JPH0257844B2 - - Google Patents
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- JPH0257844B2 JPH0257844B2 JP7820083A JP7820083A JPH0257844B2 JP H0257844 B2 JPH0257844 B2 JP H0257844B2 JP 7820083 A JP7820083 A JP 7820083A JP 7820083 A JP7820083 A JP 7820083A JP H0257844 B2 JPH0257844 B2 JP H0257844B2
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- light
- movable
- movable member
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
- G01C15/002—Active optical surveying means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、基準線からの被測量物体の変位、変
位角度の検出方法およびその実施時に使用される
架台に関し、特にシールド掘削機やトンネルボー
リングマシンのようなトンネル掘削機の掘進方向
の早期修正に適する、トンネル掘削機の変位、変
位角度の検出方法とその実施に供される架台に関
する。
位角度の検出方法およびその実施時に使用される
架台に関し、特にシールド掘削機やトンネルボー
リングマシンのようなトンネル掘削機の掘進方向
の早期修正に適する、トンネル掘削機の変位、変
位角度の検出方法とその実施に供される架台に関
する。
近時のトンネル施工においては、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
機の高速化および自動運転化に伴なつて施工能率
の向上が図られている。
機、トンネルボーリングマシン等のトンネル掘削
機の高速化および自動運転化に伴なつて施工能率
の向上が図られている。
ところで、トンネル掘削機の高速性を生かして
トンネルの施工能率を高めかつ施工精度を高める
には、トンネル掘削機の刻々の動きを把握してこ
れに早期の方向修正を施すことによりトンネル掘
削機が計画路線に沿つて推進するようにしなけれ
ばならない。
トンネルの施工能率を高めかつ施工精度を高める
には、トンネル掘削機の刻々の動きを把握してこ
れに早期の方向修正を施すことによりトンネル掘
削機が計画路線に沿つて推進するようにしなけれ
ばならない。
従来、巻尺やトランシツトを用いた測量によつ
て計画路線からのシールド掘削機の変位および変
位角度を検出し、これによりシールド掘削機の現
在位置を求めていた。しかし、前記従来の方法
は、トンネル掘削機を休止して測量を行わねばな
らず、しかも刻々に移動するトンネル掘削機の位
置を正確に知るには測量回数を多くしなければな
らない。このことから、トンネル掘削機の高速性
能が減殺され、また、現実的に測量回数にも限度
があり、測量を行つた後、次の測量を行うまでの
間、トンネル掘削機の動きを正確に把握すること
ができないこととなり、掘進速度の大きいトンネ
ル掘削機の蛇行量を増大させるおそれがあつた。
て計画路線からのシールド掘削機の変位および変
位角度を検出し、これによりシールド掘削機の現
在位置を求めていた。しかし、前記従来の方法
は、トンネル掘削機を休止して測量を行わねばな
らず、しかも刻々に移動するトンネル掘削機の位
置を正確に知るには測量回数を多くしなければな
らない。このことから、トンネル掘削機の高速性
能が減殺され、また、現実的に測量回数にも限度
があり、測量を行つた後、次の測量を行うまでの
間、トンネル掘削機の動きを正確に把握すること
ができないこととなり、掘進速度の大きいトンネ
ル掘削機の蛇行量を増大させるおそれがあつた。
したがつて、本発明の目的は、トンネル掘削機
のような被測量物体の進行方向を常時監視するの
に好適な、被測量物体の変位または変位角度の検
出方法およびその実施に最適な架台を提供するこ
とにある。
のような被測量物体の進行方向を常時監視するの
に好適な、被測量物体の変位または変位角度の検
出方法およびその実施に最適な架台を提供するこ
とにある。
本発明は、一端が前記基準線上の基準点上に位
置し、該基準点を通り前記基準線と直角に交わる
二つの回転軸線の回りに回転可能の可動板と該可
動板の他端に連結され、前記回転軸線と平行に移
動可能の可動部材とを有する架台の前記可動板
に、発光器および光波距離計を備える光学装置を
前記基準点と反対の方向へ向けて設置し、かつ半
透光性のターゲツトと、該ターゲツトに向けられ
かつ受像機に接続された撮像手段と、前記ターゲ
ツトと同一面にありこれと並んで配置された反射
鏡とを備える受光装置を前記被測量物体に設置し
た後、前記光学装置が前記基準線上に位置するよ
うに前記可動板を回転させ、次いで前記発光器か
ら発射された光が前記ターゲツトに入射しかつ前
記光波距離計から発射された光が前記反射鏡で反
射されて再び前記光波距離計に戻るように前記可
動板を回転させ、このときの、前記可動部材の前
記各軸線方向における前記基準線からの移動距
離、前記受像機の画面に表示される前記ターゲツ
トの中心からの前記光の入射位置の前記各軸線方
向における距離、および前記光学装置と前記反射
鏡との間の距離を、それぞれ、計測することを基
本構想とし、これらの計測値に基いて、演算によ
り、前記基準線からの被測量物体の変位を求める
ことができる。
