JP2000298021A - Yawing angle measuring instrument and position measuring instrument for underground excavating machine - Google Patents
Yawing angle measuring instrument and position measuring instrument for underground excavating machineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、基点とこれと距離
を置いて基点の両側に設定した各地点とをそれぞれを結
ぶ二つの線分の偏角を光で計測する光学式偏角測定装置
と、曲線経路を掘進する地中掘進機の掘進位置を計測す
る地中掘進機の位置計測装置に関するものである。前者
の装置は、地上や地下で行う建設作業にとって特に有用
なものであって、両者の装置は、産業上、共に建設作業
の分野で利用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical declination measuring apparatus for measuring the declination of two line segments connecting a base point and respective points set on both sides of the base point at a distance from the base point. And an underground excavator position measuring device that measures the excavation position of an underground excavator that excavates a curved path. The former device is particularly useful for construction work performed above and below the ground, and both devices are used both industrially and in the field of construction work.
【０００２】[0002]
【従来の技術】地上や地下で建設作業を行う場合、基点
となる地点とこれと距離を置いてその両側にそれぞれ設
定した地点とをそれぞれを結ぶ二つの線分同士の角度関
係を知る必要が生じる。例えば、曲折した道路を施工す
るときには、施工路面の曲折部の角度を知ることが必要
になる。その場合には、曲折部の適所に基点となる計測
地点を設定するとともに、これと距離を置いてその両側
の路面施工区域にもそれぞれ計測地点を設定して、基点
となる計測地点とその両側の各計測地点を結ぶ各線分同
士の角度を計測する。また、地中掘進機でカーブした地
下坑を掘削するには、地中掘進機が計画路線（予め設定
された掘進経路）に沿って正しく掘進しているかどうか
を知るため、その掘進位置を確認しなければならない。
その場合にも、後に詳述するように、基点となる計測地
点とその両側の各計測地点を結ぶ各線分同士の角度関係
を知ることが必要になる。このような基点を頂点とする
両側の線分同士の角度関係を知るには、両線分同士の内
角及び外角の何れを計測してもよく、その角度関係を一
義的に特定できるような角度に関する値が計測できれば
その目的が果たせる。この明細書では、こうした二つの
線分同士の角度関係を特定し得るような角度に関する値
を偏角と称している。2. Description of the Related Art When performing construction work on the ground or underground, it is necessary to know the angular relationship between two line segments connecting a point serving as a base point and points set on both sides thereof at a distance from the base point. Occurs. For example, when constructing a curved road, it is necessary to know the angle of the curved portion of the construction road surface. In that case, set the measurement point as the base point at the appropriate place in the bend, set a measurement point in the road construction area on both sides at a distance from this point, and set the measurement point as the base point and both sides The angles between the line segments connecting the measurement points are measured. In order to excavate a curved underground pit with an underground excavator, check the excavation position to know whether the underground excavator is properly excavating along a planned route (a preset excavation route). Must.
In this case, as will be described in detail later, it is necessary to know the angular relationship between the line segments connecting the measurement point serving as the base point and the measurement points on both sides thereof. In order to know the angle relationship between the line segments on both sides having the base point as the vertex, either the inner angle or the outer angle between the two line segments may be measured, and the angle such that the angle relationship can be uniquely specified. If the value of can be measured, the purpose can be fulfilled. In this specification, a value related to an angle that can specify the angle relationship between these two line segments is referred to as a declination.
【０００３】建設作業においては、これまで、こうした
偏角を計測するのに、トランシットを用いて計測する方
法が一般的に採用されている。このトランシットによる
偏角の計測方法は、人的能力に依存する方法であるた
め、熟練技術者等人手を要するだけでなく一回の測量時
間が長くなる。また、望遠鏡をヨーイング方向（水平方
向）やピッチング方向（垂直方向）に回動させるための
回動機構を必要とするため、この回動機構に起因して機
械的な計測誤差が生じやすく、高い計測精度を確保する
ことが困難である。さらに、ヨーイング方向やピッチン
グ方向に傾動させるような振動等の外力が作用すると、
こうした外力による計測誤差が生じて計測結果に影響を
及ぼす。[0003] In the construction work, a method of measuring such an argument using a transit has been generally adopted so far. The method of measuring the declination by the transit is a method depending on human ability, and thus not only requires a skilled technician but also requires one surveying time. In addition, since a rotating mechanism for rotating the telescope in the yawing direction (horizontal direction) or the pitching direction (vertical direction) is required, mechanical measurement errors are likely to occur due to this rotating mechanism, and high It is difficult to ensure measurement accuracy. Furthermore, when an external force such as vibration that tilts in the yawing or pitching direction acts,
A measurement error due to such external force occurs and affects the measurement result.
【０００４】ところで、地下坑を掘削しながら地中を掘
進する地中掘進機でカーブする地下坑を掘削する場合に
は、地中掘進機が計画路線に沿って正しく掘進できるよ
うに地中掘進機の掘進位置の計測を行う。この種の地中
掘進機としては、人が入れない小口径の管を地中に埋設
する小口径管推進機、人が入れる大口径の管を地中に埋
設するセミシールド機さらにはシールド掘進機を挙げる
ことができる。こうした地中掘進機の掘進位置の計測を
するには、通常、発進立坑等の地中掘進機の掘進の出発
点となる地点及び地中掘進機内にそれぞれ計測始点及び
計測終点を設定するとともに、地中掘進機の掘進の進展
に応じてこれらの中間に適当数の中間計測点を設定す
る。そして、これらの計測点間の各距離を計測するほ
か、中間計測点と隣接する両側の計測地点を結ぶ各線分
同士の偏角を計測して、これらの計測結果に基づいて地
中掘進機の掘進位置を演算により求めるようにしてい
る。こうした地中掘進機の掘進位置の計測過程で偏角を
計測するときにも、従来、トランシットで計測する方法
が採用されていた。このトランシットによる方法は、前
述したように、一回の測量時間が長く人手を要し、特に
手狭な坑内で測量するときには、測量作業に多大の労力
と危険が伴うことから、この種の地中掘進機の掘進位置
計測技術として、従来、掘進位置の計測の際に、偏角を
トランシットによらないでレーザビームで光学的に計測
する方法を採り入れたものがある。When excavating an underground pit that curves with an underground excavator that excavates underground while excavating an underground pit, the underground excavation is performed so that the underground excavator can properly excavate along the planned route. The excavation position of the machine is measured. This type of underground excavator includes small-diameter pipe propulsion machines that bury small-diameter pipes that cannot be buried in the ground, semi-shield machines that bury large-diameter pipes that can be buried in the ground, and shield digging. Machine. In order to measure the excavation position of such an underground excavator, usually, a measurement start point and a measurement end point are respectively set at a starting point of the excavation of the underground excavator such as a starting shaft and inside the underground excavator, An appropriate number of intermediate measurement points are set between them according to the progress of the excavation of the underground excavator. Then, in addition to measuring each distance between these measurement points, the declination of each line segment connecting the intermediate measurement point and the adjacent measurement points on both sides is measured, and the underground excavator is The excavation position is obtained by calculation. Conventionally, a transit measurement method has also been employed when measuring the deflection angle in the process of measuring the excavation position of such an underground excavator. As described above, this transit method requires a long measurement time for one survey and requires human labor, and especially when surveying in a narrow mine, the surveying work involves a lot of labor and danger. 2. Description of the Related Art As an excavation position measurement technique of an excavator, there has been conventionally adopted a method of optically measuring a deflection angle with a laser beam without using a transit when measuring an excavation position.
【０００５】こうした方法を採り入れた地中掘進機の掘
進位置計測技術の代表例として、例えば特開平５ー３４
０１８６号公報に記載された技術を挙げることができ
る。この特開平５ー３４０１８６号公報に記載の技術
（以下「従来の技術」という。）は、「カーブする地下
坑内に設定される後方視準点の前方に、測角機能を有す
るレーザ照準機を設置し、シールド掘進機内に、ミニ反
射プリズムを付設した位置検出素子（光電素子）のター
ゲットを設置するとともに、これらの中間位置には、レ
ーザ照準機からのレーザビームを屈折させ屈折させたレ
ーザビームの方向転角を計測できる距離儀付きのウエッ
ジプリズムを、地中掘進機の掘進の進展に応じて適当数
設置するようにした」ものである。As a typical example of the excavation position measuring technique of an underground excavator adopting such a method, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-34
The technology described in Japanese Patent No. 0186 can be mentioned. The technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-340186 (hereinafter referred to as "conventional technology") is based on "a laser sighting device having an angle measuring function in front of a rear sighting point set in a curved underground pit. The target of the position detection element (photoelectric element) attached with the mini-reflection prism is installed in the shield machine, and the laser beam refracted by refracting the laser beam from the laser sighting machine is located between these targets. An appropriate number of wedge prisms with a distance gauge capable of measuring the turning angle of the underground excavator are installed according to the progress of the excavation of the underground excavator. "
【０００６】この従来の技術により地中掘進機の掘進位
置を計測するときは、ウエッジプリズムを遠隔操作で回
動させることにより、レーザ照準機からのレーザビーム
を、ウエッジプリズムを介してシールド掘進機内のター
ゲットに常に当てるようにする。そうすると、ウエッジ
プリズムを経由したレーザ照準機からのレーザビームが
ターゲットの位置検出素子に当てられるため、レーザス
ポットの位置が検出されるとともに、ウエッジプリズム
の設置点の偏角がウエッジプリズムの回動量により計測
され、また、各計測点間の距離がウエッジプリズムの距
離儀により計測される。従来の技術では、こうして得ら
れた各計測点間の距離、偏角及びレーザスポットの位置
に基づいて地中掘進機の掘進位置を座標位置により計測
する。When measuring the excavation position of an underground excavator according to this conventional technique, the wedge prism is rotated by remote control so that the laser beam from the laser aiming machine is transmitted through the wedge prism into the shield excavator. Always hit the target. Then, since the laser beam from the laser sighting device via the wedge prism is applied to the position detection element of the target, the position of the laser spot is detected, and the declination of the installation point of the wedge prism is determined by the amount of rotation of the wedge prism. The distance between the measurement points is measured by a wedge prism range finder. In the related art, the excavation position of the underground excavator is measured by the coordinate position based on the distance, the declination, and the position of the laser spot between the measurement points thus obtained.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の技
術に係る地中掘進機の掘進位置計測技術や同技術に採り
入れられている偏角計測技術は、収束度の高いレーザ光
であるレーザビームを、検出器をなす位置検出素子に当
てるようにウエッジプリズムを回動させて、その回転量
によりウエッジプリズムの設置点の偏角を計測するよう
にしている。そのため、地中掘進機の掘進位置を計測す
る際、レーザビームを検出器の位置検出素子に的確に当
てるようにウエッジプリズムを回動させる操作を要して
操作が複雑であるばかりでなく、ウエッジプリズムを回
動させるための回動機構を要し、これに伴って種々の問
題がもたらされることとなる。例えば、回動機構を要す
るために機械的な計測誤差が生じやすく、光学的な誤差
に機械的な誤差が加わって高い計測精度を確保すること
が困難であるとともに、レーザ照準機が外力によりピッ
チングやヨーイング方向に振動すると、大きな計測誤差
が生じる。特に、地中掘進機の掘進位置の計測では、偏
角の計測結果が掘進位置の計測結果に及ぼす度合いが大
きいことに加えて、緩やかなカーブをなす場所の偏角を
計測する機会が多く、偏角を精度よく計測する必要性が
高いことから、回動機構による機械的な計測誤差や振動
による計測誤差が生じると、地中掘進機の掘進位置の計
測結果に多大な影響を及ぼす。As described above, the digging position measurement technology of the underground excavator according to the prior art and the declination measurement technology adopted in the technology are laser beams having a high convergence degree. The wedge prism is rotated so that the beam hits the position detecting element forming the detector, and the deflection angle of the installation point of the wedge prism is measured based on the rotation amount. Therefore, when measuring the excavation position of the underground excavator, the operation is required to rotate the wedge prism so that the laser beam accurately strikes the position detecting element of the detector, and the operation is not only complicated, but also the wedge A rotating mechanism for rotating the prism is required, and this causes various problems. For example, a mechanical measurement error is likely to occur due to the need for a rotating mechanism, and it is difficult to ensure high measurement accuracy due to the mechanical error added to the optical error. Vibration in the yawing direction causes a large measurement error. In particular, when measuring the excavation position of an underground excavator, in addition to the fact that the measurement result of the declination has a large effect on the measurement result of the excavation position, there are many opportunities to measure the declination of a place that forms a gentle curve, Since it is highly necessary to accurately measure the declination angle, if a mechanical measurement error due to the rotating mechanism or a measurement error due to vibration occurs, it greatly affects the measurement result of the excavation position of the underground excavator.
【０００８】こうしたことから、出願人は、検出器に当
てるための光源として、レーザビームよりも広い領域を
照らせる拡散光を用いて、レーザビームのように光を検
出器の位置検出素子に的確に当てるための操作は要せず
機械的な計測誤差や振動による計測誤差も生じないよう
にした斬新的な偏角測定装置やこれを用いた地中掘進機
の位置計測装置について技術開発を進めている。その技
術開発の過程で生まれた発明は、すでに特許出願されて
おり、その代表的なものとして、特願平９ー２９７２９
５号に係る光学式偏角測定装置及び地中掘進機の位置計
測装置の発明を挙げることができる。For this reason, the applicant uses a diffused light that illuminates a wider area than the laser beam as a light source for illuminating the detector, and accurately emits the light like a laser beam to the position detecting element of the detector. Novel operation is not required, and technical development of a novel declination measurement device that prevents mechanical measurement error and measurement error due to vibration and a position measurement device of an underground excavator using this is advanced. I have. The invention born in the course of the technical development has already been filed for a patent, and as a representative example, Japanese Patent Application No. 9-29729.
The invention of the optical declination measuring device and the underground excavator position measuring device according to No. 5 can be cited.
【０００９】この発明に係る光学式偏角測定装置は、基
点の両側に設定した各地点にそれぞれ設置され拡散光を
発する偏角計測用の光源と、基点に設置される偏角計測
用の検出器とからなり、偏角計測用の各光源が発する拡
散光を検出器の集光手段でそれぞれ集光した後、検出器
の各位置検出素子でそれぞれ受光してその受光位置を検
出し、各位置検出素子での検出結果に基づいて各光源の
光軸同士の偏角を演算により算出できるようにしたもの
である。また、この発明に係る地中掘進機の位置計測装
置は、こうした光学式偏角測定装置を使用することによ
り、曲線経路を掘進して地下坑を掘削する地中掘進機の
掘進位置を計測しようとするものであって、偏角計測用
の検出器等での検出結果に基づいてそれぞれ得られる偏
角及び光源の方向に関するデータと隣接計測点間の各距
離に関するデータとに基づいて、始点計測点に対する終
点計測点の相対位置を演算手段で演算して計測するよう
にしたものであり、何れも、光源に、レーザビームより
広領域を照らせる拡散光を用いて、従来の技術で生じる
前記の問題を解決するようにした点に特徴がある。これ
らの光学式偏角測定装置及び地中掘進機の位置計測装置
の詳細は、後に、この出願の発明を説明する過程で詳述
する。An optical declination measuring apparatus according to the present invention comprises a light source for declination measurement, which is installed at each point set on both sides of the base point and emits diffused light, and a detection light source for declination measurement, which is installed at the base point. After collecting the diffused light emitted by each light source for declination measurement by the light collecting means of the detector, the light is received by each position detecting element of the detector, and the light receiving position is detected. The declination between the optical axes of the respective light sources can be calculated by calculation based on the detection result of the position detecting element. Further, the underground excavator position measuring device according to the present invention uses such an optical declination measuring device to measure the excavation position of an underground excavator that excavates a curved path and excavates an underground shaft. The starting point measurement is performed based on the data on the declination and the direction of the light source and the data on each distance between adjacent measurement points, which are respectively obtained based on the detection results by the detector for declination measurement and the like. The relative position of the end point measurement point with respect to the point is calculated and calculated by the calculating means, and in any case, the light source uses diffused light that illuminates a wider area than the laser beam, and the above-mentioned conventional technology is used. The feature is that the problem is solved. Details of the optical declination measuring device and the underground excavator position measuring device will be described later in the process of describing the invention of this application.
【００１０】これらの光学式偏角測定装置や地中掘進機
の位置計測装置について、その後、実用化を図るための
研究開発を進めたところ、これらの装置には、拡散光の
光源を用いたことに伴って拡散光の光源特有の問題が生
じ、更に改良すべき点のあることを見出した。The optical declination measuring device and the underground excavator position measuring device have been researched and developed for practical use. These devices use a diffused light source. Accordingly, a problem peculiar to the light source of the diffused light occurs, and it has been found that there is a point to be further improved.
