JPS59187214A - 被測量物体の位置検出方法 - Google Patents

被測量物体の位置検出方法

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JPS59187214A
JPS59187214A JP6099083A JP6099083A JPS59187214A JP S59187214 A JPS59187214 A JP S59187214A JP 6099083 A JP6099083 A JP 6099083A JP 6099083 A JP6099083 A JP 6099083A JP S59187214 A JPS59187214 A JP S59187214A
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Keizo Yoshizawa
吉沢 慶蔵
Sadakatsu Sugano
菅野 貞勝
Masahiko Yamamoto
山本 征彦
Masaki Hirano
平野 晶己
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Kumagai Gumi Co Ltd
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Kumagai Gumi Co Ltd
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    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被測量物体の三次元位置検出方法に関し、特
にシールド掘削機やトンネルホーリングマシンのような
被41す量物体の三次元座標を特定するのに適する位置
検出方法に関する。
シールド掘削機、トンネルボーリングマシン等のトンネ
ル掘削機においては、近時、その運転の自動化か促進さ
れ、掘削能率の向上が図られているが、トンネル掘削機
のこのような高能率性は、トンネル掘削機の掘進方向を
常に監視してトンネル掘削機が計画路線に沿って進むよ
うにこれを制御することにより維持される。
したがって、本発明の目的は、被測量物体の進行方向の
監視に好適な、被測量物体の位置検出方法を提供するこ
とにある。
本発明に係る被測量物体の位ば検出方法は、予め三次元
座標が特定された三つの既知点を設定しかつ該既知点お
よび被測量物体の双方を見通すことができる位置に基準
点を設定した後、該基準点および各既知点を結ぶ線と前
記基準点を含む任意の基準線との成す角度、および前記
基準点と各既知点との間の距離を6111量し、かつ前
記基準点および前記被測量物体を結ぶ線と前記基準線と
の成す角度、および前記基準点と前記被測量物体との間
の距離を測量することにより前記被測量物体の三次元座
標位置を求めることを特徴とする。
本発明によれば、例えば被測量物体がシールド゛掘削機
の場合、その計画路線を予め前記シールド掘削機の位置
が表示される座標系に表示しておけば、前記シールド掘
削機が前記計画路線に沿って進んでいるか否かを視覚的
と確認することができ、また、三次元座標」−に表示さ
れたシールド掘削機の表示点が前記34画路線の表示線
から変位しているとき、その変位量は演算によって容易
に求めることができる。さらに、前記計画路線に曲線部
が含まれているか否かに関係なく被□測鼠物体め三次元
座標位置を求めることができる。
本発明が特徴とするところは、図示の実施例についての
以下の説、明により、さらに明らかとなろう。
まず、第1図に示すように、被測量物体10、例えばト
ンネル11内のシールド掘削機、を見通すことができる
位置に基準点Oを設定しかつ該基準点から見通すことが
できる位置13、例えばシールド掘削機の起点となる竪
坑、に三つの既知点A、B、Cを設定する。
このとき、被測量物体10および既知点A。
B、Cのそれぞit、:、反射鏡12に7’3図)をノ
1(準焦0に向けて設置し、また、基へ(点01こ互い
に直交する軸線の回りに回転可能の可動鏡14(第3図
)を設置しかつ該可動鏡へ向けて測量装置16(第3図
)を設置する。
反射鏡12は、光−を入射方向と平行に反射させるプリ
ズムを有するコーナリフレクタを用いることができる。
可動鏡14は、第3図に示すように、反射板L4aと、
該反射板L4aを支承する−・対の横軸14b、14c
 、該一対の横軸の一方に接続され反射板14aを回転
させるためのトルクモータ14d、その他方に接続され
反射板14aの回転角度を検出するためのエンコーダ1
4e、前記一対の横軸を介して前記トルクモータおよび
前記エンコーダに連結された反射板14aを前記一対の
横軸に直交する軸線の回りに回転させるためのトルクモ
ータ14f、およびその回転角度を検出するためのエン
コーダ14gを有する架台15とを備える。また、41
1j量装置δ16は、第4図に示すように、He−Ne
レーザ発振器のような発光器18と、半導体装置検出器
、四分桿1光位置検出器のような光検知器20と、光波
距離計22とを備え、これらは後記切り換えミラー24
とともにユニ・ントにまとめられている(第3図)。
さらに1図示しないが、発光器18、光検知器20およ
び光波距離計22と、可動鏡14とは、それぞれ、制御
機器を介してメインコンピュータに接続されている。
反射鏡12、可動鏡14および測量装置16の設置後、
基準点Oを含む後述の任意の基準線と各既知点A、B、
