(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象法面の凹凸形状を計測手段により計測する法面計測工程と、
表示手段に前記計測手段による計測結果を表示する表示工程と、
前記対象法面に向けて吹付材料をノズルから吹き付ける吹付工程と、
前記ノズルの位置を前記計測手段により計測するノズル位置計測工程と、
前記ノズルからの前記吹付材料の吹付方向を前記計測手段による計測結果に応じて調整する調整工程と、を有し、
前記計測手段が、前記ノズルを備えた法面吹付装置と別体とされて前記対象法面に対して移動しないように設置されており、
前記法面吹付装置が、地面を自在に走行、停止することにより前記対象法面に対して移動可能であり、
前記対象法面と前記ノズルとの相対位置関係を計測するために前記法面計測工程と前記ノズル位置計測工程とは同一プロセス内で行われる、法面吹付工法。
【請求項２】
前記対象法面を撮像手段により撮像する撮像工程を更に有し、
前記表示工程において、前記表示手段に、前記撮像手段により撮像された前記対象法面の映像と前記計測結果とを重畳表示する、請求項１に記載の法面吹付工法。
【請求項３】
前記計測手段による前記法面の計測が、前記対象法面をレーザスキャンすることにより、前記対象法面上の複数の点の３次元座標値を取得することにより行われる、請求項１又は請求項２に記載の法面吹付工法。
【請求項４】
前記表示工程において、
前記３次元座標値に基づいて前記ノズルの吹付方向における前記対象法面の縦断面の計測結果を表示する、請求項３に記載の法面吹付工法。
【請求項５】
前記調整工程が、前記ノズルの吹付方向を変更可能な駆動手段に対し、調整手段から調整指令を送出することにより行われる、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の法面吹付工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートやモルタル等の吹付材料をノズルから法面へ向けて吹き付ける法面吹付工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、法面を補強し、その強度の安定化を図るために、ノズルからコンクリートやモルタル等の吹付材料を法面へと吹き付ける工法が用いられている。また、吹付けにより法枠を構築する工法も用いられている。この種の工法として、建設機械のブーム先端部に作業員が乗り込むゴンドラを設置し、そのゴンドラに乗り込んだ作業員が吹付用ノズルを操作して吹付材料の法面への吹付けを行う提案がされている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０７３０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、作業員による吹付作業においては、目視により吹付け厚さを確認するのが一般的であり、作業員の熟練度合いに応じて吹付け厚さや仕上げ品質にばらつきを生じてしまうという課題がある。すなわち、作業員の熟練度合いによっては、吹付け厚さが少なく充分強固な法面形成がされない場合や、逆に必要以上の吹付け厚さとなってしまって吹付材料を無駄に使用してしまう場合がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする主たる課題は、対象法面の凹凸形状を計測することにより、リアルタイムに対象法面の吹付厚さの状況を確認することができ、作業員の技能によらず安定的かつ高品質な吹付けを実現することのできる法面吹付工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決した本発明は、以下の趣旨に基づく。
【０００７】
［趣旨１］
対象法面の凹凸形状を計測手段により計測する計測工程と、
表示手段に前記計測手段による計測結果を表示する表示工程と、
前記対象法面に向けて吹付材料をノズルから吹き付ける吹付工程と、
前記ノズルからの前記吹付材料の吹付方向を前記計測手段による計測結果に応じて調整する調整工程と、を有する法面吹付工法。
【０００８】
［趣旨２］
前記対象法面を撮像手段により撮像する撮像工程を更に有し、
前記表示工程において、前記表示手段に、前記撮像手段により撮像された前記対象法面の映像と前記計測結果とを重畳表示してもよい。
【０００９】
［趣旨３］
前記計測手段による計測が、前記対象法面をレーザスキャンすることにより、前記対象法面上の複数の点の３次元座標値を取得することにより行われてもよい。
【００１０】
［趣旨４］
前記表示工程において、
前記３次元座標値に基づいて前記ノズルの吹付方向における前記対象法面の縦断面の計測結果を表示してもよい。
【００１１】
［趣旨５］
前記計測手段の位置を検出する第１位置検出工程と、
前記ノズルの位置を検出する第２位置検出工程と、を更に有してもよい。
