JP2757058B2 - Underground excavator relative position detector - Google Patents

Underground excavator relative position detector

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JP2757058B2
JP2757058B2 JP2059212A JP5921290A JP2757058B2 JP 2757058 B2 JP2757058 B2 JP 2757058B2 JP 2059212 A JP2059212 A JP 2059212A JP 5921290 A JP5921290 A JP 5921290A JP 2757058 B2 JP2757058 B2 JP 2757058B2
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excavator
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、対向させて発進させた2台の地中掘削機を
地中において接合させる際の、両者の位置ずれを検出す
るのに好適な地中掘削機の相対位置検出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is suitable for detecting a displacement between two underground excavators that are started facing each other when they are joined underground. The present invention relates to a relative position detection device for an underground excavator.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

海底にトンネルを構築する場合、地中掘削機を発進さ
せる立坑を多く設置することができない。しかし、1台
の地中掘削機によって長距離を掘進することは、掘削土
砂の排出等に困難性が生じるばかりでなく、多くの危険
を伴う。このため、海底トンネルを構築する場合、地中
掘削機の掘削距離を短くするために、2台の地中掘削機
を相対向させて発進し、各地中掘削機が掘削したトンネ
ルを地中内において接合することが行われている。
When constructing a tunnel on the sea floor, it is not possible to install many shafts for starting underground excavators. However, excavating over a long distance with one underground excavator not only causes difficulty in discharging excavated earth and sand, but also involves many dangers. For this reason, when constructing a submarine tunnel, two underground excavators are launched in opposition to each other to shorten the excavation distance of the underground excavator, and tunnels excavated by underground excavators are placed underground. Is performed.

ところが、接合点において両地中掘削機の中心が左
右、上下にずれると、接合したトンネルが不連続になる
ため、両地中掘削機の相対位置を求めて位置ずれを修正
する必要がある。そして、従来は、2台の地中掘削機間
の位置ずれを修正する場合、各地中掘削機のトンネル計
画線に対する位置ずれや、発進地点などの基準位置から
の位置を検出することにより、両地中掘削機間の相対的
な位置ずれを求め、この位置ずれに基づいて修正を行う
ようにしていた。
However, if the centers of the two underground excavators are shifted left and right and up and down at the junction, the joined tunnel becomes discontinuous. Therefore, it is necessary to obtain the relative position of the two underground excavators and correct the positional deviation. Conventionally, when correcting the displacement between two underground excavators, the displacement of each underground excavator with respect to the tunnel planning line and the position from a reference position such as a starting point are detected. The relative displacement between the underground excavators was determined, and correction was performed based on the displacement.

従来、地中にある地中掘削機の位置を求める場合、次
のような方法が採用されていた。
Conventionally, the following method has been employed to determine the position of an underground excavator underground.

トランシットなどによる坑内測量によって地中掘削
機の基準点からの位置、計画線からのずれを求める。
The position of the underground excavator from the reference point and the deviation from the planned line are determined by underground surveying using transit.

地中掘削機の発進立坑内にレーザ光等のコヒーレン
トな光を発生する光学発信装置を設置し、この装置によ
ってトンネル計画線を照射し、地中掘削機に取り付けた
ターッゲト上の光点を読み取り、地中掘削機の発進立坑
からの位置、偏位、偏角を求める。
An optical transmission device that generates coherent light such as laser light is installed in the starting shaft of the underground excavator, irradiates the tunnel planning line with this device, and reads the light spot on the target attached to the underground excavator , The position, deviation and declination of the underground excavator from the starting shaft.

方位ジャイロ、圧力式沈下計、傾斜計およびトンネ
ル内に組み立てたセグメント長さを基準とする走行距離
計を組み合わせ、基準位置からの相対的な位置を求め
る。
The azimuth gyro, pressure squat gauge, inclinometer, and odometer based on the length of the segment assembled in the tunnel are combined to determine the relative position from the reference position.

しかし、上記した地中掘削機の位置を求める従来の各
方法は、下記のような欠点があり、地中接合を精度よく
行うことが困難であった。
However, the conventional methods for obtaining the position of the underground excavator described above have the following disadvantages, and it has been difficult to perform underground joining accurately.

の方法は、トンネルを屈曲して掘削する場合、測定
点を多く取る必要があり、リアルタイムに計測すること
ができず、実際的でない。また、の方法は、トンネル
計画線が屈曲していると、発進立坑からのレーザ光がタ
ーゲットに照射できない場合を生じ、光学発信装置を適
切な位置に移動させなければならない。しかも、レーザ
光を直接計画線の全長にわたって照射できないため、光
学発信装置を移動させる都度、ターゲットと光学測量装
置とトンネル計画線との相互の位置関係をそれぞれ実測
し、この測定結果に基づいて計算により計画路線を求め
た後に、地中掘削機の位置、偏位、偏角を算出しなけれ
ばならない。このため、光学発信装置の移設や測定、計
算に人手がかかり、掘進作業の能率が低下する、という
問題がある。
The method of (1) requires a large number of measurement points when excavating by bending a tunnel, and cannot be measured in real time, which is impractical. In the method, if the tunnel planning line is bent, the laser beam from the starting shaft may not be able to irradiate the target, and the optical transmitter must be moved to an appropriate position. In addition, since the laser beam cannot be directly irradiated over the entire length of the planning line, each time the optical transmitter is moved, the mutual positional relationship between the target, the optical surveying device, and the tunnel planning line is actually measured, and calculations are performed based on the measurement results. After obtaining the planned route, the position, deviation and declination of the underground excavator must be calculated. For this reason, there is a problem that the transfer, measurement, and calculation of the optical transmission device require labor and the efficiency of the excavation work is reduced.

