JPH08313239A - Wall surface measuring apparatus, wall surface measuring method, and digging control method using the method - Google Patents

Wall surface measuring apparatus, wall surface measuring method, and digging control method using the method

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JPH08313239A
JPH08313239A JP31715795A JP31715795A JPH08313239A JP H08313239 A JPH08313239 A JP H08313239A JP 31715795 A JP31715795 A JP 31715795A JP 31715795 A JP31715795 A JP 31715795A JP H08313239 A JPH08313239 A JP H08313239A
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wall surface
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transmitting
excavator
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忠 樋口
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Abstract

PURPOSE: To grasp three-dimensional data on the whole wall surface in a short time by a method wherein an ultrasonic transmission-reception part is raised and lowered and an ultrasonic beam is controlled in such a way that its scanning face is crossed with the raising and lowering direction. CONSTITUTION: An ultrasonic transmission-reception unit 50 is constituted of a cylindrical housing 52 of an ultrasonic transmission-reception part 56 and of a motor 66 as a scanning means to deflect a transmitted and received ultrasonic beam to the horizontal direction. Acoustic windows 54A, 54B are formed at the side face of the housing 52,. The transmission-reception part 56 is attached integrally to a shaft 60, and ultrasonic transducers 58A, 58B which are installed at both ends of the transmission- reception part 56 face the acoustic windows 54A, 54B. By the forward and reverse drive of the motor 66 which is installed at the rear side of a partition plate 62, the transmission-reception part 56 is turned and scanned via the shaft 60. Then, a wall- surface-data computing means computes three-dimensional data in a wall surface on the basis of the received signal of the transmission-reception part 56, on the basis of the scanning direction of the ultrasonic beam and on the basis of the raising and lowering position of the transmission-reception part 56.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用し壁
面の3次元データを測定する壁面測定装置および方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wall surface measuring apparatus and method for measuring three-dimensional data of a wall surface using ultrasonic waves.

【0002】[0002]

【発明の背景】土木工事における地下連壁工法、縦坑掘
削工法などでは掘削壁の鉛直性や掘削幅を確保するため
に壁面の掘削精度の測定が必要である。
BACKGROUND OF THE INVENTION In the underground wall construction method and the vertical shaft excavation method in civil engineering, it is necessary to measure the excavation accuracy of the wall surface in order to secure the verticality of the excavation wall and the excavation width.

【0003】例えば、地下連壁工法は、掘削溝に安定液
を満たし壁面の崩壊を防ぎながら地中に溝を掘削し、こ
の中に鉄筋コンクリート壁を造ることによって、土留め
壁、止水壁、構造物の基礎、地下構造壁などを構築する
ものである。
For example, in the underground wall construction method, the excavation trench is filled with a stabilizing solution to prevent the wall from collapsing, the trench is excavated in the ground, and a reinforced concrete wall is built in the excavation trench, a retaining wall, a water blocking wall, It is used to build the foundations of structures and underground structure walls.

【0004】このため、掘削溝内は安定液と土砂などが
混合された混濁液の状態であり、掘削壁面は地下深くま
で及ぶことも多く、直接的な壁面形状の測定は難しい。
Therefore, the inside of the excavation trench is in the state of a turbid liquid in which the stabilizing liquid and the earth and sand are mixed, and the excavation wall surface often extends deep underground, and it is difficult to directly measure the wall surface shape.

【0005】このような特殊性を持つ地下連壁工法、縦
坑掘削工法などにおける壁面の掘削精度の測定の一つの
方法として、超音波を用いて壁面形状の測定が有効であ
る。
As one of the methods for measuring the wall excavation accuracy in the underground wall construction method, vertical shaft excavation method, etc. having such special characteristics, it is effective to measure the wall shape using ultrasonic waves.

【0006】掘削壁面の超音波を利用した従来の形状測
定は、単一方向を向いたビームを発する超音波送受信部
をウインチなどによって昇降させながら壁面の形状を測
定するものである。
In the conventional shape measurement using ultrasonic waves on the excavated wall surface, the shape of the wall surface is measured while moving up and down an ultrasonic wave transmitting / receiving section for emitting a beam directed in a single direction by a winch or the like.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の測定法
では、超音波センサの昇降手段による一回の上昇または
下降の動作の間には、昇降経路に沿って壁面の表面形状
しか測定できないこと、また、壁面全体の形状を把握す
るには、位置をずらしながら超音波センサの昇降手段に
よる上昇または下降を繰り返す必要があり長時間を要す
こと、などの問題点がある。
However, in the above-mentioned measuring method, only the surface shape of the wall surface can be measured along the ascending / descending path during one ascending or descending operation by the ascending / descending means of the ultrasonic sensor. Further, in order to grasp the shape of the entire wall surface, it is necessary to repeatedly raise or lower the ultrasonic sensor by the elevating means of the ultrasonic sensor while shifting the position, which requires a long time.

【0008】また、掘削途中において、リアルタイムの
掘削壁面形状の把握ができないという問題点もある。
In addition, there is a problem that the excavation wall surface shape cannot be grasped in real time during excavation.

【0009】本発明は、上述のような検討結果に基づき
なされたものであり、その目的は、壁面全体の3次元デ
ータの把握が比較的短時間で可能な壁面測定装置、測定
方法ならびにその方法を用いた新規な掘削管理方法を提
供することにある。
The present invention was made on the basis of the above-described examination results, and its object is to provide a wall surface measuring apparatus, a measuring method and a method thereof capable of grasping three-dimensional data of the entire wall surface in a relatively short time. It is to provide a new excavation management method using.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1)前記課題を解決するため、縦坑または溝の壁面の
3次元データを測定する請求項1の発明の壁面測定装置
は、超音波を送受信する超音波送受信部と、前記縦坑ま
たは溝内において、前記超音波送受信部を昇降させる昇
降手段と、前記超音波送受信部の送信する超音波ビーム
を、そのビーム走査面が前記昇降方向と交差するように
走査する超音波走査手段と、少なくとも、前記超音波送
受信部の受信信号と、前記超音波ビームの走査方向と、
前記超音波送受信部の昇降位置とに基づき、超音波送信
方向の壁面の3次元データを演算する壁面データ演算手
段と、を含み、前記超音波送受信部の移動経路に沿った
壁面の3次元データを前記超音波ビームの走査幅で測定
することを特徴とする。
(1) In order to solve the above-mentioned problems, the wall surface measuring apparatus of the invention of claim 1 which measures three-dimensional data of the wall surface of the shaft or groove, and an ultrasonic wave transmitting / receiving unit for transmitting and receiving ultrasonic waves, and the shaft or groove. At least, an elevating means for elevating and lowering the ultrasonic transmitting / receiving section, an ultrasonic scanning means for scanning an ultrasonic beam transmitted by the ultrasonic transmitting / receiving section so that a beam scanning surface thereof intersects the elevating direction, A reception signal of the ultrasonic transmission / reception unit, a scanning direction of the ultrasonic beam,
Wall surface data calculation means for calculating three-dimensional data of the wall surface in the ultrasonic wave transmission direction based on the elevation position of the ultrasonic wave transmitter / receiver portion, and three-dimensional data of the wall surface along the movement path of the ultrasonic wave transmitter / receiver portion. Is measured by the scanning width of the ultrasonic beam.

【0011】請求項1の発明の壁面測定装置は、超音波
送受信部が超音波ビームをスキャンしながら上昇または
下降することによって、超音波ビームの走査範囲内にあ
り、超音波送受信部の昇降範囲に対応する領域の壁面に
対して超音波ビームを送信する。そして、この受信波
と、対応する昇降位置と、対応する超音波ビームの方向
との情報をもとに、壁面の表面3次元データを、壁面デ
ータ演算手段の演算により求める。このため、請求項1
の発明の壁面測定装置は、壁面全体の3次元データを比
較的短時間で把握することができる。
In the wall surface measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, the ultrasonic transmitter / receiver unit is within the scanning range of the ultrasonic beam when the ultrasonic transmitter / receiver unit ascends or descends while scanning the ultrasonic beam. The ultrasonic beam is transmitted to the wall surface of the region corresponding to. Then, the surface three-dimensional data of the wall surface is calculated by the wall surface data calculating means based on the information of the received wave, the corresponding elevation position, and the direction of the corresponding ultrasonic beam. Therefore, claim 1
The wall surface measuring apparatus of the present invention can grasp the three-dimensional data of the entire wall surface in a relatively short time.

【0012】(2)また、請求項2の発明の壁面測定装
置は、請求項1において、前記超音波走査手段は、超音
波ビームを所定角度幅で繰り返し走査するよう形成され
たことを特徴とする。
(2) The wall surface measuring apparatus according to a second aspect of the invention is the wall surface measuring apparatus according to the first aspect, wherein the ultrasonic scanning means is formed to repeatedly scan the ultrasonic beam with a predetermined angular width. To do.

【0013】請求項2の発明の壁面測定装置は、超音波
送受信部の一回の上昇または下降の動作の間に超音波ビ
ームを所定の角度幅で繰り返し走査する。すなわち、所
定の走査角度幅で所定の鉛直位置の壁面に超音波ビーム
を送信し、その反射波を受信する。このため、請求項2
の発明の壁面測定装置は、所定の走査角度幅で壁面表面
の3次元データを比較的短時間で測定することができ
る。
According to another aspect of the wall surface measuring apparatus of the present invention, the ultrasonic beam is repeatedly scanned with a predetermined angular width during one ascending or descending operation of the ultrasonic transmitting / receiving unit. That is, the ultrasonic beam is transmitted to the wall surface at a predetermined vertical position with a predetermined scanning angle width, and the reflected wave is received. Therefore, claim 2
The wall surface measuring apparatus of the invention can measure the three-dimensional data of the wall surface with a predetermined scanning angle width in a relatively short time.

【0014】(3)また、請求項3の発明の壁面測定装
置は、請求項2において、前記超音波送受信部は、異な
る方向に向け超音波ビームの送受信を行う少なくとも2
個の超音波トランスジューサを含むことを特徴とする。
(3) Further, the wall surface measuring apparatus of the invention of claim 3 is the wall surface measuring apparatus of claim 2, wherein the ultrasonic wave transmitting / receiving section transmits / receives ultrasonic beams in different directions.
It is characterized by including an ultrasonic transducer.

【0015】請求項3の発明の壁面測定装置は、少なく
とも2つの超音波トランスジューサによって超音波ビー
ムを異なる方向に向けて走査するため、超音波送受信部
の一回の上昇または下降の間に、より広い面積の壁面の
形状を得るための情報を集めることができる。例えば、
地下連壁工法における対向する壁面の測定では、少なく
とも2つの超音波トランスジューサを設け、一方を対向
する壁面の一方に向け、他方を対向する壁面の他方に向
けることによって、超音波送受信部の一回の上昇または
下降の動作の間に、両壁面の表面3次元データを得るこ
とができる。
According to the wall surface measuring apparatus of the third aspect of the present invention, since the ultrasonic beam is scanned in different directions by the at least two ultrasonic transducers, the ultrasonic wave transmitting and receiving section is more likely to move during one ascent or descent. Information can be gathered for obtaining the shape of a wall surface having a large area. For example,
In the measurement of the opposing wall surfaces in the underground wall construction method, at least two ultrasonic transducers are provided, and one of them is directed toward one of the opposing wall surfaces, and the other is directed toward the other of the opposing wall surfaces. Surface three-dimensional data of both wall surfaces can be obtained during the ascending or descending motion of the.

【0016】(4)また、請求項4の発明の壁面測定装
置は、請求項1において、前記超音波走査手段は、超音
波ビームを回転走査するよう形成され、前記壁面データ
演算手段は、前記回転走査方向に沿って、壁面の3次元
データを演算するようたことを特徴とする。
(4) In the wall surface measuring apparatus of the invention of claim 4, in claim 1, the ultrasonic scanning means is formed so as to rotationally scan an ultrasonic beam, and the wall surface data calculating means is It is characterized in that three-dimensional data of the wall surface is calculated along the rotational scanning direction.

【0017】請求項4の発明の壁面測定装置は、縦坑な
どの場合に使用され、超音波送受信部が上昇あるいは下
降する鉛直線を回転軸として超音波ビームを回転させる
ように走査し、壁面の全周に向けて超音波ビームを送信
する。このため、請求項4の発明の壁面測定装置は、超
音波送受信部の一回の上昇または下降の間に縦坑の壁面
の全周にわたる表面3次元データを得ることができる。
The wall surface measuring apparatus according to the fourth aspect of the present invention is used in the case of a vertical shaft or the like, and the ultrasonic wave transmitting / receiving unit scans so as to rotate the ultrasonic beam about the vertical line ascending or descending as a rotation axis, and the wall surface is measured. The ultrasonic beam is transmitted to the entire circumference of. Therefore, the wall surface measuring apparatus according to the invention of claim 4 can obtain surface three-dimensional data over the entire circumference of the wall surface of the shaft while the ultrasonic wave transmitting / receiving unit is raised or lowered once.

【0018】(5)また、請求項5の発明の壁面測定装
置は、請求項1〜4のいずれかにおいて、前記昇降手段
の昇降動作および前記超音波走査手段の超音波ビーム走
査を制御する制御手段を含むことを特徴とする。
(5) The wall surface measuring apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the control according to any one of the first to fourth aspects, which controls the raising / lowering operation of the raising / lowering means and the ultrasonic beam scanning of the ultrasonic scanning means. It is characterized by including means.

【0019】請求項5の発明の壁面測定装置は、昇降手
段の昇降動作と超音波走査手段の超音波ビームの走査と
を制御する制御手段を持つことによって、超音波ビーム
の発射される方向を確実にコントロールする。このた
め、請求項5の発明の壁面測定装置は、壁面の必要な部
分の形状を求めるための情報を必要最低限の時間で得る
ことができる。
The wall surface measuring apparatus according to the fifth aspect of the present invention has a control means for controlling the ascending / descending operation of the ascending / descending means and the scanning of the ultrasonic beam by the ultrasonic scanning means, whereby the direction in which the ultrasonic beam is emitted is determined. Control surely. Therefore, the wall surface measuring apparatus according to the fifth aspect of the present invention can obtain the information for obtaining the shape of the necessary portion of the wall surface in the minimum necessary time.

【0020】(6)また、請求項6の発明の壁面測定装
置は、請求項1〜5のいずれかにおいて、前記昇降手段
は、前記超音波送受信部を一端側で吊持するワイヤと、
前記縦坑または溝の上方で、前記ワイヤを支持する支持
部と、前記ワイヤの他端側を卷装し、前記超音波送受信
部を昇降させるワイヤ巻き上げ手段と、を含むことを特
徴とする。
(6) Further, in the wall surface measuring device of the invention of claim 6, in any one of claims 1 to 5, the elevating means is a wire for suspending the ultrasonic wave transmitting and receiving portion at one end side,
It is characterized by including a support part for supporting the wire above the shaft or the groove, and a wire winding means for mounting the other end side of the wire and moving up and down the ultrasonic transmitting / receiving part.