【００１１】この点について言及すると、光学式偏角測
定装置や地中掘進機の位置計測装置で計測する場合、光
源と位置検出素子の間の距離は、計測現場の状況により
計測点ごとにバラツキがあり、常に望ましい状態にある
とは限らない。そのため、位置検出素子で受光する光源
からの光量は、計測点によって変動し、位置検出素子で
の検出結果に基づいて得られる光源の方向に関するデー
タは、こうしたことに起因して信頼性が低下することが
判明した。すなわち、位置検出素子は、受光した光の光
量を検出するためのマトリックス状の多数の画素を有
し、各画素での受光量の検出値を順次出力するようにな
っているが、位置検出素子の受光量が規定の許容値より
も多い場合には、多量の光量を受けた画素が正確な光量
を検出できなくなってしまうため、結像点の重心座標位
置を各画素での検出値から求めたときに精度よく求める
ことができなくなる。また、位置検出素子の受光量が少
すぎる場合には、検出しようとする光源とは別の光がノ
イズとして入射したときにノイズの影響力が相対的に高
まるため、光源の光の結像点の位置を正確に検出するこ
とができなくなる。以上の結果、光学式偏角測定装置や
地中掘進機の位置計測装置による計測精度も低下するこ
ととなり、その対策が望まれる。In this regard, when measuring with an optical declination measuring device or a position measuring device of an underground excavator, the distance between the light source and the position detecting element varies for each measuring point depending on the situation of the measuring site. And it is not always in a desirable state. Therefore, the amount of light from the light source received by the position detection element varies depending on the measurement point, and the data on the direction of the light source obtained based on the detection result by the position detection element has low reliability due to such a situation. It has been found. That is, the position detecting element has a large number of pixels in a matrix for detecting the amount of received light, and sequentially outputs the detection value of the amount of light received at each pixel. If the received light amount is larger than the specified allowable value, the pixel receiving the large amount of light will not be able to accurately detect the amount of light, so the barycentric coordinate position of the imaging point is calculated from the detected value of each pixel. Can not be obtained with high accuracy. If the amount of light received by the position detecting element is too small, the influence of the noise is relatively increased when light other than the light source to be detected enters as noise, so that the imaging point of the light from the light source is increased. Cannot be detected accurately. As a result, the measurement accuracy of the optical declination measuring device and the position measuring device of the underground excavator also decreases, and a countermeasure is desired.
【００１２】この出願の光学式偏角測定装置及び地中掘
進機の位置計測装置に係る発明は、こうした要求に応え
るために創作されたものであって、これらの各発明の技
術課題は、拡散光の光源からの光の位置検出素子での受
光量が計測点により変動して計測精度が低下するのを防
ぐことができる光学式偏角測定装置や地中掘進機の位置
計測装置を提供することにある。The invention relating to the optical declination measuring device and the underground excavator position measuring device of the present application has been created to meet such demands. Provided are an optical declination measurement device and a position measurement device for an underground excavator that can prevent the amount of light received by a position detection element of light from a light source from fluctuating at measurement points and thereby reducing measurement accuracy. It is in.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】この出願の発明の光学式
偏角測定装置及び地中掘進機の位置計測装置に関する前
記の技術課題は、それぞれ次の１）及び２）の手段によ
り解決される。The above technical problems relating to the optical declination measuring device and the position measuring device of the underground excavator of the invention of this application are solved by the following means 1) and 2), respectively. .
【００１４】１）基点とこれと距離を置いて基点の両側
に設定した各地点とをそれぞれを結ぶ二つの線分の偏角
を光で計測する光学式偏角測定装置を構成する場合、基
点の両側に設定した各地点にそれぞれ設置され拡散光を
発する偏角計測用の光源と基点に設置される偏角計測用
の検出器とからなり、各光源からの拡散光をそれぞれ集
光する集光手段と、集光手段でそれぞれ集光した各光源
からの光をそれぞれ受光してその受光位置を検出する各
位置検出素子とを設けて、偏角計測用の検出器を構成
し、各位置検出素子での検出結果に基づいて各光源の光
軸同士の偏角を演算により算出できるようにするととも
に、位置検出素子が受光する光量を調節できる受光量調
節手段と、位置検出素子が受光する光量の指標となる値
を検出する受光量検出手段と、受光量検出手段での検出
結果に基づいて、位置検出素子の受光量を受光量調節手
段で調節することにより位置検出素子での光の受光位置
が適切に検出されるように、制御できるようにする受光
量制御手段を設ける。1) When an optical declination measuring device for measuring the declination of two line segments connecting light with a base point and each point set on both sides of the base point at a distance from the base point, a base point A light source for declination measurement, which is installed at each point set on both sides of the light source for emitting diffused light, and a detector for declination measurement, which is installed at the base point, and collects the diffused light from each light source. A light means and a position detecting element for receiving light from each light source condensed by the light condensing means and detecting a light receiving position thereof, forming a detector for measuring declination; A light-receiving-amount adjusting unit that can calculate the declination between the optical axes of the respective light sources based on the detection result of the detecting element and adjust the amount of light received by the position detecting element; Received light amount detection to detect a value that is an index of light intensity Means for controlling the light receiving position of the position detecting element based on the detection result of the light receiving amount detecting means so as to appropriately detect the light receiving position of the light at the position detecting element by adjusting the light receiving amount of the position detecting element by the light receiving amount adjusting means. There is provided a light receiving amount control means for enabling the light receiving amount.
【００１５】２）地下坑を掘削しながら地中を掘進する
地中掘進機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方
に配置しその掘進位置の指標となる被計測点の位置を、
掘進方向後方に配置し計測の始点となる始点計測点との
位置関係で計測する地中掘進機の位置計測装置を構成す
る場合、前方に拡散光を発する光源と少なくとも前方の
光源からの拡散光を集光する集光手段と集光手段で集光
した光源からの光を受光してその受光位置を検出する位
置検出素子とを有し始点計測点を設定する始点計測ユニ
ットと、後方に拡散光を発する光源と後方の光源からの
拡散光を集光する集光手段と集光手段で集光した光源か
らの光を受光してその受光位置を検出する位置検出素子
とを有し被計測点を設定する被測点計測ユニットと、前
方及び後方に拡散光を発する各光源と前方及び後方の光
源からの拡散光をそれぞれ集光する集光手段と集光手段
でそれぞれ集光した各光源からの光をそれぞれ受光して
その受光位置を検出する位置検出素子とを有し地下坑に
おける始点計測ユニットと被測点計測ユニットとの間に
配置される少なくとも一つの中間計測ユニットとを設け
て、始点計測ユニット及び中間計測ユニットでの検出結
果に基づいて得られる各光源の方向に関するデータと隣
合う各計測ユニット間の距離に関するデータとに基づい
て、始点計測点に対する被計測点の相対位置を演算装置
で演算して計測するようにするとともに、位置検出素子
が受光する光量を調節できる受光量調節手段と、位置検
出素子が受光する光量の指標となる値を検出する受光量
検出手段と、受光量検出手段での検出結果に基づいて、
位置検出素子の受光量を受光量調節手段で調節すること
により位置検出素子での光の受光位置が適切に検出され
るように、制御できるようにする受光量制御手段を設け
る。2) It is used to measure the excavation position of an underground excavator that excavates underground while excavating an underground pit.
When configuring a position measurement device of an underground excavator that is arranged in the excavation direction rear and measures with a positional relationship with a start point measurement point that is a measurement start point, a light source emitting diffused light forward and at least a diffused light from a light source in front A start point measurement unit for setting a start point measurement point having a light collecting means for collecting light from the light source condensed by the light condensing means, and a position detecting element for detecting a light receiving position thereof; A light source that emits light, a light condensing means for condensing diffused light from a rear light source, and a position detecting element for receiving light from the light source condensed by the light condensing means and detecting a light receiving position thereof, to be measured A point measurement unit for setting a point, each light source emitting diffused light forward and backward, a light collecting means for collecting light diffused from the front and rear light sources, and each light source collected by the light collecting means respectively Light from the respective Providing at least one intermediate measurement unit disposed between the start point measurement unit and the measured point measurement unit in the underground pit having a position detection element to perform, the detection results in the start point measurement unit and the intermediate measurement unit Based on the data on the direction of each light source obtained based on the data on the distance between each adjacent measurement unit, based on the relative position of the measured point with respect to the starting point measurement point is calculated by the arithmetic device and measured, A light-receiving amount adjusting unit that can adjust the amount of light received by the position detecting element; a light-receiving amount detecting unit that detects a value that is an index of the amount of light received by the position detecting element;
There is provided a light receiving amount control means for controlling the light receiving amount of the position detecting element by the light receiving amount adjusting means so that the light receiving position of the light at the position detecting element can be appropriately detected.
【００１６】この出願の発明の光学式偏角測定装置は、
前記１）に示すように、偏角計測用の光源として、特に
拡散光を発する光源を用いて、拡がりをもつ光でレーザ
ビームよりも広い領域を照らせるようにしたことによ
り、光源にレーザビームを用いる従来の技術のように光
源の光を位置検出素子に当てるための操作は要せず、ひ
いては、その操作を可能にするための回転機構を設ける
必要がなくなって、その回転機構に起因する機械的な計
測誤差も生じない。また、その拡がりをもつ偏角計測用
の各光源の光を一個の偏角計測用の検出器に集光手段で
集めて受光位置を検出し、各検出結果に基づいて各光源
の光軸同士の偏角を求め得るようにしたことにより、偏
角計測用の検出器がピッチング及びヨーイング方向に振
動しても、偏角の計測結果がその影響を受けにくいとと
もに、検出器や光源を設置する際、位置設定さえ正確に
行えば、偏角の計測結果が検出器や光源の取付姿勢に影
響されることもない。The optical declination measuring apparatus of the invention of this application is:
As described in 1) above, a light source that emits diffuse light is used as a light source for measuring declination, and an area wider than the laser beam is illuminated with light having a spread. There is no need to perform an operation for irradiating the light from the light source to the position detecting element as in the conventional technology used, and thus it is not necessary to provide a rotation mechanism for enabling the operation, and the machine caused by the rotation mechanism is not required. No measurement error occurs. In addition, the light from each light source for declination measurement having the divergence is collected by a condensing means to one detector for declination measurement, and the light receiving position is detected. Can be obtained, even if the detector for measuring declination oscillates in the pitching and yawing directions, the measurement result of the declination is not easily affected, and a detector and a light source are installed. In this case, if the position is set accurately, the measurement result of the declination is not affected by the mounting posture of the detector or the light source.
【００１７】特に、本発明の光学式偏角測定装置では、
受光量調節手段と受光量検出手段と受光量制御手段とを
設けて、受光量検出手段での検出結果に基づいて位置検
出素子の受光量を受光量調節手段で調節して、位置検出
素子での光の受光位置が適切に検出されるよう受光量制
御手段により制御できるようにしているので、拡散光の
光源からの光の位置検出素子での受光量が計測点により
変動して計測精度が低下するのを防ぐことができる。In particular, in the optical declination measuring apparatus of the present invention,
A light receiving amount adjusting means, a light receiving amount detecting means, and a light receiving amount controlling means are provided, and a light receiving amount of the position detecting element is adjusted by the light receiving amount adjusting means based on a detection result by the light receiving amount detecting means. The amount of light received by the position detection element of the light from the light source of the diffused light fluctuates depending on the measurement point, so that the measurement accuracy is improved. It can be prevented from lowering.
【００１８】この出願の発明の地中掘進機の位置計測装
置は、前記２）に示すように、発明の本質をなす主要部
の手段がこうした光学式偏角測定装置と実質上変わらな
いので、その当然の結果として、光源からの光を位置検
出素子に当てるための操作をしなくても済み、回転機構
に起因する機械的な計測誤差も生じない。また、中間計
測ユニットが外力によりピッチング方向やヨーイング方
向に振動しても、計測誤差が生じにくいとともに、中間
計測ユニットを計測点に設置する際、位置設定さえ正確
に行えば、取付姿勢が不統一であっても、その取付姿勢
の影響を受けることなく地中掘進機の掘進位置を正しく
計測することができる。そして、本発明の光学式偏角測
定装置と同様、受光量調節手段と受光量検出手段と受光
量制御手段とを設けているので、拡散光の光源からの光
の位置検出素子での受光量が計測点により変動して計測
精度が低下するのを防ぐことができる。As described in the above 2), the position measuring device of the underground excavator according to the invention of this application is substantially the same as the optical declination measuring device of the main part of the invention. As a natural result, it is not necessary to perform an operation for irradiating the light from the light source to the position detecting element, and there is no mechanical measurement error caused by the rotating mechanism. In addition, even if the intermediate measurement unit vibrates in the pitching or yawing direction due to external force, measurement errors are unlikely to occur, and when the intermediate measurement unit is installed at the measurement point, if the position is set correctly, the mounting posture will be unified However, the excavation position of the underground excavator can be correctly measured without being affected by the mounting posture. Further, similar to the optical declination measuring apparatus of the present invention, since the light receiving amount adjusting means, the light receiving amount detecting means and the light receiving amount controlling means are provided, the light receiving amount of the diffused light from the light source at the position detecting element is obtained. Can be prevented from fluctuating depending on the measurement point and the measurement accuracy is reduced.
【００１９】なお、始点計測ユニットでは、少なくとも
前方の光源からの光の受光位置を位置検出素子で検出す
ることにより前方の光源の方向を検出して、地中掘進機
が発進したときの実際の発進方向を検出する働きをし、
その検出結果と前記中間計測ユニットでの検出結果に基
づいて得られる各光源の方向に関するデータと隣合う各
計測ユニット間の距離に関するデータとに基づいて、始
点計測点に対する被計測点の相対位置を演算装置で演算
して計測することができる。また、被測点ユニットで
は、後方の光源の方向を検出してピッチング方向やヨー
イング方向の掘削機の姿勢を検出する働きをし、そのた
め、別途、掘削機の姿勢検出用の計測器を新設しないで
も済む。The starting point measuring unit detects the direction of the front light source by detecting at least the light receiving position of the light from the front light source with the position detecting element, and detects the actual position when the underground excavator starts moving. Works to detect the starting direction,
Based on the detection result and the data on the direction of each light source obtained based on the detection result in the intermediate measurement unit and the data on the distance between adjacent measurement units, the relative position of the measured point with respect to the start measurement point is calculated. It can be measured by calculating with an arithmetic device. In addition, the measured point unit detects the direction of the light source behind and detects the attitude of the excavator in the pitching direction and the yawing direction. Therefore, a separate measuring instrument for detecting the attitude of the excavator is not provided. But it does.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、この出願の光学式偏角測定
装置や地中掘進機の位置計測装置に係る発明が実際上ど
のように具体化されるのかを示す具体化例を図１乃至図
５に基づいて説明することにより、この出願の各発明の
実施の形態を明らかにする。図１は、検出器と光源とを
ユニット化して一体にした本発明の光学式偏角測定装置
の具体化例を示す斜視図、図２は、図１の光学式偏角測
定装置を使用した地中掘進機の位置計測装置により地中
掘進機の掘進位置を計測している状態の全体像を概略的
に示す図、図３は、この出願の各発明の技術的意義を説
明するための光学式偏角測定装置の第１の配置状態を示
す図２と同様の図、図４は、この出願の各発明の技術的
意義を説明するための光学式偏角測定装置の第２の配置
状態を示す図２と同様の図、図５は、図１の光学式偏角
測定装置に設けられたコントローラの作用を説明するた
めの流れ図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, concrete examples showing how the invention relating to the optical declination measuring device and the underground excavator position measuring device of the present application are actually embodied will be described with reference to FIGS. An embodiment of each invention of this application will be clarified by describing based on FIG. FIG. 1 is a perspective view showing a specific example of an optical declination measuring apparatus of the present invention in which a detector and a light source are unitized and integrated, and FIG. 2 uses the optical declination measuring apparatus of FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing an overall image of a state where the excavation position of the underground excavator is being measured by the underground excavator position measuring device. FIG. 3 is a view for explaining the technical significance of each invention of this application. FIG. 4 is a view similar to FIG. 2 showing a first arrangement state of the optical argument measuring apparatus, and FIG. 4 is a second arrangement of the optical argument measuring apparatus for describing the technical significance of each invention of this application. FIG. 5 is a flowchart showing a state similar to FIG. 2, and FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of a controller provided in the optical argument measuring apparatus of FIG.
【００２１】冒頭で述べたように、光学式偏角測定装置
は、基点とこれと距離を置いて基点の両側に設定した各
地点とをそれぞれを結ぶ二つの線分の偏角を光で計測す
る装置である。ここで基点とは、計測しようとする角度
の頂点の個所に設定する計測点を意味する。ここに示す
光学式偏角測定装置は、全体像が図１に図示されてお
り、大別すると、基点の両側に設定した地点にそれぞれ
設置される偏角計測用の各光源４１，４２と、基点に設
置され各光源４１，４２の方向を検出できる偏角計測用
の検出器とからなる。また、ここに示す地中掘進機の位
置計測装置は、こうした光学式偏角測定装置を使用する
ことにより、曲線経路を掘進して地下坑を掘削する地中
掘進機の掘進位置を計測するもので、その掘進位置の計
測は、地中掘進機の掘進位置の指標となる被計測点の位
置を計測の始点となる始点計測点との位置関係で計測す
ることにより行う。As described at the beginning, the optical declination measuring device measures the declination of two line segments connecting the base point and the points set on both sides of the base point at a distance from the base point. It is a device to do. Here, the reference point means a measurement point set at a vertex of an angle to be measured. The optical declination measuring apparatus shown in FIG. 1 has an overall image shown in FIG. 1, and is roughly divided into light sources 41 and 42 for declination measurement, which are respectively installed at points set on both sides of a base point. It comprises a detector for declination measurement that is installed at the base point and can detect the direction of each of the light sources 41 and 42. The underground excavator position measurement device shown here measures the excavation position of an underground excavator that excavates an underground pit by excavating a curved path by using such an optical declination measurement device. The measurement of the excavation position is performed by measuring the position of the measured point, which is an index of the excavation position of the underground excavator, in relation to the start point measurement point, which is the start point of the measurement.