置し、該基準点を通り前記基準線と直角に交わる
二つの回転軸線の回りに回転可能の可動板と該可
動板の他端に連結され、前記回転軸線と平行に移
動可能の可動部材とを有する架台の前記可動板
に、発光器および光波距離計を備える光学装置を
前記基準点と反対の方向へ向けて設置し、かつ半
透光性のターゲツトと、該ターゲツトに向けられ
かつ受像機に接続された撮像手段と、前記ターゲ
ツトと同一面にありこれと並んで配置された反射
鏡とを備える受光装置を前記被測量物体に設置し
た後、前記光学装置が前記基準線上に位置するよ
うに前記可動板を回転させ、次いで前記発光器か
ら発射された光が前記ターゲツトに入射しかつ前
記光波距離計から発射された光が前記反射鏡で反
射されて再び前記光波距離計に戻るように前記可
動板を回転させ、このときの、前記可動部材の前
記各軸線方向における前記基準線からの移動距
離、前記受像機の画面に表示される前記ターゲツ
トの中心からの前記光の入射位置の前記各軸線方
向における距離、および前記光学装置と前記反射
鏡との間の距離を、それぞれ、計測することを基
本構想とし、これらの計測値に基いて、演算によ
り、前記基準線からの被測量物体の変位を求める
ことができる。
また、前記被測量物体に設置されるターゲツト
を前記被測量物体の軸線上の二箇所のそれぞれに
設置しかつ撮像手段を前記軸線の下方に設置し、
または前記軸線上に該軸線上を移動可能な一組の
前記ターゲツトおよび撮像手段を設置して、前記
軸線上の各箇所において前記光の入射位置の前記
ターゲツトの中心位置からの距離を前記各回転軸
線に関して計測することにより、演算によつて前
記基準線からの被測量物体の変位および変位角度
を求めることができる。
を前記被測量物体の軸線上の二箇所のそれぞれに
設置しかつ撮像手段を前記軸線の下方に設置し、
または前記軸線上に該軸線上を移動可能な一組の
前記ターゲツトおよび撮像手段を設置して、前記
軸線上の各箇所において前記光の入射位置の前記
ターゲツトの中心位置からの距離を前記各回転軸
線に関して計測することにより、演算によつて前
記基準線からの被測量物体の変位および変位角度
を求めることができる。
さらに、基準線からの被測量物体の変位または
変位角を検出するために前記光学装置を設置する
ための前記架台は、基板と、該基板の一端部に直
立して配置された軸棒であつてその軸線の回りに
回転可能の軸棒と、前記基板の他端部に配置さ
れ、前記基板上を直線的に移動可能の第1の可動
部材と、該第1の可動部材に支持され、前記基板
の板面に対して直角な方向へ直線的に移動可能の
第2の可動部材と、前記光学装置が載置される板
状の本体および該本体内にその一端から受け入れ
られた入れ子継手を有し、前記本体の他端が前記
軸棒にその径方向に伸びるピンを介して連結され
かつ前記入れ子継手が自在継手を介して前記第2
の可動部材に連結された可動板と、前記第1およ
び第2の可動部材を駆動するための駆動機構と、
前記第1および第2の可動部材の移動量を計測す
るための手段とを備え、前記軸棒の軸線が前記基
準点を通るように配置される。
変位角を検出するために前記光学装置を設置する
ための前記架台は、基板と、該基板の一端部に直
立して配置された軸棒であつてその軸線の回りに
回転可能の軸棒と、前記基板の他端部に配置さ
れ、前記基板上を直線的に移動可能の第1の可動
部材と、該第1の可動部材に支持され、前記基板
の板面に対して直角な方向へ直線的に移動可能の
第2の可動部材と、前記光学装置が載置される板
状の本体および該本体内にその一端から受け入れ
られた入れ子継手を有し、前記本体の他端が前記
軸棒にその径方向に伸びるピンを介して連結され
かつ前記入れ子継手が自在継手を介して前記第2
の可動部材に連結された可動板と、前記第1およ
び第2の可動部材を駆動するための駆動機構と、
前記第1および第2の可動部材の移動量を計測す
るための手段とを備え、前記軸棒の軸線が前記基
準点を通るように配置される。
本発明が特徴とするところは、被測量物体をシ
ールド掘削機としたときの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。
ールド掘削機としたときの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、トンネルT内に基
準点Oを有する直線を基準線Sとして、基準点O
上に配置される架台10に後記光学装置12を設
置し、またシールド掘削機14に受光装置16を
設置する。
準点Oを有する直線を基準線Sとして、基準点O
上に配置される架台10に後記光学装置12を設
置し、またシールド掘削機14に受光装置16を
設置する。
第2図ないし第4図に示すように、架台10
は、基板18を備え、該基板は互いに厚さ方向に
間隔をおかれた一対の板体18a,18bと、該
一対の板体を連結しこれらの間隔を調整すべく、
矩形の四隅において一対の板体18a,18bに
螺合された調整ねじ18cとを有する。
は、基板18を備え、該基板は互いに厚さ方向に
間隔をおかれた一対の板体18a,18bと、該
一対の板体を連結しこれらの間隔を調整すべく、
矩形の四隅において一対の板体18a,18bに
螺合された調整ねじ18cとを有する。
基板18の長手方向における一端部には軸棒2
0が直立して配置され、上方の板体18aに固定
された軸受22に回転可能に支持されている。基
板18の他端部には、フレーム状を呈する第1の
可動部材24が、その上端および下端で、板体1
8aに固定されたフレーム26に板体18aの幅
方向へ直線的に滑動可能に支持されている。ま
た、第1の可動部材24はその上下端近傍に、軸
