JPH0243871B2 - Tonnerunainosagyosaikurutaimunosokuteihohonarabinisokuteisochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (3‐1) 産業上の利用分野 本発明はトンネル内で行なわれている各種作業
の作業サイクルタイムを測定し、もつてトンネル
内作業の作業管理、工程管理に資する方法ならび
にその測定に際して使用される測定装置に係り、
詳細にはレーザー光線を放射した場合、そのスポ
ツト円における輝度はその中心を最高点とする正
規分布となる性質があることを利用し、スポツト
径よりもやや小さな通孔とその通孔のまわりに配
置した２対の光電素子を有する受光装置にレーザ
ー光線を照射し、光線の光軸と光電変換素子の中
心点との変位量を算出し、１対のパルスモーター
によつてその変位量を修正し、その修正量を計測
記録することによつてトンネル内のどの位置にど
の作業が行なわれているか、またその作業は何時
開始し何時終了したかを自動的に測定記録するい
わゆる作業サイクルタイムの測定方法ならびにそ
の測定に際して使用される装置に関する。

(3‐2) 従来技術 トンネル工事を施工するに当つては、次に示す
ような理由からその作業サイクルタイムを測定す
ることが必要となる。

トンネル内の狭い作業場所において、多くの
作業が所定の順序に従つて行なわれることが必
要である その作業の中には発破作業とか車両の通過等
のように作業員の待避の必要な危険作業が含ま
れている。

相互に関連を有する作業がトンネル内の広い
範囲にわたつて行なわれているにも拘わらず、
見通しが悪いため全体の作業を監視できる場所
を求めることができない。

その作業の性質上情報の伝達手段が完備して
いるとは云えない。

従来以上述べた必要性から測定員を使用して各
作業の作業サイクルタイムを測定する方法がしば
しば用いられている。しかしながらこの方法は自
明のように多くの人手を要し、また作業サイクル
タイムは作業環境や作業条件が変化すれば変るた
めに、たえず測定を継続することが必要であると
いう欠点がみられた。

また従来トンネル内の各部に騒音計を設置しそ
のノイズレベルを測定記録し、そのノイズレベル
のパターンでどのような作業が行なわれたかを判
断し、作業サイクルタイムを測定しようとする試
みがなされたことがあるが、ノイズレベルのパタ
ーンが必ずしも作業の種類を正確に判断しうるも
のではない等の理由から実用に供せられる段階に
至つてはいない。

(3‐3) 発明の目的 本発明は以上述べた従来のトンネル内の作業サ
イクルタイムの測定方法の欠点を解消し、人手が
不要で経費が廉く、またトンネル内またはトンネ
ル外の適宜の場所で絶えず正確に作業サイクルタ
イムを測定し、それにより、トンネル内作業の作
業管理、工程管理を容易とするようなトンネル内
の作業サイクルタイムの測定法ならびに測定装置
を提供することを目的としている。

(3‐4) 発明の構成・作用 本発明は一方向に照射されたレーザー光線は光
源からの距離に応じて所定の大きさの径（スポツ
ト径という。）を有する円（スポツト円という。）
内に照射され、その輝度はその中心を最高点とす
る正規分布をなしていることに着眼してなされた
ものである。すなわちトンネル内の基準点にレー
ザー光源を置き、トンネル内の１または２以上の
場所にスポツト径よりもやや小さな通孔とその通
孔のまわりの上下左右に配置された２対の光電変
換素子を有する受光装置を設置し、レーザー光線
をこの受光装置に照射し光電変換素子の中心とレ
ーザー光線の光軸との間の変位を変位検出装置と
修正装置によつて修正しその修正量をトンネル内
またはトンネル外の管理室において計測記録する
ことによつて前記目的を達成している。

以下図面に基いて本発明に係るトンネル内の作
業サイクルタイムの測定方法ならびに測定装置の
実施例について説明する。まず最初に本発明の基
礎となる原理の説明をする。レーザー光線は各種
の物質に電磁波を当てた際の誘導放出によつて発
する光であるが、いわゆるコヒーレンス性がきわ
めて強く、指向性が非常に鋭いという特性を有し
ている。すなわちレーザー光源から放射された光
は、自然光に較べて直進する性質が強いが、それ
でも第１図に示すように光源１から極めて微少な
角θを頂角として円錘状に拡がりながら進む。し
たがつて光源１から距離l₁だけ離れた場所におい
てはレーザー光線は直径d₁（スポツト径）を有す
る円上に照射され、距離l₂ではそのスポツト径は
d₂になる。図示のＺ−Ｚはレーザー光線の光軸で
ある。

