(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業現場に設けられかつ整地器具と追尾目標とを備えた建設作業機械と、
既知点に設けられかつ前記追尾目標の追尾中心に向けて追尾光を照射しかつ該追尾目標からの追尾反射光を受光すると共に追尾目標までの距離を測定して座標面上で前記追尾目標の少なくとも水平座標位置を決定する測量機械と、
施工計画された各水平座標位置に対応する仕上げ面の高さを仕上げ面高さデータとして記憶する仕上げ面高さデータ記憶手段と、
前記追尾目標からの追尾反射光の受光と追尾目標までの距離の測定とにより得られた水平座標位置に対応する仕上げ面高さデータを前記仕上げ面高さデータ記憶手段から読み出してその水平座標位置における仕上げ面高さに対して前記追尾目標の高さ方向中心があるべき高さとその水平座標位置において実際に検出された追尾目標の高さ方向中心からの高さとの差として定義される偏差を演算することにより求める演算手段と、
前記偏差のデータを前記作業現場に向けて送信する送信手段とを備え、
前記建設作業機械には、前記偏差のデータを受信する受信手段と、該受信手段の受信結果に基づいて前記水平座標位置における整地すべき土地が前記水平座標位置での前記仕上げ面高さとなるように前記整地器具を制御する器具制御手段とが設けられ、
前記測量機械は、該水平座標位置で前記追尾中心が前記仕上げ面に対してあるべき高さとなる方向に前記測量機械の鏡筒を回動手段により高低角方向に回動させて前記演算手段により前記偏差を演算する仕上げ高さデータ駆動モードを備え、ている建設作業機械の自動コントロールシステム。
【請求項２】
前記送信手段が前記追尾光を変調して前記偏差のデータを前記受信手段に向けて送信する請求項１に記載の建設作業機械の自動コントロールシステム。
【請求項３】
前記送信手段と前記受信手段とが無線通信装置から構成されている請求項１に記載の建設作業機械の自動コントロールシステム。
【請求項４】
前記測量機械は、前記追尾目標の高さ方向の中心と前記測量機械の鏡筒部の光軸中心とが一致するように前記回動手段を制御する高さ方向自動追尾モードを備え、前記偏差が所定範囲外のときに、前記仕上げ高さデータ駆動モードから前記高さ方向自動追尾モードに切り替えられる請求項１に記載の建設作業機械の自動コントロールシステム。
【請求項５】
前記整地器具に前記追尾目標が一体に立設され、該整地器具と前記追尾目標とが前記器具制御手段により制御される請求項１に記載の建設作業機械の自動コントロールシステム。
【請求項６】
前記偏差のデータが記憶保存されて施工評価データとして用いられる請求項１に記載の建設作業機械の自動コントロールシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木・建設分野で使用される建設作業機械、例えば、モータ・グレーダ、ペーバ、ブルドーザ等の整地、舗装を自動的に行う建設作業機械の自動コントロールシステムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、土木、建設分野では、整地、舗装を行うに際し、建設作業機械のブレード、スクリード等の整地器具を自動的に制御することが行われている。
【０００３】
その建設作業機械の整地器具を自動的にコントロールするシステムとして、所望の仕上げ面を得るために、仕上がり断面に応じた水糸を作業現場に張り渡し、水糸と整地器具との間隔を接触式のカンチレバーあるいは非接触式の超音波センサで検知し、この検知結果に基づいて水糸に倣うように整地器具を油圧制御する構成が知られている。しかしながら、この水糸に倣わせて整地器具を自動的にコントロールするシステムは、水糸を作業現場に張り渡す作業に多大の労力を要する。
【０００４】
そこで、水糸を作業現場に張り渡さなくとも、整地器具を自動的に制御して所望の仕上げ面を得ることのできる建設作業機械の自動コントロールシステムが提案されている。
【０００５】
図１はその一例を示すもので、この図１において、１は作業現場を整地する建設作業機械としてのブルドーザー、２は作業現場に設置のローティングレーザー装置、３は整地器具としてのブレード、４はブレード３に立設されたポール、５はそのポールに固定されたレーザーセンサである。
【０００６】
ローティティングレーザー装置２はレーザー光により仕上げ面６’から所定高さｈの箇所に基準面Ｒｓを形成し、ブレード３は整地器具制御手段としての油圧制御機器７によりレーザーセンサ５の高さ方向中心Ｈｏにレーザー光が当たるように制御され、これにより、作業現場の土地が所望の仕上げ面６’に整地される。この建設作業機械の自動コントロールシステムによれば、水糸を作業現場に張り渡す作業に較べて整地、舗装作業を簡単に行うことができる。
