(57)【要約】【課題】簡素・安価に、曲がり角度および位置検出を可能とする。【解決手段】軸体１における軸心上を除く部位に、軸心方向に間隔をあけて測距部２および測距部２までの距離を計測する変位センサー３Ｙ，３Ｚを設け、軸体が直線状をなしている状態を基準に、変位センサー３Ｙ，３Ｚにより測距部２までの距離の変位を測定し、この変位測定結果に基づいて、軸体１の曲がり角度を検出するように構成する。また、この変位センサー３Ｙ，３Ｚ及び測距部２の組を、軸体１の基端部から先端部まで所定の間隔で複数組設け、各組の曲がり角度検出結果に基づき、各曲がり角度に応じた軸体１の位置ズレをそれぞれ算出し、この位置ズレを積算することにより軸体１の基端部に対する先端部１Ｆの位置を検出するように構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸体における軸心上を除く部位に、軸心方向に間隔をあけて測距部および測距部までの距離を計測する変位センサーを設け、
軸体が直線状をなしている状態を基準に、前記変位センサーにより前記測距部までの距離の変位を測定し、この変位測定結果に基づいて、軸体の曲がり角度を検出するように構成した、
ことを特徴とする曲がり角度検出装置。
【請求項２】
軸体の軸心を直交三次元座標系のＸ軸としたとき、Ｘ軸からＹ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ所定距離ｒｙだけ離れた位置、ならびにＸ軸からＺ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ所定距離ｒｚだけ離れた位置に、軸体に対して一体化された測距部を設け、
この測距部からＸ軸方向に所定距離αだけ離間した位置であって、Ｘ軸からＹ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ前記距離ｒｙだけ離れた位置、ならびにＸ軸からＺ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ前記距離ｒｚだけ離れた位置に、前記測距部までのＸ軸方向距離を計測する変位センサーをそれぞれ設け、
軸体が直線状をなしている状態を基準に、各前記変位センサーにより前記測距部までの距離の変位を測定し、この変位測定結果に基づいて、ＸＹ平面における曲がり角度およびＸＺ平面における曲がり角度を検出するように構成した、
ことを特徴とする曲がり角度検出装置。
【請求項３】
一端部に前記変位センサーを有し、かつ他端部に前記測距部を有するユニットを複数備え、ユニットの一端部を他のユニットの他端部に直列に接続することによって、隣接するユニット間に、変位センサーとこの変位センサーにより測定される測距部とが対向配置されるように構成された、請求項１または２記載の曲がり角度検出装置。
【請求項４】
前記変位センサーが非接触型変位センサーである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の曲がり角度検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の変位センサー及び測距部の組を、軸体の基端部から先端部まで所定の間隔で複数組設け、各組の曲がり角度検出結果に基づき、各曲がり角度に応じた軸体の位置ズレをそれぞれ算出し、この位置ズレを積算することにより軸体の基端部に対する先端部の位置を検出するように構成した、ことを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、削孔軸等の曲がり角度ならびに位置を検出するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、地中等の視認不可能な場所に、削孔軸等の軸体を挿入等した場合、その一部または全部がどの程度曲がっているのか、および先端部等の位置が何処にあるのかを知ることができると非常に便利である。
【特許文献１】特開２００４−２８８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明の主たる課題は、削孔軸等の軸体の曲がり角度および先端部等の位置を検出しうる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
軸体における軸心上を除く部位に、軸心方向に間隔をあけて測距部および測距部までの距離を計測する変位センサーを設け、
