JPH1037665A - Excavation azimuth detector and its detection method - Google Patents
Excavation azimuth detector and its detection methodInfo
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- JPH1037665A JPH1037665A JP8210588A JP21058896A JPH1037665A JP H1037665 A JPH1037665 A JP H1037665A JP 8210588 A JP8210588 A JP 8210588A JP 21058896 A JP21058896 A JP 21058896A JP H1037665 A JPH1037665 A JP H1037665A
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- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
- E21D9/004—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines using light beams for direction or position control
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、掘進機等の姿勢計
測方法に関し、特には、掘進機の姿勢（方位角）を一次
元位置検出素子で検出可能な掘進方位検出装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring the attitude of an excavator or the like, and more particularly to an excavation azimuth detecting apparatus capable of detecting the attitude (azimuth) of an excavator using a one-dimensional position detecting element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えばシールド掘進機等のトンネル機械
によってトンネル施工を行う場合、予め定めたトンネル
計画線通りの施工を行うために、トンネル機械の位置及
び姿勢を計測する必要がある。計測する位置データは、
トンネル空間内に設定した適当な三次元座標系における
各座標で表すのが普通である。通常は、トンネル計画線
を１つの座標軸とし、トンネル計画線に直交する水平線
及び鉛直線を他の２つの座標軸として設定している。そ
して、計画線方向に得られる掘進距離と、計画線からの
水平方向へのずれと、計画線からの鉛直方向へのずれと
によって、トンネル機械の位置を表すことが多い。他
方、トンネル機械の姿勢は、前記三次元座標系の各軸回
りの回転角度で表すのが普通であり、例えば、トンネル
機械の水平面方向の向き（以後、ヨーイング角度と呼
ぶ）と、トンネル機械の前後方向の傾き（以後、ピッチ
ング角度と呼ぶ）と、トンネル機械の中心軸回りの回転
（以後、ローリング角度と呼ぶ）とにより、トンネル機
械の姿勢を表すことが多い。2. Description of the Related Art For example, when a tunnel is constructed by a tunnel machine such as a shield machine, it is necessary to measure a position and a posture of the tunnel machine in order to carry out construction according to a predetermined tunnel plan line. The position data to be measured is
Usually, it is represented by each coordinate in an appropriate three-dimensional coordinate system set in the tunnel space. Normally, a tunnel planning line is set as one coordinate axis, and a horizontal line and a vertical line perpendicular to the tunnel planning line are set as the other two coordinate axes. The position of the tunnel machine is often expressed by the excavation distance obtained in the direction of the planning line, the deviation in the horizontal direction from the planning line, and the deviation in the vertical direction from the planning line. On the other hand, the posture of the tunnel machine is generally represented by a rotation angle around each axis of the three-dimensional coordinate system. For example, the orientation of the tunnel machine in the horizontal plane direction (hereinafter referred to as yawing angle) and the The posture of the tunnel machine is often represented by a tilt in the front-rear direction (hereinafter, referred to as a pitching angle) and rotation around the central axis of the tunnel machine (hereinafter, referred to as a rolling angle).
【０００３】そして、上記トンネル機械の位置及び姿勢
の計測は、一般的にレーザ光等の光ビームを用いて行っ
ている。このようなレーザ光を利用した位置姿勢計測装
置が、本発明者によって例えば特開平３−１７２７１０
号公報や特願平５−３４４９６５号公報に開示されてい
る。図５及び図６には同公報に記載された位置姿勢計測
装置の一実施例を示しており、以下これらの図に基づい
て説明する。[0003] The position and orientation of the tunnel machine are generally measured using a light beam such as a laser beam. A position and orientation measuring apparatus using such a laser beam has been disclosed by the present inventor, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 3-172710.
And Japanese Patent Application No. 5-344965. 5 and 6 show one embodiment of the position and orientation measurement apparatus described in the publication, and the description will be made with reference to these drawings.
【０００４】図５において、掘進機１により掘削された
トンネル穴の掘進方向後方には所定長さのセグメント２
が所定間隔毎に連結されて埋設されており、セグメント
２の掘進機１側先端部にはセグメント２から反力を得て
掘進機１を前進させるシールドジャッキ３が連結されて
いる。掘進機１には受光器２０及びローリング計２１が
配設され、掘進機１の後方の所定位置には掘進機１の位
置姿勢計測装置としての位置計測投光装置１０が配設さ
れている。位置計測投光装置１０は、受光器１１と、発
光器１２と、ローリング計１３とを備えている。ローリ
ング計１３及びローリング計２１はそれぞれ位置計測投
光装置１０及び受光器２０のローリング角度を計測する
ものであり、例えば重力を利用した傾斜計等によって構
成されている。また、位置計測投光装置１０のさらに後
方で、かつ、計測の基準点となる所定位置には、レーザ
投光器５が配設されている。この基準点は例えば掘進機
１の発進立坑や、掘削されたトンネルの途中の中継点等
に設けられ、基準点のレーザ投光器５の位置は通常の測
量等によって正確に求められる。In FIG. 5, a segment 2 having a predetermined length is provided behind a tunnel hole excavated by an excavator 1 in the excavating direction.
Are connected and buried at predetermined intervals, and a shield jack 3 for moving the excavator 1 forward by obtaining a reaction force from the segment 2 is connected to a tip of the segment 2 on the excavator 1 side. A light receiver 20 and a rolling meter 21 are provided in the excavator 1, and a position measuring light projecting device 10 as a position and orientation measuring device of the excavator 1 is provided at a predetermined position behind the excavator 1. The position measurement light projecting device 10 includes a light receiver 11, a light emitter 12, and a rolling meter 13. The rolling meter 13 and the rolling meter 21 measure the rolling angle of the position measuring light projecting device 10 and the light receiving device 20, respectively, and are constituted by, for example, an inclinometer using gravity. Further, a laser projector 5 is disposed at a predetermined position which is further behind the position measuring light projecting device 10 and serves as a reference point for measurement. This reference point is provided, for example, at the starting shaft of the excavator 1 or at a relay point in the middle of an excavated tunnel, and the position of the laser projector 5 at the reference point can be accurately obtained by ordinary surveying or the like.
