WO2004111573A1 - 方位傾斜計測方法および計測装置 - Google Patents

方位傾斜計測方法および計測装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2004111573A1
WO2004111573A1 PCT/JP2004/008316 JP2004008316W WO2004111573A1 WO 2004111573 A1 WO2004111573 A1 WO 2004111573A1 JP 2004008316 W JP2004008316 W JP 2004008316W WO 2004111573 A1 WO2004111573 A1 WO 2004111573A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measured
holding portion
measuring
circular frame
measurement
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/008316
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Masayuki Kosugi
Manabu Utagawa
Original Assignee
National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology filed Critical National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
Publication of WO2004111573A1 publication Critical patent/WO2004111573A1/ja

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/02—Details
    • G01C9/06—Electric or photoelectric indication or reading means

Definitions

  • Angular velocity and angular velocity are detected, and depending on the central processor, the finger position deviation (deviation) of the equipment zero (reference) mark is normalized (referenced) of the gyro pendulum.
  • a fully automatic measurement configured to send a signal calculated via the equation of motion determined and proportional to the finger position deviation (deviation) and to display Z or the finger position deviation (deviation). Gyro compass is described.
  • Patent Literature 5 discloses a hybrid inclinometer that includes an optical fiber gyro and an inclinometer using gravitational acceleration, and measures a roll angle or a pitch angle or both of the inclination angles with respect to the earth tangent plane. For the angle data obtained from the optical fiber gyro, only the high frequency data is passed through the filter, and the data obtained from the inclination angle A hybrid inclinometer with a signal processing unit that passes only low-frequency data for the angle data to be processed, combines both data in the real-time domain, and outputs an angle output is described.
  • Patent Document 6 discloses that a dual-axis inclinometer and a single-axis rotation mechanism, which are installed on a reference table, a single-axis rotation mechanism, and a single-axis rate gyro attached to the single-axis rotation mechanism are provided.
  • the virtual azimuth and amplitude are obtained from the rotation mechanism control unit and the rotation angle from the reference azimuth of the one-axis rate gyro and the angular velocity at the time of the earth obtained at each rotation position.
  • a rate gyro azimuth meter including an azimuth calculation unit for detecting an azimuth angle at a detection point based on the obtained roll angle, pitch angle, and the latitude of the detection point input from the outside is described.
  • Patent Literature 7 discloses a tilt measuring apparatus in which a gyro inclinometer is attached to an object to be measured and an angular velocity signal from the gyro inclinometer is integrated to measure an angle of inclination of the object to be measured.
  • a gravitational inclinometer is attached to the object to be measured, and a stationary state determining means for determining that an output signal of the gravitational inclinometer is in a stationary state.
  • a tilt measuring device provided with correction means for correcting an integrated value of the angular velocity signal from the gyro inclinometer to a tilt angle based on an output signal of the gravitational inclinometer when the signal is determined to be in a static state. Have been.
  • Patent Document 9 discloses a position and posture angle measuring device and method for measuring the position and posture angle of a moving body or an object to be measured.
  • Patent Document 10 describes that a gravity-type tilt sensor and a gyro are provided side by side.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 2961145 (Japanese Patent Application No. 6-42830, Japanese Patent Application No. 4 25330 7)
  • Patent Document 2 USP 5,623,108
  • Patent document 3 EP0829699
  • Patent Document 6 JP-A-7-167658
  • Patent Document 7 JP-A-8-210849
  • Patent Document 8 JP-A-2001-66110
  • Patent Document 9 JP-A-10-160462
  • Patent Document 10 JP-A-8-89011
  • a technique for measuring a tilt such as a clinometer
  • a technique for measuring a tilt has been used as a technique for measuring a tilt
  • three-dimensional evaluation a plurality of devices for one-dimensional measurement are used. This was realized by combining the data measured by arrangement.
  • a compass or a rate gyro that detects precession in the gyro effect is used in practice, and measurement of azimuth and tilt requires multiple measurement devices and sensors or multiple measurements.
  • measurement was complicated.
  • the fixed point and the sliding line of each inclinometer were different in multiple measurements, there was a disadvantage that measurement errors were likely to be included, and this was not always an economical and effective measurement method.
  • the present invention provides a displacement measuring method capable of easily measuring a three-dimensional displacement of an object to be measured by using a simple structure of one device, which does not require displacement measurement by many measuring instruments developed three-dimensionally. And an apparatus.
  • a non-contact type such as a laser displacement meter
  • a contact type such as a differential
  • the surface to be measured such as a cone, which has a curved surface force that is almost orthogonal to the displacement sensor, and is free due to the weight of the part to be measured and the frame structure that allows free rotation in two axial directions Has a function that the central axis of the cone always indicates the direction of gravity.
  • Displacement sensor The distance to the surface to be measured is measured several times by scanning during one rotation of the mounting shaft, and the inclination angle of the measurement point is calculated from the data by calculating the trigonometric function.
  • the relative three-dimensional inclination between the displacement sensor unit and the measured object (measured unit) is evaluated by square analysis as vector evaluation of the inclination direction and the inclination angle.
  • a three-dimensional inclinometer evaluated by three or more inclinometers can be realized while measuring the displacement of the free surface to be measured by one displacement sensor and evaluating the accuracy.
  • the rotation axis may not move against the weight.
  • the direction of maximum tilt is obtained from the displacement meter that scans the conical surface to realize northern evaluation.
  • the existing azimuth magnet is included in the aforementioned three-dimensional inclination measurement when the object to be measured points in the direction of gravity by weight! From the relationship between the detected north azimuth and the rotation angle of the displacement sensor unit, it is possible to easily realize omnidirectional tilt measurement for evaluating three-dimensional tilt in relation to the azimuth.
  • the above-mentioned fixed point can be obtained by adopting a free inclined body having a structure in which the measured object can be freely tilted in all directions with the conical vertex having the conical shape of the measured object as a fulcrum, that is, fixed as a fixed point.
  • the object to be measured can be freely tilted in any direction.
  • the displacement of the object to be measured can be easily measured by a simple structure in which the surface to be measured is free, without requiring the displacement measurement by many measuring instruments.
  • a measurement method and apparatus can be provided.
  • a simple structure of one device basically eliminates the need for displacement measurement by a large number of measuring instruments that are three-dimensionally developed, so that a three-dimensional object can be three-dimensionally measured.
  • a displacement measurement method and device capable of easily measuring displacement can be provided.
  • FIG. 1 is a structural diagram showing a configuration of a tilt measuring apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a partial configuration of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing a measurement method by rotational scanning.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a conical shape with an example.
  • FIG. 6 is a diagram showing a method of measuring displacement.
  • FIG. 7 is a structural diagram showing a configuration of an azimuth tilt measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a structural diagram of an integrated device for continuously measuring an azimuth and an inclination.
  • FIG. 9 is a structural diagram of an apparatus for performing simple omnidirectional tilt measurement.
  • the present invention monitors the inclination and orientation of fixed points in the control of civil engineering, architectural structures, oil drilling wells, or flying and moving objects, and continuously performs three-dimensional inclination in sliding in cylindrical spaces such as pipes and boreholes.
  • a method and an apparatus for measuring a direction and an orientation are provided.
  • the omnidirectional tilt state is easily and continuously measured while sliding in the borehole in the ground. It is also used to evaluate the location of boreholes in rock wells in the petroleum development field. For example, the azimuth and inclination are continuously measured while continuously sliding inside the well from the hole at the ground surface, and the three-dimensional position of the well in the underground rock is accurately located. Furthermore, it is used to monitor the deformation of structures such as pipelines and pipes, and to grasp the overall deformation state by continuously measuring the tilt vector while sliding inside or outside the pipes.
  • FIG. 1 shows a structure of a tilt measuring device 100 as a gravity type tilt sensor according to an embodiment of the present invention.
  • an inclination measuring apparatus 100 includes an apparatus main body 1, a measuring section 2 fixed to the apparatus main body 1, an object to be measured (measurement section, an object to be measured) 3 facing the measuring section 2, and an object to be measured. 3, a weight 4 integrated via a holding portion 5, and a free inclined body 6 provided between the holding portion 5 and the projection 7 of the apparatus main body 1.
  • the device main body 1 has a cylindrical or cage shape, and a rotary motor (rotary driving source) 12 is provided in a hole 11 provided in the head, and the rotary motor 12 is rotated around a rotary shaft 13 of the sensor as an axis.
  • the measuring unit 2 is configured by providing the measuring device mounting unit 14.
  • the measuring object 3 is separate from the measuring section 2 and has a conical section 24 and a conical section having a measuring surface 23 having a predetermined conical shape provided converging from the opening 21 toward the deep section 22.
  • the holding portion 5 has a conical surface direction, and the weight 4 is physically attached via the holding portion 5 as described above.
