JP2000161958A

JP2000161958A - 地中掘進機の位置計測装置

Info

Publication number: JP2000161958A
Application number: JP34188898A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Shimomura; 義昭下村; Takashi Moro; 茂呂　　隆; Takeshi Kamei; 亀井　　健; Yasushi Minomoto; 泰美野本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】計測の際に光を位置検出素子に当てる操作を
要せず、機械的な計測誤差や振動による計測誤差が生じ
にくい地中掘進機の位置計測装置を提供する。【解決手段】計測基点、第二の計測基点、一つ以上の
中間計測点及び被計測点を順次設定して計測基点に光源
を設置するとともに、前方、後方の光源４１，４２から
の拡散光を集光する共通のレンズ４１１とこの集光した
光の受光位置を検出する位置検出素子４１２−２，４１
２−１とレンズに入射しようとする拡散光を透過しレン
ズで集光した光を各位置検出素子に導く反射プリズム４
１３−１，４１３−２と各反射プリズムで拡散光が前
方、後方に向けられる光源４１，４２とを有する計測ユ
ニット３００を第二の計測基点以降の各計測点に設置
し、予め計測した第二の計測基点の位置と各計測ユニッ
トでの検出結果と別途計測した各計測ユニット間の距離
に基づいて計測基点に対する被計測点の位置を計測す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲線経路を掘進す
る地中掘進機における掘進位置の計測に用いられる地中
掘進機の位置計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地下坑を掘削しながら地中を掘進する地
中掘進機でカーブした地下坑を掘削するには、地中掘進
機が計画路線（予め設定された掘進経路）に沿って正し
く掘進しているかどうかを知るため、その掘進位置を確
認しなければならない。この種の地中掘進機としては、
人が入れない小口径の管を地中に埋設する小口径管推進
機、人が入れる大口径の管を地中に埋設するセミシール
ド機さらにはシールド掘進機を挙げることができる。

【０００３】地中掘進機の掘進位置を確認するには、通
常、発進立坑等の地中掘進機の掘進の出発点となる地点
及び地中掘進機内にそれぞれ計測基点及び被計測点を設
定するとともに、地中掘進機の掘進の進展に応じてこれ
らの中間位置の掘進経路上に適宜中間計測点を設定す
る。そして、後に詳述するように、これらの計測点間の
各距離を計測するほか、中間計測点とこれに隣接する両
側の計測点とをそれぞれ結ぶ二つの線分同士の角度を順
次計測し、これらの計測結果に基づいて地中掘進機の掘
進位置を演算により求めるようにしている。こうした所
定の計測点を頂点とする二つの線分同士の角度を計測す
るには、両線分同士の内角及び外角の何れを計測しても
よく、その角度関係を一義的に特定できるような角度に
関する値が計測できればその目的が果たせる。この明細
書では、このような二つの線分同士の角度関係を特定し
得るような角度に関する値を偏角と称している。

【０００４】地中掘進機の位置計測においては、これま
で、こうした偏角を計測するのに、トランシットを用い
て計測する方法が一般的に採用されている。このトラン
シットによる偏角の計測方法は、人的能力に依存する方
法であるため、熟練技術者等人手を要するだけでなく一
回の測量時間が長くなる。さらに、手狭な坑内で測量し
なければならないため、測量作業に多大の労力と危険が
伴う。こうした問題に対応して、従来、この種の地中掘
進機の掘進位置計測技術として、掘進位置の計測の際
に、偏角をトランシットによらないでレーザビームで光
学的に計測する方法を採り入れたものがある。

【０００５】こうした方法を採り入れた地中掘進機の掘
進位置計測技術の代表例として、例えば特開平５ー３４
０１８６号公報に記載された技術を挙げることができ
る。この特開平５ー３４０１８６号公報に記載の技術
（以下「従来の技術」という。）は、「カーブする地下
坑内に設定される後方視準点の前方に、測角機能を有す
るレーザ照準機を設置し、シールド掘進機内に、ミニ反
射プリズムを付設した位置検出素子（光電素子）のター
ゲットを設置するとともに、これらの中間位置には、レ
ーザ照準機からのレーザビームを屈折させ屈折させたレ
ーザビームの方向転角を計測できる距離儀付きのウエッ
ジプリズムを、地中掘進機の掘進の進展に応じて適当数
設置するようにした」ものである。

【０００６】この従来の技術により地中掘進機の掘進位
置を計測するときは、ウエッジプリズムを遠隔操作で回
動させることにより、レーザ照準機からのレーザビーム
を、ウエッジプリズムを介してシールド掘進機内のター
ゲットに常に当てるようにする。そうすると、ウエッジ
プリズムを経由したレーザ照準機からのレーザビームが
ターゲットの位置検出素子に当てられるため、レーザス
ポットの位置が検出されるとともに、ウエッジプリズム
の設置点の偏角がウエッジプリズムの回動量により計測
され、また、各計測点間の距離がウエッジプリズムの距
離儀により計測される。従来の技術では、こうして得ら
れた各計測点間の距離、偏角及びレーザスポットの位置
に基づいて地中掘進機の掘進位置を座標位置により計測
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、この従来
の技術は、収束度の高いレーザ光であるレーザビームを
位置検出素子に当てるようにウエッジプリズムを回動さ
せて、その回転量によりウエッジプリズムの設置点の偏
角を計測するようにしている。そのため、地中掘進機の
掘進位置を計測する際、レーザビームをレーザビームの
位置検出素子に的確に当てるようにウエッジプリズムを
回転させる操作を要して操作が複雑であるばかりでな
く、ウエッジプリズムを回転させるための回転機構を要
し、これに伴って種々の問題がもたらされることとな
る。例えば、回動機構を要するために機械的な計測誤差
が生じやすく、光学的な誤差に機械的な誤差が加わって
高い計測精度を確保することが困難であるとともに、レ
ーザ照準機が外力によりピッチングやヨーイング方向に
振動すると、大きな計測誤差が生じる。特に、地中掘進
機の掘進位置の計測では、偏角の計測結果が掘進位置の
計測結果に及ぼす度合いが大きいことに加えて、緩やか
なカーブをなす場所の偏角を計測する機会が多く、偏角
を精度よく計測する必要性が高いことから、回動機構に
よる機械的な計測誤差や振動による計測誤差が生じる
と、地中掘進機の掘進位置の計測結果に多大な影響を及
ぼす。

