专利名称：作业位置测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转照射出激光光束并依据激光光束的接收状态测量作业位置的作业位置测量装置。
背景技术：
在先技术中，作为旋转照射出激光光束并形成基准面的典型装置，包括有旋转激光装置和对激光光束实施接收的激光接收装置。
旋转激光装置是一种旋转照射出呈点状的激光光束从而光束形成基准面的装置。如果举例来说，使激光光束在水平面内旋转照射而形成水平基准面；使激光光束在垂直面内旋转照射而形成垂直基准面；使激光光束在倾斜面内旋转照射而形成倾斜基准面。
激光接收装置是一种具有接收、检测激光光束的光接收部、并且根据该光接收部检测出的激光光束对水平基准位置、垂直基准位置等实施测量的装置。
对于在象室内那样比较狭小的场所中使用在先技术中的作业位置测量装置的场合，采用光接收部比较小的装置作为激光接收装置。而且，为了使光接收部接收激光光束，操作者沿例如上下方向移动激光接收装置，以便按照光接收部接收激光光束的形式对合激光接收装置的位置。
对于在通过建筑机械实施土木作业那样的野外广阔的场所使用作业位置测量装置的场合，激光接收装置相对于基准面的位置对合范围也变大，如果光接收部比较小，则操作者通过手动实施操作将比较困难，因此需要使用比较大的光接收部。如果举例来说，所形成的基准面是水平基准面的场合，还有下述激光接收装置，其光接收部沿上下方向的长度达数十厘米(cm)，有时该长度在1米(m)以上。
在建筑机械、例如以推土机为代表的建筑机械中，通过组合使用旋转激光装置和设置在建筑机械上的激光接收装置来进行平面的作业管理。而且，对于对建筑机械的施工状态实施管理的场合，还有在此基础上再加上全球卫星定位(GPS)位置测量装置、对三个地面位置和高度实施三维管理的装置。通过GPS位置测量装置对地面上沿水平方向的位置实施检测，使用稳定的旋转激光装置和激光接收装置对高度方向实施检测。
图16示出了通常使用在室内作业中的旋转激光装置1，和检测从该旋转激光装置1照射出的激光光束3用的激光接收器2。
上述激光接收器2配置在上述激光光束3所到达的区域内的如墙壁上(未图示)。参考标号4表示的是在墙壁上利用上述激光光束3形成的基准线。参考标号5表示的是想设置在从上述基准线4错开规定量处的的设定基准线。
图17表示的是供室内使用的上述激光接收器2。该激光接收器2包括有光接收部6，具有指示在上述激光光束3通过该光接收部6时的扫描位置是位于中央、或是位于中央之上、中央之下某一方的标记的显示部分7，在上述激光光束3与上述光接收部6的中央部分相一致时发出警报的蜂鸣器8，以及切换上述显示部分7以及蜂鸣器8的设定状态用的开关9、10。在激光接收器2上与上述光接收部6的中央部分相当的高度位置处，还刻印有作为目标的指标线12。
上述光接收部6呈纵长的矩形形状，并且具有呈沿对角线分割开的一对直角三角形状的激光接收元件13、14，上述指标线12按照通过上述光接收部6的中央部分的方式设置。所述激光接收元件13、14的激光接收面积随上述激光光束3的扫描位置的变化而变化，当形成基准平面用的激光光束3通过上述两个激光接收元件13、14时，两个激光接收元件13、14按照与上述激光光束3所照射部分的面积比成比例的方式输出信号。随后，根据该输出信号求解出上述基准线4的位置，进而在距该基准线4为规定偏移量的位置处画出上述设定基准线5。
图18表示的是使用在建筑机械中的旋转激光装置1和激光接收器15。
上述旋转激光装置1固定在设置在规定位置K处的三角架16上，利用从上述旋转激光装置1照射出的激光光束3形成基准面。上述激光接收器15固定在建筑机械的作业工具处，例如固定在竖立设置在推土机17的铲18上的安装杆19处。从上述固定位置K的地面到基准面间的值为已知，上述激光接收器15的光接收部(未图示)的基准位置到上述铲18的刃尖18a的位置间的距离也为已知，所以如果按照使上述光接收部的上述激光光束3的接收位置保持在规定位置处的方式实施整地作业，将可以按照计划平面进行平整土地的作业。
图19表示的是主要使用在建筑机械中的上述激光接收器15。
该激光接收器15通过杆夹21固定在上述安装杆19上。在上述激光接收器15的主体22的两侧设置有一对光接收部23(一个未示出)。在上述主体22的下部设置有蓄电池容纳部24。上述光接收部23呈纵长形状，并沿纵向方向配置多个光接收传感器25，通过在该光接收传感器25内对接收上述激光光束3的上述光接收传感器25进行指定，从而能够检测出上述激光光束3的激光接收位置。
