(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
さく岩機を搭載したガイドシェルと、該ガイドシェルをガイドマウンチングで支承するブームと、前記ガイドシェル及びブームの可動部分の作動量を検出するための検出器と、該検出器からの検出データに基づいてガイドシェルの自動位置決め又は位置表示を行う制御装置とを備えたさく孔機に用いられ、当該さく孔機の基準位置及び方向を設定するさく孔機の基準位置及び方向の設定装置であって、
前記ガイドシェルの位置を検出するために前記ブームの作動と共に移動するように設けられた１個のプリズムと、さく孔の基準方向を示すレーザビームが当たっている切羽上の点にビットの先端をセットするときに、前記ブームの作動と共に移動する前記１個のプリズムを自動追尾して当該１個のプリズムのプリズム位置を２箇所の測定点で測定する自動追尾式測量機と、前記検出器の検出データから求めた各測定点のプリズム位置の演算データ及び前記自動追尾式測量機による各測定点のプリズム位置の測定データに基づいて、さく孔の基準方向に対するさく孔機の基準方向のずれと、切羽に対するさく孔機の基準点の位置とを求め、さく孔機の基準方向のずれ及び基準点の位置のデータを制御装置に設定する演算手段とを備えたことを特徴とするさく孔機の基準位置及び方向の設定装置。
【請求項２】
前記１個のプリズムは、ガイドマウンチングの後部に設置されていることを特徴とする請求項１記載のさく孔機の基準位置及び方向の設定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、さく岩機を搭載したガイドシェルやブームの各関節部やスライド部等の可動部分の作動量を検出し、その検出データに基づいて自動位置決めや位置表示を行うトンネルジャンボ等のさく孔機の基準位置及び方向の設定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル掘削等のさく孔作業において、省力化、省人化のために、さく岩機を搭載したしたガイドシェルとこれを支持するブームをコンピュータを用いた制御装置で制御して自動的に位置決め又は位置表示を行うさく孔機が用いられている。このようなさく孔機では、ガイドシェルやブームの各関節部やスライド部等の可動部分の作動量を検出し、その検出データに基づいて制御装置のさく孔制御プログラムが目標位置までの所要移動量を演算して各可動部分のアクチュエータの作動を制御する。
【０００３】
例えば、図５に示すさく孔機では、さく孔機の台車１１の基台１２上にブーム台１３を旋回軸１４によって枢着し、ブーム台１３に伸縮ブーム１５の基端を俯仰軸１６によって枢着している。伸縮ブーム１５は基端ブーム４と先端ブーム５とからなり、先端ブーム５が基端ブーム４に対してスライドするよう装着されている。基台１２とブーム台１３との間には旋回用油圧シリンダ１７、伸縮ブーム１５の基端ブーム１とブーム台１３との間には俯仰用油圧シリンダ１８が設けられており、これによって伸縮ブーム１５は、旋回、俯仰可能になっている。
【０００４】
先端ブーム５の先端部には、チルトボデイ１９がチルト軸２０によって枢着され、先端ブーム５との間にチルト用油圧シリンダ２１を設けてチルト可能になっている。チルトボデイ１９には、スイングボデイ２２がスイング軸２３によって枢着され、チルトボデイ１９との間にスイング用油圧シリンダ（図示略）を設けてスイング可能になっている。スイングボデイ２２にはガイドロータリ２４が設けられており、ロータリ軸２５を中心としてローテーション可能になっている。ガイドロータリ２４には、マウント軸２７でガイドマウンチング２６が支持され、このガイドマウンチング２６でガイドシェル６を前後スライド可能に支承している。ガイドシェル６にはさく岩機９が搭載されている。さく岩機９には先端にビット７を取付けたロッド８が挿着されており、ガイドシェル６上で前後方向への送りが与えられて切羽１０の岩石にさく孔する。
【０００５】
このさく孔機の伸縮ブーム１５の旋回軸１４、俯仰軸１６、チルト軸２０、スイング軸２３、ロータリ軸２５、及び伸縮ブーム１５、ガイドマウンチング２６、ガイドシェル６のスライド部の各可動部分には、その作動量を検出するための検出器（図示略）が設置されており、旋回角θ1 、俯仰角θ2 、チルト角θ3 、スイング角θ4 、ロータリ角θ5 、ブームスライド長Ｌ1 、ガイドスライド長Ｌ2 、さく岩機フィード長Ｌ3 が検出される。
【０００６】
