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JPH0823492B2 - Position and orientation angle measurement device - Google Patents
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JPH0823492B2 - Position and orientation angle measurement device - Google Patents

Position and orientation angle measurement device

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JPH0823492B2
JPH0823492B2 JP1282531A JP28253189A JPH0823492B2 JP H0823492 B2 JPH0823492 B2 JP H0823492B2 JP 1282531 A JP1282531 A JP 1282531A JP 28253189 A JP28253189 A JP 28253189A JP H0823492 B2 JPH0823492 B2 JP H0823492B2
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light
lens
angle
psd
incident
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雅道 上田
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Komatsu Ltd
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Publication date
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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、移動体、特にトンネル用掘削機(TBM、シ
ールド、セミシールド)や小口径推進機(アイアンモー
ル)等の地中移動体の位置および姿勢角を計測する位置
姿勢角計測装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of use] The present invention relates to a moving body, particularly an underground moving body such as a tunnel excavator (TBM, shield, semi-shield) or a small diameter propulsion machine (iron mall). The present invention relates to a position / orientation angle measuring device for measuring a position and an attitude angle.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

水道管、ガス管等を地中埋設するためにトンネル堀進
を行う地中掘削機では、施行計画ライン通りに推進すべ
く、該地中掘削機の地中における移動位置、つまり施行
計画ラインに対する相対水平方向位置(左右変位)およ
び同ラインに対する相対鉛直方向位置(上下変位)並び
に地中掘削機の地中における姿勢角、つまり施行計画ラ
インに対する左右方向姿勢角(ヨーイング角)および施
行計画ラインに対する鉛直方向姿勢角(ピッチング角)
を計測して、これら各計測データと対応する目標値(左
右変位、上下変位およびヨーイング角およびピッチング
角が零)との偏差が零になるように制御する必要があ
る。
For underground excavators that perform tunnel excavation to bury water pipes, gas pipes, etc. in the ground, in order to promote according to the execution plan line, the movement position in the underground of the underground excavator, that is, the execution plan line Relative horizontal position (horizontal displacement) and relative vertical position (vertical displacement) with respect to the line, and posture angle of the underground excavator in the ground, that is, horizontal posture angle with respect to the execution planning line (yawing angle) and execution planning line Vertical posture angle (pitching angle)
Must be measured so that the deviation between each of these measured data and the corresponding target value (horizontal displacement, vertical displacement, yawing angle and pitching angle is zero) becomes zero.

このため、地中掘削機にはこれら位置および姿勢角を
計測することのできる位置姿勢計測装置が配設されてい
る。第16図は、この位置姿勢角計測装置のセンサ部の構
成を概念的に示す。同図に示すように地中掘削機の外部
所定位置に配設された光投光器6′から地中掘削機の内
部長手方向に沿って、その光軸が地中掘削機の予定移動
経路(施行計画ライン)と一致するように光ビーム3′
(レーザビーム)が基準光線として投光される。一方、
地中掘削機の内部には長手方向に所定距離Lだけ離間し
て、PSD(ポジション・センシティブ・ディテクタ)
1′および2′が配設されている。このPSD1′、2′
は、通常はa−Si(アモルファスシリコン)PSDが使用
される。
Therefore, the underground excavator is provided with a position / orientation measuring device capable of measuring these position and attitude angle. FIG. 16 conceptually shows the structure of the sensor section of this position / orientation angle measuring apparatus. As shown in the figure, from the light projector 6 ′ arranged at a predetermined position outside the underground excavator, its optical axis is along the inner longitudinal direction of the underground excavator, and its optical axis is the planned movement path of the underground excavator ( Light beam 3'to match the implementation plan line)
(Laser beam) is projected as a reference light beam. on the other hand,
The inside of the underground excavator is separated by a predetermined distance L in the longitudinal direction, and PSD (position sensitive detector)
1'and 2'are provided. This PSD 1 ', 2'
In general, a-Si (amorphous silicon) PSD is used.

すると、PSD1′の受光面1a′に光ビーム3′が照射さ
れて、入射光の2次元照射位置(x1、y1)が検出される
とともに、PSD2でも、PSD1′を透過された光ビーム3′
が照射されて、その2次元照射位置(x2、y2)が検出さ
れる。ここに、地中掘削機が施行計画ライン通りの位置
にあり、施行計画ラインに対してヨーイングもピッチン
グもしていない状態では、光ビーム3′の光軸は、セン
サ部の中心軸CTと一致し、両PSD1′、2′の受光面の原
点O1、O2(0、0)をそれぞれ通過するようになってい
る。したがって、いま上記のごとくPSD1′の照射位置が
(x1、y1)であり、PSD2′の照射位置が(x2、y2)であ
るならば、施行計画ラインに対する相対水平方向位置
(左右変位)Xおよび同ラインに対する相対鉛直方向位
置(上下変位)Y並びに地中掘削機の地中における姿勢
角、つまり施行計画ラインに対する左右方向姿勢角(ヨ
ーイング角)θxおよび施行計画ラインに対する鉛直方
向姿勢角(ピッチング角)θyは、明らかにそれぞれ下
記第(1)式〜第(4)式のように演算することができ
る。
Then, the light beam 3 'receiving surface 1a of the' PSD1 'is irradiated, together with the two-dimensional irradiation position of incident light (x 1, y 1) is detected, PSD2 even, PSD1' light beam transmitted through the 3 '
Is irradiated, and the two-dimensional irradiation position (x 2 , y 2 ) is detected. Here, the optical axis of the light beam 3'is aligned with the central axis CT of the sensor section when the underground excavator is at the position according to the execution planning line and neither yawing nor pitching is performed with respect to the execution planning line. , And the origins O 1 and O 2 (0, 0) of the light receiving surfaces of both PSDs 1 ′ and 2 ′, respectively. Therefore, if the irradiation position of PSD1 ′ is (x 1 , y 1 ) and the irradiation position of PSD 2 ′ is (x 2 , y 2 ) as described above, the relative horizontal position (left and right) with respect to the execution planning line Displacement) X and the relative vertical position (vertical displacement) Y with respect to the line, and the attitude angle of the underground excavator in the ground, that is, the horizontal attitude angle (yaw angle) θx with respect to the execution planning line and the vertical attitude with respect to the execution planning line The angle (pitching angle) θy can obviously be calculated as in the following equations (1) to (4).

X=−x1 …(1) Y=−y1 …(2) θx=arctan{(x1−x2)/L} …(3) θy=arctan{(y1−y2)/L} …(4) 従来において地中掘削機、ひいてはあらゆる移動体の
位置および姿勢角は、以上のようにして求めていた。
X = −x 1 (1) Y = −y 1 (2) θx = arctan {(x 1 −x 2 ) / L} (3) θy = arctan {(y 1 −y 2 ) / L} (4) Conventionally, the position and attitude angle of the underground excavator, and by extension, all moving bodies have been obtained as described above.

また、地中掘削機では上記のようにして得られた位置
および姿勢角のデータを発進立坑等に設けられた地中掘
削機の操作室に対して、方向を修正するための情報とし
て伝送する必要がある。
Further, in the underground excavator, the position and attitude angle data obtained as described above are transmitted as information for correcting the direction to the operating room of the underground excavator provided in the starting shaft or the like. There is a need.

ここに従来においては位置および姿勢角のデータは個
々の信号線を介してアナログ伝送されている。
Heretofore, in the past, position and attitude angle data are analog-transmitted through individual signal lines.

また、第17図に示すようにPSD1′の前段には、地中掘
削機が施行計画ライン通りの位置にあり、施行計画ライ
ンに対してヨーイングもピッチングもしていない状態下
において光ビーム3′の光点が原点位置に表示される目
盛り板4′が設けられている。しかして、目盛り板4′
に表示された光ビーム3′の光点の2次元位置座標をオ
ペレータが視認することにより、位置計測(左右ずれ、
上下ずれ)が行われる。この場合、オペレータによる位
置の読取りを容易ならしめるため、PSD1′の周囲に照明
ランプ5′…を設け、十分な明るさを確保するようにし
ている。
In addition, as shown in Fig. 17, the underground excavator is located at the position according to the implementation plan line in the front stage of PSD1 ', and the light beam 3'becomes under the condition that neither yawing nor pitching is performed with respect to the implementation plan line. There is provided a scale plate 4'where the light spot is displayed at the origin position. Then, the scale plate 4 '
By visually recognizing the two-dimensional position coordinates of the light spot of the light beam 3 ′ displayed on the
Vertical shift) is performed. In this case, in order to facilitate the reading of the position by the operator, illumination lamps 5 'are provided around the PSD 1' to ensure sufficient brightness.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上述した従来の位置姿勢角検出装置は、検出原理が簡
単なので、装置自体の構造を簡素化できるというメリッ
トがあるものの、実用的には次のような問題点を有して
いる。
The above-described conventional position and orientation angle detection device has a merit that the structure of the device itself can be simplified because the detection principle is simple, but it has the following problems in practical use.

1)まず、第一に一般的に照射位置検出精度の高い(1
%F.S程度)PSDを得るためには、均一な抵抗膜を蒸着さ
せることが必要不可欠である。しかし、均一な抵抗膜の
確保はPSDの受光面が大面積化するほど困難になり、製
造歩留まりも低下する。この点、a−SiPSDでは単結晶
シリコンPSDよりも大面積化が容易とはいえ、PSDの受光
面が大面積化するほど均一な抵抗膜の確保が困難になる
ことには変わりはない。
1) First, generally, the irradiation position detection accuracy is generally high (1
In order to obtain a PSD, it is essential to deposit a uniform resistive film. However, it becomes more difficult to secure a uniform resistive film as the light receiving surface of the PSD increases in area, and the manufacturing yield also decreases. In this regard, it is easier to increase the area of the a-SiPSD than the single-crystal silicon PSD, but it is still difficult to secure a uniform resistance film as the light receiving surface of the PSD increases.

