかじめ測量を
行ない、それに従つて杭打ちや丁張りを行ない、
これを基準として建設機械、特に土工機械によつ
て整地作業ないし地面形成作業を行なつてきた。
従つて測量を行ない杭打つや丁張りを行なうのに
多くの時間を必要とし、また杭打ちや丁張りにあ
わせて整地や地面形成作業を遂行する土工機械の
オペレータは高度な技能を必要とした。 In the conventional construction method, a survey is conducted in advance, pilings are driven and staked according to the survey, and
Based on this standard, construction machinery, especially earthmoving machinery, has been used to level the ground or to form the ground.
Therefore, it took a lot of time to conduct surveying, driving piles, and setting piles, and the operators of earth-moving machines who carried out the leveling and ground preparation work in conjunction with pile driving and carving required a high level of skill. .
特に道路工事の仕上げ工程等では地上にある補
助員が丁張りの間に糸を張つて、現在のレベルと
仕上げるべきレベルの偏差を測定してその値を土
工機械のオペレータに告げ、オペレータはその偏
差に従つて微少量の作業操作を行なう、というよ
うに、熱練したオペレータと、多くの補助人員、
多くの時間を必要とした。この明細書で用いる
「レベル」という言葉はある一定の水平面からの
高度をさすものである。 Particularly in the finishing process of road construction, an assistant on the ground stretches a thread between the tension tensioners, measures the deviation between the current level and the level to be finished, and tells the operator of the earth-moving machine the value. A highly trained operator and many auxiliary personnel are required to carry out small-scale work operations according to deviations.
It took a lot of time. The term "level" as used in this specification refers to altitude above a certain horizontal plane.
この対策として自動レベリング装置を備えた土
工機械、例えば水路造成機械やモータグレーダが
提案されてきた。それによれば、工事に際して、
側部に丁張りに合わせて糸を張り、水路造成機械
やモータグレーダの作業機につけたセンサによつ
てこれにならい自動的に作業機のセンサ側のリフ
トシリンダを昇降させる。横断勾配に対しては、
オペレータが丁張りに記入された傾斜値にあわせ
て作業機の所望傾斜値を設定し、作業機にとりつ
けた傾斜計による測定値がこの設定値に一致する
ように自動的に他方のリフトシリンダを昇降させ
るようになつている。このためには糸を正しく張
る必要があり、それに多くの工数を必要とした。
またこのために、路肩を予め正しいレベルに仕上
げておいて、これをセンサにつけたシユーでなら
うことも行なわれているが、石や土のかたまりの
ために、精度を出すという点では糸を張るよりも
なお困難があつた。 As a countermeasure to this problem, earthmoving machines equipped with automatic leveling devices, such as waterway construction machines and motor graders, have been proposed. According to it, during construction,
Strings are stretched on the sides in accordance with the tension, and a sensor attached to the working machine of the waterway construction machine or motor grader automatically raises and lowers the lift cylinder on the sensor side of the working machine. For cross slope,
The operator sets the desired inclination value of the work equipment according to the inclination value written on the tensioner, and the other lift cylinder is automatically adjusted so that the value measured by the inclinometer attached to the work equipment matches the set value. It is designed to be raised and lowered. To do this, it was necessary to tension the threads correctly, which required a lot of man-hours.
Also, for this purpose, the road shoulder is finished to the correct level in advance and then traced with a shoe attached to a sensor. It was even more difficult than trying.
また幅の広い道路を整地するときは、一回の作
業で全体を整地することが出来ず、初めに整地し
た地面を基準にしてその隣りを整地することにな
り、それだけ精度が落ちることになる。 Also, when leveling a wide road, it is not possible to level the entire surface in one operation, and the ground leveled next to it must be leveled based on the first leveled ground, resulting in a corresponding drop in accuracy. .
また広い面積のところを整地する場合、糸を張
る等の手段で予め基準を設け、これにならつて整
地作業を行なうことは困難であるため、レーザ光
線を基準とすることも提案されている。すなわ
ち、レーザビームを旋回投射することによつて光
の面をつくり出し、水平面に対するこの光の面の
傾斜を予め仕上げるべき土地の傾斜にあわせてお
き、先端に受光装置を設けたポールを土工機械の
作業機に立て、受光装置の特定の位置に常にレー
ザビームを受光するように作業機を自動的に昇降
させるよう構成されている。 Furthermore, when leveling a large area, it is difficult to set a standard in advance using a method such as stretching a string and follow the standard when leveling the ground, so it has been proposed to use a laser beam as a standard. That is, a surface of light is created by rotating and projecting a laser beam, the slope of this surface of light with respect to the horizontal plane is adjusted in advance to the slope of the land to be finished, and a pole with a light receiving device at the tip is placed on the earth-moving machine. It is configured to stand on a working machine and automatically raise and lower the working machine so that the laser beam is always received at a specific position of the light receiving device.