【０００５】そして、レーザ投光器５から出射されたレ
ーザ光１５は位置計測投光装置１０の受光器１１に受光
され、この受光方向と略反対方向に発光器１２から発光
されたレーザ光１５は受光器２０に受光される。このと
き、位置計測投光装置１０及び受光器２０において測定
されたレーザ光の受光位置及び受光方向によって、各位
置計測投光装置１０及び受光器２０の位置及び姿勢が計
測される。この計測データは図示しないコントローラに
通信によって入力され、コントローラはこれらの計測デ
ータに基づいて掘進機１の位置及び姿勢を演算して求め
るようになっている。[0005] The laser beam 15 emitted from the laser projector 5 is received by the light receiver 11 of the position measuring projector 10, and the laser beam 15 emitted from the light emitter 12 in a direction substantially opposite to the light receiving direction is received. The light is received by the device 20. At this time, the position and orientation of each position measuring light emitting device 10 and light receiving device 20 are measured based on the light receiving position and light receiving direction of the laser beam measured by the position measuring light emitting device 10 and light receiving device 20. The measurement data is input to a controller (not shown) by communication, and the controller calculates and calculates the position and orientation of the excavator 1 based on the measurement data.
【０００６】図６は、上記の受光器１１、２０による位
置及び姿勢の計測方法を説明している。各受光器１１、
２０には、レーザ光１５を所定位置に集光する主レンズ
系１６と、主レンズ系１６を通過したビーム状のレーザ
光１５を受光する第１の受光面１７ａ及び第２の受光面
１７ｂとが配設されている。主レンズ系１６は、通常の
集光レンズ１６のみで構成しても、あるいは、通常の集
光レンズ等を複数枚組み合わせたもので構成してもよ
い。第１の受光面１７ａ及び第２の受光面１７ｂは、上
記レーザ光１５が受光された二次元平面位置を電気信号
に変換する位置検出センサにより構成されている。ま
た、第１の受光面１７ａは光透過性を有する検出素子を
備え、レーザ光１５を透過して第２の受光面１７ｂに受
光させる。各受光面１７ａ、１７ｂ上には、各受光器１
１、２０の鉛直方向及び水平方向に座標軸を有する直交
座標系が設けられている。主レンズ系１６は、光軸１８
が各受光面１７ａ、１７ｂと直交し、かつ、各受光面１
７ａ、１７ｂ上の上記直交座標系の原点Ｏａ、Ｏｂを通
るように配設されている。そして、主レンズ系１６は第
２の受光面１７ｂの原点Ｏｂに集光点を有し、光軸１８
に平行に入射したレーザ光１５はこの原点Ｏｂに集光さ
れるようになっている。FIG. 6 illustrates a method of measuring the position and orientation by the photodetectors 11 and 20 described above. Each light receiver 11,
Reference numeral 20 denotes a main lens system 16 for condensing the laser light 15 at a predetermined position, a first light receiving surface 17a and a second light receiving surface 17b for receiving the beam-like laser light 15 passing through the main lens system 16. Are arranged. The main lens system 16 may be constituted by only the ordinary condenser lens 16 or may be constituted by combining a plurality of ordinary condenser lenses and the like. The first light receiving surface 17a and the second light receiving surface 17b are configured by a position detection sensor that converts a two-dimensional plane position where the laser light 15 is received into an electric signal. The first light receiving surface 17a has a light-transmitting detecting element, and transmits the laser beam 15 to be received by the second light receiving surface 17b. On each light receiving surface 17a, 17b, each light receiver 1
An orthogonal coordinate system having coordinate axes in the vertical and horizontal directions is provided. The main lens system 16 includes an optical axis 18
Is orthogonal to each of the light receiving surfaces 17a, 17b, and each light receiving surface 1
It is arranged so as to pass through the origins Oa and Ob of the above-mentioned orthogonal coordinate system on 7a and 17b. The main lens system 16 has a condensing point at the origin Ob of the second light receiving surface 17b, and the optical axis 18
Is incident on the origin Ob.
【０００７】そして、各受光面１７ａ、１７ｂ上でのレ
ーザ光１５の受光位置に対応する座標に基づいて、各受
光器１１、２０の位置及び姿勢が計測される。すなわ
ち、レーザ光１５を基準として、第１の受光面１７ａで
の受光位置に基づいてレーザ光１５からの変位位置が検
出され、これが各受光器の位置としてコントローラに入
力される。また、主レンズ系１６に入射したレーザ光１
５が、レンズ入射角度（受光器の姿勢角度に相当する）
の関数で表される変位を第２の受光面１７ｂ上で生じる
ことを利用し、第２の受光面１７ｂの検出素子によって
検出した変位位置に基づいて各受光器の姿勢角度、すな
わちヨーイング角度及びピッチング角度を計測し、これ
が各受光器の姿勢としてコントローラに入力される。こ
のとき、ローリング計１３、２１によって検出されたロ
ーリング角度により上記各受光面１７ａ、１７ｂでの受
光位置は補正され、この補正された受光位置に基づいて
各受光器の位置及び姿勢は求められるようになってい
る。また、レーザ投光器５と受光器１１の距離、及び発
光器１２と受光器２０の距離は、図示していない距離検
出器（例えば、光波距離計等）によって計測している。
そして、コントローラは、各受光器の位置、姿勢及び各
距離に基づいて、最終的に掘進機１の位置及び姿勢を演
算して求めている。[0007] The position and orientation of each of the light receivers 11 and 20 are measured based on the coordinates corresponding to the light receiving position of the laser beam 15 on each of the light receiving surfaces 17a and 17b. That is, the displacement position from the laser light 15 is detected based on the light receiving position on the first light receiving surface 17a with the laser light 15 as a reference, and this is input to the controller as the position of each light receiver. Further, the laser light 1 incident on the main lens system 16
5 is the lens incident angle (corresponding to the attitude angle of the light receiver)
Utilizing the fact that the displacement expressed by the following function is generated on the second light receiving surface 17b, the attitude angle of each light receiver, that is, the yawing angle and the yaw angle, based on the displacement position detected by the detection element of the second light receiving surface 17b The pitching angle is measured, and this is input to the controller as the attitude of each light receiver. At this time, the light receiving position on each of the light receiving surfaces 17a and 17b is corrected based on the rolling angle detected by the rolling meters 13 and 21, and the position and orientation of each light receiver are determined based on the corrected light receiving positions. It has become. The distance between the laser projector 5 and the light receiver 11 and the distance between the light emitter 12 and the light receiver 20 are measured by a distance detector (not shown) (for example, a lightwave distance meter).