このさく孔機において、さく岩機９を搭載したガイドシェル６及びガイドシェル６をガイドマウンチング２６で支承する伸縮ブーム１５からなるさく孔装置の作動の基準点は、ブーム台１３の旋回軸１４上にある。このさく孔機の基準点に対するビット７の先端の位置は、前記各検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ）の関数として、また、さく孔機の基準方向に対するガイドシェル６の方向は検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ）の関数として制御装置のコンピュータで演算し求められる。
【０００７】
トンネルでさく孔作業を行う場合には、さく孔パターンは切羽１０上に設定されるので、コンピュータ制御により自動的に位置決めしさく孔を行うためには、さく孔機の台車１１を切羽１０付近に設置した後、さく孔開始前に、切羽１０に対するさく孔機の基準点の位置を制御装置に入力しておく必要がある。また、さく孔機の台車１１をさく孔の基準方向と正しく一致する方向に設置することは困難であるので、さく孔の基準方向に対するさく孔機の基準方向のずれを予め制御装置に入力しさく孔制御用のデータを補正する必要がある。
【０００８】
上記の如く、ブーム台１３の旋回軸１４上にあるさく孔機の基準点に対するビット７の先端の位置は、前記各検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ）の関数として、また、さく孔機の基準方向に対するガイドシェル６の方向の傾きは検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ）の関数として求めることができるので、切羽１０に対するさく孔機の基準点の位置は、各可動部分のアクチュエータを作動させ、さく孔の基準方向を示すレーザビームが当たっている切羽上の点にビット７の先端をセットし、このときの各可動部分の作動量を検出することにより、検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ）の関数として求めることができる。
【０００９】
また、さく孔の基準方向に対するさく孔機の基準方向のずれは、さく孔の基準方向を示すレーザビームの方向にガイドシェル６の方向を一致させ、このときの各可動部分の作動量を検出し、検出値（θ1 、θ2 、θ3 、θ4 、θ5 ）の関数として求めることができる。
さく孔の基準方向を示すレーザビームの方向にガイドシェル６の方向を一致させる方法としては、従来、図６に示すように、ガイドシェル６上の前後２箇所にターゲット２８、２９を設け、レーザビームＬＢがこのターゲット２８、２９のターゲットポイント２８ｔ、２９ｔに同時に当たるようにガイドシェル６を位置決めする方法と、図７に示すように、ガイドシェル６の後端にターゲット３０を設け、レーザビームＬＢが当たっている切羽１０上の点にビット７の先端をセットし、少しさく孔してビット７の位置がずれないようにした後、レーザビームＬＢがロッド８の延長線上に設けたターゲット３０のターゲットポイント３０ｔに当たるようにガイドシェル６を位置決めする方法とが用いられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、さく孔の基準方向に対するさく孔機の基準方向のずれを求めるために、図６の方法を用いて、レーザビームＬＢが２箇所のターゲットポイント２８ｔ、２９ｔに同時に当たるようにガイドシェル６を位置決めするのは、さく孔装置の多数の可動部分を調整しなければならず、難しい作業であって、時間と手間がかかる。図７の方法では、ビット７の位置がずれないようにさく孔するための時間と手間がかかる。またターゲット３０がガイドシェル６の後端に設けられているので、さく岩機９の重量でガイドシェル６が撓み誤差を生ずることがあり、このための補正計算も行う必要がある。
【００１１】
