JPH094364A - レーザーマーキング装置 - Google Patents

レーザーマーキング装置

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JPH094364A
JPH094364A JP15495695A JP15495695A JPH094364A JP H094364 A JPH094364 A JP H094364A JP 15495695 A JP15495695 A JP 15495695A JP 15495695 A JP15495695 A JP 15495695A JP H094364 A JPH094364 A JP H094364A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動的に視準ができるレーザーマーキング装
置の提供。 【構成】 装置は、装置本体と、切羽面と本体との間に
設置される基準用反射ターゲットと、制御装置とを備え
ている。本体, 反射ターゲットは、既知座標点に設置さ
れる。本体は、同軸上に赤外光線L1,レーザー光線L2
発射する光波距離計20とレーザーマーキング部22とを有
している。マーキング部22は、レーザーチューブ28と、
コリメータ30と、水平, 鉛直移動用ガルバノメータ32,3
4 と、反射, 透光プリズム36,38 とを有している。距離
計20は、透光プリズム38の位置において、レーザーチュ
ーブ28から発射されたレーザー光線L2に対して直交する
ように光軸が配置されている。ガルバノメータ32,34
は、赤外光線L1,レーザー光線L2を水平, 鉛直方向に変
位させ、反射ターゲットを視準する際に、赤外光線L1
レーザー光線L2を反射ターゲットの周囲で2次元方向に
走査させ、光波距離計20の受光部で受光された信号から
その中心位置を演算で求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、トンネル掘削工事
で、掘削するトンネルの断面形状や発破装填用の穿孔位
置などをレーザー光線で切羽面に照射表示するレーザー
マーキング装置に関し、特に、このような照射表示の基
準となる反射ターゲットを自動的に視準することができ
るレーザーマーキング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】山岳トンネルの工事現場では、掘削され
たンネル断面の形状や方向などが、設計図面と一致して
いるかどうかを確認したり、あるいは、その後に掘削す
べき方向,範囲を指示するためや発破装填用の穿孔位置
を指示するために、切羽面にトンネルの断面形状や発破
装填用の穿孔パターンなどをレーザー光線で照射表示す
ることが行なわれている。
【0003】このようなレーザーマーキング装置は、例
えば、特開平2−210213号公報にその一例が開示
されている。この公報に開示されているレーザーマーキ
ング装置は、切羽面にトンネル断面形状や穿孔位置を照
射するレーザーマーキング部と、光波距離計と測角儀と
を備えている。これらの各部材が設けられた装置本体
は、切羽の前方の既知座標点に設置される。
【0004】また、装置本体と切羽面との間の2箇所の
既知座標点に基準点が設けられ、各基準点には、それぞ
れ反射ターゲットが設置される。装置本体には、制御装
置が接続されていて、この制御装置は、トンネルの路線
線形データ,断面線形データ,発破装填穿孔パターンデ
ータなどを記憶する記憶手段と、測定点の条件を入力す
る入力手段とを有している。
【0005】切羽面にトンネルの断面形状を照射表示す
る際には、まず、装置本体に設けられている光波距離計
で基準点の反射ターゲットを視準して、装置本体と反射
ターゲットとの間の距離と方向とを測定し、装置本体の
設置されている座標値を確認して、次に、切羽面に設置
される測点ターゲットを視準して、装置本体と切羽面と
の間の距離を求める。この距離が求められると、装置本
体の設置されている位置の座標が既知なので、現在の切
羽面の位置が求められる。
【0006】現在の切羽面の位置が特定されると、記憶
手段に記憶されているトンネルの路線線形データと断面
線形データとから、この切羽面に対する設計上のトンネ
ル断面形状が特定され、特定された設計上のトンネル断
面形状や穿孔位置などがレーザーマーキング部により切
羽面に照射表示される。ところが、このような構成のレ
ーザーマーキング装置には、以下に説明する技術的な課
題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、この種の装
