JP2961145B2 - 三次元変位測定方法及び三次元変位測定装置 - Google Patents
三次元変位測定方法及び三次元変位測定装置Info
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
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- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
- E21B49/006—Measuring wall stresses in the borehole
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
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- G01B5/30—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. mechanical strain gauge
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- H—ELECTRICITY
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、三次元変位測定方法
及び三次元変位測定装置に関し、特に、塊状物体の三次
元的な変位を計測するための三次元変位測定方法及び三
次元変位測定装置に関する。
及び三次元変位測定装置に関し、特に、塊状物体の三次
元的な変位を計測するための三次元変位測定方法及び三
次元変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、機械工学や土木工学等の分野
において、剛体ブロック等の塊状物体の変位を計測する
には、レーザ式変位計等の非接触型距離測定器や差動ト
ランス等を用いた接触型の変位計が実用に供されてい
る。すなわち、これらの測定装置は、被測定部としての
塊状物体の変位を、各種の変位計が設けられた基準部か
らの相対変位として高精度に計測するものである。
において、剛体ブロック等の塊状物体の変位を計測する
には、レーザ式変位計等の非接触型距離測定器や差動ト
ランス等を用いた接触型の変位計が実用に供されてい
る。すなわち、これらの測定装置は、被測定部としての
塊状物体の変位を、各種の変位計が設けられた基準部か
らの相対変位として高精度に計測するものである。
【０００３】また、特に、土木工学・鉱山学の分野にお
いて、あるいは地球物理学の分野において、岩盤の挙動
や地殻の挙動を適正に評価すべく、岩盤等の地盤の変位
計測が行われており、かかる地盤の変位計測の方法とし
て、一般に、エクステンソメータによるものが採用され
ている。すなわち、この方法は、岩盤等の地盤に穿孔し
た孔井内に固定測点を設け、この固定測点と孔口に設け
た測点との間の距離の変動をエクステンソメータによっ
て計測することにより、地盤の変位を解析するものであ
る。
いて、あるいは地球物理学の分野において、岩盤の挙動
や地殻の挙動を適正に評価すべく、岩盤等の地盤の変位
計測が行われており、かかる地盤の変位計測の方法とし
て、一般に、エクステンソメータによるものが採用され
ている。すなわち、この方法は、岩盤等の地盤に穿孔し
た孔井内に固定測点を設け、この固定測点と孔口に設け
た測点との間の距離の変動をエクステンソメータによっ
て計測することにより、地盤の変位を解析するものであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の測定装置や測定方法により塊状物体の変位を計測す
る場合には、前記変位計が設けられた基準部からの相対
変位は、一次元方向のみの相対変位として計測されるに
過ぎないため、塊状物体の変位を三次元的に把握するに
は三次元的に展開した多くの計測器による変位計測が必
要となり、計測器の設置作業やデータの収集が繁雑にな
るなどの不都合が生じることになる。
来の測定装置や測定方法により塊状物体の変位を計測す
る場合には、前記変位計が設けられた基準部からの相対
変位は、一次元方向のみの相対変位として計測されるに
過ぎないため、塊状物体の変位を三次元的に把握するに
は三次元的に展開した多くの計測器による変位計測が必
要となり、計測器の設置作業やデータの収集が繁雑にな
るなどの不都合が生じることになる。
【０００５】また、特に、地盤の三次元的な挙動を、上
記エクステンソメータによって評価する場合には、かか
るエクステンソメータによる方法は、二測点間の孔井軸
に沿った相対変位を一次元的に把握して評価するものに
過ぎないため、地盤の変形を三次元的に評価するには、
三次元的に展開した多数の孔井を設けて多軸多点の計測
を行なう必要があるとともに、地盤の応力状態の変動を
鋭敏に反映する岩盤のき裂面や天然の節理等の不連続面
の挙動をいち早く検出することができない。
記エクステンソメータによって評価する場合には、かか
るエクステンソメータによる方法は、二測点間の孔井軸
に沿った相対変位を一次元的に把握して評価するものに
過ぎないため、地盤の変形を三次元的に評価するには、
三次元的に展開した多数の孔井を設けて多軸多点の計測
を行なう必要があるとともに、地盤の応力状態の変動を
鋭敏に反映する岩盤のき裂面や天然の節理等の不連続面
の挙動をいち早く検出することができない。
【０００６】すなわち、従来のエクステンソメータによ
る方法では、地盤の三次元的な挙動を評価する場合、多
軸多点の計測を行なうことになるため膨大な実験作業を
必要とするという問題があり、また、かかる従来の方法
は、不連続面を特定してその挙動を解析するものではな
く、地盤内の応力状態の変化に伴ない不連続面の変形と
連続体である地盤の変形とを包括的にまとめて評価する
ものであるため、地盤変形の大部分を支配する不連続面
