JPH0588347B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、さく孔装置のさく孔位置決めを正
確に行うことのできるさく孔位置制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

一般にトンネル掘削において発破孔をさく孔す
るさく孔装置は、台車上に俯仰、旋回可能なブー
ムを枢支し、このブームの先端に、さく岩機を前
後進可能に搭載したガイドシエルを支持してお
り、この台車を切羽付近に設帯置し、作業者が手
動操作でさく岩機を所定のさく孔パターンに合わ
せるよう位置決めを行つていた。しかし、このよ
うなさく孔装置の位置決め操作は難しく熟練を要
することから、近年コンピユータ等による制御装
置を搭載し、さく孔パターンに従つて順次指定位
置に指定角度でさく岩機を自動位置決めするさく
孔装置が提案されている（特公昭57−51518号・
特開昭59−145894号等） このような自動化されたさく孔装置を用いる場
合には、演算処理により台車からの各さく孔の位
置及び角度を決定するために、通常、トンネルの
後方から掘さくする切羽面へ向けて照射される基
準レーザービームの位置情報を予め制御装置内の
メモリに記憶させておき、基準レーザービームに
さく岩機に装着したターゲツトを合わせたときの
ブームの関節部の回転角とさく岩機の前後進距離
の情報から、台車のトンネル座標系における設置
位置と方向を算出していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、トンネルの掘進方向のの中心線をＺ
軸、このＺ軸に直交する水平軸をＸ軸、Ｘ軸及び
Ｚ軸と直交する軸をＹ軸とするトンネル座標系に
おいて、Ｚ軸と平行な基準レーザービームにさく
岩機のターゲツトを合わせ、上記の如くブームの
関節部の回転角とさく岩機の前進距離との情報か
ら台車の設置位置と方向とを演算しても、台車の
Ｚ軸を軸とする界転角、即ち、左右の傾きを算出
することはできない。そこで、正確にさく孔位置
の制御を行うため、台車は予め左右方向を水平に
設置しなければならず、台車のアウトリガーを手
動操作で調整したり、台車に自動水平装置を設け
て調整したりしているが、台車設置に時間を要
し、作業能率が低下し、設備費も嵩す。また、超
大形のさく孔装置では、アウトリガーの操作で完
全な水平を出すことは不可能である。

この発明はさく孔位置制御装置における上記問
題点を解決するものであつて、台車設置の際、左
右の水を出すことなく正確なさく孔位置制御を行
うことができ、台車の設置に要する時間を短縮し
て作業能率を向上させ、自動水平装置が不要で安
価なさく孔装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では、上記問題点を解決するため、台
車上に俯仰旋回可能にブームを枢支し、このブー
ムでさく岩機を前後進可能に搭載したガイドシエ
ルを支持するさく孔装置において、ブームの各関
節部の回転角情報を発生する角度検出器と、さく
岩機の前後進の距離情報を発生する距離検出器
と、台車の傾斜角を検出する傾斜角検出器と、台
車が基準位置に設置されている場合に、さく岩機
をトンネル座標系の基準線に合わせるとき及び所
定のさく孔パターンによる各さく孔目標の位置と
方向に合わせるときのさく岩機の移動に対し、角
度検出器及び距離検出器が発生すべき情報を予め
記憶さ せる記憶装置と、作業時に台車を設置
した位置からさく岩機をトンネル座標系の基準線
に合わせたときの角度検出器、距離検出器、傾斜
角検出器の発生する情報及び記憶装置の予記憶情
報から台車の基準位置に対する位置ずれと角度ず
れを算出し、さく孔目標の位置と方向にさく岩機
を合わせるための実際の回転角及び前後進距離を
算出して位置制御指令信号を発生する中央処理装
置とを設けてさく孔位置制御装置を構成する。

〔作用〕

台車が基準位置に設置されている場合に、さく
岩機をトンネル座標系の基準線に合わせるときの
さく岩機の移動と所定のさく孔パターンによる各
さく孔目標の位置と方向に合わせるときのさく岩
機の移動とに対し各検出器が発生すべき情報が予
め記憶装置に記憶される。作業時に、台車が実際
に設置される位置と姿勢は、基準位置と一致しな
いで、この位置からさく岩機をトンネル座標系の
基準線に合わせ、このときに各検出器が発生する
情報を記憶装置に予め記憶されている各検出器が
発生すべき情報と中央処理装置で比較し、台車の
基準位置に対する位置に対する位置ずれと角度ず
れとを算出する。この算出されたずれの値に基づ
いて各さく孔目標の位置と方向に合わせるための
さく岩機の移動量を補正算出しブームの関節部の
回転及びさく岩機の前後進を行う各アクチユエー
タを制御し、さく岩機を位置決めする。ここでは
台車の傾斜角検出器からの情報により台車のの左
右の減きも補正演算されるため、台車のの水平設
置調整を行わなくとも正確な位置決めが行われ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照しこの発明の実施例を説明す
る。

