JPH0479564B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0479564B2 JPH0479564B2 JP60274172A JP27417285A JPH0479564B2 JP H0479564 B2 JPH0479564 B2 JP H0479564B2 JP 60274172 A JP60274172 A JP 60274172A JP 27417285 A JP27417285 A JP 27417285A JP H0479564 B2 JPH0479564 B2 JP H0479564B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- position detector
- light receiving
- dimensional semiconductor
- semiconductor position
- laser beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、小口径管埋設機あるいはトンネル掘
削機等の姿勢を検出する装置に関する。
〔従来の技術〕
小口径管埋設機は先端に方向制御機能を持つパ
イロツトヘツドおよび後続のパイロツト管(先導
管)を油圧ジヤツキで圧入し、その後ヒユーム管
を埋設するもので、その埋設工事精度は、パイロ
ツト管とくにパイロツトヘツドの制御性能に大き
く依存している。したがつて圧入時にパイロツト
ヘツドの姿勢をオペレータが正確に知ることが、
極めて重要である。
そこで従来、上記パイロツトヘツド内に該ヘツ
ドの軸線に直交する態様で集光レンズおよび2次
元半導体位置検出器(ポジシヨンセンサ)を配設
し、レーザトランシツトより投射される基準レー
ザ光を上記レンズを介して上記位置検出器に入射
させるようにした姿勢検出装置が提案され実用さ
れている(たとえば実公昭57−26163号)
この姿勢検出装置によれば、レーザビームの光
軸に対するパイロツトヘツドの水平方向偏角(方
位角)および垂直方向偏角(ピツチ角)を光点位
置検出器の出力に基づいて電気的に検出すること
ができるので、従来はその検出結果をメータ等に
表示させてオペレータにパイロツトヘツドの姿勢
角変化を認識させるようにしていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来の姿勢検出装置は、上記パイロツトヘ
ツド内にメツシユ板を配設し、このメツシユ板に
対するレーザービームの入射点を上記レーザート
ランシツトで視準することによつてパイロツトヘ
ツドの横偏位量(横ずれ量)を検出しているの
で、パイロツトヘツドとトランシツト間の距離が
大きい場合、上記メツシユ板の目盛を読み取るこ
とが困難になる。
また、上記目盛を読み取るために、常時、作業
者を配して置かなければならないという不便があ
り、しかも、横偏位量の計測結果を電気信号とし
て得ることができないので、パイロツトヘツドの
自動制御にその計測結果を使用することができな
いという欠点がある。
そこで、上記メツシユ板に代えて、線状受光素
子を格子状に配列させてなる受光板を使用した実
公昭58−52483号に示す装置が提案されている。
この装置によれば、上記横偏位量を電気的に検
出することができるという利点が得られるが、半
面、上記格子状に配列された線状受光素子の遮光
作用のために、上記受光板を通過したビームの強
度重心位置が該ビームのの光軸からずれるという
現象を生じることから、上記通過ビームを受光す
る前記姿勢角検出用のポジシヨンセンサの検出結
果に誤差を生じるという問題がある。
また、上記装置は、受光板に入射させるレーザ
ビームの径を、線状受光素子の配列間隔よりも大
きく設定しなければならないという実用上の不便
さがあり、また、受光板の位置検出精度が線状受
光素子の配列間隔の1/2に制限されるという欠点
もある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、かかる従来の問題点を解消すること
を目的とし、そのため、透光性を有する均質な薄
膜によつて受光域が形成された第1の2次元半導
体位置検出器と、この第1の2次元半導体位置検
出器の前方または後方に配設された集光レンズお
よびこのレンズの焦点位置に配設された第2の2
次元半導体位置検出器を備えた受光部と、投射さ
れたレーザービームが上記第1の2次元半導体位
置検出器および上記レンズを通過した後、上記第
2の2次元半導体位置検出器に到達するように配
設されたレーザービーム投光手段と、上記第1の
2次元半導体位置検出器の出力に基づいて上記レ
ーザービームに対する上記受光部の光軸のずれを
演算するとともに、上記第2の2次元半導体位置
検出器の出力に基づいて上記レーザービームに対
する上記受光部の光軸の角度を演算する演算手段
とが備えられている。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳
細に説明する。
本発明の実施例に係る姿勢検出装置において
は、第1図に示すような構成の受光部1が使用さ
れる。なお、この受光部1は第7図に示す如く小
口径管埋設機のパイロツトヘツド101の内部に
その光軸が該ヘツド101の中心軸線に合致する
態様で配設される。
この受光部1は透光性を有した第1の2次元半
導体位置検出器2と、この第1の2次元半導体位
置検出器2の後方に配設された非球面集光レンズ
3と、このレンズ3の焦点位置に配設された第2
の2次元半導体位置検出器4とを備えている。
上記半導体位置検出器2は、第2図に示すよう
な構成をもつ。すなわち、ガラス等からなる透明
基板21上に透明導電膜(たとえばITOで形成さ
れる)からなる抵抗層22がスパツタ法もしくは
真空蒸着法によつて形成されている。そして、こ
の抵抗層22の上面に光起電力を生じる半導体層
23が形成され、さらに該層23の上面に透光性
導電膜からなる抵抗層24が上記抵抗層22と同
様の方法によつて形成されている。なお抵抗層2
2,24の膜厚は、たとえば1000Å程度に設定さ
れる。
上記半導体層23は、第3図に示す如くp型ア
モルフアスシリコン層(以下、p層という)3
1、i型アモルフアスシリコン層(以下、i層と
いう)32およびn型アモルフアスシリコン層
(以下n層という)33からなる3層構造を有し
ている。
この半導体層23を構成するp,i,n層は、
グロー放電分解CVD(chemical vapor
deposition)法等によつて形成され、この実施例
において、それらの膜厚dp,diおよびdnは、