このようにレーザビームによる光の面を基準と
する工法は、広場開発のように広い土地を正しく
平坦に仕上げるためには有効であるが、道路のよ
うに、仕上げるべき土地が狭長でしかも曲がつて
おり、また傾斜も一様でないというような場合
や、工場用あるいは運動場のように排水効果をも
たすために周辺が低くなつた曲面状の土地造成の
ような場合には利用することが出来ないという欠
点がある。 This construction method, which uses the light surface of a laser beam as a reference, is effective for finishing large areas of land correctly and flatly, such as those used for plaza development, but it is also effective for finishing large areas of land, such as those used for plaza development, to accurately flatten them. It can be used in cases where the slope is not uniform, or where land is created in a curved shape with a low surrounding area to provide drainage effects, such as for factories or sports fields. The drawback is that it cannot be done.
本発明の目的は従来技術の欠点を除き、地面を
所定の形状に仕上げる親規な自動化施工方法を提
供することである。 The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art and provide a standard automated construction method for finishing the ground into a predetermined shape.
本発明の目的は未熟なオペレータによつても容
易に正しく設計通りに地面を所定の形状に仕上げ
ることができる施工方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a construction method that allows even an unskilled operator to easily and correctly finish the ground into a predetermined shape according to the design.
本発明の構成、作用効果は以下添付の図面を参
照しつつ行なう本発明の実施例の説明によつて明
らかにされる。 The structure, operation and effect of the present invention will be made clear by the following description of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
第1図は本発明に用いる受光装置の一例であつ
て、受光装置10はn個の独立した光電変換素子
101,102,……,10o+1/2,……,10oの列
によつて構成されている。後述する自動制御装置
は、つねに特定の光電変換素子、例えば中央の光
電変換素子10o+1/2がレーザブームを受光するよ
うに作業機の動作を制御する。 FIG. 1 shows an example of a light receiving device used in the present invention, and the light receiving device 10 includes n independent photoelectric conversion elements 10 1 , 10 2 , . . . , 10 o+1/2 , . . . , 10 o It is organized by columns. An automatic control device, which will be described later, controls the operation of the working machine so that a specific photoelectric conversion element, for example, the central photoelectric conversion element 10 o+1/2 always receives the laser boom.
第2図は本発明に用いる受光装置の他の一例で
あつて、受光装置20には2つの光電変換素子2
01,202が中央の不感帯21をはさんで整列さ
れている。2つの光電変換素子201,202は、
それぞれレーザビームの入射する部位が中央の不
感帯21から遠ざかるにつれて受光感度が上がる
よう、不感帯21に関して対象的に変化する受光
感度を有している。2つの光電変換素子201,
202の出力を差働増幅器(図示せず)の両入力
に入力して差働出力が零になるように、すなわち
レーザビームがつねに中央不感帯21のところに
あたるように自動制御装置は作業機の姿勢を制御
する。 FIG. 2 shows another example of the light receiving device used in the present invention, in which the light receiving device 20 includes two photoelectric conversion elements 2.
0 1 and 20 2 are aligned with a central dead zone 21 in between. The two photoelectric conversion elements 20 1 and 20 2 are
Each has a light-receiving sensitivity that changes symmetrically with respect to the dead zone 21 so that the light-receiving sensitivity increases as the laser beam incident portion moves away from the central dead zone 21. two photoelectric conversion elements 20 1 ,
The automatic control device inputs the output of 20 2 to both inputs of a differential amplifier (not shown) so that the differential output becomes zero, that is, the laser beam always hits the central dead zone 21. Control your posture.
第1図または第2図に示す受光装置の光電変換
素子の列は、作業機の姿勢制御に関しては鉛直方
向に設置し、操向すなわちステアリング制御に関
しては水平方向に設置する。第3図において、3
8,40は土工機械30の作業機32の両端部分
にとりつけたボール34,36に支持される受光
装置であり、42は同じく作業機にとりつけたボ
ールで支持される受光装置であつて、これら受光
装置は第1図または第2図に示したものが用いら
れる。 The rows of photoelectric conversion elements of the light receiving device shown in FIG. 1 or 2 are installed in the vertical direction for attitude control of the working machine, and are installed in the horizontal direction for steering control. In Figure 3, 3
Reference numerals 8 and 40 denote light receiving devices supported by balls 34 and 36 attached to both ends of the working machine 32 of the earthmoving machine 30, and 42 is a light receiving device supported by balls also attached to the working machine. The light receiving device shown in FIG. 1 or 2 is used.
一般的に言つて土工機械の走行方向制御又はス
テアリング制御は作業機の姿勢制御に較べて左程
高い制度を必要とせず、オペレータによる手動ス
テアリングも可能である。従つて作業機の姿勢制
御のみを行なう実施例を先ず説明することにす
る。 Generally speaking, the running direction control or steering control of an earthmoving machine does not require as much precision as the attitude control of a working machine, and manual steering by the operator is also possible. Therefore, an embodiment in which only the attitude control of the working machine is performed will be described first.