現在測量等に利用されているHe、Neレーザー
光線は、このスポツト径ｄを持つ円（スポツト
円）内においてはｄの価の如何にかかわらずその
輝度は円の中心すなわち光軸を最高点とした正規
分布となつている。第２図はその状況を示したも
のである。すなわちスポツト円２の中心Ｏを原点
とした座標軸Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙを想定し、軸Ｘ−Ｘ
に沿つてその輝度を測定してみるとイ図またはロ
図の下に示すような正規分布曲線３を得ることが
できる。軸Ｙ−Ｙに沿つたものも、また中心Ｏを
通る任意の直線に沿つたものもこの曲線３と全く
同一のものが得られる。次に太陽電池等の光電変
換素子をこの直線Ｘ−Ｘに沿つて移動させ、その
発生する電圧を測定してみる。通常の光電変換素
子ではその発生する電圧は受光する光の輝度と比
例するので、その測定値からもまた曲線３と同一
の正規分布曲線が得られる。

いまスポツト円２の中に任意の円４を想定し、
この円４とＸ−Ｘ軸との交点に光電変換素子５−
１，５−２を設置してみる。第２図イに示すよう
に円４の中心とスポツト円２の中心Ｏとが一致す
るときは、素子５−１，５−２の発生する電圧を
e₁，e₂とすれば、図示のようにe₁＝e₂である。し
かしながら図ロで示すように、円４の中心O′と
スポツト円の２中心ＯとがＸ−Ｘ軸上でずれてい
るときには、e₁≠e₂であり、その間に電位差Δe
が発生する。この関係はＹ−Ｙ軸についても同様
であり中心ＯとO′とがＹ−Ｙ軸上でずれていれ
ばＹ−Ｙ軸と円４との交点に設置された光電変換
素子５−３，５−４から発生する電圧e₃，e₄の間
には電位差Δe′が発生する。中心O′がスポツト円
２の任意の位置において中心Ｏからずれていれ
ば、電位差ΔeとΔe′とが同時に発生する。この電
位差を利用し、変位検出装置を用い、トンネル内
空変位を測定記録しその測定値、記録値から何時
どのような作業が行なわれたかを判定するのが本
発明の基礎となる原理である。

次に本発明に使用される測定装置の各構成要素
について説明する。第３図においてトンネル内の
基準点にはレーザー光源１が設置されている。こ
の光源はトンネル測量に現在多用されている光源
であつてレーザーの発生装置とトランシツトとを
組み合わせたものをそのまま用いることができ
る。光源を設置すべき基準点はその性質上不動点
（変位を生じない点）であることが必要である。
しかし変位が極めて小さく、またその変位が何等
かの方法で測定することができれば、補正をする
ことによつて基準点とすることができる。レーザ
ー光線の放射方向には１ないし２以上（図示のも
のは４個所）の被測定位置６が設けられ、それぞ
れ受光装置１１等が設置されている。

第４図は受光装置１１等の概略の構成を示した
図である。同図において、受光装置１１はボード
１２の中央部に設けられた通孔１３、通孔の上下
左右に設けられた２対の光電変換素子５−１，５
−２；５−３，５−４、ボード１２に取付けら
れ、左右方向に軸を有する雌ねじ１４Ａ、上下方
向に軸を有する雄ねじ１４Ｂとから成つている。
通孔１３の径はこの被測定位置におけるレーザー
光線のスポツト径よりやや小さく、また２対の光
電変換素子５−１，５−２，５−３，５−４、の
中心点を通過する円１５の直径はスポツト径と同
じかまたはやや小さい程度となつている。円１５
の中心をO′とし、このO′を原点として図上の左
右方向にＸ−Ｘ軸、上下方向にＹ−Ｙ軸を仮定す
る。円１５と通孔１３とは同心円であることが望
ましい。

変位検出装置２１は変位検出部とパルス発生部
とからなつている（いずれも図示していない。）。

修正装置３１は１対のパルスモーター３２、軸
３３とから成つており、一つのパルスモーター３
２Ａの軸３３Ａは軸Ｘ−Ｘと平行に設置されてお
り、かつねじを有しており前記した雌ねじ１４Ａ
と螺合している。また他のパルスモーター３２Ｂ
の軸３３Ｂは軸Ｙ−Ｙと平行に設置されており雌
ねじ１４Ｂと螺合している。