棒20へ向けられたフランジ部24a,24bを
有し、該フランジ部間において第1の可動部材2
4の長手方向すなわち板体18aの板面に直角な
方向に滑動可能に直方体状の第2の可動部材28
が支持されている。基板18の上方には、前記光
学装置12が載置される板状の本体30aと該本
体内にその一端から受け入れられた入れ子継手3
0bとを有する可動板30が配置されており、本
体30aの他端は軸棒20にこれを径方向に貫通
するピン31を介して連結され、他方、入れ子継
手30bは玉継手のような一対の自在継手32を
介して第2の可動部材28に連結されている。可
動板30は、後述する駆動機構によつて第1の可
動部材24がフレーム26を板体18aの幅方向
に移動しあるいは第2の可動部材28が第1の可
動部材24をその長手方向に移動するとき、入れ
子継手30bが本体30a内を長手方向へ滑動
し、本体30aが軸棒20の軸線あるいはピン3
1の軸線の回りに回転する。
0が直立して配置され、上方の板体18aに固定
された軸受22に回転可能に支持されている。基
板18の他端部には、フレーム状を呈する第1の
可動部材24が、その上端および下端で、板体1
8aに固定されたフレーム26に板体18aの幅
方向へ直線的に滑動可能に支持されている。ま
た、第1の可動部材24はその上下端近傍に、軸
棒20へ向けられたフランジ部24a,24bを
有し、該フランジ部間において第1の可動部材2
4の長手方向すなわち板体18aの板面に直角な
方向に滑動可能に直方体状の第2の可動部材28
が支持されている。基板18の上方には、前記光
学装置12が載置される板状の本体30aと該本
体内にその一端から受け入れられた入れ子継手3
0bとを有する可動板30が配置されており、本
体30aの他端は軸棒20にこれを径方向に貫通
するピン31を介して連結され、他方、入れ子継
手30bは玉継手のような一対の自在継手32を
介して第2の可動部材28に連結されている。可
動板30は、後述する駆動機構によつて第1の可
動部材24がフレーム26を板体18aの幅方向
に移動しあるいは第2の可動部材28が第1の可
動部材24をその長手方向に移動するとき、入れ
子継手30bが本体30a内を長手方向へ滑動
し、本体30aが軸棒20の軸線あるいはピン3
1の軸線の回りに回転する。
架台10を構成する前記駆動機構は、前記フレ
ーム26と、これに板体18aと平行に支承さ
れ、第1の可動部材24の側部をこれとねじ係合
して貫通しかつ板体18aの幅方向へ伸びる第1
のねじ棒34と、第1の可動部材24にそのフラ
ンジ部24a,24bで支承され、第2の可動部
材28をこれとねじ係合して貫通しかつ第1のね
じ棒34に対して直角な方向へ伸びる第2のねじ
棒36と、各ねじ棒に接続されてフレーム26お
よび第1の可動部材24のそれぞれの側部に取り
付けられたステツプモータおよびトルクモータ3
8,40とを有する。第1の可動部材24に取り
付けられたトルクモータ40は、その出力軸40
aに固定された歯車42と第2のねじ棒36の上
端部に固定された歯車44とこれらの歯車の間に
あつて双方に螺合する、フランジ部24aに設け
られた軸45に固定された歯車46を介して第2
のねじ棒36に接続されている。トルクモータ3
8を作動させることにより第1のねじ棒34が回
転し、これに伴つて第1の可動部材24がフレー
ム26をスライドする。この直線運動は自在継手
32を介して軸棒20の軸線に関する可動板30
の回転運動に変換される。また、トルクモータ4
0を作動させることにより歯車42,44,46
を介して第2のねじ棒36が回転し、これに伴つ
て第2の可動部材28が第1の可動部材24をス
ライドする。この直線運動は自在継手32を介し
てピン31の軸線に関する可動板30の回転運動
に変換される。
ーム26と、これに板体18aと平行に支承さ
れ、第1の可動部材24の側部をこれとねじ係合
して貫通しかつ板体18aの幅方向へ伸びる第1
のねじ棒34と、第1の可動部材24にそのフラ
ンジ部24a,24bで支承され、第2の可動部
材28をこれとねじ係合して貫通しかつ第1のね
じ棒34に対して直角な方向へ伸びる第2のねじ
棒36と、各ねじ棒に接続されてフレーム26お
よび第1の可動部材24のそれぞれの側部に取り
付けられたステツプモータおよびトルクモータ3
8,40とを有する。第1の可動部材24に取り
付けられたトルクモータ40は、その出力軸40
aに固定された歯車42と第2のねじ棒36の上
端部に固定された歯車44とこれらの歯車の間に
あつて双方に螺合する、フランジ部24aに設け
られた軸45に固定された歯車46を介して第2
のねじ棒36に接続されている。トルクモータ3
8を作動させることにより第1のねじ棒34が回
転し、これに伴つて第1の可動部材24がフレー
ム26をスライドする。この直線運動は自在継手
32を介して軸棒20の軸線に関する可動板30
の回転運動に変換される。また、トルクモータ4
0を作動させることにより歯車42,44,46
を介して第2のねじ棒36が回転し、これに伴つ
て第2の可動部材28が第1の可動部材24をス
ライドする。この直線運動は自在継手32を介し
てピン31の軸線に関する可動板30の回転運動
に変換される。
架台10はまた、第1および第2の可動部材2
4,28の前記直線的な移動量を測定するための
計測手段であるリニアスケールを備える。このリ
ニアスケールの一例として光電式リニアエンコー
ダがあり、これを構成する、等ピツチの格子目盛
を有する一組のガラススケールすなわちメインス
ケール(図示せず)とインデツクススケール4
8,50とが、それぞれ、第1および第2の可動
部材24,28に関して配置されている。前記メ