第4図は第3図に示したような土工機械30の
作業機32の姿勢制御方法を概略的に説明するた
めの平面図である。作業機32には第3図と同様
に姿勢制御用の受光装置38,40がとりつけら
れているが、これは整地面が場所によつて傾斜が
異なり作業機32のレベルが左右両側で異ならせ
ることがあるためそれぞれ別々にレベル制御を行
なうためであり、所望整地面が一様な水平面、ま
たは水平面にある一定角度をもつ平坦面であり、
かつ作業機が並行移動出来るようになつておれ
ば、受光装置は38,40のうちいずれか一方の
みであつてよい。42は第3図で示した操向、す
なわちステアリング制御のための受光装置である
が、このステアリング制御については後述する。
52は基準地点に設けたレーザビーム射出装置で
あつて、レーザビームの射出方向は制御装置50
によつて制御される。54は基準地点から土工機
械30までの距離を測定する装置であるが、それ
は以下に説明する種々公知の方法により実現され
る。 FIG. 4 is a plan view schematically illustrating a method for controlling the attitude of the work implement 32 of the earth-moving machine 30 as shown in FIG. The work equipment 32 is equipped with light receiving devices 38 and 40 for posture control as shown in FIG. 3, but this is because the leveled surface has a different slope depending on the location and the level of the work equipment 32 is different on both the left and right sides. The desired leveling surface is a uniform horizontal surface or a flat surface with a certain angle to the horizontal surface.
If the working machine can move in parallel, only one of the light receiving devices 38 and 40 may be used. 42 is a light receiving device for the steering shown in FIG. 3, that is, for steering control, and this steering control will be described later.
52 is a laser beam emitting device installed at a reference point, and the laser beam emitting direction is controlled by the control device 50.
controlled by. 54 is a device for measuring the distance from the reference point to the earthmoving machine 30, which is realized by various known methods as described below.
例えば装置54から電波を発射し、土工機械3
0から反射して戻つてくる電波を検知して発射し
てから反射波受新までに要した時間を測定すれ
ば、それに基づいて装置54から土工機械30ま
での距離を知ることができる。この場合、のこぎ
り歯状の波で射出電波を変調しておけば、射出波
と反射波の位相差から距離を知ることができる。 For example, the device 54 emits radio waves, and the earth-moving machine 3
By detecting and emitting the radio waves reflected back from zero and measuring the time required from when the radio waves are received until the reflected waves are received, the distance from the device 54 to the earthmoving machine 30 can be determined based on the time. In this case, if the emitted radio wave is modulated with a sawtooth wave, the distance can be determined from the phase difference between the emitted wave and the reflected wave.
あるいはまた、土工機械30にレーザビーム反
射用のコーナキユーブレフレクタを設け、レーザ
ビーム射出装置52からレーザビームを出して、
電波の場合と同様にレーザビームを射出してから
それが戻るまでの時間を測定すれば、それに基づ
いて距離を知ることができる。 Alternatively, the earthmoving machine 30 is provided with a corner cube reflector for laser beam reflection, and the laser beam is emitted from the laser beam emitting device 52,
As with radio waves, if you measure the time from when a laser beam is emitted until it returns, you can determine the distance based on that.
あるいはまた、土工機械30に特定光、例えば
赤外光線の光源を設けておき、2個の望遠鏡を有
する光電変換素子を距離測定装置54に設ければ
三角測量的に距離を求めることができる。 Alternatively, if the earthmoving machine 30 is provided with a light source of specific light, for example, infrared light, and the distance measuring device 54 is provided with a photoelectric conversion element having two telescopes, the distance can be determined by triangulation.
以上のように距離測定装置54は種々の公知の
方法によつて実現できるが、作業環境や地形その
他の条件をあわせ考慮し最も適切な距離測定方法
に基づいて構成すればよい。 As described above, the distance measuring device 54 can be realized by various known methods, but it may be configured based on the most appropriate distance measuring method in consideration of the working environment, topography, and other conditions.
土工機械によつて作業を行ない、整地して仕上
げるための地形は一定の平面ではなく通常は曲面
をなしている。本発明に従えば、地面をこのよう
に予め定められた設計に従つた曲面地形に仕上げ
るために、基準地点にレーザビーム射出装置52
を設け、レーザビームを作業中の土工機械に向け
て発射しつつ基準地点と制御対象の土工機械30
との間の距離を距離測定装置54によつて逐次計
測し土工機械30の現在地点を知る。この計測値
から土工機械30が現在いる地点の所望レベルが
基準地点に対してどれだけちがえばよいかを設計
図の上から決定して予めメモリに記憶させておい
たデータを読み出しレーザビームの射出方向を制
御装置50によりそれにあわせ、土工機械30の
作業機32にとりつけた受光装置の鉛直方向の特
定部位、例えば中央部位にレーザビームが入射す
るように自動的に作業機32の姿勢を制御する。
作業機32の左右の所望レベルがつねに同一であ
り、かつ作業機の左右レベルが並行移動するよう
になつているときは、作業機32にとりつける受
光装置は38,40のどちらか一方であつてよ
く、左右の所望レベルが場所によつて変化すると
きは38,40の両方を設けてそれぞれ別々にレ
ベル制御することはすでに述べたとおりである。 The terrain used for leveling and finishing work with earthmoving machines is not a fixed plane, but usually has a curved surface. According to the present invention, in order to finish the ground into a curved topography according to a predetermined design, a laser beam emitting device 52 is installed at a reference point.
