JP3009097B2

JP3009097B2 - 掘削方向制御方法および掘削方向表示装置

Info

Publication number: JP3009097B2
Application number: JP5546196A
Authority: JP
Inventors: 誠内田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2016-02-19
Also published as: JPH09221977A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中に坑を切削す
る際の掘削方向を制御する切削方向制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、掘削方向制御方法は、地上のや
ぐらと掘削機の間にワイヤを張架し、このワイヤの動き
を作業者が目視して、掘削機の掘削計画線に対する横ず
れを検知していた。また、その他にも以下の従来技術が
知られている。

【０００３】（１）目視の代わりにトランシットで観測
したり、ワイヤに傾斜計を取り付けたり、ワイヤの傾斜
をレーザ変位計や計測用コイルや差動トランスで計測し
て、掘削機の方向を制御していた（日経コンストラクシ
ョン1996.6.26号30〜33頁掲載論文「精度１／１０００
を目指して独自の検出機能」、特開平１−１３７０９３
号公報参照）。

【０００４】（２）ワイヤを、軸に垂直な方向から複数
のＣＣＤカメラで撮影し、基準位置からのずれを推定す
ることで、掘削機の掘削計画線からの横ずれを計測し、
制御していた（特開平１−１３７０９３号公報）。

【０００５】（３）掘進計画線に沿ったレーザ光を、掘
削機に取り付けたターゲットに照射し、ターゲット上の
ビームスポット位置をトランシットで測定し、掘削機の
掘削計画線からのずれを計測して制御していた。あるい
は、ターゲット上のビームスポット位置を、ターゲット
間近に設置したＣＣＤカメラで観察し、掘削機のずれを
計測して制御していた（特開平５−５９８８４号公
報）。

【０００６】（４）掘進計画線に沿ったレーザ光を、掘
削機に取り付けた２次元センサアレイに照射し、アレイ
上のビームスポット位置をセンサ出力から読みとり、掘
削機の掘削計画線からの横ずれを計測し、制御していた
（特開平５−５２５６６号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
の第１の問題点は、コストが高くつくことである。その
理由は、縦坑を掘削する場合、掘削機を定位置から吊り
下げるには、空中に固定点を決めるための計測用やぐら
を建設しなければならないからである。また、横坑を掘
削する場合、掘削機と対向させて設置する位置決め用の
レーザ光源やトランシッドが不可欠であり、装置が複雑
になる。

【０００８】第２の問題点は、作業性が悪いことであ
る。その理由は、縦坑を掘削する場合、計測用のやぐら
を設置する際には、一旦掘削を停止し、掘削機を吊り下
げているクレーンと計測用やぐらを交互に入れ換えねば
ならないからである。計測の都度、やぐらの入れ換えを
行うため作業性が悪い。また、横坑を掘削する場合、レ
ーザ光源の位置調整やトランシット計測を行う必要があ
るので、操作性が悪い。

【０００９】第３の問題点は、精度が悪いことである。
縦坑を掘削する場合、計測用のやぐらを設置する際に
は、一旦掘削を停止し、掘削機を吊り下げているクレー
ンと計測用やぐらを交互に入れ換えねばならないので、
計測用やぐらの設置位置の再現性の良し悪しが問題にな
る。また、ワイヤが風や振動といった外乱により、たわ
む場合が多い。このため、正確な計測は難しい。横坑を
掘削する場合、掘削機のターゲットに照射されるレーザ
ビームの本数は、せいぜい数本なので、測定精度を向上
させるのには限界がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の掘削方向制御方
法においては、掘削機（図１の１）に取り付けた撮像手
段としてのカメラ（図１の２）で、カメラの視軸（図１
の３）が、掘進計画線（図１の４）に重なるように、坑
（図１の５）の入り口（図１の６）を撮影する。あるい
は、入り口の面に平行な面と、坑が交わる円周状のライ
ン（ターゲット）（図１の７）を撮影する。

【００１１】モニタ（図２の８）上には、坑の入り口
（あるいはターゲット）とともに、掘削機が掘進計画線
上を進行した場合に見えるであろう坑の入り口（あるい
はターゲット）を示す計画位置表示（図２の９）が、坑
の入り口の映像と共に表示される。