【0021】請求項6の発明の壁面測定装置は、超音波
送受信部をワイヤの一端で吊し、ワイヤを溝の上方で支
持部によって支持し、ワイヤの他端のワイヤ巻き上げ手
段によってワイヤの長さを調節して、超音波送受信部の
鉛直位置を変更する。これによって、請求項6の発明の
壁面測定装置は、超音波送受信部を所望の鉛直位置に設
定することができる。
According to a sixth aspect of the wall surface measuring apparatus of the present invention, the ultrasonic wave transmitting / receiving section is hung at one end of the wire, the wire is supported by the supporting section above the groove, and the wire winding means at the other end of the wire lengthens the wire. The vertical position of the ultrasonic transmission / reception unit is changed by adjusting the height. As a result, the wall surface measuring apparatus according to the invention of claim 6 can set the ultrasonic transmitting / receiving unit at a desired vertical position.

【0022】ここにおいて、前記昇降手段は、前記支持
部から吊持された基準位置設定ワイヤを含み、前記超音
波送受信部を前記基準位置設定ワイヤに沿って昇降させ
るよう形成することが好ましい。
Here, it is preferable that the elevating means includes a reference position setting wire suspended from the supporting portion, and the ultrasonic transmitting / receiving unit is formed so as to move up and down along the reference position setting wire.

【0023】この壁面測定装置は、支持部から基準位置
設定ワイヤを吊し、そのワイヤの案内に沿って超音波送
受信部を昇降させる。このため、吊持ワイヤの振れによ
る超音波送受信部の主として水平平面内における望まし
くない位置の変動と回転を抑制することができる。
In this wall surface measuring device, a reference position setting wire is hung from a supporting part, and an ultrasonic wave transmitting / receiving part is moved up and down along the guide of the wire. Therefore, it is possible to suppress undesired fluctuation and rotation of the ultrasonic transmitting / receiving unit mainly in the horizontal plane due to the swing of the suspension wire.

【0024】さらに、本発明の壁面測定装置は、前記超
音波送受信部の姿勢を検出する検出手段を含み、前記壁
面データ演算手段は、検出された姿勢に基づき、壁面の
3次元データを補正演算するよう形成することが好まし
い。
Further, the wall surface measuring apparatus of the present invention includes a detecting means for detecting the attitude of the ultrasonic wave transmitting / receiving section, and the wall surface data calculating means corrects and calculates the three-dimensional data of the wall surface based on the detected attitude. Is preferably formed.

【0025】この壁面測定装置は、検出手段によって超
音波送受信部の姿勢を検出し、その情報によって壁面上
の各サンプル点の3次元データを補正演算する。そのた
め、この壁面測定装置は、超音波送受信部の姿勢の変化
による壁面3次元データの測定誤差を小さくすることが
できる。
In this wall surface measuring device, the detecting means detects the posture of the ultrasonic wave transmitting / receiving section, and the three-dimensional data of each sample point on the wall surface is corrected and calculated based on the detected information. Therefore, the wall surface measuring device can reduce the measurement error of the wall surface three-dimensional data due to the change in the posture of the ultrasonic wave transmitting / receiving unit.

【0026】さらに、本発明の壁面測定装置は、前記超
音波送受信部の取付ハウジングに設けられ、安定液内で
の超音波送受信部の姿勢を安定させる安定板を含むよう
形成することが好ましい。
Further, the wall surface measuring apparatus of the present invention is preferably formed so as to include a stabilizer plate which is provided in the mounting housing of the ultrasonic wave transmitting / receiving section and stabilizes the posture of the ultrasonic wave transmitting / receiving section in the stabilizing solution.

【0027】この壁面測定装置は、超音波送受信部の取
付ハウジングから安定液内に突出するように設けられた
安定板によって、超音波送受信部の急激な姿勢の変動、
特に鉛直線を軸とした回転による姿勢の変動を防止す
る。そのため、この壁面測定装置は、壁面形状測定にお
ける誤差を抑えることができる。
This wall surface measuring device uses a stabilizer provided so as to project from the mounting housing of the ultrasonic wave transmitting / receiving unit into the stabilizing liquid, whereby the ultrasonic transmitter / receiver unit undergoes a sudden change in posture,
In particular, it prevents changes in posture due to rotation about a vertical line. Therefore, this wall surface measuring device can suppress an error in wall surface shape measurement.

【0028】(7)また、請求項7の発明は、縦坑また
は溝の壁面の3次元データを測定する方法において、超
音波を送受信する超音波送受信部を、前記縦坑または溝
内において昇降させるとともに、前記超音波送受信部の
送信する超音波ビームを、そのビーム走査面が前記昇降
方向と交差するように走査する工程と、少なくとも、前
記超音波送受信部の受信信号と、前記超音波ビームの走
査方向と、前記超音波送受信部の昇降位置とに基づき、
超音波送信方向の壁面の3次元データを演算する工程
と、を含み、前記超音波送受信部の一回の上昇または下
降動作により、その移動経路に沿った壁面の3次元デー
タを前記超音波ビームの走査幅で測定することを特徴と
する。
(7) Further, the invention of claim 7 is a method for measuring three-dimensional data of a wall surface of a shaft or a groove, wherein an ultrasonic wave transmitting / receiving section for transmitting and receiving ultrasonic waves is moved up and down in the shaft or groove. And a step of scanning an ultrasonic beam transmitted by the ultrasonic transmitting / receiving section such that its beam scanning surface intersects the ascending / descending direction, and at least a reception signal of the ultrasonic transmitting / receiving section, and the ultrasonic beam Based on the scanning direction of, and the elevation position of the ultrasonic transceiver,
A step of calculating three-dimensional data of the wall surface in the ultrasonic wave transmission direction, and the three-dimensional data of the wall surface along the moving path is converted into the ultrasonic beam by one ascending or descending operation of the ultrasonic wave transmitting / receiving unit. It is characterized in that it is measured with a scanning width of.

【0029】請求項7の発明の壁面測定方法では、超音
波送受信部が超音波ビームをスキャンしながら上昇また
は下降することによって、超音波ビームの所定の走査幅
内にあり、超音波送受信部の昇降範囲に対応するエリア
にある壁面に対して超音波ビームを送受信する。そし
て、この送受信波と、対応する昇降位置と、対応する超
音波ビームの方向との情報をもとに壁面の表面3次元デ
ータを、壁面データ演算手段の演算により求める。この
ため、請求項7の発明の壁面測定方法によれば、壁面全
体の3次元データの測定が比較的短時間で可能となる。
In the wall surface measuring method according to the invention of claim 7, the ultrasonic transmitter / receiver unit is within the predetermined scanning width of the ultrasonic beam by moving up or down while scanning the ultrasonic beam, and the ultrasonic transmitter / receiver unit An ultrasonic beam is transmitted / received with respect to the wall surface in the area corresponding to the ascending / descending range. Then, the three-dimensional surface data of the wall surface is calculated by the wall surface data calculating means based on the information of the transmitted / received waves, the corresponding elevation position, and the corresponding direction of the ultrasonic beam. Therefore, according to the wall surface measuring method of the invention of claim 7, the three-dimensional data of the entire wall surface can be measured in a relatively short time.

【0030】(8)また、請求項8の壁面測定装置は、
縦坑または溝の壁面の3次元データを測定する壁面測定
装置であって、超音波ビームを送受信し、かつ前記超音
波ビームを掘削機の昇降方向と交差する方向に走査でき
る超音波送受信部を具備する、前記掘削機の天端に固定
された超音波測定器と、少なくとも、前記超音波送受信
部の受信信号と、前記超音波ビームの走査方向と、前記
超音波送受信部の位置とに基づき、超音波送信方向にお
ける掘削壁面の3次元データを演算する壁面データ演算
手段と、を有することを特徴とするものである。
(8) Further, the wall surface measuring device according to claim 8 is
A wall surface measuring device for measuring three-dimensional data on a wall surface of a shaft or a trench, comprising: an ultrasonic wave transmitting / receiving unit capable of transmitting / receiving an ultrasonic beam and scanning the ultrasonic beam in a direction intersecting a vertical direction of an excavator. Based on the ultrasonic measuring device fixed to the top of the excavator, at least the received signal of the ultrasonic transceiver, the scanning direction of the ultrasonic beam, and the position of the ultrasonic transceiver. And wall surface data calculating means for calculating three-dimensional data of the excavated wall surface in the ultrasonic wave transmission direction.

【0031】上述した請求項1〜7の本発明では、掘削
後に超音波測定器を降下させて壁面を計るために、掘削
と壁面測定との間に間隔があいてしまう。そこで、本請
求項の壁面測定装置では、掘削機の天端に超音波測定器
を固定し、掘削を行いながらリアルタイムで壁面形状の
測定を行うことができるようにした。これにより、壁面
形状データを掘削管理に反映させることが可能となる。
According to the present invention as set forth in claims 1 to 7, since the ultrasonic measuring device is lowered after the excavation to measure the wall surface, there is a gap between the excavation and the wall surface measurement. Therefore, in the wall surface measuring device of the present invention, the ultrasonic measuring device is fixed to the top of the excavator so that the wall surface shape can be measured in real time while excavating. As a result, the wall surface shape data can be reflected in the excavation management.

【0032】なお、超音波測定器が掘削機自体に固定さ
れているために、壁面測定の際、掘削機の位置・姿勢の
影響は避けられないが、壁面の崩落の有無等の判定には
微少な誤差は何ら問題とならず、したがって、必要な精
度のデータの取得は十分に可能である。
Since the ultrasonic measuring device is fixed to the excavator itself, the influence of the position / orientation of the excavator is unavoidable when measuring the wall surface, but it can be determined whether or not the wall surface has collapsed. A minute error does not pose any problem, and therefore, it is possible to obtain data with the required accuracy.

【0033】(9)請求項9の本発明の壁面測定装置
は、請求項8において、掘削機の天端の所定箇所に固定
された反射板をさらに具備し、前記反射板からの反射波
を用いて前記超音波測定器における超音波ビームの走査
方向を検出することを特徴とする。
(9) The wall surface measuring apparatus of the present invention according to claim 9 is the wall surface measuring apparatus according to claim 8, further comprising a reflector plate fixed to a predetermined position on the top of the excavator, and reflecting waves from the reflector plate. It is characterized in that the scanning direction of the ultrasonic beam in the ultrasonic measuring device is detected by using the ultrasonic measuring device.

【0034】例えば、超音波ビームを回転させて周囲に
送出する場合、その超音波ビームの走査方向を検出する
手段として反射板を利用するものである。つまり、反射
板からの反射波の強度と、掘削壁面からの反射波の強度
とは異なるため、周期的に現れる受信信号の強弱を判定
することにより、超音波の送出方向を検出できる。
For example, when the ultrasonic beam is rotated and sent to the surroundings, a reflector is used as a means for detecting the scanning direction of the ultrasonic beam. That is, since the intensity of the reflected wave from the reflector and the intensity of the reflected wave from the excavated wall surface are different, the ultrasonic wave transmission direction can be detected by determining the strength of the received signal that appears periodically.

【0035】(10)請求項10の本発明の壁面測定装
置は、請求項8において、超音波測定器は、超音波走査
を行う場合には、初期位置から超音波ビームの走査を開
始し、かつ超音波ビームを所定角度幅内で繰り返し走査
するように構成されてなることを特徴とする。
(10) In the wall surface measuring apparatus of the tenth aspect of the present invention, in the eighth aspect, the ultrasonic measuring device starts scanning the ultrasonic beam from an initial position when performing ultrasonic scanning. In addition, the ultrasonic beam is configured to be repeatedly scanned within a predetermined angular width.

【0036】本構成によれば、請求項9のように反射板
を利用することなく、超音波の送出方向を検出できる。
つまり、超音波ビームの走査に際し、必ず所定の位置か
ら走査を開始するようにすれば、その後は、例えば、モ
ータの回転数の計測により、超音波の走査位置を常に把
握できる。
According to this structure, the ultrasonic wave sending direction can be detected without using the reflector as in the ninth aspect.
That is, when scanning the ultrasonic beam, if the scanning is always started from a predetermined position, then the scanning position of the ultrasonic wave can always be known by measuring the rotational speed of the motor, for example.

【0037】(11)請求項11の本発明の壁面測定装
置は、縦坑または溝の壁面の3次元データを測定する壁
面測定装置であって、超音波ビームを送受信し、かつ前
記超音波ビームの送出方向を掘削機の昇降方向と交差す
る方向に走査できる超音波送受信部を具備する、前記掘
削機の天端に固定された、複数個の超音波測定器と、少
なくとも、前記超音波送受信部の受信信号と、前記超音
波ビームの走査方向と、前記超音波送受信部の位置とに
基づき、超音波送信方向における掘削壁面の3次元デー
タを演算する壁面データ演算手段と、を有することを特
徴とするものである。
(11) The wall surface measuring device of the present invention according to claim 11 is a wall surface measuring device for measuring three-dimensional data of a wall surface of a shaft or a groove, which transmits and receives an ultrasonic beam and is the ultrasonic beam. A plurality of ultrasonic measuring devices fixed to the top end of the excavator, the ultrasonic transmitting / receiving unit being provided with an ultrasonic transmitting / receiving unit capable of scanning the sending direction of the excavator in a direction intersecting with the ascending / descending direction of the excavator; Wall surface data calculation means for calculating three-dimensional data of the excavated wall surface in the ultrasonic wave transmission direction based on the received signal of the section, the scanning direction of the ultrasonic beam, and the position of the ultrasonic wave transmission / reception section. It is a feature.

【0038】本請求項では、複数個の超音波測定器を掘
削機の天端に固定しておき、より広範囲な壁面データの
取得を短時間に行うことを可能としたものである。掘削
機の天端の余裕をうまく活用すれば、掘削機の長手方向
(測定しようとする壁面)に沿って、多数の超音波測定
器を配置することもできる。
According to the present invention, a plurality of ultrasonic measuring devices are fixed to the top end of the excavator, and it is possible to acquire a wider range of wall surface data in a short time. By making good use of the top margin of the excavator, a large number of ultrasonic measuring devices can be arranged along the longitudinal direction (wall surface to be measured) of the excavator.

【0039】(12)請求項12の本発明の壁面測定装
置は、請求項8または請求項11において、掘削機位置
・姿勢を検出する掘削機位置・姿勢検出手段をさらに具
備し、かつ、前記壁面データ演算手段は、検出された掘
削機位置・姿勢に基づき、掘削機を基準とした座標か
ら、理想的な掘削溝を規定する絶対座標への変換を行っ
て掘削壁面の3次元データを演算することを特徴とす
る。
(12) A wall surface measuring apparatus according to a twelfth aspect of the present invention further comprises excavator position / orientation detecting means for detecting the excavator position / orientation according to the eighth or eleventh aspect, and The wall surface data calculation means calculates the three-dimensional data of the excavated wall surface by converting the coordinates based on the detected excavator position into absolute coordinates that define an ideal excavation groove. It is characterized by doing.

【0040】本請求項の発明では、測定データを補正
し、より高精度な壁面形状の計測を行うものである。
According to the invention of this claim, the measurement data is corrected to measure the wall surface shape with higher accuracy.