【００２２】まず、この出願の発明の光学式偏角測定装
置及び地中掘進機の位置計測装置のベースとなる技術内
容を、図１及び図２を用いて説明する。１は地中掘進機
の主要部をなす掘削機、２はシールド掘進機で掘削した
坑道又は管推進機で掘削した管渠等の地下坑、３は地中
掘進機の掘進の出発点となる発進立坑、４は後述する始
点計測ユニット４００ａ、中間計測ユニット４００及び
被測点計測ユニット４００ｂとそれぞれ通信ラインで接
続され地中掘進機の掘進位置を演算する中央演算処理装
置、５は中央演算処理装置４での演算結果やその演算結
果に基づいて得られる情報をオペレータの操縦の便のた
めに数値やグラフで表示する表示装置である。掘削機１
は、管推進機及びシールド掘進機等、地下坑２を掘削し
ながら地中を掘進する地中掘進機の掘削機であれば、何
れのものでもよい。地下坑２は、管推進機であれば、ヒ
ューム管、鋼管等の埋設管で坑壁が形成され、シールド
掘進機であれば、鋼製又はコンクリート製のセグメント
で坑壁が形成される。First, the technical contents which are the bases of the optical declination measuring device and the underground excavator position measuring device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is an excavator which is a main part of an underground excavator, 2 is an underground tunnel such as a tunnel excavated by a shield excavator or a sewer excavated by a tube propulsion machine, and 3 is a starting point of excavation of the underground excavator. The starting shaft 4 is connected to a start point measuring unit 400a, an intermediate measuring unit 400, and a measured point measuring unit 400b, which will be described later, via communication lines, respectively, and is a central processing unit for calculating the excavation position of the underground excavator. This is a display device that displays the calculation result in the device 4 and information obtained based on the calculation result in numerical values and graphs for the convenience of the operator's operation. Excavator 1
Any excavator, such as a pipe propulsion machine and a shield excavator, can be used as long as it is an underground excavator that excavates underground while excavating the underground pit 2. The underground pit 2 is formed of a buried pipe such as a fume pipe or a steel pipe in the case of a pipe propulsion machine, and is formed of a steel or concrete segment in the case of a shield excavator.
【００２３】４００ａは始点計測点を設定する始点計測
ユニット、４００ｂは被計測点を設定する被測点計測ユ
ニット、４００は地下坑２内におけるこれら始点計測ユ
ニット４００ａと被測点計測ユニット４００ｂとの間に
設定された中間計測点に配置される中間計測ユニットで
ある。中間計測ユニット４００は、地中掘進機の掘進の
進展に応じて一つ以上所望の数配置するが、ここでは、
説明の便宜上三つの中間計測ユニット４００を配置した
例を示している。始点計測ユニット４００ａ、中間計測
ユニット４００及び被測点計測ユニット４００ｂは、大
別すると、隣合う計測ユニットに対して拡散光を発する
光源と、隣合う計測ユニットの光源から拡散光を受けて
その光の方向を検出するように構成された光源方向の検
出器とからなっていて、何れも基本的な構造は変わらな
い。400a is a starting point measuring unit for setting a starting point measuring point, 400b is a measuring point measuring unit for setting a measuring point, and 400 is a combination of the starting point measuring unit 400a and the measuring point measuring unit 400b in the underground pit 2. This is an intermediate measurement unit arranged at an intermediate measurement point set in between. The intermediate measurement units 400 are arranged in a desired number of one or more according to the progress of the excavation of the underground excavator.
An example in which three intermediate measurement units 400 are arranged for convenience of explanation is shown. The start point measurement unit 400a, the intermediate measurement unit 400, and the measured point measurement unit 400b are roughly classified into a light source that emits diffused light to an adjacent measurement unit and a light source that receives diffuse light from a light source of an adjacent measurement unit. And a light source direction detector configured to detect the direction of the light source.
【００２４】地中掘進機の掘進位置を光で計測する場
合、その光による計測の始点となる始点計測点と掘進中
の地中掘進機の現在位置を表す指標となり得るような被
計測点を設定する必要があるが、これらの計測点を設定
するため、始点計測ユニット４００ａは、通常、発進立
坑３に設置し、被測点計測ユニット４００ｂは、通常、
掘削機１（シールド工事ではシールド掘進機、管推進工
事では先導体）に設置する。しかしながら、始点計測点
は、発進立坑３との位置関係が特定できる地点であれ
ば、発進立坑３内に限らず、発進立坑３の前方の地下坑
２内に設定する等、適宜の個所に設定することができ
る。When the excavation position of an underground excavator is measured by light, a starting point measurement point serving as a starting point of the measurement by the light and a measured point which can be an index indicating the current position of the underground excavator being excavated are determined. Although it is necessary to set, in order to set these measurement points, the start point measurement unit 400a is usually installed in the starting shaft 3, and the measured point measurement unit 400b is usually
It is installed on the excavator 1 (shield excavator in shield construction, leading conductor in pipe propulsion construction). However, the starting point measurement point is not limited to the start shaft 3 as long as the positional relationship with the start shaft 3 can be specified, and is set at an appropriate location such as the underground shaft 2 in front of the start shaft 3. can do.
【００２５】前述したように、各計測ユニット４００
ａ，４００，４００ｂは、何れも基本的な構造は変わら
ないので、各計測ユニット４００ａ，４００，４００ｂ
を代表して中間計測ユニット４００の構造を図１に基づ
いて説明し、併せて、他の計測ユニット４００ａ，４０
０ｂの構造も明らかにする。なお、図１中、４１は、図
１に図示の中間計測ユニット４００の後方に配置した計
測ユニットが内蔵している前方光源を表し、４２は、図
１に図示の中間計測ユニット４００の前方に配置した計
測ユニットが内蔵している後方光源を表す。まず、この
中間計測ユニット４００の概要を説明すると、中間計測
ユニット４００は、前方の計測ユニット及び後方の計測
ユニットに対してそれぞれ拡散光を発する前方光源４１
及び後方光源４２と、隣合う前方の計測ユニットの後方
光源４２及び後方の計測ユニットの前方光源４１から拡
散光をそれぞれ受けて各光源４２，４１の方向を検出す
るための、レンズ４１１、位置検出素子４１２−１，４
１２−２及び反射プリズム４１３−１，４１３−２を有
する光源方向の検出器とでユニットをなすように構成さ
れている。この中間計測ユニット４００における光源方
向の検出器は、偏角計測用の検出器としての役割を果た
す。As described above, each measuring unit 400
a, 400, and 400b have the same basic structure, so that each of the measurement units 400a, 400, and 400b
The structure of the intermediate measurement unit 400 will be described based on FIG. 1 as a representative, and the other measurement units 400a, 40
The structure of Ob is also revealed. In FIG. 1, reference numeral 41 denotes a front light source incorporated in the measurement unit disposed behind the intermediate measurement unit 400 shown in FIG. 1, and reference numeral 42 denotes a front light source of the intermediate measurement unit 400 shown in FIG. Indicates the rear light source built in the arranged measurement unit. First, the outline of the intermediate measurement unit 400 will be described. The intermediate measurement unit 400 includes a front light source 41 that emits diffused light to a front measurement unit and a rear measurement unit.
A lens 411 for receiving diffuse light from the rear light source 42 of the adjacent front measurement unit and the front light source 41 of the rear measurement unit to detect the direction of each of the light sources 42 and 41; Element 412-1, 4
It is configured to form a unit with a light source direction detector having 12-2 and reflection prisms 413-1 and 413-2. The light source direction detector in the intermediate measurement unit 400 plays a role as a detector for declination measurement.
【００２６】次に、中間計測ユニット４００の詳細を説
明すると、４１１は前方の計測ユニットの後方光源４２
及び後方の計測ユニットの前方光源４１の拡散光を集光
する（収束させて集める）両光源４１，４２に共通の集
光手段としてのレンズ、４１２−１は、このレンズ４１
１で集められた後方の計測ユニットの前方光源４１から
の拡散光を受光しその受光位置を検出する光センサとし
ての位置検出素子、４１２−２はレンズ４１１で集めら
れた前方の計測ユニットの後方光源４２からの拡散光を
受光しその受光位置を検出する同様の位置検出素子、４
１３−１はレンズ４１１で集光する後方の計測ユニット
の前方光源４１からの拡散光を位置検出素子４１２−１
に導くように光の方向を転換する反射プリズム、４１３
−２はレンズ４１１で集光する前方の計測ユニットの後
方光源４２からの拡散光を位置検出素子４１２−２に導
くように光の方向を転換する反射プリズムである。Next, the details of the intermediate measurement unit 400 will be described. Reference numeral 411 denotes the rear light source 42 of the front measurement unit.
A lens 412-1 serving as a light-collecting unit common to both light sources 41 and 42 for condensing (converging and collecting) the diffused light from the front light source 41 of the rear measurement unit.
A position detecting element 412-1 as an optical sensor for receiving the diffused light from the front light source 41 of the rear measurement unit collected at 1 and detecting the light receiving position thereof, 412-2 is behind the front measurement unit collected by the lens 411. A similar position detecting element that receives the diffused light from the light source 42 and detects the light receiving position,
13-1 is a position detecting element 412-1 which diffuses light from the front light source 41 of the rear measuring unit condensed by the lens 411.
413, a reflective prism that changes the direction of light so as to guide
Reference numeral -2 denotes a reflection prism that changes the direction of light so that the diffused light from the rear light source 42 of the front measurement unit condensed by the lens 411 is guided to the position detection element 412-2.
【００２７】中間計測ユニット４００は、大別すると、
以上述べた光源４１，４２とレンズ４１１と位置検出素
子４１２−１，４１２−２と反射プリズム４１３−１，
４１３−２とで構成される。光源４１，４２には、例え
ば発光ダイオードやある種の半導体レーザのような拡散
光を発するいわゆる点光源のようなものを用いる。すな
わち、レーザビームのような収束度の高い光線を発する
ものは用いることができないが、基本的には、微小なエ
リアから放射状に拡がる拡散光を発するようなものであ
れば、設計上、適宜選択して使用することができる。The intermediate measuring unit 400 is roughly divided into:
The light sources 41 and 42, the lens 411, the position detecting elements 412-1 and 412-2, and the reflecting prism 413-1 described above.
413-2. As the light sources 41 and 42, for example, a light source such as a light emitting diode or a kind of semiconductor laser, a so-called point light source that emits diffused light is used. That is, it is not possible to use a laser beam that emits a light beam with a high degree of convergence, such as a laser beam. However, basically, a laser beam that emits diffused light that spreads radially from a small area is appropriately selected in design. Can be used.
【００２８】位置検出素子４１２−１及び位置検出素子
４１２−２は、隣合う計測ユニットの後方光源４２及び
前方光源４１からレンズ４１１に入射しようとする拡散
光を遮断しない位置にそれぞれ配置することとする。こ
こに示す例では、位置検出素子４１２−１は、その受光
面をレンズ４１１の光軸Ｃ（レンズ４１１の中心を通り
これに直交する軸線）と直交する方向に向けて側方に配
置し、位置検出素子４１２−２は、その受光面をレンズ
４１１の光軸Ｃと直交する方向に向けて上方に配置して
いる。位置検出素子４１２−１，４１２−２には、フォ
トダイオードをマトリックス状に配置したＭＯＳ型撮像
素子やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｄｅｖ
ｉｃｅ）撮像素子等の二次元光センサを用いることとし
ている。また、フォトダイオードの表面抵抗を利用して
光スポットの位置を検出することのできるＰＳＤ（Ｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ−Ｄｅｖｉｃｅ）の
ようなものを用いてもよく、要は、集光レンズで集めら
れた光を受光しその受光した光の位置を検出できるもの
であればよく、その種類は限定されない。The position detecting element 412-1 and the position detecting element 412-2 are respectively arranged at positions where the diffused light that is going to enter the lens 411 from the rear light source 42 and the front light source 41 of the adjacent measuring unit is not blocked. I do. In the example shown here, the position detecting element 412-1 has its light receiving surface arranged laterally in a direction orthogonal to the optical axis C of the lens 411 (an axis passing through the center of the lens 411 and orthogonal thereto), The position detecting element 412-2 has its light receiving surface arranged upward in a direction orthogonal to the optical axis C of the lens 411. As the position detection elements 412-1 and 412-2, a MOS type imaging element in which photodiodes are arranged in a matrix or a CCD (Charge-Coupled-Dev)
ice) A two-dimensional optical sensor such as an image sensor is used. In addition, a PSD (Po) capable of detecting the position of the light spot using the surface resistance of the photodiode.
Such a device may be used as long as it can receive light collected by the condenser lens and detect the position of the received light, and the type is not limited. .
【００２９】反射プリズム４１３−１及び反射プリズム
４１３−２は、それぞれ、レンズ４１１の前方位置及び
後方位置に配置され、隣合う前方の計測ユニットの後方
光源４２及び後方の計測ユニットの前方光源４１からレ
ンズ４１１に入射しようとする各拡散光の少なくとも一
部をそれぞれ透過させ、レンズ４１１で集光した前方光
源４１及び後方光源４２からの光の少なくとも一部をそ
れそれ反射面で反射させて位置検出素子４１２−１及び
位置検出素子４１２−２の受光面に導くように方向転換
させる働きをする。また、これらの反射プリズム４１３
−１及び反射プリズム４１３−２は、それぞれ、中間計
測ユニット４００それ自体にユニットとして組み込まれ
ている前方光源４１及び後方光源４２の拡散光の少なく
とも一部をそれぞれ反射面で反射させて隣合う前方の計
測ユニット及び後方の計測ユニットに向けるように方向
転換させる働きもする。The reflecting prism 413-1 and the reflecting prism 413-2 are disposed at the front position and the rear position of the lens 411, respectively, and are provided from the rear light source 42 of the adjacent front measuring unit and the front light source 41 of the rear measuring unit. At least a part of each diffused light to be incident on the lens 411 is transmitted, and at least a part of the light from the front light source 41 and the rear light source 42 condensed by the lens 411 is reflected by the reflecting surface to detect the position. It functions to change the direction so as to guide the light to the light receiving surfaces of the element 412-1 and the position detection element 412-2. In addition, these reflecting prisms 413
-1 and the reflection prism 413-2 respectively reflect at least a part of the diffused light of the front light source 41 and the diffused light of the rear light source 42 incorporated as a unit in the intermediate measurement unit 400 itself, on the reflection surface, and the adjacent front side. It also serves to turn around to the next and subsequent measurement units.
【００３０】こうした反射プリズム４１３−１，４１３
−２に一般的なものを用いると、レンズ４１１に入射し
ようとする各光源４１，４２からの拡散光が、それぞ
れ、その入射前に、反射プリズム４１３−２，４１３−
１で一部反射されて減少するため、各位置検出素子４１
２−１，４１２−２に導かれる光量が損失する。こうし
た問題を解消するため、レンズ４１１に入射しようとす
る各光源４１，４２からの拡散光を、互いに振動方向の
直交する直線偏光の拡散光になるようにするとともに、
各反射プリズム４１３−１，４１３−２として、レンズ
４１１に入射しようとする一方の直線偏光の拡散光を透
過させかつレンズ４１１で集光される過程の他方の直線
偏光の拡散光を位置検出素子４１２−１，４１２−２に
導くように反射する偏光反射プリズムを用いるとよい。
反射プリズム４１３−１，４１３−２にこうした偏光反
射プリズムを用いると、レンズ４１１に入射しようとす
る光源４２，４１からの拡散光を、その光量を損失させ
ることなく透過させるとともに、レンズ４１１で集光さ
れる過程の光源４１，４２からの拡散光を、位置検出素
子４１２−１，４１２−２に導くように全反射させるこ
とができ、レンズ４１１で集光した光の受光位置を位置
検出素子４１２−１，４１２−２で明確に検出すること
ができる。The reflection prisms 413-1 and 413 are described.
If a general one is used for -2, the diffused light from each of the light sources 41 and 42 which is going to be incident on the lens 411 is reflected by the reflecting prisms 413-2 and 413-
Since the light is partially reflected at 1 and is reduced, each position detecting element 41
The light amount guided to 2-1 and 412-2 is lost. In order to solve such a problem, the diffused light from each of the light sources 41 and 42 to be incident on the lens 411 is made into diffused light of linearly polarized light whose vibration directions are orthogonal to each other.
