JPH0823260B2 - Drilling position control method and device for rock drill - Google Patents
Drilling position control method and device for rock drillInfo
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- JPH0823260B2 JPH0823260B2 JP3348866A JP34886691A JPH0823260B2 JP H0823260 B2 JPH0823260 B2 JP H0823260B2 JP 3348866 A JP3348866 A JP 3348866A JP 34886691 A JP34886691 A JP 34886691A JP H0823260 B2 JPH0823260 B2 JP H0823260B2
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Description
【0001】A.発明の目的 (1)産業上の利用分野 この発明は、トンネル工事における発破孔等の穿孔作業
に使用される削岩機の穿孔位置決め制御方法及びその装
置に関し、更に詳しくは、トンネルの切羽面において発
破孔等を穿孔する際、削岩機を自動制御して予め計算さ
れた穿孔位置にビットを位置決めする制御方法及び装置
に関する。A. OBJECT OF THE INVENTION (1) Industrial field of application The present invention relates to a drilling positioning control method and device for a rock drill used for drilling work such as blast holes in tunnel construction, and more specifically, in a facet of a tunnel. The present invention relates to a control method and device for automatically controlling a rock drill when drilling a blast hole or the like and positioning a bit at a pre-calculated drilling position.
【0002】(2)従来の技術 トンネル工事において、該トンネルの掘進作業を自動化
し、作業の省力化・効率化・安全化並びに作業環境の改
善を図ることは、トンネル工事の合理化を推進するうえ
で最優先の課題にあげられている。特に、トンネルの発
破孔等の穿孔作業に使用する削岩機の自動化は急務とさ
れており、ここ数年来、削岩機を搭載するドリルジャン
ボの自動化が注目され、自動ドリルジャンボの開発が試
みられている。自動ドリルジャンボには、「機体の位置
決め機能」、「穿孔位置計算機能」、「穿孔位置決め制
御機能」、及び「穿孔制御機能」等の各種の自動化機能
が要求されるが、中でも、「穿孔位置決め制御機能」は
自動化を達成するための中心的な機能を構成する。(2) Prior Art In tunnel construction, automating the tunnel excavation work to save labor, improve efficiency, improve safety, and improve the working environment promotes rationalization of tunnel construction. Is listed as a top priority issue. In particular, automation of rock drilling machines used for drilling holes such as blast holes in tunnels is an urgent task, and over the past few years, automation of drill jumbo equipped with rock drilling machines has attracted attention, and development of automatic drill jumbo has been attempted. Has been. The automatic drill jumbo requires various automation functions such as "machine positioning function", "drilling position calculation function", "drilling positioning control function", and "drilling control function". The "control function" constitutes the central function for achieving automation.
【0003】通常のマニュアル(手動)運転のドリルジ
ャンボを使用する際には、切羽面に対する発破孔等の多
数の作業点のマーキング作業が不可欠であり、高度の苦
渋・危険作業を伴う。また、マーキングされた穿孔位置
に削岩機を位置決めする作業には甚だ熟練を必要とし、
作業時間も長く、その精度も低い。このため、自動ドリ
ルジャンボの実現に当っては、高精度・高速度の「穿孔
位置決め制御機能」の開発が特に重要視されている。す
なわち、「穿孔位置決め制御機能」を用いて削岩機を自
動制御し、予め計算された穿孔位置にビットを正確に位
置決めすることができれば、苦渋・危険作業を伴うマー
キング作業が不要となり、作業の省力化・効率化・安全
化が図りうる。更に、トンネル工事の施工品質及びコス
トに大きな影響を与える余掘り・余巻き・アタリを大幅
に減少させることができるので、施工性並びに経済性が
著しく向上する。When using a normal manual (manual) operation drill jumbo, it is indispensable to mark a large number of work points such as blast holes on the face of the face, which involves a high degree of distressing and dangerous work. In addition, positioning the rock drill at the marked drilling position requires a great deal of skill,
Long working time and low accuracy. Therefore, in realizing an automatic drill jumbo, development of a high-precision and high-speed "drilling positioning control function" is particularly important. That is, if the rock drilling machine can be automatically controlled using the "drilling positioning control function" and the bit can be accurately positioned at the pre-calculated drilling position, the marking work that involves difficult and dangerous work becomes unnecessary, Laborsaving, efficiency improvement, and safety can be achieved. Further, since it is possible to drastically reduce the excess digging, excess winding, and atari which have a great influence on the construction quality and cost of the tunnel construction, the construction efficiency and the economical efficiency are remarkably improved.
【0004】従来の穿孔位置決め制御方法は、図7・図
8に示すように、ドリルジャンボの機体100に削岩機
102が搭載され、該削岩機102にはそのブーム10
2a及びガイドセル102bの動作量を検出するため
に、自由度毎に各種のセンサ(回転角センサ104,変
位センサ106,近接センサ108)が配置されてお
り、これらセンサの動作量を幾何学的に集合することか
ら、削岩機102のドリルロッド102cの先端のビッ
ト102dの位置を求めるシステムが採用されている。
これらのセンサはいわゆる内界センサと呼ばれるもので
あって、センサ自体の検出誤差の他に、ブーム102a
及びガイドセル102b等に関する「部材のたわみ・ね
じれ」、「可動部の遊び・ガタ」、「製作誤差」及び
「変形・磨耗」等の集積による位置誤差が常に生ずる。
特に、削岩機のように稼働範囲が大きく動作時の重心移
動が著しい大型の多関節ブームでは、この位置誤差が原
因で正確な穿孔位置決め制御を行うことが困難になる。
また、この位置誤差は、穿孔位置がドリルジャンボの機
体中心より離れるほど大きくなる。In the conventional drilling positioning control method, as shown in FIGS. 7 and 8, a rock drill 102 is mounted on a body 100 of a drill jumbo, and the boom 10 is mounted on the rock drill 102.
Various sensors (rotation angle sensor 104, displacement sensor 106, proximity sensor 108) are arranged for each degree of freedom in order to detect the operation amounts of the 2a and the guide cell 102b. Therefore, a system for determining the position of the bit 102d at the tip of the drill rod 102c of the rock drill 102 is adopted.
These sensors are so-called internal sensors, and in addition to the detection error of the sensor itself, the boom 102a
Further, position errors due to accumulation of "deflection / twisting of members", "play / backlash of movable parts", "manufacturing error", "deformation / wear", etc., of the guide cell 102b and the like always occur.
In particular, in a large articulated boom such as a rock drill having a large operating range and a significant movement of the center of gravity during operation, it is difficult to perform accurate drilling positioning control due to this position error.
The position error increases as the drilling position moves away from the center of the drill jumbo body.
【0005】一方、余掘り・余巻き・アタリを少なくす
るためには切羽面の外周孔を高精度に位置決めする必要
があるため、前記の位置誤差がドリルジャンボの自動化
に際しての障害となっている。すなわち、ドリルジャン
ボを自動化するためには穿孔位置決め精度を±20mm
程度に収める必要があるが、従来の内界センサ方式を用
いた制御方法では、現状のところ、±100mm前後の
位置決め誤差は避けられない。また、ドリルジャンボの
据付け位置が作業中にずれるトラブルもしばしば発生す
るが、内界センサ方式による制御方法ではこのトラブル
に対処することは困難である。更に、従来技術では削岩
機の制御方法として、穿孔位置を事前に教示するティー
チング・プレイバック方式や、穿孔位置を事前に数値入
力する数値制御方式が用いられており、準備作業が煩雑
で実用性に乏しく、種々の問題が存する。On the other hand, since it is necessary to position the outer peripheral hole of the facet with high accuracy in order to reduce excess digging, excess wrapping, and misalignment, the above-mentioned position error is an obstacle to automation of the drill jumbo. . That is, in order to automate the drill jumbo, the drilling positioning accuracy is ± 20 mm.
Although it is necessary to reduce the error to a certain extent, the conventional control method using the internal sensor system cannot avoid a positioning error of about ± 100 mm at present. In addition, the trouble that the installation position of the drill jumbo shifts during the operation often occurs, but it is difficult to deal with this trouble by the control method using the internal sensor system. Further, in the conventional technology, as a control method of the rock drilling machine, a teaching / playback method for teaching the drilling position in advance and a numerical control method for numerically inputting the drilling position in advance are used, and the preparation work is complicated and practical. It is poor in sex and has various problems.