【0041】上述したように、超音波測定器が掘削機自
体に固定されているために、壁面測定の際に掘削機の位
置・姿勢の影響を受ける。したがって、より高精度な壁
面形状の把握が必要な場合には、掘削機位置・姿勢に基
づき、掘削機を基準とした座標から、理想的な掘削溝を
規定する絶対座標への座標軸の変換を行うものである。
これにより、掘削機の位置・姿勢に影響されない、より
正確な壁面形状の測定が可能となる。
As described above, since the ultrasonic measuring device is fixed to the excavator itself, it is affected by the position and orientation of the excavator during wall surface measurement. Therefore, when it is necessary to grasp the wall surface shape with higher accuracy, it is necessary to convert the coordinate axes from the coordinates based on the excavator to the absolute coordinates that define the ideal excavation groove, based on the excavator position and orientation. It is something to do.
As a result, it becomes possible to measure the wall shape more accurately without being affected by the position and orientation of the excavator.

【0042】(13)請求項13の本発明の壁面測定方
法は、縦坑または溝の壁面の3次元データを測定する壁
面測定方法であって、超音波ビームを送受信し、かつ前
記超音波ビームを掘削機の昇降方向と交差する方向に走
査できる超音波送受信部を具備する超音波測定器を、前
記掘削機の天端に固定しておき、前記掘削機による掘削
途中において、前記超音波測定器による掘削壁面の3次
元データの取得を行うことを特徴とする。
(13) A wall surface measuring method of the present invention according to claim 13 is a wall surface measuring method for measuring three-dimensional data of a wall surface of a shaft or a groove, which transmits / receives an ultrasonic beam and An ultrasonic measuring device having an ultrasonic transmitting / receiving unit capable of scanning in a direction intersecting the vertical direction of the excavator is fixed to the top of the excavator, and the ultrasonic measurement is performed during excavation by the excavator. It is characterized in that three-dimensional data of the excavated wall surface is acquired by a vessel.

【0043】請求項8に記載の装置を用いて、掘削途中
において、リアルタイムで壁面形状の測定を行うもので
ある。
The apparatus according to claim 8 is used to measure the wall surface shape in real time during excavation.

【0044】(14)請求項14の本発明は、請求項1
3に記載の方法を用いた掘削管理方法であって、請求項
13に記載の方法によって取得された3次元の壁面デー
タに基づく判断の結果、掘削壁面に崩落が生じているこ
とが判明した場合、縦坑または溝内に充填されている安
定液の粘性および密度を調整して、掘削途中において掘
削管理を行うことを特徴とする。
(14) The present invention according to claim 14 relates to claim 1.
A method for excavation management using the method according to claim 3, wherein the judgment based on the three-dimensional wall surface data acquired by the method according to claim 13 reveals that the excavated wall surface has collapsed. The feature is that excavation management is performed during excavation by adjusting the viscosity and density of the stabilizing liquid filled in the shaft or the trench.

【0045】掘削壁面の剥離(崩落)が生じるのは、安
定液の不良が主な原因である。そこで、掘削途中で、こ
まめに安定液の管理を行うことにより、大規模な崩落を
防いで精度よく、かつ効率よく掘削をすすめることがで
きる。
The main cause of peeling (collapse) of the excavated wall surface is the failure of the stabilizing liquid. Therefore, by diligently managing the stabilizing liquid during excavation, it is possible to prevent large-scale collapse and to perform excavation accurately and efficiently.

【0046】また、掘削完了後に崩落が生じていること
が判明した場合、鉄筋籠の建入が困難になったり、余分
なコンクリートの充填が必要になるなどして、作業効率
の低下を招き、コストも高くなる。これに対し、掘削途
中の安定液の管理は効率よく安価に可能であり、この点
でも有利である。
Further, when it is found that a collapse has occurred after the completion of excavation, it is difficult to assemble a rebar cage, and it is necessary to fill extra concrete. The cost is also high. On the other hand, the stable liquid during excavation can be efficiently managed at low cost, which is also advantageous.

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につき
図面を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0048】(1)第1の実施の形態 図1には、本発明が適用される地下連壁工法の一例が示
されている。
(1) First Embodiment FIG. 1 shows an example of an underground wall construction method to which the present invention is applied.

【0049】地下連壁工法においては、まず地中に溝を
掘削するが、この掘削は掘削溝18内に安定液16を満
たし、掘削溝壁20の崩落を防ぎながら行われる。次
に、この掘削溝18の中に鉄筋コンクリート壁を作るこ
とによって、例えば土留め壁、止水壁、構造物の基礎、
地下構造壁などが構築される。
In the underground wall construction method, first, a trench is excavated in the ground. This excavation is performed while filling the excavation trench 18 with the stabilizing solution 16 to prevent the excavation trench wall 20 from collapsing. Next, by making a reinforced concrete wall in this excavation groove 18, for example, an earth retaining wall, a water blocking wall, a foundation of a structure,
Underground structure walls are built.

【0050】実施例においては、ロータリ式掘削機10
を使った地下連壁工法の概略を示す。同図に示したよう
に、ロータリ式掘削機10を使った地下連壁工法では、
回転ピット12を回転させて鉛直方向に向け地山を掘削
し、掘削土砂は安定液16とともに吸い上げ、吸い上げ
ポンプ14から排出される。
In the embodiment, the rotary excavator 10
The outline of the underground wall construction method using is shown. As shown in the figure, in the underground wall construction method using the rotary excavator 10,
The rotating pit 12 is rotated to excavate the ground in the vertical direction, and the excavated earth and sand are sucked up together with the stabilizing liquid 16 and discharged from the suction pump 14.

【0051】ところで、地下連壁工法などの多くの土木
工法では、掘削溝壁20の鉛直性や掘削幅を確実に確保
することが必要となる。しかし、掘削溝壁20A,20
Bは、掘削中の振動やその他の原因によって、その一部
が崩落し、その鉛直性や掘削幅を確実に確保できないこ
とがある。図2には、掘削溝壁20Bの壁面の一部が崩
落した状態が示されている。本来、この掘削溝壁20B
は、図中二点鎖線で示す20B′に沿って形成されるこ
とが好ましい。しかし、その一部に崩落が発生すると、
この崩落エリア22の部分に窪みが生じ、このエリア2
2から崩落した土砂が底部に堆積し堆積エリア24とな
る。この結果、掘削溝壁20Bに凹凸が生じ、さらには
崩落土砂が堆積することによって掘削深度が浅くなり、
その後の工事に影響を与えることになる。
By the way, in many civil engineering methods such as the underground wall method, it is necessary to ensure the verticality and the excavation width of the trench wall 20. However, the trench walls 20A, 20
Part of B may collapse due to vibration during excavation or other causes, and verticality and excavation width may not be reliably ensured. FIG. 2 shows a state in which a part of the wall surface of the excavation trench wall 20B has collapsed. Originally, this excavation groove wall 20B
Is preferably formed along 20B 'shown by the chain double-dashed line in the figure. However, if a part of it collapses,
A depression occurs in this collapse area 22 and the area 2
Sediment collapsed from No. 2 accumulates at the bottom and becomes a deposition area 24. As a result, the excavation ditch wall 20B becomes uneven, and further, the collapsed earth and sand are accumulated to make the excavation depth shallow,
It will affect the subsequent construction.

【0052】このような望ましくない状況が壁面に発生
したことを認識するために、掘削溝壁20の表面形状の
測定を行うことが重要となる。
In order to recognize that such an undesirable situation has occurred on the wall surface, it is important to measure the surface shape of the trench wall 20.

【0053】しかし、掘削溝18内は安定液16と土砂
などが混合された混濁液の状態にあり、しかも掘削溝壁
20は地下深くまで達していることも多く、直接的な測
定法を用いても、掘削溝壁20の壁面形状を測定するこ
とは困難である。
However, the inside of the excavation ditch 18 is in a state of a turbid liquid in which the stabilizing liquid 16 and earth and sand are mixed, and the excavation ditch wall 20 often reaches deep underground. However, it is difficult to measure the wall shape of the excavation trench wall 20.

【0054】このため、掘削溝壁20の表面形状の超音
波を利用した測定が、このような掘削溝壁の測定に有効
となる。
Therefore, the measurement of the surface shape of the excavation trench wall 20 using ultrasonic waves is effective for the measurement of such excavation trench wall.

【0055】図3には、本発明の壁面測定装置の一例が
概略的に示されている。実施例の壁面測定装置は、図1
に示す掘削が終了した後、掘削溝18の両掘削溝壁20
A,20Bの3次元形状を、超音波送受信ユニット50
を用いて測定するように形成されている。具体的には、
地上に設けられた昇降装置40のワイヤ42で、超音波
送受信ユニット50を吊持した状態で、超音波送受信ユ
ニット50を徐々に下降させる。そして、超音波送受信
ユニット50からその両側に位置する掘削溝壁20A,
20Bに向け超音波ビーム100A,100Bを送受波
することにより、壁面形状を測定するように構成されて
いる。
FIG. 3 schematically shows an example of the wall surface measuring device of the present invention. The wall surface measuring device of the embodiment is shown in FIG.
After the excavation shown in FIG.
The ultrasonic transmitter / receiver unit 50 has a three-dimensional shape of A and 20B.
It is formed so as to measure with. In particular,
The ultrasonic transmission / reception unit 50 is gradually lowered while the ultrasonic transmission / reception unit 50 is suspended by the wire 42 of the lifting device 40 provided on the ground. Then, the excavation trench walls 20A located on both sides of the ultrasonic transmitting / receiving unit 50,
It is configured to measure the wall surface shape by transmitting and receiving ultrasonic beams 100A and 100B toward 20B.

【0056】前記昇降装置40は、図4に示すよう、巻
上部46と、一端が前記巻上部46に巻回され多端が前
記超音波送受信ユニット50に取付け固定されたワイヤ
42と、所定の測定部位に設置され超音波送受信ユニッ
ト50と巻上部46との間でワイヤ42を支持する支持
部44とを含むように構成される。この支持部44は、
超音波送受信ユニット50の真上に位置するように設置
する必要があるため、実施例では、この支持部44は、
掘削溝18を跨ぐようその両端が設置される移動型設置
アーム48の中央に取付け固定されている。そして、掘
削溝壁20の測定位置に合わせて、この前記支持アーム
48を移動させ、超音波送受信ユニット50を図中Z方
向(掘削溝18の長手方向)へ移動設置自在に形成され
ている。
As shown in FIG. 4, the lifting device 40 includes a winding portion 46, a wire 42 having one end wound around the winding portion 46 and multiple ends attached and fixed to the ultrasonic transmitting / receiving unit 50, and a predetermined measurement. It is configured to include a support portion 44 that is installed at the site and that supports the wire 42 between the ultrasonic transmission / reception unit 50 and the winding portion 46. This support portion 44 is
Since it is necessary to install the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 so as to be located right above the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50, in the embodiment, the support portion 44 is
Both ends of the excavation groove 18 are mounted and fixed to the center of a movable installation arm 48 which is installed so as to straddle the excavation groove 18. Then, the support arm 48 is moved in accordance with the measurement position of the excavation groove wall 20 so that the ultrasonic transmission / reception unit 50 can be moved and installed in the Z direction (longitudinal direction of the excavation groove 18) in the drawing.

【0057】また、本実施例において、前記ワイヤ42
内には、超音波送受信ユニット50と演算制御装置30
との間を連絡する、信号ライン及び電源ラインが設けら
れている。そして、演算制御装置30は、巻上部46を
制御しながら、超音波送受信ユニット50を掘削溝18
の底部に向け徐々に下降させる。
Further, in this embodiment, the wire 42 is
Inside the ultrasonic transmission / reception unit 50 and the arithmetic and control unit 30.
A signal line and a power supply line are provided to communicate with each other. Then, the arithmetic and control unit 30 controls the ultrasonic winding unit 50 while controlling the winding part 46.
Gradually lower to the bottom of.

【0058】本実施例の特徴は、この超音波送受信ユニ
ット50の下降動作に連動して、超音波送受信ユニット
50から、超音波ビーム100を、そのビーム走査面1
10が前記超音波送受信ユニット50の下降方向と交差
するように走査することにある。実施例では、超音波送
受信ユニット50の下降動作に合わせて、走査角θM
範囲内で、超音波ビームを水平方向に繰り返し走査する
よう形成されている。
The feature of this embodiment is that, in conjunction with the descending operation of the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50, the ultrasonic beam 100 is emitted from the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 to the beam scanning surface 1 thereof.
10 is to scan so as to intersect with the descending direction of the ultrasonic transmitting / receiving unit 50. In the embodiment, the ultrasonic beam is formed to be repeatedly scanned in the horizontal direction within the range of the scanning angle θ M in accordance with the descending operation of the ultrasonic transmission / reception unit 50.

【0059】このようにすることにより、前記演算制御
装置30は、前記超音波送受信ユニット50の移動経路
に沿った掘削溝壁20A,20Bの3次元形状を、前記
超音波ビーム100A,100Bの走査角度幅θMで測
定することができる。すなわち、巻上部46を用い、超
音波送受信ユニット50を一回下降または上昇させるこ
とにより、従来はラインに沿ってしか測定できなかった
掘削溝壁20A,20Bの3次元形状を、走査角度幅θ
Mに対応した幅dで測定することができ、掘削溝壁20
A,20Bの形状の把握を比較的短時間で効率的に行う
ことが可能となる。
By doing so, the arithmetic and control unit 30 scans the three-dimensional shapes of the excavation trench walls 20A and 20B along the movement path of the ultrasonic transmission / reception unit 50 with the ultrasonic beams 100A and 100B. It can be measured by the angular width θ M. That is, the three-dimensional shape of the excavation trench walls 20A and 20B, which can be conventionally measured only along the line, is obtained by moving the ultrasonic transmission / reception unit 50 down or up once using the winding portion 46, and the scanning angle width θ.
It is possible to measure with a width d corresponding to M.
It becomes possible to efficiently grasp the shapes of A and 20B in a relatively short time.

【0060】図8には、図2に示すようその一部が崩落
した掘削溝壁20Bの測定データが概略的に示されてい
る。同図に示すよう、実施例の演算制御装置30は、一
回の測定動作により、超音波ビーム100Bの走査幅d
の範囲で、超音波送受信ユニット50の昇降経路に対応
した深さhMaxのエリアで掘削溝壁20の3次元形状を
測定し、これを図示ないディスプレイ上に画像表示する
ことができる。なお、図8では、掘削溝壁20Bの壁面
の凹凸を、等高線で図示するように測定画像が表示され
る。これにより、その3次元形状を、視覚的に正確に把
握することが可能となる。
FIG. 8 schematically shows the measurement data of the excavation trench wall 20B, a part of which has collapsed as shown in FIG. As shown in the figure, the arithmetic and control unit 30 of the embodiment performs the scanning width d of the ultrasonic beam 100B by one measurement operation.
In this range, the three-dimensional shape of the excavation trench wall 20 can be measured in an area of depth h Max corresponding to the ascending / descending path of the ultrasonic transmitting / receiving unit 50, and this can be displayed as an image on a display (not shown). In addition, in FIG. 8, the measurement image is displayed so that the unevenness of the wall surface of the excavation trench wall 20B is illustrated by contour lines. This makes it possible to visually and accurately grasp the three-dimensional shape.

