JPS6224594B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、発破工法によるトンネルや地下発
電所、岩盤備蓄用地下空洞などの岩盤掘削工事に
おける発破用せん孔位置の自動マーキング方法
と、その方法の実施に直接使用する自動マーキン
グ機に関する。

発破工法による岩盤掘削工事において、掘削計
画断面位置およびそれに適応する発破用せん孔位
置を精度よく設定しマークすることは、岩盤掘削
作業のコストを大きく低減するという意味におい
て非常に重要なことである。即ち、掘削計画断面
位置および発破用せん孔位置を精度よく迅速に設
定しマークできれば、いわゆる余掘り掘削を少な
くして、掘削工事を経済的に効率よく実施できる
からである。

従来、トンネルなどの岩盤掘削工事において、
掘削計画断面位置およびそれに適応する発破用せ
ん孔位置を設定しマークする作業方法としては、
一般に円弧定規あるいは仮設支保工などを定規と
して、現行の測量手法に基き、ペンキなどを用い
て人力に頼つて行なつているのが現状である。こ
のため多大の労力と手間、時間を必要とし、迅速
性に欠けることから、掘削工事の工期が遅れ、効
率が低下する原因となつている。また、あまり精
度がよくないということも問題となつている。

この発明の目的は、岩盤掘削工事の省力化、自
動化、ロボツト化が多面的に進められている現況
に鑑みて、従来技術の上記したような欠点、問題
点を解決することであり、さらに詳しくいえば、
掘削計画断面位置およびそれに適応する発破用せ
ん孔位置を自動的に精度よく迅速に設定し、岩盤
掘削工事を省力化して経済的に効率的に実施可能
な自動マーキング方法および自動マーキング機を
提供することにある。

この発明の究極の目的とするところは、基準座
標位置を与え、掘削面に対して進退移動自在な自
動車の如き車輛を前記基準座標位置を読取れる範
囲に位置決めして前記基準座標位置に対する同車
輛の現在位置を検出し、マイクロコンピユータに
前記検出値および基準座標位置に基く掘削計画断
面とそれに適応する発破用せん孔の位置パターン
を入力し、同車輛に搭載したマーキングロボツト
アームおよびそのマーカーを前記マイクロコンピ
ユータの出力に基いて自動制御し個々に位置決め
して塗料吹付けによりその位置をマークすること
を特徴とする発破用せん孔位置自動マーキング方
法、を提供することであり、 さらに上記自動マーキング方法の実施に直接使
用するところのものであつて、掘削面に対して進
退移動自在な自動車の如き車輛と、この車輛に搭
載した受光装置兼座標位置読み取り装置と、上
下、左右方向の移動および回転が自在な多節のマ
ーキングロボツトアームと、前記マーキングロボ
ツトアームの先端部に取り付けた塗料吹付け式の
マーカーと、掘削計画断面位置およびそれに適応
する発破用せん孔の位置パターンないしプログラ
ムを入力し処理せしめるマイクロコンピユーター
と、前記受光装置兼座標位置読取り装置、および
車輛の姿勢判別装置並びにマイクロコンピユータ
ーの出力に基いてマーキングロボツトアームおよ
びマーカーを制御する自動制御装置と、より成る
発破用せん孔位置自動マーキング機を提供するこ
とである。

次に、この発明を図示の実施例により説明す
る。

第１図および第２図は、トンネル１の掘削断面
と、発破用せん孔位置の自動マーキング機２との
関係を示す。図中３が掘削面（切羽面）である。

自動マーキング機２の主体は、操縦席２０の運
転員によつて自由自在に操縦でき、掘削面３に対
して進退自在な車輛（自動車）２１である。な
お、図示の車輛２１は、キヤタピラー式のもので
あるが、この限りではなく、タイヤ式あるいはレ
ール式の車輛であつてもよい。

この車輛２１は、基準座標位置を与える手段た
るレーザー光線４の受光装置兼座標位置読み取り
装置２２を搭載している。また、この車輛２１
は、上下、左右の移動および回転が自在な多節の
マーキングロボツトアーム２３、前記マーキング
ロボツトアーム２３の先端部に取り付けた塗料吹
付け式のマーカー２４と、掘削計画断面位置およ
びそれに適応する発破用せん孔の位置パターン
（プログラム）５を入力するマイクロコンピユー
ター２６と、前記受光装置兼座標位置読取り装置
２２およびマイクロコンピユーター２６の出力に
基いてマーキングロボツトアーム２３およびマー
カー２４を制御する自動制御装置２７とをそれぞ
れ搭載している。

