JP3596945B2

JP3596945B2 - Laser marking device

Info

Publication number: JP3596945B2
Application number: JP15495795A
Authority: JP
Inventors: 恭久一川
Original assignee: 株式会社ソキア
Priority date: 1995-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: JPH095077A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、トンネル掘削工事で、掘削するトンネルの断面形状や発破装填用の穿孔位置などのトンネル施工情報をレーザー光線で切羽面に照射表示するレーザーマーキング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
山岳トンネルの工事現場では、掘削されたトンネル断面の形状や方向などが、設計図面と一致しているかどうかを確認したり、あるいは、その後に掘削すべき方向，範囲を指示するためや、さらには、発破装填用の穿孔位置を指示するために、切羽面にトンネルの断面形状や発破装填用の穿孔パターンなどのトンネル施工情報をレーザー光線で照射表示することが行なわれている。
【０００３】
このようなレーザーマーキング装置は、例えば、特開平２−２１０２１３号公報にその一例が開示されている。この公報に開示されているレーザーマーキング装置は、切羽面にトンネル断面形状や穿孔位置を照射するレーザーマーキング部と、光波距離計と測角儀とを備えている。これらの各部材が設けられた装置本体は、切羽の前方の既知座標点に設置される。
【０００４】
また、装置本体と切羽面との間の２箇所の既知座標点に基準点が設けられ、各基準点には、それぞれ反射ターゲットが設置される。装置本体には、制御装置が接続されていて、この制御装置は、トンネルの路線線形データ，断面線形データ，発破装填穿孔パターンデータなどのトンネル設計データを記憶する記憶手段と、測定点の条件を入力する入力手段とを有している。
【０００５】
切羽面にトンネルの断面形状などを照射表示する際には、まず、装置本体に設けられている光波距離計で基準点の反射ターゲットを視準して、装置本体と反射ターゲットとの間の距離と方向とを測定し、装置本体の設置されている座標値を確認して、次に、切羽面に設置される測点ターゲットを視準して、装置本体と切羽面との間の距離を求める。この距離が求められると、装置本体の設置されている位置の座標が既知なので、現在の切羽面の位置が求められる。
【０００６】
現在の切羽面の位置が特定されると、記憶手段に記憶されているトンネルの路線線形データと断面線形データとから、この切羽面に対する設計上のトンネル断面形状が特定され、特定された設計上のトンネル断面形状や穿孔位置などがレーザーマーキング部により切羽面に照射表示される。
ところが、このような構成のレーザーマーキング装置には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上述した従来のレーザーマーキング装置では、測点ターゲットが設置された位置において、切羽面が単一の面であると仮定して、その面上におけるレーザーマーキング部の作動を指示して、レーザー光線の照射表示を行なっていた。ところが、実際の切羽面は、岩石の部分的な突出やくぼみが多数あって、単一な面でなく、凹凸面になっている。
【０００８】
このような凹凸面に単一の面で求めたレーザー光線を照射すると、照射ポイントにズレが生じて、例えば、発破装填穿孔パターンを表示した場合には、正確な位置に穿孔できないという問題があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、凹凸がある切羽面に正確にレーザー光線を照射表示することができるレーザーマーキング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、同軸上にレーザー光線を発射するレーザーマーキング部と光波距離計とを有し既知座標点に設置される装置本体と、トンネルの路線線形データ，断面線形データ，発破装填穿孔パターンデータなどのトンネル設計データを記憶する記憶手段を有する制御装置とを備え、前記制御装置からの制御信号に基づいて切羽面にトンネル断面形状や穿孔位置などのトンネル施工情報を前記レーザーマーキング部で照射表示するレーザーマーキング装置において、前記光波距離計は、前記レーザーマーキング部の照射点と前記装置本体との間の距離を、パルス状のレーザー光線の発射時間と反射光の受光時間との差から求めるパルス式測距儀であって、前記制御装置は、前記切羽面の測距または掘削量に基づいて決定した仮の切羽面距離を前記光波距離計の測距値に基づいて補正し、補正された切羽面距離に基づいて前記レーザーマーキング部の照射位置を制御することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
