JP3062027B2 - ローリング測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下連続壁工法に使用
される掘削機等の被測定物のローリング状態を検出する
ローリング測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大深度地下の連続地中壁の掘削で
は、掘削予定経路に沿って、掘削機が隣接する掘削経路
とその端部が重複するように溝を掘削していた。

【０００３】図９には、掘削動作中の掘削機１０の一例
が示されている。

【０００４】同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、その正面
図、側面図、平面図である。

【０００５】このような掘削において、掘削機１０はケ
ーブルによってその上面１０ａを吊持されているため、
図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すようピッチングやヨ
ーイングあるいはローリング等が発生する。この中でピ
ッチングやヨーイングについては、掘削機に設けられた
傾斜計で精度よく測定できるが、図９（Ｃ）に示す鉛直
軸まわりのローリングについての測定は容易ではなかっ
た。

【０００６】一般に、掘削位置の土質や岩盤等の影響
で、掘削機は、その全体がローリングするという事態が
発生する可能性が大きい。特に、大深度の掘削を行う場
合にはこのローリングの影響が累積される。一旦このよ
うなローリングが発生すると、掘削された溝自体が歪
む。このため、前回の掘削経路と今回の掘削経路とが良
好に連続せずに蛇行した状態となってしまい、最悪の場
合には掘削機を地上に取り出せなくなったり、連壁作成
用の鉄筋籠を溝内に搬入できないと言う問題が生ずる。

【０００７】このため従来は、掘削機を、２本のワイヤ
ロープで吊持するとともに、ねじれ角測定のため更に２
本の測定用ワイヤで吊持し、ねじれ角の測定を行ってロ
ーリングを監視していた。すなわち、２本の測定用ワイ
ヤの相対的なねじれ角を測定することにより掘削機自体
のねじれ角を検出していた。

【０００８】また、掘削機自体にジャイロコンパスを搭
載したものも提案されており、掘削機全体の方向を直接
検出することによりローリング状態を監視していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した２本
の測定用ワイヤを用いて掘削機のローリングを検出する
従来方式においては、掘り終わった溝から次の溝へと掘
削機を移動させる度に、２本の測定用ワイヤのそれぞれ
について正確な位置決めを行って基準位置を設定しなけ
ればならず、掘削工事の作業効率が著しく低下するとい
う問題があった。また、掘削機自体に機械式のジャイロ
コンパスを搭載した従来方式においては、掘削時の振動
により破損しやすく、しかも掘削を停止して測定を行う
必要があるため連続測定が不可能であり、作業効率に問
題があった。特に、被測定物である掘削機が振動しない
状態を維持しなければ正確な測定を行うことができず、
しかもその測定に５分〜１０分程度要するため、掘削作
業を妨げることなくローリング状態を測定することは困
難であり、特に掘削作業中にリアルタイムでローリング
測定を行うことができず、実用的でなかった。

【００１０】なお、光ジャイロを用いる方法も提案され
ているが、この方法では測定誤差が累積されるという欠
点がある。

【００１１】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、工事等の作業効率を低下させ
ることなく、被測定物のローリング状態を連続して測定
することができるローリング測定装置を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】前記課題を解決
するために、本発明のローリング測定装置は、被測定物
の鉛直軸回りの絶対方位を検出する光ファイバジャイロ
コンパスと、前記被測定物の回転角速度を検出する第１
の光ファイバジャイロと、前記被測定物の鉛直軸回りの
ねじれ角を演算するローリング演算手段と、を備え、前
記光ファイバジャイロコンパスは、第２の光ファイバジ
ャイロと、前記第２の光ファイバジャイロを回転させる
ターンテーブルと、を有し、前記ローリング演算手段
は、前記ターンテーブルを回転させたときに得られる前
記第２の光ファイバジャイロの出力に基づいて、被測定
物に対する絶対方位の演算を行う絶対方位演算手段と、
前記第１の光ファイバジャイロの検出する回転角速度に
基づき、被測定物の相対方位を検出する相対方位演算手
段と、前記絶対方位及び相対方位に基づき、被測定物の
鉛直軸回りのねじれ角を演算するねじれ角演算手段と、
を含み、被測定物のローリングを測定することを特徴と
する。

