JP4029953B2 - 自由断面掘削機に於ける過掘り防止装置の精度確認方法 - Google Patents

Description

【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過掘り防止装置の精度確認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過掘り防止装置の精度確認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し、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。また、掘削現場の天井中央部及び左右両側部に夫々レーザ光の発光器を設置し、この発光器から切羽面に向けてレーザ光を発射し、各レーザ光により掘削出来形を測量している。
【０００５】
ここで、前記自由断面掘削機は、掘削現場付近にて機体を組み立てた後に、自動追尾計測装置やＮＣ制御装置の初期設定を行い、過掘り防止装置の精度を確認する必要がある。従来、過掘り防止装置の精度を確認するには、機体本体を水平に設置し、トータルステーション等の三次元測定器を使用して本体外部より切削ドラムの先端部を視準し、掘削ブームを動かして切削ドラムの実際の基準点の座標を求める。また、ＮＣ制御装置を作動させて切削ドラムの基準点の座標をコンピュータにより算出し、ＮＣ表示値として表示させる。そして、前述の三次元測定器による実測値とＮＣ表示値とを比較して過掘り防止装置の精度を確認している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の過掘り防止装置の精度確認方法は、システム組込み時の初期設定であれば、平坦な敷地と広さのある場所を確保して実施することができる。しかし、一旦現場で自由断面掘削機が稼働された後は、手間が掛かりすぎて随時過掘り防止装置の精度を確認することは容易でない。従って、トンネル施工中に異常出来形が発生した場合には、その原因を追求することが極めて困難となる。
【０００７】
そこで、自由断面掘削機の組立時並びに随時に過掘り防止装置の精度を簡単に確認できるようにする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。
【０００８】
【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るとともに、前記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、各検出値及び掘削ブームの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自由断面掘削機であって、更に、掘削現場の天井中央部及び左右両側部に夫々レーザ光の発光器を設置して、この発光器から切羽面に向けて平行にレーザ光を発射し、各レーザ光により掘削出来形を測量して過掘りを防止するようにした自由断面掘削機に於いて、予めトンネル幅員の中心線に対する前記レーザ光の２次元座標を求めておき、掘削ブームの先端部近傍に受光器を装着し、掘削ブームを俯仰若しくは旋回させて該受光器が前記レーザ光を受光する位置で停止し、ＮＣ制御装置から演算した該受光器の座標と、前記レーザ光の座標とを対照する自由断面掘削機に於ける過掘り防止装置の精度確認方法を提供するものである。
【０００９】
【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乃至図４に於いて符号１０は自由断面掘削機を示し、掘削機本体１１の下部に左右のクローラ１２ａ，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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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３０ａ，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，３０ｂとの距離を測定する。
【００１４】
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ＮＣ制御装置により演算される。
【００１５】
更に、トンネル３１の天井中央部及び左右両側部には夫々レーザ光の発光器３２ａ，３２ｂ，３２ｃが設置されている。天井中央部の発光器３２ａはトンネル幅員の中心線Ｌc の鉛直上方に設けられている。トンネル幅員の中心線Ｌc はトンネル３１の左右幅の中心を表し、説明の都合上、トンネル床面にあるものとする。また、トンネル３１の切羽面に向かって、右側部にレーザ光の発光器３２ｂを設置し、左側部にレーザ光の発光器３２ｃを設置する。
【００１６】
そして、各発光器３２ａ乃至３２ｃから切羽面に向けて、トンネル幅員の中心線Ｌc と平行にレーザ光を発射する。尚、各レーザ光について、予めトンネル床面からの高さと左右方向の距離を測定し、前記トンネル幅員の中心線Ｌc に対する各レーザ光の２次元座標を求めておく。従って、該レーザ光にて切羽面を照射すれば、掘削等の出来形管理及び路線の測量管理を行うことができる。
【００１７】
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。更に、機体を組み立てた後に、前記自動追尾計測装置及びＮＣ制御装置の初期設定を行い、過掘り防止装置の精度を確認する必要がある。
【００１８】