虽然图中未特别示出，但是在例如上述推土机17等等的建筑机械上设置GPS位置测量装置，可以通过该GPS位置检测装置对作为施工位置的绝对位置实施检测，通过将施工位置与施工位置的施工信息实施组合，可以进行立体施工。
供室内使用的上述激光接收器2的上述光接收部6非常小，为几个厘米(cm)长，如果上述激光光束3不进入至该光接收部6的激光接收范围内，则不能对基准位置实施检测。
而且，例如在使用建筑机械，比如说上述推土机根据上述基准面对施工现场的地面实施挖掘作业的场合，或者实施用土填埋作业的场合，多数情况为在超过上述光接收部23的光接收范围的地形上进行土地平整作业，使用光接收范围为数十厘米(cm)左右的光接收器，将难以对光束实施接收。
对于配置有GPS位置测量装置，并相应于不同的施工区域进行高度不同的三维施工管理的场合，上述光接收部23的光接收范围除了对应地形变化，还必须是与施工面的高度变化相对应的光接收范围。这种作业是相对于上述激光接收器15的上述光接收部23的基准面沿上下方向的变化为数十厘米(cm)到近1米(m)的挖掘作业。
因为上述铲18相对于地形上下移动，设置在该铲18上的上述激光接收器15，即使具有长度为例如300毫米(mm)的上述光接收部23也是不够的。因此，为了扩大该光接收部23的光接收范围，有下述结构的装置，即，使上述杆19实施伸缩动作，以便能够使该激光接收器15自身可以实施上下移动。
然而，因为比较长的上述光接收部23是由若干个比较短的上述光接收元件25配置形成的，所以存在有价格高昂的问题。而且，使上述光接收部23产生升降移动用的装置，其驱动部分、以及该驱动部分用的控制部分等等均需要具有复杂的构成形式，因此该装置也是一种价格高昂的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用相同的一种构成形式对应于室内、野外的任一施工场合，具有良好的作业性，可以简单且成本低廉地实施基准面的检测，并且能够进行基准面测量的一种作业位置测量装置。
为了实现上述目的，本发明所提供的作业位置测量装置，配置有旋转照射出激光光束的旋转激光装置，和接收激光光束、检测作业位置的激光接收传感器装置，而且所述旋转激光装置具有射出至少一个为倾斜且至少两个为扇形光束的激光投射器，所述激光接收传感器装置具有接收上述扇形光束的至少一个光接收部，和根据该光接收部接收到光束而发出的光接收信号、对以上述旋转激光装置为基准的仰角实施运算的运算部。而且在本发明所提供的作业位置测量装置中，上述激光投射器还具有衍射光栅，该衍射光栅把入射的激光光束至少分割为两个扇形光束。另外，在本发明所提供的作业位置测量装置中，所述激光接收传感器装置具有上述光接收部，与该光接收部具有预先决定的位置关系的第一GPS位置测量装置，以及存储旋转激光装置的位置信息的存储部，并依据所述存储的位置信息、以所述旋转激光装置为基准的仰角和所述第一GPS位置测量装置的检测位置，对所述激光接收传感器装置的位置实施计算。而且，在本发明所提供的作业位置测量装置中，所述激光接收传感器装置具有输入部，而且所述激光接收传感器装置的位置信息通过所述输入部存储在所述存储部中。又，在本发明所提供的作业位置测量装置中，所述激光接收传感器装置具有与所述光接收部有预先决定的位置关系的第一GPS位置测量装置，以及存储所述旋转激光装置的位置信息的存储部，所述旋转激光装置具有对该旋转激光装置的设置位置实施特定设定的第二GPS位置测量装置，而且依据储存在所述存储部中的位置信息、以所述旋转激光装置作为基准的仰角和所述第一GPS位置测量装置的检测位置，对所述激光接收传感器装置的位置实施计算。而且，在本发明所提供的作业位置测量装置中，所述第二GPS位置测量装置特定设定的所述旋转激光装置的位置信息储存在所述存储部中。而且，在本发明所提供的作业位置测量装置中，所述旋转激光装置和所述激光接收传感器装置具有通信装置，将所述第二GPS位置测量装置特定设定的上述旋转激光装置的设置位置，通信传递给所述激光接收传感器装置一侧。又，在本发明所提供的作业位置测量装置中，所述第二GPS位置测量装置设置在已知点，该已知点的位置信息预先存储在所述激光接收传感器装置的存储部中，并且对该存储部中存储的已知点的位置信息和所述第二GPS位置测量装置特定设定的位置信息间的误差进行考虑地对所述激光接收传感器装置的位置实施计算。