【００１２】
［趣旨６］
前記調整工程が、前記ノズルの吹付方向を変更可能な駆動手段に対し、調整手段から制調整令を送出することにより行われてもよい。
【００１３】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、対象法面の凹凸形状を計測することにより、リアルタイムに対象法面の吹付厚さの状況を確認することができ、作業員の技能によらず安定的かつ高品質な吹付けを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る法面吹付工法を実現する装置構成の全体図である。
【図２】実施形態に係る法面吹付装置の概略構造を示す模式部である。
【図３】制御部と各動作部との接続状態を示すブロック図である。
【図４】傾動部Ｒ１０の内部構造図である。
【図５】計測装置の動作説明図である。
【図６】計測装置、カメラ、測距センサ、表示画面と画像処理部との接続状態を示すブロック図である。
【図７】表示画面での表示例１を示す図である。
【図８】表示画面での表示例２を示す図である。
【図９】表示画面での表示例３を示す図である。
【図１０】表示画面での表示例４を示す図である。
【図１１】表示画面での表示例５を示す図である。
【図１２】表示画面での表示例６を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る法面吹付工法を実現する装置構成の全体図である。図１は、対象法面Ｎを含む作業現場全体を俯瞰して示しており、作業現場には、計測装置（計測手段）Ｍ、カメラ（撮像手段）Ｐ、表示画面（表示手段）Ｄ、画像処理部Ｆ、法面吹付装置Ｓが設置されている。なお、本実施形態では、計測装置Ｍ及びカメラＰが法面吹付装置Ｓの近傍位置に配置され、表示画面Ｄが建設機械３の運転席に装備された例について説明するが、配置位置は必ずしもこれらに限定されない。
【００１７】
まず、法面吹付装置Ｓの概略構成について説明し、その後に計測装置（計測手段）Ｍ、表示画面（表示手段）Ｄ、カメラ（撮像手段）Ｐの構成及び法面吹付工法の手順について説明する。なお、本発明に係る法面吹付工法の実現には、必ずしも法面吹付装置Ｓが必要ではない。例えば、後述するように、ブーム先端に設置されたゴンドラ台に乗り込んだ作業員がノズルを持って吹付作業を行う場合にも、この法面吹付工法を適用することが可能である。
【００１８】
＜法面吹付装置の構造＞
以下、法面吹付装置Ｓについて図面を用いて説明する。図２は、法面吹付装置Ｓの概略構造を示す模式図である。図２（ａ）は、法面吹付装置Ｓの平面図であり、図２（ｂ）は側面図である。法面吹付装置Ｓは、中間アーム４、先端アーム６、ノズル８を有して大略構成される。なお、機械本体１とブーム２とを有する建設機械３のブーム２の先端に法面吹付装置Ｓが連結されてもよい。
【００１９】
建設機械３としては、走行クレーンやバックホー等を例示することができる。建設機械３の機械本体１は、キャタピラ等の走行装置と運転席を有し、施工現場における地面Ｇを自在に走行、停止することができる。
【００２０】
ブーム２は、機械本体１に連結された延長部材である。そのブーム２の先（端部近傍）に延長部材としての中間アーム４が連結されている。中間アーム４の先（端部近傍）に中継アーム１０を介して先端アーム６が連結されている。中継アーム１０は、その根元部における回転軸（第１軸、以下、軸と略す。）Ｘ１に対し、先端部における回転軸（第２軸、以下、軸と略す。）Ｘ２が所定角度αだけ傾斜している。その結果、中間アーム４に対する中継アーム１０の回転面と中継アーム１０に対する先端アーム６の回転面とが所定角度αだけ傾斜している。なお、本実施形態では、中間アーム４の延長方向と中継アーム１０の延長方向とは実質的に平行であって回転軸Ｘ１に直交している。先端アーム６の延長方向は回転軸Ｘ２に直交している。したがって、中間アーム４の延長方向と先端アーム６の延長方向とが所定角度αだけ傾斜している。
【００２１】
先端アーム６の先（端部近傍）にノズル８が配置されている。ノズル８は、コンクリートやモルタル等の吹付材料をその噴射口から対象法面に向けて噴射（吹付け）可能である。ノズル８には、吹付材料を貯留する材料タンク（不図示）から圧送ポンプ（不図示）によってホース１２を介して吹付材料が供給される。先端アーム６の先端側には、先端アーム６の延長方向に直交する傾動軸（第３軸、以下、軸と略す。）Ｘ３、その軸Ｘ３に直交する回転軸（第４軸、以下、軸と略す。）Ｘ４、軸Ｘ３に平行な傾動軸（第５軸、以下、軸と略す。）Ｘ５が配置されている。ノズル８は、軸Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５を介して先端アーム６に連結されている。
【００２２】