各々dp≒100〜300Å,di=4000〜6000Åおよび
dn≒300〜500Å程度に設定されている。
上記抵抗層22の両端部には、棒状をなした一
対のX方向集電電極25a,25bが対向配置さ
れ、同様に抵抗層24の両端部には一対のY方向
集電電極26a,26bが対向配置されている。
そして、これらの集電電極の中央部には、電流を
取出すためのリード線27がそれぞれ接続されて
いる。
このような位置検出器2は、基板1にガラスを
使用し、抵抗層22,24を透光性の導電膜で形
成しているので、光透過性をもつ。そして、上記
検出器2は、上記電極25a,25bおよび26
a,26bで囲まれた部位が受光域として機能す
る。
なお、前記第2の位置検出器4も上記位置検出
器2と同様の構成のものを用いることができる
が、この検出器4は光透過性である必要がないの
で、たとえば基板1側の光入射面側とする場合に
は抵抗層24を遮光性の材料で形成してもよい。
また、抵抗層24側を受光面とする場合には、抵
抗層22および基板1を遮光性の材料で形成して
よい。
上記受光部1は、第4図に示すレーザ投光器5
と組合わせて使用される。すなわち、上記受光部
1によつて第7図に示したパイロツトヘツド10
1の姿勢を検出する場合には第4図に示すレーザ
投光器5より受光部1に向けて基準レーザビーム
Lが投射される。このレーザビームLは、パイロ
ツトヘツド101の進行方向の基準として設定す
るものであり、上記透光性を有する位置検出器2
およびレンズ3を通過したのち位置検出器4に入
射する。
第1図に示すように、位置検出器2、レンズ3
および位置検出器4はそれらの中心点が受光部1
の光軸Jつまりパイロツトヘツド101の中心軸
線を通るように配設されている。それ故、第1図
に実線で示す如く光軸Jに平行する光が位置検出
器2に入射した場合、この光はレンズ3で集光さ
れて位置検出器4の中心点に入射する。また同図
に点線で示す如く光軸Jに対しピツチ角αで入射
する光は上記中心点からδだけずれた位置検出器
4上の点に入射することになる。
δとαとの関係は
δ=f・tan α ……(1)
ただし、fはレンズ3の集点距離
と表わされるので、δが求められれば次式(2)より
αを得ることができる。
α=tan-1δ/f ……(2)
なお、上記入射光の方位角をβ、この方位角β
に基づく検出器4上の光入射位置のずれをηとす
ると、方位角βは式(2)に準じて
β=tan-1η/f ……(3)
と表わされる。
第1の2次元半導体位置検出器2におけるレー
ザビームLの入射位置Sには半導体層23の光電
変換作用に基づく光生成電流が発生し、この光生
成電流は位置Sと電極25a,25b間の各抵抗
に逆比例する態様で分割されるとともに、位置S
と電極26a,26b間の各抵抗に逆比例する態
様で分割される。この結果、位置検出器2のX方
向集電電極25a,25bからそれぞれ分割電流
IX11,IX12が取出されるとともに、Y方向集電電
極26a,26bからそれぞれ分割電流IY11,
IY12が取出される。
一方、第2の2次元半導体位置検出器4におけ
るレーザビームLの入射位置Tに発生した光生成
電流も上記と同様に分割され、その結果、そのX
方向集電電極25a,25bから分割電流IX21,
IX22が各々取出されるとともに、Y方向集電電極
26a,26bから分割電流IY21,IY22が取出さ
れる。
これらの電流は第5図に示すように入力回路5
1を介してCPU52に入力される。そしてCPU
52は第6図に示す手順を実行して検出器2およ
び4におけるレーザビームLの入射位置S,Tを
求める。
すなわち、CPU52は、第1の半導体位置検
出器2の各出力電流IX11,IX12,IY11,IY12を取込
み(ステツプ61)、次式(4)および(5)に示す演算を
行つて位置S(X1,Y1)を求める(ステツプ62)。
X1=LX1/2(IX12−IX11)/(IX12+IX11)……(4)
Y1=LY1/2(IY12−IY11)/(IY12+IY11)……(5)
ただし、
LX1:位置検出器2における集電電極25a,
25b間の距離
LY1:同検出器における集電電極26a,26
b間の距離
上式で求められる位置Sの座標(X1,Y1)は、
レーザビームLに対する光軸Jの横ずれ量(X1)
及び縦ずれ量(Y1)を示している。
上記半導体位置検出器2は、検出範囲(LX1×
LY1)に対する検出誤差が0.5%程度なので、上記
検出範囲が例えば90×90mmであれば誤差が約0.5
mmとなり、充分な検出精度が得られる。
なお、上式(4)および(5)は半導体位置検出器にお
ける光ビームの入射位置を求めるための一般的な
式である。(Arimoto,S.,Yamamoto,H.,
Ohno,H.,Hasegawa,H.;15th Conference
onSolid State Devices and Materials,1983,
PP197〜PP200を参照)
次に、CPU52は第2の半導体位置検出器4
の各出力電流IX21,IX22,IY21,IY22を取込み(ス
テツプ63)、次式(6)および(7)に示す演算を行つて
位置T(X2,Y2)を求める(ステツプ64)。
X2=LX2/2(IX22−IX21)/(IX22+IX21)……(6)
Y2=LY2/2(IY22−IY21)/(IY22+IY21)……(7)
ただし、
LX2:位置検出器4における集電電極の離間距
離
LY2:Y方向に対向する各集電電極の離間距離
そして、上記ステツプ64で求められた位置T
(X2,Y2)に基づいて次式(8)および(9)に示す演算
を行い、ピツチ角αおよび方位角βを求める(ス
テツプ65)。なお、この(8),(9)式は前記(2),(3)式
に対応している。
α=tan-1(Y2/f) ……(8)
β=tan-1(X2/f) ……(9)
ただし、f:レンズ3の焦点距離
上記半導体位置検出器4は検出誤差が0.5%程
度なので、その検出範囲(LX2×LY2)が例えば20
×20mmであれば誤差が約0.1mmになる。したがつ
て、=150mmとすると、検出されるピツチ角α
および方位角βの誤差は±0.6/1000となり、し
たがつて充分な検出精度を得ることができる。
このように第1の位置検出器2の出力に基づい
て、レーザビームLに対する受光部1の光軸Jの
横ずれ量が検出され、第2の位置検出器4の出力
に基づいて受光部1の姿勢、すなわち光軸Jに対
する該受光部1のピツチ角および方位角が求めら
れる。
CPU52は、上記位置Sつまり横ずれ量を示
す信号と上記ピツチ角αと方位角βを示す信号を
出力回路53を介して表示器54およびパイロツ
トヘツド制御部55に加え(ステツプ66)これに
