JPH04179793A - 孔曲り計測装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 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装置に関す
る。

［従来の技術］ 土木工事等において、通信ケーブルや電線を敷設するた
めの電気配管、上下水道管、ガス管等の埋設位置を測定
することが必要となる場合がある。

地下鉄工事やトンネル工事などにおいては、掘削孔が大
口径であるため、測量機材を掘削孔内に搬入して直接人
間が測量を行ったり、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
小口径の配管の位置を計測する場合は、配管に入って計
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、本願発明者はこのような問題を解決するための
孔曲り計測装置を開発した。

この従来の計測装置は、例えば第７図に示すように、角
速度センサとしての振動ジャイロと傾斜計としての加速
度計を内蔵したセンサ部１を比較的硬質の搬入用ケーブ
ル２の先端部分に連結すると共に、センサ部１内の振動
ジャイロと加速度計が出力する計測信号を、伝送線の入
った搬入用ケーブル２を介して地上等に設置された計測
装置本体５へ伝送し、計測装置本体５に設けられたＣＲ
ＴデイスプレィやＸ−Ｙプロッタ等に測定結果を表示す
る構成となっている。

そして、小口径の配管３を測定する場合には、まず、セ
ンサ部１を先頭にして配管３の入口に挿入し、更に、測
定しようとする最深還部の地点まで挿入して該地点を計
測開始地点Ｐ。とすると共に、地点Ｐ。の直交座標系に
よる三次元的位置を（Ｘｏ　、　　Ｙｏ　、　　Ｚｏ　
）とする。

次に、所定の長さしだけ搬入用ケーブル２を配管３から
引き抜（ことにより、センサ部１も同時に地点Ｐ。から
距離りだけ配管３に沿って移動させ、第１の地点Ｐ１の
方位角φ１と傾斜角θ１を振動ジャイロ及び加速度計に
よって計測し、次式（１）に従って第１の地点Ｐ、の直
交座標系による三次元的位置（ＸＩ　、Ｙ＋　、Ｚｌ）
を計測装置本体５内のコンピュータによって算出する。

即ち、三次元的位置（ＸＩ　、ｙ、、Ｚｌ　）は、計測
開始地点Ｐ。の三次元的位置（Ｘｏ、Ｙｏ。

２０）と方位角φ７、傾斜角θ１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搬入用ケーブル２を配管３
から引き抜（ことにより、センサ部１も同時に地点Ｐ１
から距離りだけ配管３に沿って移動させ、第２の地点Ｐ
２の方位角φ２と傾斜角θ２を振動ジャイロ及び加速度
計によって計測し、次式（２）に従って第２の地点Ｐ２
の三次元的位置（Ｘ２．Ｙ２．Ｚ２）を計測装置本体５
内のコンピュータによって算出する。

そして、以後の操作も同様に行い、所定の長さＬずつ搬
入用ケーブル２を引き抜く毎に、各地点での方位角及び
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が配管３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。

・・・（３） 最後に、計測装置本体５内のコンピュータがこれらの計
測結果に基づいて、次式（４）の演算を行うことにより
、配管３の入口部Ｐ。を直交座標系の基準位置（０，Ｏ
，Ｏ）として、配管３全体の形状を見やすいように変換
する。

そして、計測装置本体５に備えられているＣＲＴデイス
プレィやＸ−Ｙプロッタ等に上記式（４）で得られた演
算結果を表示することにより、第８図の実線Ｃに示すよ
うに、孔全体の三次元的位置を表示する。

この孔曲り計測装置は、測定操作が極めて簡単であり、
又、構成も簡素であるという効果を有している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この孔曲り計測装置は、上記式（４）に
示す演算処理によって配管の入口を基準、即ち、直交座
標系の基準位置Ｐ、（０，帆　０）とし、この基準位置
からの配管の軌跡を表示することでより理解し易い表示
を提供しているが、配管の軌跡は入口の方位を基準とし
て得られる。この軌跡を地図上にプロットするには配管
の入口の絶対方位が必要になる。管の入口を正確に測量
するのに、センサの上面に設けた基線をトランシット等
でにらんで行う。これにより、管の各位置が地図上のど
の位置にくるかが分る。