【０００７】
しかしながら、作業現場の土地６、仕上げ面６’に高低、傾斜がある複雑形状の整地、舗装の場合、基準面Ｒｓを得るために、ローティングレーザー装置２を図２に示すように設置替えしなければならず、複雑形状の整地、舗装の場合、そのローティティングレーザー装置２の設置替え作業が面倒であるという問題点が残っている。
【０００８】
そこで、目標までの距離、基準方向に対して目標が存在する方向の水平角、基準高さに対して目標が存在する方向の高低角を測定すると共に、その目標を追尾する自動追尾式の測量機（トータルステーション（株式会社トプコン製ＡＰ−Ｌ１）ともいう）を用いて、建設作業機械１を自動的にコントロールするシステムが提案されている。
【０００９】
図３はその自動追尾式の測量機を用いて建設作業機械を自動的にコントロールするシステムの一例を示している。その図３において、８は自動追尾式の測量機を示し、この測量機８は工区の既知座標点Ｏに設置され、測量機８にはパーソナルコンピュータ９が接続され、そのパーソナルコンピュータ９には無線送信装置１０が接続されている。ブルドーザー１にはそのブレード３に立設されたポール４に追尾目標としてのプリズム１１が設けられると共に、無線受信装置１２が設けられている。
【００１０】
パーソナルコンピュータ９には施工計画された工事区間の各水平座標位置における仕上げ面の高さとして定義される仕上げ面高さデータが記憶保存されている。なお、この仕上げ面の高さは主に平均海面を基準とした標高が用いられる。測量機８はプリズム１１を追尾して既知座標点Ｏからプリズム１１までの距離、基準方向からプリズム１１が存在する方向までの水平角を測定し、既知座標点Ｏを基準とした追尾目標の少なくとも水平座標位置を求め、この水平座標位置データをパーソナルコンピュータ９に転送する。
【００１１】
パーソナルコンピュータ９は求められた各水平座標位置における仕上げ面高さデータを呼び出し、無線送信装置１０に転送する。無線送信装置１０は仕上げ面高さデータを無線受信装置１２に送信し、油圧制御機器７はその無線受信装置１２に受信された仕上げ面高さデータに基づきブレード３を制御し、ブレード３は土地が設計された仕上げ面高さ（施工高さ）となるようにその土地を掘削又は切削する。
【００１２】
この自動追尾式の測量機８を用いて建設作業機械を自動的にコントロールするシステムは、仕上げ面高さデータに基づき、ブレード３を制御する方法であるので、複雑形状の仕上げ面を工数を増やすことなく造成できるというメリットがある。
【００１３】
ところで、従来の自動追尾式トータルステーション８は、水平方向、高低角方向の両方向に対して追尾を行う構成とされ、プリズム１１、発光素子等の追尾目標の目標位置を望遠鏡を通して検出し、望遠鏡の鏡筒部の光軸中心からの目標位置のズレ量（偏差）を、水平・高低駆動のサーボモータにフィードバックし、光軸中心に追尾目標が常時位置するようにコントロールされる。しかしながら、その応答時間には限界があり、追尾目標の振動周期が速い場合には追従できず、不感帯が生じる。また、この従来のものでは、仕上げ面高さデータに基づき整地器具３の高さを制御し、整地器具３の高さが変わるとこれに追尾光が追従し、この追尾光の追従によりハンチングを起こす場合もある。従って、荒れた路面を建設作業機械１が走行する場合、上下方向の振動がそのまま高さ位置検出の誤差になりかねない。
【００１４】
また、建設作業機械１の整地器具３それ自体も固有の応答速度をもって自動制御されているので、建設作業機械１とトータルステーション８との双方で、制御を繰り返すこととなり、仕上げ高さの精度が劣化する要因になっている。一般に整地、舗装を行う建設作業機械１の場合、高さ方向の仕上げ精度が要求されており、これが自動追尾トータルステーション８を使用する場合の障害となっていた。
【００１５】
そこで、米国特許出願０８／６５８６５５号（１９９６年６月５日出願）に開示されているように、自動追尾トータルステーション８に水平方向のみの追尾を行わせ、垂直方向ついては、追尾を行わない構成のものが提案されている。この自動コントロールシステムは、トータルステーション８に水平方向に回転又は広がりを持つファンレーザーを設け、水平方向の追尾により水平座標位置を検出して、仕上がり形状を意味する仕上げ面高さデータを記憶した記憶手段からその水平座標位置における仕上げ面高さデータを呼び出して、その水平座標位置における仕上げ面からの所定高さをファンビームが指示するように高低角を制御する一方、建設作業機械１にレーザーセンサを設け、このレーザーセンサによりファンビームを検出し、レーザーセンサの高さ方向中心とファンビームの照射高さ位置との差に基づいて、整地器具を制御する構成となっている。