の変形を特定して評価するのが困難であるとともに、地
盤全体の挙動と不連続面の挙動との関係や、変形方向、
変形量を的確に評価することができないという問題があ
った。
る方法では、地盤の三次元的な挙動を評価する場合、多
軸多点の計測を行なうことになるため膨大な実験作業を
必要とするという問題があり、また、かかる従来の方法
は、不連続面を特定してその挙動を解析するものではな
く、地盤内の応力状態の変化に伴ない不連続面の変形と
連続体である地盤の変形とを包括的にまとめて評価する
ものであるため、地盤変形の大部分を支配する不連続面
の変形を特定して評価するのが困難であるとともに、地
盤全体の挙動と不連続面の挙動との関係や、変形方向、
変形量を的確に評価することができないという問題があ
った。
【０００７】そこで、この発明は、かかる従来の問題点
を鑑みてなされたものであり、三次元的に展開した多く
の計測器による変位計測を必要とすることなく、塊状物
体の三次元的な変位を容易に計測することのできる三次
元変位測定方法及び三次元変位測定装置を提供すること
を目的とするものである。
を鑑みてなされたものであり、三次元的に展開した多く
の計測器による変位計測を必要とすることなく、塊状物
体の三次元的な変位を容易に計測することのできる三次
元変位測定方法及び三次元変位測定装置を提供すること
を目的とするものである。
【０００８】また、この発明は、多軸多点の計測を行な
うことなく、地盤の三次元的な挙動の評価を容易に行な
うことができるとともに、地盤変形の大部分を支配する
不連続面の変形を特定計測して地盤変形の高精度かつ効
果的な評価を可能にすることのできる三次元変位測定装
置を提供することを目的とするものである
うことなく、地盤の三次元的な挙動の評価を容易に行な
うことができるとともに、地盤変形の大部分を支配する
不連続面の変形を特定計測して地盤変形の高精度かつ効
果的な評価を可能にすることのできる三次元変位測定装
置を提供することを目的とするものである
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するためになされたもので、その要旨は、塊状物体の
三次元的な変位を計測するための三次元変位測定方法で
あって、被測定物としての塊状物体には、開口部から深
部に向かって収束する所定形状の曲平面からなる凹面を
設けるとともに、該凹面の開口部には、凹面の中心軸に
対して一定の傾斜角度をもって回転駆動することによ
り、前記凹面上を回転走査してその回転軌跡に沿った凹
面との相対距離を測定する変位測定器を対向配置し、前
記塊状物体の変位に伴って生じる前記凹面上の回転軌跡
の変位を前記相対距離を測定して解析することにより、
塊状物体の三次元的な変位を計測することを特徴とする
三次元変位測定方法にある。
成するためになされたもので、その要旨は、塊状物体の
三次元的な変位を計測するための三次元変位測定方法で
あって、被測定物としての塊状物体には、開口部から深
部に向かって収束する所定形状の曲平面からなる凹面を
設けるとともに、該凹面の開口部には、凹面の中心軸に
対して一定の傾斜角度をもって回転駆動することによ
り、前記凹面上を回転走査してその回転軌跡に沿った凹
面との相対距離を測定する変位測定器を対向配置し、前
記塊状物体の変位に伴って生じる前記凹面上の回転軌跡
の変位を前記相対距離を測定して解析することにより、
塊状物体の三次元的な変位を計測することを特徴とする
三次元変位測定方法にある。
【００１０】ここで、上記記載において開口部から深部
に向かって収束する所定形状の曲平面からなる凹面と
は、その形状を数式化できる既知形状の凹面であれば特
に限定されるものではなく、好ましくは、例えば円錐、
円錐台、双曲面、二次曲面、半球面、四角錐、三角錐等
の形状とすることができるが、測定精度を鑑みると円錐
形状とすることが特に好ましい。
に向かって収束する所定形状の曲平面からなる凹面と
は、その形状を数式化できる既知形状の凹面であれば特
に限定されるものではなく、好ましくは、例えば円錐、
円錐台、双曲面、二次曲面、半球面、四角錐、三角錐等
の形状とすることができるが、測定精度を鑑みると円錐
形状とすることが特に好ましい。
【００１１】また、この発明の他の要旨は、塊状物体の
三次元的な変位を計測するための三次元変位測定装置で
あって、被測定物としての塊状物体に設けられた、開口
部から深部に向かって収束する所定形状の曲平面からな
る凹面と、該凹面の開口部と対向配置された、凹面の中
心軸に対して一定の傾斜角度をもって回転駆動すること
により、前記凹面上を回転走査してその回転軌跡に沿っ
た凹面との相対距離を測定する変位測定器とからなり、
前記塊状物体の変位に伴って生じる前記凹面上の回転軌
跡の変位を前記相対距離を測定して解析することによ
り、塊状物体の三次元的な変位を計測することを特徴と
する三次元変位測定装置にある。
三次元的な変位を計測するための三次元変位測定装置で
あって、被測定物としての塊状物体に設けられた、開口
部から深部に向かって収束する所定形状の曲平面からな
る凹面と、該凹面の開口部と対向配置された、凹面の中
心軸に対して一定の傾斜角度をもって回転駆動すること
により、前記凹面上を回転走査してその回転軌跡に沿っ
た凹面との相対距離を測定する変位測定器とからなり、
前記塊状物体の変位に伴って生じる前記凹面上の回転軌
跡の変位を前記相対距離を測定して解析することによ
り、塊状物体の三次元的な変位を計測することを特徴と
する三次元変位測定装置にある。
【００１２】そして、この発明の三次元変位測定装置
は、地盤の三次元的な挙動の評価に用いる場合には、岩
盤内のき裂面等の不連続面を横断して穿孔した孔井内に
おいて、前記不連続面を挟んだ一方に設けられる、その
端部に、開口部から深部に向かって収束する所定形状の
曲平面からなる凹面を備える前記塊状物体としての第一
の筒状部材と、前記不連続面を挟んだ他方に設けられる
