JPS60203797A - さく孔方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、トンネル等の掘さくにおいて切羽面にさく孔
をする際、切羽面のさく孔パターンに応じてさく孔装置
を乗架したブームを切羽面の所定位置にフィードバック
制御により位置決めして自動さく孔するさく孔方法に関
し、特にカーブトンネルを掘さくする場合等において現
切羽面に対して角度を持つ非平行な仮想のカーブ用切羽
面についてのさく孔修正対策に関する。

（従来技術） 一般に、トンネル等を掘さくする場合、切羽面の所定位
置を所定方向にさく孔し、この多数さく孔された孔に爆
薬を仕掛けて発破でることによって掘さくすることが行
われている。そのため、上記さく孔の際、さく孔装置を
乗架したブームを切羽面の所定の位置に位置決めする必
要がある。

このようなブームの位置決め方法として、従来、手動装
置により予め位置決め作業（ティーチング作業）を行い
、これを記憶した後に再生するという再生制御方式（プ
レイバック方式）が広く採用されている。しかし、上記
ティーチング作業が人間の技能によるため、作業Ｏヒ′
率が極めて悪く、また位置決めの正確性に欠ｔプるもの
であった。

このため、これに代わるものとして、藤近、特公昭５７
−３８７５２号公報に示されるように数１１１人力制御
方式（Ｎ　ＣＩｉｌ　ａ１１方式）が採用されつつある
。この数値入力制御方式は、切羽面に直角座標系で与え
られた切羽系のさく孔パターンを台車の座標系で得られ
る台車系のさく孔パターンに変換し、この台車系のさく
孔パターンに基づいてさく孔ｆｉ置を乗架したブームを
数値指定された切羽面の所定位置にフィードバック制御
により位置決めして自動さく孔を行うものである。

ところで、カーブトンネル等を掘さくする場合、現切羽
面に対して、発破後に新しく得たい切羽面から垂直に発
破掘進長だけ後退した仮想の切羽面（カーブ用切羽面）
が所定の角１ｍ［を持って非平行となり、このカーブ用
切羽面の座標系（カーブ用切羽系）に対して台車系が相
対的にずれることになり、このため、このカーブ用切羽
系と台車系とのずれを修正づる必要がある。しかるに、
上記従来のものでは、現切羽系の基準点とカーブ用切羽
系の基準点とのずれを単に垂直方向の角洩によって読み
取り、この角瓜のずれを修正値として用いて修正してい
たため、平面的に見た場合には必ずしも一致せず、正確
性に欠【プる嫌いがある。

（発明の目的） 本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、上記の如き数値入力制御方式のさく孔方
法において、カー１用切羽面のさく孔をノｊうとさには
、カーブ用切羽系のさく孔パターンを、カーブ用切羽系
と台車系との座標関係から台車系に座標変換でることに
より、カーブ用切羽系と台車系とのずれをなくしてカー
ブ用切羽面のさく孔を正確に行うことにある。

（発明の構成） 上記の［１的を達成するため、本発明の構成は、切羽面
に直角座標系で与えられた切羽系のさく孔パターンを台
車の座標系で１ｑられる台車系のさく孔パターンに変換
し、この台車系のさく孔パターンにＵづいてさく孔装置
を乗架したブームを切羽面の所定位置にフィードバック
制御により位置決めして自動さく孔を行うさく孔方法に
おいて、現切羽面に対して非平行な仮想のカーブ用切羽
面についてのカーブ用切羽系のさく孔パターンが与えら
れ！ζ際、 ａ、上記カーブ用切羽面にお番）るＭ単点Ｒとそれを基
準にして決められた定点Ｒ「との座標をカーブ用切羽系
の座標で表ゎり。

ｂ、上記２点Ｒ，Ｒｒの座標を台車系の座標で検知し、
この２点Ｒ，Ｒｒの台車系とカーブ用切羽系との両座ｌ
ｊ！間の関係から台車系とカーブ用切羽系との間の座標
変換式をめる。

Ｃ０上記カーブ用切羽系のさく孔パターンを２つの点座
標の形に直したのち、上記座１変換式を用いて台車系の
座標に変換し、この台車系の２つの点座標を台車系のさ
く孔パターンの形に戻ず という萌処理を行うことを特徴とづるものぐある。

