JPS60187809A - 掘進機、特に部分切削機を監視および／又は制御するための方法および装置 - 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】 ムによシ掘進機のフライスヘツドの位置の決定を行う、
掘進機、特に部分開削機を監視および／又は制御するだ
めの方法および装置に関する。

トンネル、横坑、地下坑道等のような地下空洞を掘進す
るための公知の部分切削機は、自由端に駆動されるフラ
イスヘッドを担持している高さ方向および側方方向に揺
動可能なフライスアームを備えている。所定の坑道輪郭
を輪郭正確に切削し、坑道を高い方向精度でもって掘削
するため、これまで多数の方法および装置が開発されて
いる（ドイツ連邦共和国特許第１９５５８６６号、第２
２０１４０５号および第２５５１７５９号。

ドイツ連邦共和国公開特許公報第２４５８５１４号およ
び第２４１６９４７号参照）。これら公知の方法および
装置にあっては一般に、空間安定したガイドビームとし
て働く立体的に固定されたレーザ光線を使用して作業が
行われて来た。レーザ光線は空間的に固定されているが
、フライスヘツドはすべての方向に自由に運動可能なの
で、自由に運動し得る輪郭は限られているか或いは部分
切削機に方向に関してのみの情報しか与えられない。こ
の場合、部分切削機はこの情報の外挿法により僅かな運
動しか行い得ない。機械の運動自由性および作業精度は
著しく限定される。部分切削機の大きな運動には、ガイ
ドレーザを手で調節する必要がある。レーザと部分切削
機間の間隔を連続的に測定するととおよびこれと関連し
てフライスヘツドの立体的な位置決定を行うことは不可
能である。なぜならレーザは常に短時間しか機械と接触
を持たないからである。更に、公知の方法は大抵機械の
個有性に左右される。なぜなら切削機の異るタイプの幾
伺学的な変化が座標の計算に組込まれるからである。最
後にまた、公知の方法にあっては切削機を位置換えした
後、掘進作業を新だに開始する度毎に、部分切削機の実
測位置および目標位置からの実測位置の差を検出し、真
後フライスアームの作業プログラムを計算機によシ制御
して作業を行うにするだめ、プライスアームに設けられ
たマーク要素をレーザ光線と合致させるようにして測定
を行わなければならない。部分切削機がフライス作業中
にその位置を変えた場合−これは機械の休止にあっては
避けられない−、輪郭正しい切削はもはや不可能である
。

本発明の課題は、機械に依存するととなく機械作動中の
如何々る時点にあってもフライスヘッドの位置の正確な
決定を行うことができ、また掘進機もしくは部分切削機
の手による制御の際のフライスヘッド或いはフライスア
ームの揺動領域を目標輪郭に限定するための監視方法と
して、或いは掘進機自体の制御に利用できる方法を提供
することである。

更に本発明は、トンネル構築および鉱山作業においてそ
うぐうする諸種の作業条件下での高い測定精度と作業信
頼性の点で優れており、かつ如何なる場合にあってもフ
ライスヘッドの空間での正確な位置決定を可能にする上
記方法を実施するだめの合目的的な装置を提供すること
である。

上記の課題は本発明による方法により、フライスヘッド
の位置決定を行うため空間安定してい不公知の参照点か
ら出発して掘進機もしくはそのフライスアームまでトラ
バース測量をトラバース側面である少くとも一つのレー
ザ測定区間によシ計算機制御を行って実施する仁とによ
って解決される。この場合、トラバース測定を高さ方向
で揺動可能なかつ何方方向で揺動可能なフライスヘッド
の位置を連続的に決定するため掘進機の作動中に連続的
にかつ自動的に行い、これＫよりフライスヘッドの空間
的な位置が如何なる時点姉おいても知られるようにする
のが有利である。

本発明により、トラバースの基本思・想に立脚した、か
つ機械のフライスのその都度の場所を掘進機もしくは部
分切削機のその都度使用された型式に全く依存すること
のない測定システムによυ計算機制御によシ十分に高い
精度で測定が行われる。掘進機もしくは部分切削機に依
存連続的にフライスの位置における知られている参照点
の座標系に関してフライスヘッドの座標が決定される。

トラバース測定を少くとも二つのトラバース点を形成す
る補助点を介して行うのが有利であり、これらのトラバ
ース点の一つのトラバース点は参照点とＬ７て掘進機か
ら大きな間隔をもって、第二のトラバース点は掘進機に
設けられる。この場合、場合によってはこれら両トラバ
ース点の間に少くとも一つの他のトラバース点が設けら
れる。切削作業の問診照点或いは出発点から出発して漸
次一つ或いは多数の補助点の座標系の相対位置が角度測
定量および測長器を用いて計算機制御により決定され、
得られた値からフライスのその都度の実際−位置量計算
機により検出される。トラバース内で相前後する二つの
点の座標系の相対位置は自体公知の方法で６つの線状に
独立している変化に依存した座標変換によって明白に決
定できる。

本発明による方法の他の本質的な特徴は特に区間が特に
レーザ光線の出発点への反射によって形成される。更に
ル−ザ測定区間に関する検出された測定データをレーザ
光線を変調することにより一方の補助点から次の補助点
へと伝達するのが有利である。トラバースの一つ或いは
多数の補助点の座標の決定は有利に補助点の間隔、即ち
一つ或いは多数のトラバース側面の長さの測定と組合せ
て角度測定を行うことによって行われる。長さ測定は簡
単な方法で補助点間もしくはトラバース側面間のレーザ
光線の経過時間を測定することによって行うことができ
る。有利には掘進機の機枠に設けられる中央の計算機を
有する中央ユニットはトラバース部分区間およびトラバ
ース方向の相対座標或いは固定された系に関する最後の
トラバース要素の座標に関するすべての情報を与えられ
ておシ、これらの情報からフライスヘツドのその都度の
実際−位置を計算する。この計算機は同時に例えば輪郭
制御が行われるように掘進機の制御に使用される。

