KR200315383Y1 - Apparatus for automatically surveying tunneling course - Google Patents
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Abstract
굴진기에 의해 터널 또는 갱도를 파 들어가면서 관을 순차적으로 삽입하는 터널추진공법에 있어서의 굴진경로 자동측량장치로서, 굴진기(10) 후미에 목표표시수단(100)을 부착하고, 그 후방에서 목표표시수단을 광학적으로 인식하는 목표인식수단과 각도측정수단 및 거리측정수단을 장착하고 있는 하우징(200)을 목표표시수단에 대해 적어도 2축방향으로 회전시킬 수 있는 회전스테이지(300)에 지지하고, 이 회전스테이지는 정밀수평유지수단으로 지지하여 그 수평자세를 자동교정할 수 있게 하여 그 수평자세에서 상기 하우징을 움직여 목표를 인식한 후 그 움직인 각도 그리고 거리를 측정할 수 있게 한다. 이는 자동화됨으로써 사람에 의한 측량시의 위험요소를 제거할 수 있으며, 측량소요시간의 단축은 물론 하루에도 몇 차례씩 또는 실시간으로 굴진경로를 자동으로 측량할 수 있으므로 보다 정확하면서 정량적인 굴진을 실시할 수 있게 한다. 특히 사람이 들어갈 수 없는 협소하면서 곡선상의 터널 또는 갱도의 굴진시에 유용한 것이다.An excavation path automatic measurement device in a tunnel propulsion method in which a pipe is sequentially inserted while digging a tunnel or a tunnel by an excavator, wherein the target display means 100 is attached to the rear of the excavator 10, and the target display means from the rear thereof. The housing 200 equipped with the target recognition means, the angle measuring means, and the distance measuring means for optically recognizing the optical signal is supported on the rotating stage 300 which can rotate in at least two axes with respect to the target display means. The stage is supported by the precision horizontal holding means so that the horizontal posture can be automatically calibrated so that the housing can be moved in the horizontal posture to recognize the target and then measure the moved angle and distance. It can eliminate the risks of human surveying by automating, and it can shorten the survey time and automatically survey the excavation route several times a day or in real time, so that more accurate and quantitative excavation can be performed. To be able. It is especially useful when drilling in narrow, curved tunnels or tunnels where people cannot enter.
Description
본 고안은 굴진기에 의해 터널 또는 갱도를 파 들어가면서 관을 순차적으로 삽입하는 터널추진공법에 있어서의 굴진경로 자동측량장치에 관한 것이다.The present invention relates to an excavation path automatic surveying device in a tunnel propulsion method for inserting a tube sequentially while digging a tunnel or a tunnel by an excavator.
굴진기(tunneling machine)는 지하에 터널이나 갱도를 파 들어가는 자주식 기계장치를 말하는 것으로, 이 굴진기에 의한 터널추진공법은 이미 잘 알려져 있다. 굴진기에 의한 터널추진에 있어서, 굴진기를 계획된 경로로 진행시키기 위해서는 현재 진행되고 있는 굴진기에 의한 굴진경로를 연속적으로 측량하고 측량결과에 따라 굴진기의 진행을 조정하여야 한다.Tunneling machine is a self-propelled machine for digging tunnels or tunnels underground. The tunnel propulsion method by this excavator is well known. In tunnel propulsion by excavator, in order to proceed with the planned route, the excavator must be continuously surveyed and the progress of the excavator is adjusted according to the survey results.
굴진경로를 측량함에 있어서, 일반적으로 행해지는 사람에 의한 측량은, 특히 미완의 협소한 굴진구의 경우, 붕괴나 산소부족 또는 발생가스로부터 치명적 안전사고 발생 위험이 따를 뿐만 아니라, 측량시간이 길게 소요되고, 게다가 측량동안 굴진기 가동을 중단함으로써 공기가 지연되는 등 경제적인 손실도 크다. 따라서, 안전과 경제성을 감안하고 또 계획된 굴진경로와의 오차발생 등을 최소화할 수 있는 자동화된 굴진경로 측량방안이 필요한 것이다. 이러한 굴진경로, 특히 마이크로 터널링 머신 경로의 자동측량 필요성으로부터 제안된 종래의 기술을 살펴보면 다음과 같다.In surveying excavation routes, surveying by people generally takes not only the risk of fatal safety accidents from collapse, lack of oxygen or generated gases, but also long surveying time, especially in incomplete narrow trenches. In addition, there is a great economic loss, such as delaying the air by shutting down the excavator during surveying. Therefore, there is a need for an automated excavation route measurement plan that can consider safety and economic feasibility and minimize the occurrence of errors with the planned excavation route. Looking at the conventional technique proposed from the excavation path, in particular the need for automatic measurement of the micro-tunneling machine path is as follows.
국내 공개특허공보 공개번호 2002-0055959는 관추진방식 터널 굴진기의 굴진경로 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 거기에, 터널링 공사진행 중에 수직오차, 수평오차, 회전(rolling), 수직기울기(pitching), 굴착거리 등을 지속적으로 측정하여 이로부터 장비(굴진기)의 자세와 위치를 알 수 있는 측정장치가 제안되어 있다. 제안된 측정장치는 레이저를 이용한 광학시스템과 경사계를 조합하여 되며, 타겟, CCD 카메라 및 영상처리장치를 통하여 타겟에 비친 레이저빔을 CCD 카메라로 읽어들인 뒤 영상처리 알고리즘을 이용, 그 위치를 추적해 낸다. 그러나, 발진구 및 터널링장비의 전방통에서 레이저를 발사하여 터널링 장비의 후방통에 설치된 타겟상의 레이저포인터를 분석하므로, 곡선상의 굴진경로를 추적하는 데는 한계가 있다. 또한, 굴진거리를 계산함에 있어서 원압 스트로크 인코더를 통해 원압 잭 전진거리를 얻어내는 방식을 취하므로, 곡선상의 굴진경로에서 오차가 발생할 확률이 높으며, 전진거리는 원압 스트로크 인코더의 정밀도에 의존하게 된다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0055959 relates to a system and a control method for a tunneling path of a tube propulsion type tunnel excavator, including vertical error, horizontal error, rolling, vertical pitching during a tunneling process. ), A measuring device that can measure the position and position of the equipment (excavator) by continuously measuring the excavation distance, etc. has been proposed. The proposed measuring device combines an optical system using a laser and an inclinometer, and reads the laser beam reflected on the target through a target camera, a CCD camera and an image processing device to a CCD camera, and then tracks the position using an image processing algorithm. Serve However, since the laser beam is emitted from the oscillation port and the front cylinder of the tunneling equipment to analyze the laser pointer on the target installed in the rear cylinder of the tunneling equipment, there is a limit in tracking the curved excavation path. In addition, in calculating the excavation distance, a method of obtaining a forward pressure jack forward distance through a pressure stroke encoder is used. Therefore, an error is likely to occur in the curved excavation path, and the advance distance depends on the precision of the pressure stroke encoder.
