JPH06300833A - 超音波式距離検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】対地高さ検出等の距離計測を超音波センサ７に
て実行する場合、外的原因による受信感度レベルの低下
による誤検出動作を防止して計測精度を向上させる。 【構成】超音波センサ７の発信器７ａから発射され、被
検出物にて反射された超音波を受信器７ｂで受信した受
信信号を、超音波発信時からの時間の経過に伴って受信
増幅度が増大するようにした時間的感度調節回路１１を
介してＣＰＵ１０に入力する。これにより、超音波セン
サ７に近い位置の被検出物からの反射波の受信信号は増
幅されず、遠い位置にある被検出物からの反射波の受信
信号は増幅されて、距離計測のための時間値の演算を正
確に実行することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンバインにおける刈
取前処理装置の対地高さの検出や、トラクタに牽引され
る耕うん作業機の対地高さ検出、建設機械の作業車の対
地高さ検出のため、これらの走行機体に装着した発信器
から発射した超音波を被検出物にて反射させた反射波を
受信器に受信して、その受信信号から制御部において被
検出物までの距離を測定するための超音波式距離検出装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来多用されていたコンバインにおける
刈取り高さ検出装置として、地面に対して接触する接触
部を備えた機械式センサでは、その接触部に穀稈の株元
部異物が当たって破損しやすいという欠点があった。こ
れに対して、最近では、特開昭５８−１４２２７９号公
報に開示されているように、非接触式の超音波センサを
使用することが多くなった。

【０００３】そして、特公昭６３−３２４１０号公報で
は、超音波センサに近い位置にある機械の支持部材等
に、発信器からの超音波が反射して、受信器で受信して
しまい、被検出物からの受信波と混同することがあり、
制御誤動作の原因となり得るので、受信器の出力側に、
超音波の発信時からの時間経過に伴って感知レベルが小
さくなるように変化するコンパレータ（信号比較器）を
設けることを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この構成によるときに
は、基準値発生器から出力される一定電圧の基準信号
と、被検出物での反射波を受信する受信器からの検出信
号との大小を前記コンパレータにて比較し、前記検出信
号が基準信号の値より大きいもののみを、コンパレータ
から出力する。換言すると、前記基準値発生器とコンパ
レータとは検出信号に対する一種のフィルタ装置という
べきものであり、前記基準値はしきい値であって、この
しきい値が超音波の発信時からの時間経過に伴って小さ
くなるように変化するものである。

【０００５】しかしながら、前記先行技術のように単に
しきい値を時間経過に従って感度レベルを小さくしただ
けあると、例えば超音波センサが地面に近い箇所に設け
られて、発信から受信迄の時間が短い場合には、しきい
値が大きい箇所で判別しなければならないから、感度レ
ベルの大きい受信器を使用しなければ、検出できない。
また、固い土面から柔らかい土面に移動する等して圃場
面の状態変動があった場合のように、受信器によって受
信される検出信号の感度レベルが低く（高く）変動した
場合には、超音波正回転から地面迄の高さが同じ高さで
あっても前記のしきい値を越える箇所が異なることにな
り、対地高さの計測結果に誤差が生じ、刈高さ制御に際
して誤判断を下すことになるという問題があった。

【０００６】換言すると、何らかの外的原因で、受信器
での受信信号のレベルが低下（上昇）すると、被検出物
までの距離検出に誤差が発生するという問題があった。
本発明では、前記先行技術とは逆に、受信器からの出力
信号（検出信号）を増幅してから被検出物の有無を判断
するものであり、その増幅度を超音波の発信時では小さ
くし、時間経過に伴って増幅度を増大させることによ
り、外的原因の影響を受けず、且つ、発信器から近い位
置にあるものからの反射波の検出信号の悪影響を除去し
て、被検出物までの距離測定の誤判断を無くすること
を、解決すべき技術的課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、作業車の走行機体に装着した発信器から
発射した超音波を被検出物にて反射させた反射波を受信
器に受信して、その受信信号から制御部にて被検出物ま
での距離を測定するための超音波式距離検出装置におい
て、前記受信器からの受信信号を、超音波発信時からの
時間の経過に伴って受信増幅度が増大するようにした時
間的感度調節回路を介して前記制御部に入力するように
構成したものである。

【０００８】

【実施例】次に本発明を具体化した実施例について説明
すると、図１はコンバインの側面図、図２は正面図を示
し、コンバインの走行機体１の前部には、図５に示す油
圧シリンダ９を介して刈取前処理装置２を昇降動可能に
装着されており、刈取前処理装置２は下端を前方に上端
を後方に傾斜配置させた穀稈引き起こし装置３と、その
下端前方の分草体４と、穀稈引き起こし装置３の下部後
方の刈取刃５と、穀稈搬送装置６とからなる。