さらに、の方法は、累積誤差が発生し、長距離の掘
削には向かず、また曲率半径の小さな曲線を掘削する場
合や、曲線が連続しているトンネルを掘削する場合に対
しても、同様に不向きである。そして、地中接合のよう
に、2台の地中掘削機の相対位置を計測する場合には、
誤差がさらに増大する。
In addition, the method is also applicable to the case where a cumulative error occurs, it is not suitable for excavation over a long distance, and when excavating a curve with a small radius of curvature, or when excavating a tunnel with a continuous curve Not suitable for And when measuring the relative position of two underground excavators like underground joining,
The error further increases.

一方、比較的地中の浅い位置にある小型地下掘削機械
(例えばミニモール)の位置を検出する方法として、電
磁界送受信器と傾斜計とを組み合わせたものがある。こ
れは、地表に設置した送信用ループコイルが発生した磁
界を、掘削機械の内部に設けた受信コイルによって検出
して、ループコイルの中心に対する掘削機械の水平方向
のずれを求めるとともに、傾斜計の値と掘削機械の掘進
距離とから掘削機械の深さ方向の位置を得るものであ
る。
On the other hand, as a method of detecting the position of a small underground excavating machine (for example, a mini-mall) at a relatively shallow position in the ground, there is a method of combining an electromagnetic field transmitter / receiver and an inclinometer. This is because the magnetic field generated by the transmitting loop coil installed on the ground surface is detected by the receiving coil provided inside the excavating machine, and the horizontal displacement of the excavating machine with respect to the center of the loop coil is obtained. The position of the excavator in the depth direction is obtained from the value and the excavation distance of the excavator.

しかし、この場合においても、地中接合する2台の地
中掘削機械のそれぞれの位置を求めるものであるため、
検出誤差を生じたときに、接合を精度よく行うことがで
きない。
However, even in this case, since the position of each of the two underground excavating machines to be joined underground is determined,
When a detection error occurs, the joining cannot be performed accurately.

そこで、接合させる2台の掘削機械の一方に水平方向
位置検出用と鉛直方向位置検出用の受信コイルを設け、
この受信コイルをミニモールによって掘削機械から突出
させ、基準位置となる他方の掘削機械のカッタフェイス
に取り付けた送信コイルに近接させ、送信コイルの中心
に対する受信コイルのずれを検出することにより、両掘
削機械の相対位置ずれを検出することが考えられる。
Therefore, one of the two excavating machines to be joined is provided with a receiving coil for detecting a horizontal position and a receiving coil for detecting a vertical position,
This excavation machine is protruded from the excavating machine by a mini-mall, is brought close to the transmitting coil attached to the cutter face of the other excavating machine serving as a reference position, and the displacement of the receiving coil with respect to the center of the transmitting coil is detected. It is conceivable to detect the relative displacement of the machine.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、上記の接合する2台の掘削機械の一方に送信
コイル、他方に受信コイルとを設けて両掘削機械の相対
位置を求める方法は、鉛直方向の位置ずれを検出するた
めの受信部と、水平方向の位置ずれを検出する受信部と
を必要とし、装置が複雑、高価となる。しかも、各受信
部を直交して配置した一対の受信コイルによって構成
し、これらのコイルに生じた誘導起電力の値を検出して
送信コイルによる磁界の強さを求める必要があるため、
受信コイルの取付け精度によって検出誤差を生じ、受信
コイルの姿勢を厳密に定める必要がある。
However, the method for determining the relative position of the two excavating machines by providing a transmitting coil on one of the two excavating machines to be joined and a receiving coil on the other of the two excavating machines includes a receiving unit for detecting a vertical displacement, A receiver for detecting a horizontal displacement is required, which makes the apparatus complicated and expensive. In addition, since each receiving unit is constituted by a pair of receiving coils arranged orthogonally, it is necessary to detect the value of the induced electromotive force generated in these coils and obtain the strength of the magnetic field by the transmitting coil.
A detection error occurs depending on the mounting accuracy of the receiving coil, and it is necessary to strictly determine the attitude of the receiving coil.

また、検出信号の値を読み取る必要があるため、送信
コイルによって発生させる磁界は、土中における減衰の
少ない周波数の低い磁界しか発生させることができず、
受信コイルの受信感度を高めることが容易でない。
In addition, since it is necessary to read the value of the detection signal, the magnetic field generated by the transmission coil can only generate a low-frequency magnetic field having a low attenuation in the soil,
It is not easy to increase the receiving sensitivity of the receiving coil.

