JPH04113207A - 孔曲がり計測方法 - 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、土木工事や建設工事等で使用する小口径の孔
の三次元的位置を計測するための孔曲り計測方法に関す
る。

［従来の技術］ 通信ケーブルや電線を敷設するための電気管、上下水道
管、ガス管等を埋設するための比較的小口径の孔を掘削
する場合、岩盤の存在や土壌状態、障害物の存在等に起
因して、直線状の孔以外に種々の曲がりを有する孔を掘
削することが必要であり、計画に合うように工事を遂行
するためには、孔の曲がり部や直線部の位置を確実に把
握することが重要な課題である。

地下鉄工事やトンネル工事などにおいては、掘削孔か大
口径であるため、測量機材を掘削孔内に搬入して直接人
間か測量を行ったり、シールドマシンに自動測量機器を
設置して計測を行うことが可能であるが、上記のような
小口径の孔を計測する場合には、孔内に入って計測する
ことができないため、技術的な困難を伴っていた。

そこで、例えば従来の小口径の孔の計測方法としては、
ロープ状の線材に所定間隔毎に発光源を取り付けたセン
サを小口径の孔内に挿入し、孔の入口から観測できる発
光源の数を計測したり、各発光源からの光の到達状態を
計測することによって、孔の長さや曲がり状況を判断す
る方法が採られていた。

「発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の計測方法にあっては、
比較的直線状の小口径の孔を計測することは可能である
が、大きな曲げの部分を有する孔の場合は発光源からの
光が遮断されて計測不能となり、正確な計測を行うこと
かできない問題かあった。

本発明は、このような課題に鑑みて成されたちのであり
、小口径の孔の全体の三次元的位置を確実に計測する方
法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために本発明は、長平方向へ
の付勢力に対しての曲げ強度を有すると共に比較的可撓
性を有するケーブルの先端部分に、角速度センサと傾斜
計を備えたセンサ部を取り付け、該センサ部を先頭にし
て小口径の孔の入口から深遠部に向けてケーブルを送り
込むことにより、センサを所望の計測開始地点に配置す
る。そして・、計測開始地点から適宜の長さづつケーブ
ルを孔から引き抜く又は送り込む毎に前記角速度センサ
の出力を積分した方位角と前記傾斜計の傾斜角を計測す
ることにより、小口径の孔の全体的な三次元的位置を計
測する。

［作用］ 本発明の孔曲り計測方法によれば、ケーブルを引き抜く
又は送り込むのに伴ってセンサ部が孔の形状に沿って移
動するので、ケーブルの引き抜き長さ又は送り込み長さ
と各計測地点での方位角と傾斜角を計測することにより
、孔全体の三次元的位置を計測することができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。

まず、本実施例の計測方法に適用する計測装置の構成を
説明する。第１図は、計測装置のセンサ部の構造を部分
的に切り欠いた状態で示す斜視図である。尚、本実施例
では角速度センサに振動ジャイロを、傾斜計には加速度
計を適用した場合について説明する。

同図において、２は完全密封された円筒状の筐体からな
る耐水圧容器（尚、説明の都合上、部分的に切り欠いた
状態で示す）であり、耐水圧容器２の内部には、仮想中
心線ｚ−ｚ’　の方向に沿って、肉厚な円筒状の軸受取
付台３がネジ（図示せず）等により一体固着されている
。

軸受取付台３の中心の中空部４に、２個の軸受５．６が
相互に離間して嵌合され、回転軸７がこれらの軸受５，
６に回転自在に軸承されると共に、回転軸７の一端がジ
ャイロ取付台８、他端が加速度計取付台９に圧入又はネ
ジ止め等によって固定されている。

ジャイロ取付台８には、振動ジャイロ１０が仮想中心線
ｚ−ｚ’　に対して鉛直の方向（図中の仮想線Ｙ−Ｙ’
方向）を入力軸の方向として固定され、加速度計取付台
９には、加速度計１１が、仮想中心線ｚ−ｚ’　の方向
を入力軸の方向として固定されている。又、ジャイロ取
付台８、振動ジャイロ１０、加速度計１１及び加速度計
取付台９の全体の重心位置は、回転軸７の仮想中心線ｚ
−ｚ’より下方にずらし、振動ジャイロ１０及び加速度
計１１等は、回転軸７を支軸とする振り子を構成してい
る。

尚、軸受５，６の摩擦及び振り子の空気抵抗を極めて小
さく設定しであるので、上記振り子構造自身の機械的な
振動の減衰率は小さいが、後述する磁気ダンパによって
振り子構造の振動を減衰させるようになっている。