【０００９】本実施例の超音波式距離検出装置における
超音波センサ７は、前記穀稈引き起こし装置３の裏面側
に設けたブラケット（図示せず）に配置し、図３等に示
すように、超音波センサ７における発信器７ａの発信部
（ホーン部）と受信器７ｂの受信部とを地面８に向ける
ように配置する。図３は、本発明の超音波式検出装置と
その制御部との実施例を示し、符号１０は超音波式距離
検出装置における制御部としての中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）で、図示しないが制御プログラムを記憶させた読み
出し専用メモリ（ＲＯＭ）や、各種の検出値、データ等
を一時的に記憶させる随時読み書き可能メモリ（ＲＡ
Ｍ）やインターフェイス、バスなどを備え、超音波セン
サ７における発信器７ａにはＣＰＵ１０からの指令によ
り、発信回路１５を介して適宜時間間隔Ｔ１にて超音波
を発信し、被検出物等にて反射された反射波は受信器７
ｂで受信し、その検出信号は本発明の時間的感度調節回
路１１を介してＣＰＵ１０に入力する。

【００１０】また、前記ＣＰＵ１０に対して別の上位中
央処理装置（ＣＰＵ）１２を接続し、ＣＰＵ１０では、
前記演算された距離に応じて出力信号を上位ＣＰＵ１２
に入力し、該上位ＣＰＵ１２から所定の昇降指令信号を
駆動回路１３に出力し、該駆動回路１３からの出力に応
じて油圧切換弁１４の電磁ソレノイドを作動させて、刈
取前処理装置２の昇降のための油圧シリンダ９を作動さ
せるのである。

【００１１】なお、この上位ＣＰＵ１２は、コンバイン
における他のセンサや制御用スイッチからの信号も受
け、車速や脱穀負荷等に応じて刈取前処理装置の駆動制
御も司る。次に、ＣＰＵ１０及び時間感度調節回路１１
での制御について説明すると、ＣＰＵ１０から出る駆動
パルスＰ１（図４参照）にて駆動回路１１を作動させて
発信器７ａから所定の時間間隔Ｔ１ごとに、デューティ
区間Ｔ２の発信波Ｐ２を出力する。受信器７ｂでは、前
記発信器７ａからの発信波Ｐ２が地面８に反射して受信
波Ｐ３を出力する。

【００１２】受信器７ｂからの出力信号Ｐ３を時間感度
調節回路１１に入力すると、ここでは、図５に示すよう
に、発信波Ｐ２の発射開始時点Ｔｏからの時間経過に伴
って増幅度が増大するような時間経過増幅特性曲線Ｘ１
にて入力信号（検出信号）を増幅させてからＣＰＵ１０
に出力する。なお、図５において横軸は時間（msec.)で
あり、縦軸は増幅度(dB)、また、横軸の下側の尺度は常
温(20 ℃) での距離(cm)換算である。さらに、環境温度
を温度センサ１６にて検出し、適宜温度区間に応じて増
幅度の異なる時間経過増幅特性曲線に切換えて適用させ
るようにして良いのである。

【００１３】このように、受信器７ｂからの出力信号Ｐ
３を時間感度調節回路１１を介して検出信号Ｐ４として
出力すると、発信器７ａに近い位置にある障害物、例え
ば、刈取前処理装置２のフレーム等で反射した反射波が
受信器７ｂで受信する迄の時間が短いため、殆ど増幅さ
れない検出信号Ｐ４の大きさとなり、地面等の刈高さ検
出に必要な被検出物の箇所から反射した反射波が、受信
器７ｂで受信するまでの時間Ｔ３は長いから、時間感度
調節回路１１にて充分に増幅されて検出信号Ｐ４として
出力することができる。

【００１４】図６は、地面８での乱反射が少ないため、
時間感度調節回路１１からの検出信号曲線Ｐ４が１つの
ピーク値を有するような場合であって、この場合、検出
信号Ｐ４が一定レベル（しきい値）Ｈ以上となる箇所
は、Ｔ４，Ｔ５の二つの時点であるので、超音波センサ
７から地面までの距離を測定するための時間値Ｔｍとし
ては、Ｔｍ＝（（Ｔ５−Ｔ４）／２）＋Ｔ４の演算をＣ
ＰＵ１０にて実行するのである。

【００１５】なお、従来では、検出信号Ｐ４が、最初に
一定レベル（しきい値）Ｈ以上になる時点をもって、距
離に対応する時間値としていたが、このように判断する
ときには、地面からの反射でなくてピーク値が大きく鋭
い鋸歯状の検出信号であっても、これを地面と誤判断す
ることがあるため、前記（Ｔ５−Ｔ４）の時間差がＴ６
以内（実施例ではＴ６＝0.8msec.) のとき、前述のＴｍ
の平均値演算を実行する。