又、位置の演算は、入口を原点として各所定の位置の方
位角・傾斜角をもとに類積演算を行っている。このため
、入口に近いデータはど軌跡の精度を右左する度合が大
きくなる。管の途中ではセンサは安定な姿勢を保持でき
るようになっているが、入口の所では、不安定になりや
すいため計測精度が悪くなる可能性がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、
より測定精度を向上させることのできる孔曲り計測装置
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、被測定孔の
入口端に、センサ部を引き抜く時に該センサ部の移動を
ガイドするアダプタを設けた。

［作用］ このような構造を有する本発明によれば、被測定孔に取
り付けたアダプタに沿ってセンサが管から出てくるので
管の入口の方位をトランシットで測量して絶対方位が管
理でき管の位置を地図上の位置に落すのが容易になり、
計測の精度も向上する。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。

まず、第１図に基づいてセンサ部の外観構造を説明する
。

第１図において、センサ部６の外壁は完全に密封された
円筒状のカブセルフで構成され、カブセルフの先頭部分
にゴム等から成る防震部８が取り付けられている。

又、カブセルフの側端には、カブセルフの長手方向に対
して平行な２本の棒材９，１０から成るソリが固定され
、第２図に示すように、被測定管内にセンサ部６を挿入
したときにカブセルフが管に接触しないで管の内壁にソ
リが接触してセンサ部６を支持することで、センサ部６
と管の平行度が改善され、また回転を防止する機能を発
揮するようになっている。即ち、第２図中の仮想線Ｙ−
Ｙ゛が重力の掛かる方向となり、仮想線ｘ−ｘ’がソリ
によって保たれるセンサ部６の水平方向となり、ソリの
機能によってこの状態が維持される。

カブセルフの終端部分には耐水圧コネクタ１１が設けら
れ、耐水圧コネクタ１１には可撓性を有するフレキシブ
ルチューブ１２が連結している。

更に、フレキシブルチューブ１２の終端が、ユニバーサ
ルジヨイント１３を介して搬入用のケーブル１４の先端
部分に連結している。ケーブル１４は、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
有する線材で形成されている。

次に、カブセルフの内部構造を第３図と共に説明する。

同図において、１５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１５の内部には、仮
想中心線ｚ−ｚ’　の方向（センサ部６の長手方向）に
沿って、肉厚な円筒状の軸受取付台１６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１６の中心の中空部１７に、２個の軸受１８
，１９が相互に離間して嵌合され、回転軸２０がこれら
の軸受１８，１９に回転自在に軸承されると共に、回転
軸２０の一端がジャイロ取付台２１、他端が加速度計取
付台２２に圧入又はネジ止め等により固定されている。

ジャイロ取付台２１には、振動ジャイロ２３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２２には、加速度計２４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２１、振動ジャイロ２３、加速度計
２４及び加速度計取付台２２の全体の重心位置は、回転
軸２０の仮想中心線ｚ−ｚ’　より下方にずらすことに
より、振動ジャイロ２３及び加速度計２４等が、回転軸
２０を支軸とする振り子を構成している。

尚、軸受１８．１９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、第４図に示す磁気ダンパ
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。

即ち、第４図において、軸受取付台１６に設けられた環
状穴２５に、環状の永久磁石２６が固着され、永久磁石
２６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で構成されている。

又、純鉄等の磁性材で形成されたリターンパス形成部２
７か、永久磁石２６と同様に、軸受取付台１６の環状穴
２５に挿入されて固着され、更に、永久磁石２６とリタ
ーンパス形成部２７との間に隙間Ｇが設けられている。

ぞして、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２８が加速度計取付台２２と隙間Ｇの間に配
置され、ダンパ２８の閉端２９が加速度計取付台２２に
ネジ３０で固定されると共に、開口側の筒状部３１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２８が仮想中心軸ｚ−ｚ’　の回りに回転すると、永
久磁石２６とリターンパス形成部２７との間に発生する
磁場によってダンパ２８の筒状部３１に過電流が発生し
、筒状部３１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２８の運動が減衰する。

したがって、耐水圧容器１５が仮？中心線Ｚ−２°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２３は入力軸が仮想線Ｙ−
Ｙ’　の方向、加速度計２４は入力軸が仮想中心線ｚ−
ｚ’の方向を向くこととなる。

更に、耐水圧容器１５内に振動ジャイロ２３と加速度計
２４の出力信号を処理する処理回路が内蔵されている。

即ち、処理回路は、振動ジャイロ２３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３２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３３と、加速度計２４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３４と、ローパスフィルタ３４の出力
信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器３５と、
Ａ／Ｄ変換器３３．３５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３６を備えている。