The controller finally calculates and obtains the position and attitude of the excavator 1 based on the position, attitude and distance of each light receiver.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の施工事例
によるとトンネル機械の掘進距離が長くなる傾向にある
ので、トンネル機械の位置検出精度もそれに伴って高精
度のものが要求されている。ところが、トンネル機械の
上記のような姿勢検出の誤差が掘進機１の位置検出精度
に関わっており、施工の長距離化に伴って上記姿勢検出
の誤差が累積したり、あるいは姿勢検出の演算誤差が増
大し、よって位置検出精度が低下するという問題が生じ
ている。前述の公報に記載された装置によると、第２の
受光面１７ｂの検出素子による受光位置検出の精度が向
上されれば、この問題に対処可能であると考えられ、受
光位置の検出精度を約１００倍程度上げることが要求さ
れている。（これは、分解能を例えば０．１mmから約１
μｍへ上げることに相当する）この受光位置検出精度を
向上するには、例えば検出素子の分解能の高精度化が必
要となる。しかしながら、検出素子の分解能について
は、実際に使用できるデバイスの各軸方向の分解能が従
来に対して１００倍となるような二次元位置検出素子は
現実的には無いのが現状である。（例えば、画素数が分
解能に相当すると考えられる撮像用のＣＣＤデバイスを
例にとれば、現在の４１万画素（約７００×６００）を
４２億画素にしたデバイスが必要となることを意味する
が、そのようなデバイスは存在しない。）さらに、掘進
距離が長くなると同時に、曲線施工の事例も増加してい
るため、姿勢を計測すべき角度範囲（前述の公報に記載
されている装置による主レンズ系１６に入射する角度範
囲）も広くしなければならないなどの問題も生じてい
る。主レンズ系１６への入射角度範囲の拡大化について
は、二次元位置検出素子の大面積化が必要になるが、同
時に１００倍の分解能を満たす必要もある。ところが、
主レンズ系１６の球面収差が大きくなる等を考慮する
と、一定の入射角度範囲までしか拡大できず、上記のよ
うな１００倍の分解能を得ることをさらに実現困難にし
ている。On the other hand, according to recent construction examples, the excavation distance of the tunnel machine tends to be long, and accordingly, the position detection accuracy of the tunnel machine is also required to be high. However, the above-described error of the attitude detection of the tunnel machine is related to the position detection accuracy of the excavator 1, and the error of the attitude detection accumulates as the construction becomes longer, or the calculation error of the attitude detection. Is increased, and the position detection accuracy is reduced. According to the device described in the above-mentioned publication, it is considered that this problem can be dealt with if the accuracy of light-receiving position detection by the detection element on the second light-receiving surface 17b is improved. It is required to increase about 100 times. (This means that the resolution can be, for example, from 0.1 mm to about 1
In order to improve the light receiving position detection accuracy, it is necessary to increase the resolution of the detection element, for example. However, as for the resolution of the detection element, there is currently no practically available two-dimensional position detection element in which the resolution in each axis direction of a device that can be actually used is 100 times as large as that of a conventional device. (For example, taking as an example a CCD device for imaging in which the number of pixels is considered to correspond to the resolution, it means that a device having the current 410,000 pixels (about 700 × 600) with 4.2 billion pixels is required. Further, such a device does not exist.) Further, since the excavation distance becomes longer and the number of cases of curve construction increases, the angle range in which the posture is to be measured (the main lens by the device described in the above-mentioned publication) is used. There is also a problem that the angle range of incidence on the system 16 must be widened. To increase the range of the incident angle to the main lens system 16, it is necessary to increase the area of the two-dimensional position detecting element, but it is also necessary to satisfy 100 times the resolution. However,
Considering that the spherical aberration of the main lens system 16 becomes large, it can be expanded only to a certain incident angle range, which makes it more difficult to obtain a resolution of 100 times as described above.
【０００９】ところが、例えば、縮小転写技術で作られ
るＣＣＤにおいては、１万画素で検出できる一次元のデ
バイスは既に存在している。そこで、二次元の位置検出
素子ではなく、一次元の位置検出素子を流用して精度向
上することが容易に想像できる。この方法に従ってレン
ズ系と１次元位置検出デバイスとを組み合わせて使う場
合、従来、２次元の位置検出素子で検出できていたヨー
イング角度及びピッチング角度の内一方しか検出できな
くなる。この場合、ヨーイング角度及びピッチング角度
の内のピッチング角度については、重力検出型の傾斜計
（ローリング角度検出に利用していたものと同じ）を検
出方向を変えることによって使用することができる。However, for example, in a CCD manufactured by the reduction transfer technique, a one-dimensional device capable of detecting with 10,000 pixels already exists. Therefore, it is easy to imagine that a one-dimensional position detecting element is used instead of a two-dimensional position detecting element to improve the accuracy. When the lens system and the one-dimensional position detecting device are used in combination according to this method, only one of the yawing angle and the pitching angle which can be detected by the conventional two-dimensional position detecting element can be detected. In this case, the pitching angle of the yawing angle and the pitching angle can be used by changing the detection direction of a gravity detection inclinometer (the same as that used for detecting the rolling angle).
【００１０】しかしながら、１次元の位置検出素子を使
用してヨーイング角度を検出するようにした場合、上下
方向（受光器１１、２０が水平設置されている場合の上
下方向）からのレーザ光１５の入射角度（レーザ光１５
が水平に照射されている場合の受光器１１、２０のピッ
チング角度）に対して、レーザ光１５が一次元位置検出
素子の検出面幅より外側に集光するときがあり、よっ
て、レーザ光１５が一次元位置検出素子の検出範囲を越
えてしまうという問題を生じる。また、位置計測投光装
置１０や受光器２０等が所定値以上のローリング角度で
もって傾斜している場合にも、上記と同様にレーザ光１
５が一次元位置検出素子の検出範囲を越えてしまうとい
う問題が生じる。このように、一次元位置検出素子を使
用してヨーイング角度を検出する方法においては、レー
ザ光１５を正しく一次元位置検出素子に集光させなけれ
ばならないという、二次元位置検出素子を使用している
ときには問題とならなかった新たな問題を生じている。However, when the yaw angle is detected using a one-dimensional position detecting element, the laser beam 15 from the vertical direction (the vertical direction when the light receivers 11 and 20 are installed horizontally) is used. Incident angle (laser light 15
Laser light 15 may converge outside the detection surface width of the one-dimensional position detecting element with respect to the pitching angle of the light receivers 11 and 20 when the light is irradiated horizontally. Is beyond the detection range of the one-dimensional position detecting element. Similarly, when the position measurement light projecting device 10 and the light receiver 20 are inclined with a rolling angle of a predetermined value or more, the laser beam 1 is irradiated.
5 exceeds the detection range of the one-dimensional position detecting element. As described above, in the method of detecting the yawing angle using the one-dimensional position detecting element, the two-dimensional position detecting element using the two-dimensional position detecting element that the laser beam 15 must be correctly focused on the one-dimensional position detecting element is used. Has created a new problem that was not a problem at the time.