上記構成のレーザーマーキング装置によれば、レーザーマーキング部と同軸上にレーザ光線を発射するパルス式測距儀で、レーザーマーキング部の照射点と装置本体との間の距離を測距し、この測距値に基づいて、切羽面の測距または掘削量に基づいて決定した仮の切羽面距離を補正し、補正された切羽面距離に基づいてレーザーマーキング部の照射位置を制御装置で制御するので、切羽面に凹凸があっても、この凹凸に対応した正確な位置を照射表示することができる。
【００１１】
【実施例】
以下本発明の好適な実施例について添附図面を参照して詳細に説明する。図１から図７は、本発明にかかるレーザーマーキング装置の一実施例を示している。同図に示すレーザーマーキング装置は、装置本体１０と、切羽面１２と装置本体１０との間に設置される２個の基準用反射ターゲット１４と、制御装置１６とを備えている。
【００１２】
装置本体１０は、例えば、掘削されるトンネル１６の入口地点を原点とした直交座標系上の既知座標点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）に設置される。２個の基準用反射ターゲット１４も同様な既知座標点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２、ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）に設置される。装置本体１０は、その詳細を図２に示すように、水平および鉛直移動自在に支持されたケース１８と、ケース１８内に内蔵されたレーザーマーキング部２０とパルス式測距儀２２とを有している。
【００１３】
ケース１８の上端面には、気泡管１０ａが設置されていて、この気泡管１０ａにより光軸方向の水平度が判るようになっている。ケース１８は、ヨーク部１０ｂを介して揺動自在に支持されており、ヨーク部１０ｂは、整準台１０ｃに支持されている。整準台１０ｃには、円型気泡管１０ｄが設けられ、ケース１８の鉛直軸Ｃ／Ｌが、整準台１０ｃに設けられた調整ネジ１０ｅで鉛直に調整される。
【００１４】
なお、図２に符号１０ｆで示した部分がケース１８を水平方向に微動回転させる水平微動操作つまみであり、同符号１０ｇで示した部分がケース１８を鉛直方向に微動回転させる鉛直微動操作つまみであり、符号１０ｈおよび１０ｉは、つまみ１０ｆ，１０ｇを操作した位置で固定する水平および鉛直固定つまみである。
【００１５】
レーザーマーキング部２０とパルス式測距儀２２とは、同軸上にレーザー光線Ｌ_１，Ｌ_２を発射するように構成されており、図３にその光学系を示している。同図に示すレーザーマーキング部２０は、所定波長のレーザー光線Ｌを発射するレーザーチューブ２８と、コリメータ３０と、水平移動用ガルバノメータ３２および鉛直移動用ガルバノメータ３４と、複数の反射プリズム３６と、ハーフミラー３８とから構成されている。
【００１６】
パルス式測距儀２２は、パルス状のレーザー光線Ｌ2 を発射するものであって、ハーフミラー３８の位置において、レーザーチューブ２８から発射されたレーザー光線Ｌ1 に対して直交するように光軸が配置され、パルス式測距儀２２から発射されるレーザー光線Ｌ2は、ハーフミラー３８を透過し反射プリズム３６で反射した後に、水平移動用ガルバノメータ３２と鉛直移動用ガルバノメータ３４とを介して、レーザー光線Ｌ1 と同軸方向に発射される。
【００１７】
また、レーザ光線Ｌ_２と同軸の視準光学系がパルス式測距儀２２の中に設けられている。符号２０ａは、視準のための接眼レンズ部である。
図４にパルス式測距儀２２の機能ブロックを示しており、同図に示すパルス式測距儀２２は、所定の波長のレーザー光線を発射するレーザーチューブ２２ａと、このレーザーチューブ２２ａから発射された光線をパルス状レーザー光線Ｌ_２として送出する発光制御部２２ｂと、発光制御部２２ｂから送出されたパルス状レーザー光線Ｌ_２の反射光を受光する受光部２２ｃとを有している。
【００１８】
そして、時間計測部２２ｄでは、発光制御部２２ｂから送出されたパルス状レーザー光線Ｌ_２の送出時間と、反射光を受光部２２ｃで受光した受光時間とから、これらの間の時間間隔を計測し、距離演算部２２ｅでこの時間間隔と光速との関係から、パルス式測距儀２２の設置位置と反射点までの間の距離を演算し、その演算結果を表示部２２ｆに表示する。