一方、位置姿勢角計測装置にa−SiPSDを使用した場
合には、照射位置検出範囲とa−SiPSDの構造と位置姿
勢角計測原理とに起因して必要な計測範囲よりも大きな
サイズの2枚のa−SiPSDが必要とされる。こうした大
きなサイズのa−SiPSDを使用する場合には、前述した
均一な抵抗膜の確保の困難性から位置および姿勢角の計
測精度を十分なレベルに持っていくことはできないこと
となっていた。このように従来のものでは実用上要求さ
れる計画範囲と計測精度とを同時に満足することができ
ないという欠点を有していた。
On the other hand, when the a-SiPSD is used for the position / orientation angle measuring device, two pieces having a size larger than the necessary measurement range due to the irradiation position detection range, the structure of the a-SiPSD, and the position / orientation angle measurement principle are used. A-Si PSD is required. When such a large-sized a-SiPSD is used, it has been impossible to bring the position and posture angle measurement accuracy to a sufficient level because of the difficulty in securing a uniform resistance film as described above. As described above, the conventional device has a drawback in that it cannot satisfy the planned range and the measurement accuracy required for practical use at the same time.

2)また、第2にPSD1′、2′は地中掘削機に搭載され
ることから、スペースの制約上、両PSDの間隔Lを短く
する必要がある。
2) Secondly, since PSDs 1'and 2'are mounted on an underground excavator, it is necessary to shorten the interval L between both PSDs due to space restrictions.

一方、姿勢角の計測精度は、前記(3)、(4)式か
ら明らかに、PSD1′、2′それぞれの照射位置(x1
y1)、(x2、y2)の検出精度とPSD間距離Lの大きさと
に依存しているのがわかる。
On the other hand, the measurement accuracy of the attitude angle can be clearly understood from the above equations (3) and (4), and the irradiation positions (x 1 ,
It can be seen that it depends on the detection accuracy of (y 1 ) and (x 2 , y 2 ) and the size of the distance L between PSDs.

ここに照射位置の検出精度の向上を図って姿勢角計測
精度を向上させることが考えられるが、2枚のPSD1′、
2′の照射位置検出精度のバラツキの影響を受けること
と、前記1)の問題とに起因して高精度化は難しい。
It is possible to improve the accuracy of detecting the irradiation position by improving the accuracy of posture angle measurement.
It is difficult to achieve high accuracy due to the influence of the variation of the irradiation position detection accuracy of 2 'and the problem 1).

また、PSD間隔Lを大きくして、実用上要求される±1
/1000ラジアンのオーダーの姿勢角計測精度にすること
が考えられるが、これを確保するためにはPSD間隔Lを
十分に大きくする必要がある。しかし実際には上記した
スペースの制約上、Lを十分な大きさにとることができ
ないことが多い。
In addition, by increasing the PSD interval L, the practically required ± 1
It is possible to make the posture angle measurement accuracy on the order of / 1000 radians, but in order to ensure this, it is necessary to make the PSD interval L sufficiently large. However, in practice, L cannot often be made sufficiently large due to the above-mentioned space restrictions.

このように従来のものでは装置の小型化と要求される
姿勢角計測精度とを同時に満足することがでない欠点を
有していた。
As described above, the conventional apparatus has a drawback that it is not possible to simultaneously satisfy the miniaturization of the apparatus and the required accuracy of measuring the attitude angle.

3)また、従来のものではPSD1′の照射位置およびPSD
間隔Lに応じて計測することのできる姿勢角の範囲が変
化する。すなわち、第18図(a)に示すように光ビーム
3′がPSD1′の受光面1a′(これは位置検出が可能な範
囲であり、同図に破線にて示す)の端から距離l1離間し
た位置に照射した場合には、光ビーム3′のPSD1′に対
する入射角度がθ以下の範囲でなければ、光ビーム
3′はPSD2′の受光面2a′(位置検出が可能な範囲であ
り、同図に破線にて示す)内に照射できず、姿勢角を計
測することができない。一方、光ビーム3′がPSD1′の
受光面1a′の端から距離l2(>l1)離間した位置に照射
した場合には、θよりも大きいθ以下の範囲の入射
角度の光ビーム3′であってもPSD2′の受光面2a′内に
照射することができ、姿勢角を計測することができる。
このようにPSD1′の照射位置が中心から外れれば外れる
程、光ビーム3′の入射角度の上限値、つまり計測可能
な姿勢角の上限値が小さくなるのがわかる。
3) In addition, the irradiation position of PSD1 'and PSD
The range of posture angles that can be measured changes according to the distance L. That is, as shown in FIG. 18 (a), the light beam 3'has a distance l 1 When irradiating to the separated positions, if the incident angle of the light beam 3'with respect to PSD1 'is not within the range of θ 1 or less, the light beam 3'will receive the light receiving surface 2a' of PSD2 '(within the position detection range). Yes, it is not possible to irradiate inside (indicated by a broken line in the figure), and the posture angle cannot be measured. On the other hand, when the light beam 3 ′ is applied to a position separated by a distance l 2 (> l 1 ) from the end of the light receiving surface 1 a ′ of the PSD 1 ′, light having an incident angle in the range of θ 2 or less that is larger than θ 1 and smaller than θ 1. Even the beam 3 'can be irradiated into the light receiving surface 2a' of the PSD 2 ', and the attitude angle can be measured.
It can be seen that the upper limit of the incident angle of the light beam 3, that is, the upper limit of the measurable attitude angle decreases as the irradiation position of the PSD 1 ′ deviates from the center.

また同図(b)に示すようにPSD間隔LがL1の場合に
は、光ビーム3′がPSD1′の受光面1a′の端から距離l1
離間した位置に照射した場合に入射角度θ以下の範囲の
光ビーム3′をPSD2′で受光することができるが、PSD
間隔LがL2(>L1)の場合には、光ビーム3′がPSD1′
の受光面1a′の端から距離l2(>l1)離間した位置に照
射した場合に始めて同じく入射角度θ以下の範囲の光ビ
ーム3′をPSD2′で受光することができる。このように
PSD間隔Lが大きくなればなるほど、光ビーム3′の入
射角度の上限値、つまり計測可能な姿勢角の上限値が小
さくなるのがわかる。
When the PSD interval L is L 1 as shown in FIG. 7B, the light beam 3 ′ is separated from the end of the light receiving surface 1 a ′ of PSD 1 ′ by a distance l 1
When irradiating to a distant position, the light beam 3 ′ within the range of the incident angle θ or less can be received by the PSD 2 ′.
When the distance L is L 2 (> L 1 ), the light beam 3 ′ is PSD1 ′.
The light-receiving surface 1a 'distance l 2 from the end of the (> l 1) spaced light beams also incident angle θ the range beginning when irradiated to a position 3' can be received by PSD2 '. in this way
It can be seen that the larger the PSD interval L, the smaller the upper limit of the incident angle of the light beam 3 ', that is, the upper limit of the measurable attitude angle.

このように、従来のものではPSD1′の受光面1a′の端
に光ビーム3′が照射した場合に計測できる姿勢角が事
実上計測可能な姿勢角の上限値であり、それは非常に小
さいものになることがわかる。また、前述するようにPS
D間隔Lを大きくして、姿勢角計測精度を引き上げよう
とすれば、計測可能な姿勢角の上限値が小さくなってし
まう。
As described above, in the conventional device, the attitude angle that can be measured when the light beam 3 ′ irradiates the end of the light receiving surface 1 a ′ of the PSD 1 ′ is the upper limit value of the attitude angle that can be actually measured, and is extremely small. It turns out that it becomes. Also, as mentioned above,
If the D-interval L is increased to increase the posture angle measurement accuracy, the measurable upper limit of the posture angle is reduced.

以上のような1)〜3)の問題点のため、従来のもの
は、あまり実用的でないので現在採用、実施されるには
至っていない。
Due to the problems 1) to 3) as described above, the conventional one is not so practical and has not been adopted or implemented at present.

さらにまた、位置および姿勢のデータをアナログ伝送
する従来の方式のものでは、その性質上、雑音に弱く、
伝送経路の性能に影響されるという問題点がある。ま
た、その性質上、個々のデータ位置X、Y、姿勢角θ
x、θyを個々の伝送経路で伝送する必要があり、伝送
ケーブル(回線数)が増加し、装置コストが上昇すると
いう問題点がある。また、伝送ケーブル(回転数)はス
ペースの制約上、極力抑えたいという要求がある。
Furthermore, the conventional method of analog transmission of position and orientation data is vulnerable to noise due to its nature,
There is a problem that the performance of the transmission path is affected. Also, due to its nature, each data position X, Y, attitude angle θ
It is necessary to transmit x and θy through individual transmission paths, which increases the number of transmission cables (the number of lines) and raises the device cost. In addition, there is a demand to suppress the transmission cable (rotation speed) as much as possible due to space constraints.

さらにまた、PSD1′の周囲に照明ランプ5′…を設け
て目盛り板4′を照明する従来の方式のものでは、光が
散乱してしまうため、視認するに十分な明るさを得るた
めに多数の照明ランプ5′…が必要となり、これは装置
コストの上昇を招来することになる。また、PSD1′の周
囲に照明ランプ5′…を設けているため、照明ランプ
5′が位置的にPSD1′の受光領域を邪魔してしまい、位
置および姿勢角の計測範囲を狭めてしまうという問題が
あった。
Further, in the conventional system in which the illumination lamps 5 '... Are provided around the PSD 1'to illuminate the scale plate 4', light is scattered, so that in order to obtain sufficient brightness for visual recognition Are required for the illumination lamps 5 '..., which leads to an increase in device cost. In addition, since the illumination lamps 5 'are provided around the PSD 1', the illumination lamp 5 'positionally obstructs the light receiving area of the PSD 1', thereby narrowing the measurement range of the position and the posture angle. was there.

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであ
り、位置および姿勢角の計測範囲の増大およびこれら位
置および姿勢角の計測精度の高精度化を図るとともに、
装置の小型化を図ることをその第1の目的とし、計測デ
ータを信頼性高く、かつ効率良く、かつ低コスト、小ス
ペースで伝送することを第2の目的とし、低コストの設
備を以て、位置および姿勢角の計測範囲を狭めることな
く目盛り板の表示を視認できるようにすることを第3の
目的とし、信頼性高い位置姿勢角計測装置を提供するこ
とをその共通の目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to increase the measurement range of the position and posture angle and to improve the measurement accuracy of the position and posture angle,
The first purpose is to downsize the device, and the second purpose is to transmit measurement data with high reliability and efficiency, low cost, and small space. The third object is to make the display of the scale plate visible without narrowing the measurement range of the attitude angle, and the common object thereof is to provide a highly reliable position / orientation angle measuring apparatus.

