(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械の所定の作業方向及び掘削深さを示すガイド光であるレーザー光、又はターゲットの反射面からの反射レーザー光を受光する毎に走査方向を反転させる反転駆動手段により掘削深さを示す往復走査光であるレーザー光を照射するためのレーザー照射装置と、この建設機械の掘削先端から基準位置までの距離が略同じとなる様に取付けられ、前記レーザー光の照射位置から、オペレーターに対して掘削深さを示すための掘削深さに対応した複数の目盛りが形成され、且つ、レーザー光を反射させるための少なくとも２つの反射面を備えている半透明のターゲットとから構成されたレーザーガイド装置であって、前記レーザー照射装置は、リモコン操作により、ターゲットに対して往復走査光であるレーザー光により走査を行うための走査モードを選択可能に構成されているレーザーガイド装置。
【請求項２】
ターゲットには、更に、掘削方向を示す目盛りが形成されている請求項１記載のレーザーガイド装置。
【請求項３】
前記目盛りは、ターゲットに対してレーザー光が入射する面の裏面に形成されている請求項１又は請求項２記載のレーザーガイド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、建設機械の作業方向を示す方向等にレーザー光を照射させ、オペレーターに対して、建設機械に取付けられた半透明のターゲットに作業位置を示すことのできるレーザーガイド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上下水道のパイプの配管は、一般的に地中に埋設されるのが普通である。この埋設作業には、種々の方法があるが、工事の簡便さから素掘りによる埋設作業が殆どである。この素掘りは、地面を直接掘り下げ、掘り下げた溝に順次パイプを設置していく方法である。現代の素掘りは、パワーシャベルで実施されるのが一般的であり、埋設作業の計画書に基づいて、掘削予定方向に予め水糸又はラインを設定し、これに沿って溝を掘り下げていくものである。
【０００３】
この埋設作業では、掘り下げ深さは順次計測しながら実施されるが、この作業はある程度オペレーターの熟練に頼って行われているのが現状である。
【０００４】
オペレーターは、ブームとアーム及びバケットを同時に操作し、掘削先端であるバケットを水平に移動させることにより、一定の深さに掘削している。そして、掘り下げられた溝に順次パイプを設置し、パイプ設置後に地面を埋め戻すものである。これらの作業を繰り返すことにより、埋設工事は完了する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
埋設作業においては、パイプを水平に設置する場合にも、配水管の様に傾斜を付けて設置する場合でも、漏出や滞留がない様にある程度の精度で設置埋設する必要がある。
【０００６】
即ち、掘り下げた溝に応じて左右の蛇行を調整し、仮台を使用して高さ方向の調整をする必要があることから、パイプを設置する溝は、なるべく埋設作業の計画書に沿って掘削されることが望ましい。
【０００７】
パワーシャベルは、後退しながら溝を掘削するため、水糸を掘削方向の基準とする場合には、車体の外側に張る必要がある。また、ライン等を基準する場合には、パワーシャベルの駆動装置に踏みにじられてしまう可能性が高いので、熟練度の低いオペレータでは、蛇行したり、一定の溝を掘ることができないという深刻な問題点があった。
【０００８】
更に、オペレーターが、一定の深さに掘削することは、高度な熟練を要する作業であり、溝の深さが一定でなく不均一な場合には、パイプを設置する作業を行う際に、仮台等を使用してパイプの深さを調整しなければならず、面倒で作業能率が低下するという問題点があった。
【０００９】