【００１１】この問題を解決するために、位置計測投光
装置１０や受光器２０等の受光姿勢を、アクチュエータ
を有する機構によって、予め定められた所定の範囲に調
整する方法が考えられる。しかし、通常の一次元位置検
出デバイスでは、その検出面のヨーイング角度検出方向
の長さとその幅の比が１０：１以上である。よって、ヨ
ーイング角度の検出範囲を大きくとる場合、レンズ系を
通して上下方向からの入射角度も同様に屈折するとは言
え、上下方向からの入射角度の許容範囲角度は、ヨーイ
ング角度の検出範囲の１０分の１にも満たない範囲でし
か検出できない。これはローリング角度が絶対水平であ
る（ローリング角度が零に対応）という条件での話であ
り、実際のトンネル機械においては当然ローリング角度
を持っているので、その検出範囲でさえも確保すること
を難しくしている。さらに、位置計測投光装置１０や受
光器２０等の水平調整を高精度に実施するにしても、ト
ンネル機械の運転で発生する振動の存在する中での調整
となるので、傾斜計以外の検出器を付加しないと自動化
を進めるのも困難である。In order to solve this problem, a method of adjusting the light receiving attitude of the position measuring light projecting device 10 and the light receiving device 20 to a predetermined range by a mechanism having an actuator is considered. However, in a normal one-dimensional position detection device, the ratio of the length of the detection surface in the yawing angle detection direction to its width is 10: 1 or more. Therefore, when the detection range of the yawing angle is large, it can be said that the incident angle from the vertical direction is similarly refracted through the lens system, and the allowable angle of the incident angle from the vertical direction is 10 minutes of the detection range of the yawing angle. It can only be detected in a range less than one. This is based on the condition that the rolling angle is absolutely horizontal (corresponding to the rolling angle of zero). Naturally, the actual tunnel machine has a rolling angle, so it is necessary to secure even the detection range. Making it difficult. Further, even if the horizontal adjustment of the position measuring light emitting device 10 and the light receiving device 20 is performed with high accuracy, the adjustment is performed in the presence of the vibration generated by the operation of the tunnel machine. Without additional equipment, it is difficult to proceed with automation.
【００１２】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、掘進機の姿勢を高精度で検出できる掘進
方位検出装置及びその検出方法を提供することを目的と
している。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an excavation azimuth detecting device capable of detecting the attitude of an excavator with high accuracy, and a method of detecting the same.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定の
点から所定方向に照射されたビーム状のレーザ光１５を
集光する主レンズ系１６と、この主レンズ系１６の集光
点近傍に配設された一次元位置検出素子とを有する受光
器１１、２０によって、前記一次元位置検出素子での前
記レーザ光１５の受光位置の変位量に基づいて、前記照
射されたレーザ光１５の主レンズ系１６への入射角度を
検出することにより、前記レーザ光１５を方位基準とし
て受光器１１、２０の方位角（姿勢）を検出する掘進機
の掘進方位検出装置において、前記主レンズ系１６と前
記一次元位置検出素子との間に、掘進機の前記方位角が
変化してレーザ光１５の受光位置が前記一次元位置検出
素子の検出方向に対して直交する方向にずれた場合で
も、主レンズ系１６に入射した前記レーザ光１５を前記
一次元位置検出素子に導く第２の光学系を配置した構成
としている。Means for Solving the Problems, Function and Effect In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 focuses a beam-like laser beam 15 irradiated in a predetermined direction from a predetermined point. The light receivers 11 and 20 each having a main lens system 16 and a one-dimensional position detecting element disposed near a converging point of the main lens system 16 convert the laser beam 15 at the one-dimensional position detecting element. By detecting the incident angle of the irradiated laser light 15 on the main lens system 16 based on the amount of displacement of the light receiving position, the azimuth (posture) of the photodetectors 11 and 20 with the laser light 15 as the azimuth reference. In the excavation azimuth detecting device for an excavator, the azimuth angle of the excavator changes between the main lens system 16 and the one-dimensional position detecting element, and the light receiving position of the laser beam 15 is changed to the one-dimensional position. In the detection direction of the detection element Even if it shifted in a direction to perpendicular, and with the laser beam 15 incident on the main lens system 16 is arranged a second optical system for guiding the one-dimensional position detecting element configured.
【００１４】請求項１に記載の発明によると、一次元位
置検出素子の検出面の幅方向の外側にレーザ光が集光さ
れるような大きな入射角で集光レンズにレーザ光が入射
した場合でも、第２の光学系によって上記レーザ光が一
次元位置検出素子の上記検出面の幅内に集光されるよう
になる。このとき、一次元位置検出素子の検出方向、す
なわち長手方向には、レーザ光の経路は変化しない（倍
率が変わらない）。したがって、掘進機の掘進方位検出
装置において、一方向の姿勢を計測する一次元位置検出
素子を使用可能となり、この結果、高分解能の一次元位
置検出素子を使用して方位角（姿勢）を高精度に計測可
能となる。よって、トンネル施工の長距離化に伴う位置
精度の誤差を小さくできるようになり、トンネル施工を
精度良く実施可能となる。According to the first aspect of the present invention, when the laser beam is incident on the condenser lens at such a large incident angle that the laser beam is condensed outside the width direction of the detection surface of the one-dimensional position detecting element. However, the laser light is condensed within the width of the detection surface of the one-dimensional position detection element by the second optical system. At this time, the path of the laser light does not change (the magnification does not change) in the detection direction of the one-dimensional position detection element, that is, in the longitudinal direction. Therefore, in the excavation direction detecting device of the excavator, it is possible to use a one-dimensional position detecting element for measuring the posture in one direction, and as a result, to increase the azimuth (posture) by using the high-resolution one-dimensional position detecting element. Measurement can be performed with high accuracy. Therefore, it is possible to reduce the error of the positional accuracy due to the long distance of the tunnel construction, and it is possible to perform the tunnel construction with high accuracy.
【００１５】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の掘進方位検出装置において、前記第２の光学系
がアナモルフィック光学系の集光レンズ系であることを
特徴とする。The invention described in claim 2 is the first invention.
Wherein the second optical system is a condenser lens system of an anamorphic optical system.
