JPH01107106A - 姿勢検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザートランシットとレーザー光の位置を
検出する姿勢検出器とを備え、トンネル掘削用地下建設
機械の姿勢を検出する装置に関する。

〔従来の技術〕

発進立坑側に配置したレーザートランシットよりレーザ
ー光をトンネル掘削機の掘削計画線に沿って投射し、そ
のレーザー光をトンネル掘削機に配置した姿勢検出器で
受光して、掘削計画線に対するずれ量、つまり姿勢を検
出する装置が知られている。

また、前記のレーザー光の光路の途中にレーザー光偏光
器を設けて姿勢検出器の受光器の中心にレーザー光が当
るようにレーザー光を制御し、レーザー光偏向器の移動
量と受光位置から掘削計画線のずれを求めるようにした
装置が知られている。

〔発明が解決しようとするｌＥａ点〕

点者前者置であると曲線掘削を行なう場合に掘削計画線
からのずれを求めることはできないので、測量と計算か
ら掘削計画線のずれを求めて操作量を決定せねばならず
工数が多くかかってしまう。

後者の装置であると曲線掘削を行なう場合に掘削計画線
からのずれを求めることができるが、次のような問題が
ある。

■レーザー光偏光器をレーザートランシットからのレー
ザー光を受光でき、かつ光軸とずれないように設置する
必要があるので、調整と設置が大変面倒となる。

■堀削するトンネル径が小さいと作業の邪魔になり、設
置できない場合がある。

■レーザー光偏光器と受光器の２系統“の伝送信号があ
るので、配線が複雑となる。

■レーザートランシットとレーザー光偏光器の設置しで
ある地盤が異なるので地盤の変動により誤差が生じる。

■掘削距離は自動計測できないので人為的に計Ｄｊする
必要がある。

■掘削計画線に対する位置を検出できるが姿勢を検出で
きない。

そこで本発明は、上記各問題点を解決して掘削計画線か
らのずれを精度良く表示して曲線掘削を容易にできるよ
うにした姿勢検出装置を提供すること、を目的とする。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕レーザートラ
ンシットを上下方向、左右方向、左右揺動方向、上下揺
動方向に移動自在とし、レーザートランシットと姿勢検
出器の距離を計測する光波距離計と、レーザートランシ
ットの変位、光波距離計からの距離、姿勢検出器からの
トンネル掘削機の姿勢とより掘削計画線からのずれを演
算するコントローラと、コントローラで演算したずれを
表示する表示器とを設けて、曲線掘削の場合でもずれを
精度良く表示して曲線掘削を容易にできるようにしたも
のである。

〔実　施　例〕

第１図は全体説明図であり、トンネル掘削機Ａには姿勢
検出器１と距Ｍ測定用反射板２とが設けられ、発進立坑
Ｂ側には光波距離計３とレーザートランシット４が設け
である。

すなわち、三脚５に上下方向（２方向）移動用の第１ス
テツピングモータ６を介して基台７が上下動自在に取付
けられ、この基台７にテーブル８が左右方向（Ｘ方向）
移動用の第２ステツピングモータ９で左右移動自在に取
付けであると共に、このテーブル８に前記光波距離計３
とレーザートランシット４が左右方向揺動用（ヨーイン
グ方向）の第３ステツピングモータ１０、上下方向揺動
用（ピッチング方向）の第４ステツピングモータ１１に
より左右方向及び上下方向に揺動自在に取付けである。

前記姿勢検出器１はＰＳＤなどのレーザー光受光位置に
応じてＸ−Ｙ方向の電圧を出力する第１、第２受光器１
ａ、ｌｂを備え、その信号は操作盤１２のコントローラ
１３に送られると共に、操作盤１２は表示器（ＣＲＴ）
１４を備えている。

第２図に示すように、第１・第２受光器１ａ。

１ｂの信号は入力回路１５、送信回路１６を経てコント
ローラ１３の第１受信器１７に入力され、光波距離計３
よりの信号は第２受信器１８に入力され、第１、第２受
信器１７．１８より中央演算回路（ＣＰＵ）１９に入力
されて後述する演算動作を行なって第１〜第４ドライバ
２０゜２１．２２．２３にステッピングモータの駆動信
号を出力するようにしである。２４はＲＯＭ。

２５はＲＡＭ、２６はＣＲＴドライバである。

前記姿勢検出器１は第３図に示すように、第１、第２受
光器１ａ、ｌｂを距離Ｌ１だけ隔てて備え、レーザート
ランシット４からのレーザー光Ｃが第１・第２受光器１
ａ、ｌｂに当る位置ａ１、ａ２に応じた信号をコントロ
ーラ１３に出力し、その信号に基づいてレーザー光Ｃと
中心線（トンネル掘削機中心線）Ｄとのずれ角度θ２を
演算するようにしである。