よつて上記表示器54が横ずれ量X1,Y1、ピツ
チ角αおよび方位角βを表示するとともに、パイ
ロツトヘツド制御部55がパイロツトヘツト10
1内部に設けられた第7図および第8図に示す垂
直方向揺動ジヤツキ71、水平方向揺動ジヤツキ
72およびパイロツトジヤツキ73を制御する。
すなわち、パイロツトヘツド制御部55は上記
横ずれ量、ピツチ角αおよび方位角βに基づいて
上記各揺動ジヤツキ71および72の目標伸縮量
を各各設定する。そして、第8図に示す各電磁バ
ルブ81および82のソレノイドに目標伸縮量に
対応した駆動信号EX1(またはEX2)およびEY1(ま
たはEY2)を加え、これらの電磁バルブ81およ
び82を各々作動させる。これにより各電磁バル
ブ81および82に接続されている各揺動ジヤツ
キ71および72が伸縮し、これらのジヤツキ7
1および72に連結されているパイロツトジヤツ
キ73が垂直方向および水平方向に揺動される。
その際、各ジヤツキ71および72の伸縮量が各
ポテンシヨンメータ83および84によつて検出
され、各伸縮量を示す信号FX,FYがパイロツト
ヘツド制御部55にフイードバツクされ、検出さ
れた各揺動ジヤツキ71および72の伸縮量が上
記各目標伸縮量に等しくなると、それらのジヤツ
キ71および72の伸縮が停止される。
つぎに、パイロツトヘツド制御部55は電磁バ
ルブ85のソレノイドに駆動信号EZ1(またはEZ2)
を加え、これにより、電気バルブ85に接続され
たパイロツトジヤツキ73が伸縮する。
第7図a,b,c,dはこのような制御の態様
を例示している。すなわち、第7図aには受光部
1によつてレーザビームLに対する横ずれ量、ピ
ツチ角αおよび方位角βが検出されている状態が
示されている。また第7図bには受光部1でパイ
ロツトヘツド101の圧入方向が下方にずれてい
ることが検出されて、垂直方向揺動ジヤツキ71
によりパイロツトジヤツキ73が上方に揺動され
ている状態が示されている。さらに第7図cに
は、パイロツトジヤツキ73が前進されている状
態が、また、第7図dには図示されていない推進
ジヤツキによつてパイロツトヘツド101および
パイロツト管74が推進され、同時にパイロツト
ヘツド101の管体がパイロツトジヤツキ73の
縮退に伴つて推進している状態、つまりパイロツ
トヘツド101の姿勢が修正されて目標方向に向
つて正確に圧入されている状態が示されている。
第9図は、本発明に係る姿勢検出装置における
受光部1の他の例を示している。
この受光部1は、非球面集光レンズ3の手前に
第1の2次元半導体位置検出器2を配設した構成
をもつ。したがつてレンズ3の受光範囲がHであ
る場合、この受光部1では2次元半導体位置検出
器2の検出範囲がh(<H)でよいことになる。
つまり、この受光部1によれば、検出器2の有効
受光面積を実質的に拡大(たとえば80×80mm→90
×90mm)することができるので、第1図に示した
受光部1に比して検出器2の小型化を図れる。
ただし、第9図に示した受光部1においては、
レーザビームLに対するピツチ角αもしくは方位
角βが零でない場合に、位置検出器2の計測値に
誤差tを生じることになる。しかしレンズ2の焦
点距離がf=150mmで、ピツチ角がα=1.7°の場
合における誤差tは0.5mm程度であり、したがつ
てこの種の小口径管埋設機に要求される精度は充
分に確保される。
なお、上記誤差tが問題となるような場合に
は、次式(10)および(11)に基づいて検出されたず
れ量(X1,Y1)の補正を行うことができ、この
実施例ではこのずれ量の補正をCPU52に行な
わせるようにしている。
x1=/−d(X1+d/X2) ……(10)
y1=/−d(Y1+d/Y2) ……(11)
ただし、
d: レンズ3と第1の半導体位置検出器2間
の距離
x1,y1:補正されたずれ量
X2,Y2:第2の半導体位置検出器4で検出さ
れたレーザビームの入射位置
第10図は受光部1の別の例を示している。こ
の受光部1においては、球面収差を有した球面レ
ンズ3′が使用されている。かかるレンズ3′を使
用した場合、その球面収差のために次の様な現象
を生じる。すなわち、レーザビームLがレンズ
3′の光軸Jから距離H0離れてかつ光軸Jに平行
に入射したとすると、該ビームLは第2の半導体
位置検出器4上で光軸Jから距離H1(収差値)だ
けずれた位置に入射する。次表は上記各距離H0
およびH1の対応関係を例示している。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a device for detecting the attitude of a small diameter pipe burying machine, a tunnel excavating machine, etc. [Prior art] A small-diameter pipe burying machine press-fits a pilot head with a directional control function at the tip and a trailing pilot pipe (leading pipe) using a hydraulic jack, and then buries the fume pipe. , it is highly dependent on the control performance of the pilot tube, especially the pilot head. Therefore, it is important for the operator to accurately know the posture of the pilot head during press-fitting.