【０００８】本発明は、こうした従来の技術にみられる
問題を解消しようとするものであって、その技術課題
は、地中掘進機の掘進位置計測の際に光を位置検出素子
に当てる操作を要せず、機械的な計測誤差や振動による
計測誤差が生じにくい地中掘進機の位置計測装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のこうした技術課
題は、「地下坑を掘削しながら地中を掘進する地中掘進
機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に配置し
その掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘進方向
後方に配置し計測の基点となる計測基点との位置関係で
計測する地中掘進機の位置計測装置」を構成する場合、
「前方に拡散光を発し計測基点を設定する計測基点設定
用の光源と、前方に拡散光を発する光源と前方及び後方
の光源からの拡散光の少なくとも一部をそれぞれ集光す
る集光手段と集光手段でそれぞれ集光した各光源からの
光をそれぞれ受光してその受光位置を検出する各位置検
出素子とを有し計測基点設定用の光源と隣合うように前
方に配置されて第二の計測基点を設定する第二基点計測
ユニットと、後方に拡散光を発する光源と後方の光源か
らの拡散光の少なくとも一部を集光する集光手段と集光
手段で集光した光源からの光を受光してその受光位置を
検出する位置検出素子とを有し被計測点を設定する被測
点計測ユニットと、前方及び後方に拡散光を発する各光
源と前方及び後方の光源からの拡散光の少なくとも一部
をそれぞれ集光する集光手段と集光手段でそれぞれ集光
した各光源からの光をそれぞれ受光してその受光位置を
検出する各位置検出素子とを有し第二基点計測ユニット
と被測点計測ユニットとの間に配置される少なくとも一
つの中間計測ユニットとを設けて構成し、予め求めた計
測基点に対する第二の計測基点の位置に関するデータと
第二基点計測ユニット及び中間計測ユニットでの検出結
果に基づいて得られる各光源の方向に関するデータと隣
合う各計測ユニット間の距離に関するデータとに基づい
て、計測基点に対する被計測点の相対位置を演算装置で
演算して計測するようにした」ことにより達成される。

【００１０】本発明の地中掘進機の位置計測装置は、こ
うした技術手段を採用したことにより、第二基点計測ユ
ニット及び中間計測ユニットは、前方及び後方の各光源
から拡散光を集光手段でそれぞれ集光し、その集光した
各光源からの光を各位置検出素子でそれぞれ受光してそ
の受光位置を検出することにより、前方及び後方の各光
源の方向を検出することができる。また、被測点計測ユ
ニットは、後方の光源から拡散光を集光手段で集光し、
同様にして後方の光源の方向を検出することができる。
その場合、光源として、特に拡散光を発することのでき
る光源を用いて拡がりをもつ光で広い領域を照らせるよ
うにしているため、光源にレーザビームを用いる従来の
技術のように光源からの光を位置検出素子に当てるため
の操作をしなくても済み、ひいては、その操作を可能に
するための回転機構を設ける必要がなく、その回転機構
に起因する機械的な計測誤差も生じない。

【００１１】また、第二基点計測ユニット及び中間計測
ユニットにおいては、集光した各光源からの光の受光位
置を各位置検出素子で検出することにより前方及び後方
の双方の光源の方向を検出するようにしているため、そ
の検出された各光源の方向に基づいて、地中掘進機の位
置計測に有用な各光源の光軸同士の偏角を求めることが
できる。この偏角は、第二基点計測ユニット及び中間計
測ユニットや光源がピッチング方向やヨーイング方向に
変位しても変動しないので、これらの計測ユニットが外
力によりピッチング方向やヨーイング方向に振動しても
計測誤差が生じにくい。また、こうしたことから、第二
基点計測ユニット及び中間計測ユニットを計測点に取り
付ける際、位置設定さえ正確に行えば、取付姿勢が不統
一であっても、その取付姿勢の影響を受けることなく地
中掘進機の掘進位置を正しく計測することができる。一
方、被測点ユニットでは、後方の光源からの光の受光位
置を位置検出素子で検出することによりその後方の光源
の方向を検出して、掘削機のピッチング方向及びヨーイ
ング方向の姿勢を検出することができる。

【００１２】本発明の地中掘進機の位置計測装置では、
特に、第二の計測基点を設定する第二基点計測ユニット
を設けて、これと隣合うように計測基点設定用の光源を
計測基点に設けるようにしたため、拡散光での計測の出
発点である第二の計測基点でも、前方及び後方の双方の
光源の方向を検出することができて、計測ユニットの取
付姿勢に影響されない偏角を計測することができる。そ
の結果、最初の計測ユニットである第二基点計測ユニッ
トについて、本来必要な取付姿勢の調整を行わなくて
も、第二の計測基点以降での各計測ユニットによる計測
を正常に行うことができる。そして、こうして得られる
データと予め求めた計測基点に対する第二の計測基点の
位置に関するデータとを併用して計測基点に対する被計
測点の相対位置を計測するようにしているので、高い精
度で簡便に計測することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明が実際上どのように
具体化されるのかを示す具体化例を図１乃至図４に基づ
いて説明することにより、本発明の実施の形態を明らか
にする。図１は、本発明の具体化例の地中掘進機の位置
計測装置により地中掘進機の掘進位置を計測している状
態の全体像を概略的に示す図、図２は、図１の地中掘進
機の位置計測装置に使用する中間計測ユニットの例を示
す斜視図、図３は、図２の中間計測ユニットを用いて地
中掘進機の掘進位置を計測するときの態様を部分的に示
す斜視図、図４は、図１の地中掘進機の位置計測装置で
地中掘進機の掘進位置を演算する基本的な手法を説明す
るための概念図である。

【００１４】本発明の地中掘進機の位置計測装置では、
地中掘進機の掘進位置の指標となる被計測点の位置を計
測の基点となる計測基点との位置関係で計測する。その
使用態様の一例を図１に基づいて概説する。１は地中掘
進機の主要部をなす掘削機、２はシールド掘進機で掘削
した坑道又は管推進機で掘削した管渠等の地下坑、３は
地中掘進機の掘進の出発点となる発進立坑、４は後述す
る計測基点設定用の光源１００、第二基点計測ユニット
２００、中間計測ユニット３００−１〜３００−３、被
測点計測ユニット４００及びトータルステーション５０
０とそれぞれ通信ラインで接続され地中掘進機の掘進位
置を演算する中央演算処理装置、５は中央演算処理装置
４での演算結果やその演算結果に基づいて得られる情報
をオペレータの操縦の便のために数値やグラフで表示す
る表示装置である。掘削機１は、管推進機及びシールド
掘進機等、地下坑を掘削しながら地中を掘進する地中掘
進機の掘削機であれば、何れのものでもよい。地下坑２
は、管推進機であれば、ヒューム管、鋼管等の埋設管で
坑壁が形成され、シールド掘進機であれば、鋼製又はコ
ンクリート製のセグメントで坑壁が形成される。

【００１５】１００は前方に拡散光を発し計測基点を設
定する計測基点設定用の光源、２００は地下坑２内にこ
の光源１００と隣合うように前方に配置され第二の計測
基点を設定する第二基点計測ユニット、３００−１〜３
００−３は地下坑２内における第二基点計測ユニット２
００と後記被測点計測ユニット４００との間に設定され
た中間計測点に配置される中間計測ユニット、４００は
被計測点を設定する被測点計測ユニット、５００は計測
基点に対する第二の計測基点の相対位置を計測するため
の測角・測距機能を備えたトータルステーションであ
る。中間計測ユニットは、地中掘進機の掘進の進展に応
じて一つ以上所望の数配置するが、ここでは、説明の便
宜上、三つの中間計測ユニット３００−１〜３００−３
を配置した例を示している。これらの中間計測ユニット
３００−１〜３００−３は、特に区別しないときや総称
するときには符号３００を付けて表す。第二基点計測ユ
ニット２００、中間計測ユニット３００及び被測点計測
ユニット４００は、大別すると、隣合う計測ユニットに
対して拡散光を発する光源と、隣合う計測ユニットの光
源乃至は計測基点設定用の光源１００から拡散光を受け
てその光の方向を検出するように構成された光源方向検
出手段とからなっていて、何れも基本的な構造は変わら
ない。