次に第４図に示す掘削状態に示すように曲線となった掘
削計画線Ｅに沿ってトンネル掘削機Ａを掘削させる曲線
掘削について説明する。

■姿勢検出器１の第１受光器１ａの中心Ｍ。

にレーザー光Ｃが当るように、第１受光器１ａよりの信
号に基づいて各ステッピングモータに駆動信号を出力し
てレーザートランシット４を各方向に移動する。このレ
ーザーレーザートランシット４の移動位置をＴ（ｘｏ、
Ｖｏｓθ。）とする。ＸＯａＸ軸方向位置、ｙｏ　−Ｙ
軸方向位置、θｏ−Ｘ軸となす角度。

■光波距離計３によりレーザートランット４から姿勢検
出器１までの距離ｇ１を計測する。

■下記の（１）式より前記Ｍ３の座標を計算する。

Ｍ３　　（ＸＭ３　、ＹＭ、） ■前記第３図に示す姿勢検出器１の入射レーザ光位置よ
りレーザー光Ｃと中心線りとのずれ角度θ０を（２）式
より計算する。

■下記の（３）式よりトンネル掘削機Ａの先端部中心Ｍ
１の座標を算出する。

・・・　（３） Ｍｌ　（ＸＭｌ　、ＹＭ、） ■掘削計画線ＥとＭ１位置のずれＸＭｌを求める。

まず、掘削計画線Ｅを点Ｐ　（Ｘｐ、Ｙｐ）を中心とす
る半径Ｐ１の円周上にあるものとする。　゛この掘削計
画線ＥとＭ１位置とのずれを、前記点ＰとＭ１位置を結
ぶ直線ＰＭ、と掘削計画線Ｅの交点Ｑと前記Ｍ１位置と
の距離とすれば（４）式で計算される。

ｘＭ’　””　　　（Ｘ４−ＸＰ）２＋　（ＹＭｌ−Ｙ
ｐ）２＋＋　（４）■トンネル掘削機姿勢と掘削計画線
Ｅとのずれを求める。

トンネル掘削機姿勢と掘削計画線ＥとのずれをＱ点にお
いて引いた接線ことトンネル掘削機中心りのなす角度θ
、とする。

そして、点Ｑの接線ことＸ軸のなす角θ３を（５）式で
計算する。

・・・（５） つぎに前記角θ１を（ｂ）式で計算する。

θ、−（θ。＋θ２）−０３・・・（６）以上の様にし
て、掘削計画線ＥとＭ１位置のずれＸＭｌ及び掘削計画
線Ｅとトンネル掘削機姿勢のずれθ、を演算した後に、
表示器１４に表示する。以上が左右方向の計算である。

上下方向も同様にして計算できる。

表示器１４の表示としては第５図に示すように、左右方
向及び上下方向のずれを図形表示すると共に、ずれ量を
数値表示し、さらにヨーイングとピッチングを数値表示
する。

〔発明の効果〕

掘削計画線の曲がりに応じてトンネル掘削機が曲進して
も、それに追従してレーザートランシット４を変位でき
ると共に、掘削計画線に対するトンネル掘削機のずれ量
をコントローラ１３で演算して表示器１４に表示できる
。

したがって、曲線掘削を行なう場合でも掘削計画線から
のずれを精度良く表示して曲線掘削を容易に行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体説明図、第
２図は制御部ブロック説明図、第３図は姿勢検出器の説
明図、第４図は曲線掘削状態の線図的説明図、第５図は
表示動作の説明図である。 １は姿勢検出器、３は光波距離計、４はレーザートラン
シット、１３はコントローラ、１４は表示器。 出願人　　株式会社　小　松　製　作　所代理人　　弁
理士　　米　原　正　章

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザートランシット４からのレーザー光を姿勢検出器
   １で受光することによりトンネル掘削機の姿勢を検出す
   る装置において、レーザートランシット４を上下方向、
   左右方向、左右揺動方向、上下揺動方向に移動自在とす
   ると共にレーザートランシット４と姿勢検知器１との距
   離を計測する光波距離計３、レーザートランシット４の
   変位と光波距離計３からの距離と姿勢検出器１からのト
   ンネル掘削機姿勢信号とより掘削計画線からのずれを計
   算するコントローラ１３、該コントローラ１３で演算し
   たずれを表示する表示器１４を設けたことを特徴とする
   姿勢検出装置。