JP2018163114A - 計測装置、計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】掘削機本体等の対象物の位置を容易に計測できる計測装置等を提供する。【解決手段】計測装置１は、地盤７の掘削時の掘削機本体６の位置を計測するものであり、複数の棒状の計測ユニット１０を上下に接続して構成され、一方の端部に取付けた掘削機本体６の位置を計測する。計測ユニット１０は内部に空洞を有する筒体であり、計測ユニット１０の傾斜を測定する傾斜測定装置と、傾斜測定装置の測定結果を送信するアンテナ部材を有する。上下の計測ユニット１０を接続する接続箇所では、上下の計測ユニット１０が相対回転可能である。この接続箇所については、上下の計測ユニット１０が少なくとも所定の面内で相対回転可能な接続箇所と、上下の計測ユニット１０が少なくとも所定の面と直交する面内で相対回転可能な接続箇所が存在している。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物の位置を計測する計測装置および計測システムに関する。

地中連続壁を構築する際に用いる掘削機として、懸垂型掘削機が知られている。懸垂型掘削機は、ベースマシンからワイヤ等で掘削機本体を懸垂し、掘削機本体を吊下ろしながら掘削機本体に設けたカッタ等で地盤を掘削するものである。

懸垂型掘削機により地盤を掘削する際には、掘削機本体の姿勢を制御し掘削方向を常に鉛直に保つことが望ましい。そのための手法として、特許文献１では計測用のワイヤを掘削機本体に取付けて、掘削時のワイヤの繰り出し長さを計測したり、ワイヤの水平位置をカメラで計測したりして掘削機本体の位置を計測している。

また本発明者も、掘削機本体を懸垂するワイヤの位置をカメラ等で測定することによって掘削機本体の位置を計測するシステムを以前出願している（特許文献２参照）。

特開2001-234555号公報 特開2016-075670号公報

しかしながら、特許文献１の方法ではワイヤの緩み防止の目的から多大なテンションをワイヤに付与する必要があり、そのために非常に大きなトルクモータが必要になり、トルクモータに要するコストやスペース、また安全性の面でも課題がある。

一方、本出願人による特許文献２のシステムでは上記のようなトルクモータが不要であり、簡便且つ正確に掘削機本体の位置を計測することができる。

しかしながら、このような懸垂型掘削機では、掘削機本体やこれを懸垂するワイヤが泥はね防止シートで覆われた状態で使用されることがあり、カメラ等でワイヤの位置を測定するのが困難である。また、ワイヤの絡み防止の目的からワイヤがプラスチック製のボックスで被覆されていることもあり、この場合もワイヤの位置をカメラ等で直接測定するのが困難になる。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、掘削機本体等の対象物の位置を容易に計測できる計測装置等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、複数の棒状の計測ユニットを上下に接続して構成され、下端部に取付けた対象物の位置を計測する計測装置であって、前記計測ユニットは、前記計測ユニットの傾斜を測定する傾斜測定装置と、前記傾斜測定装置の測定結果を送信する送信部を有し、上下の前記計測ユニットを接続する接続箇所では、上下の前記計測ユニットが前記計測ユニットの長手方向に沿った面内で相対回転可能であり、且つ、上下の前記計測ユニットが少なくとも所定の面内で相対回転可能な接続箇所と、上下の前記計測ユニットが少なくとも前記所定の面と直交する面内で相対回転可能な接続箇所が存在することを特徴とする計測装置である。
前記計測装置は例えば地盤の掘削時の掘削機本体の位置を計測するものであり、前記計測装置の下端部が前記掘削機本体の外部に取付けられる。

本発明の計測装置は、計測ユニットの長さと傾斜から求まる計測ユニットごとの変位を積算して計測装置の両端部間の変位を計測することができ、計測装置の端部を対象物に外部から取付けることで、対象物の位置を容易に計測できる。そのため、例えば前記したように懸垂用のワイヤによる掘削機本体の位置測定ができない場合でも、計測装置を掘削機本体に外部から取付けてその位置が容易に計測できるようになる。

また、上下の計測ユニットを接続する接続箇所については、上下の計測ユニットが所定の面内で相対回転可能な接続箇所と、上下の計測ユニットが所定の面と直交する面内で相対回転可能な接続箇所が存在するので、計測装置全体がフレキシブルな動きをすることが可能であり、対象物の位置に応じて変形したり、障害物を避けて上方に延びたり、障害物の衝突時の衝撃を和らげたりすることができる。

前記計測ユニットは、内部に空洞を有する筒体であることが望ましい。
これにより、掘削溝内のソイルセメント等の流動体中に計測装置を配置する場合に、計測ユニットに浮力による上向きの力を働かせて浮かせることができる。その結果、計測装置の緩み防止のために大きなトルクモータ等が不要になる。

