JP3613144B2 - 溝掘削機、溝掘削機における溝壁形状表示方法および溝壁形状修正方法 - Google Patents
溝掘削機、溝掘削機における溝壁形状表示方法および溝壁形状修正方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に溝を掘削する溝掘削機、溝掘削機における溝壁形状表示方法および溝壁形状修正方法に関し、より詳しくは、地中により平坦度が優れた高精度の溝壁を有する溝を掘削することを可能ならしめるようにした溝掘削機、溝掘削機における溝壁形状表示方法および溝壁形状修正方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり、基礎土木工事分野には、地中に溝を掘削する作業分野がある。このような溝は、新規に建造物を建設するに際して、土圧や地下水から建設作業現場を守る上において必要不可欠なものであるが、これら以外に、例えば単純に止水、軟弱地盤の改良ならびに構造物の基礎を構築するためにも利用されている。ところで、地中に溝を掘削するに際しては、従来から、溝の溝壁の平坦度等が問題になっていた。そこで、溝の溝壁の平坦度を向上させるために、種々の溝掘削機が提案されている。
【０００３】
地中に掘削する溝の溝壁の平坦度の向上を可能ならしめるようにした溝掘削機としては、例えば、特開平１１−９３２０２号公報に開示されてなるものが公知である。以下、この従来例に係る溝掘削機の構成を、その模式的正面図の図５と、傾斜計である地中傾斜計を連結ロッドでつないだ状態を示す図の図６（ａ）と、溝掘削体を構成するカッタポストの断面平面図の図６（ｂ）と、各傾斜計およびデータ処理手段のブロック図の図７と、データ処理手段で表示される画面の一例を示す図の図８とを順次参照しながら、地中に鉛直な溝を掘削する場合を例として説明する。
【０００４】
図５に示す符号１は溝掘削機である。この溝掘削機１は、地上面を走行する走行体２ａと、この走行体２ａの上に配設された旋回体２ｂとからなる掘削装置本体２を備えている。この掘削装置本体２を旋回体２ｂには図示しないステイシリンダにより溝掘削機本体２の移動方向と平行な支点を回動支点として回動される門型フレーム３が設置されている。この門型フレーム３には、スライドシリンダ４ａにより略水平方向（地面と平行な横方向）にスライドするリーダ４が支持されている。このリーダ４には、図示しない油圧シリンダによって昇降される回転駆動装置７が取り付けられている。そして、この回転駆動装置７には原動スプロケット６ｂが設けられ、この原動スプロケット６ｂは回転駆動装置７により正逆駆動されるようになっている。
【０００５】
前記回転駆動装置７のハウジングの下端には、下方に延びるカッタポスト６ａが連結されている。このカッタポスト６ａは、多数のエレメントが上下に連結されたもので、その下端には自由回転する従動スプロケット６ｃが取り付けられている。また、前記原動スプロケット６ｂと従動スプロケット６ｃとの間に無端状の掘削チェーン６ｄが掛装されることにより溝掘削体６が構成されており、前記カッタポスト６ａおよび回転駆動装置７のハウジングにより、原動・従動スプロケット６ｂ，６ｃを回転可能に支持する溝掘削体フレームが構成されている。
前記掘削チェーン６ｄの表面には、多数の掘削刃６ｅが設けられており、この掘削チェーン６ｄを原動・従動スプロケット６ｂ，６ｃと共に駆動しながら地中で溝掘削体６を横方向に移動させることにより、その進行方向に溝１００を掘削することができるように構成されている。
【０００６】
さらに、前記カッタポスト６ａには、上下方向に並ぶ複数個（本例では４個である。）の地中傾斜計１１，１２，１３，１４が配設され、そして走行体２ａには地上傾斜計１５が配置されている。これら傾斜計１１乃至１５は、走行体２ａが走行する地面の傾き角度をそれぞれ検出するものとなっている。これら傾斜計１１乃至１５には従来から知られている傾斜角センサ、例えばひずみゲージ式センサ、ポテンショメータ式センサ、静電容量式センサ等を用いることができる。なお、各傾斜計１１乃至１５は、溝掘削体６の進行方向と平行な方向（図５では左右方向；以下「面内方向という。）の傾斜角を検出するものであっても良いし、また溝掘削体６の進行方向に対して直交する方向（図１では奥行き方向；以下「面外方向」という。）の傾斜角を検出するものであっても良い。この従来例では両方向の傾斜角を同時に検出する傾斜角センサが用いられている。
【０００７】
前記地中傾斜計１１乃至１４のうち、最下段の地中傾斜計１１は、カッタポスト６ａの下端近傍位置に配設されており、この最下段の地中傾斜計１１から適当な間隔をおいて順に地中傾斜計１２，１３，１４が配設されている。これら地中傾斜計１１乃至１４は、図６（ａ）に示すように、上下に延びる連結ロッド１６を介して上下に連結されて単一の傾斜計結合体をなしており、各連結ロッド１６の長さ寸法が地中傾斜計同志の離間寸法となっている。そして、地中傾斜計同志を電気的に接続する電線１７が前記連結ロッド１６に沿って配線されている。
【０００８】
一方、図６（ｂ）に示すように、カッタポスト６ａには、上下方向（図では奥行き方向）に延びるエア等の供給孔１８の他、これと平行に傾斜計挿入孔１９が設けられており、この傾斜計挿入孔１９内に、前記図６（ａ）に示した傾斜計結合体が上から挿入されることにより、全ての地中傾斜計１１乃至１４がカッタポスト６ａ内に収納され、かつ所定の高さ位置に配設された状態となっている。
【０００９】
前記旋回体２ｂに搭載された運転室２ｃには、図７に示すようなデータ処理手段４０が配設されている。このデータ処理手段４０は、データロガー４１とパーソナルコンピュータ４２とからなっている。前記データロガー４１には、電線１７を介して各地中傾斜計１１乃至１４が接続されると共に、地上傾斜計１５も接続され、所定のサンプリング時間が経過する度に各傾斜計１１乃至１５の出力アナログ信号を取り込み、これら信号をパーソナルコンピュータ４２に入力可能な信号（傾斜角に相当するデジタル信号）に変換して記録するようになっている。前記パーソナルコンピュータ４２は、データロガー４１に記録されたデータを整理し、整理したデータからカッタポスト６ａの傾斜状態や撓み状態を割り出してモニタ画面に時々刻々表示し、オペレータに認識させるものである。
【００１０】
前記パーソナルコンピュータ４２による表示画面の一例を、図８を参照しながら説明すると、モニタの表示画面には、深度数値（地面からの上下方向の距離）５１、内面方向におけるカッタポスト６ａの撓み曲線５２、所定深度における面内方向および面外方向の傾斜角（地面に対する相対的な傾斜角）５３Ａ，５３Ｂ、面内方向および面外方向へのカッタポスト６ａの撓み量５４Ａ，５４Ｂの他、適時、運転操作の指示５５や警告が表示されるようになっている。従って、オペレータは、この表示画面により、現在のカッタポスト６ａの傾斜状態や撓み状態を一目で把握することができ、そして現状に則した適切な運転操作を行うことにより、地中に壁の平坦度が優れた高精度の溝を掘削することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例に係る溝掘削機によれば、地中に鉛直度が優れた高精度の溝壁を掘削することができるので、極めて有用であると考えられる。ところで、地中への溝の掘削工事において、鉛直度がより高精度の溝壁を掘削するためには、溝壁の地中における位置を明らかにする必要がある。しかしながら、上記従来例に係る溝掘削機では掘削位置における壁の形状を認識し得るものの、全体の溝壁形状を認識することができない。
【００１２】
つまり、溝壁の傾斜や変位については溝壁全体ではなく、穴単位でしか計測することができない。勿論、穴一つ分の傾斜データを連続して溝壁全体の傾斜として処理することも可能であるが、溝壁全体の傾斜データをリアルタイムに処理し得る機能を備えていない。地中に鉛直度がより優れた高精度の溝壁を有する溝を掘削するためには、溝掘削体の現在位置における溝壁の傾斜だけでなく、溝壁の全体形状（傾斜の経歴）が必要であるにもかかわらず、全体の溝壁形状を把握することができないため、高精度の溝壁を有する溝の掘削が困難であるという解決すべき課題があった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、溝壁の全体形状を把握することにより、より平坦度が優れた高精度の溝壁を有する溝の掘削を可能ならしめる溝掘削機、溝掘削機における溝壁形状表示方法および溝壁形状修正方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、従って、上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る溝掘削機が採用した手段の特徴とするところは、掘削刃を有する無端状の掘削チェーンを駆動しながら、傾斜角を検出する少なくとも一つ以上の傾斜計が埋設されてなる溝掘削体を地中で横方向に移動させ、その横移動方向に溝を掘削する溝掘削機において、前記傾斜計から出力されるアナログ傾斜信号をデジタル傾斜信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、溝掘削機本体の横移動距離を計測する走行距離計と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル傾斜信号および前記走行距離計から出力される前記移動距離信号とを受け取って前記溝掘削体の横移動経過を３次元処理した傾斜データを横方向に累積する演算器と、この演算器から出力される累積された傾斜データを溝壁形状としてリアルタイムで表示するモニタとからなる溝壁形状表示装置とを備えてなるところにある。