【００１９】
水平および鉛直移動用ガルバノメータ３２，３４は、レーザー光線Ｌ_１，Ｌ_２を水平および鉛直方向に変位させるものであって、図５にその詳細を示している。
同図に示すガルバノメータ３２，３４は、回転駆動部３２ａ，３４ａと、反射鏡３２ｂ，３４ｂとを有している。回転駆動部３２ａ，３４ａは、永久磁石で構成されたステータ３２ｃ，３４ｃと、ステータ３２ｃ，３４ｃの中心に回転可能に設けられ、ステータ３２ｃ，３４ｃの磁力線と鎖交するように設置された界磁コイル３２ｄ，３４ｄを有するロータ３２ｅ，３４ｅとから構成されている。
【００２０】
反射鏡３２ｂ，３４ｂは、ロータ３２ｅ，３４ｅの中心に延設されたロッド３２ｆ，３４ｆに固設されている。このように構成されたガルバノメータ３２，３４では、回転駆動部３２ａ，３４ａの界磁コイル３２ｄ，３４ｄに通電することにより、その通電電流の大きさに比例して、ロータ３２ｅ，３４ｅが回転して、反射鏡３２ｂ，３４ｂの反射角度が異なるようになっている。
【００２１】
すなわち、ガルバノメータ３２，３４は、いわゆる直流電流計と同一構造のものであって、電流計の指針に反射鏡３２ｂ，３４ｂが固設されていて、励磁コイル３２ｄ，３４ｄへの通電電流の大きさで、反射鏡３２ｄ，３４ｄの回転角度が判るようになっている。なお、レーザー光線Ｌ_１，Ｌ_２を水平および鉛直方向に変位させる手段は、上記ガルバノメータ３２，３４に限ることはなく、例えば、ステッピングモータによって反射鏡３２ｂ，３４ｂを回転させるようにしてもよい。
【００２２】
図６に制御装置１６の一例を示している。同図に示す制御装置１６は、パーソナルコンピュータ（以下パソコンと略す）１６ａとコントロールユニット１６ｂとを主体に構成されている。
パソコン１６ａには、トンネルの路線線形データ，断面線形データ，発破装填穿孔パターンデータなどのトンネル設計データや制御手順が予め格納記憶される記憶手段１６ｃと、表示器１６ｄと、キーボード１６ｅと、遠隔制御用の通信モデム１６ｆとが接続されている。
【００２３】
コントロールユニット１６ｂは、パソコン１６ａの送出信号を受けて、レーザーマーキング部２０のレーザーチューブ２８やパルス式測距儀２２の駆動，停止を制御するとともに、水平および鉛直移動用ガルバノメータ３２，３４の回転駆動を制御する。
図７には、パソコン１６ａで実行される制御手順の一例を示している。同図に示す制御手順では、手順がスタートすると、まず、ステップｓ１で、装置本体１０の座標値（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と、２個の基準用反射ターゲット１４の座標値（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２、ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）とがそれぞれキーボード１６ｅから入力される。続くステップｓ２では、仮の切羽面１２の演算が行なわれる。
【００２４】
このときの仮の切羽面１２の演算は、例えば、切羽面１２の直前に測点ターゲットを設置し、このターゲットをパルス式測距儀２２て視準することによって行なうか、あるいは、一回の掘削作業で、どの程度トンネル掘削が行なわれるかが判っているので、掘削作業の回数を計数することにより概略の切羽面１２の位置が求められるので、これらのいずれかにより仮の切羽面１２を決定する。
【００２５】
仮の切羽面１２が決定されると、記憶手段１６ｃにトンネルの路線線形データ，断面線形データ，発破装填穿孔パターンデータなどのトンネル設計データが格納記憶されているので、その内容を読み出して、仮の切羽面１２の断面形状や同切羽面１２における発破装填穿孔パターンが選択され、この選択された内容に基づいて、レーザー光線Ｌ_１で照射表示する最初の照射点が決まり、仮の切羽面１２上におけるこの照射点までの距離（ｌ_ｘ）が演算される（ステップｓ３）。
【００２６】
次のステップｓ４では、照射点の座標値から水平および垂直移動用ガルバノメータ３２，３４の回転角度が決定され、この決定に基づいてガルバノメータ３２，３４が駆動される（ステップｓ４）。そして、ステップｓ５では、この状態でパルス式測距儀２２のレーザーチューブ２２ａが駆動され、パルス状レーザー光線Ｌ_２をガルバノメータ３２，３４を介して実際の切羽面１２上に照射し、実際の照射点までの距離（ｌ_ｘ’）が測定される。
【００２７】
