(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表面から垂直なトレンチを掘削することを目的とし、下降時に支持する手段と一体化した上端部と、下端部と、長手方向垂直軸とを有する掘削機械の移動の垂直度を測定する装置において、
・  各々機械（１０）の上端部（２６）に固定された第１の端部を有し、２つの固定点が全く異なるものである小さい断面の２本のケーブル（２４，２６）と、
・  前記ケーブルをテンション下に維持するための手段と、
・  少なくとも測定の時点で機械の下降につれて水平面内に配置された各ケーブルの部分を、この水平面内で不動状態に維持するため地表面より上に配置され、しかもこの水平面内にある場合に前記固定点と空間的に関係した２つの固定した基準点を規定している２つの誘導手段（４４，４６）と、を含み、該２つの誘導手段（４４，４６）は、土地に対して固定されており、それによって、該２つの誘導手段（４４，４６）を通過する各ケーブルの部分は、常に土地に対して固定されており、
・  互いに直交する水平な２つの方向に沿って、前記固定点と前記誘導手段の間に延びる各ケーブルの部分の傾斜角度を測定するための手段（３２）と、
・  機械の下降につれて固定点と誘導手段の間に延びるケーブル部分の長さを測定するための手段（３０）と、
・  互いに直交する水平な２つの方向に沿って前記機械の長手方向軸の傾斜角度を測定するための、前記機械（１０）と一体化した手段（５０）と、
・  前記長さ測定及び前記傾斜角度測定に基づき前記直交方向に沿ったケーブルの２つの固定点の移動を計算するため及び２本のケーブルの固定点の移動の計算及び機械の垂直軸の２つの傾斜角度の測定に基づいて前記機械の下端部の全く異なる２つの固定した点の移動を計算するための処理手段（５２）と、
をさらに含むことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記ケーブルの前記第１の端部がそれぞれ回り継手動作システム（３４）を介して機械の上端部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
回り継手動作システムが各々自在継手で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
各々の傾斜角度測定手段が前記回り継手動作システムと１本のケーブルの第１の端部の間に取りつけられた傾斜計を含むことを特徴とする請求項２及び３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
ケーブルの２つの基準固定位置を規定するための前記２つの誘導手段には、前記ケーブル（２２，２４）が中を通過し前記トレンチ（１８）に向かい合う水平面の中に地表面で配置された２つの固定した誘導手段（３８，４０，４４，４６）が含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、掘削機械の移動の垂直度測定装置に関する。
より厳密に言うと、本発明は、標準的には機械の幅に等しい小さい幅をもつ深いトレンチを掘削することを目的とする掘削機械の垂直線に対する偏差が生じた場合にそれを連続的に測定できるようにする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような機械は、特に回転ドラム式掘削機であるが、これに制限されるわけではない。これらの機械については特にフランス特許第２２１１０２７号に説明されている。掘削機械は、ケーブルを介してクレーンに懸吊されている。機械は、その回転ドラムがトレンチを掘削するにつれて下降動作を続行する。
或る種の作業についてはトレンチは、１００メートル以上に達し得る深さを呈する可能性がある。その上、特に垂直掘削を並置させた結果として最終的なトレンチが得られるたとから、一般にこのトレンチがその垂直度に関し高い精度を有することが必要である。要求される精度は、トレンチの深さ１メートルあたり水平方向に約１mm程度である場合がある。
【０００３】
特にトレンチを施工すべき土地の不規則性が原因で、掘削機械がその垂直軌道から偏向する危険性は高く、この危険性は掘削深度が増大するにつれて高くなる。
従って、望ましい垂直軌道に対する偏差が生じた場合にそれ検出することによって機械の移動の垂直度を制御できるシステムを手に入れる切実なニーズが存在する。