本発明は、さく孔の基準方向に対するさく孔機の基準方向のずれと、切羽に対するさく孔機の基準点の位置とを容易に求めることができ、基準点の位置及び基準方向のずれのデータを制御装置に予め設定するためのさく孔の準備作業の時間を短縮して、作業能率を向上させることのできるさく孔機の基準位置及び方向の設定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のさく孔機の基準位置及び方向の設定装置は、さく岩機を搭載したガイドシェルと、ガイドシェルをガイドマウンチングで支承するブームと、ガイドシェルとブームの可動部分の作動量を検出するための検出器と、検出器からの検出データに基づいてガイドシェルの自動位置決め又は位置表示を行う制御装置とを備えたさく孔機に用いられ、当該さく孔機の基準位置及び方向を設定するさく孔機の基準位置及び方向の設定装置であって、ガイドシェルの位置を検出するためにブームの作動と共に移動するように設けられた１個のプリズムと、さく孔の基準方向を示すレーザビームが当たっている切羽上の点にビットの先端をセットするときに、ブームの作動と共に移動する１個のプリズムを自動追尾して当該１個のプリズムのプリズム位置を２箇所の測定点で測定する自動追尾式測量機と、検出器の検出データから求めた各測定点のプリズム位置の演算データ及び自動追尾式測量機による各測定点のプリズム位置の測定データに基づいて、さく孔の基準方向に対するさく孔機の基準方向のずれと、切羽に対するさく孔機の基準点の位置とを求め、さく孔機の基準方向のずれ及び基準点の位置のデータを制御装置に設定する演算手段とを備えている。
【００１３】
さく孔作業を行う場合には、さく孔機の台車を切羽付近に設置した後、さく孔装置を作動してガイドシェルを移動させ、さく孔の基準方向を示すレーザビームが当たっている切羽上の点にビットの先端をセットする。自動追尾式測量機は、ガイドシェルの移動に伴って移動するプリズムを自動追尾し複数の測定点で順次プリズム位置を測定する。
【００１４】
演算手段は、各測定点における検出器の検出データから各測定点のプリズム位置を求めると共に、得られた各測定点のプリズム位置の演算データ及び自動追尾式測量機による各測定点のプリズム位置の測定データに基づいて、さく孔の基準方向に対するさく孔機の基準方向のずれを求め、さらに、切羽上の点にビットの先端をセットしたときのプリズム位置の演算データ及びプリズム位置の測定データとから切羽に対するさく孔機の基準点の位置を求め、得られた基準方向のずれ及び基準点の位置のデータを制御装置に設定する。
【００１５】
さく孔を開始すると、さく孔パターンのデータは、制御装置により、予め設定された基準方向のずれ及び基準点の位置のデータに基づいてさく孔機を基準とするさく孔パターンのデータに変換され、さく孔が制御される。
上記のさく孔機の基準点の位置と基準方向のずれを求めるための操作は、自動追尾式測量機で１個のプリズムの位置を測定させるだけなので極めて容易であり、さく孔の準備作業の時間を短縮して、作業能率を向上させることができる。
【００１６】
プリズムをガイドマウンチングの後部に設置すると、撓み誤差が小さくなり、このための補正計算を行う必要がない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態である基準位置及び方向の設定装置を備えたさく孔機の側面図、図２乃至図４は測定作業の説明図である。
ここで、さく孔機の基本的構成は、図５に示す従来の自動制御方式のさく孔機と同様であり、さく孔機の台車１１の基台１２上にブーム台１３を旋回軸１４によって枢着し、このブーム台１３に伸縮ブーム１５の基端を俯仰軸１６によって枢着している。伸縮ブーム１５は基端ブーム４と先端ブーム５とからなり、先端ブーム５が基端ブーム４に対してスライドするよう装着されている。基台１２とブーム台１３との間には旋回用油圧シリンダ１７、伸縮ブーム１５の基端ブーム４とブーム台１３との間には俯仰用油圧シリンダ１８が設けられており、これによって伸縮ブーム１５は、旋回、俯仰可能になっている。
【００１８】
先端ブーム５の先端部には、チルトボデイ１９がチルト軸２０によって枢着され、先端ブーム５との間にチルト用油圧シリンダ２１を設けてチルト可能になっている。チルトボデイ１９には、スイングボデイ２２がスイング軸２３によって枢着され、チルトボデイ１９との間にスイング用油圧シリンダ（図示略）を設けてスイング可能になっている。スイングボデイ２２にはガイドロータリ２４が設けられており、ロータリ軸２５を中心としてローテーション可能になっている。ガイドロータリ２４には、マウント軸２７でガイドマウンチング２６が支持され、このガイドマウンチング２６でガイドシェル６を前後スライド可能に支承している。ガイドシェル６には、先端にビット７を取付けたロッド８が挿着されているさく岩機７が搭載されており、さく岩機９は前後方向への送りが与えられて切羽１０の岩石にさく孔する。
【００１９】
