JP2000292167A - 自由断面掘削機に於ける掘削ブームの俯仰角及び旋回角検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自由断面掘削機を組み立てたとき、掘削ブー
ムの俯仰角及び旋回角を簡易に検出して、ＮＣ制御装置
の初期設定を簡便且つ迅速に行う。 【解決手段】 切削ドラム１５の先端部に保持具３５を
介して測距用ターゲット３８を取り付ける。前記保持具
３５は前後左右へ揺動可能に支持され、保持具３５の下
端部にウエイト３７が装着されているため、前記保持具
３５は鉛直姿勢を保持する。旋回部１３の上部にトータ
ルステーション４０を設置し、掘削ブーム１４を俯仰し
ながら、或いは、旋回部１３を旋回しながら、トータル
ステーション４０にて前記測距用ターゲット３８を視準
することにより、該測距用ターゲット３８の座標を読み
取る。該測距用ターゲット３８の座標が分かれば切削ド
ラム１５の中心部の座標を演算でき、掘削ブーム１４の
俯仰角及び旋回角を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自由断面掘削機に於
ける掘削ブームの俯仰角及び旋回角検出方法に関するも
のであり、特に、光学式自動追尾計測装置及びＮＣ制御
装置により、掘削機本体の位置と姿勢並びに切削ドラム
の位置を検出して切削範囲を制御する自由断面掘削機に
於ける掘削ブームの俯仰角及び旋回角検出方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の此種自由断面掘削機は、掘削機本
体の前部に水平方向へ回動可能な旋回部を設け、この旋
回部に伸縮式の掘削ブームを俯仰可能に装着し、該掘削
ブームの先端部に切削ドラムを取り付けてある。

【０００３】そして、トンネル内に複数の光学式自動追
尾計測装置を設置するとともに、掘削機本体に同数の追
尾用ターゲットを搭載し、前記自動追尾計測装置により
追尾用ターゲットの位置を検出して掘削機本体の位置や
姿勢を計測し、その計測値に基づいて掘削ブームの旋回
中心点を演算する。

【０００４】更に、旋回部の旋回角並びに掘削ブームの
俯仰角と伸縮量を夫々検出器で検出し、各検出値及び前
記旋回中心点の位置情報に基づき、ＮＣ制御装置にて切
削ドラムの位置を演算する。そして、予め設定した計画
断面に対する切削ドラムの位置を、自動的且つリアルタ
イムに画面表示する。また、前記切削ドラムが計画断面
を超えたときは、掘削ブームを自動停止して過掘りを防
止するように制御している。

【０００５】ここで、前記自由断面掘削機は一般的にリ
ースによる使用が多く、掘削現場付近にて機体を組み立
てた後に、掘削ブームや切削ドラム等を装着している。
従って、機体の組立後に、自動追尾計測装置やＮＣ制御
装置の初期設定を行う必要がある。例えば掘削ブームに
ついていえば、該掘削ブームを動かして実際の俯仰角及
び旋回角を検出し、ＮＣ制御装置の検出角度との誤差を
修正しなければならない。

【０００６】従来は、切削ドラムの先端部に測距用ター
ゲットを固着し、機体の前方からトータルステーション
で該測距用ターゲットを視準し、切削ドラムの座標を読
み取って俯仰角及び旋回角を演算している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来は機体の外方から
切削ドラムの先端部の座標を読み取っていたので、座標
変換の演算処理が複雑となり、掘削ブームの俯仰角及び
旋回角の算出に時間が掛かっていた。このため、機体組
立時の初期設定が大変であった。