〔課題を解決するための手段および作用〕[Means and Actions for Solving the Problems]

そこで本発明の第1発明では、光軸が移動体の予定移
動経路と一致するように光を投光する光投光器を備える
とともに、前記光投光器から投光された光を受光、透過
して照射位置を2次元的に検出する第1の位置検出器
と、前記第1の位置検出器によって透過された光を受光
して照射位置を2次元的に検出する第2の位置検出器と
を前記移動体に所定距離離間して配設し、前記第1、第
2の位置検出器で検出された前記光の2次元照射位置に
基づき前記移動体の位置および姿勢角を演算するように
した位置姿勢角計測装置において、前記光投光器と前記
第1の位置検出器との間または前記第1の位置検出器と
前記第2の位置検出器との間に配設されたレンズと、前
記第1の位置検出器で検出された前記光の2次元照射位
置に基づき前記移動体の位置を演算するとともに、前記
第2の位置検出器で検出された前記光の2次元照射位置
に基づき前記移動体の姿勢角を演算する演算手段とを具
えるようにしている。
Therefore, according to a first aspect of the present invention, there is provided a light projector for projecting light so that an optical axis coincides with a predetermined movement path of a moving body, and receives, transmits, and irradiates light projected from the light projector. A first position detector that two-dimensionally detects a position, and a second position detector that receives light transmitted by the first position detector and two-dimensionally detects an irradiation position. A position which is disposed at a predetermined distance from the moving body, and calculates the position and the posture angle of the moving body based on the two-dimensional irradiation position of the light detected by the first and second position detectors. An attitude angle measuring device, wherein a lens disposed between the light projector and the first position detector or between the first position detector and the second position detector; Moving body based on the two-dimensional irradiation position of the light detected by the position detector of Position as well as calculating and so that comprise a calculating means for calculating an attitude angle of the mobile body based on the two-dimensional irradiation position of the detected by a second position detector the light.

かかる構成によれば、光投光器と第1の位置検出器と
の間または第1の位置検出器と第2の位置検出器との間
にレンズを配設したため、投光された光がレンズで収束
されて、第1の位置検出器ではその照射位置に応じて光
の基準位置(原点)からのずれを検出することができる
とともに、第2の位置検出器ではその照射位置に応じて
レンズに対する入射角度を検出することができるように
なる。このため、移動体の位置および姿勢角を第1、第
2の位置検出器の各検出結果ごとに演算することができ
るようになる。
According to this configuration, since the lens is disposed between the light projector and the first position detector or between the first position detector and the second position detector, the projected light is transmitted through the lens. After being converged, the first position detector can detect the deviation of the light from the reference position (origin) according to the irradiation position, and the second position detector can control the lens relative to the irradiation position according to the irradiation position. The incident angle can be detected. Therefore, the position and the posture angle of the moving body can be calculated for each detection result of the first and second position detectors.

また、本発明の第2発明では、上記第1発明の構成に
加えて、演算手段で演算された移動体の位置データおよ
び姿勢角データを多重化してシリアルに伝送する伝送手
段を具えるようにしている。
In addition, in the second invention of the present invention, in addition to the configuration of the first invention, a transmission means for multiplexing the position data and the attitude angle data of the moving body calculated by the calculation means and serially transmitting the multiplexed data is provided. ing.

すなわち、移動体の位置データおよび姿勢角データが
個々にかつ並列にアナログ伝送されるのではなく、すべ
てのデータが一つの回線を以て、一度にディジタル伝送
される。
That is, the position data and attitude angle data of the moving body are not individually and parallel analog-transmitted, but all data are digitally transmitted at one time through one line.

また、本発明の第3発明では、上記第1発明の構成に
加えて、第1、第2の位置検出器およびレンズで構成さ
れたセンサ部と光投光器との間に第1の位置検出器の2
次元照射位置を表示する位置表示板を設けるとともに、
レンズの焦点近傍に位置表示板を照明する照明ランプを
設けようにしている。
In addition, in the third invention of the present invention, in addition to the configuration of the first invention, the first position detector is provided between the light projecting device and the sensor portion including the first and second position detectors and the lens. Of 2
A position display plate that displays the three-dimensional irradiation position is provided
An illumination lamp for illuminating the position display plate is provided near the focal point of the lens.

すなわち、照明ランプは第1の位置検出器の周囲に設
けられるのではなく、レンズの焦点近傍に設けられて、
位置的に第1の位置検出器の受光領域を邪魔することが
ない。そして照明ランプから投光された照明光は、レン
ズの焦点近傍にあるため、レンズで屈折され、平行光線
に集光される。照明光の指向性が強くなり、散乱の度合
いが小さくなる。これにより、照明ランプを多数設けず
とも位置表示板がきわめて明るく照明される。
That is, the illumination lamp is not provided around the first position detector, but provided near the focal point of the lens.
Positionally, it does not disturb the light receiving area of the first position detector. Since the illumination light emitted from the illumination lamp is near the focal point of the lens, it is refracted by the lens and condensed into parallel rays. The directivity of the illumination light becomes stronger and the degree of scattering becomes smaller. As a result, the position display plate can be illuminated extremely brightly without providing a large number of illumination lamps.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

なお、実施例では、本発明に係る位置姿勢角計測装置
が、トンネル用掘削機や小口径推進機等の地中掘削機に
適用される場合を想定している。が、本発明としては地
中掘削機以外にも地中を移動し得る地中移動体であれば
任意に適用可能であり、ひいてはあらゆる移動体に適用
可能である。
In addition, in the embodiment, it is assumed that the position / orientation angle measuring device according to the present invention is applied to an underground excavator such as a tunnel excavator or a small diameter propulsion machine. However, the present invention is not limited to the underground excavator and can be arbitrarily applied to an underground moving body that can move in the ground, and can be applied to any moving body.

さて、実施例の位置姿勢角計測装置は、大きくはセン
サ部と演算処理部とで構成されており、第1図は、セン
サ部の構成を概念的に示している。
The position / orientation angle measuring apparatus according to the embodiment is roughly composed of a sensor unit and an arithmetic processing unit, and FIG. 1 conceptually shows the structure of the sensor unit.

同第1図に示すように実施例装置のセンサ部は、地中
掘削機の外部所定位置(発進立坑等)に配設され、光軸
が地中掘削機の予定移動経路、つまり指向計画ラインと
一致するように、地中掘削機の内部に向けて基準光線た
るレーザ光3を投光するレーザ発信部6と、地中掘削機
の長手方向と受光面1aが垂直になるように地中掘削機の
内部に配設され、レーザ発信部6から投光されたレーザ
光3を受光して、レーザ光3の2次元照射位置(x1
y1)を示す電気信号を出力する、光透過性を有するPSD
(ポジション・センシティブ・ディテクタ)1と、その
受光面2aがPSD1の受光面1aと平行となるようにPSD1から
所定距離L2だけ離間して地中掘削機の内部に配設され、
PSD1を透過したレーザ光3を受光して、レーザ光3の2
次元照射位置(x2、y2)を示す電気信号を出力する。光
透過性を有するPSD2とを中心に構成され、さらに同図
(a)または同図(b)に示すように地中掘削機の内部
にあってレーザ発信部6とPSD1との間に、またはPSD1と
PSD2との間に、レーザ発信部6から投光されたレーザ光
3を収束するレンズ7がその平面部7aがPSD1、2の受光
面1a,2aと平行となるように配設されている。
As shown in FIG. 1, the sensor unit of the embodiment apparatus is arranged at a predetermined position (starting shaft, etc.) outside the underground excavator, and the optical axis is the planned movement route of the underground excavator, that is, the pointing plan line. The laser transmitter 6 that projects the laser beam 3 as a reference beam toward the inside of the underground excavator and the underground excavator so that the longitudinal direction of the underground excavator and the light receiving surface 1a are perpendicular to each other. It is arranged inside the excavator and receives the laser beam 3 projected from the laser transmission unit 6, and the two-dimensional irradiation position of the laser beam 3 (x 1 ,
y 1 ), which outputs an electric signal indicating
And (Position Sensitive Detector) 1, arranged inside the underground excavator spaced so that its light receiving surface 2a is parallel to the light receiving surface 1a of the PSD1 from PSD1 predetermined distance L 2,
When the laser beam 3 that has passed through PSD1 is received,
An electric signal indicating the dimensional irradiation position (x 2 , y 2 ) is output. It is configured mainly with a PSD2 having a light transmitting property, and further, as shown in the figure (a) or the figure (b), inside the underground excavator, between the laser transmission part 6 and the PSD1, or PSD1 and
A lens 7 for converging the laser beam 3 projected from the laser transmission unit 6 is arranged between the PSD 2 and the PSD 2 such that a plane portion 7a thereof is parallel to the light receiving surfaces 1a and 2a of the PSDs 1 and 2.

ここに、PSD1、2は後述するa−Si(アモルファスシ
リコン)PSDが使用される。また、PSD1、2から出力さ
れる電気信号は、後述する演算処理部8または9に入力
され、該演算処理部8または9において地中掘削機の位
置および姿勢角が演算されることになる。なお、レンズ
7としては、非球面レンズでも球面レンズであってもよ
い。ただし、レンズ7として非球面レンズを使用する場
合には、レンズ7は、その焦点がPSD2の受光面2a上に位
置するように配設する必要がある。が、レンズ7として
球面レンズを使用する場合には、必ずしもそうする必要
はない ここに、地中掘削機が施行計画ライン通りの位置にあ
り、施行計画ラインに対してヨーイングもピッチングも
していない状態では、レーザ光3の光軸はセンサ部の中
心軸CTと一致し、両PSD1、2の受光面1a,2aの原点O1,O2
(0、0)をそれぞれ通過するようになっている。
Here, as the PSDs 1 and 2, a-Si (amorphous silicon) PSD described later is used. Further, the electric signals output from the PSDs 1 and 2 are input to the arithmetic processing unit 8 or 9 described later, and the arithmetic processing unit 8 or 9 calculates the position and attitude angle of the underground excavator. The lens 7 may be an aspherical lens or a spherical lens. However, when an aspherical lens is used as the lens 7, it is necessary to arrange the lens 7 so that its focal point is located on the light receiving surface 2a of the PSD 2. However, if a spherical lens is used as the lens 7, it is not necessary to do so. Here, the underground excavator is at the position according to the implementation plan line, and neither yawing nor pitching is performed on the implementation plan line. Then, the optical axis of the laser light 3 coincides with the central axis CT of the sensor unit, and the origins O 1 and O 2 of the light receiving surfaces 1a and 2a of both PSDs 1 and 2 are
Each of them passes through (0, 0).

