JPH02201216A - Measuring apparatus for hole bend - Google Patents

Measuring apparatus for hole bend

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JPH02201216A
JPH02201216A JP2198689A JP2198689A JPH02201216A JP H02201216 A JPH02201216 A JP H02201216A JP 2198689 A JP2198689 A JP 2198689A JP 2198689 A JP2198689 A JP 2198689A JP H02201216 A JPH02201216 A JP H02201216A
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JP
Japan
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section
value
output
measured
inclination
Prior art date
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Pending
Application number
JP2198689A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuteru Sato
一輝 佐藤
Tsurashi Yamamoto
山本 貫志
Yasuo Takada
高田 泰雄
Fuyuki Hane
冬希 羽根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokyo Keiki Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02201216A publication Critical patent/JPH02201216A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable accurate measurement of an angle of inclination by subtracting a set value from a correction value setting section from an inclination angle signal from a sensor section to the output of an angle of inclination of a hole to be measured. CONSTITUTION:A digital signal being fed from a sensor section is received with a transmitting/receiving section 41, an output of which is sent to a computing/controlling section 43. In the setting of an correction value of a bias value of an accelerometer, both heights at the tip and the rear end of a signal converting section 19 are measured to calculate an angle of inclination of the sensor section from a difference between the heights and a distance between both measuring positions. An output value of the computing/controlling section 43 is outputted to determine the output value and a measured value and then, a value of the difference is set with a correction value setting section 45. The value set is read out with the computing/controlling section 43 to be subtracted from a digital value of an inclination signal from the accelerator fed from the sensor section ad the resulting output value is displayed or printed out with an output section 44. Thus, an highly accurate angle of inclination can be measured.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、土木工事等で使用される小口径の孔の三次元
的位置を計測するための孔曲り計測装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a hole bending measuring device for measuring the three-dimensional position of a small-diameter hole used in civil engineering work and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

土木工事等で施工される各種の穴掘削工事においては、
水道、電気、ガス、下水等に使用される比較的小さな口
径の穴から、地下鉄、トンネル等に代表される大口径の
穴まで各種の口径の大工事が施工されている。これらの
各種穴掘削工事においては、障害物、岩盤等の理由で、
水平面内の直線状の穴以外に種々の曲りを有する穴の要
求も多く、その掘削した穴の位置の三次元的把握はきわ
めて重要な課題である。
In various hole drilling works carried out in civil engineering works, etc.,
BACKGROUND OF THE INVENTION Large-scale construction works of various diameters are being constructed, from relatively small diameter holes used for water, electricity, gas, sewage, etc. to large diameter holes typified by subways, tunnels, etc. During these various hole drilling operations, due to obstacles, bedrock, etc.
There are many demands for holes with various curves in addition to straight holes in the horizontal plane, and three-dimensional understanding of the position of the drilled hole is an extremely important issue.

従来、大口径の穴掘削にあたっては、人間による測量に
よりその位置を計測し、穴掘削機械の方位、姿勢の修正
を行い、穴掘削を進めるという工法を行っていた。近年
の機械の自動化により、最新式の穴掘削機械では、ジャ
イロコンパス及び傾斜計を穴掘削機械に取付け、ジャイ
ロコンパスからの方位角と、距離、ロール角及びピッチ
角の計測により、時々刻々の穴掘削機械の位置を知り、
その計画コースに対してのずれを自動的に修正する機能
を有している。
Conventionally, when drilling large-diameter holes, the method used was to measure the location by human surveying, adjust the direction and posture of the drilling machine, and proceed with drilling. Due to recent machine automation, the latest hole drilling machines are equipped with a gyro compass and inclinometer, and measure the azimuth angle, distance, roll angle, and pitch angle from the gyro compass, so that the hole drilling machine can be drilled from time to time. Know the location of excavation equipment,
It has a function to automatically correct deviations from the planned course.