  • FIG. 2 shows the structure of the free inclined body 6 provided between the holding section 5 and the apparatus main body 1.
  • the free inclined body 6 is provided with an inner frame 25 provided with a gap around a disk-shaped bearing body 29 provided with the bearing of the holding portion 5, and is provided with a gap provided therebetween.
  • the inner frame 25 and the outer frame 26 form a double circular frame and can be arranged on the same plane. In the figure, they are arranged on the same plane when stationary.
  • the inner frame rotating shaft 27 and the outer frame rotating shaft 28 are arranged in the same plane, and in a stationary state in FIG.
  • 8 is rotatable around a fulcrum 30 (FIG. 1) of the holding portion 5.
  • the fulcrum 30 is located on the axis of the measured object 3 in the conical direction of the measuring surface 23 having a conical shape. Naturally, the fulcrum 30 is on the axis of the holding part 5.
  • the fulcrum 30 is the center of rotation of the double circular frame. That is, the double circular frame is disposed so as to rotate around the fulcrum 30. What is important here is that the measured surface 23 of the measured object 3 is free due to such an arrangement structure. That is, the measured surface 23 is not constrained at all.
  • the frame outside the projection 7 of the apparatus body 1 is held by a shaft (not shown).
  • the laser displacement meter light emitting section 15 is provided at the displacement measurement fixed point 31 of the measuring instrument mounting section 14 and is rotatable, and the DUT 3 rotates around the fulcrum 30 of the DUT 3. It is possible.
  • FIGS. 2 and 3 show double circular frames 25 and 26 and both circular frames 25 and 26 that constitute a free inclined body 6 that is opposed to the holder 5 of the measured object 3.
  • FIG. 2 shows a two-rotation axis arrangement configuration for connecting 26 and an arrangement state of the measurement surface 23 of the DUT 3 associated with the arrangement configuration.
  • FIG. 2 is a perspective view therefor, and FIG.
  • the inner rotating shaft 27 and the outer rotating frame 27 are arranged between the bearing body 29 (with the bearing 52) of the holding part 5 and the inner circular frame 25, and between the inner circular frame 25 and the outer circular frame 26.
  • a rotation shaft 28 is provided so as to be rotatable about rotation axes 45 and 46.
  • the configured double circular frames 25 and 26 can be arranged on the same plane. In the figure, when stationary, the double circular frames 25 and 26 are arranged on the same plane!
  • the two rotation axes that is, the inner rotation axis 27 and the outer rotation axis 28 are arranged orthogonally.
  • the DUT 3 shown in FIG. 1 can be freely tilted in all directions, and the DUT 23 is an unconstrained free end.
  • Fig. 1 shows an outline of a three-dimensional inclination measuring device as a displacement meter.
  • the fixed point 31 of the object to be measured which is the intersection of the displacement measurement axis
  • the fulcrum 30 of the object which is the conical vertex of the surface to be measured, on the rotation axis of the rotating body on which the displacement sensor (displacement measuring device) is attached
  • the weight 4 integrated with the object to be measured points in the
  • the conical axis is inclined in the direction of gravity.
  • the free tilt of the object to be measured is realized by a double frame having rotation axes 27 and 28 which can be orthogonal to each other.
  • the rotation axis of the displacement sensor mounting part indicates the axial direction of the device main body
  • the measured object indicates the weight direction
  • the three-dimensional inclination composed of the inclination direction and the inclination angle force is relative to each other. It will be measured as a slope.
  • FIG. 4 shows a measurement method by rotational scanning of one displacement measuring device.
  • the rotation angle of the sensor position of the displacement measuring device is assumed to be ⁇ .
  • the rotation axis of the sensor forms the ⁇ axis.
  • the distance L between the point 34 on the circle 32 and the displacement measurement fixed point 31 is measured by a laser to measure the measurement displacement.
  • the displacement is measured at a constant rotation angle while the displacement sensor mounting portion makes one rotation.
  • a measure to make the conical surface 23 of the measured portion 3 a conical curved surface, or the like can be considered.
  • the surface 23 to be measured converges from the opening 21 toward the deep portion 22 and has a curved surface force having a predetermined shape that can be expressed by a mathematical formula.
  • the conical shape means a cone and a circle shown in FIG.
  • the shape includes a frustum, a hyperboloid, a quadratic surface, a hemisphere, a quadrangular pyramid, and a triangular pyramid.
  • the surface 23 to be measured has a smooth surface finish so that the distance measurement by the laser displacement meter light emitting unit 15 can be performed accurately.
  • FIG. 6 shows a method of measuring displacement.
  • the rotation angle is represented by an, and displacement data Ln is obtained at each rotation angle.
  • the inclination angle j8 n at each rotation angle an is obtained by the equation in the figure.
  • the measurement on the conical surface to be measured by the displacement sensor is a force that requires at least three unknowns.
  • the measurement control of constant rotation in rotational scanning is relatively easy, so the measurement accuracy is improved. Therefore, multi-point measurement such as eight-point measurement at every 45 degree rotation angle and 12-point measurement at every 30 degree rotation becomes practical.
  • the rotation angle is obtained from the displacement sensor by the displacement data Ln for each an. Ln force
  • a displacement measuring device such as a single laser displacement gauge that is attached to the sensor rotation axis at an angle
  • a circular frame with two axes of rotation which consists of a force, detects the displacement at a certain rotation angle while the displacement measuring instrument scans one revolution on the surface to be measured when the weight always points in the direction of gravity.
  • the least-squares analysis force of the tilt angle data derived from each displacement measurement data force, the vector with the smallest residual is found, and the relative three-dimensional tilt between the displacement measurement device and the DUT 3 is tilted.
  • a measuring device and a measuring method thereof are configured.
  • a predetermined cone convergingly provided from the opening 21 toward the deep portion 22 is provided.
  • the displacement measuring devices 15 and 16 are provided rotatably toward the measurement surface 23 of the measurement object 3 having the measurement surface 23 having the shape and the holding portion 5 having the fulcrum 30 in the conical direction.
  • a weight 4 integrally on the opposite side with the holding part 5 inside and spaced around the holding part 5, for example, at rest, a double circular frame in the same plane direction, i.e., an inner circular shape It has a frame 25 and an outer circular frame 26, and intersects perpendicularly on the same plane, for example, at rest, between the holding part 5 and the inner circular frame 25, and between the inner circular frame 25 and the outer circular frame 26.
  • Rotating shafts 27 and 28 are provided and the fulcrum of the holder 5 is double circular
  • FIG. 7 shows the structure of an azimuth tilt measuring apparatus 101 as another embodiment.
  • the same components as those shown in the left embodiment are given the same reference numerals, and the description of the previous embodiment is referred to so that the description will not be repeated.
  • the holding section 5 is made longer, and a rotary motor (rotary drive source) 41 is provided around this section.
  • Other configurations can be the same as the previous embodiment.
  • FIG. 7 shows an example of a structure for rotating the measured surface 23 of the measured object 3 that can be tilted freely.
  • the electric line is led to the rotary motor 41 arranged at the position of the weight 4 below the conical part 24, and the free tilt
  • the shaft rotation of the DUT 3 is realized by eliminating the frictional resistance associated with the wiring in the structure.
  • the gyroscopic effect occurs with the rotation of the measured object 3, and the rotation axis tends to be parallel to the direction along the rotation axis of the earth. Since the weight 4 at the lower part of the measured object 3 functions to direct the rotation axis in the direction of gravity, the axis of the measured object 3 is inclined in a slightly northern direction from the weight direction due to the balance. Will be.
  • the tilt angle is the target of azimuth measurement It does not become the target, and the target direction is the maximum inclination.
  • This azimuth ⁇ ⁇ indicates the north azimuth with respect to the arrangement of the device main body.
  • the direction of inclination can be measured by distance measurement using a displacement measuring instrument.
  • a device having this rotating structure When measuring azimuth and three-dimensional inclination with a set of devices, a device having this rotating structure is arranged, and in order to continuously measure when the device slides or the like, the measured portion is not rotated. In this state, rotation scanning by the displacement sensor is repeated, and when azimuth measurement is required, the object 3 is rotated to perform rotation scanning by the displacement sensor.
  • the predetermined direction provided to converge from the opening 21 toward the deep portion 22 is provided.
  • the displacement measuring devices 15 and 16 are provided rotatably toward the measured surface 23 of the measured object 3 having the measuring surface 23 having a conical shape and the holding portion 5 having the fulcrum 30 in the conical direction.
  • a weight 4 is integrally provided on the measuring body 3 on the opposite side with the holding portion 5 inside, and at intervals around the holding portion 5, for example, at rest, a double circular frame 25, 26 is placed in the same plane direction.
  • rotating shafts 27 and 28 which are orthogonal to each other on the same plane when stationary are provided.