【００１６】
この構成によれば、トータルステーション８は高低角については仕上げ面高さデータに対して追従することとなるため、建設作業機械１の振動等に影響されずに高精度な仕上げ面高さを得ることができる。建設作業機械１の整地器具３の上下方向の制御もレーザセンサの高さ方向中心でファンレーザを受光できるように制御するのみであり、従来から行われているローティングレーザによる制御と同等以上の制御を容易に達成できる利点がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このコントロールシステムでは、建設作業機械１の整地器具３を制御するために、あらたに、ファンレーザを設けなければならず、測量機８の構造が複雑化する欠点がある。更に、建設作業機械１の操作者に整地器具３の傾斜等の施工情報を与えるためには、従来の自動追尾トータルステーションによるコントロールシステムと同様に、その施工情報を通信する通信手段が別途必要である。
【００１８】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、あらたに、ファンレーザ等の発光源を測量機に設けなくとも、従来の自動追尾トータルステーションの動作を改良することにより、高精度な高さの自動施工が可能な建設作業機械の自動コントロールシステムを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の建設作業機械の自動コントロールシステムは、作業現場に設けられかつ整地器具と追尾目標とを備えた建設作業機械と、
既知点に設けられかつ前記追尾目標の追尾中心に向けて追尾光を照射しかつ該追尾目標からの追尾反射光を受光すると共に追尾目標までの距離を測定して座標面上で前記追尾目標の少なくとも水平座標位置を決定する測量機械と、
施工計画された各水平座標位置に対応する仕上げ面の高さを仕上げ面高さデータとして記憶する仕上げ面高さデータ記憶手段と、
前記追尾目標からの追尾反射光の受光と追尾目標までの距離の測定とにより得られた水平座標位置に対応する仕上げ面高さデータを前記仕上げ面高さデータ記憶手段から読み出してその水平座標位置における仕上げ面高さに対して前記追尾目標の高さ方向中心があるべき高さとその水平座標位置において実際に検出された追尾目標の高さ方向中心からの高さとの差として定義される偏差を演算することにより求める演算手段と、
前記偏差のデータを前記作業現場に向けて送信する送信手段とを備え、
前記建設作業機械には、前記偏差のデータを受信する受信手段と、該受信手段の受信結果に基づいて前記水平座標位置における整地すべき土地が前記水平座標位置での前記仕上げ面高さとなるように前記整地器具を制御する器具制御手段とが設けられ、
前記測量機械は、該水平座標位置で前記追尾中心が前記仕上げ面に対してあるべき高さとなる方向に前記測量機械の鏡筒を回動手段により高低角方向に回動させて前記演算手段により前記偏差を演算する仕上げ高さデータ駆動モードを備えていることを特徴とする。
【００２０】
前記送信手段は前記追尾光を変調して前記偏差のデータを前記受信手段に向けて送信しても良いし、電波により無線通信しても良い。
【００２１】
また、前記測量機械は、前記追尾目標の高さ方向の中心と前記測量機械の鏡筒部の光軸中心とが一致するように前記回動手段を制御する高さ方向自動追尾モードを備え、前記偏差が所定範囲外のときに、前記仕上げ高さデータ駆動モードから前記高さ方向自動追尾モードに切り替えられるようにしても良い。
【００２２】
前記整地器具に前記追尾目標が一体に立設されるのが望ましく、整地器具と追尾目標とが器具制御手段により制御され、前記演算手段は前記測量機械から前記追尾目標の座標位置に関するデータが入力されると、前記記憶手段にあらかじめ記憶されている前記整地器具の下縁から前記追尾目標の高さ方向中心までの追尾目標高さデータと前記仕上げ面高さデータとに基づき前記回動手段を制御するのが好ましい。
【００２３】