【0006】(3)発明が解決しようとする課題 本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、上記従来
技術の問題点を解決し、削岩機に生ずるたわみや遊び
等、あるいはドリルジャンボの据付け位置の作業中のず
れに影響されることなく、予め計算された穿孔位置に削
岩機のビットを正確かつ迅速に位置決めすることができ
る削岩機の穿孔位置決め制御方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。本発明はこのため、位置検出手段とし
て視覚等の外界センサを利用した方法、いわゆるハンド
アイ(手腕・視覚)システムを用いて制御対象の位置を
直接検出し、その位置の座標情報を削岩機にフィードバ
ックして制御する方法が最も有効であるとの知見に基づ
いてなされたものである。本発明では、削岩機のブーム
及びガイドセル、削岩機に内蔵されたサーボ機構、削岩
機先端の検知体、該検知体を撮像するカラー撮像器、カ
ラー画像解析器、演算器及びコンピュータを用いてハン
ドアイシステムたる位置決めの制御システムを構成し、
削岩機の動作を自動制御することを基本的技術思想とす
る。(3) Problems to be Solved by the Invention The present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the problems of the above-mentioned prior art and solves the problems such as the bending and play of a rock drilling machine or the drill jumbo. PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drilling hole positioning control method and device for a rock drilling machine capable of accurately and quickly positioning a bit of a rock drilling machine at a pre-calculated drilling position without being affected by a deviation of an installation position during work. With the goal. Therefore, the present invention directly detects the position of the controlled object by using a so-called hand-eye (hand-arm / visual) system, which uses an external sensor such as the visual sense as the position detecting means, and obtains the coordinate information of the position. It was made based on the finding that the method of controlling by feedback to is most effective. In the present invention, a boom and guide cell of a rock drill, a servo mechanism built in the rock drill, a detection body at the tip of the rock drill, a color imager for imaging the detection body, a color image analyzer, a computing unit and a computer A positioning control system that is a hand eye system is configured using
The basic technical idea is to automatically control the operation of a rock drill.
【0007】B.発明の構成 (1)問題点を解決するための手段 本発明の削岩機の穿孔位置決め制御方法は上記目的を達
成するため、次の構成を採る。すなわち、トンネル内の
切羽に向かって据え付けられたドリルジャンボについ
て、該ドリルジャンボに装備された削岩機の先端部の既
知の位置に有色の検知体を装着し、前記検知体並びにト
ンネル内面をドリルジャンボの機体後部あるいは機体後
方に設置されたカラー撮像器で撮像し、前記検知体をそ
の有色性をもって識別検知し、かつ、その撮像信号によ
り該検知体の位置の座標並びにトンネルの内面の既知点
の位置の座標を連続的に解析して検出し、前記検知体の
位置の座標情報に基づく制御信号により前記削岩機内の
サーボ機構を介して前記削岩機を自動的に動作させ、ト
ンネルの計画線形及び設計断面形状に基づいて予め計算
された切羽面上の穿孔位置に削岩機のビットを誘導して
位置決めする、ことを特徴とする。B. Configuration of the Invention (1) Means for Solving Problems The drilling positioning control method for a rock drilling machine according to the present invention has the following configuration in order to achieve the above object. That is, with respect to a drill jumbo installed toward a face in a tunnel, a colored detector is attached to a known position of the tip of a rock drill equipped with the drill jumbo, and the detector and
The tunnel inner surface captured by the color imager installed in aft body or fuselage behind the drill jumbo, its said sensing member
Of the image signal.
Coordinates of the position of the detector and known points on the inner surface of the tunnel
The coordinates of the position are continuously analyzed and detected, and the rock drill is automatically operated via a servo mechanism in the rock drill by a control signal based on the coordinate information of the position of the detector, and It is characterized in that the bit of the rock drill is guided and positioned at the drilling position on the face face calculated in advance based on the planned alignment and the design cross-sectional shape.
【0008】本発明の削岩機の穿孔位置決め制御装置は
前記方法を実施するためのものであって、次の構成を採
る。すなわち、トンネル内の切羽に向かって据付けられ
たドリルジャンボについて、ドリルジャンボに装備され
た削岩機の穿孔位置決めを制御する方法に使用される装
置であって、削岩機の先端部付近の既知の位置に装着さ
れる有色の検知体と;ドリルジャンボの機体後部あるい
は機体後方に設置され、前記有色の検知体並びにトンネ
ル内面を撮像するカラー撮像手段と;前記カラー撮像手
段による撮像信号に基づき前記検知体を抽出して該検知
体の位置の座標並びにトンネルの内面の既知点の位置の
座標を連続的に解析するカラー画像解析手段と;トンネ
ルの計画線形及び設計断面形状に基づいて切羽面上の穿
孔位置を計算する穿孔位置計算手段と;前記カラー画像
解析手段の座標解析値に基づき削岩機の動作を自動制御
して前記計算された穿孔位置に削岩機のビットを誘導し
位置決めする制御手段と;を少なくとも備えてなる、こ
とを特徴とする。The drilling positioning control device for a rock drilling machine according to the present invention is for carrying out the above method, and has the following configuration. That is, for a drill jumbo installed toward a face in a tunnel, a device used for controlling the drilling positioning of a rock drill installed in the drill jumbo, which is a known device near the tip of the rock drill. colored sensing element mounted on the position and; installed in aft body or fuselage rear of the drill jumbo, the colored detection object and tunnels
A color imaging means for imaging the Le inner surface; position of a known point of the inner surface of the coordinates and the tunnel location of the detection knowledge body extracts the detection object based on the sensing signal from the color image pickup means
A color image analyzing means for continuously analyzing coordinates ; a hole position calculating means for calculating a hole position on a face face based on a planned line shape and a design cross-sectional shape of the tunnel; based on coordinate analysis values of the color image analyzing means Control means for automatically controlling the operation of the rock drill to guide and position the bit of the rock drill to the calculated drilling position;
【0009】(2)作用 削岩機の先端部付近に装着された検知体をカラー撮像器
で撮像し、撮像した画像情報から検知体をカラー画像解
析器により図形として抽出し、この図形情報に基づき検
知体の重心(図心)位置の座標を演算器により連続的に
演算検出する。また、測量と前記カラー撮像器による画
像解析手段とにより切羽面におけるトンネルの基準点並
びに基準線の座標を検出する。そして、コンピュータを
用いて、検知体の位置より求まるビットの現在位置と切
羽面の既知座標より予め計算された穿孔位置との座標を
互いに比較してその偏差を求め、この偏差による制御信
号を削岩機に装備されたサーボ機構に入力し、削岩機の
動作をリアルタイムにフィードバック制御し、トンネル
の計画線形及び設計断面形状に基づいて予め計算された
切羽面上の穿孔位置を目標値として、前記サーボ機構に
前記目標値の数値情報を直接与えることなく、削岩機の
ビットを連続的に目標値へ誘導制御して位置決めする。 (2) Action A color imager is used to pick up an image of a detector mounted near the tip of a rock drill, and the color image analyzer extracts the detector from the captured image information. Based on this, the coordinates of the position of the center of gravity (centroid) of the detection body are continuously calculated and detected by the calculator. In addition, surveying and image acquisition by the color imager
Alignment of reference points of tunnel on face by image analysis means
And the coordinates of the reference line are detected. Then, using a computer, the current position and the switching of the bits obtained from the position of the detection object
From the known coordinates of the wing face, the coordinates with the pre-calculated drilling position are compared with each other to obtain the deviation, and the control signal based on this deviation is input to the servo mechanism equipped in the rock drill , and the rock drill's
Real-time feedback control of operation, tunnel
Pre-calculated based on the planned alignment and design cross-sectional shape of
The servo mechanism uses the drilling position on the face as the target value.
Without giving the numerical information of the target value directly,
Bits are continuously guided to the target value and positioned.
【0010】(3)実施例 本発明の削岩機の穿孔位置決め制御方法及びその装置の
実施例を図面に基づいて説明する。実施例装置 図1〜図4は本発明の一実施例装置を示す。すなわち、
図1はその実施例装置の全体構成を示し、図2〜図4は
各部の構造を示す。(3) Embodiment An embodiment of a drilling positioning control method for a rock drilling machine and its apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. Embodiment Device FIGS. 1 to 4 show an embodiment device of the present invention. That is,
FIG. 1 shows the overall configuration of the apparatus of this embodiment, and FIGS. 2 to 4 show the structure of each part.
【0011】図1において、Tはトンネルを示し、半円
状の断面をなす。その他、Fは切羽面、Jはドリルジャ
ンボ、Pは測量基準点、Qは切羽面Fにおけるトンネル
中心点をそれぞれ示す。また、Bは後記するレーザース
ポット間の実距離を示す。更に、Xはトンネル断面の水
平方向の座標軸、Yはトンネル断面の鉛直方向の座標
軸、Zはトンネルの掘進方向の座標軸を表す。In FIG. 1, T indicates a tunnel, which has a semicircular cross section. In addition, F indicates a face face, J indicates a drill jumbo, P indicates a survey reference point, and Q indicates a tunnel center point on the face face F, respectively. B indicates the actual distance between the laser spots described later. Further, X represents a horizontal coordinate axis of the tunnel cross section, Y represents a vertical coordinate axis of the tunnel cross section, and Z represents a coordinate axis of the tunnel excavation direction.
