JP4090119B2

JP4090119B2 - 回転レーザ装置

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Publication number: JP4090119B2
Application number: JP18694698A
Authority: JP
Inventors: 文夫大友; 邦広林
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Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2008-05-28
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は整地作業等の土木工事を行う場合の基準面を形成する回転レーザ装置及び土木工事を行う建設機械を運転する場合の建設機械制御システム、特に整地の高さの制御にレーザ光線の回転照射で形成されるレーザ基準面を利用する建設機械制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
グレーダ、ブルドーザ等の建設機械を用いて造成地の整地作業、道路舗装工事の整地作業を行う場合、整地の高さの基準となるものが必要である。近年、整地作業の基準となる高さを決定する為、レーザ光線を使用したシステムが普及している。このレーザ光線を使用したシステムとして回転レーザ装置を具備した建設機械制御システムがある。
【０００３】
図８はこの建設機械制御システムが、ブルドーザに対して採用された場合を示している。
【０００４】
図８中、１は回転レーザ装置、２はブルドーザを示し、前記回転レーザ装置１は造成地の所定位置に三脚３を介して設置される。前記回転レーザ装置１は、水平方向にレーザ光線４を照射すると共に回転させ、該レーザ光線４による基準平面を形成するものである。
【０００５】
前記ブルドーザ２は上下動可能に支持したブレード５を有し、該ブレード５にはポール６が立設され、該ポール６にはレベルセンサ７が取付けられている。該レベルセンサ７は前記回転レーザ装置１からのレーザ光線４を受光し、受光位置を検出する様になっており、前記ブルドーザ２は前記レベルセンサ７からの受光信号を基に前記ブレード５の高さ位置を検出し、該検出結果より前記ブレード５の高さを制御する制御装置（図示せず）を具備している。
【０００６】
上記した様にレーザ光線４により水平基準面が形成されているので、該水平基準面と前記ブレード５のブレード刃先５′迄の距離を一定にすることで水平に整地することができる。又、前記ブレード刃先５′に対する距離を変えることで、整地面の高さを変えることも可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
比較的小規模の現場では１台の建設機械で行うこともあるが、通常の工事現場では複数の建設機械が同時に作業していることが一般的である。更に、複数の建設機械の作業している整地高さもそれぞれ異なっていることも多い。従って、複数の建設機械に対してレベル設定を行う回転レーザ装置が必要となるという問題があり、又複数の回転レーザ装置を稼働した場合、受側の建設機械で誤作動する問題があった。
【０００８】
複数の建設機械を誤作動なく同時に制御する為には、１つの回転レーザ装置によるレベル設定が好ましいが、１つの回転レーザ装置でそれぞれの建設機械に対してレベル設定をするには、レーザ光線の１回転中でそれぞれの建設機械に対してレベル設定をする必要がある。従来、回転レーザ装置は数百ｒｐｍで回転する光学ヘッドからレーザ光線を回転照射し、基準面、基準線を設定している。従って、水準、傾斜設定の為、前記光学ヘッドを傾斜させる為の傾斜機構を具備している。
【０００９】
ところが、前記傾斜機構ではレーザ光線の１回転中で複数方向のレベル設定を行う様な、高速な上下方向の調整は不可能であり、１つの回転レーザ装置により複数の建設機械に対して整地作業の制御を行う建設機械制御システムは実現されていない。
【００１０】
