JPH0377444B2 - - Google Patents
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- JPH0377444B2 JPH0377444B2 JP61307349A JP30734986A JPH0377444B2 JP H0377444 B2 JPH0377444 B2 JP H0377444B2 JP 61307349 A JP61307349 A JP 61307349A JP 30734986 A JP30734986 A JP 30734986A JP H0377444 B2 JPH0377444 B2 JP H0377444B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- deflection
- light
- optical deflector
- prism
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 82
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C7/00—Tracing profiles
- G01C7/06—Tracing profiles of cavities, e.g. tunnels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
この発明は、光偏角機を複数個用いて隧道、特
に曲線隧道等における測量を自動的に行なう自動
測量システムに関する。
に曲線隧道等における測量を自動的に行なう自動
測量システムに関する。
（発明の技術的背景とその問題点）
従来、隧道における測量は多数の人員を要し、
トランジツト、レベル、スタツフ等を用いる目視
測量が主であり、時間と手間がかかると共に、そ
の割に人為誤差が大きいといつた問題があつた。
特に曲線隧道における測量については見通しがき
かないため、副基準点を多数設定する必要があ
り、それに従つて誤差が増加する傾向があつた。
トランジツト、レベル、スタツフ等を用いる目視
測量が主であり、時間と手間がかかると共に、そ
の割に人為誤差が大きいといつた問題があつた。
特に曲線隧道における測量については見通しがき
かないため、副基準点を多数設定する必要があ
り、それに従つて誤差が増加する傾向があつた。
（発明の目的）
この発明は上述のような事情よりなされたもの
であり、この発明の目的は、曲線隧道等において
も、自動的にかつ効率的に測量することができる
自動測量システムを提供することができる。
であり、この発明の目的は、曲線隧道等において
も、自動的にかつ効率的に測量することができる
自動測量システムを提供することができる。
（発明の概要）
この発明は隧道等における自動測量システムに
関するもので、第１光検出手段を有する測量対象
物と、第２光検出手段が付設され、同一頂角を有
し同一光軸上に近接して対向され、前記光軸を中
心軸として独立に回動可能なように設置された２
枚の偏角プリズムとを有し、隧道等の屈曲部に配
設される光偏角機と、基点に位置し、前記光偏角
機と同一の光偏角機が照射ビームが照射される前
面に付設される光源部と、前記光源部から前記屈
曲部に配設される光偏角機に前記照射ビームを照
射する際に、前記第２光検出手段からの光検出情
報に基づいて、前記照射ビームを前記屈曲部に配
設される光偏角機における光軸上に照射されるよ
うに前記光源部に付設される光偏角機における偏
角プリズムを回動制御し、前記屈曲部に配設され
る光偏角機における偏角プリズムを回動制御する
ことにより得られる前記第１光検出手段からの光
検出手段と前記光軸上に照射された際の前記光源
部に付設された光偏角機における偏角プリズムの
回動制御量とに基づいて前記測量対象物の測量を
行なう制御演算手段とを備えるようにしたもので
ある。
関するもので、第１光検出手段を有する測量対象
物と、第２光検出手段が付設され、同一頂角を有
し同一光軸上に近接して対向され、前記光軸を中
心軸として独立に回動可能なように設置された２
枚の偏角プリズムとを有し、隧道等の屈曲部に配
設される光偏角機と、基点に位置し、前記光偏角
機と同一の光偏角機が照射ビームが照射される前
面に付設される光源部と、前記光源部から前記屈
曲部に配設される光偏角機に前記照射ビームを照
射する際に、前記第２光検出手段からの光検出情
報に基づいて、前記照射ビームを前記屈曲部に配
設される光偏角機における光軸上に照射されるよ
うに前記光源部に付設される光偏角機における偏
角プリズムを回動制御し、前記屈曲部に配設され
る光偏角機における偏角プリズムを回動制御する
ことにより得られる前記第１光検出手段からの光
検出手段と前記光軸上に照射された際の前記光源
部に付設された光偏角機における偏角プリズムの
回動制御量とに基づいて前記測量対象物の測量を
行なう制御演算手段とを備えるようにしたもので
ある。
（発明の実施例）
第１図は隧道１の測量システムの概要を示して
おり、第２図はその位置関係を定量的に示してい
る。
おり、第２図はその位置関係を定量的に示してい
る。
隧道１は位置２で屈曲しており、隧道１の基点
３には光源部となるレーザ発振器４と、このレー
ザ発振器４から照射されたレーザビームを偏角し
