JPH0536598B2 - - Google Patents
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- JPH0536598B2 JPH0536598B2 JP61170767A JP17076786A JPH0536598B2 JP H0536598 B2 JPH0536598 B2 JP H0536598B2 JP 61170767 A JP61170767 A JP 61170767A JP 17076786 A JP17076786 A JP 17076786A JP H0536598 B2 JPH0536598 B2 JP H0536598B2
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- JP
- Japan
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- excavator
- magnetic field
- target line
- loop
- excavation
- Prior art date
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Description
本発明は、地中を掘進する掘進機を掘削目標線
に沿つて掘進させるため掘進機の地中での姿勢を
検出する掘進機の姿勢検出装置に関する。
に沿つて掘進させるため掘進機の地中での姿勢を
検出する掘進機の姿勢検出装置に関する。
小口径掘進工法等により、地中に管等を非開削
で埋設する場合、当該管の先端に配置する掘進機
は予め定められた掘削目標線に沿つて地中を掘削
してゆく必要がある。このため、地中における掘
進機の位置を検出し、掘進機が掘削目標線から外
れた場合にはこれを修正しなければならない。こ
のように、掘進機の位置を検出することは、地中
を掘削してトンネルを溝築したり、下水管等を埋
設する場合、不可欠の手段である。以下、従来の
位置検出手段を図により説明する。 第３図は従来の位置検出装置の構成概略図あ
る。図で、Ａは地表面、A′は地中、Ｔは掘削目
標線を示す。１は交流電源、２ａ，２ｂは導線で
ある。導線２ａ，２ｂは掘削目標線Ｔから等間隔
（Ｗ＝W1＝W2）に配置されたループ状の導線で
あり、電源１と反対側において互いに接続されて
いる。３は地中A′にあつて上記掘削目標線Ｔに
沿い矢印４の方向に掘進せしめられる掘進機であ
る。５ａ，５ｂは掘進機３の両側面に配置された
磁界検出器である。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚは想定され
た座標軸を示す。 今、電源１により導線２ａ，２ｂに電流を供給
すると、この電流により地中に形成される磁界
は、導線２ａ，２ｂのＺ軸方向の長さが充分に長
い場合、Ｙ軸方向の距離（深さ）ｙとＸ軸方向の
距離ｘの関数で変化する。したがつて、磁界検出
器５ａ，５ｂにより磁界を検出すれば掘進機３の
地中A′での位置を検出することとなる。磁界検
出器５ａ，５ｂがループコイルで構成されている
場合、その出力はコイルのループ面を通過する磁
束の時間的変化率に比例する。ここで、 〓：コイルのループ面を通過する磁束 Ｎ：コイルの巻数 Ｇ：コイルのループ面積 Ｂ：コイルのループ面をを通過する磁束密度 〓：磁束の周波数 とすると、ループコイルの出力ｅは次式で表わさ
れる。 ｅ＝ｄ〓／dt＝〓・Ｎ・Ｇ・cos〓ｔ …(1) 又、導線２ａ，２ｂに電流が供給されれたとき
のＸ軸方向の磁界Hx，Ｙ軸方向の磁界はHyは、
掘進機３の位置ｘ，ｙを図示のように定めると次
式で表わされる。 Hx＝Ｉ／２〓｛ｙ／（ｘ−W1）2＋y2−ｙ／（ｘ＋W2）2
＋y2｝ ……(2) Hy＝Ｉ／２〓｛Ｘ−W1／（ｘ−W1）2＋y2−ｘ＋W2／（
ｘ＋W2）2＋y2｝ ……(3) さらに、磁界Ｈと磁束密度Ｂとの関係は、物質
の透磁率を〓とすると Ｂ＝〓・Ｈ ……(4) となる。本実施例では、媒質が土あり、土の透磁
率は空気と殆んど変らず一定とすることがきる。 以上のことから、磁界検出器５ａ，５ｂの出力
ｅに基づいて掘進機３の位置ｘ，ｙを演算により
求めることができる。そして、このような手段
は、掘削目標線Ｔがどのような線（直線や曲線）
であつても掘進機３の地中A′における位置を連
続して検出することができるので、掘進機３を自
動制御することができる。 〓発明が解決しようとする〓 ところで、掘進機３で掘進作業を実施している