The reference point and the earth-moving machine 30 to be controlled are
The current location of the earth-moving machine 30 is known by sequentially measuring the distance between the earth-moving machine 30 and the earth-moving machine 30 using the distance measuring device 54. From this measured value, it is determined from the design drawing how much the desired level at the current location of the earthmoving machine 30 should differ from the reference point, and the data stored in the memory in advance is read out and the laser beam is The control device 50 adjusts the emission direction and automatically controls the attitude of the work machine 32 so that the laser beam enters a specific vertical position, for example, the central part, of the light receiving device attached to the work machine 32 of the earthmoving machine 30. do.
When the desired level on the left and right sides of the working machine 32 is always the same, and when the left and right levels of the working machine are arranged to move in parallel, the light receiving device attached to the working machine 32 is either 38 or 40. As already mentioned, when the desired left and right levels often change depending on the location, both 38 and 40 are provided and the levels are controlled separately.
次に制御装置50の機能について説明する。レ
ーザビーム射出装置52を配設した基準地点を原
点としそれを含む水平面内の直交x、y軸および
鉛直方向のz軸による空間座標を想定すれば、所
望の地表面の諸地点における所望座標値を設計図
にもとづいて決めることができる。これら所望の
座標値データを制御装置50内に含まれるメモリ
に予め記憶させておき、基準地点に設けた距離測
定装置54によつて基準地点と土工機械30との
間の距離を測定すれば、レーザビームの方向から
土工機械の現在地点がわかり、従つてメモリに記
憶されているデータから土工機械30の現在地点
における所望レベルがわかり、その所望レベルに
あわせてレーザビームの俯角(又は仰角)を制御
すればよい。レーザビームの方向制御は角度(俯
角と旋回角)を指定して制御することになる。制
御装置50はマイクロコンピユータで構成しても
よく、この場合は上述の所望座標値をこのマイク
ロコンピユータのメモリに記憶させることができ
るとともに、数学的に周知の変換式によつて直角
座標を極座標に変換させることも容易である。し
かしこの変換は、作業前に予め行なつて制御装置
50内に設けたメモリに記憶させておけば作業中
に細かい計算を行なう必要がなく、そのようにす
れば制御装置50はあえてマイクロコンピユータ
で構成する必要もない。レーザビーム射出装置の
設置レベルをオフセツト量として所望座標を補正
できるようにしておく必要があることは言うまで
もないことである。 Next, the functions of the control device 50 will be explained. If we assume that the reference point where the laser beam emitting device 52 is located is the origin and the spatial coordinates are orthogonal x and y axes in a horizontal plane that includes the reference point and the vertical z axis, then desired coordinate values at various points on the ground surface can be determined. can be determined based on the blueprint. If these desired coordinate value data are stored in advance in a memory included in the control device 50, and the distance between the reference point and the earth-moving machine 30 is measured by the distance measuring device 54 provided at the reference point, The current position of the earth-moving machine can be determined from the direction of the laser beam, the desired level at the current position of the earth-moving machine 30 can be determined from the data stored in the memory, and the depression angle (or elevation angle) of the laser beam can be adjusted to match the desired level. Just control it. The direction of the laser beam is controlled by specifying the angle (depression angle and rotation angle). The control device 50 may be constituted by a microcomputer, in which case the desired coordinate values described above can be stored in the memory of this microcomputer, and the rectangular coordinates can be converted into polar coordinates by a mathematically well-known conversion formula. It is also easy to convert. However, if this conversion is performed in advance before work and stored in the memory provided in the control device 50, there is no need to perform detailed calculations during the work. No need to configure. It goes without saying that it is necessary to be able to correct the desired coordinates by using the installation level of the laser beam emitting device as an offset amount.