このことにより、与えられたカーブ用切羽系のさく孔パ
ターンを座標変換式で台車系に座標変換することによっ
て、カーブ用切羽系と台車系とのずれが完全に修正され
、この台車系のさく孔パターンに基づいてブームをカー
ブ用切羽面の所定位置に正確に位置決め可能としたもの
である。

（発明の効果） したがっ１、本発明によれば、数値入力制御方式のさく
孔方法において、カーブ用切羽面のさく孔を行うとき、
カーブ用切羽系のさく孔パターンを、カーブ用切羽系と
台車系との座標変換式を用い′Ｉｖ中系に座標変換した
ので、カーブ用切羽系と台車系とのずれを完全に修正し
てカーブ用切羽面のさく孔を正確に行うことができ、カ
ーブ１〜ンネル等の掘さく精麿の向上を図ることができ
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る数値入力制御方式のさく
孔方法を実施りるためのさく孔システムを示す。同図に
おいて、１は切羽面Ｋに対座する作業台車、２は該作業
台車１を地面に固定づる支脚Ｃあり、作業台車１上には
１コータリーアクヂュュータ３が設置されＩいる。４は
第１ブーム５と第２ノームロどからなるブームであって
、該シーム４の第１ブーム５の後端は上記ロータリーア
クテコュータ３に回転自在に軸支され工おり、該第１ブ
ーム５の先端には第２ブーム６の後端が前後伸縮自在に
軸支され、さらに該第２ブーム６の先端にはセルマウン
ディング７を介してガイドセルスライド用のシリンダ８
が固定されている。該シリンダ８には、後端に後述のさ
く礼装置１３を作動制御するフィードモータよりなるさ
く礼装置制御手段〈図示せず〉を装着したガイドヒル１
０が１Ｍ動自在に載架されていて、上記ガイドセルスラ
イド用シリンダ８の作動によりガイドセル１０を前後進
さゼるようにしているとともに、該ガイドセル１０上に
は、ビット１１を先端に右りる１」ラド１２を取付けた
さく礼装＠１３が摺動自在に乗架されていて、さく孔作
業時に上記さく礼装置制御手段（フィードモータ）によ
りさく礼装置１３を前１■進させるようにしている。さ
らに、上記ブーム４には、ガイドセルスイング用のシリ
ンダ（図示じず）と、ブームリフト用のシリンダ１４と
、ブームエクステンション用のシリンダ１５と、ガイド
セルリフト用のシリンダ１６とが取イ］けられている。

よって、第２図に示すように、ブーム４は作業台車１に
対し、ロータリーアクチュエータ３により図の２軸周囲
方向に、かつブームリフ１−用シリンダ１４により図の
Ｘ軸周囲方向に、かつブーム１クステンシヨン用シリン
ダ１５により図のｌ軸方向にそれぞれ変位可能に設けら
れており、またさく礼装置１３を乗架したガイドセル１
０はブーム４に対し、ガイドセルリフト用シリンダ１６
によりＸ軸周四方向に、ガイドセルスイング用シリンダ
によりｙ軸周四方向に、かつガイドヒルスライド用シリ
ンダ８によりｌ軸方向にそれぞれ変位可能に設けられて
いる。この各変位量は、ブーム４及びガイドセル１０の
伸長がＯで、ブーム４及びカイトセル１０が１方向に平
行であるときを原点曽１行としたとき、つまり作業台車
１の座標系（台車系）では、図示の如くブームリフト角
ＢＬ”、Ｌ−１−テンション角ＲＯ’、ガイド［ルスイ
ング角ｓｓ’　、ガイドセルリフト角ＳＬ６、ブームエ
クステンション用Ｑ　ａｘ、ガイドセルスライド１９ｓ
　Ｃ表わされる。また、このことから、ロータリーアク
チュエータ３とブーム４との軸支点を原点とした球面座
標系において、ブーム４の先端位置（つまりガイドセル
１０の先端位置）は、（θ１．θ２．・・・θ４．交＋
、９２＞ｌ’表わされることになり、さく礼装置１３を
乗架したブーム４を該球面座標系（θ１．θ２．・・・
θ４．１１゜９２）で自在に変位させるように駆動する
ブーム駆動手段１７を構成している。