extremely important. Therefore, conventionally, a condensing lens and a two-dimensional semiconductor position detector (position sensor) are disposed in the pilot head in a manner perpendicular to the axis of the head, and a reference laser beam projected from a laser transit is directed to the lens. An attitude detection device has been proposed and put into practical use in which the laser beam is incident on the position detector through a Since the directional deviation angle (azimuth angle) and vertical deviation angle (pitch angle) can be detected electrically based on the output of the light spot position detector, conventionally the detection results were displayed on a meter etc. for operators to use. The system was made to recognize changes in the attitude angle of the pilot head. [Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned conventional attitude detection device has a mesh plate disposed within the pilot head, and the point of incidence of the laser beam on the mesh plate is collimated by the laser transit. Since the amount of lateral deviation of the pilot head is detected, if the distance between the pilot head and the transit is large, it will be difficult to read the scale on the mesh plate. In addition, there is the inconvenience of having to have a worker on hand at all times to read the scale, and furthermore, since the measurement results of the amount of lateral deviation cannot be obtained as electrical signals, automatic control of the pilot head is required. The disadvantage is that the measurement results cannot be used for Therefore, an apparatus has been proposed in Japanese Utility Model Publication No. 58-52483, which uses a light receiving plate having linear light receiving elements arranged in a grid pattern in place of the mesh plate. This device has the advantage of being able to electrically detect the amount of lateral deviation, but on the other hand, due to the light shielding effect of the linear light receiving elements arranged in the grid, the light receiving plate Since a phenomenon occurs in which the center of gravity of the beam that has passed through the beam is shifted from the optical axis of the beam, there is a problem that an error occurs in the detection result of the position sensor for detecting the attitude angle that receives the beam that has passed through the beam. . In addition, the above device has the practical inconvenience of having to set the diameter of the laser beam incident on the light receiving plate to be larger than the arrangement interval of the linear light receiving elements, and the position detection accuracy of the light receiving plate is low. It also has the disadvantage of being limited to 1/2 of the arrangement spacing of the linear light receiving elements. [Means for Solving the Problems] The present invention aims to solve the problems of the conventional art, and for this purpose, it is an object of the present invention to solve the problems of the conventional art. a two-dimensional semiconductor position detector, a condensing lens disposed in front or behind the first two-dimensional semiconductor position detector, and a second two-dimensional semiconductor position detector disposed at the focal point of the lens.