そして、振動ジャイロ２３と加速度計２４を仮想線ｚ−
ｚ’　、ｙ−ｙ’　、ｘ−ｘ’　に合致させるようにし
て、耐水圧容器１５かカプセル７内に収容され且つ固定
される。又、演算及び通信回路３６の出力端子に伝送線
が接続し、上記のデジタルデータを演算及び通信回路３
６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。

そして、測定の際は、第７図に示すのと同様に、被測定
配管中にセンサ部６を挿入し、ケーブル１４を引き出し
ながらセンサ部６内の振動ジャイロ２３と加速度計２４
で方位角と傾斜角を測定することにより、被測定配管の
位置を演算する。

本発明にあっては測定時に、第５図に示す構造のアダプ
タ３７を、第６図に示すように被測定配管３８の入口端
に組付ける。

即ち、アダプタ３７は、被測定配管３８の入口内に長手
方向に沿って挿入され且つ長手方向に沿うＶ字形の溝３
９を有するガイド部４０と、ガイド部４０の一端に固着
されたアーム４１を備え、更に、アーム４１の先端部に
形成された雄ネジ部４２に蝶ナツトや摘みナツト等のナ
ツト４３が螺合している。そして、ガイド部４０とアー
ム４１間に被測定配管３８の入口端に挟み、ナツト４３
で入口端の外側を締め付けることにより、ガイド部４０
を固定する。又、溝３９を被測定配管３８の長平方向に
合わせてガイド部４０を固定する。

そして、測定時は、従来例で説明したように、被測定配
管３８内にセンサ部６を挿入し、所定距離りずつケーブ
ル１４を引き出しながらセンサ部６内の振動ジャイロ２
３と加速度計２４で方位角と傾斜角を測定し、最後にセ
ンサ部６を被測定配管３８の入口から引き抜くときは、
センサ部６を溝３９に沿って引き抜く。そして、地上の
計測装置本体内に内蔵されているマイクロコンピュータ
システムによって上記式（１）〜（４）の演算処理を行
うことにより、被測定配管３８の埋設位置を求める。

このように、この実施例によれば、センサ部を被測定配
管から引き抜くのを、被測定配管に固定したアダプタに
沿って行うようにしたので、被測定配管の入口の方位角
と傾斜角を正確に測定でき、上記式（４）による演算結
果に誤差を生じなくなり、測定精度を向上させることが
できる。

尚、この実施例では、ナツトの締め付けによって被測定
配管へアダプタを固定する構造となっているが、他の周
知の固定構造を適用してもよい。

又、センサ部のカプセルの外側壁に仮想中心線ｚ−ｚ’
　　と平行な基線を描いておき、被測定配管の入口から
センサ部を引き抜くときに、計測装置で基線とアダプタ
の溝の角度（即ち、誤差角度）を計測し、この角度分を
更に補正することによってより測定精度を向上させるこ
とができる。

［発明の効果コ このような構造を有する本発明によれば、被測定孔に取
り付けたアダプタに沿ってセンサ部が引き抜かれるので
、引き抜き時にセンサの姿勢が安定するので、測定精度
が向上すると共に、地上の測量を結合させて管がどの位
置にあるかが正確にわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のセンサ部の外観構造を示す
図； 第２図はセンサ部を先端から見たときの外観構造図； 第３図はセンサ部の内部構造を示す斜視図；第４図は第
２図の一部を拡大して示す縦断面図；第５図はアダプタ
の構造を示す図； 第６図はアダプタを被測定配管に取り付けた状態を示す
図； 第７図は従来の計測方法を示す説明図；第８図は従来の
計測装置の向題点を説明するための説明図である。 符号の説明； ６：センサ部 ７：カプセル １４：搬入用ケーブル ３７：アダプタ ３８：被測定配管 ３９：溝 ４０ニガイド部 ４１：アーム ４２：雄ネジ部 ４３：ナツト 特許出願人　株式会社トキメック

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）角速度センサと傾斜計を内蔵したセンサ部を搬入
   用ケーブルの先端部分に連結し、センサ部を先頭にして
   被測定孔の適宜の深遠部に挿入した後、搬入用ケーブル
   を引き抜いてセンサ部を被測定孔の入口側へ引き出す毎
   に角速度センサと傾斜計で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孔曲り計測
   装置において、 前記被測定孔の入口端に、センサ部の移動軌跡を案内す
   るアダプタを設けたことを特徴とする孔曲り計測装置。