JPH0552564A - 掘進方向制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価で方向修正精度の高い掘進方向制御装置
を提供する。 【構成】 掘進計画線に沿ってレーザビームＬを照射す
るレーザ発振器２１Ａと、前記レーザビームＬを受光し
てこの受光したレーザスポットＬｓの位置により掘進方
向のずれを検出する位置検出センサ２２Ａを備えた位置
ずれ検出手段Ａと、先導管２の回転角いわゆるローリン
グ値を検出する傾斜計３１と、前記位置ずれ検出手段Ａ
によって検出される位置ずれ量と前記ローリング値とか
ら実際の先導管先端部３の位置ずれ量を検出する実ずれ
量検出手段Ｂと、この実ずれ量検出手段Ｂからの方向修
正信号出力に応じて前記先導管先端部３の掘進方向を修
正する方向修正手段Ｃとを備え、前記位置検出センサ２
２Ａとして直交する２層の分光部材４１，４２と受光ラ
インセンサ４４，４５とから成る受光センサＳを用いる
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、上下水管や配線，配
管ダクトなどを布設する横穴を自動掘削する掘削機の掘
削方向の制御を行う掘進方向制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来は、先端にオーガが装備された先導
管の後部に受光用のターゲットを取り付けて、このター
ゲットに数十メートル離れた後方から掘進計画線に沿っ
て投射されるレーザ光を当て、ターゲット上に映るレー
ザスポットを観察者がトランシットにより計測して、先
端ずれが生じた場合に、その計測結果を掘削機の操作者
に通報して掘進方向の修正を行っていた。

【０００３】また、最近では、掘進方向の自動制御装置
として、特開昭５７−７７７９５号公報に開示された
「掘削機用掘削方向制御装置」および特開昭６１−１３
４４９５号公報に開示された「自動掘進方向制御方法」
などがある。

【０００４】以下に、この一例を図３の掘進方向制御装
置の方向制御ブロック図および図４の受光素子の構成平
面図に示す。図３および図４において、１は掘進方向制
御装置、２は先導管、３は先端にオーガ４が装備された
先導管２の先端部であり、５はオーガ４が掘削した土砂
を排出するスクリューコンベア、６は掘進方向修正用の
油圧シリンダである。また、２１はレーザ発振器（レー
ザトランシット）、２２は受光部、２３は受光部２２か
らの信号を送信する信号伝送部、２４は信号処理部、２
５は表示部、２６は記録計、２７は警報器、２８は方向
修正用油圧切換弁である。２９は従来装置と同様の方向
修正機構であり、複数の油圧シリンダ６で構成されてい
る。２２１はマトリックス状に配列された受光部２２の
受光素子である。

【０００５】以上の構成において動作を説明する。レー
ザ発振器２１から掘進計画線に沿って照射されたレーザ
ビームＬが受光部２２に入射し、この入射位置に配列さ
れた１個または複数個の受光素子２２１が動作する。こ
の受光部２２からの信号は信号伝送部２３に伝送され
る。この信号伝送部２３は受光素子２２１を１個づつ走
査し、どの座標位置の受光素子２２１がレーザビームＬ
を受光しているかを検知して、これを受光位置信号に変
調し、マイクロコンピュータからなる信号処理部２４に
送信する。この信号が信号処理部２４で処理されて、受
光部２２と同一形状の表示面を有する表示部２５上に位
置表示すると同時に記録計２６に受光位置が記録され
る。先導管２が警戒すべき領域まで位置ずれしたときは
警報器２７が動作して警報する。