  • the fulcrum 30 of the holder 5 is set as the rotation center of the double circular frames 25 and 26,
  • a rotation motor 41 is provided as a rotation drive source for rotating the body 3 to be measured.
  • the displacement measuring devices 15 and 16 are rotated and scanned with respect to the surface 23 to be measured, and the distance between them is measured.
  • the azimuth measuring method and the measuring device are characterized in that the direction of inclination of the measured surface 23 is measured by analyzing the displacement of the measured relative distance.
  • the predetermined cone provided to converge from the opening 21 toward the deep part 22 is provided.
  • Displacement measuring devices 15 and 16 are provided so as to be rotatable toward the measured surface 23 of the measured object 3 having the measurement surface 23 having a shape and the holding portion 5 having the fulcrum 30 in the conical direction, and the measurement is performed.
  • a weight 4 is provided integrally with the body 3 on the opposite side with the holding portion 5 inside, and at intervals around the holding portion 5, for example, when stationary, a double circular frame 25 in the same plane direction, 26, and rotating shafts 27 and 28 orthogonal to each other are provided between the holding portion 5 and the inner circular frame 25, and between the inner circular frame 25 and the outer circular frame 26, and the fulcrum 30 of the holding portion 5 is formed. Holds the DUT 3 as a freely tiltable center of rotation of the double circular frames 25 and 26 In this way, the measurement surface 23 is made free, and the rotation motor 41, which is a rotary drive source for rotating the measurement object 3, is provided so that the rotation direction of the measurement object 3 is always directed to the direction of gravity when the measurement object 3 is stationary.
  • the rotation motor 41 which is a rotary drive source for rotating the measurement object 3
  • the displacement measuring devices 15 and 16 are rotated and scanned with respect to the surface 23 to be measured, and the distance between them is measured.
  • an azimuth tilt measuring method and a measuring device for sequentially measuring the tilt direction and the three-dimensional tilt angle of the measured surface 23 are configured.
  • FIG. 8 shows a configuration for continuously measuring the azimuth and the inclination.
  • a tilt angle measuring device 100 for three-dimensional tilt measurement shown in FIG. 1 and an azimuth measuring device 101 shown in FIG. 7 are integrated, and the three-dimensional tilt angle and azimuth are continuously measured by each measuring device. Measured at the same time. For each configuration, the description of the previous two embodiments is referred to and will not be repeated here.
  • the predetermined cone provided to converge from the opening 21 toward the deep part 22 is provided. It has a measurement surface 23 having a shape and a holder 5 having a fulcrum 30 in the conical direction. Displacement measuring devices 15 and 16 are provided rotatably toward the measured surface 23 of the measured object 3, and the weight 4 is integrally provided on the measured object 3 on the opposite side with the holding portion 5 as the center. At intervals around the part 5, for example, it has a double circular frame 25, 26 in the same plane direction at rest, and has a holding part 5, an inner circular frame 25, and an inner circular frame 25.
  • Rotating shafts 27 and 28 are provided between the outer circular frame 26 and the outer circular frame 26, and the fulcrum 30 of the holding part is set as the rotation center of the double circular frames 25 and 26, and the object 3 can be tilted freely.
  • a rotation motor 41 is provided as a rotary drive source for rotating the device 3 to be measured, so that the direction of gravity and the direction along the earth's axis of rotation when the device 3 is rotated are provided. Turn the displacement measuring devices 15 and 16 with respect to the surface 23 to be measured in this state.
  • the inclination of the surface 23 to be measured is measured by analyzing the displacement of the measured relative distance, and the three-dimensional measurement is performed by the inclination measuring device 100, which is a gravity inclinometer.
  • An azimuth tilt measuring method and a measuring device for measuring a tilt angle and measuring a three-dimensional tilt angle in all directions by combining the two are configured.
  • FIG. 9 shows another azimuth tilt measuring apparatus 101, and shows a method and configuration for simple omnidirectional tilt measurement by combining with an existing azimuth magnet, a gyroscope, or the like.