又，在本发明所提供的作业位置测量装置中，所述第二GPS位置测量装置和位于所述第一GPS位置测量装置的场所以外的第三GPS位置测量装置之间形成GPS测量，将所述第二GPS位置测量装置的位置作为基准点实施特定设定，并且根据该特定设定的基准点的坐标位置和所述第一GPS位置测量装置的检测结果，对所述激光接收传感器装置的位置实施计算。而且，在本发明所提供的作业位置测量装置中，激光接收传感器装置设置在建筑机械上，该激光接收传感器装置与建筑机械的挖掘控制装置联动，所述挖掘控制装置根据由所述激光接收传感器装置检测出或者计算出的高度，对作业位置中的挖掘高度位置实施控制。又，在本发明所提供的作业位置测量装置中，激光接收传感器装置设置在建筑机械上，该激光接收传感器装置和设置在该激光接收传感器装置侧的所述第一GPS位置测量装置与建筑机械的挖掘控制装置联动，所述挖掘控制装置根据由所述激光接收传感器装置检测出或者计算出的高度，对作业位置中的挖掘高度位置实施控制。而且，在本发明所提供的作业位置测量装置中，激光接收传感器装置设置在建筑机械上，该激光接收传感器装置和设置在该激光接收传感器装置侧的所述第一GPS位置测量装置，与具有施工位置信息的建筑机械的挖掘控制装置联动，所述挖掘控制装置根据由所述激光接收传感器装置检测出或者计算出的高度，对作业位置中的挖掘高度位置实施控制。
图1是表示本发明实施例用的示意图。
图2是表示在本发明实施例中使用的旋转激光装置的断面图。
图3是表示该旋转激光装置的激光投射器的断面图。
图4是表示在本发明实施例中使用的激光接收传感器装置的正面图。
图5是表示本发明实施例的示意性方框图。
图6是表示本发明实施例的动作方式的斜视说明图。
图7是表示本发明实施例的动作方式的正面说明图。
图8是表示本发明实施例的动作方式的侧面说明图。
图9是表示本发明实施例的动作方式的平面说明图。
图10A、图10B是表示激光接收传感器装置的光接收信号的说明图。
图11是表示本发明第二实施例的示意图。
图12是表示本发明第三实施例的示意图。
图13是表示本发明第四实施例的示意图。
图14是表示本发明第五实施例的示意图。
图15是表示本发明第六实施例的示意图。
图16是现有技术实例的示意图。
图17是表示现有技术实例的光接收器的斜视图。
图18是表示另一现有技术实例的示意图。
图19是表示另一现有技术实例中的光接收器的说明图。
具体实施例方式
下面参考
本发明的实施例。
首先，使用图1对根据本发明的作业位置测量装置进行概略说明。
这种作业位置测量装置包含作为基本构成的旋转照射出扇形光束用的旋转激光装置27，和接收上述扇形光束的激光接收传感器装置28。
三角架29按照与大体已知点X大体一致的方式设置，在该三角架29上安装着上述旋转激光装置27。该旋转激光装置27具有主体部分31和以自由转动方式设置在该主体部分31上的转动部分32，并且通过上述转动部分32旋转照射出激光光束33。通过必要的支持机构保持上述激光接收传感器装置28。图1表示在野外作业时根据本发明构造的一种装置的实施形式，即上述激光接收传感器装置28设置在可由操作者手持的杆34上，在该杆34的上端设置有GPS位置测量装置30。因为该GPS位置测量装置30可以根据来自人造卫星的信号测量地面上的绝对位置，因此可以测量出该GPS位置测量装置30相距地面的高度。
上述激光光束33由多个扇形激光光束构成，例如，由竖直的扇形光束33a、33b，和相对于该扇形光束33a、33b在对角线上以θ角度倾斜的扇形光束33c呈N字形构成。上述激光光束33a、33b还各自以α的束散角在±δ的方向上实施着照射(参见图6)。而且，该扇形光束33a、33b并非一定需要是竖直的，该扇形光束33a、33b只要相互平行并相对于水平面形成交叉即可。
下面通过图2、图3说明上述旋转激光装置27。
本实施例所涉及的旋转激光装置27包括外壳35，以及具有投光光轴40(后述)的激光投射器36，该激光投射器36以可倾斜移动的方式容纳在上述外壳35内。
呈截头圆锥形的凹部37形成在上述外壳35的上表面中央部分处，上述激光投射器36沿上下方向贯穿通过上述凹部37的中央部分。上述激光投射器36以可以倾斜方式通过球面底座38支持在上述凹部37上。在上述激光投射器36的上部处，还以自由转动方式设置着上述转动部分32，在该转动部分32上设置有五棱镜39。
