JPH0552565A - 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器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とを設け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４の掘進方向制御装
置の方向制御ブロック図に示す。図４および図５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、２
４は信号処理部、２５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、先端にオーガを装備した先導管
を推進して掘進する掘削機の掘進方向のずれを修正制御
する掘進方向制御装置であって、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
位置検出器を備えた位置ずれ検出手段と、前記先導管先
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設けるととも
に、更に、前記位置検出器として、光導電性材料である
ＣｄＳをマトリックス状に形成した受光素子いわゆるＣ
ｄＳマトリックス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掘進方
向制御装置は、レーザスポットの位置検出器を備えた位
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、掘進方向が
常に方向修正手段によって適正に修正維持され、きわめ
て高い方向精度で長い距離の掘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および図３は位置検出
器の一例を示すＣｄＳマトリックスセンサの構成平面図
と同じく構成側断面図である。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
ＣｄＳマトリックスセンサで構成された位置検出器、２
３Ａは位置検出器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２４ａ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２４Ａ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】位置検出器２２Ａは図２および図３に示す
ように、ガラス基板上に透明電極ＩＴＯを成膜し、エッ
チングによりスリット状電極を形成し、これに光導電材
料であるＣｄＳ膜を受光素子面積の大きさに合せて形成
し、そのＣｄＳ膜上にスリット状に形成された透明電極
ＩＴＯと直交するスリット状のメタル電極を積層形成
し、さらにその上に保護コートを施して形成されたＣｄ
ＳマトリックスセンサＳで構成されており、両電極が交
叉する点がそれぞれ受光の単一セルＣｅを形成し、従っ
て、例えば電極スリットをそれぞれ４０本直交させると
１６００個の単一セルＣｅが形成されて、その位置検出
精度がきわめて高い位置検出器２２Ａが得られる。この
ＣｄＳマトリックスセンサＳの場合は、その電極に電圧
を印加し、単一セルＣｅをＸ，Ｙ方向に走査して、低抵
抗の単一セルＣｅ部分が検出された位置がレーザ光を受
光した位置となる。

【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が位置検出器２２Ａを構成するＣｄＳマト
リックスセンサ（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上の単一セルＣｅの位置を走査検出する
と、信号検出部２３Ａは、受光した単一セルＣｅの位置
を信号処理して、これをマイコン２４Ａの実ずれ両演算
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、位置検出器として、ＣｄＳマトリックスセン
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、マトリックスセンサは上記実施例に
限定されず、透明電極ＩＴＯはＳｎＯ₂ など透明で導電
性のある材料であればよく、光導電膜もＣｄＳｅなど光
導電性のある単体混合化合物であれば良く、また、光導
電性を利用する材料に代えて、光起動力を利用する構成
とすることも可能である。

【００２２】ただし、光導電膜材料は使用されるレーザ
に対して感度のあるものに限定されることは当然であ
る。従って、レーザ発振器はＨｅ−Ｎｅ，アルゴンな
ど、使用される光導電材料に対して感度の最適なものを
選択すればよい。更に、メタル電極の材質はＣｒ，Ｉｎ
Ｓｎ，Ｉｎなど比較的安定したものを選択すればよい。

【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
する位置検出器にＣｄＳマトリックスセンサを用い、こ
のＣｄＳマトリックス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】 実施例の位置検出器の一例を示すＣｄＳマト
リックスセンサの構成平面図である。

【図３】 上記ＣｄＳマトリックスセンサの構成側断面
図である。

【図４】 従来例の掘進方向制御装置の方向制御ブロッ
ク図である。

【図５】 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 ３１ 傾斜計 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 位置検出器（ＣｄＳマトリックスセンサ） なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端にオーガを装備した先導管を推進し
   て掘進する掘削機の掘進方向のずれを修正制御する掘進
   方向制御装置であって、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
   器を備えた位置ずれ検出手段と、前記先導管先端部の回
   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設けて成ることを特徴と
   する掘進方向制御装置。
2. 【請求項２】 前記位置検出器として、光導電性材料で
   あるＣｄＳをマトリックス状に形成した受光素子いわゆ
   るＣｄＳマトリックスセンサを用いることを特徴とする
   請求項１記載の掘進方向制御装置。