【0061】図5には、前記超音波送受信ユニット50
の具体的な構成が示されている。実施例の超音波送受信
ユニット50は、円筒形状に形成されたハウジング52
と、このハウジング52内に設けられた超音波送受信部
56と、この超音波送受信部56から送受信される超音
波ビームを水平方向に走査する走査手段とを含んで構成
される。
FIG. 5 shows the ultrasonic transmitting / receiving unit 50.
Is shown. The ultrasonic transmitting / receiving unit 50 of the embodiment has a housing 52 formed in a cylindrical shape.
And an ultrasonic transmitting / receiving unit 56 provided in the housing 52, and a scanning unit for horizontally scanning the ultrasonic beam transmitted / received from the ultrasonic transmitting / receiving unit 56.

【0062】前記ハウジング52は、その側面両側に、
所定角度幅θMよりやや大きい音響窓54A,54Bが
形成されており、この音響窓54A,54Bには、超音
波ビームが透過可能な窓材が取付け固定されている。
The housing 52 is provided on both sides of its side with
Acoustic windows 54A and 54B, which are slightly larger than the predetermined angular width θ M , are formed, and a window material capable of transmitting an ultrasonic beam is attached and fixed to the acoustic windows 54A and 54B.

【0063】また、このハウジング52内は、仕切板6
2,64により3室に分離されており、この両仕切板6
2,64間には、回転軸60が回動自在に取付け固定さ
れている。回転軸60には、超音波送受信部56が一体
的に取付け固定されており、この送受信部56の両端に
設けられた超音波トランスジューサ58A,58Bが、
音響窓54A,54Bと対向するように形成されてい
る。
Further, inside the housing 52, the partition plate 6
It is divided into 3 chambers by 2, 64.
A rotary shaft 60 is rotatably attached and fixed between the two and 64. An ultrasonic transmitter / receiver 56 is integrally attached and fixed to the rotary shaft 60, and ultrasonic transducers 58A and 58B provided at both ends of the transmitter / receiver 56 are
It is formed so as to face the acoustic windows 54A and 54B.

【0064】仕切板62の裏面側には、超音波走査手段
としてモータ66が設けられており、このモータ66の
正逆転駆動により、回転軸60を介し超音波送受信部5
6が図6に示すよう、所定走査角幅θMで繰り返し回転
走査されるようになっている。
A motor 66 is provided as an ultrasonic scanning means on the rear surface side of the partition plate 62, and the ultrasonic transmitter / receiver 5 is driven through the rotary shaft 60 by the forward / reverse driving of the motor 66.
As shown in FIG. 6, 6 is repeatedly rotated and scanned with a predetermined scanning angular width θ M.

【0065】これにおいて、前記ハウジング12内にお
いて、仕切板62,64で囲まれた空間、すなわち超音
波トランスジューサ58の存在する空間は所定の油で満
たされており、超音波送受信ユニット50が安定液16
内に位置する場合に、音響窓54の内外での音響インピ
ーダンスがほぼ同程度なるように構成されている。これ
により、音響窓54の境界面における、超音波ビームの
反射によるエネルギーロスを少なくし、超音波ビームの
送受波を効率良く行うことができる。
Here, in the housing 12, the space surrounded by the partition plates 62 and 64, that is, the space where the ultrasonic transducer 58 is present is filled with a predetermined oil, and the ultrasonic transmitting / receiving unit 50 is stabilized. 16
When located inside, the acoustic impedances inside and outside the acoustic window 54 are configured to be substantially the same. Thereby, the energy loss due to the reflection of the ultrasonic beam on the boundary surface of the acoustic window 54 can be reduced, and the ultrasonic wave can be transmitted and received efficiently.

【0066】図9には、実施例の壁面測定装置の回路構
成の一例が示されている。
FIG. 9 shows an example of the circuit configuration of the wall surface measuring apparatus of the embodiment.

【0067】実施例の装置は、前記演算制御装置30
と、操作部36と、表示装置38と、送受信回路70
と、超音波送受信部56と、走査部66とを含んで構成
される。
The apparatus of the embodiment is the arithmetic and control unit 30.
An operation unit 36, a display device 38, and a transmission / reception circuit 70.
And an ultrasonic transmitting / receiving unit 56 and a scanning unit 66.

【0068】前記演算制御装置30,操作部36および
表示装置38は、地上側に設けられている。
The arithmetic and control unit 30, the operating section 36 and the display unit 38 are provided on the ground side.

【0069】前記送受信回路70,超音波送受信部5
6、および走査部として機能するモータ66は、超音波
送受信ユニット50のハウジング52内に設けられてい
る。
The transmitter / receiver circuit 70 and the ultrasonic wave transmitter / receiver 5
6 and a motor 66 functioning as a scanning unit are provided in the housing 52 of the ultrasonic transmission / reception unit 50.

【0070】そして、前記送受信回路70は、超音波送
受信部56の超音波トランスジューサ58A,58Bを
駆動し、超音波ビームの送受信を行うよう構成されてい
る。具体的には、この送受信回路70は、トリガパルサ
72,送信パルサ74,送受分離回路76,STC(S
ensitivity Time Contorol)
回路78,検波回路80,増幅回路82を含んで構成さ
れる。
The transmitter / receiver circuit 70 is configured to drive the ultrasonic transducers 58A and 58B of the ultrasonic transmitter / receiver 56 to transmit / receive ultrasonic beams. Specifically, the transmission / reception circuit 70 includes a trigger pulser 72, a transmission pulser 74, a transmission / reception separation circuit 76, an STC (S
(encytime Time Control)
The circuit 78, the detection circuit 80, and the amplification circuit 82 are included.

【0071】前記トリガパルサ72は、後述するよう制
御手段34から送信を指示する信号が入力されると、ト
リガ信号を送信パルサ74へ向け出力するように構成さ
れている。
The trigger pulser 72 is configured to output a trigger signal to the transmission pulser 74 when a signal instructing transmission is input from the control means 34 as described later.

【0072】送信パルサ74は、トリガ信号の入力と同
期して、送受分離回路76を介し超音波送受信部56の
各超音波トランスジューサ58A,58Bに向け送信パ
ルサを出力して、各超音波トランスジューサ58A,5
8Bから超音波ビーム100A,100Bを出力させ
る。
The transmission pulser 74 outputs the transmission pulser to the ultrasonic transducers 58A and 58B of the ultrasonic transmission / reception section 56 via the transmission / reception separation circuit 76 in synchronization with the input of the trigger signal, and the ultrasonic transducers 58A are output. , 5
The ultrasonic beams 100A and 100B are output from 8B.

【0073】このようにして出力された超音波ビーム1
00A,100Bは、掘削溝壁20A,20Bで反射さ
れ、再度各超音波トランスジューサ58A,58Bで受
信され、ここで電気信号に変換された後、送受分離回路
76へ入力される。このとき、超音波トランスジューサ
58A,58Bによって電気信号に変換された信号に
は、受信波以外に送信波の信号も混在するため、前記送
受分離回路76は、超音波トランスジューサ58A,5
8Bから出力される信号から超音波ビーム100の受信
信号のみを分離し、STC回路78へ向け出力し、ここ
で受信信号を所定の利得に調整した後、検波回路80へ
向け出力する。
The ultrasonic beam 1 output in this way
00A and 100B are reflected by the excavation trench walls 20A and 20B, received again by the ultrasonic transducers 58A and 58B, converted into electric signals here, and then input to the transmission / reception separation circuit 76. At this time, since the signals converted into electric signals by the ultrasonic transducers 58A and 58B include the signals of the transmitted waves in addition to the received waves, the transmission / reception separation circuit 76 causes the ultrasonic transducers 58A and 5B to transmit.
Only the reception signal of the ultrasonic beam 100 is separated from the signal output from 8B and output to the STC circuit 78, where the reception signal is adjusted to a predetermined gain and then output to the detection circuit 80.

【0074】検波回路80は、入力された超音波ビーム
の受信信号から、送信信号の変調波に対応する成分のみ
を取り出し、これを増幅回路82を介して演算制御装置
30へ向け出力する。
The detection circuit 80 extracts only the component corresponding to the modulated wave of the transmission signal from the input reception signal of the ultrasonic beam and outputs it to the arithmetic and control unit 30 via the amplification circuit 82.

【0075】このようにして、実施例の送受信回路70
は、超音波トランスジューサ58A,58Bに用いた超
音波ビーム100A,100Bの送受波を行い、受信さ
れた信号を演算制御装置30へ向け出力するように構成
されている。
In this way, the transmitting / receiving circuit 70 of the embodiment is
Is configured to transmit and receive the ultrasonic beams 100A and 100B used for the ultrasonic transducers 58A and 58B, and output the received signals to the arithmetic and control unit 30.

【0076】前記演算制御装置30は、RAMと、所定
の演算制御プログラムが記憶されたROMと、CPUと
を含み、壁面データ演算手段32および制御手段34と
して機能するように形成されている。
The arithmetic and control unit 30 includes a RAM, a ROM in which a predetermined arithmetic and control program is stored, and a CPU, and is formed so as to function as the wall surface data arithmetic means 32 and the control means 34.

【0077】前記制御手段34は、超音波送受信ユニッ
ト50の昇降動作と、超音波トランスジューサ58A,
58Bの駆動制御と、走査部として機能するモータ66
を用いた超音波ビーム走査の制御とを行うように形成さ
れている。具体的には、この制御手段34は、巻上部4
6へ向け超音波送受信ユニット50の昇降位置制御用の
巻上制御信号を出力するとともに、モータ66へ向け超
音波送受信部56の走査方向θを指示する回転制御信号
を出力するとともに、トリガパルサ72へ向け送信を指
示する信号を出力するように形成されている。
The control means 34 moves up and down the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50, ultrasonic wave transducers 58A,
58B drive control and motor 66 functioning as a scanning unit
Is used to control the ultrasonic beam scanning. Specifically, the control means 34 is configured to
6, a hoisting control signal for controlling the ascending / descending position of the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 is output, a rotation control signal for instructing the scanning direction θ of the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 56 is output to the motor 66, and the trigger pulser 72 is output. It is formed to output a signal instructing directed transmission.

【0078】前記壁面データ演算手段32は、超音波ト
ランスジューサ58A,58Bの送受信信号と、超音波
ビーム100の走査方向と、超音波送受信部56の昇降
位置とを記憶する記憶部を含み、記憶データに基づき前
記超音波送受信部56の移動経路に沿って、超音波ビー
ムの走査幅dの壁面3次元形状を演算し、表示回路38
上に表示するように形成されている。具体的には、超音
波ビームが送受波される毎に、トリガパルサ72から出
力されるトリガ信号の出力タイミングと、増幅回路82
から出力される受信信号の受信タイミングとの時間差に
基づき、各超音波トランスジューサ58A,58Bと壁
面との距離を演算する。このとき、同時に、巻上部46
へ出力された制御信号に基づき、各超音波トランスジュ
ーサ58A,58Bの深さ(深さ方向のY座標データ)
を検出するとともに、走査部として機能するモータ66
へ向けた駆動信号に基づき、超音波ビーム100の走査
方向θを検出する。そして、これら各データに基づき、
超音波ビーム100A,100Bの壁面20A,20B
上での反射ポイントを特定し、当該各ポイントにおける
3次元データ(X,Y,Zの各座標値)を演算する。そ
して、演算された3次元データを、図8に示すような画
像として表示装置38上に表示する。
The wall surface data calculating means 32 includes a storage unit for storing the transmission / reception signals of the ultrasonic transducers 58A and 58B, the scanning direction of the ultrasonic beam 100, and the elevation position of the ultrasonic transmission / reception unit 56. Based on the above, the three-dimensional wall surface shape of the scanning width d of the ultrasonic beam is calculated along the movement path of the ultrasonic transmitting / receiving unit 56, and the display circuit 38
Formed as shown above. Specifically, every time the ultrasonic beam is transmitted / received, the output timing of the trigger signal output from the trigger pulser 72 and the amplification circuit 82.
The distance between each of the ultrasonic transducers 58A and 58B and the wall surface is calculated based on the time difference from the reception timing of the reception signal output from. At this time, at the same time, the winding part 46
Depth of each ultrasonic transducer 58A, 58B (Y coordinate data in the depth direction) based on the control signal output to
Motor 66 that detects the
The scanning direction θ of the ultrasonic beam 100 is detected based on the drive signal directed to the. And, based on each of these data,
Wall surfaces 20A, 20B of ultrasonic beams 100A, 100B
The reflection point above is specified, and three-dimensional data (each coordinate value of X, Y, Z) at each point is calculated. Then, the calculated three-dimensional data is displayed on the display device 38 as an image as shown in FIG.

【0079】特に、本実施例においては、図8に示すよ
う、壁面に垂直なX座標データが等しい箇所を、等高線
で結んで表示することにより、壁面の3次元形状を視覚
的に瞬時に理解することが可能となる。
In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the portions having the same X coordinate data perpendicular to the wall surface are connected by contour lines and displayed, so that the three-dimensional shape of the wall surface can be visually instantly understood. It becomes possible to do.

【0080】図10には、実施例の壁面測定装置の具体
的な測定動作のフローチャートが示されている。
FIG. 10 shows a flowchart of a specific measuring operation of the wall surface measuring apparatus of the embodiment.

【0081】まず、図3、図4に示すよう、掘削溝18
の所定測定ポイントに支持部44をセットすると共に、
この掘削溝18の上方の開口位置に超音波送受信ユニッ
ト50をセットする。このとき、図6に示すよう、超音
波送受信ユニット50の音響窓54A,54Bが、両側
の掘削溝壁20A,20Bと相対向するようにハウジン
グ52の姿勢を初期設定する。
First, as shown in FIG. 3 and FIG.
While setting the support portion 44 at a predetermined measurement point of
The ultrasonic transmission / reception unit 50 is set at the opening position above the excavation groove 18. At this time, as shown in FIG. 6, the attitude of the housing 52 is initially set so that the acoustic windows 54A and 54B of the ultrasonic transmission / reception unit 50 face the excavation trench walls 20A and 20B on both sides.

【0082】そして、壁面データ演算手段32は、この
ときの超音波送受信ユニット50の昇降位置hを、初期
値h0として記憶する(ステップS10)。
Then, the wall surface data calculating means 32 stores the ascending / descending position h of the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 at this time as an initial value h 0 (step S10).

【0083】この状態で、測定を開始すると、まず走査
部として機能するモータ66に向け、走査角θを初期値
θ0に設定する制御指令が出力され(ステップS1
2)、最初の超音波の送受信動作が行われる(ステップ
S14)。
When the measurement is started in this state, a control command for setting the scanning angle θ to the initial value θ 0 is first output to the motor 66 functioning as a scanning unit (step S1).
2) The first ultrasonic transmission / reception operation is performed (step S14).

【0084】そして、この時の超音波送受信データがデ
ータ演算処理され、超音波ビーム100A,100Bの
壁面反射ポイントにおける、3次元座標データ(X,
Y,Z)が求められる(ステップS16)。
Then, the ultrasonic wave transmission / reception data at this time is subjected to data calculation processing, and three-dimensional coordinate data (X, X, at the wall reflection points of the ultrasonic beams 100A, 100B)
Y, Z) is obtained (step S16).