そして掘削深さは、地面を基準にする場合よりも、平面を基準とする場合が多く、熟練者であっても極めて困難な作業であった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、建設機械の所定の作業方向及び掘削深さを示すガイド光であるレーザー光、又はターゲットの反射面からの反射レーザー光を受光する毎に走査方向を反転させる反転駆動手段により掘削深さを示す往復走査光であるレーザー光を照射するためのレーザー照射装置と、この建設機械の掘削先端から基準位置までの距離が略同じとなる様に取付けられ、前記レーザー光の照射位置から、オペレーターに対して掘削深さを示すための掘削深さに対応した複数の目盛りが形成され、且つ、レーザー光を反射させるための少なくとも２つの反射面を備えている半透明のターゲットとから構成されたレーザーガイド装置であって、前記レーザー照射装置は、リモコン操作により、ターゲットに対して往復走査光であるレーザー光により走査を行うための走査モードを選択可能に構成されている。
【００１１】
また本発明のターゲットには、更に、掘削方向を示す目盛りが形成されている構成にすることもできる。
【００１２】
更に本発明の前記目盛りは、ターゲットに対してレーザー光が入射する面の裏面に形成する構成にすることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、レーザー照射装置が、建設機械の所定の作業方向及び掘削深さを示すガイド光であるレーザー光、又はターゲットの反射面からの反射レーザー光を受光する毎に走査方向を反転させる反転駆動手段により掘削深さを示す往復走査光であるレーザー光を照射し、半透明のターゲットが、建設機械の掘削先端から基準位置までの距離が略同じとなる様に取付けられ、レーザー光の照射位置から、オペレーターに対して掘削深さを示すための掘削深さに対応した複数の目盛りが形成され、且つ、レーザー光を反射させるための少なくとも２つの反射面を備えており、レーザー照射装置は、リモコン操作により、ターゲットに対して往復走査光であるレーザー光により走査を行うための走査モードを選択可能になっている。
【００１７】
また本発明のターゲットには、更に、掘削方向を示す目盛りを形成することもできる。
【００１８】
更に本発明の目盛りは、ターゲットに対してレーザー光が入射する面の裏面に形成することもできる。
【００２２】
【実施例】
【００２３】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２４】
本実施例を適用する建設機械をパワーシャベル１００を例に用いて説明する。
【００２５】
図１は、パワーシャベル１００の作業状態を側面から見た図である。なお、適用される建設機械は、パワーシャベル１００に限ることなく、ブルドーザー等であってもよい。
【００２６】
図２は、パワーシャベル１００の作業状態を上面から見た図である。
【００２７】
図１及び図２に示す様に、パワーシャベル１００は、本体から伸びるブーム１１０と、このブーム１１０の先端に形成されたアーム１２０と、このアーム１２０の先部に形成された作業器具であるバケット１３０とが備えられている。
【００２８】
オペレータは、ブーム１１０とアーム１２０及びバケット１３０の角度を操作し、バケット１３０を手前に引き寄せながら、掘削作業を行う様になっている。
【００２９】
そして掘削する溝の幅は、バケット１３０の大きさを適宜変更することにより、対応することができ、更に、掘削方向を変更する場合には、パワーシャベル１００の駆動装置により、本体を回転させて実行する。
【００３０】
レーザー照射装置１０００は、例えば、パイプレーザーであって、パイプ設定のためのガイド光を照射する装置である。
【００３１】
レーザー照射装置１０００は、パワーシャベル１００の前方運転席側に設置され、掘削予定の方向及び掘削深さを示すガイド光を照射している。
【００３２】
パワーシャベル１００のアーム１２０（又はブーム１１０）の運転席側には、レーザー照射装置１０００からのレーザー光を受け、位置等をオペレータに示すためのターゲット２０００が取り付けられている。
【００３３】