Cおよび基準点0を結ぶ直線との成す角度、前記基準線
と基準点Oおよび被測量物体10を結ぶ直線との成す角
度、基準点つと各既知点A、B、Cとの間の距離および
基準点Oと被411量物体lOとの間の距離を測量する
まず、基準点0に設置された可動鏡14へ向けて発光器
18からレーザ光を発射する。該レーザ光は、第4図に
示すように、一対の反射板28を介して発光器18と平
行に配置されたエキスパンダ30に導かれ、ここでその
光束の光径を調整された後、エキスパンダ30の前方に
配設された反射板32と光検知器20の前方に配置され
た反射板34とで反射されて基準点Oへ向けて光路26
を進む。
次に、前記レーザ光が可動鏡14の反射板14aで反射
されて光検知器20の受光面20aの中央に入射するよ
うに、反射板14aを横軸14b、14cの軸線および
これと直交する軸線の回りに回転させる。
このときの可動鏡14の制御は、まず、手動または前記
メインコンピュータによるマニュアル操作により反射板
14aが測量装置16に対向するようにおおよその位置
決めを行う。このとき、前記レーザ光は反射板14aで
反射されて光検知器20の受光面20aに入射し、前記
レーザ光の入射位置に応じた受光信号が光検知器20か
ら前記メインコンピュータへ伝送されるから、この受光
信号に基いて前記メインコンピュータから可動鏡14へ
指示信号を送信し、トルクモータ14d。
14fをこれに内蔵されたタコジェネレータによる速度
制御下において駆動し、反射板14aを横軸14bの軸
線およびこれと直交する軸線の回りに所定の角度を回転
させる。反射板14aの回転角1&はエンコーダ14e
、14gにより検出され、それぞれの読み(iQが前記
メインコンピュータへ伝送される。前記受光信号に甚く
反射板14aの回転動作を繰り返し行うことにより、第
4図に示すように、光路26に沿って戻る前記レーザ光
が集光レンズ36を経て受光面14aの中央に入射され
る。
その後、反射板34(第4図)の前方に配置され、光路
26を遮断しまたこれを解除すべく光路16の横断方向
を移動可能の切り換え・ミラー24を光路26上に位置
させ、次いで切り換えミラー24へ向けて配置された光
波距離計22からレーザ光を発射する。レーザ光が光路
26を往復して再び光波距離計22に戻ったときの入射
光の位相と発射光の位相との位相差により、基準点Oと
測量装置16の設置位置との間の距離Ls  (第5図
)が検出される。
次に、基準点0と測量装置16の前記設置位置とを結ぶ
直線を基準線Sとして、発光器18から発射されたレー
ザ光が可動鏡14で反射されて反射鏡12a、l 2b
、12c、12dのそれぞれに入射しさらに反則された
レーザ光が再び可動鏡14で反射されて光検知器20の
受光面20aの中央に入射するように可動鏡14を、前
記直交する二つの軸線の回りに回転させる。このときの
可動鏡14の制御も前記したところに準じて行えばよく
、各反射鏡に関する可動鏡14の反射板14aの前記基
準線Sからの回転角度はエンコーダ14e、14gの読
み値から知ることができる。また、反射鏡が配置された
各既知点A、B、Cおよび被測品物体lOとノ1(準焦
0との間の距f$La 。
Lb、Lc、Ldは、反射板14aの前記回転角度の位
置において、光波距離計22により′A11l定された
測距イ1aから距離LSを差し引くことにより求めるこ
とかできる(第5図)。
その後、既知点A、B、Cが表示された基準となる直交
座標系(以下P座標系という)に被測量物体10の位置
を表示するために、前記測量の結果に基いて演算により
各既知点から基準点Oに至る線分と基準点Oから被測量
物体に至る線分との成す三つの角度すなわち夾角α、β
、γを求める(第6図)。
ところで、測量によって得られた前記回転角度は、基準
線Sを含む平面および該平面と直交する平面とで構成さ
れ基準点Oを原点とする直交座標系(以下R座標系とい
う)における前記平面上および該平面からの前記直交平
面」二における角度である。したがって、前記夾角α、
β、γは、それぞれ、各既知点の座標をP座標系からR
座標系に変換して求める。例えば夾角αを求める場合、
既知点AのR座標系における三次元座標を(x。
y、z)(図示せず)とすると、前記距#Laと前記横
軸の軸線および該軸線に直交する直交軸線の回りの各回
転角度a、b(図示せず)とから、x、yおよびZは、
それぞれ、xwLa  会cos、a・cos、 b 
、 y = La * cos、b * sin、aお
よび2=La−sin、bと表わすことができ、次いで
前記距MLdと前記軸線および前記直交軸線の回りの各
回転角度とからR座標系における三次元座標を求め、さ
らに、基檗点0から反射鏡12aおよび12dに向かう
三次元空間における二つのベクトルの内積の関係を利用
して夾角αを算出することができる。
次に、余弦法則の適用により反射鏡12a。
12a間、反射鏡12b、12a問および反射鏡12e
、12a間の各距離を算出した後、各距離を半径としか
つ各既知点を中心とするP座標系にお□ける三つの球の
方程式を解くことによりP座標系゛の符号(+ 、−)
を考慮して被測量物体10の三次元座標位置を知ること
ができる。   。
被測量物体10の位置検出のための前記測量は、可動鏡
14を使用することに代えて、第7図に示すように、一
つのユニットにまとめられた測量装置16を前記架台1
5上に支持しこれを前記直交軸線の回りに回転させて行
ってもよい。この場合、4111−量装置16は基準点