【0085】その後、超音波ビームの走査角度θを、△
θだけ水平方向へ移動させ(ステップS18)、同様に
して超音波ビームの送受信およびデータ処理を行う(ス
テップS14,16)。このようなステップS14〜1
8の一例の処理を、走査角度θが、所定の走査角度θM
となるまで繰り返し行う。これにより、図7に示すよ
う、走査面110−1に沿った一回目の超音波ビーム1
00のビーム走査が、矢印120方向へ順次行われ、各
測定ポイントP1,P2…PKの3次元座標データが求め
られることになる。
After that, the scanning angle θ of the ultrasonic beam is
It is moved by θ in the horizontal direction (step S18), and similarly, transmission / reception of ultrasonic beams and data processing are performed (steps S14, 16). Such steps S14-1
The process of the example 8 is performed by changing the scan angle θ to a predetermined scan angle θ M.
Repeat until As a result, as shown in FIG. 7, the ultrasonic beam 1 for the first time along the scanning surface 110-1
00 beam scanning is sequentially performed in the direction of arrow 120, and three-dimensional coordinate data of each measurement point P 1 , P 2 ... P K is obtained.

【0086】そして、前記ビーム走査角θが、所定基準
値θMに達したと判断されると(ステップS20)、巻
上部46から△h分だけワイヤが送り出され(ステップ
S22)、同様にしてステップS12〜S20に示す動
作が繰り返し行われる。これにより、図7に示すよう、
走査面110−2に沿った掘削溝壁20A,20Bの3
次元形状が測定することになる。
When it is determined that the beam scanning angle θ has reached the predetermined reference value θ M (step S20), the wire is sent out from the winding portion 46 by Δh (step S22), and similarly. The operations shown in steps S12 to S20 are repeated. As a result, as shown in FIG.
3 of the excavation trench walls 20A and 20B along the scanning surface 110-2
The dimensional shape will be measured.

【0087】このような一連の測定動作(ステップS1
2〜S22)を、超音波送受信ユニット50が所定深さ
hmaxに達するまで繰り返し行い、所定深さに達したと
判断された時点で(ステップS24)、その測定を終了
し、超音波送受信ユニット50が巻上げられることにな
る。
Such a series of measurement operations (step S1
2 to S22) are repeated until the ultrasonic transmission / reception unit 50 reaches the predetermined depth hmax, and when it is determined that the predetermined depth has been reached (step S24), the measurement is terminated and the ultrasonic transmission / reception unit 50 Will be wound up.

【0088】次に、支持部44を距離dだけ又軸方向に
移動設置し、同様にして測定を行う。
Next, the support portion 44 is moved and installed in the axial direction by the distance d, and the measurement is performed in the same manner.

【0089】このような測定動作を、壁面全体の測定が
終了するまでくり返して行う。
Such measurement operation is repeated until the measurement of the entire wall surface is completed.

【0090】以上説明したように、本実施例によれば、
超音波送受信ユニット50の一回の昇降動作により、幅
d(走査角θMに相当する幅)および高さhMaxの範囲
で、掘削溝壁20A,20Bの壁面形状を3次元測定す
ることが可能となる。
As described above, according to this embodiment,
By performing a single lifting operation of the ultrasonic transmission / reception unit 50, the wall surface shapes of the excavation trench walls 20A and 20B can be three-dimensionally measured within the range of the width d (width corresponding to the scanning angle θ M ) and the height h Max. It will be possible.

【0091】特に、本実施例によれば、図6に示すよ
う、超音波送受信ユニット50の両側に向け超音波トラ
ンスジューサ58A,58Bを設け、一回の測定で相対
向する両壁面20A,20Bを同時測定するように構成
されている。これにより、地下連壁工法の場合のよう
に、相対向するように掘削溝壁20A,20Bが存在し
ている場合に、その両方の壁面の測定をより効率的に行
うことができる。
In particular, according to this embodiment, as shown in FIG. 6, ultrasonic transducers 58A and 58B are provided toward both sides of the ultrasonic transmitting / receiving unit 50, and both wall surfaces 20A and 20B facing each other are measured in one measurement. It is configured for simultaneous measurement. Thus, as in the case of the underground wall construction method, when the excavation trench walls 20A and 20B are present so as to face each other, the measurement of both wall surfaces can be performed more efficiently.

【0092】ここで、従来の測定法で得られる情報と、
本実施例の測定法で得られる情報とを比較してみる。
Here, information obtained by the conventional measuring method,
The information obtained by the measuring method of this example will be compared.

【0093】従来の測定において、超音波トランスジュ
ーサを掘削溝で一回昇降させることによって得られる情
報は、掘削溝壁20の一本の鉛直線に沿うサンプル点の
3次元情報である。これは、超音波トランスジューサ5
8の一回の上昇または下降動作によっては、図7に示す
A−Aラインに沿った線の情報しか得られないことを意
味する。
In the conventional measurement, the information obtained by moving the ultrasonic transducer up and down once in the trench is the three-dimensional information of the sample points along one vertical line of the trench wall 20. This is an ultrasonic transducer 5
It means that the information of the line along the line AA shown in FIG. 7 can be obtained by the single ascending or descending operation of 8.

【0094】これに対し、本実施例の測定方法によれ
ば、超音波トランスジューサ58を掘削溝18内で一回
上昇または下降させることによって、超音波ビーム10
0の走査角度幅に対応する幅dで壁面の3次元形状を測
定できる。すなわち、図7において、超音波ビームの走
査角度幅dで、高さhMaxのエリア内における壁面20
の面の情報を得ることができる。このことから、本実施
例の測定方法によれば、従来技術に比べ、極めて効率的
に壁面の3次元形状を測定可能であることが理解されよ
う。
On the other hand, according to the measuring method of the present embodiment, the ultrasonic beam 10 is moved up or down once in the excavation groove 18 to make the ultrasonic beam 10
The three-dimensional shape of the wall surface can be measured with a width d corresponding to a scan angle width of zero. That is, in FIG. 7, the wall surface 20 in the area having the scanning beam width d of the ultrasonic beam and the height h Max.
You can get information about the aspect. From this, it can be understood that the measuring method of the present embodiment can measure the three-dimensional shape of the wall surface extremely efficiently as compared with the conventional technique.

【0095】なお、本実施例では、各水平走査が終了す
るまでは、超音波トランスジューサ58の深さhは変化
させないようにしたが、本実施例はこれに限らず、必要
に応じ、超音波トランスジューサ58の深さhを変化さ
せながら、超音波ビームの水平走査を行うようにしても
よい。
In the present embodiment, the depth h of the ultrasonic transducer 58 is not changed until each horizontal scanning is completed. However, the present embodiment is not limited to this, and the ultrasonic wave is not necessary. The ultrasonic beam may be horizontally scanned while changing the depth h of the transducer 58.

【0096】(2)第2の実施の形態 図11,図12には、本発明の好適な第2実施例が示さ
れている。なお、前記第1実施例と対応する部材には同
一符号を付しその説明は省略する。
(2) Second Embodiment FIGS. 11 and 12 show a second preferred embodiment of the present invention. The members corresponding to those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0097】本実施例の壁面測定装置は、縦坑26の側
壁20の3次元形状を連続測定するように形成したこと
を特徴とするものである。
The wall surface measuring apparatus of this embodiment is characterized in that it is formed so as to continuously measure the three-dimensional shape of the side wall 20 of the shaft 26.

【0098】このため、実施例の超音波送受信ユニット
50は、超音波ビーム100を回転走査するように構成
されている。具体的には、ハウジング52の側面に、音
響窓54を360度の範囲で形成している。そして、走
査手段として機能するモータ66を用い、超音波送受信
部56を、図11の矢印200で示すよう360度の範
囲にわたって、連続的に回転走査するよう形成されてい
る。なお、前記第1実施例の超音波送受信部56との違
いは、第1実施例では超音波送受信部56の両端に、2
個の超音波トランスジューサ58A,58Bが形成され
ていたのに対し、本実施例ではその一端側にのみ、超音
波トランスジューサ58が形成されている点である。
Therefore, the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 of the embodiment is constructed so as to rotate and scan the ultrasonic beam 100. Specifically, the acoustic window 54 is formed on the side surface of the housing 52 within a range of 360 degrees. Then, the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 56 is formed so as to continuously rotate and scan over a range of 360 degrees as indicated by an arrow 200 in FIG. The difference from the ultrasonic transmitter / receiver 56 of the first embodiment is that the ultrasonic transmitter / receiver 56 in the first embodiment has two ends on both sides.
In contrast to the case where the individual ultrasonic transducers 58A and 58B are formed, in the present embodiment, the ultrasonic transducer 58 is formed only on one end side thereof.

【0099】以上の構成とすることにより、超音波送受
信ユニット50を図12に示すよう、縦坑26の上方か
ら次第に下降させ、これと同時に超音波送受信部56を
連続的に回転走査することにより、図中一点鎖線210
で示すスパイラル曲線上の各測定ポイントP1,P2…
で、側壁20の3次元座標を求めることができる。
With the above configuration, the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 is gradually lowered from above the shaft 26 as shown in FIG. 12, and at the same time, the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 56 is continuously rotated and scanned. , Dashed line 210 in the figure
Measured points P1, P2 on the spiral curve
Then, the three-dimensional coordinates of the side wall 20 can be obtained.

【0100】このようにすることにより、本実施例の壁
面測定装置によれば、縦坑26の側壁20の3次元形状
を、効率的に短時間で測定することかできる。
By doing so, the wall surface measuring apparatus of this embodiment can efficiently measure the three-dimensional shape of the side wall 20 of the shaft 26 in a short time.

【0101】(3)第3の実施の形態 図13には、本発明の好適な第3の実施例が示されてい
る。なお前記各実施例と対応する部材には、同一符号を
付してその説明は省略する。
(3) Third Embodiment FIG. 13 shows a preferred third embodiment of the present invention. The members corresponding to those in the above-mentioned respective embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0102】前記各実施例では、超音波ビーム100の
走査をモータ等を用いて機械的に行っているが、本実施
例では、超音波ビームの走査を電気的に行うことを特徴
とするものである。
In each of the above embodiments, the ultrasonic beam 100 is mechanically scanned by using a motor or the like, but in the present embodiment, the ultrasonic beam 100 is electrically scanned. Is.

【0103】すなわち、本実施例において、超音波送受
信部56は、複数の超音波トランスジューサ58−1,
58−2…58−5を所定間隔に配置した超音波トラン
スジューサアレーとして構成されており、このトランス
ジューサアレーを構成する各超音波トランスジューサ5
8に供給する駆動信号の位相を制御することによって、
超音波ビーム100を水平方向に走査するよう構成され
ている。
That is, in this embodiment, the ultrasonic wave transmitting / receiving section 56 includes a plurality of ultrasonic wave transducers 58-1,
58-2 ... 58-5 are arranged as an ultrasonic transducer array arranged at a predetermined interval, and each ultrasonic transducer 5 constituting this transducer array is arranged.
By controlling the phase of the drive signal supplied to 8,
The ultrasonic beam 100 is configured to scan in the horizontal direction.

【0104】例えば、各超音波トランスジューサ58−
1,58−2…58−5に、順に所定の遅れ位相を持っ
た駆動信号を供給することにより、超音波ビーム100
−1を送受信することができ、また前記位相遅れを逆に
することにより、超音波ビーム100−3を送受信する
ことができる。また各トランスジューサ58−1,58
−2…58−5を同じ位相で駆動することにより、超音
波ビーム100−2を送受信することができる。
For example, each ultrasonic transducer 58-
By supplying a driving signal having a predetermined delay phase to 1, 58-2, ...
-1 can be transmitted and received, and the ultrasonic beam 100-3 can be transmitted and received by reversing the phase delay. In addition, each transducer 58-1, 58
The ultrasonic beam 100-2 can be transmitted and received by driving -2 ... 58-5 in the same phase.

【0105】このように、本実施例によれば、超音波送
受信部56のトランスジューサアレーを制御することに
より、超音波ビーム100を所定の走査角度幅内で繰り
返し走査することができる。
As described above, according to this embodiment, by controlling the transducer array of the ultrasonic transmitting / receiving unit 56, the ultrasonic beam 100 can be repeatedly scanned within a predetermined scanning angle width.

【0106】特に、本実施例によれば、超音波ビーム1
00の走査が電気信号の処理によって行われるため、超
音波ビームの走査のための機械的構成を単純化でき、し
かも機械的な超音波ビームの走査に比べ、比較的高速の
スキャンも容易に行うことができる。
Particularly, according to this embodiment, the ultrasonic beam 1
Since 00 scanning is performed by processing an electric signal, the mechanical structure for ultrasonic beam scanning can be simplified, and relatively high-speed scanning can be easily performed as compared with mechanical ultrasonic beam scanning. be able to.

【0107】(4)第4の実施の形態 図14には、本発明の好適な第4実施例が示されてい
る。
(4) Fourth Embodiment FIG. 14 shows a preferred fourth embodiment of the present invention.

【0108】本実施例の特徴は、超音波送受信部56が
設けられたハウジング52の姿勢を安定化させ、より高
精度な壁面3次元形状の測定を可能とすることにある。
The feature of this embodiment is that the posture of the housing 52 provided with the ultrasonic wave transmitting / receiving section 56 is stabilized, and the three-dimensional shape of the wall surface can be measured with higher accuracy.

【0109】このため、本実施例の測定装置は、支持部
48から、基準位置設定ワイヤ80を吊持するよう構成
され、このワイヤ80の下端部にワイヤ80のブレを防
ぐための重り82を取付け固定している。
For this reason, the measuring apparatus of this embodiment is constructed so as to suspend the reference position setting wire 80 from the support portion 48, and a weight 82 for preventing the wire 80 from shaking is attached to the lower end portion of the wire 80. Installed and fixed.

【0110】そして、ハウジング52は、前記基準位置
設定ワイヤ80と、スライド自在に係合するように構成
されている。このような構成とすることにより、本実施
例の壁面測定装置は、超音波送受信ユニット50が安定
液16内で望ましくない動きをすることを防止でき、特
に、超音波送受信ユニット50が、水平面内でブレや回
転といった望ましくない動きをすることを防止でき、こ
の結果、壁面20の3次元形状測定における誤差を、抑
制することができる。
The housing 52 is configured to slidably engage with the reference position setting wire 80. With such a configuration, the wall surface measuring apparatus of the present embodiment can prevent the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 from making an undesired movement in the stabilizing liquid 16, and in particular, the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 can be moved in a horizontal plane. It is possible to prevent undesired movement such as blurring and rotation, and as a result, it is possible to suppress an error in measuring the three-dimensional shape of the wall surface 20.