【００１６】地中掘進機の掘進位置を光で計測する場
合、その計測の基点となる計測基点と掘進中の地中掘進
機の現在位置を表す指標となり得るような被計測点を設
定する必要があるが、計測基点設定用の光源１００は、
計測基点を設定する役割を果たし、被測点計測ユニット
４００は、被計測点を設定する役割を果たす。計測基点
設定用の光源１００は、通常、発進立坑３に設置し、被
測点計測ユニット４００は、通常、掘削機１（シールド
工事ではシールド掘進機、管推進工事では先導体）にそ
れぞれ設置する。従来は、計測点として計測基点、中間
計測点及び被計測点を設定していたが、本発明では、特
に拡散光により光源の方向を検出する独自の構成を採用
していることとの関連上、これらの計測点のほか、計測
基点と隣合うように前方に特に第二の計測基点を新たに
設定し、これに関連して計測基点設定用の光源１００、
第二基点計測ユニット２００及びトータルステーション
５００を設けることにより、後に詳述するように計測精
度の一層の向上が図れるようにしている。第二基点計測
ユニット２００は、拡散光により光源の方向を検出する
ための計測基点となる第２の計測基点を設定する役割を
果たす。

【００１７】前述したように、各計測ユニット２００，
３００，４００は、何れも基本的な構造は変わらないの
で、各計測ユニット２００，３００，４００を代表して
中間計測ユニット３００の構造を図２及び図３に基づい
て説明し、併せて、他の計測ユニット２００，４００の
構造も明らかにする。まず、この中間計測ユニット３０
０の概要を、図３中の中間計測ユニット３００（ｋ）を
例にして説明する。図３において、中間計測ユニット３
００（Ｋ）は、第二基点計測ユニット２００から数えて
Ｋ番目の計測ユニットを表し、中間計測ユニット３００
（Ｋ＋１）、３００（Ｋ−１）は、これと隣合う前後の
中間計測ユニットを表わす。中間計測ユニット３００
（ｋ）は、前方の中間計測ユニット３００（ｋ＋１）及
び後方の中間計測ユニット３００（ｋ−１）に対してそ
れぞれ拡散光を発する前方光源４１及び後方光源４２
と、隣合う前方の中間計測ユニット３００（ｋ＋１）の
後方光源４２及び後方の中間計測ユニット３００（ｋ−
１）の前方光源４１から拡散光を受けて各光源４２，４
１の方向を検出するための、レンズ４１１、位置検出素
子４１２−１，４１２−２及び反射プリズム４１３−
１，４１３−２を有する光源方向検出手段とでユニット
をなすように構成されている。また、他の中間計測ユニ
ット３００（Ｋ＋１）、３００（Ｋ−１）も同様に構成
されている。

【００１８】次に、図２に基づいて中間計測ユニット３
００の詳細を説明すると、４１１は前方の計測ユニット
の後方光源４２及び後方の計測ユニットの前方光源４１
の拡散光をそれぞれ集光する（収束させて集める）両光
源４１，４２に共通の集光手段としてのレンズ、４１２
−１は、このレンズ４１１で集められた後方の計測ユニ
ットの前方光源４１からの拡散光を受光しその受光位置
を検出する光センサとしての位置検出素子、４１２−２
はレンズ４１１で集められた前方の計測ユニットの後方
光源４２からの拡散光を受光しその受光位置を検出する
同様の位置検出素子、４１３−１はレンズ４１１で集光
する後方の計測ユニットの前方光源４１からの拡散光を
位置検出素子４１２−１に導くように光の方向を転換す
る光方向転換手段としての反射プリズム、４１３−２は
レンズ４１１で集光する前方の計測ユニットの後方光源
４２からの拡散光を位置検出素子４１２−２に導くよう
に光の方向を転換する同様の反射プリズムである。

【００１９】中間計測ユニット３００は、大別すると、
以上述べた光源４１，４２とレンズ４１１と位置検出素
子４１２−１，４１２−２と反射プリズム４１３−１，
４１３−２とで構成される。光源４１，４２には、例え
ば発光ダイオードのような拡散光を発するいわゆる点光
源のようなものを用いる。すなわち、レーザビームのよ
うな収束度の高い光線を発するものは用いることができ
ないが、基本的には、微小なエリアから放射状に拡がる
拡散光を発するようなものであれば、設計上、適宜選択
して使用することができる。

【００２０】位置検出素子４１２−１及び位置検出素子
４１２−２は、隣合う計測ユニットの後方光源４２及び
前方光源４１からレンズ４１１に入射しようとする拡散
光を遮断しない位置にそれぞれ配置することとする。こ
こに示す例では、位置検出素子４１２−１は、その受光
面をレンズ４１１の光軸Ｃ（レンズ４１１の中心を通り
これに直交する軸線）と直交する方向に向けて側方に配
置し、位置検出素子４１２−２は、その受光面をレンズ
４１１の光軸Ｃと直交する方向に向けて上方に配置して
いる。位置検出素子４１２−１，４１２−２には、フォ
トダイオードをマトリックス状に配置したＭＯＳ型撮像
素子やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｄｅｖ
ｉｃｅ）撮像素子等の二次元光センサを用いることとし
ている。また、フォトダイオードの表面抵抗を利用して
光スポットの位置を検出することのできるＰＳＤ（Ｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ−Ｄｅｖｉｃｅ）の
ようなものを用いてもよく、要は、集光レンズで集めら
れた光を受光しその受光した光の位置を検出できるもの
であればよく、その種類は限定されない。

【００２１】反射プリズム４１３−１及び反射プリズム
４１３−２は、それぞれ、レンズ４１１の前方位置及び
後方位置に配置され、隣合う前方の計測ユニットの後方
光源４２及び後方の計測ユニットの前方光源４１からレ
ンズ４１１に入射しようとする各拡散光の少なくとも一
部をそれぞれ透過させ、レンズ４１１で集光した前方光
源４１及び後方光源４２からの光の少なくとも一部をそ
れそれ反射面で反射させて位置検出素子４１２−１及び
位置検出素子４１２−２の受光面に導くように方向転換
させる働きをする。また、これらの反射プリズム４１３
−１及び反射プリズム４１３−２は、それぞれ、中間計
測ユニット３００それ自体にユニットとして組み込まれ
ている前方光源４１及び後方光源４２の拡散光の少なく
とも一部をそれぞれ反射面で反射させて隣合う前方の計
測ユニット及び後方の計測ユニットに向けるように方向
転換させる働きもする。

