JPH08145671A - 地下掘削機の位置検出方法 - Google Patents

地下掘削機の位置検出方法

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JPH08145671A
JPH08145671A JP28949094A JP28949094A JPH08145671A JP H08145671 A JPH08145671 A JP H08145671A JP 28949094 A JP28949094 A JP 28949094A JP 28949094 A JP28949094 A JP 28949094A JP H08145671 A JPH08145671 A JP H08145671A
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峯 石坂
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Abstract

(57)【要約】 【目的】小形で正確な地下掘削機の位置検出方法及び装
置を提供する。 【構成】地表3の基準点7A、7Bから吊下げワイヤ5によ
り地下掘削機1の直上まで重錘9を吊下げる。掘削機1
上の座標が既知である掘削機1上の複数部位に重錘9の
接近に感応する複数の接近感知素子11を予め固定する。
重錘9に対する一つ以上の接近感知素子11からの感応出
力を検出し、検出された感応出力と当該出力を発生した
接近感知素子11の掘削機上座標から地表基準点7A、7Bに
対する掘削機1の位置を検出する。好ましくは、重錘9
を磁石とし、接近検出素子11をホール素子又は磁気抵抗
素子とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、地下掘削機(以下、掘
削機という場合がある。)の位置検出方法及び装置に関
し、とくに地表から吊下げられ鉛直に掘削する地下掘削
機の位置検出方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図7に従来の下げ振り式地下掘削機の位
置検出方法の一例を示す。地下掘削機1は、その頂面2
に接続した吊りワイヤ5により地表3から重力方向に吊
下げられ鉛直に竪孔8を掘削する。実際には、地層の硬
軟によって先端が水平方向にずれ掘削機1の姿勢が鉛直
から離れ、竪孔8の鉛直性が損われることがある。鉛直
性確保のため、掘削機1上の二点の位置を検出してそれ
らの位置から掘削機姿勢を算出し、掘削機1に対し所要
の姿勢又は位置の修正を加えることが行われている。図
7は、かかる二点のうち一方の点の位置測定方法を示
し、他方の点についても同様な測定が可能である。テン
プレートTにより地表3の基準点7から重錘9を計測用
ワイヤ6によって吊下げる。図中R1、R2は吊りワイヤ
5及び計測用ワイヤ6に対するワイヤリールである。図
7(A)及び図7(B)を参照するに、吊下げられた重錘9
を囲むべき掘削機1の頂面2上の位置にセンサー筒40を
固定し、掘削機1上の座標軸X−X及びY−Y方向にお
ける重錘9の位置検出のため、2組の渦電流センサー41
a、41b及び41c、41dをセンサー筒40の側壁上に設ける。
地表3における二つの基準点7に対する掘削機1上の二
つの対応するセンサー筒40の位置を測定すれば、掘削機
1の姿勢は計算可能であり、例えば計算機Cによりその
計算を行いその計算結果をディスプレイDに表示するこ
とができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の地
下掘削機の位置検出方法には次の欠点がある。 (1)掘削中にセンサー筒40又は渦電流センサー41が竪孔
8の側壁又は排出土に当り破損することがある。 (2)破損防止のためセンサー筒40を掘削機1中の枠体の
内部に取付けることも考えられるが、これでは渦電流セ
ンサー41の磁界が周辺の金属の影響を受けて測定誤差の
原因となる。 (3)渦電流センサー41によっては正確な測定が困難であ
る。例えば重錘9の位置を10cmのオーダーで正確に測定
しようとすると、そのセンサーのコイルが大きくなりセ
ンサー筒40も大型化し、また重錘9も重さ100kg、高さ
1m程度となり、コスト高となるだけでなく、取扱も不
便になる。
【0004】従って本発明の目的は、小形で正確な地下
掘削機の位置検出方法及び装置の提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】図1の実施例を参照する
に、本発明の地下掘削機の位置検出方法によれば、地表
3より吊下げられて鉛直に掘削する地下掘削機1の位置
を検出する方法において、地表3の基準点7から地下掘
削機1の直上まで重錘9を吊下げ、掘削機上座標が既知
である掘削機1上の複数部位に重錘9の接近に感応する
複数の接近感知素子11を予め固定し、重錘9に対する一
つ以上の接近感知素子11からの感応出力を検出し、検出
された感応出力及び当該感応出力を発生した接近感知素
子11の掘削機上座標とから地表基準点7に対する掘削機
1の位置を検出する。
【0006】好ましくは、重錘9を磁石とし、接近検出
素子11をホール素子又は磁気抵抗素子とする。
【0007】
【作用】本発明の作用を、図1に示す実施例により説明
する。この例では、接近感知素子11をホール素子とし、
複数の接近検知素子11を位置検出ユニット20上に格子状
配列で取付けた上で掘削機1に固定し、それぞれ磁石10
を有する二つの重錘9を二つの基準位置7A、7Bが設けら