また前記空洞に充填体が設置されることが望ましい。
これにより、空洞内に水分等が浸入した場合でも、浮力による上向きの力を確実に働かせることができる。

前記筒体がポリカーボネイトによって形成されることも望ましい。
計測ユニットにポリカーボネイトを用いることで、軽量で浮力による上向きの力が働きやすく且つ高強度で耐衝撃性に優れたものとなる。

前記計測装置の上端部に、線材を介してカウンターウェイトが取付けられることも望ましい。
本発明では、上記のように計測ユニットに浮力による上向きの力を働かせる結果、計測装置の緩み防止のための構成はカウンターウェイトを用いた簡易なものとできる。

上下の前記計測ユニットを接続する接続箇所では、上下の前記計測ユニットが相対的に上下移動可能であることが望ましい。
掘削溝内のソイルセメント等の流動体中に計測装置を配置する場合、上記の構成によって上下の計測ユニットの縁を切ることで、計測装置の下降開始時に計測装置全体に瞬間的に加わる静止摩擦抵抗が、計測装置と対象物の接続部に集中的に作用して接続部が破断するのを防ぐことができる。

上下の前記計測ユニットの前記傾斜測定装置の間で、電波が、上下の前記計測ユニットの接続箇所および前記計測ユニットの内部を透過して伝送されることが望ましい。
本発明では、上下の計測ユニットの接続箇所や計測ユニットの内部を、電波透過性を有する構成とすることで、上記のように傾斜測定装置の間で電波の伝送を行うことができ、各計測ユニットの傾斜測定装置の間でリレー形式による信号の送受信を行うことが可能になり、簡易な構成で各傾斜測定装置への測定指示や各傾斜測定装置の測定結果の収集を行うことができる。

第２の発明は、第１の発明の計測装置と情報処理装置による計測システムであって、前記情報処理装置は、前記計測装置の下端部に取付けた対象物の位置を、各計測ユニットの長さおよび傾斜を用いて算出することを特徴とする計測システムである。
このように、本発明では計測ユニットの長さと傾斜から情報処理装置によって対象物の位置を好適に算出できる。

本発明により、掘削機本体等の対象物の位置を容易に計測できる計測装置等を提供することができる。

計測装置１を懸垂型掘削機の掘削機本体６に取付けた状態を示す図。 ベースマシン８の上部を側方から見た図。 計測ユニット１０を示す図。 上下の計測ユニット１０の接続箇所１６における相対回転について説明する図。 計測装置１の変形について示す図。 傾斜測定装置３０の概略を示す図。 計測ユニット１０の傾斜を示す図。 掘削機本体６による地盤７の掘削について示す図。 計測装置１による位置計測について説明する図。 マーキング１７について示す図。 上下の計測ユニット１０ａの接続箇所１６ａを示す図。 上下の計測ユニット１０ａの傾斜測定装置３０間の電波の伝送を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
（１．懸垂型掘削機と計測装置１）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る計測装置１を懸垂型掘削機の掘削機本体６に取付けた状態を示す図である。

計測装置１は、地中連続壁の施工時等に掘削機本体６のカッタ６１で地盤７を掘削して掘削溝７１を形成する際に用いられる。本実施形態では、地盤７の掘削と並行して掘削機本体６からセメントスラリー等を吐出し、これを掘削土と原位置で撹拌混練してソイルセメント（流動体）を生成しながら地盤７を下方へと掘り進んでゆくものとする。地中連続壁の施工としては、こうして掘削溝７１を形成した後、掘削溝７１内のソイルセメントに芯材を建て込む手順となる。

本実施形態では、掘削機本体６の立面の四隅に１つずつ計４つのカッタ６１が設けられており、各カッタ６１が水平軸を中心として独立に正逆回転することで地盤７の掘削ができるようになっている。また掘削機本体６の内部には、掘削機本体６の姿勢（傾斜）を計測するための光ファイバジャイロや傾斜計（不図示）が設けられる。ただし光ファイバジャイロは時間経過に伴って誤差が大きくなる傾向があるので、本実施形態では掘削機本体６の平面における向き（方位）をより正確に計測するため、さらに方位角センサ（不図示）なども設けている。

掘削機本体６は吊材５によってベースマシン８から吊り下げられる。吊材５はワイヤ５１をプラスチック製の箱状の複数の被覆材５２によって連続的に覆った形となっており、これによりワイヤ５１の絡みを防止している。吊材５は掘削機本体６の上面の左右両側に取付けられ、これらの吊材５の間には、カッタ駆動用の油圧を掘削機本体６に供給するための複数の油圧ホース９等も設けられる。