【００１３】ここにおいて、前記第１及び第２の光ファ
イバジャイロは、光ファイバをループ状に形成したセン
シングループ部を有し、このセンシングループ部の回転
角速度を検出するよう形成され、前記ターンテーブル
は、第２の光ファイバジャイロのセンシングループ面を
地面に対してほぼ垂直に保ちながら回転させるよう形成
することが好ましい。

【００１４】また、前記絶対方位演算手段は、前記被測
定物に対する真北または真南からの角度を絶対方位とし
て検出し、この絶対方位に対する被測定物の向きを基準
方位として演算するよう形成され、前記相対方位演算手
段は、前記基準方位からの回転角を、被測定物の相対方
位として演算するよう形成することが好ましい。

【００１５】また、前記絶対方位演算手段は、前記被測
定物の動きを停止させた状態で前記ターンテーブルを回
転させたときに得られる前記第２の光ファイバジャイロ
の出力に基づいて、被測定物に対する絶対方位の演算を
行うことが好ましい。

【００１６】また、前記第１及び第２の光ファイバジャ
イロは、同一の光ファイバジャイロとして形成してもよ
い。

【００１７】また、前記光ファイバジャイロコンパスと
前記第１の光ファイバジャイロは、連続地中壁掘削用の
掘削機に設置され、前記掘削機のねじれ角を測定するよ
う形成できる。

【００１８】また、前記光ファイバジャイロコンパスと
前記第１の光ファイバジャイロは、場所打ち杭工法など
に用いられる地中掘削機に設置され、前記地中掘削機の
ねじれ角を測定するよう形成できる。

【００１９】また、前記光ファイバジャイロコンパスと
前記第１の光ファイバジャイロは、竪型掘削シールド工
法に用いられる掘削機に設置され、前記掘削機のねじれ
角を測定するよう形成できる。

【００２０】本発明においては、光ファイバジャイロコ
ンパスによって被測定物の絶対方位を、第１の光ファイ
バジャイロによって被測定物の回転角速度を検出してお
り、これらの各検出結果に基づいて被測定物の鉛直軸回
りのねじれ角を演算している。

【００２１】ここにおいて、前記光ファイバジャイロコ
ンパスは、その構造上、絶対方位を検出する際に、被測
定物が動かないように固定する必要がある。これに対
し、光ファイバジャイロは、動いている被測定物の回転
角速度を検出することができる。

【００２２】このため、本発明では、まず被測定物が停
止しているときに光ファイバジャイロコンパスによって
被測定物に対する絶対方位を検出し、被測定物が動いて
いるときに、第１の光ファイバジャイロによってその回
転角速度を検出し、これらの検出結果に基づいて、被測
定物のねじれ角を演算する。これにより、本発明によれ
ば、被測定物の動作状態にかかわらず常にそのローリン
グを監視することができ、特に、絶対方位検出後は、被
測定物を停止させる必要がないため、ローリング状態
を、他の作業効率の低下をまねくこともなく、連続して
測定することができる。

【００２３】また、上述した光ファイバジャイロコンパ
スは、第２の光ファイバジャイロと、そのセンシングル
ープ面を垂直に保ちながら回転させるターンテーブルと
を含んで構成することが好ましい。この第２の光ファイ
バジャイロのセンシングループ面を垂直にして回転させ
た場合には、センシングループ面の方向と地球の自転方
向との関係に応じてセンシングループ内を行き来する光
の干渉状態が変化するため、この干渉状態を検出するこ
とにより、絶対方位として真北方向（真南等他の方向で
も同じ）を簡単に知ることができる。

【００２４】また、前記第１及び第２の光ファイバジャ
イロは、必要に応じ同一の光ファイバジャイロとして形
成することもできる。これにより、装置全体の構成を簡
略化することができる。

【００２５】また、上述した光ファイバジャイロコンパ
スおよび第１の光ファイバジャイロは鉛直方向に溝孔を
掘削する掘削機に設置されており、さらに具体的には大
深度連続地中壁掘削用の掘削機、場所打ち杭工法に用い
られる掘削機あるいは竪型掘削シールド工法に用いられ
る掘削機のねじれ角測定に適している。本発明では、こ
のような各種工法に用いられる掘削機のねじれ角を、掘
削作業中にリアルタイムで測定することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明のローリング測定装置を適用し
た一実施例について、図面を参照しながら具体的に説明
する。例えば、大深度の連続地中壁の掘削を行う掘削機
にローリング測定装置を取り付けて、掘削機のローリン
グ状態を監視する場合について説明する。