さらに、１８は上記ブーム駆動手段１７を作動制御づる
位置決めサーボ制御手段であって、ブーム駆動手段１７
の各アクチュエータ（ロータリーアクチュエータ３およ
び各シリンダ８．１４〜１６）に接続されている。また
、１９は上記ブーム駆動手段１７の各アクチュエータの
作動量を演算検出づるエンコーダである。そして、上記
ブーム駆動手段１７の各アクチュエータ、位置決めサー
ボ制御手段１８、エンコーダ１９およびさく礼装置制御
手段はそれぞれインターフェイス２０を介してマイクロ
コンピュータ２１に（Ａ号の授受可能に接続されている
。

上記マイクロコンピュータ２１の内部は、ｖ４５３図に
示すように構成されている。すなわち、第３図において
、２２は第ルジスタであって、第４図に示すようにカー
ブトンネルを掘さくづる際現切羽面に１に対して発破後
に新しく得たい切羽面ｌ（２′　から垂直に発破掘進長
Ｓ１だけ後退した仮想の切羽面つまりカーブ用切羽面に
２を設定した場合に、カーブ用切羽面に２における基準
点とし【現切羽面に＋に照射された基準レーザー光線し
のカーブ用切羽面に２と交わる点Ｒ（現切羽面に１のレ
ーザー交点Ｑからの距離を交とする〉と、その交点Ｒを
基準にして決められた定点として線点Ｉ（よりも一定長
Ｓ２だけ後退した点Ｒｒとについてカーブ用切羽面１り
２の直角ＶＰ−標系（カーブ用切羽系）ぐ表わした座標
（ｒ　、　、　＋・２．１・３）、（ｒ４．ｒｓ、ｒ６
）と、これをブーム４のマニュアル操作ににり上記エン
コーダ１９の第１演律器１９ａで検出し、演算器２３で
直角座標系に変換して台車１の座標系〈台車系）で表わ
した座標（ｒ＋’　、ｒ２１　＋　’３’　）、（ｒ４
’＋’５’＋ｒ６′　）とが入力される。２４は、上記
第ルジスタ２２に入力された２つの点Ｒ，Ｒｒについて
のカーブ用切羽系の座標（ｍｌ、ｒ２１１’３）、（ｒ
４．ｒｓ、ｒ６）と台車系の座標（ｒ＋’。

’２’　ｌ　’　３　’　）　、　（’ａ’　＋　’ｓ
’　＋　’　６　’　）との間の関係からカーブ用切羽
系と台車系との間の座標変換式（φ、θ、ψ、ｘｏ、ｙ
ｏ＋Ｚｏ）を演ｎする８Ｉｎ器である。２５はカーブ用
切羽系に設定される多数のさく孔点の位ｆｉｌ（ｐ、ｑ
、ｒ）および方向（φｐ、φｑ、φｒ）、つまりさく孔
パターンＰ（ｐ、ｑ、ｒ、φｐ、φｑ、φｒ〉が入力さ
れて記憶されるメ［リ−１２６は該メモリー２５のさく
孔パターン（ｐ、ｑ、ｒ、φｐ、φｑ、φ「）を２つの
点座標（ｐ　、　ｑ　、　ｒ　＞、（ｕ。

Ｖ、Ｗ）の形に換痒する演算器である。２７は、該演算
器２６の２つの点座標（ｐ　、　ｑ　、　ｒ　）、（Ｕ
　、　Ｖ　、　Ｗ　）を上記演算器２４（゛求めた座標
変換式（φ、θ、ψ＋ｘＯ＋ＹＯ＋ＺＯ）を用いて台車
系の座標（ｐ’　、’　、ｒ’　）、（ｕ’　、ｖ′、
　ｗ　ｌ　）に変換する演算器であり、２８は該演算器
２７でめられた台車系の２つの点座標（ｐｌ、ｑｌ、、
１＞、（ｕ　ｌ　、／　、　ｗ／　）を本来■ の台車系のさく孔パターンＰ（＋１’　、Ｑ’　、ｒ’
　。