なお、本実施形態では、軸Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４は、その延長方向が地面Ｇに垂直な面（垂直面）Ｈに平行であり、軸Ｘ３，Ｘ５は、その延長方向が地面Ｇに平行である。
【００２３】
＜法面吹付装置の動作構造＞
法面吹付装置Ｓは、更に、傾動部（第１傾動手段）Ｒ３、回転部（第１回転手段）Ｒ４、回転部（第２回転手段）Ｒ５、伸縮部（第１伸縮手段）Ｒ６、傾動部（第２傾動手段）Ｒ７、傾動部（第３傾動手段）Ｒ８、回転部（第３回転手段）Ｒ９、傾動部（第４傾動手段）Ｒ１０、制御部（調整手段）Ｃを有している。建設機械３のブーム２は、回転部（第４回転手段）Ｒ１、傾動部（第５傾動手段）Ｒ２を有し、ブーム２の先端に連結された法面吹付装置Ｓ全体の回転及び傾動を実現する。
【００２４】
なお、図２では、各回転手段、傾動手段、伸縮手段の具体構成は図示を省略しているが、各々の回転部、傾動部、伸縮部の動作が、油圧シリンダ５によって実現される。すなわち中間アーム４、中継アーム１０、先端アーム６等から側方に突出した突起部７に油圧シリンダ５の一端が連結され、油圧シリンダ５が後述する各回転部、傾動部、伸縮部の駆動手段（油圧シリンダの一部）によって駆動されることにより、回転、傾動、伸縮の動作が実現される。図２に、各回転部、傾動部、伸縮部の動作方向（回転方向、傾動方向、伸縮方向）を矢印で図示している。図３は、制御部Ｃと各傾動部、回転部、伸縮部との接続状態を示している。
【００２５】
回転部Ｒ１は、機械本体１に対して、ブーム２を地面Ｇに平行な面内で回転可能とするものである。回転部Ｒ１は、ブーム２を回転させる駆動手段と、機械本体１に対するブームの回転位置を検出するセンサとを有している。
【００２６】
傾動部Ｒ２は、ブーム２を地面に垂直な面（垂直面）Ｈ内で傾動可能とするものである。つまり、傾動部Ｒ２は、ブーム２の地面Ｇに対する傾斜を調整可能とするものである。傾動部Ｒ２は、ブーム２を垂直面Ｈ内で傾動させる駆動手段と、ブーム２の地面Ｇに対する傾斜角度を検出するセンサとを有している。
【００２７】
傾動部Ｒ３は、ブーム２に対して中間アーム４を垂直面Ｈ内で傾動可能とするものである。傾動部Ｒ３は、ブーム２に対して中間アーム４を傾動させる駆動手段と、ブーム２に対する中間アーム４の回転角度を検出するセンサとを有している。
【００２８】
回転部Ｒ４は、中間アーム４の延長方向に直交する軸Ｘ１周りに先端アーム６を回転可能とするものである。本実施形態では、中間アーム４に対して中継アーム１０を介して先端アーム６が連結されている。したがって、回転部Ｒ４は、実質的には軸Ｘ１周りに中継アーム１０を回転可能とする。回転部Ｒ４は、中継アーム１０を軸Ｘ１周りに回転させる駆動手段と、中間アーム４に対する中継アーム１０の回転角度を検出するセンサとを有している。
【００２９】
回転部Ｒ５は、軸Ｘ１と同一面内の軸であって、軸Ｘ１に対し所定角度α傾斜した軸Ｘ２周りに先端アーム６を回転可能とするものである。軸Ｘ２が軸Ｘ１と同一面内の軸であるとは、軸Ｘ１と軸Ｘ２とが「ねじれ」の関係にないことを意味する。また、所定角度αは、１０°〜４０°の範囲が好ましいが、本実施形態では、所定角度α＝３０°である。中継アーム１０は、その根元部において軸Ｘ１を回転軸として中間アーム４と連結され、その先端部において軸Ｘ２を回転軸として先端アーム６が連結されている。したがって、中継アーム１０を介しつつ、実質的には、中間アーム４に対して所定角度α傾斜した状態で先端アーム６が回転可能である。回転部Ｒ５は、軸Ｘ２周りに先端アーム６を回転させる駆動手段と、中継アーム１０に対する先端アーム６の（所定角度α傾斜した状態での）回転角度を検出するセンサとを有している。
【００３０】
伸縮部Ｒ６は、先端アーム６をその延長方向に沿って伸縮可能とするものである。先端アーム６は伸縮動作を実現するために、例えばアンテナや油圧シリンダ等に用いられる二重管構造を有してもよい。伸縮部Ｒ６は、先端アーム６を伸縮させる駆動手段と、その伸縮長を検出するセンサとを有している。
【００３１】
傾動部Ｒ７は、中間アーム４に対して先端アーム６を垂直面Ｈ内で傾動可能とするものである。本実施形態では、中継アーム１０を介して中間アーム４と先端アーム６とが連結されているので、傾動部Ｒ７は、実質的に中継アーム１０に対して先端アーム６を垂直面Ｈ内で傾動可能とする。傾動部Ｒ７は、中間アーム４に対して先端アーム６を傾動させる駆動手段と、中間アーム４に対する先端アーム６の傾斜角度を検出するセンサとを有している。
【００３２】
傾動部Ｒ８は、先端アーム６の延長方向に直交する軸Ｘ３周りにノズル８の吹付方向を傾動可能とするものである。本実施形態では、軸Ｘ３は地面Ｇと平行である。したがって、傾動部Ｒ８はノズル８を地面に垂直に（垂直面Ｈ内で）傾動させることが可能である。本実施形態では、先端アーム６の先端側に軸Ｘ３を介して連結部材が連結されている。したがって、傾動部Ｒ８は、軸Ｘ３周りに連結部材を傾動させることにより、実質的にノズル８の吹付方向を傾動させる。傾動部Ｒ８は、先端アーム６に対して軸Ｘ３周りにノズル８の吹付方向を傾動させる駆動手段と、先端アーム６に対するノズル８の傾斜角度を検出するセンサとを有している。
