(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体の前部に水平方向へ回動可能な旋回部を設け、この旋回部に伸縮式の掘削ブームを俯仰可能に装着し、該掘削ブームの先端部に切削ドラムを取り付けた自由断面掘削機であって、
掘削機本体側の架台に反射プリズムと発光素子が設けられた追尾用ターゲットを後方に向けて左右一対搭載し、上記追尾用ターゲットの２つの発光素子から発射される光をトンネル内後方位置に設置された追尾装置と光波距離計を備えた２台の追尾計測装置の追尾装置で受光し、受光像と光軸のずれを検知してサーボモータを駆動し上記一対の追尾用ターゲットを自動追尾するとともに、上記光波距離計から発射される光が該一対の追尾用ターゲットの反射プリズムで反射され、該反射光を該光波距離計で受光することにより追尾計測装置と追尾用ターゲットとの距離を測定し、一対の追尾用ターゲットの３次元位置を検出し連続自動追尾して掘削機本体のヨーイング角を検出するとともに、掘削機本体に搭載した２軸の傾斜計によりピッチング角とローリング角を検出して、掘削機本体の位置と姿勢を連続検出するようにした自由断面掘削機に於いて、
掘削機本体側に設けられた旋回装置の上方であって且つ前記旋回部の上面部に架台を設置するとともに、該架台上に格子模様の透明若しくは半透明のレーザ透過板を略水平に載置して前後左右へ移動可能にし、
先ず、前記旋回装置上面の略中央部にレーザ発光器を仮置きして上方の前記格子模様の透明若しくは半透明のレーザ透過板を照射し、該旋回装置の作動により前記旋回部を旋回させながら、前記レーザ透過板を照射するレーザスポットが円運動しない一点に集束するように前記レーザ発光器の位置を移動し、斯かる状態で、前記格子模様の透明若しくは半透明のレーザ透過板を移動して格子模様の中心部をレーザスポットの集束点に一致させ、
次に、前記レーザ発光器を旋回装置から撤去し、前記格子模様の透明若しくは半透明のレーザ透過板の格子模様の中心部にレーザ発光器を載置して鉛直下方を照射し、前記旋回装置上面を照射するレーザスポットを旋回部の旋回中心点としてマーキングを施すことを特徴とする自由断面掘削機に於ける旋回部の旋回中心点検出方法。
【請求項２】
掘削機本体の前部に水平方向へ回動可能な旋回部を設け、この旋回部に伸縮式の掘削ブームを俯仰可能に装着し、該掘削ブームの先端部に切削ドラムを取り付けた自由断面掘削機に於いて、
掘削機本体側に設けられた旋回装置の上方であって且つ前記旋回部の上面外周部に、マグネット基台と該マグネット基台の上部に横向きに取り付けられたアームと該アームの先端部に下向きに取り付けられたペンホルダと該ペンホルダに装着されたけがきペンとから成るけがき装置を設置し、該けがき装置のけがきペンを前記旋回装置上面に当接し、該旋回装置の作動により前記旋回部を旋回させて旋回装置上面に円弧状の軌跡を記し、該円弧状の軌跡の任意の２等分線を２箇所求め、該２本の垂直２等分線の交点を旋回部の旋回中心点としてマーキングを施すことを特徴とする自由断面掘削機に於ける旋回部の旋回中心点検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自由断面掘削機に於ける旋回部の旋回中心点検出方法に関するものであり、特に、光学式自動追尾計測装置及びＮＣ制御装置により、掘削機本体の位置と姿勢並びに切削ドラムの位置を検出して切削範囲を制御する自由断面掘削機に於ける旋回部の旋回中心点検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の此種自由断面掘削機は、掘削機本体の前部に水平方向へ回動可能な旋回部を設け、この旋回部に伸縮式の掘削ブームを俯仰可能に装着し、該掘削ブームの先端部に切削ドラムを取り付けてある。
【０００３】