【００１６】請求項２に記載の発明によると、集光レン
ズと一次元位置検出素子との間に設けた前記第２の光学
系を例えばシリンドリカルレンズ（円柱レンズ）等のア
ナモルフィック光学系の集光レンズ系としたので、一次
元位置検出素子の検出面の幅方向の外側にレーザ光が集
光されるような大きな入射角で集光レンズにレーザ光が
入射した場合でも、アナモルフィック光学系の集光レン
ズ系によって上記レーザ光が一次元位置検出素子の上記
検出面の幅内に集光されるようになる。この結果、高分
解能の一次元位置検出素子を使用可能となり、方位角
（姿勢）を高精度で計測できる。よって、トンネル施工
の長距離化に伴う位置精度の誤差を小さくできるように
なり、トンネル施工を精度良く実施可能となる。According to the second aspect of the present invention, the second optical system provided between the condenser lens and the one-dimensional position detecting element is, for example, an anamorphic optical system such as a cylindrical lens (cylindrical lens). Since the condenser lens system is used, even if the laser beam enters the condenser lens at a large angle of incidence such that the laser beam is condensed outside the detection surface of the one-dimensional position detection element in the width direction, the anamorphic The laser light is condensed within the width of the detection surface of the one-dimensional position detecting element by the condensing lens system of the optical system. As a result, a high-resolution one-dimensional position detecting element can be used, and the azimuth (posture) can be measured with high accuracy. Therefore, it is possible to reduce the error of the positional accuracy due to the long distance of the tunnel construction, and it is possible to perform the tunnel construction with high accuracy.
【００１７】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の掘進方位検出装置において、前記第２の光学系が所定
の曲率を有するミラーにより構成されている。According to a third aspect of the present invention, in the digging direction detecting apparatus according to the first aspect, the second optical system is constituted by a mirror having a predetermined curvature.
【００１８】請求項３に記載の発明によると、前記第２
の光学系として所定の曲率を有するミラーを使用するの
で、一次元位置検出素子の検出面の幅方向の外側にレー
ザ光が集光されるような大きな入射角で集光レンズにレ
ーザ光が入射した場合でも、上記ミラーの集光作用によ
って上記レーザ光が一次元位置検出素子の上記検出面の
幅内に集光されるようになる。この結果、高分解能の一
次元位置検出素子を使用可能となり、方位角（姿勢）を
高精度で計測できる。よって、トンネル施工の長距離化
に伴う位置精度の誤差を小さくできるようになり、トン
ネル施工を精度良く実施可能となる。According to the third aspect of the present invention, the second
Since a mirror having a predetermined curvature is used as the optical system, the laser light is incident on the condenser lens at such a large incident angle that the laser light is focused outside the width direction of the detection surface of the one-dimensional position detecting element. Even in this case, the laser light is condensed within the width of the detection surface of the one-dimensional position detecting element by the condensing action of the mirror. As a result, a high-resolution one-dimensional position detecting element can be used, and the azimuth (posture) can be measured with high accuracy. Therefore, it is possible to reduce the error of the positional accuracy due to the long distance of the tunnel construction, and it is possible to perform the tunnel construction with high accuracy.
【００１９】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の掘進方位検出装置において、前記第２の光学系がポリ
ゴンミラーにより構成されている。According to a fourth aspect of the present invention, in the digging direction detecting apparatus according to the first aspect, the second optical system is constituted by a polygon mirror.
【００２０】請求項４に記載の発明によると、前記第２
の光学系としてポリゴンミラーを使用するので、一次元
位置検出素子の検出面の幅方向の外側にレーザ光が集光
されるような大きな入射角で集光レンズにレーザ光が入
射した場合でも、上記ポリゴンミラー回転の集光作用に
よって上記レーザ光が一次元位置検出素子の上記検出面
の幅内に集光されるようになる。この結果、高分解能の
一次元位置検出素子を使用可能となり、方位角（姿勢）
を高精度で計測できる。よって、トンネル施工の長距離
化に伴う位置精度の誤差を小さくできるようになり、ト
ンネル施工を精度良く実施可能となる。According to the fourth aspect of the present invention, the second
Since a polygon mirror is used as the optical system, even when the laser beam is incident on the condenser lens at such a large incident angle that the laser beam is condensed outside the width direction of the detection surface of the one-dimensional position detecting element, The laser light is condensed within the width of the detection surface of the one-dimensional position detecting element by the condensing action of the rotation of the polygon mirror. As a result, a high-resolution one-dimensional position detection element can be used, and the azimuth (posture)
Can be measured with high accuracy. Therefore, it is possible to reduce the error of the positional accuracy due to the long distance of the tunnel construction, and it is possible to perform the tunnel construction with high accuracy.
【００２１】請求項５に記載の発明は、所定の点から所
定方向に照射されたビーム状のレーザ光を、主レンズ系
を経由して一次元位置検出素子に受光し、前記照射レー
ザ光の主レンズ系入射角度を前記一次元位置検出素子で
の変位量として検出し、照射されたレーザ光を方位基準
として掘進方位角を検出する掘進機械の掘進方位検出方
法において、前記掘進方位角が変化してレーザ光の受光
位置が前記一次元位置検出素子の検出方向に対して直交
する方向にずれた場合でも、前記主レンズ系への入射レ
ーザ光を第２の光学系によって前記位置検出素子に導く
方法としている。According to a fifth aspect of the present invention, a one-dimensional position detecting element receives a beam-like laser beam irradiated from a predetermined point in a predetermined direction via a main lens system, and receives the laser beam. In a digging azimuth detecting method of a digging machine for detecting an incident angle of a main lens system as a displacement amount in the one-dimensional position detecting element and detecting a digging azimuth based on an illuminated laser beam as an azimuth, the digging azimuth varies. Even when the laser light receiving position is shifted in a direction orthogonal to the detection direction of the one-dimensional position detecting element, the laser light incident on the main lens system is transmitted to the position detecting element by the second optical system. The way to guide.