本発明による方法を実施するＫは特許請求の範囲第１０
項に記載の構造様式の装置を使用することができる。ト
ラバースのトラバース点を現出させる一つ或いは多数の
測定点には二次計算機が設けられており、この二次計算
機は測定データの検出のための過程を制御し、自体相互
と或いは中央計算機と連けいされている。この場合この
二次計算機は場合によっては入射するレーザにより伝達
されるデータに関して座標を計算し、これの位置データ
をこの計算機から発するレーザ光線に変換しかつ／又は
中央計算機と連けい処理する。既に述べたようにレーザ
測定区間が特に反射によって形成されるので、装置を以
下のように構成するのが有利である。即ちトラバース一
部分区間のその都度の出発点から、当該測定ステーショ
ンに設けられていてかつ計算機によシ制御可能なレーザ
がこのレーザ光線を反射させる部分区間の端部に設けた
コーナレフレクタまでの距離を測定するように装置の構
成が行われる。コーナレフレクタは公知のように、光線
を常に自身に対して平行に反射させる性質を有している
この場合、反射された光線の平行位置ずれは入射するレ
ーザ光線のコーナレフレクタの中心からの距離に比例す
る。コーナレフレクタの中心への入射レーザ光線に関す
る平行位置ずれが零なので、この方法によりコーナレフ
レクタへのレーザ光線の正確な整向のための調整基準が
得られる。コーナレフレクタは規則的に三角形の基面を
有している。しかし、本発明による装置にあっては、約
１０〜１５■の好都合なレーザ光線直径にあってコーナ
レフレクタ基面の本発明の目的にとって十分に大きな直
径を得るため、６角形成いは円形の基面を有するコーナ
レフレクタが使用される。上記したように、レーザ区間
岐関するデータ伝達はレーザ光線のモジュレーションに
よって行われる。コーナレフレクタの中心の後方にはレ
ーザ光線を介して伝達される情報（位置データ）を収受
するための光ダイオードが設けられている。

コ−ｆ　Ｌ／フレクタはその軸にレーザ光１ｍ番過のた
めの窓を備えている。この窓の後方には突当るレーザ光
線の方向を決定する装置が設けられているのが有利であ
る。

他の本質的な本発明の特徴は個々の特許請求の範囲に記
載されている。

以下に添付図面に図示した実施例につき本発明を詳説す
る。

第１図は、自体公知の部分切削機１が例えばトンネル、
地下坑道等の掘削すべき構築体２内の切羽の前面でのそ
の作業位置で示されている。

坑道２はこの選択された実施例の場合馬てい影輪郭６で
掘削される部分切削機１はクローラ機構４で坑道２内を
走行回行可能である。この部分切削機１はフライスアー
ム５を備えており、このフライスアームはその自由端に
駆動されるフライスヘッド６を備えている。このフライ
スヘッドはフライスアーム５の縦軸線に対して横方向に
指向している軸を中心にして回転可能である。フライス
ヘッド６を備えだフライスアーム５は高さ方向でも、側
方方向でも揺動可能に部分切削機の機枠に支承されてい
る。坑道２を正確な方向で掘削しかつ坑道２の目標輪郭
５を輪郭正確に切削するため、トラバース測定によシフ
ライスヘッド６のその都度の位置が連続的にかつ自動的
に測定される。トラバース測定はトラバース点を形成す
る少くとも二つの補助点、例えばＡ、ＢおよびＣを介し
て行われる。補助点Ａはトラバース測定の参照点或いは
出発点を形成し、部分切削機１の後方に大きな距離をお
いて坑道２内に不動に存在している。部分切削機１から
の補助点Ａの距離は約６０〜１２０ｍである。補助点Ｂ
は補助点Ａに対する視程結合線内で部分切削機の傍ら或
いはその近傍に、この選択された例では部分切削機の機
枠に存在している。トラバースの最終点を形成している
補助点Ｃは補助点ＥＫ対する視程結合線内で部分切削機
のフライスアーム５に設けられている。

したがってこの補助点はフライスアーム５が高さ方向お
よび側方方向で揺動した際フライスヘッド６と共に運動
する。

空間一定な参照点Ａと空間運動する補助点Ｃとの間に更
に多数の補助点Ｂが設けられることはもちろんである。

しかし、一般に三つの補助点Ａ、ＢおよびＣを介するド
ラパルス測定で十分である。多くの場合、補助点Ｂは設
けなくとも良い。その際点ＡとＢは相互の視程距離内に
存在している。

空間一定な補助成いは参照点Ａの座標は逆行調節により
位置が測定された一つ或いは二つの参照点Ｈに決され、
必要な場合繰返し検討される。Ａにおいて北を指向して
いる航海計器を使用した場合一つの参照点を必要とする
に過ぎない。そうでなかった場合Ａの位置測定には二つ
の参照点が必要である。

トラバース−測定システムによし、部分切削機１の作業
進行中に三つの立体方向で自由に運動する補助点の連続
的な三次元の測定、したがってこの補助点Ｃに対して一
定距離で存在しているフライスヘッド６の三次元の測定
が行われる。

第３図には、空間一定な参照点Ａと運動自在な補助点Ｃ
間に存在している同様に運動自在な補助点Ｂを有する点
Ａと３間のトラバースが示されている。三次元のベクト
ル状のトラバースの両部分区間Ａ−ＢとＢ−００各々は
レーザ測定区間によって可能となり、このレーザ測定区
間は附加的にレーザ測定ヘッドからトラバースの次の角
点への一方向性のデータ伝達を許容する。個々の部分区
間の初期座標と方向に関する情報はレーザ光線に与えら
れ、したがってトラバースの各々の角点において角点−
座標の計算に必要な情報が自由に使用し得るようになる
。