【００３３】
回転部Ｒ９は、軸Ｘ３に直交する軸Ｘ４周りに前記ノズル８の吹付方向を回転可能とするものである。本実施形態では、軸Ｘ４は、垂直面Ｈに平行である。したがって、回転部Ｒ９はノズル８を地面Ｇに沿って（地面Ｇに平行に、又は地面Ｇに対してある程度傾斜した状態で）回転させることが可能である。本実施形態では、前述の連結部材に対して軸Ｘ４を介してノズル保持部１４が連結され、そのノズル保持部１４にノズル８が保持されている。したがって、回転部Ｒ９は、軸Ｘ４周りにノズル保持部１４を回転させることにより、実質的にノズル８の吹付方向を回転させる。回転部Ｒ９は、連結部材６に対して軸Ｘ４周りにノズル８を回転させる駆動手段と、連結部材に対するノズル８の回転角度を検出するセンサとを有している。
【００３４】
傾動部Ｒ１０は、軸Ｘ３と平行な軸Ｘ５周りにノズル８の吹付方向を傾動可能とするものである。本実施形態では、軸Ｘ５は軸Ｘ３と共に地面Ｇと平行である。したがって、傾動部Ｒ１０はノズル８を地面に垂直に（垂直面Ｈ内で）傾動させることが可能である。本実施形態では、ノズル保持部１４に対して、軸Ｘ５を介してノズル８が保持されている。したがって、傾動部Ｒ１０は、ノズル保持部１４に対してノズル８を傾動可能である。傾動部Ｒ１０は、ノズル保持部１４に対して軸Ｘ５周りにノズル８の吹付方向を傾動させる駆動手段と、ノズル保持部１４に対するノズル８の傾斜角度を検出するセンサとを有している。
【００３５】
図４は、傾動部Ｒ１０の内部構造図である。図４は、図２（ｂ）と同方向で矢視している。傾動部Ｒ１０は、揺動手段として機能するカム構造２０と上下動手段として機能するスライド構造２２の２つの駆動手段を有している。カム構造２０は、リンク部材２０ａによってカム部材２０ｂとノズル８とが連結された構造を有しており、カム部材２０ｂが回転することにより軸Ｘ５周りにノズル８が繰り返し往復揺動的に傾動可能とされる。その揺動範囲は、例えば±１５°の角度である（図４中の一点鎖線を参照）。
【００３６】
スライド構造２２は、カム構造２０自体を油圧シリンダ又はモータ等により垂直面Ｈ内で上下に移動可能な構造を有しており、カム構造２０を上下動させることにより軸Ｘ５周りにノズル８が傾動可能とされる。スライド構造２２による傾動範囲は、例えば揺動範囲よりも大きく±４５°である（図４中の破線を参照）。したがって、スライド構造２２の動作により、ノズル８の吹付方向を決定した後に、カム構造２０の動作によってノズル８を往復揺動させて、対象法面への広範囲への万遍のない吹付けを可能とする。なお、揺動手段としては、カム構造の他にクランク構造やその他の公知の往復揺動可能な構造を適用することができる。
【００３７】
なお、各回転部、傾動部、伸縮部Ｒ１〜Ｒ１０が有する駆動手段としては、前述の油圧シリンダの他に、モータ、アクチュエータ等を適用することができる。これらＲ１〜Ｒ１０が有するセンサとしては、公知の光学センサ、磁気センサ、機械式スイッチ等を適用することができる。
【００３８】
図３は回転部Ｒ１，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ９、傾動部Ｒ２，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ８、Ｒ１０、伸縮部Ｒ６（以下、これらを総称して動作部ということもある。）と制御部Ｃとの接続状態を示すブロック図である。制御部Ｃは、各動作部Ｒ１〜Ｒ１０の駆動手段、センサと接続されている。動作部Ｒ１〜Ｒ１０の駆動手段に対し、駆動指令を出力することが可能であり、その各動作部Ｒ１〜Ｒ１０のセンサからの検出値を入力することが可能である。
【００３９】
制御部Ｃは、各動作部Ｒ１〜Ｒ１０の動作を制御するためのものである。制御部Ｃは、内部に演算処理部（ＣＰＵ）Ｃ１、メモリ（記憶手段）Ｃ２を有している。メモリＣ２内に記憶されたプログラムや動作モードに基づき、又は、操作部で操作された操作内容に基づき、演算処理部Ｃ１が主体的に各動作部Ｒ１〜Ｒ１０の動作制御を行う。本実施形態では機械本体１内部に制御部Ｃが設けられ、運転席近傍に表示画面Ｄが配置されて、その表示画面Ｄに制御部Ｃによる制御状態が表示可能となっている。例えば、表示画面Ｄには各動作部Ｒ１〜Ｒ１０のセンサ入力値に基づく位置情報や回転角度情報が表示され、各動作部Ｒ１〜Ｒ１０の動作方向、動作速度等の情報が表示されるようになっている。もちろん、各動作部Ｒ１〜Ｒ１０を動作させる駆動指令を出力するための操作部も運転席近傍に配置されている。
【００４０】
＜計測手段＞