【００１５】
本発明の請求項２に係る溝掘削機が採用した手段の特徴とするところは、請求項１に記載の溝掘削機において、前記傾斜計の何れもが、溝壁と平行な横方向および溝壁と直交する方向の前記溝掘削体の傾斜角を同時に計測し得る機能を備えてなるところにある。
【００１６】
本発明の請求項３に係る溝掘削機が採用した手段の特徴とするところは、請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の溝掘削機において、前記走行距離計が、地面を転動する車輪の回転により溝掘削機本体の横移動距離を計測するエンコーダを備えてなるところにある。
【００１７】
本発明の請求項４に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法の要旨は、掘削刃を有する無端状の掘削チェーンを駆動しながら溝掘削体を地中で横方向に移動させ、その横移動方向に溝を掘削するに際して、前記溝掘削体の地中部分の溝の深度方向の傾斜を、溝掘削体に設けた少なくとも一つ以上の傾斜計で計測し、計測により得られたアナログ傾斜信号をデジタル変換し、変換されたデジタル傾斜信号を演算器に入力すると共に、このデジタル傾斜信号の入力と並行して溝掘削機本体の横移動距離信号を入力し、演算器により予め設定したサンプリングタイムに対応した横移動距離毎の前記デジタル傾斜信号を３次元処理して得られる溝壁の傾斜データを横方向に累積し、累積した傾斜データを溝壁形状としてモニタにリアルタイムで表示することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の請求項５に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法の要旨は、請求項４に記載の溝掘削機における溝壁形状表示方法において、前記傾斜データを、演算器の記憶装置に記憶させ、記憶した傾斜データを、モニタにより溝壁形状として任意の時間に再表示するようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の請求項６に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法の要旨は、請求項４または５のうちの何れか一つの項に記載の溝掘削機における溝壁形状表示方法において、前記傾斜計の設置位置に対応する深度以外の深度の溝壁形状を、溝掘削体の剛性、撓み曲線から推定演算し、任意の深度における溝壁形状を導出し得るようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の請求項７に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法の要旨は、請求項４，５または６のうちの何れか一つの項に記載の溝掘削機における溝壁形状表示方法において、前記傾斜データを演算器で処理し、処理により得られた溝壁形状をプリンタにより印字出力するようにしたことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の請求項８に係る溝掘削機における溝壁形状修正方法の要旨は、掘削刃を有する無端状の掘削チェーンを駆動しながら溝掘削体を地中で横方向に移動させ、その横移動方向に溝を掘削するに際して、前記溝掘削体の地中部分の溝の深度方向の傾斜を、溝掘削体に設けた少なくとも一つ以上の傾斜計で計測し、計測により得られたアナログ傾斜信号をデジタル変換し、変換されたデジタル傾斜信号を演算器に入力すると共に、このデジタル傾斜信号の入力と並行して溝掘削機本体の横移動距離信号を入力し、演算器により予め設定したサンプリングタイムに対応した横移動距離毎の前記デジタル傾斜信号を３次元処理して得られる溝壁の傾斜データを横方向に累積し、累積した傾斜データを溝壁形状としてモニタにリアルタイムで表示し、表示された溝壁形状に基づいて溝掘削体を溝掘削機本体の中心方向または外方向に傾斜させ、溝掘削体を溝壁に押付けながら横方向に移動させて溝壁の傾斜面を削り取ることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る溝掘削機の概要を、その模式的正面図の図１と、図１のＡ矢視図の図２と、溝壁形状表示装置のブロック図の図３と、溝壁表示イメージ図の図４とを参照しながら、地中に鉛直な溝を掘削する場合を例として説明する。但し、本実施の形態に係る溝掘削機自体の主要構成については従来例に係る溝掘削機と同構成であるから、同一のものならびに同一機能を有するものには同一符号を付し、かつ同一名称を以て説明する。
【００２３】
図１，２に示す符号１は溝掘削機である。この溝掘削機１は、地上面を走行する走行体２ａと、この走行体２ａの上に配設された旋回体２ｂとからなる掘削装置本体２を備えている。この掘削装置本体２を旋回体２ｂにはステイシリンダ４により溝掘削機本体２の移動方向と平行な回動支点ピン３ｂを回動支点として回動される門型フレーム３が設置されている。この門型フレーム３にはスライドシリンダ６により略水平方向（地面と平行な横方向）にスライドして往復動するリーダ５が支持されている。
【００２４】
このリーダ５には、図示しない油圧シリンダにより昇降される回転駆動装置７が取り付けられている。そして、この回転駆動装置７には原動スプロケット８ｂが設けられ、この原動スプロケット８ｂは回転駆動装置７により正逆駆動されるようになっている。勿論、従来例と同様に、前記スライドシリンダ６のロッドのストローク長がストローク計（図３参照）２２により計測され、後述する溝壁形状表示装置に入力されるようになっている。
【００２５】
前記回転駆動装置７のハウジングの下端には、上方に延びるカッタポスト８ａが連結されている。このカッタポスト８ａは、多数のエレメントが上下に連結されたもので、その下端には自由回転する従動スプロケット８ｃが取り付けられている。また、前記原動スプロケット８ｂと従動スプロケット８ｃとの間に無端状の掘削チェーン８ｄが掛装されることにより溝掘削体８が構成されており、前記カッタポスト８ａおよび回転駆動装置７のハウジングにより、原動・従動スプロケット８ｂ，８ｃを回転可能に支持する溝掘削体フレームが構成されている。
前記掘削チェーン８ｄの表面には、多数の掘削刃８ｅが設けられており、この掘削チェーン８ｄを原動・従動スプロケット８ｂ，８ｃと共に駆動しながら地中で溝掘削体８を横方向に移動させることにより、その進行方向に溝を掘削することができるように構成されている。
【００２６】
さらに、前記カッタポスト８ａには、上下方向に並ぶ複数個（本例の場合は４個である。）の地中傾斜計１１，１２，１３および１４が配設されると共に、走行体２ａには地上傾斜計１５が配置されている。これら傾斜計１１乃至１５は、走行体２ａが走行する地面の傾き角度をそれぞれ検出するものとなっている。
これら傾斜計１１乃至１５としては、従来例と同様に、従来から知られている傾斜角センサ、例えばひずみゲージ式センサ、ポテンショメータ式センサ、静電容量式センサ等を用いることができる。以上の説明から良く理解されるように、溝掘削機１それ自体および傾斜計１１乃至１５の配設状態は従来例と全く同じである。そして、これら傾斜計１１乃至１５は、溝掘削体８の進行方向と平行な横方向の面内方向と、溝掘削体８の進行方向に対して直交する方向の面外方向との傾斜角を同時に検出する機能を有しており、これら傾斜計１１乃至１５により計測された溝壁のアナログ傾斜信号は、後述する溝壁形状表示装置に入力されるようになっている。
【００２７】
ところで、これら傾斜計１１乃至１５によって溝掘削体８の面内方向と面外方向とを同時に計測することによって、下記のような効果を得ることができる。即ち、これら傾斜計１１乃至１５による面内方向の計測結果は、掘削中の溝壁の切羽断面のより硬い地盤にカッタポスト８ａが押付けられているということを知ることにより、より効率の良い掘削方法を選択することができるということや、スライドシリンダ６の水平方向の推力よって発生するカッタポスト８ａの水平方向のたわみを定量的に知ることに役立ち、そして面外方向の計測結果は、溝壁の形状を精度良く管理するために必要な情報となるが、これらを同時に得ることができるから、より平坦度が優れた高精度の溝壁を有する溝を能率良く掘削することを可能にするという効果が生じることとなる。