基準座標位置を与えるレーザー光線４の受光装
置兼座標位置読取装置２２は、自動マーキング機
２自体の位置の中心点（つまり、マーキングロボ
ツトアーム２３およびマーカー２４の原点）とし
て定めたところに原点をもつように設置されてい
る。この受光装置兼座標位置読取装置２２は、レ
ーザー光線４の受光標的として適する大きさ、形
状の面内に、たとえばフオトトランジスタの如き
受光素子（光電変換素子）を多数一定の配列で密
に設置し、各受光素子の出力が個別に判別回路に
入力されるようになつている。

即ち、いずれかの位置の受光素子がレーザー光
線４の照射を受けて電気出力を発生するかぎり、
それがインプツトされた判別回路において、当該
自動マーキング機２が、レーザ光線２により与え
られた基準座標位置に対しレーザー光線４と垂直
な平面座標系においていかなる座標位置（現在位
置）にあるのかが直ちに検出（判別）でき、その
検出値は自動制御装置２７を構成する補正回路２
７_a（第４図）にインプツトされる。

上記検出と同時に、当該車輛２１の姿勢（水平
に対する傾き具合い）、方向性が現在いかなる状
態にあるのかも、やはり車輛２１に搭載した、た
とえば下げ振り、磁石などを応用した機構による
姿勢判別装置２８により自動計測して検出され、
この検出値も補正回路２７_aにインプツトされ
る。

一方、マイクロコンピユーター２６には、掘削
計画断面位置およびそれに適応する発破用せん孔
の位置パターン（プログラム）５が入力されるの
であり、それを解析したマイクロコンピユーター
２６の出力は、やはり補正回路２７_aにインプツ
トされる。

補正回路２７_aにおいては、マイクロコンピユ
ーター２６の前記出力が、上記受光装置兼座標位
置読取装置２２および姿勢判別装置２８の出力に
基いて補正され、その補正出力が、ロボツト制御
装置２７_bにインプツトされるものとなつてい
る。

次に、マーキングロボツトアーム２３は、現
今、ロボツトハンドあるいは産業用ロボツトとし
て各方面で実用に供されているものと原理、構成
を同じくするものである。即ち、車輛２１上に固
定した支持台２３_aに、昇降および回転が自在な
第１節２３_bを取り付け、関節２３_cを介して起伏
自在の第２節２３_dを取り付け、さらに回転節２
３_eを介して第３節２３_fを取り付け、この第３節
２３_fにマーカー２４を取り付た構成とされてい
る。このマーキングロボツトアーム２３の運転
は、各節毎に設置した、たとえば電気−油圧サー
ボ機構を介し、上記自動制御装置２７の端末器で
あるロボツト制御装置２７_bの出力に基き、フイ
ードバツク制御として実行される。つまり、運転
員は、単に自動制御装置２７のオン、オフ操作を
するだけでしかない。

マーカー２４は、第３図Ａ，Ｂに示すように、
上記マーキングロボツトアーム２３における第３
節２３_fの先に、先端を吹付けノズル２４_aに形成
した空気管２４_bを取り付け、該空気管２４_bに、
図示省略のコンプレツサーユニツトから空気を供
給するものとしている。同空気管２４_bにおける
吹付けノズル２４_aより少し手前側の位置に吹付
け制御弁２４_cを設置し、ペンキの如き流動性の
塗料液を収容した貯溜タンク２４_dから延びる給
液管２４_eを前記吹付け制御弁２４_cと接続してい
る。また、溢れ液を排除する管２４_fをバツフア
タンク２４_gと接続し、バツフアタンク２４_g内に
溜つた塗料液は、重力作用により、戻り管２４_h
を通じて貯溜タンク２４_dに戻すように構成され
ている。

このマーカー２４は、やはり上記自動制御装置
２７におけるロボツト制御装置２７_bにより、一
連の連続する作業（動作）の各段階においてその
状態をコントロールする方法（プロセス制御）で
自動運転される。即ち、ロボツト制御装置２７_b
を通じて行なうマーキングロボツトアーム２３の
位置決め制御が完了した時点で、前記完了の信号
が発せられると、直ちに上記吹付け制御弁２４_c
が一定の時間開かれ、そして閉じる。しかるとき
はいわゆる霧吹きの原理で、一定量の塗料液を噴
射し、掘削面３にマークすることとなる。従つ
て、マーカー２４の運転についても、運転員は、
単にオン、オフ操作するだけにすぎない。