【００２２】請求項５に記載の発明によると、一次元位
置検出素子の検出面の幅方向の外側にレーザ光が集光さ
れるような大きな入射角で集光レンズにレーザ光が入射
した場合でも、第２の光学系によって上記レーザ光が一
次元位置検出素子の上記検出面の幅内に集光されるよう
になる。このとき、一次元位置検出素子の検出方向、す
なわち長手方向には、レーザ光の経路は変化しない（倍
率が変わらない）。したがって、掘進方位検出装置にお
いて、一方向の姿勢を計測する一次元位置検出素子を使
用可能となり、この結果、高分解能の一次元位置検出素
子を使用して方位角（姿勢）を高精度に計測可能とな
る。よって、トンネル施工の長距離化に伴う位置精度の
誤差を小さくできるようになり、トンネル施工を精度良
く実施可能となる。According to the fifth aspect of the present invention, when the laser beam is incident on the condenser lens at such a large incident angle that the laser beam is focused outside the width direction of the detection surface of the one-dimensional position detecting element. However, the laser light is condensed within the width of the detection surface of the one-dimensional position detection element by the second optical system. At this time, the path of the laser light does not change (the magnification does not change) in the detection direction of the one-dimensional position detection element, that is, in the longitudinal direction. Therefore, a one-dimensional position detecting element that measures the posture in one direction can be used in the excavation direction detecting device, and as a result, the azimuth angle (posture) can be measured with high accuracy using the high-resolution one-dimensional position detecting element. It becomes possible. Therefore, it is possible to reduce the error of the positional accuracy due to the long distance of the tunnel construction, and it is possible to perform the tunnel construction with high accuracy.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して実施形態
を説明する。図１及び図２は、第１実施形態を表す受光
器の側面図及び平面図を示している。同図において、本
実施形態に係わる受光器の主レンズ系１６は複数のレン
ズを組み合わせて一体で構成されたものであり、受光器
１１の筐体１９にブラケット等の保持具により固着され
ている。主レンズ系１６は前記同様の集光レンズ系で構
成され、光軸１８に平行に入射したレーザ光１５を集光
点に集光するものである。この主レンズ系１６よりレー
ザ光１５の入射側の前方には二次元位置検出素子で構成
された光透過性を有する第１の受光面１７ａが光軸１８
に直交して配設されており、さらに、第１の受光面１７
ａより前方の筐体１９の側面にはウィンドガラス４２が
設けられている。このウィンドガラス４２は、筐体外部
からの埃やゴミ、湿気等が筐体１９内に入らないように
設けている。なお、第１の受光面１７ａと主レンズ系１
６との前後の位置関係は同図に示した位置に限定され
ず、逆でもよい。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a side view and a plan view of a light receiver representing the first embodiment. In the figure, a main lens system 16 of the light receiver according to the present embodiment is integrally formed by combining a plurality of lenses, and is fixed to a housing 19 of the light receiver 11 by a holder such as a bracket. . The main lens system 16 is composed of the same condensing lens system as described above, and converges the laser light 15 incident parallel to the optical axis 18 to a converging point. In front of the main lens system 16 on the side of incidence of the laser beam 15, a first light-receiving surface 17 a having a light-transmitting property constituted by a two-dimensional position detecting element is provided with an optical axis 18.
Are arranged at right angles to the first light receiving surface 17.
A window glass 42 is provided on a side surface of the housing 19 in front of “a”. The window glass 42 is provided so that dust, dust, moisture, and the like from outside the housing do not enter the housing 19. The first light receiving surface 17a and the main lens system 1
6 is not limited to the position shown in the figure, and may be reversed.
【００２４】主レンズ系１６の後方で、かつ、主レンズ
系１６の集光点又はその近傍の光学的に最適な位置に、
第２の受光面１４が所定の保持具によって固設されてい
る。また、第２の受光面１４は一次元のみ感度を持つ一
次元位置検出素子で構成されており、この受光面は光軸
１８に直交し、一次元位置検出素子の長手方向は受光器
１１の水平方向と一致している。なお、一次元位置検出
素子及び前記二次元位置検出素子は、例えばＰＳＤ等で
構成することができる。また、主レンズ系１６と第２の
受光面１４（つまり、前記一次元位置検出素子）との間
には、例えば、アナモルフィック光学系の集光レンズ系
４１を第２の光学系として固設している。ここで、アナ
モルフィック光学系は、円柱レンズ（シリンドリカルレ
ンズ）の特性を利用して、結像の横倍率が垂直方向と水
平方向異なるような特性を持たせた光学系のことであ
る。At an optically optimal position behind the main lens system 16 and at or near the converging point of the main lens system 16,
The second light receiving surface 14 is fixed by a predetermined holder. Further, the second light receiving surface 14 is constituted by a one-dimensional position detecting element having only one-dimensional sensitivity, and this light receiving surface is orthogonal to the optical axis 18 and the longitudinal direction of the one-dimensional position detecting element is Match with horizontal direction. Note that the one-dimensional position detecting element and the two-dimensional position detecting element can be configured by, for example, a PSD or the like. Further, for example, a condensing lens system 41 of an anamorphic optical system is fixed as a second optical system between the main lens system 16 and the second light receiving surface 14 (that is, the one-dimensional position detecting element). Has been established. Here, the anamorphic optical system is an optical system having characteristics such that the lateral magnification of image formation is different from the vertical direction and the horizontal direction using the characteristics of a cylindrical lens (cylindrical lens).
【００２５】そして、このような構成の受光器におい
て、レーザ光１５の主レンズ系１６への入射角度が、受
光器１１の筐体１９とレーザ光１５との成す角度を示し
ている。本実施形態では、第２の受光面１４での一次元
位置検出素子の検出方向は受光器１１の水平方向なの
で、第２の受光面１４によって受光器１１のヨーイング
角度が検出されるようになっている。In the light receiver having such a configuration, the angle of incidence of the laser beam 15 on the main lens system 16 indicates the angle between the housing 19 of the light receiver 11 and the laser beam 15. In the present embodiment, since the detection direction of the one-dimensional position detecting element on the second light receiving surface 14 is the horizontal direction of the light receiver 11, the yaw angle of the light receiver 11 is detected by the second light receiving surface 14. ing.
【００２６】受光器１１へ入射して来たレーザ光１５
は、主レンズ系１６により曲げられ、さらに、集光レン
ズ系４１で曲げられて第２の受光面１４の位置検出素子
へ導かれる。主レンズ系１６は、レーザ光１５の入射角
度を第２の受光面１４上での変位位置に変換するために
設けられており、その変位位置は主レンズ系１６の集光
距離位置になる。なお、光学的な設計を進めると、主レ
ンズ系１６の設計焦点距離が受光の際の最適な位置とな
らないこともあり、その最適な位置から若干ずれていて
も問題にならない。また、第２の光学系として設けられ
ている集光レンズ系４１は、一次元位置検出素子の検出
方向（受光器１１の水平方向）に対しては屈折特性を持
たず、上記検出方向に直交する方向（受光器１１の鉛直
方向）に対しては光を屈折させる特性を持たせている。
これによって、主レンズ系１６で屈折したレーザ光は一
次元位置検出素子の検出面へ導かれるが、その水平成分
は主レンズ系１６での屈折による光線のまま一次元位置
検出素子に到達し、鉛直成分は第２の光学系により屈折
して一次元位置検出素子の鉛直方向長さ（幅）内へ導か
れる。これは、主レンズ系１６から見た場合、第２の光
学系によって、一次元位置検出素子の検出面の幅（鉛直
方向）が拡大したように見えることと等価である。した
がって、左右の検出範囲をそのままとし、第２の光学系
としての集光レンズ系４１の光学的作用によって鉛直方
向の検出範囲を拡大していることになる。The laser beam 15 incident on the light receiver 11
Is bent by the main lens system 16, further bent by the condenser lens system 41, and guided to the position detecting element of the second light receiving surface 14. The main lens system 16 is provided for converting the incident angle of the laser beam 15 into a displacement position on the second light receiving surface 14, and the displacement position is a focal distance position of the main lens system 16. If the optical design is advanced, the designed focal length of the main lens system 16 may not be at the optimal position for receiving light, and there is no problem even if the designed focal length slightly deviates from the optimal position. The condenser lens system 41 provided as the second optical system does not have a refractive characteristic in the detection direction of the one-dimensional position detecting element (horizontal direction of the light receiver 11) and is orthogonal to the detection direction. In the direction (vertical direction of the light receiver 11).