【００２７】図１は、本発明を適用した一実施例の掘削
システムの全体構成を示す図である。

【００２８】同図に示す掘削システムは、図示しないワ
イヤによって垂直に懸架され地中に鉛直方向の溝孔を掘
削する掘削機１０と、掘削機１０を溝孔内で安定させる
ために用いられる複数のアジャスタブルガイド１２と、
掘削機１０の制御を行う掘削機操作盤１４とを含んで構
成されている。

【００２９】オペレータは、前記操作盤１４を操作する
ことにより、掘削予定経路に沿って、掘削機を用いた溝
の掘削を行う。

【００３０】このような地中連続壁の掘削を行う場合に
は、掘削機１０の位置および姿勢を正確に検出し、制御
することが必要となる。

【００３１】このため本実施例の掘削システムは、掘削
機１０のローリング状態（ねじれ角）を検出する光ジャ
イロセンサパッケージ２０と、掘削機１０の傾斜状態を
検出する傾斜計２２と、掘削機１０の水平位置および深
度を検出する位置計測センサとして機能するケーブル２
４と、位置検出器２６と、ＸＹスライドテーブル２８
と、変位計３０と、ロータリエンコーダ３２と、深度計
３４と、上述した各種のセンサによって計測したデー
タ、すなわち掘削機１０のねじれ状態，傾斜状態，水平
位置および深度に関するデータを記録するデータレコー
ダ３６と、これらのデータに基づいて所定の演算を行っ
て掘削機操作盤１４に対して制御指示を送るコンピュー
タ３８とを含んで構成されている。

【００３２】光ジャイロセンサパッケージ２０は、掘削
機１０の鉛直軸回りの絶対的および相対的なねじれ角を
検出するためのものである。この光ジャイロセンサパッ
ケージ２０のセンサ出力は、回転計測ケーブル４０を介
してデータレコーダ３６に入力され、一旦記憶された後
コンピュータ３８に入力され、コンピュータ３８によっ
て所定の演算を行うことにより掘削機１０の絶対的およ
び相対的なねじれ角の計算が行われる。なお、この光ジ
ャイロセンサパッケージ２０の詳細構成および動作につ
いては後述する。

【００３３】傾斜計２２は、掘削機１０全体の傾き角を
検出するためのものである。この傾斜計２２の出力は傾
斜計測ケーブル４２を介してデータレコーダ３６に入力
されて記憶される。

【００３４】位置計測センサとして機能するケーブル２
４，位置検出器２６，ＸＹスライドテーブル２８および
変位計３０は、水平面（ＸＹ平面）方向における掘削機
１０の位置を検出するためのものである。位置計測セン
サ用ケーブル２４の傾斜状態を位置検出器２６が検出
し、この傾斜方向が鉛直方向になるようにＸＹスライド
テーブル２８を移動させる。そして、このＸ方向および
Ｙ方向の移動量を変位計３０により測定することによ
り、掘削機１０の水平方向の変位が求まる。

【００３５】また、ロータリエンコーダ３２および深度
計３４は、掘削機１０の深度（Ｚ軸方向の位置）を求め
るためのものである。ケーブル２４を滑車を通して巻き
取る際にこの滑車の回転をロータリエンコーダ３２によ
って検出し、深度計３４によってこの回転数に基づいて
深度を算出することにより掘削機１０の深度を測定す
る。

【００３６】上述した変位計３０および深度計３４の各
出力は、ともにデータレコーダ３６に入力されて一旦記
憶され、その後コンピュータ３８に入力される。

【００３７】本実施例の掘削システムはこのような構成
を有しており、各種のデータの入力あるいは演算が行わ
れるコンピュータ３８は、掘削機１０が目標としている
軌道を逸れた場合には、その旨を図示しないディスプレ
イに表示、あるいは掘削機操作盤１４の警報ブザーを鳴
らす等の処理を行う。