続くステップｓ６では、距離（ｌ_ｘ）と距離（ｌ_ｘ’）とが一致しているか否かが判断され、これが一致している場合には、ステップｓ７で、レーザーマーキング部２０のレーザーチューブ２８が駆動され、レーザー光線Ｌ_１による照射点の照射表示が行なわれる。なお、ステップｓ６における距離の一致判断においては、必ずしも完全一致である必要はなく、ある程度の幅を持たせることができる。
【００２８】
一方、ステップｓ６で距離（ｌ_ｘ）と距離（ｌ_ｘ’）とが一致していないと判断した場合には、ステップｓ８で補正値の演算が行なわれ、ステップｓ９では、求められた補正値に基づいて、水平および鉛直移動用ガルバノメータ３２，３４の回転角度の修正が行なわれ、その後に、ステップｓ７が実行される。
図８には、この補正値の演算が行なわれる場合の２つの態様を示している。同図（Ａ）に示したのが、仮の切羽面１２よりも実際の照射点が奥側にあって、照射点が凹部に位置している場合である。
【００２９】
従来のこの種の装置では、切羽面１２の位置ａを照射しているのであるが、実際の切羽面がその奥側に位置しているので、実際の切羽面における照射点は点ｂとなり、点ａと点ｂとの間の距離をｌとし、レーザー光線の傾斜角度をθとすると、ｌｔａｎθ（＝ｍ）の誤差が生じる。そこで、本実施例では、この誤差ｍを演算し、得られた誤差ｍで補正することにより、正しい点ｃをレーザー光線Ｌ_２で照射するようにしている。
【００３０】
このような補正は、図８（Ｂ）に示したように、仮の切羽面１２に対して、実際の照射点が突出している場合も同様に補正することができる。そして、ステップｓ８でレーザー光線Ｌ_２で照射点の照射表示が完了すると、ステップｓ１０で予定されている照射点の全ての照射が終了したか否かが判断され、終了していなければステップｓ３に戻って上記した手順が再び繰り返されるとともに、終了したと判断された場合には、手順が終わる。
【００３１】
さて、以上のように構成されたレーザーマーキング装置によれば、レーザーマーキング部２０と同軸上にレーザ光線Ｌ_１を発射するパルス式測距儀２２で、レーザーマーキング部２０の照射点と装置本体１０との間の距離を測距し、この測距値に基づいて、仮の切羽面距離を補正し、補正された切羽面距離に基づいてレーザーマーキング部２０の照射位置を制御装置１６で制御するので、切羽面１２に凹凸があっても、この凹凸に対応した正確な位置を照射表示することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかるレーザーマーキング装置によれば、凹凸がある切羽面に正確にレーザー光線を照射表示することができ、例えば、発破用の穿孔を予定した個所に正確に穿けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレーザーマーキング装置の使用状態での全体構成図である。
【図２】同レーザーマーキング装置の装置本体の説明図である。
【図３】図２の光学系の説明斜視図である。
【図４】パルス式測距儀の機能構成ブロック図である。
【図５】本発明にかかるレーザーマーキング装置のスキャンニング部を構成するガルバノメータの説明図である。
【図６】本発明にかかるレーザーマーキング装置の制御装置のブロック構成図である。
【図７】図６に示した制御装置の制御手順を示すフローチャート図である。
【図８】本発明にかかるレーザーマーキング装置で照射点の補正を行なう場合の補正値の計算方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０装置本体
１２切羽面
１４反射ターゲット
１６制御装置
１６ａパーソナルコンピュータ
１６ｂコントロールユニット
１６ｃ記憶手段
２０レーザーマーキング部
２２パルス式測距儀
２２ａレーザーチューブ
２２ｂ発光制御部
２２ｃ受光部
２２ｄ時間計測部
２２ｅ距離演算部
２２ｆ表示部
２８レーザーチューブ
３２水平移動用ガルバノメータ
３４鉛直移動用ガルバノメータ[0001]
[Industrial applications]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser marking device which irradiates and displays tunnel construction information such as a cross-sectional shape of a tunnel to be excavated and a drilling position for blasting in a tunnel excavation work with a laser beam on a face.