軸体が直線状をなしている状態を基準に、前記変位センサーにより前記測距部までの距離の変位を測定し、この変位測定結果に基づいて、軸体の曲がり角度を検出するように構成した、
ことを特徴とする曲がり角度検出装置。
【０００５】
（作用効果）
軸体における軸心上を除く部位においては、軸心方向の２点間距離が軸体の曲がり角度に応じて変化する。よって、軸体における軸心上を除く部位に軸心方向に間隔をあけて測距部および測距部までの距離を計測する変位センサーを設けて測定を行うとともに、変位と軸体の曲がり角度との関係を予め求めておくことで、曲がり角度を検出できるようになる。
【０００６】
＜請求項２記載の発明＞
軸体の軸心を直交三次元座標系のＸ軸としたとき、Ｘ軸からＹ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ所定距離ｒｙだけ離れた位置、ならびにＸ軸からＺ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ所定距離ｒｚだけ離れた位置に、軸体に対して一体化された測距部を設け、
この測距部からＸ軸方向に所定距離αだけ離間した位置であって、Ｘ軸からＹ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ前記距離ｒｙだけ離れた位置、ならびにＸ軸からＺ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ前記距離ｒｚだけ離れた位置に、前記測距部までのＸ軸方向距離を計測する変位センサーをそれぞれ設け、
軸体が直線状をなしている状態を基準に、各前記変位センサーにより前記測距部までの距離の変位を測定し、この変位測定結果に基づいて、ＸＹ平面における曲がり角度およびＸＺ平面における曲がり角度を検出するように構成した、
ことを特徴とする曲がり角度検出装置。
【０００７】
（作用効果）
本項記載の発明は、曲がり角度検出装置の好適な態様に係るものであり、三次元における曲がり角度を検出できるものである。
【０００８】
＜請求項３記載の発明＞
一端部に前記変位センサーを有し、かつ他端部に前記測距部を有するユニットを複数備え、ユニットの一端部を他のユニットの他端部に直列に接続することによって、隣接するユニット間に、変位センサーとこの変位センサーにより測定される測距部とが対向配置されるように構成された、請求項１または２記載の曲がり角度検出装置。
【０００９】
（作用効果）
本項記載の発明は、変位センサー及び測距部をユニット化し、複数のユニットを直列に接続することによって曲がり角度を検出できるようにしたものである。特に、３ユニット以上を直列に接続した場合には、複数位置における曲がり角度を検出できる。
【００１０】
＜請求項４記載の発明＞
前記変位センサーが非接触型変位センサーである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の曲がり角度検出装置。
【００１１】
（作用効果）
本発明の変位センサーとしては接触型のセンサーを用いることができるが、非接触型の変位センサーを用いた方が耐久性が高くなり、メンテナンスも容易であるため好ましい。
【００１２】
＜請求項５記載の発明＞
請求項１〜４のいずれか１項に記載の変位センサー及び測距部の組を、軸体の基端部から先端部まで所定の間隔で複数組設け、各組の曲がり角度検出結果に基づき、各曲がり角度に応じた軸体の位置ズレをそれぞれ算出し、この位置ズレを積算することにより軸体の基端部に対する先端部の位置を検出するように構成した、ことを特徴とする位置検出装置。
【００１３】
（作用効果）
本項記載の発明は、前述の曲がり角度検出装置を応用し、軸体の先端部から基端部まで所定の間隔で曲がり角度を検出し、これらの検出結果を積算することにより、軸体の基端部に対する先端部の位置を検出するものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のとおり、本発明によれば、非常に簡素・安価な構成で、軸状物の曲がり角度および位置検出を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について詳説する。