れた吊下げユニット4から吊下げているが、本発明はこ
の例に限定されない。
【0008】地表3の基準点7から地下掘削機1の直上
まで吊下げた重錘9は基準点7の鉛直下方にあるから、
基準点7の地表における平面座標はこの重錘9の地表に
平行な平面座標においても維持される。例えば複数の接
近感知素子11が掘削機1上に図2のように5行5列の格
子状配列で固定され、C行第3列の接近感知素子11とC
行第4列の接近感知素子11とが等しい出力を発生し且つ
周辺の他の接近感知素子11の出力がC行に関して対称で
あったとすると、重錘9はC行上の第3列と第4列との
中央にあることを検知できる。ところで、各接近感知素
子11の地下掘削機1に対する座標は既知であるから、C
行上の第3列と第4列との中央の点が基準点7の地表に
おける平面座標にあることに基づき、基準点7に対する
掘削機1の座標及び掘削機1の地表における平面座標を
正確に検出することができる。
【0009】複数の接近感知素子11が格子状に配列され
ない場合であっても、各接近感知素子11の掘削機上座標
と各接近感知素子11の出力とが知られれば、補間法によ
り重錘9の掘削機座標上位置を検出することができるの
で、基準点7に対する掘削機1の位置を検出できる。し
かも本発明は例えば低コストで製作される磁石やホール
素子で形成することが可能であり、しかも渦電流センサ
ーにおけるような大型コイルを使わない。
【0010】こうして、本発明の目的である「小形で正
確な地下掘削機の位置検出方法及び装置の提供」が達成
される。
【0011】
【実施例】図1の実施例では、地下掘削機1の頂面2上
に一定間隔を隔てた二つの参照点17を設け、各参照点17
及びその近傍で掘削機上座標が既知である地下掘削機1
上の複数部位にホール素子からなる接近感知素子11を格
子状に固定する。各接近検知素子11の出力の検知の便宜
上、全ての接近検知素子11を以下に説明する図6の位置
検出ユニット20に組込んだ後掘削機1に取付けてもよ
い。接近感知素子11としては、ホール素子に替えて磁気
抵抗素子又は他の重錘近接に感応する素子を使うことが
できる。地表3に前記一定間隔を隔てた二つの基準点7
A、7Bを設け、それらの基準点7A、7Bから重錘9をそれ
ぞれ吊下げる。図示例では、計測用ワイヤ6貫通のため
に穿った穴を有する吊下げユニット4を用い、その穴の
位置によって基準点7A、7Bを定める。計測ワイヤ貫通穴
に深度センサー15を設け、計測用ワイヤ6の繰出し長さ
の測定値から重錘9の深度を検出する。ただし重錘9の
深度検出方法は、計測用ワイヤ6の繰出し長さ利用のも
のに限定されない。各重錘9に対し一以上の接近感知素
子11からの感応出力を検出し、検出された接近感知素子
11の掘削機上座標から基準点7A、7Bに対する各参照点17
の三次元位置を検出することにより前記掘削機の位置及
び姿勢を計測する。
【0012】図2は、格子状に配列した複数の接近感知
素子11の出力の分布から重錘9の位置を検出する方式の
実施例を示す。
【0013】次に9個のホール素子からなる接近感知素
子11を例えば10cmの素子間間隔で図3のC行と第3列に
十文字状に配列した位置検出ユニット20の実施例を示
す。重錘9の磁石10が図3(B)の第2列でB行とC行と
の間にある場合を検討する。ホール素子の出力は磁界に
比例するので、磁石10とホール素子との間の距離の減少
に応じて増大し、磁石に最も近いホール素子の出力が最
も大きくなる。図4(A)は図3(B)の行と列の座標系に
おける磁石付き重錘9の位置を示し、図4(B)は第3列
の直線上の接近検知素子11の出力をプロットした分布を
示し、図4(C)はC行の直線上の接近検知素子11の出力
をプロットした分布を示す。
【0014】図5は、図4(B)の接近検知素子出力値を
補間法により結んでカーブとし、同様に図4(C)の接近
検知素子出力値を補間法により結んでカーブとし、両カ
ーブのピーク値を通り且つ行及び列に平行な直線の交点
として重錘9の掘削機座標を測定する原理を示す。重錘
9の掘削機座標を測定すれば、既に説明したように地表
3の基準点7に対する掘削機1の位置を検出できる。
【0015】図6の位置検出ユニット20のマルチプレク
サ22は、制御電流発生部30からの電流Iを順次各ホール
素子即ち接近感知素子11に加えると共に当該接近感知素
子11の出力電圧Ehをレベル検知部26に与える。図示例
では、増幅器25による増幅後の電圧をレベル検知部26に
加える。マルチプレクサ制御部32は、マルチプレクサ22
の切替えにより、制御電流I及び出力電圧Ehの接続を
各接近感知素子11に順次切り替えるものである。
【0016】判別部28は、レベル検知部26からの電圧情
報及び位置メモリ29からの当該電圧を発生した接近感知
素子11の位置情報に基づいて、複数の接近感知素子11に
対向する磁石10の位置を決定する。図5から理解される
ように、磁石10の位置従って重錘9の位置をレベル検知
部26からの電圧に基づく比例配分によって求めることが
できる。
【0017】計算機34は、地表3の基準点7の既知座標
情報、掘削機1上の複数の接近感知素子11の掘削機座標
情報、及び位置検出ユニット20からの接近感知素子11に
対する磁石10の位置情報に基づいて、掘削機1の地表座
標を算定する。算定結果は表示部36における表示又は記
録部38による記録に供される。
【0018】本発明者は、1個が数百円程度の低価格ホ
ール素子を用い、磁石10の位置を±1mm程度の精度で正