【００３８】図２には、前記光センサパッケージ２０の
内部の具体的な構成が示され、図３にはその回路構成が
示されている。

【００３９】前記光センサパッケージ２０は、その内部
に基台４４、ヨーレートセンサ４８および光ファイバジ
ャイロコンパス４６等が設けられている。そして、この
パッケージ２０は、耐水性容器として形成され、図１に
示すように掘削機１０の上面に固定されている。

【００４０】図９に示すよう、前記光ファイバジャイロ
コンパス４６は、掘削機１０の鉛直軸３００の回りの絶
対方位を検出し、前記ヨーレートセンサ４８は、掘削機
１０の鉛直軸３００回りの相対方位を検出するよう形成
されている。従って、あらかじめ光ファイバジャイロコ
ンパス４６で、掘削機１０の絶対方位を検出しておき、
その後ヨーレートセンサ４８で、この絶対方位を基準と
した相対方位を検出することにより、掘削機１０の鉛直
軸回りのねじれ角を測定することができる。

【００４１】特に、前記光ファイバジャイロコンパス４
６は、その構造上、掘削機１０を静止した状態でなけれ
ばその絶対方位を測定できないが、本発明によれば、こ
の光ファイバジャイロコンパス４６に、掘削機１０が動
作中でもその相対方向を検出できるヨーレートセンサ４
８を組み合わせることにより、掘削機１０の掘削動作中
においても、その鉛直軸回りのねじれ角を連続測定する
ことが可能となる。

【００４２】以下にその構成を詳細に説明する。

【００４３】実施例において、前記基台４４は、掘削機
１０に一体的に取り付け固定されている。

【００４４】そして、前記光ファイバジャイロコンパス
４６は、この基台４４上に矢印２００で示す水平方向に
回転自在に取り付け固定されている。ここにおいて、こ
の光ファイバジャイロコンパス４６は、基台４４上に矢
印２００に示す水平方向に回動自在に取り付け固定され
たターンテーブル５２と、このターンテーブル５２を図
中に矢印２００に示す方向へ回転駆動する回転用パルス
モータ５０と、このターンテーブル５２上に図中に矢印
２１０で示す垂直方向へ傾動自在に取り付け固定された
固定台５４と、この固定台５４上に一体的に固定された
光ファイバジャイロ５８と、この固定台５４上に取り付
けられこの傾き角を検出する傾斜角センサ６０と、この
傾斜角センサ６０の検出傾斜角が０となるよう固定台５
４を図中に矢印２１０に示す方向に傾動制御する垂直用
パルスモータ５６とを含むよう構成されている。

【００４５】そして、この光ファイバジャイロコンパス
４６は、パルスモータ５０を用い、ターンテーブル５２
を回転駆動する際、前記光ファイバジャイロ５８から出
力される回転角速度信号に基づき、真北方向を絶対方位
として検出し、この真北方向に対する掘削機１０の向き
を基準方位として設定する。この光ファイバジャイロコ
ンパス４６による絶対方位の測定は、掘削機１０による
掘削作業を停止して、掘削機１０が止まっている時、例
えば掘削作業開始に先だって、あるいは休息時に行う。

【００４６】また、前記ヨーレートセンサ４８は、光フ
ァイバジャイロを用いて構成され、基台４４上に取り付
け固定されている。このヨーレートセンサ４８を構成す
る光ファイバジャイロは、基台４４、すなわち掘削機１
０の鉛直軸回りの回転角速度の検出を行う。この回転角
速度の検出は、前記した真北方向の検出を行う場合のよ
うに、掘削機１０を停止させる必要がないため、掘削機
１０の運転中においても連続的にその測定を行うことが
できる。

【００４７】次に、前記光ファイバジャイロ５８および
ヨーレートセンサ４８の具体的な構成を説明する。これ
ら光ファイバジャイロ５８、ヨーレートセンサ４８は、
図４に示す同一の構成の光ファイバジャイロ１００を用
いて構成されている。

【００４８】この光ファイバジャイロ１００は、光ファ
イバー１１２をループ状に巻き回して形成されたセンシ
ングループ部１１０と位相変調器１１４と、偏光子１１
６と、光カプラ１１８、１２２と、光源１２０と、光検
出器１２４とを含んで構成されている。