【００２８】
従来例と同構成になる溝掘削機１には、後述する構成になる走行距離計２１が取り付けられている。この走行距離計２１は、地面を転動する車輪と、この車輪の回転により前記溝掘削機本体２の横移動距離を計測する周知のエンコーダと、このエンコーダに前記車輪の回転を伝達するチェーンと、前記エンコーダが取り付けられると共に、前記車輪を回転可能に支持するケース状ブラケットと、このケース状ブラケットに突設され、前記溝掘削機本体２に取り付けられた取付ブラケットに回動可能に取り付けられて、前記車輪を地面に転接させ、かつ地面から離反させる回動アームとから構成されている。そして、この走行距離計２１により計測された溝掘削機本体２の横移動距離信号は、後述する構成になる溝壁形状表示装置に入力されるようになっている。
【００２９】
このような構成になる走行距離計２１を使用すると、溝掘削機１の外方位置に特別な付帯設備を設けるまでもなく、溝掘削機本体２の横移動距離を計測することができるので、溝掘削機１の移動距離計測の準備作業の容易化効果がある。
但し、この走行距離計２１の場合には、溝掘削機本体２の横移動距離の計測の継続により累積誤差が生じてしまうので、毎日補正する必要がある。なお、この走行距離計２１の車輪を地面に転接させ、かつ地面から離反させる撥ね上げ式にしたのは、工事現場内をただ移動する場合には、溝掘削機本体２の横移動距離を計測する必要がないからである。
【００３０】
ところで、本実施の形態１に係る溝掘削機１では、車輪と、この車輪の回転から横移動距離を計測するエンコーダとを備えた走行距離計２１を採用しているが、これ以外に、例えば溝掘削機本体２にプリズムターゲットを設け、溝掘削機１の外方位置に自動追尾測距儀を配置して、自動追尾測距儀によりプリズムターゲットまでの距離と角度とからプリズムターゲットの３次元位置を計測するという自動追尾システムを採用することができる。また、溝掘削機本体２にＧＰＳアンテナを設け、溝掘削機１の外方位置にＧＰＳアンテナ（基準局）を配置すると共に、このＧＰＳアンテナ（基準局）によりＧＰＳ衛星から信号を受けて、前記ＧＰＳアンテナの位置を計測することにより溝掘削機本体２の３次元運動を高精度に計測するＧＰＳ位置計測システムを採用することができる。このような自動追尾システムやＧＰＳ位置計測システムを採用することにより、溝掘削機本体２の横移動距離を極めて高精度で計測することができるという効果がある。
【００３１】
前記旋回体２ｂに搭載されてなる運転室２ｃには、前記各傾斜計１１乃至１５のそれぞれにより計測された溝壁のアナログ傾斜信号、ストローク計２２により計測されたスライドシリンダ６のロッドのストローク長、および走行距離計２１により計測された溝掘削機本体２の横移動距離信号が入力される溝壁形状表示装置３０が配設されている。この溝壁形状表示装置３０は、Ａ／Ｄ変換器３１と、モニタ３２ａを備えた演算器であるパーソナルコンピュータ（以下、コンピュータという。）３２とから構成されている。
【００３２】
前記Ａ／Ｄ変換器３１には、地中傾斜計１１乃至１４が電線１７を介して接続され、地上傾斜計１５が電線１７′を介して接続されている。そして、これら傾斜計１１乃至１５から入力される溝壁のアナログ傾斜信号はＡ／Ｄ変換器３１によりデジタル傾斜信号に変換されてコンピュータ３２に入力されるようになっている。また、このコンピュータ３２には、前記デジタル傾斜信号の入力と並行して、走行距離計２１により計測された溝掘削機本体２のアナログ走行距離信号およびストローク計２２により計測されたスライドシリンダ６の伸縮ロッドのアナログストローク長信号のそれぞれが、距離信号変換器（Ａ／Ｄ変換器である。）２３によりデジタル変換されてデジタルストローク長信号として入力されるようになっている。
【００３３】
前記コンピュータ３２は、予め設定されたサンプリングタイムに対応した溝掘削体８の横移動距離毎に、前記デジタル傾斜信号を溝壁の傾斜データとして３次元処理すると共に、３次元処理により得られた傾斜データを横方向に累積する。そして、横方向に累積された傾斜データは掘削された溝の横壁形状としてモニタ３２ａにリアルタイムで表示されるように構成されている。さらに、横方向に累積された傾斜データはデータ記憶装置４０に記憶されると共に、必要に応じてコンピュータ３２に取り込んで、モニタ３２ａに再表示させることができるように構成されている。これにより、オペレータは時々刻々変化する全体の溝壁形状を認識することができ、また溝掘削終了後に全体の溝壁形状の良否を確認することができる。なお、この実施の形態では、モニタ３２ａがコンピュータ３２と一体的に構成されているが、独立した構成であっても良い。
【００３４】
本実施の形態に係る溝掘削機１では、上記のとおり、掘削中の溝の溝壁形状や既設の溝の溝壁形状をモニタ３２ａに表示させることができるように構成されているが、前記コンピュータ３２に周知のプリンタ（図示省略）を接続し、溝壁形状のモニタ２５ａによる表示と並行して、このプリンタにより印字出力する構成にすることもできる。また、本実施の形態にかかる溝掘削機１では、カッタポスト８ａに４つの地中傾斜計１１乃至１４が埋設されているが、地中傾斜計は１つであっても良く、また５つ以上であっても良いので、地中傾斜計の埋設数に限定されるものではない。
【００３５】
ところで、溝掘削体８のカッタポスト８ａにただ１つの地中傾斜計が埋設されてなる構成の場合は、コンピュータ３２に対して溝掘削体８のカッタポスト８ａの剛性、撓み曲線から前記地中傾斜計の設置位置に対応する溝の深度以外の深度の溝壁形状を推定演算し、任意の深度における溝壁形状を導出し得る機能を付与すれば良いものである。
【００３６】
このような構成になる溝掘削機１により地中に溝を掘削する場合は、従来例と同様に、先ず溝掘削機１を目的とする定位置に固定し、掘削チェーン８ｄを土砂等を掻上げる方向に駆動しながら溝掘削体８を地中に建込み、溝掘削体８が所定深さに到達すると、掘削チェーン８ｄを駆動したまま、例えばスライドシリンダ６をロッドを伸長させることにより溝掘削体８をリーダ５と共に地面と並行な横方向に水平移動させ、前記スライドシリンダ６のロッドのストローク長に対応する長さの溝を掘削する。次いで、スライドシリンダ６のロッドの縮小作動に合わせて溝掘削機本体２を溝掘削方向に移動させると共に所定位置に固定した後、掘削チェーン８ｄを土砂等を掻上げる方向に駆動しながら、例えばスライドシリンダ６のロッドを伸長作動させることにより溝掘削体８をリーダ５と共に地面と並行な横方向に水平移動させるという繰返しによって地中に長い溝を掘削する。
【００３７】
このような地中への溝の掘削作業において、溝掘削体８の地中部分の溝の深度方向の傾斜が、そのカッタポスト８ａに埋設されたなる地中傾斜計１１乃至１４によって計測され、計測されたアナログ傾斜信号がＡ／Ｄ変換器３１に入力され、そしてこのＡ／Ｄ変換器３１によりデジタル傾斜信号に変換されてコンピュータ３２に入力される。一方、このデジタル傾斜信号の入力と並行して、走行距離計２１およびストローク計２２により計測された溝掘削体８のアナログ横移動距離信号が距離信号変換器２３により変換されてデジタル横移動距離信号として入力される。
【００３８】
なお、本実施の形態において、走行距離計２１とストローク計２２との２つの距離計を用いるようにしたのは、上記のとおり、スライドシリンダ６のロッドの伸長作動による溝掘削体８の横移動と、スライドシリンダ６がストロークエンドになった後の溝掘削機１の自走による横移動との繰返しによって溝を掘削するという掘削方法を採用しているからである。
【００３９】
前記コンピュータ３２にＡ／Ｄ変換器３１からデジタル傾斜信号が、また距離信号変換器２３からデジタル横移動距離信号が入力されると、このコンピュータ３２は、予め設定されたサンプリングタイムに対応した溝掘削体８の横移動距離毎の前記デジタル傾斜信号を３次元処理して得られる溝壁の傾斜データを横方向に累積する。
【００４０】
そして、このようにして累積された傾斜データが、図４において示すように、掘削開始から現在掘削中に至るまでの溝全体の予め設定されたサンプリングタイムに対応した横移動距離毎の溝壁の傾斜として、つまり掘削開始から現在掘削中に至るまでの溝全体の溝壁形状としてモニタ３２ａにリアルタイムで表示されるので、オペレータは時々刻々変化する全体の溝壁形状を認識しながら溝掘削機１を操作して地中に溝を掘削することができる。つまり、溝壁の平坦度が高精度になるように溝掘削機１を操作することができる。
【００４１】