As each of the reflection prisms 413-1 and 413-2, one linearly polarized diffused light to be incident on the lens 411 is transmitted, and the other linearly polarized diffused light in the process of being condensed by the lens 411 is used as a position detecting element. It is preferable to use a polarized light reflecting prism that reflects light to lead to 412-1 and 412-2.
When such polarized light reflecting prisms are used for the reflecting prisms 413-1 and 413-2, diffused light from the light sources 42 and 41 to be incident on the lens 411 is transmitted without losing the amount of light, and collected by the lens 411. The diffused light from the light sources 41 and 42 in the light emitting process can be totally reflected so as to be guided to the position detecting elements 412-1 and 412-2, and the light receiving position of the light collected by the lens 411 is determined by the position detecting element. 412-1 and 412-2 can be clearly detected.
【００３１】以上の構造を備えた中間計測ユニット４０
０の作用を説明する。前方の計測ユニットの後方光源４
２から発せられる拡散光は、中間計測ユニット４００の
前方の反射プリズム４１３−１に入射後、その少なくと
も一部が同反射プリズム４１３−１を透過してレンズ４
１１で集光され、しかる後、その背後の反射プリズム４
１３−２で反射されて方向転換をし、中間計測ユニット
４００の後方の位置検出素子４１２−２上に結像する。
同様にして、後方の計測ユニットの前方光源４１からの
拡散光は、その少なくとも一部が中間計測ユニット４０
０の手前の反射プリズム４１３−２を透過してレンズ４
１１で集光され、しかる後、その背後の反射プリズム４
１３−１で反射されて中間計測ユニット４００の前方の
位置検出素子４１２−１上に結像する。この間、中間計
測ユニット４００に組み込まれた前方光源４１及び後方
光源４２の拡散光は、それぞれ、反射プリズム４１３−
１及び反射プリズム４１３−２の作用により前方の計測
ユニット及び後方の計測ユニットに向けて出射される。Intermediate measurement unit 40 having the above structure
The operation of 0 will be described. Rear light source 4 of front measurement unit
2 is incident on the reflection prism 413-1 in front of the intermediate measurement unit 400, and at least a part of the light is transmitted through the reflection prism 413-1 and transmitted through the lens 43-1.
The light is condensed at 11, and then the reflecting prism 4 behind it
The light is reflected by 13-2 to change its direction, and forms an image on the position detection element 412-2 behind the intermediate measurement unit 400.
Similarly, at least a part of the diffused light from the front light source 41 of the rear measurement unit is
The lens 4 is transmitted through the reflecting prism 413-2 before 0.
The light is condensed at 11, and then the reflecting prism 4 behind it
The light is reflected by 13-1 and forms an image on the position detection element 412-1 in front of the intermediate measurement unit 400. During this time, the diffused lights of the front light source 41 and the rear light source 42 incorporated in the intermediate measurement unit 400 are respectively reflected by the reflection prism 413-
The light is emitted toward the front measurement unit and the rear measurement unit by the action of 1 and the reflection prism 413-2.
【００３２】各位置検出素子４１２−１，４１２−２に
は、それぞれの受光面にＸ−Ｙ平面座標が予め設定され
ているため、光源４１，４２からの拡散光が結像する
と、その結像位置すなわち集光した拡散光の受光位置を
Ｘ，Ｙ軸の座標点として検出する。こうして拡散光の受
光位置が検出されると、その検出結果に基づいて各光源
４１，４２の方向を演算により検出することができる。
これらの各光源４１，４２の方向は、中間計測ユニット
４００の基準線（通常はレンズ４１１の光軸Ｃに合わせ
るように設定）に対して各光源４１，４２の光軸Ｄ（各
光源４１，４２の拡散光が前後方向に直進するときの各
出発点の中心位置とレンズ４１１の中心位置とをそれぞ
れ結ぶ各線）のなす角度で表すことができる。この角度
は、各光源４１，４２の方向の水平方向の成分（レンズ
４１１の光軸Ｃと各光源４１，４２の光軸Ｄを水平面上
へ正投影した線同士のなす角度）と垂直方向の成分（レ
ンズ４１１の光軸Ｃと各光源４１，４２の光軸Ｄをレン
ズ４１１の光軸Ｃと平行な垂直面上へ正投影した線同士
のなす角度）とで特定することができる。In each of the position detecting elements 412-1 and 412-2, since the XY plane coordinates are set in advance on the respective light receiving surfaces, when the diffused light from the light sources 41 and 42 forms an image, the image is formed. An image position, that is, a light receiving position of the condensed diffused light is detected as a coordinate point on the X and Y axes. When the light receiving position of the diffused light is thus detected, the direction of each of the light sources 41 and 42 can be detected by calculation based on the detection result.
The direction of each of the light sources 41 and 42 is set so that the optical axis D of each of the light sources 41 and 42 (each of the light sources 41 and 42) Each line connecting the center position of each starting point and the center position of the lens 411 when the 42 diffused light goes straight in the front-back direction can be represented by an angle. This angle is defined by the horizontal component of the direction of each of the light sources 41 and 42 (the angle formed by the lines formed by orthogonally projecting the optical axis C of the lens 411 and the optical axis D of each of the light sources 41 and 42 onto a horizontal plane) and the vertical direction. It can be specified by the component (the angle formed by the lines orthogonally projecting the optical axis C of the lens 411 and the optical axes D of the light sources 41 and 42 onto a vertical plane parallel to the optical axis C of the lens 411).
【００３３】これら各光源４１，４２の方向の水平方向
の成分及び垂直方向の成分は、レンズ４１１の光軸Ｃ上
を通る各光源４１，４２の光軸Ｄがそれぞれレンズ４１
１に入射後、レンズ４１１の中心位置から位置検出素子
４１２−１，４１２−２に到達するまでの過程にたどる
距離の総和（この値は中間計測ユニット４００の仕様に
より定まる既知の値である。）と、位置検出素子４１２
−１，４１２−２への各光源４１，４２の拡散光の結像
位置のＸ軸方向の成分及びＹ軸方向の成分との関係から
演算により求めることができる。こうした演算は、中央
演算装置４で行ってもよいが、光源４１，４２の方向の
水平方向の成分及び垂直方向の成分は、前記の拡散光の
結像位置のＸ軸方向の成分及びＹ軸方向の成分が検出さ
れれば、一義的に定まる値であって機械的に求められる
ので、ここに示す例では中間計測ユニット４００に付設
したコントローラで求めている。The horizontal component and the vertical component of each of the light sources 41 and 42 are obtained by the optical axis D of each of the light sources 41 and 42 passing on the optical axis C of the lens 411.
The total sum of the distances from the center position of the lens 411 to the position detection elements 412-1 and 412-2 after entering the lens 1 (this value is a known value determined by the specifications of the intermediate measurement unit 400). ) And the position detection element 412
It can be obtained by calculation from the relationship between the components in the X-axis direction and the components in the Y-axis direction of the image forming positions of the diffused light from the light sources 41 and 42 to −1 and 412-2. Such a calculation may be performed by the central processing unit 4, but the horizontal component and the vertical component in the direction of the light sources 41 and 42 are the X-axis component and the Y-axis component of the image position of the diffused light. If the direction component is detected, it is a value uniquely determined and mechanically determined. Therefore, in the example shown here, the value is determined by the controller attached to the intermediate measurement unit 400.
【００３４】こうして光源４１，４２の方向の水平方向
の成分及び垂直方向の成分を検出すると、その検出結果
に基づいて各光源４１，４２の光軸Ｄ同士の偏角の水平
方向の成分（各光源４１，４２の光軸Ｄを水平面上へ正
投影した線同士のなす角度）及び垂直方向の成分（各光
源４１，４２の光軸Ｄをレンズ４１１の光軸Ｃと平行な
垂直面上へ正投影した線同士のなす角度）を算出でき
る。すなわち、光源４１の方向の水平方向の成分に関す
る角度から光源４２の方向の水平方向の成分に関する角
度を減算することにより、中間計測ユニット４００のレ
ンズ４１１の中心点を頂点とする各光源４１，４２の光
軸Ｄ同士の偏角（外角の偏角）の水平方向の成分を求め
ることができ、同じく、前者の垂直方向の成分に関する
角度から後者の水平方向の成分に関する角度を減算する
ことにより、レンズ４１１の中心点を頂点とする各光源
４１，４２の光軸Ｄ同士の偏角（外角の偏角）の垂直方
向の成分を求めることができる。その場合、これらの角
度には極性をもたせて、光源４１，４２の光軸Ｄをレン
ズ４１１の光軸Ｃに重なるように最小の角度で回動させ
る方向が時計方向であるときを正、反時計方向であると
きを負とする。When the horizontal component and the vertical component in the direction of the light sources 41 and 42 are detected in this way, based on the detection results, the horizontal component of the declination between the optical axes D of the light sources 41 and 42 (each The angle between the lines obtained by orthogonally projecting the optical axes D of the light sources 41 and 42 onto the horizontal plane and the components in the vertical direction (the optical axes D of the light sources 41 and 42 are shifted onto a vertical plane parallel to the optical axis C of the lens 411). The angle between the orthogonally projected lines can be calculated. That is, by subtracting the angle related to the horizontal component of the direction of the light source 42 from the angle related to the horizontal component of the direction of the light source 41, each of the light sources 41 and 42 having the center point of the lens 411 of the intermediate measurement unit 400 as the vertex. The horizontal component of the declination (the declination of the outer angle) between the optical axes D can be obtained. Similarly, by subtracting the angle of the latter horizontal component from the former angle of the vertical component, The vertical component of the declination (declination of the outer angle) between the optical axes D of the light sources 41 and 42 having the center point of the lens 411 as the vertex can be obtained. In this case, these angles have polarities, and the clockwise direction is the direction when the optical axis D of the light sources 41 and 42 is rotated at the minimum angle so as to overlap the optical axis C of the lens 411. Clockwise is negative.
【００３５】こうして中間計測ユニット４００のレンズ
４１１の中心点を頂点とする各光源４１，４２の光軸Ｄ
同士の偏角を求め得ることから、二つの線の偏角を計測
するには、測定しようとする角度の頂点すなわち基点の
個所にレンズ４１１の中心点が位置するように中間計測
ユニット４００を設置するとともに、二つの線上の任意
の個所にそれぞれ光源４１，４２を設置して以上述べた
手法で偏角の垂直方向の成分及び水平方向の成分を求め
ればよく、これにより二つの線の角度関係が特定されて
偏角を計測することができる。したがって、図１に例示
する光学式偏角測定装置は、中間計測ユニット４００中
の光源方向の検出器が偏角計測用の検出器の役割を果た
し、この中間計測ユニット４００と隣合う各光源４１，
４２が偏角計測用の光源となって、これら光源方向の検
出器と各光源４１，４２とで構成される。Thus, the optical axis D of each of the light sources 41 and 42 having the vertex at the center point of the lens 411 of the intermediate measurement unit 400
Since the declination between the two lines can be obtained, to measure the declination of the two lines, the intermediate measurement unit 400 is installed so that the center point of the lens 411 is located at the vertex of the angle to be measured, that is, at the base point. At the same time, the light sources 41 and 42 may be installed at arbitrary positions on the two lines, and the vertical component and the horizontal component of the declination may be obtained by the above-described method. Is specified, and the declination can be measured. Therefore, in the optical declination measuring apparatus illustrated in FIG. 1, the detector in the light source direction in the intermediate measurement unit 400 serves as a detector for declination measurement, and each light source 41 adjacent to the intermediate measurement unit 400. ,
Reference numeral 42 denotes a light source for declination measurement, which is composed of detectors for these light source directions and light sources 41 and 42.
【００３６】こうして構成される光学式偏角測定装置
は、各光源４１，４２に特に拡散光を発する光源を用い
て、拡がりをもつ光でレーザビームよりも広い領域を照
らせるようにしているため、偏角を光学的に計測する場
合に、ウエッジプリズムを回動させることによりレーザ
ビームを位置検出素子に当てる従来の技術で行われてい
るような操作は行わなくても計測することができる。そ
の結果、こうした操作を可能にするための回転機構を設
ける必要もなくなるため、従来の技術と異なり、回転機
構に起因する機械的な計測誤差も生じない。また、拡散
光の光源４１，４２は、このように照射領域が広いた
め、中間計測ユニット４００や光源４１，４２が外力に
より振動しても、中間計測ユニット４００中の光源方向
の検出器を常に照らすことができて計測に支障が生じる
こともない。The optical declination measuring apparatus thus configured uses a light source that emits a diffused light as each of the light sources 41 and 42 so as to illuminate an area wider than the laser beam with light having a spread. When the deflection angle is optically measured, the measurement can be performed without rotating the wedge prism without performing the operation as in the related art in which the laser beam is applied to the position detecting element. As a result, since there is no need to provide a rotation mechanism for enabling such an operation, unlike the related art, there is no mechanical measurement error caused by the rotation mechanism. Further, since the light sources 41 and 42 of the diffused light have such a wide irradiation area, even if the intermediate measurement unit 400 or the light sources 41 and 42 vibrate due to an external force, the detector in the light source direction in the intermediate measurement unit 400 is always operated. It is possible to illuminate and there is no trouble in measurement.
【００３７】前記の手法で計測される偏角の計測値は、
中間計測ユニット４００中の光源方向の検出器が姿勢の
変化や振動等により上下方向（ピッチング方向）や左右
方向（ヨーイング方向）に傾動して、各光源４１，４２
の方向に関する角度が変動しても、こうした変動に影響
されることなく一定に保たれる。したがって、光源方向
の検出器が外力によりピッチング方向やヨーイング方向
に振動しても、計測誤差が生じにくい。また、こうした
ことや更には光源４１，４２が拡散光であってレンズ４
１１で集めるようにしていることから、光源方向の検出
器や光源４１，４２を設置する際、位置設定さえ正確に
行えば、それらの取付姿勢が一定していなくてもよく、
偏角の計測結果がそれらの取付姿勢に影響されることも
ない。The measured value of the declination measured by the above method is:
The light source direction detector in the intermediate measurement unit 400 tilts up and down (pitching direction) and left and right direction (yawing direction) due to a change in posture, vibration, and the like, and the light sources 41 and 42
Even if the angle with respect to the direction changes, the angle is kept constant without being affected by such a change. Therefore, even if the detector in the light source direction vibrates in the pitching direction or the yawing direction due to an external force, a measurement error hardly occurs. In addition, the light sources 41 and 42 are diffused light,
Since the light sources are collected at 11, when the position detectors and the light sources 41 and 42 are installed, if the positions are set accurately, their mounting postures may not be constant,
The measurement results of the declination are not affected by their mounting posture.
【００３８】中間計測ユニット４００を構成する場合、
反射プリズム４１３−１，４１３−２を設けないで、中
間計測ユニット４００の前部及び後部にそれぞれレンズ
４１１を配置して、各レンズ４１１の背後にそれぞれ位
置検出素子４１２−１，４１２−２を配置するととも
に、レンズ４１１の前方位置及び後方位置にそれぞれ光
源４１及び光源４２を配置して構成してもよく、このよ
うに構成しても以上の効果を奏する。しかしながら、こ
こに示すように反射プリズム４１３−１，４１３−２を
設けると、隣合う前方の計測ユニットの後方光源４２及
び後方の計測ユニットの前方光源４１からの拡散光がレ
ンズ４１１に入射するのを阻止しない位置にそれぞれ位
置検出素子４１２−１及び位置検出素子４１２−２を配
置することが可能となるため、拡散光を集めるためのレ
ンズ４１１を、各光源４１，４２ごとに設けることは要
せず共通化することができる。When configuring the intermediate measuring unit 400,
Without providing the reflection prisms 413-1 and 413-2, the lenses 411 are arranged at the front and rear portions of the intermediate measurement unit 400, and the position detection elements 412-1 and 412-2 are provided behind each lens 411. In addition to the arrangement, the light source 41 and the light source 42 may be arranged at the front position and the rear position of the lens 411, respectively. However, if the reflecting prisms 413-1 and 413-2 are provided as shown here, diffused light from the rear light source 42 of the adjacent front measurement unit and the front light source 41 of the rear measurement unit will enter the lens 411. Since it is possible to dispose the position detecting element 412-1 and the position detecting element 412-2 at positions where the light is not blocked, it is necessary to provide a lens 411 for collecting diffused light for each of the light sources 41 and 42. Can be standardized without having to do so.