φｐ′、φｑ　ｚ、φｒ＋　）の形に戻すよう換ｎする
演算器である。

さらに、第３図にａ３いて、２９は、上記演算器２８に
より直角座標系で得られた台車系のさく孔パターンＰ（
ｐ’　、ａ’　、ｒ’　、φｐ′−φｑ′・φｒ’）を
漸近計ｎ法によりブーム４の球面座標系Ｐθ（θ１．θ
２．・・・θａ、Ｉｌ＋、９ｚ）に演ｎ変換する演算器
であって、該演算器２９Ｔ″変換されたブーム座標系で
の値（θ１．θ２．・・・θ４゜ｉ１＋　、９２）は第
２レジスタ３０に記憶されるとともに上記位置決めＶ−
水制御手段１８に出力される。そして、該位置決めサー
ボ制御手段１８により上記ブーム座標系の鎮（θ１．θ
２．・・・θ４゜Ｑｌ、Ｑ２）に基づいてブーム駆動手
段１７が作動制御されるとともに、該ブーム駆動手段′
１７の作動した埴（θ１′、θ２′、・・・θａ　’　
＋　９　＋　’　＋ｐ２′）が■シー１−タ１９の第２
演Ｑ器１９ｂによって検出され、この検出した値〈θ１
′、θ２′、・・・θａ’、９＋’、　９２′　）が位
：６決めり一ボ制御手段１８にフィードバックされるこ
とにより、ブーム４の先端（ガイドセル１０の先端）が
上記ブーム座標系の鎮（θ１．θ２．・・・０４．夕１
．９２）の位置および方向に位置決めされるようフィー
ドバック制御されるとともに、上記位置決めサーボ制御
手段１日からの位置決め完了信号を受けてさく礼装置制
御手段９（フィードモータλが作動制御され、所定のさ
く孔点のさく孔が行われる。また、３１は操作入力信号
および該さく礼装置制御手段９からの作業線ｒ信号を受
けて上記メモリー２５および第２レジスタ３０に作動用
の指令信号を出力づる中央処理装置である。

次に、上記の制御システムを用いてカーブ１−ンネルを
掘さくするためのさく孔方法について第５図に従って述
べるに、 ■　先ず、カーブ用切羽系のさく孔パターンＰ（１１、
Ｑ　、　ｒ　、φｐ、φｑ、φｒ）が与えられ、メモリ
ー２５に入力されている。

■　また、現切羽面に１に照射された基準レーザー光線
しのカーブ用切羽面に２と交わる点Ｒとそれより一定長
Ｓ２だけ後退した点Ｒｒとについて、カーブ用切羽系ぐ
表わした座ａＪ！Ｒ（ｒ１＋Ｉ’２＋”３）、Ｒｒ　（
１’４．「５．ｒｓ）をめておき、これを第ルジスタ２
２に入力しておく。また、上記点Ｒと現切羽面Ｋｉ上の
レーザー光点Ｑとの距離９をもめておく。

■　一方、環境にて、ブーム１４をマニュアル操作して
、ガイドセル１０先端に取付けたターゲラｌ−１０８を
基準レーザー光ＭＬに沿って現切羽面Ｋｌ上のレーザー
光点Ｑから距１１ｔｔ！Ｑにある点ＲおＪ：びそれより
更に一定長Ｓ２だけ後）ｐした点Ｒｒに当てることによ
り、この２点Ｒ１Ｒｒについてのカーブ用切羽系の座標
（「１゜ｒｚ、ｒｓ）、（ｒ４．Ｉ’５１ｒ６）をエン
コータ１９の第１演ｎ器１９ａにより台車系でとらえ、
それを演算器２３ひ直角座標系に変換しく台車系の座標
（Ｉ’ｄ’　＋ｒ２’　、ｒ３’　）、（ｒａ’、ｒｓ
’、Ｉ’６’）を得、これを同じく第ルジスタ２２に入
力する。

■　次に、演算器２４により１，１−記第ルジスタ２２
に入力されｌζ２点Ｒ，Ｒｒの両座標間の関係、つまり
（ｒ＋、ｒｚ、ｒｓ）→（ｒＩ′。

ｒ　２　’　ｌ　ｒ　３　’　）および（ｒ４．ｒｓ、
ｒ６）→（ｒ４／　、ｒｓ”、ｒ＋＋’　）の関係から
カーブ用切羽系と台車系との間の座標変換式をめる。

この演韓は、点Ｒ，Ｒｒの各々についてカーブ用切羽系
と台車系との両座標間で成立する連立方程式 を漸近Ｂ１ｎ法で解き、φ、θ、ψ、　Ｘ　ｏ　＋　Ｖ
　Ｏ＊Ｚｏをめる。ただし、（φ、θ、ψ）は座標平行
移動を与えるベクトルである。つまり、系との間の座標
変換式を表わη。

■　次いで、上記Φで与えられたカーブ用切羽系のさく
孔パターンＰ（＋）、Ｑｌ’、φｐ、φ（１，φ１・）
を演算器２６により２つの点座標＜１１．Ｑ、ｒ）、（
ｕ　、　ｖ　、　ｗ　）の形に直Ｊ０（Φ　続いて、上
記■ぐ２つの点座標（ｐ、ｑ。