更に、整地作業は必ずしも水平平面に整地するばかりでなく、むしろ斜面を伴った整地作業が多い。造成工事では水捌け勾配が必要であり、舗装工事では地形に応じた勾配と共に水捌け勾配が必要である。従来の建設機械制御システムでは平面に整地後、測量作業に基づいて所定の勾配の傾斜面を形成していた。
【００１１】
この為、水平面に整地することは熟練者でなくとも上記建設機械制御システムにより容易に作業し得るが、勾配を付けることは熟練を要する困難な作業であった。又、傾斜面の整地の仕上り状況は、作業者の熟練度によるところが大きく、熟練度に応じて作業の進捗状況が異なり、出来上りや工程管理の問題もあった。
【００１２】
本発明は斯かる実情に鑑み、１つの回転レーザ装置でレーザ光線を１回転させる間に複数の範囲でレベル設定を行える様、複数の基準面を形成可能とし、１つの回転レーザ装置で複数の建設機械での作業を可能とすると共に、傾斜面を含む整地作業を熟練度に左右されることなく、容易に而も能率よく行える様にするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光線を回転照射しレーザ基準面を形成する回動部と、前記レーザ光源からのレーザ光線を偏向するスキャン手段と、該スキャン手段を制御する制御手段とを具備する回転レーザ装置に係り、又前記回動部の照射方向を検出するエンコーダを更に具備し、前記レーザ基準面が所定の方向で所定の位置に形成される様に前記制御手段が前記スキャン手段を制御する回転レーザ装置に係り、又スキャン手段は回動部に設けられている回転レーザ装置に係り、又前記回動部の照射方向を検出するエンコーダと、前記レーザ光源と前記回動部との間の光路上に設けられレーザ光線を偏向するスキャン手段と、前記スキャン手段と前記回動部との間の光路上に設けられレーザ光線を回転させるイメージローテイタと、レーザ基準面が所定の方向で所定の位置に形成される様に前記スキャン手段を制御する制御手段とを具備し、前記イメージローテイタが前記回動部の１／２回転となる様に連動する回転レーザ装置に係り、又イメージローテイタと回動部との間の光路上に、前記回動部とスキャン手段に焦点を有するリレーレンズを設けた回転レーザ装置に係り、又エンコーダからの検出に基づいて、所定の方向で前記レーザ光源を消灯する回転レーザ装置に係り、又複数の建設機械の整地作業をコントロールする建設機械制御システムに於いて、前記建設機械の整地器具の位置制御用のレーザ基準面を変更可能に形成する回転レーザ装置と、前記建設機械の位置を検知するＧＰＳ受信装置と、前記建設機械に設けられレーザ基準面を検知し前記整地器具の位置を制御する器具制御手段と、前記ＧＰＳ受信装置の検知に基づく前記建設機械の位置に応じたレーザ基準面を形成する様に前記回転レーザ装置を制御する演算手段を有する建設機械制御装置に係り、又建設機械に取付けられるＧＰＳ受信装置と、該ＧＰＳ受信装置からの受信結果を送信する送信手段と、１回転間に前記建設機械の位置に応じたレーザ基準面を形成する回転レーザ装置と、建設機械に取付けられ前記レーザ基準面を検知するレベルセンサと、該レベルセンサの検知結果で前記整地器具の位置を制御する器具制御手段と、前記送信手段の送信を受信する受信手段と、施工データ、地形データ等のデータが記憶された記憶部を有し前記受信手段を介し得られた情報から前記建設機械の位置を演算すると共に該演算結果と前記記憶部に記憶した情報に基づいて前記回転レーザ装置からのレーザ光線照射方向を制御する演算制御手段とを有する建設機械制御装置に係り、又建設機械に取付けられるＧＰＳ受信装置と、該ＧＰＳ受信装置からの受信結果を送信する送信手段と、レーザ光線の消灯を併用することで複数回転に分けて前記建設機械の位置に応じたレーザ基準面を形成する回転レーザ装置と、建設機械に取付けられ前記レーザ基準面を検知するレベルセンサと、該レベルセンサの検知結果で前記整地器具の位置を制御する器具制御手段と、前記送信手段の送信を受信する受信手段と、施工データ、地形データ等のデータが記憶された記憶部を有し前記受信手段を介して得られた情報から前記建設機械の位置を演算すると共に該演算結果と前記記憶部の記憶した情報に基づいて前記回転レーザ装置からのレーザ光線照射方向を制御する演算手段とを有する建設機械制御装置に係り、更に又、ＧＰＳ受信装置は第１ＧＰＳ受信装置と第２ＧＰＳ受信装置とから成り、第１ＧＰＳ受信装置は建設機械に設けられ、第２ＧＰＳ受信装置は既地点に設けられる建設機械制御装置に係るものである。