第二の筒状部材であって、その端部には、前記凹面の開
口部と対向配置されて凹面の中心軸に対して一定の傾斜
角度をもって回転駆動することにより前記凹面上を回転
走査してその回転軌跡に沿った凹面との相対距離を測定
する変位測定器を備える第二の筒状部材とによって構成
することが好ましい。
は、地盤の三次元的な挙動の評価に用いる場合には、岩
盤内のき裂面等の不連続面を横断して穿孔した孔井内に
おいて、前記不連続面を挟んだ一方に設けられる、その
端部に、開口部から深部に向かって収束する所定形状の
曲平面からなる凹面を備える前記塊状物体としての第一
の筒状部材と、前記不連続面を挟んだ他方に設けられる
第二の筒状部材であって、その端部には、前記凹面の開
口部と対向配置されて凹面の中心軸に対して一定の傾斜
角度をもって回転駆動することにより前記凹面上を回転
走査してその回転軌跡に沿った凹面との相対距離を測定
する変位測定器を備える第二の筒状部材とによって構成
することが好ましい。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照しつつ
詳細に説明する。図１は、この実施例にかかる三次元変
位測定装置１０を用いて、塊状物体としての剛体ブロッ
ク１１の三次元的な変位を計測する状況を示すもので、
この三次元変位測定装置１０は、剛体ブロック１１に形
成された凹面１２と、この凹面１２の開口部上方におい
て、固定台１４により支持されて凹面１２と対向配置さ
れた変位測定器１３とによって構成されている。
詳細に説明する。図１は、この実施例にかかる三次元変
位測定装置１０を用いて、塊状物体としての剛体ブロッ
ク１１の三次元的な変位を計測する状況を示すもので、
この三次元変位測定装置１０は、剛体ブロック１１に形
成された凹面１２と、この凹面１２の開口部上方におい
て、固定台１４により支持されて凹面１２と対向配置さ
れた変位測定器１３とによって構成されている。
【００１４】凹面１２は、開口部から深部に向かって収
束するとともに、数式化できる所定形状の曲平面からな
り、例えば図２に示すように、円錐、円錐台、双曲面、
二次曲面、半球面、四角錐、三角錐等の形状を有するも
のである。またこの凹面１２には、後述するレーザ変位
計１９による距離測定が正確に行えるように、平滑な表
面仕上げが施されている。
束するとともに、数式化できる所定形状の曲平面からな
り、例えば図２に示すように、円錐、円錐台、双曲面、
二次曲面、半球面、四角錐、三角錐等の形状を有するも
のである。またこの凹面１２には、後述するレーザ変位
計１９による距離測定が正確に行えるように、平滑な表
面仕上げが施されている。
【００１５】一方、変位測定器１３は、固定台１４を挟
んで配設された上方回転盤１５と下方回転盤１６とから
なり、凹面１２の中心軸Ｘと一致する回転軸１８を中心
として回転する回転台１７と、前記下方回転盤１６に取
り付けられたレーザ変位計１９とによって構成されてい
る。すなわち、回転台１７は、回転制御モータ２０によ
って、これと係合する上方回転盤１５を介して回転駆動
されるとともに、レーザ変位計１９は、凹面１２の中心
軸Ｘに対して傾いた方向Ｙを指向して取り付けられ、こ
れによって、レーザ変位計１９から照射されるレーザ
は、凹面１２を構成する曲平面と衝突し反射して再びレ
ーザ変位計１９に至り、これによってレーザ変位計と反
射点との相対距離が計測される。そして、前記回転台１
７の回転にともなって、レーザ変位計１９の中心軸すな
わちレーザの照射軸Ｙは、円推形状を描いて回転駆動す
るとともに、レーザの反射点は、凹面１２上を回転走査
することにより凹面１２上に回転軌跡を描くことにな
る。なお、回転台１７の回転軸１８を挿通すべく固定台
１４に設けた軸孔２１の内側面にはボールベアリング２
２が取り付けられ、これによって、回転台１７の回転が
スムースに行われるようになっている。
んで配設された上方回転盤１５と下方回転盤１６とから
なり、凹面１２の中心軸Ｘと一致する回転軸１８を中心
として回転する回転台１７と、前記下方回転盤１６に取
り付けられたレーザ変位計１９とによって構成されてい
る。すなわち、回転台１７は、回転制御モータ２０によ
って、これと係合する上方回転盤１５を介して回転駆動
されるとともに、レーザ変位計１９は、凹面１２の中心
軸Ｘに対して傾いた方向Ｙを指向して取り付けられ、こ
れによって、レーザ変位計１９から照射されるレーザ
は、凹面１２を構成する曲平面と衝突し反射して再びレ
ーザ変位計１９に至り、これによってレーザ変位計と反
射点との相対距離が計測される。そして、前記回転台１
７の回転にともなって、レーザ変位計１９の中心軸すな
わちレーザの照射軸Ｙは、円推形状を描いて回転駆動す
るとともに、レーザの反射点は、凹面１２上を回転走査
することにより凹面１２上に回転軌跡を描くことにな
る。なお、回転台１７の回転軸１８を挿通すべく固定台
１４に設けた軸孔２１の内側面にはボールベアリング２
２が取り付けられ、これによって、回転台１７の回転が
スムースに行われるようになっている。
【００１６】そして、かかる三次元変位測定装置１０に
よれば、剛体ブロック１１の前後左右及び回転を含む三
次元的な変位を容易に測定することができる。すなわ
ち、剛体ブロック１１が変位すると、円錐形状を描いて
回転駆動する前記レーザの照射軸Ｙと、例えば円錐や双
曲面の形状を有する凹面１２とが交差する軌跡すなわち
レーザ反射点の回転軌跡が三次元的に変位するので、か
かる回転軌跡の変位を、以下の理論に基づいて解析する
ことにより、剛体ブロック１１の変位を、変位測定器１
３からの相対変位として容易に測定することができる。
よれば、剛体ブロック１１の前後左右及び回転を含む三
次元的な変位を容易に測定することができる。すなわ
ち、剛体ブロック１１が変位すると、円錐形状を描いて
回転駆動する前記レーザの照射軸Ｙと、例えば円錐や双