在上述转动部分32上还设置有扫描齿轮41，在上述激光投射器36上设置着具有驱动齿轮42的扫描电动机43，上述转动部分32由上述扫描电动机43通过上述驱动齿轮42、扫描齿轮41实施旋转驱动。
在上述外壳35的内部，容纳着设于上述激光投射器36周围的两组倾斜机构44(一个未示出)，该倾斜机构44具有倾斜用电动机45、旋转中心位于上述激光投射器36平行方向上的倾斜用螺杆部件46、以及和该倾斜用螺杆部件46螺纹啮合的倾斜螺母47。
上述激光投射器36具有两根相对于上述投光光轴40沿正交方向延伸出的倾斜臂51(图中有一根未示出)，而且这两个倾斜臂51彼此正交。在倾斜臂51的前端还突出设置着断面呈圆形的销，上述倾斜臂51通过上述销与上述倾斜机构44相结合。
上述倾斜用电动机45通过驱动齿轮48、倾斜用齿轮49可以使上述倾斜用螺杆部件46转动。通过该倾斜用螺杆部件46的转动，使上述倾斜螺母47上下移动，通过该倾斜螺母47的上下移动，使上述倾斜臂51倾斜，进而使上述激光投射器36倾斜。图中未示出的另一组倾斜机构通过和前述倾斜机构44相类似的机构，在和上述倾斜机构44的倾斜方向成正交的方向上，对上述激光投射器36实施倾斜操作。
在上述激光投射器36的中间部分处，设置有与上述倾斜臂51平行的固定倾斜传感器58和相对于上述倾斜臂51呈直角方向的固定倾斜传感器59。使用上述固定倾斜传感器58、固定倾斜传感器59，可以检测出上述激光投射器36朝向任意方向的倾斜角，根据上述固定倾斜传感器58、固定倾斜传感器59的检测结果，使用上述两组倾斜机构44，通过上述两根倾斜臂51使上述激光投射器36产生倾斜运动，从而可以按照通常保持为竖直的方式对该激光投射器36实施控制。而且，还可以使激光投射器36向任意角度倾斜。
下面通过图3说明上述激光投射器36以及上述转动部分32。
由配置在上述投光光轴40上的激光光束发光部52、准直透镜53等构成投射光学系统54，该投射光学系统54收纳在上述激光投射器36内。
上述转动部分32还具有棱镜支架55，该棱镜支架55对上述五棱镜39以及设于该五棱镜39下侧处的衍射光栅(BOE)56进行保持。
从该激光光束发光部52发出的激光光束33通过上述准直透镜53变换成平行光束，入射到上述衍射光栅56内。入射的激光光束33通过上述衍射光栅56分割形成多个扇形光束，比如为三个扇形光束33a、33b、33c。这些扇形光束33a、33b、33c通过上述五棱镜39向水平方向偏转，并通过上述棱镜支架55的投光窗57照射出来。
上述衍射光栅56也可以配置在上述激光光束33由上述五棱镜39偏转后所透过的位置上。而且在图2中，参考标号60表示的是检测上述转动部分32的转动角的编码器、参考标号61表示的是圆筒状透明盖。
上述激光光束发光部52由发光控制部50控制其发光状态，例如，通过调制上述激光光束33等方法，可以在该激光光束33上叠置通信数据，从而可以实现光通信方式，向上述激光接收传感器装置28传递上述旋转激光装置27的位置信息等数据。
而且，通信设备也可以为另外设置的无线通信机，并通过无线通信方式向上述激光接收传感器装置28传送数据。
下面通过图4、图5说明上述激光接收传感器装置28。
在该激光接收传感器装置28处，安装有检测上述扇形光束33a、33b、33c用的光接收部62，并且配置有显示部63、例如蜂鸣器等的警告部64和例如输入按键等的输入部65。而且，还进一步内置设置有存储部66、运算部67、光接收信号处理回路68、光接收信号输出部69、检测上述杆34的倾斜的倾斜检测器70。
在上述显示部63中，显示出诸如上述GPS位置测量装置30检测出的绝对位置、根据该GPS位置测量装置30的检测结果计算出的上述激光接收传感器装置28的位置、该激光接收传感器装置28的高度、连结上述激光光束33的转动中心点和上述光接收部62的直线与水平基准面间形成的角度(仰角γ(参见图8))、通过上述倾斜检测器70检测出的上述杆34的倾斜度等等。在上述激光接收传感器装置28中还设置有标记显示部71，该标记显示部71具有作为标记用的中央线，以及位于上侧、下侧处的三角形，中央线表示上述光接收部62处于进行扫描的上述激光光束33的水平位置的场合，三角形表示其相对于水平处于上侧或下侧偏置状态时的场合。
上述光接收部62给出的、作为上述扇形光束33a、33b、33c的光接收信号输入到上述光接收信号处理回路68中，光接收信号处理回路68检测是否接收到光信号，进行A/D变换等所需要的处理，并且把叠加在上述扇形光束33a、33b、33c上的通信数据抽出分析出来，进而输入到上述运算部67中。上述运算部67根据来自上述光接收信号处理回路68的信号，计算出距离L和仰角γ，进而把通过上述通信数据得到的上述旋转激光装置27的位置信息输入到上述存储部66中。