置が使用されるトンネルの掘削現場では、掘削の際にダ
イナマイトの爆破が行なわれ、この爆発により地山自身
が振動し、この振動に伴ってマーキング装置も移動す
る。そこで、前述したようなレーザーマーキング装置で
は、照射表示を行なう前に基準点に設置されている反射
ターゲットを視準して、装置本体の位置を確認し、ズレ
があるとその調整を行なっていた。
【0008】ところが、このような視準操作は、少なく
とも2箇所の基準点用の反射ターゲットでそれぞれ行な
う必要があり、この作業に時間と手間がかかるという問
題があった。本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、基
準点への視準を自動的に行うことかできるレーザーマー
キング装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、赤外光線を発射する光波距離計と、前記
赤外光線と同軸上にレーザー光線を発射するレーザーマ
ーキング部とを有し、既知座標点に設置される装置本体
と、切羽面と前記装置本体との間の既知座標点に設置さ
れる複数の基準用反射ターゲットと、トンネルの路線線
形データ,断面線形データ,発破装填穿孔パターンデー
タなどを記憶する記憶手段を有する制御装置とを備え、
切羽面にトンネル断面形状や穿孔位置などを前記レーザ
ーマーキング部で照射表示するレーザーマーキング装置
において、前記赤外光線または前記レーザー光線のいず
れか一方を前記反射ターゲットの周囲で2次元方向に走
査させるスキャンニング部と、前記反射ターゲットから
反射される反射光を受光する受光部と、この受光部で検
出された受光信号に基づいて前記反射ターゲットの中心
位置を演算する制御装置とを有することを特徴とする。
前記受光部は、前記光波距離計の受光部で構成すること
ができる。前記スキャンニング部は、前記レーザー光線
の発射方向を水平方向に移動させる水平移動用ガルバノ
メータと、前記レーザー光線の発射方向を鉛直方向に移
動させる鉛直移動用ガルバノメータとで構成することが
できる。
【0010】
【作用】上記構成のレーザーマーキング装置によれば、
光波距離計またはレーザマーキング部から発射される赤
外光線とレーザー光線とのいずれか一方を反射ターゲッ
トの周囲の2次元方向に走査させるスキャンニング部
と、反射ターゲットから反射される反射光を受光する受
光部と、この受光部で検出された受光信号に基づいて反
射ターゲットの中心位置を演算する演算処理部とを有し
ているので、反射ターゲットの視準が自動的に行なわれ
る。
【0011】
【実施例】以下本発明の好適な実施例について添附図面
を参照して詳細に説明する。図1から図7は、本発明に
かかるレーザーマーキング装置の一実施例を示してい
る。同図に示すレーザーマーキング装置は、装置本体1
0と、切羽面12と装置本体10との間に設置される2
個の基準用反射ターゲット14と、制御装置16とを備
えている。
【0012】装置本体10は、例えば、掘削されるトン
ネル16の入口地点を原点とした直交座標系上の既知座
標点(x1,1,1 )に設置される。2個の基準用反射
ターゲット14も同様な既知座標点(x2,2,2 、x
3,3,3 )に設置される。装置本体10は、その詳細
を図2に示すように、水平および鉛直移動自在に支持さ
れたケース18と、ケース18内に内蔵された光波距離
計20とレーザーマーキング部22とを有している。
【0013】ケース18の上端面には、気泡管10aが
設置されていて、この気泡管10aにより光軸方向の水
平度が判るようになっている。ケース18は、ヨーク部
10bを介して揺動自在に支持されており、ヨーク部1
0bは、整準台10cに支持されている。整準台10c
には、円型気泡管10dが設けられ、ケース18の鉛直
軸C/Lが、整準台10cに設けられた調整ネジ10e
で鉛直に調整される。
【0014】なお、図2に符号10fで示した部分がケ
ース18を水平方向に移動させる水平操作つまみであ
り、同符号10gで示した部分がケース18を鉛直方向
に移動させる鉛直操作つまみであり、符号10hおよび
10iは、つまみ10f,10gを操作した位置で固定
する水平および鉛直固定つまみである。光波距離計20
とレーザーマーキング部22とは、同軸上に赤外光線L
1 とレーザー光線L2 とを発射するように構成されてお
り、図3にその光学系の詳細を示している。
【0015】同図に示す光波距離計20は、透光プリズ
ム38の位置において、レーザーチューブ28から発射