とき、掘進機３自体に傾きが生じると掘進作業が
進むにつれて掘削目標線に対して水平又は垂直方
向に掘進機３がずれてゆく。このようなずれがあ
る程度の大きさになると、上記位置検出装置によ
り検出され、修正される。しかしながら、この修
正は傾きが大きいと困難あり、又、掘削が蛇行状
に行なわれるおそれが生じる。 本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決
し、掘進機の姿勢を容易に検出することができ、
ひいては掘進機の姿勢の傾きを早期に修正し蛇行
状の掘削を防止して掘削目標線に沿つた掘削を行
なうことができる掘進機の姿勢検出装置を提供す
るにある。 〓課題を解決するための手段〓 上記の目的を達成するため、本発明は、地中を
掘削する掘進機と、この掘進機の掘削目標線に沿
つて配置されたループ状の導線と、前記掘削目標
線に交差する方向に配置された少なくとも１つの
ループ状の他の導線と、前記掘進機にその長手方
向に沿つて配置され前記各導線に供給された電流
による磁界を検出する複数の磁界検出器と、これ
ら各磁界検出器により検出された前記導線および
前記他の導線に供給された電流による各磁界の検
出値と前記所定角度とに基づいて前記掘進機の姿
勢を演算する演算装置とを備えたことを特徴とす
る。 〓作用〓 １つの導線に電流を供給しこの電流により生じ
た磁界を磁界検出器により検出し、又他の導線に
も電流を供給して同様にその磁界を検出し、これ
らの検出値および前記各導線間の角度に基づいて
所定の演算を行ない、掘進機の姿勢を検出する。 〓実施例〓 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。 第１図は本発明の実施例に係る姿勢検出装置の
構成概略図である。図で、第３図に示す部分と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。２
０ａ，２０ｂは第３図に示す導線２ａ，２ｂと同
様、掘削目標線Ｔに対して等間隔Ｗで敷設された
ループ状の導線、２１ａ，２１ｂは導線２０ａ，
２０ｂに対して、ある定められた角度〓をもつて
敷設されたループ状の導線、６は電源１と各導線
２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ間に介在する切
換スイツチである。５ｃ，５ｄは掘進機３の長手
方向に配置された磁界検出器であり、ループコイ
ルで構成される。図示されていないが、磁界検出
５ｃ，５ｄの検出値を入力して所要の演算を行な
う演算装置が適宜の個所に設置されている。な
お、各導線２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂは掘
削目標線Ｔに沿う適宜区間（例えば５〜10mの距
離）敷設され、その区間の掘進が終了すると次の
区間に敷設されるようになつている。 次に、本実施例の動作を第２図ａ，ｂを参照し
ながら説明する。第２図ａは第１図に示す線ａ
−ａに沿う断面図、第２図ｂは磁界検出器５
ｃ，５ｄの出力特性図である。図で、第１図に示
す部分と同一部分には同一符号が付してある。切
換スイツチ６により導線２０ａ，２０ｂに電源１
から電流を供給すると、地中A′には磁界が発生
する。掘削目標線Ｔの垂直位置から距離Ｘだけ離
れた位置において、前記磁界Ｘ軸方向の成分Hx
は、距離ｘが深さｙおよび距離Ｗに比較して小さ
いとき当該距離ｘに比例し、次式で表わされる。 Hx＝K1・ｘ ……(5) なお、K1は電流に比例する比例定数である。
第２図ｂに(5)式の特性が示されている。 今、掘進機３がＸ軸とＺ軸でなす平面におい
て、Ｚ軸方向に対して角度〓ｚだけ傾き、かつ、
掘削目標線Ｔからもずれている状態を考える。こ
のような状態において、各磁界検出器５ｃ，５ｄ
は第２図ａに示す位置にある。ここで、磁界検出
器５ｃ，５ｄの掘削目標線Ｔからの距離（ずれ）
をそれぞれx1，x2とし、又、磁界検出器５ｃ，５
ｄのコイルの巻線および断面積、ならびに電流の
周波数に比例する定数をk2とすると、磁界検出器
５ｃの出力e5cおよび磁界検出器５ｄの出力e5dは
次式で表わされる。 e5c＝k2・k1・ｘ ……(6) e5d＝k2・k1・X2 ……(7) これらの出力e5c，e5dが第２図ｂに示されてい
る。 前記の角度〓ｚは掘進機３の姿勢を表わす値で
ある。そして、この角度〓ｚは磁界検出器５ｃ，