しかしながら、これらの穴の掘削機械の自動化は、大口
径シールドマシンのみであり、口径が10cm以下の小
口径の穴にいたっては、その計測すら不可能な場合が多
かった。たとえば、直進の穴であれば、先端に複数個の
発光源を等間隔で直線的に配置したセンサを被測定穴に
挿入し、その発光源が、穴入口からいくつに見えるかに
よって、穴の曲り角度を計測する方法があった。しかし
ながら、穴が大きく曲がった場合には、この方法では発
光源が見えなくなり、計測不能であった。
However, automation of drilling machines for these holes is limited to large-diameter shield machines, and it is often impossible to even measure small-diameter holes with a diameter of 10 cm or less. For example, in the case of a straight hole, a sensor with multiple light emitting sources arranged linearly at equal intervals at the tip is inserted into the hole to be measured, and depending on how far the light emitting sources are visible from the hole entrance, There was a way to measure the bending angle. However, if the hole was significantly bent, the light source could not be seen using this method, making it impossible to measure.

また、別の方法としては、第2図及び第3図に示すフリ
ージャイロと傾斜計とを用いた孔曲り計測側装置がある
Another method is a hole bending measuring device using a free gyro and an inclinometer as shown in FIGS. 2 and 3.

第2図はこの従来の孔曲り計測装置の概略を示す。第2
図に於て、(1)は被測定孔の方位角及び傾斜角を計測
するセンサ部であり、これは、耐水圧容器内にジャイロ
加速度計等の各種センサが収容されて構成されている。
FIG. 2 shows an outline of this conventional hole bending measuring device. Second
In the figure, (1) is a sensor unit that measures the azimuth and inclination angle of the hole to be measured, and this is configured by housing various sensors such as a gyro accelerometer in a water pressure container.

この耐水圧容器に内蔵された各種センサからの信号は、
コネクダ(2)及び長距離ケーブル(3)(たとえば5
00mの長さ)を介して表示・操作部(4)に転送され
、ここで、各センサの出力値を表示するシステムとなっ
ている。尚、第2図に於て、(SW)は装置のオンオフ
スイッチを示す。
Signals from various sensors built into this water pressure container are
Connector (2) and long distance cable (3) (e.g. 5
00m long) to the display/operation unit (4), where the system displays the output values of each sensor. In FIG. 2, (SW) indicates an on/off switch of the device.

ところで、第2図に示す耐水圧容器内のセンサ部(1)
の内部は、第3図に示す如き構成である。尚、第2図の
センサ部(1)の入力軸(Z−Z’)方向は、第3図の
(Z−Z’)方向と一致している。
By the way, the sensor section (1) inside the water pressure container shown in Fig. 2
The internal structure is as shown in FIG. The input axis (Z-Z') direction of the sensor section (1) in FIG. 2 coincides with the (Z-Z') direction in FIG. 3.

第3図に於て、(5)は、耐水圧容器に固定されている
2自由度を有するフリージャイロであり、その入力軸は
、(Z−Z’)方向及び(Y−Y’)方向(鉛直方向)
に設定され、センサ部(1)の(Z−Z’)軸及び(Y
−Y’)軸方向の旋回角を計測している。また、(10
)はプラットホームで、このプラットホーム(10)上
に、2個の加速度計(11)、 (12)が、その一方
(12)の入力軸は(Y−Y’)及び(Z−Z’) (
7)両輪に垂直な(X−X’)軸方向に、他方(11)
の入力軸は(Z−Z’)軸方向となるように設置されて
いる。このプラットホーム(10)は、耐水圧容器に固
定された2個の軸受(6)、 (7)で軸支された2本
の軸(8)、 (9)により(Z−Z’)方向のまわり
に回転可能になっている。
In Fig. 3, (5) is a free gyro with two degrees of freedom that is fixed to a water pressure vessel, and its input axis is in the (Z-Z') direction and the (Y-Y') direction. (vertical direction)
is set, and the (Z-Z') axis and (Y
-Y') The turning angle in the axial direction is being measured. Also, (10
) is a platform, and on this platform (10), there are two accelerometers (11) and (12), and the input axis of one (12) is (Y-Y') and (Z-Z') (
7) In the (X-X') axis direction perpendicular to both wheels, the other (11)
The input shaft of is installed so as to be in the (Z-Z') axis direction. This platform (10) is rotated in the (Z-Z') direction by two shafts (8) and (9) supported by two bearings (6) and (7) fixed to a water pressure vessel. It can be rotated around.