曲面の形状を有する凹面１２とが交差する軌跡すなわち
レーザ反射点の回転軌跡が三次元的に変位するので、か
かる回転軌跡の変位を、以下の理論に基づいて解析する
ことにより、剛体ブロック１１の変位を、変位測定器１
３からの相対変位として容易に測定することができる。
【００１７】剛体ブロック１１の変位を求める理論は以
下の通りである。ここでは便宜上剛体ブロックの回転を
無視しているが、かかる回転を考慮して測定することも
可能である。
下の通りである。ここでは便宜上剛体ブロックの回転を
無視しているが、かかる回転を考慮して測定することも
可能である。
【００１８】・レーザの照射軸Ｙが描く軌跡を、円錐の
方程式として ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０とする（図３（イ）参照）。
方程式として ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０とする（図３（イ）参照）。
【００１９】・対向配置される凹面１２の方程式を ｇ（ｕ，ｖ，ｗ）＝０とする（図３（ロ）参照）。
【００２０】・ｚ軸とｗ軸が平行であるという条件の下
では ｘ＝ｕ＋ａ ｙ＝ｖ＋ｂ ｚ＝ｗ＋ｃ （ａ，ｂ，ｃはそれぞれ（ｕ，ｖ，ｗ）座標中心のｘ方
向，ｙ方向，ｚ方向へのずれ）によって両座標軸の関係
が示される。
では ｘ＝ｕ＋ａ ｙ＝ｖ＋ｂ ｚ＝ｗ＋ｃ （ａ，ｂ，ｃはそれぞれ（ｕ，ｖ，ｗ）座標中心のｘ方
向，ｙ方向，ｚ方向へのずれ）によって両座標軸の関係
が示される。
【００２１】・これより、２つの曲面が交わるときの曲
線の式（これがレーザの反射点の描く回転軌跡を表
す。）は、 ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｇ（ｘ−ａ，ｙ−ｂ，ｚ−ｃ） で表される。これを便宜上ｈ（ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，
ｃ）＝０と示す。
線の式（これがレーザの反射点の描く回転軌跡を表
す。）は、 ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｇ（ｘ−ａ，ｙ−ｂ，ｚ−ｃ） で表される。これを便宜上ｈ（ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，
ｃ）＝０と示す。
【００２２】・変位計により測定されるものは長さｒと
角度θであるので、これらと（ｘ，ｙ，ｚ）の関係は次
のようになる（図３（イ）参照）。 ｘ＝ｒ・cos α・cos θ ｙ＝ｒ・cos α・sin θ ｚ＝−ｒ・sin α ただし、αは円錐の方程式で決まるので既知のものであ
る。
角度θであるので、これらと（ｘ，ｙ，ｚ）の関係は次
のようになる（図３（イ）参照）。 ｘ＝ｒ・cos α・cos θ ｙ＝ｒ・cos α・sin θ ｚ＝−ｒ・sin α ただし、αは円錐の方程式で決まるので既知のものであ
る。
【００２３】・したがって、測定値（ｒ，θ）によって
凹面上に描かれる軌跡は、 ｈ（ｒ・cos α・cos θ，ｒ・cos α・sin θ，−ｒ・
sin α，ａ，ｂ，ｃ）＝０ となり ｔ（ｒ，θ，ａ，ｂ，ｃ）＝０ の関数で示されることになる（図６参照）。
凹面上に描かれる軌跡は、 ｈ（ｒ・cos α・cos θ，ｒ・cos α・sin θ，−ｒ・
sin α，ａ，ｂ，ｃ）＝０ となり ｔ（ｒ，θ，ａ，ｂ，ｃ）＝０ の関数で示されることになる（図６参照）。
【００２４】・測定された軌跡からこの関数を満足する
ａ，ｂ，ｃを最小二乗法等の最適化手法を用いて求めれ
ば良い。
ａ，ｂ，ｃを最小二乗法等の最適化手法を用いて求めれ
ば良い。
【００２５】・各測定毎にこのａ，ｂ，ｃが求まるの
で、これを比較することにより３次元変位が容易に計算
される。
で、これを比較することにより３次元変位が容易に計算
される。
【００２６】また、図４は、この発明の他の実施例にか
かる三次元変位測定装置３０を示すもので、この三次元
変位測定装置３０は、地盤の三次元的な挙動の評価に用
いるべく、岩盤３１内のき裂面３２等の不連続面を横断
して穿孔した孔井３３内において、き裂面３２を挟んだ
一方の岩盤内に設置された塊状物体としての第一の筒状
部材３４と、き裂面３２を挟んだ他方の岩盤内に第一の
筒状部材３４に後続して設置され第二の筒状部材３５と
によって構成される。
かる三次元変位測定装置３０を示すもので、この三次元
変位測定装置３０は、地盤の三次元的な挙動の評価に用
いるべく、岩盤３１内のき裂面３２等の不連続面を横断
して穿孔した孔井３３内において、き裂面３２を挟んだ
一方の岩盤内に設置された塊状物体としての第一の筒状
部材３４と、き裂面３２を挟んだ他方の岩盤内に第一の
筒状部材３４に後続して設置され第二の筒状部材３５と
によって構成される。
【００２７】第一の筒状部材３４には、その後端部に、
開口部から深部に向かって収束する、例えば円錐、円錐
台、双曲面、二次曲面、半球面、四角錐、三角錐等の所
定形状の曲平面からなる凹面４０が形成されるととも
に、第一の筒状部材３４の中央付近に、これの径方向を
横断して固定ロッド３６を備えている。この固定ロッド
３６は、例えば油圧シリンダとスプリングとを組み合わ
せた伸縮装置を有し、圧力ライン３７を介して孔井３３
の孔口の作業ベースから供給制御される油圧力によっ
て、固定ロッド３６の両端部に備えた固定ピン３８及び
孔壁圧着部３９を、互いに連動しつつ背向する径方向二
方向に進退させる。
開口部から深部に向かって収束する、例えば円錐、円錐
台、双曲面、二次曲面、半球面、四角錐、三角錐等の所
定形状の曲平面からなる凹面４０が形成されるととも
に、第一の筒状部材３４の中央付近に、これの径方向を
横断して固定ロッド３６を備えている。この固定ロッド
３６は、例えば油圧シリンダとスプリングとを組み合わ
せた伸縮装置を有し、圧力ライン３７を介して孔井３３