本発明は、このような欠点を解消するためになされた
もので、磁界検出器が出力する検出信号の値を求めるこ
となく地中接合させる2台の地中掘削機の相対位置を求
めることができる地中掘削機の相対位置検出装置を提供
することを目的としている。
The present invention has been made in order to solve such a drawback, and it is possible to obtain a relative position of two underground excavators to be joined underground without obtaining a value of a detection signal output from a magnetic field detector. An object of the present invention is to provide a relative position detection device for an underground excavator that can be used.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記の目的を達成するために、本発明に係る位置検出
装置は、地中接合させる一方の地中掘削機の前部に設け
た磁界発生器と、前記一方の地中掘削機に設けられ、磁
界発生器を地中掘削機の軸線に直交した面内で回転させ
る回転装置と、地中接合させる他方の地中掘削機に非直
線的に配設され、前記磁界発生器が発生した磁界を検出
する3つ以上の磁界検出器と、前記他方の地中掘削機に
設けられ、各磁界検出器を前記一方の地中掘削機に近接
させる推進機と、前記各磁界検出器の検出信号のピーク
を検知するピーク検出回路と、このピーク検出回路の出
力信号に基づいて、前記各磁界検出器の出力信号のピー
ク間隔を求めるピーク発生時間差測定回路と、このピー
ク発生時間差測定回路の出力に基づいて、前記各地中掘
削機間の相対位置を求める位置演算回路とを有すること
を特徴としている。
In order to achieve the above object, a position detection device according to the present invention is provided in a magnetic field generator provided in front of one underground excavator to be joined underground, and provided in the one underground excavator, A rotating device for rotating the magnetic field generator in a plane perpendicular to the axis of the underground excavator, and the other underground excavator to be joined underground non-linearly disposed, the magnetic field generated by the magnetic field generator Three or more magnetic field detectors for detection, a propulsion device provided on the other underground excavator, and bringing each magnetic field detector close to the one underground excavator; and a detection signal of each of the magnetic field detectors. A peak detection circuit for detecting a peak, a peak generation time difference measurement circuit for obtaining a peak interval between output signals of the magnetic field detectors based on an output signal of the peak detection circuit, and a peak generation time difference measurement circuit based on an output of the peak generation time difference measurement circuit. To determine the relative position between It is characterized by having a Mel position calculation circuit.

〔作用〕[Action]

上記の如く構成した本発明は、回転装置によって磁界
発生器を回転させると、各磁界検出器の検出信号は、周
期的に変化する。そこで、ピーク検出回路によって各磁
界検出器の検出信号のピークを検知し、各磁界検出器間
の検出信号のピークが現れた時間間隔をピーク発生時間
差測定回路によって求め、位置演算回路に入力する。位
置演算回路は、ピーク発生時間差測定回路が求めた時間
間隔から、磁界発生器を設けた地中掘削機の中心から見
た各磁界検出器間の角度を求め、地中接合する各地中掘
削機間の相対位置を求める。
According to the present invention configured as described above, when the magnetic field generator is rotated by the rotating device, the detection signal of each magnetic field detector changes periodically. Therefore, the peak of the detection signal of each magnetic field detector is detected by the peak detection circuit, the time interval at which the peak of the detection signal between the magnetic field detectors appears is obtained by the peak occurrence time difference measurement circuit, and is input to the position calculation circuit. The position calculation circuit calculates the angle between the respective magnetic field detectors as viewed from the center of the underground excavator equipped with the magnetic field generator from the time interval obtained by the peak occurrence time difference measurement circuit, and the underground excavator to be joined underground. Find the relative position between

従って、本発明においては、磁界発生器が磁界検出器
の前方または近傍を通過したことを検知できればよく、
磁界検出器をコイルによって構成した場合に単一のコイ
ルによって磁界の変化を容易に検知でき、装置が安価と
なるとともに、検出信号の値そのものを求める必要がな
いため、コイルの姿勢を厳密に定める必要がなく、誤差
も生じにくい。また、磁界の変化を検知できればよいた
め、土中における減衰の影響が少なく、磁界発生器の発
生する磁界の周波数を高くすることができ、磁界検出器
の検出感度を高められ、磁界検出器が磁界発生器から離
れていても両地中掘削機の相対位置の検出が可能とな
る。
Therefore, in the present invention, it is only necessary to detect that the magnetic field generator has passed in front of or near the magnetic field detector,
When the magnetic field detector is composed of coils, the change in the magnetic field can be easily detected with a single coil, and the device is inexpensive, and it is not necessary to obtain the value of the detection signal itself. There is no need, and errors hardly occur. In addition, since it is sufficient to detect a change in the magnetic field, the influence of attenuation in the soil is small, the frequency of the magnetic field generated by the magnetic field generator can be increased, the detection sensitivity of the magnetic field detector can be increased, and the magnetic field detector can be used. It is possible to detect the relative positions of the two underground excavators even if they are away from the magnetic field generator.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の位置ずれ検出装置の好ましい実施例を、添付
図面に基づいて詳説する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a position shift detecting device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明の実施例に係る地中掘削機の相対位
置検出装置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus for detecting a relative position of an underground excavator according to an embodiment of the present invention.

第1図において、地中掘削機10、20は、図示しないカ
ッタを備えたカッタドラム12、22を有する。このカッタ
ドラム12、22は、回転可能であるとともに、任意の回転
位置に停止することができるようになっている。また、
地中掘削機10、20は、カッタドラム12、22を回転させな
がら前進することにより、カッタによって掘削した土砂
をカッタドラム12、22内に取り込み、スクリューコンベ
ヤ等によって後方に移送するようになっている。そし
て、これらの各地中掘削機10、20は、それぞれ異なった
発進立坑からトンネル計画線に沿って相互に接近する方
向に掘進し、掘削したトンネルを接合する。
In FIG. 1, the underground excavators 10 and 20 have cutter drums 12 and 22 each having a cutter (not shown). The cutter drums 12 and 22 are rotatable and can be stopped at an arbitrary rotation position. Also,
The underground excavators 10 and 20 advance while rotating the cutter drums 12 and 22, thereby taking in the earth and sand excavated by the cutter into the cutter drums 12 and 22, and transferring the soil backward by a screw conveyor or the like. I have. These underground excavators 10 and 20 excavate from different starting shafts in directions approaching each other along the tunnel planning line, and join the excavated tunnels.