次に、自由断面掘削機１０に於ける過掘り防止装置の精度確認方法について説明する。前記掘削ブーム１４の先端部近傍にバンド３５が装着されており、該バンド３５は掘削ブーム１４の外周面に沿って湾曲し、掘削ブーム１４の中心軸線Ｇに対して鉛直上方と水平左右方向にアーム３６ａ，３６ｂ，３６ｃが突設されている。夫々のアーム３６ａ乃至３６ｃの先端部に受光器３７ａ，３７ｂ，３７ｃが取り付けられ、該受光器３７ａ乃至３７ｃはコントローラ（図示せず）に接続され、前記発光器３２ａ乃至３２ｃから発射されたレーザ光を受光したときは、コントローラに信号を送ってレーザ光の受光を表示する。また、切削ドラム１５の基準点と各受光器３７ａ乃至３７ｃとの相対位置も予め求めておく。
【００１９】
而して、図示したように、掘削機本体１１をトンネル幅員の中心線Ｌc 上に設置し、旋回部１３を直進方向へ向けて初期状態にセットする。この初期状態から、ブームシリンダ１６を伸長して掘削ブーム１４を上方へ回動する。そして、図１の二点鎖線で示すように、中央の受光器３７ａが前記中央部の発光器３２ａから発射されたレーザ光を受光する位置で掘削ブーム１４を停止する。このとき、中央の受光器３７ａは発光器３２ａのレーザ光の２次元座標上に位置するので、ＮＣ制御装置が演算する受光器３７ａの座標を表示させて、ＮＣ表示座標とレーザ光の座標とを対照することにより、掘削ブーム１４の俯仰動作に於ける過掘り防止装置の精度を確認できる。
【００２０】
一方、図示は省略するが、前述の初期状態から掘削ブーム１４を右方向へ旋回させ、右側の受光器３７ｂが掘削機本体１１の右側部の発光器３２ｂから発射されたレーザ光を受光する位置で掘削ブーム１４の旋回を停止する。このとき、右側の受光器３７ｂは発光器３２ｂのレーザ光の２次元座標上に位置するので、ＮＣ制御装置が演算する受光器３７ｂの座標を表示させて、ＮＣ表示座標とレーザ光の座標とを対照することにより、掘削ブーム１４の右旋回に於ける過掘り防止装置の精度を確認できる。
【００２１】
これと同様にして、前述の初期状態から掘削ブーム１４を左方向へ旋回させ、左側の受光器３７ｃが掘削機本体１１の左側部の発光器３２ｃから発射されたレーザ光を受光する位置で掘削ブーム１４の旋回を停止する。このとき、左側の受光器３７ｃは発光器３２ｃのレーザ光の２次元座標上に位置するので、ＮＣ制御装置が演算する受光器３７ｃの座標を表示させて、ＮＣ表示座標とレーザ光の座標とを対照することにより、掘削ブーム１４の左旋回に於ける過掘り防止装置の精度を確認できる。
【００２２】
尚、本実施の形態では、掘削ブーム１４の先端部近傍に３つの受光器３７ａ乃至３７ｃを設置しているが、その個数については特に限定すべきではない。例えば、中央の受光器３７ａのみを使用し、掘削ブーム１４を俯仰若しくは旋回させたときに、中央若しくは左右の発光器３２ａ乃至３２ｃから発射されたレーザ光を該受光器３７ａで受光した位置の座標を確認すれば、１つの受光器の設置で過掘り防止装置の精度を確認できる。
【００２３】
而して、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。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は掘削ブームの先端部近傍に受光器を装着し、掘削現場の天井中央部及び左右両側部から切羽面に向けて発射されているレーザ光を利用し、掘削ブームを俯仰若しくは旋回させて前記受光器でレーザ光を受光する。このときＮＣ制御装置が演算した受光器の座標とレーザ光の座標とを対照することにより、過掘り防止装置の誤差を簡単に知ることができる。また、既設されている出来形及び測量管理用のレーザ光を利用するため、システムを安価に構築することができ、システム組込み時の初期設定時だけではなく、毎日の作業開始前に過掘り防止装置の精度を確認して、トンネル施工に於ける異常出来形の発生を未然に防止できる。
【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】切羽面側から見た自由断面掘削機の正面図。
【図３】受光器の装着状態を示す図１のＡ−Ａ断面図。
【図４】自由断面掘削機の斜視図。
【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
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 発光器
３７ａ，３７ｂ，３７ｃ 受光器

Claims (1)

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るとともに、前記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、各検出値及び掘削ブームの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自由断面掘削機であって、更に、掘削現場の天井中央部及び左右両側部に夫々レーザ光の発光器を設置して、この発光器から切羽面に向けて平行にレーザ光を発射し、各レーザ光により掘削出来形を測量して過掘りを防止するようにした自由断面掘削機に於いて、予めトンネル幅員の中心線に対する前記レーザ光の２次元座標を求めておき、掘削ブームの先端部近傍に受光器を装着し、掘削ブームを俯仰若しくは旋回させて該受光器が前記レーザ光を受光する位置で停止し、ＮＣ制御装置から演算した該受光器の座標と、前記レーザ光の座標とを対照することを特徴とする自由断面掘削機に於ける過掘り防止装置の精度確認方法。

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