第２図は、第１図の加速度計取付台９及び軸受取付台３
の近傍の拡大断面図であり、主に磁気ダンパの構造を示
している。

第２図において、軸受取付台３に設けられた環状穴１２
に、環状の永久磁石１３が固着され、永久磁石１３は、
例えばその円周に沿って隣接するもの同士が相互に異な
る極を持つ複数個の磁石片て構成されている。

又、純鉄等の磁性材で形成されたリターンパス形成部１
４か、永久磁石１３と同様に、軸受取付台３の環状穴１
２に挿入されて固着され、更に、永久磁石１３とリター
ンパス形成部１４との間に隙間Ｇが設けられている。

そして、銅やアルミニウム等の導体で形成されたカップ
状のダンパ１５が加速度計取付台９と隙間Ｇの間に配置
され、ダンパ１５の閉端１６が加速度計取付台９にネジ
１７で固定されると共に、開口側の筒状部１８が隙間Ｇ
内に挿入されている。

このような構造の磁気ダンパにおいて、カップ状のダン
パ１５が中心軸ｚ−ｚ’　の回りに回転すると、永久磁
石１３とリターンパス形成部１４との間に発生する磁場
によってダンパ１５の筒状部１８に過電流か発生し、筒
状部１８の回転運動を妨げようとする反力が発生する。

このため、ダンパ１５の運動が減衰する。

したがって、耐水圧容器２が仮想中心線ｚ−ｚ’を中心
に回転しても、上記の振り子作用と磁気ダンパの作用に
より、常に、振動ジャイロ１０は入力軸が仮想線Ｙ−Ｙ
’　の方向、加速度計１１は入力軸が仮想中心線ｚ−ｚ
’　の方向を向くこととなるので、センサ部１の耐水圧
容器２が中心軸Ｚ−２°の回りに回転しながら被計測孔
に挿入されても、この回転に影響されることなく、方位
角を計測することができる。

更に、振動ジャイロ１０と加速度計１１の出力信号を処
理する処理回路がセンサ部内に内蔵されている。即ち、
処理回路は、振動ジャイロ１０から出力される角速度に
関する出力信号を積分することによって方位角の信号に
変換する積分器１９と、方位角の信号をデジタルデータ
に変換するＡ／Ｄ変換器２０と、加速度計１１から出力
される傾斜角の信号の高域周波数成分を除去するローパ
スフィルタ２１と、ローパスフィルタ２１の出力信号を
デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２２と、Ａ／Ｄ
変換器２０．２２から夫々出力されるデジタルデータを
受信する演算及び通信回路２３を備えている。

そして、演算及び通信回路２３には、後述するケーブル
の内部に配線された伝送線（図示せず）が接続し、上記
のデジタルデータを演算及び通信回路２３と伝送線を介
して、伝送線の終端に接続された計測器本体に伝送する
ようになっている。

このような構成のセンサ部１は、仮想中心線Ｚ−２°　
の方向に延びるケーブル２４の先端部に連結される。尚
、ケーブル２４は、小口径の孔の開口部から深遠部へ挿
入する時に、長平方向への付勢力に対して折れ曲がらな
い程度の曲げ強度を有すると共に、若干の可撓性を有す
る材質及び構造のものが使用される。

次に、かかる構造の計測装置を使用する計測方法を第３
図ないし第６図と共に説明する。

まず、ケーブル２４の先端部分にセンサ部１を取り付け
、センサ部１を先頭にして被測定孔の入口から深遠部に
向けて挿入する。したかって、地中に掘削した孔を計測
する場合には、例えば第３図に示すように、リール２５
からケーブル２４を引き出して、ケーブル２４の先端部
分に取り付けたセンサ部ｌを孔の深遠部へ挿入する。又
、センサ部１に接続する伝送線２６の終端は計測装置本
体２７に接続する。更にケーブル２４は伝送線２６を兼
ねている。更にまたリール２５にはロータリブラシ（ス
リップリング）２８がついており、ロータリブラシ２８
を介して計測装置本体２７に接続する。

そして、センサ部１を孔の最深還部等の適宜の地点まで
挿入し、該地点を計測開始地点Ｐ。とすると共に、地点
Ｐ。の三次元位置を（Ｘｏ　、　Ｙｏ　。

２０）とする。

次に、所定の長さしだけケーブル２４を孔から引き出す
ことにより、センサ部１も同時に地点Ｐｏから距離した
け孔に沿って移動させ、第１の地点Ｐ１の方位角φ１と
傾斜角θ１を振動ジャイロ１０及び加速度計１１によっ
て計測し、次式（１）に従って第１−の地点の直交座標
計による三次元的位置（Ｘ＋　、Ｙ＋　、Ｚ＋　）を計
測装置本体２７内のコンピュータによって算出する。