なお、掘削機本体６の構成や掘削機本体６による地盤７の掘削方法はこれに限らない。掘削溝７１内の流動体も掘削方法に応じて異なり、掘削溝７１内に水（泥水）や安定液が満たされるケースもある。

図１に示すように、本実施形態の計測装置１は複数の棒状の計測ユニット１０を上下に接続して構成される。計測装置１の下端部は、ボールジョイント等の接続部１５によって掘削機本体６（対象物）の外部に球面接続され、自由な挙動が確保される。計測装置１の上端部にはワイヤ３（線材）が接続されており、ワイヤ３を介して後述するカウンターウェイト４が取付けられる。

図２はベースマシン８の上部を側方から見た図である。図２に示すように、吊材５等（吊材５および油圧ホース９）はベースマシン８の上部に設けたドラム８２に巻き付けられており、ドラム８２から繰り出された吊材５等がベースマシン８の先頭に保持されたプーリ８１に引掛けられて直下の掘削機本体６に接続される。

プーリ８１やドラム８２の回転中心には滑車８１１、８２１が取付けられる。前記したワイヤ３はこれらの滑車８１１、８２１に引掛けられ、その先端にカウンターウェイト４（錘）が取付けられる。このカウンターウェイト４により計測装置１の緩みが防止される。

（２．計測ユニット１０）
図３は計測ユニット１０を示す図であり、計測装置１のうち上下に並んだ３つの計測ユニット１０を示したものである。なお、以下の説明では、必要に応じて、計測ユニット１０を最下段のものから最上段のものへと順に１０_１、１０_２、…１０_ｎ−１、１０_ｎ、１０_ｎ＋１、…１０_ｍ−１、１０_ｍと下付き文字を付した符号を用いて区別することがある。

図３に示すように、計測ユニット１０は上下を塞いだ中空の筒体であり、内部に空洞を有する。そのため、計測ユニット１０には掘削溝７１内のソイルセメントに対する浮力によって上向きの力が働くようになっている。なお、計測ユニット１０の外面には、地盤７の掘削時に土やセメントスラリー等が付着しないようにスプレー等により付着防止材が塗布される。

計測ユニット１０の筒体の材料や形状、大きさ等は、計測ユニット１０に上記した上向きの力が働くように種々定めることができる。本実施形態では、比重1の水に対し筒体単体で浮力による上向きの力を確保できるように、筒体の材料や形状、大きさ等を定める。ただし、比重1以上（例えば1.3〜1.4程度）のソイルセメントに対し筒体単体で浮力による上向きの力を確保できるように定めることもできる。

筒体の形状は円筒状でもよいし、角筒状のものでもよい。また筒体の材料もある程度の軽さと筒体が自重で撓まない程度の強度を有していればよく、アルミ等の金属や、ポリカーボネイト、ABS(acrylonitrile butadiene styrene)樹脂、PVC(poly
vinyl chloride)樹脂等の樹脂、プラスチック系の各種の新素材などを用いることができる。本実施形態では特にポリカーボネイトを用いるものとする。ポリカーボネイトはアルミの比重の半分以下と軽量であり且つ高い強度を有しており、浮力による上向きの力が働きやすく耐衝撃性の面でも好ましい。なお、後述する電波の伝送路に当たる部分では特にアルミ等の金属は用いず、上記したポリカーボネイトのような電波透過性を有する材料を使用する必要がある。アルミ等の金属はそれ以外の部分に使用可能であるが、比重が大きいので浮力による上向きの力は働きにくくなる。

計測ユニット１０の内部の空洞は、上から順に３つの室１１、１２、１３に区画される。また計測ユニット１０の上端部の外面にはスライダ１４が設けられる。

計測ユニット１０の最も上の室１１には充填体２０が設けられる。この室１１やその下方の室１２は内部に水分等が浸入しないように完全防水仕様となっているが、充填体２０は、室１１の内部空間を充填体２０によって予め埋めておくことで、室１１の内部に万が一水分等が浸入した際にも、室１１の内部の浸水量を減らし、計測ユニット１０に浮力による上向きの力を確保するために設けられる。

充填体２０の材料や形状、大きさ等は、例えば室１１の内部に比重1の水が浸入した際にも計測ユニット１０に浮力による上向きの力が働くように種々定めることができ、例えばその重量を体積で割った比重が比重1の水よりも小さくなるようにする。

本実施形態では、充填体２０として上下を塞いだ中空の円筒体または中実の円柱体を用いており、これを発泡スチロールによって形成している。しかしながら、充填体２０の材料や形状、大きさ等はこれに限ることはなく、室１１の内部に水分等が浸入した際に計測ユニット１０に浮力による上向きの力を確保できればよい。例えば上記の充填体２０を発泡スチロールの代わりにABS樹脂等で形成することも可能であり、この場合は強度を高めることができる。