【0012】本実施例では、2基の削岩機を有するドリ
ルジャンボJに1台のカラー撮像器を設置した場合を示
す。ドリルジャンボJは、ホイール1aの足廻り及び固
定装置のアウトリガー1bを備えた機体1を主体とし、
該機体1の前部に2基の削岩機2が、また、機体1の後
部上方にカラー撮像器3がそれぞれ配されてなり、切羽
面Fに向かいトンネルTの中央付近に掘進方向と平行に
据え付けられる。このとき、ドリルジャンボJの機体1
は、削岩機2が切羽面Fの外周に十分届く位置に適宜設
置され、また、機体1はアウトリガー1bにより水平に
保持される。In this embodiment, one color imager is installed in a drill jumbo J having two rock drills. The drill jumbo J is mainly composed of the body 1 including the underbody of the wheel 1a and the outrigger 1b of the fixing device,
Two rock drills 2 are arranged at the front of the machine body 1, and a color imager 3 is arranged above the rear part of the machine body 1, facing the face F and parallel to the direction of excavation near the center of the tunnel T. Installed on. At this time, the body 1 of the drill jumbo J
Is properly installed at a position where the rock drill 2 reaches the outer periphery of the face face F, and the body 1 is held horizontally by the outrigger 1b.
【0013】削岩機2はブーム2a、ガイドセル2b、
ドリルロッド2c及びビット2dより構成される。該削
岩機2は、公知の機構により、ビーム2aの動作状態の
如何に拘らず、ガイドセル2bが機体1とほぼ平行にな
る調節機能が備わっている。従って、ガイドセル2bに
差し角等を特に与えない限り、機体1を掘進方向と平行
に据え付けることによって、ガイドセル2bに搭載され
たドリルロッド2c及びビット2dの穿孔方向は掘進方
向とほぼ一致する。該ドリルジャンボJの機体1には、
更に、後記するカラー画像解析部を含むカラー画像解析
装置4が設置されている。The rock drill 2 comprises a boom 2a, a guide cell 2b,
It is composed of a drill rod 2c and a bit 2d. The rock drilling machine 2 has a well-known mechanism having an adjusting function in which the guide cell 2b is substantially parallel to the machine body 1 regardless of the operating state of the beam 2a. Therefore, unless the guide cell 2b is provided with a tilt angle or the like, the drilling direction of the drill rod 2c and the bit 2d mounted on the guide cell 2b is substantially the same as the drilling direction by installing the machine body 1 in parallel with the drilling direction. . In the body 1 of the drill jumbo J,
Further, a color image analysis device 4 including a color image analysis unit described later is installed.
【0014】更に図1に示されるように、切羽面Fに
は、ドリルジャンボJの後方に設置されたレーザー投光
装置(図示せず)からトンネルTの掘進方向と平行に発
射されたレーザービーム5により、複数のレーザースポ
ット6が照射される。これらはトンネル断面の中心点及
び各種の基準線を求めるために使用される。Further, as shown in FIG. 1, a laser beam emitted from the laser projecting device (not shown) installed behind the drill jumbo J in parallel to the excavation direction of the tunnel T on the face face F. 5, a plurality of laser spots 6 are irradiated. These are used to find the center point of the tunnel cross section and various reference lines.
【0015】削岩機2のガイドセル2bの先端部付近に
は、有色の検知体8及び超音波センサ9が既知の位置に
装着される。図2はこれらの配置構成を示すもので、そ
の(a)図はX方向より見た配置図、その(b)図及び
(c)図はZ方向より見た配置図である。カラー撮像器
3並びに検知体8の設置位置に関しては、削岩機2の稼
働範囲において、カラー撮像器3で検知体8を十分視準
することが可能な位置に各々設置すればよい。(b)図
はガイドセル2bのトンネル中心側の片側に一個の検知
体8を装着した配置例を示し、(c)図はガイドセル2
bの両側に2個の検知体8を装着した配置例を示す。こ
こで、穿孔作業においてガイドセル2bを反転して使用
する場合を想定すれば、(c)図のように1台のガイド
セル2bに複数の検知体8を装着する方が望ましく、こ
の場合は、検知体8のうちから照準が容易なものを選択
してその位置を検出することになる。A colored detector 8 and an ultrasonic sensor 9 are mounted at known positions near the tip of the guide cell 2b of the rock drilling machine 2. 2A and 2B show these arrangement configurations. FIG. 2A is a layout drawing viewed from the X direction, and FIGS. 2B and 2C are layout drawings viewed from the Z direction. Regarding the installation positions of the color imager 3 and the detection body 8, they may be installed at positions where the color imager 3 can sufficiently collimate the detection body 8 in the operating range of the rock drill 2. The figure (b) shows an arrangement example in which one detector 8 is attached to one side of the tunnel center side of the guide cell 2b, and the figure (c) shows the guide cell 2
An example of arrangement in which two detectors 8 are mounted on both sides of b is shown. Here, assuming a case where the guide cell 2b is used by being inverted in the punching work, it is preferable to attach a plurality of detection bodies 8 to one guide cell 2b as shown in FIG. Then, one of the detectors 8 which is easily aimed is selected and its position is detected.
【0016】検知体8には白・黒を含む有彩色の小さな
球体が用いられるが、事情によっては発光性の球体を用
いる場合もある。削岩機2の動作に伴い移動する検知体
8は、レーザースポット6とともにカラー撮像器3によ
り撮像され、後記するカラー画像解析手段でその座標が
連続的に検出される。また、切羽面Fと削岩機2との相
対距離については、超音波センサ9によって常時検出さ
れる。A small chromatic color sphere including white and black is used as the detection body 8, but a light emitting sphere may be used depending on circumstances. The detector 8 that moves with the operation of the rock drill 2 is imaged by the color imager 3 together with the laser spot 6, and the coordinates thereof are continuously detected by the color image analysis means described later. Further, the relative distance between the face surface F and the rock drill 2 is constantly detected by the ultrasonic sensor 9.
【0017】図3は、本実施例における1台のカラー撮
像器3を用いた場合に撮像される画面例を示している。
この画面中には、切羽面Fを背景にレーザースポット6
(例えば赤色のスポット)及び検知体8が同時に映像さ
れ、この画像信号はカラー画像解析手段を含む制御部に
送られる。更に、この画面にはコンピュータを用いて予
め計算された切羽面Fにおける水平基準線11・トンネ
ル中心線12・トンネル外周線13と、作業点となる穿
孔位置14(図中の十字点で示す)が表示される。更に
図において、Mは画像中のレーザースポット6,6を結
ぶ線15とトンネル中心線12との交点、ΔHは同じく
画像中の該レーザースポット6,6間の線15と水平基
準線11との距離、bは同じくレーザースポット6,6
間の距離である。図示のように、削岩機のビット2dが
矢印イ方向に誘導され計算された穿孔位置14に位置決
めされる。FIG. 3 shows an example of a screen imaged when one color imager 3 in this embodiment is used.
In this screen, the laser spot 6 with the face F as the background.
The image (for example, a red spot) and the detector 8 are simultaneously imaged, and this image signal is sent to a control unit including a color image analysis means. Further, on this screen, a horizontal reference line 11, a tunnel center line 12, a tunnel outer peripheral line 13, and a drilling position 14 as a working point (indicated by a cross point in the figure) on the face face F calculated in advance by using a computer. Is displayed. Further, in the figure, M is the intersection of the line 15 connecting the laser spots 6 and 6 in the image and the tunnel center line 12, and ΔH is the line 15 between the laser spots 6 and 6 in the image and the horizontal reference line 11. Distance b is the same as laser spots 6 and 6.
Is the distance between. As shown, the rock drill bit 2d is guided in the direction of arrow a and positioned at the calculated drilling position 14.
【0018】図4は本実施例における位置決め制御シス
テムの全体構成を示す。図示されるように、本位置決め
制御システムは、カラー撮像器3からの信号を処理する
カラー画像解析部17と、超音波センサ9からの信号を
処理する発振検出器18と、これらのカラー画像解析部
17及び発振検出器18からの信号を処理する制御部1
9と、からなる。なお、このカラー画像解析部17は、
本実施例ではカラー画像解析装置4として組み立てら
れ、機体1の後部に装着されてなるが、その組立て態様
及び取付け位置は限定されない。FIG. 4 shows the overall configuration of the positioning control system in this embodiment. As shown in the figure, the positioning control system includes a color image analysis unit 17 that processes signals from the color imager 3, an oscillation detector 18 that processes signals from the ultrasonic sensor 9, and color image analysis of these. Control unit 1 for processing signals from the unit 17 and the oscillation detector 18
It consists of 9 and. The color image analysis unit 17
In this embodiment, the color image analyzing device 4 is assembled and mounted on the rear portion of the machine body 1, but the assembling mode and mounting position are not limited.