の孔口の作業ベースから供給制御される油圧力によっ
て、固定ロッド３６の両端部に備えた固定ピン３８及び
孔壁圧着部３９を、互いに連動しつつ背向する径方向二
方向に進退させる。
【００２８】一方第二の筒状部材３５には、これの先端
部に、前記第一の筒状部材３４の後端部に形成した凹面
４０と対向して、変位測定器４１が取り付けられてい
る。すなわち、変位測定器４１は、第二の筒状部材３５
の先端面から延出する支持枠４９によって支持された、
前方回転盤４２と後方回転盤４３とからなる回転台４４
であって、凹面４０の中心軸Ｘと一致する回転軸４５を
中心として、後方回転盤４３と係合する回転制御モータ
４６によって回転駆動される回転台４４と、前方回転盤
４２に、凹面４０の中心軸Ｘに対して傾いた方向Ｙを指
向して取り付けられたレーザ変位計５０とによって構成
されている。そして、レーザ変位計５０から照射される
レーザは、凹面４０を構成する曲平面と衝突して反射す
るとともに、前記回転台４４の回転にともなって、レー
ザ変位計５０の中心軸すなわちレーザの照射軸Ｙは円推
形状を描いて回転駆動し、これによってレーザの反射点
は、凹面４０上を回転走査することにより凹面上に回転
軌跡を描くことになる。また、第二の筒状部材３５は、
これの中央付近に、第一の筒状部材３４に設けたものと
同様の構成を有する固定ロッド３６を備えている。
部に、前記第一の筒状部材３４の後端部に形成した凹面
４０と対向して、変位測定器４１が取り付けられてい
る。すなわち、変位測定器４１は、第二の筒状部材３５
の先端面から延出する支持枠４９によって支持された、
前方回転盤４２と後方回転盤４３とからなる回転台４４
であって、凹面４０の中心軸Ｘと一致する回転軸４５を
中心として、後方回転盤４３と係合する回転制御モータ
４６によって回転駆動される回転台４４と、前方回転盤
４２に、凹面４０の中心軸Ｘに対して傾いた方向Ｙを指
向して取り付けられたレーザ変位計５０とによって構成
されている。そして、レーザ変位計５０から照射される
レーザは、凹面４０を構成する曲平面と衝突して反射す
るとともに、前記回転台４４の回転にともなって、レー
ザ変位計５０の中心軸すなわちレーザの照射軸Ｙは円推
形状を描いて回転駆動し、これによってレーザの反射点
は、凹面４０上を回転走査することにより凹面上に回転
軌跡を描くことになる。また、第二の筒状部材３５は、
これの中央付近に、第一の筒状部材３４に設けたものと
同様の構成を有する固定ロッド３６を備えている。
【００２９】なお、前記凹面４０や変位測定器４１が配
設される第一の筒状部材３４と第二の筒状部材３５との
間の間隙部分にはこれを覆って耐水シール部材としての
メンブレイン４７が取り付けられ、前記凹面４０や変位
測定器４１を防護している。そして、かかる構成を有す
る三次元変位測定装置３０を用いて、岩盤３１内のき裂
面３２の挙動を解析するには、まず、この三次元変位測
定装置３０を、き裂面３２を挟んだ岩盤３１内の所定の
位置に設置する。すなわち、各固定ロッド３６の固定ピ
ン３８を介して、第一の筒状部材３４及び第二の筒状部
材３５を、例えば車輪等のスライド機構を有する固定台
車に一体として固定し、ロッド部材等を用いて固定台車
を孔井３３内に押し込んでき裂面３２を挟んだ所定の位
置までスライド移動させ、しかる後に、油圧ライン３７
から供給される油圧を制御して各固定ロッド３６の孔壁
圧着部３９を孔壁面に押し付け、第一の筒状部材３４と
第二の筒状部材３５とを孔井３３内に各々固定する。な
お、孔井３３内に三次元変位測定装置３０をスライド移
動する際に、前記固定台車に例えばボアホールテレビを
取り付けておけば、き裂面３２の探索を容易に行うこと
ができるとともに、き裂面３２を挟んで三次元変位測定
装置を正確に設置することができる。また、孔壁圧着部
３９を孔壁面に押し付けて三次元変位測定装置３０を固
定する際には、これと同時に固定ピン３８は後退して固
定台車との係合が外れるので、固定台車を容易に撤去す
ることができる。
設される第一の筒状部材３４と第二の筒状部材３５との
間の間隙部分にはこれを覆って耐水シール部材としての
メンブレイン４７が取り付けられ、前記凹面４０や変位
測定器４１を防護している。そして、かかる構成を有す
る三次元変位測定装置３０を用いて、岩盤３１内のき裂
面３２の挙動を解析するには、まず、この三次元変位測
定装置３０を、き裂面３２を挟んだ岩盤３１内の所定の
位置に設置する。すなわち、各固定ロッド３６の固定ピ
ン３８を介して、第一の筒状部材３４及び第二の筒状部
材３５を、例えば車輪等のスライド機構を有する固定台
車に一体として固定し、ロッド部材等を用いて固定台車
を孔井３３内に押し込んでき裂面３２を挟んだ所定の位
置までスライド移動させ、しかる後に、油圧ライン３７
から供給される油圧を制御して各固定ロッド３６の孔壁
圧着部３９を孔壁面に押し付け、第一の筒状部材３４と
第二の筒状部材３５とを孔井３３内に各々固定する。な
お、孔井３３内に三次元変位測定装置３０をスライド移
動する際に、前記固定台車に例えばボアホールテレビを
取り付けておけば、き裂面３２の探索を容易に行うこと
ができるとともに、き裂面３２を挟んで三次元変位測定
装置を正確に設置することができる。また、孔壁圧着部
３９を孔壁面に押し付けて三次元変位測定装置３０を固
定する際には、これと同時に固定ピン３８は後退して固
定台車との係合が外れるので、固定台車を容易に撤去す
ることができる。
【００３０】三次元変位測定装置３０を所定の位置に設
置したら、き裂面３２を挟んだ一方の岩盤内に設置した
第一の筒状部材３４と他方の岩盤内に設置した第二の筒
状部材３５との相対変位を測定することにより、特定さ
れたき裂面３２の挙動を容易に解析することができる。
すなわち、第一の筒状部材３４と第二の筒状部材３５が
相対的に変位すると、上記図１に示す実施例の場合と同
様に、円錐形状を描いて回転駆動する前記レーザの照射