プラットホーム(10)の(X−X’)方向の傾斜角を
計測する加速度計(12)よりの信号を、サーボアンプ
(15)を介してサーボモータ(14)に供給し、これ
を駆動し、歯車列(13)を介して軸(9)を回転し、
プラットホーム(lO)が(X−X’)軸方向に関し、
常に一定姿勢となるように、これを制御する。従って、
プラットホーム(10)上にその(Z−Z’)方向を入
力軸として取付けた加速度計(11)は、プラットホー
ム(10)の(Z−Z’)軸方向を含む水平面内からの
傾斜角を計測することになる。この加速度計(11)の
出力信号は、スリップリング(図示せず)及び、ローパ
スフィルタ(16)を介して、A/D変換器(17)へ
供給され、これによりデジタル信号に変換される。
A signal from an accelerometer (12) that measures the inclination angle of the platform (10) in the (X-X') direction is supplied to a servo motor (14) via a servo amplifier (15) to drive it; rotating the shaft (9) via the gear train (13);
The platform (lO) is in the (X-X') axis direction,
This is controlled so that the posture is always constant. Therefore,
The accelerometer (11) installed on the platform (10) with its (Z-Z') direction as the input axis measures the inclination angle from within the horizontal plane including the (Z-Z') axis direction of the platform (10). I will do it. The output signal of this accelerometer (11) is supplied to an A/D converter (17) via a slip ring (not shown) and a low-pass filter (16), thereby converting it into a digital signal.

一方、フリージャイロ(5)の(Y−Y’)方向まわり
の方位角信号を、A/D変換器(18)によりデジタル
信号に変換する。両A/D変換器(17)、 (18)
の出力デジタル信号を、信号変換部(19)により信号
に変換し、これをセンサ部(1)の出力として、第り図
に示す表示・操作部(4)に転送する。
On the other hand, the azimuth signal around the (Y-Y') direction of the free gyro (5) is converted into a digital signal by the A/D converter (18). Both A/D converters (17), (18)
The output digital signal is converted into a signal by a signal conversion section (19), and this is transferred as an output of the sensor section (1) to a display/operation section (4) shown in FIG.

このように構成されたセンサ部(1)を被測定孔に挿入
し、静止させると、第4図に示すように、センサ部(1
)の挿入前の被測定孔の位置を原点0とし、xoy面を
水平面とする直角座標系において、P点が、被測定孔内
のセンサ部(1)の現在の位置であるとすると、原点0
とP点の水平面上の投影点P′とを結ぶ直線百丁′とX
軸とのなす角Φ及び水平面内の直線百丁′からOPとの
なす角θが、フリージャイロ(5)の出力信号及び加速
度計(11)の傾斜角信号として計測されることになる
。このため、表示・操作部(4)よりセンサ部(1)ま
でのケーブル(3)の長さより直線OPの長さ!を測定
すると、P点の位置(ΔX、Δy、Δ2)は、 Δx=l−cosθ’  cosΦ−・・・・(1)Δ
y=j2−cosθ・ sinΦ、・・・・・・ (2
)Δz=f−sinθ     ・・・・・・(3)と
表わすことができる。従って、センサ部(1)を被測定
孔内で順次送っていき、式(1)〜(3)より得た各値
をそれぞれ加え合せていくと、被測定孔の位置を計測す
ることができる。
When the sensor part (1) configured in this way is inserted into the hole to be measured and kept stationary, the sensor part (1)
) in a rectangular coordinate system in which the position of the hole to be measured before insertion is the origin 0 and the xoy plane is the horizontal plane, and if point P is the current position of the sensor part (1) in the hole to be measured, then the origin 0
and the straight line 100' that connects the projected point P' on the horizontal plane of point P and X
The angle Φ with the axis and the angle θ with OP from the straight line 100' in the horizontal plane are measured as the output signal of the free gyro (5) and the inclination angle signal of the accelerometer (11). Therefore, the length of the straight line OP is longer than the length of the cable (3) from the display/operation section (4) to the sensor section (1)! When measuring, the position of point P (ΔX, Δy, Δ2) is Δx=l−cosθ' cosΦ−・・・(1)Δ
y=j2-cosθ・sinΦ,... (2
) Δz=f−sinθ (3). Therefore, the position of the hole to be measured can be measured by sequentially moving the sensor section (1) inside the hole to be measured and adding together the values obtained from equations (1) to (3). .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、かかる従来の小口径用の孔曲り計測装置
にあっては、傾斜角を計測する加速度計の出力値が温度
によって変動し、正確な傾斜角を測定することができな
かった。
However, in such conventional hole bending measuring devices for small diameter holes, the output value of the accelerometer that measures the inclination angle fluctuates depending on the temperature, making it impossible to accurately measure the inclination angle.