【0019】先ず、カラー画像解析部17は、カラー画
像解析器20、演算器21及びモニターテレビ22を含
む。すなわち、カラー画像解析器20は、カラー撮像器
3により撮影されたモニターテレビ22に映される画像
内より、任意に設定した複数の色の物体像、すなわちレ
ーザースポット6及び検知体8のみを図形として抽出
し、これら図形の重心(図心)位置の座標を検出する。
演算器21は、これらの重心位置の座標データに基づい
て、切羽面Fのトンネル中心点Q及び各種の基準線1
1,12,13を演算して設定するとともに、検知体8
の位置座標より切羽面Fに対するビット2dのX−Y座
標を演算する。First, the color image analysis unit 17 includes a color image analyzer 20, a calculator 21, and a monitor television 22. That is, the color image analyzer 20 graphically shows only the object images of a plurality of colors set arbitrarily, that is, the laser spot 6 and the detector 8 from the image displayed on the monitor TV 22 captured by the color imager 3. And the coordinates of the barycentric (centroid) position of these figures are detected.
Based on the coordinate data of these barycentric positions, the calculator 21 determines the tunnel center point Q of the face face F and various reference lines 1
1, 12 and 13 are calculated and set, and the detector 8
The XY coordinates of the bit 2d with respect to the facet F are calculated from the position coordinates of.
【0020】発振検出器18においては、超音波センサ
9からの信号を処理して切羽面Fと削岩機2との相対距
離を実時間で検出し、これを制御部へ送る。The oscillation detector 18 processes the signal from the ultrasonic sensor 9 to detect the relative distance between the face F and the rock drill 2 in real time, and sends this to the controller.
【0021】制御部19は、コンピュータ23、サーボ
機構24、入力装置25、CRT表示器26、記録装置
27を含み、サーボ機構24以外はドリルジャンボJ外
に設置され、前述したカラー画像解折部17並びに発振
検出器18からの信号を受け、終極的には、削岩機2に
内蔵されたサーボ機構24を制御して該削岩機2のビッ
ト2dの穿孔位置制御をなす。The control unit 19 includes a computer 23, a servo mechanism 24, an input device 25, a CRT display device 26, and a recording device 27. Other than the servo mechanism 24, the control unit 19 is installed outside the drill jumbo J, and the color image folding unit described above is used. Upon receiving signals from the rock drilling machine 17 and the oscillation detector 18, the servo mechanism 24 built in the rock drilling machine 2 is finally controlled to control the drilling position of the bit 2d of the rock drilling machine 2.
【0022】もっと詳しくは、コンピュータ23は、そ
の機能として、 事前に登録されたトンネルの計画線形及び設計断面
形状に基づき、切羽面Fでの穿孔作業に必要な全ての座
標情報、すなわち、切羽面Fにおけるトンネル中心点Q
・トンネル中心線12・水平基準線11・トンネル外周
線13並びに全穿孔位置14に関する座標情報を計算す
る穿孔位置計算機能(いわゆる穿孔位置計算手段)、 カラー画像解析部17より出力される座標情報と前
記の穿孔位置計算機能で計算された座標情報とを互いに
比較してその偏差を求め、この偏差による制御信号を削
岩機2に内蔵されたサーボ機構24に入力し、削岩機2
の動作を高精度・高速度に自動制御せしめ、ビット2d
のX−Y座標を所定の穿孔位置の座標に誘導して位置決
めする制御機能、 切羽面Fと削岩機2の相対距離情報に基づき前記制
御信号を補正して、削岩機2のビット2dのZ座標を所
定の位置に制御する制御機能、等を有する。上記の
制御機能を含めて挟義の制御手段を構成する。More specifically, the computer 23 has, as its function, all the coordinate information necessary for the drilling work on the face F, that is, the face based on the pre-registered plan alignment and design cross-sectional shape of the tunnel. Tunnel center point Q at F
A hole position calculation function (so-called hole position calculation means) for calculating coordinate information on the tunnel center line 12, horizontal reference line 11, tunnel outer peripheral line 13, and all hole positions 14, and coordinate information output from the color image analysis unit 17. The deviation is obtained by comparing the coordinate information calculated by the boring position calculation function with each other, and the control signal based on this deviation is input to the servo mechanism 24 built in the rock drill 2 to make the rock drill 2
The operation of is automatically controlled with high precision and high speed, and bit 2d
Control function for guiding and positioning the X-Y coordinates of the rock drill 2 to the coordinates of a predetermined drilling position, the control signal is corrected based on the relative distance information between the face face F and the rock drill 2, and the bit 2d of the rock drill 2 It has a control function of controlling the Z-coordinate of the device to a predetermined position. The above-mentioned control function is included in the control means in the sense.
【0023】サーボ機構24は、削岩機2内に内蔵され
ており、コンピュータ23からの制御信号に基づき削岩
機2の3次元的動作を自在に制御する。入力装置25は
コンピュータ23に各種のデータを入力するほか、穿孔
位置決めに関わる作業命令を順次入力するためのもので
ある。CRT表示器26ないし記録装置27は、コンピ
ュータ23の計算結果及び削岩機2の動作制御状態を表
示あるいは記録するものである。The servo mechanism 24 is built in the rock drilling machine 2 and freely controls the three-dimensional operation of the rock drilling machine 2 based on a control signal from the computer 23. The input device 25 is for inputting various data to the computer 23 and also for sequentially inputting work commands relating to positioning of perforations. The CRT display 26 or the recording device 27 displays or records the calculation result of the computer 23 and the operation control state of the rock drill 2.
【0024】上記のシステム構成において、演算器21
は、その機能をコンピュータ23に受け持たせることが
できるならば省略することができ、また、モニターテレ
ビ22についてもその機能をCRT表示器26に転換で
きるならば省略することができる。また、カラー画像解
析部17及び発振検出器18から制御部19のコンピュ
ータ23に信号を送る手段あるいはコンピュータ23か
らサーボ機構24に信号を送る手段には光ファイバー等
の通信手段が採用されるが、電波による通信手段も適宜
採用される。In the above system configuration, the arithmetic unit 21
Can be omitted if the function can be handled by the computer 23, and can also be omitted for the monitor television 22 if the function can be converted to the CRT display 26. Further, a communication means such as an optical fiber is adopted as a means for sending a signal from the color image analysis section 17 and the oscillation detector 18 to the computer 23 of the control section 19 or a means for sending a signal from the computer 23 to the servo mechanism 24. The communication means by is also appropriately adopted.
【0025】実施例方法 次に、上記構成よりなる削岩機の穿孔位置決め制御装置
を用いて実施される方法すなわち削岩機の穿孔位置決め
制御方法を説明するとともに、併せて本制御装置の作用
について述べる。以下、作業手順に従って説明する。 Example Method Next, a method executed by using the drilling positioning control device of the rock drill having the above-mentioned structure, that is, a drilling positioning control method of the rock drill will be described, and the operation of the present control device will be described. Describe. The procedure will be described below.
【0026】(1)先ず、発破孔の穿孔作業に当って
は、測量基準点Pを基準にして光波測距測角儀等を用い
て切羽面F並びにトンネル内面を測量し、切羽面を含め
てトンネル内面の各位置を確定し、更には切羽面Fの平
均的なZ座標を確定する。 (1) First, in the work of boring a blast hole
Is based on the surveying reference point P and uses a light wave distance measuring gonio, etc.
Measure the face face F and the inside of the tunnel, including the face face.
To determine each position on the inside of the tunnel.
Determine a uniform Z coordinate.
【0027】(2)次いで、図1に示すように、ドリル
ジャンボJの機体1を切羽面Fに向かいトンネルの掘進
方向と平行かつ水平に据え付ける。また、これととも
に、図示されていないが、ドリルジャンボJの機体1の
後方のトンネルTの両側壁近傍にレーザー投光装置が据
え付けられ、レーザー光5が切羽面Fに向ってトンネル
の掘進方向と平行に照射される。(2) Next, as shown in FIG. 1, the machine body 1 of the drill jumbo J is installed toward the face F and parallel to and horizontal to the tunneling direction. Along with this, a laser projecting device (not shown) is installed near the both side walls of the tunnel T behind the fuselage 1 of the drill jumbo J, and the laser light 5 is directed toward the facet F to indicate the direction of excavation of the tunnel. It is irradiated in parallel.