또 다른 방법인 국내 특허등록 10-0192851의 터널굴진기의 위치자세 계측방법 및 장치는 급곡진시공이나, 구배시공이나, 높이가 도중에 변화하는 시공에서도 터널굴진기의 위치 및 자세를 고정도로 계측하는 것을 골자로 한 측량장치 및 방법으로써, 레이저 발진부에 의하여 발사된 레이저빔이 반사프리즘에 의하여 되돌아 오는 각도를 측정하여 각도 및 거리를 측량하여 굴진경로를 계산하는 방식이다. 그러나, 레이저빔에 의하여 임의의 위치에 있는 반사프리즘을 찾기 위해서는 일정면적을 일정한 간격으로 스캔해야 하므로 계측에 많은 시간을 필요로 한다는 문제점이 있다. 또한 계측시간을 단축하기 위해서는 반사프리즘의 면적을 넓게 하는 방법도 생각되어질 수 있으나, 반사프리즘의 면적은 유리재질인 반사프리즘의 체적과 중량 및 가격과 상관관계를 가지고 있어 경제적으로 불리하다는 단점이 있다. 또한, 터널굴진기의 후방의 측점으로부터 터널굴진기의 측점에서 설치된 타겟까지의 시준각도와 거리, 터널굴진기의 후방의 측점으로부터 소정의 후방의 기지의 측점에설치된 타겟까지의 시준각도와 거리를 각각 측정함으로써 후방의 기지의 측점으로부터 터널굴진기까지의 각도 및 거리를 계산하는 방법이므로 터널굴진기의 후방의 측점에 위치한 레이저발진부는 적어도 180°이상을 매우 정밀하게 회전해야 하며, 레이저부를 탑재한 회전스테이지 및 경사계와 거리측정수단이 적어도 2개소 이상 분리되어야 하므로 신호처리 및 제어체계가 복잡하다는 문제점을 가지고 있다.Another method and apparatus for measuring the position attitude of a tunnel excavator in Korea Patent Registration 10-0192851 is to accurately measure the position and posture of a tunnel excavator even in a rapid curve construction, a gradient construction, or a construction whose height changes midway. As a measuring device and a method using the above, it is a method of calculating an excavation path by measuring an angle and a distance by measuring an angle at which a laser beam emitted by a laser oscillation unit is returned by a reflection prism. However, in order to find the reflection prism at an arbitrary position by the laser beam, a certain area needs to be scanned at regular intervals, which causes a problem of requiring a lot of time for measurement. In addition, a method of increasing the area of the reflective prism can be considered to shorten the measurement time, but the area of the reflective prism has a disadvantage in that it is economically disadvantageous since it has a correlation with the volume, weight, and price of the glass reflective prism. . Further, the collimation angle and distance from the station at the rear of the tunnel excavator to the target installed at the station at the tunnel excavator, and the collimation angle and distance from the station at the rear of the tunnel excavator to the target installed at the known station at the rear. Since the angle and distance from the station behind the tunnel to the tunnel excavator are measured by measuring each of them, the laser oscillator located at the station behind the tunnel excavator should rotate at least 180 ° very precisely. Since at least two rotation stages, inclinometers, and distance measuring means must be separated, there is a problem in that the signal processing and control system is complicated.
본 고안의 목적은, 굴진기의 후미에 원격으로 점멸할 수 있는 십자형의 발광체를 부착하고, 추진관에 고정시킨 상하좌우 각도측정 및 비접촉식 거리측정기가 부착된 원격자동제어장치에 의하여 십자형 발광체의 중심을 광학적으로 인식한 후 그 인식된 발광체 중심에 대한 각도 및 거리를 측정하여 굴진기의 경로를 추적하는 데이터를 검출하고, 이를 컴퓨터와 연결하여 자동분석 및 모니터링할 수 있는 굴진경로 자동측량장치를 제공하는데 있다.The object of the present invention is to attach the cross-shaped light emitter to the rear of the excavator remotely, and to adjust the center of the cross-shaped light emitter by means of a remote automatic control device equipped with a vertical contact angle measuring device and a non-contact distance meter fixed to the propulsion pipe. After optically recognizing, it measures the angle and distance to the center of the recognized illuminant and detects the data that tracks the path of the excavator, and provides the excavation path automatic surveying device that can be connected to a computer for automatic analysis and monitoring. have.
도 1은 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치의 설치상태를 보인 측면도.1 is a side view showing an installation state of the excavation route automatic surveying device according to the present invention.
도 2는 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치중 목표표시수단의 십자모양 발광부 패턴도.Figure 2 is a cross-shaped light emitting unit pattern diagram of the target display means of the excavation route automatic surveying device according to the present invention.
도 3은 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치중 목표표시수단 자동검출기구의 설치상태를 광축상에서 본 정면도.Figure 3 is a front view of the installation state of the target display means automatic detection mechanism of the excavation route automatic measurement apparatus according to the present invention seen from the optical axis.
도 4는 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치중 목표표시수단 자동검출기구의 설치를 위한 브래킷의 사시도.Figure 4 is a perspective view of the bracket for the installation of the target display means automatic detection mechanism of the excavation path automatic measurement apparatus according to the present invention.
도 5는 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치중 목표표시수단 자동검출기구의 하우징 내에 장착되는 목표인식수단과 각도측정수단 및 거리측정수단의 광학적 배치도.5 is an optical layout of the target recognition means, the angle measuring means and the distance measuring means mounted in the housing of the target display means automatic detection mechanism of the excavation route automatic measurement apparatus according to the present invention.
도 6a 및 6b는 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치의 제어흐름도.6a and 6b is a control flow diagram of the excavation path automatic measurement apparatus according to the present invention.
도 7은 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치에 있어서의 라인스캔센서 패턴과 그 검출신호의 파형도.7 is a waveform diagram of a line scan sensor pattern and its detection signal in the excavation route automatic surveying apparatus according to the present invention;
도 8은 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치에 있어서의 라인스캔센서에 의한 미세각도측정 원리를 설명하는 광학적 프로파일.8 is an optical profile for explaining the principle of fine angle measurement by the line scan sensor in the excavation path automatic measurement apparatus according to the present invention.
도 9는 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치의 곡선구간에서의 최대배치간격을 설명하는 굴진구의 곡선구간 종단면도.Figure 9 is a longitudinal cross-sectional view of the curved section illustrating the maximum placement interval in the curved section of the excavation route automatic surveying apparatus according to the present invention.
도 10은 본 고안에 따른 자동측량장치의 제어시스템도.10 is a control system diagram of the automatic surveying apparatus according to the present invention.