【０００８】そこで、自由断面掘削機を組み立てたと
き、掘削ブームの俯仰角及び旋回角を簡易に検出して、
ＮＣ制御装置の初期設定を簡便且つ迅速に行うために解
決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこ
の課題を解決することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたものであり、掘削機本体の前部に
水平方向へ回動可能な旋回部を設け、この旋回部に伸縮
式の掘削ブームを俯仰可能に装着し、該掘削ブームの先
端部に切削ドラムを取り付けた自由断面掘削機に於い
て、前記切削ドラムの先端部に鉛直姿勢を保持する保持
具を装着し、該保持具の上部に測距用ターゲットを設け
るとともに、前記旋回部の上部にトータルステーション
を設置して前記測距用ターゲットを視準可能にし、前記
掘削ブームを任意の角度に俯仰して前記測距用ターゲッ
トを視準し、該測距用ターゲットの座標を読み取って掘
削ブームの俯仰角を検出し、一方、前記旋回部を任意の
角度に旋回して前記測距用ターゲットを視準し、該測距
用ターゲットの座標を読み取って掘削ブームの旋回角を
検出する自由断面掘削機に於ける掘削ブームの俯仰角及
び旋回角検出方法を提供するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に従って詳述する。図１及び図２は自由断面掘削機１
０を示し、掘削機本体１１の下部に左右のクローラ１２
ａ，１２ｂが装着され、該クローラ１２ａ，１２ｂを駆
動することにより自由断面掘削機１０が自走できる。前
記掘削機本体１１の前部に水平方向へ回動可能な旋回部
１３を設け、この旋回部１３の前方部に伸縮式の掘削ブ
ーム１４を装着してあり、該掘削ブーム１４の先端部に
切削ドラム１５が取り付けられている。

【００１１】該掘削ブーム１４はブームシリンダ１６に
て上下へ俯仰可能であり、且つ、伸縮シリンダ１７にて
前後へ伸縮可能であるため、前記旋回部１３を左右へ回
動することにより、掘削機本体１１前方の所定範囲内に
於いて前記切削ドラム１５を任意の座標へ移動すること
ができる。

【００１２】一方、前記掘削機本体１１の前下部に集土
装置２０を上下動可能に設け、切削ドラム１５で掘削し
たずりを該集土装置２０によって掻き寄せる。掻き寄せ
られたずりは、フィーダ２１により掘削機本体１１の後
方へ送られ、ベルトコンベヤ２２にてダンプトラックや
他の搬送手段へ積載される。また、前記掘削機本体１１
の後部に左右のアウトリガー２３ａ，２３ｂを装着し、
夫々のアウトリガー２３ａ，２３ｂを左右独立して上下
動できるように形成する。

【００１３】更に、前記掘削機本体１１の架台２８に左
右一対の追尾用ターゲット３０ａ，３０ｂを後方（図１
にて左方向）に向けて搭載してあり、夫々の追尾用ター
ゲット３０ａ，３０ｂには反射プリズムと発光素子が設
けられている。

【００１４】ここで、光学式自動追尾計測装置について
説明すれば、予め、トンネル内の後方位置に２台の追尾
計測装置（図示せず）を設置しておき、該追尾計測装置
には追尾装置と光波距離計が備えてある。追尾用ターゲ
ット３０ａ，３０ｂの発光素子から発射される光を追尾
計測装置の追尾装置で受光し、受光像と光軸のずれを検
知してサーボモータを駆動し、追尾用ターゲット３０
ａ，３０ｂを自動追尾する。また、光波距離計から発射
される光が追尾用ターゲット３０ａ，３０ｂの反射プリ
ズムで反射され、該反射光を光波距離計で受光すること
により、追尾計測装置と追尾用ターゲット３０ａ，３０
ｂとの距離を測定する。

【００１５】このように、２台の追尾計測装置によって
追尾用ターゲット３０ａ，３０ｂの３次元位置を検出し
て連続的に自動追尾し、掘削機本体１１のヨーイング角
を検出するとともに、掘削機本体１１に搭載した２軸の
傾斜計（図示せず）によりピッチング角とローリング角
を検出すれば、掘削機本体１１の位置及び姿勢を連続的
に検出できる。また、切削ドラム１５の位置は、旋回部
１３の旋回角並びに掘削ブーム１４の俯仰角と伸縮量を
夫々ポテンショメータや回転センサ等の検出器で検出
し、前述の掘削機本体１１の位置及び姿勢に基づいてＮ
Ｃ制御装置により演算される。

【００１６】ここで、前記自由断面掘削機１０は、掘削
現場付近にて掘削機本体１１に旋回部１３が取り付けら
れ、掘削ブーム１４や切削ドラム１５等が装着される。
前記自動追尾計測装置及びＮＣ制御装置により切削ドラ
ムの位置を正確に演算するために、機体を組み立てた後
に、各装置の初期設定を行う必要がある。例えば掘削ブ
ーム１４についていえば、該掘削ブーム１４を動かして
実際の俯仰角及び旋回角を検出する。