軸Ｙと凹面１２とが交差する軌跡すなわちレーザ反射点
の回転軌跡が三次元的に変位するので、かかる回転軌跡
の変位を上述の理論に基づいて解析することにより、第
一の筒状部材３４と第二の筒状部材３５との相対変位を
容易に測定することができる。なお、三次元変位測定装
置３０は、各種の接続ラインを介して計測制御や計算、
データ・ファイル管理などを行なうＣＰＵやデータ記録
メモリー等と接続し、これによってき裂面３２の挙動の
解析を容易に行うことができる。
置したら、き裂面３２を挟んだ一方の岩盤内に設置した
第一の筒状部材３４と他方の岩盤内に設置した第二の筒
状部材３５との相対変位を測定することにより、特定さ
れたき裂面３２の挙動を容易に解析することができる。
すなわち、第一の筒状部材３４と第二の筒状部材３５が
相対的に変位すると、上記図１に示す実施例の場合と同
様に、円錐形状を描いて回転駆動する前記レーザの照射
軸Ｙと凹面１２とが交差する軌跡すなわちレーザ反射点
の回転軌跡が三次元的に変位するので、かかる回転軌跡
の変位を上述の理論に基づいて解析することにより、第
一の筒状部材３４と第二の筒状部材３５との相対変位を
容易に測定することができる。なお、三次元変位測定装
置３０は、各種の接続ラインを介して計測制御や計算、
データ・ファイル管理などを行なうＣＰＵやデータ記録
メモリー等と接続し、これによってき裂面３２の挙動の
解析を容易に行うことができる。
【００３１】そして、かかる三次元変位測定装置３０に
よれば、地盤変形の大部分を支配する不連続面としての
き裂面３２を特定してこれの挙動を容易かつ高精度に解
析することにより、地盤の三次元的な挙動の評価を容易
に行なうことができる。
よれば、地盤変形の大部分を支配する不連続面としての
き裂面３２を特定してこれの挙動を容易かつ高精度に解
析することにより、地盤の三次元的な挙動の評価を容易
に行なうことができる。
【００３２】なお、上記実施例では、いずれも変位計と
して公知のレーザ式変位計を使用する場合について記載
したが、この発明はこれに限定されるものではなく、そ
の他の非接触型距離測定器や差動トランス等を用いた接
触型の変位計を使用することができる。また、接触型の
変位計を使用する場合には、変位計の先端に例えば球を
埋め込むこと等により、凹面１２に沿った変位計の回転
移動をスムースに行わしめることが好ましい。
して公知のレーザ式変位計を使用する場合について記載
したが、この発明はこれに限定されるものではなく、そ
の他の非接触型距離測定器や差動トランス等を用いた接
触型の変位計を使用することができる。また、接触型の
変位計を使用する場合には、変位計の先端に例えば球を
埋め込むこと等により、凹面１２に沿った変位計の回転
移動をスムースに行わしめることが好ましい。
【００３３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
三次元変位測定方法及び三次元変位測定装置によれば、
被測定物としての塊状物体に設けた凹面上を、変位測定
器によって回転走査してその回転軌跡に沿った凹面との
相対距離を測定し、塊状物体の変位に伴って生じる凹面
上の回転軌跡の変位を前記相対距離を測定して解析する
ことにより、三次元的に展開した多くの計測器による変
位計測を必要とすることなく、塊状物体の三次元的な変
位を容易かつ迅速に計測することができる。
三次元変位測定方法及び三次元変位測定装置によれば、
被測定物としての塊状物体に設けた凹面上を、変位測定
器によって回転走査してその回転軌跡に沿った凹面との
相対距離を測定し、塊状物体の変位に伴って生じる凹面
上の回転軌跡の変位を前記相対距離を測定して解析する
ことにより、三次元的に展開した多くの計測器による変
位計測を必要とすることなく、塊状物体の三次元的な変
位を容易かつ迅速に計測することができる。
【００３４】また、この発明の三次元変位測定装置を、
不連続面を挟んだ一方に設けられる、凹面を備える第一
の筒状部材と、不連続面を挟んだ他方に設けられる、変
位測定器を備える第二の筒状部材とによって構成し、こ
れによって不連続面の三次元変位を計測することによ
り、多軸多点の計測を行なうことなく、地盤の三次元的
な挙動の評価を容易に行なうことができるとともに、地
盤変形の大部分を支配する不連続面の変形を特定計測し
てして地盤変形の高精度かつ効果的な評価を行うことが
できる。
不連続面を挟んだ一方に設けられる、凹面を備える第一
の筒状部材と、不連続面を挟んだ他方に設けられる、変
位測定器を備える第二の筒状部材とによって構成し、こ
れによって不連続面の三次元変位を計測することによ
り、多軸多点の計測を行なうことなく、地盤の三次元的
な挙動の評価を容易に行なうことができるとともに、地
盤変形の大部分を支配する不連続面の変形を特定計測し
てして地盤変形の高精度かつ効果的な評価を行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例にかかる三次元変位測定装
置により、塊状物体の三次元変位を計測する状況を示す
説明図である。
置により、塊状物体の三次元変位を計測する状況を示す
説明図である。
【図２】凹面を構成する曲平面の形状を例示した説明図
である。
である。
【図３】（イ）〜（ニ）は、本発明により塊状物体の三
次元変位を測定する理論を説明するための参照図であ
る。
次元変位を測定する理論を説明するための参照図であ
る。
【図４】この発明の他の実施例にかかる三次元変位測定
装置の構成を示す説明図である。
装置の構成を示す説明図である。