도 11은 본 고안에 따른 자동측량장치의 제어시스템 내 컴퓨터처리기에 표시되는 인터페이스 화면.11 is an interface screen displayed on the computer processor in the control system of the automatic surveying apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 굴진기 20 : 굴진구10: excavator 20: excavator
100 : 목표표시수단 101,102 : 수직 및 수평발광부100: target display means 101,102: vertical and horizontal light emitting unit
200 : 하우징 210 : 목표인식수단200: housing 210: target recognition means
211 : 대물렌즈 216 : 접안렌즈211: objective lens 216: eyepiece
217 : 광전센서 220 : 각도측정수단217: photoelectric sensor 220: angle measuring means
221,222 : 라인스캔센서 225,226 : 엔코더221,222 Line scan sensor 225,226 Encoder
230 : 거리측정수단 300 : 회전스테이지230: distance measuring means 300: rotating stage
320 : 수평회전액츄에이터 321 : 수직축320: horizontal rotary actuator 321: vertical axis
330 : 수직회전액츄에이터 331 : 수평축330: vertical rotation actuator 331: horizontal axis
400 : 정밀수평유지수단 500 : 지지수단400: precision level holding means 500: support means
610 : 컴퓨터처리기 630 : 제어기610: computer processor 630: controller
640 : 전원공급기640: power supply
상기한 목적을 달성하는 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치는, 굴진기 후미에 십자모양으로 교차하는 수직발광부와 수평발광부를 구분하여 표시하기 위한 목표표시수단과, 상기 굴진기 후방에서 그 목표표시수단을 광학적으로 인식하는 목표인식수단과, 상기 목표표시수단에 대한 상기 목표인식수단의 적어도 2축의 회전각 변화를 측정하는 각도측정수단과, 상기 목표표시수단에 대한 상기 목표인식수단의 거리를 측정하는 거리측정수단과, 상기 목표인식수단을 상기 목표표시수단에 대해 적어도 2축방향으로 회전시킬 수 있는 회전스테이지와, 이 회전스테이지를 지지하여 그 수평자세를 유지하도록 자동으로 작동되는 정밀수평유지수단과, 이 정밀수평유지수단을 상기 굴진기에 의한 굴진구 내에 고정하여 지지시키는 고정지지수단과, 상기 목표표시수단의 점소등과 상기 회전스테이지 및 정밀수평유지수단의 구동을 제어하고 상기 각 수단에 의해 검출된 데이터를 처리하는 제어기를 구비하며, 바람직하게는 상기 목표인식수단과 각도측정수단 및 거리측정수단을 수용하고 상기 회전스테이지로 움직여지는 하우징을 포함할 수 있다.The excavation route automatic measurement apparatus according to the present invention for achieving the above object, the target display means for distinguishing and displaying the vertical light emitting unit and the horizontal light emitting unit crosswise cross the rear end of the excavator, and the target display in the rear of the excavator A target recognition means for optically recognizing the means, an angle measuring means for measuring a change in the rotation angle of at least two axes of the target recognition means with respect to the target display means, and a distance of the target recognition means with respect to the target display means Distance measuring means, a rotating stage capable of rotating the target recognition means in at least two axial directions with respect to the target display means, and a precision horizontal holding means which is automatically operated to support the rotating stage and maintain its horizontal position. And fixed support means for fixing and supporting the precision horizontal holding means in the drilling hole by the excavator; A controller for controlling the flashing of the table display means and the driving of the rotating stage and the precision horizontal holding means and processing the data detected by the respective means, preferably the target recognition means, the angle measuring means, and the distance measurement. It may include a housing for receiving the means and moved to the rotating stage.
상기 목표표시수단은, 일정한 면적을 가지는 판상에 상기 일직선상의 수직발광부와 수평발광부를 위한 발광체를 설치하여 상기 굴진기에 부착할 수 있게 되고, 바람직하게는 그 발광체의 점소등을 자체적으로 제어하거나 상기 제어수단과 연결되어 작동하는 제어회로를 포함하여 구성할 수 있다.The target display means is provided with a light emitting body for the vertical vertical light emitting portion and a horizontal light emitting portion on a plate having a certain area, and can be attached to the excavator, preferably control the lighting of the light emitting itself or the like; It can be configured to include a control circuit that is connected to the control means to operate.
상기 목표인식수단은, 상기 목표표시수단으로부터 빛이 입사하는 대물렌즈, 그 입사된 빛을 결상하는 접안렌즈, 이 접안렌즈에 의하여 결상된 상의 광량에 따른 전기신호를 검출하는 광전센서, 그 대물렌즈와 접안렌즈 및 광전센서 사이에 배치되어 광로를 변경하는 적어도 하나의 반사미러로 구성하고, 바람직하게는 상기 광전센서가 최대광량에서 그 목표인식을 알리는 신호를 검출할 수 있게 구성할 수 있다.The target recognition means includes: an objective lens to which light enters from the target display means, an eyepiece for forming the incident light, a photoelectric sensor for detecting an electrical signal according to the amount of light formed by the eyepiece, and the objective lens And at least one reflective mirror disposed between the eyepiece and the photoelectric sensor to change the optical path. Preferably, the photoelectric sensor may be configured to detect a signal indicating the target recognition at the maximum amount of light.
상기 각도측정수단은, 상기 회전스테이지의 각 축에 설치되어 그 회전각을 검출하는 엔코더와 상기 목표인식수단에서 인식된 상기 목표표시수단의 수직발광부와 수평발광부에 대응하여 각각 신호를 검출하도록 미소크기의 광전센서 어레이로 된 두 방향의 라인스캔센서로 구성할 수 있다.The angle measuring means is installed on each axis of the rotating stage to detect signals corresponding to an encoder for detecting the rotation angle and a vertical light emitting portion and a horizontal light emitting portion of the target display means recognized by the target recognition means. It can be configured as a line scan sensor in two directions with an array of micro-sized photoelectric sensors.
상기 거리측정수단은, 상기 목표표시수단에 대해 레이저나 적외선 또는 초음파 등의 매체를 발사한 후 그 목표물에서 반사되는 것을 감지하여 거리를 측정하게 된 기존의 측정기를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 목표인식수단과 함께 하나의 하우징에 내장하여 일체화 할 수 있다.The distance measuring means may use a conventional measuring device that measures a distance by detecting a reflection from the target after firing a medium such as a laser, an infrared ray, or an ultrasonic wave to the target display means. It can be integrated in one housing together with the recognition means.
상기 회전스테이지는, 상기 목표인식수단을 수용하는 하우징, 이 하우징을 지지하는 하우징홀더, 이 하우징홀더를 밑에서 지지하는 수직축을 가지며 그 수직축을 구동하여 하우징홀더를 하우징과 함께 수평방향으로 회전시키도록 작동되는 수평회전액츄에이터, 상기 하우징홀더에 부착되어 상기 하우징을 끼워지는 수평축을 가지며 그 수평축을 구동하여 하우징을 수직방향으로 회전시키도록 작동되는 수직회전액츄에이터로 구성할 수 있다.The rotating stage has a housing for receiving the target recognition means, a housing holder for supporting the housing, a vertical axis for supporting the housing holder from below, and driving the vertical axis to rotate the housing holder horizontally with the housing. Horizontal rotating actuator which is attached to the housing holder and has a horizontal axis to fit the housing may be configured as a vertical rotating actuator which is operated to rotate the housing in the vertical direction by driving the horizontal axis.
상기 정밀수평유지수단은, 상기 회전스테이지의 자세가 기울 때 그 기운 정도를 감지하는 센서들과 이 센서들의 신호에 기초하여 자동으로 작동하여 수평자세를 유지해주도록 작동되는 액츄에이터를 포함하는 통상의 자동정준대를 사용할 수 있다.The precision leveling means includes a normal automatic leveling device including sensors that sense the level of energy when the posture of the rotating stage is tilted, and actuators that operate automatically based on the signals of the sensors to maintain a horizontal posture. You can use a stand.