此外，位置信息也可以由上述输入部65事先输入到上述存储部66中。对于上述旋转激光装置27配置有无线通信机作为通信设备的场合，还在上述激光接收传感器装置28中设置无线接收机。
上述光接收信号输出部69对由上述运算部67计算得到的结果实施输出。由该光接收信号输出部69给出的输出信号，作为驱动上述标记显示部71的信号使用，或者如后面说明的那样在控制建筑机械等的场合使用。
下面参考图6～图10说明其动作方式。
通过上述三角架29将上述旋转激光装置27设置在已知点X上，根据上述固定倾斜传感器58、固定倾斜传感器59的检测结果驱动上述倾斜机构44，按照呈竖直方式调整上述激光投射器36。
将上述杆34设置在目标位置。该杆34的预定高度处，即在相距地面已知的高度处设置上述激光接收传感器装置28。由上述输入部65向该激光接收传感器装置28输入已知点X的信息，并通过上述运算部67将其储存在上述存储部66中。通过上述GPS位置测量装置30对上述杆34沿水平方向的绝对位置，以及包含上述GPS位置测量装置30的绝对高度的绝对位置实施测量。
建筑机械在施工时对高度方向的精度要求比较高，上述GPS位置测量装置30由于系统特征，在高度方向上的精度不能达到所要求程度的精度，因此在高度方向的测量上，还需要组合使用旋转照射出扇形光束的上述旋转激光装置27和激光接收传感器装置28进行测量。
因为已知上述GPS位置测量装置30和上述激光接收传感器装置28间的位置关系，因此从与上述GPS位置测量装置30间的关系可以确定出上述激光接收传感器装置28的水平位置。
上述激光接收传感器装置28的高度，亦即光接收部62的高度，按照如后所述的方式，根据距离L和仰角γ实施计算。
依据输入在上述存储部66中的上述旋转激光装置27的位置信息，和从上述GPS位置测量装置30的测量结果得到的上述光接收传感器装置28的水平位置，由上述运算部67计算出该距离L。而且，依据上述光接收部62接收到的上述扇形光束33a、33b、33c，由上述运算部67计算出上述仰角γ。由于上述杆34的倾斜出现的上述光接收部62沿高度方向上的误差，根据上述倾斜检测器70检测出的上述杆34的倾斜角实施修正。上述警告部64在上述光接收部62位于接收上述激光光束33的范围之外时，通过蜂鸣器等发出警告信号，以提醒操作者注意。
下面参考图6说明仰角γ，以及相对于上述激光接收传感器装置28的位置处的水平线的高低差H。图6示出了上述光接收部62和上述激光光束33间的关系。
使上述激光光束33旋转照射出，并且使该激光光束33横向切过上述光接收部62。在这里，因为上述激光光束33是由扇形光束33a、33b、33c构成的，因此即使上述光接收部62是呈点状的光接收元件也可以接收到激光光束，即也可以不正确地进行上述激光接收传感器装置28的位置对合。
通过上述激光光束33横切过上述光接收部62的方式，使上述扇形光束33a、33b、33c分别通过上述光接收部62，由上述光接收部62发出对应于各扇形光束33a、33b、33c的三个光接收信号72a、72b、72c。
上述光接收部62相对于上述激光光束33位于图6～图9所示A点的位置的场合，亦即上述光接收部62位于上述激光光束33的中心的场合，光接收信号如图10A所示，上述三个光接收信号72a、72c、72b的时间间隔相等。在图中，参考标号T表示的是上述旋转激光装置27的转动一周的周期。
对于上述光接收部62偏离开上述激光光束33的中心、位于图6～图9所示B点位置的场合，上述光接收信号72a、72c、72b的时间间隔不同(参见图10B)。在图7中，当上述光接收部62从图的右面向左面相对移动时，上述光接收信号72a和光接收信号72c间的间隔变短，该光接收信号72c和光接收信号72b间的间隔变长。
而且，因为图6所示的图形为与上述激光接收传感器装置28和转动部件32间的距离无关的相似图形，因此通过确定时间间隔比，可以计算出在无量纲图形中的通过位置。另外，到以上述旋转激光装置27作为中心的B点位置的仰角γ可以直接计算求出，从该仰角γ和上述距离L可以实测出相对于上述激光接收传感器装置28的位置处的水平线的高低差H。
因此，不需要对上述激光接收传感器装置28实施升降操作，就可以实测出相对于基准面的高低差。