【0028】(3)切羽面Fに2点のレーザースポット
6が照射され、ドリルジャンボJに搭載されているカラ
ー撮像器3によりレーザースポット6及び検知体8を撮
像する。この撮像による画像情報に基づき、カラー画像
解析部17において次のように画像解析がなされる。す
なわち、本実施例では2点のレーザースポット6を用い
た位置出し方法として、トンネル中心線12は、図3の
画面例で示すように、左右2点のレーザースポット6を
結び、その線の等分割点Mを通る鉛直線として求められ
る。また、スプリングラインと称される水平基準線11
は、2点のレーザースポット6を結ぶ線に平行で、かつ
距離AH分だけ下方にシフトさせた線として求められ
る。ただし、距離ΔHは測量によって予め既知とされ
る。更に、トンネル中心点Qは、水平基準線11とトン
ネル中心線12の交点として求められる。(3) The facet F is irradiated with two laser spots 6, and the laser spot 6 and the detector 8 are imaged by the color imager 3 mounted on the drill jumbo J. Based on the image information obtained by this imaging, the color image analysis unit 17 performs image analysis as follows. That is, in the present embodiment, as a positioning method using two laser spots 6, the tunnel center line 12 connects the two laser spots 6 on the left and right sides as shown in the screen example of FIG. It is obtained as a vertical line passing through the division point M. Also, a horizontal reference line 11 called a spring line
Is obtained as a line parallel to the line connecting the two laser spots 6 and shifted downward by the distance AH. However, the distance ΔH is known in advance by surveying. Further, the tunnel center point Q is obtained as the intersection of the horizontal reference line 11 and the tunnel center line 12.
【0029】ドリルジャンボJの機体1の後部に設置さ
れたカラー撮像器3による画像には、図3に示すよう
に、トンネルの切羽面を背景にレーザースポット6(例
えば赤色のスポット)及び検知体8が映像される。そし
て、この画像信号はカラー画像解析部17内で高速にサ
ンプリングされ処理される。すなわち、レーザースポッ
ト6については、前記の位置出し方法に従って演算処理
することにより、切羽面Fにおけるトンネル中心点Q及
び各種の基準線11,12,13に関する画面上のX一
Y座標が設定される。ここに、これらのX−Y座標は所
定の時間間隔で常に更新される。更に、削岩機2の動作
に伴って移動する検知体8の位置が画像上のX−Y座標
として連続的に検出される。ここでは、切羽面上の実座
標系と画面上の座標系を対応づけるために、図1に示し
たレーザースポット6間の既知の実距離Bと、図3にお
ける画面上のレーザースポット6間の距離bとが対置さ
れ、画面上の座標系が更正される。As shown in FIG. 3, in the image obtained by the color imager 3 installed at the rear of the body 1 of the drill jumbo J, as shown in FIG. 3, the laser spot 6 (for example, a red spot) and the detector are set against the background of the face of the tunnel. 8 is imaged. Then, this image signal is sampled and processed at high speed in the color image analysis unit 17. That is, for the laser spot 6, the X-Y coordinate on the screen regarding the tunnel center point Q and the various reference lines 11, 12, and 13 on the face F is set by performing the arithmetic processing according to the above-described positioning method. . Here, these XY coordinates are constantly updated at predetermined time intervals. Furthermore, the position of the detection body 8 that moves with the operation of the rock drill 2 is continuously detected as XY coordinates on the image. Here, in order to associate the real coordinate system on the facet with the coordinate system on the screen, the known real distance B between the laser spots 6 shown in FIG. 1 and the laser spot 6 on the screen in FIG. The distance b is opposed to the coordinate system on the screen and is corrected.
【0030】以上のように、レーザースポット6と有色
の検知体8とを撮像することから、水平基準線11及び
トンネル中心線12を基準軸とするX−Y座標系とその
座標系における検知体8の位置座標が連続的に検出され
る。ここに、検知体8とビット2dは既知の距離関係に
あるので、ビット2dの位置(X−Y座標)は直ちに求
まる。ビット2dのZ座標については、超音波センサ9
によって検知される切羽面Fまでの距離と相対距離とか
ら容易に決定される。As described above, since the laser spot 6 and the colored detector 8 are imaged, the XY coordinate system having the horizontal reference line 11 and the tunnel center line 12 as reference axes and the detector in the coordinate system. 8 position coordinates are continuously detected. Here, since the detection object 8 and the bit 2d have a known distance relationship, the position (XY coordinate) of the bit 2d is immediately obtained. For the Z coordinate of bit 2d, the ultrasonic sensor 9
It is easily determined from the distance to the face face F and the relative distance detected by.
【0031】(4)一方、コンピュータ23において
は、トンネルの計画線及び設計断面形状に基づいて、Z
座標にある切羽面Fの座標情報、すなわち、トンネル中
心点QのX−Y座標、水平基準線11のY座標、トンネ
ル中心線12のX座標、トンネル外周線13のX−Y座
標、全穿孔位置14のX−Y座標が予め計算される。た
だし、トンネルTの曲線施工区間では、座標情報として
前記の各種基準線に対しZ座標も必要になる。次いで、
作業点となる穿孔位置14の座標と検知体8により検出
されたビット2dの位置の座標とを比較して両者の偏差
(ΔX,ΔY)を求め、コンピュータ23から前記偏差
に基づく制御信号を削岩機2に内蔵されたサーボ機構2
4に入力し、削岩機2の動作を制御してビット2dを所
定の穿孔位置14に誘導する。なお、この段階では、ブ
ーム2a及びガイドセル2bを制御して、ビット2dと
切羽面Fとの距離が一定値(例えば、100mm前後)
を保つが、超音波センサ9等の測距センサを装着しない
場合には、切羽面Fの少し手前に仮想の断面を設定し、
削岩機2のブーム2aに内蔵された内界センサを用いて
ビット2dのZ座標を検出しながら、この仮想断面上を
ビット2dが移動するように制御する必要がある。ただ
し、この場合は切羽面Fと機体1と相対距離が予め計測
されなければならない。(4) On the other hand, in the computer 23, Z is calculated based on the planned line and design cross-sectional shape of the tunnel.
The coordinate information of the face face F at the coordinates, that is, the XY coordinates of the tunnel center point Q, the Y coordinate of the horizontal reference line 11, the X coordinate of the tunnel center line 12, the XY coordinates of the tunnel outer peripheral line 13, and all perforations. The XY coordinates of position 14 are calculated in advance. However, in the curve construction section of the tunnel T, Z coordinates are also required as coordinate information with respect to the various reference lines. Then
By comparing the coordinates of the drilling position 14 as the working point with the coordinates of the position of the bit 2d detected by the detector 8, the deviation (ΔX, ΔY) between the two is calculated, and the control signal based on the deviation is deleted from the computer 23. Servo mechanism 2 built in rock machine 2
4 to control the operation of the rock drill 2 to guide the bit 2d to a predetermined drilling position 14. At this stage, the boom 2a and the guide cell 2b are controlled so that the distance between the bit 2d and the face surface F is a constant value (for example, around 100 mm).
However, when a distance measuring sensor such as the ultrasonic sensor 9 is not attached, a virtual cross section is set slightly before the face face F,
It is necessary to control the bit 2d to move on this virtual section while detecting the Z coordinate of the bit 2d using the internal sensor incorporated in the boom 2a of the rock drill 2. However, in this case, the relative distance between the face F and the machine body 1 must be measured in advance.
【0032】(5)そして、偏差ΔX,ΔYが零となっ
た時点でガイドセル2bを前進させ、ビット2dの位置
を更に微調整しながらビット2dを切羽面Fに着岩させ
て穿孔位置決め作業を終了し、穿孔作業へと移行する。(5) Then, when the deviations ΔX and ΔY become zero, the guide cell 2b is moved forward, and while finely adjusting the position of the bit 2d, the bit 2d is rocked on the face F and the drilling positioning work is performed. Is completed and the drilling work is started.
【0033】(6)穿孔順序は2台の削岩機2によりト
ンネル中心線12を挟んで左右に分担され、予め順序化
された作業点を順次穿孔してゆく。(6) The drilling order is shared by the two rock drills 2 on the left and right sides with the tunnel center line 12 interposed therebetween, and the previously ordered work points are sequentially drilled.