a light receiving section including a dimensional semiconductor position detector; and a projected laser beam that passes through the first two-dimensional semiconductor position detector and the lens and then reaches the second two-dimensional semiconductor position detector. The optical axis shift of the light receiving section with respect to the laser beam is calculated based on the output of the laser beam projecting means disposed in Calculating means for calculating the angle of the optical axis of the light receiving section with respect to the laser beam based on the output of the semiconductor position detector is provided. [Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the attitude detection device according to the embodiment of the present invention, a light receiving section 1 having a configuration as shown in FIG. 1 is used. As shown in FIG. 7, the light receiving section 1 is disposed inside a pilot head 101 of a small diameter pipe burying machine in such a manner that its optical axis coincides with the central axis of the head 101. This light receiving section 1 includes a first two-dimensional semiconductor position detector 2 having light-transmitting properties, an aspheric condensing lens 3 disposed behind the first two-dimensional semiconductor position detector 2, and a first two-dimensional semiconductor position detector 2 having a light-transmitting property. A second lens disposed at the focal position of the lens 3.
A two-dimensional semiconductor position detector 4 is provided. The semiconductor position detector 2 has a configuration as shown in FIG. That is, a resistance layer 22 made of a transparent conductive film (for example, made of ITO) is formed on a transparent substrate 21 made of glass or the like by a sputtering method or a vacuum evaporation method. A semiconductor layer 23 that generates a photovoltaic force is formed on the upper surface of this resistive layer 22, and a resistive layer 24 made of a transparent conductive film is further formed on the upper surface of this layer 23 by the same method as the resistive layer 22. It is formed. Note that resistance layer 2
The film thicknesses 2 and 24 are set to, for example, about 1000 Å. The semiconductor layer 23 is a p-type amorphous silicon layer (hereinafter referred to as p layer) 3 as shown in FIG.
1. It has a three-layer structure consisting of an i-type amorphous silicon layer (hereinafter referred to as i-layer) 32 and an n-type amorphous silicon layer (hereinafter referred to as n-layer) 33. The p, i, and n layers constituting this semiconductor layer 23 are:
Glow discharge decomposition CVD (chemical vapor)
In this example, the film thicknesses dp, di and dn are as follows:
dp≒100~300Å, di=4000~6000Å and
dn is set at approximately 300 to 500 Å. At both ends of the resistance layer 22, a pair of rod-shaped X-direction current collecting electrodes 25a, 25b are arranged facing each other, and similarly, at both ends of the resistance layer 24, a pair of Y-direction current collecting electrodes 26a, 26b are arranged. They are placed opposite each other.
Lead wires 27 for extracting current are connected to the central portions of these current collecting electrodes. Such a position detector 2 has optical transparency because the substrate 1 is made of glass and the resistance layers 22 and 24 are formed of transparent conductive films. The detector 2 includes the electrodes 25a, 25b and 26.
The area surrounded by a and 26b functions as a light receiving area. Note that the second position detector 4 can also have the same configuration as the position detector 2, but since this detector 4 does not need to be light-transmissive, for example, the light on the substrate 1 side In the case of forming the resistive layer 24 on the incident surface side, the resistive layer 24 may be formed of a light-shielding material.
Further, when the resistance layer 24 side is used as the light-receiving surface, the resistance layer 22 and the substrate 1 may be formed of a light-shielding material. The light receiving section 1 includes a laser projector 5 shown in FIG.
used in combination with That is, the pilot head 10 shown in FIG.
1, a reference laser beam L is projected toward the light receiving section 1 from a laser projector 5 shown in FIG. This laser beam L is set as a reference in the traveling direction of the pilot head 101, and is used as a reference for the direction of movement of the pilot head 101.
After passing through the lens 3, the light enters the position detector 4. As shown in Fig. 1, position detector 2, lens 3
and the position detector 4 have their center points at the light receiving part 1.
The optical axis J of the pilot head 101, that is, the central axis of the pilot head 101, is disposed so as to pass through the optical axis J of the pilot head 101. Therefore, when light parallel to the optical axis J enters the position detector 2 as shown by the solid line in FIG. 1, this light is focused by the lens 3 and enters the center point of the position detector 4. Further, as shown by the dotted line in the same figure, the light incident at a pitch angle α with respect to the optical axis J will be incident on a point on the position detector 4 that is shifted by δ from the above-mentioned center point. The relationship between δ and α is δ=f・tan α...(1) However, since f is expressed as the focal point distance of lens 3, if δ is found, α can be obtained from the following equation (2). . α=tan -1 δ/f ...(2) Note that the azimuth angle of the above incident light is β, and this azimuth angle β
Letting η be the deviation of the light incident position on the detector 4 based on the equation (2), the azimuth angle β is expressed as β=tan −1 η/f (3) according to equation (2). A photogenerated current based on the photoelectric conversion action of the semiconductor layer 23 is generated at the incident position S of the laser beam L in the first two-dimensional semiconductor position detector 2, and this photogenerated current is generated between the position S and the electrodes 25a and 25b. It is divided in a manner inversely proportional to each resistance, and the position S
and is divided in a manner inversely proportional to each resistance between the electrodes 26a and 26b. As a result, divided currents are generated from the X-direction current collecting electrodes 25a and 25b of the position detector 2.