以上のような構成のもとに、レーザ発信部6からレー
ザ光3が投光されて、PSD1において入射光の2次元照射
位置(x1、y1)が検出され、PSD2において入射光の2次
元照射位置(x2、y2)が検出されると、施行計画ライン
に対する相対水平方向位置(左右変位)Xおよび同ライ
ンに対する相対鉛直方向位置(上下変位)Y並びに地中
掘削機の地中における姿勢角、つまり施行計画ラインに
対する左右方向姿勢角(ヨーイング角)θxおよび施行
計画ラインに対する鉛直方向姿勢角(ピッチング角)θ
yは、第1図(a)のセンサ構成の場合、以下のように
して演算することができる。
With the above configuration, the laser beam 3 is projected from the laser emitting unit 6, the PSD 1 detects the two-dimensional irradiation position (x 1 , y 1 ) of the incident light, and the PSD 2 detects the two-dimensional irradiation position of the incident light. When the three-dimensional irradiation position (x 2 , y 2 ) is detected, the relative horizontal position (lateral displacement) X with respect to the execution plan line, the relative vertical position (vertical displacement) Y with respect to the line, and the underground of the underground excavator , That is, the horizontal posture angle (yaw angle) θx with respect to the execution plan line and the vertical posture angle (pitching angle) θ with respect to the execution plan line
In the case of the sensor configuration of FIG. 1 (a), y can be calculated as follows.

X=−(F/L2)・x1 …(5−a) Y=−(F/L2)・y1 …(6−a) θx=arctan(−x2/F) …(7) θy=arctan(−y2/F) …(8) ただし、Fは、レンズ7の焦点距離である。これら
(5−a)、(6−a)、(7)、(8)式は、非球面
レンズを使用した場合に両辺のイコールが成立するが、
球面レンズを使用した場合には、左右両辺はほぼ等しい
ものになり、後述する収差補正をする必要がある。、 一方、同図(b)のセンサ構成の場合は、姿勢角θ
x、θyは上記(7)、(8)式から求めることができ
るが、位置X、Yは、下記(5−b)、(6−b)式か
ら求めるようにする。
X = - (F / L 2 ) · x 1 ... (5-a) Y = - (F / L 2) · y 1 ... (6-a) θx = arctan (-x 2 / F) ... (7) θy = arctan (−y 2 / F) (8) where F is the focal length of the lens 7. In these equations (5-a), (6-a), (7), and (8), equality is established on both sides when an aspherical lens is used.
When a spherical lens is used, the left and right sides are substantially equal, and it is necessary to perform aberration correction described later. On the other hand, in the case of the sensor configuration of FIG.
Although x and θy can be obtained from the above equations (7) and (8), the positions X and Y are obtained from the following equations (5-b) and (6-b).

X=−x1 …(5−b) Y=−y1 …(6−b) ここにこれら(5−a)、(6−a)、(5−b)、
(6−b)、(7)、(8)式は、施行計画ライン(基
準光線)に対する地中掘削機の傾斜角度が1(ラジア
ン)よりも十分に小さい場合が成立する式であるが、た
とえば、小口径推進機においては−2゜<θ<2゜(2
゜=0.035ラジアン)なので確かにθ<<1が成り立っ
ていて、十分にこれら式を適用することができるのがわ
かる。なお、第1図に示すようにPSD1、2の2次元照射
位置のx座標は、紙面に垂直な方向であり、同y座標は
紙面鉛直方向であるものとする。そして位置X、Yの極
性は、上記式から明らかなようにPSD1の検出位置x1、y1
の極性と反対になる。また同様に姿勢角θx、θyの極
性もPSD2の検出位置x2、y2の極性と反対になる。
X = −x 1 (5-b) Y = −y 1 (6-b) Here, these (5-a), (6-a), (5-b),
The equations (6-b), (7), and (8) are equations that hold when the inclination angle of the underground excavator with respect to the execution planning line (reference ray) is sufficiently smaller than 1 (radian). For example, in a small-caliber propulsion machine, -2 ° <θ <2 ° (2
Since θ = 0.035 radians), θ << 1 is true, and it can be seen that these equations can be applied sufficiently. Note that, as shown in FIG. 1, the x-coordinates of the two-dimensional irradiation positions of PSDs 1 and 2 are in the direction perpendicular to the paper surface, and the y-coordinates are in the vertical direction in the paper surface. The polarities of the positions X and Y are, as is apparent from the above formula, the detection positions x 1 and y 1 of the PSD 1.
The opposite of the polarity. Similarly, the polarities of the posture angles θx and θy are opposite to the polarities of the detection positions x 2 and y 2 of the PSD 2 .

ここで、上記PSD1、2として使用されるa−SiPSDの
構造とその位置検出原理について簡単に説明する。
Here, the structure of the a-SiPSD used as the PSDs 1 and 2 and the principle of position detection will be briefly described.

a−SiPSDの模式図を示すと第2図のようになる。a
−SiPSDは薄膜による3層構造で、上面よりx座標検出
用の透明抵抗層50(ITOあるいはSnO2)、つぎにa−Si
層51(この層はa−Si太陽電池に用いられる構成と同じ
pin構造で、この層に光が照射すると光起電力が生じ
る)、下面にy座標検出用の透明抵抗層52がある。この
a−SiPSDにHe−Neレーザが発光ダイオード(LED)など
のスポット光56を照射すると、このスポット光が照射さ
れた部分のみが太陽電池として動作し、電圧(0.6〜0.8
V)が発生して、光起電力部53においてこれに起因する
電流が生じる。同図に示すように、x座標検出抵抗層50
が電流の湧き出し口となり、y座標検出用抵抗層52が吸
い込み口となる。
The schematic diagram of a-SiPSD is shown in FIG. a
-SiPSD is a three-layer structure by a thin film, the transparent resistive layer 50 (ITO or SnO 2) for x-coordinate detection from the upper surface, then a-Si
Layer 51 (This layer has the same structure as used for a-Si solar cells
In a pin structure, when light is irradiated to this layer, a photoelectromotive force is generated), and a transparent resistance layer 52 for y-coordinate detection is provided on the lower surface. When the He-Ne laser irradiates the spot light 56 such as a light emitting diode (LED) to the a-Si PSD, only the portion irradiated with the spot light operates as a solar cell, and the voltage (0.6 to 0.8) is applied.
V) occurs, and a current resulting from this occurs in the photovoltaic unit 53. As shown in FIG.
Serves as a current outlet, and the y-coordinate detection resistance layer 52 serves as a suction inlet.

まず、x座標検出用抵抗層50に注目すると、湧き出し
た電流は、この抵抗層50を流れて、抵抗層50の両端に取
り付けられてある集電電極54(これを斜線で示す)から
外部回路へIx1、Ix2として取り出される。また、y座標
検出用抵抗層52に注目すると、外部回路からIy1、Iy2
して供給される電流が集電電極55(これを斜線で示す)
より抵抗層52に流れ込み、吸い込み口より光起電力部53
へ達する。
First, paying attention to the x-coordinate detection resistance layer 50, the current that has flowed out flows through the resistance layer 50, and flows from the current collecting electrodes 54 attached to both ends of the resistance layer 50 (shown by oblique lines) to an external circuit. Are extracted as Ix 1 and Ix 2 . Further, focusing on the y-coordinate detecting resistance layer 52, the current supplied from the external circuit as Iy 1 and Iy 2 is represented by a current collecting electrode 55 (shown by oblique lines).
The more it flows into the resistance layer 52, the photovoltaic part 53 from the suction port.
Reach

さらに、a−SiPSDの位置検出原理をx座標検出のみ
に注目して第3図を参照して説明する。
Furthermore, the position detection principle of the a-Si PSD will be described with reference to FIG.

同図に示すように集電電極54aの位置をX1、集電電極5
4bの位置をX2とし、これら集電電極54a、54b間の距離を
Kとし、スポット光56の入射位置より位置X1並びに位置
X2までの距離、および対応する抵抗をl1、R1並びにI2
R2とし、入射光56により生成された電流をI0とすると、
集電電極54aおよび54bより流出する電流Ix1、Ix2は、次
の(9)式のごとく求められる。
As shown in the figure, the position of the collecting electrode 54a is X 1 , the collecting electrode 5
The position of 4b is X 2 , the distance between the collecting electrodes 54a and 54b is K, and the positions X 1 and
The distance to X 2 and the corresponding resistance are l 1 , R 1 and I 2 ,
If R 2 and the current generated by the incident light 56 are I 0 ,
The currents Ix 1 and Ix 2 flowing out from the current collecting electrodes 54a and 54b are obtained by the following equation (9).

Ix1={R2/(R1+R2)}・I0 Ix2={R1/(R1+R2)}・I0 …(9) ここで抵抗層50が均一で距離l1、l2が抵抗値R1、R2
にそれぞれ比例するとすると、上記(9)式は、 Ix1=(l2/K)・I0 Ix2=(l1/K)・I0 …(10) と書き換えられる、さらにここで距離Kおよび電流I0
一定とすると、電流Ix1、Ix2は距離l2、l1のみの関数と
なり、Ix1とIx2との差あるいは比を求めることによって
センサ面内での相対位置(x座標位置)を求めることが
できる。が、実際には光強度の変化によるI0の変化等が
あるため、Ix1とIx2との単純な差あるいは比を用いずに
下記(11)式の演算によりセンサ面内での相対位置(x
座標位置)を求めるようにする。(11)式においてxは
センサ面内の相対位置を示し、たとえば位置X1において
x=1、位置X2においてx=−1、位置X1、X2の中央で
x=0となる。
Ix 1 = {R 2 / (R 1 + R 2 )} ・ I 0 Ix 2 = {R 1 / (R 1 + R 2 )} ・ I 0 (9) Here, the resistance layer 50 is uniform and the distance l 1 , Assuming that l 2 is proportional to the resistance values R 1 and R 2 , respectively, the above equation (9) is Ix 1 = (l 2 / K) · I 0 Ix 2 = (l 1 / K) · I 0 … ( 10), and if the distance K and the current I 0 are constant, the currents Ix 1 and Ix 2 are functions of only the distances l 2 and l 1 , and the difference or ratio between Ix 1 and Ix 2 is calculated. By doing so, the relative position (x coordinate position) in the sensor plane can be obtained. However, in reality, there is a change in I 0 due to a change in light intensity, so the relative position in the sensor plane is calculated by the following equation (11) without using the simple difference or ratio between Ix 1 and Ix 2. (X
Coordinate position). (11) x in formula represents the relative position of the sensor surface, for example, x = 1 at position X 1, x = -1 at the position X 2, a x = 0 at the center position X 1, X 2.

x=(Ix1−Ix2)/(Ix1+Ix2) =(l2−l1)/K =1−(2l1/K) …(11) なお、y座標についても、電流の方向がx座標がy座
標に変わるのみで、同様に式が得られる。
x = (Ix 1 −Ix 2 ) / (Ix 1 + Ix 2 ) = (l 2 −l 1 ) / K = 1− (2l 1 / K) (11) Note that the direction of the current is also the y coordinate. A formula is similarly obtained only by changing the x coordinate to the y coordinate.