【0111】さらに、本実施例では、ハウジング52の
側面に、一対の安定板84a,84bを上下方向へ向け
形成し、ハウジング52の姿勢の急激な変動、特に鉛直
線を中心軸とした回転による姿勢の変動を防止すること
ができ、より高精度の壁面3次元形状の測定を行うこと
ができる。
Further, in the present embodiment, a pair of stabilizers 84a, 84b are formed on the side surface of the housing 52 in the vertical direction, so that the posture of the housing 52 changes abruptly, especially by rotation about the vertical axis. It is possible to prevent the posture from changing and to measure the three-dimensional shape of the wall surface with higher accuracy.

【0112】さらに、本実施例の壁面測定装置は、ハウ
ジング52の意図しない姿勢の変動によって生ずる測定
誤差を補正するため、ハウジング52の姿勢を検出する
手段、例えばジャイロコンパスと傾斜計が設けられてい
る。ジャイロコンパスによって真北と、真北からのズレ
(回転)を検出でき、さらに、2軸傾斜計によってピッ
チングおよびヨーイングを検出できる。そして、ハウジ
ング52の姿勢が、基準の姿勢からどれだけズレている
かを測定し、その測定結果を基に、壁面データ演算手段
32が、壁面の3次元形状の測定誤差を補正するように
構成されている。
Further, the wall surface measuring apparatus of this embodiment is provided with means for detecting the attitude of the housing 52, such as a gyrocompass and an inclinometer, in order to correct a measurement error caused by an unintended change in the attitude of the housing 52. There is. The gyro compass can detect the true north and the deviation (rotation) from the true north, and the two-axis inclinometer can detect pitching and yawing. Then, how much the attitude of the housing 52 deviates from the reference attitude is measured, and the wall surface data calculating means 32 is configured to correct the measurement error of the three-dimensional shape of the wall surface based on the measurement result. ing.

【0113】以上の構成とすることにより、実施例によ
れば、より高精度の壁面3次元形状の測定を行うことが
可能となる。
With the above-described structure, according to the embodiment, it is possible to measure the three-dimensional wall surface shape with higher accuracy.

【0114】なお、本実施例の壁面測定装置は、基準位
置設定ワイヤ80と、安定板84と、ハウジング52の
姿勢検出手段とのすべてを含むように構成したが、必要
に応じこの3つの構成の内、いずれか1つあるいは2つ
を含む構成としても良い。
The wall surface measuring apparatus of this embodiment is configured to include all of the reference position setting wire 80, the stabilizer 84, and the attitude detecting means of the housing 52. However, if necessary, these three configurations are possible. Of these, any one or two may be included.

【0115】おな、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく本発明の要旨の範囲内の各種の変形実施が可
能である。
The present invention is not limited to the above embodiments, but various modifications can be made within the scope of the present invention.

【0116】例えば、前記実施例では、超音波送受信ユ
ニット50を、下降動作させながら壁面形状を測定する
場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、例
えば、超音波送受信ユニット50を上昇動作させながら
壁面形状を測定するようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the case where the wall surface shape is measured while the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 is moved down has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 may be used, for example. The wall surface shape may be measured while moving up.

【0117】また、前記実施例では、超音波送受信ユニ
ット50の上昇または下降動作と同時に、壁面形状を順
次演算する場合を例にとり説明したが、本発明はこれに
限らず、例えば超音波送受信ユニットを下降または上昇
させることにより前記実施例と同様にして各測定ポイン
トでの測定データ(例えば、超音波ビームの送受信タイ
ミング、走査方向、深さ位置等)のみを壁面データ演算
手段32内のメモリに記憶しておき、一連の測定動作終
了後に、このメモリに記憶されたデータに基づき当該測
定エリア内における壁面の3次元形状データを演算し、
例えば図8に示すよう表示装置38上に表示するように
してもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the wall surface shape is sequentially calculated simultaneously with the raising or lowering operation of the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and for example, the ultrasonic wave transmitting / receiving unit. By moving down or up, only the measurement data (for example, transmission / reception timing of ultrasonic beam, scanning direction, depth position, etc.) at each measurement point is stored in the memory in the wall surface data calculating means 32 in the same manner as in the above embodiment. After the completion of the series of measurement operations, the three-dimensional shape data of the wall surface in the measurement area is calculated based on the data stored in the memory.
For example, it may be displayed on the display device 38 as shown in FIG.

【0118】(5)第5の実施の形態 次に、本発明の第5の実施例について図面を参照して説
明する。
(5) Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0119】上述した実施例は、掘削後に超音波測定器
を降下させて壁面を計測するものであったが、本実施例
では、掘削機の天端に超音波測定器を固定し、掘削を行
いながら、同時に壁面形状の測定を行うことができるよ
うにした。
In the above-mentioned embodiment, the ultrasonic measuring device is lowered after the excavation to measure the wall surface, but in the present embodiment, the ultrasonic measuring device is fixed to the top end of the excavator to perform the excavation. While performing the measurement, the wall surface shape can be simultaneously measured.

【0120】これにより、掘削と壁面測定とのタイムラ
グをなくしてリアルタイムで壁面形状の測定ができる。
このようにして取得された壁面形状データは、掘削管理
に直接に反映させることが可能である。
As a result, the wall shape can be measured in real time without the time lag between excavation and wall surface measurement.
The wall surface shape data thus obtained can be directly reflected in excavation management.

【0121】この場合、超音波測定器が掘削機自体に固
定されているために、壁面測定の際、掘削機の位置・姿
勢の影響は避けられないが、壁面の崩落の有無等の判定
には微少な誤差は何ら問題とならず、したがって、必要
な精度のデータの取得は十分に可能である。
In this case, since the ultrasonic measuring device is fixed to the excavator itself, the influence of the position and orientation of the excavator is inevitable when measuring the wall surface, but it is possible to determine whether or not the wall surface has collapsed. The small error does not cause any problem, and therefore, it is possible to obtain the data with the required accuracy.

【0122】以下、図15,図16を参照して具体的に
説明する。
Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIGS.

【0123】図15(a)は掘削機の天端(上端)部分
の斜視図であり、図15(b)はその平面図である。
FIG. 15 (a) is a perspective view of the top end (upper end) portion of the excavator, and FIG. 15 (b) is a plan view thereof.

【0124】掘削機10は吊りワイヤー520で吊り下
げられており、超音波送受信ユニット(超音波測定器)
50は、掘削機の天端の隅に固定されており、その超音
波送受信ユニット50の両側には反射板540A,54
0Bが、同じく掘削機の天端に固定されて設けられてい
る。
The excavator 10 is suspended by a suspension wire 520, and an ultrasonic wave transmitting / receiving unit (ultrasonic wave measuring device) is used.
50 is fixed to a corner of the top of the excavator, and reflectors 540A, 54 are provided on both sides of the ultrasonic transmitting / receiving unit 50.
OB is also fixedly provided at the top of the excavator.

【0125】超音波送受信ユニット50は超音波送受信
部56を備えており、この超音波送受信部56は、36
0度回転しながら周囲の透明窓を介して、水平方向(掘
削機の昇降方向に交差する方向)に超音波を送出し、そ
の反射波を受信できる回転式のトランスデューサであ
る。
The ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 is provided with an ultrasonic wave transmitting / receiving section 56.
It is a rotary transducer capable of transmitting ultrasonic waves in the horizontal direction (direction intersecting the vertical direction of the excavator) and receiving the reflected waves through the surrounding transparent window while rotating 0 degrees.

【0126】本実施例では、一つの超音波送受信ユニッ
ト50で、前後の掘削壁面600A,600Bの形状デ
ータを一挙に取得する。
In this embodiment, one ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 acquires the shape data of the front and rear excavation wall surfaces 600A and 600B all at once.

【0127】また、超音波送受信部56の回転位置は、
反射板540A,540Bからの反射波の受信信号に基
づき検出する。つまり、反射板は近くに設置されている
ため、掘削壁面からの反射波よりも高いレベルの受信信
号が得られる。したがって、回転に伴う受信信号の周期
的な強弱を判定することにより、超音波送受信部56の
相対的な回転位置(超音波の送出方向)を判別できる。
The rotational position of the ultrasonic wave transmitter / receiver 56 is
The detection is performed based on the received signals of the reflected waves from the reflection plates 540A and 540B. In other words, since the reflector is installed near, the received signal of a higher level than the reflected wave from the excavated wall surface can be obtained. Therefore, it is possible to determine the relative rotational position of the ultrasonic transmission / reception unit 56 (the ultrasonic wave sending direction) by determining the periodic strength of the received signal accompanying the rotation.

【0128】さらに、反射板540A,540Bの区別
は、例えば、それぞれの反射板の大きさを異ならせた
り、それぞれに形状的な特徴を付与することで可能とな
る。そして、超音波送受信部56を例えば、時計回り
に、所定角度でステップ的に走査していくことにより、
絶対的な回転位置を特定することが可能となる。
Further, the reflection plates 540A and 540B can be distinguished from each other, for example, by making the sizes of the reflection plates different or by giving the respective shape characteristics. Then, by scanning the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 56 in a clockwise direction stepwise at a predetermined angle,
It is possible to specify the absolute rotational position.

【0129】(6)第6の実施の形態 本実施例の特徴は、図15のように反射板を用いること
なく、掘削機の天端に設けられた超音波送受信ユニット
における、超音波の送出方向を検出できるようにしたこ
とである。
(6) Sixth Embodiment The feature of this embodiment is that ultrasonic waves are transmitted in an ultrasonic wave transmission / reception unit provided at the top end of an excavator without using a reflector as shown in FIG. That is, the direction can be detected.

【0130】つまり、超音波走査を行う場合、必ず初期
位置から超音波ビームの走査を開始し、かつ超音波ビー
ムを所定角度幅内で繰り返し走査する構成とすること
で、超音波送受信部56の位置を特定できるようにな
る。
That is, when performing ultrasonic scanning, the ultrasonic transmission / reception section 56 of the ultrasonic transmission / reception section 56 is configured so that the scanning of the ultrasonic beam is always started from the initial position and the ultrasonic beam is repeatedly scanned within a predetermined angular width. The position can be specified.

【0131】以下、図16を用いて具体的に説明する。A detailed description will be given below with reference to FIG.

【0132】図16は、図5に示した超音波送受信部5
6の走査機構に、若干の改良を施したものである。
FIG. 16 shows the ultrasonic wave transmitting / receiving section 5 shown in FIG.
The scanning mechanism of No. 6 is slightly modified.

【0133】その特徴は、発光素子620A,受光素子
620Bならびに開口部640を有するエンコード板6
3からなる回転位置検出機構を設けると共に、モータ6
6としてパルスモータを使用し、このモータ66にパル
ス供給回路670からパルスを供給するようにし、位置
リセット回路660がパルス供給回路670を制御する
ことにより、超音波送受信部54の走査を必ず、初期位
置から開始するようにしたことである。
The feature is that the encoder plate 6 having the light emitting element 620A, the light receiving element 620B and the opening 640.
3 is provided with a rotational position detection mechanism, and the motor 6
A pulse motor is used as 6, a pulse is supplied from the pulse supply circuit 670 to the motor 66, and the position reset circuit 660 controls the pulse supply circuit 670, so that the ultrasonic transmitter / receiver unit 54 always performs the initial scanning. That is why we started from the position.

【0134】エンコード板66は回転軸60と一体的に
回転するようになっており、図16に示される位置にあ
るとき、開口部640を介して受光素子620Bに光が
入射し、光検出信号が得られる。この位置が初期位置で
ある。
The encoder plate 66 is designed to rotate integrally with the rotary shaft 60. When the encoder plate 66 is in the position shown in FIG. 16, light is incident on the light receiving element 620B through the opening 640 and a light detection signal is output. Is obtained. This position is the initial position.

【0135】位置リセット回路660は、超音波送受信
部56の回転(超音波の走査)を始めるにあたり、受光
素子620Bより光検出信号が得られるまで、パルス供
給回路670にパルス出力を指示し、初期位置状態とな
って受光素子620Bから光検出信号が出力されると、
パルス供給を停止させる。これにより、常に、所定の初
期位置から超音波の走査が開始される。
The position reset circuit 660 instructs the pulse supply circuit 670 to output pulses until the photodetection signal is obtained from the light receiving element 620B when starting the rotation (scanning of ultrasonic waves) of the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 56. When the photodetection signal is output from the light receiving element 620B in the position state,
Stop pulse supply. As a result, ultrasonic scanning is always started from a predetermined initial position.

【0136】回転後の位置は、例えば、パルスモータ6
6に供給するパルス数をカウントすることにより、常に
把握可能である。
The position after rotation is, for example, the pulse motor 6
It can always be grasped by counting the number of pulses supplied to 6.

【0137】このような構成により、図15のような回
転位置検出のための反射板を設ける必要がなくなる。
With such a structure, it is not necessary to provide a reflector for detecting the rotational position as shown in FIG.

【0138】(7)第7の実施の形態 図17に第7の実施例を示す。図示されるように、本実
施例の特徴は、図15(a)の構成に、さらに、超音波
送受信ユニット51,反射板541A,541Bを設け
たものである。
(7) Seventh Embodiment FIG. 17 shows a seventh embodiment. As shown in the figure, the feature of this embodiment is that the ultrasonic transmission / reception unit 51 and reflectors 541A and 541B are further provided in the configuration of FIG.

【0139】このように、複数個の超音波測定器を掘削
機の天端に固定しておくことによって、より広範囲な壁
面データの取得を一挙に行うことができる。
Thus, by fixing a plurality of ultrasonic measuring devices to the top of the excavator, it is possible to acquire a wider range of wall surface data at once.

【0140】また、掘削機の天端の余裕をうまく活用す
れば、掘削機の長手方向(測定しようとする壁面)に沿
って、多数の超音波測定器を配置することもできる。
Further, if the margin of the top of the excavator is effectively used, it is possible to arrange a large number of ultrasonic measuring devices along the longitudinal direction of the excavator (the wall surface to be measured).

【0141】(8)第8の実施の形態 本実施例は、掘削機位置・姿勢を検出する掘削機位置・
姿勢検出手段によって検出された掘削機位置・姿勢に基
づき、掘削機を基準とした座標から、理想的な掘削溝を
規定する絶対座標への変換を行って測定データを補正
し、より高精度な掘削壁面の3次元データを演算するこ
とを特徴とするものである。
(8) Eighth Embodiment In this embodiment, the excavator position / position for detecting the excavator position / orientation is detected.
Based on the excavator position / orientation detected by the attitude detection means, the coordinates based on the excavator are converted into the absolute coordinates that define the ideal excavation groove to correct the measurement data to achieve higher accuracy. It is characterized in that three-dimensional data of the excavated wall surface is calculated.

【0142】つまり、上述したように、超音波送受信ユ
ニット(超音波測定器)が掘削機自体に固定されている
と、壁面測定の際に掘削機の位置・姿勢の影響を受ける
ことは避けられない。したがって、より高精度な壁面形
状の把握が必要な場合には、掘削機位置・姿勢に基づ
き、掘削機を基準とした座標(図18中のx,y,z)
から、理想的な掘削溝を規定する絶対座標(図18中の
X,Y,Z)への座標軸の変換を行い、掘削機の位置・
姿勢に影響されない、より正確な壁面形状の把握を行う
ものである。
That is, as described above, when the ultrasonic wave transmitting / receiving unit (ultrasonic wave measuring device) is fixed to the excavator itself, it is possible to avoid being affected by the position / orientation of the excavator during wall surface measurement. Absent. Therefore, when it is necessary to grasp the wall shape with higher accuracy, the coordinates (x, y, z in FIG. 18) based on the excavator position / orientation are used as the reference.
To the absolute coordinates (X, Y, Z in FIG. 18) that define the ideal excavation groove, and the position of the excavator
It is a more accurate grasp of the wall shape that is not affected by the posture.