【０００６】また、信号処理部２４から方向修正信号が
出力されると方向修正用油圧切換弁２８が動作して方向
修正機構２９すなわち複数の油圧シリンダー６が操作さ
れて先導管先端部３の方向を修正することにより掘進方
向が自動的に修正される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来は、以上のように
して掘進方向の制御が行われているので、人力による掘
進方向制御においては、掘進方向制御装置を操作する要
員と、掘進方向の位置ずれをチェックする要員とが別人
であり、従って、位置ずれをチェックする観測要員と掘
進方向制御装置を操作して方向修正を行う要員の２名の
熟練者が必要であり、また、ターゲットからの観測距離
が数十メートル離れる場合があり、従って、観測精度が
悪くなる。

【０００８】更に、観測者と操作者間の修正タイミング
の連絡調整が難しくかつ、観測者は姿勢を曲げて観測す
るため疲労が激しいなどの難点があった。

【０００９】また、公報に開示された前者の例の場合
は、先導管先端部に取り付けられてレーザ発振器から送
出されるレーザビームを受ける多数の受光素子がマトリ
ックス状に配置された受光部に特徴があるが、唯単に受
光素子をマトリックス状に配置してあるだけなので、レ
ーザビームに対して不感部分が存在するだけでなく、位
置検出の精度も低いという問題があった。

【００１０】更に、後者の例の場合は、先導管の構造
上、方向検出用のターゲットの取付位置が必ず一方に片
寄った位置となるために、先導管が掘進中に回動してい
ると、計測されたずれ量は正しい値とならない。また、
テレビカメラとターゲットとの距離が掘進に従って刻々
と変化し、距離が遠くなるとテレビカメラに写るＬＥＤ
からの光スポットの位置ずれ量即ちスポット映像の変化
量が小さくなり、測定精度が低下するばかりでなく、装
置のコストが高く、そのうえ、煩雑な信号処理を必要と
するという問題があった。

【００１１】この発明は、以上のような従来例の問題点
を解消するためになされたもので、掘進の進み具合に関
係なく位置検出器上のレーザスポットの位置ずれ量と先
導管の回動によるローリング値とを正確に検出して、常
に適正な掘進方向に先導管先端部の向きを自動的に修正
することができかつ低価格な掘削機の掘進方向制御装置
を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、この発明に係
る掘進方向制御装置は、掘進計画線に沿ってレーザビー
ムを照射するレーザ発振器と、このレーザ発振器から照
射されるレーザビームを受光してこの受光したレーザス
ポットの位置により掘進方向のずれを検出する位置検出
センサを備えた位置ずれ検出手段と、先端にオーガを装
備した先導管先端部の回転角いわゆるローリング値を検
出する傾斜計と、前記位置ずれ検出手段によって検知さ
れる位置ずれ量と前記ローリング値とから実際の先導管
先端部の位置ずれ量を検出する実ずれ量検出手段と、こ
の実ずれ量検出手段からの方向修正信号出力に応じて前
記先導管先端部の掘進方向を修正する方向修正手段とを
備える掘削機の堀進方向制御装置であって、前記位置検
出センサとして、直交する２層の分光部材と受光ライン
センサとから成る受光センサを用いることにより、前記
の目的を達成しようとするものである。

【００１３】

【作用】以上のような構成としたこの発明に係る堀進方
向制御装置は、レーザスポットの位置検出センサとして
直交する２層の分光部材と受光ラインセンサとから成る
受光センサを備えた位置ずれ検出手段によって検出され
る前記レーザスポットの位置ずれ量と、傾斜計で計測さ
れたローリング値とから実際の先導管先端部の位置ずれ
量が、実ずれ量検出手段によってきわめて正確に検出さ
れるので、堀進方向が常に方向修正手段によって適正に
修正維持され、きわめて高い方向制度で長い距離の堀削
が自動的に行われる。

【００１４】

【実施例】以下に、この発明の一実施例を図に基づいて
説明する。 （構成）図１はこの発明の一実施例を示す掘進方向制御
装置の方向制御ブロック図、図２は実施例の位置検出用
受光センサの構成分解斜視図である。なお、従来例と同
一または相当部分は同一符号で表わす。