一方の地中掘削機10には、カッタドラム12の前面また
は内部に、磁界発生器14が取り付けてある。この磁界発
生器14は、交流電流源16に接続され、交流電流源16から
給電されて交流磁界を発生する。また、磁界発生器14
は、第2図に示したように、矩形状をした送信ループケ
ーブルからなり、磁界発生器14の回転装置としての役割
をなすカッタドラム12が回転することにより、地中掘削
機10の中心O10の周囲を矢印18のようにカッタドラム12
と一体に回転する。そして、磁界発生器14は、カッタド
ラム12が基準位置に停止したときに、送信ループケーブ
ルの長辺が地中掘削機10の鉛直軸であるZ軸と平行にな
るとともに、中心O10より上方に配置され、送信ループ
ケーブルの中心がZ軸上に位置するように配設してあ
る。
One underground excavator 10 has a magnetic field generator 14 attached to the front or inside of a cutter drum 12. The magnetic field generator 14 is connected to an AC current source 16 and is supplied with power from the AC current source 16 to generate an AC magnetic field. Also, the magnetic field generator 14
As shown in FIG. 2, the center O of the underground excavator 10 is constituted by a rectangular transmission loop cable, and the cutter drum 12 serving as a rotating device of the magnetic field generator 14 is rotated. Cutter drum 12 around arrow 10 as indicated by arrow 18
And rotate together. Then, the magnetic field generator 14, when the cutter drum 12 is stopped at the reference position, with the long side of the transmission loop cable is parallel to the Z axis is the vertical axis of the underground excavator 10, above the center O 10 And the center of the transmission loop cable is located on the Z-axis.

他方の地中掘削機20には、前部に圧密掘進型の小径ボ
ーリング装置24a、24b、24cが設けてある。そして、各
ボーリング装置24a、24b、24c内部の先端部には、磁界
検出器である検出コイル26a、26b、26cが取り付けてあ
り(第3図参照)、磁界発生器14が発生した磁界を検出
できるようになっている。
The other underground excavator 20 is provided with compacting and excavating small-diameter boring devices 24a, 24b, 24c at the front. Detection coils 26a, 26b, and 26c, which are magnetic field detectors, are attached to the tips of the boring devices 24a, 24b, and 24c (see FIG. 3), and the magnetic field generated by the magnetic field generator 14 is detected. I can do it.

ボーリング装置24a、24b、24cは、地中掘削機20の中
心O20を中心とする半径rの円周上に、中心O20に対して
120度間隔で配設してあり、ボーリング装置24aが地中掘
削機20の中心O20を通る鉛直軸(Z軸)上に位置してい
る。そして、ボーリング装置24a、24b、24cは、カッタ
ドラム22の後側に設けられ、カッタドラム22が基準位置
に停止したときに、カッタドラム22に形成した図示しな
い貫通孔を介して、地中掘削機20の軸線(X軸)と平行
に進退できるようになっており、検出コイル26a、26b、
26cを地中掘削機10の前面に近接させる推進機としての
役割をなす。
The boring devices 24a, 24b, 24c are arranged on a circumference of a radius r centered on the center O 20 of the underground excavator 20 with respect to the center O 20 .
Yes and disposed at 120 degree intervals, are located on the vertical axis boring device 24a passes through the center O 20 of the underground excavator 20 (Z-axis). The boring devices 24a, 24b, and 24c are provided on the rear side of the cutter drum 22, and when the cutter drum 22 stops at the reference position, excavate underground through a not-shown through hole formed in the cutter drum 22. It can move back and forth in parallel with the axis (X axis) of the machine 20, and the detection coils 26a, 26b,
It serves as a propulsion device that brings the 26c close to the front of the underground excavator 10.

各検出コイル26a、26b、26cは、それぞれプリアンプ2
8a、28b、28c(プリアンプ28b、28cは図示せず)を介し
て増幅器30a、30b、30cに接続してあり、検出信号がプ
リアンプ、増幅器によって増幅される。
Each detection coil 26a, 26b, 26c is connected to a preamplifier 2
The detection signals are connected to the amplifiers 30a, 30b, and 30c via 8a, 28b, and 28c (the preamplifiers 28b and 28c are not shown), and the detection signal is amplified by the preamplifier and the amplifier.

増幅器30a、30b、30cの出力側には、ピーク検出回路3
2a、32b、32cが接続してあり、検出コイル26a、26b、26
cの出力信号のピークを検知して、ピークを検知したと
きに、ピーク検知信号をピーク発生時間差測定回路34に
入力する。そして、ピーク発生時間差測定回路34は、ピ
ーク検出回路32a、32b、32cからのピーク検知信号の入
力時刻に基づいて、各ピーク検知信号間の時間差を求め
て位置演算回路36に送る。
The output side of the amplifiers 30a, 30b, 30c has a peak detection circuit 3
2a, 32b, 32c are connected, and the detection coils 26a, 26b, 26
The peak of the output signal c is detected, and when the peak is detected, the peak detection signal is input to the peak occurrence time difference measurement circuit 34. Then, the peak occurrence time difference measuring circuit obtains a time difference between the peak detection signals based on the input time of the peak detection signals from the peak detection circuits 32a, 32b, and 32c, and sends the time difference to the position calculation circuit.

位置演算回路36は、後述するように、ボーリング装置
24a、24b、24cの掘進量とピーク発生時間差測定回路34
の出力とから、地中掘削機10、20間の相対距離を求める
とともに、地中掘削機10の中心O10に対する地中掘削機1
0の中心O20の位置ずれ量を演算し、表示装置38に出力し
て表示する。
The position calculation circuit 36 includes a boring device as described later.
24a, 24b, 24c excavation amount and peak occurrence time difference measurement circuit 34
And an output of the portions to determine the relative distance between the underground excavator 10 and 20, underground excavator 1 with respect to the center O 10 of the underground excavator 10
It calculates the positional shift of the center O 20 0, and displays the output to the display device 38.