【0034】このように本実施例の画像解析方法では、
輝度差を利用する通常の画像解析手段とは異なり、計測
対象物を色差で識別し抽出する方法であるため、対象物
の背景や外乱光に殆ど影響されることがなく、計測対象
物の輪郭及び重心を高速度・高精度に検出することがで
きる。また、計測対象物の色を指定することにより、複
数の計測対象物が複雑に交錯する運動現象であっても、
それぞれの対象物の運動軌跡を正確に追尾検出すること
が可能である。更に、障害物等によって対象物の映像が
一時消えても、映像が新たに現れた時点から検出を再開
することができる。Thus, in the image analysis method of this embodiment,
Unlike the normal image analysis means that uses the brightness difference, it is a method of identifying and extracting the measurement target by color difference, so there is almost no effect on the background of the target or ambient light, and the contour of the measurement target Also, the center of gravity can be detected with high speed and high accuracy. In addition, even if it is a motion phenomenon in which a plurality of measurement objects intersect in a complicated manner by specifying the color of the measurement object,
It is possible to accurately track and detect the movement trajectory of each object. Further, even if the image of the object disappears temporarily due to an obstacle or the like, the detection can be restarted from the time when the image newly appears.
【0035】ちなみに、本実施例に適用するカラー画像
解折手段の性能については、画像のサンプリング速度は
最大60Hz、同時に計測可能な対象物は4〜12個で
ある。また、計測対象物の座標解析精度としては撮影範
囲の約1/2000の分解能を有するので、例えぱ、図
3の撮影範囲を10mとすれば、約5mmの検出精度が
得られる。なお、本実施例では複数の検知体8を同時に
検出できるので、手動運転の場合と同様に、複数の削岩
機2をそれぞれ独立に制御することを基本とするが、削
岩機2の動作が互いに干渉し合う穿孔作業にあっては、
これらの動作を協調させながら制御する必要がある。Incidentally, regarding the performance of the color image folding means applied to this embodiment, the image sampling speed is 60 Hz at maximum, and the number of simultaneously measurable objects is 4 to 12. Further, since the coordinate analysis accuracy of the measuring object has a resolution of about 1/2000 of the shooting range, for example, if the shooting range of FIG. 3 is 10 m, a detection accuracy of about 5 mm can be obtained. In this embodiment, since a plurality of detectors 8 can be detected at the same time, basically the plurality of rock drills 2 are independently controlled as in the case of manual operation. In the drilling work where the two interfere with each other,
It is necessary to control these operations while coordinating them.
【0036】本実施例では、切羽面Fにおけるトンネル
中心点Q及び各種の基準線を求めるために2点のレーザ
ースポット6を利用したが、当然のことながら、2点以
上のレーザースポットを使用しても本発明の機能に変わ
りはない。また、レーザースポット6を利用せず、切羽
面Fの既知の位置に複数の円形の有色マークを張り付
け、これらを識別し抽出しても同じ機能を発揮すること
ができる。切羽面Fの凹凸が激しくZ方向の変化が大き
い場合、切羽面Fに照射されたレーザースポット6の実
座標には殆ど誤差はないものの、画面上に撮像されたレ
ーザースポット6の座標にはカメラポジションによる視
準誤差が若干生じる。この程度の誤差は施工精度からみ
て実用上問題はないが、前記の有色マークを切羽の平均
的な断面位置に張り付けることで、この誤差を実質的に
解消することは可能である。In the present embodiment, two laser spots 6 are used to obtain the tunnel center point Q and various reference lines on the face F, but naturally, two or more laser spots are used. However, the function of the present invention does not change. Further, the same function can be exerted even if a plurality of circular colored marks are attached to known positions on the facet F without using the laser spot 6, and these are identified and extracted. When the unevenness of the cutting face F is severe and the change in the Z direction is large, there is almost no error in the actual coordinates of the laser spot 6 irradiated on the cutting face F, but the coordinates of the laser spot 6 imaged on the screen indicate the coordinates of the camera. A slight collimation error occurs depending on the position. This degree of error is practically no problem in terms of construction accuracy, but it is possible to substantially eliminate this error by attaching the colored mark to the average cross-sectional position of the face.
【0037】叙上の実施例は1台のカラー撮像器をドリ
ルジャンボの機体後部に設置した例であるが、2台のカ
ラー撮像器をドリルジャンボの機体後部あるいは機体後
方に設置しても本発明の目的は十分に達成される。図5
はドリルジャンボJの機体後方に2台のカラー撮像器3
を設置した場合の実施例を示し、図6はその撮像画面の
一例を示す。図において、先の実施例と同等の部材・装
置については同一の符号が付されている。この実施例で
は、削岩機2の稼働範囲において、レーザースポット6
及び検知体8が十分見通せる高い位置にカラー撮像器3
が設置される。この場合、撮像画面は1台目のカラー撮
像器3による画面Lと2台目のカラー撮像器3による画
面Rとから構成される。撮像画面は画面Lと画面Rとに
分割されるため、1台のカラー撮像器を用いた場合より
は測定精度が向上し、大断面のトンネル工事に適したシ
ステムを構成することができる。The above embodiment is an example in which one color imager is installed at the rear part of the body of the drill jumbo. However, even if two color imagers are installed at the rear part or the rear part of the drill jumbo, The objects of the invention are fully achieved. Figure 5
Is two color imagers 3 behind the drill jumbo J fuselage
FIG. 6 shows an example of the image pickup screen in the case where the image pickup screen is installed. In the figure, members and devices equivalent to those in the previous embodiment are designated by the same reference numerals. In this embodiment, in the operating range of the rock drill 2, the laser spot 6
And the color imager 3 at a high position where the detector 8 can be fully seen.
Is installed. In this case, the imaging screen is composed of a screen L by the first color imager 3 and a screen R by the second color imager 3. Since the imaging screen is divided into the screen L and the screen R, the measurement accuracy is improved as compared with the case of using one color imaging device, and a system suitable for tunnel construction with a large cross section can be configured.
【0038】2台のカラー撮像器3を用いる本実施例に
おいては、画面L,Rのそれぞれに切羽面上の基準点や
基準線を求めるために、レーザースポット6を増加する
必要がある。更に、2台のカラー撮像器3を設置すれば
検知体8を立体視することも可能で、超音波センサ9を
用いることなくビット2dの3次元座標(X−Y−Z)
を検出することができる。ただし、この3次元座標を直
接検出する方法では、画面上の座標系を較正するために
煩雑な計測作業を必要とし、かつ、その測定精度も高く
はない。従って、超音波センサ9は測定精度に応じて適
宜使用される。In the present embodiment using the two color image pickup devices 3, it is necessary to increase the laser spots 6 in order to obtain the reference points and the reference lines on the facet for each of the screens L and R. Furthermore, if two color imagers 3 are installed, the detector 8 can be viewed stereoscopically, and the three-dimensional coordinates (X-Y-Z) of the bit 2d can be obtained without using the ultrasonic sensor 9.
Can be detected. However, this method of directly detecting the three-dimensional coordinates requires complicated measurement work for calibrating the coordinate system on the screen, and its measurement accuracy is not high. Therefore, the ultrasonic sensor 9 is appropriately used according to the measurement accuracy.
【0039】以上のように、これらの実施例の削岩機の
穿孔位置決め制御方法及びその装置を用いれば、自動ド
リルジャンボの開発に不可欠な「穿孔位置決め制御機
能」を容易に実現することができ、所定の穿孔位置に削
岩機のビットを高精度・高速度に位置決めすることが可
能になる。すなわち、削岩機2の先端部付近に装着され
た検知体4をカラー撮像器3により撮像した画像から図
形として抽出し、これらの検知体4の位置の座標を連続
的に解析して検出し、その位置座標に基づく制御信号を
削岩機2に内蔵されたサーボ機構24に入力して削岩機
2の動作を自動制御せしめるので、トンネルの計画線形
及び設計断面形状に基づいて予め計算された切羽面Fの
穿孔位置14に削岩機2のビット2dを正確かつ迅速に
誘導して位置決めすることができる。これにより、削岩
機2に生ずるたわみや遊び等に影響されることなく、従
来技術の内界センサ方式を用いた制御方法と比べて、削
岩機2の位置決め精度を大幅に改善することができる。
また、切羽面Fにおけるトンネル中心点Qや各種の基準
線11,12,13を常に更新し設定するので、ドリル
ジャンボJの据付け位置が作業中に多少ずれても作業を
継続することが可能である。更に、準備作業として穿孔
位置の教示あるいは穿孔位置の数値入力を行う必要があ
る従来技術に比べて、作業時間を大幅に短縮することが
できる。従って、本発明による制御方法を用いれば、ト
ンネルの掘進作業の省力化・効率化・安全化を図ること
ができ、また、施工の品質及びコストに悪影響を与える
余掘り・余巻き・アタリを大幅に減少させることが可能
である。As described above, by using the drilling positioning control method and device of the rock drilling machine of these embodiments, the "drilling positioning control function" essential for the development of the automatic drill jumbo can be easily realized. , It becomes possible to position the bit of the rock drill at a predetermined drilling position with high accuracy and high speed. That is, the detectors 4 mounted near the tip of the rock drill 2 are extracted as a figure from the image captured by the color imager 3, and the coordinates of the positions of these detectors 4 are continuously analyzed and detected. Since the control signal based on the position coordinates is input to the servo mechanism 24 built in the rock drill 2 to automatically control the operation of the rock drill 2, it is calculated in advance based on the planned alignment of the tunnel and the design cross-sectional shape. The bit 2d of the rock drill 2 can be accurately and quickly guided and positioned at the drilling position 14 on the face face F. As a result, the positioning accuracy of the rock drill 2 can be significantly improved as compared with the control method using the internal sensor system of the related art, without being affected by the flexure or play generated in the rock drill 2. it can.