【００１５】図１において、１Ａは掘進方向制御装置、
２１ＡはＨｅ−Ｎｅレーザを発振するレーザ発振器、２
２ＡはレーザビームＬの入射スポットの位置を検出する
直交する２層の分光部材と受光ラインセンサとから成る
位置検出用受光センサＳで構成された位置検出センサ、
２３Ａは位置検出センサ２２Ａからの信号出力により、
レーザスポットＬｓの位置を走査検出する位置検出部、
２４Ａはマイクロコンピュータ（以下マイコンとい
う。）であり、２４ａは位置検出部２３Ａによって検出
されるレーザスポットＬｓの位置ずれと、先導管２の回
転角いわゆるローリング値を検出する傾斜計３１からの
ローリング値とから実際の位置ずれ量を演算するマイコ
ン２４Ａの実ずれ量演算部、２４ｂは実ずれ量演算部２
４ａからの信号出力により、先導管２先端部の修正方向
を判断する修正方向判断部であり、２８Ａはマイコン２
４Ａの修正方向判断部２４ｂからの指令信号により、掘
進方向の修正のために複数の油圧シリンダ６の油圧を制
御する油圧制御部である。

【００１６】そして、位置検出器２２Ａと位置検出部２
３Ａとで位置ずれ検出手段Ａが、位置検出部２３Ａと傾
斜計３１とマイコン２４Ａの実ずれ量演算部２４ａとで
実ずれ量検出手段Ｂが、また、マイコン２４Ａの修正方
向判断部２４ｂと油圧制御部２８Ａおよび４個の油圧シ
リンダ６とで掘進方向を修正する方向修正手段Ｃがそれ
ぞれ構成されている。

【００１７】位置検出センサ２２Ａを構成する位置検出
用受光センサＳは図２に示すように、Ｘ軸側分光部材４
１と、これと直交するＹ軸側分光部材４２と、光の散乱
防止のための光吸収板４３、Ｘ軸側受光ラインセンサ４
４、Ｙ軸側受光ラインセンサ（以下ラインセンサとい
う。）４５とで構成されている。４１および４２の分光
部材はいずれもメチルメタクリレート重合体のような透
光性の優れた透明樹脂の角状ロッド材（以下ロッドとい
う。）Ｒを互いに密接して多数平板状に整列し、互いに
隣接する面には光の反射膜としてＡｌなどの金属膜を蒸
着により形成して、隣接するロッドＲ間の光の拡散入射
がないように構成されている。ラインセンサ４４，４５
が配設されないロッドＲの端面４６，４７はＡｌ等の金
属膜が成膜されている。

【００１８】（動作）以上の構成に基づいて動作を説明
する。先ず、掘進に先だってレーザ発振器２１Ａから掘
進計画線に沿ってレーザビームＬが照射される。このレ
ーザビームＬが位置検出センサ２２Ａを構成する受光セ
ンサ（以下センサという。）Ｓ上にレーザスポットＬｓ
として受光される。位置検出部２３Ａは受光したセンサ
Ｓ上のロッドＲの位置をＸ軸とＹ軸方向に走査し、分光
部材４１，４２のそれぞれの受光したロッドＲの位置を
検出すると、信号検出部２３Ａは、受光したロッドＲの
位置を信号処理して、これをマイコン２４Ａの実ずれ量
演算部２４ａに送信する。

【００１９】実ずれ量演算部２４ａは傾斜計３１からの
ローリング値も併せて受信し、両信号から実際の位置ず
れ量を演算し検出するとともに、検出された実ずれ量を
修正方向判断部２４ｂに送信する。実ずれ量信号を受信
した修正方向判断部２４ｂは直ちに掘進の修正方向を判
断し、方向修正の必要がある場合はその修正方向と修正
量を指令する指令信号を油圧制御部２８Ａに送信し、こ
れに基づいて油圧制御部２８Ａは各油圧シリンダ６を制
御して的確な掘進方向の修正を行うために先導管先端部
３の方向修正を行う。