以下、上記のようなa−SiPSDがPSD1、2として使用
され、かつレンズ7として非球面レンズを使用し、かつ
第1図(b)のセンサ構成で上記(11)式を用いて地中
掘削機の位置および姿勢角の演算を行う場合の演算処理
態様について説明する。
Hereinafter, a-SiPSD as described above is used as PSDs 1 and 2, and an aspherical lens is used as the lens 7, and underground excavation is performed using the above formula (11) with the sensor configuration of FIG. 1 (b). A calculation processing mode in the case of calculating the position and attitude angle of the machine will be described.

地中掘削機の位置X、Y並びに姿勢角θx、θyの演
算は、前記(5−b)、(6−b)並びに(8)および
(9)式に基づき行われるが、実用上、姿勢角θx、θ
yは1ラジアンよりも十分小さく、tanθx、θyはθ
x、θyとほぼ等しくなるので、演算は(8)、(9)
式の替りに下記(8)′、(9)′式を用いて行うよう
にする。
The positions X and Y of the underground excavator and the attitude angles θx and θy are calculated based on the equations (5-b), (6-b), (8) and (9), but in practice Angle θx, θ
y is sufficiently smaller than 1 radian, and tan θx and θy are θ
x and θy are approximately equal, so the calculations are (8) and (9)
Instead, the following equations (8) 'and (9)' are used.

θx=−x2/F …(7)′ θy=−y2/F …(8)′ これら(5−b)、(6−b)、(7)′、(8)′
に基づく演算は、第4図のブロック図に示す演算処理部
8において行われる。
θx = −x 2 / F (7) ′ θy = −y 2 / F (8) ′ These (5-b), (6-b), (7) ′, (8) ′
The calculation based on is performed in the calculation processing unit 8 shown in the block diagram of FIG.

以下、第1図(b)と第4図とを併せ参照して説明す
るに、前述するようにレーザ発信部6からレーザ光3が
投光され、PSD1の受光面1aに照射されると、PSD1から入
射光のx方向照射位置x1に応じた電流Ix1、Ix2が、アン
プ10、11に出力されるとともに、入射光のy方向照射位
置y1に応じた電流Iy1、Iy2が、アンプ12、13に出力され
る。すると、これらアンプ10、11、12および13において
電流Ix1、Ix2、Iy1およびIy2がそれぞれ電流−電圧変換
されるとともに、所要のレベルまで増幅されて、電流Ix
1、Ix2に対応する電圧Vx1、Vx2が次段の加算器14並びに
減算器15に加えられるとともに、電流Iy1、Iy2に対応す
る電圧Vy1およびVy2が次段の加算器16並びに減算器17に
加えられる。
As will be described below with reference to FIG. 1 (b) and FIG. 4 together, as described above, when the laser beam 3 is projected from the laser transmission unit 6 and is irradiated on the light receiving surface 1a of the PSD 1, Currents Ix 1 and Ix 2 corresponding to the incident position x 1 of the incident light from PSD 1 are output to the amplifiers 10 and 11, and currents Iy 1 and Iy 2 corresponding to the irradiation position y 1 of the incident light in the y direction. Is output to the amplifiers 12 and 13. Then, the currents Ix 1 , Ix 2 , Iy 1 and Iy 2 are respectively subjected to current-voltage conversion in the amplifiers 10, 11, 12 and 13, and are also amplified to a required level, so that the current Ix
1 , the voltages Vx 1 and Vx 2 corresponding to Ix 2 are applied to the adder 14 and the subtractor 15 in the next stage, and the voltages Vy 1 and Vy 2 corresponding to the currents Iy 1 and Iy 2 are added to the next stage. 16 and subtractor 17.

レーザ光3は、PSD1を透過した後、非球面レンズ7に
おいて屈折して、焦点に配設されたPSD2の受光面2aに収
束される。すると同様にPSD2から入射光の照射位置x2
応じた電流Jx1、Jx2並びに照射位置y2に応じた電流J
y1、Jy2が、アンプ18、19並びにアンプ20、21にそれぞ
れ出力される。そしてアンプ18、19の出力電圧Ux1、Ux2
は、次段の加算器22、減算器23にそれぞれ加えられ、ア
ンプ20、21の出力電圧Uy1、Uy2は、次段の加算器24、減
算器25にそれぞれ加えられる。
After passing through the PSD 1, the laser light 3 is refracted by the aspherical lens 7 and converged on the light receiving surface 2 a of the PSD 2 arranged at the focal point. Then, similarly, currents Jx 1 and Jx 2 corresponding to the irradiation position x 2 of the incident light from PSD 2 and current J corresponding to the irradiation position y 2
y 1 and Jy 2 are output to the amplifiers 18 and 19 and the amplifiers 20 and 21, respectively. And the output voltages Ux 1 and Ux 2 of the amplifiers 18 and 19
Is added to the adder 22 and the subtractor 23 in the next stage, and the output voltages Uy 1 and Uy 2 of the amplifiers 20 and 21 are added to the adder 24 and the subtractor 25 in the next stage, respectively.

加算器14では、入力電圧Vx1、Vx2の加算演算Vx1+Vx2
が実行され、減算器15では、入力電圧Vx1、Vx2の減算演
算Vx1−Vx2が実行される。これら演算結果は除算器26に
加えられ、該除算器26において第(11)式の右辺に対応
する除算演算(Vx1−Vx2)/(Vx1+Vx2)が実行され
る。この除算器26の除算結果は、PSD1の入射光のx方向
照射位置x1を示すものであり、次段のオフセット・ゲイ
ン調整回路28に加えられ、該オフセット・ゲイン調整回
路28において(5−b)式の演算が実行されて、x方向
照射位置x1に比例する地中掘削器の左右変位Xが出力さ
れる。
In the adder 14, the addition operation of the input voltages Vx 1 and Vx 2 Vx 1 + Vx 2
There is executed, the subtracter 15, the subtraction operation Vx 1 -Vx 2 input voltage Vx 1, Vx 2 is executed. These calculation results are applied to a divider 26, first (11) division operation corresponding to the right-hand side of (Vx 1 -Vx 2) / ( Vx 1 + Vx 2) is performed in該除adder 26. Division result of the divider 26 shows the x-direction irradiation position x 1 of the incident light PSD1, added to the next stage of the offset-gain adjustment circuit 28, in the offset-gain adjustment circuit 28 (5- b) calculation of the equation is performed, lateral displacement X of the underground Excavators proportional to the x-direction irradiation position x 1 is output.

また、同様にして加算器16では、入力電圧の加算演算
が実行され、減算器17では、入力電圧の減算演算が実行
される。そしてこれら演算結果は除算器26に加えられ、
該除算器26において第(11)式の右辺に対応する除算演
算が実行される。ここに除算器26の除算結果は、PSD1の
入射光のy方向照射位置y1を示すものであり、次段のオ
フセット・ゲイン調整回路29に加えられ、該オフセット
・ゲイン調整回路29において(6−b)式の演算が実行
されて、y方向照射位置y1に比例する地中掘削器の上下
変位Yが出力される。
Similarly, the adder 16 executes the addition operation of the input voltage, and the subtractor 17 executes the subtraction operation of the input voltage. Then, these operation results are added to the divider 26,
In the divider 26, the division operation corresponding to the right side of the equation (11) is executed. Here, the division result of the divider 26 indicates the y-direction irradiation position y 1 of the incident light of PSD 1 , which is added to the offset / gain adjustment circuit 29 in the next stage, and the offset / gain adjustment circuit 29 (6 The calculation of equation (b) is executed, and the vertical displacement Y of the underground excavator that is proportional to the y-direction irradiation position y 1 is output.

一方、PSD2についても同様に加算器22では、入力電圧
の加算演算が実行され、減算器23では、入力電圧の減算
演算が実行される。そしてこれら演算結果は除算器27に
加えられ、該除算器27において第(11)式の右辺に対応
する除算演算が実行される。ここに除算器27の除算結果
は、PSD2の入射光のx方向照射位置x2を示すものであ
り、次段のオフセット・ゲイン調整回路30に加えられ、
該オフセット・ゲイン調整回路30において(8)′式の
演算が実行されて、x方向照射位置x2に比例する地中掘
削器の左右方向姿勢角θxが出力される。
On the other hand, for PSD2, the adder 22 similarly performs the addition operation of the input voltage, and the subtractor 23 performs the subtraction operation of the input voltage. Then, these calculation results are added to the divider 27, and the divider 27 executes the division operation corresponding to the right side of the equation (11). Division result here to the divider 27, which shows the x-direction irradiation position x 2 of the incident light PSD2, added to the next stage of the offset gain adjustment circuit 30,
In the offset-gain adjustment circuit 30 (8) 'type operation is performed in the left-right direction posture angle θx of the underground Excavators proportional to the x-direction irradiation position x 2 is output.

また、加算器24では、入力電圧の加算演算が実行さ
れ、減算器25では、入力電圧の減算演算が実行される。
そしてこれら演算結果は除算器27に加えられ、該除算器
27において第(11)式の右辺に対応する除算演算が実行
される。ここに除算器27の除算結果は、PSD2の入射光の
y方向照射位置y2を示すものであり、次段のオフセット
・ゲイン調整回路31に加えられ、該オフセット・ゲイン
調整回路31において(9)′式の演算が実行されて、y
方向照射位置y2に比例する地中掘削器の上下方向姿勢角
θyが出力される。以下、これら位置X、Yおよび姿勢
角θx,θyを示す信号は、所要の伝送ケーブルを介して
発進立坑等に配設された操作盤に送信される。そして送
信されたこれら位置および姿勢角データがたとえばCRT
を中心に構成される表示装置に表示されるとともに、こ
れらデータがフィードバック量として地中掘削機を施行
計画ライン通りに移動させる制御に使用される。
The adder 24 performs an addition operation on the input voltage, and the subtractor 25 performs a subtraction operation on the input voltage.
Then, these operation results are added to a divider 27,
At 27, the division operation corresponding to the right side of the equation (11) is executed. Division result of the divider 27 here is for indicating the y-direction irradiation position y 2 of the incident light PSD2, added to the next stage of the offset-gain adjustment circuit 31, in the offset-gain adjustment circuit 31 (9 ) 'Expression is executed, and y
The vertical attitude angle θy of the underground excavator is output in proportion to the direction irradiation position y 2 . Hereinafter, the signals indicating the positions X and Y and the attitude angles θx and θy are transmitted to a control panel arranged in a starting shaft or the like via a required transmission cable. Then, these transmitted position and attitude angle data are used for, for example, CRT.
Is displayed on a display device mainly composed of, and these data are used as a feedback amount for control of moving the underground excavator according to the execution plan line.