【００１４】
本発明の回転レーザ装置はレーザ光線を１回転照射する間に任意の所要範囲でレーザ基準面を形成することができ、複数箇所で異なるレベル設定が可能であり、又本発明の建設機械制御システムでは複数の建設機械によりそれぞれ異なる整地作業を同時に行わせることができ、又同一の回転レーザ装置による各建設機械毎のレベル設定を行うので建設機械の誤作動がない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
先ず、複数の建設機械を制御可能とする回転レーザ装置について説明する。
【００１７】
図１は回転レーザ装置１の主要部を示しており、該回転レーザ装置１はレーザ光線４を射出する発光部１１、前記レーザ光線４を基準平面内に回転照射する回動部１２、レベルセンサ７からの反射光を受光検出する受光部１３、制御部１４を具備している。前記回転レーザ装置１の上面には視準器１５を具備し、該視準器１５により前記レベルセンサ７に対して前記回転照射装置１の向きを概略設定することができる。又、特に図示していないがレーザ光線４の照射方向を傾斜させる傾斜機構１６（図７参照）を具備し、該傾斜機構１６は前記制御部１４により制御される。
【００１８】
前記発光部１１はレーザダイオード２０、コリメートレンズ２１を有し、前記レーザダイオード２０から射出されたレーザ光線４を平行光束として前記回動部１２に入射させる。
【００１９】
前記コリメートレンズ２１の上側には前記回動部１２が回転自在に設けられる。該回動部１２には走査ギア２２が設けられ、該走査ギア２２は前記回転レーザ装置１のフレーム（図示せず）に固着された走査モータ２３の駆動ギア２４に噛合する。該駆動ギア２４の駆動により、前記回動部１２が回転する。
【００２０】
前記走査ギア２２は回転自在に支持された回転筒２５に固着され、該回転筒２５の上面にはペンタプリズム２６が取付けられ、又下端部にはスリップリング２７が設けられ、前記回転筒２５の所要位置にはレーザ光線４の照射方向を検出するエンコーダ２８が設けられている。前記回転筒２５の内部で前記発光部１１の光軸上にはスキャン手段２９が設けられている。
【００２１】
前記発光部１１から入射された前記レーザ光線４は前記スキャン手段２９を通って前記ペンタプリズム２６に入射し、レーザ光線４の光軸は前記ペンタプリズム２６により９０°偏向して照射され、更にレーザ平面を形成する様に回転されるものである。前記回転筒２５の回転位置は、該回転筒２５に設けられた前記エンコーダ２８により検出され、該エンコーダ２８の検出信号は前記制御部１４に入力される。
【００２２】
前記スキャン手段２９には、例えば機械的に傾動されるミラー、音響光学効果を利用した音響光学素子、電気光学効果を利用した電気光学素子、磁気光学効果を利用した磁気光学素子等が挙げられる。一般的には音響光学素子が利用されることが多い。
【００２３】
図２に於いて、音響光学素子を略述する。
【００２４】
図２中、３０は音響光学素子であり、該音響光学素子３０は超音波の振動が惹起されることで光を回折させ、偏向する素子である。該音響光学素子３０に超音波発生源（図示せず）を固着して一体構成し、該超音波発生源に偏向に応じた周波数が入力され、入射光が偏向される。該音響光学素子３０は数十ｋＨｚの周波数での稼働が可能な為、レーザ光線の数百ｒｐｍの回転に対して充分な応答性を発揮する。前記音響光学素子３０には前記スリップリング２７を介して駆動電圧が印加される。
【００２５】
前記制御部１４は主に演算器３５、走査モータ駆動部３６、発光素子駆動部３７、スキャン手段駆動部３８を具備し、前記演算器３５は前記走査モータ駆動部３６を制御して前記走査モータ２３を駆動し、又前記発光素子駆動部３７を制御して前記レーザダイオード２０を発光させ、更に前記スキャン手段駆動部３８を制御し、前記スリップリング２７を介して前記スキャン手段２９を駆動する。