【００３９】このように光源４１，４２からの拡散光を
集光するレンズを共通化すると、各光源４１，４２の方
向に基づいて当該中間計測ユニット４００で計測される
偏角は、共通のレンズ４１１の中心位置を頂点とする各
光源４１，４２の光軸Ｄ同士のなす偏角が計測されるこ
ととなる。その結果、その計測される偏角は、レンズ４
１１を前記のように前方光源４１及び後方光源４２に対
応して別々に設ける場合に比べて、当該中間計測ユニッ
ト４００がピッチング方向及びヨーイング方向に変位し
ても確実に変動しなくなるため、当該中間計測ユニット
４００の取付時の取付姿勢の不統一やその後の外力によ
る姿勢の変化にも一層影響されなくなって精度の高いも
のとなる。As described above, when the lenses that collect the diffused light from the light sources 41 and 42 are shared, the declination measured by the intermediate measurement unit 400 based on the directions of the respective light sources 41 and 42 becomes the common lens. The declination between the optical axes D of the light sources 41 and 42 having the vertex at the center position of 411 is measured. As a result, the measured declination is
11 does not fluctuate reliably even if the intermediate measurement unit 400 is displaced in the pitching direction and the yawing direction as compared with the case where the intermediate measurement unit 400 is separately provided corresponding to the front light source 41 and the rear light source 42 as described above. The accuracy of the measurement unit 400 is high because the mounting posture is not unified when the measuring unit 400 is mounted and the posture is not changed by the external force.
【００４０】以上述べた中間計測ユニット４００は、前
後の光源４１，４２と集光手段としてのレンズ４１１と
前後の位置検出素子４１２−１，４１２−２と前後の反
射プリズム４１３−１，４１３−２とを有し、これらを
ケース内に組み込んでユニット状に一体構成している。
これに対し、始点計測ユニット４００ａは、中間計測ユ
ニット４００から後方側の光源４２及び前方側の位置検
出素子４１２−１を省いたものであり、後方側の位置検
出素子４１２−２をレンズ４１１の背後に配置すれば、
後方側の反射プリズム４１３−２も省くこともできる。
また、被測点計測ユニット４００ｂは、中間計測ユニッ
ト４００から前方側の光源４１及び後方側の位置検出素
子４１２−２を省いたものであり、前方側の位置検出素
子４１２−１をレンズ４１１の背後に配置すれば、前方
側の反射プリズム４１３−１を省くこともできる。The above-described intermediate measuring unit 400 includes the front and rear light sources 41 and 42, the lens 411 as a condensing means, the front and rear position detecting elements 412-1 and 412-2, and the front and rear reflecting prisms 413-1 and 413-. 2 and these are assembled in a case to form a unitary structure.
On the other hand, the start point measuring unit 400a is obtained by omitting the rear side light source 42 and the front side position detecting element 412-1 from the intermediate measuring unit 400, and replacing the rear side position detecting element 412-2 with the lens 411. If you place it behind,
The reflection prism 413-2 on the rear side can also be omitted.
Further, the measured point measuring unit 400b is obtained by omitting the front light source 41 and the rear position detecting element 412-2 from the intermediate measuring unit 400, and replacing the front position detecting element 412-1 with the lens 411. If it is arranged behind, the reflection prism 413-1 on the front side can be omitted.
【００４１】これら計測ユニット４００ａ，４００ｂの
構造を具体的に確認すると、始点計測ユニット４００ａ
は、前方に拡散光を発する光源４１と、前方の中間計測
ユニット４００の後方光源４２からの拡散光を集光する
レンズ４１１と、レンズ４１１で集光した光を受光して
その受光した光の位置を検出することによりこの光源４
２の方向を検出できるように配置された位置検出素子４
１２−２と、レンズ４１１に入射しようとする光源４２
からの拡散光の少なくとも一部を透過する前方側の反射
プリズム４１３−１を有していればよく、後方側の反射
プリズム４１３−２は必要に応じて設ければよい。ま
た、被測点計測ユニット４００ｂは、後方に拡散光を発
する光源４２と、後方の中間計測ユニット４００の前方
光源４１からの拡散光を集光するレンズ４１１と、レン
ズ４１１で集光した光を受光しその受光した光の位置を
検出することによりこの光源４１の方向を検出できるよ
うに配置された前方側の位置検出素子４１２−１と、レ
ンズ４１１に入射しようとする後方の中間計測ユニット
４００の前方光源４１からの拡散光の少なくとも一部を
透過する後方側の反射プリズム４１３−２を有していれ
ばよく、前方側の反射プリズム４１３−１は必要に応じ
て設ければよい。When the structure of these measuring units 400a and 400b is specifically confirmed, the starting point measuring unit 400a
Is a light source 41 that emits diffused light forward, a lens 411 that collects diffused light from the rear light source 42 of the front intermediate measurement unit 400, and a light that is collected by the lens 411 and received. By detecting the position, this light source 4
Position detecting element 4 arranged to detect the direction of 2
12-2 and the light source 42 that is about to enter the lens 411
It is only necessary to have the front-side reflecting prism 413-1 that transmits at least a part of the diffused light from the camera, and the rear-side reflecting prism 413-2 may be provided as needed. The measured point measurement unit 400b includes a light source 42 that emits diffused light rearward, a lens 411 that collects diffused light from the front light source 41 of the intermediate measurement unit 400 that is rearward, and a light that is collected by the lens 411. A front position detection element 412-1 arranged to detect the direction of the light source 41 by detecting the position of the received light and the position of the received light, and a rear intermediate measurement unit 400 to be incident on the lens 411 It is only necessary to have the rear-side reflecting prism 413-2 that transmits at least a part of the diffused light from the front light source 41, and the front-side reflecting prism 413-1 may be provided as needed.
【００４２】こうした始点計測ユニット４００ａや被測
点計測ユニット４００ｂに必要な構造は、図１の中間計
測ユニット４００が備えているので、始点計測ユニット
４００ａや被測点計測ユニット４００ｂに中間計測ユニ
ット４００をそのまま使用して、中間計測ユニット４０
０を計測始点や被計測点にセットするときに必要な構造
だけをソフト上活かすようにしてもよい。このように中
間計測ユニット４００を始点計測ユニット４００ａや被
測点計測ユニット４００ｂに兼用するようにすれば、製
作する機器の種類を少なくできてそれらの製作を省力化
することができるだけでなく、使用する機器の種類も少
なくできて機器の使用上の便もよい。The structure required for the start point measuring unit 400a and the measured point measuring unit 400b is provided in the intermediate measuring unit 400 of FIG. 1, so that the starting point measuring unit 400a and the measured point measuring unit 400b include the intermediate measuring unit 400b. Is used as is, and the intermediate measurement unit 40
Only the structure necessary for setting 0 to the measurement start point or the point to be measured may be utilized in software. If the intermediate measurement unit 400 is used as the start point measurement unit 400a and the measured point measurement unit 400b in this way, the types of devices to be manufactured can be reduced, and not only can the production of those devices be reduced, but also the use of the devices can be reduced. The types of devices to be used can be reduced, and the convenience of using the devices is good.
【００４３】図２は、こうした計測ユニット４００ａ，
４００ｂの間に複数個の中間計測ユニット４００を配置
し、隣合う計測ユニット間で拡散光を照射して地中掘進
機の掘進位置を計測するときの態様を示している。図２
において、Ｖは計測ユニット間の基準点同士を結ぶ直線
を表し、この明細書では、こうした直線を見通し線と称
する。各計測ユニット４００，４００ａ，４００ｂは、
光源４１，４２をレンズ４１１の中心位置に配置したの
と等価の構造をしているものとし、それゆえ、各計測ユ
ニットの基準点は、何れもレンズ４１１の中心に位置す
るとともに、各計測ユニットの各光源４１，４２の拡散
光は、レンズ４１１の中心を出発点として前後方向に直
進するようになっている。図２には、始点計測ユニット
４００ａと被測点計測ユニット４００ｂとの間に三つの
中間計測ユニット４００を設置した例を示しているが、
これらの計測ユニット４００ａ，４００ｂの間には、地
中掘進機の掘進距離や地下坑２のカーブの状態等を考慮
しながら、一つ以上所望の数の中間計測ユニット４００
を、互いに見通すことのできる適当間隔を置いて設置す
ることができる。FIG. 2 shows such a measuring unit 400a,
A mode is shown in which a plurality of intermediate measurement units 400 are arranged between 400b, and diffused light is irradiated between adjacent measurement units to measure the excavation position of an underground excavator. FIG.
, V represents a straight line connecting reference points between the measurement units, and in this specification, such a straight line is referred to as a line of sight. Each measuring unit 400, 400a, 400b
It is assumed that the light sources 41 and 42 have a structure equivalent to the arrangement of the light sources 41 and 42 at the center of the lens 411. Therefore, the reference point of each measurement unit is located at the center of the lens 411, and The diffused light of each of the light sources 41 and 42 travels straight back and forth starting from the center of the lens 411. FIG. 2 shows an example in which three intermediate measurement units 400 are installed between the start point measurement unit 400a and the measured point measurement unit 400b.
Between these measurement units 400a and 400b, one or more desired number of intermediate measurement units 400 are provided in consideration of the excavation distance of the underground excavator, the state of the curve of the underground pit 2, and the like.
Can be placed at appropriate intervals that can be seen from each other.
【００４４】地中掘進機の掘進位置を計測する場合、前
後、上下、左右の３次元の位置座標上における始点計測
点（座標の原点）に対する被計測点の相対位置を演算し
て計測する。したがって、地中掘進機の掘進位置は、掘
進方向である前後方向の座標点に対応して上下方向の座
標点及び左右方向の座標点が求められて特定される。ま
た、これに対応して、光源４１，４２の方向に関する角
度等も前述したように水平方向の成分及び垂直方向の成
分として求められて特定される。３次元の位置座標を設
定する場合、演算の便のため、座標の原点を始点計測点
に一致させ、前後方向の座標軸を発進基準方向（地中掘
進機の発進時における予め設定した基準となる掘進路線
の方向）に一致させる。各計測ユニットを各計測点に設
置する場合には、始点計測ユニット４００ａについては
その基準線（レンズの光軸Ｃ）を発進基準方向に合わ
せ、被測点ユニット４００ｂについては掘削機１の中心
軸線の方向に合わせるように姿勢を調整するが、中間計
測ユニット４００については、予め定めた位置に設置す
るだけで姿勢までも調整する必要はない。When measuring the excavation position of the underground excavator, the relative position of the measured point with respect to the starting point measurement point (coordinate origin) on the three-dimensional position coordinates of front, rear, up, down, left and right is calculated and measured. Therefore, the excavation position of the underground excavator is specified by determining the coordinate points in the up-down direction and the coordinate points in the left-right direction corresponding to the coordinate points in the front-rear direction, which is the excavation direction. Corresponding to this, angles related to the directions of the light sources 41 and 42 and the like are also determined and specified as horizontal components and vertical components as described above. When three-dimensional position coordinates are set, for convenience of calculation, the origin of the coordinates is made coincident with the starting point measurement point, and the coordinate axis in the front-rear direction is set in the starting reference direction (a reference set in advance when starting the underground excavator. (The direction of the excavation route). When each measurement unit is installed at each measurement point, the reference line (optical axis C of the lens) is aligned with the start reference direction for the start point measurement unit 400a, and the central axis of the excavator 1 is set for the measured point unit 400b. Although the posture is adjusted so as to match the direction, the intermediate measuring unit 400 need only be installed at a predetermined position and does not need to be adjusted.
【００４５】中間計測ユニット４００では、光源４１，
４２の拡散光の受光位置に関する検出結果に基づいて、
前述した手法により、隣合う前方の計測ユニットの後方
光源４２の方向や後方の計測ユニットの前方光源４１の
方向を検出する。これらの光源４１，４２の方向のう
ち、前方の計測ユニットの後方光源４２の方向は、中間
計測ユニット４００の基準線とその基準線の前方側の見
通し線Ｖとのなす角度で表すことができ、後方の計測ユ
ニットの前方光源４１の方向は、中間計測ユニット４０
０の基準線とその基準線の後方側の見通し線Ｖとのなす
角度で表すことができる。そして、前述したように前者
の角度から後者の角度を減算することにより、各中間計
測ユニット４００の基準点を頂点とする偏角（後方側の
見通し線Ｖの延長線と前方側の見通し線Ｖとのなす角度
すなわち外角の偏角）を求めることができる。始点計測
ユニット４００ａでは、隣合う前方の中間計測ユニット
４００の後方光源４２の方向を検出し、これにより地中
掘進機が発進したときの実際の発進方向を検出すること
ができる。この発進方向は、前記したように始点計測ユ
ニット４００ａの基準線を発進基準方向に合わせている
ことから、その基準線と見通し線Ｖとのなす角度で表す
ことができる。In the intermediate measuring unit 400, the light source 41,
42, based on the detection result regarding the light receiving position of the diffused light,
By the above-described method, the direction of the rear light source 42 of the adjacent front measurement unit and the direction of the front light source 41 of the rear measurement unit are detected. Among the directions of the light sources 41 and 42, the direction of the rear light source 42 of the front measurement unit can be represented by an angle between the reference line of the intermediate measurement unit 400 and the line of sight V on the front side of the reference line. The direction of the front light source 41 of the rear measurement unit is
It can be represented by an angle between a reference line of 0 and a line of sight V behind the reference line. By subtracting the latter angle from the former angle as described above, the declination (the extension of the rear line of sight V and the front line of sight V, , Ie, the declination of the outer angle). The start point measuring unit 400a detects the direction of the rear light source 42 of the adjacent front intermediate measuring unit 400, whereby the actual starting direction when the underground excavator starts moving can be detected. The starting direction can be represented by an angle between the reference line and the line of sight V since the reference line of the start point measuring unit 400a is aligned with the starting reference direction as described above.
【００４６】この地中掘進機の位置計測装置では、こう
した発進方向に関する角度や偏角に関するデータを得る
のと並行して、隣合う各計測ユニット４００，４００
ａ，４００ｂ間の距離に関するデータを適宜の方法で収
集する。これら角度や距離に関するデータが得られる
と、地中掘進機の掘進位置は一義的に定まるので、これ
らのデータから始点計測点に対する終点計測点の相対位
置を３次元の位置座標における座標点として求めること
ができる。したがって、地中掘進機の掘進位置すなわち
始点計測点に対する終点計測点の相対位置は、帰すると
ころ、始点計測ユニット４００ａや各中間計測ユニット
４００での検出結果から得られる光源４１，４２の方向
に関するデータと、隣合う各計測ユニット４００，４０
０ａ，４００ｂ間の距離に関するデータとに基づいて演
算により計測することができる。In the position measuring device for the underground excavator, in parallel with obtaining the data relating to the angle and the declination relating to the starting direction, adjacent measuring units 400, 400
Data on the distance between a and 400b is collected by an appropriate method. When the data relating to these angles and distances is obtained, the excavation position of the underground excavator is uniquely determined. From these data, the relative position of the end point measurement point to the start point measurement point is obtained as a coordinate point in three-dimensional position coordinates. be able to. Therefore, the relative position of the end point measurement point with respect to the excavation position of the underground excavator, that is, the start point measurement point, is related to the directions of the light sources 41 and 42 obtained from the detection results of the start point measurement unit 400a and the intermediate measurement units 400. Data and adjacent measuring units 400 and 40
It can be measured by calculation based on data on the distance between 0a and 400b.
【００４７】こうした演算は、各計測ユニット４００，
４００ａ，４００ｂから通信ラインを通じて入力される
各光源４１，４２の方向に関するデータや別途計測され
て入力される距離に関するデータに基づいて中央演算処
理装置４により行われる。この中央演算処理装置４には
表示装置５が接続されているため、中央演算処理装置４
で演算された地中掘進機の現在位置は、この表示装置５
に表示されて、地中掘進機の現在位置に関する信頼性の
高い情報をオペレータにリアルタイムに提供することが
できる。なお、被測点ユニット４００ｂの位置検出素子
４１２−１は、隣合う後方の中間計測ユニット４００の
前方光源４１の方向を検出することにより、ピッチング
方向やヨーイング方向の掘削機１の姿勢を検出する働き
をする。それゆえ、地中掘進機に通常設けられていたピ
ッチング計やヨーイング計等の掘削機の姿勢検出用の計
測器を別途新設しないでも、掘削機１の姿勢を検出する
ことができる。These calculations are performed by each of the measurement units 400,
The processing is performed by the central processing unit 4 based on the data on the directions of the respective light sources 41 and 42 input from the communication lines 400a and 400b through the communication lines and the data on the distance which is separately measured and input. Since the display device 5 is connected to the central processing unit 4, the central processing unit 4
The current position of the underground excavator calculated by
, And highly reliable information on the current position of the underground excavator can be provided to the operator in real time. Note that the position detection element 412-1 of the measured point unit 400b detects the orientation of the excavator 1 in the pitching direction or the yawing direction by detecting the direction of the front light source 41 of the adjacent rear intermediate measurement unit 400. Work. Therefore, it is possible to detect the attitude of the excavator 1 without newly installing a measuring instrument for detecting the attitude of the excavator such as a pitching meter and a yawing meter which are usually provided in the underground excavator.