ターゲット２０００は、半透明の部材から形成されており、拡散したレーザー光を視認できる様になっている。ターゲット２０００の基準位置と、バケット１３０の掘削先端との距離は、略一定に保持されており、オペレータが、ターゲット２０００に照射されたレーザー光位置を参考として、バケット１３０を操作することにより、平行に溝を掘削することができる。
【００３４】
また、オペレータ室からレーザー照射装置１０００をリモコン操作することにより、ターゲット２０００の範囲で往復走査させることにより、更に、掘削深さが視認しやすくなるという効果がある。
【００３５】
次に、レーザー照射装置１０００を図３と図４とに基づいて説明する。
【００３６】
レーザー照射装置１０００は、水平軸１２を中心として揺動可能なスイングアーム１３に設けられており、このスイングアーム１３は、本体に鉛直軸１４を中心に水平方向に回動可能に設けられている。また、水平軸１２には、傾動フレーム４２が設けられており、この傾動フレーム４２にチルトレバー１５が連結され、又、傾動フレーム４２には、水平状態を示す様に、気泡管等のチルトセンサ１６が設けられている。
【００３７】
また、水平軸１２には、エンコーダ４３が設けられており、このエンコーダ４３は、水平軸１２の回転角、即ち、レーザー照射装置１０００の傾斜角を検出する様になっている。そして、エンコーダ４３からの信号は、勾配制御回路（図示せず）に入力される。
【００３８】
スイングアーム１３に連結して水平角調整機構１７が設けられ、レーザー照射装置１０００に連結して垂直角調整機構１８が設けられ、チルトレバー１５に連結してチルトセンサ傾動機構１９が設けられている。チルトセンサ傾動機構１９は、レーザー照射装置１０００の支持体に設けられ、レーザー照射装置１０００と一体に傾動する。
【００３９】
水平角調整機構１７は、水平方向に設けられた回動自在の第１のスクリュー２０と、この第１のスクリュー２０に螺合するための第１のスライドナット２１と、この第１のスライドナット２１に植設され、スイングアーム１８に係合するピン２３と、第１のスクリュー２０に噛合するための従動ギア２４と、この従動ギア２４に駆動ギア２５を介して連結された水平角調整モータ２６とから構成されている。
【００４０】
垂直角調整機構１８は、水平方向に設けられた回動自在の第２のスクリュー２７と、この第２のスクリュー２７に螺合するための第２のスライドナット２８と、この第２のスライドナット２８に植設され、レーザー照射装置１０００に係合するピン２９と、第２のスクリュー２７に噛合するための従動ギア３０と、この従動ギア３０に駆動ギア３１を介して連結された垂直角調整モータ２６とから構成されている。
【００４１】
チルトセンサ揺動機構１９は、垂直方向に設けられた回動自在の第３のスクリュー３３と、この第３のスクリュー３３に螺合するための第３のスライドナット３４と、この第３のスライドナット３４に植設され、チルトレバー１５に係合するピン３５と、第３のスクリュー３３に噛合するための従動ギア３６と、この従動ギア３６に駆動ギア３７を介して連結された勾配設定モータ３８とから構成されている。
【００４２】
レーザー照射装置１０００の前面には、リモコン受光部が設けられ、オペレータ室に設けられたリモコン（例えば、光リモコン）からの操作によりサーチモードに入る。また、レーザー照射装置１０００の前面には、ターゲット２０００からの反射光を受光するための受光窓があり、ターゲット２０００の位置を検出する。
【００４３】
エンコーダ４３は、レーザー光の照射方向とチルトセンサ１６との傾きを出力するので、エンコーダ４３の傾斜角をゼロとし、垂直角調整機構１８を作動させ、チルトセンサ１６を水平位置にすると、レーザー光の照射方向は水平となる。この時、チルトセンサ１６の水平位置と照射方向とは一致している。
【００４４】
レーザー照射装置１０００の照射方向を所定の傾斜角にする場合には、チルトセンサ揺動機構１９を作動させ、エンコーダ４３が所定の傾斜角になるまで、チルトセンサ１６を傾斜させる。垂直角調整機構１８を作動させ、チルトセンサ１６を水平の位置にすると、照射方向は所定の傾斜角に設定される。
【００４５】
次にターゲット２０００を図５と図６とに基づいて説明する。
【００４６】