ｒ）、（ｕ、ｖ、ｗ）の形０表わされたカーブ用切羽系
のさく孔パターンを、演ｎ器２７ににす、上記■℃゛求
めた座標変換式を用いて台車系の座標（、、＋、ｌ、ｒ
／）、（ｕ　Ｌ　、　ｖ　４゜ｗＪ　）て表わり。つま
り、 の関係式からめられる。

■　さらに、上記■でめられた、台車系で表わされたさ
く孔パターンの２つの点座標（ｐ′。

ｑ’、ｒ’）、（ｕｌ、′、Ｗｌ）を、演輝■ 器２８により本来の台車系のさく孔パターンＰ（ｐ　／
　、　ｑ　ｌ　、　ｒ　／、φｐ　ｌ、φｑ　＋、φ、
／）の形に戻す。

■　しかる後、上記■で台車系で表わされたさく孔パタ
ーンＰ（ｐ’　、ｑ’　、ｒ’　、φｐ′。

φｑ　＋、φｒ　ｌ”）を演算器２９によりブーム座標
系Ｐθ（θ１．θ２．・・・θａ、Ｑ＋、１１２＞に変
換したのち、従前と同様にこのブーム座標系Ｐθを雄に
ブーム４の先端（ガイドセル１０の先端）をカーブ用切
羽面に２の所定位置にフィードバック制御により位置決
めして自動さく孔を行う。

したがって、上記の如く、カーブトンネルを掘さくすべ
くカーブ用切羽系のさく孔パターンが与えられたとき、
このカーブ用切羽系のさく孔パターンを、基準レーザー
光線りを利用してそのレーザー光線り上の所定の２点Ｒ
，Ｒｒについてのカーブ用切羽系と台車系との座標間の
関係からめた台車系とカーブ用切羽系との間の座標変換
式で台車系に座標変換し、この台車系のさく孔パターン
を基にブーム４が位置決めされて自動さく孔が行われる
の０、カーブ用切羽系と台車系どのずれが完全に修正さ
れて、カーブ用切羽面に２のさく孔を正確に行うことが
でき、よってカーブトンネル等の掘さく精１立を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はさく孔制御シス
テムの全体概略構成図、第２図はさく孔装置を乗架した
ブームの動きを示す説明図、第３図はマイクロコンピュ
ータの内部構成を示すブロック図、第４図はカーブ１〜
ンネルの掘さく状態を示づ説明図、第５図はさく孔手順
を説明でるフローチャート図である。 １・・・作業台中、４・・・ブーム、１３・・・さく孔
装置、１７・・・ブーム駆動手段、１８・・・位置決め
サーボ制御手段、２１・・・マイクロコンピュータ、Ｌ
・・・基準レーザー光線、Ｒ・・・基準レーザー光線の
カーブ用切羽面との交点、Ｒｒ・・・点Ｒよりも一定長
後退点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　切羽面に直角座標系で与えられた切羽系のさく
   孔パターンを台車の座標系で得られる台車系のさく孔パ
   ターンに変換し、この台車系のさく孔パターンに基づい
   てさく孔装置を乗架したブームを切羽面の所定位置にフ
   ィードバック制御（９より位置決めして自動さく孔を行
   うさく孔方法において、現切羽面に対して非平行で発破
   後に新しく得たい切羽面から垂直に発破掘進長だ１）後
   退さＵた仮想のカーブ用切羽面についでのカーブ用切羽
   系のさく孔パターンが与えられＩこ際、 ａ、上記カーブ用切羽面における基準点Ｒとそれを基準
   にして決められた定点Ｒｒとの座標をカーブ用切羽系の
   座標で表わす。 ｂ、上記２点Ｒ，Ｒｒの座標を台車系の座標Ｃ検知し、
   この２点Ｒ，Ｒｒの台車系とカーブ用切羽系との両座標
   間の関係から台車系とカーブ用切羽系との間の座標変換
   式をめる。 Ｃ８上記カーブ用切羽系のさく孔パターンを２つの点座
   標の形に直したのち、上記座標変換式を用いて台車系の
   座標に変換し、この台車系の２つの点座標を台車系のさ
   く孔パターンの形に戻１ という前処理を行うことを特徴とするさく孔方法。