上記の如く構成した実施例の作用は、次のとおりであ
る。
The operation of the embodiment configured as described above is as follows.

地中掘削機10のカッタドラム22を基準位置に停止さ
せ、ボーリング装置24a、24b、24cを地中掘削機10に向
けて前進させ、各ボーリング装置の先端を地中掘削機10
の前面に到達させる。そして、各ボーリング装置24a、2
4b、24cの掘進距離は、位置演算回路36に入力する。な
お、ボーリング装置の先端が地中掘削機10に到達したこ
とは、ボーリング装置24の掘進抵抗を検出すること等に
よって容易に検知することができる。
The cutter drum 22 of the underground excavator 10 is stopped at the reference position, and the boring devices 24a, 24b, and 24c are advanced toward the underground excavator 10, and the tip of each boring device is connected to the underground excavator 10.
To the front of the Then, each boring device 24a, 2
The excavation distances of 4b and 24c are input to the position calculation circuit 36. The fact that the tip of the boring device has reached the underground excavator 10 can be easily detected by detecting the excavation resistance of the boring device 24 or the like.

ボーリング装置24a、24b、24cの先端が地中掘削機10
の前面に到達したならば、地中掘削機10のカッタドラム
12を第4図の矢印19のように所定の回転周期Tをもって
回転させる。カッタドラム12が回転すると、地中掘削機
10に設けた磁界発生器14がカッタドラム12と一体に回転
し、ボーリング装置24a、24b、24cの内部に設けた検出
コイル26a、26b、26cの前方を順次通過する。そして、
各検出コイル26a、26b、26cは、磁界発生器14が発生し
た磁界による誘起電圧を検出信号として出力する。
The tip of the boring equipment 24a, 24b, 24c is an underground excavator 10
Of the underground excavator 10
12 is rotated with a predetermined rotation period T as indicated by an arrow 19 in FIG. When the cutter drum 12 rotates, the underground excavator
A magnetic field generator 14 provided in 10 rotates integrally with the cutter drum 12, and sequentially passes in front of detection coils 26a, 26b, 26c provided inside the boring devices 24a, 24b, 24c. And
Each detection coil 26a, 26b, 26c outputs a voltage induced by the magnetic field generated by the magnetic field generator 14 as a detection signal.

検出コイル26a、26b、26cが出力した検出信号は、そ
れぞれプリアンプ28a、28b、28cと、増幅器30a、30b、3
0cによって増幅され、ピーク検出回路32a、32b、32cに
送られる。ピーク検出回路32a、32b、32cは、それぞれ
対応する増幅器30a、30b、30cから入力してくる検出信
号の値を所定時間ごと、例えば10msごと取り込んで順次
比較する。すなわち、ピーク検出回路32aは、増幅器30a
が増幅した検出コイル26aの検出信号を所定時間ごとに
取り込み、今回取り込んだ検出信号のレベルを前回取り
込んだ検出信号のレベルと比較し、検出信号のピークを
検知する。
The detection signals output from the detection coils 26a, 26b, and 26c are preamplifiers 28a, 28b, and 28c, and amplifiers 30a, 30b, and 3 respectively.
It is amplified by 0c and sent to the peak detection circuits 32a, 32b, 32c. The peak detection circuits 32a, 32b, and 32c take in the values of the detection signals input from the corresponding amplifiers 30a, 30b, and 30c at predetermined time intervals, for example, every 10 ms, and sequentially compare the values. That is, the peak detection circuit 32a includes the amplifier 30a
Captures the detected signal of the detection coil 26a amplified at predetermined intervals, compares the level of the currently captured detection signal with the level of the previously captured detection signal, and detects the peak of the detection signal.

各ピーク検出回路32a、32b、32cは、それぞれの対応
する検出コイル26a、26b、26cが出力した検出信号のピ
ークを検知すると、ピーク検知信号をピーク発生時間差
測定回路34に送る。ピーク発生時間差測定回路34は、各
ピーク検出回路32a、32b、32cからピーク検知信号が入
力してくると、ピーク検知信号がピーク検出回路32aか
ら入力してきた時刻とピーク検出回路32bから入力して
きた時刻との差、およびピーク検出回路32aから入力し
てきた時刻とピーク検出回路32cから入力してきた時刻
とのさを求めて位置演算回路36に入力する。
When each of the peak detection circuits 32a, 32b, and 32c detects the peak of the detection signal output from the corresponding detection coil 26a, 26b, and 26c, it sends the peak detection signal to the peak occurrence time difference measurement circuit 34. When the peak detection signal is input from each of the peak detection circuits 32a, 32b, and 32c, the peak occurrence time difference measurement circuit 34 inputs the time at which the peak detection signal is input from the peak detection circuit 32a and the time at which the peak detection signal is input from the peak detection circuit 32b. The difference from the time and the time between the time input from the peak detection circuit 32a and the time input from the peak detection circuit 32c are obtained and input to the position calculation circuit.