このさく孔機の伸縮ブーム１５の旋回軸１４、俯仰軸１６、チルト軸２０、スイング軸２３、ロータリ軸２５、及び伸縮ブーム１５、ガイドマウンチング２６、ガイドシェル６のスライド部の各可動部分には、その作動量を検出するための検出器（図示略）が設置されており、旋回角θ1 、俯仰角θ2 、チルト角θ3 、スイング角θ4 、ロータリ角θ5 、ブームスライド長Ｌ1 、ガイドスライド長Ｌ2 、さく岩機フィード長Ｌ3 が検出される。
【００２０】
図１に示すように、このさく孔機の台車１１にはコンピュータを用いた制御装置５０と無線通信機５１が搭載されている。さく孔機の基準点Ｊに対するビット７の先端の位置は、前記検出器の各検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ）の関数として、また、さく孔機の基準方向に対するガイドシェル６の方向は検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ）の関数として制御装置５０のコンピュータで演算し求められる。
【００２１】
また、制御装置５０のコンピュータには、さく孔の基準方向に対するさく孔機の基準方向のずれと、切羽１０に対するさく孔機の基準点Ｊの位置とを求め、さく孔機の基準方向のずれ及び基準点Ｊの位置のデータを設定する演算手段として、基準演算用プログラムが常駐している。
さく孔機のガイドマウンチング２６の後部には、ガイドシェル６の位置を検出するためのプリズム３が設置されている。さく孔機の基準点Ｊに対するプリズム３の位置は、前記検出器の各検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ，Ｌ1 ）の関数として制御装置５０のコンピュータで演算し求められる。
【００２２】
さく孔機の台車１１の後方には、自動追尾式測量機４０が設置される。この自動追尾式測量機４０は、望遠鏡と本体がそれぞれ鉛直方向と水平方向に回転可能で、赤外線ＩＲを利用した追尾機能を備えており、移動するプリズム３を自動的に追尾して正確に視準し、距離測定と三次元座標測定とを行うことができる。
自動追尾式測量機４０によって測定されたデータは、無線通信機４３から台車１１上の無線通信機５１に送信され、無線通信機５１から制御装置５０に入力される。通信手段には、有線のものを用いることもできる。
【００２３】
さく孔作業を行う場合には、図２に示すように、さく孔機の台車１１を切羽１０付近に設置した後、図３のように切羽１０から離隔した位置からガイドシェル６を移動させ、図４に示すように、さく孔の基準方向を示すレーザビームＬＢが当たっている切羽１０上の点にビット７の先端をセットする。
このとき、自動追尾式測量機４０は、ガイドシェル６の移動に伴って移動するプリズム３を自動追尾し２箇所の測定点で順次プリズム位置Ｐl 、Ｐ2 を測定する。各測定点は任意に選択できるが、測定点間の距離はある程度大きくとること望ましい。
【００２４】
自動追尾式測量機４０による各測定点のプリズム位置Ｐl 、Ｐ2 の測定データは、さく孔の基準方向をＺ軸、このＺ軸と直交する仮想切羽面上の水平線、垂直線をＸ軸、Ｙ軸とする切羽座標系の座標（Ｘl ，Ｙl ，Ｚl ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ，Ｚ2 ）として得られる。
同時に制御装置５０のコンピュータは、各測定点のプリズム位置Ｐl 、Ｐ2 を各測定点における検出器の検出データ（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ，Ｌ1 ）から求める。検出器の検出データから演算によって求められる各測定点のプリズム位置Ｐl 、Ｐ2 の演算データは、さく孔機の基準点Ｊを原点とし、さく孔機の前後方向をｚ軸、左右方向をｘ軸、上下方向をｙ軸とするさく孔機座標系の座標（ｘl ，ｙl ，ｚl ）、（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）として得られる。
【００２５】
もし、さく孔の基準方向とさく孔機の基準方向とが一致するように台車１１が設置されていない場合には、切羽座標系上の２点（Ｘl ，Ｙl ，Ｚl ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ，Ｚ2 ）を通る直線の方向の角度データ（αX ，αY ，αZ ）と、さく孔機座標系上の２点（ｘl ，ｙl ，ｚl ）、（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）を通る直線の方向の角度データ（βx ，βy ，βz ）とが一致しないので、制御装置５０のコンピュータがこの角度データ（αX ，αY ，αZ ）と（βx ，βy ，βz ）とを対比して、さく孔の基準方向とさく孔機の基準方向とのずれを求める。