【0143】このような座標軸の変換は、図9の壁面デ
ータ演算手段32により、図19に例示される方法によ
り行われる。以下、簡単に説明する。
Such conversion of the coordinate axes is performed by the wall surface data calculating means 32 of FIG. 9 by the method illustrated in FIG. A brief description will be given below.

【0144】図18において、超音波送受信ユニット5
0により測定された、掘削機基準のデータ(a,b,
c)について、座標変換を行って絶対座標における座標
を求める場合を考える。
In FIG. 18, the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 5
Excavator-based data (a, b,
Regarding c), consider a case where coordinate conversion is performed to obtain coordinates in absolute coordinates.

【0145】図19に示すように、掘削機基準の座標標
(x,y,z)から絶対座標(X,Y,Z)への変換
は、平行移動(T),x軸まわりの回転(Rx),y軸
まわりの回転(Ry),z軸まわりの回転(Rz)を行
うことにより達成できる。したがって、行列式を用いた
演算(アフィン変換)により、変換後の座標(A,B,
C)が求められる。
As shown in FIG. 19, the conversion from the excavator reference coordinate mark (x, y, z) to the absolute coordinate (X, Y, Z) is performed by parallel movement (T) and rotation about the x axis ( Rx), rotation around the y axis (Ry), and rotation around the z axis (Rz). Therefore, by the operation using the determinant (affine transformation), the coordinates (A, B,
C) is required.

【0146】(9)第9の実施の形態 図20は、上述した壁面測定装置を用いて掘削管理を行
うシステムの全体構成の一例を示す図である。
(9) Ninth Embodiment FIG. 20 is a diagram showing an example of the overall configuration of a system for excavation management using the wall surface measuring device described above.

【0147】本実施例は、大深度立坑の築造のための連
続地中壁の掘削に用いられるシステムである。
The present embodiment is a system used for excavating a continuous underground wall for the construction of a deep shaft.

【0148】その特徴の一つは、掘削途中において、傾
斜角センサ720の検出出力に基づき掘削機位置・姿勢
を検出すると共に、超音波送受信ユニット(超音波測定
器)50による掘削壁面までの距離の測定データを利用
して掘削壁面形状を計測することである。測定データの
演算は、演算手段2000により行われる。
One of its characteristics is that during excavation, the excavator position / orientation is detected based on the detection output of the inclination angle sensor 720, and the distance to the excavation wall surface by the ultrasonic wave transmission / reception unit (ultrasonic wave measuring device) 50. It is to measure the shape of the excavated wall surface by using the measurement data of. The calculation of the measurement data is performed by the calculation means 2000.

【0149】また、他の特徴は、掘削機位置・姿勢の検
出結果に基づき、操作盤990により掘削機10の制御
を行い高精度の掘削を実現し、かつ、壁面形状の計測結
果に基づき安定液の粘性(粘度)および密度制御手段8
10,粘性および密度調整手段820により安定液の粘
性および密度のこまめな管理(掘削管理)を行うことで
ある。
Another feature is that the operation panel 990 controls the excavator 10 on the basis of the detection result of the excavator position / orientation to realize highly accurate excavation and to stabilize the excavator based on the measurement result of the wall shape. Liquid viscosity (density) and density control means 8
10. By viscous and density adjusting means 820, the viscous and density of the stabilizing solution are carefully controlled (excavation control).

【0150】以下、具体的に説明する。A detailed description will be given below.

【0151】掘削溝18には安定液16が充填されてお
り、掘削機10は回転ビット12によって溝底部を掘削
する。
The excavation groove 18 is filled with the stabilizing liquid 16, and the excavator 10 excavates the groove bottom portion by the rotary bit 12.

【0152】掘削機10の鉛直方向の位置は、ウインチ
740による吊りワイヤー520の長さ調整によって制
御されるようになっている。また、巻き上げ部850の
回転数はロータリーエンコーダ900により検出され、
深度計910により掘削機10の鉛直方向の位置が検出
されるようになっている。
The vertical position of the excavator 10 is controlled by adjusting the length of the suspension wire 520 by the winch 740. The number of rotations of the winding unit 850 is detected by the rotary encoder 900,
The position of the excavator 10 in the vertical direction is detected by the depth gauge 910.

【0153】掘削機10の天端(上端)には、傾斜角セ
ンサ720が取り付けられている。この傾斜角センサ7
20の検出出力等は、通信用のケーブル522を介して
地上に導出され、傾斜角検出手段920により検出され
るようになっている。
A tilt angle sensor 720 is attached to the top end (upper end) of the excavator 10. This tilt angle sensor 7
The detection output of 20 and the like are led to the ground via the communication cable 522 and detected by the inclination angle detecting means 920.

【0154】また、超音波送受信ユニット50は、掘削
機10の天端に固定されており、測定データは、通信用
ケーブル522を介して地上に導出され、距離算出手段
930により検出されるようになっている。
Further, the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 50 is fixed to the top end of the excavator 10, and the measurement data is led to the ground via the communication cable 522 and detected by the distance calculating means 930. Has become.

【0155】また、位置等検出手段950は、掘削機の
位置・姿勢を検出すると共に、深度制御手段940に指
示を与え、ウインチ740による掘削機の鉛直方向の位
置を調整させる働きも併せ持っている。
The position detecting means 950 also has a function of detecting the position / orientation of the excavator and giving an instruction to the depth control means 940 to adjust the vertical position of the excavator by the winch 740. .

【0156】位置等検出手段950により検出された掘
削機10の位置・姿勢は、リアルタイムで表示手段96
0に表示されると共に、例えば、データレコーダ(不図
示)に記録される。
The position / orientation of the excavator 10 detected by the position detection means 950 is displayed in real time on the display means 96.
It is displayed at 0 and is recorded in, for example, a data recorder (not shown).

【0157】掘削機制御装置980は、位置等検出手段
950から送られてくる掘削機位置情報に基づき掘削機
操作盤990に指示を与え、掘削機操作盤990は、こ
の指示に従って掘削機10の掘削姿勢を補正する。この
結果、リアルタイムの掘削機位置・姿勢の検出による高
精度な掘削制御が実現される。
The excavator control device 980 gives an instruction to the excavator operation panel 990 based on the excavator position information sent from the position etc. detecting means 950, and the excavator operation panel 990 follows the instruction. Correct the excavation posture. As a result, highly accurate excavation control is realized by detecting the excavator position / orientation in real time.

【0158】一方、壁面形状検出装置970は、距離算
出手段930から送られてくる掘削壁面までの距離デー
タ等に基づき、壁面形状を演算してリアルタイムで表示
手段960に表示すると共に、例えば、データレコーダ
(不図示)に記録する。
On the other hand, the wall surface shape detecting device 970 calculates the wall surface shape based on the distance data to the excavation wall surface sent from the distance calculating means 930 and displays it on the display means 960 in real time. Record on a recorder (not shown).

【0159】さらに、この壁面形状検出手段970によ
り検出された壁面形状情報は、粘性および密度制御手段
810に送られ、掘削壁面に剥離が認められる場合に
は、粘性および密度調整手段820により、安定液の粘
性および密度を、剥離が生じないような最適の粘度およ
び密度に調整する。このような安定液の管理(掘削管
理)は、具体的には、以下のように行われる。
Further, the wall surface shape information detected by the wall surface shape detecting means 970 is sent to the viscosity and density control means 810, and when peeling is recognized on the excavated wall surface, the viscosity and density adjusting means 820 stabilizes it. The viscosity and density of the liquid are adjusted to the optimum viscosity and density so that peeling does not occur. Specifically, the management of stable liquid (drilling management) is performed as follows.

【0160】すなわち、掘削機10の回転ビット12に
より掘削された土砂は、サクションポンプ(P1)78
0により、吸い上げパイプ14を介して安定液と共に吸
い上げられる。
That is, the earth and sand excavated by the rotary bit 12 of the excavator 10 is suction pump (P1) 78.
With 0, it is sucked together with the stabilizing solution through the suction pipe 14.

【0161】その後、土砂分離手段790によって安定
液から土砂が分離され、つづいて、粘性および密度調整
手段820によって安定液の粘度および密度が調整さ
れ、粘度および密度調整後の安定液は送水ポンプ(P
2)830によって送り出され、送水管832を介して
掘削溝18内に戻される。
Thereafter, the sediment separating means 790 separates the sediment from the stabilizing solution, and then the viscosity and density adjusting means 820 adjusts the viscosity and the density of the stabilizing solution. P
2) It is sent out by 830, and is returned in the excavation groove 18 via the water supply pipe 832.

【0162】なお、土砂分離後の安定液の粘性および密
度は粘性および密度検出手段800により検出され、粘
性制御手段810は、検出されたその粘性および密度情
報を利用して粘性および密度調整手段820に指示を与
えて安定液の粘性および密度の調整行う。
The viscosity and density of the stabilizing liquid after the sediment separation is detected by the viscosity and density detecting means 800, and the viscosity control means 810 utilizes the detected viscosity and density information to adjust the viscosity and density adjusting means 820. To adjust the viscosity and density of the stabilizing solution.

【0163】このように、本実施例によれば、壁面形状
の計測により掘削壁面に崩落が生じていることが判明し
た場合、縦坑または溝内に充填されている安定液の粘性
および密度を調整して、掘削途中において掘削管理を行
うことができる。掘削壁面の剥離(崩落)が生じるの
は、安定液の不良が主な原因である。そこで、掘削途中
で、こまめに安定液の管理を行うことにより、大規模な
崩落を防いで精度よく、かつ効率よく掘削をすすめるこ
とができる。
As described above, according to the present embodiment, when it is found by measurement of the wall surface shape that the excavation wall surface has collapsed, the viscosity and density of the stabilizing liquid filled in the shaft or the groove are determined. It is possible to adjust and perform excavation management during excavation. The main cause of peeling (collapse) of the excavated wall surface is the failure of the stabilizing solution. Therefore, by diligently managing the stabilizing liquid during excavation, it is possible to prevent large-scale collapse and to perform excavation accurately and efficiently.

【0164】また、掘削完了後に崩落が生じていること
が判明した場合、鉄筋籠の建入が困難になったり、余分
なコンクリートの充填が必要になるなどして、作業効率
の低下を招き、コストも高くなる。これに対し、掘削途
中の安定液の管理は効率よく安価に可能であり、この点
でも有利である。
Further, when it is found that a collapse has occurred after the completion of excavation, it is difficult to assemble a rebar cage, and it is necessary to fill extra concrete, resulting in a decrease in work efficiency. The cost is also high. On the other hand, the stable liquid during excavation can be efficiently managed at low cost, which is also advantageous.

【0165】以上、本発明を実施例を用いて説明した
が、これに限定されるものではなく、本発明は、種々に
変形、応用が可能である。例えば、図14に示される構
成のみでは鉛直方向の降下および上昇時において流動抵
抗が大きくて、安定液の粘性や密度のばらつきに起因し
て超音波測定器が特定の方向に流されてしまう場合も考
えられる。このような場合には、図21に示すように、
超音波測定器等の底面あるいは天端面に鉛直方向の降下
あるいは上昇を促進するための部材57a,57bを設
ける構造を採用するのが効果的である。上述の部材57
a,57bは、図22(a)に示すように、円錐形状を
なす部材である。なお、円錐形状のみならず、図22
(b)のような横幅(厚み)が先端にいくほど小さくな
るような部材も使用できる。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the embodiments, and the present invention can be variously modified and applied. For example, in the case where only the configuration shown in FIG. 14 has a large flow resistance when vertically descending and ascending, the ultrasonic measuring instrument is caused to flow in a specific direction due to variations in the viscosity and density of the stabilizing liquid. Can also be considered. In such a case, as shown in FIG.
It is effective to employ a structure in which members 57a and 57b are provided on the bottom surface or the top surface of the ultrasonic measuring device or the like for promoting vertical descent or ascent. The member 57 described above
As shown in FIG. 22A, a and 57b are conical members. In addition to the conical shape,
A member whose width (thickness) as shown in (b) becomes smaller toward the tip can also be used.

【0166】また、図23に示すように第1の超音波送
受信機の他に、さらに、独立して昇降可能な第2の超音
波送受信機を使用することもできる。図23において、
参照番号50bが壁面形状測定用の第1の超音波送受信
機であり、参照番号50aが独立して昇降可能な第2の
超音波送受信機である。
Further, as shown in FIG. 23, in addition to the first ultrasonic transceiver, a second ultrasonic transceiver capable of moving up and down independently can be used. In FIG. 23,
Reference numeral 50b is a first ultrasonic transceiver for wall surface shape measurement, and reference numeral 50a is a second ultrasonic transceiver capable of moving up and down independently.

【0167】この構成によれば、第1の超音波送受信機
50bを所定の深さ位置に固定しておき、その一方、第
2の超音波送受信機50aを自由に独立して昇降させ、
掘削溝の上から下までの任意の箇所の壁面状態を監視す
ることができる。
According to this structure, the first ultrasonic transmitter / receiver 50b is fixed at a predetermined depth position, while the second ultrasonic transmitter / receiver 50a is freely moved up and down,
It is possible to monitor the wall condition at any point from the top to the bottom of the trench.

【0168】[0168]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明が適用される地下連壁工法の一例の説明
図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an example of an underground wall construction method to which the present invention is applied.

【図2】掘削溝壁の崩落の様子を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing how the excavation trench wall collapses.

【図3】掘削溝の側面形状の測定動作の一例を示す説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of an operation of measuring a side surface shape of an excavation groove.

【図4】本実施例の装置の概略的な構成を示す説明図で
ある。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an apparatus of this embodiment.

【図5】実施例の超音波送受信ユニットの構成を示す説
明図であり、同図(A)は、その超音波送受信ユニット
をハウジング外部から見た概略斜視図であり、同図
(B)は、ハウジング内部に設けられた超音波送受信部
およびその走査手段の概略説明図である。
5A and 5B are explanatory views showing a configuration of an ultrasonic transmission / reception unit of an embodiment, FIG. 5A is a schematic perspective view of the ultrasonic transmission / reception unit as seen from the outside of the housing, and FIG. FIG. 3 is a schematic explanatory view of an ultrasonic wave transmitting / receiving unit provided inside the housing and a scanning unit thereof.

【図6】実施例の超音波送受信ユニットの超音波ビーム
走査の一例を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of ultrasonic beam scanning of the ultrasonic transmission / reception unit of the embodiment.

【図7】掘削溝壁の3次元形状測定動作の一例を示す概
略説明図である。
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing an example of a three-dimensional shape measuring operation of a trench wall.

【図8】ディスプレイ上に表示される掘削溝壁の3次元
形状測定画面の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a three-dimensional shape measuring screen of a trench wall displayed on the display.