【００２６】
以下、作動について説明する。
【００２７】
前記発光素子駆動部３７によりレーザダイオード２０が駆動され、該レーザダイオード２０から射出されたレーザ光線４は前記スキャン手段２９を経て前記ペンタプリズム２６に入射される。前記レーザ光線４は該ペンタプリズム２６で９０°偏向され、水平方向に照射される。前記走査モータ２３が前記走査モータ駆動部３６により駆動され、前記駆動ギア２４、走査ギア２２を介して前記ペンタプリズム２６を回転する。該ペンタプリズム２６の回転によりレーザ光線４は水平方向に回転走査し、基準面を形成する。
【００２８】
前記エンコーダ２８の検出した回転位置に基づいて前記スキャン手段駆動部３８が前記スリップリング２７を介して前記スキャン手段２９を駆動し、前記レーザ光線４が含まれる面内で（図１中では紙面内を左右方向に）前記レーザ光線４を偏向させる。前記スキャン手段２９がレーザ光線４を偏向させることで前記ペンタプリズム２６より照射されるレーザ光線４は上下方向に走査される。上下方向の走査速度は前述した様に、レーザ光線４の数百ｒｐｍの回転に対して音響光学素子３０は数十ｋＨｚの周波数での稼働が可能であり、レーザ光線４の水平方向の回転中に任意の位置での上下方向への偏向が可能である。
【００２９】
図３により、第２の実施の形態に係る回転レーザ装置１について説明する。尚、図３中、図１中で示したものと同一のものには同符号を付しその説明を省略する。
【００３０】
該他の回転レーザ装置１ではスキャン手段２９を回転レーザ装置１のフレーム（図示せず）側に設け、スリップリング２７を使用しない構造である。
【００３１】
発光部１１を水平光軸に沿って設け、該光軸上にスキャン手段２９を設け、該スキャン手段２９の射出側にミラー４０を設け、該ミラー４０により前記スキャン手段２９から射出されたレーザ光線４を鉛直上方に向って反射する。該ミラー４０により反射されたレーザ光線４の光軸上にイメージローテイタープリズム４１を配設する。該イメージローテイタープリズム４１は１回転で像を２回転させる作用がある。
【００３２】
該イメージローテイタープリズム４１は回転自在に支持されたプリズムホルダ４２により保持され、該プリズムホルダ４２には同調ギア４３を設け、該同調ギア４３にアイドルギア４４を噛合させる。前記走査ギア２２にアイドルギア４５を噛合させ、該アイドルギア４５と前記アイドルギア４４とを同軸に固着し、前記走査ギア２２、アイドルギア４５、アイドルギア４４、同調ギア４３により、前記走査ギア２２と前記同調ギア４３との回転比が２：１の減速比となるギア列４６を形成する。
【００３３】
前記レーザダイオード２０より射出されたレーザ光線４を前記スキャン手段２９により偏向、例えば図３の紙面内を上下方向に偏向させる。前述した様に前記走査ギア２２と同調ギア４３とは前記ギア列４６により回転比が２：１で同期回転し、前述した様に該イメージローテイタープリズム４１は１回転で像を２回転させることから前記ペンタプリズム２６に入射する光軸は前記ペンタプリズム２６の回転に同期して１：１の割合で回転する。而して、前記ペンタプリズム２６の方向に拘らず、該ペンタプリズム２６より照射されるレーザ光線４は上下方向に偏向される。
【００３４】
図４により第３の実施の形態に係る回転レーザ装置１について説明する。
【００３５】
該第３の実施の形態では、リレーレンズ４７を設けたものである。
【００３６】
発光部１１を光軸が水平となる様に配設し、該発光部１１の光軸上にスキャン手段２９を配設し、該光軸を中心に回転自在にプリズムホルダ４２を設け、該プリズムホルダ４２にイメージローテイタープリズム４１、リレーレンズ４７ａを設ける。反射ミラー４０をプリズムホルダ４２の反スキャン手段２９側に設け、該反射ミラー４０を挾み前記リレーレンズ４７ａと対向してリレーレンズ４７ｂを配設する。
【００３７】
前記リレーレンズ４７ａは前記スキャン手段２９のスキャン中心に焦点を有し、前記リレーレンズ４７ｂは前記ペンタプリズム２６の出射口近くの回転中心に焦点を有する様に配置されている。リレーレンズ４７ａ，４７ｂによりペンタプリズム２６の近くにスキャン手段を配置したと同等の効果が得られる。スキャン手段とペンタプリズムの距離が長い場合には距離に応じてスキャン巾が広がり、かなり大きなペンタプリズムが必要となる。
