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【発明の名称】 傾斜測定装置
【発明者】 【氏名】近久 博志

【氏名】小林 薫

【氏名】中原 博隆

【氏名】松元 和伸

【氏名】熊谷 幸樹

【氏名】筒井 雅行
【要約】 【課題】ボーリング孔等の掘削作業を中断することなく、その掘削作業と並行してその傾斜角度の測定作業を連続的に行うことができ、しかも、電気的なノイズが混入することなく精度のよい測定を行える傾斜測定装置の提供。

【解決手段】本発明に係る傾斜測定装置は、ケース体１８，４６に形成した空室２１，４８内に、シリコンオイル等の制振液Ｗを密実に充填するとともに、その制振液Ｗ中に、これと比重を異ならせたマーカー３１，４４，４７を球面上での移動が自在となるように配置し、また、それらのマーカー３１，４４，４７を撮影する撮影手段２３，４９をその空室２１，４８外に固設した構成になっている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ケース体に形成した空室内に、シリコンオイル等の制振液を密実に充填していること、その制振液中に、これと比重を異ならせたマーカーを球面上での移動が自在となるように配置していること、そのマーカーを撮影する撮影手段をその空室外に固設していることを特徴とする傾斜測定装置。
【請求項２】 上記マーカーは、制振液よりも比重の大きいものである請求項１記載の傾斜測定装置。
【請求項３】 上記マーカーは、制振液よりも比重の小さいものである請求項１記載の傾斜測定装置。
【請求項４】 上記マーカーは気泡であり、これを上壁面を球面形に形成した空室内に封入している請求項３記載の傾斜測定装置。
【請求項５】 上記ケース体に、制振液の注入口と排出口が形成されている請求項１，２，３又は４記載の傾斜測定装置。
【請求項６】 上記ケース体が円筒形にして形成されており、撮影手段は、レンズ部の光軸をそのケース体の中心軸に一致して配置したＣＣＤカメラであり、また、マーカーの傾動中心が上記中心軸上に設けられている請求項１，２，３，４又は５記載の傾斜測定装置。
【請求項７】 上記空室は、ケース体に対して着脱自在な密封容器である請求項１，２，３，４，５又は６記載の傾斜測定装置。
【請求項８】 内周面にガイド溝を形成したガイドパイプが被傾斜測定管に内挿されており、ケース体にはガイド溝にガイドされるガイドローラが設けられている請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の傾斜測定装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば掘削機のリーダー等に挿入して、その傾斜角度を測定する傾斜測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の傾斜測定装置として、特開平８−１４８９５号公報に記載されたものがある。その傾斜測定装置は、図９に示すように、ケース体１の上部板１ａに固着した支持材２に、磁石３を内蔵した振子体４を連結することにより、ケース体１内に揺動自在に吊下しているとともに、その磁石３に対向するケース体１側にホール素子５を配設したものである。
【０００３】上記の傾斜測定装置では、被測定対象物の傾斜につれて鉛直軸線からいずれの方向に傾斜した場合にも、振子体４が鉛直姿勢を保持するために、ホール素子５に対する磁石３の相対的位置が傾斜角度に応じて変位する。従って、ホール素子５から発生するホール電圧を検出することにより、被測定対象物の傾斜角度を測定するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の傾斜測定装置は、吊下した振子体４に取り付けた磁石３を、ホール素子５により電磁的に検出しているために、測定時にノイズが混入しやすい。
