JPH08159757A - 孔曲り計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 計測管の長さに比較して曲率の大きな孔の所
定曲率からのずれを計測し、計測現場において簡便に使
用でき、しかも計測精度の向上できる孔曲り計測装置を
提供する。 【構成】 ２つの計測管１２Ａ，１２Ｂの間を屈曲自在
に連結構成し、一方の計測管１２Ａには光軸ＬＲを該計
測管の長手方向軸芯方向に設定したレーザー光発射装置
１６と、そのレーザー光発射方向前側位置にレーザー光
屈曲装置１８とを取付け、他の計測管１２Ｂには受光位
置検出器２０を取付け、これら計測管の進行方向周りの
回転角度を検出する回転角度検出器２４を有し、前記連
結された計測管は曲った孔１０’に挿入された折れ曲り
状態で、該孔との隙間に起因するガタによる孔曲り状態
の計測結果への影響を小さくできるように長く形成され
ているよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、孔の曲り状態を計測す
る装置に関する。建物と建物の狭い地中にトンネル穴を
掘る場合に、建物の基礎を崩さない様に工事を行う必要
が有り、このために地中を凍らせて工事する凍結工法を
採用することがあるが、この凍結用に液体窒素を流し込
む多数の孔を設け、この孔はトンネル穴の円弧形状に沿
わせたり、建物に付随する管等を避けながら円弧状に形
成することが多く、こうした孔の設計孔との差異を計測
して、凍結作用の見積りに反映させることがあり、こう
した計測に利用できる。

【０００２】

【従来の技術】近年、曲った孔の曲り状態を計測する方
法として、連続的な計測の容易なジャイロを使用した計
測装置が用いられている。然しながら、ジャイロは高価
であることの他、時間と共に基準点がずれる、所謂バイ
アスエラーがあり、これを防止するためには速く計測を
終了させる必要があり、また、カーブ等の計測において
はその大きさによって異なるスケールファクターエラー
と呼ばれる誤差が存在する。更には、計測対象の孔の大
きさとジャイロを搭載した計測管（プローブ）との間の
隙間の存在によってガタが生じ、孔に対して計測管が傾
斜すれば、この傾斜角度が走行距離に応じて大きな計測
誤差になるという問題も有る。こうしたジャイロを使用
した計測に代って、レーザー光を使用した曲った孔の孔
曲り計測装置が特公平５−７５０５２号公報に開示され
ている。孔に沿ってレール付きの管を敷設し、そのレー
ル上に計測管を走行させて孔曲り状態を計測する。この
計測管は、レーザー光を発射方向において直接に検出部
で受光できる状態で走行させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、孔に沿っ
た管やレールを敷設することは、孔が長く、またその数
が多い場合等においてはその計測作業においてレール敷
設準備等に時間を要し、作業現場において非常に不便で
あり、簡便な計測装置が望まれる。また、検出部ではレ
ーザー光を発射方向前方において受光するため、孔の曲
率が大きな場合は受光できず、計測できない。

【０００４】依って本発明は、計測管の長さに比較して
曲率の大きな孔の所定曲率からのずれを計測し、計測現
場において簡便に使用でき、しかも計測精度の向上でき
る孔曲り計測装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑みて本発明
は、２つの計測管の間を屈曲自在に連結構成し、一方の
計測管には光軸を該計測管の長手方向軸芯方向に設定し
たレーザー光発射装置と、そのレーザー光発射方向前側
位置にレーザー光屈曲装置とを取付け、他の計測管には
受光位置検出器を取付け、これら計測管の進行方向周り
の回転角度を検出する回転角度検出器を有し、前記連結
された計測管は曲った孔に挿入された折れ曲り状態で、
該孔との隙間に起因するガタによる孔曲り状態の計測結
果への影響を小さくできるように長く形成されているこ
とを特徴とする孔曲り計測装置を提供する。

【０００６】上記レーザー光屈曲装置が頂角の小さなプ
リズム状レンズの組合せを有し、各プリズム状レンズの
組合せ状態を可変にできてレーザー光の屈曲角度を選定
できる孔曲り計測装置を提供する。更には、上記レーザ
ー光屈曲装置が光ファイバーを有する孔曲り計測装置を
提供する。