次にレーザビーム射出装置52の一実施例を第
5図を参照して説明する。レーザビーム射出装置
52は、レーザビームを射出するレーザ管60、
レーザビームの射出方向を制御するためのレンズ
系62、このレンズ系を駆動するためのモータを
含むレンズ系駆動機構64、この駆動機構の制御
装置50、光学系を保護するための外套管68、
レーザ管60を鉛直に維持するためのジンバル機
械70と錘72、レーザ管60と錘72とを結合
するための支柱74、レーザ管60とレンズ系6
2とを結合するための支柱76、およびレーザビ
ーム射出装置を地上に維持するための三脚78と
で構成される。レーザ管60はジンバル機構70
と錘72とによつて確実に鉛直に維持され、レー
ザビームは鉛直方向に射出される。レーザ管60
から鉛直方向に射出されるレーザビームは、プリ
ズムを含むレンズ系62によつてほぼ水平方向に
屈折して投射されるが、この方向は制御装置50
により駆動装置64を介して制御される。すなわ
ち、レンズ系62は駆動機構64によつて駆動さ
れてレーザビームの投射方向を変えるが、その変
化は制御装置50によつて指示される。制御装置
50は第4図に示したものと同一である。 Next, one embodiment of the laser beam emitting device 52 will be described with reference to FIG. The laser beam emitting device 52 includes a laser tube 60 that emits a laser beam,
A lens system 62 for controlling the emission direction of the laser beam, a lens system drive mechanism 64 including a motor for driving this lens system, a control device 50 for this drive mechanism, a mantle tube 68 for protecting the optical system,
A gimbal machine 70 and a weight 72 for maintaining the laser tube 60 vertically, a support 74 for connecting the laser tube 60 and the weight 72, a laser tube 60 and a lens system 6
2, and a tripod 78 to maintain the laser beam emitting device on the ground. The laser tube 60 is a gimbal mechanism 70
The laser beam is reliably maintained vertically by the weight 72 and the weight 72, and the laser beam is emitted in the vertical direction. laser tube 60
The laser beam emitted from the controller 50 in the vertical direction is refracted and projected in a substantially horizontal direction by a lens system 62 including a prism, but this direction is not controlled by the control device 50.
is controlled via a drive device 64. That is, the lens system 62 is driven by the drive mechanism 64 to change the projection direction of the laser beam, and the change is instructed by the control device 50. The control device 50 is the same as that shown in FIG.
次にこの制御装置50の作用を第6図を参照し
つつ説明する。制御装置50はメモリ装置80、
レーザ投射方向算出回路82、比較回路84を含
み、レーザ投射方向算出回路82から出力された
レーザビームの投射方向、すなわち俯角(又は仰
角)と旋回角の指令値86と角度センサ88で測
定したレーザビームの投射方向の実際値90とが
比較回路84で比較され、その偏差を表わす信号
92がレンズ系駆動機構64に入力され、機構6
4はレンズ系62を駆動して上記偏差が零になる
方向にレーザビームの投射方向を変化させる。レ
ーザ投射方向算出回路82は距離測定装置54で
実測した基準地点から土工機械30までの距離測
定値およびレーザビームの射出方向からわかる土
工機械30の現在位置における所望座標値をメモ
リ装置80に記憶されている設計図にもとづいて
予め記憶された多数の所望座標値の巾から読み出
し、それをレーザビームの方向すなわち俯角(又
は仰角)および旋回角に換算してそれを指令値8
6として出力するのである。記憶された座標値間
の座標のデータはその前後の座標値間を例えば直
線補間法によつて算出できるようになつている。 Next, the operation of this control device 50 will be explained with reference to FIG. The control device 50 includes a memory device 80,
It includes a laser projection direction calculation circuit 82 and a comparison circuit 84, and the projection direction of the laser beam output from the laser projection direction calculation circuit 82, that is, the command values 86 of the depression angle (or elevation angle) and the turning angle, and the laser measured by the angle sensor 88. The comparison circuit 84 compares the actual value 90 of the beam projection direction, and a signal 92 representing the deviation is input to the lens system drive mechanism 64.
4 drives the lens system 62 to change the projection direction of the laser beam in a direction in which the deviation becomes zero. The laser projection direction calculation circuit 82 stores in the memory device 80 the distance measurement value from the reference point to the earth-moving machine 30 actually measured by the distance measuring device 54 and the desired coordinate value at the current position of the earth-moving machine 30, which can be determined from the emission direction of the laser beam. The width of a large number of pre-stored desired coordinate values is read out based on the design drawing, which is converted into the direction of the laser beam, that is, the angle of depression (or angle of elevation) and the angle of rotation.
It is output as 6. The coordinate data between the stored coordinate values can be calculated between the coordinate values before and after the stored coordinate values, for example, by linear interpolation.
チルト制御すなわち作業機32の水平面に対す
る傾斜角を制御する場合は上述したように2つの
受光装置38,40を用いるが、レーザビームは
レンズ系62から発射されるビームをこれら2つ
の受光装置38,40に向かうよう逐次的に交互
に高速で切替えて発射してもよい。この作業機3
2のチルト、すなわち傾斜角の値は、各地点にお
ける所望値として予めメモリ装置80に記憶して
おけば、土工機械30の現在地点に関する逐次実
測データに対応して土工機械の現在地点における
所望チルト値を読み出すことができ、これを指令
値信号86の中に含ませることができる。 For tilt control, that is, to control the inclination angle of the work implement 32 with respect to the horizontal plane, the two light receiving devices 38 and 40 are used as described above. 40 may be sequentially and alternately switched and fired at high speed. This work machine 3
If the value of the tilt, that is, the angle of inclination in step 2, is stored in advance in the memory device 80 as a desired value at each point, the desired tilt at the current location of the earthmoving machine 30 can be determined in response to sequential actual measurement data regarding the current location of the earthmoving machine 30. The value can be read out and included in the command value signal 86.