図５は、図１に示す計測装置Ｍの動作説明図である。図５（ａ）は作業現場を上方から矢視した平面図、図５（ｂ）は作業平面に平行に矢視した側面図である。計測装置Ｍは、レーザを用いたスキャンにより、周囲の３次元マッピングデータを取得する機能を有する。計測装置Ｍは、法面吹付装置Ｓの近傍位置に配置され、又は法面吹付装置Ｓや建設機械３に取り付けて使用される。計測装置Ｍとしては、例えばＶｅｌｏｄｙｎｅ社の全方位レーザーライダーイメージングユニットＬｉＤＡＲを用いることができる。すなわち、計測装置Ｍは、放射状に所定角度ピッチとされた複数のレーザ光Ｌ（本実施形態では、Ｌ１〜Ｌ３２の３２本のレーザ光）を周方向に沿って回転スキャンし、周囲をマトリックス状に分割した複数箇所の点の３次元座標値（ＸＹＺ座標値）を取得する。
【００４１】
回転スキャンの際には、所定の時間間隔（計測周期）で座標値を取得する。例えば、３６０°の全方位回転周波数が５〜１５Ｈｚであって、測定ポイントが５００，０００ポイント／秒（＝計測周期２μｓ）で計測することが考えられる。このときのレーザ光Ｌ１による計測ポイントを、図５にＬ（１，１）、Ｌ（１，２）、Ｌ（１，３）・・・で示している。レーザ光の本数やスキャンの回転周波数、計測周期は、計測対象に応じて適宜設定可能な数値である。計測対象としての対象法面Ｎの凹凸を高解像度で計測する場合には、レーザ光の本数を増加させ、及び／又はスキャンの回転周波数を低減し、及び／又は計測周期を短縮すればよい。本実施形態では、鉛直方向に沿って所定角度ピッチで放射状に発振した３２本のレーザ光Ｌ１〜Ｌ３２を水平方向に３６０°全周回転させることにより、周囲の３次元マッピンデータの取得を実行する。
【００４２】
計測装置Ｍによるレーザスキャンにより、対象法面Ｎ上にマッピングされた複数の点の３次元座標値が凹凸形状として計測される。レーザスキャンを繰り返し実行し、その計測結果を逐次演算処理することにより、対象法面Ｎの凹凸形状がリアルタイムに取得される。計測装置Ｍからの計測結果は、図６に示すように、画像処理部Ｆへ向けて送信可能とされている。
【００４３】
なお、計測装置Ｍの計測領域内にノズル８があるように設定すれば、ノズル８の位置（計測装置Ｍから見た相対位置）の３次元座標値も計測可能である。それにより、計測装置Ｍによる計測結果に基づき、ノズル８と対象法面Ｎとの位置関係、ノズル８が対象法面Ｎのどの部分に対して吹付けを行っているか（ノズル８の吹付方向）等が認識可能である。
【００４４】
＜撮像手段＞
図１に示すカメラＰは、例えばＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等の撮像手段であり、対象法面Ｎが視野内に収められている。このカメラＰで撮像した映像は、画像処理部Ｆを介して表示画面Ｄへと送られるようになっている。画像処理や映像の重畳表示を行わず、単にリアルタイムな映像を表示画面Ｄに表示する場合には、画像処理部Ｆを介さずに直接表示画面Ｄへと送られてもよい。
【００４５】
カメラＰで撮像された映像は、後述する画像処理部Ｆによって画像処理が施されて計測装置Ｍによる計測結果と重畳（スーパーインポーズ）されて表示画面Ｄに表示されるようになっている。映像と計測結果とが重畳される際には、両者の画像上の位置合わせが行われる。両者の位置合わせ容易のために、計測装置ＭとカメラＰとは、近い位置又は略同一位置に配置されることが望ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。
【００４６】
カメラＰの視野内に対象法面Ｎだけでなくノズル８も収められていれば、計測結果と映像との位置合わせの精度は一層向上する。また、例えば対象法面Ｎ内の一部等に位置合わせ用の指標が１又は複数配置され、カメラＰの視野にも計測装置Ｍの計測領域内にもその指標が入るようにすれば、位置合わせ精度の向上に一層寄与する。
【００４７】
＜表示手段＞
表示画面Ｄは、例えば建設機械３の運転席に配置され、又は、作業現場における計測装置Ｍの近くに配置されて、計測結果や映像を表示するためのものである。表示画面Ｄとしては、ＣＲＴ、液晶表示装置、プラズマディスプレイ等の種々の表示装置が適用可能である。
【００４８】
表示画面Ｄは、後述する画像処理部Ｆから取得した計測結果や映像を画面表示する機能を有する。なお、映像については、カメラＰから直接取得する場合もある。表示画面Ｄ上には、画像処理部Ｆの画像処理によって、種々の画像表示が可能である。例えば、計測結果を数値で表示すること、計測結果をグラフ化して表示すること、計測結果を色分けして表示することが可能である。計測装置Ｍによる計測結果とカメラＰによる映像とを重畳表示することも可能である。画面を複数に分割して計測結果のグラフと重畳された映像とを同時に表示することも可能である。表示画像をリアルタイム動画として表示することも、静止画像として表示することも可能である。
【００４９】
＜画像処理部＞