更に、前記偏差のデータを記憶保存して施工評価データとして用いても良い。前記測量機械はその既知点を基準として前記追尾目標までの距離を測定可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図４は本発明に係わるトータルステーションの外観図を示している。この図４において、２０は基盤部、２１は装置本体部である。装置本体部２１は鉛直軸Ｇを中心として水平面内で水平面内回動手段２２により回転される。この装置本体部２１は表示部２３、一対の托架部２４を有する。一対の托架部２４には水平軸２５が設けられ、水平軸２５には鏡筒部２６が保持され、鏡筒部２６は水平軸２５を中心にして垂直面内で高低角回動手段２７により回転される。装置本体部２１の水平面内での回転量、鏡筒部２４の鉛直面内での回転量は図示を略す角度読み取り装置（ロータリーエンコーダ）により検知される。
【００２５】
鏡筒部２６は、図５に示すように、水平方向の追尾光発生部２８及び追尾目標（プリズム）までの距離を測定する光波距離計部２９からなる追尾測距ユニット部３０により構成される。
【００２６】
追尾測距ユニット部３０は、追尾及び測距に共用される対物レンズ３２を有する。光波距離計部（以下、ＥＤＭ部という）２９は、発光素子２９ａ、受光素子２９ｂ、分割ミラー２９ｃから概略なる。発光素子２９ａから出射されかつ特定周波数で変調された測距光Ｐ１は分割ミラー２９ｃの反射面２９ｄ、ダイクロイックミラー３３の反射面３３ａで反射され、対物レンズ３２の下半分を通過して、追尾目標としてのプリズム３４（図６参照）に導かれる。プリズム３４により反射された変調光は、対物レンズ３２の上半分で集光され、ダイクロイックミラー３３の反射面３３ａで反射され、分割プリズム２９ｃの反射面２９ｅにより受光素子２９ｂに導かれる。
【００２７】
ＥＤＭ部２９は図示を略す処理回路を備え、処理回路は特定の周波数で変調された発光信号と受光信号との位相差を計測し、その位相差により既知点からプリズム３４までの距離を測定する。ダイクロイックミラー３３は反射面３３ｂを備え、反射面３３ｂは発光素子２９ａから出射された測距光Ｐ１を透過し、後述する追尾光Ｐ２を反射する。
【００２８】
追尾光発生部２８はレーザビームＰ２をＸ−Ｚの２次元方向に走査する２次元走査部を有する。この２次元走査部は、図７に示すようにレーザダイオード２８Ａ、このレーザーダイオード２８Ａから出射された追尾光Ｐ２としてのレーザ光を平行光束に変換するコリメーションレンズ２８Ｂ、互いに直交して配設された音響光学素子２８Ｃ、２８Ｄにより構成される。その詳細構成は既に公知であるので図示を略すが、必要ならば、例えば特開平５−３２２５６９号公報の図３を参照されたい。なお、回転多面鏡とガルバノミラーとの組み合わせにより追尾光Ｐ２を走査させても良い。
【００２９】
２次元走査部から放射された追尾光としての走査ビームＰ２は、ミラー３５ａ、ミラー３５ｂにより反射され、対物レンズ３２の中心穴３６を通り、プリズム３４に向けられる。プリズム３４により反射された追尾レーザ光Ｐ２は対物レンズ３２の全面により集光され、ダイクロイックミラー３３の反射面３３ｂにより反射され、受光素子３７に集光される。なお、追尾光Ｐ２の波長は発光素子２９ａから出射された測距光Ｐ１の波長と異なる。
【００３０】
プリズム３４の位置の検出は以下の通りに行われる。
【００３１】
図８に示すように、Ｘ−Ｚ方向にラスタ走査されるビームは、プリズム３４に当たったとき反射されて、受光素子３７に到達する。図示を略す処理回路は、受光信号が走査のどのタイミングで受光されたかを検知し、走査中心３８に対するプリズム３４の中心位置（追尾中心）３４ａのＸ−Ｚ方向の偏差ΔＸ、ΔＺを計測する。計測された偏差ΔＸ、ΔＺは、図４に示す托架部２４の水平方向の回転量、鏡筒部２６の高低方向の回転量に変換され、各回転手段（回動手段）２２、２７にフィードバックされる。このようにして、自動追尾式のトータルステーション８は、プリズム３４の中心を視準するように制御可能である。対物レンズ３２は合焦・接眼部３９と組み合わされて、全体として望遠鏡を構成している。作業者はこの望遠鏡を通して追尾目標を視準できる。なお、この測量機８は仕上げ高さデータ駆動モードと高さ方向自動追尾モードとを備えており、これらについては後述する。
【００３２】
トータルステーション８は処理回路の一部として機能する内蔵ＣＰＵを有する。内蔵ＣＰＵは測定により求められたプリズム３４までの距離、水平角度、高低角度に基づき追尾目標の水平座標位置、高さ座標位置を演算する。この水平座標位置は表示部２３に表示されると共に、入出力ポート４０に出力される。入出力ポート４０は通常ＲＳ-２３２Ｃにより構成され、外部のパーソナルコンピュータ４１に接続されている。パーソナルコンピュータ４１は内蔵ＣＰＵとの間でデータの授受を行い、パーソナルコンピュータ４１はここではトータルステーション８の動作モードのコントロールを行う。