【００２０】以上のようにして、自動的にかつ、きわめ
て正確に掘進方向の計画線に対する実際の先導管の位置
ずれ量を検出して、適正に方向の修正を常に行いながら
長距離間の掘削を継続して行うことができ、これによっ
て、掘削の省力化と工期の短縮とを計ることができるの
みならず、位置検出センサ２２Ａとして、分光方式の受
光センサＳを用いたので、きわめて精度の高い掘進方向
制御装置を低価格で得ることができる。

【００２１】なお、受光センサＳは上記実施例に限定さ
れず、レーザビームＬの受光を有効に活用したい場合に
は、光吸収板４３を金属等の蒸着膜で形成し、Ｘ軸側分
光部材４１のレーザ光入射側に反射防止膜を設ける構造
としてもよい。

【００２２】また、角状ロッド材Ｒはメチルメタクリレ
ート重合体に限定されず、透光性の優れた透明な材質の
ものを適宜選択すればよく、光の反射膜もＡｌ，Ｃｒな
どの光の反射率の高い金属を用いるのが好ましいが、あ
る程度光を反射する材質のものを適宜用いればよい。更
に、受光ラインセンサ４４，４５はフォトダイオードア
レイのように分割された受光素子で構成されるものだけ
でなく、ＰＳＤのように非分割型のものも使用でき、更
にまた、レーザ光源と受光ラインセンサとはその組合せ
により感度が十分得られるものであればすべて使用でき
ることは云うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、掘進計画線に沿って照射されるレーザビームを受光
する位置検出センサに分光方式の受光センサを用い、こ
の受光センサの受光位置を検出する位置ずれ量検出手段
からの検出信号と傾斜計で検出されるローリング値とか
ら実際の先導管先端部の位置ずれ量を検出し、この実ず
れ量から先導管先端部の掘進方向の修正を行うようにし
たので、位置ずれ量の検出精度がきわめて正確になり、
これによって、自動的に適正な掘進方向の位置ずれの修
正を適時適正に行うことができる。このために、長距離
間の自動掘削掘進がきわめて容易になり、掘削の省力化
と工期の短縮とを計ることができるのみならず非常に安
価な掘進制御装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例を示す掘進方向制御装置
の方向制御ブロック図である。

【図２】 実施例の位置検出用受光センサの構成分解斜
視図である。

【図３】 従来例の掘進制御装置の方向制御ブロック図
である。

【図４】 従来例の掘進制御用受光素子の構成平面図で
ある。

【符号の説明】

１Ａ 掘進方向制御装置 ２ 先導管 ３ 先導管先端部 ４ オーガ ２１Ａ レーザ発振器 ２２Ａ 位置検出センサ ３１ 傾斜計 ４１，４２ 分光部材 ４４，４５ 受光ラインセンサ Ａ 位置ずれ検出手段 Ｂ 実ずれ量検出手段 Ｃ 方向修正手段 Ｓ 受光センサ なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘進計画線に沿ってレーザビームを照射
   するレーザ発振器と、このレーザ発振器から照射される
   レーザビームを受光してこの受光したレーザスポットの
   位置により掘進方向のずれを検出する位置検出センサを
   備えた位置ずれ検出手段と、先端にオーガを装備した先
   導管先端部の回転角いわゆるローリング値を検出する傾
   斜計と、前記位置ずれ検出手段によって検知される位置
   ずれ量と前記ローリング値とから実際の先導管先端部の
   位置ずれ量を検出する実ずれ量検出手段と、この実ずれ
   量検出手段からの方向修正信号出力に応じて前記先導管
   先端部の掘進方向を修正する方向修正手段とを備える掘
   削機の堀進方向制御装置であって、前記位置検出センサ
   として、直交する２層の分光部材と受光ラインセンサと
   から成る受光センサを用いることを特徴とする掘進方向
   制御装置。