一方、一連の溝掘削作業終了後に、データ記憶装置４０から横方向に累積された溝壁の傾斜データをコンピュータ３２に取り込むと共に、取り込んだ傾斜データを溝壁形状としてモニタ３２ａに表示させ、またはプリンタにより溝壁形状を印字出力させることにより、全体の溝壁形状の平坦度の良否をチェックする。
そして、もし溝壁形状を修正する必要がある場合には、溝掘削機１を溝掘削開始位置に戻した後、モニタ３２ａに表示された溝壁形状、または印字出力された溝壁形状に基づいて、溝掘削体８を溝掘削機本体２の中心方向または外方向に傾斜させながら、また溝掘削体８を溝壁に押付けながら横方向に移動させて掘削済の溝の溝壁の傾斜面を削り取ることより、より平坦度が優れた溝壁を有する高精度の溝を掘削することができる。
【００４２】
勿論、このような溝壁形状の修正作業に際しては、地中に溝を掘削する場合と同様に、スライドシリンダ６のロッドの伸長作動による溝掘削体８の横移動と、スライドシリンダ６がストロークエンドになった後の溝掘削機１の自走による横移動とが繰返される。
【００４３】
上記のとおり、カッタポスト８ａに１つの地中傾斜計が埋設されてなる構成の場合にはコンピュータ３２に、溝掘削体８、つまりカッタポスト８ａの剛性、撓み曲線から前記地中傾斜計の設置位置に対応する溝の深度以外の深度の溝壁形状を推定演算し、任意の深度における溝壁形状を導出し得る機能が付与されるが、溝の深さ１０ｍの場合について、カッタポスト８ａに４つの地中傾斜計が埋設されてなる本実施の形態に係る構成の場合と、１つの地中傾斜計が埋設されてなる構成の場合とについて比較試験を行った。その結果、溝壁の平坦度に係る両者の相違は２ｃｍ程度であり、カッタポスト８ａに１つの地中傾斜計が埋設されてなる構成の場合にあっても十分実用に供し得ることを確認した。
【００４４】
以上では、上記のとおり、溝掘削機１により地中に鉛直な溝を掘削する場合を例として説明したが、この溝掘削機１ではステイシリンダ４のロッドを縮小作動させて溝掘削体８を所定の角度範囲内で傾斜させたまま横移動させることにより傾斜溝を掘削することができ、本発明の技術的思想は鉛直な溝の掘削だけに適用されるものではないので、上記実施の形態によって本発明の技術的思想の範囲が限定されるものではない。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１乃至３に係る溝掘削機によれば、溝掘削体の地中部分の溝の深度方向の傾斜が、溝掘削体に設けた少なくとも一つ以上の傾斜計で計測され、計測されたアナログ傾斜信号がＡ／Ｄ変換器でデジタル傾斜信号に変換されて演算器に入力される。一方、これと並行して、走行距離計により計測された溝掘削体の横移動距離信号が演算器に入力される。すると、演算器により、予め設定されたサンプリングタイムに対応した溝掘削体の横移動距離毎の溝壁の傾斜データが横方向に累積され、この累積された傾斜データが溝壁形状としてモニタにリアルタイムで表示されるので、オペレータは時々刻々変化する全体の溝壁形状をモニタで認識しながら溝掘削機を操作して溝壁の平坦度が高精度の溝を掘削することができる。
【００４６】
本発明の請求項４に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法によれば、前記溝掘削体の地中部分の溝の深度方向の傾斜を、溝掘削体に設けた少なくとも一つ以上の傾斜計で計測され、計測により得られたアナログ傾斜信号がデジタル傾斜信号に変換されて演算器に入力され、これと並行して溝掘削機本体の横移動距離信号が入力され、演算器により予め設定したサンプリングタイムに対応した横移動距離毎の溝壁の傾斜データが横方向に累積され、累積された傾斜データが溝壁形状としてモニタにリアルタイムで表示されるので、オペレータは時々刻々変化する全体の溝壁形状をモニタで認識しながら溝掘削機を操作して溝壁の平坦度が高精度の溝を掘削することができる。
【００４７】
本発明の請求項５に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法によれば、溝の溝壁の傾斜データが、演算器の記憶装置に記憶され、記憶された傾斜データをモニタにより溝壁形状として任意の時間に再表示することができるので、掘削済の溝の溝壁の平坦度を何時でも確認することができ、また本発明の請求項７に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法によれば、傾斜データを演算器により処理し、処理により得られた溝壁形状をプリンタにより印字出力することができるので、印字出力されたプリントにより掘削済の溝の溝壁の平坦度を何時でも確認することができる。
【００４８】
本発明の請求項６に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法によれば、傾斜計の設置位置に対応する深度以外の深度の溝壁形状を、溝掘削体の剛性、撓み曲線から推定演算し、任意の深度における溝壁形状を導出し得るように構成されていて、傾斜計の配設数を少なくすることができるので、溝掘削機のコストを低減することができる。
【００４９】
本発明の請求項８に係る溝掘削機における溝壁形状修正方法によれば、モニタに表示された溝壁形状に基づいて溝掘削体を溝掘削機本体の中心方向または外方向に傾斜させ、溝掘削体を溝壁に押付けながら横方向に移動させて溝壁の傾斜面を削り取ることにより溝壁の平坦度が高精度になり、より溝壁の平坦度が優れた溝を掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る溝掘削機の模式的正面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係り、溝壁形状表示装置のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係り、溝壁表示イメージ図である。
【図５】従来例に係る溝掘削機の模式的正面図である。
【図６】従来例に係り、図６（ａ）は傾斜計である地中傾斜計を連結ロッドでつないだ状態を示す図であり、図６（ｂ）は溝掘削体を構成するカッタポストの断面平面図である。
【図７】従来例に係り、各傾斜計およびデータ処理手段のブロック図である。
【図８】従来例に係り、データ処理手段で表示される画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…溝掘削機，２…溝掘削機本体，２ａ…走行体，２ｂ…旋回体，２ｃ…運転室，３…門型フレーム，４…ステイシリンダ，５…リーダ，６…スライドシリンダ，７…回転駆動装置，８…溝掘削体，８ａ…カッタポスト，８ｂ…原動スプロケット，８ｃ…従動スプロケット，８ｄ…掘削チェーン，８ｅ…掘削刃，１１，１２，１３，１４…地中傾斜計，１５…地上傾斜計，１７，１７′…電線，２１…走行距離計，２２…ストローク計，２３…距離信号変換器，３０…溝壁形状表示装置，３１…Ａ／Ｄ変換器，３２…コンピュータ，３２ａ…モニタ，４０…データ記憶装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に溝を掘削する溝掘削機、溝掘削機における溝壁形状表示方法および溝壁形状修正方法に関し、より詳しくは、地中により平坦度が優れた高精度の溝壁を有する溝を掘削することを可能ならしめるようにした溝掘削機、溝掘削機における溝壁形状表示方法および溝壁形状修正方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり、基礎土木工事分野には、地中に溝を掘削する作業分野がある。このような溝は、新規に建造物を建設するに際して、土圧や地下水から建設作業現場を守る上において必要不可欠なものであるが、これら以外に、例えば単純に止水、軟弱地盤の改良ならびに構造物の基礎を構築するためにも利用されている。ところで、地中に溝を掘削するに際しては、従来から、溝の溝壁の平坦度等が問題になっていた。そこで、溝の溝壁の平坦度を向上させるために、種々の溝掘削機が提案されている。
【０００３】
地中に掘削する溝の溝壁の平坦度の向上を可能ならしめるようにした溝掘削機としては、例えば、特開平１１−９３２０２号公報に開示されてなるものが公知である。以下、この従来例に係る溝掘削機の構成を、その模式的正面図の図５と、傾斜計である地中傾斜計を連結ロッドでつないだ状態を示す図の図６（ａ）と、溝掘削体を構成するカッタポストの断面平面図の図６（ｂ）と、各傾斜計およびデータ処理手段のブロック図の図７と、データ処理手段で表示される画面の一例を示す図の図８とを順次参照しながら、地中に鉛直な溝を掘削する場合を例として説明する。
【０００４】