１０，３０ 三次元変位測定装置 １１ 鋼体ブロック（塊状物体） １２．４０ 凹面 １３，４１ 変位測定器 １７，４４ 回転台 １９，５０ レーザ変位計（変位測定器） ３１ 岩盤 ３２ き裂面（不連続面） ３３ 孔井 ３４ 第１の筒状体部材 ３５ 第２の筒状体部材 Ｘ 凹面の中心軸 Ｙ 変位測定器の中心軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 白石 光男 (56)参考文献 特開 平７−77424（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−72209（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−263506（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−134609（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−90003（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−51862（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 E02D 1/00
Claims (3)
- 【請求項１】 塊状物体の三次元的な変位を計測するた
めの三次元変位測定方法であって、被測定物としての塊
状物体には、開口部から深部に向かって収束する所定形
状の曲平面からなる凹面を設けるとともに、該凹面の開
口部には、凹面の中心軸に対して一定の傾斜角度をもっ
て回転駆動することにより、前記凹面上を回転走査して
その回転軌跡に沿った凹面との相対距離を測定する変位
測定器を対向配置し、前記塊状物体の変位に伴って生じ
る前記凹面上の回転軌跡の変位を前記相対距離を測定し
て解析することにより、塊状物体の三次元的な変位を計
測することを特徴とする三次元変位測定方法。 - 【請求項２】 塊状物体の三次元的な変位を計測するた
めの三次元変位測定装置であって、被測定物としての塊
状物体に設けられた、開口部から深部に向かって収束す
る所定形状の曲平面からなる凹面と、該凹面の開口部と
対向配置された、凹面の中心軸に対して一定の傾斜角度
をもって回転駆動することにより、前記凹面上を回転走
査してその回転軌跡に沿った凹面との相対距離を測定す
る変位測定器とからなり、前記塊状物体の変位に伴って
生じる前記凹面上の回転軌跡の変位を前記相対距離を測
定して解析することにより、塊状物体の三次元的な変位
を計測することを特徴とする三次元変位測定装置。 - 【請求項３】 岩盤内のき裂面等の不連続面を横断して
穿孔した孔井内において、前記不連続面を挟んだ一方に
設けられる、その端部に、開口部から深部に向かって収
束する所定形状の曲平面からなる凹面を備える前記塊状
物体としての第一の筒状部材と、前記不連続面を挟んだ
他方に設けられる第二の筒状部材であって、その端部に
は、前記凹面の開口部と対向配置されて凹面の中心軸に
対して一定の傾斜角度をもって回転駆動することにより
前記凹面上を回転走査してその回転軌跡に沿った凹面と
の相対距離を測定する変位測定器を備える第二の筒状部
材とからなることを特徴とする請求項２に記載の三次元
変位測定装置。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6042830A JP2961145B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 三次元変位測定方法及び三次元変位測定装置 |
| US08/277,520 US5511429A (en) | 1993-12-08 | 1994-07-19 | Method and system for measuring three-dimensional displacement |
| EP97203205A EP0829699B1 (en) | 1993-12-08 | 1994-11-29 | Method and system for measuring three-dimensional displacement |
| AT97203205T ATE207607T1 (de) | 1993-12-08 | 1994-11-29 | Verfahren und system zur messung dreidimensionaler verschiebungen |
| AT94308797T ATE176517T1 (de) | 1993-12-08 | 1994-11-29 | System zur messung dreidimensionaler verschiebungen |
| DE69416386T DE69416386T2 (de) | 1993-12-08 | 1994-11-29 | System zur Messung dreidimensionaler Verschiebungen |
| DE69428815T DE69428815T2 (de) | 1993-12-08 | 1994-11-29 | Verfahren und System zur Messung dreidimensionaler Verschiebungen |
| EP94308797A EP0657621B1 (en) | 1993-12-08 | 1994-11-29 | System for measuring three-dimensional displacement |
| US08/478,680 US5623108A (en) | 1993-12-08 | 1995-06-07 | Method and system for measuring three-dimensional displacement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6042830A JP2961145B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 三次元変位測定方法及び三次元変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07253307A JPH07253307A (ja) | 1995-10-03 |