これに伴い、点Ａ、ＢおよびＣの各々は測定ステーショ
ンを形成している。これらの測定ステーション間の測定
区間は測定区間の端部におけるし〜ザによシ、かつ測定
区間の他方の端部におけるコーナレフレクタにより現示
される。方位測定測定兼測定部材として働くコーナレフ
レクタの方位測定と測定は以下に詳しく述べるように自
動的な方法で行われる。

第３図はトラバース点および補助点Ａ、ＢとＣを備えた
トラバースを示している。補助点Ａ。

ＢおよびＣの座標系の相対位置は継続的に決定され、そ
の際補助点Ｃの相対的な座標から、点ＡもしくはＨの参
照系拠関して、座標が算出され、仁のことから点Ｃの、
これに伴いこの点ＣＫ対して一定の配設で存在している
フライスヘッド６の位置決定が行われる。計算は三つの
立体方向での角度並びにトラバース側面の長さを測定す
ることによって行うことができる。

上記のように、測定システムはレーザ光線のトラバース
によって構成されており、この場合トラバースの部分区
間（レーザ測定区間）の角点はその都度のベクトル（レ
ーザ測定光線）の始点から極座標で測定される。部分区
間（レーザ測定）の始点の座標系の軸と先行する部分区
間（レーザ測定区間）のレーザ光線との間の傾斜角度（
横傾斜、縦傾斜および回転角度）も同様に測定される。

トラバースの始点に関して、フライスヘッド６の座標は
計算機によりその都度のベクトル分カー座標から検出さ
れる。部分区間のその都度のレーザ長さ”ａｂと”ｂｃ
はレーザ距離測定を介して検出される。入射する光線と
放射されるレーザ光線との間の測定は角度符号化で水平
と垂直に関する角度の測定は傾斜計で行われる。

各々のレーザ測定区間はその初端部に設けられたレーザ
およびその終点に設けられている方位測定兼測定部材と
してのコーナレフレクタ７から成る。コーナレフレクタ
の方位測定と測定はレーザ測定ヘッド８により自動的に
行われる。

第４図には、このようなレーザ測定ヘッドの有利な実施
例が図示されている。このレーザ測定ヘッドの課題は、
コーナレフレクタの立体位置を自動的に見出しかつ測定
することである。

この場合、コーナレフレクタに入射するレーザ光線は入
射する光線忙対して平行にコーナレフレクタ中心からの
レーザ光線の間隔の明白なファンクションである間隔で
反射する。したがって、平行な光束がコーナレフレクタ
を控過した際、反射された光線の平行位置ずれは先ず、
光線の中心に最も近い位置に達するまで減少し、次いで
再び増大する。この場合、レーザ光線は常に、照射され
た光線から見て、コーナレフレクタの中心を指向する方
向で平行に位置ずれされる。レーザ光線を正確にコーナ
レフレクタの中心へと指向させるため、したがってレー
ザはレーザ光線が正確に自身に戻るまで、反射した光線
が戻る方向で回転されなければならない。

即ち調整基準は零である。

したがって上記の方法により、立体領域内に唯一つのコ
ーナレフレクタが存在していることが知られている場合
コーナレフレクタは比較的大きな立体領域内で自動的に
見出される。コーナレフレクタがレーザ測定ヘッドによ
って見出された場合、同じ基準でその中心に調整される
。

レーザに対するコーナレフレクタの距離はレーザ光線−
経過測定を介して検出される。コーナレフレクタの方向
（即ち二つの角度）とレーザからの距離はコーナレフレ
クタの極座標を与える。第４図には、それぞれ一つが測
定ステーションＢとＣに存在しているコーナレフレクタ
は参照符号７で示した。測定ステーションＡ、！：Ｂは
それぞれ一つのレーザ測定ヘッド８を備えておシ、との
レーザ測定ヘッドは所属しているコーナレフレクタ７に
対して調節可能な一体な構造単位を形成している。この
レーザ測定ヘッドはレーザ光源としてレーザ９全備えて
いる。レーザ光線は拡大光学系１０の手前で光線分光板
１１によって屈折される。したがってレーザ９は拡大光
学系１０とこの拡大光学系から間隔をおいて存在してい
る光線分光板１１の軸線に対して直角に設けられており
、これによってレーザ測定ヘッドの比較的小さな構造大
きさが可能となる゛。レーザ光線はレンズ系１３内の窓
１２を通ってレーザ測定ヘッド８を去る。コーナレフレ
フタフによって反射されたレーザ光線はレーザ測定ヘッ
ド８内で色々な道を通る。中央に、即チエミシミン窓１
２の内に入射するレーザ光信／７＋１如八１．−＋圧−
洲ン噌帽％Ｊ　Ｉｆ　ＭＬ　／榊↓立μでｌ＾によって
集束され、半透過性の鏡から成る光線分光板１１を通過
した後附加的な（図示しなかった）レンズ系で迅速な光
ダイオード１４上に集束される。この光ダイオードは、
経過時間にわたってコーナレフレクタ７のレーザ測定ヘ
ッド８からの距離、即ちレーザ測定区間ＲａｂとＲｂｃ
の長さを決定するため、レーザ光線の経過時間を測定す
る。