상기 지지수단은, 굴진구의 내주벽 좌우 양측에 고정되는 브래킷과 이 브래킷 상에 걸친 채 고정되어 상기 정밀수평유지수단을 지지하는 지지판으로 구성할 수 있으며, 바람직하게는, 상기 브래킷이 상기 굴진구의 내주벽에 대응하여 경사진 모양으로 되고 그 내주벽에 대한 고정위치를 재조정할 수 있게 길게 개구된 앵커고정용 장공을 갖도록 구성할 수 있다.The support means may comprise a bracket fixed to the left and right sides of the inner circumferential wall of the drilling hole and a support plate fixed on the bracket to support the precision horizontal holding means, preferably, the bracket is the drilling hole. It can be configured to have a long anchor opening for the inclined shape corresponding to the inner circumferential wall of the elongated anchor and to be able to readjust the fixed position with respect to the inner circumferential wall.
또한 본 고안은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 상기와 같은 목표표시수단을상기와 같은 지지수단에 추가하여 고정시킨 복수의 세트를 구비하여 그 복수의 세트를 굴진기에 의한 굴진구를 따라 측량가능한 최대배치간격으로 배치하여 연속적으로 측량해 나갈 수 있게 구성하고, 바람직하게는 그 복수의 세트에 있는 제어기들을 케이블을 통해 외부의 컴퓨터처리기와 연결하여 그 컴퓨터처리기에서 각 세트의 제어수단을 통해 원격으로 측량하면서 데이터를 수집 및 계산하고 그 결과를 모니터에 표시하는 제어시스템을 포함하는 굴진경로 자동측량장치를 구현하는 것이다.In addition, the present invention, in order to achieve the above object, having a plurality of sets of fixing the target display means as described above in addition to the above support means, the plurality of sets can be measured along the drilling hole by the excavator It is arranged so that the surveying can be carried out continuously by arranging at intervals, and preferably, the controllers of the plurality of sets are connected to an external computer processor through a cable to be surveyed remotely through each set of control means in the computer processor. It is to implement an excavated route automatic surveying device that includes a control system that collects and calculates data and displays the results on a monitor.
이하, 본 고안의 구성 및 동작을 첨부 도면에 의거 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치의 설치상태를 보인 측면도이다. 도 1에서 부호 10은 굴진기이고, 20은 굴진기(10)에 의한 굴진구를 나타낸다. 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치는 굴진기(10) 후미에 목표를 표시하는 목표표시수단(100), 굴진기 후방에서 그 목표표시수단(100)을 광학적으로 인식하는 목표인식수단과 상기 목표표시수단에 대한 목표인식수단의 적어도 2축의 회전각 변화를 측정하는 각도측정수단 및 상기 목표표시수단에 대한 상기 목표인식수단의 거리를 측정하는 거리측정수단을 장착하고 있는 하우징(200)과, 이 하우징(200)을 지지하면서 상기 목표표시수단에 대해 적어도 2축방향으로 회전시킬 수 있는 회전스테이지(300)와, 이 회전스테이지(300)를 지지하면서 그 수평자세를 유지하도록 자동으로 작동되는 정밀수평유지수단(400)과, 이 정밀수평유지수단을 상기 굴진기에 의한 굴진구 내에 고정하여 지지시키는 고정지지수단(500), 그리고 후술하는 제어기로 구성된다.1 is a side view showing an installation state of the excavation route automatic surveying apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an excavator, and 20 denotes an excavator by the excavator 10. The excavation route automatic surveying device according to the present invention has a target display means 100 for displaying a target at the rear of the excavator 10, a target recognition means for optically recognizing the target display means 100 at the rear of the excavator, and the target display. A housing 200 equipped with an angle measuring means for measuring a change in the rotation angle of at least two axes of the target recognition means with respect to the means and a distance measuring means for measuring the distance of the target recognition means with respect to the target display means; A rotating stage 300 capable of rotating in at least two axial directions with respect to the target display means while supporting the 200, and a precision horizontal support which is automatically operated to maintain the horizontal posture while supporting the rotating stage 300. Means 400, a fixed support means 500 for fixing and supporting the precision horizontal holding means in the drilling hole by the excavator, and a controller to be described later.
상기 목표표시수단(100)은, 도 2에 보인 바와같이, 가로와 세로방향으로 일정 면적을 가진 판상에 일정 길이의 점소등가능한 발광체인 수직발광부(101)와 수평발광부(102)를 십자 모양으로 교차하도록 설치하여 된 것이다. 수직 및 수평발광부(101,102)는 도시하지 후술하는 제어기에 의해 또는 별개의 제어회로에 의해 각각 점소등 제어된다. 그리고 후술하는 목표인식수단의 광전센서를 향해 충분한 광량의 빛을 발광하도록 고려되었다. 한편, 목표표시수단(100)은 일정한 면적을 가지는 판체로 구성되는데, 이는 후술하는 비접촉식 거리측정기로부터 송신되는 레이저나 초음파를 반사하기 위한 것이다. 이와같은 목표표시수단(100)은 도 1에 나타난 바와 같이 굴진기(100) 후미에 부착되며, 굴진경로에 따라 측량가능한 최대배치간격으로 상기 하우징(200)의 지지수단에 그 후방을 향하도록 추가로 설치될 수 있다.As shown in Fig. 2, the target display means 100 crosses the vertical light emitting portion 101 and the horizontal light emitting portion 102, which are light-emitting bodies having a predetermined length, on a plate having a predetermined area in the horizontal and vertical directions. It was installed to cross in shape. The vertical and horizontal light emitting units 101 and 102 are controlled by turning on and off by a controller not shown later or by separate control circuits, respectively. And it was considered to emit light of a sufficient amount of light toward the photoelectric sensor of the target recognition means described later. On the other hand, the target display means 100 is composed of a plate body having a predetermined area, which is for reflecting the laser or ultrasonic waves transmitted from the non-contact range finder described later. This target display means 100 is attached to the rear of the excavator 100, as shown in Figure 1, and additionally to face the support means of the housing 200 at the maximum arrangement interval that can be measured in accordance with the excavation path Can be installed.
상기 하우징(200)의 회전스테이지는(300)는 하우징홀더(310)와 수평회전액츄에이터(320) 및 수직회전액츄에이터(330)로 구성된다. 하우징홀더(310)는 하우징(200)의 좌우 측면부와 저면부를 감싸는 모양으로 되어 수평회전액츄에이터(320)에 의해 하우징(200)과 함께 수평방향으로 회전될 수 있으며, 수직회전액츄에이터(330)에 의해 하우징(200)을 수직회전가능하게 지지한다. 수평회전액츄에이터(320)는 전술한 정밀수평유지수단(400) 위에 지지되며 하우징홀더(200)를 밑에서 지지하여 회전구동되는 수직축(321)을 가진다. 수직회전액츄에이터(330)는 하우징홀더(200)의 좌우 측면부 중 일측에 부착되며 하우징(200)에 끼워서 그 하우징(200)과 함께 회전되도록 구동되는 수평축(331)을 가진다. 수평회전및 수직회전액츄에이터들(320,330)은 각각 정역구동가능하고 임의 회전위치(각도)에서 정지가 용이한 제어용 모터를 사용한다.The rotating stage 300 of the housing 200 includes a housing holder 310, a horizontal rotating actuator 320, and a vertical rotating actuator 330. The housing holder 310 has a shape surrounding the left and right side portions and the bottom portion of the housing 200, and may be rotated in the horizontal direction together with the housing 200 by the horizontal rotation actuator 320, by the vertical rotation actuator 330. The housing 200 is supported to be rotatable vertically. The horizontal rotating actuator 320 is supported on the precision horizontal holding means 400 described above and has a vertical axis 321 that is rotated by supporting the housing holder 200 from below. The vertical rotation actuator 330 is attached to one side of the left and right side portions of the housing holder 200 and has a horizontal axis 331 which is inserted into the housing 200 and driven to rotate together with the housing 200. The horizontal rotation and vertical rotation actuators 320 and 330 each use a control motor that can be driven forward and backward and easily stopped at any rotational position (angle).