【００３３】
整地器具３に立設されたポール４には、図９に示す受光ユニットが４６が設けられている。この受光ユニット４６の外周部にはその全周に渡ってプリズム３４が所定間隔を開けて複数個設けられている。これにより、トータルステーション８はブルドーザが３６０度方向に向きを変えても追尾できる。
【００３４】
このレーザービームの走査による場合、レーザービーム自体の広がり角が狭いため、レーザービームのエネルギー密度が高く、追尾目標が測量機械８からはるかに遠くても追尾可能である。
【００３５】
次に、作業手順を整理して以下に説明する。
【００３６】
建設作業機械１の整地器具３にポール４を用いて整地器具３の下縁３ａから所定の高さのところにプリズム３４を設置する。自動追尾トータルステーション８を作業現場の見通しの良い場所で既知の座標点Ｏに設置する。自動追尾トータルステーション８を作業現場の３次元の設計データ（施工計画された各水平座標位置に対応する仕上げ面の高さとして定義される仕上げ面高さデータ）が格納されたパーソナルコンピュータ４１に接続する。パーソナルコンピュータ４１に、自動追尾トータルステーション８の既知点の水平座標位置、機械高さ、整地器具３のエッジ３ａからプリズム３４の高さ方向中心位置３４ａまでの追尾目標高さとしての追尾目標高さデータを入力する。自動追尾トータルステーション８をプリズム３４に向けて作業を開始する。
【００３７】
自動追尾トータルステーション８はプリズム３４の水平方向の動きに対して、常に追尾する。ＥＤＭ部２９により既知点を基準としてプリズム３４までの距離を測定する。このとき、上下方向は追尾していない。従って、測距光軸に対してプリズム３４の位置が正対していない場合もあるが、ＥＤＭ部２９の測距光Ｐ１に適当な広がりを持たせれば測距可能である。
【００３８】
自動追尾トータルステーション８の角度読みとり装置の角度データと測距データとから、レーザセンサ４５の水平座標Ｘ、Ｙを計算して、パーソナルコンピュータ４１に出力する。
【００３９】
パーソナルコンピュータ４１はＸ、Ｙ座標を設計データ（仕上げ面高さデータ）と照合して、その水平座標における仕上げ面高さＺを求め、自動追尾トータルステーション８の追尾光Ｐ２のその水平座標位置での高さが、図１４に示すようにその水平座標位置で追尾中心が仕上げ面６’に対してあるべき高さとなるように回動手段２７に指令を出力する。自動追尾トータルステーション８は、その指令に従って鏡筒部２６を高低方向に回転させる。
【００４０】
鏡筒部２６の回転が終了した時点で、パーソナルコンピュータ４１は、プリズム３４の上下方向の偏差、すなわち、追尾中心が仕上げ面６’に対してあるべき高さと実際に検出された追尾中心の仕上げ面６’に対する高さとの差として定義される偏差ΔＺ（図８を参照）を演算し、この偏差のデータを無線送信装置１０に出力する。同時に、この偏差のデータを施工評価データとしてパーソナルコンピュータ４１に出力する。パーソナルコンピュータ４１はこの施工評価データをメモリに記録する。
【００４１】
無線送信装置１０はその偏差のデータを無線送信装置１２に出力する。無線受信装置１２はその偏差のデータを油圧制御機器７の駆動制御装置に出力する。油圧制御機器７はその偏差のデータに従って整地器具３を仕上げ面の高さがＺになるように上下方向にコントロールする。
【００４２】
本発明に係わるコントロールシステムでは、自動追尾トータルステーション８が距離を測定する毎にこれを繰り返す。このようにして、土地６が整地器具３により切削又は掘削され、所望の仕上げ面６’に仕上げられる。
【００４３】
本実施例によれば、自動追尾トータルステーション８は、振動しかつ上下方向に制御される建設作業機械１の整地器具３に設置された追尾目標に対して高さ方向に追尾することなく、パーソナルコンピュータ４１から送信される設計データ（仕上げ面高さデータ）に追従するため、高精度な施工が可能となる。また、自動追尾トータルステーション８は、プリズム３４の上下方向の偏差ΔＺを常に検出しているため、これを記録保存することにより、施工評価データとして使用できる。
【００４４】
この実施例では、追尾光Ｐ２を走査することにより追尾目標の追尾を行っているが、これに限るものではなく、受光素子３７に２次元ＣＣＤセンサ、４分割素子を用いて追尾を行う構成とすることもできる。この場合、図５に示す追尾光発生部２８は、適当な広がり角を持つ追尾光を放射する光源部に置換される。すなわち、走査機構は不要である。