本実施形態では、浮力による上向きの力を確保するため、計測ユニット１０において上記の室１１が大部分を占めており、例えば計測ユニット１０の長さの2/3以上を占めている。従って、この室１１の下方の室１２、１３は、計測ユニット１０の下部において、計測ユニット１０の長さの下から1/3以下の範囲に配置される。しかしながら、室１１、１２、１３の配置がこれに限ることはない。

計測ユニット１０の室１２内には傾斜測定装置３０が設けられる。傾斜測定装置３０からは、上下の室１１、１３内にアンテナ部材４１、４２（送信部）が延びている。アンテナ部材４１、４２は室１１、１３内の空洞に配置されるが、例えばアンテナ部材４１を充填体２０の内部に通したりすることも可能である。傾斜測定装置３０については後述する。

計測ユニット１０の最も下の室１３、および前記したスライダ１４は、上下の計測ユニット１０同士を、鉛直面内（計測ユニット１０の長手方向に沿った面内）で相対回転可能に接続するために設けられる。

すなわち、室１３の側壁には所定長さ（例えば100m程度）のスリット１３１が設けられ、このスリット１３１に下方の計測ユニット１０のスライダ１４が取付けられる。

スライダ１４は、軸１４１とその先端の頭部１４２を有し、計測ユニット１０の外面に取付けた軸１４１が上記のスリット１３１に通され、その先端の頭部１４２が室１３内に配置される。頭部１４２の幅はスリット１３１の幅より大きく、スライダ１４がスリット１３１から外れないようになっている。

これにより、計測ユニット１０とその下方の計測ユニット１０が、接続箇所１６においてスライダ１４の軸方向を中心として鉛直面内で相対回転可能となる。さらに、スライダ１４はスリット１３１に沿って上下移動可能であるため、接続箇所１６では、計測ユニット１０とその下方の計測ユニット１０が相対的に上下移動可能になっている。

本実施形態では、図４（ａ）に模式的に示すように、１つの計測ユニット１０を見た時に、その平面におけるスライダ１４の設置位置とスリット１３１の形成位置は、計測ユニット１０の中心に対し90度異なっている。

従って、図４（ｂ）に模式的に示すように、計測ユニット１０_ｎのスライダ１４をその上方の計測ユニット１０_ｎ＋１のスリット１３１に取付け、計測ユニット１０_ｎのスリット１３１にその下方の計測ユニット１０_ｎ−１のスライダ１４を取付けると、計測ユニット１０_ｎ、１０_ｎ＋１が接続箇所１６において相対回転する面Ｐ１と、計測ユニット１０_ｎ、１０_ｎ−１が接続箇所１６において相対回転する面Ｐ２とが直交することになる。

その結果、本実施形態では、計測装置１の上下の計測ユニット１０の接続箇所１６については、ある接続箇所１６で上下の計測ユニット１０_ｎ、１０_ｎ＋１が所定の面内で相対回転可能に接続される場合、その下の接続箇所１６では、上下の計測ユニット１０_ｎ、１０_ｎ−１が上記所定の面と直交する面内で相対回転可能に接続される、という関係になっている。

このように、本実施形態では、上下の計測ユニット１０を所定の面内で相対回転可能に接続する接続箇所１６と、上下の計測ユニット１０を上記所定の面と直交する面内で相対回転可能に接続する接続箇所１６が存在するので、計測装置１全体を見た時に図５に示すようにフレキシブルな動きが可能になっている。そのため掘削機本体６の位置に応じて変形したり、掘削溝７１内の礫などの障害物７３を避けて上方に延びたり、障害物７３の衝突時の衝撃を和らげたりすることができる。

（３．傾斜測定装置３０）
図６は傾斜測定装置３０の概略を示す図である。傾斜測定装置３０は、中空の容器３１の内部に傾斜センサ３２、電源３３、アンテナ部３４等を収容したものである。傾斜測定装置３０の容器３１は完全に密封されており、万が一室１２内に水分等が浸入した際にも容器３１内への浸入は防止され、傾斜センサ３２、電源３３、アンテナ部３４等の信頼性を確保することができる。

傾斜センサ３２は公知の傾斜センサであり、例えば、図７に示すように、平面において直交するＸ、Ｙ方向についての計測ユニット１０の傾斜を測定可能なジャイロを適用可能である。計測ユニット１０の傾斜は、鉛直方向をＺ方向として、Ｘ−Ｚ面における傾斜角αとＹ−Ｚ面における傾斜角βで示される。なお、以下の説明では傾斜センサ３２の動作を制御する制御部については説明を省略するが、傾斜センサ３２は、その駆動やデータ変換を行う制御部を含むものとして説明する。