て照射する光偏角機１０とが設けられ、屈曲点２
には基点３からのレーザビーム５を受光して偏角
する光偏角機２０が設けられている。また、隧道
１の先端部には移動して隧道掘削する掘削機３０
が移動可能に位置しており、掘削機３０には光偏
角機２０からのレーザビーム５Ａを受光して位置
検出を行なうターゲツトセンサ３１及び３２が設
けられている。なお、ターゲツトセンサ３１及び
３２は距離Ｌの間隔で、レーザビーム５Ａに対し
て重ならない位置に取付けられている。そして、
光源部のレーザ発振器４及び光偏角機１０はコン
ピユータ（たとえばマイクロプロセツサ）４１に
よつて、光偏角機２０はコンピユータ４２によつ
て、掘削機３０はコンピユータ４３によつてそれ
ぞれ制御もしくは管理され、システム全体はセン
ターコンピユータ４０によつて制御されるように
なつている。
３には光源部となるレーザ発振器４と、このレー
ザ発振器４から照射されたレーザビームを偏角し
て照射する光偏角機１０とが設けられ、屈曲点２
には基点３からのレーザビーム５を受光して偏角
する光偏角機２０が設けられている。また、隧道
１の先端部には移動して隧道掘削する掘削機３０
が移動可能に位置しており、掘削機３０には光偏
角機２０からのレーザビーム５Ａを受光して位置
検出を行なうターゲツトセンサ３１及び３２が設
けられている。なお、ターゲツトセンサ３１及び
３２は距離Ｌの間隔で、レーザビーム５Ａに対し
て重ならない位置に取付けられている。そして、
光源部のレーザ発振器４及び光偏角機１０はコン
ピユータ（たとえばマイクロプロセツサ）４１に
よつて、光偏角機２０はコンピユータ４２によつ
て、掘削機３０はコンピユータ４３によつてそれ
ぞれ制御もしくは管理され、システム全体はセン
ターコンピユータ４０によつて制御されるように
なつている。
ここにおいて、光偏角機１０はレーザ発振器４
と一体的に構成されており、レーザ発振器４から
照射されたレーザビームは直ちに光偏角機１０に
入力されるので、特に位置決めする必要はない
が、光偏角機２０は基点３の光偏角機１０から距
離l1だけ離れているので、レーザビーム５を光偏
角機２０に対して位置決めする必要がある。この
ため、光偏角機２０は第３図Ａ，Ｂに示すように
レーザビーム５の入射側に矩形状の位置決めプレ
ート２３を具備しており、その表面側にはフオト
ダイオード等の受光素子２４が多数整列されてい
る。光偏角機に関しては後述するが、２枚の偏角
プリズム２１及び２２はそれぞれウオーム２１Ｒ
及び２２Ｒを介してモータ２１Ｍ及び２２Ｍによ
つて独立に回動されるようになつている。また、
掘削機３０に設けるターゲツトセンサ３１及び３
２は、第４図に示すよう１枚の長形状プレート上
に、フオトダイオード等の受光素子３３を複数個
整列されたものである。
と一体的に構成されており、レーザ発振器４から
照射されたレーザビームは直ちに光偏角機１０に
入力されるので、特に位置決めする必要はない
が、光偏角機２０は基点３の光偏角機１０から距
離l1だけ離れているので、レーザビーム５を光偏
角機２０に対して位置決めする必要がある。この
ため、光偏角機２０は第３図Ａ，Ｂに示すように
レーザビーム５の入射側に矩形状の位置決めプレ
ート２３を具備しており、その表面側にはフオト
ダイオード等の受光素子２４が多数整列されてい
る。光偏角機に関しては後述するが、２枚の偏角
プリズム２１及び２２はそれぞれウオーム２１Ｒ
及び２２Ｒを介してモータ２１Ｍ及び２２Ｍによ
つて独立に回動されるようになつている。また、
掘削機３０に設けるターゲツトセンサ３１及び３
２は、第４図に示すよう１枚の長形状プレート上
に、フオトダイオード等の受光素子３３を複数個
整列されたものである。
次に、この発明に用いる光偏角機１０及び２０
について説明するが、光偏角機２０が第３図Ａ，
Ｂに示す如くビーム位置決め用の位置決めプレー
ト２３を具備している他は光偏角機１０と同一で
あるので、ここでは光偏角機１０について説明す
る。
について説明するが、光偏角機２０が第３図Ａ，
Ｂに示す如くビーム位置決め用の位置決めプレー
ト２３を具備している他は光偏角機１０と同一で
あるので、ここでは光偏角機１０について説明す
る。
まず、偏角方法の原理について説明すると、従
来から光ビーム（たとえばレーザビーム）を所定
の方向に偏角させる手段として偏角プリズムが知
られているが、この発明では同一の偏角プリズム
を２枚組合せて独立に回動させるようにしてい
る。
来から光ビーム（たとえばレーザビーム）を所定
の方向に偏角させる手段として偏角プリズムが知
られているが、この発明では同一の偏角プリズム
を２枚組合せて独立に回動させるようにしてい
る。
第５図Ａは偏角プリズムの一例を示す断面図で
あり、偏角プリズムＰ（ここでは光屈折率を1.5と
する）は、その頂角τに応じて固有の偏角δを有
している。ここにおいて、第５図Ａに示すように
偏角プリズムＰの一面に対して垂直に入射する光
ビームＬは、当該プリズム面に入射されて出力さ
れる際に、その頂角τの半分だけ屈折されるの
で、偏角プリズムＰの２枚を透過する入射光Ｌ
は、最大で当該プリズムＰの頂角τ分だけ屈折さ
れて出射されることになる。すなわち、偏角プリ
ズムの頂角τと１枚のプリズムに対する偏角δと
の間には一般に次式が成り立つ。
あり、偏角プリズムＰ（ここでは光屈折率を1.5と