【００２２】こうした反射プリズム４１３−１，４１３
−２に一般的なものを用いると、レンズ４１１に入射し
ようとする各光源４１，４２からの拡散光が、それぞ
れ、その入射前に、反射プリズム４１３−１，４１３−
２で一部反射されて減少するため、各位置検出素子４１
２−２，４１２−１に導かれる光量が損失する。こうし
た問題を解消するため、レンズ４１１に入射しようとす
る各光源４１，４２からの拡散光を、互いに振動方向の
直交する直線偏光の拡散光になるようにするとともに、
各反射プリズム４１３−１，４１３−２として、レンズ
４１１に入射しようとする一方の直線偏光の拡散光を透
過させかつレンズ４１１で集光される過程の他方の直線
偏光の拡散光を位置検出素子４１２−２，４１２−１に
導くように反射する偏光光反射プリズムを用いるとよ
い。反射プリズム４１３−１，４１３−２にこうした偏
光反射プリズムを用いると、レンズ４１１に入射しよう
とする光源４１，４２からの拡散光を、その光量を損失
させることなく透過させるとともに、レンズ４１１で集
光される過程の光源４１，４２からの拡散光を、位置検
出素子４１２−２，４１２−１に導くように全反射させ
ることができ、レンズ４１１で集光した光の受光位置を
位置検出素子４１２−１，４１２−２で明確に検出する
ことができる。

【００２３】中間計測ユニット３００を構成する場合、
こうした反射プリズム４１３−１，４１３−２を設けな
いで、中間計測ユニット３００の前部及び後部にそれぞ
れレンズ４１１を配置して、各レンズ４１１の背後にそ
れぞれ位置検出素子４１２−１，４１２−２を配置する
とともに、レンズ４１１の前方位置及び後方位置にそれ
ぞれ光源４１及び光源４２を配置して構成してもよい。
しかしながら、ここに示すように反射プリズム４１３−
１，４１３−２を設けると、隣合う前方の計測ユニット
の後方光源４２及び後方の計測ユニットの前方光源４１
からの拡散光がレンズ４１１に入射するのを阻止しない
位置にそれぞれ位置検出素子４１２−１及び位置検出素
子４１２−２を配置することが可能となるため、拡散光
を集めるためのレンズ４１１を前記の前方光源４１及び
後方光源４２に対応して別々に設ける必要はなくなっ
て、これらの光源４１，４２からの拡散光を共に集光す
るように共通化することができる。

【００２４】このように光源４１，４２からの拡散光を
集光するレンズを共通化すると、隣合う前方の計測ユニ
ットの後方光源４２及び後方の計測ユニットの前方光源
４１の各方向に基づいて当該中間計測ユニット３００で
計測される偏角は、これら前方光源４１及び後方光源４
２の各光軸Ｄ同士のなす角度（光源４１，４２の拡散光
が前後方向に直進するときの各出発点の中心位置とレン
ズ４１１の中心位置とをそれぞれ結ぶ各線同士のなす角
度）と正確に合致して、共通のレンズ４１１の中心位置
を頂点とする各光源４１，４２の光軸Ｄ同士のなす偏角
が計測されることとなるため、その計測される偏角は、
当該中間計測ユニット３００がピッチング方向及びヨー
イング方向に傾斜しても、その影響を受けることなく常
に一定に保たれる。そのため、レンズ４１１を前記のよ
うに前方光源４１及び後方光源４２に対応して別々に設
ける場合に比べて、当該中間計測ユニット３００の取付
時の取付姿勢や計測時の姿勢に一層影響されなくなっ
て、より一層正確な偏角の計測が可能となる。

【００２５】中間計測ユニット３００は、前記のよう
に、これに組み込まれる光源４１，４２の拡散光を反射
プリズム４１３−１，４１３−２で隣合う前後の計測ユ
ニットに向けるように構成しているため、光源４１，４
２とレンズ４１１と反射プリズム４１３−１，４１３−
２との位置関係を適切に定めることにより、光源４１，
４２をレンズ４１１の中心に配置したのと等価の構造に
なるように構成することができる。こうした構造を得る
には、中間計測ユニット３００を次の条件を満たすよう
に構成すればよい。イ）反射プリズム４１３−１（反射プリズム４１３−
２）の反射面の傾斜方向にに対して直交する平面上に、
光源４１（光源４２）とレンズ４１１の中心が共に位置
する。ロ）反射プリズム４１３−１（反射プリズム４１３−
２）の反射面に対するレンズ４１１の光軸Ｃの交点と光
源４１（光源４２）との間の距離が同交点とレンズ４１
１の中心との間の距離に等しい。

【００２６】１個の中間計測ユニット３００を構成する
前後の光源４１，４２及びレンズ４１１の各中心位置が
異なる点に位置して一点に集中しないと、計測ユニット
間で授受される光の光軸Ｄが後述の見通し線（隣合う計
測ユニットの基準点（レンズ４１１の中心）同士を結ぶ
直線）と完全には一致しなくなり、地中掘進機の掘進位
置を高い精度で精密に計測することはできなくなる。そ
のため、一層精度の高い地中掘進機の位置計測が必要な
場合には、こうした光の光軸Ｄと見通し線との不一致に
起因する計測誤差をなくすように、中間計測ユニット３
００の基準点と光源４１，４２との位置関係や中間計測
ユニット３００のピッチング及びヨーイングによる姿勢
傾斜値に基づいて、光源４１，４２の方向に関する検出
結果につき補正をする必要がある。

【００２７】一方、前述したように、中間計測ユニット
３００をイ）及びロ）の条件を満たすように構成して光
源４１，４２をレンズ４１１の中心に配置したのと等価
の構造になるように中間計測ユニット３００を構成すれ
ば、計測ユニット間で授受される光の光軸Ｄを見通し線
と正確に一致させることができるので、前記のような検
出結果の補正をしなくても、地中掘進機の掘進位置を一
層高い精度できわめて精密に計測することができる。し
たがって、こうした効果と光源４１，４２の拡散光を集
光するレンズを共通化した点の前述の効果とが相俟っ
て、中間計測ユニット３００が地中掘進機のピッチング
やヨーイングによって傾斜したときでも、前記のような
補正を要することなく、地中掘進機の掘進位置をきわめ
て精密に計測することができ、そのため、こうした高精
度の地中掘進機の位置計測を行う場合でも、掘進時に中
間計測ユニット３００の姿勢を逐一計測して管理する手
間を要しない。

【００２８】以上の構造を備えた中間計測ユニット３０
０の作用を、図３中の中間計測ユニット３００（ｋ）を
例にとって説明する。前方の中間計測ユニット３００
（ｋ＋１）の後方光源４２から発せられる拡散光は、中
間計測ユニット３００（ｋ）の前方の反射プリズム４１
３−１に入射後、その少なくとも一部が同反射プリズム
４１３−１を透過してレンズ４１１で集光され、しかる
後、その背後の反射プリズム４１３−２で反射されて方
向転換をし、中間計測ユニット３００（ｋ）の後方の位
置検出素子４１２−２上に結像する。同様にして、後方
の中間計測ユニット３００（ｋ−１）の前方光源４１か
らの拡散光は、その少なくとも一部が中間計測ユニット
３００（ｋ）の手前の反射プリズム４１３−２を透過し
てレンズ４１１で集光され、しかる後、その背後の反射
プリズム４１３−１で反射されて中間計測ユニット３０
０（ｋ）の前方の位置検出素子４１２−１上に結像す
る。この間、中間計測ユニット３００（ｋ）に組み込ま
れた前方光源４１及び後方光源４２の拡散光は、それぞ
れ、反射プリズム４１３−１及び反射プリズム４１３−
２の作用により前方の中間計測ユニット３００（ｋ＋
１）及び後方の中間計測ユニット３００（ｋ−１）に向
けて出射される。