反射されたレーザ光線の送信光線の外側で戻って来る部
分はレンズ系１３に突当る。このレンズ系ハフレスネル
レーレンズ１５′の二つ或いは四つのセグメントから成
り、これらのフレスネル−レンズの光軸は拡大光学系１
０の中央の軸線に対して平行に二つもしくは四つの空間
フィルタ１５ａ〜１５ｂを通って走っている。空間フィ
ルタ（絞り）１５ａ〜１５ｄはそれぞれ前方に接続され
たフレスネル−レンズセグメント１３′のフォーカルブ
レーン内に設けられており、光軸に対して平行な光線、
特にコーナレフ１ノ　力　Ａ　口文自　も　二′＆　コ
瓜　シ　昏　：ど−　□４−シｈｉ鷺・　も　斗　Ｚ　
”’７　１ノ　−フ・　４ルーレンズをセグメントに分
割することにょリレーザ測定ヘッド８の構造長が短くな
る。なぜなう、フレスネル−レンズ１３と空間フィルタ
１５ａ〜１５ｄ間の光線路が拡大光学系によって妨げら
れないからである。空間フィルタ１５ａ〜１５ｄの後方
で間隔をおいてそれぞれ一つの正方形のＸＹ−センサ１
６ａ〜１６ｄが設けられている。このＸＹ−センサは検
出されたレーザ光線から反射された光の平行位置ずれの
情報を与える。各ＸＹ−センサは−っの光感度性のセン
サから成る。レーザ測定ヘッド８が回転対称なので、こ
のレーザ測定ヘッドは、すべての単個のセンサ１６ａ〜
１６ｄが同じ出力信号を発生させた場合コーナレフレフ
タフの中心に整向される。

一般の場合反射されたレーザ光の主強度が中央で戻シ、
如何なる場合でも十分に経過時間測定のだめの光強度が
光ダイオード１４に入るらなければならないので、光ダ
イオードの配役は問題に十分に適合されている。把握さ
れたレーザ光線は先ず拡大光学系１０によって圧縮され
るので、光ダイオード１４上への集束は焦点の短いレン
ズによってかつ場所をとることなく行われる。レーザ９
の調節は簡単な方法で鏡１１によって行われる。

レーザ光線は附加的に変調され、同じレーザ整向区間を
介して例えばレーザ測定ヘッド或いはコーナレフレクタ
の位置に関する情報が伝達される。データの収受は中央
で貫通している窓３０を備えているコーナレフレクタ１
４の中心の後方に設けられている光ダイオード１８（第
６図および第７図）によって行われる。整向されたレー
ザ光線は常にコーナレフレクタ１４の中心に突当り、自
身内に反射されるので、一方ではレーザ光線は光ダイオ
ード１８に当ることが、他方では伝達区間が障害によっ
て中断されるのをレーザ９に所属している送信器が認め
るのが保証される。これによって確実々データ伝達が保
証される。

以下に第５図〜第７図と関連してトラバースのトラバー
ス点における測定ステーションＡ。

ＢおよびＣの適当な実施形を記載する。第５図による測
定ステーションＡは二つの軸線Ｈトｖの周囲を制御され
て回転可能に懸吊されている。

垂直の軸線Ｖはこの場合不動に組立てられている。方位
測定された測定ステーションＢにおけるコーナレフレク
タ１４の探査と測定は適当な回転駆動部により全測定ス
テーションＡをこの軸線を中心にして回転させることに
よって行われる。方位測定されたコーナレフレクタ１４
の座標は更にレーザ測定区間を介して測定ステーション
Ｂに与えられる。

第５図による測定ステーションＡは第４図に図示した構
造様式のレーザ測定ヘッド８、精密縦傾斜測定器１９、
横傾斜測定器２０と北を指向している航行計器（ジャイ
ロコンパス）２１から成る。この北を指向している航行
計器２１０代シに、増分角度符号化装置および精密角度
符号化装置を設けることも可能である。上記の全要素は
測定ステーションＡ内で、軸線ＨとＶを中心にして回転
可能な構造単位内にまとめられている。

傾斜測定器１９と２０は水平線に対する測定ステーショ
ンの縦傾斜を決定する。北を指向している航行システム
（ジャイロコンパス）２１は地球の北−南一軸線と測定
ステーイヨンＡとの間の角度を決定する。測定ステーシ
ョンＡの座標は知られている位置（第１図の位置Ｈ）内
に存在しているコーナレフレクタ７の方位測定により検
出される。この場合附加的に必要な方向情報は傾斜測定
器１９と２０および北を指向している航行システム２１
によって与えられる。

北を指向している航行システムが上記の角度符号化装置
で置換えられている場合、知られている位置（第１図の
Ｈ）におけるコーナレフレクタ７の方位測定により測定
ステーションＡの座標が検出される。更にこれにより、
軸線Ｈと■に関する増分角度測定器の零点が確定される
。

附加的に必要な第三の角度情報は両角度測定器１９と２
０によって与えられる。

測定ステーションＡは、上記したように、その位置が知
られていない測定ステーションＢにおけるコーナレフレ
クシヨン１４の方位を測定する。角度符号化器と傾斜測
定器の角度情報と共に時間経過測定によって得られる距
離情報はコーナレフレクタ座標の計算を許容する。

測定ステーションＢは第６図により、レーザ測定ヘッド
８、一方向性の光学的アイ２２、レーザを変調するだめ
の光ダイオード１８、精密傾斜測定器（縦傾斜）２３、
横傾斜測定器２４およびコーナレフレクタ７から成る。

これに加えて、縦傾斜或いは横領斜が大きい場合精度を
高めるだめ各々一つの水平および垂直角度符号化装置２
５．２６を設けることができる。この場合、傾斜測定器
の働きが不正確になる比較的大きな傾斜は角度符号化装
置によって定められる。

上記の全部の要素はこの実施例では測定ステーションＢ
内で一つの構造単位にまとめられている。この構造単位
はカルダン様式の懸吊部等の二つの軸線ＨとＶを中心に
して制御されて回転可能に、或いは僅かな曲折角度でボ
ール保持部の回転点内にのみ支承されている。回転運動
はこの場合も計算機により制御されて（図示していない
）回転運動部により行われる。

測定ステーションＢの座標は、トラバースの先行する測
定ステーションＡから出発するレーザ測定光線から推察
される。測定ステーションＢから発せられるレーザ光線
の方向は両傾斜測定器と一方向性の光学アイとを介して
決定される。

測定ステーションＢは自動的に測定ステーションＣ内の
次のコーナレフレクタ７を探査して、測定を行い、入り
のレーザ測定区間を経て来る測定座標並らびに全情報を
更に出て行くレーザ測定区間を介して送る。同時にこれ
らの情報は外側の交切位置を経て与えられる（第２図参
照）。