次にステアリング制御について述べる。ステア
リング制御にはすでに述べたようにステアリング
制御用の受光装置42が設けられる。第7図は作
業機のレベル制御とステアリング制御とを併せ行
なう場合のレーザビーム射出装置52の一例を示
す。第5図と同一の参照符号は同一の構成素子を
示し、同一の参照符号にダツシユを付したものは
類似の構成素子を示す。 Next, we will discuss steering control. As described above, the steering control light receiving device 42 is provided for steering control. FIG. 7 shows an example of a laser beam emitting device 52 for performing both level control and steering control of a working machine. The same reference numerals as in FIG. 5 indicate the same components, and the same reference numerals with a dash indicate similar components.
第7図において、レーザ管60から鉛直上方に
発射されたレーザビームはレンズ系62において
1/2はそのまま鉛直上方に向けて透過され、1/2は
屈折されて水平方向に投射され、このレーザビー
ムは作業機の姿勢制御に用いられる。また鉛直上
方向に透過されたレーザビームはレンズ系62′
で屈折され水平方向に投射されステアリング制御
に用いられる。 In FIG. 7, 1/2 of the laser beam emitted vertically upward from the laser tube 60 passes through the lens system 62 directly, and 1/2 is refracted and projected horizontally. The beam is used to control the attitude of the work machine. In addition, the laser beam transmitted vertically upward is transmitted through the lens system 62'.
The beam is refracted by the beam, projected horizontally, and used for steering control.
ステアリング制御用のレンズ系62′を駆動す
るための駆動機構64′は64と類似のものであ
つてよい。しかしこの駆動機構64′を制御する
ための制御装置94は必ずしも作業機の姿勢制御
用の制御装置50と類似のものである必要がな
く、土工機械30の現在地点におけるステアリン
グ指令値、すなわちその現在地点からはどの方向
へ土工機械を走行させればよいかという指令値を
土工機械30の自動ステアリング機構(図示せ
ず)に与えればよいのである。従つてこの場合の
制御装置94は、レベル制御用の制御装置50内
のメモリ装置80、レーザ投射方向算出回路82
を兼用すればよく、特に別の装置を設ける必要も
ない。 The drive mechanism 64' for driving the steering control lens system 62' may be similar to 64. However, the control device 94 for controlling this drive mechanism 64' does not necessarily have to be similar to the control device 50 for controlling the attitude of the work machine, and can be used to control the steering command value at the current position of the earth-moving machine 30, that is, the current All that is required is to give a command value indicating in which direction the earth-moving machine should travel from the point to the automatic steering mechanism (not shown) of the earth-moving machine 30. Therefore, the control device 94 in this case includes the memory device 80 in the control device 50 for level control and the laser projection direction calculation circuit 82.
There is no need to provide a separate device.
ステアリング制御用のレーザビームは駆動機構
64′により鉛直方向上下に高速でふらせると受
光装置42での検知が容易になることは容易に理
解されよう。レーザビームを所望の方向に高速で
ふらせることは現在のレーザ技術の分野では容易
に実現しうることである。ステアリング制御用の
レーザビームを高速で上下にふらせる場合は、制
御装置94で制御するのはレーザビームの旋回角
のみである。従つて作業開始にあたつてレーザビ
ームの旋回角を設定した後は、土工機械の位置に
応じて手動でこの旋回角を設定してもよく、また
土工機械から発射する無線信号によつて、または
距離測定装置54の測定値に対応してメモリ80
から読み出すデータによつて、自動的に切り換え
るようにしてもよい。 It is easily understood that the laser beam for steering control can be easily detected by the light receiving device 42 by swinging the laser beam vertically up and down at high speed by the drive mechanism 64'. Swinging a laser beam in a desired direction at high speed can be easily realized in the current field of laser technology. When the laser beam for steering control is swung up and down at high speed, the control device 94 controls only the turning angle of the laser beam. Therefore, after setting the turning angle of the laser beam at the start of work, this turning angle may be set manually according to the position of the earth-moving machine, or by radio signals emitted from the earth-moving machine. or the memory 80 corresponding to the measured value of the distance measuring device 54.
It may be possible to automatically switch depending on the data read from.
上記実施例においては、作業機の姿勢制御用の
レーザビームと土工機械のステアリング制御用の
レーザビームとは別々に投射するよう説明した
が、作業機の姿勢制御用の受光器が1個でよいと
きは、この姿勢制御用の受光装置とステアリング
制御用の受光装置とを一体構造にすることによつ
て一本のレーザビームで両方の制御を行なうこと
ができる。第8図はその一例を示したものであ
る。 In the above embodiment, it has been explained that the laser beam for controlling the attitude of the work equipment and the laser beam for controlling the steering of the earthmoving machine are projected separately, but only one receiver is required for controlling the attitude of the work equipment. In this case, by integrating the light receiving device for attitude control and the light receiving device for steering control, it is possible to control both with a single laser beam. FIG. 8 shows an example.