画像処理部Ｆは、計測装置Ｍからの計測結果やカメラＰからの映像を画像処理し、表示画面Ｄへと表示させる機能を有する。図６は、計測装置Ｍ、カメラＰ、測距センサＱ（後述）、表示画面Ｄと画像処理部Ｆとの接続状態を示すブロック図である。画像処理部Ｆは、計測装置Ｍ、表示画面Ｄ、カメラＰと接続され、計測装置Ｍから計測結果Ｍ１を取得し、カメラＰから映像Ｐ１を取得する。
【００５０】
画像処理部Ｆは、取得した計測結果Ｍ１及び映像Ｐ１に基づき、表示画面Ｄに画像データＤ１を送信するように構成されている。表示画面Ｄは、取得した画像データＤ１に基づき、画面上に映像を表示する。画面上への映像表示は、表示切替えによって、また、画面を区分することにより複数映像を同時表示することによって、種々の映像表示が可能とされている。
【００５１】
画像処理部Ｆは、重畳表示手段Ｆ１を有している。重畳表示手段Ｆ１は、例えば、スーパーインポーズインターフェースユニットとも呼ばれ、本実施形態では、計測装置Ｍからの計測結果Ｍ１とカメラＰからの映像Ｐ１とを重畳する機能を有している。より詳しくは、計測結果Ｍ１と映像Ｐ１とが表示画面Ｄ上で重畳表示されるように、計測結果Ｍ１のデータと映像Ｐ１のデータとに基づき画像データＤ１を生成する機能を有する。
【００５２】
なお、制御部Ｃが画像処理部Ｆとしての機能を備えていてもよいし、制御部Ｃとは別体とされた画像処理部Ｆと制御部Ｃとが有線又は無線により通信可能とされていてもよい。例えば、タブレット端末、スマートフォン、パーソナルコンピュータ等の端末装置が画像処理部Ｆ及び表示画面Ｄとしての機能を果たし、制御部Ｃと通信可能となっていてもよい。この場合において、端末装置内の記憶装置に画像処理プログラムがインストールされ、この画像処理プログラムに基いて端末装置内のＣＰＵが画像処理部Ｆとして機能してもよい。
【００５３】
＜画面表示例＞
図７は、表示画面Ｄでの表示例１である。表示例１では、対象法面Ｎを含む作業現場全体の地形を計測装置Ｍで計測した計測結果Ｍ１を表示画面Ｄに表示している。作業現場全体の３次元座標値が計測装置Ｍにより計測されるので、表示画面Ｄ上に作業現場全体の３次元画像が表現されている。図７において、水平方向に延びる線の１本１本がレーザ光Ｌ１〜Ｌ３２に対応する。水平方向の線は、３６０°全周スキャンする間に所定周期で取得した３次元座標値を線で繋げて表現したものである。この計測装置Ｍでは、周囲の３次元座標値が計測されるので、表示画面Ｄ上に周囲の地形を表示する際には、その視点の位置を変更することができる。すなわち、計測装置Ｍの位置を中心とした周囲地形の表示のみならず、計測装置Ｍからずらした視点位置から俯瞰した周囲地形の表現を実現することができる。図７では、位置Ｕ１が計測装置Ｍの位置であり、位置Ｕ２がノズルの位置である。
【００５４】
図８は、表示画面Ｄでの表示例２である。表示例２は、図７において対象法面Ｎ部分を拡大して示したものとなっている。図８では、レーザ光Ｌに対応する線を破線Ｌａと実線Ｌｂとで示している。実線Ｌｂは、作業開始時点、すなわち、法面吹付装置Ｓによる吹付け作業を開始する前の時点での対象法面Ｎの計測結果Ｍ１であり、破線Ｌａは現時点、すなわち法面吹付装置Ｓによる吹付け作業進行中における対象法面Ｎの計測結果Ｍ１である。
【００５５】
この実線Ｌｂと破線Ｌａとの差分が、ノズル８からの吹付けによる対象法面Ｎの吹付け厚さを示している。このように、計測装置Ｍにより対象法面Ｎの凹凸（地形）を計測し、異なる時間における計測結果（作業開始前の計測結果Ｍ１と作業開始後の現時点における計測結果Ｍ１等）を表示画面Ｄに重畳表示することで、対象法面Ｎにおける各部分ごとの吹付け厚さを正確に把握することができる。吹付け作業が充分進行している箇所と、進行が不足している箇所とを正しく把握することができたり、吹付けの不足量を把握したりすることができる。吹付け不足の箇所に向けてノズル８の吹付け方向を調整することで、仕上げ品質の向上を図ることができる。
【００５６】
図９は、表示画面Ｄでの表示例３である。表示例３は、図８と同様に図７における対象法面Ｎを拡大表示したものである。図９では、吹付け厚さを色分け表示している。本実施形態では、作業開始前の計測結果Ｍ１と作業開始後（現時点）の計測結果Ｍ１との差分としての吹付け厚さが、０以上２ｃｍ未満、２ｃｍ以上４ｃｍ未満、４ｃｍ以上６ｃｍ未満、６ｃｍ以上８ｃｍ未満、８ｃｍ以上１０ｃｍ未満、１０ｃｍ以上１２ｃｍ未満、１２ｃｍ以上の７段階で色分け表示している。図９では白黒表示のために、色分けの代わりにハッチングの種類を変更して表現している。このような色分け表示により、吹付け厚さが直感的に把握し易くなっている。吹付け厚さの不足箇所が直感的に迅速に把握されるので、ノズル８の吹付け方向をすぐに調整し、対象法面Ｎ全体としての吹付仕上げの品質向上を図ることができる。
【００５７】