由多个扇形光束构成的形状也可以不为N字状，只要有至少一个倾斜，且关于倾斜角等的形状数据已知就行。另外，多个扇形光束也可以是至少一个倾斜的两个扇形光束。
图11示出了本发明在诸如推土机等建筑机械中实施时的第二实施例。
在图11中，对和图18中所示部件同样的部件附以相同的参考标号。
激光接收传感器装置28固定在作为建筑机械作业工具的、例如推土机17的铲18上。在该铲18上竖立设置着安装杆19，在该安装杆19上安装有上述激光接收传感器装置28，并在上述安装杆19的上端处设置着上述GPS位置测量装置30。另外，上述推土机17具有控制上述铲18的动作的计算机等挖掘作业控制部(图中未示出)。
因为上述激光光束33呈扇形形状，因此即使伴随上述铲18的上下移动，使上述激光接收传感器装置28上下移动，激光接收传感器装置28也可以对上述激光光束33实施检测。
通过上述GPS位置测量装置30知道上述激光接收传感器装置28的绝对位置。因为已知上述激光接收传感器装置28的位置和到上述铲18的刃尖18a的距离，所以通过检测上述激光接收传感器装置28的位置，可以检测出上述刃尖18a的位置。因此，根据检测出来的上述激光接收传感器装置28的信息，可以对上述推土机17的铲18的高度实施控制。换句话说就是，通过使用上述挖掘作业控制部控制升降上述铲18的液压缸，即可以实施挖掘作业的管理。
对于在推土机等建筑机械的作业中实施本发明的场合，上述激光接收传感器装置28的光接收部62可以使用呈点状的光接收元件，所以可以大幅度简化上述激光接收传感器装置28，并且可以省略为扩宽该激光接收传感器装置28的光接收范围而设置的升降机构。
在图1及图11中，所表示出的作为作业位置测量装置的基本构成要素，仅仅为设置在上述激光接收传感器装置28侧的上述GPS位置测量装置30。虽然实际上可以单独采用GPS位置测量装置进行位置测量，但是对于要求更高精度的场合，也可以使用多个GPS位置测量装置实施静态测量，以及主要使用在移动物体上的RTK测量(动态测量)。在图1及图11所示的实施例中，还可以在与图中未示出的GPS位置测量装置之间，高精度地求解出移动点的位置。
在图12到图15中示出了在旋转激光装置27侧也设置有GPS位置测量装置的实施例。在图12到图15中，对和图1以及图11中所示部件相同的部件附以同样的参考标号。
在图12和图13所示的第三、第四实施例中，在上述杆34、旋转激光装置27处设置有上述的GPS位置测量装置30、GPS位置测量装置75，并且在适宜位置处还设置有第三GPS位置测量装置76，对于上述旋转激光装置27设置在未知点处的场合，根据由静态测量获得的未知点测量结果，将上述旋转激光装置27的设置点设定为已知点。
为了进行静态测量，第三个前述GPS位置测量装置76设置在与上述旋转激光装置27分离开的位置处。如果举例来说，该位置也可以是由国家设置的电子基准点。上述第三GPS位置测量装置76和设置在上述旋转激光装置27上的上述GPS位置测量装置75形成静态测量，以对设置上述旋转激光装置27的未知点实施测量。将已成为已知点的未知点的位置，作为位置信息输入至上述激光接收传感器装置28中。
上述激光接收传感器装置28的水平位置，通过与设置在上述杆34上端处的上述GPS位置测量装置30间的关系进行确定。高度由距离L以及通过上述扇形光束33a、33b、33c求解出的仰角γ实施计算，其中距离L根据上述旋转激光装置27的位置信息和依据上述GPS位置测量装置30的上述激光接收传感器装置28的位置求解出。进而求解出包含上述激光接收传感器装置28的高度在内的位置信息。
如果已知上述杆34的尖端和上述激光接收传感器装置28间的距离，可以容易地获得上述杆34的尖端的位置信息。而且，因为上述倾斜检测器70内置在激光接收传感器装置28中，因此即使上述杆34产生倾斜的场合，也可以容易地修正高度值。
图13所示的实施例，表示的是在上述推土机17的上述铲18等挖掘切削工具处，通过上述安装杆19设置上述激光接收传感器装置28、GPS位置测量装置30的实施例，对于这种场合同样可以检测出前述铲18的刃尖18a的高度。如果上述铲18是通过计算机等上述挖掘作业控制部实施控制的，通过向该挖掘作业控制部输入来自上述激光接收传感器装置28、GPS位置测量装置30的信号，从而使施工管理变得更容易。