されたレーザー光線L2 に対して直交するように光軸が
配置され、光波距離計20から発射される赤外光線L1
は、透光プリズム38で反射した後に、水平移動用ガル
バノメータ32と鉛直移動用ガルバノメータ34とを介
して、レーザー光線L2 と同軸方向に発射される。
【0016】光波距離計20には、赤外光線L1 の光軸
に視準光学系が共用するように設けられていて、図2に
符号20aで示した部分がその接眼レンズである。レー
ザーマーキング部22は、所定波長のレーザー光線L2
を発射するレーザーチューブ28と、コリメータ30
と、水平移動用ガルバノメータ32および鉛直移動用ガ
ルバノメータ34と、複数の反射プリズム36と、透光
プリズム38とから構成されている。
【0017】水平および鉛直移動用ガルバノメータ3
2,34は、赤外光線L1,レーザー光線L2 を水平およ
び鉛直方向に変位させるとともに、反射ターゲット14
を視準する際に、赤外光線L1,レーザー光線L2 を反射
ターゲット14の周囲で2次元方向に走査させるスキャ
ンニング部となっており、図4にその詳細を示してい
る。
【0018】同図に示すガルバノメータ32,34は、
回転駆動部32a,34aと、反射鏡32b,34bと
を有している。回転駆動部32a,34aは、永久磁石
で構成されたステータ32c,34cと、ステータ32
c,34cの中心に回転可能に設けられ、ステータ32
c,34cの磁力線と鎖交するように設置された界磁コ
イル32d,34dを有するロータ32e,34eとか
ら構成されている。
【0019】反射鏡32b,34bは、ロータ32e,
34eの中心に延設されたロッド32f,34fに固設
されている。このように構成されたガルバノメータ3
2,34では、回転駆動部32a,34aの界磁コイル
32d,34dに通電することにより、その通電電流の
大きさに比例して、ロータ32e,34eが回転して、
反射鏡32b,34bの反射角度が異なるようになって
いる。
【0020】すなわち、ガルバノメータ32,34は、
いわゆる直流電流計と同一構造のものであって、電流計
の指針に反射鏡32b,34bが固設されていて、励磁
コイル32d,34dへの通電電流の大きさで、反射鏡
32d,34dの回転角度が判るようになっている。な
お、赤外光線L1,レーザー光線L2 を水平および鉛直方
向に変位させる手段は、上記ガルバノメータ32,34
に限ることはなく、例えば、ステッピングモータによっ
て反射鏡32b,34bを回転させるようにしてもよ
い。
【0021】図5に制御装置16の一例を示している。
同図に示す制御装置16は、パーソナルコンピュータ
(以下パソコンと略す)16aとコントロールユニット
16bとを主体に構成されている。なお、以下の説明で
は、光波距離計20から発射される赤外光線L1 で自動
視準する場合について説明する。パソコン16aには、
トンネルの路線線形データ,断面線形データ,発破装填
穿孔パターンデータなどや制御手順が予め格納記憶され
る記憶手段16cと、表示器16dと、キーボード16
eと、遠隔制御用の通信モデム16fとが接続されてい
る。
【0022】コントロールユニット16bは、パソコン
16aの送出信号を受けて、光波距離計20やレーザー
マーキング部22のレーザーチューブ28の駆動,停止
を制御するとともに、水平および鉛直移動用ガルバノメ
ータ32,34の回転駆動を制御する。図6には、パソ
コン16aで実行される制御手順の一例を示している。
同図に示す制御手順では、手順がスタートすると、ま
ず、ステップs1で、装置本体10の座標値(x1,1,
1 )と、2個の基準用反射ターゲット14の座標値
(x 2,2,2 、x3,3,3 )とがそれぞれキーボー
ド16eから入力される。続くステップs2からs5で
は、反射ターゲット14の視準が行なわれる。
【0023】この視準は、以下のような操作で自動的に
行なわれる。反射ターゲット14を視準する際には、反
射ターゲット14の周囲で光波距離計20から発射され
る赤外光線L1 を2次元方向に走査させる。この走査
は、例えば、図7(A)に示すように、まず、鉛直移動
用ガルバノメータ34をある一定の角度に固定した状態
で、水平移動用ガルバノメータ32を連続的に回転駆動
させて、赤外光線L1 が反射ターゲット14の左右方向
を横切るようにして照射する(ステップs2)。
【0024】このときの赤外光線L1 の照射位置は、水
平移動用ガルバノメータ32への供給電流が回転角度に
対応しているので、供給電流の大きさが判れば既知とな