【００４９】光ファイバー１１２は、長尺の光ファイバ
ー（例えば１ｋｍ）を比較的小径（例えば２．５ｃｍ）
に巻いてセンシングループ部１１０を形成することによ
り、検出感度の向上を図っている。

【００５０】このように構成された光ファイバジャイロ
１００では、光源１２０から出力される光を、ループ状
の光路を構成するセンシングループ部１１０に伝搬させ
ると、この光路自体が回転した際に、右回りの光と左回
りの光との間には伝搬時間差が生じるというサニャク効
果を利用し、回転角速度を検出することができる。この
ような光ファイバジャイロとしては、光干渉型光ファイ
バジャイロや受動型リング共振方式光ファイバジャイロ
など各種のものが知られており、いずれの方式のものを
用いてもよい。このような光ファイバジャイロは、一般
的に機械式ジャイロに比べて可動部分がないため加速度
や振動に強いという利点を有しており、掘削機１０の振
動に対しても壊れにくいという効果がある。なお、実施
例では光干渉型光ファイバジャイロを例にとって説明し
ている。

【００５１】そして、例えば光源１２０を半導体レーザ
ダイオードなどによって構成し、この光源１２０から照
射された所定周波数のレーザ光を、カプラ１１８、偏光
子、１１６、カプラ１２２を介して前記センシングルー
プ部１１０に時計回り、反時計回りの光としてそれぞれ
入力する。このように入力された光は、位相変調器１１
４で変調され、偏光子１１６で偏光され、光検出器１２
４で検出される。このようにして光検出器１２４で検出
された２つの光の干渉状態を測定することにより、セン
シングループ部１１０の回転角速度を算出することがで
きる。

【００５２】図５には、前記光ファイバジャイロ１００
の動作原理が概略的に示されている。この光ファイバジ
ャイロ１００は、前記したようにセンシングループ部１
１０のセンシングループ面１１０ａの回転角速度のみを
検出する。従って、センシングループ面１１０ａに対
し、θ傾斜した方向に回転角速度Ωが生じているとき、
このセンシングループ部１１０が感知する角速度ωθ
は、 ωθ＝Ω・ｃｏｓθ となる。

【００５３】なお、実施例の光ファイバジャイロ５８
は、図４に示すように構成された光ファイバジャイロ１
００のセンシングループ面１１０ａが、地面に対し、垂
直となるように取り付け固定されている。すなわち、光
ファイバジャイロコンパス４６では、傾斜角センサ６０
の検出する傾き角が０となったときに、光ファイバジャ
イロ５８のセンシングループ面１１２が垂直となるよう
に設定されている。

【００５４】

【００５５】図６、図７には、前記光ファイバジャイロ
コンパス４６による絶対方位測定原理が示されている。

【００５６】まず、図６に示すように、光ファイバジャ
イロ１００のセンシングループ面１１０ａを、地面に対
し垂直に設定する。そして、ターンテーブル５２を回転
させてセンシングループ面１１０ａを複数方位に向け、
地球の自転角速度を検出する。図７には、このとき光フ
ァイバジャイロ１００から出力される検出信号が示され
ている。同図に示すように、センシングループ面１１０
ａが真北または真南に向いたときに、この出力が０とな
る。このようにして、真北または真南方向を絶対方位と
して検出することができる。

【００５７】実施例の光ファイバジャイロコンパス４６
は、このような原理を利用して、ターンテーブル５２を
回転させながら、真北方向を絶対方位として検出し、こ
の真北方向を基に現在掘削機１０の向いている方向を基
準方位として検出するように構成されている。

【００５８】図３には、実施例のローリング測定システ
ムの回路構成が示されている。

【００５９】実施例のセンサパッケージ２０は、耐水圧
容器として形成されており、溝内に安定液が充填されて
いる場合でも、内部に液が浸入しないように構成されて
いる。

【００６０】そして、センサパッケージ２０は、Ｉ／Ｏ
インターフェース６２、防水コネクタ６４を介して外部
のデータレコーダ３６、コンピュータ３８などに接続さ
れるように構成されている。

【００６１】実施例において、前記コンピュータ３８
は、コンパス制御部７０およびローリング演算手段７２
として機能するように構成されている。

【００６２】前記コンパス制御部７０は、ケーブル４０
を介してセンサパッケージ２０内部のモータアクチュエ
ータ６６、６８に向け制御信号を出力し、各パルスモー
タ５０、５６を制御するように構成されている。