【００３８】
前記プリズムホルダ４２のプリズム側端部には同調傘歯車４８を設け、前記回転筒２５には走査ギア２２を設け、該走査ギア２２にアイドルギア４５を噛合させ、前記同調傘歯車４８にアイドル傘歯車４９を噛合させ、前記アイドルギア４５と前記アイドル傘歯車４９とを同軸に固着し、前記走査ギア２２、アイドルギア４５、アイドル傘歯車４９、同調傘歯車４８により、前記走査ギア２２と前記同調傘歯車４８との回転比が２：１の減速比となるギア列５０を形成する。
【００３９】
而して、該第３の実施の形態に於いても前述した第２の実施の形態と同様、前記ペンタプリズム２６の回転と同期して該ペンタプリズム２６に入射するレーザ光線４の光軸が回転し、前記ペンタプリズム２６の方向に拘らず、ペンタプリズム２６より照射されるレーザ光線４は上下方向に偏向される。
【００４０】
次に、図５、図６により上述した回転レーザ装置１を用いた建設機械制御システムについて説明する。尚、図５中、図８中で示したものと同一のものには同符号を付してある。
【００４１】
本発明に係る建設機械制御システムは、傾斜した基準面を形成可能な前記回転レーザ装置１とＧＰＳ（汎地球測位システム）を組合わせ、建設機械、例えばブルドーザを制御する建設機械制御システムである。
【００４２】
該建設機械制御システムは前記回転レーザ装置１、該回転レーザ装置１に設けられた無線受信機５１、複数のブルドーザ２ａ、ブルドーザ２ｂ、ブルドーザ２ｃとこれらブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれ設けられたレベルセンサ７ａ、レベルセンサ７ｂ、レベルセンサ７ｃ及び第１ＧＰＳ受信機８０ａ，８０ｂ，８０ｃ、送信機８１ａ，８１ｂ，８１ｃ、更に制御装置５２、第２ＧＰＳ受信機６８等から構成される。
【００４３】
前記レベルセンサ７ａ、レベルセンサ７ｂ、レベルセンサ７ｃについて図６により説明する（図中ではレベルセンサは符号７で示す）。
【００４４】
非反射部６０の左右両側に帯状の反射部６１が設けられ、該反射部６１の更に外側に受光素子６２が上下に延びる帯状に配設され、又該受光素子６２は前記反射部６１に対して角度を持って設けられている。背面には前記ポール６が嵌合する溝６３が設けられ、該溝６３に前記ポール６を嵌合した状態で前記レベルセンサ７は取付けられる。
【００４５】
前記制御装置５２を図７に於いて説明する。尚、図７ではブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃをブルドーザ２、及び関連する構成を添字を省略して示している。
【００４６】
前記制御装置５２はパーソナルコンピュータに代表されるものであり、該制御装置５２は演算部６５、記憶部６６を有し、該記憶部６６には演算処理に必要なプログラムが設定入力されていると共に施工図に基づく地形データ、即ち平面座標に対する地面の高さデータ、更に、前記ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃの位置を演算する為のプログラムが設定入力され、更に前記回転レーザ装置１の機械高、及び前記ブレード刃先５′から前記レベルセンサ７の基準位置迄の距離等が設定入力されている。
【００４７】
前記制御装置５２には後述する第２ＧＰＳ受信機６８からの受信信号が入力されると共に後述する無線受信機５１からの受信信号が入力される様になっており、前記演算プログラムにより両受信信号から前記ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃの位置を演算可能となっている。更に、該演算結果と予め設定入力されている施工図に基づく地形データから前記回転レーザ装置１から発せられるレーザ光線４の傾斜角を各ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃに関して演算し、該演算結果に基づき前記回転レーザ装置１の前記制御部１４に指令を発する様になっている。