電源３３は傾斜センサ３２に電力を供給するものである。アンテナ部３４は傾斜センサ３２からの信号を送受信するためのものである。

傾斜測定装置３０の容器３１の上下面には凹部３１１が形成される。凹部３１１はアンテナ部材４１、４２の外形に対応した形状であり、図６の矢印ａ、ｂに示すようにアンテナ部材４１、４２を挿入することで容易に傾斜測定装置３０を組立てることができる。アンテナ部材４１、４２は傾斜測定装置３０の外部に配置されるため、アンテナ部材４１、４２によって傾斜測定装置３０の水密性が悪化することがない。アンテナ部材４１、４２は棒状の部材であり、例えば鋼棒または鋼管を用いることができる。

容器３１の内部において、アンテナ部３４は例えば凹部３１１の周囲に巻き付けられる。そのため、容器３１の内外にあるアンテナ部３４とアンテナ部材４１、４２との間で確実に信号の送受信を行うことができる。

図３に示すように、上下の計測ユニット１０の接続箇所１６では、下段の計測ユニット１０のアンテナ部材４１と上段の計測ユニット１０のアンテナ部材４２が非接触で近接する。これらのアンテナ部材４１、４２同士の間で電波が伝送され、非接触で信号を送受信することができる。

本発明では、信号の送受信にマイクロ波を用いることが望ましい。例えば、周波数が３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚの電波を用いることが望ましく、さらに望ましくは、０．９ＧＨｚ以上である。このような高周波を用いることで、発振器およびアンテナ部をコンパクトにすることができる。一方、９２０ＭＨｚ程度あるいはそれ以下とすることも望ましく、この場合は省電力とできる。

（４．計測装置１による位置計測）
本実施形態では、図８（ａ）、（ｂ）に示すように掘削機本体６で地盤７を所定深さ掘り進めるごとに、計測ユニット１０の上部に新たな計測ユニット１０を継ぎ足してゆく。こうして掘削機本体６による掘削を行うが、その途中で適宜掘削を一旦停止し、計測装置１によって掘削機本体６の位置計測を行う。位置計測を行った後は、再び掘削を開始する。

図９に示すように、計測装置１による位置計測を行う際は、情報処理装置２が、有線または無線によって最上部の計測ユニット１０_ｍのアンテナ部材４１を介して最上部の計測ユニット１０_ｍの傾斜測定装置３０に測定指示を送信する（矢印Ａ参照）。

なお、情報処理装置２は制御部、記憶部、入力部、表示部、通信部等を有する通常のコンピュータによって実現でき、本実施形態では情報処理装置２と計測装置１とで掘削機本体６の位置を計測する計測システム１００が構成される。

情報処理装置２からの測定指示を受信した傾斜測定装置３０は、計測ユニット１０_ｍのアンテナ部材４２、およびその下段の計測ユニット１０_ｍ−１のアンテナ部材４１を介して下段の計測ユニット１０_ｍ−１の傾斜測定装置３０に測定指示を送信する（矢印Ｂ参照）。以上を繰り返し、最上段の計測ユニット１０_ｍの傾斜測定装置３０から最下段の計測ユニット１０_１の傾斜測定装置３０へと順に、アンテナ部材４１、４２を介して測定指示が伝達される（矢印Ａ〜Ｆ参照）。

各計測ユニット１０_１〜１０_ｍの傾斜測定装置３０は、測定指示を受信するとその傾斜センサ３２によって各計測ユニット１０_１〜１０_ｍの傾斜（図７の傾斜角α、β）を測定する。

最下段の計測ユニット１０_１の傾斜測定装置３０は、計測ユニット１０_１の傾斜を測定すると、計測ユニット１０_１の傾斜をアンテナ部材４１、およびその上段の計測ユニット１０_２のアンテナ部材４２を介して上段の計測ユニット１０_２の傾斜測定装置３０に送信する（矢印Ｇ参照）。

計測ユニット１０_１の傾斜を受信した上段の計測ユニット１０_２の傾斜測定装置３０は、自身の傾斜の測定結果を加えた計測ユニット１０_１、１０_２の傾斜を、計測ユニット１０_２のアンテナ部材４１、およびその上段の計測ユニット１０_３のアンテナ部材４２を介して上段の計測ユニット１０_３の傾斜測定装置３０へと送信する（矢印Ｈ参照）。

このように、本実施形態では、計測ユニット１０_ｎの傾斜測定装置３０が、それより下方にある全ての計測ユニット１０_１〜１０_ｎ−１の傾斜をその下段の計測ユニット１０_ｎ−１の傾斜測定装置３０から受信し、これに自身の傾斜の測定結果を加えた計測ユニット１０_１〜１０_ｎの傾斜をその上段の計測ユニット１０_ｎ＋１に送信する。