する）は、その頂角τに応じて固有の偏角δを有
している。ここにおいて、第５図Ａに示すように
偏角プリズムＰの一面に対して垂直に入射する光
ビームＬは、当該プリズム面に入射されて出力さ
れる際に、その頂角τの半分だけ屈折されるの
で、偏角プリズムＰの２枚を透過する入射光Ｌ
は、最大で当該プリズムＰの頂角τ分だけ屈折さ
れて出射されることになる。すなわち、偏角プリ
ズムの頂角τと１枚のプリズムに対する偏角δと
の間には一般に次式が成り立つ。
δ＝τ／２ ……(1)
なお、上記(1)式は偏角プリズムＰの光屈折率に
よつて当然異なつて来る。
よつて当然異なつて来る。
ここにおいて、当該偏角プリズムＰをその入射
光軸Ｌ０を中心に回動させると、その照射面にお
いて、上記偏角δ分だけ屈折されて照射された点
Ａと、当該入射光軸上の点Ｌ０とを結ぶ線分rrを
半径とする円を描くことになる。
光軸Ｌ０を中心に回動させると、その照射面にお
いて、上記偏角δ分だけ屈折されて照射された点
Ａと、当該入射光軸上の点Ｌ０とを結ぶ線分rrを
半径とする円を描くことになる。
第５図Ｂ及びＣは、上述のような固有の偏角δ
を有する偏角プリズムを２枚組合せて、光ビーム
Ｌを所望する方向に偏角させる方法を説明するた
めの原理図であり、同図Ｂは光軸Ｌ０に直交する
方向から視た図、同図Ｃは光軸Ｌ０に沿つた方向
から視た図である。第５図Ｂ及びＣに示すよう
に、同一の偏角プリズム１１，１２をその頂角を
Ｙ軸（＋）方向に近接して２枚設ける（ここで
は、偏角プリズム１１を入射光側に配するものと
する）。ここにおいて、偏角プリズム１１，１２
はそれぞれどちらの面を対向させてもよい。ま
た、偏角プリズム１１，１２間の距離は極力短か
くするものとする。このような一組の偏角プリズ
ム１１，１２をＹ軸から互いに逆方向にそれぞれ
角度α，−αだけ回動させると、当該偏角プリズ
ム１１，１２を透過する光ビームＬは、その回動
角度に応じてＹ軸に沿つて一定の直線方向だけに
偏角される合成偏角が得られることが知られてい
る。すなわち、第５図Ｃに示すように、上記同一
の２枚の偏角プリズム１１，１２の各偏角方向が
それぞれＹ軸（＋）方向に一致した時（回動角α
＝−α＝０）を起点とし、この位置からこの一組
の偏角プリズム１１，１２をそれぞれ互いに逆方
向に角度α，−αだけ回動させると、当該偏角α，
−αの左右方向（図示Ｘ軸方向）の分力δ・
sinα，δ・sin（−α）は互いに打ち消しあつて、
“０”となり、当該偏角α，−αの上下方向（図示
Ｙ軸方向）の分力δ・cosα，δ・cos（−α）だ
けが相加つてその合成偏角はＹ軸方向に２・δ・
cosαとなる。従つて、その回動角α（−α）を変
化させると、当該回動角αに応じて、偏角プリズ
ム固有の頂角τ相当角によつて決まる最大偏角±
2δ（±τ）の範囲内でＹ軸上の任意の位置に偏角
させる合成偏角を得ることができる。
を有する偏角プリズムを２枚組合せて、光ビーム
Ｌを所望する方向に偏角させる方法を説明するた
めの原理図であり、同図Ｂは光軸Ｌ０に直交する
方向から視た図、同図Ｃは光軸Ｌ０に沿つた方向
から視た図である。第５図Ｂ及びＣに示すよう
に、同一の偏角プリズム１１，１２をその頂角を
Ｙ軸（＋）方向に近接して２枚設ける（ここで
は、偏角プリズム１１を入射光側に配するものと
する）。ここにおいて、偏角プリズム１１，１２
はそれぞれどちらの面を対向させてもよい。ま
た、偏角プリズム１１，１２間の距離は極力短か
くするものとする。このような一組の偏角プリズ
ム１１，１２をＹ軸から互いに逆方向にそれぞれ
角度α，−αだけ回動させると、当該偏角プリズ
ム１１，１２を透過する光ビームＬは、その回動
角度に応じてＹ軸に沿つて一定の直線方向だけに
偏角される合成偏角が得られることが知られてい
る。すなわち、第５図Ｃに示すように、上記同一
の２枚の偏角プリズム１１，１２の各偏角方向が
それぞれＹ軸（＋）方向に一致した時（回動角α
＝−α＝０）を起点とし、この位置からこの一組
の偏角プリズム１１，１２をそれぞれ互いに逆方
向に角度α，−αだけ回動させると、当該偏角α，
−αの左右方向（図示Ｘ軸方向）の分力δ・
sinα，δ・sin（−α）は互いに打ち消しあつて、
“０”となり、当該偏角α，−αの上下方向（図示
Ｙ軸方向）の分力δ・cosα，δ・cos（−α）だ
けが相加つてその合成偏角はＹ軸方向に２・δ・
cosαとなる。従つて、その回動角α（−α）を変
化させると、当該回動角αに応じて、偏角プリズ
ム固有の頂角τ相当角によつて決まる最大偏角±
2δ（±τ）の範囲内でＹ軸上の任意の位置に偏角
させる合成偏角を得ることができる。
そこで、このような２枚一組の偏角プリズム１
１，１２を上述のように、それぞれ互いに逆方向
に同角度α，−αずつ回動させてＹ軸上に所望す
る偏角分だけ偏角した光ビームを照射させ、しか
る後に当該一組の偏角プリズム１１，１２を、そ
の状態（両偏角プリズムの開度2α）を保つたま
まそれぞれ同一方向に同一角度ずつ連動させて回
動させれば、所望する方向及び位置に光ビームを
照射できることになる。すなわち、入射光を光軸
Ｌ０に対して偏角２・δの半径がなす円内の任意
の位置に偏角させて光ビームを照射することがで
きるようになる。
１，１２を上述のように、それぞれ互いに逆方向
に同角度α，−αずつ回動させてＹ軸上に所望す