既に上に述べたように、ドラパルスにおいて、構造様式
が異っている大多数の測定ステーションＢを相前後して
設け、これによりレーザ測定区間から延意の長さのトラ
バースを形成することも可能である。

測定ステーションＣは第７図に示すように、コーナレフ
レクタ７、一方向性の光学アイ２２、レーザを変調する
ための光ダイオード１８、縦傾斜測定装置２７、場合に
よっては横傾斜測定装置２８およびＣ０Ｄ−センサ２９
とから成る。

この場合も、全要素は一つの構造単位にまとめられてい
る、測定ステーションＣは機械的に部分切削機のフライ
スアーム５の測定されるべき点と剛性に結合されている
。フライスヘッド６からのこの点の距離は知られており
、したがって点Ｃの座標が知られている場合フライスヘ
ッド６の位置も知られている。測定ステーションＢの入
って来るレーザ測定光線と点Ｃもしくは測定ステーショ
ンＣへの結合線との間の方向は傾斜測定器と一方向性の
光学アイ２２によって決定される。機械的な構成が測定
ステーションＣの横領斜を妨げているかもしくはこの傾
斜が看過し得る場合、横傾斜測定は設けなくともよい。

方向情報並らびに経過されるレーザ測定区間から到来す
る情報は外側の交切位置を介して与えられる（第２図参
照）。

測定ステーションＢおよび／又はＣの少くトモーツの測
定ステーション、一般には測定ステーションＣと（最後
の）測定ステーションＢは、−第２図に示すように、ケ
ーブルを介して中央ステーションＤと結合されており、
この中央ステーションＤは、第１図に示すように、部分
切削機１０機機枠設けられている。中央ステルジョンＤ
は中央の計算機（主計算機）を備えており、この計算機
は測定ステーションＡ、ＢとＣの（図示していない）こ
れらのステーション特有の計算機（副計算機）により空
間的なトラバース経過とこれに伴い測定ステーションＣ
の絶対的な座標を決定するのに必要なトラバース側面の
相対座標の情報および方向の情報が与えられる。

測定ステーションＣがフライスヘツド乙に対して定まっ
た距離で存在しているので、中央計算機はこの方法で切
削作業の各時点におけるフライスヘッド６の位置を検出
する。ステーション特有の計算機−このためにはマイク
ロコンピュータを使用するのが有利であるーはコーナレ
フレクタ７の方位測定、レーザの追跡、座標計算および
次の測定ステーションもしくは中央ステーションＤへの
データの伝達を可能にする。

測定ステーションＡの計算機はここに存在してイルレー
ザを測定ネテーションＢのコーナレフレクタ方向に整向
し、かつ部分切削機の運動によって測定ステーションＢ
において生じる万一の差を後調節する。冥土、この計算
機によシ傾斜計を使用しなくて済む。望む場合は、計算
機を与えられた点を定め、他の計算のための参照点とし
て受入れることができる。測定ステーションＡの計算機
は更にその測定値をレーザ区間Ａ−Ｂを介して次の測定
ステーションＢの計算機に与える。測定ステーションＢ
の計算機はここに存在しているレーザを次の測定ステー
ションＣのコーナレフレクタ方向で整向し、測定ステー
ションムから到来するレーザ光線の光学的な一方向性の
アイ内での場所をも決定する。冥土測定ステーションＢ
の計算機はここに設けられる傾斜計の設置を不要にし、
測定ステーションＡからレーザ連けい区間を介して伝え
られるデータ並らびに測的ステーションＢ内に集積され
たデータを中央ステーションＤの中央計算機に更に与え
る。測定ステーションＤにおいて、比較的小さいマイク
ロコンピュータがデータ調製とこのデータの中央ステー
ションＤの中央計算機への伝送作業を引受ける。これら
のデータの調製は光学アイ内での光点の局所化と測定ス
テーションＯＰ３に存在している傾斜計の評価で行われ
る。中央ステーションＤの中央計算機は中央のデータ評
価、即ち予め一定されている参照点ＡもしくはＨＫ関し
てフライスヘッド座標の計算を引受けて行う。

測定ステーションＡはキードへ−計算機の瞬間的な状態
を視ることのできる表示領域を有している。キーにより
、方位測定工程が開始され、レーザ光線が投入かつ遮断
され、測定ステーションＡは一定の状態（リセット状態
）におかれる。表示領域内で、利用者は、測定ステーシ
ョン状態Ａが正常に機能しているかどうかの情報および
測定ステーションＡが測定ステーションのコーナレフレ
クタを方位測定しているかどうかの情報を得る。測定ス
テーションＢの計算機は特に、ここに存在しているレー
ザの再案内並らびに測定ステーションＣの座標計算とを
行い、一方測定ステーションＣの計算機は中央ステーシ
ョンＤの中央計算機との連けいに役立つ。変調に上シ測
定ステーションＡにおいてレーザ光線に与えられる測定
ステーションＢの（Ａから見て）コーナレフレクタの場
所に関する情報はレーザ光線から取られ、測定ステーシ
ョンＢの計算機に更に与えられる。データ伝送および長
さ測定のためにも変調可能なレーザには、コンパクトな
かつ頑丈な半導体レーザが使用される。

レーザが反射の形で働くので送信場所における作業員に
よるレーザ光線の中断を認知するととができる。、これ
は、レーザを遮断するか或いはその強度を低減するのに
利用される。レーザ光線の発散を小さくシ、かつレーザ
光線を一点に集束するために、上記の拡大光学系が設け
られてオシ、この拡大光学系は中間焦点および／又は空
間フィルタを備えているか或いは備えていない多レンズ
系から成る。