  • the basic configuration is the same as that of the first embodiment, and in order to more easily realize the omnidirectional three-dimensional tilt measurement, the existing compass 51 or the rate gyro 51 is replaced with the weight 4 shown in FIG.
  • the three-dimensional tilt measurement is combined with the north direction obtained here.
  • the azimuth and inclination include a predetermined conical shape provided to converge from the opening 21 toward the deep part 22.
  • the displacement measuring devices 15 and 16 are provided rotatably toward the measured surface 23 of the measured object 3 having the measured surface 23 and the holding portion 5 having the fulcrum 30 in the conical shape direction. 4 are integrally provided on the opposite side with the holding part 5 inside, and the Put, for example, have a double circular frame 25, 26 in the same plane direction at rest, between the holding part 5 and the inner circular frame 25, and between the inner circular frame 25 and the outer circular frame 26.
  • the fulcrum 30 of the holding unit 5 is used as the rotation center of the double circular frames 25 and 26, and the DUT 3 is held so that it can tilt freely.
  • the surface 23 to be measured was set free and the direction of gravity was always pointed at the time of measurement.
  • the displacement measuring devices 15 and 16 were rotated and scanned with respect to the surface 23 to be measured, and the distances measured were measured.
  • the displacement of the relative distance is analyzed to measure the three-dimensional inclination angle of the surface 23 to be measured, the orientation is measured by a compass or a gyroscope 51, and the two directions are combined to measure the three-dimensional inclination angle in all directions.
  • Azimuth inclinometer Constituting the method and measurement apparatus.
  • the force mainly measuring the three-dimensional inclination angle is not excluded from measuring the two-dimensional inclination angle by these methods and devices.
  • the present invention can monitor the inclination and orientation of fixed points in civil engineering 'building structures, oil drilling, or control of flying-moving objects, etc., as well as in cylindrical spaces such as pipes and boreholes. It is suitable for a method and apparatus for continuously measuring three-dimensional inclination and azimuth in sliding.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

明 細 書
方位傾斜計測方法および計測装置
技術分野
[0001] 本発明は、方位計測、傾斜角（角度)計測、あるいはこれらの両者を別個に計測し て組み合わせ、もしくは同時に計測して組み合わせる方法および装置に関する。 背景技術
[0002] 本願発明の発明者
は、先に三次元変位測定方法及び三次元変位測定装置を出願し、当該出願は特許 文献 1に示す番号で登録された。当該特許の対応の米国特許は、特許文献 2の通り であり、対応のヨーロッパ特許は、特許文献 3の通りである。
[0003] これ以外に次に示すような従来例がある。
特許文献 4には、回転可能な機器ケーシングを有する完全自動測定ジャイロコンパ スであって、上記ケーシング中には支持バンドに懸架されたジャイロ振子が配置され ており、該ジャイロコンパスの回転振動の信号量がォプトエレクトロニック測定装置を 用いて取出され中央制御プロセッサにて評価アルゴリズムを用いて指北位置偏差の 測定のため評価されるように構成されて 、るものにぉ 、て、上記ォプトエレクト口-ッ ク測定装置によっては 1つの振動周期の小さな端数部分に亙って、自由に振動する ジャイロ振子の、機器零 (基準)点に対して相対的な夫々の偏差角度及び該偏差角 度に所属する角速度及び角速度が検出され、当該中央プロセッサによっては機器零 (基準)マークの指北位置偏差 (偏位)がジャイロ振子の正規化 (基準化)された運動 方程式を介して計算され指北位置偏差 (偏位）に比例する信号の送出および Z又は 当該指北位置偏差 (偏位)のディスプレイがなされるように構成されて 、る完全自動 測定ジャイロコンパスが記載されて 、る。
[0004] 特許文献 5には、光ファイバジャイロと重力加速度を利用した傾斜計とを備え、地球 接平面に対するロール角またはピッチ角あるいは両方の傾斜角を測定するハイプリ ッド傾斜計において、ソフトウェア数値フィルタによって、光ファイバジャイロより得られ る角度データについては高域周波数のデータのみ通過処理し、前記傾斜角より得ら れる角度データについては低域周波数のデータのみ通過処理し、実時間領域で双 方のデータを合成し、角度出力とする信号処理部を接続したハイブリッド傾斜計が記 載されている。
[0005] 特許文献 6には、基準台上に設置された、直交する 2軸の傾斜計と 1軸回転機構と 、 1軸回転機構に取付けられた 1軸レートジャイロを具備すると共に、 1軸回転機構制 御部と、 1軸レートジャイロの基準方位からの回転角及び各回転位置で得られた地球 時点の角速度より仮想方位と振幅を求め、これら仮想方位角及び振幅と 2軸傾斜角 によって得られたロール角、ピッチ角及び外部より入力された検出地点の緯度とによ り検出地点での方位角を検出する方位演算部とを備えたレートジャイロ方位計が記 載されている。
[0006] 特許文献 7には、被測定体にジャイロ傾斜計を取付け、このジャイロ傾斜計からの 角速度信号を積分して前記被測定体の傾斜角度を測定する傾斜測定装置にお 、て 、前記被測定体に重力式傾斜計を取付けると共に、この重力式傾斜計の出力信号 が静定状態にあることを判断する静定状態判断手段と、この静定状態により前記重 力式傾斜計の出力信号が静定状態にあると判断されたとき前記ジャイロ傾斜計から の角速度信号の積分値を前記重力式傾斜計の出力信号による傾斜角度に補正す る補正手段とを設けた傾斜測定装置が記載されている。
[0007] 更に、特許文献 8には、三次元の変位および傾斜を測定する変位傾斜測定装置が 記載されている。
特許文献 9には、移動体又は被測定物の位置及び姿勢角を測定するための位置 及び姿勢角測定装置及び方法が記載されている。
特許文献 10には、重力式傾斜センサとジャイロを併設することが記載されている。
[0008] 特許文献 1：特許第 2961145号公報 (特願平 6 - 42830、特願平 4 25330 7)
特許文献 2 :USP5, 623, 108号公報
特許文献 3： EP0829699号公報
特許文献 4:特開平 5— 248871号公報 (優先権主張国 ドイツ国 P414103 特許文献 5 :特開平 7-167651号公報
特許文献 6：特開平 7-167658号公報
特許文献 7：特開平 8— 210849号公報
特許文献 8：特開 2001-66110号公報
特許文献 9：特開平 10- 160462号公報
特許文献 10：特開平 8— 89011号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 従来において、傾斜を計測する技術は、クリノメータなど、一方向の傾斜角を検出 する方法が用いられており、三次元的な評価のためには、一次元計測する装置を複 数台配置して計測したデータを組み合わせることによって実現していた。他方、方位 計測では、方位磁石やジャイロ効果における歳差を検出するレートジャイロなどが実 用に供されており、方位と傾斜の計測では複数の計測装置や計測センサまたは複数 回の計測を必要とし、計測が複雑ィ匕する不都合があった。また、複数の計測におい てそれぞれの傾斜計の固定点ゃ摺動ラインが異なるために計測誤差を含みやすい 欠点があり、必ずしも経済的、効果的な測定手段とは言えない面があった。
[0010] 本発明は、多くの計測器による変位計測を必要とすることなぐ簡便な構造によって 被測定体の変位を容易に計測できる変位計測方法および装置を提供することを目 的とする。