【００４５】
この構成の場合、対物レンズ３２を通して光源部から放射される追尾光Ｐ２がプリズム３４を照射し、プリズム３４から反射された追尾光Ｐ２は、再び対物レンズ３２を通って受光素子３７に結像される。この受光素子３７上の像の位置を検出して、サーボ系にフィードバックすることにより、自動追尾が行われる。図１０には受光素子３７として、４分割素子３７Ａを用いた例が示されている。この４分割素子３７Ａは、４つの受光面３７Ｂ〜３７Ｅからなり、その中心が光軸に合致するように配置される。受光面３７Ｂ〜３７Ｅに結像されたプリズム３４からの反射光Ｐ２は、各受光面３７Ｂ〜３７Ｅに当たった面積に比例する出力を発生する。従って、４つの受光面３７Ｂ〜３７Ｅの出力から、追尾光Ｐ２の位置の変位を検出できる。このコントロールシステムによれば、測量機８から追尾光Ｐ２を受光素子３７に向けて照射せず、プリズム３４の近傍に追尾用の光源を配置し、その追尾用の光源の像を、測量機の８の受光素子３７としてのＣＣＤ、４分割素子３７Ａで受光し、光軸中心と受光位置と偏差を求めることにより追尾目標を追尾させることができる。
【００４６】
なお、このコントロールシステムによれば、ビーム走査機構を必要としないので、測量機８の構成は簡略化されるが、プリズム３４又は自動追尾トータルステーション本体８を確実に照射するため、ある程度広がった追尾光が必要となり、追尾可能距離が制限されることととなる。
【００４７】
ところで、最終仕上げ以前の施工では、高精度は要求されておらず、何回も施工が繰り返され、この作業の繰り返しにより、徐々に設計データの通りに造成作業が行われる。すなわち、初期の施工においては、設計データに対して現状路面が大きくズレていることが多い。このような場合、これまで述べた実施例によれば、その水平座標位置で追尾目標の仕上げ面６’に対してあるべき高さが設計データに基づく追尾光Ｐ２によって常に指示されるため、荒仕上げの地盤が設計高さから大きくずれていた場合、荒仕上げの地盤が他の地盤よりも堅い場合には、追尾範囲内からプリズム３４が逸脱することとなり測距不能となる。仕上げ面高さに対して一様に荒仕上げの地盤が上又は下にずれている場合、仕上げ面高さデータに一定のオフセットを与えることにより、プリズム３４が追尾範囲内から逸脱することを避けることができるが、複雑形状の土地を整地する場合、プリズム３４を上下方向に多数並べたり、測距光Ｐ１の広がり角を大きくしなければならず、コントロールシステムが複雑化し、コストが高くなると共に測距可能距離が短くなる。
【００４８】
以下に説明する実施例によれば、プリズム３４を上下方向に多数並べなくとも、荒仕上げの地盤が設計高さから大きくズレている場合、部分的に荒仕上げの地盤が他の場所の地盤と較べて堅くても施工を正確に行うことができる。
【００４９】
通常ＥＤＭ部２９の測距光Ｐ１は、数分の広がり角を持っている。従って、この広がり角の範囲内にプリズム３４が存在していれば測距可能である。例えば、広がり角が５分で、５０ｍ先にプリズム３４がある場合、ビームの広がりは約７ｃｍとなる。従って、±３．５cm以内の偏差であれば測距可能である。よって、一回目の施工で設計値に対して±３．５cm以内に施工できれば、常時、測距可能であり、問題はない。
【００５０】
しかしながら、現状の路面状態が悪く、例えば、設計データに対してズレが多い場合、又は路盤が部分的に堅くて、一回の施工作業で±３．５cm以内に施工できないとき、追尾光Ｐ２がプリズム３４から大きく離れ、受光素子３７は追尾光Ｐ２を受光できなくなる。
【００５１】
ところで、自動追尾トータルステーション８は、プリズム３４の上下方向の位置を常に検知している。従って、設計データに対して現在の施工状態がどれくらいずれているかを知ることができる。
【００５２】
そこで、自動追尾トータルステーション８に、予め設定された範囲（例えば、±３cm）以上施工がずれると、自動的に標準的な自動追尾トータルステーションと同様に、水平方向の追尾のみならず、上下方向の追尾も開始させる構成とする。
【００５３】
すなわち、トータルステーション８は、偏差△Ｚが±３cmを越えたとき、仕上げ高さデータ駆動モードから高さ方向自動追尾モードとなり、回動手段２７により追尾光Ｐ２がプリズム３４の高さ方向中心位置３４ａに位置するように追尾光Ｐ２を偏向させる。すなわち、鏡筒部２６の光軸中心が追尾目標の高さ方向中心位置３４ａに合うように追尾光Ｐ２が偏向される。
【００５４】