[0002]
[Prior art]
At the construction site of a mountain tunnel, it is necessary to confirm whether the shape and direction of the excavated tunnel cross section match the design drawing, or to indicate the direction and range to be excavated afterwards. In order to indicate a piercing position for blasting loading, tunnel construction information such as a cross-sectional shape of a tunnel and a piercing pattern for blasting loading is radiated and displayed on a face face with a laser beam.
[0003]
An example of such a laser marking device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-210213. The laser marking device disclosed in this publication includes a laser marking unit that irradiates the face face with the cross-sectional shape of the tunnel and the position of the perforation, an optical distance meter, and a goniometer. The apparatus main body provided with these members is installed at a known coordinate point in front of the face.
[0004]
In addition, reference points are provided at two known coordinate points between the apparatus main body and the face, and a reflection target is provided at each of the reference points. A control device is connected to the main body of the device. The control device stores storage means for storing tunnel design data such as tunnel line data, cross-sectional line data, and blasting and perforation pattern data. Input means for inputting.
[0005]
When illuminating and displaying the cross-sectional shape of the tunnel on the face, first, collimate the reflective target at the reference point with the lightwave distance meter provided on the main body of the device, and set the distance between the main body and the reflective target. And the direction, and check the coordinate values installed on the apparatus main body, then collimate the measuring point target installed on the face face, and determine the distance between the apparatus main body and the face face. Ask. When this distance is obtained, the coordinates of the position where the apparatus main body is installed are known, so that the current position of the face face is obtained.
[0006]
When the current position of the face is specified, the design tunnel cross-sectional shape for this face is specified from the tunnel line shape data and the cross-section shape data stored in the storage means, and the specified design The cross section of the tunnel and the perforation position are illuminated and displayed on the face by the laser marking part.
However, the laser marking device having such a configuration has a technical problem described below.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
That is, in the above-described conventional laser marking apparatus, at the position where the measuring point target is installed, it is assumed that the face face is a single face, and the operation of the laser marking unit on the face is instructed, and the laser beam is emitted. Was displayed. However, the actual face has a large number of partial protrusions and depressions of the rock, and is not a single surface but an uneven surface.
[0008]
Irradiation of a laser beam determined on a single surface onto such a concave-convex surface causes a deviation in the irradiation point. For example, when a blasting and loading perforation pattern is displayed, there is a problem that it is not possible to perforate at an accurate position. .
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a laser marking device capable of accurately irradiating and displaying a laser beam on a face having irregularities. It is in.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus main body having a laser marking unit for emitting a laser beam coaxially and an optical distance meter, and installed at a known coordinate point; A control device having storage means for storing tunnel design data such as blasting loading and punching pattern data, wherein tunneling information such as a tunnel cross-sectional shape and a drilling position is provided on the face face based on a control signal from the control device. In a laser marking device for irradiating and displaying at a marking unit, the optical distance meter measures a distance between an irradiation point of the laser marking unit and the device main body, between a time for emitting a pulsed laser beam and a time for receiving reflected light. A pulse-type distance measuring device that is obtained from a difference, wherein the control device determines the distance based on a distance measurement or an excavation amount of the face. Provisional the working face surface distance was corrected based on the distance measurement value of the electronic distance meter, and controlling the irradiation position of the laser marking unit based on the corrected working face surface distance.
[0010]
[Action]
According to the laser marking device having the above configuration, the distance between the irradiation point of the laser marking portion and the main body of the device is measured by a pulse type distance measuring device that emits a laser beam coaxially with the laser marking portion. Based on the distance value, the temporary face surface distance determined based on the distance measurement or excavation amount of the face surface is corrected, and the irradiation position of the laser marking unit is controlled by the control device based on the corrected face surface distance. Even if the face has irregularities, it is possible to irradiate and display an accurate position corresponding to the irregularities.
[0011]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 7 show one embodiment of a laser marking device according to the present invention. The laser marking device shown in FIG. 1 includes an apparatus main body 10, two reference reflection targets 14 installed between the face 12 and the apparatus main body 10, and a control device 16.