そして、トンネル内に複数の光学式自動追尾計測装置を設置するとともに、掘削機本体に同数の追尾用ターゲットを搭載し、前記自動追尾計測装置により追尾用ターゲットの位置を検出して掘削機本体の位置や姿勢を計測し、その計測値に基づいて掘削ブームの旋回中心点を演算する。
【０００４】
更に、旋回部の旋回角並びに掘削ブームの俯仰角と伸縮量を夫々検出器で検出し、各検出値及び前記旋回中心点の位置情報に基づき、ＮＣ制御装置にて切削ドラムの位置を演算する。そして、予め設定した計画断面に対する切削ドラムの位置を、自動的且つリアルタイムに画面表示する。また、前記切削ドラムが計画断面を超えたときは、掘削ブームを自動停止して過掘りを防止するように制御している。
【０００５】
ここで、前記自動追尾計測装置及びＮＣ制御装置により切削ドラムの位置を正確に演算する場合は、予め各装置の初期設定を行わなければならない。例えば掘削ブームについていえば、該掘削ブームの正確な旋回角を検出するには、掘削現場付近で機体を組み立てる際に旋回部の旋回中心点を確認し、旋回角検出器をこの旋回中心点上に設置する必要がある。
【０００６】
従来は、工場出荷整備時に予め旋回装置の上面にマーキングを施して旋回部の旋回中心点を記しておき、機体組立時に旋回部のフロア板を取り外して、前記マーキングの見える位置（即ち旋回装置の上方位置）に三脚を設置し、該三脚にトータルステーションを取り付ける。そして、下げ振りによって前記マーキングの位置を旋回角検出器の上面カバーへ盛換え、該旋回角検出器のセンタを前記マーキングの位置に一致させて旋回角検出器を設置していた。
【０００７】
斯かる状態で、前記トータルステーションの求心管から旋回角検出器のセンタをのぞき、旋回部を旋回して該センタが偏心しなければ、前記旋回角検出器は旋回部の旋回中心点上に正確に設置されていると確認できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自由断面掘削機に於ける旋回部の旋回中心点検出方法は、予め旋回装置に施されているマーキングを確認するために、旋回部のフロアを取り外した後に下げ振りによって検出するため、作業性が良好ではなかった。また、旋回中心点を旋回角検出器へ盛換えた後に、再度トータルステーションにて旋回中心点を確認する必要があった。
【０００９】
そこで、自由断面掘削機に於ける旋回部の旋回中心点を簡便且つ正確に検出するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、掘削機本体の前部に水平方向へ回動可能な旋回部を設け、この旋回部に伸縮式の掘削ブームを俯仰可能に装着し、該掘削ブームの先端部に切削ドラムを取り付けた自由断面掘削機であって、
掘削機本体側の架台に反射プリズムと発光素子が設けられた追尾用ターゲットを後方に向けて左右一対搭載し、上記追尾用ターゲットの２つの発光素子から発射される光をトンネル内後方位置に設置された追尾装置と光波距離計を備えた２台の追尾計測装置の追尾装置で受光し、受光像と光軸のずれを検知してサーボモータを駆動し上記一対の追尾用ターゲットを自動追尾するとともに、上記光波距離計から発射される光が該一対の追尾用ターゲットの反射プリズムで反射され、該反射光を該光波距離計で受光することにより追尾計測装置と追尾用ターゲットとの距離を測定し、一対の追尾用ターゲットの３次元位置を検出し連続自動追尾して掘削機本体のヨーイング角を検出するとともに、掘削機本体に搭載した２軸の傾斜計によりピッチング角とローリング角を検出して、掘削機本体の位置と姿勢を連続検出するようにした自由断面掘削機に於いて、
掘削機本体側に設けられた旋回装置の上方であって且つ前記旋回部の上面部に架台を設置するとともに、該架台上に格子模様の透明若しくは半透明のレーザ透過板を略水平に載置して前後左右へ移動可能にし、
先ず、前記旋回装置上面の略中央部にレーザ発光器を仮置きして上方の前記格子模様の透明若しくは半透明のレーザ透過板を照射し、該旋回装置の作動により前記旋回部を旋回させながら、前記レーザ透過板を照射するレーザスポットが円運動しない一点に集束するように前記レーザ発光器の位置を移動し、斯かる状態で、前記格子模様の透明若しくは半透明のレーザ透過板を移動して格子模様の中心部をレーザスポットの集束点に一致させ、