【０００５】さらに、振子体４に伝達される外部振動を緩衝するために、ケース体１内にダンピング液６を充填しているが、そのダンピング液６の上部に空気溜め空間７を設けているので、外部振動が、そのダンピング液６の自由液面６ａに波紋等を生じさせ、その波紋等が測定結果に悪影響を与えている。
【０００６】従って、上記従来の傾斜測定装置では、たとえば掘削機によってボーリング孔を掘削しながらの傾斜角度の測定を行うことができず、掘削作業と測定作業を交互に行わなければならず、その作業が煩雑であるとともに掘削作業を遅延させる原因となる。
【０００７】そこで本発明は、ボーリング孔等の掘削作業を中断することなく、その掘削作業と並行してその傾斜角度の測定作業を連続的に行うことができ、しかも、電気的なノイズが混入することなく精度のよい測定を行える傾斜測定装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る傾斜測定装置は、ケース体１８，４６に形成した空室２１，４８内に、シリコンオイル等の制振液Ｗを密実に充填するとともに、その制振液Ｗ中に、これと比重を異ならせたマーカー３１，４４，４７を球面上での移動が自在となるように配置し、また、それらのマーカー３１，４４，４７を撮影する撮影手段２３，４９をその空室２１，４８外に固設した構成になっている。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。８は、図１に示すように、掘削機本体９の前側に傾動可能に装架したブーム１０に、下端部にオーガー１１を取り付けた被傾斜測定管であるリーダー１２を押進するオーガーマシンＧを配設した掘削機である。
【００１０】本発明の第１の実施形態に係る傾斜測定装置１４（以下、本発明装置という）は、上記リーダー１２に昇降自在に挿入されており、これに、上記オーガーマシンＧ上に載置した昇降駆動部１５、操縦室９ａ内に配置した、図２に示す制御部１６、及びコンピュータ１７を加えて傾斜観測システムを構成している。
【００１１】リーダー１２には、図３に示すように、内周面１３ａに４本のガイド溝１３ｂ…を９０°間隔で形成したガイドパイプ１３が内挿されている。
【００１２】本発明装置１４の構成は次の通りである。１８は、図４に示すように、上下端面を閉じた円筒形にした金属製のケース体であり、これの内部を、例えば透明なアクリル樹脂等からなる区画板１９により、上下２つの空室２０，２１に区画している。
【００１３】ケース体１８の外周面１８ａの上，下端部には、上記ガイドパイプ１３のガイド溝１３ｂ…内を走行するガイドローラ２２…が配設され、これにより、ガイドパイプ１３内で回転することなく昇降できるようにしている。
【００１４】上側の空室２０内には、撮影手段であるＣＣＤカメラ２３と、このＣＣＤカメラ２３を制御する、図６に示すビデオシグナル変調回路２４及び電源ユニット２５を搭載した制御ボード２６が収納されている。
【００１５】ＣＣＤカメラ２３は、カメラ本体２７と、これの下端部に配設したレンズ部２８とからなり、そのレンズ部２８の光軸をケース体１８の中心軸Ｏに一致させた状態でカメラホルダ２９により固定されている。
【００１６】下側の空室２１内には、所要粘度からなるシリコンオイル等の制振液Ｗが密実に充填されているとともに、その制振液Ｗ中に、これと比重を異ならせたマーカー３１を球面上での移動が自在となるように支持したマーカー支持部Ａが配設されている。
【００１７】具体的には、マーカー支持部Ａは、上記区画板１９下面の中心に上端部を固定した所定長さの例えば透明なプラスチックの糸等からなる支持材３０の下端部に、制振液Ｗよりも比重の大きい例えば金属製からなる球形のマーカー３１を連結してなるものであり、これにより、マーカー３１は、中心軸Ｏ上に設けた支持材３０の上端部を中心Ｏ１とした球面移動ができるようになっている。なお、本実施形態においては、支持材３０の上端部から、マーカー３１の下端部までの長さをＬとしている。