Further, since the tunnel center point Q on the face face F and various reference lines 11, 12, and 13 are constantly updated and set, it is possible to continue the work even if the installation position of the drill jumbo J is slightly displaced during the work. is there. Further, the working time can be significantly shortened as compared with the prior art in which it is necessary to teach the punching position or input a numerical value of the punching position as a preparatory work. Therefore, if the control method according to the present invention is used, labor saving, efficiency, and safety of tunnel excavation work can be achieved, and excessive dug, excessive winding, and atari that adversely affect construction quality and cost can be significantly reduced. Can be reduced to.
【0040】本発明は上記実施例に限定されたものでは
なく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々変更が可
能である。すなわち、以下の様態は本発明の技術的範囲
内に包含されるものである。 上記実施例では、2基の削岩機2を装備したホイール
形式のドリルジャンボJを示したが、1基ないし3基以
上の削岩機を装備した場合、あるいはガントリー形式の
ドリルジャンボの場合であっても、本発明の効果は十分
に発揮される。 レーザーを用いて切羽面に穿孔位置を照射する、いわ
ゆるレーザーマーキング方法と、本発明による制御方法
とを併用しても、本発明の効果は十分に発揮される。す
なわち、本発明のカラー撮像手段とカラー画像解析手段
を用いて穿孔位置に照射されたレーザースポットの位置
座標を検出し、この位置座標に削岩機2のビット2dを
直接誘導して位置決めすることも可能である。この場
合、コンピュータ23には、穿孔位置に関する座標情報
を計算する計算機能を必要としない。 上記実施例では、穿孔位置決め制御機能を完全に自動
化しているが、コンピュータ23とサーボ機構24とか
らなる自動制御機能を使用せず、CRT表示器26に表
示される穿孔位置15とビット2dの位置との双方を監
視しながらマニュアル運転で削岩機2を操作しても、本
発明の効果は損なわれない。叙上の実施例では、切羽面上のトンネルの基準点や基
準線の3次元座標を認識するために、測距測角儀による
測量とレーザースポットや有色マークのカラー撮像解析
手段を示したが、カラー撮像器と正確に連動するよう一
体化した測距測角儀を用いても同等の効果を得る。 すな
わち、切羽面上の有色マークや削岩機の検知体の適所部
分に光波の反射シートを張り付け、前記のカラー撮像器
型測距測角儀の画像解析機能を用いこれらターゲットを
追尾して自動視準することにより、切羽面の基準点等の
3次元座標が直接検出できる。この方法において、前記
カラー撮像器型測距測角儀の自己位置が他の測量基準点
等を用いて求められている場合は、有色マークを切羽面
上の任意の位置あるいは切羽面以外の位置に取り付いて
も問題がない。更に、切羽面のZ座標が既知である場
合、有色マークー自体の設置を省略することも可能であ
る。なお、カラー撮像器型測距測角儀ではカラー撮像器
と測距測角儀が連動する ため、カラー撮像器による画像
は固定画面でなくターゲットの追尾に伴い変化すること
になるが、本発明による制御機能は十分発揮される。ま
た、検知体の3次元座標が検出できるので、超音波セン
サーを特に必要としない。 更に、本発明による制御方法は、建設機械に装備され
る大型の多関節ブームの制御システム全般に応用するこ
とが可能である。The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made within the scope of the basic technical idea of the present invention. That is, the following modes are included in the technical scope of the present invention. In the above embodiment, the wheel type drill jumbo J equipped with two rock drills 2 is shown. However, in the case of equipped with one to three or more rock drills, or in the case of a gantry type drill jumbo. Even if there is, the effect of the present invention is sufficiently exerted. Even if the so-called laser marking method of irradiating the facet face with the laser beam to pierce the face is used together with the control method of the present invention, the effects of the present invention are sufficiently exhibited. That is, by using the color image pickup means and the color image analysis means of the present invention, the position coordinates of the laser spot irradiated on the drilling position are detected, and the bit 2d of the rock drill 2 is directly guided to this position coordinate for positioning. Is also possible. In this case, the computer 23 does not need the calculation function of calculating the coordinate information regarding the drilling position. Although the hole positioning control function is completely automated in the above embodiment, the hole position 15 and the bit 2d displayed on the CRT display 26 are not used without using the automatic control function of the computer 23 and the servo mechanism 24. Even if the rock drill 2 is manually operated while monitoring both the position and the position, the effect of the present invention is not impaired. In the above example, the reference point or base of the tunnel on the face
To measure the 3D coordinates of the line
Surveying and color imaging analysis of laser spots and colored marks
I have shown the means, but it is necessary to make sure that it works accurately with the color imager.
The same effect can be obtained by using a body-ranging rangefinder. sand
Wachi, colored spots on the face of the face and the right place of the detector of the rock drill
The light wave reflection sheet is attached to the color image sensor.
These targets using the image analysis function of the type rangefinder
By tracking and aiming automatically, the reference point of the face
Three-dimensional coordinates can be detected directly. In this method,
The self-position of the color imager-type rangefinder is used as another survey reference point.
If required, use colored marks to cut face
Attach it to any position above or other than the face
Is no problem. Furthermore, if the Z coordinate of the face is known.
In this case, it is possible to omit the installation of the colored mark itself.
It In addition, in the color image pickup type rangefinder, the color image pickup device is used.
Since the rangefinder and angle finder work together , images from a color imager
Is not a fixed screen but changes as the target is tracked
However, the control function according to the present invention is fully exerted. Well
Also, because the three-dimensional coordinates of the sensing object can be detected, the ultrasonic sensor
You don't need a sir. Furthermore, the control method according to the present invention can be applied to general control systems for large articulated booms installed in construction machines.
【0041】C.発明の効果 本発明によれば、削岩機の先端部付近に装着された検知
体をカラー撮像器により撮像した両像から図形として抽
出し、これらの検知体の位置の座標を連続的に解析して
検出し、一方、トンネルの内面を同じカラー撮像器を介
してその位置の座標を検出し、これらの検出座標値を比
較し、検知体の位置座標に基づく制御信号を削岩機に内
蔵されたサーボ機構に入力して削岩機の動作を自動制御
せしめるので、ビットの初期位置決めを必要とせず、ビ
ットは目的位置まで連続的に制御誘導され、リアルタイ
ム制御性を有し、トンネルの計画線形及び設計断面形状
に基づいて予め計算された切羽面の穿孔位置に削岩機の
ビットを正確かつ迅速に誘導して位置決めすることがで
きる。更に本発明では、計測対象物を色差で識別し抽出
する方法であるため、対象物の背景や外乱光に殆ど影響
されることがなく、計測対象物の輪郭及び重心を高速度
・高精度に検出することができる。また、計測対象物の
色を指定することにより、複数の計測対象物が複雑に交
錯する運動現象であっても、それぞれの対象物の運動軌
跡を正確に追尾検出することが可能である。C. EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, the detectors mounted near the tip of the rock drill are extracted as figures from both images captured by the color imager, and the coordinates of the positions of these detectors are continuously analyzed. The inner surface of the tunnel through the same color imager.
Then, the coordinates of that position are detected, these detected coordinate values are compared, and a control signal based on the position coordinates of the detected body is input to the servo mechanism built into the rock drill to automatically control the operation of the rock drill. Since it does not require the initial positioning of the bit,
Is continuously controlled and guided to the target position for real time
The rock drill bit can be accurately and quickly guided and positioned at the drilling position of the face face calculated based on the planned alignment and the designed cross-sectional shape of the tunnel. Further, in the present invention, since it is a method of identifying and extracting the measurement object by color difference, it is hardly affected by the background of the object or the ambient light, and the contour and the center of gravity of the measurement object can be measured at high speed and high accuracy. Can be detected. Further, by designating the color of the measurement object, it is possible to accurately track and detect the motion locus of each of the measurement objects even in the case of a motion phenomenon in which a plurality of measurement objects intersect in a complicated manner.