この場合にも、自動追尾トータルステーション８から送信される偏差Ｚのデータ（追尾中心が仕上げ面に対してあるべき高さと実際に検出された追尾中心の仕上げ面に対する高さとの差）が制御データとして使用される。この偏差のデータは無線送信装置１０から無線受信装置１２に送信される。
【００５５】
この場合、自動追尾トータルステーション８も上下方向の追尾を行うこととなり、精度が劣化するが、もともと設計データからのズレ量が大きい路盤の施工を行うため、支障は生じない。
【００５６】
設計データからのズレ量が大きい路盤は、この方法により施工を繰り返し行い、設計データからのズレ量が一定の範囲（例えば、±２cm）に連続して入るようになれば、高低方向の自動追尾を停止し、再び仕上げ高さデータ駆動モードに切り替える。
【００５７】
また、自動追尾トータルステーション８の上下方向（高低）の追尾サーボの応答を、重機（建設作業機械）の振動等に追従しない程度に落とし、細かい偏差は図８に示す偏差ΔＺのデータを使用して補正を行うことにすると、精度が向上する。
【００５８】
以上の説明では、偏差ΔＺのデータを無線送信装置１０と無線受信装置１２とにより建設作業機械１に向けて送受信する構成としたが、以下に説明する光通信手段を用いれば、偏差ΔＺのデータを通信障害、混信を受けることなく、建設作業機械１に向けて送信できる。
【００５９】
すなわち、この実施例では、偏差ΔＺのデータは追尾光Ｐ２に変調して送出され、図１１に示す受光素子４５により復調することにより、偏差ΔＺのデータが取り出される。
【００６０】
図８に示すように２次元ラスタ走査をする場合、１ラインの水平走査時間を0.1msecとし、垂直走査が走査線１００本で構成されているとすると、例えば、全走査完了するのに10msecが必要となる。データ通信のための変調は、全走査完了後、追尾光Ｐ２を追尾中心位置３８に戻して行う。
【００６１】
受光信号は、後段の電気回路で処理される。受光素子４５がプリズム３４の上部に配置されている場合、受信を正確に行うため、自動追尾トータルステーション８側からの走査ビームＰ２は、追尾中心位置３８ではなく、追尾中心位置３８のやや上の受光素子４５に戻すことが望ましい。走査ビームＰ２を中心からどの程度上部に偏向させるかは、プリズム３４と受光素子４５のオフセットＨ１が既知であり、またプリズム３４までの距離が自動追尾トータルステーション８自体により測定されているため、容易に計算できる。この実施例では、高低方向には追尾せず、設計データで制御されているため、ポール４に固定されたプリズム３４、受光素子４５の位置は視準軸に対して常に同じ位置とは限らない。この場合でも、追尾のための走査を行った時点で、視準軸に対してプリズム３４がどのようにずれているかを判断できるため、その方向に走査ビームＰ２を偏向させれば良い。
【００６２】
図１２は追尾光走査方式によるデータ変調の一例を示し、図１２（ａ）はＡＳＫ方式によりデータ変調された信号を示している。図１２（ａ）において、Ｔ１は追尾のためにラスタ走査を行ってプリズム３４の位置を検出している期間、Ｔ２は走査ビームＰ２を受光素子４５に向けて偏向させるための期間、Ｔ３はデータ通信を行っている期間を表している。
【００６３】
図１２（ａ）の期間Ｔ３において、Ｓはデータブロックのスタートを示す同期パターン、ａ１、ａ２、ａ３、…は各シリアルデータのビットを表している。データビットは連続して「１」の状態が続かないように、同じ幅の「０」で区切られている。この例では、同期パターンＳは検出を容易とするため、その幅がデータビットａ１、ａ２、ａ３、…の各幅よりも数倍以上大きい。同期パターンＳに続く各ビットは、２進数（例えば、１、０、１、…）からなるデータを示している。
【００６４】
図１２（ｂ）は変調回路を示し、５５は発振器、５６はゲート回路で、発振器５５は搬送波を出力し、ゲート回路５６はパーソナルコンピュータ４１から送出されるシリアルデータをＡＳＫ変調し、ドライブ回路５７はレーザダイオード２８Ａをシリアルデータに基づき変調しながら発光させ、追尾光Ｐ２はデータ変調されて受光素子４５に送出される。これにより、偏差ΔＺのデータが受光素子４５に送信される。ここでは、同期パターンＳの幅は１ｍｓｅｃ、各ビームの幅は０．１ｍｓｅｃ、区切りの幅は０．１ｍｓｅｃであり、１０ビットのデータの通信に必要な時間は３ｍｓｅｃであり、一方、追尾を行うためにラスタ走査する時間は１０ｍｓｅｃであるので、送信中の時間は問題とならない。
【００６５】