【００１８】制振液Ｗは、前記掘削機８による掘削に伴う外部振動により、マーカー３１が変位してしまうことを防ぐためのものであり、従って、その振動数，マーカー３１の重量及び支持材３０の長さ等を勘案して、その粘度を適宜変更するとよい。
【００１９】ケース体１８の周壁１８ａには、空室２１内に制振液Ｗを注入する注入口３２と、その制振液Ｗを排出させる排出口３３が形成されており、それらにより、制振液Ｗの注入と排出を容易に行えるようにしている。なお、３２ａ，３３ａは注入口３２と排出口３３に螺合された止栓である。
【００２０】マーカー支持部Ａは、支持材３０に連結されたマーカー３１が常に鉛直姿勢に保持されること、詳しくは、中心Ｏ１を通る鉛直線上に一致した状態に保持されることを利用したものであり、図５に示すように、ケース体１８が傾斜していないときのマーカー３１の初期位置（イ）と、そのケース体１８が傾斜したときのマーカー３１の相対的な移動位置（ロ）を撮影することにより、本発明装置１４の傾斜角度、すなわち、本発明装置１４を内挿したリーダー１２の傾斜角度，方向及びずれを算出できるようにしている。
【００２１】次に昇降駆動部１５と制御部１６について説明する。昇降駆動部１５は、図６に示すように、たとえば全長数百メートルのケーブル３４を巻回するドラム３５と、このドラム３５を正逆回転駆動するモーター３６と、このモーター３６を駆動制御する駆動制御回路３７とからなり、ドラム３５に付設したプーリー３５ａの正逆方向の回転数によって、ケーブル３４の一定距離毎の繰り出しと巻き取りを行うことにより、本発明装置１４を任意の深度に移動させるようにしている。
【００２２】制御部１６は、本発明装置１４からケーブル３４を通じて出力されたビデオ信号を復調するビデオシグナル復調回路３８、電源ユニット３９、本発明装置１４の深度を表示する深度表示器４０及びＣＰＵ４１からなる。
【００２３】ＣＰＵ４１は、次の各手段を有している。
(1) ＣＣＤカメラ２３で撮影した上記マーカー３１の初期位置（イ）と移動位置（ロ）の２つの画像に基づいて、本発明装置１４の傾斜角度とその方向、すなわち、リーダー１２の傾斜角度とその方向を算出する傾斜角度算出手段。
【００２４】傾斜角度の算出原理は、上記初期位置（イ）と移動位置（ロ）に移動したときのマーカー３１の画像を解析して、その重心３１ａの座標を算出するとともに、それら座標の値から初期位置（イ）から移動位置（ロ）までの移動距離Δｘ，Δｙを算出し、それらを次式(1) ，(2) に代入することにより傾斜角度θｘ，θｙを求める。なお、Ｌは、上記支持材３０の上端部から、マーカー３１の下端部までの長さである。
θｘ＝ｔａｎ-1（Δｘ／Ｌ） (i) θｙ＝ｔａｎ-1（Δｙ／Ｌ） (ii) これにより、本発明装置１４の、すなわちリーダー１２の傾斜角度を求めることができる。
【００２５】(2) ケーブル３４の繰出し長さに基づいて、本発明装置１４の深度を算出する深度算出手段。
【００２６】(3) 上記傾斜角度に基づき、一定の深度毎の座標を算出する座標算出手段。すなわち、各深度と上記傾斜角度とから、公知の三角関数により一定の深度毎の座標を算出し、さらに、その座標から、初期位置（イ）からのずれを算出している。
【００２７】前記コンピュータ１７には、ビデオキャプチャーカード４２を介して、制御部１６で得られた解析結果に基づくリーダー１２の画像が転送され、それらがディスプレイ１７ａ上に２次元表示されるようにしている。
【００２８】次に、本発明装置１４を用いて、リーダー１２の傾斜角度を測定する作業について説明する。掘削機８による掘削作業に並行して、リーダー１２のガイドパイプ１３内に挿入しておいた本発明装置１４を、昇降駆動部１５により複数回昇降させながら、一定の深度毎の傾斜角度を複数回測定する。このように、複数回の測定を行うことにより、必要に応じて各深度での測定誤差を補正できるようにしている。
