JPH076795B2 - トンネル自動掘削機における機体位置の検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、坑道またはトンネル
などを掘削する自動掘削機の機体位置検出方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】クローラーなどの自走手段を有する掘削
機の機体上に切削ドラムを有する伸縮切削ブームをふ仰
旋回自在に取り付けてなる自動掘削機において、掘削機
の機体上にレーザ標的を設け、該レーザ標的をトンネル
内に設置された固定基準レーザビームに合致させて基準
トンネル軸に対する掘削機の機体位置を検出し、該機体
位置検出機の検出値に基ずいて切削中の切削ドラム位置
を補正し、トンネルを正確掘削するようにしたものは、
特開昭６２−２２０６９６号公報に記載され従来公知で
ある。しかしながら、この従来公知のものにおいては、
レーザ標的を基準レーザビームに合致させる作業が運
転手により目視でなされるため、時間がかかると共に正
確な合致が困難である。一旦合致させた後も、掘削に
よる振動・反力により掘削機の機体が移動すると、作業
を停止して再度レーザビームにレーザ標的を合致させる
必要が生じる、それにより切削ドラム位置の誤差が発
生し正確なトンネル断面を掘削することができないとう
欠点がある。

【０００３】機体上に受光器をふ仰旋回自在に取り付
け、該受光器によりトンネル内に設置した固定基準レー
ザビームに対する掘削機の位置、傾きなどを常に自動的
に検出し、該検出結果により切削ドラムの位置を自動的
に修正制御することにより、掘削中における機体の移動
・振動または反力などによる機体の変位にかかわらず、
常に自動的に所定の断面を有するトンネルを掘削するよ
うにした自動掘削機も、本出願人が先に出願した特願昭
２−１４５８５８号に記載されている。しかしながら、
この自動掘削機には、掘削機の機体が大きく変位した
場合に、レーザビームを受けるレーザ標的を運転者が手
動で操作する必要が生じる、掘削中に掘削機の機体が
移動すると切削ドラムの位置決めが正しくできない、
レーザビームの設置場所が限定される、という欠点があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、掘
削器の機体が掘削中に移動しても、常に掘削器の位置、
すなわち、基準トンネル軸に対する機体の上下変位量及
び横方向変位量並びに基準トンネル軸に対する機体縦軸
の偏向角を検出できる方法を提供して、前記の従来の技
術に係る自動掘削機の欠点を除去することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】トンネル内の適所に、水
平面（トンネルの基準底盤に平行な面を意味する）に沿
って回転するレーザビームを発出する水平回転レーザ発
光器と、トンネル軸に平行な垂直面（トンネルの基準底
盤に垂直な面を意味する）に沿って回転するレーザビー
ムを発出する垂直回転レーザ発光器とを設けると共に、
掘削機の機体上に、上下方向に列置された水平回転レー
ザビームを検出する多数のレーザ検出素子を有する水平
レーザ検出器と、機体の縦軸線に直交する方向に列置さ
れた垂直回転レーザビームを検出する多数のレーザ検出
素子を有する一対の垂直レーザ検出器とを取り付け、掘
削中、水平レーザビーム検出器により基準トンネル軸に
対する機体の上下変位量を検出し、垂直レーザビーム検
出器により基準トンネル軸に対する機体の横方向変位量
及び偏向角を検出する方法。

【０００６】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を説明するための
斜視図、図２は同側面図、図３は同上面図である。図
中、１は走行用クローラ２を有する掘削機の機体、３は
機体１の前部に俯仰・旋回制御できるように取り付けら
れ、そしてその先端部に切削ドラム４を有する伸縮切削
ブームである。伸縮切削ブーム３は制御装置により伸縮
制御されるようになっている。また図中、５，６は機体
１上の適所に前後方向に所要の間隔を置いて相互に平行
に取り付けられそして機体１の縦軸線に直交する方向に
列置された多数のレーザ検出素子を有する垂直レーザ検
出器、７は機体１上の適所に取り付けられそして上下方
向に列置された多数のレーザ検出素子を有する水平レー
ザ検出器、８は掘削機の機体１の左右方向傾斜角を検出
する左右傾斜角検出器、１０は表示装置、１１はトンネ
ル側壁の適所に取り付けた水平レーザ発光器、１２，１
２は水平レーザ発光器から送出され水平面内を回転する
水平回転レーザビーム、１３はトンネル天井の適所に取
り付けた垂直レーザ発光器、１４，１４は垂直レーザ発
光機からから送出され垂直面内を回転する垂直回転レー
ザビームである。レーザ検出素子としては、通常、固体
受光素子が使用されるが、その他の受光器も使用可能で
ある。