在上述挖掘作业控制部中以关联形式存储着施工图和施工高度，从而由该挖掘作业控制部从根据上述GPS位置测量装置30确定出的坐标位置和施工图以及施工高度，确定出相对于该坐标地点的上述铲18的刃尖18a的高度差，并且按照使该差为零的方式实施控制。换句话说就是，可以通过控制升降该铲18的液压缸，实施挖掘作业的控制。
如果采用的是照射出上述扇形光束33a、33b、33c的上述旋转激光装置27，则即使上述激光接收传感器装置28的光接收部62的长度不很长，也能获得足够的光接收范围，从而可以按照使该差为零的方式实施控制。因为如果有至少一个光接收传感器就可实施高度控制，所以光接收传感器的数量少，从而容易轻松地操作上述激光接收传感器装置28。而且，可以通过简单的安装操作实现对上述铲18的控制。
图14和图15表示的是第五、第六实施例，即通过位于上述旋转激光装置27侧的上述GPS位置测量装置75和位于上述激光接收传感器装置28侧的上述GPS位置测量装置30，形成用来实施RTK测量的系统。
对于第五、第六实施例的场合，将上述旋转激光装置27设置在已知点X处，把已知点X的坐标预先存储在上述激光接收传感器装置28中。设置在已知点X处的上述旋转激光装置27上的上述GPS位置测量装置75的坐标与已知点X的坐标间的误差，实时发送到上述激光接收传感器装置28一侧，从而以高精度求解出位于上述激光接收传感器装置28一侧的坐标。因此，可以高精度地求解出作业位置。
也可以将GPS位置测量装置设置在上述杆34上，或是将其设置在上述推上机17的铲18等挖掘切削工具上，这与图12和图13所示的第三、第四实施例相类似。
其他实施例还可以是对图12、图13所示的实施例和图14、图15所示的实施例实施组合而构成的实施例。
如果采用本发明，配置有旋转照射出激光光束的旋转激光装置，和接收激光光束、检测作业位置的激光接收传感器装置，而且上述旋转激光装置具有射出至少一个为倾斜且至少两个为扇形光束的激光投射器，上述激光接收传感器装置具有接收上述扇形光束的至少一个光接收部，和根据该光接收部接收到光束而发出的光接收信号、对以上述旋转激光装置为基准的仰角实施运算的运算部，由此，上述光接收部的光接收范围比较宽，可以采用唯一的一个光接收部实现运行，从而可以降低装置的制造成本，以相同的一种构造形式对应于室内、野外任一施工场合，具有良好的作业性。
而且，由于上述激光接收传感器装置还具备上述光接收部，与该光接收部具有预先决定的位置关系的第一GPS位置测量装置，以及存储旋转激光装置的位置信息的存储部，并从上述存储的位置信息、以上述旋转激光装置为基准的仰角和上述第一GPS位置测量装置的检测位置，计算出上述激光接收传感器装置的位置，所以可以简单地计算出上述激光接收传感器装置的绝对位置和基准面。
而且，由于上述激光接收传感器装置具有与上述光接收部具有预先决定的位置关系的上述第一GPS位置测量装置，以及存储上述旋转激光装置的位置信息的存储部，上述旋转激光装置具有对该旋转激光装置的设置位置实施特定设定用的第二GPS位置测量装置，并从储存在上述存储部中的位置信息、以上述旋转激光装置作为基准的仰角和上述第一GPS位置测量装置的检测位置，计算出上述激光接收传感器装置的位置，所以即使在预先不能得到已知点的测量状况下也能进行正确的测量、施工。
而且，因为上述旋转激光装置和上述激光接收传感器装置配置有通信装置，从而将上述第二GPS位置测量装置所特定设定的上述旋转激光装置的设置位置，通信传递给上述激光接收传感器装置一侧，从而大幅度减轻操作者的作业负担。
而且，由于上述第二GPS位置测量装置设置在已知点，将该已知点的位置信息预先存储在上述激光接收传感器装置的存储部中，并对该存储部中存储的已知点的位置信息和前述第二GPS位置测量装置特定设定的位置信息间的误差进行考虑地计算出上述激光接收传感器装置的位置，从而可以高精度地实施动态施工作业。
而且，由于上述第二GPS位置测量装置和位于上述第一GPS位置测量装置的场所以外的第三GPS位置测量装置之间形成GPS测量，并将上述第二GPS位置测量装置的位置作为基准点实施特定设定，根据该特定设定的基准点的坐标位置和上述第一GPS位置测量装置的检测结果，计算出上述激光接收传感器装置的位置，因此即使在预先不能得到已知点的测量状况下，也能进行正确的测量、施工。
权利要求
1.一种作业位置测量装置，具有旋转照射出激光光束的旋转激光装置，以及接收激光光束、检测作业位置的激光接收传感器装置，而且所述旋转激光装置具有射出至少一个为倾斜且至少两个为扇形光束的激光投射器，所述激光接收传感器装置具有接收所述扇形光束的至少一个光接收部，以及根据该光接收部接收到光束而发出的光接收信号、对以所述旋转激光装置作为基准的仰角实施运算的运算部。