位置演算回路36は、ボーリング装置24a、24b、24cの
掘進量から地中掘削機10と地中掘削機20との相対距離を
求めるとともに、各ボーリング装置24a、24b、24cの掘
進量の相違から、地中掘削機20の地中掘削機10に対する
傾斜角、傾斜方向を演算する。また、位置演算回路36
は、磁界発生器14の中心がZ軸を通過した時刻と、磁界
発生器14が検出コイル26aを通過した時刻との差から、
地中掘削機20の地中掘削機10に対するローリング角を求
める。さらに、位置演算回路36は、求めたローリング角
と、ピーク発生時間差測定回路34が出力した、各検出コ
イル26a、26b、26c間の検出信号(出力電圧)のピーク
となった時刻の差(時間差)より、地中掘削機10と地中
掘削機20との相対位置、すなわち地中掘削機10の中心O
10に対する地中掘削機20の中心O20の位置を求める。
The position calculation circuit 36 calculates the relative distance between the underground excavator 10 and the underground excavator 20 from the excavation amount of the boring devices 24a, 24b, 24c, and calculates the relative distance between the boring devices 24a, 24b, 24c. The inclination angle and the inclination direction of the underground excavator 20 with respect to the underground excavator 10 are calculated. In addition, the position calculation circuit 36
From the difference between the time when the center of the magnetic field generator 14 has passed the Z axis and the time when the magnetic field generator 14 has passed the detection coil 26a,
The rolling angle of the underground excavator 20 with respect to the underground excavator 10 is determined. Further, the position calculation circuit 36 calculates the difference (time difference) between the obtained rolling angle and the peak time of the detection signal (output voltage) between the detection coils 26a, 26b, and 26c output by the peak occurrence time difference measurement circuit 34. ), The relative position between the underground excavator 10 and the underground excavator 20, that is, the center O of the underground excavator 10
The position of the center O 20 of the underground excavator 20 with respect to 10 is determined.

第4図に示したように、地中掘削機10の中心O10と地
中掘削機20の中心O20とが一致している場合には、磁界
発生器14が周期Tをもって回転すると、各検出コイル26
a、26b、26cが中心O20に対して120度間隔で配置してあ
るため、検出コイル26a、26b間の検出信号のピーク間隔
は、第5図に示したようにT/3となり、検出コイル26a、
26c間の検出信号のピーク間隔が2T/3となる。従って、
位置演算回路36は、ピーク発生時間差測定回路34が求め
た検出信号のピーク間隔が第5図のようである場合、地
中掘削機10、20間に位置ずれが生じていない旨を表示装
置38に表示する。
As shown in FIG. 4, when the center O 20 of the center O 10 and underground excavator 20 of the underground excavator 10 are coincident, the magnetic field generator 14 rotates with a period T, each Detection coil 26
a, 26b, because 26c is are arranged at intervals of 120 degrees with respect to the center O 20, peak interval of the detection coil 26a, the detection signal between 26b is, T / 3 becomes as shown in FIG. 5, the detection Coil 26a,
The peak interval of the detection signal between 26c is 2T / 3. Therefore,
When the peak interval of the detection signal obtained by the peak occurrence time difference measurement circuit 34 is as shown in FIG. 5, the position calculation circuit 36 indicates to the display device 38 that there is no displacement between the underground excavators 10 and 20. To be displayed.

一方、第6図に示したように、地中掘削機10と地中掘
削機20との間に位置ずれが生じている場合、検出コイル
26a、26b間の検出信号のピーク間隔はTabとなり、検出
コイル26a、26c間のピーク間隔がTacとなる(第7図参
照)。
On the other hand, as shown in FIG. 6, when there is a displacement between the underground excavator 10 and the underground
The peak interval between the detection signals between 26a and 26b is Tab , and the peak interval between the detection coils 26a and 26c is Tac (see FIG. 7).

いま、地中掘削機10の中心O10をY−Z座標の原点と
したときに、地中掘削機20に設けたボーリング装置24a
〜24cが、原点O10に対して第8図のように位置したとす
る。そして、ボーリング装置24a〜24cは、地中掘削機20
の中心O20に対して120度間隔で配置してあるので、一辺
の長さがlの正三角形の頂点に位置する。そこで、位置
演算回路36は、磁界発生器14の回転周期Tとピーク間隔
Tab,Tacとから、原点O10から見たボーリング装置24a,24
b(検出コイル25a,26b)間の角度θab、ボーリング装置
24a,24c(検出コイル26a,26c)間の角θacを次のごとく
求める。
Now, the center O 10 of the underground excavator 10 when the origin of the Y-Z coordinates, the boring device 24a provided in the ground excavator 20
~24c it is assumed that position as Figure 8 with respect to the origin O 10. And, the boring devices 24a to 24c
Are arranged at intervals of 120 degrees with respect to the center O 20 of , and are located at the vertices of an equilateral triangle having a side length of l. Therefore, the position calculation circuit 36 determines the rotation period T of the magnetic field generator 14 and the peak interval.
T ab, and a T ac, boring device as viewed from the origin O 10 24a, 24
b (detection coil 25a, 26b) angle θ ab , boring device
The angle θ ac between 24a and 24c (detection coils 26a and 26c) is obtained as follows.

一方、各ボーリング装置24a、24b、24cの座標を(ay,
az)、(by,bz)、(cy,cz)とし、原点O10とボーリン
グ装置24cとを結ぶ線分がY軸となす角をψとすると、
幾何学的関係から次の式(5)〜(11)が得られる。
On the other hand, the coordinates of each boring device 24a, 24b, 24c are (a y ,
a z ), (b y , b z ), (c y , c z ), and the angle formed by the line connecting the origin O 10 and the boring device 24 c with the Y axis is ψ.
The following equations (5) to (11) are obtained from the geometric relationship.

bz=cz ……(8) cy−by=l ……(9) ay=(by+cy)/2 ……(10) lは既知であり、θacabは式(3)、(4)によ
って求められるので、未知数は、ψ、ay、az、by、bz
cy、czの7つである。よって式(5)〜(11)により各
未知数を解くことができる。
b z = c z ...... (8 ) c y -b y = l ...... (9) a y = (b y + c y) / 2 ...... (10) Since l is known, and θ ac and θ ab are obtained by equations (3) and (4), the unknowns are ψ, a y , a z , b y , b z ,
There are seven of c y and c z . Therefore, each unknown can be solved by equations (5) to (11).