【００２６】
さらに、さく孔の基準方向を示すレーザビームＬＢが当たっている切羽１０上の点にビット７の先端がセットされたところで、検出器の各検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ）から切羽１０に対するさく孔機の基準点Ｊの位置を求める。得られた基準方向のずれ及び基準点の位置のデータは、制御装置５０のコンピュータのさく孔制御プログラムに補正のための初期値として設定される。
なお、２箇所目の測定点として、切羽１０上の点にビット７の先端をセットしたところを選択すれば、改めてビット７の先端をレーザビームＬＢが当たっている切羽１０上の点にセットする必要はなく、さく孔の基準方向とさく孔機の基準方向とのずれを求めるのと同時に切羽１０に対するさく孔機の基準点Ｊの位置を求めることができる。
【００２７】
さく孔を開始すると、切羽座標系上で設定されているさく孔パターンのデータは、制御装置５０により、予め設定された基準方向のずれ及び基準点の位置のデータに基づいてさく孔機を基準とするさく孔パターンのデータに変換され、さく孔が制御される。
上記のさく孔機の基準点の位置と基準方向のずれを求めるための操作は、自動追尾式測量機４０で１個のプリズム３の位置を２箇所で測定させるだけなので極めて容易であり、従来１５分程度を要していた作業が１分程度で済むので、さく孔の準備作業の時間が短縮され、作業能率を向上させることができる。
【００２８】
なお、プリズム３はガイドマウンチング２６以外のブーム回りやガイドシェル、さく岩機等に設けてもよい。
ガイドマウンチング２６はガイドシェル６を支承するベースなので、構造的に強度が大であり、ガイドシェル６と平行に構成されている。このガイドマウンチング２６の後部にプリズム３を設置しているので、撓み誤差は極めて小さく、このための補正計算を行う必要はない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のさく孔機の基準位置及び方向の設定装置によれば、さく孔機の基準点の位置と基準方向のずれを求めるための操作は、自動追尾式測量機で１個のプリズムの位置を２箇所で測定するだけなので極めて容易であり、さく孔の準備作業として基準方向のずれ及び基準点の位置のデータを制御装置に設定する時間を短縮できるので、作業能率が向上する。
【００３０】
プリズムをガイドマウンチングの後部に設置すると、撓み誤差が小さくなるので撓みのための補正計算を行う必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である基準位置及び方向の設定装置を備えたさく孔機の側面図である。
【図２】測定作業の説明図である。
【図３】測定作業の説明図である。
【図４】測定作業の説明図である。
【図５】さく孔機の構成の説明図である。
【図６】レーザビームの方向にガイドシェルの方向を一致させた状態を示す従来の方法の説明図である。
【図７】ターゲットポイントにレーザビームが当たるようにガイドシェルを位置決めする従来の方法の説明図である。
【符号の説明】
３      プリズム
４      基端ブーム
５      先端ブーム
６      ガイドシェル
７      ビット
８      ロッド
９      さく岩機
１０    切羽
１１    台車
１２    基台
１３    ブーム台
１４    旋回軸
１５    伸縮ブーム
１６    俯仰軸
１９    チルトボデイ
２０    チルト軸
２２    スイングボデイ
２３    スイング軸
２４    ガイドロータリ
２５    ガイドロータリ軸
２６    ガイドマウンチング
２７    マウント軸
４０    自動追尾式測量機
４３    無線通信器
５０    制御装置
５１    無線通信器
ＩＲ    赤外線
Ｊ      基準点
ＬＢ    レーザビーム
【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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