상기 하우징(200)의 정밀수평유지수단(400)은 측량 초기에 하우징(200)의 수평자세를 자동으로 추적하여 그 수평자세로 고정하기 위한 것이다. 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않으나, 그 정밀수평유지수단(400)은 자세가 기울 때 그 기운 정도를 감지하는 센서들과 이 센서들의 신호에 기초하여 그 수평자세를 유지하도록 작동되는 액츄에이터들로 구성된 것으로, 현재 시중에 유통되고 있는 일본 닛쇼사(社)의 자동정준대(모델명: AS21)를 사용하였다.The precision horizontal maintenance means 400 of the housing 200 is for automatically tracking the horizontal posture of the housing 200 at the initial stage of the survey and fixing the horizontal posture. Although not shown in detail in the drawing, the precision leveling means 400 is composed of sensors that detect the energy level when the posture is tilted and actuators that are operated to maintain the horizontal posture based on the signals of these sensors. For example, Japan's Nissho company's automatic leveling platform (model name: AS21) was used.
상기 하우징(200)의 지지수단(500)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 전술한 굴진구(20) 내주벽 좌우 양측에 고정되는 브래킷(510,510')과 이 브래킷(510,510') 상에 걸친 지지판(520)으로 구성되어 있다. 브래킷(510,510')은 도 4에 보인 바와 같이, 전술한 굴진구(20)의 원형단면 내주에 대응하여 경사진 모양으로서 앵커볼트로 고정하되 나중에 그 고정위치를 재조정할 수 있록 길게 개구된 앵커고정용 장공(511)과 지지판(520)을 볼트로 고정하기 위한 수개소의 볼트구멍(512)을 가지고 있다. 지지판(520)은 그 위에 탑재되는 기구의 하중과 진동 등에 대한 내구성을 감안할 때 알루미늄 프로파일이 적당하며, 그밖에 널판 모양의 철판이나 나무판 또는 강도 높은 합성수지 패널도 사용할 수 있다.As shown in FIG. 3, the support means 500 of the housing 200 includes brackets 510 and 510 'fixed to the left and right sides of the inner circumferential wall of the excavation hole 20 described above and a support plate on the brackets 510 and 510'. 520). As shown in FIG. 4, the brackets 510 and 510 ′ are fixed to the anchor bolts in an inclined shape corresponding to the inner circumferential circumference of the above-described excavation hole 20, but are anchored to be long opened so that the fixing position can be readjusted later. There are several bolt holes 512 for fixing the hole 511 and the support plate 520 with bolts. The support plate 520 is suitable for the aluminum profile in view of the durability against the load and vibration of the mechanism mounted thereon, and may also use a board-like iron plate, wooden board or high strength synthetic resin panel.
도 5는 상기 하우징(200)에 장착되는 목표인식수단(210)과 각도측정수단(220) 및 거리측정수단(230)을 나타낸다.5 shows the target recognition means 210, the angle measuring means 220 and the distance measuring means 230 mounted to the housing 200.
목표인식수단(210)은, 전술한 목표표시수단(100)의 십자형 수직 및 수평발광부(101,102)를 시야각 내에 결상하는 망원경 광학계를 응용한 것으로, 빛이 입사하는 대물렌즈(211), 이 대물렌즈(211)의 광 경로를 제어하는 복수의 반사미러(212,213,214,215), 입사하는 빛을 결상하는 접안렌즈(206), 그리고 결상된 상을 수광하여 그 광량에 따른 광전원리로 최대광량, 즉 그 수직 또는 수평발광부(101,102)의 상이 시야각 내에 일부 위치한 경우에 그 목표인식을 알리는 신호를 검출하는 광전센서(207)가 배열된 광학계로 구성되어 있다.The target recognition unit 210 applies a telescope optical system that forms the cross-shaped vertical and horizontal light emitting units 101 and 102 of the target display unit 100 within the viewing angle, and includes an objective lens 211 to which light is incident. A plurality of reflecting mirrors 212, 213, 214, and 215 for controlling the optical path of the lens 211, the eyepiece 206 for forming an incident light, and an image obtained by receiving the formed image. Alternatively, when the image of the horizontal light emitting units 101 and 102 is partially positioned within the viewing angle, the photoelectric sensor 207 for detecting a signal indicating the target recognition is configured as an optical system.
각도측정수단(220)은 상기 목표인식수단(210)의 광학계 광축상에 추가배치한 수직 및 수평라인스캔센서(221,222)와 이를 위해 광로를 분리하는 하프미러(223,224) 그리고 하우징(200)의 수평회전각과 수직회전각 변화를 각각 검출하는 엔코더(225,226)를 포함하여 된다. 수직 및 수평라인스캔센서(221,222)는 각각 미소한 크기의 광전센서 수백 내지 수천개를 일직선상에 배열한 광전센서 어레이의 일종으로, 전술한 목표표시수단(100)의 수직 및 수평발광부(101,102)에 대응한 것이다. 즉, 전술한 회전스테이지(300)의 수평 및 수직회전액츄에이터(320,330)를 구동하여 전술한 목표인식수단(210)의 광학계 내에 그 목표표시수단의 수직 및 수평발광부(101,102)가 모두 시야각 내에 들어오도록 하였을 때, 상기 엔코더(225,226)에서 그 광축이 이동한 대략적인 각도를 측정하고, 상기 수직 및 수평라인스캔센서(221,222)로 세밀한 각도를 측정토록 한 것이다. 이 수직 및 수평라인스캔센서(221,222)에 의한 미세한 각도검출의 원리는 후술될 것이다. 엔코더(225,226)는 광학센서나 홀소자를 사용하는 통상적인 것으로, 전술한 수평 및 수직회전액츄에이터(320,330)의 각 축에 별개의 부품으로 결합시키거나 또는 각 액츄에이터에 일체로 장착된 것을 사용할 수 있다.The angle measuring means 220 is a vertical and horizontal line scan sensor 221, 222 additionally disposed on the optical system optical axis of the target recognition means 210 and the half mirrors (223, 224) for separating the optical path for this purpose and the horizontal of the housing 200 And encoders 225 and 226 for detecting changes in rotation angle and vertical rotation angle, respectively. The vertical and horizontal line scan sensors 221 and 222 are a kind of photoelectric sensor array in which hundreds to thousands of microscopic photoelectric sensors are arranged in a straight line, respectively. The vertical and horizontal light emitting units 101 and 102 of the target display means 100 are described. ). That is, by driving the horizontal and vertical rotation actuators 320 and 330 of the above-described rotating stage 300, the vertical and horizontal light emitting portions 101 and 102 of the target display means are all within the viewing angle in the optical system of the target recognition means 210 described above. In this case, the encoders 225 and 226 measure the approximate angle at which the optical axis is moved, and measure the fine angles with the vertical and horizontal line scan sensors 221 and 222. The principle of fine angle detection by the vertical and horizontal line scan sensors 221 and 222 will be described later. The encoders 225 and 226 are conventional using an optical sensor or a hall element. The encoders 225 and 226 may be coupled to each axis of the horizontal and vertical rotary actuators 320 and 330 as separate components or may be integrally mounted to each actuator.