即ち、三次元的位置（Ｘ＋　、　Ｙ＋　、Ｚ、）は、計
測開始地点Ｐ。の三次元位置（Ｘｏ　、　Ｙｏ　、　　
Ｚ。）と方位角φ３、傾斜角θ、及び距離りをパラメー
タとして三角関数の演算により求める。

次に、再び所定の長さしだけケーブル２４を孔から引き
出すことにより、センサ部１も同時に地点Ｐ１から距離
りだけ孔に沿って移動させ、第２の地点Ｐ２の方位角φ
２と傾斜角θ２を振動ジャイロ１０及び加速度計１１に
よって計測し、次式（２）に従って第２の地点の三次元
的位置（Ｘ２゜Ｙ２．Ｚ２）を計測装置本体２７内のコ
ンピュータによって算出する。

更に、本実施例では、次式（４）の演算を行うことによ
り、孔の入口部Ｐ、を直交座標の基準点（０，Ｏ，Ｏ）
として、孔全体の形状を見やすいように変換する。

そして、以後の操作も同様に行い、所定の長さＬずつケ
ーブル２４を引き出す毎に、各地点での方位角と傾斜角
を計測し、且つ各地点の三次元的位置を算出し、センサ
部ｌが孔の入口に到達するまで繰り返す。

尚、このような演算処理を一般式で示すと、次式（３）
となり、各計測地点Ｐ。−Ｐ、の三次元的位置を知るこ
とができる。

そして、計測装置本体２７に備えられているＣＲＴデイ
スプレィやＸ−Ｙプロッタ等に第４式で得られた結果を
表示することにより、第４図に示すように、孔の全体の
三次元的位置を表示する。

第５図は小口径の掘削孔に塩化ビニル管を敷設し、第６
図は鋼管を敷設した場合の実測結果を示す。但し、夫々
の管について４回の計測結果を示し、各図の（ａ）は、
地表面を水平面として管の長手方向をＸ軸（基準軸）、
Ｘ軸に対する孔の深さ（鉛直変位）をＺ軸としたＸ−Ｚ
直交座標系で示し、各図の（ｂ）は、地表面を水平面と
して管の長手方向をＸ軸（基準軸）、Ｘ軸に対する孔の
水平変位をＹ軸としたＸ−Ｙ直交座標面で示している。

これらの図から明らかなように、４回の計測結果のばら
つきが極めて少なく、高精度の計測を実現することがで
きる。

尚、上記の実施例ではセンサ部１を計測開始地点から引
き抜き計測していく例を説明したが、計測開始地点を孔
の入口とし、所定の長さずつケーブルを送り込む毎にセ
ンサ部１で方位角と傾斜角を計測することとしても同様
である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ケーブルを孔から
引き出す又は送り込むことによってセンサ部が孔内部の
形状に沿って移動するので、ケーブルの引き抜き長さ又
は送り込み長さと各計測地点での方位角と傾斜角を計測
することにより、孔の各地点の座標を検知することがで
きると共に、簡単な操作で高精度の計測を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例の計測方法に適用する計測装置の構造
を示す説明図； 第２図は第１図の要部構造を説明するための断面図； 第３図は一実施例の計測方法を説明するための説明図； 第４図は計測結果の説明図； 第５図と第６図は実施例による計測例を示す図である。 図中の符号、 １、センサ部 ２：耐水圧容器 ３：軸受取付台 ４：中空部 ５：軸受 ６：軸受 ７：回転軸 ８：ジャイロ取付台 ９：加速度計取付台 １０：振動ジャイロ １１：加速度計 １２；環状穴 １３：永久磁石 １４：リターンパス形成部 １５：ダンパ １８：筒状部 １９：積分器 ２０：Ａ／Ｄ変換器 ２１：ローパスフィルタ ２２：Ａ／Ｄ変換器 ２３：演算及び通信部 ２４：ケーブル ２５：リール ２６；伝送線 ２７：計測装置本体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）長手方向への付勢力に対しての曲げ剛性を有する
   と共に比較的可撓性を有するケーブルの先端部分に、角
   速度センサと傾斜計を備えたセンサ部を取り付け、 該センサ部を先頭にして小口径の孔の入口から深遠部に
   向けてケーブルを送り込むことにより、センサを適宜の
   計測開始地点に配置し、 該計測開始地点から所定の長さずつケーブルを孔から引
   き抜く又は送り込む毎に前記角速度センサの出力を積分
   した方位角と前記傾斜計の傾斜角を計測することにより
   、小口径の孔の全体的な三次元的位置を計測することを
   特徴とする孔曲がり計測方法。