図１および図２は、本発明の曲がり角度検出装置の主要構成要素を示している。符号１は検出対象たる軸体を示しており、この軸体１の軸心を直交三次元座標系のＸ軸としたとき、Ｘ軸からＹ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ所定距離ｒｙだけ離れた位置（ａ、±ｒｙ、ｃ）、ならびにＸ軸からＺ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ所定距離ｒｚだけ離れた位置（ａ、ｂ、±ｒｚ）を含むように、平板状の測距部２がＹＺ平面に沿う姿勢で設けられている。測距部２は、軸体１の曲がりに応じて移動するように軸体１に一体化される。測距部２は、図示のように一体的に設ける他、各位置に個別に設けることもでき、また軸体の内部に設ける他、場合によっては軸体の外部に設けることもできる。
【００１６】
さらに、この測距部２からＸ軸方向に所定距離αだけ離間した位置であって、Ｘ軸からＹ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ距離ｒｙだけ離れた位置（ａ−α、±ｒｙ、ｃ）、ならびにＸ軸からＺ軸方向プラス側及びマイナス側にそれぞれ距離ｒｚだけ離れた位置（ａ−α、ｂ、±ｒｚ）には、測距部までのＸ軸方向距離を計測する変位センサー３Ｙ，３Ｙ及び３Ｚ，３Ｚがそれぞれ支持体４上に設けられている。変位センサー３Ｙ，３Ｚとしては、測距部２までの距離が計測できるものであれば特に限定されないが、耐久性及びメンテナンス性を考慮すると、渦電流式変位センサー等の非接触型センサーが好適である。測距部２から変位センサー３Ｙ，３Ｚまでの離間距離αはセンサーの種類や仕様に応じて適宜定めることができる。
【００１７】
いま図３に示すように、軸体１に曲がりが発生し、測距部２がＸＹ平面内においてθYだけ回転した状態を考える。このときの変位センサー３Ｙ，３Ｙによる変異計測結果がそれぞれβY及びγYであるとすると、曲がり角度θYはｔａｎ（（α−βY−γY）／２ｒｙにより算出することができる。また、ＸＺ平面内における曲がり角度θZについても同様であり、変位センサー３Ｚ，３Ｚによる変異計測結果がそれぞれβZ及びγZであるとすると、曲がり角度θZはｔａｎ（（α−βZ−γZ）／２ｒｚにより算出することができる。
【００１８】
このように、本例では、軸体１が直線状をなしている状態を基準に、各変位センサーにより測距部２までの距離の変位を測定し、この変位測定結果に基づいて、ＸＹ平面における曲がり角度およびＸＺ平面における曲がり角度を検出することができる。なお、本例の曲がり角度検出装置の感度は、ｒｙ，ｒｚが大きいほど高くなる。よって、可能な限りｒｙ，ｒｚを大きくとる、すなわち測距部および変位センサーを軸心から可能な限り話すのが好ましい。また、いうまでもないが、ｒｙおよびｒｚは同じ大きさとすることができる。
【００１９】
他方、図４〜図６は、軸体１の長手方向の複数箇所で曲がり角度を検出するための応用装置例を示しており、この曲がり角度検出装置１０は、支持軸部１１の一端部に変位センサー３Ｙ，３Ｚを有し、かつ支持軸部１１の他端部に測距部２を有するユニットとして構成されたものである。このユニット１０は、図７に示すように、一端部を他のユニット１０の他端部に直列に接続することによって、隣接するユニット１０，１０間に、変位センサー３Ｙ，３Ｚとこれにより測定される測距部２とが対向配置されるようになっている。このため、図示形態では、一端部において棒状のオス接続部１２が同軸的に突出されるとともに、他端部にオス接続部１２が挿入される孔状のメス接続部１３が設けられており、両者の嵌合により連結がなされるようになっている。もちろん、ユニット１０間の連結は嵌合に限定されるものではなく、例えば螺合でも良い。
【００２０】
また、図示形態では、オス接続部１２の外面及びメス接続部１３の内面に通信用の電極を露出させており、ユニット１０，１０の接続に伴い、ユニット１０，１０間の通信電路が自動的に形成されるようになっている。
【００２１】
また図示形態のユニット１０は、図７に示すように、中空の軸体１内に挿入して使用することを想定したものであり、支持軸部１１の外面にはスペーサー１４，１４…が周方向に等間隔で３個以上突出しており、ユニット１０を軸体１内に挿入すると自動的に軸体に対してユニット１０が同軸配置となる（つまり軸体の軸心とユニット１０のＸ軸とが同軸をなす）ように構成されている。
【００２２】
その他の点、例えば測距部２および変位センサー３Ｙ，３Ｚの配置等については前述例と同様であるので同じ符号を付して説明を省略する。
【００２３】