I X11 , I X12 are taken out, and divided currents I Y11 , I
I Y12 is taken out. On the other hand, the photogenerated current generated at the incident position T of the laser beam L in the second two-dimensional semiconductor position detector 4 is also divided in the same way as above, and as a result, the
Divided current I X21 from the directional current collecting electrodes 25a, 25b,
I X22 is taken out, and divided currents I Y21 and I Y22 are taken out from the Y-direction current collecting electrodes 26a and 26b. These currents are connected to the input circuit 5 as shown in FIG.
1 to the CPU 52. and CPU
52 executes the procedure shown in FIG. 6 to determine the incident positions S and T of the laser beams L on the detectors 2 and 4. That is, the CPU 52 takes in each output current I X11 , I X12 , I Y11 , I Y12 of the first semiconductor position detector 2 (step 61), and performs the calculations shown in the following equations (4) and (5). The position S (X 1 , Y 1 ) is determined (step 62). X 1 = L X1 / 2 (I X12 − I X11 ) / ( I X12 + I 5) However, L X1 : Current collecting electrode 25a in position detector 2,
Distance between 25b L Y1 : Current collecting electrodes 26a and 26 in the same detector
The distance between b The coordinates (X 1 , Y 1 ) of the position S determined by the above formula are:
Amount of lateral deviation of optical axis J with respect to laser beam L (X 1 )
and vertical shift amount (Y 1 ). The semiconductor position detector 2 has a detection range ( L
Since the detection error for L
mm, and sufficient detection accuracy can be obtained. Note that the above equations (4) and (5) are general equations for determining the incident position of a light beam on a semiconductor position detector. (Arimoto, S., Yamamoto, H.,
Ohno, H., Hasegawa, H.; 15th Conference
onSolid State Devices and Materials, 1983,
(See PP197 to PP200) Next, the CPU 52 connects the second semiconductor position detector 4
The output currents I X21 , I 64). X 2 = L X2 / 2 (I X22 − I X21 ) / ( I X22 + I 7 ) However , L
Based on (X 2 , Y 2 ), calculations shown in the following equations (8) and (9) are performed to obtain pitch angle α and azimuth angle β (step 65). Note that these equations (8) and (9) correspond to the above-mentioned equations (2) and (3). α=tan -1 (Y 2 /f) ...(8) β=tan -1 (X 2 /f) ...(9) However, f: Focal length of lens 3 The semiconductor position detector 4 described above has a detection error is about 0.5%, so the detection range (L X2 ×L Y2 ) is, for example, 20
If ×20mm, the error will be approximately 0.1mm. Therefore, if = 150 mm, the detected pitch angle α
The error in the azimuth angle β is ±0.6/1000, and therefore sufficient detection accuracy can be obtained. In this way, based on the output of the first position detector 2, the amount of lateral deviation of the optical axis J of the light receiving section 1 with respect to the laser beam L is detected, and based on the output of the second position detector 4, the amount of lateral deviation of the optical axis J of the light receiving section 1 is detected. The attitude, that is, the pitch angle and azimuth angle of the light receiving section 1 with respect to the optical axis J are determined. The CPU 52 applies a signal indicating the position S, that is, the amount of lateral deviation, and a signal indicating the pitch angle α and the azimuth angle β to the display 54 and the pilot head control unit 55 via the output circuit 53 (step 66). The display 54 displays the amount of lateral deviation X 1 , Y 1 , the pitch angle α and the azimuth angle β, and the pilot head control unit 55 controls the pilot head 10.
The vertical swing jack 71, the horizontal swing jack 72, and the pilot jack 73 shown in FIGS. 7 and 8 provided inside the controller 1 are controlled. That is, the pilot head control section 55 sets the target expansion/contraction amount of each of the swinging jacks 71 and 72 based on the lateral shift amount, pitch angle α, and azimuth angle β. Then , drive signals E X1 (or E Activate each. As a result, each swinging jack 71 and 72 connected to each electromagnetic valve 81 and 82 expands and contracts, and these jacks 7
1 and 72 is swung vertically and horizontally.
At this time, the amount of expansion and contraction of each jack 71 and 72 is detected by each potentiometer 83 and 84, and signals F When the amount of expansion and contraction of the rocking jacks 71 and 72 becomes equal to each of the target amounts of expansion and contraction, the expansion and contraction of those jacks 71 and 72 is stopped. Next, the pilot head control section 55 sends a drive signal E Z1 (or E Z2 ) to the solenoid of the electromagnetic valve 85.
