JPH02201216A - 孔曲り計測装置 - 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、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。

〔従来の技術〕

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

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。

〔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。

〔実施例〕

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

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
。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　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。