【0042】これにより、削岩機に生ずるたわみや遊び
等に影響されることなく、従来技術の内界センサ方式に
よる制御方法と比べて、削岩機の位置決め精度を大幅に
改善することができる。また、切羽面におけるトンネル
中心点や各種の基準線を常に更新し設定するので、ドリ
ルジャンボの据付け位置が作業中に多少ずれても作業を
継続することが可能である。更に、準備作業として穿孔
位置の教示あるいは穿孔位置の数値入力を行う必要があ
る従来技術に比べて、作業時間を大幅に短縮することが
できる。従って、本発明による制御方法を用いれば、ト
ンネルの掘進作業の省力化・効率化・安全化を図ること
ができ、また、施工の品質及びコストに悪影響を与える
余掘り・余巻き・アタリを大幅に減少させることが可能
である。As a result, the positioning accuracy of the rock drill can be greatly improved as compared with the control method using the internal sensor system of the prior art, without being affected by the bending and play of the rock drill. . Further, since the tunnel center point on the face of the face and various reference lines are constantly updated and set, it is possible to continue the work even if the installation position of the drill jumbo slightly shifts during the work. Further, the working time can be significantly shortened as compared with the prior art in which it is necessary to teach the punching position or input a numerical value of the punching position as a preparatory work. Therefore, if the control method according to the present invention is used, labor saving, efficiency, and safety of tunnel excavation work can be achieved, and excessive dug, excessive winding, and atari that adversely affect construction quality and cost can be significantly reduced. Can be reduced to.
【図1】本発明の削岩機の穿孔位置決め制御方法を実施
する一実施例装置の全体構成を示す立体図。FIG. 1 is a three-dimensional view showing the overall configuration of an embodiment of a device for carrying out a drilling positioning control method for a rock drill according to the present invention.
【図2】(a)削岩機の先端付近の検知体・センサーの
側面配置図。(b)(a)図における検知体・センサー
の正面配置図。(c)(b)図における検知体・センサ
ーの別な態様の正面配置図。FIG. 2 (a) is a side view of a detector / sensor near the tip of a rock drill. (B) The front layout drawing of the detection body and sensor in a figure. (C) The front arrangement | positioning figure of another aspect of a detection body / sensor in a figure (b).
【図3】切羽面における各種の基準線及び穿孔位置と削
岩機の制御状態を表す画面例示図。FIG. 3 is an exemplary screen view showing various reference lines and drilling positions on the face of a face and control states of a rock drill.
【図4】本実施例の位置決め制御システムの全体構成
図。FIG. 4 is an overall configuration diagram of a positioning control system according to the present embodiment.
【図5】本発明の別の実施例装置の全体構成を示す立体
図。FIG. 5 is a three-dimensional view showing the overall configuration of an apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図6】この実施例の別な画面例示図。FIG. 6 is another exemplary screen illustration of this embodiment.
【図7】各種センサを装備した従来技術による削岩機の
正面図。FIG. 7 is a front view of a conventional rock drill equipped with various sensors.
【図8】図7の平面図。FIG. 8 is a plan view of FIG.
T…トンネル、F…切羽、J…ドリルジャンボ、1…機
体、2…削岩機、2d…ビット、3…カラー撮像器(カ
ラー画像撮像手段)、8…検知体、17…カラー画像解
析器(カラー画像解析手段)、19…制御部、23…コ
ンピュータ(穿孔位置計算手段、制御手段)、24…サ
ーボ機構T ... Tunnel, F ... Face, J ... Drill jumbo, 1 ... Machine, 2 ... Rock drill, 2d ... Bit, 3 ... Color imager (color image capturing means), 8 ... Detector, 17 ... Color image analyzer (Color image analysis means), 19 ... Control unit, 23 ... Computer (drilling position calculation means, control means), 24 ... Servo mechanism
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 俊夫 大阪府大阪市此花区伝法4丁目3番55号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 柚木 孝治 大阪府大阪市此花区伝法4丁目3番55号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 澤 芳幸 大阪府大阪市此花区伝法4丁目3番55号 株式会社鴻池組内 (56)参考文献 特開 昭61−250292(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Toshio Yamamoto 4-355, Konohana-ku, Osaka-shi, Osaka City, Konoikegumi Co., Ltd. (72) Inventor, Koji Yuki, 3-55, Konohana-ku, Osaka, Osaka No. Konoike Gumi Co., Ltd. (72) Yoshiyuki Sawa Inventor Yoshiyuki Sawa No. 4-55, Konohana-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Konoike Gumi Co., Ltd. (56) References JP-A-61-250292 (JP, A)
Claims (4)
たドリルジャンボについて、 該ドリルジャンボに装備された削岩機の先端部の既知の
位置に有色の検知体を装着し、 前記検知体並びにトンネル内面をドリルジャンボの機体
後部あるいは機体後方に設置されたカラー撮像器で撮像
し、前記検知体をその有色性をもって識別検知し、か
つ、その撮像信号により該検知体の位置の座標並びにト
ンネルの内面の既知点の位置の座標を連続的に解析して
検出し、 前記検知体の位置の座標情報に基づく制御信号により前
記削岩機内のサーボ機構を介して前記削岩機を自動的に
動作させ、 トンネルの計画線形及び設計断面形状に基づいて予め計
算された切羽面上の穿孔位置に削岩機のビットを誘導し
て位置決めする、 ことを特徴とする削岩機の穿孔位置決め制御方法。1. A drill jumbo installed in a tunnel facing a face, a colored detector is mounted at a known position on the tip of a rock drill equipped with the drill jumbo, and the detector and the tunnel. The inner surface is imaged with a color imager installed at the rear or rear of the body of the drill jumbo, and the detected body is identified and detected with its color.
The position of the detector and its coordinates
Continuously analyze the coordinates of the positions of known points on the inner surface of the
Detect and automatically operate the rock drill through a servo mechanism in the rock drill by a control signal based on the coordinate information of the position of the detection object, and calculate in advance based on the planned alignment of the tunnel and the design cross-sectional shape A drilling positioning control method for a rock drilling machine, which comprises guiding and positioning a bit of a rock drilling machine to a drilling position on the face face.
羽面である請求項1に記載の削岩機の穿孔位置決め制御
方法。 2. The inner surface of the tunnel for imaging with a color imager is cut off.
The drilling positioning control of the rock drill according to claim 1, which is a wing surface.
Method.
の間隔をもって相平行する2本のレーザービームによる
レーザースポットが照射される請求項2に記載の穿孔位
置決め制御方法。 3. The face is preset from the rear of the drill jumbo on the face.
By two laser beams parallel to each other with a space of
The perforation position according to claim 2, which is irradiated with a laser spot.
Arrangement control method.
ドリルジャンボについて、ドリルジャンボに装備された
削岩機の穿孔位置決めを制御する方法に使用される装置
であって、 削岩機の先端部付近の既知の位置に装着される有色の検
知体と; ドリルジャンボの機体後部あるいは機体後方に設置さ
れ、前記有色の検知体並 びにトンネル内面を撮像するカ
ラー撮像手段と; 前記カラー撮像手段による撮像信号に基づき前記検知体
を抽出して該検知体の位置の座標並びにトンネルの内面
の既知点の位置の座標を連続的に解折するカラー画像解
析手段と; トンネルの計画線形及び設計断面形状に基づいて切羽面
上の穿孔位置を計算する穿孔位置計算手段と; 前記カラー画像解析手段の座標解析値に基づき削岩機の
動作を自動制御して前記計算された穿孔位置に削岩機の
ビットを誘導し位置決めする制御手段と;を少なくとも
備えてなる、 ことを特徴とする削岩機の穿孔位置決め制御装置。4. A device for use in a method of controlling the drilling positioning of a rock drill installed in a drill jumbo, which is installed toward a face in a tunnel, the tip of the rock drill. a detection body colored to be attached to a known position in the vicinity; imaging by the color image pickup means; installed in aft body or fuselage behind the drill jumbo, color imaging means and imaging the tunnel inner surface detection member parallel beauty of the colored The detection object is extracted based on the signal, and the coordinates of the position of the detection object and the inner surface of the tunnel
A color image analysis means for continuously breaking the coordinates of the positions of known points of the ; a hole position calculation means for calculating the hole position on the face based on the planned alignment and design cross-sectional shape of the tunnel; Control means for automatically controlling the operation of the rock drill on the basis of the coordinate analysis value of the means to guide and position the bit of the rock drill to the calculated drilling position; Rock drilling positioning control device.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3348866A JPH0823260B2 (en) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | Drilling position control method and device for rock drill |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JPH05156886A JPH05156886A (en) | 1993-06-22 |
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