確に測定できることを実験により確認した。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明による地下掘
削機の位置検出方法は、地表基準点から吊下げた重錘と
地下掘削機に取付けた複数の接近感知素子との組合せを
用いるので、次の顕著な効果を奏する。
【0020】(イ) 地下掘削機にセンサー筒を設ける必
要がなくなり、掘削時における位置測定機部品の破損の
虞をなくすことができる。 (ロ) 大きなコイル付きの渦電流センサーを使わないの
で小形化が可能である。 (ハ) 低コストで地下掘削機の位置検出装置を製作する
ことができる。 (ニ) 地下掘削機の位置を±1mm程度の精度で正確に低
コストで測定できる。 (ホ) 地下掘削機の姿勢を正確にしかも低コストで測定
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は本発明の一実施例の説明図である。
【図2】は接近検知素子の格子状配列の説明図である。
【図3】は接近検知素子の十文字状配列の説明図であ
る。
【図4】は十文字配列の接近感知素子の出力の説明図で
ある。
【図5】は接近感知素子出力の補間法による重錘位置検
出の説明図である。
【図6】は位置検知ユニットのブロック図である。
【図7】は従来技術の一例の説明図である。
【符号の説明】
1 地下掘削機 2 頂面 3 地表 4 吊下げユニット 5 吊下げワイヤ 6 計測用ワイヤ 7 基準点 8 竪孔 9 重錘 10 磁石 11 接近感知素子 15 深度センサー 20 位置検出ユニット 22 マルチプレクサ 24 コントローラ 25 増幅器 26 レベル検知部 28 判別部 29 位置メモリ 30 制御電流発生部 32 マルチプレクサ制御部 34 計算機 36 表示部 38 記録部 40 センサー筒 41 渦電流センサー。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】地表より吊下げられて鉛直に掘削する地下
    掘削機の位置を検出する方法において、地表の基準点か
    ら地下掘削機の直上まで重錘を吊下げ、掘削機上座標が
    既知である掘削機上の複数部位に前記重錘の接近に感応
    する複数の接近感知素子を予め固定し、前記重錘に対す
    る一つ以上の前記接近感知素子からの感応出力を検出
    し、検出された感応出力と当該感応出力を発生した接近
    感知素子の掘削機上座標とから前記地表基準点に対する
    前記掘削機の位置を検出してなる地下掘削機の位置検出
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の位置検出方法において、前記
    地表の基準点に前記重錘の深さを検出する深度センサー
    を設け、前記地表基準点に対する前記掘削機の三次元位
    置を検出してなる地下掘削機の位置検出方法。
  3. 【請求項3】 請求項2の位置検出方法において、前記
    掘削機上に一定間隔を隔てた二つの参照点を設け、各参
    照点の近傍で掘削機上座標が既知である掘削機上の複数
    部位に前記接近感知素子を固定し、地表で前記一定間隔
    を隔てた二つに基準位置から前記重錘をそれぞれ吊下
    げ、前記各重錘に対する一以上の前記接近感知素子から
    の感応出力を検出し、検出された感応出力と当該感応出
    力を発生した接近感知素子の掘削機上座標とから前記各
    地表基準点に対する前記各参照点の三次元位置を検出す
    ることにより前記掘削機の位置及び姿勢を検出してなる
    地下掘削機の位置検出方法。
  4. 【請求項4】 請求項1の位置検出方法において、前記
    接近感知素子をホール素子とし、前記重錘を磁石として
    なる地下掘削機の位置検出方法。
  5. 【請求項5】 請求項1の位置検出方法において、前記
    接近感知素子を磁気抵抗素子とし、前記重錘を磁石とし
    てなる地下掘削機の位置検出方法。
  6. 【請求項6】 地表基準点に対する地下掘削機の位置を
    検出する装置において、地下掘削機上の所定部位に固定
    された複数の重錘接近感知素子、地表の所定位置から重
    錘を前記地下掘削機の直上まで吊下げる吊下げユニッ
    ト、及び前記重錘の接近に応答する前記接近感知素子の
    出力と当該応答する接近感知素子の位置とから地下掘削
    機に対する前記重錘の位置を検出する位置検出ユニット
    を備えてなる地下掘削機の位置検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014115132A (ja) * 2012-12-07 2014-06-26 Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence 磁気測定システム
JP2015507210A (ja) * 2012-02-16 2015-03-05 エレクトロ スキャン、インク. 導管の欠陥データを収集、解析、およびアーカイブするシステムおよび方法

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JP2015507210A (ja) * 2012-02-16 2015-03-05 エレクトロ スキャン、インク. 導管の欠陥データを収集、解析、およびアーカイブするシステムおよび方法
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