いまレーザー光線によつて形成されるスポツト
円２の中心ＯがＸ−Ｘ線上で図の左方向にずれて
いたとする。当然光電変換素子５−１，５−２か
ら発生する電圧e₁e₂はe₁＞e₂でΔe＝e₁−e₂が生ず
る。変位検出装置２１はこのΔeを検出し、パル
スモーター３２Ａに対してその軸３３Ａの方向か
らみて（図の右方向からみて）時計回りに回転す
るようなパルスを発生する。パルスモーター３２
Ａ，３２Ｂはトンネルの被測定断面の所定位置に
おいて枢止されており、レーザー光線軸に直交す
る面すなわちこの図面の面内においては左右に回
動が自在であるからボード１２は図における左方
向に移動する。パルスΔeが０になるまで発生し
つづけるので、終局的に中心ＯとO′とは一致す
る。ＯがＹ−Ｙ軸線上にずれているときは、パル
スはパルスモーター３２Ｂに作用し、ボード１２
はＹ−Ｙ軸にそつて移動する。中心Ｏが円１５内
の任意の位置にずれているときは、パルスモータ
ー３２Ａ，３２Ｂが同時に作動し終局的に中心Ｏ
とO′とは一致する。変位計４１Ａ，４１Ｂの本
体はパルスモーター３２Ａ，３２Ｂと同様に被測
定断面の所定の位置に固定されており、その計測
端４２Ａ，４２Ｂは受光装置のボード１２に接触
しているために、ボード１２の移動は変位計４１
Ａ，４１Ｂによつて計測される。

この計測された各測定位置における変位計の変
位量（ボードの移動量）はトンネル内またはトン
ネル外の管理室にある記録装置に送られて表示、
記録される。

次に以上説明した各測定装置を用いたトンネル
内の作業サイクルタイムの測定法の概略を手順を
追つて説明する。

(a) トンネル内の基準点に設置されたレーザー光
源からトンネルの進行方向（被測定場所のある
方向）に向つてレーザー光線を放射する。

(b) トンネル内の１または２以上の被測定位置に
設置されている受光装置によつてレーザー光線
を受光する。受光装置は１対のパルスモーター
を介してトンネル内の被測定場所の所定位置に
固定されているから、所定位置に変位を生ずれ
ば受光装置が変位し、受光装置から電気信号が
変位検出装置に送られる。

(c) 変位検出装置によつて変位量検出されそれに
基いてパルスが修正装置のパルスモーターに送
られる。

(d) 修正装置のパルスモーターによつて、受光装
置の光電変換素子の中心とレーザー光線の光軸
とが一致するまで修正が行なわれる。

(e) 変位計によつて修正量が測定される。前記し
たようにレーザー光線の光源は不動点である基
準点に設置されているからレーザー光線の光軸
は不動であり、したがつて変位計によつて測定
された修正量はそのままトンネル内空の所定位
置の変位量となる。

(f) 各測定位置における変位計の測定値はトンネ
ル内またはトンネル外の管理室に集中して送ら
れ、記録装置に表示、記録される。いまたとえ
ばトンネル内で発破作業が行なわれたとすれ
ば、当然各測定位置におけるトンネル内空には
発破による振動が伝わり変位が生じそれが記録
室に表示記録される。管理室にはあらかじめ実
験的に各種の作業が行なわれた際の内空変位の
状況の記録がとつてあり、その状況は各作業に
よつて顕著な特徴があるので、この記録装置の
表示および記録と、実験による記録とを比較す
ることによつて容易にトンネル内の作業の種別
が判定でき、それによつて作業サイクルタイム
の測定ができる。またトンネル内の複数箇所で
測定が行なわれているときは、その作業の行な
われている場所をほぼ正確に推定することも可
能である。

以上説明した実施例においては測定装置は変位
検出装置、修正装置、変位計を具えており、した
がつてトンネル内空に変位を生じたときにはその
都度受光装置の位置を修正し、その修正量を管理
室に報告するようにしているが、トンネル内作業
によつて生ずるトンネル内空の変位は主として一
時的な変位であつて永久的なものは極めて少ない
ため、変位検出装置、修正装置、変位計を省略
し、受光装置光電変換素子からの電気信号直接ま
たはアンプリフアイヤーを経由して管理室に送る
ことも可能であり、このような方法でも前記した
本発明の目的はほぼ達成することができる。

(3‐6) 発明の効果 本発明はレーザー光線、光電変換装置、パルス
モーター等を使用し、受光装置の中心を絶えず修
正し、その修正量を測定記録し、その結果を実験
データと比較することによつて、次に示すような
多くのすぐれた効果を有していることは明らかで
ある。