ターゲット２０００は、半透明の部材から作られており、入射されたレーザー光を拡散させ、照射位置を裏面から視認できる様になっている。ターゲット２０００は、レーザー光の波長に応じて、その波長を拡散し透過し易い部材から構成されている。例えば、緑色レーザーであれば、半透明の緑色の部材から形成されている。また、他の色彩の場合でも、その色彩の波長を透過させるものであればよい。
【００４７】
オペレータが、拡散するレーザー光を観察する裏面には、基準位置を示す目盛り２１００がある。この目盛り２１００に対してレーザー光が入射する場合が、所定の掘削方向、掘削深さとなっている。
【００４８】
レーザー照射装置１０００からのレーザー光が直接入射される表面両側には、平行に伸びる反射面２２００、２２００が形成されている。本実施例の反射面２２００、２２００は、再帰反射テープから構成されており、レーザー光の出射方向に反射する様になっている。
【００４９】
次に、レーザー照射装置１０００のサーチモードについて説明する。
【００５０】
レーザー照射装置１０００からの照射光は、掘削方向を示すガイド光と、掘削深さを示す往復走査光とがある。ガイド光は、所定の掘削方向に照射する様に設定されている。リモコン走査を行い、サーチモ−ドにすると、ターゲット２０００を検出した後、ターゲット２０００を往復走査する。更に、リモコン操作を行えば、往復走査光からガイド光に復帰する。
【００５１】
サーチモ−ドでは、ターゲット２０００の反射面２２００、２２００からの反射光を検出することにより、ターゲット２０００を認識する。ターゲット２０００をサーチすると、レーザー照射装置１０００の受光窓は、図６に示す様なダブルパルスを検出し、サーチ方向を反転する。この動作を繰り返すことにより、往復走査光が形成される。
【００５２】
次に、反射レーザー光を検出するための反射レーザー光検出手段２００の電気的構成を図７に基づいて説明する。
【００５３】
反射レーザー光検出手段２００は、発振器２１０と、ＬＤ（レーザーダイオード）駆動部２２０と、ＬＤ発光部２３０と、光電変換素子２４０と、変調信号検出部２５０と、ダブルパルス判別部２６０と、制御部２７０と、モータ駆動回路２８０と、水平角調整モータ２６とから構成されている。
【００５４】
発振器２１０からの信号に基づいて、ＬＤ駆動部２２０は、ＬＤ発光部２３０を変調駆動する。ＬＤ発光部２３０からのレーザー光が、ターゲット２０００で反射され、この反射レーザー光が、受光窓を通過して光電変換素子２４０に入射される。
【００５５】
変調信号検出部２５０は、外来光と、変調された反射レーザー光とを識別し、ターゲット２０００で反射された反射光のみを検出する。そして、ダブルパルス判別部２６０は、変調信号検出部２５０で検出されたパルスが、ダブルパルスか否かを判断する。そしてダブルパルス判別部２６０が、ダブルパルスと判断した場合には、制御部２７０が、モータ駆動回路２８０を介して水平角調整モータ２６を反転駆動させる様になっている。このモータ駆動回路２８０と水平角調整モータ２６とが、反転駆動手段に該当するものである。
【００５６】
即ち、図８に示す様に、ステップ１（以下、Ｓ１と略する。）で、リモコンを操作し、Ｓ２では、ＬＤ発光部２３０からのレーザー光が、ターゲット２０００で反射され、受光窓を通過して光電変換素子２４０に入射される。
【００５７】
次にＳ３では、変調信号検出部２５０が、変調された反射レーザー光を識別し、ダブルパルス判別部２６０が、ダブルパルスであるか否かを判断し、制御部２７０が、ターゲット２０００の存在を認識する。
【００５８】
そしてＳ４では、制御部２７０が、モータ駆動回路２８０を制御し、Ｓ５で水平角調整モータ２６を反転駆動させる様になっている
【００５９】
次に、本実施例の作用を説明する。
【００６０】
まず、レーザー照射装置１０００をターゲット２０００のオフセット量を考慮し、パワーシャベル１００の前方運転席側の掘削予定方向に向く様に概略設置する。なお、レーザー照射装置１０００は、平らな場所ではそのまま設置してもよいが、高さ調整可能なスタンド等に載置してもよい。
【００６１】