次に、前記レーザ発光器を旋回装置から撤去し、前記格子模様の透明若しくは半透明のレーザ透過板の格子模様の中心部にレーザ発光器を載置して鉛直下方を照射し、前記旋回装置上面を照射するレーザスポットを旋回部の旋回中心点としてマーキングを施す自由断面掘削機に於ける旋回部の旋回中心点検出方法、
及び、請求項２記載の発明は、掘削機本体の前部に水平方向へ回動可能な旋回部を設け、この旋回部に伸縮式の掘削ブームを俯仰可能に装着し、該掘削ブームの先端部に切削ドラムを取り付けた自由断面掘削機に於いて、
掘削機本体側に設けられた旋回装置の上方であって且つ前記旋回部の上面外周部に、マグネット基台と該マグネット基台の上部に横向きに取り付けられたアームと該アームの先端部に下向きに取り付けられたペンホルダと該ペンホルダに装着されたけがきペンとから成るけがき装置を設置し、該けがき装置のけがきペンを前記旋回装置上面に当接し、該旋回装置の作動により前記旋回部を旋回させて旋回装置上面に円弧状の軌跡を記し、該円弧状の軌跡の任意の２等分線を２箇所求め、該２本の垂直２等分線の交点を旋回部の旋回中心点としてマーキングを施す自由断面掘削機に於ける旋回部の旋回中心点検出方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。図１及び図２は自由断面掘削機１０を示し、掘削機本体１１の下部に左右のクローラ１２ａ，１２ｂが装着され、該クローラ１２ａ，１２ｂを駆動することにより自由断面掘削機１０が自走できる。前記掘削機本体１１の前部に水平方向へ回動可能な旋回部１３を設け、この旋回部１３の前方部に伸縮式の掘削ブーム１４を装着してあり、該掘削ブーム１４の先端部に切削ドラム１５が取り付けられている。
【００１２】
該掘削ブーム１４はブームシリンダ１６にて上下へ俯仰可能であり、且つ、伸縮シリンダ１７にて前後へ伸縮可能であるため、前記旋回部１３を左右へ回動することにより、掘削機本体１１前方の所定範囲内に於いて前記切削ドラム１５を任意の座標へ移動することができる。
【００１３】
一方、前記掘削機本体１１の前下部に集土装置２０を上下動可能に設け、切削ドラム１５で掘削したずりを該集土装置２０によって掻き寄せる。掻き寄せられたずりは、フィーダ２１により掘削機本体１１の後方へ送られ、ベルトコンベヤ２２にてダンプトラックや他の搬送手段へ積載される。また、前記掘削機本体１１の後部に左右のアウトリガー２３ａ，２３ｂを装着し、夫々のアウトリガー２３ａ，２３ｂを左右独立して上下動できるように形成する。
【００１４】
更に、前記掘削機本体１１の架台２８に左右一対の追尾用ターゲット３０ａ，３０ｂを後方（図１にて左方向）に向けて搭載してあり、夫々の追尾用ターゲット３０ａ，３０ｂには反射プリズムと発光素子が設けられている。
【００１５】
ここで、光学式自動追尾計測装置について説明すれば、予め、トンネル内の後方位置に２台の追尾計測装置（図示せず）を設置しておき、該追尾計測装置には追尾装置と光波距離計が備えてある。追尾用ターゲット３０ａ，３０ｂの発光素子から発射される光を追尾計測装置の追尾装置で受光し、受光像と光軸のずれを検知してサーボモータを駆動し、追尾用ターゲット３０ａ，３０ｂを自動追尾する。また、光波距離計から発射される光が追尾用ターゲット３０ａ，３０ｂの反射プリズムで反射され、該反射光を光波距離計で受光することにより、追尾計測装置と追尾用ターゲット３０ａ，３０ｂとの距離を測定する。
【００１６】