【００４８】隣合う各計測ユニット４００，４００ａ，
４００ｂ間の距離を計測する方法について述べると、地
中掘進機が管推進機である場合には、例えば、埋設済み
の埋設管の数により算出される距離データと元押しジャ
ッキのストローク計で検出される距離データとに基づい
て計測する方法を挙げることができる。また、地中掘進
機がシールド掘進機である場合には、例えば、セグメン
トの種類と数に基づいて算出される距離データとシール
ドジャッキのストローク計で検出される距離データとに
基づいて計測する方法を挙げることができる。これらの
方法は、何れも、管推進機やシールドジャッキに通常付
設されている元押しジャッキのストローク計やシールド
ジャッキのストローク計を距離の計測にも活用すること
ができて、距離の計測のために特別の距離計測手段を新
設する必要がない。Each of the adjacent measuring units 400, 400a,
If the underground excavator is a pipe propulsion machine, for example, if the underground excavator is a pipe propulsion machine, the distance data calculated based on the number of buried pipes and the stroke meter of the main push jack are used. And a method of measuring based on the distance data to be measured. Further, when the underground excavator is a shield excavator, for example, a method of measuring based on distance data calculated based on the type and number of segments and distance data detected by a stroke meter of the shield jack Can be mentioned. In any of these methods, the stroke meter of the main push jack or the stroke meter of the shield jack, which is usually attached to the pipe propulsion device or the shield jack, can also be used for measuring the distance. There is no need to newly install special distance measurement means.
【００４９】以上述べた地中掘進機の位置計測装置は、
図１の光学式偏角測定装置を使用して構成しているの
で、その当然の結果として、図１の光学式偏角測定装置
と同様の効果を発揮することができる。すなわち、地中
掘進機の位置を計測する際、従来の技術のように光源４
１，４２からの光を位置検出素子に当てるための操作は
しなくても済み、ひいては、その操作を可能にするため
の回転機構を設ける必要がなくなって、その回転機構に
起因する機械的な計測誤差も生じない。また、中間計測
ユニット４００中の光源方向の検出器がピッチング方向
やヨーイング方向に変位しても変動しない偏角に関する
データに基づいて地中掘進機の位置を計測できるように
しているので、光源方向の検出器が外力によりピッチン
グ方向やヨーイング方向に振動しても、計測誤差が生じ
にくいとともに、光源方向の検出器や光源４１，４２を
計測点に設置する際、位置設定さえ正確に行えば、取付
姿勢が不統一であっても、その取付姿勢の影響を受ける
ことなく地中掘進機の掘進位置を正確に計測することが
できる。その場合、前述したように、反射プリズム４１
３−１，４１３−２を設けて光源４１，４２の拡散光を
集めるレンズを共通化したことにより、光源方向の検出
器がピッチング方向やヨーイング方向に変位しても、偏
角を正確に計測できるようにしていて、こうした効果を
確実に達成することができる。The underground excavator position measuring device described above
Since the optical declination measuring apparatus of FIG. 1 is used, the same effect as the optical declination measuring apparatus of FIG. 1 can be obtained as a natural result. That is, when measuring the position of the underground excavator, the light source 4 is used as in the prior art.
There is no need to perform an operation for irradiating the position detection elements with light from the light sources 1 and 42, and it is not necessary to provide a rotation mechanism for enabling the operation, and mechanical operation caused by the rotation mechanism is not required. No measurement error occurs. Also, since the detector of the light source direction in the intermediate measurement unit 400 can measure the position of the underground excavator based on the data on the declination that does not fluctuate even if displaced in the pitching direction or the yawing direction, Even if the detectors vibrate in the pitching direction or the yawing direction due to external force, a measurement error is unlikely to occur, and when the detectors in the light source direction and the light sources 41 and 42 are installed at the measurement points, if the position setting is correctly performed, Even if the mounting postures are not uniform, the excavation position of the underground excavator can be accurately measured without being affected by the mounting posture. In that case, as described above, the reflection prism 41
3-1 and 413-2 are provided to share the lens that collects the diffused light from the light sources 41 and 42, so that even if the detector in the light source direction is displaced in the pitching or yawing direction, the declination can be accurately measured. It is possible to surely achieve such effects.
【００５０】ところで、中間計測ユニット４００は、こ
れに組み込まれている光源４１，４２の拡散光を反射プ
リズム４１３−１，４１３−２で隣合う前後の中間計測
ユニット４００に向けるように構成しているため、光源
４１，４２とレンズ４１１と反射プリズム４１３−１，
４１３−２との位置関係を適切に定めることにより、光
源４１，４２をレンズ４１１の中心に配置したのと等価
の構造になるように構成することができる。こうした構
造を得るには、中間計測ユニット４００を次の条件を満
たすように構成すればよい。 イ）反射プリズム４１３−１（反射プリズム４１３−
２）の反射面の傾斜方向にに対して直交する平面上に、
光源４１（光源４２）とレンズ４１１の中心が共に位置
する。 ロ）反射プリズム４１３−１（反射プリズム４１３−
２）の反射面に対するレンズ４１１の光軸Ｃの交点と光
源４１（光源４２）との間の距離が同交点とレンズ４１
１の中心との間の距離に等しい。The intermediate measuring unit 400 is configured so that the diffused light of the light sources 41 and 42 incorporated therein is directed to the adjacent intermediate measuring units 400 by the reflecting prisms 413-1 and 413-2. Therefore, the light sources 41 and 42, the lens 411, and the reflection prism 413-1,
By appropriately determining the positional relationship with the light source 413-2, the light source 41 and the light source 41 can be configured to have a structure equivalent to being arranged at the center of the lens 411. To obtain such a structure, the intermediate measurement unit 400 may be configured to satisfy the following conditions. B) Reflection prism 413-1 (reflection prism 413-
2) On a plane orthogonal to the inclination direction of the reflection surface,
The center of the light source 41 (light source 42) and the center of the lens 411 are located together. B) Reflection prism 413-1 (reflection prism 413-
The distance between the intersection of the optical axis C of the lens 411 and the light source 41 (the light source 42) with respect to the reflection surface 2) is the same as the intersection and the lens 41.
Equal to the distance between the center of one.
【００５１】中間計測ユニット４００をこうした条件を
満たすように構成して、光源４１，４２をレンズ４１１
の中心に配置したのと等価の構造になるように構成すれ
ば、各中間計測ユニット４００間で授受される光の光軸
Ｄを見通し線Ｖ（隣合う中間計測ユニット４００の基準
点同士を結ぶ直線）と正確に一致させることができるの
で、光源４１，４２の方向に関する検出結果の補正をし
なくても、地中掘進機の掘進位置を一層高い精度できわ
めて精密に計測することができる。したがって、こうし
た効果と光源４１，４２の拡散光を集めるレンズを共通
化した点の前述の効果とが相俟って、中間計測ユニット
４００が地中掘進機のピッチングやヨーイングによって
傾斜したときでも、光源４１，４２の方向に関する検出
結果の補正を要することなく、地中掘進機の掘進位置を
きわめて高い精度で精密に計測することができる。The intermediate measuring unit 400 is configured to satisfy such conditions, and the light sources 41 and 42 are connected to the lens 411.
Is arranged so as to have a structure equivalent to that arranged at the center of the line, the optical axis D of the light transmitted and received between the intermediate measurement units 400 is connected to the line of sight V (connecting the reference points of the adjacent intermediate measurement units 400). (The straight line) can be accurately matched, so that the excavation position of the underground excavator can be measured with higher accuracy and extremely accurately without correcting the detection results regarding the directions of the light sources 41 and 42. Therefore, such an effect is combined with the above-mentioned effect of using a common lens for collecting diffused light from the light sources 41 and 42, so that even when the intermediate measurement unit 400 is tilted by pitching or yawing of the underground excavator, The excavation position of the underground excavator can be precisely measured with extremely high accuracy without having to correct the detection results regarding the directions of the light sources 41 and 42.
【００５２】図２に示す例では、始点計測点を発進立坑
３内に設定して、始点計測ユニット４００ａでは隣合う
前方の中間計測ユニット４００の後方光源４２の方向だ
けを検出するようにしているが、発進立坑３の前方の地
下坑２内に発進立坑３との位置関係を特定した上で始点
計測点を設定し、この始点計測点に向けて拡散光を発す
る光源を発進立坑３内に設置して、この光源と前記後方
光源４２の双方の光源方向を始点計測ユニット４００ａ
で検出するようにしてもよい。始点計測点を発進立坑３
内に設定した場合、高精度の計測を行うには、始点計測
ユニット４００ａについてその基準線を発進基準方向に
合わせるように取付姿勢を精度よく調整する困難な作業
を必要とするが、このように始点計測点を発進立坑３前
方の地下坑２内に設定した場合には、始点計測ユニット
４００ａでも、その取付姿勢に影響されない偏角を計測
することができて、取付姿勢を調整しなくても、高精度
の計測を簡便に行うことができる。本発明を具体化する
場合には、これら何れの方法を採用してもよく、始点計
測点には、少なくとも隣合う前方の中間計測ユニット４
００の光源４２からの拡散光を集光してその受光位置を
検出することができる始点計測ユニット４００ａを設置
するようにすれば、地中掘進機の位置計測の目的は達成
することができる。In the example shown in FIG. 2, the starting point measuring point is set in the starting shaft 3, and the starting point measuring unit 400a detects only the direction of the rear light source 42 of the adjacent front intermediate measuring unit 400. Sets a starting point measurement point in the underground shaft 2 in front of the starting shaft 3 and sets a starting point measurement point, and places a light source that emits diffused light toward the starting point measurement point in the starting shaft 3. The light source directions of both the light source and the rear light source 42 are set to the start point measuring unit 400a.
The detection may be performed by using. Starting shaft measuring point 3
In the case of setting within, in order to perform high-precision measurement, it is necessary to perform a difficult operation of accurately adjusting the mounting posture of the start point measurement unit 400a so that its reference line is aligned with the start reference direction. When the starting point measurement point is set in the underground mine 2 in front of the starting shaft 3, even the starting point measurement unit 400a can measure a declination that is not affected by its mounting posture, and without adjusting the mounting posture. In addition, highly accurate measurement can be easily performed. When the present invention is embodied, any of these methods may be adopted, and the start point measurement point includes at least the adjacent front intermediate measurement unit 4.
The purpose of measuring the position of the underground excavator can be achieved by installing the start point measuring unit 400a capable of collecting the diffused light from the light source 42 of No. 00 and detecting the light receiving position thereof.
【００５３】ところで、地中掘進機が緩やかな曲線経路
を掘進する場合において中間計測ユニット４００を地下
坑２内の所望の位置に設置することができるときには、
図３に示すように、各中間計測ユニット４００間の距離
を全て一定の距離Ｌ０にして等間隔で配置することがで
きる。このような場合には、各光源４１，４２と各位置
検出素子４１２−２，４１２−１の間の距離が距離Ｌ０
のときに受光位置が最も良好に検出できるように各位置
検出素子４１２−１，４１２−２の作動条件を調整すれ
ばよい。しかしながら、埋設管やセグメントで坑壁が形
成された地下坑２内には、種々の配管・配線類や機器類
が設置されていて、このように中間計測ユニット４００
を地下坑２内の所望の位置に設置できるとは限らない。
そして、特に、地中掘進機が急な曲線経路を掘進する場
合には、図３に示すように、各中間計測ユニット４００
間の距離には、長めの距離Ｌ１できたり短めの距離Ｌ
２，Ｌ３，Ｌ４ができたりするというようにバラツキが
生じ、各中間計測ユニット４００間の距離を一定に保つ
のは困難である。When the underground excavator excavates along a gentle curved path, the intermediate measuring unit 400 can be installed at a desired position in the underground pit 2.
As shown in FIG. 3, the distances between the respective intermediate measurement units 400 can be all set to a fixed distance L0 and arranged at equal intervals. In such a case, the distance between each of the light sources 41 and 42 and each of the position detection elements 412-2 and 412-1 is equal to the distance L0.
In this case, the operating condition of each of the position detection elements 412-1 and 412-2 may be adjusted so that the light receiving position can be detected best. However, in the underground pit 2 in which a pit wall is formed by buried pipes and segments, various pipes, wirings, and equipment are installed, and thus the intermediate measurement unit 400
Cannot be installed at a desired position in the underground mine 2.
In particular, when the underground excavator excavates a steep curved path, as shown in FIG.
The distance between them can be a longer distance L1 or a shorter distance L
2, L3, and L4 occur, and it is difficult to keep the distance between the intermediate measurement units 400 constant.
【００５４】このような場合、位置検出素子４１２−
１，４１２−２で受光する光源４２，４１からの光量
は、計測点によって変動するため、位置検出素子４１２
−１，４１２−２による受光位置の検出を全ての計測点
で正確に行うことは困難になる。その結果、この位置検
出素子４１２−１，４１２−２での検出結果に基づいて
得られる偏角や光源の方向に関するデータの信頼性が低
下して、光学式偏角測定装置や地中掘進機の位置計測装
置による計測精度も低下することとなる。この出願の発
明に係る光学式偏角測定装置や地中掘進機の位置計測装
置は、こうした拡散光による計測に特有の問題を解消し
て、一層信頼性の高い拡散光による計測が行えるように
したものである。以下、この点の技術内容を、図１及び
図５に基づいて具体的に説明する。In such a case, the position detecting element 412-
The amount of light from the light sources 42 and 41 received by the light source 411-2 varies depending on the measurement point.
It becomes difficult to accurately detect the light receiving position by −1 and 412-2 at all the measurement points. As a result, the reliability of data relating to the declination and the direction of the light source obtained based on the detection results of the position detection elements 412-1 and 412-2 is reduced, and the optical declination measurement device and the underground excavator The measurement accuracy of the position measurement device of the above also decreases. The optical declination measuring device and the position measuring device of the underground excavator according to the invention of the present application can solve such problems peculiar to the measurement by the diffused light so that the measurement with the diffused light with higher reliability can be performed. It was done. Hereinafter, the technical content of this point will be specifically described with reference to FIGS. 1 and 5.
【００５５】本発明では、こうした問題を解消するた
め、位置検出素子が受光する光量を調節できる受光量調
節手段と、位置検出素子が受光する光量の指標となる値
を検出する受光量検出手段と、受光量検出手段での検出
結果に基づいて、位置検出素子の受光量を受光量調節手
段で調節することにより位置検出素子での光の受光位置
が適切に検出されるように、制御できるようにする受光
量制御手段を光学式偏角測定装置や地中掘進機の位置計
測装置に設けた。In the present invention, in order to solve such a problem, the light receiving amount adjusting means for adjusting the amount of light received by the position detecting element and the light receiving amount detecting means for detecting a value serving as an index of the amount of light received by the position detecting element are provided. By controlling the amount of light received by the position detecting element based on the result of detection by the amount of received light detecting means, the amount of light received by the position detecting element can be controlled so that the light receiving position of the light by the position detecting element is appropriately detected. The received light amount control means is provided in an optical deflection angle measuring device or a position measuring device of an underground excavator.
【００５６】まず、受光量調節手段について説明する
と、受光量調節手段として、ここに示す例では、位置検
出素子４１２−１，４１２−２の受光時間を調節できる
可変の電子シャッター装置を設けている。位置検出素子
４１２−１，４１２−２は、レンズ４１１で集められた
各光源４２，４１の光をそれぞれ受光しその受光した光
の光量を検出するための多数の画素を有し、各画素での
受光量に関する検出値が出力されるようになっている。
画素は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に所定数並べてマトリッ
クス状に配置している。こうした多数の画素からなる位
置検出素子４１２−１，４１２−２は、光を受光する
と、Ｘ−Ｙ平面座標上の各位置の光量を各画素により検
出して、その各位置に対応する光量の検出値を所定の順
序で演算処理手段に順次出力する。演算処理手段では、
この出力値に基づいて、各位置検出素子４１２−１，４
１２−２の受光面における各光源４２，４１の光の結像
点の位置を、重心座標位置を演算することにより求め
る。前記電子シャッター装置は、位置検出素子４１２−
１，４１２−２の各画素が光を受光してから演算処理手
段に出力するまでの時間を調節できるようにしたもので
あり、各位置検出素子４１２−１，４１２−２に設けて
いる。First, the light receiving amount adjusting means will be described. In the example shown here, a variable electronic shutter device capable of adjusting the light receiving time of the position detecting elements 412-1 and 412-2 is provided as the light receiving amount adjusting means. . Each of the position detection elements 412-1 and 412-2 has a number of pixels for receiving the light of each of the light sources 42 and 41 collected by the lens 411 and detecting the amount of the received light. The detection value relating to the amount of received light is output.
A predetermined number of pixels are arranged in a matrix in the X-axis direction and the Y-axis direction. Upon receiving the light, the position detecting elements 412-1 and 412-2 composed of a large number of pixels detect the amount of light at each position on the XY plane coordinates by each pixel, and detect the amount of light corresponding to each position. The detected values are sequentially output to the arithmetic processing means in a predetermined order. In the arithmetic processing means,
Based on this output value, each position detection element 412-1, 4
The position of the image forming point of the light of each light source 42, 41 on the light receiving surface of 12-2 is obtained by calculating the barycentric coordinate position. The electronic shutter device includes a position detecting element 412-
The time from when each of the pixels 1, 412-2 receives light to when it is output to the arithmetic processing means can be adjusted, and is provided in each position detection element 412-1, 412-2.