【００１７】図３乃至図６に従って、自由断面掘削機１
０に於ける掘削ブーム１４の俯仰角及び旋回角の検出方
法について説明する。図３乃至図５に示すように、前記
切削ドラム１５の先端中央部であって、且つ、切削ドラ
ム１５の中心部Ｃを通る掘削ブーム１４の中心軸線Ｇ上
にブラケットピン３３を突設し、このブラケットピン３
３の先端にブラケット３４を枢着し、該ブラケット３４
がブラケットピン３３の軸回りに左右方向へ回動できる
ようにする。そして、該ブラケット３４の左右側面板３
４ａ，３４ｂの間に保持具３５を遊挿し、この保持具３
５にシャフト３６を左右方向に遊嵌するとともに、該シ
ャフト３６の両端部をブラケットの左右側面板３４ａ，
３４ｂへ取り付けて、前記保持具３５が該シャフト３６
の軸回りに前後方向へ揺動できるようにしてある。

【００１８】また、前記保持具３５の下端部にウエイト
３７が装着されており、前記保持具３５及びブラケット
３４がブラケットピン３３を回転軸として左右に傾斜し
たときは、該ウエイト３７により前記保持具３５が鉛直
方向に戻される。一方、前記保持具３５がシャフト３６
を回転軸として前後に傾斜したときも、該ウエイト３７
により前記保持具３５が鉛直方向に戻される。即ち、前
記保持具３５が前後左右何れの方向へ傾斜したとして
も、前記保持具３５は直ちに鉛直方向に戻されて鉛直姿
勢を保持する。

【００１９】更に、前記保持具３５の上部には、測距用
ターゲット３８と補助用ターゲット３９が固設され、該
測距用ターゲット３８はプリズムミラーにて形成されて
いる。また、補助用ターゲット３９は平板状のプレート
であり、このプレート表面に保持具３５の軸方向と平行
にけがき線３９ａが記されている。前記保持具３５は鉛
直方向を保持するので、該測距用ターゲット３８はブラ
ケットピン３３の鉛直面上方に位置し、補助用ターゲッ
ト３９のけがき線３９ａは鉛直方向を示すことになる。

【００２０】予め、切削ドラム１５の中心部Ｃから保持
具３５の揺動支点であるシャフト３６までの距離Ｌ1
と、該シャフト３６から測距用ターゲット３８の基準点
３８ａまでの高さＨ1 とを測定しておく。前記保持具３
５は掘削ブーム１４の傾きに拘わらず鉛直姿勢を保持す
るため、切削ドラム１５の中心部Ｃを通る鉛直線と保持
具３５が常に平行になり、切削ドラム１５の中心部Ｃか
らシャフト３６までを一辺（Ｌ1 ）とし、且つ、該シャ
フト３６から測距用ターゲット３８の基準点３８ａまで
を他の一辺（Ｈ1 ）とする平行四辺形が形成される。従
って、前記測距用ターゲット３８の基準点３８ａの座標
が分かれば、切削ドラム１５の中心部Ｃの座標を演算す
ることができる。

【００２１】而して、図６に示すように、前記旋回部１
３の上部にトータルステーション４０を設置し、該トー
タルステーション４０の回転部を掘削ブーム１４の旋回
中心線Ｏに一致させて、該トータルステーション４０に
て前記測距用ターゲット３８を視準可能にする。掘削ブ
ーム１４の俯仰角及び旋回角に拘わらず、前記保持具３
５が鉛直姿勢を保持するので、測距用ターゲット３８は
常に掘削ブーム１４の中心軸線Ｇの鉛直面上方に位置す
る。

【００２２】掘削ブーム１４の俯仰角を検出する場合
は、ブームシリンダ１６を伸縮して掘削ブーム１４を任
意の角度に俯仰させ、トータルステーション４０にて前
記測距用ターゲット３８を視準する。トータルステーシ
ョン４０から測距用ターゲット３８までの距離及び角度
によって、該測距用ターゲット３８の座標（即ち測距用
ターゲット３８のプリズムミラーの位置から距離補正し
て求めた前記基準点３８ａの座標）を読み取る。前述し
たように、前記基準点３８ａの座標が分かれば切削ドラ
ム１５の中心部Ｃの座標を演算でき、更に、掘削ブーム
１４の俯仰中心点（図示せず）と切削ドラム１５の中心
部Ｃとの相対角度から、掘削ブーム１４の実際の俯仰角
を検出できる。