る偏角分だけ偏角した光ビームを照射させ、しか
る後に当該一組の偏角プリズム１１，１２を、そ
の状態（両偏角プリズムの開度2α）を保つたま
まそれぞれ同一方向に同一角度ずつ連動させて回
動させれば、所望する方向及び位置に光ビームを
照射できることになる。すなわち、入射光を光軸
Ｌ０に対して偏角２・δの半径がなす円内の任意
の位置に偏角させて光ビームを照射することがで
きるようになる。
第６図Ａ及びＢは、同一の偏角δ（頂角τ）を
有する偏角プリズム１１，１２を２枚組合せて成
る光偏角機１を、隧道の測量システムに適用した
第１図における照射方法を示す図であり、同図Ａ
は光軸Ｌ０に直交する方向から視た図、同図Ｂは
光軸Ｌ０に沿つた方向から視た図である。第６図
Ａ及びＢにおいて、隧道１の基点３に配設された
レーザ発振器４の前面に、その光軸Ｌ０上に光偏
角機１０を配設し、この光偏角機１０を操作する
ことによりレーザ発振器１０から発射したレーザ
ビーム５を偏角させて、屈曲点２の測量面DPに
順次Ｄ１，Ｄ２，…の如く照射させて行くように
している。
有する偏角プリズム１１，１２を２枚組合せて成
る光偏角機１を、隧道の測量システムに適用した
第１図における照射方法を示す図であり、同図Ａ
は光軸Ｌ０に直交する方向から視た図、同図Ｂは
光軸Ｌ０に沿つた方向から視た図である。第６図
Ａ及びＢにおいて、隧道１の基点３に配設された
レーザ発振器４の前面に、その光軸Ｌ０上に光偏
角機１０を配設し、この光偏角機１０を操作する
ことによりレーザ発振器１０から発射したレーザ
ビーム５を偏角させて、屈曲点２の測量面DPに
順次Ｄ１，Ｄ２，…の如く照射させて行くように
している。
そこで、この測量面DPの例えば位置Ｄ７に照
射させる方法について、以下に詳細に説明する。
射させる方法について、以下に詳細に説明する。
第５図Ａ及びＢにおいて、測量面DPと光偏角
機１０との距離をl1とし、隧道１の傾斜度を
“０”、すなわち水平とする。また、測量面DPに
おける位置Ｄ７の位置データ、すなわち入射光が
偏角されないで直進した場合に測量面DPに照射
する（光軸Ｌ０の延長線上の）点Ｏを原点とし
て、当該測量面DP上に想定した水平軸（Ｘ軸）
及び垂直軸（Ｙ軸）における位置Ｄ７の各座標値
をｘ，ｙとし、位置Ｄ７と原点Ｏとの距離をｒ、
位置Ｄ７と原点Ｏとを結ぶ線分がＹ軸となす角度
をβとする。さらにまた、上記入射光が光偏角機
１０に用いられている偏角プリズム１１又は１２
の単一の偏角δだけにより、偏角されて測量面
DPに照射される点Ａ１又はＡ２を想定し、点Ａ
１又はＡ２と原点Ｏとの距離をrrとする。
機１０との距離をl1とし、隧道１の傾斜度を
“０”、すなわち水平とする。また、測量面DPに
おける位置Ｄ７の位置データ、すなわち入射光が
偏角されないで直進した場合に測量面DPに照射
する（光軸Ｌ０の延長線上の）点Ｏを原点とし
て、当該測量面DP上に想定した水平軸（Ｘ軸）
及び垂直軸（Ｙ軸）における位置Ｄ７の各座標値
をｘ，ｙとし、位置Ｄ７と原点Ｏとの距離をｒ、
位置Ｄ７と原点Ｏとを結ぶ線分がＹ軸となす角度
をβとする。さらにまた、上記入射光が光偏角機
１０に用いられている偏角プリズム１１又は１２
の単一の偏角δだけにより、偏角されて測量面
DPに照射される点Ａ１又はＡ２を想定し、点Ａ
１又はＡ２と原点Ｏとの距離をrrとする。
このような状態において、偏角プリズム１１，
１２をＹ軸を起点としてそれぞれ図示Ｑ方向及び
その逆方向にα，−α角回動させた時、偏角プリ
ズム１１，１２の合成偏角により偏角されてＹ軸
上に照射された点ASと原点Ｏとの距離r′と、位
置Ｄ７と原点Ｏとの距離ｒとが等しくなるとする
と、これらの間には以下のような式が成り立つ。
１２をＹ軸を起点としてそれぞれ図示Ｑ方向及び
その逆方向にα，−α角回動させた時、偏角プリ
ズム１１，１２の合成偏角により偏角されてＹ軸
上に照射された点ASと原点Ｏとの距離r′と、位
置Ｄ７と原点Ｏとの距離ｒとが等しくなるとする
と、これらの間には以下のような式が成り立つ。
rr＝l1・tanδ ……(2)
ｒ＝√2＋2 ……(3)
ｒ＝r′＝rr・cosα＋rr・cos（−α）
＝２・rr・cosα ……(4)
ここにおいて、測量面DPと光偏角機１０との
距離l1は、厳密には２枚の偏角プリズム１１，１
２間の距離により両偏角プリズム１１，１２間で
異なることになるが、実際にはこの両偏角プリズ
ム１１，１２間の距離は上述のように非常に微小
であり、測量面DPと光偏角機１０との距離l1に
比べると無視することができるものである。そこ
で、測量面DPと光偏角機１０との距離はl1で近
似することができる。
距離l1は、厳密には２枚の偏角プリズム１１，１
２間の距離により両偏角プリズム１１，１２間で
異なることになるが、実際にはこの両偏角プリズ
ム１１，１２間の距離は上述のように非常に微小
であり、測量面DPと光偏角機１０との距離l1に
比べると無視することができるものである。そこ
で、測量面DPと光偏角機１０との距離はl1で近
似することができる。
そして、上述のように偏角プリズム１１，１２
をそれぞれα，−α角だけ回動して求めた照射点
ASを、第６図Ｂに示すようにさらに図示Ｑ方向
にβ角だけ回動すれば、すなわち、偏角プリズム
１１，１２を同時に図示Ｑ方向にβ角だけ回動す
れば、上記照射点ASは所望の位置Ｄ７に達し、