５ｄ間の距離をｒとすると、 〓ｚ＝X1−X2／ｒ ……(8) となる。(8)式で、（X1−X2）は(6)式および(7)式を
用いて、 X1−X2＝１／k1・k2（e5c−e5d） ……(9) で表わされるので、結局、角度〓ｚは既知の値お
よび磁界検出器５ｃ，５ｄの検出値により求める
ことができる。 以上は、掘進機３が非磁性体、非導電体の物質
で構成されている場合には成立する。しかし、掘
進機３は鉄系の物質で構成されているのが通常で
あり、この場合、上記各式における定数k1，k2を
理論的に求めるのは困難である。したがつて、こ
れを求めるには、各掘進機毎に実験を行なう必要
があるが、この実験には高度の技術を要し、か
つ、多くの手間と時間が必要である。本実施例に
おいては、導線２０ａ，２０ｂとともに導線２１
ａ，２１ｂを敷設することにより、掘進機３が鉄
系の物質で構成されていても上記のような面倒な
実験を行なうことなく、正確に掘進機３の姿勢を
検出することができるものである。 以下、その原理を説明する。今、磁界検出器５
ｃの垂直線と地表面Ａとの交点を通り、導線２０
ａ，２０ｂに直交する線を考え、この線上におけ
る導線２０ａ，２０ｂと導線２１ａ，２１ｂとの
距離をｄとする。そして、切換スイツチ６を切換
え、電源１から導線２１ａ，２１ｂに電流を供給
すると、掘進機３が前述の状態にある場合、磁界
検出器５ｃの出力e5c.21および磁界検出器５ｄの
出力e5d,21は次式で表わされる。 e5c
で埋設する場合、当該管の先端に配置する掘進機
は予め定められた掘削目標線に沿つて地中を掘削
してゆく必要がある。このため、地中における掘
進機の位置を検出し、掘進機が掘削目標線から外
れた場合にはこれを修正しなければならない。こ
のように、掘進機の位置を検出することは、地中
を掘削してトンネルを溝築したり、下水管等を埋
設する場合、不可欠の手段である。以下、従来の
位置検出手段を図により説明する。 第３図は従来の位置検出装置の構成概略図あ
る。図で、Ａは地表面、A′は地中、Ｔは掘削目
標線を示す。１は交流電源、２ａ，２ｂは導線で
ある。導線２ａ，２ｂは掘削目標線Ｔから等間隔
（Ｗ＝W1＝W2）に配置されたループ状の導線で
あり、電源１と反対側において互いに接続されて
いる。３は地中A′にあつて上記掘削目標線Ｔに
沿い矢印４の方向に掘進せしめられる掘進機であ
る。５ａ，５ｂは掘進機３の両側面に配置された
磁界検出器である。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚは想定され
た座標軸を示す。 今、電源１により導線２ａ，２ｂに電流を供給
すると、この電流により地中に形成される磁界
は、導線２ａ，２ｂのＺ軸方向の長さが充分に長
い場合、Ｙ軸方向の距離（深さ）ｙとＸ軸方向の
距離ｘの関数で変化する。したがつて、磁界検出
器５ａ，５ｂにより磁界を検出すれば掘進機３の
地中A′での位置を検出することとなる。磁界検
出器５ａ，５ｂがループコイルで構成されている
場合、その出力はコイルのループ面を通過する磁
束の時間的変化率に比例する。ここで、 〓：コイルのループ面を通過する磁束 Ｎ：コイルの巻数 Ｇ：コイルのループ面積 Ｂ：コイルのループ面をを通過する磁束密度 〓：磁束の周波数 とすると、ループコイルの出力ｅは次式で表わさ
れる。 ｅ＝ｄ〓／dt＝〓・Ｎ・Ｇ・cos〓ｔ …(1) 又、導線２ａ，２ｂに電流が供給されれたとき
のＸ軸方向の磁界Hx，Ｙ軸方向の磁界はHyは、
掘進機３の位置ｘ，ｙを図示のように定めると次
式で表わされる。 Hx＝Ｉ／２〓｛ｙ／（ｘ−W1）2＋y2−ｙ／（ｘ＋W2）2
＋y2｝ ……(2) Hy＝Ｉ／２〓｛Ｘ−W1／（ｘ−W1）2＋y2−ｘ＋W2／（
ｘ＋W2）2＋y2｝ ……(3) さらに、磁界Ｈと磁束密度Ｂとの関係は、物質
の透磁率を〓とすると Ｂ＝〓・Ｈ ……(4) となる。本実施例では、媒質が土あり、土の透磁
率は空気と殆んど変らず一定とすることがきる。 以上のことから、磁界検出器５ａ，５ｂの出力
ｅに基づいて掘進機３の位置ｘ，ｙを演算により
求めることができる。そして、このような手段
は、掘削目標線Ｔがどのような線（直線や曲線）
であつても掘進機３の地中A′における位置を連
続して検出することができるので、掘進機３を自
動制御することができる。 〓発明が解決しようとする〓 ところで、掘進機３で掘進作業を実施している
とき、掘進機３自体に傾きが生じると掘進作業が
進むにつれて掘削目標線に対して水平又は垂直方