なお、オフセット・ゲイン調整回路28、29、30および
31では、位置および姿勢角の要求される計画範囲に応じ
て自由に出力範囲が設定される。また、オフセット・ゲ
イン調整回路28〜31では、PSD1、2の照射位置の位置ず
れ補正、つまり零点オフセットを行うようにしている。
いま、PSD2の照射位置yの位置ずれΔdを例にあげる。
第6図に示すようにレーザ光3がレンズ7において入射
高Hにおいて入射され、PSD2が受光面2aに対して垂直方
向に,PSD2b、PSD2cのごとくΔZだけずれた場合を想定
すると、これらと焦点距離Fとの間には明らかに、 Δd/ΔZ=H/F …(13)′ が成立するから、これは、 Δd=ΔZ・H/F …(13) となり、照射位置ずれΔdは、PSD2のずれΔZがわかれ
ば容易に補正することができるのがわかる。しかし照射
位置ずれΔdの姿勢角θx、θyへの影響はΔdのcos
成分とsin成分に応じたものであるので、これをオフセ
ット・ゲイン調整回路で補正することは回路構成の複雑
化を招来するので、実際にはPSD2の取り付けは、位置ず
れΔdが生じないように機械的に確保することが望まし
い。
The offset / gain adjustment circuits 28, 29, 30 and
At 31, the output range is freely set according to the required planning range of the position and the posture angle. Further, the offset / gain adjustment circuits 28 to 31 are adapted to correct the displacement of the irradiation positions of the PSDs 1 and 2, that is, to perform the zero point offset.
Now, a displacement Δd of the irradiation position y of PSD2 will be described as an example.
As shown in FIG. 6, assuming that the laser light 3 is incident on the lens 7 at the incident height H and the PSD 2 is vertically displaced with respect to the light receiving surface 2a by ΔZ like PSD2b and PSD2c, these and the focal point are assumed. Apparently, Δd / ΔZ = H / F (13) ′ is established between the distance F and this, and this is Δd = ΔZ · H / F (13), and the irradiation position deviation Δd is PSD2. It is understood that the correction can be easily performed if the deviation ΔZ of is known. However, the effect of the irradiation position deviation Δd on the attitude angles θx and θy is the cos of Δd.
Component and the sine component, and correcting this with an offset / gain adjustment circuit leads to a complicated circuit configuration. It is desirable to secure mechanically.

なお、第4図に示す演算処理部8は、非球面レンズを
使用して複雑な球面収差のための補正演算する必要がな
いため、アナログ回路で容易に構成することができる。
もちろんディジタル回路で構成する実施も可能である。
The arithmetic processing unit 8 shown in FIG. 4 does not need to perform correction arithmetic for complicated spherical aberration using an aspherical lens, and thus can be easily configured with an analog circuit.
Of course, it is also possible to implement it by using a digital circuit.

なおまたレンズ7として球面レンズを使用する実施も
また可能である。
It is also possible to use a spherical lens as the lens 7.

また、この実施例では第1図(b)のセンサ構成のも
のについて説明したが、もちろん同図(a)のセンサ構
成のものでも第4図に示す演算処理部8と同様の処理回
路にて演算を行うことができる。
In addition, although the sensor configuration of FIG. 1 (b) has been described in this embodiment, it goes without saying that the sensor configuration of FIG. 1 (a) also uses a processing circuit similar to the arithmetic processing unit 8 shown in FIG. Can perform operations.

ところで上述した実施例のものでは非球面レンズを使
用して演算処理を簡単にしたためアナログ回路で容易に
構成できるというメリットがあるものの、非球面レンズ
は高価であるというデメリットがある。そこで、安価な
球面レンズを使用し、これによる複雑な球面収差のため
の補正演算をソフト的に容易に処理することのできるデ
ィジタル回路構成の実施例について説明する。
By the way, in the above-described embodiment, since the arithmetic processing is simplified by using the aspherical lens, there is a merit that the analog circuit can be easily configured, but the aspherical lens has a demerit that it is expensive. Therefore, an embodiment of a digital circuit configuration in which an inexpensive spherical lens is used and the correction calculation for the complicated spherical aberration due to this can be easily processed by software will be described.

以下、レンズ7として球面レンズを使用し、かつ第1
図(a)のセンサ構成で上記(10)式を用いて地中掘削
機の位置および姿勢角の演算を行う場合の演算処理態様
について説明する。
Hereinafter, a spherical lens is used as the lens 7, and the first
A calculation processing mode in the case where the position and the attitude angle of the underground excavator are calculated using the above equation (10) with the sensor configuration of FIG.

位置X、Yおよび姿勢角θx、θynの演算は、(5−
a)、(6−a)、(7)、(8)式に基づき第5図の
ブロック図に示す演算処理部9において行われる。
The calculation of the positions X and Y and the posture angles θx and θyn is (5-
This is performed in the arithmetic processing unit 9 shown in the block diagram of FIG. 5 based on the equations (a), (6-a), (7) and (8).

すなわち、第1図(a)と第5図とを併せ参照して説
明するに、レーザ発信部6からレーザ光3が投光される
と、レーザ光3はまずレンズ7で屈折されてPSD1の受光
面1aに照射される。すると、PSD1から入射光のx方向照
射位置x1に応じた電流Ix1、Ix2が、アンプ32、33に出力
されるとともに、入射光のy方向照射位置y1に応じた電
流Iy1、Iy2が、アンプ34、35に出力される。すると、こ
れらアンプ32、33、34および35において電流Ix1、Ix2
Iy1およびIy2がそれぞれ電流−電圧変換されるととも
に、所要のレベルまで増幅されて、電流Ix1、Ix2に対応
する電圧Vx1、Vx2が次段の加算器36に加えられるととも
に、電流Iy1、Iy2に対応する電圧Vy1およびVy2が次段の
加算器37に加えられる。
That is, as will be described with reference to FIG. 1 (a) and FIG. 5 together, when the laser light 3 is projected from the laser transmission unit 6, the laser light 3 is first refracted by the lens 7 and is reflected by the PSD 1. The light-receiving surface 1a is irradiated. Then, the currents Ix 1 and Ix 2 corresponding to the incident position x 1 of the incident light from PSD 1 are output to the amplifiers 32 and 33, and the current Iy 1 corresponding to the incident position y 1 of the incident light to the y direction 1 , Iy 2 is output to the amplifiers 34 and 35. Then, in these amplifiers 32, 33, 34 and 35, the currents Ix 1 , Ix 2 ,
Iy 1 and Iy 2 are respectively current-voltage converted and amplified to a required level, and the voltages Vx 1 and Vx 2 corresponding to the currents Ix 1 and Ix 2 are added to the adder 36 of the next stage, and The voltages Vy 1 and Vy 2 corresponding to the currents Iy 1 and Iy 2 are applied to the adder 37 in the next stage.

レーザ光3は、PSD1を透過した後、レンズ焦点に配設
された(必ずしもレンズ焦点に配設する必要はないが)
PSD2の受光面2aに収束される。すると同様にPSD2から入
射光の照射位置x2に応じた電流Jx1、Jx2が、アンプ38、
39に出力されるとともに、入射光の照射位置y2に応じた
電流Jy1、Jy2が、アンプ40、41に出力される。すると、
アンプ38、39の出力電圧Ux1、Ux2が、次段の加算器42に
加えられるとともに、アンプ40、41の出力電圧Uy1、Uy2
が、次段の加算器43に加えられる。
The laser light 3 is disposed at the lens focal point after passing through the PSD 1 (although it is not always necessary to dispose the laser light 3 at the lens focal point).
The light is converged on the light receiving surface 2a of the PSD2. Then, similarly, the currents Jx 1 and Jx 2 corresponding to the irradiation position x 2 of the incident light from PSD 2 are changed to the amplifier 38,
In addition to being output to 39, the currents Jy 1 and Jy 2 corresponding to the irradiation position y 2 of the incident light are output to the amplifiers 40 and 41. Then
The output voltages Ux 1 and Ux 2 of the amplifiers 38 and 39 are added to the adder 42 of the next stage, and the output voltages Uy 1 and Uy 2 of the amplifiers 40 and 41 are added.
Is added to the adder 43 in the next stage.

加算器36では、入力電圧Vx1、Vx2の加算演算Vx1+Vx2
が実行され、加算結果は次段のマルチプレクサ44に加え
られる。加算器37、42および43でも同様に入力電圧の加
算演算がそれぞれ実行され、各加算結果がマルチプレク
サ44に加えられる。さらにアンプ32、34、38および40の
各出力電圧Vx1、Vy1、Ux1およびUy1もマルチプレクサ44
に加えられる。
In the adder 36, the addition operation of the input voltages Vx 1 and Vx 2 is Vx 1 + Vx 2
Is executed and the addition result is added to the multiplexer 44 at the next stage. Similarly, the adders 37, 42, and 43 also perform the addition operation of the input voltages, and the addition results are added to the multiplexer 44. In addition, the output voltages Vx 1 , Vy 1 , Ux 1 and Uy 1 of the amplifiers 32, 34, 38 and 40 are also multiplexed 44
Is added to

マルチプレクサ44から後段の回路動作はROM45aに書き
込まれたプログラムに従ってCPU45が管理する。以下、C
PU45で行われる処理手順について第7図のフローチャー
トを参照して説明する。
The circuit operation of the subsequent stage from the multiplexer 44 is managed by the CPU 45 according to the program written in the ROM 45a. Below, C
The processing procedure performed by the PU 45 will be described with reference to the flowchart of FIG.