これらの間にはさらに次式が成り立つ。
をそれぞれα，−α角だけ回動して求めた照射点
ASを、第６図Ｂに示すようにさらに図示Ｑ方向
にβ角だけ回動すれば、すなわち、偏角プリズム
１１，１２を同時に図示Ｑ方向にβ角だけ回動す
れば、上記照射点ASは所望の位置Ｄ７に達し、
これらの間にはさらに次式が成り立つ。
tanβ＝ｘ／ｙ ……(5)
そこで、上記(2)〜(4)式をまとめると、
α＝cos-1√x2＋y2／２・l1・tanδ ……(6)
が得られ、また上記(5)式より
β＝tan-1ｘ／ｙ ……(7)
が求まる。
ここにおいて、上述の説明においては、同一の
偏角プリズム１１，１２を一度それぞれ互いに逆
方向に同一角度α（−α）だけ回動させた後、所
定の位置まで偏角プリズム１１，１２を同時に同
一方向にβ角だけ回動させる例を示したが、実際
には以下のようにすればよい。
偏角プリズム１１，１２を一度それぞれ互いに逆
方向に同一角度α（−α）だけ回動させた後、所
定の位置まで偏角プリズム１１，１２を同時に同
一方向にβ角だけ回動させる例を示したが、実際
には以下のようにすればよい。
すなわち、レーザビーム５を偏角させて測量面
DPの位置Ｄ７に照射するためには、偏角プリズ
ム１１，１２をＹ軸からそれぞれα＋β，−α＋
β角ずつ回動すればよいことになる。そこで、偏
角プリズム１１をＹ軸から回動させる角度α1は、
α1＝α＋βとなり、偏角プリズム１２をＹ軸か
ら回動させる角度α2は、α2＝−α＋βとなる。
よつて、上記(6)及び(7)式より α1＝cos-1√x2＋y2／２・l1・tanδ＋tan-1ｘ／ｙ α2＝−cos-1√x2＋y2／２・l1・tanδ＋tan-1ｘ／ｙ
……(8) と求めることができる。ここにおいて、偏角プリ
ズム１１，１２の各回動角α1，α2はＹ軸を起点
としているが、その都度当該角度を記憶しておく
と共に、この記憶しておいた角度をそれぞれ起点
として求めるようにしてもよい。
DPの位置Ｄ７に照射するためには、偏角プリズ
ム１１，１２をＹ軸からそれぞれα＋β，−α＋
β角ずつ回動すればよいことになる。そこで、偏
角プリズム１１をＹ軸から回動させる角度α1は、
α1＝α＋βとなり、偏角プリズム１２をＹ軸か
ら回動させる角度α2は、α2＝−α＋βとなる。
よつて、上記(6)及び(7)式より α1＝cos-1√x2＋y2／２・l1・tanδ＋tan-1ｘ／ｙ α2＝−cos-1√x2＋y2／２・l1・tanδ＋tan-1ｘ／ｙ
……(8) と求めることができる。ここにおいて、偏角プリ
ズム１１，１２の各回動角α1，α2はＹ軸を起点
としているが、その都度当該角度を記憶しておく
と共に、この記憶しておいた角度をそれぞれ起点
として求めるようにしてもよい。
そして、このような動作を繰返し、簡単な入力
操作（マーキング位置のｘ，ｙ座標値入力）だけ
で、所望位置Ｄ１〜Dnに照射させることができ
るようになる。
操作（マーキング位置のｘ，ｙ座標値入力）だけ
で、所望位置Ｄ１〜Dnに照射させることができ
るようになる。
上述のような光偏角器１０及び２０を、曲線隧
道の基点３及び屈曲点２に配置した第１図のシス
テム構成において、その動作を第７図のフローチ
ヤートを参照して説明する。
道の基点３及び屈曲点２に配置した第１図のシス
テム構成において、その動作を第７図のフローチ
ヤートを参照して説明する。
先ず、レーザ発振器４、掘削機３０等の必要初
期設定を行ない（ステツプS1）、第２図に示す距
離l1、ターゲツトセンサ３１及び３２の間隔Ｌ、
半径Ｒの等の測量済みのデータをコンピユータ４
０に入力する。この後、レーザ発振器４からレー
ザビームを照射して光偏角機１０を介して偏角さ
せ、そのレーザビーム５を屈曲点２に設置された
光偏角機２０に照射する（ステツプS2）。この場
合、光偏角機１０によるビーム走査（偏角）はモ
ータ１１Ｍ及び１２Ｍを駆動することによつて、
ウオーム１１Ｒ，１２Ｒ及びこれに噛合する歯車
を介して偏角プリズム１１，１２を回動して行な
う。また、レーザビーム５は、光偏角機２０に偏
角プリズム２１，２２を正しく位置決めされて照
射される必要があるので、位置決めプレート２３
に設けられている受光素子２４を利用して行な
う。すなわち、光偏角機１０によりレーザビーム
５を偏角させ、光偏角機２０の位置決めプレート
２３の左右に設けられている受光素子２４が検知
したときの振角をθ1L，θ1Rとすると、光偏角機２
０の偏角プリズム２１，２２の中心に対する角度
θ1は θ1＝（θ1L＋θ1R）／２ ……(9) で求められる。したがつて、光偏角機２０の位置
座標値（x2，y2）は x2＝x1＋l1・tanθ1 ……(10) となる。位置決めプレート２３の上下に対して
も、同様な位置決めを行なう。
期設定を行ない（ステツプS1）、第２図に示す距
離l1、ターゲツトセンサ３１及び３２の間隔Ｌ、
半径Ｒの等の測量済みのデータをコンピユータ４
０に入力する。この後、レーザ発振器４からレー
ザビームを照射して光偏角機１０を介して偏角さ
せ、そのレーザビーム５を屈曲点２に設置された
光偏角機２０に照射する（ステツプS2）。この場
合、光偏角機１０によるビーム走査（偏角）はモ
ータ１１Ｍ及び１２Ｍを駆動することによつて、
ウオーム１１Ｒ，１２Ｒ及びこれに噛合する歯車
を介して偏角プリズム１１，１２を回動して行な