As a result, the laser light refracted by the main lens system 16 is guided to the detection surface of the one-dimensional position detection element, but the horizontal component reaches the one-dimensional position detection element as a ray due to refraction by the main lens system 16, The vertical component is refracted by the second optical system and guided into the vertical length (width) of the one-dimensional position detecting element. This is equivalent to an appearance in which the width (vertical direction) of the detection surface of the one-dimensional position detection element appears to be enlarged by the second optical system when viewed from the main lens system 16. Therefore, the detection range in the vertical direction is expanded by the optical action of the condenser lens system 41 as the second optical system while leaving the left and right detection ranges as they are.
【００２７】受光器１１がローリング角度を有し、水平
（左右）方向角度が検出範囲いっぱいにレーザ光が入射
している場合、レーザ光が水平に入射して、かつ、受光
器１１がピッチング角度を有していなくとも、第２の光
学系を有していない場合は、一次元位置検出素子の検出
幅内に光が入射されないことがある。しかし、この場合
に、第２の光学系としての集光レンズ系４１を主レンズ
系１６と一次元位置検出素子との間に配置することによ
り、集光レンズ系４１での検出可能範囲を充分に設計し
ておけば、一次元位置検出素子へレーザ光を導くことが
できる。When the laser beam is incident on the photodetector 11 with a rolling angle and the horizontal (left / right) direction angle is full in the detection range, the laser beam is incident horizontally, and the photodetector 11 has a pitching angle. Even if it does not have the second optical system, the light may not enter the detection width of the one-dimensional position detecting element in some cases. However, in this case, by arranging the condenser lens system 41 as the second optical system between the main lens system 16 and the one-dimensional position detecting element, the detectable range of the condenser lens system 41 can be sufficiently increased. If designed in such a manner, laser light can be guided to the one-dimensional position detecting element.
【００２８】次に、第二実施形態を図３及び図４に基づ
いて説明する。本実施形態は、前記第２の光学系とし
て、ミラーを使用する場合を示している。図３におい
て、主レンズ系１６の光軸１８上で、かつ、主レンズ系
１６より後方に、断面が凹形状の凹面ミラー４３を配設
しており、このミラー４３の凹面は所定の曲率半径を有
する円柱面で構成されている。凹面ミラー４３は主レン
ズ系１６を通過したレーザ光１５を上記凹面により集光
させるものであり、この集光焦点位置に、前述同様に第
２の受光面１４の一次元位置検出素子が配設されてい
る。凹面ミラー４３及び一次元位置検出素子の長手方向
は、光軸１８に直交し、かつ、受光器１１の水平方向に
一致している。そして、一次元位置検出素子でのレーザ
光１５の水平方向変位位置を計測することにより、受光
器１１のヨーイング角度が検出される。上記作用のごと
く、主レンズ系１６と上記位置検出素子は、一直線上に
配置されないが、作用としては凸形状のレンズを通過し
た距離として主レンズ系１６の焦点距離に上記位置検出
素子が配置されればよいことになる。このとき、凸形状
のミラーが主レンズ系１６の上下方向より入ってきたレ
ーザ光を集光する作用により、ピッチング角度及びロー
リング角度に対処できるようになる。Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment shows a case where a mirror is used as the second optical system. 3, a concave mirror 43 having a concave cross section is provided on the optical axis 18 of the main lens system 16 and behind the main lens system 16, and the concave surface of the mirror 43 has a predetermined radius of curvature. And a cylindrical surface having the following. The concave mirror 43 is for condensing the laser beam 15 passing through the main lens system 16 by the concave surface, and a one-dimensional position detecting element of the second light receiving surface 14 is disposed at the condensing focal position as described above. Have been. The longitudinal directions of the concave mirror 43 and the one-dimensional position detecting element are orthogonal to the optical axis 18 and coincide with the horizontal direction of the light receiver 11. Then, the yaw angle of the light receiver 11 is detected by measuring the horizontal displacement position of the laser beam 15 at the one-dimensional position detecting element. As in the above-described operation, the main lens system 16 and the position detection element are not arranged on a straight line, but the operation is that the position detection element is arranged at the focal length of the main lens system 16 as the distance passed through the convex lens. I just need to do it. At this time, the pitching angle and the rolling angle can be dealt with by the action of the convex mirror condensing the laser light that has entered from above and below the main lens system 16.
【００２９】また、ポリゴンミラー４４を第２の光学系
として使用する例を図４に示している。図４において、
主レンズ系１６の光軸１８上で、かつ、主レンズ系１６
より後方にポリゴンミラー４４が配設されている。この
ポリゴンミラー４４の回転軸の方向は上記光軸１８に直
交し、かつ、受光器１１の水平方向を向くように配設さ
れており、この回転軸は所定方向に回転している。すな
わち、ポリゴンミラー４４の回転によって、各ミラーで
反射したレーザ光１５は、所定位置に配設された第２の
受光面１４の一次元位置検出素子を通過するようになっ
ている。よって、ポリゴンミラーを回転させる機構を設
け、この機構を回転させることにより位置検出素子に入
射する光経路を変化させ、上下方向に集光されないレー
ザ光を位置検出素子に導くことが可能である。FIG. 4 shows an example in which the polygon mirror 44 is used as a second optical system. In FIG.
On the optical axis 18 of the main lens system 16 and the main lens system 16
A polygon mirror 44 is provided further behind. The direction of the rotation axis of the polygon mirror 44 is disposed so as to be orthogonal to the optical axis 18 and in the horizontal direction of the light receiver 11, and the rotation axis rotates in a predetermined direction. That is, by the rotation of the polygon mirror 44, the laser light 15 reflected by each mirror passes through the one-dimensional position detecting element of the second light receiving surface 14 disposed at a predetermined position. Therefore, it is possible to provide a mechanism for rotating the polygon mirror, change the optical path incident on the position detecting element by rotating the mechanism, and guide the laser light that is not focused in the vertical direction to the position detecting element.
【図１】本発明に係わる掘進方位検出装置の第１実施形
態の受光器の側面図を示す。FIG. 1 is a side view of a light receiver of a first embodiment of a digging direction detecting device according to the present invention.