| JP2961145B2 true JP2961145B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=12646890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6042830A Expired - Lifetime JP2961145B2 (ja) | 1993-12-08 | 1994-03-14 | 三次元変位測定方法及び三次元変位測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5623108A (ja) |
| JP (1) | JP2961145B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004111573A1 (ja) * | 2003-06-16 | 2004-12-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 方位傾斜計測方法および計測装置 |
| CN104328777A (zh) * | 2014-10-22 | 2015-02-04 | 山东大学 | 一种岩土工程边坡地表变形监测装置与方法 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10200776A1 (de) * | 2002-01-10 | 2003-07-24 | Zf Lemfoerder Metallwaren Ag | Rissprüfanlage zum Überprüfen von Teilen |
| KR20090031857A (ko) * | 2006-04-07 | 2009-03-30 | 워키쇼일렉트릭 시스템즈, 인크 | 통전되는 탭 절환기 격실 내의 변위를 감시하는 시스템 및 방법 |
| CN102384732B (zh) * | 2011-10-31 | 2013-10-23 | 西安理工大学 | 交点内置正交回转轴轴线共面度检测装置及精度检测方法 |
| WO2014097519A1 (ja) | 2012-12-18 | 2014-06-26 | パナソニック株式会社 | 半導体光検出器 |
| KR101317635B1 (ko) * | 2013-02-25 | 2013-10-10 | 한국지질자원연구원 | 불연속면 변위 자동 모니터링 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법 |
| CN103775071B (zh) * | 2014-01-15 | 2016-08-24 | 四川大学 | 采动煤岩体裂隙演化的测量方法 |
| CN104142124A (zh) * | 2014-06-18 | 2014-11-12 | 重庆地质矿产研究院 | 一种带倾斜校正的非接触激光地表位移监测装置 |
| CN104897106B (zh) * | 2015-06-19 | 2017-09-12 | 绍兴绍力机电科技有限公司 | 一种摆动轴与主轴轴线共面度检测装置及检测方法 |
| CN109850182B (zh) * | 2018-10-31 | 2022-04-19 | 中国飞机强度研究所 | 一种新型三维位移测量装置及测量方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4942539A (en) * | 1988-12-21 | 1990-07-17 | Gmf Robotics Corporation | Method and system for automatically determining the position and orientation of an object in 3-D space |
| JPH04178506A (ja) * | 1990-11-13 | 1992-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ワークの３次元位置計測方法 |
| JPH04290902A (ja) * | 1991-03-19 | 1992-10-15 | Fujitsu Ltd | 三次元変位計測装置 |
-
1994
- 1994-03-14 JP JP6042830A patent/JP2961145B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-06-07 US US08/478,680 patent/US5623108A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004111573A1 (ja) * | 2003-06-16 | 2004-12-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 方位傾斜計測方法および計測装置 |
| CN104328777A (zh) * | 2014-10-22 | 2015-02-04 | 山东大学 | 一种岩土工程边坡地表变形监测装置与方法 |
| CN104328777B (zh) * | 2014-10-22 | 2016-04-06 | 山东大学 | 一种岩土工程边坡地表变形监测装置与方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07253307A (ja) | 1995-10-03 |
| US5623108A (en) | 1997-04-22 |
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