う。また、レーザビーム５は、光偏角機２０に偏
角プリズム２１，２２を正しく位置決めされて照
射される必要があるので、位置決めプレート２３
に設けられている受光素子２４を利用して行な
う。すなわち、光偏角機１０によりレーザビーム
５を偏角させ、光偏角機２０の位置決めプレート
２３の左右に設けられている受光素子２４が検知
したときの振角をθ1L，θ1Rとすると、光偏角機２
０の偏角プリズム２１，２２の中心に対する角度
θ1は θ1＝（θ1L＋θ1R）／２ ……(9) で求められる。したがつて、光偏角機２０の位置
座標値（x2，y2）は x2＝x1＋l1・tanθ1 ……(10) となる。位置決めプレート２３の上下に対して
も、同様な位置決めを行なう。
なお、受光素子２４もレーザビーム５もある有
限の径を有しているので、精度を上げるために次
のように測量する。すなわち第８図に示すよう
に、レーザビーム５が受光素子２４を横切り始め
たときの振角をθBとして、横切り終つた時の振角
をθEとすると、 θ＝（θB＋θE）／２ ……(11) をレーザビーム５が受光素子２４を横切る振角と
する。
限の径を有しているので、精度を上げるために次
のように測量する。すなわち第８図に示すよう
に、レーザビーム５が受光素子２４を横切り始め
たときの振角をθBとして、横切り終つた時の振角
をθEとすると、 θ＝（θB＋θE）／２ ……(11) をレーザビーム５が受光素子２４を横切る振角と
する。
上述のようにしてレーザビーム５が光偏角機２
０の位置決めプレート２３の左右の受光素子２４
を横切る振角と、上下の受光素子２４を横切る振
角と、基点１及び屈曲点２の間の距離l1とから光
偏角機２０のセンター位置を計算する（ステツプ
S3）。そして、光偏角機２０の中心位置にレーザ
ビーム５を照射し（ステツプS4）、屈曲点２の光
偏角機２０でレーザビーム５Ａを偏角させ、掘削
機３０に取付けられているターゲツトセンサ３１
Ａ及び３２Ｂを探索する（ステツプS5）。この場
合、光偏角機２０に入射されたレーザビーム５
は、直線計画線に対してθ1の角度で出射するの
で、光偏角機２０により直線計画線に平行にレー
ザビームを戻す。光偏角機２０によりレーザビー
ム５Ａを走査し、第４図の如きターゲツトセンサ
３１Ａ及び３２をレーザビーム５Ａが横切るとき
の振角θA，θBとすると、 XA＝x2−LA・sinθA ……(12) が成り立つ。ただし、屈曲半径Ｒはターゲツトセ
ンサ３１及び３２の中心よりのズレ（通常は最大
約20cm位まで）に比べて大きいので、RA≒RB≒
Ｒと近似できる。よつて、 LA≒（Ｒ＋x2）・sin（lA／Ｒ）／sin（π／２−θA
） ＝（Ｒ＋x2）・sin（lA／Ｒ）／cosθA ……(13) である。このとき、ターゲツトセンサ３１の曲線
計画線の中心の位置XACは XAC＝Ｒ−Ｒ・cos（lA／Ｒ） ……(14) である。従つて、ターゲツトセンサ３１の直線座
標に対するズレ量ΔXAは、 ΔXA＝XA−XAC ＝x2−（Ｒ＋X2）・sin（lA／Ｒ）・tanθA −Ｒ・｛１−cos（lA／Ｒ）｝ ……(15) であり、曲線座標に対するズレ量ΔXA′は ΔXA′＝ΔXA／cos（THA） ……(16) である。同様にターゲツトセンサ３２の直線座標
に対するズレ量ΔXBは、 ΔXB＝XB−XBC ＝x2−（Ｒ＋X2）・sin（lB／Ｒ）・tanθB −Ｒ・｛１−cos（lB／Ｒ）｝ ……(17) であり、曲線座標に対するズレ量ΔXB′は ΔXB′＝ΔXB／cos（THA） ……(18) である。そして、掘削機３０の方向Ｉはターゲツ
トセンサ３１及び３２を結ぶベクトルであり、 Ｉ＝（ΔXB′−ΔXA′）／Ｌ ……(19) ただし、Ｌは掘削機３０の変角に伴つて見かけ
の長さは変化するが、通常±5゜程度であるので無
視する。無視できない場合は、ターゲツトセンサ
を３個設置して補正する。
０の位置決めプレート２３の左右の受光素子２４
を横切る振角と、上下の受光素子２４を横切る振
角と、基点１及び屈曲点２の間の距離l1とから光
偏角機２０のセンター位置を計算する（ステツプ
S3）。そして、光偏角機２０の中心位置にレーザ
ビーム５を照射し（ステツプS4）、屈曲点２の光
偏角機２０でレーザビーム５Ａを偏角させ、掘削
機３０に取付けられているターゲツトセンサ３１
Ａ及び３２Ｂを探索する（ステツプS5）。この場
合、光偏角機２０に入射されたレーザビーム５
は、直線計画線に対してθ1の角度で出射するの
で、光偏角機２０により直線計画線に平行にレー
ザビームを戻す。光偏角機２０によりレーザビー
ム５Ａを走査し、第４図の如きターゲツトセンサ
３１Ａ及び３２をレーザビーム５Ａが横切るとき
の振角θA，θBとすると、 XA＝x2−LA・sinθA ……(12) が成り立つ。ただし、屈曲半径Ｒはターゲツトセ
ンサ３１及び３２の中心よりのズレ（通常は最大
約20cm位まで）に比べて大きいので、RA≒RB≒
Ｒと近似できる。よつて、 LA≒（Ｒ＋x2）・sin（lA／Ｒ）／sin（π／２−θA
） ＝（Ｒ＋x2）・sin（lA／Ｒ）／cosθA ……(13) である。このとき、ターゲツトセンサ３１の曲線
計画線の中心の位置XACは XAC＝Ｒ−Ｒ・cos（lA／Ｒ） ……(14) である。従つて、ターゲツトセンサ３１の直線座