り、そのデジタル値がパソコン16aに取り込まれると
ともに、その時の反射ターゲット14からの反射光L3
が光波距離計22の受光部で受光され、受光部で光電変
換されたデジタル信号が同様にパソコン16aに取り込
まれる。
【0025】このような赤外光線L1 の水平走査は、赤
外光線L1 が反射ターゲット14を横切る度毎に鉛直移
動用ガルバノメータ34を一定角度だけ移動するように
回転駆動して、水平移動用ガルバノメータ32の回転駆
動方向を反転させながら複数回(n回)行なわれ、反射
ターゲット14の上下方向の全てをカバーするように照
射されるとこの走査が終了する。
【0026】図7(B)には、このような赤外光線L1
の水平走査により光波距離計22の受光部で受光される
反射光L3 の光量の変化を示している。このとき、各光
量が得られた赤外光線L1 の水平角度(H)は、水平移
動用ガルバノメータ32の回転駆動角度として求められ
ているので、パソコン16aで、まず、各水平走査にお
ける中心点を、Ha +Hb /2=H1 ,Ha'+Hb'/2
=H2 ,……=Hn として求め、これらの平均値(H1
+H2 ,……+Hn /n)から、反射ターゲット14の
水平方向の中心が求められる(ステップs3)。
【0027】なお、以上のような反射ターゲット14の
視準操作は、反射ターゲット14の初期位置(x2,2,
2 、x3,3,3 )が予め判っているので、この初期
位置を考慮して、レーザー光線L1 の走査開始位置を決
める。また、このような反射ターゲット14の視準は、
掘削サイクルが終了する毎に繰り返されることになる
が、その時の各走査開始位置は、前回の走査開始位置を
参照して決めればよい。
【0028】以上のようにして反射ターゲット14の水
平方向の中心が求められると、次に、水平移動用ガルバ
ノメータ32を固定して、上記と同様な方法により鉛直
方向の走査が行なわれ、同様な演算により反射ターゲッ
ト14の鉛直方向の中心点の位置が求められる(ステッ
プs4,5)。次に、ステップs2から5の実行を繰り
返すことにより、もう1つの反射ターゲット14の水平
および鉛直方向の中心点の位置が同様な手順により求め
られる。
【0029】なお、一般の光波距離計は、受光レベルに
応じて、出射光量がしぼりにより変化させるようになっ
ているが、ステップs2から5では、この働きを停止す
るようにコントロールユニットから信号を送る。そし
て、2個の反射ターゲット14の中心位置が求められる
と、次のステップs6では、最初の反射ターゲット14
の中心位置に水平および鉛直移動用ガルバノメータ3
2,34の角度がセットされ、この状態で光波距離計2
0の駆動が行なわれ、装置本体10から反射ターゲット
14までの距離l1 が測定される(ステップs7)。
【0030】そして、ステップs6,7を再び実行する
ことにより、他方の反射ターゲット14迄の距離l2
測定される。次いで、ステップs8では、ステップs1
で入力された装置本体10の座標値(x1,1,1 )と
2個の基準用反射ターゲット14の座標値(x2,2,
2 、x3,3,3 )とから計算上の距離が演算され、こ
の演算距離値と測定された距離l1 ,距離l2 との比較
演算が行なわれ、これらの間に所定値以上のズレが有る
場合には、ステップs9でその旨の指示が出され、この
指示に基づいて水平ないしは鉛直つまみ10f,10g
での調整が行なわれ、ステップs6に戻る。
【0031】一方、ステップs8で計算上の距離と測定
上の距離l1 ,l2 とが一致していると判断された場合
には、ステップs10で、レーザーマーキング部22を
駆動して、切羽面12へのトンネル断面形状の照射表示
や穿孔位置の照射表示が行なわれる。このときの照射表
示は、水平および鉛直移動用ガルバノメータ32,34
をコントロールユニット16bで制御しつつレーザーチ
ューブ28を駆動することにより行なわれ、トンネル断
面形状の照射表示や発破位置の照射表示は、予め記憶手
段16cに予納されているトンネルの路線線形データ,
断面線形データ,発破装填穿孔パターンデータから切羽
面12の位置に対応して選択される。
【0032】なお、この場合の切羽面12の位置は、例
えば、1回の掘削による掘削量が予測されるので、その
予測量と掘削回数とを乗算することにより求めることが
できるし、従来と同様に、切羽面12の直前に反射ター
ゲットを設置して、この反射ターゲットを視準して距離
を測定することによって求めてもよい。そして、掘削面
12に発破を装填して爆破し、掘削ずりの排出等の一連
の作業が完了し、ステップs11でトンネル構築作業が