インスケールは、それぞれ、第1および第2の可
動部材24,28に取り付けられ、またインデツ
クススケール48,50は、それぞれ、前記メイ
ンスケールのそれぞれに対向して、板体18a上
および第1の可動部材24の側部に取り付けられ
ている。前記一組のガラススケールを挟んで、前
記メインスケールの側には光源(図示せず)が、
前記インデツクススケールの側には受光素子(図
示せず)が配置される。
4,28の前記直線的な移動量を測定するための
計測手段であるリニアスケールを備える。このリ
ニアスケールの一例として光電式リニアエンコー
ダがあり、これを構成する、等ピツチの格子目盛
を有する一組のガラススケールすなわちメインス
ケール(図示せず)とインデツクススケール4
8,50とが、それぞれ、第1および第2の可動
部材24,28に関して配置されている。前記メ
インスケールは、それぞれ、第1および第2の可
動部材24,28に取り付けられ、またインデツ
クススケール48,50は、それぞれ、前記メイ
ンスケールのそれぞれに対向して、板体18a上
および第1の可動部材24の側部に取り付けられ
ている。前記一組のガラススケールを挟んで、前
記メインスケールの側には光源(図示せず)が、
前記インデツクススケールの側には受光素子(図
示せず)が配置される。
架台10はその軸棒20の軸線が基準点Oを通
るように前記トンネル内に配置される。また、光
学装置12は、He−Neレーザ発振器のような発
光器12aと、レーザ光を発射する発信部および
該発信部から発射され対象物で反射されて戻る前
記レーザ光を受け入れる受信部を有する光波距離
計12bを備え、架台10の軸棒20と反対方向
へ向けて可動板30上に載置される。架台10ま
たは光学装置12の設置の際、可動板30が水平
となるようにすることが好ましい。このために、
板体18aと可動板30の本体30aとに、長手
方向および幅方向に沿つて水準器52,54が配
置されており、板体18aおよび可動板30の長
手方向および幅方向における傾きはこれらの水準
器を目視しながらの調整ねじ18cの螺合位置を
変えることにより調整される。
るように前記トンネル内に配置される。また、光
学装置12は、He−Neレーザ発振器のような発
光器12aと、レーザ光を発射する発信部および
該発信部から発射され対象物で反射されて戻る前
記レーザ光を受け入れる受信部を有する光波距離
計12bを備え、架台10の軸棒20と反対方向
へ向けて可動板30上に載置される。架台10ま
たは光学装置12の設置の際、可動板30が水平
となるようにすることが好ましい。このために、
板体18aと可動板30の本体30aとに、長手
方向および幅方向に沿つて水準器52,54が配
置されており、板体18aおよび可動板30の長
手方向および幅方向における傾きはこれらの水準
器を目視しながらの調整ねじ18cの螺合位置を
変えることにより調整される。
架台10を前記のように配置することにより、
可動板30は基準点Oを通り、基準線Sと直角に
交わる二つの回転軸線すなわち軸棒20およびピ
ン31の各軸線の回りに回転することができる。
また、前記回転軸線と基準線Sとは、空間を規定
する、互いに直交する三つの座標軸すなわち水平
方向へ伸びるX軸および鉛直方向へ伸びるY軸と
水平方向へ伸びるZ軸(第1図)としてそれぞれ
利用することができる。
可動板30は基準点Oを通り、基準線Sと直角に
交わる二つの回転軸線すなわち軸棒20およびピ
ン31の各軸線の回りに回転することができる。
また、前記回転軸線と基準線Sとは、空間を規定
する、互いに直交する三つの座標軸すなわち水平
方向へ伸びるX軸および鉛直方向へ伸びるY軸と
水平方向へ伸びるZ軸(第1図)としてそれぞれ
利用することができる。
他方、シールド掘削機14に設置される受光装
置16は、第5図および第6図に示すように、角
筒状のケーシング56の両端に該ケーシングの軸
線と直交してその一半に配置されたすりガラスの
ような一対のターゲツト58,60と、各ターゲ
ツトに向けてケーシング56の両端の他の一半間
に配置された一対の撮像手段、例えば一対のテレ
ビカメラ62,64と、反射面がターゲツト58
と同一にありこれと並んで位置しかつ基準点Oへ
向けられてケーシング56に固定された反射鏡6
6とを備える。テレビカメラ62,64は、それ
ぞれ、受像機(図示せず)に接続され、各ターゲ
ツトが前記受像機の画面に映し出される。反射鏡
66はこれに入射する光を入射方向と平行に反射
させることができるプリズムを有するコーナリフ
レクタ(コーナキユーブ)を用いることができ
る。受光装置16はケーシング56の軸線がシー
ルド掘削機14の軸線と平行に、好ましくはシー
ルド掘削機14の軸線と一致するように、かつ反
射鏡66の中心が前記軸棒20の軸線すなわち前
記Y軸と平行な線上にあるように設置する。な
お、反射板66は必要に応じターゲツト60の側
に配置することができる。また、後に詳述するよ
うに、基準線Sからのシールド掘削機の変位角の
検出の必要がないときには、ターゲツト60およ
びテレビカメラ64の設置を省略することができ
る。
置16は、第5図および第6図に示すように、角
筒状のケーシング56の両端に該ケーシングの軸
線と直交してその一半に配置されたすりガラスの
ような一対のターゲツト58,60と、各ターゲ
ツトに向けてケーシング56の両端の他の一半間
に配置された一対の撮像手段、例えば一対のテレ
ビカメラ62,64と、反射面がターゲツト58
と同一にありこれと並んで位置しかつ基準点Oへ
向けられてケーシング56に固定された反射鏡6
6とを備える。テレビカメラ62,64は、それ