標に対するズレ量ΔXAは、 ΔXA＝XA−XAC ＝x2−（Ｒ＋X2）・sin（lA／Ｒ）・tanθA −Ｒ・｛１−cos（lA／Ｒ）｝ ……(15) であり、曲線座標に対するズレ量ΔXA′は ΔXA′＝ΔXA／cos（THA） ……(16) である。同様にターゲツトセンサ３２の直線座標
に対するズレ量ΔXBは、 ΔXB＝XB−XBC ＝x2−（Ｒ＋X2）・sin（lB／Ｒ）・tanθB −Ｒ・｛１−cos（lB／Ｒ）｝ ……(17) であり、曲線座標に対するズレ量ΔXB′は ΔXB′＝ΔXB／cos（THA） ……(18) である。そして、掘削機３０の方向Ｉはターゲツ
トセンサ３１及び３２を結ぶベクトルであり、 Ｉ＝（ΔXB′−ΔXA′）／Ｌ ……(19) ただし、Ｌは掘削機３０の変角に伴つて見かけ
の長さは変化するが、通常±5゜程度であるので無
視する。無視できない場合は、ターゲツトセンサ
を３個設置して補正する。
となる。以上の如く掘削機３０の位置、方向を計
算して求める（ステツプS6）。この計算は、コン
ピユータ４１〜４３から伝送されて来るデータを
センタコンピユータ４０によつて解析、計算する
ことによつて行なわれる。レーザビーム５，５Ａ
の偏角量は、偏角プリズムの回動量を検知（たと
えばパルスモータへのパルス数供給の計算）する
ことによつて行ない得る。
算して求める（ステツプS6）。この計算は、コン
ピユータ４１〜４３から伝送されて来るデータを
センタコンピユータ４０によつて解析、計算する
ことによつて行なわれる。レーザビーム５，５Ａ
の偏角量は、偏角プリズムの回動量を検知（たと
えばパルスモータへのパルス数供給の計算）する
ことによつて行ない得る。
その後、掘削機３０までの距離を計測し（ステ
ツプS7）、掘削機３０の位置計測を行なう必要が
あるか否かを判断し距離を求め（ステツプS8）、
屈曲点２の位置変動をチエツクする（ステツプ
S9）。OKであれば上記ステツプS2へリターンし、
OKでない場合は上記ステツプS7へリターンして
上記動作を繰返す。掘削機３０までの距離の計測
は、たとえば１ｍ掘削する毎に行なえば十分であ
り、掘曲点２は地盤変化等によつて基点３に対し
て変動することが多いからである。
ツプS7）、掘削機３０の位置計測を行なう必要が
あるか否かを判断し距離を求め（ステツプS8）、
屈曲点２の位置変動をチエツクする（ステツプ
S9）。OKであれば上記ステツプS2へリターンし、
OKでない場合は上記ステツプS7へリターンして
上記動作を繰返す。掘削機３０までの距離の計測
は、たとえば１ｍ掘削する毎に行なえば十分であ
り、掘曲点２は地盤変化等によつて基点３に対し
て変動することが多いからである。
（発明の変形例）
以上は曲線隧道の自動測量について平面的な動
作を説明したが、断面に関する立体動作について
も全く同様である。また、この原理を発破工法に
おける装薬位置にレーザビームや他の光ビームを
照射する場合にも応用できる。さらに、上述の実
施例では隧道の屈曲点を１つとし、１つの屈曲点
に光偏角機を設置するようにしているが、２以上
の屈曲点に光偏角機を設けて測量することも可能
であり、各光偏角機のデータを直接コンピユータ
等のデータ処理装置に有線もしくは無線で伝送す
るようにしても良い。
作を説明したが、断面に関する立体動作について
も全く同様である。また、この原理を発破工法に
おける装薬位置にレーザビームや他の光ビームを
照射する場合にも応用できる。さらに、上述の実
施例では隧道の屈曲点を１つとし、１つの屈曲点
に光偏角機を設置するようにしているが、２以上
の屈曲点に光偏角機を設けて測量することも可能
であり、各光偏角機のデータを直接コンピユータ
等のデータ処理装置に有線もしくは無線で伝送す
るようにしても良い。
（発明の効果）
以上のようにこの発明の測量システムによれ
ば、隧道等の屈曲点に光偏角機を設置して任意位
置に光ビームを偏角させることができるので、測
量を自動的に行なうことができ、人為誤差を生じ
ることもない。
ば、隧道等の屈曲点に光偏角機を設置して任意位
置に光ビームを偏角させることができるので、測
量を自動的に行なうことができ、人為誤差を生じ
ることもない。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第
２図はその測量値を示す図、第３図Ａはこの発明
に用いる光偏角機の一例を示す正平図、同図Ｂは
その側面図、第４図はこの発明に用いるターゲツ
トセンサの一例を示す図、第５図Ａ〜Ｃ及び第６
図Ａ，Ｂは光偏角機の動作を説明するための図、
第７図はこの発明の動作例を示すフローチヤー
ト、第８図はビームの振角を検出する様子を示す
図である。 １…隧道、２…屈曲点、３…基点、４…レーザ
発振器、５，５Ａ…レーザビーム、１０，２０…
光偏角機、２１，２２…偏角プリズム、２１Ｍ，
２２Ｍ…モータ、３０…掘削機、３１，３２…タ
ーゲツトセンサ。
２図はその測量値を示す図、第３図Ａはこの発明
に用いる光偏角機の一例を示す正平図、同図Ｂは
その側面図、第４図はこの発明に用いるターゲツ
トセンサの一例を示す図、第５図Ａ〜Ｃ及び第６
図Ａ，Ｂは光偏角機の動作を説明するための図、
第７図はこの発明の動作例を示すフローチヤー
ト、第８図はビームの振角を検出する様子を示す
図である。 １…隧道、２…屈曲点、３…基点、４…レーザ