【図２】本発明に係わる掘進方位検出装置の第１実施形
態の受光器の平面図を示す。FIG. 2 is a plan view of a light receiver of the first embodiment of the excavation heading detection device according to the present invention.
【図３】本発明に係わる掘進方位検出装置の第２実施形
態の受光器の側面図を示す。FIG. 3 is a side view of a light receiving device of a second embodiment of a digging direction detecting apparatus according to the present invention.
【図４】本発明に係わる掘進方位検出装置の第２実施形
態の他の受光器の側面図を示す。FIG. 4 is a side view of another light receiving device of the second embodiment of the excavation direction detecting device according to the present invention.
【図５】従来技術に係わる位置姿勢計測装置の構成図を
示す。FIG. 5 shows a configuration diagram of a position and orientation measurement apparatus according to the related art.
【図６】従来技術に係わる受光器による位置及び姿勢の
計測方法の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for measuring a position and a posture by a light receiver according to a conventional technique.
１…掘進機、２…セグメント、３…シールドジャッキ、
５…レーザ投光器、１０…位置計測投光装置、１１…受
光器、１２…発光器、１３…ローリング計、１４…第２
の受光面、１５…レーザ光、１６…（主レンズ系）集光
レンズ、１７ａ…第１の受光面、１７ｂ…第２の受光
面、１８…光軸、１９…筐体、２０…受光器、２１…ロ
ーリング計、４１…集光レンズ系、４２…ウィンドガラ
ス、４３…凹面ミラー、４４…ポリゴンミラー。1 ... excavator, 2 ... segment, 3 ... shield jack,
5: Laser projector, 10: Position measuring projector, 11: Receiver, 12: Light emitter, 13: Rolling meter, 14: Second
, Laser light, 16 ... (main lens system) condensing lens, 17a ... first light receiving surface, 17b ... second light receiving surface, 18 ... optical axis, 19 ... housing, 20 ... light receiver , 21: rolling meter, 41: condenser lens system, 42: window glass, 43: concave mirror, 44: polygon mirror.
Claims (5)
ム状のレーザ光１５を集光する主レンズ１６と、この主
レンズ系１６の集光点近傍に配設された一次元位置検出
素子とを有する受光器１１、２０によって、前記一次元
位置検出素子での前記レーザ光１５の受光位置の変位量
に基づいて、前記照射されたレーザ光１５の主レンズ系
１６への入射角度を検出することにより、前記レーザ光
１５を方位基準として受光器１１、２０の方位角（姿
勢）を検出する掘進機の掘進方位検出装置において、 前記主レンズ系１６と前記一次元位置検出素子との間
に、掘進機の前記方位角が変化してレーザ光１５の受光
位置が前記一次元位置検出素子の検出方向に対して直交
する方向にずれた場合でも、主レンズ系１６に入射した
前記レーザ光１５を前記一次元位置検出素子に導く第２
の光学系を配置したことを特徴とする掘進方位検出装
置。1. A main lens 16 for condensing a beam-like laser beam 15 emitted from a predetermined point in a predetermined direction, and a one-dimensional position detecting element disposed near a converging point of the main lens system 16 The incident angle of the irradiated laser light 15 to the main lens system 16 is detected by the light receivers 11 and 20 having the following based on the displacement of the light receiving position of the laser light 15 at the one-dimensional position detecting element. In the excavation direction detecting device of the excavator that detects the azimuth angle (posture) of the light receivers 11 and 20 using the laser beam 15 as an azimuth reference, the distance between the main lens system 16 and the one-dimensional position detection element Even when the azimuth angle of the excavator changes and the light receiving position of the laser light 15 is shifted in a direction orthogonal to the detection direction of the one-dimensional position detecting element, the laser light incident on the main lens system 16 15 above The second leading to dimensional position detection element
An azimuth detection device characterized by arranging the optical system of (1).
いて、前記第２の光学系がアナモルフィック光学系の集
光レンズ系であることを特徴とする掘進方位検出装置。2. An excavation direction detecting device according to claim 1, wherein said second optical system is a condensing lens system of an anamorphic optical system.
いて、前記第２の光学系が所定の曲率を有するミラーに
より構成されたことを特徴とする掘進方位検出装置。3. The excavation direction detecting device according to claim 1, wherein the second optical system is constituted by a mirror having a predetermined curvature.
いて、前記第２の光学系がポリゴンミラーにより構成さ
れたことを特徴とする掘進方位検出装置。4. The digging direction detecting apparatus according to claim 1, wherein said second optical system is constituted by a polygon mirror.
ム状のレーザ光を、主レンズ系を経由して一次元位置検
出素子に受光し、前記照射レーザ光の主レンズ系入射角
度を前記一次元位置検出素子での変位量として検出し、
照射されたレーザ光を方位基準として掘進方位角を検出
する掘進機の掘進方位検出方法において、 前記掘進方位角が変化してレーザ光の受光位置が前記一
次元位置検出素子の検出方向に対して直交する方向にず
れた場合でも、前記主レンズ系への入射レーザ光を第２
の光学系によって前記位置検出素子に導くことを特徴と
する掘進方位検出方法。5. A one-dimensional position detecting element receives a beam-like laser beam irradiated from a predetermined point in a predetermined direction via a main lens system, and determines the main lens system incident angle of the irradiation laser light. Detected as the amount of displacement in the one-dimensional position detection element,
An excavation direction detection method for an excavator that detects an excavation azimuth using an irradiated laser beam as an azimuth reference, wherein the excavation azimuth changes and a light receiving position of the laser light is changed with respect to a detection direction of the one-dimensional position detection element. Even when the laser light is shifted in the direction orthogonal to the direction of the
The digging direction detecting method is guided to the position detecting element by the optical system of (1).
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8210588A JPH1037665A (en) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Excavation azimuth detector and its detection method |
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| KR1019970028566A KR980010458A (en) | 1996-07-22 | 1997-06-28 | Drilling direction detection device and its detection method |
| PCT/JP1997/002458 WO1998003771A1 (en) | 1996-07-22 | 1997-07-15 | Excavation direction detecting apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8210588A JPH1037665A (en) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Excavation azimuth detector and its detection method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1037665A true JPH1037665A (en) | 1998-02-10 |
Family
ID=16591813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8210588A Pending JPH1037665A (en) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Excavation azimuth detector and its detection method |
Country Status (4)
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Family Cites Families (2)
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-
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- 1997-07-15 WO PCT/JP1997/002458 patent/WO1998003771A1/en active Search and Examination
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR980010458A (en) | 1998-04-30 |
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