第１図は、この発明の実施例であるさく孔位置
制御装置を備えたさく孔装置の側面図である。さ
く孔装置１０は、台車１１の基台１２盾にブーム
台１３を旋回軸１４によつて枢着し、このブーム
台１３にブーム１５の下端を俯仰軸１６によつて
枢着している。ブーム１５には、基台１２との間
に旋回用油圧シリンダ（図示略）、ブーム台１３
との間には俯仰用油圧シリンダ１８が設けられて
旋回、俯仰可能になつている。ブーム１５の上端
には、チルトアーム１９がチルトアーム軸２０に
よつて枢着され、ブーム１５との間にチルト用油
圧シリンダ（図示略）を設けて傾斜可能になつて
いる。チルトアーム１９には、スイングアーム２
２がスイングアーム軸２３によつて枢着され、チ
ルトアーム１９との間にスイング用油圧シリンダ
（図示略）を設けて揺動可能になつている。スイ
ングアーム２２にはガイドマウンチング２５が固
設されており、このガイドマウンチング２５でガ
イドシエル２６を摺動可能に支承している。ガイ
ドシエル２６にはさく岩機２７を搭載し、フイー
ドモータ２８で前後方に移動可能としている。さ
く岩機２７には、ビツト２９付のロツド３０を装
着し、打撃と回転とを与えて切羽面３１にさく孔
を行う。

このさく孔装置１０のブーム１５及びアーム１
９，２２の関節部である旋回軸１４、俯仰軸１
６、チルトアーム軸２０、スイングアーム軸２３
には、各々その回転角の情報を発生する角度検出
器１，２，３，４が取付けられており、ガイドシ
エル２６には、さく岩機２７の前後進距離情報を
発生する距離検出器５が取付けられ、更に基台１
２に、台車の傾斜角情報を発生する傾斜角検出器
６が取付けられている。３２はトンネル座標系の
Ｚ軸に平行に設けられた基準線を示すレーザービ
ーム、３３はアウトリガー、３４は制御装置であ
る。

第２図は、このさく孔位置制御装置のブロツク
図であり、角度検出器１，２，３，４、距離検出
器５、傾斜角検出器６、記憶装置３５、演算装置
３６を備えた中央処理装置３７、操作卓３８、各
検出器１，２，３，４，５，６及び操作卓３８か
らの信号を受ける入力部３９、ブーム、アーム用
のシリンダやさく岩機のフイードモータ等のアク
チユエータの駆動を制御する公知の油圧回路の電
磁制御弁群４０に制御指令信号を送出する出力部
４、及びオフライン計算機４２とのインターエイ
ス４３から構成されている。