向に掘進機３がずれてゆく。このようなずれがあ
る程度の大きさになると、上記位置検出装置によ
り検出され、修正される。しかしながら、この修
正は傾きが大きいと困難あり、又、掘削が蛇行状
に行なわれるおそれが生じる。 本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決
し、掘進機の姿勢を容易に検出することができ、
ひいては掘進機の姿勢の傾きを早期に修正し蛇行
状の掘削を防止して掘削目標線に沿つた掘削を行
なうことができる掘進機の姿勢検出装置を提供す
るにある。 〓課題を解決するための手段〓 上記の目的を達成するため、本発明は、地中を
掘削する掘進機と、この掘進機の掘削目標線に沿
つて配置されたループ状の導線と、前記掘削目標
線に交差する方向に配置された少なくとも１つの
ループ状の他の導線と、前記掘進機にその長手方
向に沿つて配置され前記各導線に供給された電流
による磁界を検出する複数の磁界検出器と、これ
ら各磁界検出器により検出された前記導線および
前記他の導線に供給された電流による各磁界の検
出値と前記所定角度とに基づいて前記掘進機の姿
勢を演算する演算装置とを備えたことを特徴とす
る。 〓作用〓 １つの導線に電流を供給しこの電流により生じ
た磁界を磁界検出器により検出し、又他の導線に
も電流を供給して同様にその磁界を検出し、これ
らの検出値および前記各導線間の角度に基づいて
所定の演算を行ない、掘進機の姿勢を検出する。 〓実施例〓 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。 第１図は本発明の実施例に係る姿勢検出装置の
構成概略図である。図で、第３図に示す部分と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。２
０ａ，２０ｂは第３図に示す導線２ａ，２ｂと同
様、掘削目標線Ｔに対して等間隔Ｗで敷設された
ループ状の導線、２１ａ，２１ｂは導線２０ａ，
２０ｂに対して、ある定められた角度〓をもつて
敷設されたループ状の導線、６は電源１と各導線
２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ間に介在する切
換スイツチである。５ｃ，５ｄは掘進機３の長手
方向に配置された磁界検出器であり、ループコイ
ルで構成される。図示されていないが、磁界検出
５ｃ，５ｄの検出値を入力して所要の演算を行な
う演算装置が適宜の個所に設置されている。な
お、各導線２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂは掘
削目標線Ｔに沿う適宜区間（例えば５〜10mの距
離）敷設され、その区間の掘進が終了すると次の
区間に敷設されるようになつている。 次に、本実施例の動作を第２図ａ，ｂを参照し
ながら説明する。第２図ａは第１図に示す線ａ
−ａに沿う断面図、第２図ｂは磁界検出器５
ｃ，５ｄの出力特性図である。図で、第１図に示
す部分と同一部分には同一符号が付してある。切
換スイツチ６により導線２０ａ，２０ｂに電源１
から電流を供給すると、地中A′には磁界が発生
する。掘削目標線Ｔの垂直位置から距離Ｘだけ離
れた位置において、前記磁界Ｘ軸方向の成分Hx
は、距離ｘが深さｙおよび距離Ｗに比較して小さ
いとき当該距離ｘに比例し、次式で表わされる。 Hx＝K1・ｘ ……(5) なお、K1は電流に比例する比例定数である。
第２図ｂに(5)式の特性が示されている。 今、掘進機３がＸ軸とＺ軸でなす平面におい
て、Ｚ軸方向に対して角度〓ｚだけ傾き、かつ、
掘削目標線Ｔからもずれている状態を考える。こ
のような状態において、各磁界検出器５ｃ，５ｄ
は第２図ａに示す位置にある。ここで、磁界検出
器５ｃ，５ｄの掘削目標線Ｔからの距離（ずれ）
をそれぞれx1，x2とし、又、磁界検出器５ｃ，５
ｄのコイルの巻線および断面積、ならびに電流の
周波数に比例する定数をk2とすると、磁界検出器
５ｃの出力e5cおよび磁界検出器５ｄの出力e5dは
次式で表わされる。 e5c＝k2・k1・ｘ ……(6) e5d＝k2・k1・X2 ……(7) これらの出力e5c，e5dが第２図ｂに示されてい
る。 前記の角度〓ｚは掘進機３の姿勢を表わす値で
ある。そして、この角度〓ｚは磁界検出器５ｃ，
５ｄ間の距離をｒとすると、 〓ｚ＝X1−X2／ｒ ……(8) となる。(8)式で、（X1−X2）は(6)式および(7)式を