以上の処理を最下段の計測ユニット１０_１の傾斜測定装置３０から最上段の計測ユニット１０_ｍの傾斜測定装置３０まで繰り返し、最終的に全ての計測ユニット１０_１〜１０_ｍの傾斜が最上段の計測ユニット１０_ｍの傾斜測定装置３０から情報処理装置２に送信される（矢印Ｇ〜Ｌ参照）。それぞれの計測ユニット１０_１〜１０_ｍの傾斜の値は、これを測定した傾斜測定装置３０のＩＤと紐づけられており、識別が可能である。

なお、各傾斜測定装置３０の測定指示や測定結果の収集方法はこれに限らない。例えばタイマなどを用いて所定の間隔で自動的に傾斜の測定と測定結果の送信を行うようにしてもよい。また、測定指示と測定結果の送信を別系統で行ってもよい。

情報処理装置２には予め各計測ユニット１０_１〜１０_ｍの長さＬが入力されており、それぞれの計測ユニット１０_１〜１０_ｍの長さＬと傾斜角α、βによって、各計測ユニット１０_１〜１０_ｍの上端部に対する下端部の変位（図７のΔＸ、ΔＹ、ΔＺ参照）を求めることができる。

一方、本実施形態では、計測装置１の上端部（最上段の計測ユニット１０_ｍの上端部）の位置および平面における向きを、所定の２方向から計測装置１の上端部を撮影するカメラ等を用いた既知の測量手法（例えば、特許文献２参照）によって取得し、計測装置１の上端部の位置を始点として、各計測ユニット１０_１〜１０_ｍの上記の変位を最上段の計測ユニット１０_ｍから最下段の計測ユニット１０_１へと順に積算してゆくことで、計測装置１の下端部、すなわち掘削機本体６の位置を算出可能である。

計測装置１の上端部の平面における向きは、前記したＸ方向、Ｙ方向を現実空間で特定するために用いられるが、その測定は、図１０に示すように最上段の計測ユニット１０_ｍの上端部に設けたマーキング１７を用いて行うことができる。

マーキング１７は、計測ユニット１０_ｍの周方向の所定位置（例えば前記のＸ方向あるいはＹ方向に対応する位置）に形成された基準線１７１と、当該基準線１７１から方位が左右に所定角度ずれるごとに設けた計測線１７２を有し、測量用のカメラに計測線１７２がどの範囲まで映し出されているか確認することで、計測ユニット１０_ｍの（基準線１７１の）平面の向きを迅速に計測することができる。

以上説明したように、本実施形態の計測装置１は、計測ユニット１０の長さＬと傾斜から求まる計測ユニット１０ごとの変位を積算して計測装置１の両端部間の変位を計測することができ、計測装置１の下端部を掘削機本体６に外部から取付けることで、情報処理装置２によって掘削機本体６の位置を容易に計測できるようになる。そのため、例えば前記したように懸垂用のワイヤによる掘削機本体６の位置測定ができない場合でも、計測装置１を掘削機本体６に外部から取付けてその位置が容易に計測できるようになる。

また、上下の計測ユニット１０を接続する接続箇所１６については、上下の計測ユニット１０が所定の面内で相対回転可能な接続箇所１６と、上下の計測ユニット１０が所定の面と直交する面内で相対回転可能な接続箇所１６が存在するので、計測装置１全体がフレキシブルな動きをすることが可能であり、掘削機本体６の位置に応じて変形したり、掘削溝７１内の障害物７３を避けて上方に延びたり、障害物７３の衝突時の衝撃を和らげたりすることができる。

また、計測ユニット１０は内部に空洞を有する筒体であり、計測装置１を掘削溝７１内のソイルセメント等の流動体中に配置する場合に、計測ユニット１０に浮力による上向きの力を働かせて浮かせることができる。その結果、計測装置１の緩み防止のために前記した大きなトルクモータ等が不要になり、安価で省スペース且つ安全な構成となる。

また空洞内の前記の室１１に充填体２０を設置することで、室１１内に水分等が浸入した場合でも、計測ユニット１０に浮力による上向きの力を確保することができる。

また計測ユニット１０の筒体をポリカーボネイトによって形成することで、軽量で浮力による上向きの力が働きやすく且つ耐衝撃性に優れたものとなり、筒体が破損して落下するのを防ぐことができる。

また、本実施形態では計測ユニット１０に浮力による上向きの力を働かせる結果、計測装置１の緩み防止のための構成は、浮力の働かない最上段の計測ユニット１０にカウンターウェイト４をワイヤ３を介して取付けるだけの簡易なものとできる。なお、場合によってはカウンターウェイト４を省略することも可能である。