更に本発明は、三次元的に展開した多くの計測器による変位計測を必要とすること なぐ一台の装置の簡便な構造によって被測定体の三次元的な変位を容易に計測 できる変位計測方法および装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 相対的な三次元傾斜を合理的かつ効率的に一台のセンサによって検出するため、 回転軸に傾斜して取付けた非接触式 (レーザ変位計など)や接触式 (差動トランスな ど）の変位センサに対してほぼ直交する曲面力もなる円錐型などの被計測面を配し、 被計測部の重りと二軸方向の自由回転が可能なフレーム構造によってフリーとされた 被計測面の円錐中心軸が常に重力方向を指し示す機能を備えている。変位センサ の取付軸を一回転する間の走査によって被計測面までの距離を複数回計測し、その データから三角関数の計算によって計測点の傾斜角を求め、傾斜角データの残差 が最小になる最小二乗解析によって変位センサ部と被計測体 (被計測部)の間の相 対的な三次元傾斜を傾斜方向と傾斜角度のベクトル評価として評価する。これにより
、従来、 3台以上の傾斜計によって評価した三次元的な傾斜を一台の変位センサに よってフリーとされた被計測面の変位を計測し、精度評価を行!、つつ実現できる。
[0012] また、三次元傾斜と方位を合理的かつ効率的に一台のセンサによって検出するた め、前述装置の被測定体がフレーム構造内で自立回転する際に回転軸が重りとのバ ランスの中で地球自転軸に沿う方向に傾くジャイロ効果を利用し、前述の円錐面上を 回転走査する変位計側から最大傾斜する方向を求めて北方位の評価を実現する。 前述の被測定体が重りによって重力方向を指し示す際の三次元傾斜計測とこの方 位計測を交互に同一装置で実施することにより、従来まったく異なる計測とされてい た方位計測と傾斜計測を一台の装置で実現するとともに、これら全ての基本データを 一台の変位センサからの計測によって達成することが可能になる。
[0013] 全方位の三次元傾斜を簡便に検出するため、前述の被測定体が重りによって重力 方向を指し示す際の三次元傾斜計測に既存の方位磁石ある!、はジャイロスコープを 組み込み、ここで検出した北方位と変位センサ部の回転角との関係から、方位との相 関において三次元傾斜を評価する全方位傾斜計測を簡便に実現できる。
被測定体の円錐形状のある円錐頂点を支点として、すなわち固定点として固定した まま被測定体を全方位に自由傾斜させ得る構造の自由傾斜体を採用することによつ て前述の固定点を中心として簡便な構造によって被測定体をいかなる方向への傾斜 も自由に行うことが実現できる。
発明の効果
[0014] 以上のように、本発明によれば、多くの計測器による変位計測を必要とすることなく 、被測定面をフリーとした簡便な構造によって被測定体の変位を容易に計測できる 変位計測方法および装置を提供することができる。
更に本発明によれば、三次元的に展開した多くの計測器による変位計測を必要と することがなぐ基本的に一台の装置の簡便な構造によって被測定体の三次元的な 変位を容易に計測できる変位計測方法および装置を提供することができる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]図 1は本発明の一実施例である傾斜計測装置の構成を示す構造図である。
[図 2]図 2は、図 1の一部構成についての斜視図である。
[図 3]図 3は、図 2の平面図である。
[図 4]図 4は、回転走査による計測方法を示す図である。
[図 5]図 5は、円錐形状を例を以つて説明する図である。
[図 6]図 6は、変位計測の方法を示す図である。
[図 7]図 7は、本発明の他の実施例である方位傾斜計測装置の構成を示す構造図で める。
[図 8]図 8は、方位と傾斜を連続計測するための一体型装置の構造図である。
[図 9]図 9は、簡易全方位傾斜計測するための装置の構造図である。
符号の説明
[0016] 1 装置本体
2 計測部
3 被測定体 (被計測部、被測定部）
4 重り
5 保持部
6 自由傾斜体
7 突起部
12 回転モータ
13 センサの回転軸
14 計測器取付部
15 レーザ変位計発光部
16 レーザ受光部
17 レーザ
21 開口部
22 深部 23 被計測面
24 円錐部
25 内側のフレーム
26 外側のフレーム
27 内フレーム回転軸
28 外フレーム回転軸
29 軸受体
30 支点
31 変位計測固定点
100 傾斜計測装置
101 方位傾斜計測装置。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明は、土木 ·建築構造物、石油削井あるいは飛行 ·走行物の制御等における 固定点の傾斜姿勢と方位監視ならびにパイプゃ孔井などの円筒空間内摺動におい て連続的に三次元傾斜と方位を計測する方法および装置を提供する。
[0018] 具体的には、土木 ·資源分野の岩盤'地盤や岩盤内空洞近傍において、岩盤の微 細な傾斜変状を計測監視する目的で用いられる。例えば、地滑り監視地盤やダムサ イト地盤内における地盤変状を監視するために、地盤内の孔井において摺動しつつ 簡便に全方位傾斜状態を連続的に計測する。また、石油資源開発分野の岩盤内孔 井において、孔井の位置を評価する目的で用いられる。例えば、地表の孔口から穴 井内を連続的に摺動しつつ方位と傾斜状態を連続的に計測し、地下岩盤内におけ る孔井の三次元位置を的確に標定する。さらに、パイプラインや配管など構造物の変 状監視を目的とし、配管内あるいはその外部に沿って摺動しつつ傾斜ベクトルを連 続的に計測して全体の変形状態を把握する目的で用いる。
[0019] 他方、建設分野の橋梁、ビルなど構造物において、構造体の微細な傾斜変状を監 視する目的で用いられる。例えば、橋梁やビルなどの接続部や基礎部の安定性を監 視するため、その固定点の傾斜変状を連続的に検出する。また、岩盤や岩盤内空洞 の変状を長期的に監視する目的で、崩落監視対象の岩盤上の固定点や岩盤内空 洞の固定点に設置して長期的に傾斜ベクトルを監視する。さらに、飛行物体や走行 物体の移動方向制御を目的とし、これら移動物体の方向を方位と三次元傾斜情報と して適宜検出する。具体的に説明する。
[0020] 図 1は、本発明の一実施例である重力式傾斜センサとしての傾斜計測装置 100の 構造を示す。図 1において、傾斜計測装置 100は、装置本体 1、装置本体 1に固定さ れた計測部 2、計測部 2に対畤する被測定体 (被計測部、被測定部) 3、被測定体 3 の保持部 5を介して一体にされた重り 4、および保持部 5と装置本体 1の突起部 7との 間に設けた自由傾斜体 6とから構成される。
装置本体 1は、筒状もしくは籠状をなし、頭部に設けた孔部 11に回転モータ（回転 駆動源） 12が設けられ、回転モータ 12によってセンサの回転軸 13を軸心として回転 される計測器取付部 14が設けられて前述の計測部 2が構成される。
[0021] 計測器取付部 14には、変位測定器 (変位センサ)を構成するレーザ変位計発光部 15およびレーザ受光部 16が設けられ、レーザ変位計発光部 15から発射されたレー ザ 17は被測定部に当たり、発射したレーザはレーザ受光部 16で検知される。
被測定体 3は、計測部 2とは別体とされ、開口部 21から深部 22に向かって収束して 設けられた所定の円錐形状からなる被計測面 23を備えた円錐部 24と円錐部の円錐 面方向にある保持部 5を有し、上述のように保持部 5を介して重り 4がー体的に取付 けてある。
[0022] 保持部 5と装置本体 1との間に設けられる自由傾斜体 6の構造を図 2に示す。図 2に おいて自由傾斜体 6は、保持部 5の軸受を備えた円板状の軸受体 29の周囲に間隙 を置いて配設される内側のフレーム 25、これに間隙を置いて配設される外側のフレ ーム 26と、保持部 5と内側のフレーム 25と、および内側のフレーム 25と外側のフレー ム 26との間に固着して設けた内フレーム回転軸 27、外フレーム回転軸 28と力も構成 され、内側のフレーム 25と外側のフレーム 26は二重の円形フレームをなし、同一平 面配置可能であり、図にあっては静止時において同一平面配置とされている。内フレ ーム回転軸 27、外フレーム回転軸 28は同一平面配置時に、図にあっては静止時に おいて互いに直交する関係で配設され、内フレーム回転軸 27、外フレーム回転軸 2 8は、図に示すように、保持部 5の支点 30 (図 1)を中心としてそれぞれ回転可能であ る。
[0023] 図 1において、支点 30は、円錐形状からなる被計測面 23の円錐形状方向で、被測 定体 3の軸心上にある。当然に、支点 30は保持部 5の軸心上にある。支点 30は、二 重の円形フレームの回動中心とされる。すなわち二重の円形フレームは支点 30を中 心として回動するように配設される。ここで重要なことは、このような配設構造によって 被測定体 3の被計測面 23はフリーとされていることである。すなわち、被計測面 23は 何等拘束されて 、な 、ことである。
装置本体 1の突起部 7に外側のフレームは軸（図示せず）によって保持される。 機能的に見れば、レーザ変位計発光部 15は計測器取付部 14の変位計測固定点 31に設けられて回転可能とされ、被測定体 3は被測定体 3の支点 30を中心として回 転可能とされる。
[0024] 図 2および図 3は、被測定体 3の保持部 5に対して対向配置される自由傾斜体 6を 構成することになる二重の円形フレーム 25、 26および双方の円形フレーム 25、 26を 接続する二回転軸配置構成およびこの配置構成に伴う被測定体 3の被計測面 23の 配設状態を示し、図 2はそのための斜視図、図 3は断面平面図である。これらの図に おいて、保持部 5の軸受体 29 (軸受 52を備える）と内側の円形フレーム 25と、および 内側の円形フレーム 25と外側の円形フレーム 26との間に内回転軸 27および外回転 軸 28が回転軸心 45、 46を中心として回転可能に配設される。この場合に、構成され た二重の円形フレーム 25、 26は同一平面配置可能とされる。図においては、静止時 にお 、て二重の円形フレーム 25、 26が同一平面配置とされて!/、る。
この同一平面配置時に二回転軸、すなわち内回転軸 27および外回転軸 28は直 交する配置となる。このような配置構成によって図 1に示す被測定体 3は、全方向に 自由傾斜可能とされ、被測定面 23は拘束されていないフリー端とされる。
[0025] 以上のように、図 1は変位計としての三次元傾斜計測装置の概要を示す。ここでは 、変位センサ (変位測定器)を取付けた回転体の回転軸上に変位計測軸との交点と なる被測定体の固定点 31と被計測面の円錐頂点となる被測定体の支点 30が配置さ れ、被測定体と一体となった重り 4が重量方向を指し示すことによって被測定体 3の 円錐軸は重力方向に傾斜する。被測定体は、互いに直交し得る回転軸 27、 28を有 する二重のフレームによって、その自由傾斜が実現されている。この結果、変位セン サ取付部の回転軸は装置本体の軸方向を示し、被測定体は重量方向を示すことに なり、傾斜する方向と傾斜角力 構成される三次元傾斜を両者の相対的な傾斜とし て計測することになる。