【０００７】

【作用】２つの計測管を屈曲自在に連結構成しているた
め、曲率を有する孔に沿うよう屈曲でき、しかもレーザ
ー光発射装置を取付けた一方の計測管に対して、受光位
置検出器を取付けた他の計測管の屈曲角度が大きくてレ
ーザー光発射装置の光軸方向に受光位置検出器が位置し
ていなくても、レーザー光発射方向前側位置にレーザー
光屈曲装置が取付けられているため、屈曲した他の計測
管の受光位置検出器に対してレーザー光を照射できる。
従って、計測管を長く構成することもできるため、孔と
計測管との間に隙間があってもその長さによって隙間の
ガタによる孔曲り状態の計測誤差を少なくできる。ま
た、計測管の進行方向周りの回転角度を回転角度検出器
によって計測し、計測管の回転による計測結果の補正を
行い、外部座標における孔の曲り状態を正しく知ること
ができる。

【０００８】また、上記レーザー光屈曲装置が頂角の小
さなプリズム状レンズの組合せを有すれば、各プリズム
状レンズの組合せ状態を変えてレーザー光の屈曲角度を
調節することができ、設定曲率幅の大きく異なる孔に対
しても１つの孔曲り計測装置で対応できる。また、光フ
ァイバーであれば、それを折り曲げる角度を調節するこ
とによって同様に設定曲率の大きく異なる孔にも対応で
きる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
き、更に詳細に説明する。図１は本発明に係る孔曲り計
測装置の使用状態を示す図である。一例として、計画さ
れた円管孔１０（パイプでも、土地に掘った孔でもよ
い）のカーブ状態は所定の曲率（半径Ｒ）に設定されて
いるが、実際に掘られた実線で示す孔１０’は、掘削誤
差によって破線で示す設計孔１０よりも曲率が大きくな
っている。

【００１０】この孔の曲り状態の計測に使用される計測
装置は、１対の計測管１２Ａ，１２Ｂを有し、これらは
屈曲自在に構成された連結部１４によって接続されてい
る。従って、この１対の計測管を孔１０’に挿入すると
各計測管の自重によって孔の曲線に沿う。またこれら各
計測管には、その走行を円滑ならしめるために夫々車輪
Ｓを取付けている。更には、孔１０’との隙間に起因す
る計測管のガタ付きを低減させるため、即ち、計測誤差
を低減させるため、計測管は孔全体の計測に支障の無い
範囲で長く構成する。

【００１１】一方の計測管１２Ａの端部近くには、光軸
を該計測管の長手方向軸芯に一致させてレーザー光発射
装置１６を取付け、他端部（計測管１２Ｂ側）近くに
は、レーザー光屈曲装置としての、非平行な２面の成す
頂角の小さなプリズム状レンズ１８を取付け、他の計測
管１２Ｂの前記計測管１２Ａから遠い側の端部近くには
前記プリズム状レンズ１８から所定距離Ｌだけ離れた位
置に受光位置検出器２０を取付けている。更には、計測
管１２Ａには計測管の進行方向軸芯周りの回転角度を検
出する回転角度検出器としての傾斜計２４が取付けられ
ている。この傾斜計は加速度計でよく、前記受光位置検
出器２０はＣＣＤ等で構成できる。上記屈曲自在に構成
された連結部１４は、例えば長さが変化し難く、捩れ難
い蛇腹状のもので構成したり、２次元のヒンジで構成し
たり、ボールジョイントを周囲に複数個配設して構成す
ることができる。

【００１２】レーザー光発射装置１６から発射されたレ
ーザー光ＬＲはプリズム状レンズ１８によって所定の角
度θだけ屈曲され、受光位置検出器２０上に到達する。
この場合のプリズム状レンズ１８の屈曲角度θは、設計
計画された孔１０の所定の曲率（半径Ｒ）に沿って計測
管が移動すればレーザー光が受光位置検出器２０の原点
位置（ここでは中心位置ＳＰ０）に到達するように設計
選定されている。また計測管１２Ａの端部にはミラー２
２を取付けており、孔１０’に挿入した際の初期傾斜姿
勢をトランシットを使用して計測するためのものであ
る。

【００１３】計測方法は計測管を押したりして孔１０’
内を走行させて行うが、既述のように該実際の孔１０’
は図示の部分においては設計孔１０に比べて曲率が大き
くなっている。即ち、図示部分の実際の孔１０’の半径
Ｒ’は設計孔１０の半径Ｒよりも小さい。このため、計
測管１２Ｂは連結部１４において、設計通りの孔１０に
対するよりも計測管１２Ａに対してその分大きな角度で
折れ曲る（図１では下側方向に下がる）ため、レーザー
光は受光位置検出器２０の原点ＳＰ０に入射せず、相対
的に受光位置検出器２０の座標軸ｚの上方位置ＳＰ１に
入射することになる。従って、この受光位置の解読から
孔１０’の曲率等の孔曲り状態が計測できる。