このように、２台の追尾計測装置によって追尾用ターゲット３０ａ，３０ｂの３次元位置を検出して連続的に自動追尾し、掘削機本体１１のヨーイング角を検出するとともに、掘削機本体１１に搭載した２軸の傾斜計（図示せず）によりピッチング角とローリング角を検出すれば、掘削機本体１１の位置及び姿勢を連続的に検出できる。また、切削ドラム１５の位置は、旋回部１３の旋回角並びに掘削ブーム１４の俯仰角と伸縮量を夫々ポテンショメータや回転センサ等の検出器で検出し、前述の掘削機本体１１の位置及び姿勢に基づいてＮＣ制御装置により演算される。
【００１７】
ここで、前記自動追尾計測装置及びＮＣ制御装置により切削ドラム１５の位置を正確に演算する場合は、予め各装置の初期設定を行わなければならない。例えば掘削ブーム１４についていえば、該掘削ブーム１４の正確な旋回角を検出するには、掘削現場付近で機体を組み立てる際に旋回部１３の旋回中心点を確認し、旋回角検出器をこの旋回中心点上に設置しなければならない。このため、前記旋回中心点を簡便且つ正確に検出する必要がある。
【００１８】
請求項１記載の発明は、レーザにより自由断面掘削機１０に於ける旋回部１３の旋回中心点を検出する方法であり、図３乃至図６に従って、該検出方法について説明する。図３に示すように、旋回部１３下方の掘削機本体１１側に旋回装置３１が設けられており、該旋回装置３１の作動により前記旋回部１３が水平方向へ回動する。
【００１９】
ここで、該旋回装置３１の上方であって且つ前記旋回部１３の上面中央部に架台３２を設置し、図４に示すように、この架台３２上に格子模様のレーザ透過板３３を略水平に載置する。該レーザ透過板３３は透明若しくは半透明でレーザを透過し、また、架台３２上を前後左右へ移動可能になっている。
【００２０】
図５に示すように、先ず前記旋回装置３１上面の略中央部にレーザ発光器３４を上向きに仮置きし、上方の前記レーザ透過板３３を照射する。そして、該旋回装置３１の作動により前記旋回部１３を旋回させながら、レーザ透過板３３を照射しているレーザスポットを監視する。前記レーザ発光器３４が旋回部１３の旋回中心点からずれた位置に置かれているときは、旋回部１３の旋回に伴ってレーザ透過板３３を照射するレーザスポットの軌跡が円運動するため、該レーザスポットが円運動しない一点に集束するようにレーザ発光器３４の位置を移動すれば、前記レーザ発光器３４が旋回部１３の旋回中心点に載置される。
【００２１】
斯かる状態で、架台３２上のレーザ透過板３３を前後左右へ移動して、格子模様の中心部３３ｃをレーザスポットの集束点に一致させる。双方が一致したときに、該格子模様の中心部３３ｃは旋回部１３の旋回中心点上に位置することになる。
【００２２】
次に、前記レーザ発光器３４を旋回装置３１から撤去し、図６に示すように、レーザ透過板３３の格子模様の中心部３３ｃに前記レーザ発光器３４を下向きに載置する。前述したように、該格子模様の中心部３３ｃは旋回部１３の旋回中心点上に位置しているので、前記レーザ発光器３４はこの旋回中心点から鉛直下方へレーザを発光する。従って、掘削機本体側の旋回装置３１上面を照射するレーザスポットにマーキングを施すことにより、自由断面掘削機１０に於ける旋回部１３の旋回中心点を正確に判定できる。
【００２３】
請求項２記載の発明は、けがき装置の軌跡により自由断面掘削機１０に於ける旋回部１３の旋回中心点を検出する方法であり、図７及び図８に従って、該検出方法について説明する。尚、図３乃至図６と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。図７に示すように、前記旋回装置３１上方の旋回部１３の上面外周部にけがき装置３５を設置する。
【００２４】
該けがき装置３５はマグネット基台３５ａと、このマグネット基台３５ａの上部に横向きに取り付けられたアーム３５ｂと、該アーム３５ｂの先端部に下向きに取り付けられたペンホルダ３５ｃと、このペンホルダ３５ｃに装着されたけがきペン３５ｄとからなり、該けがきペン３５ｄを旋回装置３１上面へ当接する。斯かる状態で、該旋回装置３１を作動して前記旋回部１３を旋回させれば、旋回部１３と一体にけがき装置３５が移動し、けがきペン３５ｄによって旋回装置３１上面に円弧状の軌跡３６が記される。