PSD1に着目すると、まず、CPU45の初期化がなされ
(ステップ100)、A/Dコンバータ46のチャンネルがPSD
信号入力用に割り当てられたチャンネルに設定される。
つぎにAGC回路47のゲインが1に設定される。そしてつ
ぎにマルチプレクサ44のチャンネルがPSD1のトータル電
流に対応する信号電圧(たとえばVx1+Vx2)のチャンネ
ルに設定される。しかして、AGC回路47のゲインが1の
ときのVx1+Vx2(PSD1のトータル電流に対応する)がA/
Dコンバータ46から入力される。
Focusing on PSD1, first, the CPU 45 is initialized (step 100), and the channel of the A / D converter 46 is PSD.
Set to the channel assigned for signal input.
Next, the gain of the AGC circuit 47 is set to 1. Then, the channel of the multiplexer 44 is set to the channel of the signal voltage (for example, Vx 1 + Vx 2 ) corresponding to the total current of PSD1. Then, when the gain of the AGC circuit 47 is 1, Vx 1 + Vx 2 (corresponding to the total current of PSD1) is A /
Input from the D converter 46.

その後、入力信号電圧がCPU45で扱えるデータ長(た
とえば8ビットCPUならば0〜255bitとなる)のフルス
ケール近くの一定値になるようにゲイン1で入力された
信号電圧の大きさに基づいてAGC回路47のゲインを設定
する処理が実行される。このようにする理由は、前記
(10)式の変形式 l2/L=Ix1/I0 …(10)′ から入射光の照射位置(x1)を計算できるが、実際には
光強度の変化によってトータル電流I0が変動したり、光
強度の低下によってトータル電流I0が小さくなったりす
るとCPU45内で行われる除算(電流比Ix1/I0)の演算精
度が劣化してしまうので、AGC回路47でトータル電流が
常時ある一定の値になるようにすることによって演算の
精度を劣化させないようにするためである。
After that, the AGC is based on the magnitude of the signal voltage input with gain 1 so that the input signal voltage becomes a constant value near the full scale of the data length that can be handled by the CPU45 (for example, 0 to 255 bits for an 8-bit CPU). The process of setting the gain of the circuit 47 is executed. The reason for doing this is that the irradiation position (x 1 ) of the incident light can be calculated from the modified formula l 2 / L = Ix 1 / I 0 … (10) ′ of the above formula (10), but the light intensity is actually If the total current I 0 fluctuates due to the change of or the total current I 0 becomes small due to the decrease of the light intensity, the calculation accuracy of the division (current ratio Ix 1 / I 0 ) performed in the CPU45 will deteriorate. This is to prevent the accuracy of calculation from deteriorating by making the total current of the AGC circuit 47 always be a certain value.

以上のごとくAGC回路47のゲインが設定されると、こ
れら設定ゲインの下でマルチプレクサ44のチャンネルが
逐次切り替えられて、電圧Vx1+Vx2、Vx1、Vy1+Vy2
よびVy1がA/D変換されて順次入力される(ステップ10
1)。そして上記(10)′に対応する演算、つまり入力
電圧Vx1+Vx2、Vx1に基づきIx1/I0に対応する除算Vx1/
(Vx1+Vx2)が実行され、PSD1の入射光のx方向照射位
置x1が求められる。同様に(10)′式に対応する除算Vy
1/(Vy1+Vy2)が実行され、PSD1の入射光のy方向照射
位置y1が求められる(ステップ102)。
When the gain of the AGC circuit 47 is set as described above, the channels of the multiplexer 44 are sequentially switched under these set gains, and the voltages Vx 1 + Vx 2 , Vx 1 , Vy 1 + Vy 2 and Vy 1 are A / D. Converted and input sequentially (Step 10)
1). Then, the calculation corresponding to the above (10) ′, that is, the division Vx 1 / I 0 corresponding to Ix 1 / I 0 based on the input voltages Vx 1 + Vx 2 , Vx 1
(Vx 1 + Vx 2 ) is executed, and the x-direction irradiation position x 1 of the incident light of PSD 1 is obtained. Similarly, the division Vy corresponding to the equation (10) ′
1 / (Vy 1 + Vy 2 ) is executed to obtain the y-direction irradiation position y 1 of the incident light of PSD 1 (step 102).

以上のようにPSD1について入射光の2次元照射位置
(x1、y1)が演算されると、上記ステップ101〜102と同
様な処理が繰り返し実行され、PSD2についても入射光の
2次元照射位置(x2、y2)が演算される。
When the two-dimensional irradiation position (x 1 , y 1 ) of incident light is calculated for PSD1 as described above, the same processing as steps 101 to 102 above is repeatedly executed, and the two-dimensional irradiation position of incident light for PSD2 is also repeated. (X 2 , y 2 ) is calculated.

こうして入射光の2次元照射位置(x1、y1)、(x2
y2)が演算されると、つぎに(5−a)、(6−a)、
(7)および(8)式の演算に対応する処理、つまり2
次元照射位置(x1、y1)、(x2、y2)に応じた位置
(X、Y)および姿勢角(θx、θy)が図示していな
いデータテーブルから選択され、地中掘削機の位置
(X、Y)および姿勢角(θx、θy)が求められる
(ステップ103;この処理については後述する)。そして
これら演算結果についてデータのチェックおよび平均化
処理が施される(ステップ104)。
In this way, the incident light two-dimensional irradiation position (x 1 , y 1 ), (x 2 ,
y 2 ) is calculated, then (5-a), (6-a),
The processing corresponding to the operations of the expressions (7) and (8), that is, 2
The position (X, Y) and posture angle (θx, θy) corresponding to the three-dimensional irradiation positions (x 1 , y 1 ) and (x 2 , y 2 ) are selected from a data table not shown, Position (X, Y) and posture angle (θx, θy) are obtained (step 103; this processing will be described later). Then, data checking and averaging processing is performed on these calculation results (step 104).

こうして得られた地中掘削機の位置データおよび姿勢
角データは、たとえばRS−232−C規格のインターフェ
ースを介してデータ通信装置48に出力される。そしてデ
ータ通信装置48は位置データおよび姿勢角データを多重
化して、1本のケーブルを介して、発進立坑等に配設さ
れた図示していないホストコンピュータに対してシリア
ル送信する。
The position data and the attitude angle data of the underground excavator thus obtained are output to the data communication device 48 via an interface of RS-232-C standard, for example. Then, the data communication device 48 multiplexes the position data and the attitude angle data, and serially transmits them via a single cable to a host computer (not shown) arranged in the starting shaft or the like.

すなわち、第15図は、データ通信装置48から送信され
る伝送信号のプロトコルを示す略図であり、同図に示す
ように伝送信号は、データ列の先頭を示すスタートコー
ドと、これに続く位置姿勢角データ列とで構成されてい
る。ここに位置姿勢角データ列は、水平方向位置X、鉛
直方向位置Y、水平方向姿勢角θxおよび鉛直方向姿勢
角θyの各データが時分割多重化されたデータ列であ
り、こうした内容を有する伝送信号は、これらスタート
コード、位置姿勢角データ列のデータ長に応じた周期で
繰り返しシリアル伝送される。なお、伝送信号のプロト
コルは同図に示すものに限定されることなく、パリティ
チェック等の手法によってエラー検出を行うべくエラー
コードを付加する構成にしてもよい。また、位置姿勢角
のデータ以外にも伝送すべきデータがあればこのデータ
も位置姿勢角データ列の後に付加するなどすれば、一緒
に1本の伝送ケーブルで伝送することができるようにな
る(ステップ105)。
That is, FIG. 15 is a schematic diagram showing a protocol of a transmission signal transmitted from the data communication device 48. As shown in FIG. 15, the transmission signal includes a start code indicating the beginning of a data string and a position and orientation following the start code. And a corner data string. The position / attitude angle data string is a data string in which each data of the horizontal position X, the vertical position Y, the horizontal attitude angle θx, and the vertical attitude angle θy is time-division multiplexed, and the transmission having such contents is performed. The signal is serially transmitted repeatedly at a cycle corresponding to the data length of the start code and position / orientation angle data string. The protocol of the transmission signal is not limited to that shown in the figure, and an error code may be added to detect an error by a method such as a parity check. If there is data to be transmitted other than the position / orientation angle data, this data can be added together after the position / orientation angle data string so that it can be transmitted together with one transmission cable ( Step 105).

第5図の構成のものでは以上のような処理が実行され
るが、ここで上記データテーブルの内容について説明す
る。
The above-described processing is executed in the configuration shown in FIG. 5, but the contents of the data table will be described here.

第9図は、センサ部の幾何学的関係を示す図であり、
ここに示すレンズ(球面レンズ)7の曲率半径R、レン
ズ7の中心の厚さD、PSD1の厚さD1、PSD2の厚さD2、空
気の屈折率N0、レンズ7の屈折率N1、PSD1、2の屈折率
N2はセンサ部の設計過程において決定されて、既知であ
るものとする。
FIG. 9 is a diagram showing a geometrical relationship of the sensor unit,
Here are shown the lens (spherical lens) 7 the radius of curvature R, the thickness of the center of the thickness D, PSD1 lens 7 D1, the thickness of PSD2 of D2, the refractive index N 0 of the air, the refractive index N 1 of the lens 7, Refractive index of PSD1 and PSD2
It is assumed that N 2 is known and determined in the process of designing the sensor unit.

以下、レンズ7上でのレーザ光3の入射高H0と入射角
度θを求め、その後レンズ7の射出高、射出角度並び
にPSD1、PSD2の各面における入射高、入射角度および射
出高、射出角度を順次求めていく(これを光線追跡法と
いう)。
Hereinafter, the incident height H 0 and the incident angle θ 0 of the laser light 3 on the lens 7 are obtained, and then the exit height and the exit angle of the lens 7 and the entrance height, the entrance angle and the exit height and the exit height on each surface of PSD1 and PSD2 are determined. The angle is calculated sequentially (this is called ray tracing method).

まず、レンズ7上で入射高H0、入射角度θとレンズ
7上での射出高Hi、射出角度θdとの関係を求める。
First, the relationship between the incident height H 0 on the lens 7 and the incident angle θ 0 and the exit height Hi on the lens 7 and the exit angle θd is obtained.

同図においてセンサ部の長手方向中心軸CTと平行なレ
ーザ光3が入射高H0でレンズ7に入射するとき、入射角
度θは、次式(14)で表せられる。
In the same figure, when the laser light 3 parallel to the longitudinal center axis CT of the sensor portion is incident on the lens 7 at the incident height H 0 , the incident angle θ 0 is expressed by the following equation (14).