式(5)、(10)、(11)より 式(12)、(9)より 式(13)、(6)より 一方、式(7)、(8)、(9)より、 式(15)を変形して 式(16)を(14)へ代入して、整理すると 式(17)はψのみ未知数であるから、コンピュータを使
用した逐次比較法によりを求めることができる。
From equations (5), (10) and (11) From equations (12) and (9) From equations (13) and (6) On the other hand, from equations (7), (8), and (9), Transforming equation (15) Substituting equation (16) into (14) and rearranging Since only ψ is unknown in equation (17), it can be obtained by successive approximation using a computer.

さらに、式(16)、(6)を用いてby、bz、式
(9)、(8)を用いてcy、cz、式(10)、(11)を用
いてay、azを順次求めることができる。
Further, the formula (16), b y using (6), b z, equation (9), a y by using the c y with (8), c z, equation (10), (11), az can be obtained sequentially.

よって、3本のミニモールで構成されている三角形の
中心である地中掘削機10の中心O20の座標P(Py、Pz
は、 Py=ay ……(18) と求めることができ、地中掘削機10、20の相対位置が得
られる。
Therefore, the coordinates P (P y , P z ) of the center O 20 of the underground excavator 10 which is the center of the triangle made up of three mini-malls
Is P y = a y …… (18) And the relative positions of the underground excavators 10 and 20 can be obtained.

このように、実施例においては、検出コイル26a、26
b、26cの出力信号のピークを検出し、ピークが生じた時
刻を知るだけで地中掘削機10、20の相対位置を求めるこ
とができる。従って、磁界発生器14が発生する磁界の強
さを検出するために、コイルを直交して配設する必要が
なく、磁界検出器を単一のコイルで構成でき、装置が安
価となるとともに、検出信号の絶対値を求める必要がな
いため、コイルの姿勢を厳密に定める必要がない。しか
も、中心O10に対するZ軸方向への位置ずれを検出する
ための検出器と、Y軸方向への位置ずれを検出するため
の検出器とを別々に設ける必要がなく、装置が簡素、安
価となる。また、磁界の変化を検知できればよく、土中
における減衰の影響が小さいため、磁界発生器の発生す
る磁界の周波数を高くすることができ、磁界検出器の検
出感度を高められ、磁界検出器が磁界発生器から離れて
いたも両地中掘削機の相対位置の検出が可能となる。
Thus, in the embodiment, the detection coils 26a, 26
The relative positions of the underground excavators 10 and 20 can be obtained only by detecting the peaks of the output signals b and 26c and knowing the time when the peaks occurred. Therefore, in order to detect the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generator 14, there is no need to arrange the coils orthogonally, and the magnetic field detector can be constituted by a single coil, and the device becomes inexpensive, Since it is not necessary to determine the absolute value of the detection signal, it is not necessary to strictly determine the attitude of the coil. Moreover, a detector for detecting the positional deviation in the Z axis direction with respect to the center O 10, there is no need to separately provide a detector for detecting the positional deviation in the Y-axis direction, device simple, inexpensive Becomes Also, it is only necessary to detect a change in the magnetic field, and since the influence of attenuation in the soil is small, the frequency of the magnetic field generated by the magnetic field generator can be increased, the detection sensitivity of the magnetic field detector can be increased, and the magnetic field detector can be used. It is possible to detect the relative positions of the two underground excavators even if they are away from the magnetic field generator.

なお、前記実施例においては、磁界発生器14が地中掘
削機10の中心から一側半径方向にある場合について説明
したが、中心を超えて地中掘削機のほぼ直径の長さを有
するようにしてもよく複数設けてもよい。そして、前記
実施例においては、磁界発生器14が送信ループケーブル
である場合について説明したが、磁界発生器14は永久磁
石等であってもよい。
In the above-described embodiment, the case where the magnetic field generator 14 is located in one radial direction from the center of the underground excavator 10 has been described.However, the magnetic field generator 14 has a length substantially equal to the diameter of the underground excavator beyond the center. Or a plurality of them may be provided. In the above embodiment, the case where the magnetic field generator 14 is a transmission loop cable has been described, but the magnetic field generator 14 may be a permanent magnet or the like.