この問題を解決するため、すでに掘削機械のシャーシに２つの傾斜計を備えつけることが提案されてきた。これらの傾斜計は各々、２本の垂直な軸に沿ってシャーシの傾斜を表示する。このとき、掘削工具の傾斜及び深度に応じた角度の積分により計算される掘削の断面形状を知ることができる。  このシステムにはいくつかの欠点がある。一方では、このシステムには連続的に行なわれた測定の積分が必要であり、各測定が走行する測定に従属しているために累積的誤差がひき起こされる危険性がある。他方では、これらのシステムは、掘削機械ひいてはトレンチの垂直度を制御できるようにするものの、場合によって発生する機械の捻れ運動すなわち自らの垂直軸を中心とした機械の回転運動を検出することができない。さらにこれらのシステムは、機械の「横滑り」運動すなわち、施工すべきトレンチの中央平面内の垂直線に対するその移動を検出することもできない。実際、これら２つのケースにおいて、長手方向軸は、全体的に垂直な状態にとどまり、傾斜計はいかなる偏差も検出しない。ところでこれら２つの運動は同様に、並置された連続的掘削の結果として得られたトレンチの全体的幾何形状において誤差をひき起こす。
【０００４】
必要な場合に迅速に向きを修正しこの方向性修正の効果を確認することができるように垂直線との関係又は施工すべきトレンチに対する機械の位置づけ誤差が生じた場合にそれを迅速に検出できることが重要であるということがわかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、捻れ運動又は「横滑り」移動をさらに検出できるようにする掘削機械の垂直度の連続的測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本発明に従うと、地表面から垂直なトレンチを掘削することを目的とし、下降時に支持する手段と一体化した上端部と、下端部と、長手方向垂直軸とを有する掘削機械の移動の垂直度を測定する装置において、
・  各々機械の上端部に固定された第１の端部を有し、２つの固定点が全く異なるものである小さい断面の２本のケーブルと、
・  前記ケーブルをテンション下に維持するための手段と、
・  少なくとも測定の時点で機械の下降につれて水平面内に配置された各ケーブルの部分を、この水平面内で不動状態に維持するため地表面より上に配置され、しかもこの水平面内にある場合に前記固定点と空間的に関係した２つの固定した基準点を規定している２つの誘導手段と、を含み、該２つの誘導手段は、土地に対して固定されており、それによって、該２つの誘導手段を通過する各ケーブルの部分は、常に土地に対して固定されており、
・  互いに直交する水平な２つの方向に沿って、前記固定点と前記誘導手段の間に延びる各ケーブルの部分の傾斜角度を測定するための手段と、
・  機械の下降につれて固定点と誘導手段の間に延びるケーブル部分の長さを測定するための手段と、
・  互いに直交する水平な２つの方向に沿って前記機械の長手方向軸の傾斜角度を測定するための、前記機械と一体化した手段と、
・  前記長さ測定及び前記傾斜角度測定に基づき前記直交方向に沿ったケーブルの２つの固定点の移動を計算するため及び２本のケーブルの固定点の移動の計算及び機械の垂直軸の２つの傾斜角度の測定に基づいて前記機械の下端部の全く異なる２つの固定した点の移動を計算するための処理手段と、
をさらに含むことを特徴とする測定装置が提供される。
【０００７】
固定した誘導手段と機械の上端部の間のケーブルの長さの連続的測定及び機械上に固定されたケーブルの両端の２つの傾斜角度の測定によって、ケーブルの２つの固定点の座標、ひいては場合によって固定した２つの誘導手段からの規定された基準位置に対する、それらの偏差を連続的に計算することができる、ということがわかる。
同様に、機械のシャーシと一体になった傾斜計により、掘削機械の下端部の２つの点に位置偏差が存在する場合にそれを連続的に決定することができ、これらの点は回転ドラム式掘削機の場合にはドラムの進入ゾーンに対応するということもわかる。この配置は特に、掘削機械に背の高いシャーシが備わっている場合に有利である。この配置によりさらに、掘削機械の掘削方向にもたらされる補正の効果を非常に迅速に見極めることが可能となる。
【０００８】
本発明のその他の特徴及び利点は、制限的な意味なく例として示される本発明の複数の実施形態についての以下の説明を添付図面を参照して読むことにより、さらに明確になることだろう。
【０００９】
【実施例】
まず最初に図１及び図２を参照しながら、掘削機械上に取りつけられた垂直度測定装置の原理を説明する。
これらの図には、例えば回転ドラム式カッタータイプのものである掘削機械１０が表わされている。この機械は基本的に１つのシャーシ１２と２つの回転ドラム１４及び１６を含んで成る。機械は、それが掘削しつつあるトレンチ１８の中で表わされている。機械１０は、クレーンに、図示していないテークルシステムにより懸吊されている。