図５に示す符号１は溝掘削機である。この溝掘削機１は、地上面を走行する走行体２ａと、この走行体２ａの上に配設された旋回体２ｂとからなる掘削装置本体２を備えている。この掘削装置本体２を旋回体２ｂには図示しないステイシリンダにより溝掘削機本体２の移動方向と平行な支点を回動支点として回動される門型フレーム３が設置されている。この門型フレーム３には、スライドシリンダ４ａにより略水平方向（地面と平行な横方向）にスライドするリーダ４が支持されている。このリーダ４には、図示しない油圧シリンダによって昇降される回転駆動装置７が取り付けられている。そして、この回転駆動装置７には原動スプロケット６ｂが設けられ、この原動スプロケット６ｂは回転駆動装置７により正逆駆動されるようになっている。
【０００５】
前記回転駆動装置７のハウジングの下端には、下方に延びるカッタポスト６ａが連結されている。このカッタポスト６ａは、多数のエレメントが上下に連結されたもので、その下端には自由回転する従動スプロケット６ｃが取り付けられている。また、前記原動スプロケット６ｂと従動スプロケット６ｃとの間に無端状の掘削チェーン６ｄが掛装されることにより溝掘削体６が構成されており、前記カッタポスト６ａおよび回転駆動装置７のハウジングにより、原動・従動スプロケット６ｂ，６ｃを回転可能に支持する溝掘削体フレームが構成されている。
前記掘削チェーン６ｄの表面には、多数の掘削刃６ｅが設けられており、この掘削チェーン６ｄを原動・従動スプロケット６ｂ，６ｃと共に駆動しながら地中で溝掘削体６を横方向に移動させることにより、その進行方向に溝１００を掘削することができるように構成されている。
【０００６】
さらに、前記カッタポスト６ａには、上下方向に並ぶ複数個（本例では４個である。）の地中傾斜計１１，１２，１３，１４が配設され、そして走行体２ａには地上傾斜計１５が配置されている。これら傾斜計１１乃至１５は、走行体２ａが走行する地面の傾き角度をそれぞれ検出するものとなっている。これら傾斜計１１乃至１５には従来から知られている傾斜角センサ、例えばひずみゲージ式センサ、ポテンショメータ式センサ、静電容量式センサ等を用いることができる。なお、各傾斜計１１乃至１５は、溝掘削体６の進行方向と平行な方向（図５では左右方向；以下「面内方向という。）の傾斜角を検出するものであっても良いし、また溝掘削体６の進行方向に対して直交する方向（図１では奥行き方向；以下「面外方向」という。）の傾斜角を検出するものであっても良い。この従来例では両方向の傾斜角を同時に検出する傾斜角センサが用いられている。
【０００７】
前記地中傾斜計１１乃至１４のうち、最下段の地中傾斜計１１は、カッタポスト６ａの下端近傍位置に配設されており、この最下段の地中傾斜計１１から適当な間隔をおいて順に地中傾斜計１２，１３，１４が配設されている。これら地中傾斜計１１乃至１４は、図６（ａ）に示すように、上下に延びる連結ロッド１６を介して上下に連結されて単一の傾斜計結合体をなしており、各連結ロッド１６の長さ寸法が地中傾斜計同志の離間寸法となっている。そして、地中傾斜計同志を電気的に接続する電線１７が前記連結ロッド１６に沿って配線されている。
【０００８】
一方、図６（ｂ）に示すように、カッタポスト６ａには、上下方向（図では奥行き方向）に延びるエア等の供給孔１８の他、これと平行に傾斜計挿入孔１９が設けられており、この傾斜計挿入孔１９内に、前記図６（ａ）に示した傾斜計結合体が上から挿入されることにより、全ての地中傾斜計１１乃至１４がカッタポスト６ａ内に収納され、かつ所定の高さ位置に配設された状態となっている。
【０００９】
前記旋回体２ｂに搭載された運転室２ｃには、図７に示すようなデータ処理手段４０が配設されている。このデータ処理手段４０は、データロガー４１とパーソナルコンピュータ４２とからなっている。前記データロガー４１には、電線１７を介して各地中傾斜計１１乃至１４が接続されると共に、地上傾斜計１５も接続され、所定のサンプリング時間が経過する度に各傾斜計１１乃至１５の出力アナログ信号を取り込み、これら信号をパーソナルコンピュータ４２に入力可能な信号（傾斜角に相当するデジタル信号）に変換して記録するようになっている。前記パーソナルコンピュータ４２は、データロガー４１に記録されたデータを整理し、整理したデータからカッタポスト６ａの傾斜状態や撓み状態を割り出してモニタ画面に時々刻々表示し、オペレータに認識させるものである。
【００１０】
前記パーソナルコンピュータ４２による表示画面の一例を、図８を参照しながら説明すると、モニタの表示画面には、深度数値（地面からの上下方向の距離）５１、内面方向におけるカッタポスト６ａの撓み曲線５２、所定深度における面内方向および面外方向の傾斜角（地面に対する相対的な傾斜角）５３Ａ，５３Ｂ、面内方向および面外方向へのカッタポスト６ａの撓み量５４Ａ，５４Ｂの他、適時、運転操作の指示５５や警告が表示されるようになっている。従って、オペレータは、この表示画面により、現在のカッタポスト６ａの傾斜状態や撓み状態を一目で把握することができ、そして現状に則した適切な運転操作を行うことにより、地中に壁の平坦度が優れた高精度の溝を掘削することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例に係る溝掘削機によれば、地中に鉛直度が優れた高精度の溝壁を掘削することができるので、極めて有用であると考えられる。ところで、地中への溝の掘削工事において、鉛直度がより高精度の溝壁を掘削するためには、溝壁の地中における位置を明らかにする必要がある。しかしながら、上記従来例に係る溝掘削機では掘削位置における壁の形状を認識し得るものの、全体の溝壁形状を認識することができない。
【００１２】
つまり、溝壁の傾斜や変位については溝壁全体ではなく、穴単位でしか計測することができない。勿論、穴一つ分の傾斜データを連続して溝壁全体の傾斜として処理することも可能であるが、溝壁全体の傾斜データをリアルタイムに処理し得る機能を備えていない。地中に鉛直度がより優れた高精度の溝壁を有する溝を掘削するためには、溝掘削体の現在位置における溝壁の傾斜だけでなく、溝壁の全体形状（傾斜の経歴）が必要であるにもかかわらず、全体の溝壁形状を把握することができないため、高精度の溝壁を有する溝の掘削が困難であるという解決すべき課題があった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、溝壁の全体形状を把握することにより、より平坦度が優れた高精度の溝壁を有する溝の掘削を可能ならしめる溝掘削機、溝掘削機における溝壁形状表示方法および溝壁形状修正方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、従って、上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る溝掘削機が採用した手段の特徴とするところは、掘削刃を有する無端状の掘削チェーンを駆動しながら、傾斜角を検出する少なくとも一つ以上の傾斜計が埋設されてなる溝掘削体を地中で横方向に移動させ、その横移動方向に溝を掘削する溝掘削機において、前記傾斜計から出力されるアナログ傾斜信号をデジタル傾斜信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、溝掘削機本体の横移動距離を計測する走行距離計と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル傾斜信号および前記走行距離計から出力される前記移動距離信号とを受け取って前記溝掘削体の横移動経過を３次元処理した傾斜データを横方向に累積する演算器と、この演算器から出力される累積された傾斜データを溝壁形状としてリアルタイムで表示するモニタとからなる溝壁形状表示装置とを備えてなるところにある。
【００１５】
本発明の請求項２に係る溝掘削機が採用した手段の特徴とするところは、請求項１に記載の溝掘削機において、前記傾斜計の何れもが、溝壁と平行な横方向および溝壁と直交する方向の前記溝掘削体の傾斜角を同時に計測し得る機能を備えてなるところにある。
【００１６】
本発明の請求項３に係る溝掘削機が採用した手段の特徴とするところは、請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の溝掘削機において、前記走行距離計が、地面を転動する車輪の回転により溝掘削機本体の横移動距離を計測するエンコーダを備えてなるところにある。
【００１７】