【０００７】

【数１】 ｈ_３＝ｈ_１＋(l₁cosθ₂-h₄)cosα

【０００８】図２において、トンネル掘削中の掘削機の
機体１のトンネルの基準底盤１５に対する前方傾斜角を
α、機体１下面から水平レーザ検出機７のレーザ検出点
Ａまでの高さをｈ_２、Ａ点とＥ点の上下方向距離を
ｈ_４、伸縮切削ブーム３の仰角をθ２、伸縮切削ブーム
３の俯仰回動中心Ｅから切削ドラムの中心Ｆまでの長さ
をｌ_１とすると、基準底盤１５から切削ドラムの中心Ｆ
までの高さｈ_３は上記の数式１で算出される。

【０００９】

【数２】

【００１０】図３において、垂直回動レーザビーム１４
とトンネル軸を通る垂直面１６との間の距離をｌ_３、前
垂直レーザ検出器５のレーザ検出点Ｂと機体１の縦軸線
を通る垂直面１７との間の距離をＳ１、後垂直レーザ検
出機６のレーザ検出点Ｃと機体１の縦軸線を通る垂直面
１７との距離をＳ２、前垂直レーザ検出器５と後垂直レ
ーザ検出器６との距離をｌ_４とすると、機体１のトンネ
ル軸に対する偏角γは上記の数式２で算出される。

【００１１】

【数３】 ｌ_７＝(l₆cosθ₁-S₁)cosγ＋(l₅+l₆sinθ₁)sinγ

【００１２】図３において、伸縮切削ドラム３の旋回中
心Ｄと前垂直レーザ検出器のレーザ検出点Ｂとの距離を
ｌ_５、旋回中心Ｄと切削ドラムＦとの距離をｌ_６、伸縮
切削ブーム３の旋回角（機体１の縦軸線を通る垂直面１
７に対する回動角）をθ１とすると、垂直回動レーザビ
ーム１４の回動面と切削ドラムの中心Ｆとの距離ｌ_７は
上記の数式３で算出される。

【００１３】

【発明の効果】 機体が移動中も、常に、水平レーザ検出器及び垂直
レーザ検出器により水平回転レーザビーム及び垂直回転
レーザビームを検出して、機体のトンネル軸に対する変
位量を検出し、該検出結果に基ずいて切削ドラムの切削
位置を自動的に補正できるので、トンネル掘削断面の精
度の向上と掘削効率の向上とをはかることができる。

【００１４】 垂直及び水平レーザ検出器は共にレー
ザビーム検出素子を直線上に列置したものでよいので、
構造簡単で安価なレーザビーム検出器を用いることがで
きる。

【００１５】 回転レーザビームを使用するのでレー
ザビーム発光器の設置場所に対する制約が小になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の原理説明用の斜視図。

【図２】同側面図。

【図３】同上面図。

【図４】本発明の機体位置検出方法を使用した機体位置
検出装置の一実施例のブロック図。

【符号の説明】

１ 掘削機の機体 ３ 伸縮切削ブーム ４ 切削ドラム ５ 前垂直レーザ検出器 ６ 後垂直レーザ検出器 ７ 水平回転レーザ検出器 １０ 表示装置 １１ 垂直回転レーザ発光器 １３ 水平回転レーザ発光器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル内の適所に、水平面に沿って回
   転するレーザビームを発出する水平回転レーザ発光器
   と、トンネル軸に平行な垂直面に沿って回転するレーザ
   ビームを発出する垂直回転レーザ発光器とを設けると共
   に、掘削機の機体上に、上下方向に列置された水平回転
   レーザビームを検出する多数のレーザ検出素子を有する
   水平レーザ検出器と、機体の縦軸線に直交する方向に列
   置された垂直回転レーザビームを検出する多数のレーザ
   検出素子を有する一対の垂直レーザ検出器とを取り付
   け、掘削中、水平レーザビーム検出器により基準トンネ
   ル軸に対する機体の上下変位量を検出し、垂直レーザビ
   ーム検出器により基準トンネル軸に対する機体の横方向
   変位量及び偏向角を検出することを特徴とする自動掘削
   機における機体位置の検出方法。