[0012]
Apparatus main body 10, for example, is installed at a known coordinate points on an orthogonal coordinate system and the entrance point of the tunnel 16 to be excavated as the origin _{_{(x 1, y 1, z}} 1). Two of the reference reflective targets 14 are also placed in similar known coordinate point _{_{_{_{(x 2, y 2, z}}}} 2, x 3, y 3, z 3). As shown in detail in FIG. 2, the apparatus main body 10 has a case 18 supported horizontally and vertically so as to be freely movable, a laser marking unit 20 built in the case 18, and a pulse type distance meter 22. ing.
[0013]
A bubble tube 10a is provided on the upper end surface of the case 18, and the horizontality in the optical axis direction can be determined by the bubble tube 10a. The case 18 is swingably supported via a yoke portion 10b, and the yoke portion 10b is supported by a leveling table 10c. The leveling table 10c is provided with a circular bubble tube 10d, and the vertical axis C / L of the case 18 is adjusted vertically by adjusting screws 10e provided on the leveling table 10c.
[0014]
In FIG. 2, a portion indicated by reference numeral 10f is a horizontal fine operation knob for finely rotating the case 18 in the horizontal direction, and a portion indicated by the same reference numeral 10g is a vertical fine operation knob for slightly rotating the case 18 in the vertical direction. Reference numerals 10h and 10i denote horizontal and vertical fixing knobs for fixing the knobs 10f and 10g at the operated positions.
[0015]
The laser marking section 20 and the pulse type distance measuring instrument 22 are configured to emit laser beams L _{1 and} L ₂ coaxially, and FIG. 3 shows an optical system thereof. The laser marking unit 20 shown in FIG. 1 includes a laser tube 28 that emits a laser beam L having a predetermined wavelength, a collimator 30, a galvanometer 32 for horizontal movement and a galvanometer 34 for vertical movement, a plurality of reflecting prisms 36, and a half mirror 38. It is composed of
[0016]
The pulse type distance measuring device 22 emits a pulsed laser beam L2, and the optical axis is arranged at the position of the half mirror 38 so as to be orthogonal to the laser beam L1 emitted from the laser tube 28. The laser beam L2 emitted from the pulse rangefinder 22 is transmitted through the half mirror 38 and reflected by the reflecting prism 36 , and then passes through the galvanometer 32 for horizontal movement and the galvanometer 34 for vertical movement, and is coaxial with the laser beam L1. Fired.
[0017]
Also, quasi-optical system viewing of the laser beam L ₂ and coaxially disposed within the pulsed rangefinder 22. Reference numeral 20a denotes an eyepiece for collimation.
FIG. 4 shows a functional block diagram of the pulse type distance measuring device 22. The pulse type distance measuring device 22 shown in FIG. 4 emits a laser beam of a predetermined wavelength and a laser tube 22a emitted from the laser tube 22a. It has a light emission control unit 22b for transmitting the light beam as a pulsed laser beam L _2, and a light receiving portion 22c for receiving the reflected light of the transmitted pulse shaped laser beam L ₂ from the light emission control unit 22b.
[0018]
Then, the time measuring unit 22 d, and the transmission time of the light emission control pulse shape delivered from unit 22b laser beam L _2, and a light receiving time to receive the reflected light by the light receiving unit 22c, measures the time interval between them, From the relationship between the time interval and the speed of light, the distance calculation unit 22e calculates the distance between the installation position of the pulse-type distance finder 22 and the reflection point, and displays the calculation result on the display unit 22f.
[0019]
The horizontal and vertical movement galvanometers 32 and 34 displace the laser beams L _{1 and} L ₂ in the horizontal and vertical directions, and their details are shown in FIG.
The galvanometers 32 and 34 shown in the figure have rotation driving units 32a and 34a and reflecting mirrors 32b and 34b. The rotation drive units 32a and 34a are provided with stators 32c and 34c formed of permanent magnets and a field provided so as to be rotatable at the centers of the stators 32c and 34c and interlinked with magnetic lines of force of the stators 32c and 34c. And rotors 32e and 34e having coils 32d and 34d.