上記の測定システムにあって、コーナレフレクタ７内に
その都度入射する光の一部分は截頭円錐形のコーナレフ
レクタの後方のコーナにおいてカップルアウトされ、一
方向性の光学アイ内で更に処理される。レーザ光をカッ
プルアウトするため、コーナレフレクタ７は中央に貫通
されている窓３０（第４図）を有している。測定ステー
ションＢにおいてもまた測定ステージは角度値Ｐとφで
変る。この場合角度ｐｒ測測定れるべき水平角度であシ
、角度φは重要でない垂直角度である。角度φを光学的
な方法で消滅ささせて、角度をを線状の光電気的なセン
サ、適当なのは線状のＣＣＤ−アレイで測定し得るよう
にするのが望ましい。この目的には、以下に第８図と関
連して詳しく説明する上記の一方向性の光学アイが役立
つ。この一方向性の光学アイは薄い、平面平行なかつ光
学的に透明なガラス板３１から成り、このガラス板はコ
ーナレフレフタフの窓３０を通って入ってきかつ鉛直線
に関して可変の角度（ψ、ψ）でその端面５２に入射す
る光を相対している端面３３に導く（二次元導光器。光
は一定の限界角度を観察した場合多重の全反射により板
内で把えられる。）。

光線は、鉛直線に関して区間δエ　だけ入口点に位置ず
れして光線の入口角度に相当する出口角度ψで出る。出
口角度φはしたがって入射角度長さＬおよびグラス板の
屈折インデックスｎに依存しており、角度ψに依存して
いない。

入って来る光線がガラス板３１の厚みの寸法に合う直径
を持っている場合、限界角度を観察して再び現出する光
強度の配分は入口角度ψにのみ依存している。現出する
光強度はガラス板の後方の領域内で（出口一端面５３と
方向上φｍａｗ　を備えた二つの側面で区画されて、三
角形の領域内で）入口角度ψに依存していない。

したがって、光強度はガラス板３１の後方で僅かな距離
で設けられている狭い線状の光センサ２９（第６図およ
び第７図）によって把えられる。光センサ２９における
最大光の場所はψとガラス板５１の入口面３２への光線
の衝突点に依存にのみ依存している。レンズは公知のよ
うに、同じ方向で来るすべての光線を、レンズへの光線
の衝突点に依存することなく、同じ点に集束する。した
がって、適当な位置における平更に、この場所は入口場
所に依存しない。円筒レンズは本発明により、屈折力が
異りかつ賦形性が適当な二枚のガラスから面平行な板３
１を組立てることによって形成される。第８図による優
れた実施形にあっては輪郭がほぼ三角形成いは台形のガ
ラス板３１は、端面３２を光線入射の側に有する板３４
と光線入射の側に端面３３を有する同じ厚みの板３５か
ら成る。屈折力の異る面平行な二つのガラス６４と３５
は光学的に互いに接合されている。板３４はその平坦な
端面５２に相対している面上に円筒形の面３６を備えて
おり、この面の中心点Ｒは明白な距離をもって端面３２
の前に存在している。他のガラス板３５はその区画され
た端面において相応して凹−円筒状に形成されている。

異るガラス板３４，３５の板曲率半径Ｒと屈折力はその
都度の使用目的に合される。ガラス３４と３５のための
ガラスの種類としては、例えばクラウンガラスＢＫ工と
結晶ガラス５Ｆ６が該当する。

コーナレフレクタ７を貫通するレーザ光線のための線状
の光検出器としては、上記のように、それぞれ一つのＣ
０Ｄ−アレイ２９が使用され、このＣ０Ｄ−アレイは約
±４０°の角度領域を覆う。

ＣＣＤ−センサ２９は、強度配分曲線からレーザ光線点
（強度の最大）の場所を決定するそれぞれのステーショ
ンに相応する計算機で読取られる。ガラス板３１の両部
分片６４と３５の境界面Ｅは、異る座標ｙの入口窓３２
内で入る光線が焦点線Ｈ上で出合うように計算される。

異る垂直座標と角度とを持つ光線は全体反射により出口
窓３６へと送られる。入射する平行な光束のみ依存する
。

境界面Ｅを円筒面によって形成すると−これは必ずしも
必要ではない−、焦点線はｇＪＦを描く。したがって線
Ｈに沿って設けられた受光器２９は平行な光束の角度ψ
を測定する。高出力のセンサ（０ＣＤ−アレイ２９）を
使用した場合強度配分はψに依存して得られる。

角度φを光学的な方法でまとめられたレンズの薄いガラ
ス板で消滅させる上記のシステムにあっては以下の問題
が生じる。屈折数の異る二の依存は特別な使用例の場合
計算により消去される。この目的のため空間一定な座標
システムに関しての光学アイの他の角度の認知が必要で
ある。この角度は例えばこのことに依存することのない
傾斜計で導出することができる。角度を回避しようとす
る場合、光路内の屈折数のどんな変化も避けなければな
らない。即ち、一般に光線の道は空気で満されでいなけ
ればならない。この前提の下でも第８図に図示した光学
アイと異なシ角度ψの消去のための光学的なシステムは
以下のようにして構成される。

光路において屈折数の変化のない一方向性の光学アイは
平行に組立てられていて、鏡面化された面が背中合せに
逆向に合された、中間に約２ｍｍの空隙を持つ鏡と光線
入射場所に組立てられたスリット絞りで構成される。こ
の場合、スリットは鏡の表面薄線に対して平行に走って
いる。一方向性の光学アイをこのように構成した場合、
入射する延びた光束の水平の場所はスリット絞シによっ
て決定される。鏡開を通る光線は両方の平行な鏡により
、第８図による面平行なガラス板におけると同様に線状
の受光器方向に転向される。光路のどの位置にあっても
屈折が生じないので、角度φの変化は測定場所に作用し
ない。