【００４８】
前記各ブルドーザ２は前記ブレード５の位置を制御するブレード駆動部７１と、無線送受信部７２とを有している。
【００４９】
先ず前記ブレード駆動部７１について説明する。
【００５０】
前記レベルセンサ７はポール６に取付けられ、前記ブレード５のブレード刃先５′と前記レベルセンサ７の基準位置との距離は既知の値となっている。該レベルセンサ７による前記レーザ光線４の検出信号は演算部７３に入力され、該演算部７３では前記ブレード刃先５′の高さが演算され、前記演算部７３は電気／油圧回路７４を介して油圧シリンダ７５を駆動して前記ブレード５を上下動させ位置を決定する。前記電気／油圧回路７４は電磁弁を具備しており、前記演算部７３は所要のシーケンスに従って前記電気／油圧回路７４に開閉制御指令を発し、該電気／油圧回路７４が電磁弁を開閉することで前記油圧シリンダ７５への圧油の給排、或は流量調整により、該油圧シリンダ７５に所要方向に所要の速度で上下動させる。前記演算部７３には表示部７６が接続され、前記ブレード５の位置或はブレード５による掘削の状態が表示される。
【００５１】
７７は操作部であり、前記表示部７６の表示に基づき直接手動操作をすることができる。前記表示部７６の表示を見ながら手動で前記ブレード５を位置決め操作をするものであり、前記操作部７７からの信号は前記演算部７３に入力され、該演算部７３は入力信号に基づき前記電気／油圧回路７４を介して前記油圧シリンダ７５を駆動する。
【００５２】
次に、前記無線送受信部７２について説明する。
【００５３】
前記ブルドーザ２の屋根等、衛星からの電波を遮るものが少ない位置に第１ＧＰＳ受信機８０が設けられ、該第１ＧＰＳ受信機８０で受信された情報は信号処理器８２により増幅等所要の信号処理がなされた後、送信機８１から前記無線受信機５１に向けて送信される。
【００５４】
図５に示す様に前記回転レーザ装置１の近く、基準点となる位置に三脚８４を介して第２ＧＰＳ受信機６８が設置され、該第２ＧＰＳ受信機６８の受信結果、及び前記無線受信機５１の受信結果は前記制御装置５２に入力される。而して、前記第１ＧＰＳ受信機８０、第２ＧＰＳ受信機６８によりキネマチック測量による前記ブルドーザ２の位置検出が行われ、前記第１ＧＰＳ受信機８０、第２ＧＰＳ受信機６８及び前記制御装置５２により測量装置が構成され、又前記無線送受信部７２、第２ＧＰＳ受信機６８、無線受信機５１は、データ通信装置を構成する。
【００５５】
以下、作動について説明する。
【００５６】
前記第２ＧＰＳ受信機６８を既知点に設置すると共に前記回転レーザ装置１を既知点に設置する。
【００５７】
設置後先ず該回転レーザ装置１の整準を行う。整準作動は前記傾斜機構１６による傾斜調整により行われる。整準が完了すると前記回転レーザ装置１の向きがレベルセンサ７に合わされ初期設定される。最初、回転レーザ装置１の傾斜方向と制御装置５２の設定とは一致していない為、初期設定が必要となる。既知点に設置される回転レーザ装置１を第１ＧＰＳ受信機８０ａ，８０ｂ，８０ｃ、第２ＧＰＳ受信機６８により各ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃの位置が演算され、既知となった各ブルトーザ２ａ，２ｂ，２ｃのいずれか１のレベルセンサ７に向けることにより設定される。手動で初期設定を行う場合は、前記視準器１５を視準し、回転レーザ装置１を回転させ、更に傾斜機構１６を操作して回転レーザ装置１の照射方向を決定する。
【００５８】
又、別の基準点を設けて初期設定をしても同様である。
【００５９】
前記受信機５１で受信された情報、前記第２ＧＰＳ受信機６８が受信した信号は、刻々前記制御装置５２に入力される。該制御装置５２に於いて前記ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃの位置が測量される。測量された結果は該ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃの平面位置情報であり、前記制御装置５２は該平面位置情報と前記記憶部６６に設定入力されている施工データに基づき各ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃごとに前記レーザ光線４の勾配を前記演算部６５により演算する。