, which causes the pilot jack 73 connected to the electric valve 85 to expand and contract. FIGS. 7a, b, c, and d illustrate aspects of such control. That is, FIG. 7a shows a state in which the amount of lateral deviation, pitch angle α, and azimuth angle β with respect to the laser beam L are detected by the light receiving unit 1. Further, in FIG. 7b, it is detected by the light receiving unit 1 that the press-fitting direction of the pilot head 101 is shifted downward, and the vertically swinging jack 71
The state in which the pilot jack 73 is swung upward is shown. Furthermore, FIG. 7c shows a state in which the pilot jack 73 is being advanced, and FIG. A state in which the tubular body of the head 101 is being propelled as the pilot jack 73 retracts, that is, a state in which the posture of the pilot head 101 has been corrected and is accurately press-fitted toward the target direction is shown. FIG. 9 shows another example of the light receiving section 1 in the attitude detection device according to the present invention. This light receiving section 1 has a configuration in which a first two-dimensional semiconductor position detector 2 is disposed in front of an aspherical condensing lens 3. Therefore, when the light receiving range of the lens 3 is H, the detection range of the two-dimensional semiconductor position detector 2 in this light receiving section 1 may be h (<H).
In other words, according to this light receiving section 1, the effective light receiving area of the detector 2 is substantially expanded (for example, from 80 x 80 mm to 90 mm).
90 mm), the detector 2 can be made smaller than the light receiving section 1 shown in FIG. However, in the light receiving section 1 shown in FIG.
If the pitch angle α or the azimuth angle β with respect to the laser beam L is not zero, an error t will occur in the measured value of the position detector 2. However, when the focal length of lens 2 is f = 150 mm and the pitch angle is α = 1.7°, the error t is about 0.5 mm, so the accuracy required for this type of small diameter pipe burying machine is sufficient. Secured. In addition, if the above error t becomes a problem, the detected deviation amount (X 1 , Y 1 ) can be corrected based on the following equations (10) and (11), and this embodiment Then, the CPU 52 is made to correct this amount of deviation. x 1 =/-d (X 1 + d/X 2 ) ...(10) y 1 =/- d (Y 1 + d/Y 2 ) ... (11) where, d: Lens 3 and first semiconductor position Distance between the detectors 2 x 1 , y 1 : Corrected deviation amount X 2 , Y 2 : Incident position of the laser beam detected by the second semiconductor position detector 4 FIG. An example is shown. In this light receiving section 1, a spherical lens 3' having spherical aberration is used. When such a lens 3' is used, the following phenomenon occurs due to its spherical aberration. That is, if the laser beam L is incident on the second semiconductor position detector 4 at a distance H 0 from the optical axis J of the lens 3' and parallel to the optical axis J, the beam L will be incident on the second semiconductor position detector 4 at a distance H 0 from the optical axis J. The light is incident at a position shifted by H 1 (aberration value). The following table shows each distance H 0 above.
and H 1 are exemplified.
本発明では、レーザビームに対する受光部のず
れ量を検出する第1の受光手段として、透光性を
有する均質な薄膜によつて受光域が形成された2
次元半導体位置検出器を使用している。
上記半導体位置検出器の場合、該検出器を通過
したレーザビームの水平方向および垂直方向の強
度分布が、いずれも該ビームの光軸位置でピーク
値を示すパターンを呈する。
したがつて、本発明によれば、レンズを介して
第2の2次元半導体位置検出器に到達するレーザ
ビームの強度重心位置が、該ビームの光軸位置と
一致し、その結果、この第2の2次元半導体位置
検出器の出力に基づいて極めて精度良く姿勢角を
検出することができる。
また、投光手段より投射されるのレーザビーム
の径に自由度があるので実用性に優れ、かつ、上
記第1の受光手段の構成からして、レーザビーム
に対する受光部のずれ量検出精度も高い。
In the present invention, as the first light receiving means for detecting the amount of deviation of the light receiving part with respect to the laser beam, the light receiving area is formed by a homogeneous thin film having translucency.
It uses a dimensional semiconductor position detector. In the case of the semiconductor position detector described above, the horizontal and vertical intensity distributions of the laser beam passing through the detector both exhibit a pattern in which the peak value is at the optical axis position of the beam. Therefore, according to the present invention, the intensity gravity center position of the laser beam that reaches the second two-dimensional semiconductor position detector via the lens coincides with the optical axis position of the laser beam, and as a result, this second The attitude angle can be detected with extremely high accuracy based on the output of the two-dimensional semiconductor position detector. In addition, since there is a degree of freedom in the diameter of the laser beam projected from the light projecting means, it is highly practical, and considering the configuration of the first light receiving means, the accuracy of detecting the amount of deviation of the light receiving section with respect to the laser beam is also high. expensive.