また、前記実施例においては、磁界検出器である検出
コイルが3つの場合について説明したが、検出コイルは
4つ以上であってもよい。そして、検出コイルは、3つ
以上が一直線上に並ばないように配置してあれば、地中
掘削機20の中心を中心とする円周上に配置する必要はな
い。さらに、前記実施例においては、検出コイル26a、2
6b、26cを中心O20に対して120度の等角度間隔で配置し
た場合について説明したが、等角度間隔でなくともよ
い。また、磁界検出器は、コイルに限定されず、磁気抵
抗素子等の磁界を検知できるものであればよい。さら
に、前記実施例においては、検出コイル26a、26b、26c
を前進させる推進機として圧密掘進型のボーリング装置
を用いた場合について説明したが、推進機はこれに限定
されない。
Further, in the above embodiment, the case where the number of the detection coils as the magnetic field detector is three has been described, but the number of the detection coils may be four or more. If three or more detection coils are arranged so as not to be aligned on a straight line, it is not necessary to arrange them on a circumference centered on the center of the underground excavator 20. Further, in the above embodiment, the detection coils 26a, 2a
6b, has been described as being arranged at equal angular intervals of 120 degrees with respect to the center O 20 to 26c, it may not be equal angular intervals. The magnetic field detector is not limited to a coil, but may be any as long as it can detect a magnetic field such as a magnetoresistive element. Further, in the above embodiment, the detection coils 26a, 26b, 26c
A case has been described in which a consolidation drilling type boring device is used as a propulsion device for moving the propulsion, but the propulsion device is not limited to this.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に説明したように、本発明によれば、3つ以上の
磁界検出器の検出信号のピークを検出するとともに、ピ
ーク間の時間を求めることにより、地中接合させる2台
の地中掘削機間の相対位置を求めることができ、検出信
号の値そのものを検知する必要がないところから、安価
な装置が得られる。
As described above, according to the present invention, two underground excavators to be joined underground by detecting peaks of detection signals of three or more magnetic field detectors and determining a time between the peaks An inexpensive device can be obtained because the relative position between them can be obtained and the value of the detection signal itself need not be detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例に係る地中掘削機の相対位置検
出装置の構成図、第2図は地中接合させる一方に地中掘
削機に設けた磁界発生器の正面図、第3図は地中接合さ
せる他方の地中掘削機に設けた磁界検出器の配置状態を
示す正面図、第4図は各地中掘削機の中心が一致してい
る場合の位置ずれ検出方法の説明図、第5図はの各地中
掘削機の中心が一致しているときの検出信号のピーク間
隔を示す図、第6図は各地中掘削機が位置ずれしている
状態を示す概念図、第7図は各地中掘削機の中心がずれ
ているときの検出信号のピーク間隔を示す図、第8図は
2台の地中掘削機の相対位置の求め方の説明図である。 10、20……地中掘削機、12……回転装置(カッタドラ
ム)、14……磁界発生器、24a〜24c……推進機(ボーリ
ング装置)、26a〜26c……磁界検出器(検出コイル)、
32a〜32c……ピーク検出回路、34……ピーク発生時間差
測定回路、36……位置演算回路。
FIG. 1 is a configuration diagram of a relative position detecting device of an underground excavator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view of a magnetic field generator provided on the underground excavator while being joined underground. FIG. 4 is a front view showing an arrangement state of a magnetic field detector provided in the other underground excavator to be joined underground. FIG. 4 is an explanatory view of a displacement detection method when the center of each underground excavator is coincident. FIG. 5 is a diagram showing the peak interval of the detection signal when the centers of all the excavators in each region are coincident, FIG. 6 is a conceptual diagram showing a state in which the excavators in each region are displaced, and FIG. The figure shows the peak interval of the detection signal when the center of each underground excavator is shifted, and FIG. 8 is an explanatory diagram of how to determine the relative positions of two underground excavators. 10, 20: Underground excavator, 12: Rotating device (cutter drum), 14: Magnetic field generator, 24a to 24c ... Propulsion device (boring device), 26a to 26c: Magnetic field detector (detection coil) ),
32a to 32c: peak detection circuit, 34: peak occurrence time difference measurement circuit, 36: position calculation circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金光 保雄 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松 製作所研究所内 審査官 渡部 葉子 (56)参考文献 特開 昭62−168013(JP,A) 特開 昭62−106313(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Yasuo Kanemitsu 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Examiner at the Komatsu Manufacturing Laboratory Co., Ltd. Yoko Watanabe (56) References JP-A-62-168013 (JP, A) JP-A-62 −106313 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】地中接合させる一方の地中掘削機の前部に
設けた磁界発生器と、前記一方の地中掘削機に設けら
れ、磁界発生器を地中掘削機の軸線に直交した面内で回
転させる回転装置と、地中接合させる他方の地中掘削機
に非直線的に配設され、前記磁界発生器が発生した磁界
を検出する3つ以上の磁界検出器と、前記他方の地中掘
削機に設けられ、各磁界検出器を前記一方の地中掘削機
に近接させる推進機と、前記各磁界検出器の検出信号の
ピークを検知するピーク検出回路と、このピーク検出回
路の出力信号に基づいて、前記各磁界検出器の出力信号
のピーク間隔を求めるピーク発生時間差測定回路と、こ
のピーク発生時間差測定回路の出力に基づいて、前記各
地中掘削機間の相対位置を求める位置演算回路とを有す
ることを特徴とする地中掘削機の相対位置検出装置。
1. A magnetic field generator provided in front of one underground excavator to be joined underground, and a magnetic field generator provided in said one underground excavator, wherein the magnetic field generator is orthogonal to an axis of the underground excavator. A rotating device that rotates in a plane, three or more magnetic field detectors that are non-linearly arranged on the other underground excavator to be joined underground, and that detect a magnetic field generated by the magnetic field generator; A propulsion device provided in the underground excavator, and bringing each magnetic field detector close to the one underground excavator; a peak detection circuit for detecting a peak of a detection signal of each of the magnetic field detectors; and a peak detection circuit. A peak occurrence time difference measuring circuit for finding a peak interval of the output signal of each of the magnetic field detectors based on the output signal of the respective magnetic field detectors; and a relative position between the excavators in each place based on an output of the peak occurrence time difference measuring circuit. And a position calculation circuit. Relative position detection device of the middle excavator.
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