거리측정수단(230)은, 상기 목표표시수단에 레이저나 적외선 또는 초음파 등의 매체를 발사한 후 그 목표물에서 반사되는 것을 감지하여 거리를 측정하게 된 것으로, 시중에 널리 알려진 장비이므로 그 상세한 설명은 편의상 생략하였다. 참고로 본 고안에서는 미국 라이카사(社)의 레이저거리측정기(상품명:DISTO)를 사용하였으며, 도 5에 나타난 바와 같이, 하우징(200) 내에 전술한 목표자동검출수단(210)과 함께 내장하여 일체화 하였다. 물론, 이 거리측정수단(230)은 하우징(200)과 별개로 설치 및 운용될 수 있다.The distance measuring means 230 measures the distance by detecting the reflection from the target after launching a medium such as a laser, infrared or ultrasonic wave to the target display means, and since the equipment is widely known in the market, the detailed description thereof Omitted for convenience. For reference, in the present invention, a laser rangefinder (trade name: DISTO) manufactured by Leica Co., Ltd., USA, was used. As shown in FIG. 5, the housing 200 is integrated with the target automatic detection means 210 described above. It was. Of course, the distance measuring means 230 may be installed and operated separately from the housing 200.
도 6a 및 6b는 상기와 같은 장치의 각부를 구동하고 데이터를 검출하는 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치의 제어흐름도이다. 먼저, 전술한 하우징(200)의 수평자세유지를 위해 전술한 정밀수평유지수단(400)을 작동시키고(S1), 그로부터 수평신호가 검출되는지 판단한다(S2). 수평신호가 검출되지 않으면 미리 설정된 일정시간이 경과되는지 판단하여(S3), 그 정밀수평유지수단 작동단계를 반복하고, 그 일정시간이 경과되도록 신호가 검출되지 않으면 에러를 표시하고 대기한다(S4). 정밀수평유지수단 작동후 수평신호가 검출되면, 그 시점에서 정밀수평유지수단을 고정(S5)한다. 즉, 전술한 하우징(200) 내 목표인식수단(210) 등의 광학계 광축을 지면에 대해 수평하게 유지함으로써 그로부터 검출되는 목표표시수단의 위치를 인식할 수 있고 또 최단 직진거리를 측정할 수 있게 됨은 물론이다.6A and 6B are control flow diagrams of the excavation path automatic surveying apparatus according to the present invention for driving the respective parts of the apparatus and detecting data. First, in order to maintain the horizontal posture of the housing 200 described above, the aforementioned precision horizontal holding means 400 is operated (S1), and it is determined whether a horizontal signal is detected therefrom (S2). If no horizontal signal is detected, it is determined whether or not a predetermined predetermined time has elapsed (S3), and the operation of the precision horizontal holding means is repeated, and if no signal is detected so that the predetermined time has elapsed, an error is displayed and waited (S4). . When the horizontal signal is detected after the precision horizontal holding means is operated, the precision horizontal holding means is fixed (S5). That is, by keeping the optical system optical axis such as the target recognition means 210 in the housing 200 horizontally with respect to the ground, the position of the target display means detected therefrom can be recognized and the shortest straight distance can be measured. Of course.
이와같이 정밀수평유지수단 작동에 의해 광학계의 수평자세가 유지되면, 전술한 목표표시수단(100)의 수직발광부(101)를 점등시키고(S6), 전술한 회전스테이지(300)의 수평회전액츄에이터(320)를 구동한 다음, 전술한 하우징(200) 내 목표인식수단(210)의 광전센서(217)로부터 광전신호가 검출되는지 판단하면서(S8), 그 구동을 반복한다. 광전센서신호가 검출되면 그 수평회전액츄에이터(320)의 구동을 정지시키고 그 수평각 엔코더(225)로부터 그 구동에 따른 하우징의 회전각 데이터를 취득하여 저장하고(S9), 이어 해당하는 라인스캔센서(221)의 데이터를 읽어들여 후술할 수학식들에 의거하여 그 정밀한 회전각을 연산 및 저장한다(S10).As such, when the horizontal posture of the optical system is maintained by the operation of the precision horizontal holding means, the vertical light emitting unit 101 of the target display means 100 is turned on (S6), and the horizontal rotating actuator of the above-described rotating stage 300 ( After driving 320, the driving is repeated while determining whether a photoelectric signal is detected from the photoelectric sensor 217 of the target recognition means 210 in the housing 200 described above (S8). When the photoelectric sensor signal is detected, the driving of the horizontal rotating actuator 320 is stopped, and the rotation angle data of the housing according to the driving is acquired from the horizontal angle encoder 225 (S9), and then the corresponding line scan sensor ( The data of 221 is read, and the precise rotation angle is calculated and stored based on the following equations (S10).
다음, 위와같이 목표표시수단의 수직발광부에 대한 수평회전각 검출이 끝나면, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 그 수직발광부를 소등하는 동시에 수평발광부(102)를 점등하고(S11), 전술한 회전스테이지(300)의 수직회전액츄에이터(330)를 구동한 다음, 전술한 하우징(200) 내 목표인식수단(210)의 광전센서(217)로부터 광전신호가 검출되는지 판단하면서(S13), 그 구동을 반복한다. 광전센서신호가 검출되면 그 수직회전액츄에이터(330)의 구동을 정지시키고 그 수직각 엔코더(224)로부터 그 구동에 따른 하우징의 회전각 데이터를 취득하여 저장하고(S14), 이어 해당하는 라인스캔센서(222)의 데이터를 읽어들여 그 정밀한 회전각을 연산 및 저장한다(S15).Next, when the horizontal rotation angle detection with respect to the vertical light emitting portion of the target display means as described above, as shown in Fig. 6B, the vertical light emitting portion is turned off and the horizontal light emitting portion 102 is turned on (S11), and the above-described rotation is performed. After driving the vertical rotation actuator 330 of the stage 300, it is determined whether the photoelectric signal is detected from the photoelectric sensor 217 of the target recognition means 210 in the housing 200 described above (S13), Repeat. When the photoelectric sensor signal is detected, the driving of the vertical rotation actuator 330 is stopped, and the rotation angle data of the housing according to the driving is obtained from the vertical angle encoder 224 and stored (S14), and then the corresponding line scan sensor The data of 222 is read, and the precise rotation angle is calculated and stored (S15).
다음으로, 목표표시수단의 수평발광부를 소등하고(S16), 전술한 거리측정수단(230)을 작동시켜서(S17), 그 거리측정수단으로부터 입력되는 거리측정데이터를 저장하며(S18), 그 거리측정이 완료되면 거리측정수단의 작동을 중지하여(S19), 프로그램을 종료하거나 처음부터 반복한다.Next, the horizontal light emitting unit of the target display means is turned off (S16), the above-described distance measuring means 230 is operated (S17), and the distance measuring data inputted from the distance measuring means is stored (S18), and the distance thereof. When the measurement is completed, the operation of the distance measuring means is stopped (S19), ending the program or repeating from the beginning.