【００１４】もし孔１０’が図１を示す紙面に対して垂
直方向に曲っておれば、２次元に屈曲することのできる
連結部１４がその方向に折れ曲り、その結果、レーザー
光は受光位置検出器２０の原点から座標軸ｙ方向にずれ
た位置ＳＰ２に入射することになる。この場合も位置Ｓ
Ｐ２の解読から孔１０’の曲り状態が計測できる。それ
らの中間方向への曲りの場合も同様である。

【００１５】一例として、以下の場合の数値例を示す。 Ｒ＝３００ｃｍ θ＝２．９度 Ｌ＝３０ｃｍ この場合、受光位置検出器２０におけるＳＰ１とＳＰ０
との差ｚが０．１ｃｍであれば、半径Ｒ’＝２７９ｃｍ
となる。

【００１６】ところが、計測管が孔１０’内で長手方向
軸芯周りに回転することによって孔の曲りに沿うことも
できる。例えば、上述した紙面に対する垂直方向への折
れ曲りの代りに、これらの計測管が進行方向の周りに回
転することによって孔曲りに沿うこともできる。これで
は計測管内に取付けられている受光位置検出器２０上で
の受光位置はｚ軸上に存在するが、このような回転が生
じない場合には、既述のようにｙ座標軸上の位置ＳＰ２
に入射しており、同じ孔曲り状態に対して２つの計測結
果が生ずることとなる。従って、この回転角度を計測し
て計測結果を補正するために傾斜計２４を取付けてい
る。

【００１７】以上では、レーザー光屈曲装置としてプリ
ズム状レンズ１８を用いているが、このレンズが１個で
あれば、一定の屈曲角度しか得られず、従って、この計
測装置の適用可能な孔の曲り状態は一定範囲の曲率に限
られるが、こうしたレンズを組合せ、それらの相対位相
角度を可変調節でき、且、その相対位置で固定可能に構
成すれば、種々の曲率範囲の孔曲りに適用できる。

【００１８】また、プリズム状レンズに代えて、光ファ
イバーを用い、その途中を計測対象孔に対する適宜な角
度に折り曲げて保持すれば、レーザー光の屈曲角度が調
節できる。従って、上記同様に種々の曲率範囲の孔曲り
に適用できる。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、計測管の長さに比較して曲率の大きな孔の所定
曲率からのずれを計測でき、従って孔の曲り状態を計測
でき、管やレールを挿入する必要がないため、計測現場
において簡便に使用でき、しかも孔の曲率に対して相対
的に長い計測管を使用するため、孔と計測管との隙間に
起因するガタによる計測誤差を小さくでき、計測精度の
向上する孔曲り計測装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る孔曲り計測装置の縦断面図
である。

【符号の説明】

１０ 設計孔 １０’ 実際の孔 １２Ａ，１２Ｂ 計測管 １４ 連結部 １６ レーザー光発射装置 １８ レーザー光屈曲装置 ２０ 受光位置検出器 ２２ ミラー ２４ 傾斜計

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの計測管の間を屈曲自在に連結構成
   し、一方の計測管には光軸を該計測管の長手方向軸芯方
   向に設定したレーザー光発射装置と、そのレーザー光発
   射方向前側位置にレーザー光屈曲装置とを取付け、他の
   計測管には受光位置検出器を取付け、これら計測管の進
   行方向周りの回転角度を検出する回転角度検出器を有
   し、前記連結された計測管は曲った孔に挿入された折れ
   曲り状態で、該孔との隙間に起因するガタによる孔曲り
   状態の計測結果への影響を小さくできるように長く形成
   されていることを特徴とする孔曲り計測装置。
2. 【請求項２】 前記レーザー光屈曲装置が頂角の小さな
   プリズム状レンズの組合せを有し、各プリズム状レンズ
   の組合せ状態を可変にできてレーザー光の屈曲角度を選
   定できてなる請求項１記載の孔曲り計測装置。
3. 【請求項３】 前記レーザー光屈曲装置が光ファイバー
   を有してなる請求項１記載の孔曲り計測装置。