第8図において、受光装置100にはその受光
面を端面として多数のオプテイカルフアイバ(図
示せず)が埋め込まれており、入射するレーザビ
ームを受光するようになつている。1点鎖線で囲
んだ2つの領域1011,1012に属するオプテ
イカルフアイバは作業機のレベル制御用受光装置
38(又は40)を構成するもので、その数は中
心103をとおる水平方向中心線から離れるに従
つて増加させ受光量が増加するようになつてお
り、その受光量の変化はこの水平並行中心線に関
して対称になつている。これは第2図に関して説
明したとおりであり、これら両領域のオプテイカ
ルフアイバで得た光量をそれぞれ電気信号に変換
して差動増幅器(図示せず)の両入力に入力すれ
ば、第2図で説明したような受光装置が得られ
る。2点鎖線で囲んだ2つの領域1021,10
22に属するオプテイカルフアイバは同様に土工
機械のステアリング制御用受光装置42を構成す
るものであつて、その構成はレベル制御用受光装
置と全く同じであるが、90°だけ回転した配置に
なつている点が異なるのみである。図では各領域
1011,1012と1021,1022の周縁は互
いにずれているように示しているが、これはわか
りやすいようにわざとずらしたものである。受光
装置をこのような構成にすれば、姿勢制御用、ス
テアリング制御用のレーザビームは一本であつて
よく、ビームの受光装置100への入射位置が中
心点103から左右か上下にずれると、それぞれ
の差動増幅器によつて偏差分がとり出され、姿勢
制御またはステアリング制御、あるいはその両方
によつてレーザビームがつねにこの中心位置10
4にくるように制御される。 In FIG. 8, a large number of optical fibers (not shown) are embedded in a light-receiving device 100 with its light-receiving surface as an end face, so as to receive an incident laser beam. The optical fibers belonging to the two areas 101 1 and 101 2 surrounded by the one-dot chain line constitute the light receiving device 38 (or 40) for level control of the working machine, and the number of optical fibers is equal to the horizontal center line passing through the center 103. The amount of light received increases as the distance from the center increases, and the change in the amount of light received is symmetrical with respect to this horizontal parallel center line. This is as explained in relation to Fig. 2, and if the amounts of light obtained by the optical fibers in both regions are converted into electrical signals and input to both inputs of a differential amplifier (not shown), as shown in Fig. 2. A light-receiving device as described above can be obtained. Two areas 102 1 , 10 surrounded by two-dot chain lines
The optical fiber belonging to 2 2 similarly constitutes the light receiving device 42 for steering control of the earth-moving machine, and its configuration is exactly the same as the light receiving device for level control, but the arrangement is rotated by 90°. The only difference is that In the figure, the edges of the regions 101 1 , 101 2 and 102 1 , 102 2 are shown to be shifted from each other, but this is done intentionally to make it easier to understand. If the light receiving device is configured in this way, only one laser beam is required for attitude control and steering control, and if the incident position of the beam on the light receiving device 100 deviates from the center point 103 to the left or right or up or down, The deviation is extracted by each differential amplifier, and the laser beam is always kept at this center position 10 by attitude control, steering control, or both.
It is controlled so that it comes to 4.
また各受光装置は、レーザビームの受光量が常
に最大となるようにその面がレーザビームの入射
方向に正対するよう自動的に方向づけするように
してもよく、あるいはまた曲面形状とすることも
できる。 Further, each light receiving device may be automatically oriented so that its surface faces directly toward the direction of incidence of the laser beam so that the amount of laser beam received is always maximized, or it may also have a curved surface shape. .
以上のように構成したので、本発明によれば未
熟なオペレータによつても設計通り地面を平坦な
水平面にすることは勿論、傾斜した平面にも、あ
るいは曲面にも自動的に仕上げることができ、さ
らにこの方法は曲がつた道路にも適用できるとい
う効果を発揮する。 With the above configuration, according to the present invention, even an inexperienced operator can automatically finish the ground surface not only to a flat horizontal surface as designed but also to an inclined or curved surface. Furthermore, this method can be applied to curved roads as well.
第1図は本発明による方法を実施するのに用い
る受光装置の一例を示す平面図、第2図は同じく
受光装置の他の例を示す平面図、第3図は本発明
の方法を実施する土工機械を例示的、概略的に示
す斜視図、第4図は本発明による方法を実施する
一例として土工機械とレーザビーム投射装置との
関係を概略的に示す平面図、第5図はレーザビー
ム投射装置の一つの例を示す概略図、第6図はレ
ーザビームの投射方向の制御方法を説明するため
のブロツク図、第7図はレーザビーム投射装置の
別の例を示す概略図、第8図は受光装置のまた別
の一例を示す平面図である。
符号の説明、10,20,38,40,42,
100……受光装置、30……土工機械、32…
…作業機、50……制御装置、52……レーザビ
ーム射出装置、54……距離測定装置、60……
レーザ管、62,62′……レンズ系。
FIG. 1 is a plan view showing an example of a light receiving device used to implement the method according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing another example of the light receiving device, and FIG. 3 is a plan view showing another example of the light receiving device used to implement the method of the present invention. FIG. 4 is a perspective view schematically showing an example of an earth-moving machine; FIG. 4 is a plan view schematically showing the relationship between the earth-moving machine and a laser beam projection device as an example of implementing the method according to the present invention; FIG. 6 is a schematic diagram showing one example of a projection device; FIG. 6 is a block diagram for explaining a method of controlling the projection direction of a laser beam; FIG. 7 is a schematic diagram showing another example of a laser beam projection device; FIG. The figure is a plan view showing another example of the light receiving device. Explanation of symbols, 10, 20, 38, 40, 42,
100... Light receiving device, 30... Earthmoving machine, 32...