【００５７】受光量検出手段は、ここに示す例では位置
検出素子４１２−１，４１２−２の受光量の指標となる
輝度データを検出する。輝度データは、位置検出素子４
１２−１，４１２−２の各画素が受光した受光量の検出
値の最大値である。また、受光量制御手段には、ここに
示す例では電子シャッター装置を制御するコントローラ
４３を用いている。いま、位置検出素子４１２−１，４
１２−２に、Ｘ軸方向に６４０個、Ｙ軸方向に４８０個
の画素を並べてマトリックス状に配置したＣＣＤ撮像素
子を用いるものすると、このＣＣＤ撮像素子は、通常、
６４０×４８０個の各画素ごとに受光量を２５５階調で
検出する。その検出した階調の最大値が輝度データであ
るが、それらの画素中に２５５階調の値を超えた受光量
を受光した画素があると、その画素については受光量を
正確に検出できないため、各位置検出素子４１２−１，
４１２−２の受光面における各光源４２，４１の光の結
像点の重心座標位置を正確に求めることができなくな
る。In the example shown here, the light receiving amount detecting means detects luminance data which is an index of the light receiving amount of the position detecting elements 412-1 and 412-2. The luminance data is obtained by the position detection element 4
This is the maximum value of the detection values of the amounts of light received by the pixels 12-1 and 412-2. In the example shown here, the controller 43 for controlling the electronic shutter device is used as the received light amount control means. Now, the position detecting elements 412-1 and 41-2
Assuming that a CCD image sensor in which 640 pixels are arranged in the X-axis direction and 480 pixels are arranged in the Y-axis direction and arranged in a matrix in 12-2, the CCD image sensor is usually
The amount of received light is detected in 255 gradations for each of the 640 × 480 pixels. The maximum value of the detected gradation is the luminance data, but if any of those pixels receives a light reception amount exceeding the value of 255 gradations, the light reception amount cannot be accurately detected for that pixel. , Each position detection element 412-1,
It becomes impossible to accurately determine the barycentric coordinate position of the image forming point of the light of each of the light sources 42 and 41 on the light receiving surface of 412-2.
【００５８】コントローラ４３は、こうした事態に対応
して輝度データの検出値が階調の最大値２５５を超えて
いるか否かを判別するとともに、輝度データの検出値
が、ノイズの影響を排除する上で小さすぎないか否かを
判別する。そして、輝度データの検出値に基づいて、電
子シャッター装置を作動させるための適切なシャッタス
ピードを選定してその値を電子シャッター装置に送り、
この値を基に、各光源４２，４１の光の結像点の位置が
正確に検出されるように電子シャッター装置を自動制御
する。こうした制御を可能にするため、コントローラ４
３では、位置検出素子４１２−１，４１２−２が受光す
る光の輝度について、位置検出素子４１２−１，４１２
−２で光の結像点の位置を正確に検出できるようにする
ための適正範囲の値が目標値として設定されている。In response to such a situation, the controller 43 determines whether or not the detected value of the luminance data exceeds the maximum value 255 of the gradation, and determines whether the detected value of the luminance data eliminates the influence of noise. To determine if it is too small. Then, based on the detected value of the luminance data, an appropriate shutter speed for operating the electronic shutter device is selected, and the value is sent to the electronic shutter device.
Based on this value, the electronic shutter device is automatically controlled so that the position of the image forming point of the light from each of the light sources 42 and 41 is accurately detected. To enable such control, the controller 4
In No. 3, the brightness of the light received by the position detection elements 412-1 and 412-2 is changed with respect to the position detection elements 412-1 and 412.
A value in an appropriate range for enabling the position of the light imaging point to be accurately detected at -2 is set as a target value.
【００５９】したがって、位置検出素子４１２−１，４
１２−２の各画素での検出結果に基づいて検出した輝度
データの検出値がその目標値より大きい場合には、その
画素が過剰な光量を受けて正確な光量を検出できなくな
り、各画素での検出値に基づいて光の結像点の位置を精
度よく求めることができなくなるため、コントローラ４
３は、電子シャッター装置のシャッタースピードを速く
して位置検出素子４１２−１，４１２−２の受光量を適
正範囲の値に押さえるように制御する。また、各画素で
の検出結果に基づいて検出した輝度データの検出値が目
標値より小さい場合には、位置検出素子４１２−１，４
１２−２の受光量が少すぎて、検出しようとする光源と
は別の光がノイズとして入射したときにそのノイズが大
きく影響して光の結像点の位置を正しく求めることがで
きなくなるため、コントローラ４３は、電子シャッター
装置のシャッタースピードを遅くして位置検出素子４１
２−１，４１２−２の受光量を適正範囲の値まで増加さ
せるように制御する。Therefore, the position detecting elements 412-1, 41-2, 4
If the detected value of the luminance data detected based on the detection result of each pixel in 12-2 is larger than the target value, the pixel receives an excessive amount of light and cannot accurately detect the amount of light. It is not possible to accurately determine the position of the light imaging point based on the detection value of
The control 3 controls so that the shutter speed of the electronic shutter device is increased and the amount of light received by the position detection elements 412-1 and 412-2 is suppressed to a value within an appropriate range. If the detected value of the luminance data detected based on the detection result of each pixel is smaller than the target value, the position detecting elements 412-1 and 412-1
Since the amount of light received in 12-2 is too small, when light other than the light source to be detected enters as noise, the noise has a large effect and the position of the image forming point of the light cannot be correctly obtained. The controller 43 slows down the shutter speed of the electronic shutter device to reduce the position detection element 41.
Control is performed so that the light receiving amounts of 2-1 and 412-2 are increased to values within an appropriate range.
【００６０】次に、このコントローラ４３の作用を、地
中掘進機の位置計測装置で偏角等を計測する場合を例に
とり、図５に基づいて説明する。地中掘進機の位置計測
装置により各計測地点で掘進位置の計測しようとすると
きには、各計測地点で地中掘進機の掘進を停止し、オペ
レータは、中央演算処理装置４に対してその都度計測開
始の指令操作を行う。図５の流れ図中の「開始」は、こ
うした計測開始の指令操作を意味する。中間計測ユニッ
ト４００が普通の反射プリズム４１３−１，４１３−２
を用いたものである場合において、１個の中間計測ユニ
ット４００で隣合う前方、後方の光源４１，４２の方向
を同時に計測すると、一方の光源の光を受光する際に他
方の光源の光がノイズとして混じるため、光源４１，４
２の方向を別々に計測する必要があるが、以下に示す例
は、中間計測ユニット４００が偏光反射プリズムを用い
たものであって、こうした問題が生じないため、一つの
中間計測ユニット４００で光源４１，４２を同時に計測
することとする。Next, the operation of the controller 43 will be described with reference to FIG. 5 by taking as an example a case where the declination and the like are measured by the position measuring device of the underground excavator. When attempting to measure the excavation position at each measurement point using the underground excavator position measuring device, the excavation of the underground excavator is stopped at each measurement point, and the operator measures the central processing unit 4 each time. Perform the start command operation. “Start” in the flowchart of FIG. 5 means such a command operation to start measurement. The intermediate measuring unit 400 is a normal reflecting prism 413-1, 413-2.
When the direction of the adjacent front and rear light sources 41 and 42 is measured simultaneously by one intermediate measurement unit 400, when the light of one light source is received, the light of the other light source is The light sources 41 and 4 are mixed as noise.
2 need to be measured separately, but in the example shown below, the intermediate measurement unit 400 uses a polarizing reflection prism, and such a problem does not occur. 41 and 42 are measured simultaneously.
【００６１】当該計測地点で計測開始の指令操作を行う
と、まず、基点計測ユニット４００ａと隣合う前方の中
間計測ユニット４００の後方光源４２が点灯して、基点
計測ユニット４００ａでの計測に必要な計測用の拡散光
が発せられる。そうすると、ステップＳ１００に移行し
て、受光量検出手段では、基点計測ユニット４００ａの
位置検出素子４１２−１から輝度データを取得して輝度
を検出し、次いで、ステップＳ１０１でその輝度が適切
な範囲内の値であるか否か、換言すると、設定した目標
値の範囲にあるか否かをコントローラ４３により判定す
る。その結果、目標値の範囲内にあると判定されたとき
には、ステップ１０６に移行して位置検出素子４１２−
１での検出結果を出力して画像処理を開始し、その結
果、前記後方光源４２の方向を求めるためのデータを取
得することができる。When a measurement start command operation is performed at the measurement point, first, the rear light source 42 of the front intermediate measurement unit 400 adjacent to the base measurement unit 400a is turned on, and the measurement required by the base measurement unit 400a is performed. Diffusion light for measurement is emitted. Then, the process proceeds to step S100, in which the received light amount detecting means acquires the luminance data from the position detecting element 412-1 of the base point measuring unit 400a to detect the luminance, and then, in step S101, the luminance falls within an appropriate range. The controller 43 determines whether or not the value is within the range of the set target value. As a result, when it is determined that the position is within the range of the target value, the process proceeds to step 106 and the position detecting element 412-
The image processing is started by outputting the detection result at step 1, and as a result, data for determining the direction of the rear light source 42 can be obtained.
【００６２】テップＳ１００において受光量検出手段で
検出した輝度が目標値の範囲内にないと判定されたとき
には、ステップ１０２に移行して、その輝度が目標値よ
りも大きいか否かが判定される。その結果、大きいと判
定されたときには、ステップ１０２に移行し、電子シャ
ッター装置のシャッタースピードを速くして位置検出素
子４１２−１の受光量を減少させる。次いで、再びステ
ップＳ１００に移行して、再度、ステップＳ１０１で輝
度が設定した目標値の範囲にあるか否かを判定する。ま
た、ステップ１０２で輝度が大きいくないと判定された
ときには、ステップ１０４に移行して、輝度が目標値よ
りも小さいか否かが判定されるが、ステップ１０４では
当然小さいと判定されるので、ステップ１０５に移行
し、電子シャッター装置のシャッタースピードを遅くし
て位置検出素子４１２−１の受光量を増加させ、次い
で、再びステップＳ１００に移行する。こうした過程を
反復することにより、受光量検出手段で検出される輝度
が目標値の範囲内になるように電子シャッター装置を作
動させて位置検出素子４１２−１の受光量が適正範囲の
値になるように制御する。その結果、ステップ１０６に
おいて、後方光源４２の方向を求めるための信頼性の高
いデータを取得することができる。If it is determined in step S100 that the luminance detected by the received light amount detecting means is not within the range of the target value, the process proceeds to step 102, where it is determined whether the luminance is larger than the target value. . As a result, when it is determined that the value is larger, the process proceeds to step 102, in which the shutter speed of the electronic shutter device is increased to reduce the amount of light received by the position detection element 412-1. Next, the process returns to step S100 to determine again whether or not the luminance is within the target value range set in step S101. When it is determined in step 102 that the luminance is not high, the process proceeds to step 104 to determine whether the luminance is smaller than the target value. In step 104, it is naturally determined that the luminance is low. The flow shifts to step 105, where the shutter speed of the electronic shutter device is reduced to increase the amount of light received by the position detection element 412-1. Then, the flow shifts again to step S100. By repeating such a process, the electronic shutter device is operated so that the luminance detected by the received light amount detecting means falls within the range of the target value, and the amount of received light of the position detecting element 412-1 becomes a value within an appropriate range. Control. As a result, in step 106, highly reliable data for determining the direction of the rear light source 42 can be obtained.
【００６３】ステップ１０６において位置検出素子４１
２−１での検出結果を出力して画像処理を開始した後
は、その検出結果に基づいて後方光源４２の方向を演算
して計測するが、ステップ１０７では、こうした計測が
終了したか否かを確認する。その結果、終了したと判定
されたときには、中央演算処理装置４の指令により後方
光源４２が自動的に消灯するとともに、ステップＳ１０
８に移行して、当該計測地点での全ての計測が終了した
か否かを判定する。ステップＳ１０８で当該計測地点で
の全ての計測が終了していないと判定されたときには、
中央演算処理装置４の指令により基点計測ユニット４０
０ａと隣合う前方の中間計測ユニット４００での計測に
関係する光源が自動的に点灯する。すなわち、この中間
計測ユニット４００の隣前方の中間計測ユニット４００
の後方光源４２及び基点計測ユニット４００ａの前方光
源４１が点灯し、再び最初のステップであるステップＳ
１００に移行する。In step 106, the position detecting element 41
After outputting the detection result in 2-1 and starting the image processing, the direction of the rear light source 42 is calculated and measured based on the detection result. In step 107, whether or not such measurement has been completed is determined. Check. As a result, when it is determined that the process has been completed, the rear light source 42 is automatically turned off by a command from the central processing unit 4, and the process proceeds to step S10.
Then, the process proceeds to 8 to determine whether all the measurements at the measurement point have been completed. If it is determined in step S108 that all measurements at the measurement point have not been completed,
The base point measurement unit 40 according to a command from the central processing unit 4
The light source related to the measurement by the front intermediate measurement unit 400 adjacent to 0a is automatically turned on. That is, the intermediate measurement unit 400 in front of and adjacent to the intermediate measurement unit 400
Of the rear light source 42 and the front light source 41 of the base point measurement unit 400a are turned on, and the step S, which is the first step, is performed again.
Move to 100.
【００６４】こうしてステップＳ１００に移行すると、
今度はこれらの前方光源４１及び後方光源４２につい
て、前記したステップと同様のステップを経て光源の方
向を求めるためのデータを取得する。その結果、前後の
双方の光源４２，４１の方向を求めるためのデータが得
られるため、基点計測ユニット４００ａと隣合う前方の
中間計測ユニット４００の基準点を基点（頂点）とする
偏角を求めるためのデータが取得できる。こうした前方
光源４１及び後方光源４２に関するデータの取得は、コ
ントローラ４３により別々に行われるが、同時に並行し
て行われる。ステップ１０７で偏角の計測の終了を確認
した後、ステップＳ１０８に移行して、当該計測地点で
の全ての計測が終了したか否かを判定し、終了していな
いと判定されたときには、中央演算処理装置４の指令に
より、この最初の中間計測ユニット４００と隣合う前方
の２番目の中間計測ユニット４００での計測に関係する
光源４１，４２が自動的に点灯する。この間、中央演算
処理装置４の指令により、最初の中間計測ユニット４０
０の後方光源４２が自動的に消灯する。When the process proceeds to step S100,
This time, for the front light source 41 and the rear light source 42, data for obtaining the direction of the light source is acquired through the same steps as those described above. As a result, since data for obtaining the directions of the front and rear light sources 42 and 41 is obtained, the declination with the reference point (vertex) of the front intermediate measurement unit 400 adjacent to the base measurement unit 400a is obtained. Data can be obtained. The acquisition of data on the front light source 41 and the rear light source 42 is performed separately by the controller 43, but is performed simultaneously and in parallel. After confirming the end of the measurement of the declination in step 107, the process proceeds to step S108 to determine whether or not all the measurements at the measurement point have been completed. In response to a command from the arithmetic processing unit 4, the light sources 41 and 42 related to the measurement by the second intermediate measurement unit 400 adjacent to the first intermediate measurement unit 400 are automatically turned on. During this time, the first intermediate measurement unit 40
The 0 rear light source 42 is automatically turned off.
【００６５】２番目の中間計測ユニット４００での計測
に関係する光源４１，４２が点灯すると、再びステップ
Ｓ１００に移行して、以後、以上述べたのと同様の手順
により、当該計測地点に設置されている全ての計測ユニ
ットを使用して光源の方向やこれに基づて偏角が求めら
れ、当該計測地点での全ての計測が終了したとステップ
Ｓ１０３で判定されると、当該計測地点に設置されてい
る全光源４１，４２が消灯した状態となる。その間、こ
うして計測された各光源４１，４２の方向に関するデー
タと別途計測された距離に関するデータとに基づいて、
当該計測地点における地中掘進機の掘進位置が中央演算
処理装置で演算して計測される。When the light sources 41 and 42 related to the measurement by the second intermediate measurement unit 400 are turned on, the process returns to step S100, and thereafter, the light source 41, 42 is set at the measurement point by the same procedure as described above. The direction of the light source and the declination are determined based on the directions of the light sources using all the measurement units. If it is determined in step S103 that all the measurements at the measurement point have been completed, the light source is installed at the measurement point. All the light sources 41 and 42 are turned off. Meanwhile, based on the data on the directions of the light sources 41 and 42 thus measured and the data on the distance separately measured,
The excavation position of the underground excavator at the measurement point is calculated and measured by the central processing unit.
【００６６】コントローラ４３を用いたこのような計測
は、各計測地点でそれぞれ行うが、そのときには、それ
ぞれの計測地点でオペレータが単に計測開始の指令操作
を行なえば、その後は、それぞれの計測地点で以上述べ
たような手順により地中掘進機の掘進位置の計測が自動
的に行なわれる。以上、光源４１，４２の方向を計測ユ
ニット単位で順番に計測する場合について説明したが、
光源４１，４２の方向を光源単位で順番に計測する場合
については、各光源４１，４２を個別的に点灯させるよ
うに、その点灯順序を中央演算処理装置４で予め設定し
た後、地中掘進機の掘進位置を各計測地点で図５に示す
ような手順で計測すればよい。Such measurement using the controller 43 is performed at each measurement point. At that time, if the operator simply performs a measurement start command operation at each measurement point, thereafter, the measurement is performed at each measurement point. According to the procedure described above, the excavation position of the underground excavator is automatically measured. The case where the directions of the light sources 41 and 42 are sequentially measured in units of the measurement unit has been described above.