【００２５】
旋回部１３の旋回を停止した後に、図８に示すように、コンパス３７を用いて前記旋回装置３１上面に記された円弧状の軌跡３６の任意の２点３６ａ，３６ｂ間の垂直２等分線３８を求める。同様に、該円弧状の軌跡３６の他の２点間の垂直２等分線を求める。本実施の形態では、前記点３６ｂを含めた２点３６ｂ，３６ｃ間の垂直２等分線３９を求める。そして、２本の垂直２等分線３８，３９の交点Ｏが前記円弧状の軌跡３６の中心であることから、この交点Ｏにマーキングを施すことにより、自由断面掘削機１０に於ける旋回部１３の旋回中心点を正確に判定できる。
【００２６】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明では、掘削機本体側に設けられた旋回装置の略中央部にレーザ発光器を仮置きして上方の透明若しくは半透明のレーザ透過板を照射し、旋回部を旋回させながらレーザスポットが一点に集束するようにレーザ発光部の位置を移動し、透明若しくは半透明のレーザ透過板の中心部をレーザスポットの集束点に一致させる。更に、該透明若しくは半透明のレーザ透過板の中心部から下方に向けてレーザ発光器を載置し、旋回装置上面を照射するレーザスポットを旋回中心点としてマーキングする。レーザによって自由断面掘削機に於ける旋回部の旋回中心点を検出するので、短時間で正確な旋回中心点を検出することができる。
【００２８】
また、請求項２記載の発明では、旋回部に、マグネット基台と該マグネット基台の上部に横向きに取り付けられたアームと該アームの先端部に下向きに取り付けられたペンホルダと該ペンホルダに装着されたけがきペンとから成るけがき装置を設置して、けがきペンを旋回装置上面に当接し、旋回部を旋回させて旋回装置上面に円弧状の軌跡を記す。この円弧状の軌跡の任意の２点間の垂直２等分線を２箇所求めて、その交点を旋回中心点としてマーキングする。斯かる場合も、該旋回部の旋回中心点を簡便に検出することができる。
【００２９】
斯くして、自由断面掘削機に於ける旋回部の旋回中心点を簡易且つ正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施の形態を示すものである。
【図１】自由断面掘削機の側面図。
【図２】自由断面掘削機の正面図。
【図３】（ａ）請求項１記載の発明の検出工程を示す要部平面図。
（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図４】（ａ）請求項１記載の発明の検出工程を示す要部平面図。
（ｂ）図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図５】（ａ）請求項１記載の発明の検出工程を示す要部平面図。
（ｂ）図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図。
【図６】（ａ）請求項１記載の発明の検出工程を示す要部平面図。
（ｂ）図６（ａ）のＤ−Ｄ断面図。
【図７】（ａ）請求項２記載の発明の検出工程を示す要部平面図。
（ｂ）図７（ａ）のＥ−Ｅ断面図。
【図８】請求項２記載の発明の検出工程を示す要部平面図。
【符号の説明】
１０        自由断面掘削機
１１        掘削機本体
１３        旋回部
１４        掘削ブーム
１５        切削ドラム
３１        旋回装置
３２        架台
３３        レーザ透過板
３３ｃ      格子模様の中心部
３４        レーザ発光器
３５        けがき装置
３５ｄ      けがきペン
３６        円弧状の軌跡
【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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