ぞれ、受像機(図示せず)に接続され、各ターゲ
ツトが前記受像機の画面に映し出される。反射鏡
66はこれに入射する光を入射方向と平行に反射
させることができるプリズムを有するコーナリフ
レクタ(コーナキユーブ)を用いることができ
る。受光装置16はケーシング56の軸線がシー
ルド掘削機14の軸線と平行に、好ましくはシー
ルド掘削機14の軸線と一致するように、かつ反
射鏡66の中心が前記軸棒20の軸線すなわち前
記Y軸と平行な線上にあるように設置する。な
お、反射板66は必要に応じターゲツト60の側
に配置することができる。また、後に詳述するよ
うに、基準線Sからのシールド掘削機の変位角の
検出の必要がないときには、ターゲツト60およ
びテレビカメラ64の設置を省略することができ
る。
さらに、一対のターゲツトと一対のテレビカメ
ラとを設置することに代えて、第7図および第8
図に示すように、一つのターゲツト58とこれに
向けられた一台のテレビカメラ62とを、ケーシ
ング56の軸線上の二点P,Q間を移動可能のユ
ニツトにまとめてもよい。さらにすりガラスの前
記ターゲツトに代えてこれを光電変換可能の光位
置検出器として、該検出器の受光面における中心
からの前記レーザ光の入射位置を電気的に検出し
てもよい。したがつて、この場合には前記撮像手
段は不要となる。
ラとを設置することに代えて、第7図および第8
図に示すように、一つのターゲツト58とこれに
向けられた一台のテレビカメラ62とを、ケーシ
ング56の軸線上の二点P,Q間を移動可能のユ
ニツトにまとめてもよい。さらにすりガラスの前
記ターゲツトに代えてこれを光電変換可能の光位
置検出器として、該検出器の受光面における中心
からの前記レーザ光の入射位置を電気的に検出し
てもよい。したがつて、この場合には前記撮像手
段は不要となる。
架台10、光学装置12および受光装置16の
設置後、トルクモータ38,40を作動させて第
1および第2の可動部材24,28の各中心線の
交点、したがつて光学装置12の中心線、を基準
線S上に位置させる。
設置後、トルクモータ38,40を作動させて第
1および第2の可動部材24,28の各中心線の
交点、したがつて光学装置12の中心線、を基準
線S上に位置させる。
次に、光学装置12の発光器12aから発射さ
れる一条のレーザ光がターゲツト58,60を照
射するように、また光波距離計12bの発信部か
ら発射される一条のレーザ光が反射鏡66で反射
されて光波距離計12bの受信部に入射するよう
に第1の可動部材24あるいは第2の可動部材2
8を手動または自動制御により直線運動させてま
たは双方を順次に直線運動させて可動板30を介
して光学装置12を前記回転軸線の回りに回転さ
せる。
れる一条のレーザ光がターゲツト58,60を照
射するように、また光波距離計12bの発信部か
ら発射される一条のレーザ光が反射鏡66で反射
されて光波距離計12bの受信部に入射するよう
に第1の可動部材24あるいは第2の可動部材2
8を手動または自動制御により直線運動させてま
たは双方を順次に直線運動させて可動板30を介
して光学装置12を前記回転軸線の回りに回転さ
せる。
次いで、このときの基準線Sからの第1の可動
部材24あるいは第2の可動部材28または双方
の移動距離X1,Y1を前記リニアスケールで計測
する。また、前記レーザ光のターゲツト58への
入射位置の各ターゲツトの中心からの前記X軸お
よび前記Y軸に関する距離X2,Y2および前記レ
ーザ光のターゲツト60への入射位置の各ターゲ
ツトの中心からの前記X軸および前記Y軸に関す
る距離X3,Y3を前記各受像機の画面で計測す
る。この計測は、例えば、前記画面にその縦横に
交差する目盛を付しておき、これらの目盛を直接
にあるいは電気的機械的手段を介して読むことに
より行うことができる。さらに併わせて、光波距
離計12bからの射出光の位相と光波距離計12
bへの入射光の位相との位相差から光波距離計1
2bと反射鏡66との間の距離を計測する。とこ
ろで、光波距離計12bの光発射口と基準点Oと
の間の距離は予め測定しておくことができること
から、この距離と光波距離計12bによる測距値
とを加えることにより基準点Oと反射鏡66との
間の距離を知ることができ、さらに反射鏡66へ
入射するレーザ光の光路とターゲツト58へ入射
するレーザ光の光路との成す角度と、反射鏡66
の前記中心からターゲツト58の中心までの距離
とは予め知ることができるため、これらと後記距
離X1,Y1とから基準点Oと反射鏡66との間の
前記距離を補正して、基準点Oとターゲツト58
におけるレーザ光の入射箇所との間の距離L1が
算出される。
部材24あるいは第2の可動部材28または双方
の移動距離X1,Y1を前記リニアスケールで計測
する。また、前記レーザ光のターゲツト58への
入射位置の各ターゲツトの中心からの前記X軸お
よび前記Y軸に関する距離X2,Y2および前記レ
ーザ光のターゲツト60への入射位置の各ターゲ
ツトの中心からの前記X軸および前記Y軸に関す
る距離X3,Y3を前記各受像機の画面で計測す
る。この計測は、例えば、前記画面にその縦横に
交差する目盛を付しておき、これらの目盛を直接
にあるいは電気的機械的手段を介して読むことに
より行うことができる。さらに併わせて、光波距
離計12bからの射出光の位相と光波距離計12
bへの入射光の位相との位相差から光波距離計1
2bと反射鏡66との間の距離を計測する。とこ
ろで、光波距離計12bの光発射口と基準点Oと
の間の距離は予め測定しておくことができること
から、この距離と光波距離計12bによる測距値
とを加えることにより基準点Oと反射鏡66との
間の距離を知ることができ、さらに反射鏡66へ