【００２９】各位置検出素子４１２−１，４１２−２
は、各受光面にＸ−Ｙ平面座標が予め設定されているた
め、光源４１，４２からの拡散光が結像すると、その結
像位置すなわち集光した拡散光の受光位置をＸ，Ｙ軸の
座標点として検出する。こうして拡散光の受光位置が検
出されると、その検出結果に基づいて各光源４１，４２
の方向を演算により検出することができる。各光源４
１，４２の方向は、中間計測ユニット３００（ｋ）の基
準線（通常はレンズ４１１の光軸Ｃに合わせるように設
定）に対して各光源４１，４２の光軸Ｄ（光源４１，４
２の拡散光が前後方向に直進するときの各出発点の中心
位置とレンズ４１１の中心位置とをそれぞれ結ぶ各線）
のなす角度で表すことができ、具体的には、光源４１，
４２の方向の水平方向の成分（レンズ４１１の光軸Ｃと
光源４１，４２の光軸Ｄを水平面上へ正投影した線同士
のなす角度、例えば、図４中のφ₁，ψ₁）と垂直方向
の成分（これらの各光軸Ｃ，Ｄをレンズ４１１の光軸Ｃ
と平行な垂直面上へ正投影した線同士のなす角度）とで
特定することができる。

【００３０】これら光源４１，４２の方向の水平方向の
成分及び垂直方向の成分は、レンズ４１１の光軸Ｃ上を
通る光源４１，４２の光軸Ｄがレンズ４１１に入射後、
レンズ４１１の中心位置から位置検出素子４１２−１，
４１２−２に到達するまでの過程にたどる距離の総和
（この値は中間計測ユニット３００の仕様により定まる
既知の値である。）と、位置検出素子４１２−１，４１
２−２への光源４１，４２の拡散光の結像位置のＸ軸方
向の成分及びＹ軸方向の成分との関係から、それぞれ演
算により求めることができる。こうした演算は、中央演
算装置４で行ってもよいが、光源４１，４２の方向の水
平方向の成分及び垂直方向の成分は、前記の拡散光の結
像位置のＸ軸方向の成分及びＹ軸方向の成分が検出され
れば、一義的に定まる値であるので、ここに示す例では
中間計測ユニット３００で行っている。

【００３１】中間計測ユニット３００は、以上述べたよ
うに前後の光源４１，４２と集光手段としてのレンズ４
１１と前後の位置検出素子４１２−１，４１２−２と光
方向転換手段としての前後の反射プリズム４１３−１，
４１３−２とを有し、これらをケース内に組み込んでユ
ニット状に一体構成している。これに対し、第二基点計
測ユニット２００は、中間計測ユニット３００から後方
側の光源４２を省いたものであり、また、被測点計測ユ
ニット４００は、中間計測ユニット３００から前方側の
光源４１及び後方側の位置検出素子４１２−２を省いた
ものであり、前方側の位置検出素子４１２−１をレンズ
４１１の背後に配置すれば、前方側の反射プリズム４１
３−１も省くことができる。

【００３２】具体的に述べると、第二基点計測ユニット
２００は、前方に拡散光を発する光源４１と、後方の計
測基点設定用の光源１００及び前方の中間計測ユニット
３００の後方光源４２からの拡散光をそれぞれ集光する
レンズ４１１と、レンズ４１１でそれぞれ集光した光を
受光してその受光した各光の位置を検出することにより
これらの各光源１００，４２の方向を検出できるように
配置された位置検出素子４１２−１，４１２−２と、レ
ンズ４１１に入射しようとする各光源４２，１００から
の拡散光の少なくとも一部をそれぞれ透過しかつレンズ
４１１で集光する各光源１００，４２からの光をそれぞ
れ各位置検出素子４１２−１，４１２−２に導くように
方向転換させる反射プリズム４１３−１，４１３−２と
を有していればよい。また、被測点計測ユニット４００
は、後方に拡散光を発する光源４２と、後方の中間計測
ユニット３００の前方光源４１からの拡散光を集光する
レンズ４１１と、レンズ４１１で集光した光を受光しそ
の受光した光の位置を検出することにより前方光源４１
の方向を検出できるように配置された前方側の位置検出
素子４１２−１と、レンズ４１１に入射しようとする前
方光源４２からの拡散光の少なくとも一部を透過する後
方側の反射プリズム４１３−２を有していればよく、前
方側の反射プリズム４１３−１は、必要に応じて設けて
ればよい。

【００３３】こうした第二基点計測ユニット２００や被
測点計測ユニット４００に必要な構造は、図２の中間計
測ユニット３００が備えているので、第二基点計測ユニ
ット２００や被測点計測ユニット４００に中間計測ユニ
ット３００をそのまま使用して、中間計測ユニット３０
０を第二の計測基点や被計測点にセットするときに必要
な構造だけをソフト上活かすようにしてもよい。このよ
うに中間計測ユニット３００を第二基点計測ユニット２
００や被測点計測ユニット４００に兼用するようにすれ
ば、製作する機器の種類を少なくできてそれらの製作を
省力化することができるだけでなく、使用する機器の種
類も少なくできて機器の使用上の便もよい。

【００３４】次に、中間計測ユニット３００を第二基点
計測ユニット２００や被測点計測ユニット４００に兼用
した場合を例にして、本発明の地中掘進機の位置計測装
置の具体化例を、図１、図３及び図４を用いて説明す
る。図３は、当該計測点に設置した中間計測ユニット３
００（ｋ）とこれと隣合う前後の中間計測ユニット３０
０（ｋ＋１），３００（ｋ−１）との間で相互に拡散光
を照射しながら地中掘進機の掘進位置を計測するときの
態様を示している。図３において、Ｖ_kは中間計測ユニ
ット３００（ｋ）と中間計測ユニット３００（ｋ＋１）
の基準点同士を結ぶ直線を、また、Ｖ_k-1は中間計測ユ
ニット３００（ｋ−１）と中間計測ユニット３００
（ｋ）の基準点同士を結ぶ直線を表し、この明細書で
は、こうした直線を見通し線と称する。これらの中間計
測ユニット３００（ｋ−１），３００（ｋ），３００
（ｋ＋１）は、光源４１，４２をレンズ４１１の中心位
置に配置したのと等価の構造をしているものとし、それ
ゆえ、それらの中間計測ユニット３００の各基準点は、
何れも同じレンズ４１１の中心に位置するものとする。

【００３５】計測ユニット２００，３００，４００、計
測基点設定用の光源１００及びトータルステーション５
００を図１に示すように設置した例を基に、地中掘進機
の掘進位置の基本的な演算手法を図４に基づいて説明す
る。なお、図１には、第二基点計測ユニット２００と被
測点計測ユニット４００との間に三つの中間計測ユニッ
ト３００−１〜３００−３を設置した例を示している
が、これらの計測ユニット２００，４００の間には、地
中掘進機の掘進距離や地下坑２のカーブの状態等を考慮
しながら、一つ以上所望の数の中間計測ユニット３００
を、互いに見通すことのできる適当間隔を置いて設置す
ることができる。