【００２９】これら画像データは、これらを重畳した状態で制御部１６に転送され、その制御部１６において復調，分離される。そして、傾斜角度、各深度毎の初期位置からのずれ等を求める。
【００３０】コンピュータ１７のディスプレイ１７ａ上には、算出された本発明装置１４の傾斜角度、各深度毎の初期位置からのずれ等が表示されるようにしている。これにより、掘削機８の操縦者は、リーダー１２が鉛直姿勢となるように各部を操作する。
【００３１】マーカー支持部の他例について、図７を参照して説明する。なお、本発明装置の他の構成については、図１〜６において説明したものとほぼ同じものであるので、同等のものに同一の符号を付して説明を省略する。
【００３２】図７に示すマーカー支持部Ａ′は、制振液Ｗ中に、これよりも比重の小さい例えばプラスチック製からなる球形のと比重を異ならせたマーカー４４を球面上での移動が自在となるように支持してなるものである。
【００３３】具体的には、ケース体１８の底壁中心に下端部を固定した所定長さの支持材４３の上端部にマーカー４４を連結してなるものであり、これにより、マーカー４４は、中心軸Ｏ上に設けた支持材４３の上端部を中心Ｏ１′とした球面移動ができるようになっている。なお、支持材４３は、上記の支持材３０と同じく例えば透明なプラスチックの糸等からなるものである。また、支持材４３の上端部から、マーカー４４の下端部までの長さをＬとしている。
【００３４】すなわち、マーカー支持部Ａ′は、支持材４３に連結されたマーカー４４が、ケース体１８の傾動に関わりなく、そのマーカー４４に作用する浮力によって、常に鉛直姿勢に保持されること、詳しくは、中心Ｏ１′を通る鉛直線に一致した状態に保持されることを利用したものであり、前記図５において説明したものと同様にして、ケース体１８が傾斜していないときのマーカー４４の初期位置と、そのケース体１８が傾斜したときのマーカー４４の相対的な移動位置を撮影することにより、本発明装置１４の傾斜角度、すなわち、本発明装置１４を内挿したリーダー１２の傾斜角度，方向及びずれを算出できるようにしている。
【００３５】次に、本発明の第２の実施形態に係る傾斜測定装置について、図８を参照して説明する。図８に示す本発明の第２の実施形態に係る傾斜測定装置４５は、上下端面を閉じた円筒形にした金属製のケース体４６内に、例えば透明なアクリル樹脂製の密封容器４８を着脱自在に収容しているとともに、その密封容器４８の上部に、撮影手段であるＣＣＤカメラ４９を固設した構成のものである。
【００３６】密封容器４８は、これの上壁４８ａを所要曲率の球面形にして形成したものであり、これの内部に、上記と同様の制振液Ｗが密実に充填されているとともに、マーカーである気泡４７が封入されている。
【００３７】すなわち、気泡４７が、これに作用する浮力により、球面形にした上壁４８ａ下面の天頂部に常に保持されることを利用したものである。換言すると、気泡４７は、上壁４８ａの曲率半径の中心Ｏ１″を中心とした球面上での移動が自在となるようになっている。本実施形態においては、上壁４８ａと気泡４７によりマーカー支持部Ａ″を構成している。
【００３８】ケース体４６は、これの外周面４６ａの上，下端部に、前記ガイドローラ２２と同様のガイドローラ５０…が配設されており、ガイドパイプ内で回転することなく昇降できるようにしている。
【００３９】上記ＣＣＤカメラ４９は、カメラ本体５１と、これの下端部に配設したレンズ部５２とからなり、そのレンズ部５２の光軸をケース体４６の中心軸Ｏ′に一致させた状態でカメラホルダ５３により固定されている。
【００４０】傾斜角度の算出原理は、上記図５において説明したものと同様であり、前記の実施形態においては、支持材の上端部からマーカーの上下端部までの長さをＬとしたのに対して、この第２の実施形態においては、密封容器４８の上面４８ａの曲率半径をＬ′として、換言すると、曲率半径の中心Ｏ１″から気泡４７の上端部までの長さをＬ′として、次式により求めている。