入射するレーザ光の光路とターゲツト58へ入射
するレーザ光の光路との成す角度と、反射鏡66
の前記中心からターゲツト58の中心までの距離
とは予め知ることができるため、これらと後記距
離X1,Y1とから基準点Oと反射鏡66との間の
前記距離を補正して、基準点Oとターゲツト58
におけるレーザ光の入射箇所との間の距離L1が
算出される。
また、基準線S上における第2の可動部材28
と基準点Oとの間の距離Aおよびターゲツト5
8,60間の距離Bも予め知ることができる。
と基準点Oとの間の距離Aおよびターゲツト5
8,60間の距離Bも予め知ることができる。
一つのターゲツト58と一台のテレビカメラ6
2を移動可能のユニツトにまとめた、第7図およ
び第8図に示す例による場合は、ターゲツト58
を前記点Pまたは前記点Qのいずれか一方に位置
させておいて、光学装置12から光を発射する。
このとき、発光器12aから発射されるレーザ光
が、ターゲツト58が点Pまたは点Qのいずれの
位置にあつてもこれに入射するように、かつ光波
距離計12bの発信部から発射されるレーザ光が
反射鏡66で反射されて光波距離計12bの受信
部に入射するように可動板30を介して光学装置
12を前記例のように回転させ、ターゲツト58
を一方の点から他方の点に移動させる。ターゲツ
ト58の移動の前後において、前記したと同様に
して距離X2,Y2,X3,Y3を計測する。
2を移動可能のユニツトにまとめた、第7図およ
び第8図に示す例による場合は、ターゲツト58
を前記点Pまたは前記点Qのいずれか一方に位置
させておいて、光学装置12から光を発射する。
このとき、発光器12aから発射されるレーザ光
が、ターゲツト58が点Pまたは点Qのいずれの
位置にあつてもこれに入射するように、かつ光波
距離計12bの発信部から発射されるレーザ光が
反射鏡66で反射されて光波距離計12bの受信
部に入射するように可動板30を介して光学装置
12を前記例のように回転させ、ターゲツト58
を一方の点から他方の点に移動させる。ターゲツ
ト58の移動の前後において、前記したと同様に
して距離X2,Y2,X3,Y3を計測する。
前記計測値、前記既知の値(第5図、第6図、
第9図および第10図参照)に基き、基準線Sす
なわち前記Z軸からのシールド掘削機14の前記
X軸方向および前記Y軸方向における変位L2,
L3は、それぞれ、次の計算式,から、また
前記Z軸方向における基準点Oとシールド掘削機
14との間の距離L4は計算式から求められる。
第9図および第10図参照)に基き、基準線Sす
なわち前記Z軸からのシールド掘削機14の前記
X軸方向および前記Y軸方向における変位L2,
L3は、それぞれ、次の計算式,から、また
前記Z軸方向における基準点Oとシールド掘削機
14との間の距離L4は計算式から求められる。
L2={(L1・X1)/√2+12+12}−X2・cosα
… L3={(L1・Y1)/√2+12+12}−Y2・cosβ
… L4={(L1・A)/√2+12+12}+X2・sinα
+Y2・sinβ… 但し、αおよびβは、それぞれ、水平面におけ
るZ軸とシールド掘削機14の軸線との成す角
度、および鉛直面におけるZ軸とシールド掘削機
14の軸線との成す角度、すなわち基準線Sから
のシールド掘削機14の変位角であつて、次の計
算式,から求められる。
… L3={(L1・Y1)/√2+12+12}−Y2・cosβ
… L4={(L1・A)/√2+12+12}+X2・sinα
+Y2・sinβ… 但し、αおよびβは、それぞれ、水平面におけ
るZ軸とシールド掘削機14の軸線との成す角
度、および鉛直面におけるZ軸とシールド掘削機
14の軸線との成す角度、すなわち基準線Sから
のシールド掘削機14の変位角であつて、次の計
算式,から求められる。
α=arctan(X1/A)
+arctan{(X2−X3)/B} …
β=arctan(Y1/A)
+arctan{(Y2−Y3)/B} …
なお、シールド掘削機14の前記変位角の検出
が不要のときは、変位L2,L3は次の計算式,
から簡略に求めることができる。
が不要のときは、変位L2,L3は次の計算式,
から簡略に求めることができる。
L2=
(L1・X1/√2+12+12)−X2 …
L3=
(L1・Y1/√2+12+12)−Y2 …
したがつて、この場合は、前記したように、距
離X3,Y3を検出するためのターゲツト60およ
びテレビカメラ64の設置を省略することができ
る。また、第7図および第8図に示す例では、タ
ーゲツト58を移動させることなしに点Pに位置
させておけばよい。
離X3,Y3を検出するためのターゲツト60およ
びテレビカメラ64の設置を省略することができ
る。また、第7図および第8図に示す例では、タ
ーゲツト58を移動させることなしに点Pに位置
させておけばよい。
これらの計算は、架台10と光学装置12と受
光装置16とに伝送ライン11を介して電気的に
接続され、これら機器の間の連絡、これらの機器
の自動制御のための制御装置13により行うこと
ができる。したがつてまた、制御装置13によ
り、シールド掘削機14の移動に追随するように
架台10を作動させることができる。
光装置16とに伝送ライン11を介して電気的に
接続され、これら機器の間の連絡、これらの機器
の自動制御のための制御装置13により行うこと
ができる。したがつてまた、制御装置13によ
り、シールド掘削機14の移動に追随するように
架台10を作動させることができる。
光学装置12とシールド掘削機14との間が、
シールド掘削機14の掘進に伴つて大きく隔てら
れたとき、あるいはトンネルの湾曲のために基準
点Oからシールド掘削機14を見通すことができ