また、本実施形態では上下の計測ユニット１０の接続箇所１６において上下の計測ユニット１０を相対的に上下移動可能として縁を切ることで、掘削開始時（計測装置１の下降開始時）にソイルセメント等から計測装置１に瞬間的に加わる静止摩擦抵抗が、計測装置１と掘削機本体６の接続部１５に集中して作用するのを防ぐことができる。すなわち、仮に計測装置１が一体のものであると掘削開始時の瞬間的な静止摩擦抵抗が接続部１５に集中して作用し、掘削深度が深いと静止摩擦抵抗に伴う過大な引張力によって接続部１５が破断する恐れがある。しかしながら、本実施形態では各計測ユニット１０の縁を切ることで、計測ユニット１本毎に静止摩擦抵抗が発生するだけになり、上記の破断を防ぐことができる。なお、接続箇所１６においてスライダ１４の上部と室１３の上面、あるいはスライダ１４の下部と室１３の下面との間にバネ等の弾性部材による緩衝材を設け、上記した静止摩擦抵抗による衝撃を吸収し、破断を防止することもできる。

しかしながら、本発明は上記の実施形態に限ることはない。例えば本実施形態では計測装置１を掘削機本体６に取付けているが、計測装置１を取付ける対象物はこれに限らない。例えばバケット式の掘削機のバケットに取付けたり、クレーン等の吊下げ装置の先端のフックや吊荷に取付けたりして、これらの対象物の位置を計測することも可能である。

さらに、本実施形態では接続箇所１６において上下の計測ユニット１０が１つの面内で相対回転可能に接続されるが、上下の計測ユニット１０が１つの面（所定の面）とこれに直交する面の少なくとも２面内で相対回転可能に接続されてもよい。さらに、計測ユニット１０の構成も上記に限らず、室１２と室１３を入れ替えて接続箇所１６を傾斜測定装置３０の上方とする構成も可能である。

さらに、傾斜測定装置３０の配置や形状も上記に限らない。例えば水密性が保たれれば傾斜測定装置３０が計測ユニット１０の外部に配置されていてもよく、メンテナンスや電源の交換等が容易になる。また、傾斜測定装置３０の上下面に凹部３１１を設ける代わりに、傾斜測定装置３０の側面に略Ｕ字状の凹部を設け、この凹部にアンテナ部材４１、４２を配置するようにしてもよい。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態として、上下の計測ユニット同士の接続箇所の構成と電波の伝送路が異なる例について説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について説明し、第１の実施形態と同様の点については説明を省略する。

図１１は、第２の実施形態に係る上下の計測ユニット１０ａ同士の接続箇所１６ａを示す図である。図１１では傾斜測定装置や充填体等の図示を省略している。

図１１に示すように、本実施形態では上下の計測ユニット１０ａ同士が一直線状に接続される。上下の計測ユニット１０ａの接続箇所１６ａでは、上段の計測ユニット１０ａの筒体の下端部に筒状の第１端部部材９１がネジ９７等によって取付けられ、下段の計測ユニット１０ａの筒体の上端部に有底筒状の第２端部部材９２が同じくネジ９７等によって取付けられる。

接続箇所１６ａでは、第１端部部材９１に挿入部材９３の一端が挿入され、挿入部材９３の他端が第２端部部材９２にピン接続される。

すなわち、挿入部材９３の一端には挿入部９３１が設けられており、この挿入部９３１が第１端部部材９１の孔９１１に挿入される。挿入部９３１には円柱状のピン９３３が取付けられ、ピン９３３は第１端部部材９１の孔９１１の側面に設けられた上下方向の長穴９１２に通される。

一方、挿入部材９３の他端には突出部９３２が設けられており、この突出部９３２が第２端部部材９２の凹部９２１に挿入される。突出部９３２には円柱状のピン９３４が取付けられ、このピン９３４が第２端部部材９２の凹部９２１の側面に設けられた孔９２２に挿入される。

挿入部材９３と第１端部部材９１はバネ９５（圧縮バネ）によって接続される。バネ９５は上記した挿入部９３１の根元部分の外周面に沿って設けられる。

以上の構成により、本実施形態でも、上下の計測ユニット１０ａを接続する接続箇所１６ａにおいて、上下の計測ユニット１０ａが鉛直面内（計測ユニット１０ａの長手方向に沿った面内）で相対回転可能であり、且つ相対的に上下移動可能となっている。

すなわち、下段の計測ユニット１０ａがピン９３４の軸方向を中心として回転することで上下の計測ユニット１０ａが鉛直面内で相対回転し、また挿入部材９３の挿入部９３１が第１端部部材９１の孔９１１内を上下移動することで、上下の計測ユニット１０ａが相対的に上下移動する。前記のバネ９５は、この上下移動に応じて伸縮し、衝撃を吸収する役割を果たす。