[0026] 図 4は、一台の変位測定器の回転走査による計測方法を示す。被計測面 23の任 意の円 32について X— Y軸を取ったときに、変位測定器のセンサ位置の回転角は α をなすとする。センサの回転軸は Ζ軸をなす。この場合に円 32上の点 34と変位計測 固定点 31とがなす距離 Lが計測変位を計測するためにレーザによって測定される。 図において、変位センサ取付部が一回転する間に一定回転角度ごとに変位を計測 すること〖こなる。
被測定体 3の傾斜に伴う変位計測範囲をより広げるには、被計測部 3の円錐面 23 を円錐曲面にする対策などが考えられる。
[0027] 被計測面 23は、開口部 21から深部 22に向力つて収束すると共に、数式化できる 所定形状の曲平面力 なり、本実施例において円錐形状とは、図 5に示す円錐、円 錐台、双曲面、二次曲面、半球面、四角錘、三角錐等の形状のものを含む。また、こ の被計測面 23は、レーザ変位計発光部 15による距離測定が正確に行えるように、 平滑な表面仕上げが施されて!/、る。
[0028] 図 6は変位計測の方法を示す。
前述のように基本軸を例えば X軸とすると、回転角度は a nで表され、それぞれの 回転角度にっ 、て変位データ Lnが得られる。変位センサ取付部の回転軸と被測定 部 3の軸が一致して傾斜がない場合の変位を Loとすると、それぞれの回転角度 a n における傾斜角 j8 nは図中の式で求められる。
[0029] 計算例として、変位センサによる円錐被計測面上の計測は、未知数 3個以上が最 低必要になる力 回転走査における一定回転の計測制御は比較的容易であるため 、計測精度の向上のため、回転角 45度ごとの 8点計測や 30度ごとの 12点計測など の多点計測が実用的になる。
[0030] 簡単な計算の一例として、回転角度は a nごとに変位データ Lnが変位センサから 得られ、 Ln力らは
Figure imgf000012_0001
の計算式から直ちに回転角度 α ηごとの 13 ηが求まる。図 1に示した変位測定器の計 測座標と被測定体座標の相互関係から、変位走査線が形成する円錐と被測定体 3 の円錐が交わる線の一般式
Figure imgf000012_0002
を導き、この式から求まる 0 ' nと計測値の 13 nとの比較から、残差の二乗和∑ ( j8 ' n — j8 n) 2が最小となる /3 ' nを求めることになる。この値は、計測におけるバラツキや誤 差を多点データに基づいて最小化した結果の解となり、計測制度の向上に資するこ とになる。
以上のように、円錐などの内側曲面とその軸が常に重力方向を指し示す重り 4を備 えた測定体 3とセンサ回転軸に傾斜して取付けられた一台のレーザ変位計などの変 位測定器力 構成されており、二方向の回転軸を有する円形フレームによって常に 重りが重力方向を指し示す際の被計測面上を変位測定器が一回転走査する間に一 定の回転角度ごとの変位を検出し、それぞれの変位計測データ力 導いた傾斜角デ ータの最小二乗解析力 残差が最小のベクトルを求め、変位測定器と、被測定体 3と の間の相対的な三次元傾斜を傾斜方向と傾斜角度のベクトル評価として実現する計 測装置とその計測方法が構成される。
[0032] 具体的には、被測定物である被測定体 3の傾斜を計測するための傾斜計測方法に おいて、開口部 21から深部 22に向力つて収束して設けられた所定の円錐形状から なる被計測面 23と円錐形状方向に支点 30を有する保持部 5を備えた被測定体 3の 被計測面 23に向けて変位測定器 15、 16を回転可能にして設け、被測定体 3に重り 4を保持部 5を中にして反対側に一体にして設け、保持部 5の周りにそれぞれ間隔を 置いて、例えば静止時に同一平面方向に二重の円形フレーム、すなわち内側の円 形フレーム 25、外側の円形フレーム 26を有し、保持部 5と内側の円形フレーム 25と、 および内側の円形フレーム 25と外側の円形フレーム 26との間に、例えば静止時に 互いに同一平面上に直交する回転軸 27、 28を設けて保持部 5の支点を二重の円形 フレーム 25、 26の回動中心とし、被測定体 3を自由傾斜可能として保持することによ つて被計測面 23をフリーとなして計測時に常に重力方向を指向させ、この状態で変 位測定器を被計測面 23に対して回転走査をさせて相対する距離を測定し、測定さ れた相対距離の変位を解析することによって被計測面 23の三次元傾斜角を計測す る傾斜計測方法および計測装置が構成される。
[0033] 図 7は、他の実施例としての方位傾斜計測装置 101の構造を示す。左記の実施例 に示す構成と同一の構成には同一の番号を付し、先の実施例の説明を援用し、説明 が重複しないようにする。本実施例の場合、保持部 5は長めに作られており、この部 分の周囲に回転モータ（回転駆動源) 41が配設してある。他の構成は先の実施例と 同一とすることができる。
[0034] 図 7は、自由傾斜が可能な被測定体 3の被計測面 23を回転させる構造例を示す。
図 2あるいは図 3に示す二重の円形フレーム構造と二回転軸に導電性構造をもたせ 、円錐部 24の下部で重り 4の位置に配した回転モータ 41まで電気ラインを導き、自 由傾斜の構造に配線に伴う摩擦抵抗を排除して被測定体 3の軸回転を実現する。こ の構造では、被測定体 3の回転に伴ってジャイロ効果が発生し、回転軸が地球の自 転軸に沿う方向に平行になろうとする。しかして、被測定体 3の下部の重り 4は回転軸 を重力方向に向ける働きをするため、そのバランスで、被測定体 3の軸が重量方向か らやや北方位にむカゝつて傾斜することになる。この場合、傾斜角は方位計測の対象 にはならず、最大傾斜する方位が対象になる。この方位角 α Νが装置本体の配置に 対する北方位を示すことになる。傾斜方向は変位計測器による距離測定によって計 柳』することができる。
この計算には、図 6の説明と同じ解析を用い、 β ' ηが最大値となる a nが北方位角 a Nとなる。
[0035] 一式の装置によって方位と三次元傾斜を計測する場合、この回転構造を有する装 置を配し、装置の摺動などの際に連続的に計測するには、被計測部を回転しない状 態で変位センサによる回転走査を繰り返し、方位計測が必要な際には、被測定体 3 を回転させて変位センサによる回転走査を行うことになる。
[0036] 以上のように、前述の装置の円錐面と重りを含む構造部が二回転軸円形フレーム 内において回転する際に回転軸が地球自転軸に沿う方向の北に傾くジャイロコンパ スの原理を用い、円錐面上を回転走査する変位計測力 最大傾斜する方向を求め て北方位を評価し、この方位データと同装置による三次元傾斜評価とを組み合わせ ることによって、全方位の絶対傾斜角評価を一台の変位センサで実現する計測装置 とその計測方法が構成される。
[0037] 従って、この実施例によれば、被測定物である被測定体 3の方位を計測するための 方位計測方法において、開口部 21から深部 22に向力つて収束して設けられた所定 の円錐形状からなる被計測面 23と円錐形状方向に支点 30を有する保持部 5を備え た被測定体 3の被計測面 23に向けて変位測定器 15、 16を回転可能にして設け、被 測定体 3に重り 4を保持部 5を中にして反対側に一体にして設け、保持部 5の周りに それぞれ間隔を置いて、例えば静止時に同一平面方向に二重の円形フレーム 25、 26を有し、保持部 5と内側の円形フレーム 25と、および内側の円形フレーム 25と外 側の円形フレーム 26との間に、例えば静止時に互いに同一平面上で直交する回転 軸 27、 28を設けて保持部 5の支点 30を二重の円形フレーム 25、 26の回動中心とし 、被測定体 3を自由傾斜可能として保持することによって被計測面 23をフリーとなし、 被測定体 3を回転させる回転駆動源である回転モータ 41を設けて被測定体 3の回転 時に重力方向と地球自転軸に沿う方向との合体方向を指向させ、この状態で変位測 定器 15、 16を被計測面 23に対して回転走査をさせて相対する距離を測定し、測定 された相対距離の変位を解析することによって被計測面 23の傾斜する方向を計測 することを特徴とする方位計測方法および計測装置が構成される。
[0038] 更に、この実施例によれば、被測定物の方位および傾斜を計測するための方位傾 斜計測方法において、開口部 21から深部 22に向力つて収束して設けられた所定の 円錐形状からなる被計測面 23と円錐形状方向に支点 30を有する保持部 5を備えた 被測定体 3の被計測面 23に向けて変位測定器 15、 16を回転可能にして設け、被測 定体 3に重り 4を保持部 5を中にして反対側に一体にして設け、保持部 5の周りにそ れぞれ間隔を置いて、例えば静止時に同一平面方向に二重の円形フレーム 25、 26 を有し、保持部 5と内側の円形フレーム 25と、および内側の円形フレーム 25と外側の 円形フレーム 26との間に互いに直交する回転軸 27、 28を設けて保持部 5の支点 30 を二重の円形フレーム 25、 26の回動中心とし、被測定体 3を自由傾斜可能として保 持することによって計測面 23をフリーとなし、被測定体 3を回転させる回転駆動源で ある回転モータ 41を設けて被測定体 3の回転静止時に常に重力方向を指向させ、 かつ被測定体 3の回転時に重力方向と地球自転軸に沿う方向との合体方向を指向 させ、これらの状態で変位測定器 15、 16を被計測面 23に対して回転走査をさせて 相対する距離を測定し、測定された相対距離の変位を解析することによって被計測 面 23の傾斜する方向と三次元傾斜角を順次計測する方位傾斜計測方法および計 測装置が構成される。
[0039] 図 8は、方位と傾斜の連続計測するための構成を示す。同時に方位と三次元傾斜 を連続計測する場合は、それぞれの目的を有する同様構造の装置を 2台配置するこ とが想定される。
図 8において、図 1に示す三次元傾斜計測のための傾斜角計測器 100と図 7に示 す方位計測器 101とが一体とされ、それぞれの計測器によって三次元傾斜角と方位 とが連続して同時に計測される。それぞれの構成については先の 2つの実施例の説 明を援用し、ここでは繰り返して説明しない。