なくなつたときには、架台10および光学装置1
2をシールド掘削機14に近づけ、あるいはシー
ルド掘削機14を見通すことができる位置に移動
する。
シールド掘削機14の掘進に伴つて大きく隔てら
れたとき、あるいはトンネルの湾曲のために基準
点Oからシールド掘削機14を見通すことができ
なくなつたときには、架台10および光学装置1
2をシールド掘削機14に近づけ、あるいはシー
ルド掘削機14を見通すことができる位置に移動
する。
本発明によれば、被測量物体がトンネル掘削機
の場合、ほとんどこれを休止させることなくその
方向変位もしくは変位角度または双方を検出する
ことができる。したがつて、トンネル掘削機を常
に監視することができ、計画路線から変位した場
合でも、その方向修正を即座に行うことができ
る。また、トンネル掘削機の自動運転化にも資す
ることができる。
の場合、ほとんどこれを休止させることなくその
方向変位もしくは変位角度または双方を検出する
ことができる。したがつて、トンネル掘削機を常
に監視することができ、計画路線から変位した場
合でも、その方向修正を即座に行うことができ
る。また、トンネル掘削機の自動運転化にも資す
ることができる。
第1図は本発明に係る検出方法の概略を示す説
明図、第2図、第3図および第4図は、それぞ
れ、本発明に係る架台の正面図、平面図および右
側面図、第5図および第6図は、それぞれ、受光
装置を概略的に示す平面図および正面図、第7図
および第8図は、それぞれ、受光装置の他の例を
概略的に示す平面図および正面図、第9図および
第10図は、それぞれ、被測量物体の変位および
変位角を求めるための説明図である。 10……架台、12……光学装置、12a……
発光器、12b……光波距離計、14……被測量
物体、16……光学装置、18……基板、20…
…軸棒、24,28……第1および第2の可動部
材、26……フレーム、30……可動板、30a
……本体、30b……入れ子継手、32……自在
継手、34,36……第1および第2のねじ棒、
38,40……トルクモータ、48,50……イ
ンデツクススケール、58,60……ターゲツ
ト、62,64……テレビカメラ、66……反射
鏡、O……基準点、S……基準線。
明図、第2図、第3図および第4図は、それぞ
れ、本発明に係る架台の正面図、平面図および右
側面図、第5図および第6図は、それぞれ、受光
装置を概略的に示す平面図および正面図、第7図
および第8図は、それぞれ、受光装置の他の例を
概略的に示す平面図および正面図、第9図および
第10図は、それぞれ、被測量物体の変位および
変位角を求めるための説明図である。 10……架台、12……光学装置、12a……
発光器、12b……光波距離計、14……被測量
物体、16……光学装置、18……基板、20…
…軸棒、24,28……第1および第2の可動部
材、26……フレーム、30……可動板、30a
……本体、30b……入れ子継手、32……自在
継手、34,36……第1および第2のねじ棒、
38,40……トルクモータ、48,50……イ
ンデツクススケール、58,60……ターゲツ
ト、62,64……テレビカメラ、66……反射
鏡、O……基準点、S……基準線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 基準線からの被測量物体の変位を検出する方
法であつて、一端が前記基準線上の基準点に位置
し、該基準点を通り前記基準線と直角に交わる二
つの回転軸線の回りに回転可能の可動板と該可動
板の他端に連結され、前記回転軸線と平行に移動
可能の可動部材とを有する架台の前記可動板に、
発光器および光波距離計を備える光学装置を前記
基準点と反対の方向へ向けて設置し、半透光性の
ターゲツトと、該ターゲツトに向けられかつ受像
機に接続された撮像手段と、前記ターゲツトと同
一面にありこれと並んで配置された反射鏡とを備
える受光装置を前記被測量物体に設置すること、
その後、前記光学装置が前記基準線上に位置する
ように前記可動板を回転させ、次いで前記発光器
から発射された光が前記ターゲツトに入射しかつ
前記光波距離計から発射された光が前記反射鏡で
反射されて再び前記光波距離計に戻るように前記
可動板を回転させること、このときの、前記可動
部材の前記各軸線方向における前記基準線からの
移動距離、前記受像機の画面に表示される前記タ
ーゲツトの中心からの前記光の入射位置の前記各
軸線方向における距離、および前記光学装置と前
記反射鏡との間の距離を、それぞれ、計測するこ
とを含む、被測量物体の変位検出方法。 2 基準線からの被測量物体の変位角を検出する
方法であつて、一端が前記基準線上の基準点に位
置し、該基準点を通り前記基準線と直角に交わる
二つの回転軸線の回りに回転可能の可動板と該可
動板の他端に接続され、前記回転軸線と平行に移
動可能の可動部材とを有する架台の前記可動板
に、発光器および光波距離計を備える光学装置を
前記基準点と反対の方向へ向けて設置し、前記被
測量物体の軸線上に間隔をおいて配置された一対
の半透光性のターゲツトと、各ターゲツトに向け
られかつそれぞれが受像機に接続された一対の撮
像手段と、前記一対のターゲツトのいずれか一方
と同一面にありこれと並んでかつ前記基準点へ向
けて配置された反射鏡とを備える受光装置を前記
被測量物体に設置すること、その後、前記光学装
置が前記基準線上に位置するように前記可動板を
回転させ、次いで前記発光器から発射された光が
一方のターゲツトを経て他方のターゲツトに入射
しかつ前記光波距離計から発射された光が前記反
射鏡で反射されて再び前記光波距離計に戻るよう
に前記可動板を回転させること、このときの、前