[0020]
The reflecting mirrors 32b and 34b are fixed to rods 32f and 34f extending at the centers of the rotors 32e and 34e. In the galvanometers 32 and 34 configured as described above, when the field coils 32d and 34d of the rotation driving units 32a and 34a are energized, the rotors 32e and 34e rotate in proportion to the magnitude of the energizing current. The reflection angles of the reflecting mirrors 32b and 34b are different.
[0021]
That is, the galvanometers 32 and 34 have the same structure as a so-called DC ammeter, and the reflecting mirrors 32b and 34b are fixed to the pointer of the ammeter, and the magnitude of the current flowing through the exciting coils 32d and 34d is large. Thus, the rotation angles of the reflecting mirrors 32d and 34d can be determined. Incidentally, means for displacing the laser beam L _1, L ₂ in the horizontal and vertical directions is not limited to the above galvanometer 32, for example, may be rotated reflecting mirror 32b, and 34b by a stepping motor.
[0022]
FIG. 6 shows an example of the control device 16. The control device 16 shown in FIG. 1 mainly includes a personal computer (hereinafter abbreviated as a personal computer) 16a and a control unit 16b.
The personal computer 16a has storage means 16c in which tunnel design data and control procedures such as tunnel line shape data, sectional line shape data, and blasting and perforation pattern data are stored in advance, a display 16d, a keyboard 16e, and a remote control. Communication modem 16f is connected.
[0023]
The control unit 16b receives the transmission signal from the personal computer 16a, controls the driving and stopping of the laser tube 28 and the pulse type distance meter 22 of the laser marking unit 20, and rotates and drives the galvanometers 32 and 34 for horizontal and vertical movement. Control.
FIG. 7 shows an example of a control procedure executed by the personal computer 16a. In the control procedure shown in the figure, when the procedure starts, first, in step s1, the device coordinate values of the main body _{_{10 (x 1, y 1,}} z 1) and the two coordinates of the reference reflective targets 14 (x _{_{_{_{2, y 2, z 2,}}}} x 3, y 3, z 3) and are input from the keyboard 16e, respectively. In the following step s2, the calculation of the temporary face 12 is performed.
[0024]
The calculation of the temporary facet 12 at this time is performed, for example, by setting a measuring point target immediately before the facet face 12 and collimating the target with the pulse-type distance measuring device 22, or Since it is known how much tunnel excavation is performed in the excavation work, the approximate position of the face face 12 can be obtained by counting the number of times of the excavation work. decide.
[0025]
When the temporary face 12 is determined, the tunnel design data such as the route linear data, the cross-sectional linear data, and the blasting and perforation pattern data of the tunnel are stored and stored in the storage means 16c. blast loading perforation patterns in the cross-sectional shape and the working face surface 12 of the working face surface 12 is selected for, on the basis of the selected content, determines the first irradiation spot is irradiated displayed in the laser beam L _1, the temporary cutting face surface 12 on the distance to the irradiation point _{(l x)} is calculated at (step s3).
[0026]
In the next step s4, the rotation angles of the horizontal and vertical movement galvanometers 32 and 34 are determined from the coordinate values of the irradiation points, and the galvanometers 32 and 34 are driven based on this determination (step s4). In step s5, the laser tube 22a pulsed rangefinder 22 in this state is driven, and irradiated on the actual working face surface 12 of the pulsed laser beam L ₂ through a galvanometer 32 and 34, the actual irradiation point distance to _{(l x} ') is measured.
[0027]
In the following step s6, it is determined whether or not the distance (l _x ) and the distance (l _x ′) match. If they match, in step s7, the laser tube 28 of the laser marking section 20 is determined. There is driven, the irradiation display irradiation point by the laser beam L ₁ is performed. It should be noted that in the determination of the coincidence of the distances in step s6, it is not always necessary that the distances are completely coincident, and a certain width can be provided.
[0028]
On the other hand, if it is determined in step s6 that the distance (l _x ) and the distance (l _x ′) do not match, a correction value is calculated in step s8, and in step s9, the calculated correction value is determined. , The rotation angles of the horizontal and vertical movement galvanometers 32 and 34 are corrected, and then step s7 is executed.
FIG. 8 shows two modes in which the calculation of the correction value is performed. FIG. 5A shows a case where the actual irradiation point is located on the back side of the temporary face 12 and the irradiation point is located in the concave portion.