受光素子４５にはラスタ走査時の追尾光Ｐ２も入射するが、これは、同期パターンＳと比べて連続して入射するものではないので、同期パターンＳの検出を妨げる要因とはならない。また、同様にＥＤＭ部２９の測距光Ｐ１も受光素子４５に入射するが、これは、ＥＤＭ部２９の変調周波数（通常、１５Ｍｈｚと７５Ｋｈｚとが使用される。）と異なった搬送波周波数、例えば、５００Ｋｈｚ等をデータ変調用の周波数として用い、図示を略すフィルター回路により周波数を弁別すればよい。
【００６６】
受光素子４５で受光された光は、図１１に示すように、増幅器５０で適当なレベルに増幅された後、包絡線検波回路５１により搬送波が除去された後、波形成形回路５２で整形され、コンピュータ５３に入力される。コンピュータ５３は一定間隔以上 "１" が続く同期パターンＳを検出し、検出された同期パターンＳの立ち下がりのタイミングから、一定期間毎に入力された信号が"０"か"1"かを判断することにより、データを復調する。コンピュータ５３はデータを復調した後、それを表示器５４、または、図示を略す出力コネクタに出力する。
【００６７】
次に、４分割素子３７Ａを使用する場合について説明する。
【００６８】
受光素子３７として４分割素子３７Ａを使用する場合、常にプリズム３４と受光素子３７Ａとに追尾光Ｐ２が照射されているので、追尾と通信を時分割する必要はない。この場合、データ変調された追尾光Ｐ２がプリズム３４から反射してくるので、４分割素子３７Ａによる受光の際、データによらず安定して発光している同期パターンＳを検出し、その同期パターンＳの信号レベルにより追尾光Ｐ２の受光位置を検出すれば良い。例えば、図１３に示すように、４分割素子３７Ａの受光面３７Ｂの出力は、増幅器５８により適当なレベルに増幅され、包絡線検波回路５９により搬送波が除去された後、波形整形回路６０により整形され、パーソナルコンピュータ４１に送られる。パーソナルコンピュータ４１は一定間隔以上 "１" が続く同期パターンＳを検出し、そのときのＡ／Ｄ変換器６０の出力を取り込む。他の受光面３７Ｃ〜３７Ｅについても同様の回路で処理し、各受光面のＡ／Ｄ変換出力値から、受光位置を演算し、サーボ系にフィードバックする。
【００６９】
このものによれば、データ送信中でも追尾できる。
【００７０】
以上説明したように、追尾光にデータを乗せ、追尾目標のプリズム３４の近傍に受光素子を設置することにより光通信が可能となり、電波無線通信装置は必要でない。
【００７１】
以上、ＡＳＫ変調、復調による実施例について説明したが、変調方式として、公知の他の方式で、例えば、ＰＳＫ方式等を利用しても良い。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の建設作業機械の自動コントロールシステムによれば、あらたに、ファンレーザ等の発光源を測量機に設けなくとも、従来の自動追尾トータルステーションの動作を改良することにより、高精度な高さの自動施工が可能である効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のローティティングレーザー装置を用いた建設作業機械の自動コントロールシステムの説明図である。
【図２】従来のローティティングレーザー装置を用いた建設作業機械の自動コントロールシステムの不具合を説明するための図である。
【図３】自動追尾式測量機を用いた建設作業機械の自動コントロールシステムの説明図である。
【図４】本発明に係わる自動追尾式測量機の概要図である。
【図５】図４に示す鏡筒部の内部の構成を概略示す光学図である。
【図６】本発明に係わる整地作業の一例を説明するための概要図である。
【図７】追尾部の概略構成を示す斜視図である。
【図８】追尾光の走査の一例の説明図である。
【図９】本発明に係わる追尾目標としてのプリズムを示す斜視図である。
【図１０】４分割素子の一例を示す平面図である。
【図１１】本発明に係わる復調の一例を示し、復調回路のブロック図を示す。
【図１２】本発明に係わる変調の一例を示し、（ａ）は変調された追尾光を示し、（ｂ）は変調回路を示すブロック図である。
【図１３】４分割素子による受光位置の検出を示す。
【図１４】図６に示す整地作業の一例を更に理解しやすくして示した概要図である。
【符号の説明】
１…建設作業機械
３…整地器具
７…整地器具制御手段
８…測量機械
１０…送信手段
１２…受信手段
２７…回動手段
４１…パーソナルコンピュータ（記憶手段、演算手段）
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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