用いて、 X1−X2＝１／k1・k2（e5c−e5d） ……(9) で表わされるので、結局、角度〓ｚは既知の値お
よび磁界検出器５ｃ，５ｄの検出値により求める
ことができる。 以上は、掘進機３が非磁性体、非導電体の物質
で構成されている場合には成立する。しかし、掘
進機３は鉄系の物質で構成されているのが通常で
あり、この場合、上記各式における定数k1，k2を
理論的に求めるのは困難である。したがつて、こ
れを求めるには、各掘進機毎に実験を行なう必要
があるが、この実験には高度の技術を要し、か
つ、多くの手間と時間が必要である。本実施例に
おいては、導線２０ａ，２０ｂとともに導線２１
ａ，２１ｂを敷設することにより、掘進機３が鉄
系の物質で構成されていても上記のような面倒な
実験を行なうことなく、正確に掘進機３の姿勢を
検出することができるものである。 以下、その原理を説明する。今、磁界検出器５
ｃの垂直線と地表面Ａとの交点を通り、導線２０
ａ，２０ｂに直交する線を考え、この線上におけ
る導線２０ａ，２０ｂと導線２１ａ，２１ｂとの
距離をｄとする。そして、切換スイツチ６を切換
え、電源１から導線２１ａ，２１ｂに電流を供給
すると、掘進機３が前述の状態にある場合、磁界
検出器５ｃの出力e5c.21および磁界検出器５ｄの
出力e5d,21は次式で表わされる。 e5c
Claims (1)
- １ 地中を掘削する掘進機と、この掘進機の掘削
目標線に沿つて配置されたループ状の導線と、前
記掘削目標線に交差する方向に配置された少なく
とも１つのループ状の他の導線と、前記掘進機に
その長手方向に沿つて配置され前記各導線に供給
された電流による磁界を検出する複数の磁界検出
器と、これら各磁界検出器により検出された前記
導線および前記他の導線に供給された電流による
各磁界の検出値と前記所定角度とに基づいて前記
掘進機の姿勢を演算する演算装置とを備えたこと
を特徴とする掘進機の姿勢検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61170767A JPS63171996A (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 掘進機の姿勢検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61170767A JPS63171996A (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 掘進機の姿勢検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63171996A JPS63171996A (ja) | 1988-07-15 |
| JPH0536598B2 true JPH0536598B2 (ja) | 1993-05-31 |
Family
ID=15910998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61170767A Granted JPS63171996A (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 掘進機の姿勢検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63171996A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002365005A (ja) * | 2001-06-08 | 2002-12-18 | San Shield Kk | シールド機の位置検出方法及びシールド機の位置検出装置 |
| JP5004646B2 (ja) * | 2007-04-26 | 2012-08-22 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 位置姿勢検出システム及びその検出方法並びに位置姿勢検出装置 |
-
1986
- 1986-07-22 JP JP61170767A patent/JPS63171996A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63171996A (ja) | 1988-07-15 |
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