本発明の請求項４に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法の要旨は、掘削刃を有する無端状の掘削チェーンを駆動しながら溝掘削体を地中で横方向に移動させ、その横移動方向に溝を掘削するに際して、前記溝掘削体の地中部分の溝の深度方向の傾斜を、溝掘削体に設けた少なくとも一つ以上の傾斜計で計測し、計測により得られたアナログ傾斜信号をデジタル変換し、変換されたデジタル傾斜信号を演算器に入力すると共に、このデジタル傾斜信号の入力と並行して溝掘削機本体の横移動距離信号を入力し、演算器により予め設定したサンプリングタイムに対応した横移動距離毎の前記デジタル傾斜信号を３次元処理して得られる溝壁の傾斜データを横方向に累積し、累積した傾斜データを溝壁形状としてモニタにリアルタイムで表示することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の請求項５に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法の要旨は、請求項４に記載の溝掘削機における溝壁形状表示方法において、前記傾斜データを、演算器の記憶装置に記憶させ、記憶した傾斜データを、モニタにより溝壁形状として任意の時間に再表示するようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の請求項６に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法の要旨は、請求項４または５のうちの何れか一つの項に記載の溝掘削機における溝壁形状表示方法において、前記傾斜計の設置位置に対応する深度以外の深度の溝壁形状を、溝掘削体の剛性、撓み曲線から推定演算し、任意の深度における溝壁形状を導出し得るようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の請求項７に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法の要旨は、請求項４，５または６のうちの何れか一つの項に記載の溝掘削機における溝壁形状表示方法において、前記傾斜データを演算器で処理し、処理により得られた溝壁形状をプリンタにより印字出力するようにしたことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の請求項８に係る溝掘削機における溝壁形状修正方法の要旨は、掘削刃を有する無端状の掘削チェーンを駆動しながら溝掘削体を地中で横方向に移動させ、その横移動方向に溝を掘削するに際して、前記溝掘削体の地中部分の溝の深度方向の傾斜を、溝掘削体に設けた少なくとも一つ以上の傾斜計で計測し、計測により得られたアナログ傾斜信号をデジタル変換し、変換されたデジタル傾斜信号を演算器に入力すると共に、このデジタル傾斜信号の入力と並行して溝掘削機本体の横移動距離信号を入力し、演算器により予め設定したサンプリングタイムに対応した横移動距離毎の前記デジタル傾斜信号を３次元処理して得られる溝壁の傾斜データを横方向に累積し、累積した傾斜データを溝壁形状としてモニタにリアルタイムで表示し、表示された溝壁形状に基づいて溝掘削体を溝掘削機本体の中心方向または外方向に傾斜させ、溝掘削体を溝壁に押付けながら横方向に移動させて溝壁の傾斜面を削り取ることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る溝掘削機の概要を、その模式的正面図の図１と、図１のＡ矢視図の図２と、溝壁形状表示装置のブロック図の図３と、溝壁表示イメージ図の図４とを参照しながら、地中に鉛直な溝を掘削する場合を例として説明する。但し、本実施の形態に係る溝掘削機自体の主要構成については従来例に係る溝掘削機と同構成であるから、同一のものならびに同一機能を有するものには同一符号を付し、かつ同一名称を以て説明する。
【００２３】
図１，２に示す符号１は溝掘削機である。この溝掘削機１は、地上面を走行する走行体２ａと、この走行体２ａの上に配設された旋回体２ｂとからなる掘削装置本体２を備えている。この掘削装置本体２を旋回体２ｂにはステイシリンダ４により溝掘削機本体２の移動方向と平行な回動支点ピン３ｂを回動支点として回動される門型フレーム３が設置されている。この門型フレーム３にはスライドシリンダ６により略水平方向（地面と平行な横方向）にスライドして往復動するリーダ５が支持されている。
【００２４】
このリーダ５には、図示しない油圧シリンダにより昇降される回転駆動装置７が取り付けられている。そして、この回転駆動装置７には原動スプロケット８ｂが設けられ、この原動スプロケット８ｂは回転駆動装置７により正逆駆動されるようになっている。勿論、従来例と同様に、前記スライドシリンダ６のロッドのストローク長がストローク計（図３参照）２２により計測され、後述する溝壁形状表示装置に入力されるようになっている。
【００２５】
前記回転駆動装置７のハウジングの下端には、上方に延びるカッタポスト８ａが連結されている。このカッタポスト８ａは、多数のエレメントが上下に連結されたもので、その下端には自由回転する従動スプロケット８ｃが取り付けられている。また、前記原動スプロケット８ｂと従動スプロケット８ｃとの間に無端状の掘削チェーン８ｄが掛装されることにより溝掘削体８が構成されており、前記カッタポスト８ａおよび回転駆動装置７のハウジングにより、原動・従動スプロケット８ｂ，８ｃを回転可能に支持する溝掘削体フレームが構成されている。
前記掘削チェーン８ｄの表面には、多数の掘削刃８ｅが設けられており、この掘削チェーン８ｄを原動・従動スプロケット８ｂ，８ｃと共に駆動しながら地中で溝掘削体８を横方向に移動させることにより、その進行方向に溝を掘削することができるように構成されている。
【００２６】
さらに、前記カッタポスト８ａには、上下方向に並ぶ複数個（本例の場合は４個である。）の地中傾斜計１１，１２，１３および１４が配設されると共に、走行体２ａには地上傾斜計１５が配置されている。これら傾斜計１１乃至１５は、走行体２ａが走行する地面の傾き角度をそれぞれ検出するものとなっている。
これら傾斜計１１乃至１５としては、従来例と同様に、従来から知られている傾斜角センサ、例えばひずみゲージ式センサ、ポテンショメータ式センサ、静電容量式センサ等を用いることができる。以上の説明から良く理解されるように、溝掘削機１それ自体および傾斜計１１乃至１５の配設状態は従来例と全く同じである。そして、これら傾斜計１１乃至１５は、溝掘削体８の進行方向と平行な横方向の面内方向と、溝掘削体８の進行方向に対して直交する方向の面外方向との傾斜角を同時に検出する機能を有しており、これら傾斜計１１乃至１５により計測された溝壁のアナログ傾斜信号は、後述する溝壁形状表示装置に入力されるようになっている。
【００２７】
ところで、これら傾斜計１１乃至１５によって溝掘削体８の面内方向と面外方向とを同時に計測することによって、下記のような効果を得ることができる。即ち、これら傾斜計１１乃至１５による面内方向の計測結果は、掘削中の溝壁の切羽断面のより硬い地盤にカッタポスト８ａが押付けられているということを知ることにより、より効率の良い掘削方法を選択することができるということや、スライドシリンダ６の水平方向の推力よって発生するカッタポスト８ａの水平方向のたわみを定量的に知ることに役立ち、そして面外方向の計測結果は、溝壁の形状を精度良く管理するために必要な情報となるが、これらを同時に得ることができるから、より平坦度が優れた高精度の溝壁を有する溝を能率良く掘削することを可能にするという効果が生じることとなる。
【００２８】
従来例と同構成になる溝掘削機１には、後述する構成になる走行距離計２１が取り付けられている。この走行距離計２１は、地面を転動する車輪と、この車輪の回転により前記溝掘削機本体２の横移動距離を計測する周知のエンコーダと、このエンコーダに前記車輪の回転を伝達するチェーンと、前記エンコーダが取り付けられると共に、前記車輪を回転可能に支持するケース状ブラケットと、このケース状ブラケットに突設され、前記溝掘削機本体２に取り付けられた取付ブラケットに回動可能に取り付けられて、前記車輪を地面に転接させ、かつ地面から離反させる回動アームとから構成されている。そして、この走行距離計２１により計測された溝掘削機本体２の横移動距離信号は、後述する構成になる溝壁形状表示装置に入力されるようになっている。
【００２９】
このような構成になる走行距離計２１を使用すると、溝掘削機１の外方位置に特別な付帯設備を設けるまでもなく、溝掘削機本体２の横移動距離を計測することができるので、溝掘削機１の移動距離計測の準備作業の容易化効果がある。
但し、この走行距離計２１の場合には、溝掘削機本体２の横移動距離の計測の継続により累積誤差が生じてしまうので、毎日補正する必要がある。なお、この走行距離計２１の車輪を地面に転接させ、かつ地面から離反させる撥ね上げ式にしたのは、工事現場内をただ移動する場合には、溝掘削機本体２の横移動距離を計測する必要がないからである。
【００３０】