【００３６】地中掘進機の掘進位置を計測する場合、前
後、上下、左右の３次元の位置座標上における計測基点
に対する被計測点の相対位置を演算して計測するが、こ
こでは、その演算方法の理解を容易にするため、地中掘
進機で水平方向（左右方向）にだけ曲線施工する場合を
例にとり、地中掘進機の掘進位置をＸ軸及びＹ軸からな
る２次元の位置座標上における座標点により求めること
とする。そのため、計測基点に設置した計測基点設定用
の光源１００の位置が原点となるとともに、Ｘ軸が地中
掘進機の発進時の推進基準方向となり、このＸ軸と直交
するＹ軸が水平方向（左右方向）となるようにした２次
元座標が図４に示すように設定されている。ここでは、
第二基点計測ユニット２００や被測点計測ユニット４０
０を、説明の便宜上、中間計測ユニット３００とみなし
て第二基点計測ユニット２００を３００（１）で表し、
この第二基点計測ユニット３００（１）から数えてｋ番
目の中間計測ユニットを３００（ｋ）で表すこととす
る。

【００３７】前記の基本原理を説明するに当たり、以下
の数式や図４に用いている記号の意味を示すこととす
る。Ｖ₀ ；地中掘進機が発進したときの実際の発進方向を表
す発進方向線、Ｖ_k；中間計測ユニット３００（ｋ）と中間計測ユニッ
ト３００（ｋ＋１）の基準点同士を結ぶ見通し線、換言
すると、隣合った中間計測ユニット３００（ｋ）と中間
計測ユニット３００（ｋ＋１）間で授受する光の光軸、Ｇ_k；中間計測ユニット３００（ｋ）の基準線すなわち
中間計測ユニット３００（ｋ）のレンズ４１１の光軸、 φ_k；中間計測ユニット３００（ｋ）の基準線Ｇ_kとそ
の前方の見通し線Ｖ_kとのなす角度、換言すると、隣合
う前方の中間計測ユニット３００（ｋ＋１）の後方光源
４２の方向を表す角度、 ψ_k；中間計測ユニット３００（ｋ）の基準線Ｇ_kとそ
の後方の見通し線Ｖ_k- ₁（Ｖ₀ も見通し線とみなす。）
とのなす角度、換言すると、隣合う後方の中間計測ユニ
ット３００（ｋ−１）の前方光源４１の方向を表す角
度、Ｈ₀；発進方向線Ｖ₀がＸ軸（地中掘進機の発進時の推
進基準方向）となす角度、Ｈ_k；中間計測ユニット３００（ｋ）の前方の見通し線
Ｖ_kと後方の見通し線Ｖ_k-1とのなす角度（外角）、す
なわち、中間計測ユニット３００（ｋ）の基準点を頂点
とする偏角 θ_k；見通し線Ｖ_kがＸ軸となす角度、ｌ_k；中間計測ユニット３００（ｋ）と中間計測ユニッ
ト３００（ｋ＋１）の基準点間の距離、換言すると、見
通し線Ｖ_kの長さ、なお、図４において、（ｘ₀，ｙ₀）は計測基点の座標
点、（ｘ₁，ｙ₁）は第二の計測基点の座標点、
（ｘ₂，ｙ₂）〜（ｘ₄，ｙ₄）は中間計測点の座標
点、（ｘ₅，ｙ₅）は被計測点の座標点を表す。

【００３８】地中掘進機の掘進位置すなわち被計測点の
座標点（ｘ₅，ｙ₅）を演算するには、まず、測角・測
距機能を備えたトータルステーション５００により計測
基点や第二の計測基点の位置を予め計測しておき、前記
２次元座標上における計測基点の座標点（ｘ₀，ｙ₀）
及び第二の計測基点の座標点（ｘ₁，ｙ₁）を特定して
おく。なお、こうした計測基点や第二の計測基点の位置
計測は、発進立坑３近くの計測であり、計測回数も限ら
れているので、トランシット等を用いて人手により行っ
てもよい。こうして計測基点に対する第二の計測基点の
相対位置すなわち第二の計測基点の座標点（ｘ₁，
ｙ₁）が特定されると、発進方向線Ｖ₀がＸ軸となす角
度Ｈ₀を次の（１）式により求めることができる。

【００３９】

【数１】

【００４０】地中掘進機の掘進過程では、中間計測ユニ
ット３００（ｋ）（ｋ＝１，５）での検出結果に基づい
て隣合う前方の中間計測ユニット３００の後方光源４２
の方向を表す角度φ_kや隣合う後方の中間計測ユニット
３００の前方光源４１の方向を表す角度ψ_kが検出でき
るので、これらの角度φ_k，ψ_kに基づいて中間計測ユ
ニット３００（ｋ）の基準点を頂点とする偏角Ｈ_k（ｋ
＝１，４）を次の（２）式により求めることができる。Ｈ_k＝φ_k−ψ_k （２）なお、角度φ_k及び角度ψ_kは、それぞれ、中間計測ユ
ニット３００（ｋ）の前方の見通し線Ｖ_k（ｋ＝１，
４）及び後方の見通し線Ｖ_k-1を座標点（ｘ_k，ｙ_k）
を中心にして基準線Ｇ_k（ｋ＝１，５）に重ねるように
回動させる場合に最小の角度で回動させる方向が時計方
向のときに正とする。したがって、例えばφ₁，ψ₁は
何れも正の角度である。

【００４１】こうして偏角Ｈ_kが求められると、見通し
線Ｖ_kがＸ軸となす角度θ_kは、この偏角Ｈ_kを用いて
次の（３）式で表すことができる。

【００４２】

【数２】

【００４３】なお、（３）においてｉを０にしたときの
角度θ₀は、前（１）で求めた角度Ｈ₀と等しい。

【００４４】一方、地中掘進機の掘進過程では、以上の
ようなデータを得るほか、隣合う中間計測ユニット３０
０間の各距離ｌ_k（ｋ＝１，４）を、後述する方法等適
宜の方法で計測して距離ｌ_kに関するデータを得る。こ
うして距離ｌ_kに関するデータが得られると、被計測点
の座標点（ｘ₅，ｙ₅）を次の（４），（５）式により
求めることができる。

【００４５】

【数３】

【００４６】

【数４】

【００４７】以上、地中掘進機の掘進の進展に伴って設
定された各計測点に対応するＹ軸方向（左右方向）の座
標位置を計測する手法について述べたが、上下方向の座
標位置についても以上に準じた手法で演算により計測す
ることができる。