第1図は本発明に係る姿勢検出装置に使用され
る受光部の一例を示した概念図、第2図aは受光
部に使用される2次元半導体位置検出器の構成を
示した平面図、同図bおよびcは各々同図aのA
−A′線およびB−B′線による断面図、第3図は
第2図に示す半導体位置検出器における半導体層
の構造を部分的に示した図、第4図は第1図に示
す受光部の作用を示した斜視図、第5図は本発明
に係る装置の一実施例を示したブロツク図、第6
図は第5図に示すCPUの処理手順を示したフロ
ーチヤート、第7図aないしdはパイロツトヘツ
ドの姿勢制御の態様を示した図、第8図はパイロ
ツトヘツドの各ジヤツキを駆動する油圧回路を示
した図、第9図は受光部の他の例を示した概念
図、第10図は受光部のさらに別の例を示した概
念図である。
1……受光部、2……第1の半導体位置検出
器、3,3′……レンズ、4……第2の半導体位
置検出器、5……レーザ投光器、52……CPU、
54……表示装置、55……パイロツトヘツド制
御部、101……パイロツトヘツド。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a light receiving section used in the attitude detection device according to the present invention, and FIG. 2 a is a plan view showing the configuration of a two-dimensional semiconductor position detector used in the light receiving section. Figures b and c are A in figure a, respectively.
-A' line and B-B'line; Figure 3 is a diagram partially showing the structure of the semiconductor layer in the semiconductor position detector shown in Figure 2; Figure 4 is the light receiving unit shown in Figure 1. FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the device according to the present invention, and FIG.
The figure is a flowchart showing the processing procedure of the CPU shown in Fig. 5, Figs. 7 a to d are diagrams showing aspects of attitude control of the pilot head, and Fig. 8 is a hydraulic circuit that drives each jack of the pilot head. FIG. 9 is a conceptual diagram showing another example of the light receiving section, and FIG. 10 is a conceptual diagram showing still another example of the light receiving section. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Light receiving part, 2... First semiconductor position detector, 3, 3'... Lens, 4... Second semiconductor position detector, 5... Laser projector, 52... CPU,
54...Display device, 55...Pilot head control unit, 101...Pilot head.
Claims (1)
形成された第1の2次元半導体位置検出器と、こ
の第1の2次元半導体位置検出器の前方または後
方に配設された集光レンズおよびこのレンズの焦
点位置に配設された第2の2次元半導体位置検出
器を備えてなる受光部と、 投射されたレーザービームが上記第1の2次元
半導体位置検出器および上記レンズを通過した
後、上記第2の2次元半導体位置検出器に到達す
るように配設されたレーザービーム投光手段と、 上記第1の2次元半導体位置検出器の出力に基
づいて上記レーザービームに対する上記受光部の
光軸のずれを演算するとともに、上記第2の2次
元半導体位置検出器の出力に基づいて上記レーザ
ービームに対する上記受光部の光軸の角度を演算
する演算手段と を備えたことを特徴とする姿勢検出装置。[Claims] 1. A first two-dimensional semiconductor position detector in which a light-receiving area is formed by a homogeneous light-transmitting thin film, and a first two-dimensional semiconductor position detector in front or behind the first two-dimensional semiconductor position detector. a light receiving section comprising a condensing lens arranged therein and a second two-dimensional semiconductor position detector arranged at the focal position of the lens; and a projected laser beam detecting the first two-dimensional semiconductor position detector. a laser beam projector arranged to reach the second two-dimensional semiconductor position detector after passing through the device and the lens; and based on the output of the first two-dimensional semiconductor position detector. Calculating means for calculating the deviation of the optical axis of the light receiving section with respect to the laser beam, and calculating the angle of the optical axis of the light receiving section with respect to the laser beam based on the output of the second two-dimensional semiconductor position detector; An attitude detection device comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27417285A JPS62133309A (en) | 1985-12-05 | 1985-12-05 | Attitude detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27417285A JPS62133309A (en) | 1985-12-05 | 1985-12-05 | Attitude detection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62133309A JPS62133309A (en) | 1987-06-16 |
| JPH0479564B2 true JPH0479564B2 (en) | 1992-12-16 |
Family
ID=17538039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27417285A Granted JPS62133309A (en) | 1985-12-05 | 1985-12-05 | Attitude detection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62133309A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0823492B2 (en) * | 1989-10-30 | 1996-03-06 | 株式会社小松製作所 | Position and orientation angle measurement device |
| JP2631020B2 (en) * | 1989-11-30 | 1997-07-16 | 株式会社小松製作所 | Position and orientation angle measurement device |
| JP3429046B2 (en) * | 1993-12-20 | 2003-07-22 | 株式会社小松製作所 | Position measurement light emitting device and light emitting device mounting structure |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5852483U (en) * | 1981-09-30 | 1983-04-09 | カルソニックカンセイ株式会社 | Reinforcement structure of heat exchanger |
-
1985
- 1985-12-05 JP JP27417285A patent/JPS62133309A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62133309A (en) | 1987-06-16 |
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