本発明は上記課題に鑑みなれたもので、上記課題を解決
した孔曲り計測装置を提供せんとするものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a hole bending measuring device that solves the above problems.

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明による孔
曲り計測装置は、表示・操作部(4)に、加速度計のバ
イアス値補正用のディジタルスイッチ等より成る補正値
設定部(45)を設け、これよりこの設定値を加速度計
の使用環境に応じて変更させることにより、加速度計(
11)の出力からその使用環境に於ける定常的なバイア
ス値を差し引き、使用環境に影響されない正確な傾斜角
を得るものである。
[Means and effects for solving the problem] The hole bending measuring device according to the present invention includes a correction value setting section (45) consisting of a digital switch for correcting the bias value of the accelerometer, etc. in the display/operation section (4). The accelerometer (
By subtracting the steady bias value in the usage environment from the output of step 11), an accurate tilt angle that is not affected by the usage environment is obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図を用いて説明すること
にする。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be explained using FIG. 1.

第1図は、本発明の表示・操作部(4)を示すブロック
図である。尚、本発明の他の構成は、図示せずも第2及
び第3図に示した従来例と全く同一である。
FIG. 1 is a block diagram showing the display/operation section (4) of the present invention. The other configurations of the present invention, although not shown, are completely the same as the conventional example shown in FIGS. 2 and 3.

即ち、第2図及び第3図に示すように、加速度計(11
)の出力信号は、センサ部(1)の信号変換部(19)
よりディジタル信号として、ケーブル(3)を経由して
表示・操作部(4)に送られてくる。
That is, as shown in FIGS. 2 and 3, an accelerometer (11
) is output from the signal converter (19) of the sensor unit (1).
The signal is then sent as a digital signal to the display/operation section (4) via the cable (3).

本発明では、第1図に示す如く、ケーブル(3)を介し
てセンサ部(1)、即ち信号変換部(19)より送られ
て来るディジタル信号を表示・操作部(4)の送受信部
(41)で受信し、その出力を演算・制御部(43)に
送る。(45)は加速度計(11)のバイアス値補正用
の値を設定するための補正値設定部であり、ディジタル
スイッチ等で構成される。この補正値の設定はたとえば
センサ部(1)を動かないように固定した後、センサ部
(1)の先端及び後端の両高さを、トランジットを同一
水平面内で回動して測定し、その高さの差と、両側定位
置間の距離とから、センサ部(1)の傾斜角を算出する
。また、演算・制御部(43)の出力値を、出力部(4
4)に表示、もしくはプリントアウトさせ、出力部(4
4)の出力値と上記測定値との差を求める。この差の値
を補正値設定部(45)で設定する。
In the present invention, as shown in FIG. 1, the digital signal sent from the sensor section (1), that is, the signal conversion section (19) via the cable (3) is transmitted to the transmitting/receiving section of the display/operating section (4). 41) and sends its output to the calculation/control unit (43). (45) is a correction value setting unit for setting a value for bias value correction of the accelerometer (11), and is composed of a digital switch and the like. To set this correction value, for example, after fixing the sensor section (1) so that it does not move, measure the heights of both the tip and rear ends of the sensor section (1) by rotating the transit within the same horizontal plane. The inclination angle of the sensor section (1) is calculated from the difference in height and the distance between the fixed positions on both sides. In addition, the output value of the calculation/control unit (43) is transmitted to the output unit (43).
4) or print it out, and print it out on the output section (4).
4) Find the difference between the output value and the above measured value. The value of this difference is set by a correction value setting section (45).