このように構成されたユニット１０では、複数本を直列接続することによって、隣接するユニット１０，１０間に、変位センサー３Ｙ，３Ｚとこれにより測定される測距部２とが対向配置され、図８に示すように軸体１に曲がりが発生しても、前述した検出原理により三次元方向の曲がり角度を検出することができる。特に三本以上を接続することにより、軸体１の長手方向に異なる位置における曲がり角度をそれぞれ検出することができる。
【００２４】
図９は、曲がり角度検出の応用例を示しており、変位センサー及び測距部の組を、軸体１の基端部から先端部まで所定の間隔で複数組設け、各組の曲がり角度検出結果に基づき、軸体１の基端部に対する先端部の位置を検出しようとするものである。図示形態では、前述の検出ユニット１０を四本接続しており、軸体の長手方向３箇所に変位センサー及び測距部の組２１〜２３が構成されており、各位置で曲がり角度の検出が可能となっている。ただし、位置検出システムはユニット型の曲がり角度検出形態に限られるものではない。
【００２５】
いま、図９に示すように軸体１に曲がりが発生し、各変位センサー及び測距部の組２１〜２３の検出に基づくＸＹ平面における曲がり角度が基端側から順にθY1、θY2、θY3であり、ＸＺ平面における曲がり角度が基端側から順にθZ1、θZ2、θZ3である状態を考える。ユニットの長さをＬとし、最も基端側のユニットの基端を原点（０，０，０）とすると、軸体１の先端部１Ｆの座標（ＸF，ＹF，ＺF）は次式より算出することができる。
ＸF  ＝  Ｌ＋ＬcosθY1＋Ｌcos(θY1+θY2)＋Ｌcos(θY1+θY2+θY3) 
ＹF  ＝  ０＋ＬsinθY1＋Ｌsin (θY1+θY2)＋Ｌsin (θY1+θY2+θY3) 
ＺF  ＝  ０＋ＬcosθZ1＋Ｌcos(θZ1+θZ2)＋Ｌcos(θZ1+θZ2+θZ3)    …（１）
このように、各曲がり角度検出結果に基づき、各曲がり角度に応じた軸体１の位置ズレをそれぞれ算出し、この位置ズレを積算することにより軸体１の基端部に対する先端部１Ｆの位置を検出することができる。
【００２６】
そして、以上の説明からも明らかなように、本発明に係る検出装置は、非常に簡素・安価な構成であるにもかかわらず、測定対象の曲がり角度および先端部の位置を検出するという非常に高度な計測が可能となるものである。また、本発明において測定対象に取り付けられる測距部２及び変位センサー３Ｙ，３Ｚは小型にできるため、例えば、地中等の視認不可能な場所に、掘削軸や管体を挿入等する場合に、その内部に又はその一部として容易に取り付けることができるという利点もある。
【００２７】
なお、本発明では、三次元の曲がり角度や位置を計測する場合の他、例えば曲がり方向が既知の場合に二次元の曲がり角度や位置を計測するといった用途にも適用でき、この場合、変位センサーの数は２つまたは１つとすることもできる。また、変位センサーによる出力はＡＤコンバータを介してパーソナルコンピュータ等の電子計算機に取り込み、自動的に曲がり角度や位置座標を算出し、表示または印刷出力等するように構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、地中等の視認不可能な場所に、削孔軸や地中埋設管等の軸体を挿入等する場合において、その曲がり角度や位置を検出するのに好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】曲がり角度検出装置を概略的に示す正面図である。
【図２】変位センサー部の側面図である。
【図３】曲がりが発生した状態を概略的に示す正面図である。図である。
【図４】曲がり検出ユニットの正面図である。
【図５】曲がり検出ユニットの左側面図である。
【図６】曲がり検出ユニットの右側面図である。
【図７】曲がり検出ユニットの使用状態を示す縦断面図である。
【図８】曲がり検出ユニットの使用状態を示す縦断面図である。
【図９】位置検出原理の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…軸体、２…測距部、３Ｙ，３Ｚ…変位センサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006208170.tif 000009
【図８】
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【図９】
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