完了していないと判断されると、ステップs2に戻り同
様な手順が実行される。
【0033】さて、以上のように構成されたレーザーマ
ーキング装置によれば、光波距離計20から発射される
赤外光線L1 を、スキャンニング部(水平および鉛直移
動用ガルバノメータ32,34)で基準用反射ターゲッ
ト14の周囲の2次元方向に走査させ、反射ターゲット
14から反射される反射光L3 を光波距離計22の受光
部で受光し、この受光部で検出された受光信号に基づい
て反射ターゲット14の中心位置をパソコン16aで演
算するので、反射ターゲット14のの視準が自動的に行
なわれる。
【0034】しかも、このような反射ターゲット14の
視準は、複数のものが人手によらず自動的に行なえるの
で、操作が簡単になり、作業能率も向上する。なお、上
記実施例では、反射ターゲット14の視準に光波距離計
20から発射する赤外光線L1 を使用したが、この赤外
光線L1 に代えて、レーザーマーキング部22から発射
するレーザー光線L2 を使用することもできるし、この
場合、反射ターゲット14からの反射光L3 の受光部
は、光波距離計22に内蔵されている受光部に代えて、
例えば、専用のホトトランジスタなどを設置する。
【0035】
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかるレーザーマーキング装置によれば、レー
ザー光線でトンネル形状などを照射表示する際の基準点
への視準操作を自動的に行なえるので、操作が簡単にな
り、作業能率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるレーザーマーキング装置の使用
状態での全体構成図である。
【図2】同レーザーマーキング装置の装置本体の正面図
と側面図である。
【図3】図2の光学系の説明斜視図である。
【図4】本発明にかかるレーザーマーキング装置のスキ
ャンニング部を構成するガルバノメータの説明図であ
る。
【図5】本発明にかかるレーザーマーキング装置の制御
系のブロック構成図である。
【図6】図5に示した制御系の制御手順を示すフローチ
ャート図である。
【図7】本発明にかかるレーザーマーキング装置のスキ
ャンニング部で反射ターゲットの中心位置を求める際の
説明図である。
【符号の説明】
10 装置本体 12 切羽面 14 反射ターゲット 16 制御装置 16a パーソナルコンピュータ 16b コントロールユニット 16c 記憶手段 20 光波距離計 22 レーザーマーキング部 28 レーザーチューブ 32 水平移動用ガルバノメータ 34 鉛直移動用ガルバノメータ 32a,34a 回転駆動部 32b,34b 反射鏡 32g,34g ロータリーエンコーダー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤外光線を発射する光波距離計と、前記
    赤外光線と同軸上にレーザー光線を発射するレーザーマ
    ーキング部とを有し、既知座標点に設置される装置本体
    と、切羽面と前記装置本体との間の既知座標点に設置さ
    れる複数の基準用反射ターゲットと、トンネルの路線線
    形データ,断面線形データ,発破装填穿孔パターンデー
    タなどを記憶する記憶手段を有する制御装置とを備え、
    切羽面にトンネル断面形状や穿孔位置などを前記レーザ
    ーマーキング部で照射表示するレーザーマーキング装置
    において、 前記赤外光線または前記レーザー光線のいずれか一方を
    前記反射ターゲットの周囲で2次元方向に走査させるス
    キャンニング部と、前記反射ターゲットから反射される
    反射光を受光する受光部と、この受光部で検出された受
    光信号に基づいて前記反射ターゲットの中心位置を演算
    する制御装置とを有することを特徴とするレーザーマー
    キング装置。
  2. 【請求項2】 前記受光部は、前記光波距離計の受光部
    で構成されることを特徴とする請求項1記載のレーザー
    マーキング装置。
  3. 【請求項3】 前記スキャンニング部は、前記レーザー
    光線の発射方向を水平方向に移動させる水平移動用ガル
    バノメータと、前記レーザー光線の発射方向を鉛直方向
    に移動させる鉛直移動用ガルバノメータとを有すること
    を特徴とする請求項1または2記載のレーザーマーキン
    グ装置。
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