さく孔作業を行う場合、予めさく孔位置制御デ
ータをオフライ計算機４２で作成し、中間媒体を
介し、制御装置３４のインターエイス４３を通し
て記憶装置３５に記憶させる。このさく孔位置制
御データは、台車が基準位置、すなわち、台車が
切羽面３１から所定距離後方のトンネル中央に、
Ｚ軸と台車前後方向中心線とを一致させ左右を水
平に設置された位置から、さく岩機２７を基準線
とるレーザービーム３２に合わせるための移動に
対応する各関節部の回転角、さく岩機の前後進距
離データ、及び所定のさく孔パターンによる各さ
く孔目標の位置と方向に合わせるための移動に対
応する回転角、前後進距離データである。次い
で、さく孔装置１０を切羽付近に設置し、さく岩
機２７をレーザービーム３２に合わせる。このと
き各検出器１，２，３，４，５，６の検出データ
は、入力部３９を通して中春処理装置３７に送ら
れる。操作卓３８の押ボタンを押すことにより台
車位置計算が開始され、演算装置３６が記憶装置
３５に予め記憶させた基準位置からレーザービー
ム３２までの移動に対応するデータを読出し、検
出データと比較して台車の位置及び角度のずれを
算出し、台車位置データとして記憶装置３５に記
憶させる。そこで操作卓３８の自動運転ボタンを
押すと、中 央処理装置３７は、予め記憶されて
いる基準位置からのさく孔制御データと、検出デ
ータに基づいて算出された台車位置データとを記
憶装置３５から読出し、演算装置３６でさく岩機
２７を目標のさく孔位置と方向に合わせるための
移動に対応するさく孔制御データの修正計算を行
い、台車の実設置位置からのブーム１５、アーム
１９，２２の関節部１４，１５，２０，２２の回
転角及びさく岩機２９の前後進距離を操作制御デ
ータとして記憶装置３５に記憶させる。以上の修
正処理が終わるとさく孔が開始され、中央処理装
置３７は、検出器１，２，３，４，５，６からの
検出値と記憶された操作制御データとを比較しな
がら、位置制御指令信号を発生する。この指令信
号は出力部４１を通して電磁制御弁群４０に送ら
れ、さく孔装置１０の各アクチユエータの駆動を
制御して、さく岩機２７をさく孔パタぶンに従つ
て目標とするさく孔の位置と方向へ移動させる。

操作制御データの計算は、この実施例では次の
如くして行つている。

(a) 前述のトンネル座標系における切羽面上のさ
く孔目標位置のＸ，Ｙ，Ｚ座標及び目標孔尻の
Ｘ，Ｙ，Ｚ座標を指定する。

(b) 台車の前後方向中心線Z′軸に直交する平面上
で水平方向をX′軸、これと直交方向をY′軸と
する台車座標系は、台車が基準位置に設置され
たときトンネル座標系と一致する。ここでさく
岩機２７をZ′軸上後退端に置いた基準状態から
上記さく孔目標位置まで移動させるための各関
節部１４，１６，２０，２２の回転角θy₁，
θx₂，θx₃，θy₄及びさく岩機２７の前進距離lz₅
は、公知の如く、さく孔装置１０の各部分の寸
法の幾何学的関係から算出する。

(c) 実作業時に台車が設置されたときの基準位置
からのずれに見合つた修正計算を行うために用
いる補助データ列R₁を計算する。

以上はさく孔パターンに従つてさく孔順に全
孔数について行う。

(d) トンネル座標系と台車座標系とが一致し
ている場合に、さく岩機２７の指定部分の２点
をレーザービーム３２に合わせたときの各関節
部１４，１６，２０，２２の回転角Ｌ俯仰y₁，
Lθx₂，Lθx₃，Lθy₄，及びさく岩機２７の前進
距離LlZ₅を、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標に基づいて算出す
る。

(e) 実作業時にさく岩機２７をレーザービーム３
２に合わせたときの検出データから台車位置を
計算するための補助データ列R₂を計算する。

以上の計算は、この実施例ではさく孔装置１
０に搭載された制御装置３４の演算機能が不足
しているため事務所に設置されているオフライ
ン計算機４２を用いて行い、その結果をカセツ
トテープやフロツピイデイスクの如き中間媒体
を介して制御装置３４の記憶装置３５に記憶さ
せているが、さく孔装置１０に搭載した制御装
置３４の能力が許せば、現場で行うこともでき
る。

(f) 実際に台車１１を設置し、さく岩機２７をレ
ーザービーム３２に合わせると、各関節部１
４，１６，２０，２２の回転角L′θy₁，L′θx₂，
L′θ³，L′θy₄，とさく岩機２７の前進距離L′lz₂
が各検出器１，２，３，４，５の発生する情報
として得られる。これらの値は台車座標系がト
ンネル座標系と一致している場合のLθy₁，
Lθx₂，Lθ₃，Lθy₄３Llz₅とは異なる。そこで、
補助データ列R₂により操作量差分を座標差及
び方向余弦に変換する係数マトリツクスRa₂を
作成しこれを用いて次式の如きDLを求める。

Ra₂Lθy₁−L′θy₁ Lθx₂−L′θx₂ Lθx₃−L′θx₃ Lθy₄−L′θy₄ Llz₅−L′θz₅＝DL₁ DL₂ DL₃ DL₄ DL₅＝DL …(1) ここで、DL₁，DL₂，DL₃は、台車座標系に
おけるレーザービーム３２の位置ずれのＸ，
Ｙ，Ｚ座標、DL₄，DL₅はその方向余弦のＸ，
Ｙ成分である。