【００４８】このように、地中掘進機の掘進位置すなわ
ち計測基点に対する被計測点の相対位置は、座標点（ｘ
₁，ｙ₁）のような計測基点に対する第二の計測基点の
位置に関するデータと、第二基点計測ユニット２００、
被測点計測ユニット４００及び中間計測ユニット３００
−１〜３００−３での検出結果に基づいて得られる角度
φ_k，ψ_kのような各光源４１，４２の方向に関するデ
ータと、隣合う各計測ユニット２００，３００−１〜３
００−３，４００間の距離ｌ_kに関するデータとに基づ
いて、（１）〜（５）式により演算して計測することが
できる。こうした演算は、各計測ユニット２００，３０
０−１〜３００−３，４００から通信ラインを通じて入
力される角度φ_k，ψ_kのような各光源の方向に関する
データや別途入力される距離ｌ_kに関するデータに基づ
いて中央演算処理装置４により行われる。この中央演算
処理装置４には表示装置５が接続されているため、中央
演算処理装置４で演算された地中掘進機の現在位置は、
この表示装置５に表示されて、地中掘進機の現在位置に
関する信頼性の高い情報をオペレータにリアルタイムに
提供することができ、地中掘進機の操縦を的確に行うこ
とができる。

【００４９】隣合う各計測ユニット２００，３００−１
〜３００−３，４００間の距離ｌ_kを計測する方法につ
いて述べると、地中掘進機が管推進機である場合には、
例えば、埋設済みの埋設管の数により算出される距離デ
ータと元押しジャッキのストローク計で検出される距離
データとに基づいて計測する方法を挙げることができ
る。また、地中掘進機がシールド掘進機である場合に
は、例えば、セグメントの種類と数に基づいて算出され
る距離データとシールドジャッキのストローク計で検出
される距離データとに基づいて計測する方法を挙げるこ
とができる。これらの方法は、何れも、管推進機やシー
ルドジャッキに通常付設されている元押しジャッキのス
トローク計やシールドジャッキのストローク計を距離ｌ
_kの計測にも活用することができて、距離ｌ_kの計測の
ために特別の距離計測手段を新設する必要がない。

【００５０】本地中掘進機の位置計測装置では、計測基
点設定用の光源１００や光源４１，４２からの拡散光を
各計測ユニット２００，３００，４００においてレンズ
４１１で集光し、その集光した光を位置検出素子４１３
−１，４１３−２で受光してその受光位置を検出するこ
とにより、前方光源４１及び後方光源４２の方向を検出
するようにしている。その場合、光源として、特に拡散
光を発することのできる光源４１，４２を用いて拡がり
をもつ光で広い領域を照らせるようにしているため、ウ
エッジプリズムを回動させることによりレーザビームを
位置検出素子に当てる従来の技術で行われているような
操作は行わなくても済む。その結果、こうした操作を可
能にするための回転機構を設ける必要もなくなるため、
従来の技術とは異なり、回転機構に起因する機械的な計
測誤差も生じない。また、拡散光の光源４１，４２、１
００は、このように照射領域が広いため、各計測ユニッ
ト２００，３００，４００や光源４１，４２、１００が
外力により振動しても、各計測ユニット２００，３０
０，４００を常に照らすことができて計測に支障が生じ
ることもない。

【００５１】第二基点計測ユニット２００及び中間計測
ユニット３００では、位置検出素子４１３−１，４１３
−２の受光位置により前方光源４１及び後方光源４２の
双方の光源の方向を検出するようにしているため、その
検出された光源４１，４２の方向により各光源４１，４
２の光軸同士の偏角を求めることができる。この偏角
は、図４において基準線Ｇ₁を回動させても偏角Ｈ₁の
値が変わらないことからも明らかなように、第二基点計
測ユニット２００及び中間計測ユニット３００や光源４
１，４２がピッチング方向やヨーイング方向に変位して
も（上下方向や左右方向に揺動しても）変動しないた
め、本地中掘進機の位置計測装置は、これらの計測ユニ
ット２００，３００が外力によりピッチング方向やヨー
イング方向に振動しても、計測誤差が生じにくい。ま
た、こうしたことから、第二基点計測ユニット２００及
び中間計測ユニット３００を計測点に取り付ける際、位
置設定さえ正確に行えば、取付姿勢が不統一であって
も、その取付姿勢の影響を受けることなく地中掘進機の
掘進位置を正しく計測することができる。

【００５２】拡散光の光源を用いた計測ユニット２０
０，３００、４００で地中掘進機の位置を計測するとき
には、こうした計測ユニットを、計測基点を出発点にし
て設置しても計測することができる。しかしながら、そ
の場合、計測基点に設置する最初の計測ユニットについ
て、基準線（レンズ４１１の光軸Ｃ）の方向を推進基準
方向（Ｘ軸）に合わせるように計測ユニットの取付姿勢
を調整する作業を必要とし、その調整を精度よく行わな
いと、精度の高い計測が行えず、また、その調整を精度
よく行うにはかなりの困難が伴うという拡散光の光源を
用いる計測技術に特有の問題が生じる。本地中掘進機の
位置計測装置は、こうした問題も解消するようにしたも
のであり、この点に大きな特徴がある。

【００５３】こうした問題を解消するため、第一に、計
測基点と隣合うように前方に、拡散光で光源の方向を検
出するための計測基点となる第二の計測基点を新たに設
定して、この第二の計測基点に、最初の計測ユニットで
ある第二基点計測ユニット２００を設置し、これと関連
して、計測基点に計測基点設定用の光源１００を配置す
るようにしている。第二に、計測基点に対する第二の計
測基点の位置をトータルステーション５００のような拡
散光によらない適宜の計測手段で予め計測して計測基点
に対する第二の計測基点の位置に関するデータを別途収
集するようにしている。そして、第二基点計測ユニット
２００及び中間計測ユニット３００での検出結果から得
られるデータや各計測ユニット２００，３００、４００
間の距離データに、こうした第二の計測基点の位置に関
するデータを併用して計測基点に対する被計測点の相対
位置を計測するようにしている。

【００５４】このように、拡散光で光源の方向を検出す
るための第二の計測基点を新たに設定して、第二の計測
基点に、最初の計測ユニットである第二基点計測ユニッ
ト２００を設置するようにしたことにより、計測基点に
計測基点設定用の光源１００を設置することができるた
め、拡散光での計測の出発点である第二の計測基点で
も、前方及び後方の双方の光源の方向を検出することが
できて、計測ユニットの取付姿勢に影響されない偏角を
計測することができる。その結果、第二基点計測ユニッ
ト２００について、その基準線の方向を推進基準方向に
合わせるように取付姿勢を調整しなくても、第二の計測
基点以降での各計測ユニット２００，３００、４００に
よる計測を正常に行うことができる。そして、計測基点
に対する被計測点の相対位置は、計測基点に対する第二
の計測基点の位置をトータルステーション５００で予め
計測して、その結果得られる第二の計測基点の位置に関
するデータと第二の計測基点以降での計測により得られ
るデータとを併用して計測するようにしているので、高
い精度で簡便に計測することができる。