次に、レーザー照射装置１０００の照射方向及び傾きを調整する。ここで、レーザー照射装置１０００の傾きは、気泡管を使用して調整する。レーザー照射装置１０００の照射方向の水平位置は、レーザー照射装置１０００を作動させることにより、自動的に設定される。また、レーザー照射装置１０００の照射方向の左右方向の調整は、操作パネルから手動にて実施される。
【００６２】
またレーザー照射装置１０００の照射方向を所定の傾斜に設定する場合には、傾斜量を操作パネルに入力し、自動的に設定する。
【００６３】
次に、ターゲット２０００をパワーシャベル１００にセットする。レーザー光を基準とした掘削深さＤに基づいて、バケット１３０の掘削先端からターゲット２０００の基準位置までの距離が、掘削深さＤと同じになる様に調整する。
【００６４】
実際の作業の時点で、オペレータは、ターゲット２０００の基準位置の中心に、レーザー光が当たる様にして、掘削方向にパワーシャベル１００を位置合わせをする。
【００６５】
そしてオペレータは、レーザー照射装置１０００をリモコンで操作し、ターゲット２０００上で往復走査させる。
【００６６】
またオペレータは掘削作業で、レーザー光がターゲット２０００の基準位置になった時、基準位置でバケット１３０を引き掘削することにより、所定の掘削深さで溝は形成される。この作業を繰り返すことにより、溝は完成する。
【００６７】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、建設機械の所定の作業方向及び掘削深さを示すガイド光であるレーザー光、又はターゲットの反射面からの反射レーザー光を受光する毎に走査方向を反転させる反転駆動手段により掘削深さを示す往復走査光であるレーザー光を照射するためのレーザー照射装置と、この建設機械の掘削先端から基準位置までの距離が略同じとなる様に取付けられ、前記レーザー光の照射位置から、オペレーターに対して掘削深さを示すための掘削深さに対応した複数の目盛りが形成され、且つ、レーザー光を反射させるための少なくとも２つの反射面を備えている半透明のターゲットとから構成されたレーザーガイド装置であって、前記レーザー照射装置は、リモコン操作により、ターゲットに対して往復走査光であるレーザー光により走査を行うための走査モードを選択可能に構成されているので、熟練していないオペレーターでも、効率的に作業を行うことができるという卓越した効果がある。
【００６８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を説明する図である
【図２】本発明の実施例を説明する図である
【図３】本実施例のレーザー照射装置を説明する図である。
【図４】本実施例のレーザー照射装置を説明する図である。
【図５】本実施例のターゲットを説明する図である。
【図６】本実施例のターゲットを説明する図である。
【図７】本実施例の反射レーザー光検出手段の電気的構成を説明する図である。
【図８】本実施例の作用を説明する図である。
【符号の説明】
１０００  レーザー照射装置
２０００  ターゲット
２１００  目盛り
２２００  反射面
１００    パワーシャベル
１１０    ブーム
１２０    アーム
１３０    バケット
２００    反射レーザー光検出手段
２１０    発振器
２２０    ＬＤ駆動部２２０
２３０    ＬＤ発光部
２４０    光電変換素子
２５０    変調信号検出部
２６０    ダブルパルス判別部
２７０    制御部
２８０    モータ駆動回路２８０
２６      水平角調整モータ
【図１】
0004035796.tif 000002
【図２】
0004035796.tif 000003
【図３】
0004035796.tif 000004
【図４】
0004035796.tif 000005
【図５】
0004035796.tif 000006
【図６】
0004035796.tif 000007
【図７】
0004035796.tif 000008
【図８】
0004035796.tif 000009