2.一种如权利要求1所述的作业位置测量装置，其特征在于，所述激光投射器具有衍射光栅，该衍射光栅把入射的激光光束分割成至少两个扇形光束。
3.一种如权利要求1所述的作业位置测量装置，其特征在于，所述激光接收传感器装置具有所述光接收部，与该光接收部具有预先决定的位置关系的第一GPS位置测量装置，以及存储旋转激光装置的位置信息的存储部，而且从所述存储的位置信息、以所述旋转激光装置为基准的仰角和所述第一GPS位置测量装置的检测位置，对所述激光接收传感器装置的位置实施计算。
4.一种如权利要求3所述的作业位置测量装置，其特征在于，所述激光接收传感器装置具有输入部，而且所述旋转激光装置的位置信息通过所述输入部存储在所述存储部中。
5.一种如权利要求1所述的作业位置测量装置，其特征在于，所述激光接收传感器装置具有与所述光接收部有预先决定的位置关系的第一GPS位置测量装置，以及存储所述旋转激光装置的位置信息的存储部，所述旋转激光装置具有对该旋转激光装置的设置位置实施特定设定的第二GPS位置测量装置，而且从储存在所述存储部中的位置信息、以所述旋转激光装置作为基准的仰角和所述第一GPS位置测量装置的检测位置，对上述激光接收传感器装置的位置实施计算。
6.一种如权利要求5所述的作业位置测量装置，其特征在于，所述第二GPS位置测量装置特定设定的所述旋转激光装置的位置信息储存在所述存储部中。
7.一种如权利要求5所述的作业位置测量装置，其特征在于，所述旋转激光装置和所述激光接收传感器装置具有通信装置，将所述第二GPS位置测量装置特定设定的上述旋转激光装置的设置位置，通信传递给所述激光接收传感器装置一侧。
8.一种如权利要求5所述的作业位置测量装置，其特征在于，所述第二GPS位置测量装置设置在已知点上，该已知点的位置信息预先存储在所述激光接收传感器装置的存储部中，并且对该存储部中存储的已知点的位置信息和所述第二GPS位置测量装置特定设定的位置信息间的误差进行考虑地对所述激光接收传感器装置的位置实施计算。
9.一种如权利要求5所述的作业位置测量装置，其特征在于，在所述第二GPS位置测量装置和位于所述第一GPS位置测量装置的场所以外的第三GPS位置测量装置之间形成GPS测量，并且将所述第二GPS位置测量装置的位置作为基准点实施特定设定，根据该特定设定的基准点的坐标位置和所述第一GPS位置测量装置的检测结果，对所述激光接收传感器装置的位置实施计算。
10.一种如权利要求1所述的作业位置测量装置，其特征在于，激光接收传感器装置设置在建筑机械上，该激光接收传感器装置与建筑机械的挖掘控制装置联动，所述挖掘控制装置根据由所述激光接收传感器装置检测出或者计算出的高度，对作业位置中的挖掘高度位置实施控制。
11.一种如权利要求3～权利要求9中任何一项所述的作业位置测量装置，其特征在于，激光接收传感器装置设置在建筑机械上，该激光接收传感器装置和设置在该激光接收传感器装置侧的所述第一GPS位置测量装置与建筑机械的挖掘控制装置联动，所述挖掘控制装置根据由所述激光接收传感器装置检测出或者计算出的高度，对作业位置中的挖掘高度位置实施控制。
12.一种如权利要求3～权利要求9中任何一项所述的作业位置测量装置，其特征在于，激光接收传感器装置设置在建筑机械上，该激光接收传感器装置和设置在该激光接收传感器装置侧的所述第一GPS位置测量装置，与具有施工位置信息的建筑机械的挖掘控制装置联动，所述挖掘控制装置根据由所述激光接收传感器装置检测出或者计算出的高度，对作业位置中的挖掘高度位置实施控制。
全文摘要
一种作业位置测量装置，它具有旋转照射出激光光束的旋转激光装置，以及接收激光光束、检测作业位置的激光接收传感器装置，而且所述旋转激光装置具有射出至少一个为倾斜且至少两个为扇形光束的激光投射器，所述激光接收传感器装置具有接收所述扇形光束的至少一个光接收部，以及根据该光接收部接收到光束而发出的光接收信号、对以所述旋转激光装置作为基准的仰角实施运算的运算部。
文档编号G01S5/16GK1512137SQ200310114719
公开日2004年7月14日 申请日期2003年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者大友文夫, 大佛一毅, 林邦广, 毅 申请人:株式会社拓普康