【００６３】前記ローリング演算手段７２は、データレ
コーダ３６を介して入力されるヨーレートセンサ４８、
光ファイバジャイロ５８の検出信号に基づき、掘削機１
０のローリング状態、すなわち掘削機１０の鉛直軸回り
のねじれ角を検出するように構成されている。

【００６４】具体的には、このローリング演算手段７２
は、前記光ファイバジャイロ５８の検出信号に基づき掘
削機１０の絶対方位を演算する絶対方位演算手段、前記
ヨーレートセンサ４８の検出信号に基づき掘削機１０の
相対方位を演算する相対方位演算手段、および前記絶対
方位および相対方位に基づき掘削機１０の鉛直軸回りの
ねじれ角を演算するねじれ角演算手段として機能するよ
うに構成されている。図８には、実施例のローリング測
定システムの動作フローチャートが示されている。

【００６５】まず、掘削機１０が停止した状態におい
て、コンピュータ３８のコンパス制御部７０から回転計
測ケーブル４０を介して光ジャイロセンサパッケージ２
０内の光ファイバジャイロコンパス４６に対し制御指令
を出力し、掘削機１０の絶対方位測定を行う（ステップ
Ｓ１）。

【００６６】具体的には、コンパス制御部７０からの制
御指令に基づき、モータアクチュエータ６８が鉛直用パ
ルスモータ５６を駆動し、光ファイバジャイロ５８のセ
ンシングループ面を垂直に制御する。コンパス制御部７
０は、傾斜角センサ６０の出力を監視しており、光ファ
イバジャイロ５８のセンシングループ面が垂直になった
とき垂直用パルスモータ５０の回転を停止させる。

【００６７】このようにして、光ファイバジャイロ５８
のセンシングループ面を垂直に保った状態で、次にコン
パス制御部７０は、モータアクチュエータ６６へ向け制
御指令を出力し、回転用パルスモータ５０を一定の間隔
で不連続に回転駆動させる。実施例においては、ターン
テーブル５２が３６度間隔で一方向に不連続に回転駆動
され、３６度回転する毎に、回転が停止制御される。

【００６８】このようにして、一周（３６０度）につい
て測定された光ファイバジャイロ５８の検出信号は、デ
ータレコーダ３６を介しローリング演算手段７２へ入力
され、このローリング演算手段７２は、入力された検出
信号に基づき真北方向を検出する。

【００６９】すなわち、光ファイバジャイロ５８のセン
シングループ面が真北を向いている場合には、地球の自
転方向とこのセンシングループ面とが直角に交わるた
め、図５に示すθは９０度となり、前記図７に示す角速
度も０となる。このため、ローリング演算手段７２は、
光ファイバジャイロ５８から入力される検出信号が
『０』となる方向を演算で求めることにより、真北方向
を検出することができる。

【００７０】このように、真北の方向がわかれば、掘削
機１０の現時点のねじれ状態が正確にわかるため、ロー
リング演算手段７２は、真北方向からの現在のねじれ位
置を表す回転角θ₀ を基準方位として求める。

【００７１】このようにして、基準方位の測定が終了す
ると、次に掘削機１０による実際の掘削作業が開始され
る（ステップＳ２）。

【００７２】この掘削機１０による掘削作業と平行し
て、ローリング演算手段７２は、ヨーレートセンサ４８
から出力される検出信号に基づき、掘削機１０の相対方
位の測定を行う（ステップＳ３）。

【００７３】すなわち、ヨーレートセンサ４８を構成す
る光ファイバジャイロのセンシングループ面が、掘削機
１０を懸架するワイヤと垂直となるように、ヨーレート
センサ４８が設置された場合、掘削機１０が掘削作業中
にこのワイヤ回りに回転すると、このときヨーレートセ
ンサ４８からはその回転角速度を表す検出信号が出力さ
れる。ローリング演算手段７２は、このようにして入力
される検出信号に基づき、前記基準方位に対するねじれ
角θ₁ を演算する。具体的には、ヨーレートセンサ４８
から出力される回転角速度を積分することにより、相対
方位を表すねじれ角θ₁ を演算することができる。