次に、この発明の発破用せん孔位置自動マーキ
ング方法が、上記の自動マーキング機２を使用し
ていかに実施されるかを説明する。

まず掘削するべきトンネル１の掘削計画断面に
基き、その基準座標位置に、レーザー光線を発射
する。レーザー光線４は、レーザー発射装置によ
り発射し、これによつて基準座標位置が与えられ
ることとなる。

次に、運転員によつて自動マーキング機２を掘
削面３に対しマークに必要十分な位置まで接近す
るように移動させ、かつ、レーザー光線４を受光
装置兼座標位置読取り装置２２で受光し読取れる
範囲内の位置に固定する。かくすると、上述のと
おり、当該自動マーキング機２が、基準座標位置
（レーザー光線４の位置）に対しいかなる座標位
置（現在位置）にあるのかが、受光装置兼座標位
置読取り装置２２で直ちに検出され、その検出値
は補正回路２７_aにインプツトされる。

と同時に、当該自動マーキング機２が現在いかな
る姿勢、向きにあるかも、姿勢判別装置２８によ
つて検出され、その検出値も補正回路２７_aにイ
ンプツトされる。

一方、マイクロコンピユーター２６には、上記
基準座標位置に基く掘削計画断面位置およびそれ
に適応する発破用せん孔の位置パターン（プログ
ラム）５を入力する。

しかるときは、自動制御装置２７において、そ
のロボツト制御装置２７_bに、補正されたプログ
ラムがインプツトされることとなる。

そこでマーキングロボツトアーム２３およびマ
ーカー２４の自動運転を、スタートスイツチによ
りオンすると、マーキングロボツトアーム２３
は、ロボツト制御装置２７_bにインプツトされた
プログラムにしたがい、掘削計画断面に適応する
全ての発破用せん孔の位置（ｘ、ｙ平面座標位
置）に、個々にマーカー２４を位置決めし、マー
カー２４は塗料吹付けによりその位置をマークす
る。

全ての発破用せん孔の位置をマークし終ると、
ロボツト制御装置２７_bにおいて、そのプログラ
ムが終了するので、マーキングロボツトアーム２
３およびマーカー２４の作動は自動停止する。

そこで、自動マーキング機２は、運転員によつ
てずつと後退させ、代つてせん孔機による発破用
孔のせん孔作業に移ることとなる。

なお、自動マーキング機２たる車輛２１は、こ
れを現行のドリルジヤンボーに置き換えることが
可能である。即ち、ドリルジヤンボーに、自動マ
ーキング機２として必要な上述の全機器、装置を
搭載せしめると、トンネルなどの岩盤掘削工事に
おける掘削計画断面位置の設定、およびそれに適
応する発破用せん孔位置の自動位置決めとマーキ
ング、並びにせん孔までの一連の作業工程を、
次々と手際よく高精度に効率的に遂行できること
となつて至便である。

以上に説明したとおりであつて、この発明は、
基準座標位置を与えること、掘削面に対して進退
移動自在な車輛を前記基準座標位置を読取れる範
囲に位置決めすること、基準座標位置に対する車
輛の自在位置を検出すること、マイクロコンピユ
ータに前記検出値および基準座標位置に基く掘削
計画断面およびそれに適応する発破用せん孔の位
置パターンを入力すること、前記車輛に搭載した
マーキングロボツトアームおよびマーカーを前記
マイクロコンピユータの出力に基いて自動制御し
マーカーを個々に位置決めし塗料吹付けによりそ
の位置をマークすること、を特徴とする発破用せ
ん孔位置自動マーキング方法を要旨として次の効
果を奏する。

従来、多くの労力、手間、時間を必要として
いた掘削計画断面位置の設定と、それに適応す
る発破用せん孔位置の位置決め及びマーキング
を、測量等を一切必要とすることなく、極めて
容易に迅速に行なうことができる。しかも、そ
の精度が著しく高い。

従つて、近年わが国における新しいトンネル
工法として定着しつつあるNATM（ナトム工
法）のように、鋼製支保工のごとき定規となる
べきもののない工法の実施に非常に有効的であ
る。