ところで、本実施の形態１に係る溝掘削機１では、車輪と、この車輪の回転から横移動距離を計測するエンコーダとを備えた走行距離計２１を採用しているが、これ以外に、例えば溝掘削機本体２にプリズムターゲットを設け、溝掘削機１の外方位置に自動追尾測距儀を配置して、自動追尾測距儀によりプリズムターゲットまでの距離と角度とからプリズムターゲットの３次元位置を計測するという自動追尾システムを採用することができる。また、溝掘削機本体２にＧＰＳアンテナを設け、溝掘削機１の外方位置にＧＰＳアンテナ（基準局）を配置すると共に、このＧＰＳアンテナ（基準局）によりＧＰＳ衛星から信号を受けて、前記ＧＰＳアンテナの位置を計測することにより溝掘削機本体２の３次元運動を高精度に計測するＧＰＳ位置計測システムを採用することができる。このような自動追尾システムやＧＰＳ位置計測システムを採用することにより、溝掘削機本体２の横移動距離を極めて高精度で計測することができるという効果がある。
【００３１】
前記旋回体２ｂに搭載されてなる運転室２ｃには、前記各傾斜計１１乃至１５のそれぞれにより計測された溝壁のアナログ傾斜信号、ストローク計２２により計測されたスライドシリンダ６のロッドのストローク長、および走行距離計２１により計測された溝掘削機本体２の横移動距離信号が入力される溝壁形状表示装置３０が配設されている。この溝壁形状表示装置３０は、Ａ／Ｄ変換器３１と、モニタ３２ａを備えた演算器であるパーソナルコンピュータ（以下、コンピュータという。）３２とから構成されている。
【００３２】
前記Ａ／Ｄ変換器３１には、地中傾斜計１１乃至１４が電線１７を介して接続され、地上傾斜計１５が電線１７′を介して接続されている。そして、これら傾斜計１１乃至１５から入力される溝壁のアナログ傾斜信号はＡ／Ｄ変換器３１によりデジタル傾斜信号に変換されてコンピュータ３２に入力されるようになっている。また、このコンピュータ３２には、前記デジタル傾斜信号の入力と並行して、走行距離計２１により計測された溝掘削機本体２のアナログ走行距離信号およびストローク計２２により計測されたスライドシリンダ６の伸縮ロッドのアナログストローク長信号のそれぞれが、距離信号変換器（Ａ／Ｄ変換器である。）２３によりデジタル変換されてデジタルストローク長信号として入力されるようになっている。
【００３３】
前記コンピュータ３２は、予め設定されたサンプリングタイムに対応した溝掘削体８の横移動距離毎に、前記デジタル傾斜信号を溝壁の傾斜データとして３次元処理すると共に、３次元処理により得られた傾斜データを横方向に累積する。そして、横方向に累積された傾斜データは掘削された溝の横壁形状としてモニタ３２ａにリアルタイムで表示されるように構成されている。さらに、横方向に累積された傾斜データはデータ記憶装置４０に記憶されると共に、必要に応じてコンピュータ３２に取り込んで、モニタ３２ａに再表示させることができるように構成されている。これにより、オペレータは時々刻々変化する全体の溝壁形状を認識することができ、また溝掘削終了後に全体の溝壁形状の良否を確認することができる。なお、この実施の形態では、モニタ３２ａがコンピュータ３２と一体的に構成されているが、独立した構成であっても良い。
【００３４】
本実施の形態に係る溝掘削機１では、上記のとおり、掘削中の溝の溝壁形状や既設の溝の溝壁形状をモニタ３２ａに表示させることができるように構成されているが、前記コンピュータ３２に周知のプリンタ（図示省略）を接続し、溝壁形状のモニタ２５ａによる表示と並行して、このプリンタにより印字出力する構成にすることもできる。また、本実施の形態にかかる溝掘削機１では、カッタポスト８ａに４つの地中傾斜計１１乃至１４が埋設されているが、地中傾斜計は１つであっても良く、また５つ以上であっても良いので、地中傾斜計の埋設数に限定されるものではない。
【００３５】
ところで、溝掘削体８のカッタポスト８ａにただ１つの地中傾斜計が埋設されてなる構成の場合は、コンピュータ３２に対して溝掘削体８のカッタポスト８ａの剛性、撓み曲線から前記地中傾斜計の設置位置に対応する溝の深度以外の深度の溝壁形状を推定演算し、任意の深度における溝壁形状を導出し得る機能を付与すれば良いものである。
【００３６】
このような構成になる溝掘削機１により地中に溝を掘削する場合は、従来例と同様に、先ず溝掘削機１を目的とする定位置に固定し、掘削チェーン８ｄを土砂等を掻上げる方向に駆動しながら溝掘削体８を地中に建込み、溝掘削体８が所定深さに到達すると、掘削チェーン８ｄを駆動したまま、例えばスライドシリンダ６をロッドを伸長させることにより溝掘削体８をリーダ５と共に地面と並行な横方向に水平移動させ、前記スライドシリンダ６のロッドのストローク長に対応する長さの溝を掘削する。次いで、スライドシリンダ６のロッドの縮小作動に合わせて溝掘削機本体２を溝掘削方向に移動させると共に所定位置に固定した後、掘削チェーン８ｄを土砂等を掻上げる方向に駆動しながら、例えばスライドシリンダ６のロッドを伸長作動させることにより溝掘削体８をリーダ５と共に地面と並行な横方向に水平移動させるという繰返しによって地中に長い溝を掘削する。
【００３７】
このような地中への溝の掘削作業において、溝掘削体８の地中部分の溝の深度方向の傾斜が、そのカッタポスト８ａに埋設されたなる地中傾斜計１１乃至１４によって計測され、計測されたアナログ傾斜信号がＡ／Ｄ変換器３１に入力され、そしてこのＡ／Ｄ変換器３１によりデジタル傾斜信号に変換されてコンピュータ３２に入力される。一方、このデジタル傾斜信号の入力と並行して、走行距離計２１およびストローク計２２により計測された溝掘削体８のアナログ横移動距離信号が距離信号変換器２３により変換されてデジタル横移動距離信号として入力される。
【００３８】
なお、本実施の形態において、走行距離計２１とストローク計２２との２つの距離計を用いるようにしたのは、上記のとおり、スライドシリンダ６のロッドの伸長作動による溝掘削体８の横移動と、スライドシリンダ６がストロークエンドになった後の溝掘削機１の自走による横移動との繰返しによって溝を掘削するという掘削方法を採用しているからである。
【００３９】
前記コンピュータ３２にＡ／Ｄ変換器３１からデジタル傾斜信号が、また距離信号変換器２３からデジタル横移動距離信号が入力されると、このコンピュータ３２は、予め設定されたサンプリングタイムに対応した溝掘削体８の横移動距離毎の前記デジタル傾斜信号を３次元処理して得られる溝壁の傾斜データを横方向に累積する。
【００４０】
そして、このようにして累積された傾斜データが、図４において示すように、掘削開始から現在掘削中に至るまでの溝全体の予め設定されたサンプリングタイムに対応した横移動距離毎の溝壁の傾斜として、つまり掘削開始から現在掘削中に至るまでの溝全体の溝壁形状としてモニタ３２ａにリアルタイムで表示されるので、オペレータは時々刻々変化する全体の溝壁形状を認識しながら溝掘削機１を操作して地中に溝を掘削することができる。つまり、溝壁の平坦度が高精度になるように溝掘削機１を操作することができる。
【００４１】
一方、一連の溝掘削作業終了後に、データ記憶装置４０から横方向に累積された溝壁の傾斜データをコンピュータ３２に取り込むと共に、取り込んだ傾斜データを溝壁形状としてモニタ３２ａに表示させ、またはプリンタにより溝壁形状を印字出力させることにより、全体の溝壁形状の平坦度の良否をチェックする。
そして、もし溝壁形状を修正する必要がある場合には、溝掘削機１を溝掘削開始位置に戻した後、モニタ３２ａに表示された溝壁形状、または印字出力された溝壁形状に基づいて、溝掘削体８を溝掘削機本体２の中心方向または外方向に傾斜させながら、また溝掘削体８を溝壁に押付けながら横方向に移動させて掘削済の溝の溝壁の傾斜面を削り取ることより、より平坦度が優れた溝壁を有する高精度の溝を掘削することができる。
【００４２】
勿論、このような溝壁形状の修正作業に際しては、地中に溝を掘削する場合と同様に、スライドシリンダ６のロッドの伸長作動による溝掘削体８の横移動と、スライドシリンダ６がストロークエンドになった後の溝掘削機１の自走による横移動とが繰返される。
【００４３】
上記のとおり、カッタポスト８ａに１つの地中傾斜計が埋設されてなる構成の場合にはコンピュータ３２に、溝掘削体８、つまりカッタポスト８ａの剛性、撓み曲線から前記地中傾斜計の設置位置に対応する溝の深度以外の深度の溝壁形状を推定演算し、任意の深度における溝壁形状を導出し得る機能が付与されるが、溝の深さ１０ｍの場合について、カッタポスト８ａに４つの地中傾斜計が埋設されてなる本実施の形態に係る構成の場合と、１つの地中傾斜計が埋設されてなる構成の場合とについて比較試験を行った。その結果、溝壁の平坦度に係る両者の相違は２ｃｍ程度であり、カッタポスト８ａに１つの地中傾斜計が埋設されてなる構成の場合にあっても十分実用に供し得ることを確認した。
【００４４】