補正値設定部(45)で設定された値は、演算・制御部
(43)で読み取られ、センサ部(1)より送られる加
速度計(11)よりの傾斜角信号のディジタル値より減
算され、その出力値が出力部(44)で表示、またはプ
リントアウトされる。このようにすると、孔曲り計測装
置を使用する環境条件が広くなり、たとえ極寒地であっ
ても、暑い地方でも、加速度計(11)のバイアス温度
感度に影響されることなく、正しく傾斜角を計測するこ
とができる。なお、操作部(42)はセンサ部(1)の
起動、停止、計測開始スイッチ、及びプリントアウト命
令等の操作スイッチ部である。
The value set by the correction value setting section (45) is read by the calculation/control section (43) and subtracted from the digital value of the tilt angle signal from the accelerometer (11) sent from the sensor section (1). The output value is displayed or printed out at the output section (44). In this way, the environmental conditions in which the hole bending measuring device can be used are widened, and the inclination angle can be determined correctly even in extremely cold or hot regions without being affected by the bias temperature sensitivity of the accelerometer (11). It can be measured. The operation section (42) is an operation switch section for starting and stopping the sensor section (1), a measurement start switch, a printout command, and the like.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、計測する環境温度に関係なく、安価な
加速度計で高精度な傾斜角を計測することができ、また
加速度針の較正が実際の工事現場で簡単に行える等の利
点を有している。
According to the present invention, the inclination angle can be measured with high accuracy using an inexpensive accelerometer regardless of the environmental temperature being measured, and the acceleration needle can be easily calibrated at the actual construction site. are doing.

また、計画掘削孔が固定的に傾斜がある場合、掘削後の
孔の傾斜角の測定において、本発明の傾斜角の補正値設
定部から固定的な傾斜角を用いると、出力部からの出力
は工事における孔の傾斜誤差を表わすことになるから、
データ解析が不要となり、工事状況の把握が容易となる
In addition, when the planned drilling hole has a fixed inclination, if a fixed inclination angle is used from the inclination angle correction value setting unit of the present invention in measuring the inclination angle of the hole after excavation, the output from the output unit represents the inclination error of the hole during construction, so
Data analysis becomes unnecessary, making it easier to understand the construction status.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の表示・操作部のブロック図、第2図は
従来の孔曲り計測装置の構成図、第3図は従来の装置の
センサ部の主要部の斜視図、第4図は従来の装置の動作
の説明に供する路線図である。 図に於て、(1)はセンサ部、(4)は表示・操作部、
(41)は送受信部、(42)は操作部、(43)は演
算・制御部、(44)は出力部、(45)は補正値設定
部を夫々示す。
Fig. 1 is a block diagram of the display/operation section of the present invention, Fig. 2 is a configuration diagram of a conventional hole bending measuring device, Fig. 3 is a perspective view of the main part of the sensor section of the conventional device, and Fig. 4 is a block diagram of the display/operation section of the present invention. FIG. 2 is a route map for explaining the operation of a conventional device. In the figure, (1) is the sensor section, (4) is the display/operation section,
(41) is a transmitting/receiving section, (42) is an operating section, (43) is an arithmetic/control section, (44) is an output section, and (45) is a correction value setting section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  被測定孔の方位角及び傾斜角を測定するセンサ部と、
該センサ部の信号を伝送する接続ケーブルと、上記セン
サ部の信号を送受・制御・表示する表示・操作部とより
成る方位角及び傾斜角測定装置を有し、上記表示・操作
部に傾斜角の補正値設定部を設け、上記センサ部よりの
傾斜角信号から、上記補正値設定部よりの設定値を減算
して被測定孔の傾斜角を出力するようになしたことを特
徴とする孔曲り計測装置。
a sensor unit that measures the azimuth and inclination angle of the hole to be measured;
It has an azimuth and inclination angle measuring device consisting of a connection cable that transmits the signal of the sensor section, and a display/operation section that transmits, receives, controls, and displays the signal of the sensor section. A correction value setting section is provided, and the set value from the correction value setting section is subtracted from the inclination angle signal from the sensor section to output the inclination angle of the hole to be measured. Bending measurement device.
JP2198689A 1989-01-31 1989-01-31 Measuring apparatus for hole bend Pending JPH02201216A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60123715A (en) * 1983-12-09 1985-07-02 Nippon Kokan Kk <Nkk> Horizontal pipe bend measurement method and measurement probe

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