また、岩盤掘削工事において、その掘削コス
トの低減に重要な因子である余掘り量を大きく
軽減でき、かなりのコストダウンが図れる。

掘削断面の平滑化、即ち掘削面の安定性の向
上、余掘り量の減少、余巻き量の減少などを目
的としたスムースブラステイング工法は、発破
用せん孔数の増加と、その位置の精度が要求さ
れることから、これまでその必要性は認められ
ながら、我国ではその実施例が少ないが、
NATMの一般工法としての定着化に伴ない、
スムースブラステイング工法の必要性はますま
す増加しているところ、この発明の自動マーキ
ング方法により、スムースブラステイング工法
の採用実施が極めて容易なものとなる。

次に、この発明は、掘削面に対して進退移動
自在な車輛と、前記車輛に搭載した受光装置兼
座標位置読み取り装置と、上下、左右の移動お
よび回転が自在な多節のマーキングロボツトア
ームと、前記マーキングロボツトアームの先端
部に取り付けた塗料吹付け式のマーカーと、掘
削計画断面およびそれに適応する発破用せん孔
の位置パターンを入力するマイクロコンピユー
ターと、前記受光装置兼座標位置読取り装置お
よびマイクロコンピユーターの出力に基いてマ
ーキングロボツトアームおよびマーカーを制御
する自動制御装置とより成る、発破用せん孔位
置自動マーキング機を要旨として、次の効果を
奏する。

受光装置兼座標位置読取り装置が基準座標位
置を与えるレーザー光線を受光する位置に車輛
をおくと、直ちに当該自動マーキング機の基準
座標位置に対する現在位置が正確に検出でき
る。

従つて、掘削計画断面位置の設定と、それに
適応する発破用せん孔の位置パターンをマイク
ロコンピユーターに入力すると、自動制御装置
において発破用せん孔位置を速やかに割り出
し、かつ、マーキングロボツトアームおよびマ
ーカーを作動せしめて自動的にマーキングす
る。よつて、測量も定規も無用であり、大幅な
省力化、作業時間の短縮が図れる。

また、この自動マーキング機を使用すると、
上記自動マーキング方法の実施を極めて容易に
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はトンネルの掘削断面と自動マ
ーキング機との関係を示す断面図、第３図Ａ，Ｂ
はマーカーの斜視図とｂ−ｂ断面図、第４図は制
御系を示すブロツク線図である。 ２……自動マーキング機、３……掘削面、２１
……車輛、２２……受光装置兼座標位置読取り装
置、４……レーザー光線（基準座標位置）、２６
……マイクロコンピユーター、２３……マーキン
グロボツトアーム、２４……マーカー、２７……
自動制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記(イ)〜(ホ)のことを特徴とする発破用せん孔
   位置自動マーキング方法。 (イ) 基準座標位置を与えること。 (ロ) 掘削面に対して進退移動自在な車輛を前記基
   準座標位置を読取れる範囲に位置決めするこ
   と。 (ハ) 基準座標位置に対する車輛の現在位置を検出
   すること。 (ニ) マイクロコンピユータに、前記検出値および
   基準座標位置に基く掘削計画断面およびそれに
   適応する発破用せん孔の位置パターンを入力す
   ること。 (ホ) 前記車輛に搭載したマーキングロボツトアー
   ムおよびマーカーを、前記マイクロコンピユー
   タの出力に基いて自動制御し、マーカーを個々
   に位置決めして塗料吹付けによりその位置をマ
   ークすること。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載した、基準座標
   位置を与えること、および基準座標位置に対する
   車輛の現在位置を検出することは、掘削面に対す
   る基準座標位置にレーザー光線を発射し、車輛に
   は前記レーザー光線の受光装置兼座標位置読取り
   装置を設置して受光装置兼座標位置読取り装置に
   おけるレーザ光線の照射位置の読取りにより行な
   う、発破用せん孔位置自動マーキング方法。 ３ 下記(a)〜(f)のとおり構成した発破用せん孔位
   置自動マーキング機。 (a) 掘削面に対して進退移動自在な車輛と、 (b) 前記車輛に搭載した受光装置兼座標位置読み
   取り装置と、 (c) 上下、左右の移動および回転が自在な多節の
   マーキングロボツトアームと、 (d) 前記マーキングロボツトアームの先端部に取
   り付けた塗料吹付け式のマーカーと、 (e) 掘削計画断面およびそれに適用する発破用せ
   ん孔の位置パターンを入力するマイクロコンピ
   ユーターと、 (f) 前記受光装置兼座標位置読取り装置およびマ
   イクロコンピユーターの出力に基いてマーキン
   グロボツトアームおよびマーカーを制御する自
   動制御装置とより成る。