In the case where the directions of the light sources 41 and 42 are sequentially measured in light source units, the lighting sequence is set in advance by the central processing unit 4 so that the light sources 41 and 42 are individually turned on, and then the underground excavation is performed. The excavation position of the machine may be measured at each measurement point according to the procedure shown in FIG.
【００６７】以上述べた地中掘進機の位置計測装置で
は、特に、受光量調節手段としての可変の電子シャッタ
ー装置と位置検出素子が受光する光量の指標となる輝度
を検出する受光量検出手段と受光量制御手段としてのコ
ントローラ４３とを設け、受光量検出手段での検出結果
に基づいて、位置検出素子４１２−１，４１２−２の受
光量を電子シャッター装置で調節することにより位置検
出素子４１２−１，４１２−２での光の受光位置が適切
に検出されるようにコントローラ４３で制御するように
しているので、拡散光の光源からの光の位置検出素子で
の受光量が計測点により変動して計測精度が低下するの
を防ぐことができる。また、こうした手段を光学式偏角
測定装置に設けた場合でも、同様の効果を奏すること
は、以上の説明から明らかである。In the above-described position measuring device for an underground excavator, in particular, a variable electronic shutter device as a light-receiving amount adjusting device and a light-receiving amount detecting device for detecting a luminance which is an index of the amount of light received by the position detecting element. A controller 43 is provided as a light receiving amount control means, and the light receiving amounts of the position detecting elements 412-1 and 412-2 are adjusted by an electronic shutter device based on the detection result of the light receiving amount detecting means, whereby the position detecting element 412 is controlled. Since the controller 43 controls the light receiving positions of the light at −1 and 412-2 appropriately, the amount of light received by the position detecting element of the light from the light source of the diffused light depends on the measurement point. It is possible to prevent the measurement accuracy from being reduced due to the fluctuation. In addition, it is clear from the above description that the same effect can be obtained even when such means are provided in the optical declination measuring apparatus.
【００６８】図５に示す例では、当該計測地点に設置さ
れている全ての計測ユニットにコントローラ４３を設け
て図５に示すような手順で偏角等を求めるためのデータ
を取得するようにしているが、当該計測地点における各
計測点中、計測現場の周辺状況からみて、こうした方法
によらなくても信頼性の高いデータが取得できると考え
られる計測点がある場合には、その計測点に設置される
計測ユニットについては、コントローラ４３や受光量検
出手段等を設けないようにし、必要な計測ユニットにだ
け設けるようにしてもよい。In the example shown in FIG. 5, a controller 43 is provided in all the measurement units installed at the measurement point, and data for obtaining a declination or the like is obtained in a procedure as shown in FIG. However, if there is a measurement point among the measurement points at the measurement point where it is considered that reliable data can be obtained without using this method in view of the surrounding conditions of the measurement site, the measurement point As for the measuring unit to be installed, the controller 43, the received light amount detecting means and the like may not be provided, and only the necessary measuring unit may be provided.
【００６９】図５に示す例では、受光量検出手段で位置
検出素子の受光量の指標となる値を検出する場合、輝度
データを検出するようにしているが、光量は距離の二乗
に反比例するので、位置検出素子の受光量の指標となる
値として当該計測ユニットとこの計測ユニットでの計測
に関係する光源との距離に関するデータを検出するよう
にしてもよく、その検出した距離データに基づいて、コ
ントローラ４３により電子シャッター装置を作動させ
て、各位置検出素子４１２−１，４１２−２の受光面に
おける各光源４２，４１の光の結像点の位置が正確に検
出されるように自動制御してもよい。その場合、その距
離と電子シャッター装置のシャッター速度との適切な関
係をテーブル又は数式としてコントローラ４３に記憶さ
せ、受光量検出手段で検出される距離データに応じて電
子シャッター装置のシャッター速度を適切な速度になる
ようにコントローラ４３で制御するようにすればよい。In the example shown in FIG. 5, when the light receiving amount detecting means detects a value serving as an index of the light receiving amount of the position detecting element, the luminance data is detected. However, the light amount is inversely proportional to the square of the distance. Therefore, data relating to the distance between the measurement unit and a light source related to measurement by the measurement unit may be detected as a value serving as an index of the amount of light received by the position detection element, and based on the detected distance data. The controller 43 operates the electronic shutter device to automatically control the position of the image forming point of the light of each of the light sources 42 and 41 on the light receiving surface of each of the position detecting elements 412-1 and 412-2. May be. In this case, an appropriate relationship between the distance and the shutter speed of the electronic shutter device is stored in the controller 43 as a table or a mathematical expression, and the shutter speed of the electronic shutter device is set to an appropriate value in accordance with the distance data detected by the received light amount detecting means. What is necessary is just to control by the controller 43 so that it may become speed.
【００７０】図５に示す例では、受光量制御手段にコン
トローラ４３を用いることにより、受光量検出手段での
検出結果に基づいて、位置検出素子４１２−１，４１２
−２での光の受光位置が適切に検出されるように自動制
御するようにしているが、受光量検出手段での検出結果
に関するデータを表示装置５に表示するようにし、オペ
レータがその表示装置５に表示されたデータをみながら
電子シャッター装置を操作することにより、位置検出素
子４１２−１，４１２−２での光の受光位置が適切に検
出されるように手動制御するようにしてもよい。その場
合、受光量検出手段での検出結果に関するデータを表示
するための手段が受光量制御手段の役割を果たすことに
なり、受光量制御手段は、要は、受光量検出手段での検
出結果に基づいて、位置検出素子４１２−１，４１２−
２の受光量を受光量調節手段で調節することにより位置
検出素子４１２−１，４１２−２での光の受光位置が適
切に検出されるように制御できるものであればよく、自
動制御であるか、手動制御であるかの別は問はない。In the example shown in FIG. 5, the controller 43 is used as the light receiving amount control means, so that the position detecting elements 412-1 and 412 based on the detection result by the light receiving amount detecting means.
-2, the light receiving position is automatically controlled so that the light receiving position is appropriately detected. However, data relating to the detection result of the received light amount detecting means is displayed on the display device 5, and the operator uses the display device. By operating the electronic shutter device while looking at the data displayed in 5, manual control may be performed so that the light receiving positions of the position detection elements 412-1 and 412-2 are appropriately detected. . In this case, the means for displaying data relating to the detection result of the received light amount detection means plays the role of the received light amount control means. Based on the position detection elements 412-1 and 412-
The automatic control is only required if it can be controlled so that the light receiving positions of the light at the position detecting elements 412-1 and 412-2 can be appropriately detected by adjusting the light receiving amount of No. 2 by the light receiving amount adjusting means. There is no question whether it is manual control or manual control.
【００７１】[0071]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この出
願の発明の光学式偏角測定装置及び地中掘進機の位置計
測装置は、それぞれ「課題を解決するための手段」の項
の１）及び２）に示す手段を採用しているので、拡散光
の光源からの光の位置検出素子での受光量が計測点によ
り変動して計測精度が低下するのを防ぐことができる。
こうしたこの出願の発明の特有の効果に加え、計測時に
光を検出器に当てる操作を不要にし、機械的な計測誤差
や振動による計測誤差を生じにくくすることができ、さ
らには、偏角計測用の検出器や光源を設置する際に位置
設定さえ正確に行えば、計測結果が検出器や光源の取付
姿勢に影響されるようなこともないという従来の技術に
はみられない優れた効果を併せ発揮することができる。As is apparent from the above description, the optical declination measuring device and the underground excavator position measuring device according to the invention of this application are each described in the section "Means for Solving the Problems". Since the means shown in (2) and (3) are employed, it is possible to prevent the amount of light received from the light source of the diffused light from the light source at the position detecting element from fluctuating depending on the measurement point, thereby reducing the measurement accuracy.
In addition to the unique effects of the invention of this application, the operation of irradiating light to the detector at the time of measurement is not required, and a mechanical measurement error or a measurement error due to vibration can be hardly generated. If the position is set correctly when installing the detector and light source, the measurement results will not be affected by the mounting orientation of the detector or light source. It can be demonstrated at the same time.
【図１】検出器と光源とをユニット化して一体にした本
発明の光学式偏角測定装置の具体化例を示す斜視図であ
る。FIG. 1 is a perspective view showing a specific example of an optical declination measuring apparatus of the present invention in which a detector and a light source are unitized and integrated.
【図２】図１の光学式偏角測定装置を使用した地中掘進
機の位置計測装置により地中掘進機の掘進位置を計測し
ている状態の全体像を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing an overall image of a state in which the position of the underground excavator is measured by the underground excavator position measuring device using the optical declination measuring device of FIG. 1;
【図３】この出願の各発明の技術的意義を説明するため
の光学式偏角測定装置の第１の配置状態を示す図２と同
様の図である。FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 showing a first arrangement state of an optical argument measuring apparatus for explaining the technical significance of each invention of this application.
【図４】この出願の各発明の技術的意義を説明するため
の光学式偏角測定装置の第２の配置状態を示す図２と同
様の図である。FIG. 4 is a view similar to FIG. 2, showing a second arrangement state of the optical declination measuring device for explaining the technical significance of each invention of this application.
【図５】図１の光学式偏角測定装置に設けられたコント
ローラの作用を説明するための流れ図である。FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of a controller provided in the optical argument measuring apparatus of FIG. 1;
１ 掘削機 ２ 地下坑 ３ 発進立坑 ４ 中央演算処理装置 ５ 表示装置 ４１，４２ 光源 ４３ コントローラ ４００ 中間計測ユニット ４００ａ 始点計測ユニット ４００ｂ 被測点ユニット ４１０ 偏角計測用の検出器 ４１１ レンズ ４１２−１，４１２−２ 位置検出素子 ４１３−１，４１３−２ 反射プリズム Ｃ レンズの光軸 Ｄ 光源の光軸 Ｖ 隣合う計測ユニット間の見通し線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Excavator 2 Underground shaft 3 Starting shaft 4 Central processing unit 5 Display device 41, 42 Light source 43 Controller 400 Intermediate measurement unit 400a Start point measurement unit 400b Measured point unit 410 Detector for declination measurement 411 Lens 412-1 412-2 Position detecting elements 413-1, 413-2 Reflecting prism C Optical axis of lens D Optical axis of light source V Line of sight between adjacent measurement units
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀井 健 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 下村 義昭 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AA02 AC01 GA04 GA17 GA25 GA61 GA82 2F065 AA04 AA06 AA17 AA19 AA31 AA37 CC40 FF01 FF23 GG06 GG07 GG12 HH02 JJ03 JJ05 JJ16 JJ26 LL12 LL30 LL37 NN12 NN17 PP22 QQ25 QQ29 SS03 SS13 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Ken Kamei 650, Kandamachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. F-term in Tsuchiura Plant (reference)
Claims (2)
設定した各地点とをそれぞれを結ぶ二つの線分の偏角を
光で計測する光学式偏角測定装置であって、基点の両側
に設定した各地点にそれぞれ設置され拡散光を発する偏
角計測用の光源と基点に設置される偏角計測用の検出器
とからなり、各光源からの拡散光をそれぞれ集光する集
光手段と、集光手段でそれぞれ集光した各光源からの光
をそれぞれ受光してその受光位置を検出する各位置検出
素子とを設けて、偏角計測用の検出器を構成し、各位置
検出素子での検出結果に基づいて各光源の光軸同士の偏
角を演算により算出できるようにするとともに、位置検
出素子が受光する光量を調節できる受光量調節手段と、
位置検出素子が受光する光量の指標となる値を検出する
受光量検出手段と、受光量検出手段での検出結果に基づ
いて、位置検出素子の受光量を受光量調節手段で調節す
ることにより位置検出素子での光の受光位置が適切に検
出されるように、制御できるようにする受光量制御手段
を設けたことを特徴とする光学式偏角測定装置。1. An optical declination measuring device for measuring, using light, a declination angle of two line segments connecting a base point and respective points set on both sides of the base point at a distance from the base point. A light source for declination measurement that is installed at each point set on both sides to emit diffused light and a detector for declination measurement that is installed at the base point, and collects the diffused light from each light source. And a position detecting element for receiving the light from each of the light sources condensed by the light condensing means and detecting the light receiving position thereof, thereby forming a detector for measuring declination, and detecting each position. A light-receiving amount adjusting unit that can calculate the declination between the optical axes of the respective light sources based on the detection result by the element and that can adjust the amount of light received by the position detecting element,
A light-receiving amount detecting means for detecting a value serving as an index of an amount of light received by the position detecting element, and a light-receiving amount adjusting means for adjusting a light receiving amount of the position detecting element based on a detection result of the light-receiving amount detecting means. An optical declination measuring apparatus, comprising: a light receiving amount control means for controlling a light receiving position of light at a detecting element so as to be appropriately detected.
中掘進機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に
配置しその掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘
進方向後方に配置し計測の始点となる始点計測点との位
置関係で計測する地中掘進機の位置計測装置であって、
前方に拡散光を発する光源と少なくとも前方の光源から
の拡散光を集光する集光手段と集光手段で集光した光源
からの光を受光してその受光位置を検出する位置検出素
子とを有し始点計測点を設定する始点計測ユニットと、
後方に拡散光を発する光源と後方の光源からの拡散光を
集光する集光手段と集光手段で集光した光源からの光を
受光してその受光位置を検出する位置検出素子とを有し
被計測点を設定する被測点計測ユニットと、前方及び後
方に拡散光を発する各光源と前方及び後方の光源からの
拡散光をそれぞれ集光する集光手段と集光手段でそれぞ
れ集光した各光源からの光をそれぞれ受光してその受光
位置を検出する位置検出素子とを有し地下坑における始
点計測ユニットと被測点計測ユニットとの間に配置され
る少なくとも一つの中間計測ユニットとを設けて、始点
計測ユニット及び中間計測ユニットでの検出結果に基づ
いて得られる各光源の方向に関するデータと隣合う各計
測ユニット間の距離に関するデータとに基づいて、始点
計測点に対する被計測点の相対位置を演算装置で演算し
て計測するようにするとともに、位置検出素子が受光す
る光量を調節できる受光量調節手段と、位置検出素子が
受光する光量の指標となる値を検出する受光量検出手段
と、受光量検出手段での検出結果に基づいて、位置検出
素子の受光量を受光量調節手段で調節することにより位
置検出素子での光の受光位置が適切に検出されるよう
に、制御できるようにする受光量制御手段を設けたこと
特徴とする地中掘進機の位置計測装置。2. An underground excavator that excavates an underground mine while excavating underground is used to measure the excavation position. The position of a measurement point that is disposed in front of the excavation direction and serves as an index of the excavation position is determined. A position measuring device of an underground excavator that is arranged rearward in the direction and measures in a positional relationship with a starting point measuring point serving as a starting point of measurement,
A light source emitting diffused light forward, a light collecting means for collecting light diffused from at least the light source in front of the light source, and a position detecting element for receiving light from the light source collected by the light collecting means and detecting the light receiving position. A start point measurement unit for setting a start point measurement point,
It has a light source that emits diffused light backward, a condensing means for condensing diffused light from the rear light source, and a position detecting element that receives light from the light source condensed by the condensing means and detects the light receiving position. A measuring point measuring unit for setting a measuring point, light sources for emitting diffused light forward and rearward, light collecting means for collecting light diffused from the front and rear light sources, and light collecting means for collecting light respectively. At least one intermediate measurement unit disposed between the start point measurement unit and the measured point measurement unit in the underground pit, which has a position detection element that receives light from each of the light sources and detects the light reception position thereof; And based on the data on the direction of each light source obtained based on the detection results of the start point measurement unit and the intermediate measurement unit and the data on the distance between each adjacent measurement unit, the distance to the start point measurement point is determined. The relative position of the measurement point is calculated by an arithmetic unit and measured, and a light receiving amount adjusting means capable of adjusting the amount of light received by the position detecting element, and a value serving as an index of the amount of light received by the position detecting element is detected. The light receiving position of the position detecting element is appropriately detected by adjusting the light receiving amount of the position detecting element by the light receiving amount adjusting means based on the detection result of the light receiving amount detecting means and the light receiving amount detecting means. An underground excavator position measuring device, further comprising a light receiving amount control means for controlling the underground excavation machine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10689099A JP2000298021A (en) | 1999-04-14 | 1999-04-14 | Yawing angle measuring instrument and position measuring instrument for underground excavating machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10689099A JP2000298021A (en) | 1999-04-14 | 1999-04-14 | Yawing angle measuring instrument and position measuring instrument for underground excavating machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000298021A true JP2000298021A (en) | 2000-10-24 |
Family
ID=14445087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10689099A Pending JP2000298021A (en) | 1999-04-14 | 1999-04-14 | Yawing angle measuring instrument and position measuring instrument for underground excavating machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000298021A (en) |
-
1999
- 1999-04-14 JP JP10689099A patent/JP2000298021A/en active Pending
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