【００１６】また、図７に示すように、検出信号曲線Ｐ
５がふたこぶ状等ピーク値が２つ以上ある場合や、高原
状の高いレベルの検出器信号が続く場合には、一般的に
しきい値Ｈ以上の区間（Ｔ５−Ｔ４）の時間間隔が前記
のＴ６×２（実施例では、Ｔ６×２＝1.6msec.以上と考
えられるので、超音波センサ７から地面までの距離を測
定するための時間値Ｔｍとしては、Ｔｍ＝Ｔ４＋Ｔ６
（検出信号曲線Ｐ５がしきい値Ｈを最初に越えた時点か
ら適宜時間（ダミー時間）Ｔ６を加えた時間）とするよ
うな演算を実行するのである。

【００１７】前述のように、時間感度調節回路１１から
出力された検出信号のうち、被検出物までの距離に換算
するものとしての時間値を一定の大きさのしきい値Ｈに
より判別するように制御すると、しきい値設定及びその
変更のデジタルが至極容易にできるという効果を有す
る。さらに、ＣＰＵ１０では、受信器７ｂでの誤信号の
受信による場合や超音波センサ７から被検出物迄の距離
が近すぎる場合に検出対象と誤判断するのを防止するた
め、図８のフローチャートに示すように、絶対値（Ｔ４
−Ｔ５）がＴ６以内の場合及び最初にしきい値Ｈを越え
る時間が前記時間経過増幅特性曲線Ｘ１における適宜増
幅度の小さい時間帯にある場合（Ｔ４≦Ｔ９）には（ス
テップＳ２，no）、ＣＰＵ１２に対してセンサ異常であ
る旨の信号を出力する（ステップＳ３）。この場合には
他の処理を実行し（ステップＳ４）その他の場合には、
前記の時間値Ｔｍの演算を実行し（ステップＳ５）、そ
の結果をＣＰＵ１２に出力するのである。

【００１８】そして、この演算した時間値Ｔｍと距離と
の関係を予め実験により関係式等のルックアップテーブ
ルとしてＲＯＭに記憶させておき、前記ＣＰＵ１２で
は、前記時間値Ｔｍとルックアップテーブルとから距離
Ｌを演算する。実施例では、刈取前処理装置２の下端面
と地面８との間上下距離、または刈取刃５から地面８ま
での上下距離が制御に必要な距離である。

【００１９】ＣＰＵ１２では、前記演算された距離に応
じて、所定の昇降指令信号を駆動回路１３に出力し、該
駆動回路１３からの出力に応じて油圧切換弁１４の電磁
ソレノイドを作動させて、刈取前処理装置２の昇降のた
めの油圧シリンダ９を作動させるのである。

【００２０】

【発明の作用・効果】以上に説明したように、本発明に
よれば、作業車の走行機体に装着した発信器から発射し
た超音波を被検出物にて反射させた反射波を受信器に受
信して、その受信信号から制御部にて被検出物までの距
離を測定するための超音波式距離検出装置において、前
記受信器からの受信信号を、超音波発信時からの時間の
経過に伴って受信増幅度が増大するようにした時間的感
度調節回路を介して前記制御部に入力するように構成し
たものであるから、受信器からの出力信号（検出信号）
を増幅してから被検出物の有無を判断するものであり、
その増幅度を超音波の発信時では小さくし、時間経過に
伴って増幅度を増大させることにより、圃場面の状態変
動等の外的原因からの影響を受けず、且つ、発信器から
近い位置にあるものからの反射波の検出信号の悪影響を
除去して、被検出物までの距離測定の誤判断を無くする
ことができて、常時の精度良く距離検出を行うことがで
きる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンバインの側面視である。

【図２】コンバインの正面図である。

【図３】制御手段の機能ブロック図である。

【図４】超音波センサの発信波及び受信波のタイムチャ
ートである。

【図５】時間感度調節回路における時間経過増幅特性曲
線図である。

【図６】時間感度調節回路からの出力信号の説明図であ
る。

【図７】他の時間感度調節回路からの出力信号の説明図
である。

【図８】制御のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 走行機体 ２ 刈取前処理装置 ３ 穀稈引き起こし装置 ４ 分草体 ５ 刈取刃 ７ 超音波センサ ７ａ 発信器 ７ｂ 受信器 ９ 油圧シリンダ １０ ＣＰＵ １１ 時間感度調節回路 １２ 上位ＣＰＵ １３ 増幅回路 １４ 油圧切換弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業車の走行機体に装着した発信器から
   発射した超音波を被検出物にて反射させた反射波を受信
   器に受信して、その受信信号から制御部にて被検出物ま
   での距離を測定するための超音波式距離検出装置におい
   て、前記受信器からの受信信号を、超音波発信時からの
   時間の経過に伴って受信増幅度が増大するようにした時
   間的感度調節回路を介して前記制御部に入力するように
   構成したことを特徴とする超音波式距離検出装置。