【００１２】計画位置表示は、例えば、測距機（図１の
１０）で計測した、カメラと坑の入り口との距離Ｌと、
傾斜計（図１の１１）で計測したカメラの視軸と掘進計
画線がなす角度θをもとに、信号処理部（図１の１２）
で計算され、モニタ上に重畳表示される。

【００１３】掘削機は、生画像の坑の入り口（あるいは
ターゲット）が、重畳表示された計画位置表示に重なる
ように、進行方向を制御しながら掘削を進める。掘削機
の制御はオペレータがモニタを見ながら行ってもよい
し、あるいは、坑の入り口の実際の映像と計画位置表示
とのずれに基づいて自動的に制御されるようにしてもよ
い。

【００１４】以上のようにすれば、生画像の坑の入り口
（あるいはターゲット）と、掘削機が掘進計画線上を進
行した場合に見えるであろう坑の入り口（あるいはター
ゲット）を示す計画位置表示のずれを検出し、ずれがな
くなる方向に、掘削機の方向を制御するので、きわめて
高い精度での掘削が可能になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施形態の構成
図を示す。掘削機１は、４本のワイヤ１６によってクレ
ーン１６に吊り下げされている。掘削機１上には、カッ
ターと反対側に、撮像手段としてのカメラ２（例えばＣ
ＣＤカメラ）が取り付けられている。カメラ２は、掘進
計画線４とカメラの視軸３が一致するような位置に正確
に固定する。カメラ２には、坑の入り口から掘削機１ま
での距離Ｌに応じた望遠レンズ１３が装着されている。
カメラ２の画像信号は、信号処理部１２へ送られる。

【００１６】さらに、掘削機１には測距機１０が取り付
けられている。測距機１０としては、超音波測距機ある
いはアイセーフレーザ測距機等を使用できる（アイセー
フレーザ測距機のほうが精度の面で望ましい）。さら
に、掘削機１には傾斜計１１が取り付けられている。傾
斜計１１は、例えば複数設けられ、掘削機１の傾斜角お
よび傾斜の方向を検出する。

【００１７】信号処理部１２は、例えば、ＣＰＵやメモ
リを備え、カメラ２から画像を取り込んだ後、掘削機１
の深度と傾きデータをもとに、本来見えるべき入り口の
形状を、図２に示す計画位置表示９として、取り込んだ
画像６に重畳してモニタ８上に表示する。また、掘削を
さらに進めた場合に見えるであろう入り口の形状をも、
同時に表示するようにしてもよい。

【００１８】次に図３のフローチャートを用いて動作を
説明する。ここでは、坑の入り口６が明確に識別できる
ものとし、ターゲット７を使用しない場合を説明する
が、ターゲット７を使用する場合も同様である。

【００１９】掘削開始時において、カメラ２は、掘削機
１の中心軸と視軸が一致するように、掘削機１上のカッ
ターの反対側に正確に固定され、その後、掘削機１は掘
進計画線４に沿って掘削していく。

【００２０】図３に示すように、まず、掘削機１と坑の
入り口との距離Ｌを測距機１１によって測定する（ステ
ップ３０１）。次に傾斜計１１によって、掘削機１１の
傾斜角θおよびその方向を計測する（ステップ３０
２）。

【００２１】信号処理部１２は、上記距離Ｌおよび傾斜
角θに基づいて、カメラ視軸３と掘進計画線４とのずれ
Δｒ（＝Ｌ×θ）を計算する（ステップ３０３）。

【００２２】信号処理部１２は、さらにカメラ２の画像
を取り込み（ステップ３０４）、図２に示すように坑の
入り口６の映像をモニタ８に表示するとともに、この画
像の輪郭を抽出するエッジ検出を行う（ステップ３０
５）。そして、坑の入り口６の輪郭をずれΔｒだけ移動
させて計画位置表示９（図２）とし、入り口６の画像に
重畳表示する（ステップ３０６）。図４は、掘削機１が
図の左側に傾いた状態を示し、図５は右側に傾いた状態
を示す。坑の入り口６の映像と重畳表示された計画位置
表示９とのずれ量（Δｒ）が、掘削機１の掘進計画線４
に対する横ずれを示すことになる。