使用される一方向性の光学アイはその基本構成にあって
、ある方向での入射光線の場所への依存性を消去する（
スリット絞り或いは円筒レンズ）光学系と成る方向での
光線の場所を定めかつこの方向に対して垂直に存在して
いる方向で場所を変える（面平行なガラス板或いは平行
な鏡）二方向性の導光要素とから成る。レンズ系を利用
した場合、小さな光強度で確実に働く系を構成すること
ができる。この場合、もちろんこの系の測定値は常に一
定の方法で入口角度にも依存する。即ち、附加的にこの
系の他の空間角度を測定し、これにより測定された角度
ψの値を修正しなければならない。

一方向性の光学アイの上記の構成の利点は特に、面に入
射する光束の方向が依存していない角度のだめの高い解
像で決定されることが可能となることおよびこの目的で
既存の線状の受光器、特に線状のＣ０Ｄ−アレイを使用
できることである。

上記の測定システムにより、部分切削機のフライスヘッ
ドのその都度の位置或いは他の掘削機、例えば全断面切
削機等のフライスヘッドのその都度の位置を自動的な方
法で自動的に決定することができる。これにより、この
測定システムを掘進作業中の掘進機の監視のためにおよ
び／又は掘進機の制御に、およびフライスアームの作業
運動を正確に輪郭に沿った制御が行われるように制御す
ることに利用することができる。既に述べたように、不
動の参照点Ａと場所移動するトラバース点Ｃ間のトラバ
ース測定を一つ或いは多数の補助もしくはトラバース点
Ｂを介して行うことができる。まだ点Ａが点Ｃに対する
可視距離に存在する場合参照点Ａから直接掘進機の場所
移動する点へのトラバース測定を行うことができる。こ
の場合、測定システムの構成は根本的に改変されない。