도 7은 전술한 각도측정수단의 라인스캔센서 패턴과 그 검출신호의 파형도를 나타낸다. 도 7의 (a)에서 부호 103은 전술한 목표표시수단(100)의 수직 또는 수평발광부(101,102)가 전술한 목표인식수단의 시야각 내에 위치하여 결상된 상이다. 이 상(103)이 수직 또는 수평라인스캔센서(221,222) 중에 수광되면, 그 상(103)의 중심이 중첩하는 수직 또는 수평라인스캔센서(221,222)에 있는 한 미소 광전센서의 광량(광강도)이 크게 증가하여, (b)와 같은 광량분포를 보이게 되며, 이에 따라 (C)와 같은 임의의 광전압 신호가 검출된다. 여기에서 임의의 광전압 분포 중심점 Y1이 M번째 광전센서와 N번째 광전센서 사이에 위치한 경우로 하여 이를 수식화 하면,Fig. 7 shows a waveform diagram of the line scan sensor pattern of the above-described angle measuring means and its detection signal. In FIG. 7A, reference numeral 103 denotes an image in which the vertical or horizontal light emitting units 101 and 102 of the target display unit 100 are located within the viewing angle of the target recognition unit. When the image 103 is received in the vertical or horizontal line scan sensors 221 and 222, the amount of light (light intensity) of the minute photoelectric sensor is in the vertical or horizontal line scan sensors 221 and 222 where the center of the image 103 overlaps. This greatly increases, resulting in a light amount distribution as shown in (b), whereby an arbitrary light voltage signal as shown in (C) is detected. Here, if the arbitrary optical voltage distribution center point Y1 is located between the M th photoelectric sensor and the N th photoelectric sensor,
와 같이 표현할 수 있다. 또한 광전센서의 간격을 D라고 하면, 각 라인스캔센서의 첫번째 광전센서로부터 영상(103)의 중심점까지의 거리 Y2는,It can be expressed as Also, if the distance between the photoelectric sensors is D, the distance Y2 from the first photoelectric sensor of each line scan sensor to the center point of the image 103 is
로 나타낼 수 있다. 즉, 각 라인스캔센서의 미소 광전센서들로부터 출력되는 광량신호들을 저장 및 비교분석하여 시야각 내에 들어온 목표표시수단(100)의 중심부 위치를 측정할 수 있는 것이다.It can be represented as. That is, by storing and comparing the light quantity signals outputted from the micro-photoelectric sensors of each line scan sensor, it is possible to measure the position of the center of the target display means 100 entered into the viewing angle.
도 8은 전술한 원리의 수직 및 수평라인센서에 의한 미세각도측정 원리를 설명하는 광학적 프로파일이다. 전술한 하우징(200)이 전술한 회전스테이지(300)의 수평 및 수직회전액츄에이터들(320,330)에 의하여 임의의 각도 θE만큼 된 경우는 전술한 목표인식수단(210)의 시야각 내에 목표표시수단(100)이 들어오지 않으나,θ2만큼 회전하였을 때는 시야각 내에 목표표시수단이 들어오게 된다. 또한, θ1만큼 회전하였을 때도 목표표시수단은 시야각을 벗어나지 않는다. 한편, θ2만큼 회전하였을 때의 각 라인스캔센서(221,222)에 조사되는 목표표시수단의 중심점 위치 변화를 ΔY2, θ1만큼 회전하였을 때의 각 라인스캔센서에 조사되는 목표표시수단의 중심점 위치 변화를 ΔY3, 목표표시수단이 각 라인스캔센서의 중심에 위치할 때의 예상되는 각도를 θC라고 하면 다음 수학식 3 및 4가 성립된다. 단, 여기에서 L2는 광학계의 거리이다.8 is an optical profile illustrating the principle of micro-angle measurement by the vertical and horizontal line sensors of the above-described principle. When the housing 200 described above has the predetermined angle θ E by the horizontal and vertical rotating actuators 320 and 330 of the rotating stage 300 described above, the target display means (within the viewing angle of the target recognition means 210 described above) 100) does not enter, but when rotated by θ 2 , the target display means enters the viewing angle. Also, even when rotated by θ 1 , the target display means does not deviate from the viewing angle. On the other hand, the center point position of the target display means irradiated to each line scan sensor when the center point position change of the target display means irradiated to each line scan sensor 221, 222 when rotated by θ 2 is rotated by ΔY 2 , θ 1 . When the change is ΔY 3 and the expected angle when the target display means is located at the center of each line scan sensor is θ C , the following equations 3 and 4 are established. Where L2 is the distance of the optical system.
또는,or,
여기서, θC는 상기 수학식 4의 평균, 즉Here, θ C is the average of Equation 4, namely
에 의하여, 정밀하게 구할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 비록 목표표시수단이 목표인식수단의 광학계를 통하여 각도측정수단의 중심에 그 상이 맺히지 않더라도, 시야각 내에서 라인스캔센서에 맺히는 상의 위치를 파악함으로써 정밀한 각도를 측정할 수 있는 것이다.By this, it can be seen that it can be obtained precisely. Therefore, even if the target display means does not form the image at the center of the angle measuring means through the optical system of the target recognition means, the precise angle can be measured by identifying the position of the image formed on the line scan sensor within the viewing angle.
일반적으로 굴진기에 의한 굴진구의 직선구간에서는 전술한 목표표시수단과 이를 인식하는 목표인식수단의 감도가 허용되는 한 그 측량거리는 제약받지 않는다. 그러나 곡선구간에서는 광학적으로 인식할 수 있는 거리가 제한된다. 따라서 그 곡선구간에서는 전술한 목표표시수단과 그 목표인식수단 등의 세트를 측량가능한 최대배치간격을 두고 연이어 배치함으로써 전 구간에 대한 측량이 가능할 것이다.In general, in the straight section of the drilling hole by the excavator, the measurement distance is not limited as long as the sensitivity of the above-mentioned target display means and the target recognition means for recognizing the same is allowed. However, in the curved section, the optically recognizable distance is limited. Therefore, in the curve section, the above-described set of the target display means and the target recognition means and the like may be arranged in succession at the maximum allowable interval for surveying, so that the survey for the entire section may be possible.
도 9는 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량 장치가 곡선상의 굴진경로상에서의 측량가능한 최대배치간격을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이 굴진기에 의한 굴진경로가 곡선인 경우, 전술한 목표표시수단에서 목표인식수단 및 거리측정수단까지의 최대 거리는, 배치간격을 distance, 굴진경로의 회전반경을 R, 굴진구의 직경을 D로 하였을 때, 도 11에서 보는 바와 같이,FIG. 9 is a view illustrating a maximum disposition distance that can be measured on a curved path of the excavation path automatic surveying device according to the present invention. As shown in the figure, when the excavation path by the excavator is curved, the maximum distance from the above-described goal display means to the target recognition means and the distance measuring means is the distance between the arrangement interval, the radius of rotation of the excavation path R, and the diameter of the excavation hole. When set to D, as shown in FIG.
가 된다.Becomes
도 10은 전술한 바와 같은 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량방법을 구현한 장치를 외부의 컴퓨터로 원격제어하면서 모니터링하기 위한 제어시스템을 나타낸다. 제어시스템은 컴퓨터처리기(610), 분기기(620), 다수의 제어기(630), 및 각 제어기(630)에 연결되는 전원공급기(640)를 포함한다.FIG. 10 shows a control system for remotely controlling and monitoring an apparatus implementing the excavation route automatic survey method according to the present invention as described above with an external computer. The control system includes a computer processor 610, a brancher 620, a plurality of controllers 630, and a power supply 640 connected to each controller 630.