図１０は、表示画面Ｄでの表示例４である、表示例４は、計測結果Ｍ１と映像Ｐ１とを重畳表示したものである。計測結果Ｍ１については、図８と同様に吹付け厚さごとに色分け（図面上では、異なるハッチング態様ごとに分類）表示している。計測結果Ｍ１と映像Ｐ１とが位置合わせされた上で表示画面Ｄ上で重ねて表示されている。計測結果Ｍ１については、例えば５０％の透過率等の透過処理がされ、その背後の映像Ｐ１が視認可能となるように調整されている。
【００５８】
表示例４では、計測装置Ｍによる計測結果Ｍ１とカメラＰによる映像Ｐ１とが、同一視点からの同一視野の画像として表示されている。そして、表示例４は、リアルタイム画像であり、常に現時点での映像及び計測結果としての吹付け厚さの色分け表示が重畳表示されている。したがって、対象法面Ｎ内で、どの位置の吹付け量が不足しているかが一目瞭然に把握可能である。
【００５９】
計測結果Ｍ１と映像Ｐ１との表示画面Ｄ上での重畳表示の際には両者の位置合わせが行われる。この位置合わせは、種々の方法によって実現可能である。例えば、計測装置ＭとカメラＰとが両方とも作業現場に配置されており（両者の相対位置関係が変動しない）、計測装置Ｍの視野内とカメラＰの視野内とに同一対象物が存在する場合は、その同一対象物を基準として両者の位置合わせを行うことができる。同一対象物としては、例えばノズル８であってもよいし、対象法面Ｎ上又は対象法面Ｎの近傍に配置した基準指標であってもよい。
【００６０】
また、例えば、計測装置Ｍが作業現場に固定されており、カメラＰが法面吹付装置Ｓに取り付けられていて、両者の相対位置関係が変動する場合には、吹付け作業開始前に予め基準指標等を用いて両者の視野のキャリブレーション（位置合わせ）を行う。その後、法面吹付装置Ｓの各動作部Ｒ１〜Ｒ１０のセンサ出力に基づき、カメラＰの視野がどの方向にどの程度移動したかを検出することにより、計測結果Ｍ１と映像Ｐ１との相対位置関係の維持を実現することができる。各動作部Ｒ１〜Ｒ１０のセンサ出力を利用することで、計測装置Ｍの視野内とカメラＰの視野内とに同一対象物が存在しない場合であっても、両者の視野の相対位置関係を維持することができる。
【００６１】
図１１は、表示画面Ｄでの表示例５である。表示例５は、対象法面Ｎの吹き付け方向における縦断面形状を示したものである。計測装置Ｍの計測結果Ｍ１により、ノズル８が現時点で対象法面Ｎ上のどの位置に対して吹付けを行っているか（吹付け位置とも吹付け方向ともいう。）を把握することができる。例えば、計測結果Ｍ１上で、ノズル８の延長方向を更に延長した仮想線と対象法面Ｎとの交点とを求めてもよいし、現時点での吹付け厚さの単位時間あたりの変化量（増加量）が最も大きい位置を吹付け位置としてもよい。
【００６２】
表示例５では、その吹付け位置を通る対象法面Ｎの鉛直断面の形状を示している。吹き付け方向における鉛直に沿った断面形状を表示することにより、吹付け量が不足している箇所や法面の仕上げ状況をリアルタイムに把握することができる。また、この吹付け方向における目標法面形状Ｔも併せて表示するようにすることで、より一層作業効率の向上を図ることができる。
【００６３】
なお、例えば、図１に示すように、ノズル保持部１４の近傍に測距センサＱを取り付ければ、より簡便かつ確実に吹付け方向における対象法面Ｎの縦断面形状を計測することができる。この測距センサＱが、自身と対象法面Ｎとの距離を、ノズル８の吹付け方向における縦方向に沿って計測することができるものであれば、吹付け方向における対象法面Ｎの縦断面形状を容易に計測することができる。この場合において、測距センサＱは、画像処理部Ｆに接続され、画像処理部Ｆに向けて計測結果Ｑ１を送信する。
【００６４】
図１２は、表示画面Ｄでの表示例６である。表示例６では、表示画面を複数の画面領域に分割し、各々の表示領域に表示例１，４，５での各々の表示画像Ｅ１，Ｅ４，Ｅ５を表示している。これにより、作業現場の全体地形、ノズル８の吹付け方向、対象法面Ｎの各位置の吹付け厚さ、目標吹付け厚さからの不足量等、種々の情報を把握することができ、吹付け作業効率の向上や仕上げ品質の向上に寄与することができる。なお、表示画像Ｅ６には、表示画像Ｅ１に対する視点移動や拡大、縮小等の指示ボタンが表示されており、これらの指示ボタンを選択することで、表示画像Ｅ１の視点移動、拡大、縮小が可能である。
【００６５】
＜法面吹付工法の説明＞
続いて、実際の法面吹付工法の手順について説明する。対象法面Ｎのある作業現場に法面吹付装置Ｓを所定位置に設定する（Ｓ１）。その近傍位置に計測装置Ｍ及びカメラＰを設置する（Ｓ２）。表示画面Ｄ及び画像処理部Ｆを備えたタブレット端末を計測装置Ｍ、カメラＰ、測距センサＱ、及び制御部Ｃと通信可能な状態にセットする（Ｓ３）。
【００６６】