[0040] 従って、本実施例によれば、被測定物の方位および傾斜を計測するための方位傾 斜計測方法において、開口部 21から深部 22に向力つて収束して設けられた所定の 円錐形状からなる被計測面 23と円錐形状方向に支点 30を有する保持部 5を備えた 被測定体 3の被計測面 23に向けて変位測定器 15、 16を回転可能にして設け、被測 定体 3に重り 4を保持部 5を中にして反対側に一体にして設け、保持部 5の周りにそ れぞれ間隔を置いて、例えば静止時に同一平面方向に二重の円形フレーム 25、 26 を有し、保持部 5と内側の円形フレーム 25と、および内側の円形フレーム 25と外側の 円形フレーム 26との間に互いに直交する回転軸 27、 28を設けて保持部の支点 30を 二重の円形フレーム 25、 26の回動中心とし、被測定体 3を自由傾斜可能として保持 することによって被計測面 23をフリーとなし、被測定体 3を回転させる回転駆動源で ある回転モータ 41を設けて被測定体 3の回転時に重力方向と地球自転軸に沿う方 向との合体方向を指向させ、この状態で変位測定器 15、 16を被計測面 23に対して 回転走査をさせて相対する距離を測定し、測定された相対距離の変位を解析するこ とによって被計測面 23の傾斜する方向を計測し、重力傾斜計である傾斜角計測装 置 100によって三次元傾斜角を計測し、両者を組み合わせることによって全方向の 三次元傾斜角を計測する方位傾斜計測方法および計測装置を構成する。
[0041] 図 9は、他の方位傾斜計測装置 101を示し、既存の方位磁石やジャイロスコープな どとの組み合わせによる簡易全方位傾斜計測する方法および構成を示す。基本的 構成は第 1の実施例と同じであり、より簡便に全方位三次元傾斜計測を実現するた めに、既設の方位磁石あるいはレートジャイロ 51を図 1に示した装置構造概要の重り 4の部分に配置させ、ここ力 得られる北方向 と三次元傾斜計測とを組み合わせ ている。
[0042] 前述の装置における被測定体 3に既存の方位磁石あるいはジャイロスコープ 51を 組み合わせ、前述装置による相対的な三次元傾斜評価に方位データを組み合わせ ることによって、全方位の絶対傾斜角評価を一台の変位センサで実現する計測装置 とその計測方法が提供される。
[0043] 具体的には、被測定物の方位および傾斜を計測するための方位傾斜計測方法に おいて、開口部 21から深部 22に向力つて収束して設けられた所定の円錐形状から なる被計測面 23と円錐形状方向に支点 30を有する保持部 5を備えた被測定体 3の 被計測面 23に向けて変位測定器 15、 16を回転可能にして設け、被測定体 3に重り 4を保持部 5を中にして反対側に一体にして設け、保持部 5の周りにそれぞれ間隔を 置いて、例えば静止時に同一平面方向に二重の円形フレーム 25、 26を有し、保持 部 5と内側の円形フレーム 25と、および内側の円形フレーム 25と外側の円形フレー ム 26との間に静止時に互いに同一平面上で直交する回転軸を設けて保持部 5の支 点 30を二重の円形フレーム 25、 26の回動中心とし、被測定体 3を自由傾斜可能とし て保持することによって被計測面 23をフリーとなして計測時に常に重力方向を指向 させ、この状態で変位測定器 15、 16を被計測面 23に対して回転走査をさせて相対 する距離を測定し、測定された相対距離の変位を解析することによって被計測面 23 の三次元傾斜角を計測し、方位磁石あるいはジャイロスコープ 51によって方位を計 測し、両者を組み合わせることによって全方位の三次元傾斜角を計測する方位傾斜 計測方法および計測装置を構成する。
以上の構成において、三次元傾斜角を計測することを主体とする力 これらの方法 および装置によって二次元傾斜角を計測することを排除しない。
産業上の利用可能性
本発明は、以上のような構成であるから、土木'建築構造物、石油削井あるいは飛 行-走行物の制御等における固定点の傾斜姿勢と方位監視ならびにパイプゃ孔井 などの円筒空間内摺動において連続的に三次元傾斜と方位を計測する方法および 装置に適している。

Claims

請求の範囲
[1] 被測定物の傾斜を計測するための傾斜計測方法にお!、て、
開口部力 深部に向力つて収束して設けられた所定の円錐形状力もなる被計測面 と円錐形状方向に支点を有する保持部を備えた被測定体の前記被計測面に向けて 変位測定器を回転可能にして設け、前記被測定体に重りを前記保持部を中にして 反対側に一体にして設け、前記保持部の周りにそれぞれ間隔を置いて同一平面配 置可能な二重の円形フレームを有し、前記保持部と内側の円形フレームと、および 内側の円形フレームと外側の円形フレームとの間に同一平面配置時に互いに直交 する回転軸を設けて前記保持部の支点を二重の円形フレームの回動中心とし、前記 被測定体を自由傾斜可能として保持することによって、前記被計測面をフリーとなし て計測時に常に重力方向を指向させ、この状態で前記変位測定器を前記被計測面 に対して回転走査をさせて相対する距離を測定し、測定された相対距離の変位を解 析することによって前記被計測面の三次元傾斜角を計測することを特徴とする傾斜 計測方法。
[2] 被測定物の方位を計測するための方位計測方法にぉ 、て、
開口部力 深部に向力つて収束して設けられた所定の円錐形状力もなる被計測面 と円錐形状方向に支点を有する保持部を備えた被測定体の前記被計測面に向けて 変位測定器を回転可能にして設け、前記被測定体に重りを前記保持部を中にして 反対側に一体にして設け、前記保持部の周りにそれぞれ間隔を置いて同一平面配 置可能な二重の円形フレームを有し、前記保持部と内側の円形フレームと、および 内側の円形フレームと外側の円形フレームとの間に同一平面配置時に互いに直交 する回転軸を設けて前記保持部の支点を二重の円形フレームの回動中心とし、前記 被測定体を自由傾斜可能として保持することによって前記被計測面をフリーとなし、 被測定体を回転させる回転駆動源を設けて被測定体の回転時に重力方向と地球自 転軸に沿う方向との合体方向を指向させ、この状態で前記変位測定器を前記被計 測面に対して回転走査をさせて相対する距離を測定し、測定された相対距離の変位 を解析することによって前記被計測面の傾斜する方向を計測することを特徴とする方 位計測方法。
[3] 被測定物の方位および傾斜を計測するための方位傾斜計測方法において、 開口部力 深部に向力つて収束して設けられた所定の円錐形状力もなる被計測面 と円錐形状方向に支点を有する保持部を備えた被測定体の前記被計測面に向けて 変位測定器を回転可能にして設け、前記被測定体に重りを前記保持部を中にして 反対側に一体にして設け、前記保持部の周りにそれぞれ間隔を置いて同一平面配 置可能な二重の円形フレームを有し、前記保持部と内側の円形フレームと、および 内側の円形フレームと外側の円形フレームとの間に同一平面配置時に互いに直交 する回転軸を設けて前記保持部の支点を二重の円形フレームの回動中心とし、前記 被測定体を自由傾斜可能として保持することによって前記被計測面をフリーとなし、 被測定体を回転させる回転駆動源を設けて被測定体の回転静止時に常に重力方向 を指向させ、かつ被測定体の回転時に重力方向と地球自転軸に沿う方向との合体 方向を指向させ、これらの状態で前記変位測定器を前記被計測面に対して回転走 查をさせて相対する距離を測定し、測定された相対距離の変位を解析することによつ て前記被計測面の傾斜する方向と三次元傾斜角を計測することを特徴とする方位傾 斜計測方法。
[4] 被測定物の方位および傾斜を計測するための方位傾斜計測方法において、 開口部力 深部に向力つて収束して設けられた所定の円錐形状力もなる被計測面 と円錐形状方向に支点を有する保持部を備えた被測定体の前記被計測面に向けて 変位測定器を回転可能にして設け、前記被測定体に重りを前記保持部を中にして 反対側に一体にして設け、前記保持部の周りにそれぞれ間隔を置いて同一平面配 置可能な二重の円形フレームを有し、前記保持部と内側の円形フレームと、および 内側の円形フレームと外側の円形フレームとの間に同一平面配置時に互いに直交 する回転軸を設けて前記保持部の支点を二重の円形フレームの回動中心とし、前記 被測定体を自由傾斜可能として保持することによって前期被計測面をフリーとなして 計測時に常に重力方向を指向させ、この状態で前記変位測定器を前記被計測面に 対して回転走査をさせて相対する距離を測定し、測定された相対距離の変位を解析 することによって前記被計測面の三次元傾斜角を計測し、方位磁石ある 、はジャイロ スコープによって方位を計測し、両者を組み合わせることによって全方位の三次元傾 斜角を計測することを特徴とする方位傾斜計測方法。
[5] 被測定物の方位および傾斜を計測するための方位傾斜計測方法において、 開口部力 深部に向力つて収束して設けられた所定の円錐形状力もなる被計測面 と円錐形状方向に支点を有する保持部を備えた被測定体の前記被計測面に向けて 変位測定器を回転可能にして設け、前記被測定体に重りを前記保持部を中にして 反対側に一体にして設け、前記保持部の周りにそれぞれ間隔を置いて静止時に同 一平面方向に二重の円形フレームを有し、前記保持部と内側の円形フレームと、お よび内側の円形フレームと外側の円形フレームとの間に静止時に互いに同一平面上 で直交する回転軸を設けて前記保持部の支点を双方の円形フレームの回動中心と し、前記被測定体を自由傾斜可能として保持することによって前記被計測面をフリー となし、被測定体を回転させる回転駆動源を設けて被測定体の回転時に重力方向と 地球自転軸に沿う方向との合体方向を指向させ、この状態で前記変位測定器を前 記被計測面に対して回転走査をさせて相対する距離を測定し、測定された相対距離 の変位を解析することによって前記被計測面の傾斜する方向を計測し、重力傾斜計 によって三次元傾斜角を計測し、両者を組み合わせることによって全方向の三次元 傾斜角を計測することを特徴とする方位傾斜計測方法。
[6] 被測定物の傾斜を計測するための傾斜計測装置にぉ 、て、
装置本体に、開口部から深部に向かって収束して設けられた所定の円錐形状から なる被計測面と円錐形状方向に支点を有する保持部を備えた被測定体を設け、該 被測定体の前記被計測面に向けて変位測定器を回転可能にして設け、前記被測定 体に重りを前記保持部を中にして反対側に一体にして設け、前記保持部の周りにそ れぞれ間隔を置いて同一平面配置可能な二重の円形フレームを有し、前記保持部 と内側の円形フレームと、および内側の円形フレームと外側の円形フレームとの間に 同一平面配置時に互いに直交する回転軸を設けた自由傾斜体を前記装置本体に 設けて前記保持部の支点を二重の円形フレームの回動中心とし、前記被測定体を 自由傾斜可能として保持することによって前記被計測面をフリーとなして計測時に常 に重力方向を指向させ、この状態で前記変位測定器を前記被計測面に対して回転 走査をさせて相対する距離を測定し、測定された相対距離の変位を解析すること〖こ よって前記被計測面の三次元傾斜角を計測することを特徴とする傾斜計測装置。
[7] 被測定物の方位を計測するための方位計測装置にぉ 、て、