【図9】実施例の装置の回路構成を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a circuit configuration of the device of the example.

【図10】実施例の装置の動作を示すフローチャート図
である。
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the apparatus of the embodiment.

【図11】本発明の好適な第2実施例の概略説明図であ
る。
FIG. 11 is a schematic explanatory view of a second preferred embodiment of the present invention.

【図12】前記第2実施例の装置の測定動作を示す説明
図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a measuring operation of the apparatus of the second embodiment.

【図13】第3実施例の装置に用いられる超音波トラン
スジューサアレーの説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of an ultrasonic transducer array used in the device of the third embodiment.

【図14】第4実施例の装置の要部の概略説明図であ
る。
FIG. 14 is a schematic explanatory diagram of a main part of an apparatus according to a fourth embodiment.

【図15】図15(a)は掘削機の天端(上端)部分の
構造の一例を示す斜視図であり、図15(b)はその平
面図である。
FIG. 15 (a) is a perspective view showing an example of the structure of the top (upper end) portion of the excavator, and FIG. 15 (b) is a plan view thereof.

【図16】超音波送受信部56の回転機構および初期位
置リセット機構を示す要部の概略図である。
FIG. 16 is a schematic diagram of a main part showing a rotating mechanism and an initial position resetting mechanism of an ultrasonic wave transmitting / receiving unit 56.

【図17】掘削機の天端(上端)部分の構造の他の例を
示す斜視図である。
FIG. 17 is a perspective view showing another example of the structure of the top (upper end) portion of the excavator.

【図18】掘削機基準の座標(マシン座標)と、絶対座
標との関係を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a relationship between coordinates based on an excavator (machine coordinates) and absolute coordinates.

【図19】掘削機基準の座標(マシン座標)から絶対座
標への変換を行う方法を説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining a method of converting coordinates (machine coordinates) based on an excavator into absolute coordinates.

【図20】上述した壁面測定装置を用いて掘削管理を行
うシステムの全体構成の一例を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing an example of the overall configuration of a system for performing excavation management using the wall surface measuring device described above.

【図21】本発明の変形例の構成を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a modified example of the present invention.

【図22】図22(a),(b)はそれぞれ、図21の
構成において使用可能な、超音波測定器の鉛直降下を促
進するための部材の例を示す図である。
22 (a) and 22 (b) are each a diagram showing an example of a member that can be used in the configuration of FIG. 21 for promoting vertical descent of the ultrasonic measuring device.

【図23】本発明の他の変形例を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing another modification of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 掘削機 16 安定液 18 掘削溝 20 掘削溝壁 22 崩落エリア 24 堆積エリア 30 演算制御装置 32 壁面データ演算手段 34 制御手段 38 表示装置 40 昇降装置 42 ワイヤ 44 支持部 46 巻上部 50 超音波送受信ユニット 52 ハウジング 56 超音波送受信部 58A,58B 超音波トランスジューサ 60 回転軸 66 モータ 100 超音波ビーム 740 ウインチ 810 粘性および密度制御手段 970壁面形状検出手段 2000 演算手段 10 excavator 16 stabilizing liquid 18 excavation groove 20 excavation groove wall 22 collapse area 24 deposition area 30 arithmetic control device 32 wall surface data arithmetic means 34 control means 38 display device 40 lifting device 42 wire 44 support portion 46 winding head 50 ultrasonic transmission / reception unit 52 housing 56 ultrasonic wave transmitting / receiving section 58A, 58B ultrasonic wave transducer 60 rotating shaft 66 motor 100 ultrasonic beam 740 winch 810 viscosity and density control means 970 wall surface shape detecting means 2000 computing means

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 縦坑または溝の壁面の3次元データを測
定する壁面測定装置において、 超音波を送受信する超音波送受信部と、 前記縦坑または溝内において、前記超音波送受信部を昇
降させる昇降手段と、 前記超音波送受信部の送信する超音波ビームを、そのビ
ーム走査面が前記昇降方向と交差するように走査する超
音波走査手段と、 少なくとも、前記超音波送受信部の受信信号と、前記超
音波ビームの走査方向と、前記超音波送受信部の昇降位
置とに基づき、超音波送信方向の壁面の3次元データを
演算する壁面データ演算手段と、 を含み、前記超音波送受信部の移動経路に沿った壁面の
3次元データを前記超音波ビームの走査幅で測定するこ
とを特徴とする壁面測定装置。
1. A wall surface measuring device for measuring three-dimensional data of a wall surface of a shaft or a groove, and an ultrasonic wave transmitting / receiving unit for transmitting / receiving ultrasonic waves, and raising / lowering the ultrasonic wave transmitting / receiving unit in the shaft or groove. Elevating and lowering means, ultrasonic scanning means for scanning the ultrasonic beam transmitted by the ultrasonic transmitting and receiving part so that its beam scanning surface intersects the ascending and descending direction, and at least a reception signal of the ultrasonic transmitting and receiving part, A wall surface data calculating means for calculating three-dimensional data of a wall surface in the ultrasonic wave transmission direction based on the scanning direction of the ultrasonic beam and the elevation position of the ultrasonic wave transmitter / receiver; A wall surface measuring device for measuring three-dimensional data of a wall surface along a path by a scanning width of the ultrasonic beam.
【請求項2】 請求項1において、 前記超音波走査手段は、 超音波ビームを所定角度幅で繰り返し走査するよう形成
されたことを特徴とする壁面測定装置。
2. The wall surface measuring device according to claim 1, wherein the ultrasonic scanning unit is formed to repeatedly scan an ultrasonic beam with a predetermined angular width.
【請求項3】 請求項2において、 前記超音波送受信部は、 異なる方向に向け超音波ビームの送受信を行う少なくと
も2個の超音波トランスジューサを含むことを特徴とす
る壁面測定装置。
3. The wall surface measuring device according to claim 2, wherein the ultrasonic wave transmission / reception unit includes at least two ultrasonic wave transducers that transmit and receive ultrasonic beams in different directions.
【請求項4】 請求項1において、 前記超音波走査手段は、 超音波ビームを回転走査するよう形成され、 前記壁面データ演算手段は、 前記回転走査方向に沿って、壁面の3次元データを演算
するよう形成されたことを特徴とする壁面測定装置。
4. The ultrasonic scanning unit according to claim 1, wherein the ultrasonic scanning unit is formed to rotationally scan an ultrasonic beam, and the wall surface data calculation unit calculates three-dimensional data of a wall surface along the rotational scanning direction. A wall surface measuring device characterized in that
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかにおいて、 前記昇降手段の昇降動作および前記超音波走査手段の超
音波ビーム走査を制御する制御手段を含むことを特徴と
する壁面測定装置。
5. The wall surface measuring device according to claim 1, further comprising a control unit that controls an elevating operation of the elevating unit and an ultrasonic beam scanning of the ultrasonic scanning unit.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかにおいて、 前記昇降手段は、 前記超音波送受信部を一端側で吊持するワイヤと、 前記縦坑または溝の上方で、前記ワイヤを支持する支持
部と、 前記ワイヤの他端側を卷装し、前記超音波送受信部を昇
降させるワイヤ巻き上げ手段と、 を含むことを特徴とする壁面測定装置。
6. The lifting / lowering device according to claim 1, wherein the lifting / lowering unit supports a wire that suspends the ultrasonic transmission / reception unit on one end side, and a support that supports the wire above the shaft or groove. And a wire winding means for winding the other end side of the wire and moving up and down the ultrasonic transmission / reception unit.
【請求項7】 縦坑または溝の壁面の3次元データを測
定する方法において、 超音波を送受信する超音波送受
信部を、前記縦坑または溝内において昇降させるととも
に、前記超音波送受信部の送信する超音波ビームを、そ
のビーム走査面が前記昇降方向と交差するように走査す
る工程と、 少なくとも、前記超音波送受信部の受信信号と、前記超
音波ビームの走査方向と、前記超音波送受信部の昇降位
置とに基づき、超音波送信方向の壁面の3次元データを
演算する工程と、 を含み、前記超音波送受信部の一回の上昇または下降動
作により、その移動経路に沿った壁面の3次元データを
前記超音波ビームの走査幅で測定することを特徴とする
壁面測定方法。
7. A method for measuring three-dimensional data of a wall surface of a shaft or a trench, wherein an ultrasonic transceiver for transmitting and receiving ultrasonic waves is moved up and down in the shaft or trench and transmitted by the ultrasonic transceiver. Scanning the ultrasonic beam so that its beam scanning surface intersects the ascending / descending direction, at least a reception signal of the ultrasonic transmitting / receiving unit, a scanning direction of the ultrasonic beam, and the ultrasonic transmitting / receiving unit. Calculating three-dimensional data of the wall surface in the ultrasonic wave transmission direction based on the ascending / descending position of 1. A wall surface measuring method, wherein dimension data is measured by a scanning width of the ultrasonic beam.
【請求項8】 縦坑または溝の壁面の3次元データを測
定する壁面測定装置であって、 超音波ビームを送受信し、かつ前記超音波ビームを掘削
機の昇降方向と交差する方向に走査できる超音波送受信
部を具備する、前記掘削機の天端に固定された超音波測
定器と、 少なくとも、前記超音波送受信部の受信信号と、前記超
音波ビームの走査方向と、前記超音波送受信部の位置と
に基づき、超音波送信方向における掘削壁面の3次元デ
ータを演算する壁面データ演算手段と、を有することを
特徴とする壁面測定装置。
8. A wall surface measuring device for measuring three-dimensional data of a wall surface of a shaft or a trench, which is capable of transmitting and receiving an ultrasonic beam and scanning the ultrasonic beam in a direction intersecting a vertical direction of an excavator. An ultrasonic measuring device fixed to the top of the excavator, comprising an ultrasonic transmitting / receiving unit, at least a reception signal of the ultrasonic transmitting / receiving unit, a scanning direction of the ultrasonic beam, and the ultrasonic transmitting / receiving unit. And a wall surface data calculating means for calculating three-dimensional data of the excavated wall surface in the ultrasonic wave transmission direction.
【請求項9】 請求項8において、 掘削機の天端の所定箇所に固定された反射板をさらに具
備し、前記反射板からの反射波を用いて前記超音波測定
器における超音波ビームの走査方向を検出することを特
徴とする壁面測定装置。
9. The scanning device according to claim 8, further comprising a reflecting plate fixed to a predetermined position on a top end of the excavator, wherein a reflected wave from the reflecting plate is used to scan an ultrasonic beam in the ultrasonic measuring device. A wall surface measuring device characterized by detecting a direction.
【請求項10】 請求項8において、 超音波測定器は、超音波走査を行う場合には、初期位置
から超音波ビームの走査を開始し、かつ超音波ビームを
所定角度幅内で繰り返し走査するように構成されてなる
ことを特徴とする壁面測定装置。
10. The ultrasonic measuring device according to claim 8, when performing ultrasonic scanning, starts scanning of the ultrasonic beam from an initial position and repeatedly scans the ultrasonic beam within a predetermined angular width. A wall surface measuring device having the above structure.
【請求項11】 縦坑または溝の壁面の3次元データを
測定する壁面測定装置であって、 超音波ビームを送受信し、かつ前記超音波ビームの送出
方向を掘削機の昇降方向と交差する方向に走査できる超
音波送受信部を具備する、前記掘削機の天端に固定され
た、複数個の超音波測定器と、 少なくとも、前記超音波送受信部の受信信号と、前記超
音波ビームの走査方向と、前記超音波送受信部の位置と
に基づき、超音波送信方向における掘削壁面の3次元デ
ータを演算する壁面データ演算手段と、を有することを
特徴とする壁面測定装置。
11. A wall surface measuring device for measuring three-dimensional data of a wall surface of a shaft or a trench, which transmits and receives an ultrasonic beam, and a direction in which the ultrasonic beam is sent out is a direction intersecting a vertical direction of an excavator. A plurality of ultrasonic measuring devices fixed to the top of the excavator, the ultrasonic measuring unit having an ultrasonic transmitting / receiving unit capable of scanning, and at least a reception signal of the ultrasonic transmitting / receiving unit and a scanning direction of the ultrasonic beam. And a wall surface data calculation means for calculating three-dimensional data of the excavation wall surface in the ultrasonic wave transmission direction based on the position of the ultrasonic wave transmission / reception unit.
【請求項12】 請求項8または請求項11において、 掘削機位置・姿勢を検出する掘削機位置・姿勢検出手段
をさらに具備し、かつ、前記壁面データ演算手段は、検
出された掘削機位置・姿勢に基づき、掘削機を基準とし
た座標から、理想的な掘削溝を規定する絶対座標への変
換を行って掘削壁面の3次元データを演算することを特
徴とする壁面測定装置。
12. The excavator position / orientation detecting means for detecting the excavator position / orientation according to claim 8 or 11, further comprising: the wall surface data computing means; A wall surface measuring device that calculates three-dimensional data of a wall surface for excavation by converting coordinates based on an orientation of an excavator into absolute coordinates that define an ideal excavation groove.
【請求項13】 縦坑または溝の壁面の3次元データを
測定する壁面測定方法であって、 超音波ビームを送受信し、かつ前記超音波ビームを掘削
機の昇降方向と交差する方向に走査できる超音波送受信
部を具備する超音波測定器を、前記掘削機の天端に固定
しておき、 前記掘削機による掘削途中において、前記超音波測定器
による掘削壁面の3次元データの取得を行うことを特徴
とする壁面測定方法。
13. A wall surface measuring method for measuring three-dimensional data of a wall surface of a shaft or a trench, which is capable of transmitting and receiving an ultrasonic beam and scanning the ultrasonic beam in a direction intersecting a vertical direction of an excavator. An ultrasonic measuring device including an ultrasonic transmitting / receiving unit is fixed to the top of the excavator, and three-dimensional data of the excavated wall surface is acquired by the ultrasonic measuring device during excavation by the excavator. Wall measurement method characterized by.
【請求項14】 請求項13に記載の方法を用いた掘削
管理方法であって、請求項13に記載の方法によって取
得された3次元の壁面データに基づく判断の結果、掘削
壁面に崩落が生じていることが判明した場合、縦坑また
は溝内に充填されている安定液の粘性および密度を調整
して、掘削途中において掘削管理を行うことを特徴とす
る掘削管理方法。
14. An excavation management method using the method according to claim 13, wherein the excavation wall surface collapses as a result of the determination based on the three-dimensional wall surface data acquired by the method according to claim 13. When it is determined that the excavation is found, the excavation control method is characterized in that the viscosity and density of the stabilizing liquid filled in the shaft or the trench are adjusted to perform excavation control during excavation.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010117143A (en) * 2008-11-11 2010-05-27 Tokyo Soil Research Co Ltd Method and device for measuring shape of drilling hole
JP2012202173A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Nippon Steel & Sumikin Metal Products Co Ltd Device for investigating vertical shaft inner wall
JP2013190323A (en) * 2012-03-14 2013-09-26 Fujita Corp Monitoring apparatus
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KR20240010840A (en) * 2022-07-18 2024-01-25 박동민 Cutting drawing automatic generation device using wall scanner

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