【００２３】そこで、オペレータは、このずれ量が０に
なる方向へ、すなわち実際の映像６と計画位置表示９と
が一致するように、ワイヤ１６を制御して掘削機１の向
きを修正する（ステップ３０７）。または、坑の入り口
の実際の映像と計画位置表示とのずれを検出する手段
と、このずれ量に応じてワイヤ１６を制御する手段とを
設ければ、人手によらず自動的に掘削機の方向制御が実
現できる。

【００２４】以上のようにすれば、従来のように掘削を
中断することなく、掘削機１の掘削方向を制御すること
ができる。

【００２５】図６、図７は本発明を、横坑を掘削する場
合に適用した例を示し、図１と同じ構成部分には同じ番
号を付して示してある。図６の場合は、計画位置表示９
を明確に示すため、ターゲット７を使用している。横坑
の場合も、計画位置表示と取り込んだ画像を重畳しモニ
タに表示することで、掘削方向の制御ができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の第１の効果は、コストが安くな
ることである。その理由は、縦坑を掘削する場合、計測
用やぐらの建設が不要になるからである。横坑を掘削す
る場合、掘削機と対向させて設置していた位置決め用の
レーザ光線やトランシットが不要になるからである。

【００２７】第２の効果は、作業性が良くなることであ
る。その理由は、縦坑を掘削する場合、計測の都度行っ
ていたやぐらの交換作業が不要になり、掘削しながらほ
ぼリアルタイムで計測できるからである。横坑を掘削す
る場合は、レーザ光源の位置調整やトランシット計測が
不要になるからである。

【００２８】第３の効果は、精度が向上することであ
る。縦坑を掘削する場合、計測用やぐらの設置位置の再
現性の善し悪しが問題になっていたが、本発明では、計
測用やぐらの再設置が不要になるため、誤差要因が減少
する。また、ワイヤが風や振動と言った外乱を受けて
も、計測には無関係である。横坑を掘削する場合、掘削
機のターゲットに照射されるレーザビームの本数は、せ
いぜい数本なので、測定精度を向上させるのには限界が
あったが、本発明では計画位置表示を表示するようにし
たので制御が正確になる。特に、計画位置表示として坑
の入り口の輪郭を使用し、生画像と計画位置表示（輪
郭）が重なるように掘削機の方向を制御すれば、精度の
高い方向制御を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す図。

【図２】モニタ表示の一例を示す図。

【図３】図１の実施形態の動作を説明するフローチャー
ト。

【図４】掘削作業の状態の一例を示す図。

【図５】掘削作業の状態の別の例を示す図。

【図６】本発明の別の実施形態を示す図。

【図７】図６の実施形態におけるモニタ表示を示す図。

【符号の説明】

１掘削機２カメラ３カメラの視軸４掘進計画線６坑の入り口８モニタ９計画位置表示１０測距機１１傾斜計１２信号処理部１５クレーン１６ワイヤ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】掘削機に撮像手段を取り付け、その撮像
手段で撮影した坑の入り口の画像を、坑の入り口が本来
見えるべき計画位置表示とともに表示し、前記坑の入り
口の画像と前記計画位置表示とが一致するように掘削機
の方向を制御することを特徴とする掘削方向制御方法。
【請求項２】地中に坑を掘削する掘削機に取り付けら
れ坑の入り口を撮影するカメラと、前記カメラの画像を
表示する表示手段と、前記表示手段に坑の入り口の本来
見えるべき計画位置を重畳表示する計画位置表示手段と
を備えたことを特徴とする掘削方向表示装置。
【請求項３】前記計画位置表示手段は、前記掘削機か
ら前記坑入口までの距離を測定する測距機と、前記掘削
機の傾きを測定する傾斜計と、前記距離および傾きに基
づいて前記計画位置表示を求める手段とを備えた請求項
２に記載の表示装置。
【請求項４】前記計画位置表示が、坑の入口の輪郭で
ある請求項２または３に記載の表示装置。