상기 컴퓨터처리기(610)는 노트북 등의 퍼스널컴퓨터에 전술한 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치의 각부의 구동과 정지를 제어를 명령처리하고 그로부터 데이터를 취득하여 분석처리할 수 있는 프로그램을 탑재하고 그 데이터통신을 위한 인터페이스카드를 장착하여 되는 것이다. 그 프로그램에는, 전술한 굴진기의 계획된 추진경로를 표시하고, 전술한 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치의 각부의 구동과 제어명령의 일괄처리와 기능별 선택가능한 아이콘, 그리고 입수된 데이터에 기초하여 현재의 굴진경로와 계획된 추진경로와의 오차를 계산하고, 그 결과를 이해하기 쉽게 그림과 수치로써 표시할 수 있는 사용자 인터페이스가 제공되는 것이 바람직하다.The computer processor 610 has a personal computer, such as a notebook, for carrying out a command for controlling the driving and stopping of each part of the excavation path automatic surveying apparatus according to the present invention as described above, acquiring data therefrom, and analyzing the processing. The interface card for the data communication is equipped. The program displays the planned propulsion path of the above-mentioned excavator, and based on the operation of each part of the excavation path automatic surveying apparatus according to the present invention described above, the batch processing of control commands and the selectable icons for each function, and the obtained data. It is desirable to provide a user interface that calculates the error between the current excavation path and the planned propulsion path and displays the results in figures and figures for easy understanding.
분기기(620)는 상기 컴퓨터처리기(610)의 통신포트를 분기하여 여러대의 제어기(620)들을 접속할 수 있게 한다.The brancher 620 branches the communication port of the computer processor 610 to connect a plurality of controllers 620.
제어기(630)는 전술한 도 6a 및 6b의 제어흐름도로 장치 각부를 제어하고 데이터를 검출하는 태스크를 수행하도록 프로그램처리된 마이크로컴퓨터의 처리기구와, 전술한 목표표시수단(100), 목표인식수단(210), 각도측정수단(220), 거리측정수단(230), 회전스테이지(300), 정밀수평유지수단(400)들의 각 구동회로와 그들로부터 검출되는 신호를 입력하는 입력회로를 포함하여 된다. 이 제어기(630)는 상기 분기기(620)를 통해 컴퓨터처리기(610)와 통신을 위한 수단을 가지고 있는데, 그 컴퓨터처리기(610)에 의하지 아니하더라도 개별적으로 운용될 수 있음은 물론이다.The controller 630 is a processing mechanism of the microcomputer programmed to perform the task of controlling the apparatus parts and detecting the data by the control flow of Figs. 6A and 6B described above, the aforementioned target display means 100, and the target recognition means. 210, the angle measuring means 220, the distance measuring means 230, the rotating stage 300, the precision horizontal holding means 400 and the input circuit for inputting a signal detected from them . The controller 630 has a means for communicating with the computer processor 610 through the tap-off 620, it can be operated separately even if not by the computer processor 610.
한편, 통신선로의 길이가 길어지면 통신신호의 약화가 우려되므로 통신신호를 증폭해줄 필요가 있고, 또한 상기 제어기(630) 내 구동회로에 필요한 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 수단이 바람직하다. 전원공급기(640)는 이를 위한 것으로, 변압기 정류회로, 전원안정화회로, 과전류보호장치 등으로 구성된다.On the other hand, when the length of the communication line is long, the weakening of the communication signal is concerned, it is necessary to amplify the communication signal, and means for stably supplying the power required for the driving circuit in the controller 630 is preferable. The power supply 640 is for this purpose, it is composed of a transformer rectifier circuit, a power stabilization circuit, an overcurrent protection device.
도 11은 전술한 바와 같은 제어시스템의 컴퓨터처리기(610)에 의한 계산결과를 표시하는 그 바람직한 표시화면의 일례이다. 그 표시화면은 수평축경로 표시부(611), 수직축경로 표시부(612), 현재각도/경로이탈 표시부(613), 자동계측제어 표시부(614), 및 계측단계 표시부(615)로 구분되어 있다.11 is an example of the preferable display screen which displays the calculation result by the computer processor 610 of the control system as described above. The display screen is divided into a horizontal axis path display unit 611, a vertical axis path display unit 612, a current angle / path deviation display unit 613, an automatic measurement control display unit 614, and a measurement step display unit 615.
하나 또는 그 이상의 각도측정수단과 거리측정수단으로부터 얻어진 하나 또는 그 이상의 목표표시수단과의 각각의 거리 및 각도를 바탕으로 굴진경로를 표시함에 있어서, 상기 수평축경로 표시부(611)와 수직축경로 표시부(612)에는 각각의 예정경로로부터의 이탈정도를 그래프로 표시하며, 상기 현재각도/경로이탈 표시부(613)에는 현재의 위치로부터 예정된 경로로부터 이탈된 정도를 이해하기 쉽게 굴진구 단면도 모양으로 표시한다. 한편, 자동계측제어 표시부(614)에는 자동계측 또는 보정등에 필요한 원격조정버튼(아이콘) 들을 제공하며, 하단의 계측단계 표시부(615)에는 작업자에게 자동으로 계측되고 있는 현재의 작업을 단계적으로 표시하여 그 작업진행 상황을 용이하게 파악할 수 있게 한다.The horizontal axis path display unit 611 and the vertical axis path display unit 612 in displaying the excavation paths based on respective distances and angles of one or more angle measuring means and one or more target display means obtained from the distance measuring means. ) Displays the degree of departure from each of the predetermined paths in a graph, and the current angle / path deviation display unit 613 displays the degree of deviation from the predetermined path from the current location in the shape of a bulge hole for easy understanding. On the other hand, the automatic measurement control display unit 614 is provided with remote control buttons (icons) necessary for automatic measurement or correction, and the measurement step display unit 615 at the bottom to display the current work being automatically measured to the operator step by step The work progress can be easily understood.
이상의 실시예를 통하여 설명된 바와 같이, 본 고안에 따른 굴진경로 자동측량장치는 전술한 제어기 또는 외부의 컴퓨터처리기를 통해 측량 및 분석이 가능하므로, 사람에 의한 측량시의 위험을 제거할 수 있으며, 측량소요시간의 단축은 물론 하루에도 몇 차례씩 또는 실시간으로 굴진경로를 자동으로 측량할 수 있으므로 보다 정확하면서 정량적인 굴진을 실시할 수 있게 한다. 본 고안에 의하면 특히 사람이 들어갈 수 없는 협소하면서 곡선상의 터널 또는 갱도의 굴진시에 유용하고 정밀한 측량작업을 할 수 있는 것이다.As described through the above embodiments, the excavation path automatic surveying apparatus according to the present invention is capable of surveying and analyzing through the above-described controller or an external computer processor, thereby eliminating the risk of human surveying. As well as shortening the survey time, the excavation route can be automatically measured several times a day or in real time, enabling more accurate and quantitative excavation. According to the present invention, it is possible to perform useful and precise surveying work especially when drilling a narrow tunnel or tunnel where a person cannot enter.
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