計測装置Ｍで周囲の地形の計測を開始し、計測結果Ｍ１をタブレット端末へと送信する（Ｓ４）。カメラＰで対象法面Ｎを撮影し、その映像Ｐ１をタブレット端末へと送信する（Ｓ５）。また、測距センサＱで吹付け方向における対象法面Ｎの縦断面形状を計測し、計測結果Ｑ１をタブレット端末へと送信する（Ｓ６）。タブレット端末は、計測結果Ｍ１と映像Ｐ１との位置合わせを実行する（Ｓ７）。位置合わせは、例えば視野内のノズル８の位置に基づき、又は、対象法面Ｎの近傍位置に設置された基準指標を計測装置Ｍで計測し、カメラＰで撮影することにより行う。
【００６７】
タブレット端末は、計測結果Ｍ１と映像Ｐ１とに基づき画像データＤ１を生成し、画像データＤ１に基づき表示画面Ｄに画像表示を行う（Ｓ８）。画像表示は、表示例１〜６のうちいずれか、又はそれらの組合せによって行う。
【００６８】
タブレット端末は、計測結果Ｍ１を調整手段としての制御部Ｃへと送信する（Ｓ９）。制御部Ｃは、計測結果Ｍ１に基づき、対象法面Ｎのどの部分にどの程度の吹付け量が不足しているかを判断し（Ｓ１０）、その判断に基づき各動作部Ｒ１〜Ｒ１０へ調整指令を創出し、各動作部の駆動手段を動作させてノズル８の吹付け方向を調整する（Ｓ１１）。
【００６９】
以上、実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、法面吹付装置Ｓを用いた法面吹付工法について説明したが、必ずしもこの法面吹付工法を実現する手段が、各動作部Ｒ１〜Ｒ１０を備えた法面吹付装置Ｓである必要はない。例えば、ブーム先端に作業員用のゴンドラが設置され、そのゴンドラに作業員が乗り込んでノズル８を持って対象法面Ｎに対する吹付けを行う場合であっても、この法面吹付工法を適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
Ｃ：制御部                            Ｃ１：演算処理部（ＣＰＵ）
Ｃ２：メモリ（記憶手段）                Ｄ：表示画面（表示手段）
Ｄ１：画像データ                       Ｅ１，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６：表示画像
Ｆ：画像処理部                         Ｆ１：重畳表示手段
Ｇ：地面                              Ｈ：垂直面                      
Ｌ（Ｌ１〜Ｌ３２）：レーザ光            Ｌａ：破線
Ｌｂ：実線                            Ｍ：計測装置（計測手段）
Ｍ１：計測結果                         Ｎ：対象法面
Ｐ：カメラ（撮像手段）                  Ｐ１：映像
Ｑ：測距センサ                         Ｑ１：計測結果
Ｒ１：回転部（第４回転手段）            Ｒ２：傾動部（第５傾動手段）
Ｒ３：傾動部（第１傾動手段）            Ｒ４：回転部（第１回転手段）
Ｒ５：回転部（第２回転手段）            Ｒ６：伸縮部（第１伸縮手段）
Ｒ７：傾動部（第２傾動手段）            Ｒ８：傾動部（第３傾動手段）
Ｒ９：回転部（第３回転手段）            Ｒ１０：傾動部（第４傾動手段）
Ｓ：法面吹付装置                       Ｔ：目標法面形状
Ｕ１，Ｕ２：位置                       Ｘ１：回転軸（第１軸）
Ｘ２：回転軸（第２軸）                  Ｘ３：傾動軸（第３軸）
Ｘ４：回転軸（第４軸）                  Ｘ５：傾動軸（第５軸）
α：所定角度                           １：機械本体
２：ブーム                            ３：建設機械
４：中間アーム                         ５：油圧シリンダ
６：先端アーム                         ７：突起部
８：ノズル                            １０：中継アーム
１２：ホース                           １４ノズル保持部
１６：吹付け軌跡                       ２０：カム構造（揺動手段）
２０ａ：リンク部材                     ２０ｂ：カム部材
２２：スライド構造（上下動構造）         
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0006653519.tif 000009
【図９】
0006653519.tif 000010
【図１０】
0006653519.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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