【００７４】そして、ローリング演算手段７２は、この
ようにして求めた基準方位θ₀ と、相対方位θ₁ とを加
減算することにより、真北方向を基準とした掘削機１０
の鉛直軸回り（掘削機１０を懸架するワイヤ回り）のね
じれ角θを演算する（ステップＳ４）。

【００７５】こうして求められたねじれ角θは、ローリ
ング演算手段７２から掘削機制御盤１４に送られて制御
に反映され、所定の姿勢制御が自動的に行われる（ステ
ップＳ５）。なお、この演算結果はコンピュータ３８に
接続されたディスプレイ７４上に表示するだけでもよ
く、この場合は、この表示を見た作業員などが掘削機操
作盤１４を操作し、掘削機１０の掘削状態を制御する。

【００７６】このようにして掘削動作と並行してねじれ
角の演算が行われる。掘削を継続する場合には（ステッ
プＳ６）、ステップＳ２〜Ｓ５の処理が繰り返される。

【００７７】また、一連の掘削が終了し（ステップＳ
６）、次の溝の掘削の準備をしている場合には、この準
備時間を利用し、次の掘削用にステップＳ１の絶対方位
測定を行えばよい。

【００７８】このように、本実施例の光ジャイロセンサ
パッケージ２０を用いたローリング測定装置によれば、
掘削機１０が停止しているときに光ファイバジャイロコ
ンパス４６によって掘削機１０の絶対方位を測定すると
ともに、この掘削機１０を用いた掘削作業中はヨーレー
トセンサ４８によって掘削機１０の回転角速度を測定し
ており、これらの絶対方位および回転角速度に基づいて
パソコン３８によって現時点における掘削機１０のねじ
れ角を演算している。

【００７９】したがって、掘削機１０の掘削作業中にも
常に掘削機１０のねじれ状態（ローリング状態）を連続
的にリアルタイムで監視することができ、しかもローリ
ング状態を監視するために従来のように掘削作業を中断
する必要がないため、作業効率を低下させることもな
い。

【００８０】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【００８１】例えば、上述した光ジャイロセンサパッケ
ージ２０は、光ファイバジャイロコンパス４６とヨーレ
ートセンサ４８を別々に備えるようにしたが、ヨーレー
トセンサ４８の動作を光ファイバジャイロコンパス４６
に行わせてヨーレートセンサ４８を省略するようにして
もよい。すなわち、掘削作業を停止しているときは光フ
ァイバジャイロコンパス４６のみが使用され、掘削作業
中はヨーレートセンサ４８のみが使用されている。しか
も、ヨーレートセンサ４８は実質的には光ファイバジャ
イロコンパス４６内の光ファイバジャイロ５８と同じ構
成を有している。このため、ヨーレートセンサ４８の動
作を光ファイバジャイロコンパス４６に行わせることが
できる。

【００８２】また、上述した実施例では、大深度連続地
中壁の掘削を行う掘削機１０のローリング状態を監視す
る場合を例にとり説明したが、本発明は他の種類の溝孔
を掘削する掘削機のローリング状態を監視する場合にも
適用することができる。

【００８３】例えば、場所打ち杭工法に使用される掘削
機に本実施例の光ジャイロセンサパッケージ２０を取付
ける場合や、竪型掘削シールド工法に使用される掘削機
に本実施例の光ジャイロセンサパッケージ２０を取り付
ける場合等が考えられる。いずれの場合も、溝孔を掘削
する掘削機のローリング状態を作業を中断することなく
連続的に測定することができる。

【００８４】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、被測定
物が停止しているときに光ファイバジャイロコンパスに
よって検出する絶対方位と、被測定物が動いているとき
に第１の光ファイバジャイロによって検出する回転角速
度とに基づいて被測定物のねじれ角を演算することがで
き、これにより、被測定物の動作中にも、そのローリン
グを連続的に監視することができるという効果がある。
特に、本発明によれば、他の作業効率の低下をまねくこ
となくローリング状態の測定を行うことができる。

【００８５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施例の掘削システムの全
体構成を示す図である。