本発明に従うと、２本のケーブル２２及び２４は、それぞれ掘削機械のシャーシ１２の上端部２６の２つの全く異なる点Ａ及びＢで固定されたその第１の端部２２ａ及び２４ａを有している。これらのケーブル２２及び２４は、低い剛性しか示さないよう小さい断面を有する。このことは、これらが掘削機械を支持しているわけではないため、全く問題がない。以下の説明においては、これらのケーブルを小ケーブルと呼ぶ。好ましくは、点Ａ及びＢは、掘削機械のシャーシの中央平面内でその幅に沿って、すなわち、その水平断面寸法が最も大きい方向に沿って配置されている。
【００１０】
各々の小ケーブル２２ｂ、２４ｂのもう１つの端部は、クレーン２０により支持されたドラム２８上に取りつけられている。これらのドラムには、掘削機械の下降に従ってテンション下に小ケーブル２２及び２４を維持できるようにするシステムが具備されている。その上各々の小ケーブルについて、掘削機械の下降につれて繰り出される小ケーブルの長さの測定装置３０も備わっている。かくして、トレンチ１８を掘削している地面Ｓの表面に対する掘削機械のドラム１４及び１６の深さｚをつねに知ることが可能である。
小ケーブルの全体が掘削機械の上に配置されていることを観察することが重要である。その上、小ケーブルの固定点Ａ及びＢの間の距離は、移動の精確な測定を可能にするのに充分なものでなくてはならない。しかしながらこの距離１は、機械の垂直度誤差がある場合にトレンチの壁によって小ケーブルの方向に影響が及ぼされる危険性がないように、機械の幅１よりもかなり小さいものでなくてはならない。
【００１１】
図３は、掘削機械の上端部２６上の小ケーブル２２の端部２２ａの好ましい固定様式をさらに詳細に示している。固定用装置には、上端部２６に一体化され点Ａで固定された下部プレート３０が含まれている。このプレート３０は、好ましくは自在継手である回り継手動作システム３４を介して傾斜計３２に連結されている。傾斜計は小ケーブル２２の端部２２ａに一体化されている。自在継手３４が存在することによって、傾斜計３２によって提供される表示は、小ケーブルの捻れ又はその固定ゾーン内の小ケーブルの剛性によってこれらの表示が混乱を受けることなく、実際に小ケーブル２２の終端部分の傾斜に対応する。
図１及び図２には、小ケーブル２２及び２４の誘導システム３６も表わされている。この誘導システムは、トレンチの上端部１８ａに対応する水平平面内に配置されている。
【００１２】
図４は、誘導システム３６をさらに詳細に示す。これは、好ましくは、予備溝付ガイド４２上に固定され得る２つの引込み式横架材３８及び４０によって構成されている。各々の横架材３８及び４０はその中心にそれぞれ小ケーブル２２及び２４の誘導環４４及び４６を有する。小ケーブルの精確な基準位置を提供することを条件としてその他の形の誘導を利用することも可能である。小ケーブル２２及び２４は、これらの環４４及び４６の中を通過する。掘削作業全体にわたり、横架材３８及び４０は固定されている。かくして、横架材３８及び４０により構成されている水平平面において、小ケーブルは、この水平平面内で「不動」であり、それらの位置は環４４及び４６によって課せられる。環４４及び４６の位置は、例えば、掘削機械の上端部がほぼこの同じ平面内にある場合、固定点Ａ及びＢの位置と一致する。環４４及び４６はかくして２つの基準点Ａ0 及びＢ0 を構成する。
【００１３】
小ケーブルの誘導システム３６により、基準点Ａ0 及びＢ0 は、クレーン２０の不測の動きに左右されないということがわかる。
同様に、掘削機械の上部部分の位置の誤差を見極めるためには、水平平面内の投影として、基準点Ａ0 及びＢ0 に対する小ケーブル２２及び２４の固定点Ａ及びＢの場合によって生じる移動を測定しなくてはならないということもわかる。本発明に従うと、２つの水平直交方向Ｘ及びＹに沿ったこれらの移動の値の決定は、各々の小ケーブルに結びつけられた傾斜計３２により与えられる傾斜角度ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２の表示及び掘削機械の深さｚの測定に基づいて編み出される。実際、Ｘ及びＹに沿ったこれらの移動がこれら２つのタイプの数値から容易に計算できるものであるということが理解できる。
【００１４】
図６では、小ケーブル２２の下端部２２ａを簡略化した形で斜視図として示しており、ａ１及びｂ１によって、傾斜計３２が決定した２つの角度つまり水平平面の直交軸Ｘ、Ｙと小ケーブルが成す角度を表わしている。Ｘが、全体的トレンチを掘削すべき方向に対応するのに対し、Ｙがこのトレンチの厚み又は幅の方向に向いているということがわかる。
図５では、点線により、掘削機械の上端部２６の１つの位置Ｉ及び基準位置Ａ0 及びＢ0 を規定する誘導要素を表わした。一定の深さｚに対応するこの位置において、この上端部は、図５上で実線で表わした位置を占める。点Ａ及びＢは空間内で位置Ａ１及びＢ１を占める。従って、掘削機構の位置づけ又は垂直度の欠陥の測定は、掘削機械の機構のこの位置について、これらの図に表わされた移動ＤA 及びＤB に対応する。より単純に言うと、これらの移動ＤA 及びＤB は、成分ＸについてＤAX及びＤBX、成分ＹについてはＤAY及びＤBYとよぶ水平軸Ｘ及びＹ上のその成分を用いて表現することが可能である。これらの点Ａ及びＢの移動から、当然のことながら掘削機械の上端部の位置の全ての誤差を演繹することができる。