【００６０】
演算結果は前記回転レーザ装置１の前記制御部１４に入力される。該制御部１４は前記レーザ光線４が形成する基準面（基準線）が各ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃの作業領域で前記演算された勾配となる様、エンコーダの照射方向検出に基づいて前記スキャン手段２９を駆動制御する。例えば、ブルドーザ２ａが作業する領域がレーザ光線４を回転照射して形成される基準面であるとすると、前記ブルドーザ２ｃに対しては前記制御部１４からの信号で前記スキャン手段２９が駆動され、レーザ光線４が下方に偏向され、走査レベルが下方に移動し、又ブルドーザ２ｂに対しては前記スキャン手段２９によりレーザ光線４の照射方向が上方に偏向され、走査レベルが上方に移動する。
【００６１】
前述した様に、スキャン手段２９の応答速度はレーザ光線４の回転速度に対して充分に早いので、ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃの作業領域に限った走査レベルの変更が可能であり、ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃの個々に対するレーザ光線４の傾斜方向、勾配の設定を行うことができる。傾斜方向、勾配の設定が完了すると、前記ブレード５の位置合せが行われる。
【００６２】
以上は応答速度の速い音響光学素子を使用したスキャン手段について説明したが、応答速度の遅いスキャン手段を使用した場合には制御できる建設機械の数が少なくなる。この場合、レーザ光のＯＮ−ＯＦＦ制御を併用し区別すれば、数回転で必要数の建設機械を制御することが可能となる。１回転で３台制御するとすれば３回転で９台制御できる。又は１回転毎に１台の建設機械を制御し、対象制御台数と同数の回転で一連の制御を行う様にしてもよい。
【００６３】
前記ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれに於いて、前記レベルセンサ７からの受光信号により前記演算部７３は前記レベルセンサ７に於ける受光位置を検出し、該受光位置と基準位置とを比較演算して、偏差があれば該偏差を修正する様に前記電気／油圧回路７４に駆動制御信号を発する。該電気／油圧回路７４は前記油圧シリンダ７５を駆動して前記ブレード５を上下させる。前記レベルセンサ７は前記ブレード５と一体に上下するので、該ブレード５の上下量は前記レベルセンサ７の上下量と一致し、該レベルセンサ７での受光位置が基準位置に合致することで前記ブレード５の位置が決定される。
【００６４】
前記ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃをそれぞれ移動させ複数箇所で同時に整地作業が行われる。該ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの位置は、第１ＧＰＳ受信機８０で受信したデータが前記送信機８１により前記無線受信機５１に送信され、更に第２ＧＰＳ受信機６８からの受信データが前記制御装置５２に入力されることで該制御装置５２により演算され、更に前記ブルドーザ２の位置はリアルタイムで演算される。
【００６５】
而して、前記ブルドーザ２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの位置に於ける整地面の高さ、傾斜が施工データに基づき演算される。整地面が一定勾配の斜面であれば、前記回転レーザ装置１が形成する基準面の勾配を変化させることなく、又曲面であれば、前記ブルドーザ２の移動に伴いレーザ光線基準面の勾配を変化させることで曲面に整地することができる。
【００６６】
本システムを使用することで、自動で施工データに合致した整地を行うことができる。又、前記表示部７６に表示されたデータを基に作業者が手動により整地作業を実施しても勿論よい。