管理室で自動的にトンネル内の作業サイクル
タイム測定ができる。

人手が不要であるから経費の大巾な節約がで
きる。

最も現状に即した作業サイクルタイムが測定
できるのでそれに基いた有効な作業管理や工程
管理が可能である。

以上要するに本発明はトンネル作業の安全の
確保、作業能率の向上、工費の節約に大きな貢
献をすることは確実である。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザー光線の進行状況を示した図、
第２図は本発明の基礎となる原理を示したもの
で、スポツト円内におけるレーザー光線の輝度の
分布と、スポツト円内に置かれた光電変換素子の
発生する電圧との関係を示しており、イは２個の
光電変換素子の中心とスポツト円の中心とが一致
した場合、ロはそれがずれた場合を示した図、第
３図は本発明に係る測定装置の設置状況を示した
図、第４図は受光装置等の概略の構成を示した図
である。 １……レーザー光源、２……スポツト円、３…
…正規分布曲線、４……任意の円、５−１，５−
２，５−３，５−４……光電変換素子、６……測
定位置、１１……受光装置、１２……ボード、１
３……通孔、１４Ａ，１４Ｂ……雌ねじ、１５…
…円、２１……変位検出装置、３１……修正装
置、３２，３２Ａ，３２Ｂ……パルスモーター、
３３，３３Ａ，３３Ｂ……軸、４１Ａ，４１Ｂ…
…変位計、４２Ａ，４２Ｂ……計測端。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 次の(a)〜(f)の手順に従つて行なうトンネル内
   の作業サイクルタイムの測定方法。 (a) トンネル内の基準点に設置されたレーザー光
   源からトンネルの進行方向に向つてレーザー光
   線を放射する (b) トンネル内の１または２以上の被測定位置に
   設置され、前記レーザー光線のスポツト径より
   やや小さな通孔と該通孔の上下左右に設けられ
   た２対の光電変換素子を有する１または２以上
   の受光装置によつて前記レーザー光線を受光す
   る (c) 変位検出装置によつて前記各２対の光電変換
   素子から送られた電気信号を解析し各２対の光
   電変換素子の中心点とレーザー光線軸との間の
   上下および左右の変位量を検出し、この変位量
   に基くパルス信号を発する (d) 前記各被測定位置のトンネル内壁面の所定位
   置においてレーザー光線と直交する平面上の回
   動が自在であるように枢止されたパルスモータ
   ーと該パルスモーターの軸に連結され、かつ前
   記受光装置に取付けられた雌ねじに螺合する雄
   ねじとを有する修正装置によつて前記パルス信
   号に基ずき受光装置の位置を前記変位量が０と
   なるまで修正する (e) 前記各被測定位置に設けられ、トンネル内空
   と前記受光装置との相対運動を検出する１対の
   変位計によつて前記修正量すなわちトンネル内
   空変位を測定する (f) 前記変位計による変位の測定値をトンネル内
   またはトンネル外の１個所の管理室に集中し測
   定値を表示し記録し、あらかじめ実験的に記録
   した数値と比較することによつてトンネル内で
   行なわれている発破、車両の通過その他の作業
   内容を判定しまた各測定場所の数値を比較して
   作業の発生場所を推定しもつてトンネル内の作
   業サイクルタイムを測定する。 ２ 次の(a)〜(f)の要素から構成されるトンネル内
   の作業サイクルタイムの測定装置。 (a) トンネル内の基準点に設置されトンネルの進
   行方向に向つてレーザー光線を放射するレーザ
   ー光源 (b) トンネル内の１または２以上の被測定位置に
   設置され、前記レーザー光線のスポツト径より
   もやや小さな通孔と該通孔の上下左右に設けら
   れた２対の光電変換素子を有する１または２以
   上の受光装置 (c) 前記各２対の光電変換素子から送られた電気
   信号を解析し各光電変換素子の中心点とレーザ
   ー光線軸との間の上下および左右の変位量を検
   出し、その変位量に基くパルス信号を発する変
   位検出装置 (d) 前記各被測定位置のトンネル内壁面の所定場
   所に前記レーザー光線に直交する平面上の回動
   が自在であるように枢止され、前記変位検出装
   置から発せられるパルス信号を受けて作動し相
   互に直交する軸を有する１対のパルスモーター
   と該パルスモーターの軸に連結されかつ前記受
   光装置に取付けられた雌ねじに螺合する雄ねじ
   を有する修正装置 (e) 前記各被測定位置の前記所定場所に固定され
   た１対の本体と、該本体に摺動自在に取付けら
   れ、前記受光装置の所定位置にばね等によつて
   常時当接するよう設置され、相互に直交する１
   対の測定端とから成り、前記受光装置のトンネ
   ル内空に対する上下および左右の変位を測定す
   る変位計 (f) トンネル内部または外部に設けられた管理室
   に設けられ前記変位計の測定値を表示しかつ記
   録する記録装置。