【００１５】
実際、検出して補正すると有利であるのは、掘削機械の下端部の偏向であるということがわかる。そのため図７は、本発明の１つの実施形態を例示している。この完壁な実施形態に従うと、掘削機械のシャーシ１２にはさらに傾斜計５０が具備されている。従ってこの傾斜計は、２つの水平直交方向Ｘ及びＹに従ってシャーシの長手方向軸Ｚ、Ｚ′の傾斜角度ａ及びｂを常時測定することを可能にし、この長手方向軸は「通常な」垂直である。再度ａ及びｂは、角度ａ１、ｂ１又はａ２及びｂ２と同じ要領で規定される。当然のことながら、クレーンに備わった処理回路と共に、傾斜計３２及び５０には、情報を上に送るのに適した伝送手段又は電気ケーブルが具備されている。
傾斜計５０により検出された傾斜角度ａ及びｂ及び点Ａ及びＢの移動についてすでに明示した計算に基づいて、掘削機械の下部点Ａ′及びＢ′の偏向を計算することが可能であり、これらの点Ａ′及びＢ′が例えば、カッタの回転ドラムの進入ゾーンに対応する、ということがわかる。点Ａ′及びＢ′の場合によって生じる偏向は、以下の近似式から計算できる。なお式中ｈは掘削機械の高さを表わす。
【００１６】
ＤA'X ＝ａ１（ｚ−ｈ）＋ａｈ
ＤA'Y ＝ｂ１（ｚ−ｈ）＋ｂｈ
ＤB'X ＝ａ２（ｚ−ｈ）＋ａｈ
ＤB'Y ＝ｂ２（ｚ−ｈ）＋ｂｈ
これらの近似式は、掘削機械の初期位置において、点Ａ及びＢが固定基準点Ａ0 及びＢ0 と一致することを仮定している。そうでない場合、初期偏差を考慮に入れなくてはならない。
図８には、異なるセンサによって送り出され掘削機械の下部点Ａ′及びＢ′の偏向の計算を可能にする情報の数学的処理について、きわめて概略的に例示した。計算回路５２は、検出器３０から、処理することによって考慮対象位置における掘削機械の下端部の深さｚの決定が可能になるような情報を、常時受理する。計算回路５２は同様に、各々の小ケーブル２２及び２４に付随する傾斜計３２から、角度ａ１及びｂ１及びａ２及びｂ２の測定値を受理する。最後に、処理回路５２は、掘削機械と一体化された傾斜計５０によって送り出される傾斜角度ａ及びｂを受理する。かくして計算回路５２は、掘削機械の点Ａ′及びＢ′の垂直線に対する移動又は偏向についての情報ならびに図５の線分Ａ0 、Ｂ0 及びＡ１、Ｂ１が成す角度に対応する偶発的な捻れの効果を常時精密に作り上げることを可能にする、ということがわかる。
【００１７】
以上の説明においては、特に回転ドラム式カッタの場合、つまりトレンチの掘削についてその中に常時進入させられる掘削機械の場合を考慮した。
しかしながらグラブタイプのその他の掘削機械も存在することがわかっている。この場合、当然のことながら、バケットが岩屑で満たされる毎にグラブを地表まで引き上げる必要がある。従って、地表面に基準点Ａ0 及びＢ0 を規定する誘導手段３６を設置することはもうできない。この場合、小ケーブルの点Ａ0 及びＢ0 は、掘削機械が懸吊されているクレーン２０を基準として規定され、そのためこれらの点Ａ0 及びＢ0 を固定したものとみなすことができるようになっている。このとき、これらの基準点は一般に、地面のレベルよりかなり上の水平平面内に配置されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】垂直度測定装置を備えた掘削機械の側面図である。
【図２】垂直度測定装置を備えた掘削機械の正面図である。
【図３】掘削機械上のケーブルの端部の固定を示す測定装置の部分図である。
【図４】ケーブルガイドの設置を示す垂直度測定装置の部分図である。
【図５】掘削機械の２つの点の垂直線に対する移動の決定を例示する概略図である。
【図６】傾斜角度の決定を示す概略的斜視図である。
【図７】掘削機械上に取りつけられた機構についての垂直度測定装置の完壁な実施形態を例示する。
【図８】垂直度測定装置の中で利用される信号処理を例示する概略図である。
【符号の説明】
１０    掘削機械
１８    トレンチ
２２，２４    ケーブル
３０    ケーブル長測定手段
３２    傾斜計
３４    回り継手動作システム
３８，４０，４４，４６    誘導手段
５０    傾斜計
５２    計算回路
【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】
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【図８】
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