装置本体に、開口部から深部に向かって収束して設けられた所定の円錐形状から なる被計測面と円錐形状方向に支点を有する保持部を備えた被測定体を設け、該 被測定体の前記被計測面に向けて変位測定器を回転可能にして設け、前記被測定 体に重りを前記保持部を中にして反対側に一体にして設け、前記保持部の周りにそ れぞれ間隔を置いて同一平面配置可能な二重の円形フレームを有し、前記保持部 と内側の円形フレームと、および内側の円形フレームと外側の円形フレームとの間に 同一平面配置時に互いに直交する回転軸を設けた自由傾斜体を前記装置本体に 設けて前記保持部の支点を双方の円形フレームの回動中心とし、前記被測定体を 自由傾斜可能として保持することによって被計測面をフリーとなし、被測定体を回転 させる回転駆動源を設けて被測定体の回転時に重力方向と地球自転軸に沿う方向 との合体方向を指向させ、この状態で前記変位測定器を前記被計測面に対して回 転走査をさせて相対する距離を測定し、測定された相対距離の変位を解析すること によって前記被計測面の傾斜する方向を計測することを特徴とする方位計測装置。
[8] 被測定物の方位および傾斜を計測するための方位傾斜計測装置において、 装置本体に、開口部から深部に向かって収束して設けられた所定の円錐形状から なる被計測面と円錐形状方向に支点を有する保持部を備えた被測定体を設け、該 被測定体の前記被計測面に向けて変位測定器を回転可能にして設け、前記被測定 体に重りを前記保持部を中にして反対側に一体にして設け、前記保持部の周りにそ れぞれ間隔を置いて同一平面配置可能な二重の円形フレームを有し、前記保持部 と内側の円形フレームと、および内側の円形フレームと外側の円形フレームとの間に 同一平面配置時に互いに直交する回転軸を設けた自由傾斜体を前記装置本体に 設けて前記保持部の支点を二重の円形フレームの回動中心とし、前記被測定体を 自由傾斜可能として保持することによって前記被計測面をフリーとなし、被測定体を 回転させる回転駆動源を設けて被測定体の回転静止時に常に重力方向を指向させ 、かつ被測定体の回転時に重力方向と地球自転軸に沿う方向との合体方向を指向 させ、これらの状態で前記変位測定器を前記被計測面に対して回転走査をさせて相 対する距離を測定し、測定された相対距離の変位を解析することによって前記被計 測面の傾斜する方向と三次元傾斜角を計測することを特徴とする方位傾斜計測装置
[9] 被測定物の方位および傾斜を計測するための方位傾斜計測装置において、 装置本体に、開口部から深部に向かって収束して設けられた所定の円錐形状から なる被計測面と円錐形状方向に支点を有する保持部を備えた被測定体を設け、該 被測定体の前記被計測面に向けて変位測定器を回転可能にして設け、前記被測定 体に重りを前記保持部を中にして反対側に一体にして設け、前記保持部の周りにそ れぞれ間隔を置いて同一平面配置可能な二重の円形フレームを有し、前記保持部 と内側の円形フレームと、および内側の円形フレームと外側の円形フレームとの間に 同一平面配置時に互いに直交する回転軸を設けた自由傾斜体を前記装置本体に 設けて前記保持部の支点を二重の円形フレームの回動中心とし、前記被測定体を 自由傾斜可能として保持することによって前記被計測面をフリーとなして計測時に常 に重力方向を指向させ、この状態で前記変位測定器を前記被計測面に対して回転 走査をさせて相対する距離を測定し、測定された相対距離の変位を解析すること〖こ よって前記被計測面の三次元傾斜角を計測し、方位磁石ある 、はジャイロスコープ によって方位を計測し、両者を組み合わせることによって全方位の三次元傾斜角を 計測することを特徴とする方位傾斜計測装置。
[10] 被測定物の方位および傾斜を計測するための方位傾斜計測装置において、 装置本体に、開口部から深部に向かって収束して設けられた所定の円錐形状から なる被計測面と円錐形状方向に支点を有する保持部を備えた被測定体を設け、該 被測定体の前記被計測面に向けて変位測定器を回転可能にして設け、前記被測定 体に重りを前記保持部を中にして反対側に一体にして設け、前記保持部の周りにそ れぞれ間隔を置いて静止時に同一平面方向に二重の円形フレームを有し、前記保 持部と内側の円形フレームと、および内側の円形フレームと外側の円形フレームとの 間に静止時に互いに同一平面上で直交する回転軸を設けた自由傾斜体を前記装 置本体に設けて前記保持部の支点を双方の円形フレームの回動中心とし、前記被 測定体を自由傾斜可能として保持することによって前記被計測面をフリーとなし、被 測定体を回転させる回転駆動源を設けて被測定体の回転時に重力方向と地球自転 軸に沿う方向との合体方向を指向させ、この状態で前記変位測定器を前記被計測 面に対して回転走査をさせて相対する距離を測定し、測定された相対距離の変位を 解析することによって前記被計測面の傾斜する方向を計測し、重力傾斜計によって 三次元傾斜角を計測し、両者を組み合わせることによって全方向の三次元傾斜角を 計測することを特徴とする方位傾斜計測装置。
PCT/JP2004/008316 2003-06-16 2004-06-14 方位傾斜計測方法および計測装置 WO2004111573A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003170473A JP3987930B2 (ja) 2003-06-16 2003-06-16 方位傾斜計測方法および計測装置
JP2003-170473 2003-06-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004111573A1 true WO2004111573A1 (ja) 2004-12-23

Family

ID=33549425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2004/008316 WO2004111573A1 (ja) 2003-06-16 2004-06-14 方位傾斜計測方法および計測装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP3987930B2 (ja)
WO (1) WO2004111573A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9976410B2 (en) 2014-01-24 2018-05-22 Kyushu Univerisity, National University Corporation Method for measuring underground boring position and underground boring position measuring apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07167651A (ja) * 1993-12-15 1995-07-04 Hitachi Cable Ltd ハイブリッド傾斜計
JPH0814910A (ja) * 1994-06-30 1996-01-19 Mitsumi Electric Co Ltd 三次元姿勢センサ
JPH08159758A (ja) * 1994-12-09 1996-06-21 Doboku Keisoku Kenkyusho:Kk 無指向性傾斜計
JP2961145B2 (ja) * 1994-03-14 1999-10-12 工業技術院長 三次元変位測定方法及び三次元変位測定装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07167651A (ja) * 1993-12-15 1995-07-04 Hitachi Cable Ltd ハイブリッド傾斜計
JP2961145B2 (ja) * 1994-03-14 1999-10-12 工業技術院長 三次元変位測定方法及び三次元変位測定装置
JPH0814910A (ja) * 1994-06-30 1996-01-19 Mitsumi Electric Co Ltd 三次元姿勢センサ
JPH08159758A (ja) * 1994-12-09 1996-06-21 Doboku Keisoku Kenkyusho:Kk 無指向性傾斜計

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005003641A (ja) 2005-01-06
JP3987930B2 (ja) 2007-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2883019B1 (en) Inclination sensor
JP5352039B2 (ja) 形状加速度計測装置及び方法
US10550686B2 (en) Tumble gyro surveyor
JP2007263689A (ja) 外部情報を得られない環境における装置の方位計測方法
US9976408B2 (en) Navigation device and method for surveying and directing a borehole under drilling conditions
US8528220B2 (en) Six-direction indicator
JP3987930B2 (ja) 方位傾斜計測方法および計測装置
JP6485195B2 (ja) 傾斜度測定方法及び装置並びに電子機器及びプログラム
JP3852592B2 (ja) ジャイロ装置及び掘削用ジャイロ装置の使用方法
TW201024684A (en) System and method for measuring tilt using lowest degrees of freedom of accelerometer
JP2020197521A (ja) 角度測定デバイスの基準方向を判定する方法およびデバイス
JPS6126603B2 (ja)
JP6550906B2 (ja) 傾斜度測定方法及び装置並びに電子機器及びプログラム
JP2640766B2 (ja) レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置
JP2006047295A (ja) 方位計測装置
JP6477214B2 (ja) 傾斜度測定方法及び装置並びに電子機器及びプログラム
JP3826386B2 (ja) 削孔装置の削孔位置管理方法
JP2657777B2 (ja) 地盤改良機の本体管の軌跡・傾斜検出装置
AU2012318276B8 (en) Navigation device and method for surveying and directing a borehole under drilling conditions
JP2005003647A (ja) メカニカルジャイロ構造
JPH09329438A (ja) 地質不連続面の測定方法及び測定装置
JPH0666826A (ja) 全作用力方向センサ
JPH0933250A (ja) 地質不連続面の測定方法及び測定装置
JPS61176797A (ja) 孔曲がり測定装置
JPH0611348A (ja) ジャイロ装置

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase