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JPH042883B2 - - Google Patents
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JPH042883B2 - - Google Patents

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JPH042883B2
JPH042883B2 JP18444484A JP18444484A JPH042883B2 JP H042883 B2 JPH042883 B2 JP H042883B2 JP 18444484 A JP18444484 A JP 18444484A JP 18444484 A JP18444484 A JP 18444484A JP H042883 B2 JPH042883 B2 JP H042883B2
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザビームを利用した位置検知方
法および位置検知装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a position detection method and a position detection device using a laser beam.

〔従来技術〕 第1図は従来の位置検知方法をトンネル掘進機
などに使用した状態を示す説明図である。
[Prior Art] FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state in which a conventional position detection method is used in a tunnel boring machine or the like.

図中、1は発進立坑又はトンネル内の定位置に
設置したレーザビーム発射装置、2はレーザビー
ム発射装置1から発射されたレーザビーム、3は
トンネル掘進機に設置した受光装置で、この受光
装置3の受光面4にはx軸y軸原点Oが付されて
いる。
In the figure, 1 is a laser beam emitting device installed at a fixed position in the starting shaft or tunnel, 2 is the laser beam emitted from the laser beam emitting device 1, and 3 is a light receiving device installed in the tunnel boring machine. An x-axis, y-axis origin O is attached to the light-receiving surface 4 of No. 3.

次に、上述の位置検知装置による従来の位置検
知方法について説明する。レーザビーム発射装置
1からレーザビーム2を受光装置3の受光面4に
向けて発射させる。そのレーザビーム2が受光面
4に当つた点Pをx,y座標として読み取る。こ
の読み取つたx,y座標により、レーザビーム2
に対する受光装置3の相対的な位置を検知する。
この結果、トンネル掘進機を計画予定線に沿つて
掘進させることができる。
Next, a conventional position detection method using the above-mentioned position detection device will be explained. A laser beam 2 is emitted from a laser beam emitting device 1 toward a light receiving surface 4 of a light receiving device 3. The point P where the laser beam 2 hits the light receiving surface 4 is read as x, y coordinates. Based on the x and y coordinates read, the laser beam 2
The relative position of the light receiving device 3 with respect to the light receiving device 3 is detected.
As a result, the tunnel excavating machine can be caused to excavate along the planned planned line.

しかしながら、従来の位置検知方法は、レーザ
ビーム発射装置1からレーザビーム2を受光装置
3の受光面4に当てて位置を検知するようにした
ものであるから、位置検知可能な範囲は受光面4
の面積内に限られてしまう。例えば、トンネル掘
進機の位置ずれ量が大きくなり、レーザビーム2
の受光面4との交点Pが受光面4から外れてしま
うと、それ以後は検知不能となる。このために、
受光面4をできる限り大きくする必要があると言
つた問題点がある。
However, in the conventional position detection method, the position is detected by applying the laser beam 2 from the laser beam emitting device 1 to the light receiving surface 4 of the light receiving device 3. Therefore, the position detection range is limited to the light receiving surface 4.
It is limited to the area of For example, if the amount of positional deviation of the tunnel boring machine increases, the laser beam 2
If the intersection point P with the light-receiving surface 4 is removed from the light-receiving surface 4, detection becomes impossible thereafter. For this,
There is a problem in that the light receiving surface 4 must be made as large as possible.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、上述の問題点を解決した位置検知方
法および位置検知装置を提供せんとするものであ
る。
The present invention aims to provide a position detection method and a position detection device that solve the above-mentioned problems.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

特許請求の範囲第1項記載の発明(以下、単に
第1の発明と称す。)は、レーザビーム発射装置
から帯状のレーザビームを受光装置の受光面に発
射し、その帯状のレーザビームを発射方向を軸と
して回転させ、受光面上に現われる帯状のレーザ
ビームの直線の内少なくとも2直線を読み取り、
その読み取つた複数本の直線の交点を求め、その
求めた交点によりレーザビーム発射装置から発射
させた帯状のレーザビームの光軸位置に対する受
光装置の相対的な位置を検知するようにしたこと
を特徴とする。
The invention recited in claim 1 (hereinafter simply referred to as the first invention) emits a band-shaped laser beam from a laser beam emitting device to a light-receiving surface of a light-receiving device, and emits the band-shaped laser beam. rotate the direction as an axis and read at least two straight lines among the straight lines of the band-shaped laser beam appearing on the light receiving surface;
The intersection point of the plurality of straight lines thus read is determined, and the relative position of the light receiving device with respect to the optical axis position of the band-shaped laser beam emitted from the laser beam emitting device is detected from the determined intersection point. shall be.

また、特許請求の範囲第2項記載の発明(以
下、単に第2の発明と称す。)は、帯状のレーザ
ビームを発射し、その帯状のレーザビームを発射
方向を軸として回転させるように構成したレーザ
ビーム発射装置と、受光面に受光素子を配設した
受光装置と、受光素子に接続し、受光素子上を横
切る帯状のレーザビームの直線の内少なくとも2
直線を読み取り、その読み取つた複数本の直線の
交点を求める演算装置とを備え、前記演算装置に
おいて求めた交点により、前記レーザビーム発射
装置から発射される帯状のレーザビームの光軸位
置に対する前記受光装置の相対的な位置を検知す
ることを特徴とする。
Further, the invention described in claim 2 (hereinafter simply referred to as the second invention) is configured to emit a band-shaped laser beam and rotate the band-shaped laser beam around the emission direction. a laser beam emitting device, a light receiving device having a light receiving element on its light receiving surface, and at least two of the straight lines of a band-shaped laser beam connected to the light receiving element and crossing over the light receiving element.
an arithmetic device that reads straight lines and determines the intersections of the plurality of straight lines read, and the light receiving device determines the optical axis position of the band-shaped laser beam emitted from the laser beam emitting device based on the intersections found by the arithmetic device. It is characterized by detecting the relative position of devices.

〔実施例〕〔Example〕

以下、第1の発明の一実施例を第2図乃至第6
図を参照して、また第2の発明の一実施例を第7
図乃至第11図を参照してそれぞれ説明する。
An embodiment of the first invention will be described below with reference to FIGS. 2 to 6.
Referring to the figure, one embodiment of the second invention will be explained in the seventh embodiment.
Each will be explained with reference to FIGS. 11 to 11.

第2図はトンネル掘進機などに使用した状態を
示す説明図、第3図は光軸が受光面内にある場合
を示した受光面の説明、第4図は光軸が受光面か
ら外れた場合を示した受光面の説明図、第5図は
受光面の最外周上の点から受光面上に現われる帯
状のレーザビームの直線を読み取る説明図、第6
図は受光面の内部の点から受光面に現われる帯状
のレーザビームの直線を読み取る説明図である。
Figure 2 is an explanatory diagram showing the state in which it is used in a tunnel excavator, etc. Figure 3 is an explanation of the light receiving surface when the optical axis is within the light receiving surface, and Figure 4 is an explanation of the light receiving surface when the optical axis is outside the light receiving surface. Fig. 5 is an explanatory diagram of the light-receiving surface showing the case in which the straight line of the band-shaped laser beam appearing on the light-receiving surface is read from a point on the outermost circumference of the light-receiving surface;
The figure is an explanatory diagram for reading a straight line of a band-shaped laser beam appearing on the light receiving surface from a point inside the light receiving surface.

図中、1′は発進立坑またはトンネル内の定位
置に設置したレーザビーム発射装置であつて、こ
のレーザビーム発射装置1′は帯状のレーザビー
ム2′を発射し、その帯状のレーザビーム2′をレ
ーザビーム2′の発射方向を軸として回転させる
ように構成したものである。このレーザビーム発
射装置1′は、例えば光線式ケ引き装置を使用す
る。3は受光装置、4は受光装置3の受光面であ
つて、x軸y軸原点Oが付された目盛板である。
In the figure, 1' is a laser beam emitting device installed at a fixed position in the starting shaft or tunnel, and this laser beam emitting device 1' emits a band-shaped laser beam 2'. The laser beam 2' is rotated around the emission direction of the laser beam 2'. This laser beam emitting device 1' uses, for example, a light beam type scraping device. 3 is a light receiving device, and 4 is a light receiving surface of the light receiving device 3, which is a scale plate having an origin O on the x and y axes.

次に、上述の位置検知装置による第1の発明の
位置検知方法について説明する。
Next, a position detection method according to the first invention using the above-mentioned position detection device will be explained.

まず、レーザビーム発射装置1′から帯状のレ
ーザビーム2′を発射させると共に、その帯状の
レーザビーム2′を回転させる。この回転は間欠
的または連続的であつても良い。この帯状のレー
ザビーム2′が受光面4に当ると、その受光面4
上に光の直線が現われる。しかも、帯状のレーザ
ビーム2′は回転しているので、上述の直線はい
ずれかの回転角度で受光面4上に現われる。この
直線をAとする。さらに、帯状のレーザビーム
2′を回転させたときの直線をBとする。この直
線Aと直線Bとの交点Pを求める。この交点Pが
帯状のレーザビーム2′の光軸であり、受光面4
の原点Oとの差がトンネル掘進機のずれの量に相
当する。
First, a belt-shaped laser beam 2' is emitted from a laser beam emitting device 1', and the belt-shaped laser beam 2' is rotated. This rotation may be intermittent or continuous. When this belt-shaped laser beam 2' hits the light-receiving surface 4, the light-receiving surface 4
A straight line of light appears above. Furthermore, since the band-shaped laser beam 2' is rotating, the above-mentioned straight line appears on the light receiving surface 4 at any rotation angle. Let this straight line be A. Furthermore, B is a straight line when the belt-shaped laser beam 2' is rotated. The intersection point P between straight line A and straight line B is determined. This intersection P is the optical axis of the band-shaped laser beam 2', and the light receiving surface 4
The difference from the origin O corresponds to the amount of deviation of the tunnel boring machine.

上述の交点(帯状のレーザビーム2′の光軸)
Pが第3図に示すように受光面4の範囲内にある
場合は、従来の位置検知方法でも位置検知が可能
である。ところが、上述の交点Pが第4図に示す
ように受光面4の範囲外にある場合は、従来の位
置検知方法では位置検知が不可能であるが、第1
の発明の位置検知方法により位置検知が可能であ
る。すなわち、この第1の発明の位置検知方法
は、帯状のレーザビーム2′を回転させているの
で、見通しがきき、かつ帯状のレーザビーム2′
が遮られない限り、受光面4には帯状のレーザビ
ーム2′の直線がいずれ現われる。この受光面4
上に現われた直線の内2直線A,Bを読み取るこ
とにより、2直線A,Bの交点Pを以下のように
して求めることができる。
The above-mentioned intersection (optical axis of band-shaped laser beam 2')
If P is within the range of the light-receiving surface 4 as shown in FIG. 3, the position can be detected by the conventional position detection method. However, if the above-mentioned intersection point P is outside the range of the light-receiving surface 4 as shown in FIG.
Position detection is possible by the position detection method of the invention. That is, in the position detection method of the first invention, since the belt-shaped laser beam 2' is rotated, the line-of-sight is clear and the belt-shaped laser beam 2' is rotated.
As long as the laser beam 2' is not blocked, a straight line of the band-shaped laser beam 2' will eventually appear on the light receiving surface 4. This light receiving surface 4
By reading two straight lines A and B among the straight lines appearing above, the intersection point P of the two straight lines A and B can be determined as follows.

第5図中、A,Bは時刻ta、tbで受光面4上に
現われる帯状のレーザビーム2′の直線である。
この直線A,Bは、それぞれ点A1、A2および点
B1,B2で受光面4の外周Cと交差する。この点
A1、A2およびB1,B2の受光面4の座標軸x−y
に関する座標を、 A1(x11y11)、A2(x12y12) B1(x21y21)、B2(x22y22) とする。すると、直線A,Bの方程式は夫々下式
(1)により求まる。
In FIG. 5, A and B are straight lines of the band-shaped laser beam 2' appearing on the light-receiving surface 4 at times t a and t b .
These straight lines A and B are respectively points A 1 , A 2 and
It intersects the outer periphery C of the light receiving surface 4 at B 1 and B 2 . This point
Coordinate axes x-y of light receiving surface 4 of A 1 , A 2 and B 1 , B 2
Let the coordinates related to this be A 1 (x 11 y 11 ), A 2 (x 12 y 12 ), B 1 (x 21 y 21 ), and B 2 (x 22 y 22 ). Then, the equations of straight lines A and B are as follows:
Determined by (1).

これらの2直線の交点Pの座標は P(x21y22−x22y21/x21−x22−x11y12−x12y11/x1
1
−x12/y11−y12/x11−x12−y21−y22/x21−x22,x1
1
y12−x12y11/y11−y12−x21y22−x22y22/y21−y22
x11−x12/y11−y12−x21−x22/y21−y22)……(2) となる。実際には、第5図に示すように、受光面
4からはずれたレーザビーム部分は目視できない
ことがあり、図面中破線で図示している通りであ
るが、上記のP点の計算値には受光面4上の4点
A1,A2,B1,B2の座標が含まれているのみであ
る。従つて、P点を目視できない場合でも座標軸
x−yに関するP点の座標を同定することができ
る。第5図の説明では受光面4最外周C上の4点
A1,A2,B1,B2を用いたが、必ずしもそうする
必要はない。例えば、第6図のように一本の直線
A(又はB)について、受光面4の内部の2点
A1,A2(又はB1,B2)が読みとれればよい。
The coordinates of the intersection point P of these two straight lines are P(x 21 y 22 −x 22 y 21 /x 21 −x 22 −x 11 y 12 −x 12 y 11 / x 1
1
−x 12 /y 11 −y 12 /x 11 −x 12 −y 21 −y 22 /x 21 −x 22 ,x 1
1
y 12 −x 12 y 11 /y 11 −y 12 −x 21 y 22 −x 22 y 22 /y 21 −y 22 /
x 11 −x 12 /y 11 −y 12 −x 21 −x 22 /y 21 −y 22 )...(2). In reality, as shown in FIG. 5, the portion of the laser beam that deviates from the light-receiving surface 4 may not be visible to the naked eye, as indicated by the broken line in the drawing, but the above calculated value of point P 4 points on light receiving surface 4
It only contains the coordinates of A 1 , A 2 , B 1 , and B 2 . Therefore, even if point P cannot be visually observed, the coordinates of point P with respect to the coordinate axis xy can be identified. In the explanation of Fig. 5, four points on the outermost periphery C of the light receiving surface 4 are shown.
Although A 1 , A 2 , B 1 , and B 2 were used, it is not necessary to do so. For example, as shown in FIG. 6, for one straight line A (or B), two points inside the light receiving surface 4
It is sufficient if A 1 and A 2 (or B 1 and B 2 ) can be read.

以上の説明では、2本の直線A,Bの交点とし
てPを求めたが、第4図のように多数本の直線の
交点の平均値としてP点を求めれば検出精度をさ
らに向上させることができる。
In the above explanation, P was determined as the intersection of two straight lines A and B, but detection accuracy can be further improved by determining point P as the average value of the intersections of multiple straight lines as shown in Figure 4. can.

このように、第1の発明の位置検知方法は、帯
状のレーザビーム2′の光軸(交点P)が受光面
4から外れていてもその光軸を求めることができ
る。このため、位置検知の範囲が広くなり、一方
受光面4の面積を小さくすることができ、ひいて
は受光装置3を小型化することができる。
In this manner, the position detection method of the first invention can determine the optical axis (intersection P) of the band-shaped laser beam 2' even if it is off the light receiving surface 4. Therefore, the range of position detection is widened, and the area of the light-receiving surface 4 can be reduced, and the light-receiving device 3 can be downsized.

第7図はトンネル掘進機などに使用した状態の
説明図、第8図はラインセンサの正面図、第9図
は縦軸に電気出力、横軸に時間をとつたグラフ、
第10図は受光面に帯状のレーザビームが当つた
状態の説明図、第11図は操作順序を表わしたブ
ロツク図である。
Figure 7 is an explanatory diagram of the state in which it is used in a tunnel excavation machine, etc., Figure 8 is a front view of the line sensor, Figure 9 is a graph with electrical output on the vertical axis and time on the horizontal axis.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a state in which a band-shaped laser beam hits the light-receiving surface, and FIG. 11 is a block diagram showing the sequence of operations.

この実施例における第2の発明の位置検知装置
は、レーザビーム発射装置1′と、受光装置3と、
演算装置102と、表示装置103とからなる。
The position detection device of the second invention in this embodiment includes a laser beam emitting device 1', a light receiving device 3,
It consists of a calculation device 102 and a display device 103.

レーザビーム発射装置1′は、帯状のレーザビ
ーム2′を発射し、その帯状のレーザビーム2′を
レーザビーム2′の発射方向を軸として回転させ
るように構成したものであつて、例えば光線式ケ
引き装置を使用する。
The laser beam emitting device 1' is configured to emit a band-shaped laser beam 2' and rotate the band-shaped laser beam 2' around the emission direction of the laser beam 2'. Use a scraping device.

前記受光装置3は、前面に受光面4を設け、そ
の受光面4の4辺に4個のラインセンサ100−
1,100−2,100−3,100−4をそれ
ぞれ組み込むと共に、受光面4にx軸、y軸、原
点Oを付す。このラインセンサ100−1,10
0−2,100−3,100−4は、長さを2a
とし、第10図に示すように口形に配置し、かつ
その中心がx軸、y軸上に位置するように配置す
る。このラインセンサ100−1,100−2,
100−3,100−4は、例えば256個のホト
ダイオードを一次元に配列したものであつて、
256個のホトダイオードに入射した光量に応じた
電気信号が出力される。ここで、n番目のホトダ
イオードに帯状のレーザビーム2′が当ると、第
9図に示すように、n番目のホトダイオードに対
応するところの電気信号が強く出力される。
The light receiving device 3 has a light receiving surface 4 on the front surface, and four line sensors 100- on the four sides of the light receiving surface 4.
1, 100-2, 100-3, and 100-4, respectively, and the x-axis, y-axis, and origin O are attached to the light-receiving surface 4. This line sensor 100-1, 10
0-2,100-3,100-4 has a length of 2a
They are arranged in the shape of a mouth as shown in FIG. 10, and their centers are located on the x and y axes. This line sensor 100-1, 100-2,
100-3 and 100-4 are, for example, 256 photodiodes arranged in one dimension,
An electrical signal is output according to the amount of light incident on the 256 photodiodes. Here, when the band-shaped laser beam 2' hits the n-th photodiode, a strong electric signal is output at the part corresponding to the n-th photodiode, as shown in FIG.

前記演算装置102は、ラインセンサ100−
1,100−2,100−3,100−4から出
力された電気信号により、帯状のレーザビーム
2′とラインセンサ100−1,100−2,1
00−3,100−4との交点を後述のように読
み取り、その読み取つた交点により上式(1)で2直
線A,Bを求め、その2直線A,Bにより上式(2)
で交点P(帯状のレーザビーム2′の光軸)を求
め、その交点Pの座標を出力する。
The arithmetic device 102 includes a line sensor 100-
1,100-2,100-3,100-4, the band-shaped laser beam 2' and line sensor 100-1,100-2,1
Read the intersection with 00-3 and 100-4 as described below, calculate the two straight lines A and B using the above equation (1) from the read intersection, and use the above equation (2) using the two straight lines A and B.
The intersection point P (optical axis of the belt-shaped laser beam 2') is determined by the step 12, and the coordinates of the intersection point P are output.

前記表示装置103は、演算装置102から出
力された交点Pの座標に基づいて画面上に交点P
に対応する位置にスポツトを結像させるように構
成したものである。なお、この表示装置103
は、交点Pをスポツト結像させるものの他に、演
算装置102から出力された交点Pの演算結果の
x座標、y座標を数値で表示するものであつても
良い。
The display device 103 displays the intersection point P on the screen based on the coordinates of the intersection point P output from the arithmetic device 102.
It is constructed so that a spot is imaged at a position corresponding to . Note that this display device 103
In addition to forming a spot image of the intersection point P, it may also be one that displays the x and y coordinates of the calculation result of the intersection point P outputted from the calculation device 102 as numerical values.

次に、上述の演算装置102における演算につ
いて説明する。
Next, calculations in the above-mentioned calculation device 102 will be explained.

まず、256個のホトダイオード中n番目のホト
ダイオードが受光している場合において、その位
置を演算して求める。すなわち、所定時間Tの周
期でラインセンサの256個のホトダイオードを走
査する。すると、n番目のホトダイオードが受光
しているときは、第9図に示すように、初時点t1
から時間n/256Tを経過した時点toに強い電気信号 が出力される。従つて、タイマによつて所定時間
T周期で繰り返しで出力される電気信号の内強い
電気信号が出力され時点toを検出することによ
り、下式(3)で256個のホトダイオードの内何番目
のホトダイオードが受光しているかを知ることが
できる。
First, when the n-th photodiode among the 256 photodiodes is receiving light, its position is calculated and determined. That is, 256 photodiodes of the line sensor are scanned at a period of a predetermined time T. Then, when the n-th photodiode is receiving light, as shown in FIG. 9, the initial time t 1
A strong electrical signal is output at time t o after a time n/256T has elapsed since then. Therefore, by detecting the time point t o at which a strong electrical signal is output among the electrical signals repeatedly output by the timer at a predetermined period of time T, the number of the 256 photodiodes can be calculated using the following formula (3). You can tell whether the photodiode is receiving light.

n=256×to/T ……(2) また、ホトダイオードの1個1個は極めて精度
良い寸法で仕上げられているので、1個のホトダ
イオードの幅寸法をbとすると、上式(3)でn番目
のホトダイオードが検出された場合、例えば第8
図に示すように、1番目のホトダイオード(左端
のホトダイオード)から距離nb離れた箇所に帯
状のレーザビーム2′が当つていることが分る。
このようにして、ラインセンサの受光位置を求め
ることができる。
n=256×t o /T...(2) Also, each photodiode is finished with extremely accurate dimensions, so if the width dimension of one photodiode is b, the above formula (3) For example, if the nth photodiode is detected in
As shown in the figure, it can be seen that the band-shaped laser beam 2' hits a location a distance nb away from the first photodiode (the leftmost photodiode).
In this way, the light receiving position of the line sensor can be determined.

次に、上述のラインセンサの受光位置の演算結
果から、受光面4上に現われる帯状のレーザビー
ム2′の直線を演算して求める。例えば、第10
図に示すように、帯状のレーザビーム2′の直線
Aがラインセンサ100−1,100−2を横切
つて受光面4上に現われた場合、ラインセンサ1
00−1のn1番目のホトダイオードと、ラインセ
ンサ100−2のn2番目のホトダイオードに対応
する時点に強い電気信号が出力されることによ
り、上述の原理で位置bn1とbn2とがそれぞれ求め
られる。ここで、直線Aがラインセンサ100−
1,100−2を横切る点A1,A2の座標をA1
(x11、y11)、A2(x12、y12)とすると、 x11=−a+bn1、y11=a x12=a、y12=a−bn2 ……(4) となる。この(4)式から点A1,A2の座標が求まり、
この点A1,A2の座標から上式(1)で直線Aの方程
式が求まる。
Next, the straight line of the band-shaped laser beam 2' appearing on the light-receiving surface 4 is calculated and determined from the calculation result of the light-receiving position of the above-mentioned line sensor. For example, the 10th
As shown in the figure, when the straight line A of the belt-shaped laser beam 2' crosses the line sensors 100-1, 100-2 and appears on the light receiving surface 4, the line sensor 1
By outputting a strong electrical signal at the time corresponding to the n 1st photodiode of 00-1 and the n 2nd photodiode of the line sensor 100-2, positions bn 1 and bn 2 are respectively set according to the above principle. Desired. Here, straight line A is line sensor 100-
The coordinates of points A 1 and A 2 that cross 1,100-2 are A 1
(x 11 , y 11 ), A 2 (x 12 , y 12 ), then x 11 = -a + bn 1 , y 11 = a x 12 = a, y 12 = a-bn 2 ...(4) . From this equation (4), the coordinates of points A 1 and A 2 are found,
From the coordinates of these points A 1 and A 2 , the equation of straight line A can be found using the above equation (1).

また、帯状のレーザビーム2′が回転して第1
0図中の破線に示すように、ラインセンサ100
−3,100−4を横切つて受光面4上に現われ
た場合における直線Bの点B1,B2の座標をも同
様にして求めることができ、かつ直線Bの方程式
も同様にして求まる。
Also, the belt-shaped laser beam 2' rotates and the first
As shown by the broken line in Figure 0, the line sensor 100
The coordinates of points B 1 and B 2 of straight line B when they appear on the light-receiving surface 4 across -3,100-4 can be found in the same way, and the equation of straight line B can also be found in the same way. .

そして、上述のようにして求められた2直線
A,Bの方程式により、上式(2)で2直線A,Bの
交点Pの座標が求められる。この交点Pの座標が
表示装置103へ出力される。
Then, the coordinates of the intersection point P of the two straight lines A and B are determined by the equation (2) above using the equations of the two straight lines A and B determined as described above. The coordinates of this intersection P are output to the display device 103.

第11図は操作順序を表わしたブロツク図で、
以下その操作順序を説明する。
Figure 11 is a block diagram showing the sequence of operations.
The operation order will be explained below.

(イ) まず、レーザビーム発射装置1′から帯状の
レーザビーム2′を受光装置3の受光面4に向
けて発射する。このとき、受光面4上に帯状の
レーザビーム2′の直線Aが現われる。
(a) First, a band-shaped laser beam 2' is emitted from the laser beam emitting device 1' toward the light receiving surface 4 of the light receiving device 3. At this time, a straight line A of the band-shaped laser beam 2' appears on the light receiving surface 4.

(ロ) この帯状のレーザビーム2′の直線Aが受光
面4上に現われている間、すなわちラインセン
サが受光している間に、直線Aとラインセンサ
との交点A1,A2を求め、さらにこの交点A1
A2から直線Aの方程式を求める。
(b) While the straight line A of this band-shaped laser beam 2' appears on the light-receiving surface 4, that is, while the line sensor is receiving light, find the intersections A 1 and A 2 of the straight line A and the line sensor. , and further this intersection A 1 ,
Find the equation of straight line A from A 2 .

(ハ) 次に、帯状のレーザビーム2′を回転させる。
すると、受光面4上に帯状のレーザビーム2′
の直線Bが現われる。
(c) Next, the belt-shaped laser beam 2' is rotated.
Then, a band-shaped laser beam 2' is formed on the light-receiving surface 4.
A straight line B appears.

(ニ) 上述の(ロ)と同様にラインセンサが受光してい
る間に、直線Bとラインセンサとの交点B1
B2を求め、さらに直線Bの方程式を求める。
(d) Similarly to (b) above, while the line sensor is receiving light, the intersection point B 1 of the straight line B and the line sensor,
Find B 2 and then find the equation of straight line B.

(ホ) 上述の(ロ)のAの方程式および(ニ)のBの方程式
により、2直線A,Bの交点Pの座標を求め、
この交点Pの座標を表示装置103に出力す
る。
(e) Find the coordinates of the intersection point P of the two straight lines A and B using the equation for A in (b) and the equation for B in (d) above,
The coordinates of this intersection P are output to the display device 103.

このように、この実施例における第2の発明の
位置検知装置は、電気的に帯状のレーザビーム
2′の光軸を求めることができるので、正確にか
つ迅速に帯状のレーザビーム2′の光軸位置に対
する受光装置3の相対的な位置を検知することが
できる。しかも、帯状のレーザビーム2′を回転
させて、その帯状のレーザビーム2′の光軸を求
めるので、帯状のレーザビーム2′の光軸が受光
面4から外れていてもその光軸を求めることがで
きる。従つて、位置検知範囲が広くなり、一方受
光面4の面積を小さくすることができ、ひいては
受光装置3をも小型化することができる。
As described above, the position detection device of the second invention in this embodiment can electrically determine the optical axis of the strip-shaped laser beam 2', and therefore can accurately and quickly detect the light of the strip-shaped laser beam 2'. The relative position of the light receiving device 3 with respect to the axial position can be detected. Moreover, since the optical axis of the belt-shaped laser beam 2' is determined by rotating the belt-shaped laser beam 2', the optical axis can be determined even if the optical axis of the belt-shaped laser beam 2' is off the light receiving surface 4. be able to. Therefore, the position detection range becomes wider, and the area of the light-receiving surface 4 can be reduced, and the light-receiving device 3 can also be made smaller.

なお、上述の実施例においては、2本の直線
A,Bから帯状のレーザビーム2′の光軸を求め
たが、多数本の直線の交点の平均値として交点P
(帯状のレーザビーム2′の光軸)を求めるように
しても良い。この場合検知精度がさらに向上され
る。
In the above embodiment, the optical axis of the belt-shaped laser beam 2' was determined from the two straight lines A and B, but the intersection point P was determined as the average value of the intersections of many straight lines.
(the optical axis of the belt-shaped laser beam 2') may be determined. In this case, detection accuracy is further improved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の実施例からも明らかなように、本発明の
位置検知方法は、帯状のレーザビームを発射さ
せ、その帯状のレーザビームを回転させ、受光面
に現われる直線の内少なくとも2直線を読み取つ
て帯状のレーザビームの光軸を求め、この帯状の
レーザビームの光軸に対する受光装置の相対的な
位置を検知するものであるから、帯状のレーザビ
ームの光軸が受光面から外れても位置検知を行う
ことができる。このために、受光装置を小型化す
ることができる。
As is clear from the above embodiments, the position detection method of the present invention emits a band-shaped laser beam, rotates the band-shaped laser beam, and reads at least two straight lines among the straight lines appearing on the light receiving surface. This method determines the optical axis of the laser beam and detects the relative position of the photodetector to the optical axis of this band-shaped laser beam. Therefore, even if the optical axis of the band-shaped laser beam deviates from the light-receiving surface, the position can be detected. It can be carried out. Therefore, the light receiving device can be downsized.

また、本発明の位置検知装置は、電気的に帯状
のレーザビームの光軸を求めるので、正確にかつ
迅速に位置検知を行うことができる。しかも、受
光装置を小型化することができる。
Further, since the position detection device of the present invention electrically determines the optical axis of the band-shaped laser beam, it is possible to accurately and quickly detect the position. Moreover, the light receiving device can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の位置検知方法をトンネル掘進機
などに使用した状態を示す説明図である。第2図
乃至第6図は本発明の位置検知方法の一実施例を
示し、第2図はトンネル掘進機などに使用した状
態を示す説明図、第3図は光軸が受光面内にある
場合を示した受光面の説明、第4図は光軸が受光
面から外れた場合を示した受光面の説明図、第5
図は受光面の最外周上の点から受光面上に現われ
る帯状のレーザビームの直線を読み取る説明図、
第6図は受光面の内部の点から受光面に現われる
帯状のレーザビームの直線を読み取る説明図であ
る。第7図乃至第11図は本発明の位置検知装置
の一実施例を示し、第7図はトンネル掘進機など
に使用した状態の説明図、第8図はラインセンサ
の正面図、第9図は縦軸に電気出力、横軸に時間
をとつたグラフ、第10図は受光面に帯状のレー
ザビームが当つた状態の説明図、第11図は操作
順序を表わしたブロツク図である。 1′……レーザビーム発射装置、2′……帯状の
レーザビーム、3……受光装置、4……受光面、
100−1,100−2,100−3,100−
4……ラインセンサ、102……演算装置、10
3……表示装置、A,B……受光面4上に現われ
た直線、P……2直線A,Bの交点(帯状のレー
ザビーム2′の光軸)。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state in which a conventional position detection method is used in a tunnel boring machine or the like. Figures 2 to 6 show an embodiment of the position detection method of the present invention, Figure 2 is an explanatory diagram showing the state in which it is used in a tunnel boring machine, etc., and Figure 3 is an illustration in which the optical axis is within the light receiving surface. Fig. 4 is an explanatory diagram of the light-receiving surface showing the case where the optical axis is off the light-receiving surface, Fig. 5
The figure is an explanatory diagram for reading the straight line of a band-shaped laser beam appearing on the light-receiving surface from a point on the outermost circumference of the light-receiving surface.
FIG. 6 is an explanatory diagram for reading a straight line of a band-shaped laser beam appearing on the light receiving surface from a point inside the light receiving surface. 7 to 11 show an embodiment of the position detection device of the present invention, FIG. 7 is an explanatory diagram of the state in which it is used in a tunnel excavator, etc., FIG. 8 is a front view of the line sensor, and FIG. 9 is a graph in which the vertical axis represents the electrical output and the horizontal axis represents time; FIG. 10 is an explanatory diagram of a state in which a band-shaped laser beam is applied to the light-receiving surface; and FIG. 11 is a block diagram showing the sequence of operations. 1'... Laser beam emitting device, 2'... Band-shaped laser beam, 3... Light receiving device, 4... Light receiving surface,
100-1,100-2,100-3,100-
4...Line sensor, 102...Arithmetic device, 10
3...Display device, A, B...straight lines appearing on the light-receiving surface 4, P...intersection of two straight lines A, B (optical axis of band-shaped laser beam 2').

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 レーザビーム発射装置から帯状のレーザビー
ムを受光装置の受光面に発射し、その帯状のレー
ザビームを発射方向を軸として回転させ、受光面
上に現われる帯状のレーザビームの直線の内少な
くとも2直線を読み取り、その読み取つた複数本
の直線の交点を求め、その求めた交点によりレー
ザビーム発射装置から発射させた帯状のレーザビ
ームの光軸位置に対する受光装置の相対的な位置
を検知するようにしたことを特徴とする位置検知
方法。 2 帯状のレーザビームを発射し、その帯状のレ
ーザビームを発射方向を軸として回転させるよう
に構成したレーザビーム発射装置と、受光面に受
光素子を配設した受光装置と、受光素子に接続
し、受光素子上を横切る帯状のレーザビームの直
線の内少なくとも2直線を読み取り、その読み取
つた複数本の直線の交点を求める演算装置とを備
え、前記演算装置において求めた交点により、前
記レーザビーム発射装置から発射される帯状のレ
ーザビームの光軸位置に対する前記受光装置の相
対的な位置を検知することを特徴とする位置検知
装置。
[Claims] 1. A laser beam emitting device emits a band-shaped laser beam onto the light-receiving surface of a light-receiving device, and the band-shaped laser beam is rotated around the emission direction, so that the band-shaped laser beam appearing on the light-receiving surface is Read at least two of the straight lines, find the intersection of the read straight lines, and use the found intersection to determine the relative position of the light receiving device with respect to the optical axis position of the belt-shaped laser beam emitted from the laser beam emitting device. A position detection method characterized by detecting. 2. A laser beam emitting device configured to emit a belt-shaped laser beam and rotate the belt-shaped laser beam around the emission direction, a light receiving device having a light receiving element on its light receiving surface, and a light receiving device connected to the light receiving element. , an arithmetic device that reads at least two of the straight lines of the belt-shaped laser beam that crosses the light receiving element and finds the intersection of the plurality of read straight lines, and the laser beam is emitted based on the intersection point found by the arithmetic device. 1. A position detection device that detects the relative position of the light receiving device with respect to the optical axis position of a band-shaped laser beam emitted from the device.
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