【図２】光ジャイロセンサパッケージの詳細な構成を示
す図である。

【図３】実施例のシステムの回路構成を示すブロック図
である。

【図４】干渉型の光ファイバジャイロの構成の一例を示
す図である。

【図５】実施例の光ファイバジャイロの角速度検出原理
の説明図である。

【図６】光ファイバジャイロの絶対方位検出原理の説明
図である。

【図７】図６に示すセンシングループ部から出力される
検出信号の説明図である。

【図８】実施例の装置のローリング測定動作を示すフロ
ーチャート図である。

【図９】削作動した中の削作機の姿勢を表す説明図であ
り、同図（Ａ）はその正面図，同図（Ｂ）はその側面
図，同図（Ｃ）はその平面図である。

【符号の説明】

１０ 掘削機 ２０ 光ジャイロセンサパッケージ ３６ データレコーダ ３８ コンピュータ ４４ 基台 ４６ 光ファイバジャイロコンパス ５０ 回転用パルスモータ ５２ ターンテーブル ５４ 固定台 ５６ 垂直用パルスモータ ５８ 光ファイバジャイロ ６０ 傾斜角センサ ７０ コンパス制御手段 ７２ ローリング演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−258020（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124409（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−127907（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−164563（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−164560（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 19/00 - 19/72

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の鉛直軸回りの絶対方位を検出
   する光ファイバジャイロコンパスと、 前記被測定物の回転角速度を検出する第１の光ファイバ
   ジャイロと、 前記被測定物の鉛直軸回りのねじれ角を演算するローリ
   ング演算手段と、 を備え、 前記光ファイバジャイロコンパスは、 第２の光ファイバジャイロと、 前記第２の光ファイバジャイロを回転させるターンテー
   ブルと、 を有し、 前記ローリング演算手段は、 前記ターンテーブルを回転させたときに得られる前記第
   ２の光ファイバジャイロの出力に基づいて、被測定物に
   対する絶対方位の演算を行う絶対方位演算手段と、 前記第１の光ファイバジャイロの検出する回転角速度に
   基づき、被測定物の相対方位を検出する相対方位演算手
   段と、 前記絶対方位及び相対方位に基づき、被測定物の鉛直軸
   回りのねじれ角を演算するねじれ角演算手段と、 を含み、被測定物のローリングを測定することを特徴と
   するローリング測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記第１及び第２の光ファイバジャイロは、 光ファイバをループ状に形成したセンシングループ部を
   有し、このセンシングループ部の回転角速度を検出する
   よう形成され、 前記ターンテーブルは、 第２の光ファイバジャイロのセンシングループ面を地面
   に対してほぼ垂直に保ちながら回転させるよう形成され
   たことを特徴とするローリング測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１〜２のいずれかにおいて、 前記第１及び第２の光ファイバジャイロは、 同一の光ファイバジャイロとして形成されたことを特徴
   とするローリング測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、 前記絶対方位演算手段は、 前記被測定物に対する真北または真南からの角度を絶対
   方位として検出し、この絶対方位に対する被測定物の向
   きを基準方位として演算するよう形成され、 前記相対方位演算手段は、 前記基準方位からの回転角を、被測定物の相対方位とし
   て演算するよう形成されたことを特徴とするローリング
   測定装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、 前記絶対方位演算手段は、 前記被測定物の動きを停止させた状態で前記ターンテー
   ブルを回転させたときに得られる前記第２の光ファイバ
   ジャイロの出力に基づいて、被測定物に対する絶対方位
   の演算を行うことを特徴とするローリング測定装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、 前記光ファイバジャイロコンパスと前記第１の光ファイ
   バジャイロは、 連続地中壁掘削用の掘削機に設置されており、前記掘削
   機のねじれ角を測定することを特徴とするローリング測
   定装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれかにおいて、 前記光ファイバジャイロコンパスと前記第１の光ファイ
   バジャイロは、 場所打ち杭工法などに用いられる地中掘削機に設置され
   ており、前記地中掘削機のねじれ角を測定することを特
   徴とするローリング測定装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜５のいずれかにおいて、 前記光ファイバジャイロコンパスと前記第１の光ファイ
   バジャイロは、 竪型掘削シールド工法に用いられる掘削機に設置されて
   おり、前記掘削機のねじれ角を測定することを特徴とす
   るローリング測定装置。