記可動部材の前記各軸線方向における前記基準線
からの移動距離、前記受像機の画面に表示される
前記ターゲツトの中心からの前記光の入射位置の
前記各軸線方向における距離、および前記光学装
置と前記反射鏡との間の距離を、それぞれ、計測
することを含む、被測量物体の変位角検出方法。 3 基準線からの被測量物体の変位角を検出する
方法であつて、一端が前記基準線上の基準点に位
置し、該基準点を通り前記基準線と直角に交わる
二つの回転軸線の回りに回転可能の可動板と該可
動板の他端に接続され、前記回転軸線と平行に移
動可能の可動部材とを有する架台の前記可動板
に、発光器および光波距離計を備える光学装置を
前記基準点と反対の方向へ向けて設置し、前記被
測量物体の軸線上に配置され該軸線上の二つの点
の間を移動可能の、半透光性のターゲツトおよび
該ターゲツトに向けられかつ受像機に接続された
撮像手段と、前記二つの点のいずれか一方の側に
位置し、前記ターゲツトと同一面にありこれと並
んでかつ前記基準点へ向けて配置された反射鏡と
を備える受光装置を前記被測量物体に設置するこ
と、その後、前記光学装置が前記基準線上に位置
するように前記可動板を回転させ、次いで前記発
光器から発射された光が前記各点の位置における
前記ターゲツトに入射可能にかつ前記光波距離計
から発射された光が前記反射鏡で反射されて再び
前記光波距離計に戻るように前記可動板を回転さ
せること、次いで前記可動部材の前記各軸線方向
における前記基準線からの移動距離、前記受像機
の画面に描き出される前記二つの点の一方におけ
る前記ターゲツトの中心からの前記光の入射位置
の前記各軸線方向における距離、および前記光学
装置と前記反射鏡との間の距離を、それぞれ、計
測すること、これらの計測に先だちまたはその後
に前記ターゲツトおよび前記撮像手段を前記二つ
の点の一方から他方に移動させ、前記受像機の画
面に表示される前記二つの点の他方における前記
ターゲツトの中心からの前記光の入射位置の前記
各軸線方向における距離を計測することを含む、
被測量物体の変位角検出方法。 4 基準線からの被測量物体の変位または変位角
を検出するために発光器および光波距離計を有す
る光学装置を設置するための架台であつて、基板
と、該基板の一端部に直立して配置された軸棒で
あつてその軸線の回りに回転可能の軸棒と、前記
基板の他端部に配置され、前記基板上を直線的に
移動可能の第1の可動部材と、該第1の可動部材
に支持され、前記基板の板面に対して直角な方向
へ直線的に移動可能の第2の可動部材と、前記光
学装置が載置される板状の本体および該本体内に
その一端から受け入れられた入れ子継手を有し、
前記本体の他端が前記軸棒にその径方向に伸びる
ピンを介して連結されかつ前記入れ子継手が自在
継手を介して前記第2の可動部材に連結された可
動板と、前記第1および第2の可動部材を駆動す
るための駆動機構と、前記第1および第2の可動
部材の移動量を計測するための手段とを含む、架
台。 5 前記駆動機構は、前記可動板に固定されかつ
前記第1の可動部材が滑動可能に嵌め込まれたフ
レームと、該フレームに前記基板と平行に支承さ
れた第1のねじ棒であつて前記第1の可動部材と
ねじ係合して貫通する第1のねじ棒と、前記第1
の可動部材に支承され、前記第1のねじ棒に対し
て直角な方向へ伸びる第2のねじ棒であつて前記
第2の可動部材とねじ係合して貫通する第2のね
じ棒と、各ねじ棒に接続されたモータとを有す
る、特許請求の範囲第4項の架台。 6 前記計測手段は、前記第1および第2の可動
部材のそれぞれに取り付けられたメインスケール
と各メインスケールに対向して前記基板および前
記第1の可動部材に取り付けられたインデツクス
スケールとを有するリニアスケールからなる、特
許請求の範囲第4項の架台。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7820083A JPS59203914A (ja) | 1983-05-06 | 1983-05-06 | 被測量物体の変位、変位角度の検出方法および架台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7820083A JPS59203914A (ja) | 1983-05-06 | 1983-05-06 | 被測量物体の変位、変位角度の検出方法および架台 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59203914A JPS59203914A (ja) | 1984-11-19 |
| JPH0257844B2 true JPH0257844B2 (ja) | 1990-12-06 |
Family
ID=13655366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7820083A Granted JPS59203914A (ja) | 1983-05-06 | 1983-05-06 | 被測量物体の変位、変位角度の検出方法および架台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59203914A (ja) |
-
1983
- 1983-05-06 JP JP7820083A patent/JPS59203914A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59203914A (ja) | 1984-11-19 |
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