挿入部９３１が孔９１１内を上下移動する際は、挿入部９３１に取付けられたピン９３３も孔９１１の側面の長穴９１２に沿って上下移動し、図１１（ｂ）に示すようにピン９３３が長穴９１２の端部に突き当たることで挿入部９３１の移動が停止する。図１１（ｂ）は上下の計測ユニット１０ａが相対的に上下移動して計測ユニット１０ａ間の距離が縮まった状態を示しており、このとき前記のバネ９５は縮んでいる。

以上の接続箇所１６ａの外面は１層又は複数層のゴムバンド等による弾性を有する被覆層９６で覆われ、接続箇所１６ａの防水を確実にする構成となっている。被覆層９６は樹脂やステンレス材等による結束バンド９８を外側から巻くことにより両計測ユニット１０ａの筒体端部に固定される。

また本実施形態では、図１２に概略を示す上下の計測ユニット１０ａの傾斜測定装置３０の間で電波を伝送する（矢印Ｒ参照）ものとする。傾斜測定装置３０および前記のアンテナ部材（不図示）は前記した室１２（測定部）の中に配置されているが、アンテナ部材は必要に応じて長さを調整することが可能である。

電波は、計測ユニット１０ａの内部の空洞あるいは充填体２０、および、上下の計測ユニット１０ａの接続箇所１６ａ（第１端部部材９１、第２端部部材９２、挿入部材９３）を透過する。そのため、少なくとも電波が透過する部分ではアルミ等の金属は使用されず、電波透過性を有する材料を使用している。本実施形態では充填体２０に発泡スチロールを使用し、計測ユニット１０ａの筒体並びに第１端部部材９１、第２端部部材９２、挿入部材９３等にはポリカーボネイトを使用している。

これにより、第２の実施形態でもリレー形式による信号の送受信を行うことが可能になり、簡易な構成で各傾斜測定装置３０への測定指示や各傾斜測定装置３０の測定結果の収集を行うことができる。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：計測装置
２：情報処理装置
３、５１：ワイヤ
４：カウンターウェイト
５：吊材
６：掘削機本体
７：地盤
８：ベースマシン
９：油圧ホース
１０、１０ａ：計測ユニット
１１、１２、１３：室
１４：スライダ
１５：接続部
１６、１６ａ：接続箇所
１７：マーキング
２０：充填体
３０：傾斜測定装置
３１：容器
３２：傾斜センサ
３３：電源
３４：アンテナ部
４１、４２：アンテナ部材
５２：被覆材
６１：カッタ
７１：掘削溝
７３：障害物
８１：プーリ
８２：ドラム
９１：第１端部部材
９２：第２端部部材
９３：挿入部材
９５：バネ
９６：被覆層
９７：ネジ
９８：結束バンド
１００：計測システム
１３１：スリット
１４１：軸
１４２：頭部
１７１：基準線
１７２：計測線
３１１：凹部
８１１、８２１：滑車

Claims (9)

1. 複数の棒状の計測ユニットを上下に接続して構成され、下端部に取付けた対象物の位置を計測する計測装置であって、
   前記計測ユニットは、前記計測ユニットの傾斜を測定する傾斜測定装置と、前記傾斜測定装置の測定結果を送信する送信部を有し、
   上下の前記計測ユニットを接続する接続箇所では、上下の前記計測ユニットが前記計測ユニットの長手方向に沿った面内で相対回転可能であり、且つ、
   上下の前記計測ユニットが少なくとも所定の面内で相対回転可能な接続箇所と、上下の前記計測ユニットが少なくとも前記所定の面と直交する面内で相対回転可能な接続箇所が存在することを特徴とする計測装置。
2. 前記計測装置は地盤の掘削時の掘削機本体の位置を計測するものであり、
   前記計測装置の下端部が前記掘削機本体の外部に取付けられることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記計測ユニットは、内部に空洞を有する筒体であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の計測装置。
4. 前記空洞に充填体が設置されることを特徴とする請求項３記載の計測装置。
5. 前記筒体がポリカーボネイトによって形成されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の計測装置。
6. 前記計測装置の上端部に、線材を介してカウンターウェイトが取付けられることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の計測装置。
7. 上下の前記計測ユニットを接続する接続箇所では、上下の前記計測ユニットが相対的に上下移動可能であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の計測装置。
8. 上下の前記計測ユニットの前記傾斜測定装置の間で、電波が、上下の前記計測ユニットの接続箇所および前記計測ユニットの内部を透過して伝送されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の計測装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の計測装置と情報処理装置による計測システムであって、
   前記情報処理装置は、
   前記計測装置の下端部に取付けた対象物の位置を、
   各計測ユニットの長さおよび傾斜を用いて算出することを特徴とする計測システム。
   

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