【００２３】一方、掘削ブーム１４の旋回角を検出する
場合は、前記旋回部１３を任意の角度に旋回させ、トー
タルステーション４０にて前記測距用ターゲット３８を
視準する。前述の俯仰角の検出と同様にして、前記測距
用ターゲットの基準点３８ａの座標を読み取り、切削ド
ラム１５の中心部Ｃの座標を演算して、掘削ブーム１４
の旋回中心線Ｏと前記切削ドラム１５の中心部Ｃとの相
対角度から、掘削ブーム１４の実際の旋回角を検出でき
る。前記トータルステーション４０は掘削ブーム１４の
旋回中心線Ｏ上に設置されるため、該トータルステーシ
ョン４０で機体座標系を組むことにより、掘削ブーム１
４の旋回角を直接測定できる。また、前記俯仰角につい
ても演算が容易である。

【００２４】このように、掘削ブーム１４の実際の俯仰
角及び旋回角を検出した後、実際の検出角度とＮＣ制御
装置の角度検出器の検出値とを比較する。仮に、角度検
出器の検出値に誤差があったときは、トータルステーシ
ョンの視準に基づく実際の俯仰角または旋回角の値を、
そのまま角度検出器の補正値として使用することができ
る。

【００２５】尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない
限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該
改変されたものに及ぶことは当然である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は切削ドラ
ムの先端部に保持具を介して測距用ターゲットを取り付
け、掘削ブームを俯仰しながら、或いは、旋回部を旋回
しながら、トータルステーションにて該測距用ターゲッ
トの座標を読み取って、掘削ブームの俯仰角及び旋回角
を検出する。旋回部の上部にトータルステーションを設
置するので、掘削ブームの旋回角を直接測定でき、俯仰
角についても演算が容易であり、簡易且つ正確に掘削ブ
ームの角度を検出できる。

【００２７】また、トータルステーションの視準に基づ
く実際の俯仰角または旋回角の値を、そのまま角度検出
器の補正値として使用することができ、ＮＣ制御装置の
初期設定を簡便且つ迅速に行って、ＮＣ制御の精度向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施の形態を示すものである。

【図１】自由断面掘削機の側面図。

【図２】自由断面掘削機の正面図。

【図３】切削ドラムの先端部に装着された保持具及び測
距用ターゲットの側面図。

【図４】図３のＡ−Ａ矢視図。

【図５】（ａ）はブラケットピン及びブラケット部分の
側面図、（ｂ）はブラケットピン及びブラケット部分の
正面図。

【図６】トータルステーションにて測距用ターゲットを
視準する様子を示す解説図。

【符号の説明】

１０ 自由断面掘削機 １１ 掘削機本体 １３ 旋回部 １４ 掘削ブーム １５ 切削ドラム ３５ 保持具 ３８ 測距用ターゲット ４０ トータルステーション

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000140982 株式会社間組 東京都港区北青山２丁目５番８号 (71)出願人 000005924 株式会社三井三池製作所 東京都中央区日本橋室町２丁目１番１号 (72)発明者 岡田 喬 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 神山 英雄 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 亀田 一彦 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 橋本 浩一 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 山田 澄雄 福岡県大牟田市旭町２丁目28番地 株式会 社三井三池製作所三池事業所内 (72)発明者 田中 正人 福岡県大牟田市旭町２丁目28番地 株式会 社三井三池製作所三池事業所内 Ｆターム(参考） 2D054 BA23 GA17 GA62 GA65 GA82 2F069 AA83 BB40 DD15 DD25 GG04 GG07 GG45 GG58 HH30 RR05

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機本体の前部に水平方向へ回動可能
   な旋回部を設け、この旋回部に伸縮式の掘削ブームを俯
   仰可能に装着し、該掘削ブームの先端部に切削ドラムを
   取り付けた自由断面掘削機に於いて、前記切削ドラムの
   先端部に鉛直姿勢を保持する保持具を装着し、該保持具
   の上部に測距用ターゲットを設けるとともに、前記旋回
   部の上部にトータルステーションを設置して前記測距用
   ターゲットを視準可能にし、前記掘削ブームを任意の角
   度に俯仰して前記測距用ターゲットを視準し、該測距用
   ターゲットの座標を読み取って掘削ブームの俯仰角を検
   出し、一方、前記旋回部を任意の角度に旋回して前記測
   距用ターゲットを視準し、該測距用ターゲットの座標を
   読み取って掘削ブームの旋回角を検出することを特徴と
   する自由断面掘削機に於ける掘削ブームの俯仰角及び旋
   回角検出方法。