θｘ＝ｔａｎ-1（Δｘ／Ｌ′） (iii) θｙ＝ｔａｎ-1（Δｙ／Ｌ′） (iv)これにより、リーダーの傾斜角度を求めることができる。
【００４１】この第２の実施形態に係る本発明装置の場合、互いに粘度の異なる制振液を充填した密封容器を複数用意しておき、たとえば外部振動の振動数等の掘削条件に対応して、それらの密封容器を交換するとよい。
【００４２】なお、本発明は前述した各実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。上記においては、傾斜測定装置をリーダー内で昇降自在に配置した例について説明したが、リーダーの下端部に固定してもよい。この場合には、リーダーの掘進に従って、傾斜測定装置を次第に深く移動させられるので、上述したような昇降駆動部を設ける必要はない。
【００４３】上記においては、本発明装置を被傾斜測定管として掘削機のリーダー内に挿入した例について説明したが、例えば地盤に掘削したボーリング孔に挿入して、そのボーリング孔の傾斜角度を測定するようにしてもよい。
【００４４】上記においては、ケース体として金属製のものを例として説明したが、合成樹脂で形成してもよい。
【００４５】
【発明の効果】請求項１〜８記載の発明によれば、次の効果を得ることができる。ケース体に形成した空室内に、シリコンオイル等の制振液を密実に充填しているとともに、その制振液中に、これと比重を異ならせたマーカーを球面上での移動が自在となるように配置し、また、そのマーカーを撮影する撮影手段をその空室外に固設しているので自由液面がなく、従って、外部から振動が加えられる場合にも制振液に波紋等が生じない。すなわち、外部振動が加えられているときにも、たとえば掘削機によるボーリング孔の掘削作業を中断することなく、これに並行して傾斜角度の測定作業を連続的に行うことができる。
【００４６】マーカーの移動位置を撮影手段で撮影するようにしているので、傾斜角度を電磁的に測定していた従来の傾斜測定装置のように、測定時に電気的なノイズが混入せず、精度のよい測定を行うことができる。
【００４７】マーカーを球面上で移動できるようにしただけの簡易な構成にしているので、ケース体の外径を小さく設定することができる。
【００４８】請求項１〜８記載の発明で得られる上記共通の効果の他、各請求項記載の発明によれば次の各効果を得ることができる。
【００４９】請求項４記載の発明によれば、マーカーとして気泡を用いているので、さらに簡易な構成にすることができる。
【００５０】請求項５記載の発明によれば、ケース体に、制振液の注入口と排出口を形成しているので、振動数等を考慮した粘性を有する制振液の注入，排出作業が容易である。
【００５１】請求項６記載の発明によれば、ＣＣＤカメラのレンズ部の光軸をケース体の中心軸に一致して配置し、また、マーカーが移動する球面の中心を中心軸上に設けているので、傾斜角度の算出が容易である。
【００５２】請求項７記載の発明によれば、空室を、ケース体に対して着脱自在な密封容器で形成しているので、互いに粘度の異なる制振液を充填した密封容器を複数用意しておき、例えば外部振動の振動数等の振動掘削条件によってそれらの密封容器を交換することができるので便利である。
【００５３】請求項８記載の発明によれば、内周面にガイド溝を形成したガイドパイプが上記リーダーに内挿されており、ケース体にはガイド溝にガイドされるガイドローラを設けているので、ガイドパイプ内でケース体が回転してしまうことを防止できる。
【出願人】 【識別番号】０００２３５５４３
【氏名又は名称】飛島建設株式会社
【出願日】 平成１１年１１月１５日（１９９９．１１．１５）
【代理人】 【識別番号】１０００６２４７６
【弁理士】
【氏名又は名称】原田 信市
【公開番号】 特開２００１−１４１４５１（Ｐ２００１−１４１４５１Ａ）
【公開日】 平成１３年５月２５日（２００１．５．２５）
【出願番号】 特願平１１−３２４１７３