(g) 次の関係式を用いて、トンネル座標系におけ
る台車位置ずれを計算する。

DE₁ DE₂ DE₃＝L₁ L₂ L₃−RHx・RHy・RHz・L₁＋DL₁ L₂＋DL₂ L₃＋DL₃ …(2) ここで、DE₁，DE₂，DE₃はトンネル座標系に
おける台車ずれのＸ，Ｙ，Ｚ座標、RHx，
RHyは方向余弦DL₄，DL₅による座標変換マト
リクス、RHzは傾斜角検出器６の発生する傾
斜角情報に基づく座標変換マトリクス、L₁，
L₂，L₃はトンネル座標系におけるレーザービ
ームのＸ，Ｙ，Ｚ座標である。

(h) 台車位置ずれが無い場合のさく孔目標位置
（ｘ，ｙ，ｚ）と実際の台車座標系におけるさ
く孔目標位置（x′，y′，z′）との関係は、
RHx・RHy・RHz＝RHとすれば次式で示さ
れる。

ｘ ｙ ｚ＝RHx′ y′ z′＋DE₁ DE₂ DE₃ …(3) (3)式よりx′ y′ z′＝RHｘ−DE₁ ｙ−DE₂ ｚ−DE₃ …(4) よつて、(4)式より台車座標系における目標さ
く孔位置（x′，y′，z′）を算出する。

(i) 更に、次式によりさく孔角度の修正量を算出
する。

f′ s′ e′＝RH^-1ｆ ｓ ｅ …(5) ここでｆ，ｓ，ｅはトンネル座標系における
方向余弦の成分である。

(j) 補助データ列R₁により台車座標系における
座標及び方向余弦差分を操作制御データの差分
に変換する係数マトリクスRa₁を作成し、次式
により操作制御データを算出する。

Ra₂θy₁′ θx₂′ θx₃′ θy₄′ lz₅′＝θy₁ θx₂ θx₃ θy₄ lz₅＋Ra¹x′−ｘ y′−ｙ z′−ｚ f′−ｆ s′−ｓ …(6) このθy₁，θx₂′，θx₃′，θy₄′，lz₅′の操作制
御
データに基づいてさく岩機２７の位置決め制御
を行えば台車の設置位置が基準位置と異なつて
いても正確なさく孔を行うことができる。

〔発明の効果〕

この発明では、さく孔時の台車設置において、
左右の水平調整を行う必要がなく、正確なさく孔
位置決めができるため、台車設置のための時間を
短縮して作業能率を向上させ、自動水平装置も不
要で安価なさく孔装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例であるさく孔位
置制御装置を備えたさく孔装置の側面図、第２図
はこのさく孔位置制御装置の実施例のブロツク図
である。 図中、１，２，３，４は角度検出器、５は距離
検出器、６は傾斜角検出器、１０はさく孔装置、
１１は台車、１５はブーム、１９はチルトアー
ム、２２はスイングアーム、２６はガイドシエ
ル、２７はさく岩機、３２はレーザービーム、３
５は記憶装置、３６は演算装置、３７は中央処理
装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 台車上に俯仰、旋回可能にブームを枢支し、
   さく岩機が前後進可能に搭載されたガイドシエル
   を前記ブームで支持するさく孔装置において、ブ
   ームの各関節部の回転角情報を発生する角度検出
   器と、さく岩機の前後進の距離情報を発生する距
   離検出器と、台車の傾斜角情報を発生する傾斜角
   検出器と、台車が基準位置に設置されている場合
   に、さく岩機をトンネル座標系の基準線に合わせ
   るとき及び所定のさく孔パターンによる各さく孔
   目標の位置と方向に合わせるときのさく岩機の移
   動に対し前記角度検出器及び距離検出器が発生す
   べき情報を予め記憶させる記憶装置と、作業時に
   台車を設置した位置からさく岩機をトンネル座標
   系の基準線に合わせたときの前記角度検出器、距
   離検出器、傾斜角検出器の発生する情報及び前記
   記憶装置の予記憶情報から、台車の基準位置に対
   する位置ずれと角度ずれを算出し、前記さく孔目
   標の位置と方向にさく岩機を合わせるための回転
   角及び前後進の距離を算出して位置制御指令信号
   を発生する中央処理装置とを備えたことを特徴と
   するさく孔位置制御装置。