以上では、上記のとおり、溝掘削機１により地中に鉛直な溝を掘削する場合を例として説明したが、この溝掘削機１ではステイシリンダ４のロッドを縮小作動させて溝掘削体８を所定の角度範囲内で傾斜させたまま横移動させることにより傾斜溝を掘削することができ、本発明の技術的思想は鉛直な溝の掘削だけに適用されるものではないので、上記実施の形態によって本発明の技術的思想の範囲が限定されるものではない。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１乃至３に係る溝掘削機によれば、溝掘削体の地中部分の溝の深度方向の傾斜が、溝掘削体に設けた少なくとも一つ以上の傾斜計で計測され、計測されたアナログ傾斜信号がＡ／Ｄ変換器でデジタル傾斜信号に変換されて演算器に入力される。一方、これと並行して、走行距離計により計測された溝掘削体の横移動距離信号が演算器に入力される。すると、演算器により、予め設定されたサンプリングタイムに対応した溝掘削体の横移動距離毎の溝壁の傾斜データが横方向に累積され、この累積された傾斜データが溝壁形状としてモニタにリアルタイムで表示されるので、オペレータは時々刻々変化する全体の溝壁形状をモニタで認識しながら溝掘削機を操作して溝壁の平坦度が高精度の溝を掘削することができる。
【００４６】
本発明の請求項４に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法によれば、前記溝掘削体の地中部分の溝の深度方向の傾斜を、溝掘削体に設けた少なくとも一つ以上の傾斜計で計測され、計測により得られたアナログ傾斜信号がデジタル傾斜信号に変換されて演算器に入力され、これと並行して溝掘削機本体の横移動距離信号が入力され、演算器により予め設定したサンプリングタイムに対応した横移動距離毎の溝壁の傾斜データが横方向に累積され、累積された傾斜データが溝壁形状としてモニタにリアルタイムで表示されるので、オペレータは時々刻々変化する全体の溝壁形状をモニタで認識しながら溝掘削機を操作して溝壁の平坦度が高精度の溝を掘削することができる。
【００４７】
本発明の請求項５に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法によれば、溝の溝壁の傾斜データが、演算器の記憶装置に記憶され、記憶された傾斜データをモニタにより溝壁形状として任意の時間に再表示することができるので、掘削済の溝の溝壁の平坦度を何時でも確認することができ、また本発明の請求項７に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法によれば、傾斜データを演算器により処理し、処理により得られた溝壁形状をプリンタにより印字出力することができるので、印字出力されたプリントにより掘削済の溝の溝壁の平坦度を何時でも確認することができる。
【００４８】
本発明の請求項６に係る溝掘削機における溝壁形状表示方法によれば、傾斜計の設置位置に対応する深度以外の深度の溝壁形状を、溝掘削体の剛性、撓み曲線から推定演算し、任意の深度における溝壁形状を導出し得るように構成されていて、傾斜計の配設数を少なくすることができるので、溝掘削機のコストを低減することができる。
【００４９】
本発明の請求項８に係る溝掘削機における溝壁形状修正方法によれば、モニタに表示された溝壁形状に基づいて溝掘削体を溝掘削機本体の中心方向または外方向に傾斜させ、溝掘削体を溝壁に押付けながら横方向に移動させて溝壁の傾斜面を削り取ることにより溝壁の平坦度が高精度になり、より溝壁の平坦度が優れた溝を掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る溝掘削機の模式的正面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係り、溝壁形状表示装置のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係り、溝壁表示イメージ図である。
【図５】従来例に係る溝掘削機の模式的正面図である。
【図６】従来例に係り、図６（ａ）は傾斜計である地中傾斜計を連結ロッドでつないだ状態を示す図であり、図６（ｂ）は溝掘削体を構成するカッタポストの断面平面図である。
【図７】従来例に係り、各傾斜計およびデータ処理手段のブロック図である。
【図８】従来例に係り、データ処理手段で表示される画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…溝掘削機，２…溝掘削機本体，２ａ…走行体，２ｂ…旋回体，２ｃ…運転室，３…門型フレーム，４…ステイシリンダ，５…リーダ，６…スライドシリンダ，７…回転駆動装置，８…溝掘削体，８ａ…カッタポスト，８ｂ…原動スプロケット，８ｃ…従動スプロケット，８ｄ…掘削チェーン，８ｅ…掘削刃，１１，１２，１３，１４…地中傾斜計，１５…地上傾斜計，１７，１７′…電線，２１…走行距離計，２２…ストローク計，２３…距離信号変換器，３０…溝壁形状表示装置，３１…Ａ／Ｄ変換器，３２…コンピュータ，３２ａ…モニタ，４０…データ記憶装置。
Claims (8)
- 掘削刃を有する無端状の掘削チェーンを駆動しながら、傾斜角を検出する少なくとも一つ以上の傾斜計が埋設されてなる溝掘削体を地中で横方向に移動させ、その横移動方向に溝を掘削する溝掘削機において、前記傾斜計から出力されるアナログ傾斜信号をデジタル傾斜信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、溝掘削機本体の横移動距離を計測する走行距離計と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル傾斜信号および前記走行距離計から出力される前記移動距離信号とを受け取って前記溝掘削体の横移動経過を３次元処理した傾斜データを横方向に累積する演算器と、この演算器から出力される累積された傾斜データを溝壁形状としてリアルタイムで表示するモニタとからなる溝壁形状表示装置とを備えてなることを特徴とする溝掘削機。
- 前記傾斜計の何れもが、溝壁と平行な横方向および溝壁と直交する方向の前記溝掘削体の傾斜角を同時に計測し得る機能を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の溝掘削機。
- 前記走行距離計が、地面を転動する車輪の回転により溝掘削機本体の横移動距離を計測するエンコーダを備えてなることを特徴とする請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の溝掘削機。
- 掘削刃を有する無端状の掘削チェーンを駆動しながら溝掘削体を地中で横方向に移動させ、その横移動方向に溝を掘削するに際して、前記溝掘削体の地中部分の溝の深度方向の傾斜を、溝掘削体に設けた少なくとも一つ以上の傾斜計で計測し、計測により得られたアナログ傾斜信号をデジタル変換し、変換されたデジタル傾斜信号を演算器に入力すると共に、このデジタル傾斜信号の入力と並行して溝掘削機本体の横移動距離信号を入力し、演算器により予め設定したサンプリングタイムに対応した横移動距離毎の前記デジタル傾斜信号を３次元処理して得られる溝壁の傾斜データを横方向に累積し、累積した傾斜データを溝壁形状としてモニタにリアルタイムで表示することを特徴とする溝掘削機における溝壁形状表示方法。
- 前記傾斜データを、演算器の記憶装置に記憶させ、記憶した傾斜データを、モニタにより溝壁形状として任意の時間に再表示するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の溝掘削機における溝壁形状表示方法。
- 前記傾斜計の設置位置に対応する深度以外の深度の溝壁形状を、溝掘削体の剛性、撓み曲線から推定演算し、任意の深度における溝壁形状を導出し得るようにしたことを特徴とする請求項４または５のうちの何れか一つの項に記載の溝掘削機における溝壁形状表示方法。
- 前記傾斜データを演算器で処理し、処理により得られた溝壁形状をプリンタにより印字出力するようにしたことを特徴とする請求項４，５または６のうちの何れか一つの項に記載の溝掘削機における溝壁形状表示方法。
- 掘削刃を有する無端状の掘削チェーンを駆動しながら溝掘削体を地中で横方向に移動させ、その横移動方向に溝を掘削するに際して、前記溝掘削体の地中部分の溝の深度方向の傾斜を、溝掘削体に設けた少なくとも一つ以上の傾斜計で計測し、計測により得られたアナログ傾斜信号をデジタル変換し、変換されたデジタル傾斜信号を演算器に入力すると共に、このデジタル傾斜信号の入力と並行して溝掘削機本体の横移動距離信号を入力し、演算器により予め設定したサンプリングタイムに対応した横移動距離毎の前記デジタル傾斜信号を３次元処理して得られる溝壁の傾斜データを横方向に累積し、累積した傾斜データを溝壁形状としてモニタにリアルタイムで表示し、表示された溝壁形状に基づいて溝掘削体を溝掘削機本体の中心方向または外方向に傾斜させ、溝掘削体を溝壁に押付けながら横方向に移動させて溝壁の傾斜面を削り取ることを特徴とする溝掘削機における溝壁形状修正方法。
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