【００５５】計測基点に対する被計測点の相対位置を計
測するには、後方に拡散光を発する光源４２を被計測点
に設けさえすれば、被測点ユニット４００を被計測点に
設ける必要はない。しかしながら、ここでは、被計測点
に敢えて被測点ユニット４００を設けて隣合う中間計測
ユニット３００−３の前方光源４１の方向を検出するよ
うにしており、これにより、ピッチング計やヨーイング
計等の新たな手段を設けることなく、掘削機１のピッチ
ング方向及びヨーイング方向の姿勢を検出することがで
きる。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、光学式
偏角測定装置に関するこの出願の第１番目の発明は、
「地下坑を掘削しながら地中を掘進する地中掘進機の掘
進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に配置しその掘
進位置の指標となる被計測点の位置を、掘進方向後方に
配置し計測の基点となる計測基点との位置関係で計測す
る地中掘進機の位置計測装置」を構成する場合、「課題
を解決するための手段」の項に示したように構成してい
るので、本発明によれば、地中掘進機の掘進位置計測の
際に光を位置検出素子に当てる操作を要せず、機械的な
計測誤差や振動による計測誤差が生じにくい地中掘進機
の位置計測装置が得られる。また、第二基点計測ユニッ
ト及び中間計測ユニットを計測点に取り付ける際、位置
設定さえ正確に行えば、取付姿勢が不統一であっても、
その取付姿勢の影響を受けることなく地中掘進機の掘進
位置を正しく計測することができる。

【００５７】一方、被測点ユニットでは、後方の光源か
らの光の受光位置を位置検出素子で検出することにより
その後方の光源の方向を検出して、掘削機のピッチング
方向及びヨーイング方向の姿勢を検出することができ
る。本発明では、特に、第二の計測基点を設定する第二
基点計測ユニットを設けて、これと隣合うように計測基
点設定用の光源を計測基点に設けるようにしたため、最
初の計測ユニットである第二基点計測ユニットについ
て、本来必要な取付姿勢の調整を行わなくても、第二の
計測基点以降での各計測ユニットによる計測を正常に行
うことができる。そして、こうして得られるデータと別
途求めた計測基点に対する第二の計測基点の位置に関す
るデータとを併用して計測基点に対する被計測点の相対
位置を計測するようにしているので、高い精度で簡便に
計測することができる。

【００５８】この出願の第１番目の発明を具体化する場
合、特に、特許請求の範囲の請求項２に記載のように具
体化すれば、以上のような優れた効果を発揮できること
に加え、前方及び後方の光源からの拡散光を共に集光す
るようにレンズを共通化することができる。また、この
ようにレンズを共通化すると、中間計測ユニットで計測
される偏角は、前方及び後方の光源に対応してレンズを
別々に設ける場合に比べて、中間計測ユニットの取付時
の取付姿勢や計測時の姿勢に一層影響されなくなって、
より一層正確な偏角の計測が可能となる。さらに、特許
請求の範囲の請求項３に記載のように具体化すれば、中
間計測ユニットの各光源をレンズの中心に配置したのと
等価の構造が得られることにより、計測ユニット間で授
受される光の光軸が見通し線と正確に一致することとな
って、両者の不一致に起因する計測誤差をなくすような
補正を光源の方向の検出結果について行わなくても地中
掘進機の掘進位置を一層高い精度できわめて精密に計測
することができる。したがって、こうした効果と前記の
レンズを共通化した点の効果とが相俟って、中間計測ユ
ニットが地中掘進機のピッチングやヨーイングによって
傾斜したときでも、前記の補正を要することなく地中掘
進機の掘進位置をきわめて精密に計測することができ、
そのため、こうした高精度の地中掘進機の位置計測を行
う場合でも、掘進時に中間計測ユニットの姿勢を逐一計
測して管理する手間を要しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体化例の地中掘進機の位置計測装置
により地中掘進機の掘進位置を計測している状態の全体
像を概略的に示す図である。

【図２】図１の地中掘進機の位置計測装置に使用する中
間計測ユニットの例を示す斜視図である。

【図３】図２の中間計測ユニットを用いて地中掘進機の
掘進位置を計測するときの態様を部分的に示す斜視図で
ある。

【図４】図１の地中掘進機の位置計測装置で地中掘進機
の掘進位置を演算する基本的な手法を説明するための概
念図である。

【符号の説明】

１掘削機２地下坑３発進立坑４中央演算処理装置５表示装置４１，４２光源１００計測基点設定用の光源２００第二計測基点計測ユニット３００中間計測ユニット４００被測点計測ユニット５００トータルステーション４１１レンズ４１２−１，４１２−２位置検出素子４１３−１，４１３−２反射プリズムＣレンズの光軸Ｇ中間計測ユニットの基準線Ｈ偏角Ｖ隣合う計測ユニット間の見通し線（光の光軸）Ｖ₀ 発進方向線ｌ各計測ユニットの基準点間の距離 φ，ψ 光源の方向を表す角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者亀井健茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者美野本泰茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内Ｆターム(参考） 2D054 AA02 AC18 GA04 GA17 GA65 GA82

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地下坑を掘削しながら地中を掘進する地
中掘進機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に
配置しその掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘
進方向後方に配置し計測の基点となる計測基点との位置
関係で計測する地中掘進機の位置計測装置であって、前
方に拡散光を発し計測基点を設定する計測基点設定用の
光源と、前方に拡散光を発する光源と前方及び後方の光
源からの拡散光の少なくとも一部をそれぞれ集光する集
光手段と集光手段でそれぞれ集光した各光源からの光を
それぞれ受光してその受光位置を検出する各位置検出素
子とを有し計測基点設定用の光源と隣合うように前方に
配置されて第二の計測基点を設定する第二基点計測ユニ
ットと、後方に拡散光を発する光源と後方の光源からの
拡散光の少なくとも一部を集光する集光手段と集光手段
で集光した光源からの光を受光してその受光位置を検出
する位置検出素子とを有し被計測点を設定する被測点計
測ユニットと、前方及び後方に拡散光を発する各光源と
前方及び後方の光源からの拡散光の少なくとも一部をそ
れぞれ集光する集光手段と集光手段でそれぞれ集光した
各光源からの光をそれぞれ受光してその受光位置を検出
する各位置検出素子とを有し第二基点計測ユニットと被
測点計測ユニットとの間に配置される少なくとも一つの
中間計測ユニットとを設けて構成し、予め求めた計測基
点に対する第二の計測基点の位置に関するデータと第二
基点計測ユニット及び中間計測ユニットでの検出結果に
基づいて得られる各光源の方向に関するデータと隣合う
各計測ユニット間の距離に関するデータとに基づいて、
計測基点に対する被計測点の相対位置を演算装置で演算
して計測するようにしたこと特徴とする地中掘進機の位
置計測装置。
【請求項２】中間計測ユニットを構成する場合、集光
手段に、前方及び後方の光源からの拡散光の少なくとも
一部を共に集光する共通のレンズを用いた上で、レンズ
に入射しようとする各光源からの拡散光の少なくとも一
部をそれぞれ透過させかつレンズでそれぞれ集光した各
光源からの光の少なくとも一部をそれぞれ各位置検出素
子に導くように方向転換させるとともに中間計測ユニッ
トの各光源の拡散光の少なくとも一部をそれぞれ反射さ
せて前方及び後方に向けるように方向転換させる各反射
プリズムを設け、レンズに入射しようとする各光源から
の拡散光を遮断しない位置に各位置検出素子を配置して
構成したことを特徴とする請求項１記載の地中掘進機の
位置計測装置。
【請求項３】中間計測ユニットが、中間計測ユニット
の各光源をレンズの中心に配置したのと等価の構造にな
るようにそれらの各光源とレンズと各反射プリズムとの
位置関係を定めて構成されていることを特徴とする請求
項２記載の地中掘進機の位置計測装置。