検出された測定データの特に区間Ｂ　−ｃでの伝送は、
特にトラバース点モしくは測定ステーションＢが同様に
、第１図に示すように掘進機の傍らに設けられている場
合、ケーブルを介して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は略図した本発明による装置を有する部分切削機
をトンネル或いは坑道内での作業状態で示した概略図、 第２図は第１図による装置のブロック図、第３図はトラ
バース点を形成する測定ステーションにおける個々の座
標系と結合されたトラバース、 第４図は本発明による装置で使用されるレーザ測定ヘッ
ド、 第５図〜第７図はトラバースの個々の測定ステーション
の概略図、 第８図は集束装置を備えたガラス板の基礎上ＫＧけた二
次元の測定ステーション。 図中符号は、 ５…フライスアーム ７．１４・・・・測定部材 ？・・・レーザ装置 １９．２０．２２〜２６，２７．２Ｂ　＠・ψ・角度測
定装置代理人　江　崎　光　好 代理人　江　崎　光　史 ＦＩＧ、２ ９−＼ ＦｊＧ、６ 特開昭ＧＯ−１８７８０９（１４） ＦＩＧ、８ 第１頁の続き ＠発明者　ハンスーギュンテル・　ド・ウイーレルス　
−Ｈ ｏ発　明　者　マルチン・ロイチル　ドツト・ 「ソ連邦共和国、カルルスフエルト、ブレーメンストラ
と、８ 「ソ連邦共和国、ミュンヘン　４０、グラフーコントラ
ーストラーセ、２５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　レーザ光線で働く測定システムにより掘進機のフ
   ライスヘツドの位置を決定するようにして行う、掘進機
   、特に部分切削機を監視および／又は制御するだめの方
   法において、フライスヘッド（６）の位置を決定するた
   め空間に定められた既知の参照点に）から出発して掘進
   機もしくはそのフライスアーム（５）まで、トラバース
   −測定をトラバース側面をなす少くなくとも一つのレー
   ザ区間を使用して計算機による制御により実施すること
   を特徴とする、上記方法。 ２、トラバース−測定を掘進機の作動中に高さ方向およ
   び側方方向で揺動可能なフライスヘッドの位置を決定す
   るために連続的にかつ自齢凸１／ｒ斜へ　鮪飽Ｉ襲故紬
   奇小銘開竺４栖１ｙ和載の方法。 ５、トラバース−測定を少くとも二つのトラ・ぐ−ス点
   を形成する補助点（Ａ　＋　Ｂｒ　Ｃ）　、これらのう
   ち点Ａは掘進機から大きな距離で設けられる参照点であ
   り、第二の点（０）は掘進機に設けられており、場合に
   よってはこれら画点（Ａ、Ｏ）間に設けられる一つ或い
   は多数のトラバース点（ロ）である−を介して行う、前
   記特許請求の範囲第１項或いは第２項に記載の方法。 ４、参照点（６）の座標を少くとも一つの不動なかつ明
   白に測定された点（ロ）に関して行われる測定によって
   決定する、前記特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５、掘進機の切削作業中に参照点に）から出発して漸次
   一つ又は多数の補助点（Ｂ、Ｃ）の座標システムの相対
   位置を計算機により決定し、請求の範囲第１項から第４
   項までのうちのいずれか一つに記載の方法。 ６．一つ或いは多数のレーザ区間に関する検出された測
   定データをレーザ光線を変調させて一方のトラバース点
   から次のトラバース点へと伝送する、特許請求の範囲第
   １項から第５項までのうちのいずれか一つに記載の方法
   。 ７、一つ或いは多数のレーザ区間をレーザ光線の反射に
   よシ出発点へと戻す、特許請求の範囲第１項から第６項
   までのうちのいずれか一つに記載の方法。 ８、補助点（Ａ、Ｂ、Ｃ）の座標の決定を角度測定およ
   びこれらの補助点間のレーザ光線の経過時間を測定する
   ようにして補助点の距離（トラバース側面）を測定する
   ことによって行う、特許請求の範囲第１項から第７項ま
   でのうちのいずれか一つに記載の方法。 ？、測定データを少くとも一つのステーション固有の計
   算機を介して、掘進機に設けられていてかつフライスヘ
   ッドの位置および／又は掘進機を制御する中央の計算機
   に与える、特許請求の範囲第１項から第８項までのうち
   のいずれか一つに記載の方法。 １０、掘進機もしくは部分切削機の運動するフライスヘ
   ツドの位置を決定するだめの測定システムを有する、掘
   進機もしくは部分切削機を監視および／制御するため方
   法を実施するための装置において、少くとも二つのトラ
   ・（−ス側面を経て行われるレーザ光線−トラフ＜＋−
   スを形成するため個々のトラバース点が各々一つの測定
   ステーション（Ａ　ｔ　”　＋　Ｃ）によって形成され
   ており、これらの測定ステーションのうち最後の測定ス
   テーションｅ）が掘進機もしくはその揺動可能なフライ
   スアーム（５）に設けられており、トラバースの初端を
   形成する測定ステーションに）が距離をおいて空間固定
   されて坑道等内に設けられておシ、この場合上記の測定
   ステーション（０，Ａ）間に少くなくとも一つの補助測
   定ステーション（ロ）が設けられていること、 更にトラバースの初端を形成する測定ステーションに）
   と場合によっては補助測定ステーション（ロ）がレーザ
   測定区間を形成するだめのそれぞれ一つのレーザ装置（
   ９）を備えていること、 全測定ステーション（Ａ、Ｂ、Ｏ）が角度測定装置（１
   ９，２０，２２〜２６，２７．２８）　を備えている・
   こと、 掘進機もしくはフライスアーム（５）に設けられた測定
   ステーション（Ｃ）および場合によっては一つ或いは多
   数の補助ステーション（ロ）がそれぞれ一つのレーザ光
   線−放射兼測定部材（７，１４）　を備えていること、 および 表示装置および／又は掘進機を制御する制御ユニットを
   有する中央計算機を備えた中央ユニット（ロ）へのデー
   タ伝送部が設けられていること、 を特徴とする上記装置。 １１、変調可能なレーザ光線を介してレーザ区間る、前
   記特許請求の範囲第１０項に記載の装置。 １２、一つ或いは多数のレーザ光線−発射部材がコーナ
   レフレクタ（７）から成る、前記特許請求の範囲第１０
   項或いは第１１項に記載の装置。 １３、レーザ装置を備えた一つ或いは多数の測定ステー
   ション（Ａ、Ｂ）が計算機による制御により調節可能に
   、特に垂直および水平な軸線（ａ、Ｖ）を中心にして回
   転可能に支承されている、特許請求の範囲第１０項から
   第１２項までのうちのいずれか一つに記載の装置。 １４、レーザ装置（９）を備えた一つ或いは多数の測定
   ステーション（Ａ、Ｂ）がレーザ測定ヘッド（８）を備
   えており、このレーザ測定ヘッドが一つの構造ユニット
   内に以下の機構、即ちレーザ測定区間に対して角度を以
   って配設されたレーザ装置（９）、 分光器（１１）或いは類似物、 分光器（１１）および拡大光学系（１０）と共にレーザ
   光線軸線上に存在する窓（１２）を備えたレンズ系（１
   ３）、 および レーザ光線の経過時間およびレーザ測定区間の長さを測
   定するだめの、分光器（１１）の後方に設けられた迅速
   光ダイオード（１４）、を備えている、特許請求の範囲
   第１０項から第１５項までのうちのいずれか一つに記載
   の装置。 １５、一つ或いは多数のレーザ測定ヘッド（８）のレン
   ズ系（１３）が一つ或いは多数の、特に二つ或いは四つ
   の７レスネルーレンズのセグメントから成り、これらの
   レンズの尖軸線が拡大学系（１０）の中心軸線に対して
   平行に空間フィルタ（絞り１５ａ〜１５ｄ）を通ｐ１こ
   れらの空間フィルタが所属するフレスネル−レンズセグ
   メントの焦点面に設けられている、前記特許請求の範囲
   第１４項に記載の装置。 １６、光路内で空間フィルター（１５ａ〜１５ｄ）の後
   方に検出されたレーザ光線の反射された光の平行なずれ
   を計算するためのそれぞれ少くとも一つのセンサ（１６
   ａ〜１６ｄ）が設けられている、前記特許請求の範囲第
   １５項に記載の装置。 １７、コーナレフレクタ（７）の中央後方に変調された
   レーザを伝送する情報（位置デ７り）を収受するための
   光ダイオードが設けられている、特許請求の範囲第１１
   項から第１６項までのうちのいずれか一つに記載の装置
   。 １８、角度測定装置が縦傾斜および横傾斜測定器並びに
   場合によっては北を指向している航行計器（ジャイロコ
   ンパス２１）或いは揺動軸線（ａ、Ｖ）のだめの角度符
   号化装置から成る、特許請求の範囲第１０項から第１７
   項までのうちのいずれか一つに記載の装置。 １９、コーナレフレクタ（７）がその軸線内にレーザ光
   線通過のための窓（３ｏ）を有しており、この窓（３０
   ）の後方に衝当ったレーザ光線の方向を決定するための
   光電気的なセンサ、特にＣ０Ｄ−アレイが設けられてい
   る、特許請求の範囲第１２項から第１８項までのうちの
   いずれか一つに記載の装置。 ２０、コーナレフレクタ（７）の窓（５０）の後方に一
   方向性の光学アイが設けられておシ、この光学アイが一
   方向性の集束装置と例えば薄い、平面平行なかつ光学的
   に透過性のガラス板から成る平坦な導光板から成シ、こ
   のガラス板が屈折力が異る二つの部片（５４，５５）か
   ら組立てられており、その境界面（６）が、一方の部片
   （５４）の端面（５２）において入射する光がその両座
   様の一つ内においてのみガラス板の相対する端面（５３
   ）において出るように定められておシ、この場合導光部
   材の後方に線状の光収受体、特にＣＣＤ−アレイが設け
   られている、前記特許請求の範囲第１９項に記載の装置
   。