...Working machine, 50...Control device, 52...Laser beam injection device, 54...Distance measuring device, 60...
Laser tube, 62, 62'...lens system.
Claims (1)
土工機械に対する姿勢を調節可能ならしめた土工
機械を走行させ該作業機によつて地面を所定の形
状に仕上げる施工方法であつて、次の諸工程を含
むもの、 (イ) 土工機械を所定の方向に走行させる工程、 (ロ) 基準地点に対する土工機械の現在位置に関す
るデータを逐次測定する工程、 (ハ) 施工すべき地面の各地点における所望仕上り
面に関するデータを予め記憶しているメモリ装
置から、前記土工機械の現在位置における地面
の所望仕上り面に関するデータを逐次読み出す
工程、 (ニ) 前記基準地点に設けたレーザビーム射出装置
から投射されるレーザビームの投射方向を前記
逐次読み出した地面の所望仕上り面に対応する
方向に逐次調節する工程、 (ホ) 前記作業機に一定の高さをもつてとりつけら
れた受光装置の垂直方向の所定の部位に前記レ
ーザビームが入射するよう前記作業機の土工機
械に対する姿勢を逐次調節する工程。 2 特許請求の範囲第1項において、前記受光装
置は作業機の横方向両端部にそれぞれ1個ずつ設
けられており、前記基準地点から投射される前記
レーザビームを受光するよう構成されていて、そ
れによつて前記作業機の水平方向に対する傾斜を
も制御できるようにしたことを特徴とする前記施
工方法。 3 特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、前記作業機にはさらに別のステアリング制御
用受光装置が固定した高さをもつてとりつけられ
ており、前記基準地点から別に投射されるレーザ
ビームを該ステアリング制御用受光装置の水平方
向の所定の部位に入射するよう土工機械のステア
リングの自動制御を行なうよう構成したことを特
徴とする前記施工方法。 4 特許請求の範囲第1項から第3項までのうち
の何れか1つの項において、前記(ハ)から(ホ)までの
諸工程は前記メモリ装置を含むマイクロコンピユ
ータにより遂行されることを特徴とする前記施工
方法。[Scope of Claims] 1. A construction method in which the ground is finished into a predetermined shape by running an earth-moving machine equipped with a working machine whose attitude with respect to the earth-moving machine can be adjusted. A process that includes the following steps: (a) a process in which the earth-moving machine moves in a predetermined direction; (b) a process in which data regarding the current position of the earth-moving machine relative to a reference point are sequentially measured; and (c) a process to be carried out. a step of sequentially reading out data regarding the desired finished surface of the ground at the current position of the earth-moving machine from a memory device that previously stores data regarding the desired finished surface at each point on the ground; (d) a laser beam provided at the reference point; a step of sequentially adjusting the projection direction of the laser beam projected from the injection device in a direction corresponding to the desired finished surface of the ground read out sequentially; (e) a light receiving device mounted at a constant height on the working machine; a step of successively adjusting the attitude of the working machine with respect to the earthmoving machine so that the laser beam is incident on a predetermined part in the vertical direction; 2. In claim 1, the light receiving device is provided at each end of the working machine in the lateral direction, and is configured to receive the laser beam projected from the reference point, The construction method is characterized in that the inclination of the working machine with respect to the horizontal direction can thereby also be controlled. 3. In claim 1 or 2, a further steering control light receiving device is attached to the working machine at a fixed height, and a laser beam separately projected from the reference point is provided. The construction method is characterized in that the steering of the earth-moving machine is automatically controlled so that the light is incident on a predetermined horizontal position of the steering control light receiving device. 4. In any one of claims 1 to 3, the steps (c) to (e) are performed by a microcomputer including the memory device. The said construction method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13116882A JPS5921835A (en) | 1982-07-29 | 1982-07-29 | Finishing work of ground to given shape |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13116882A JPS5921835A (en) | 1982-07-29 | 1982-07-29 | Finishing work of ground to given shape |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5921835A JPS5921835A (en) | 1984-02-03 |
| JPH0316452B2 true JPH0316452B2 (en) | 1991-03-05 |
Family
ID=15051594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13116882A Granted JPS5921835A (en) | 1982-07-29 | 1982-07-29 | Finishing work of ground to given shape |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5921835A (en) |
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