【００６７】
尚、上記実施の形態ではレベルセンサ７はブレード５に設けたが、前記油圧シリンダ７５の伸縮状態、或はブレード５を支持するアームの位置を介して前記ブレード刃先５′の位置を検出する様にすれば、前記レベルセンサ７はブルドーザ２の車体に設けることも可能である。又、上記ＧＰＳ測位システムはキネマチック方式を説明したが、移動点を即座に検出するＧＰＳ測位システムであればいずれの方式でもよいことは言う迄もない。又、回動部１２の回転位置を検出するエンコーダ２８の出力に基づいて、レベルセンサ７の範囲を往復走査させてもよいし、レベルセンサ７の範囲のみレーザ光線の発光を限定して回転させてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明に係る回転レーザ装置によれば、高速で上下の照射方向の変更が可能であり、１回転中での限定された複数の範囲でのレベル設定が可能であり、１台の回転レーザ装置により複数位置での土木、建設作業が可能となる。又、本発明に係る建設機械制御システムによれば、レーザ光線により形成される基準面により整地作業を行う場合に、水平面ばかりでなく、傾斜面、或は曲面を伴う整地作業が作業者の熟練を要することなく容易に而も確実に行え、施工工期が短縮する。又複数の建設機械によりそれぞれ異なる整地作業を同時に行わせることができ、又同一の回転レーザ装置による各建設機械毎のレベル設定を行うので建設機械の誤動作がないという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転レーザ装置の第１の実施の形態を示す要部ブロック図である。
【図２】該第１の実施の形態に使用される音響光学素子によるスキャン手段の説明図である。
【図３】本発明に係る回転レーザ装置の第２の実施の形態の形態を示す要部ブロック図である。
【図４】本発明に係る回転レーザ装置の第３の実施の形態の形態を示す要部ブロック図である。
【図５】本発明に係る建設機械制御システムの実施の形態を示す説明図である。
【図６】本発明に使用されるレベルセンサの斜視図である。
【図７】建設機械制御システムの実施の形態のブロック図である。
【図８】従来の建設機械制御システムを示す説明図である。
【符号の説明】
１回転レーザ装置
２ブルドーザ
４レーザ光線
５ブレード
７レベルセンサ
１１発光部
１２回動部
１４制御部
２２走査ギア
２６ペンタプリズム
２７スリップリング
３５演算器
３８スキャン手段駆動部
４４アイドルギア
４３同調ギア
４６ギア列
４７ａリレーレンズ
４７ｂリレーレンズ
４８傘歯車
４９傘歯車
５１無線受信機
５２制御装置
６５演算部
６８第２ＧＰＳ受信機
７３演算部
８０第１ＧＰＳ受信機
８１送信機

Claims

レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光線を回転照射しレーザ基準面を形成する回動部と、レーザ光線の照射方向を傾斜させる傾斜機構と、前記レーザ光源からのレーザ光線を上下方向に偏向するスキャン手段と、レーザ光線の照射方向の水平角を検出するエンコーダと、前記スキャン手段を制御する制御手段とを具備し、前記エンコーダの検出結果に基づき、前記スキャン手段を制御し、異なる水平方向で複数の基準面を形成する様構成したことを特徴とする回転レーザ装置。
スキャン手段は回動部に設けられている請求項１の回転レーザ装置。
前記レーザ光源と前記回動部との間の光路上に設けられレーザ光線を偏向するスキャン手段と、前記スキャン手段と前記回動部との間の光路上に設けられレーザ光線を回転させるイメージローテイタと、レーザ基準面が所定の方向で所定の位置に形成される様に前記スキャン手段を制御する制御手段とを具備し、前記イメージローテイタが前記回動部の１／２回転となる様に連動する請求項１の回転レーザ装置。
イメージローテイタと回動部との間の光路上に、前記回動部とスキャン手段に焦点を有するリレーレンズを設けた請求項３の回転レーザ装置。
前記エンコーダからの検出に基づいて、所定の方向で前記レーザ光源を消灯する請求項１及び請求項３の回転レーザ装置。