[0029]
In this type of conventional apparatus, the position a of the face face 12 is irradiated. However, since the actual face face is located on the back side, the irradiation point on the actual face face is point b, Assuming that the distance between the points a and b is 1 and the inclination angle of the laser beam is θ, an error of ltan θ (= m) occurs. Therefore, in this embodiment, by the error m is calculated, it corrected with the resulting error m, are the correct point c to irradiate with the laser beam L _2.
[0030]
As shown in FIG. 8B, such correction can be similarly performed even when the actual irradiation point protrudes from the temporary face 12. When the irradiation display irradiation point laser beam L ₂ is completed in step s8, all the irradiation of the irradiation point that is scheduled in step s10 is judged whether or not finished, returns to step s3 If not completed The above procedure is repeated again, and when it is determined that the procedure has been completed, the procedure is terminated.
[0031]
Now, according to the configured laser marking device as described above, in the pulsed rangefinders 22 to fire the laser beam L ₁ to the laser marking portion 20 coaxially and apparatus irradiation point of the laser marking unit 20 main body 10 Is measured, the temporary face-face distance is corrected based on the measured distance, and the control unit 16 controls the irradiation position of the laser marking unit 20 based on the corrected face-face distance. Therefore, even if the face 12 has irregularities, it is possible to irradiate and display an accurate position corresponding to the irregularities.
[0032]
【The invention's effect】
As described above in detail in the embodiments, according to the laser marking device according to the present invention, it is possible to accurately irradiate and display a laser beam on a face having irregularities, for example, at a place where a blasting hole is scheduled. Can be drilled accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a laser marking device according to the present invention in use.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a device main body of the laser marking device.
FIG. 3 is an explanatory perspective view of the optical system of FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of a pulse type distance measuring device.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a galvanometer constituting a scanning unit of the laser marking device according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a control device of the laser marking device according to the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a control procedure of the control device shown in FIG. 6;
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a method of calculating a correction value when correcting an irradiation point by the laser marking device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 10 device main body 12 face face 14 reflective target 16 control device 16a personal computer 16b control unit 16c storage means 20 laser marking unit 22 pulse type distance meter 22a laser tube 22b light emission control unit 22c light receiving unit 22d time measuring unit 22e distance calculating unit 22f Display unit 28 Laser tube 32 Galvanometer for horizontal movement 34 Galvanometer for vertical movement

Claims

同軸上にレーザー光線を発射するレーザーマーキング部と光波距離計とを有し既知座標点に設置される装置本体と、トンネルの路線線形データ，断面線形データ，発破装填穿孔パターンデータなどのトンネル設計データを記憶する記憶手段を有する制御装置とを備え、前記制御装置からの制御信号に基づいて切羽面にトンネル断面形状や穿孔位置などのトンネル施工情報を前記レーザーマーキング部で照射表示するレーザーマーキング装置において、
前記光波距離計は、前記レーザーマーキング部の照射点と前記装置本体との間の距離を、パルス状のレーザー光線の発射時間と反射光の受光時間との差から求めるパルス式測距儀であって、
前記制御装置は、前記切羽面の測距または掘削量に基づいて決定した仮の切羽面距離を前記光波距離計の測距値に基づいて補正し、補正された切羽面距離に基づいて前記レーザーマーキング部の照射位置を制御することを特徴とするレーザーマーキング装置。It has a laser marking unit that emits a laser beam coaxially and a light wave distance meter, and is installed at a known coordinate point. Tunnel design data such as route line data, cross-sectional line data, and blasting loading hole pattern data of the tunnel are collected. With a control device having storage means for storing, in a laser marking device that irradiates and displays tunnel construction information such as a tunnel cross-sectional shape or a drilling position on a face face based on a control signal from the control device with the laser marking unit,
The lightwave distance meter is a pulse-type distance meter that determines a distance between an irradiation point of the laser marking unit and the apparatus main body from a difference between a firing time of a pulsed laser beam and a receiving time of reflected light. ,
The control device corrects the temporary face surface distance determined based on the distance measurement or excavation amount of the face surface based on the distance measurement value of the lightwave distance meter, and the laser based on the corrected face surface distance. A laser marking device characterized by controlling an irradiation position of a marking part.