0に設置される。前記基準線は、例えば既知点Aと基準
点Oとを結ぶ線とすることができる。この後者の例にお
いては、前者の例のように可動鏡14が介在されないた
め、光エネルギの減衰が少なく、また測量装置16の前
記二つの軸線の回りの微少な回転制御が容易である。他
方、前者の例においては、架台15に搭載される反射板
14aの重量が前記ユニットより小さいため、反射板1
4aを小さい駆動力で回転させることができ、また制御
用、データ送信用のケーブルの配線が容易である。
ところで、前記シールド掘削機のように被測量物体10
が経時的にその位置を変える場合にあっては、被測量物
体10と測量装置16または可動鏡14が設置された基
準点Oとの間の距離の拡大に伴うレーザ光の口径の拡大
化およびレーザ光のエネルギ密度の低下により測量の正
確を期し難くなり、あるいは基準点Oから被測量物体1
0を見通すことが不可能となる。そのために、第2図に
示すように、被測量物体10の進行に合わせて三つの既
知点A、B、Cと基準点Oとをそれぞれ、既知点A−1
,B−1,C−1(または既知点A−2゜B−2,C−
2)と基準点0−1というように移設して前記測量を行
う。移設後の既知点A−1,B−1゜C−1の座標上の
位置はこれら既知点の設置時あるいは測量装置16から
前記したようにレーザ光を発射することによる測量によ
って定めることができる。
なお、基準点Oに設置される可動鏡14あるいは測量装
置16は、必ずしも水平に配置する必要はない。すなわ
ち、水平面を定める必要がある場合には、前記各距#:
La 、Lb 、Lcを半径としかつ各既知点A、B、
Cを中心とする三つの球の方程式を解くことにより、P
座標系に基準点Oをあられすことができ、これにより水
平面を特定することができる。このことはまた、可動@
14あるいは測量装置16の配置に際し、これを水平に
する作業の煩雑さを解消する。
また、P座標系に、前記シールド掘削機か掘進すべき路
線すなわち計画路線を予め表示しておくことにより、P
座標系において前記計画路線からの前記シールド掘削機
の変位角度および変位距離を容易に算出することができ
、この計算を含め前記したml’llを前記メインコン
ピュータを介して行う。
本発明によれば、被測量物体がトンネル掘削機のように
経時的にその位置が変化するものであっても、連続的に
その現在位置を検出することができ、計画路線を同一の
座標系に表示しておけば、トンネル掘削機が計画路線か
ら変位したときの変位量を視覚的に確認することができ
、またトンネル掘削機の掘進方向の早期修正を可能とす
る。
さらに、直線状のトンネル内であるか直線部だけでなく
−または複数の曲線部を有するトンネル内であるかに拘
らず、被測量物体であるトンネル掘削機の位置を検出す
ることができる。
本発明に係る被測量物体の位置検出方法はまた、タム造
成のような屋外工事、台船の位置決めのような海洋工事
等においても好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第5図および第6図は本発明に係る被
測量物体の位置検出方法の概略を示す説明図、第3図は
可動鏡の概略図、@4図は測量装置の概略図、第7図は
架台に支持された測grit装置の概略図である。 10: 被111d量物体、 12.12a、12b、12c、12d :反射鏡、 14: 可動鏡、    16: 測量装置、18二 
発光器、    20: 光検知器、22: 光波距離
計、  0: 基準点、A、B、C: 既知点、 S二
 基準線。 代理人  弁理士   松 永 宣 行第5図 −98− 49

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 被測量物体の位置を検出する方法であって、r
    tir記被alll bt物体を見通すことができる位
    1偏に基準点を設定しかつ該基準点から見通すことがで
    きる位置に三つの既知点を設定し、次いで前記基準点お
    よび前記各既知点を結ぶ線と前記基準点を含む任意の基
    準線との成す角度、前記基準点および前記被測量物体を
    結ぶ線と前記基準線との成す角度、前記基準点と各既知
    点との間の距離、および1tij記基準点と前記被II
    fJ量物体との間の距離を、それぞれ、測量することに
    より前記被測量物体の位置を求める、被測量物体の位置
    検出方法。
  2. (2) 前記角度および前記距離の測量は、前記ノ、(
    準点に、直交する二つの軸線の回りに回転可能の可動鏡
    を、前記基準点へ向けて発光器と光検知器と光波距離計
    とを備え−る測量装置を、および前記既知点と前記被測
    量物体とに前記基準点へ向けて反射鏡を、それぞれ、設
    置して行う、特許請求の範囲第(1)項の方法。
  3. (3) 前記角度および前記距離の測量は、直交する二
    つの軸線の回りに回転可能の、兇光器と光検知器と光波
    距離計とを備える測量装置を前記基準点に設置しかつ反
    射鏡を前記基準点へ向けて111i記既知点および前記
    被測量物体のそれぞれに設置して行う、特許請求の範囲
    第(1)項の方法。
JP6099083A 1983-04-08 1983-04-08 被測量物体の位置検出方法 Granted JPS59187214A (ja)

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