発振器、５，５Ａ…レーザビーム、１０，２０…
光偏角機、２１，２２…偏角プリズム、２１Ｍ，
２２Ｍ…モータ、３０…掘削機、３１，３２…タ
ーゲツトセンサ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１光検出手段を有する測量対象物と、第２
光検出手段が付設され、同一頂角を有し、同一光
軸上に近接して対向され、前記光軸を中心軸とし
て独立に回動可能なように設置された２枚の偏角
プリズムとを有し、隧道等の屈曲部に配設される
光偏角機と、基点に位置し、前記光偏角機と同一
の光偏角機が照射ビームが照射される前面に付設
される光源部と、前記光源部から前記屈曲部に配
設される光偏角機に前記照射ビームを照射する際
に、前記第２光検出手段からの光検出情報に基づ
いて、前記照射ビームを前記屈曲部に配設される
光偏角機における光軸上に照射されるように前記
光源部に付設される光偏角機における偏角プリズ
ムを回動制御し、前記屈曲部に配設される光偏角
機における偏角プリズムを回動制御することによ
り得られる前記第１光検出手段からの光検出手段
と前記光軸上に照射された際の前記光源部に付設
された光偏角機における偏角プリズムの回動制御
量とに基づいて前記測量対象物の測量を行なう制
御演算手段とを備えるようにしたことを特徴とす
る隧道等における自動測量システム。 ２ 前記制御演出手段は、前記測量対象物、前記
屈曲部に配設される光偏角機及び前記光源部に付
設される光偏角機のそれぞれに付設された専用コ
ンピユータとそれらの専用コンピユータを制御し
てシステム全体の制御を行なうセンターコンピユ
ータとで構成される特許請求の範囲第１項に記載
の隧道等における自動測量システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30734986A JPS63159710A (ja) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | 隧道等における自動測量システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30734986A JPS63159710A (ja) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | 隧道等における自動測量システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63159710A JPS63159710A (ja) | 1988-07-02 |
| JPH0377444B2 true JPH0377444B2 (ja) | 1991-12-10 |
Family
ID=17968035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30734986A Granted JPS63159710A (ja) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | 隧道等における自動測量システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63159710A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5107600B2 (ja) * | 2007-04-06 | 2012-12-26 | アイレック技建株式会社 | 光ビームの角度設定方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5676731A (en) * | 1980-10-30 | 1981-06-24 | Iseki & Co Ltd | Clutch device |
| JPS5912964A (ja) * | 1982-07-15 | 1984-01-23 | Otsuka Chem Co Ltd | ポリオルガノシロキサン組成物 |
| JPS59208415A (ja) * | 1983-05-13 | 1984-11-26 | Kumagai Gumi Ltd | 測量方法 |
-
1986
- 1986-12-23 JP JP30734986A patent/JPS63159710A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5676731A (en) * | 1980-10-30 | 1981-06-24 | Iseki & Co Ltd | Clutch device |
| JPS5912964A (ja) * | 1982-07-15 | 1984-01-23 | Otsuka Chem Co Ltd | ポリオルガノシロキサン組成物 |
| JPS59208415A (ja) * | 1983-05-13 | 1984-11-26 | Kumagai Gumi Ltd | 測量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63159710A (ja) | 1988-07-02 |
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