θ=arcsin(H0/R) …(14) 一方、入射角度θのとき球面での屈折角度θbは反
射・屈折の法則から、 θb=arcsin{(N0/N1)・sinθb} …(15) が成り立つ。また平面側での入射角度θcと射出角度θ
dとの間には、 θc=θ−θc …(16) の関係が成り立つから、射出高Hiは次式で表せられる。
すなわち、レンズ7の入射点CPからレンズ平面部7aまで
の距離をTとすると、 T=D−R(1−cosθ) …(17) であり、 Hi=H0−Ttanθc =H0−{D−R(1−cosθ)}・tanθc…(18) となる。射出角度θdは、反射・屈折の法則から下記
(19)式で表せられる。
θ 0 = arcsin (H 0 / R) (14) On the other hand, when the incident angle θ 0 , the refraction angle θb on the sphere is θb = arcsin {(N 0 / N 1 ) ・ sin θb} from the law of reflection and refraction. … (15) holds. Also, the incident angle θc and the exit angle θ on the plane side
Since the relation of θc = θ 0 −θc (16) holds with d, the injection height Hi can be expressed by the following equation.
That is, assuming that the distance from the incident point CP of the lens 7 to the lens plane portion 7a is T, T = DR (1-cosθ 0 ) ... (17) and Hi = H 0 −Ttan θc = H 0 − { D-R (1-cos θ 0 )} · tan θc (18) The exit angle θd is expressed by the following equation (19) from the law of reflection and refraction.

θd=arcsin{(N1/N0)・sinθc} …(19) 入射角度θからθ分変化した入射角度θiの場合を
考えると、(14)式においてθをθiとすれば、前述
の式がそのまま使用できる。ただし、θi=θ±θで
あり、ここにθiは未知数であり、θは既知であり、
θは与えられるものとする。
θd = arcsin {(N 1 / N 0 ) · sin θc} (19) Considering the case where the incident angle θi is changed by θ from the incident angle θ 0 , if θ 0 is θi in equation (14), then The expression of can be used as it is. However, θi = θ 0 ± θ, where θi is an unknown number and θ 0 is known,
θ is given.

つぎにPSD1上での入射高S1、入射角度θとPSD1上で
の射出高Hj、射出角度θd′との関係を求める。
Next, the relationship between the incident height S1 on PSD1 and the incident angle θ 0 and the exit height Hj on PSD1 and the exit angle θd ′ will be obtained.

同図においてレンズ平面部7aとPSD1の受光面1aとが平
行とすれば、レンズ7上での射出高θdとPSD1上での入
射角度θd′とは等しくなる。一方、PSD1での入射角度
θd′と射出角度θd″との関係は、第10図と式(20)
とから求められる。
In the same figure, if the lens flat portion 7a and the light receiving surface 1a of the PSD1 are parallel, the exit height θd on the lens 7 and the incident angle θd 'on the PSD1 are equal. On the other hand, the relationship between the incident angle θd ′ and the exit angle θd ″ at PSD1 is shown in FIG. 10 and equation (20).
Required from.

N0sinθd′=N2sinθe=N0sinθd″ …(20) θd=θd′=θd″ …(21) そして、PSD1上での入射高S1と射出高Hjとの関係は次
式で表せられる。
N 0 sin θd ′ = N 2 sin θe = N 0 sin θd ″ (20) θd = θd ′ = θd ″ (21) Then, the relationship between the incident height S1 and the exit height Hj on PSD1 is expressed by the following equation. .

S1=Hi−X1tanθd …(22) Hi=S1−D1tanθe …(23) つぎにPSD2上での入射高Y2を求める。S1 = Hi−X1tanθd (22) Hi = S1−D1tanθe (23) Next, the incident height Y2 on PSD2 is obtained.

PSD1の射出面とPSD2の入射面を平行とすれば、PSD2上
での入射高S2は次式(24)で表せられる。
If the exit surface of PSD1 and the entrance surface of PSD2 are parallel, the entrance height S2 on PSD2 can be expressed by the following equation (24).

S2=Hj−X2tanθd …(24) 以上のような計算方法によって地中掘削機の必要な位
置計測範囲と角度計測範囲において位置X、Yと姿勢角
θx、θyに対応するPSD1およびPSD2の受光面内におけ
る照射位置を計算しておき、これらをデータテーブルに
記憶、格納しておく。
S2 = Hj-X2tan θd (24) The light receiving surface of PSD1 and PSD2 corresponding to the positions X and Y and the attitude angles θx and θy in the required position measurement range and angle measurement range of the underground excavator by the above calculation method. The irradiation position in the inside is calculated, and these are stored and stored in the data table.

以上は光線追跡法による計算方法であるが、以下に述
べるようにPSD1、2の照射位置から収差や入射角度によ
るずれを補正して、位置X、Y、姿勢角θx、θyを計
算するようにしてもよい。
The above is the calculation method by the ray tracing method. However, as described below, the deviations due to aberrations and incident angles from the irradiation positions of PSDs 1 and 2 are corrected to calculate the positions X and Y and the posture angles θx and θy. May be.

すなわち、第11図における△ABEと△CDEにおいてこれ
ら間の相似性より、 AB/CD=BE/DE …(25) となる。したがって、レンズ7上での入射高H0は次式で
表せられる。
In other words, AB / CD = BE / DE (25) due to the similarity between ΔABE and ΔCDE in Fig. 11. Therefore, the incident height H 0 on the lens 7 can be expressed by the following equation.

H0=(F/L2)・S1 …(26) しかし、実際には、 ・球面レンズの場合、レンズ7での入射高によってレン
ズ7を透過した光3が中心軸CTと交差する点が異なる。
H 0 = (F / L 2 ) S1 (26) However, in reality, in the case of a spherical lens, the point where the light 3 transmitted through the lens 7 crosses the central axis CT due to the incident height at the lens 7. different.

・レンズ7、PSD1でレーザ光3が屈折する。-The laser light 3 is refracted by the lens 7 and PSD1.

などの理由によって(26)式は厳密には成り立たない。
光線追跡法の(14)〜(24)式によって各入射高におけ
る比H0/S1を計算すると第12図のように非常に緩やかな
単調減少関数になる。この場合、H0/S1=K1とすると、K
1=K1(H)だが、K1=K1(S1)と考えても別に問題な
い。一般には各入射高におけるH0/S1の平均値で近似で
きるが、計測精度上これで問題になるときはK1=K1(S
1)と考えて直線近似するか、または曲線近似してもよ
い。
Equation (26) does not hold rigorously because of the above reasons.
When the ratio H 0 / S1 at each incident height is calculated by the ray tracing method (14) to (24), it becomes a very gradual monotone decreasing function as shown in FIG. In this case, if H 0 / S1 = K1, then K
1 = K1 (H), but there is no problem if you think that K1 = K1 (S1). Generally, it can be approximated by the average value of H 0 / S1 at each incident height, but when this is a problem in terms of measurement accuracy, K1 = K1 (S
Considering 1), the linear approximation or the curve approximation may be performed.

H0=K1(S1)・S1 …(27) 以上はレーザ光3が中心軸CTと平行に入射する場合で
あるが、レーザ光3が中心軸CTに大して入射角度θ(0
ではない角度)でレンズ7に入射する場合はその影響も
考慮する必要がある。各入射高での入射角度θによるS1
の補正量ΔS1を光線追跡法で計算すると、θ<<1の範
囲では、 ΔS1=−L1・tanθ …(28) で近似できるのがわかる。したがって、入射高H0は次式
で表すことができる。
H 0 = K1 (S1) · S1 (27) The above is the case where the laser light 3 is incident parallel to the central axis CT, but the incident angle θ (0
If the light enters the lens 7 at an angle other than that, it is necessary to consider its effect. S1 by incident angle θ at each incident height
When the correction amount ΔS1 of is calculated by the ray tracing method, it can be seen that it can be approximated by ΔS1 = −L 1 tan θ (28) in the range of θ << 1. Therefore, the incident height H 0 can be expressed by the following equation.

H0=K1(S1)・(S1+ΔS1) …(29−1) ΔS1=−L1・tanθ …(29−2) 一方、入射角度の計算は以下のようにして行う。 H 0 = K1 (S1) · (S1 + ΔS1) ... (29-1) ΔS1 = -L 1 · tanθ ... (29-2) On the other hand, the calculation of the incident angle is performed as follows.

第13図に示すようにレーザ光3が中心軸CTに対して入
射角度θで入射する場合で、θ<<1が成り立つとき
は、次式が成り立つ。
As shown in FIG. 13, when the laser light 3 is incident on the central axis CT at an incident angle θ, and when θ << 1 holds, the following equation holds.

S2=Ltanθ …(30) 実際には収差の影響があるので、これを考慮すると、
(30)式はつぎのようになる。
S2 = Ltan θ (30) Actually, there is an influence of aberration. Considering this,
Equation (30) is as follows.

S2(H0、θ)−S2(H0、0)=Ltanθ …(31) ここで、S2(H0、θ)は、入射高H0、入射角度θのと
きのPSD2上での照射位置であり、PSD2の出力から演算し
て求める。また、S2(H0、0)は、入射高H0、入射角度
0のときのPSD2上での照射位置であり、光線追跡法によ
って予め計算しておきデータテーブルとしてプログラム
中に入れておく。結局、入射角度θは次式で与えられ
る。
S2 (H 0 , θ) −S2 (H 0 , 0) = Ltan θ (31) where S2 (H 0 , θ) is the irradiation position on PSD2 when the incident height is H 0 and the incident angle is θ. And calculated from the output of PSD2. Further, S2 (H 0 , 0) is the irradiation position on PSD2 when the incident height is H 0 and the incident angle is 0, and it is calculated in advance by the ray tracing method and put in the program as a data table. After all, the incident angle θ is given by the following equation.

θ=arctan[{S2(H0、θ)−S2(H0、0)}/L] …
(32) この(32)式はもともとθ<<1で成り立つので、θ
<<1ではtanθとθはほぼ等しいと考えてよく、(3
2)式は次式のように表すことができる。
θ = arctan [{S2 (H 0 , θ) −S2 (H 0 , 0)} / L] ...
(32) Since this equation (32) originally holds for θ << 1, θ
In << 1, it may be considered that tan θ and θ are almost equal, and (3
Equation (2) can be expressed as the following equation.

θ={S2(H0、θ)−S2(H0、0)}/L …(33) また、距離Lの決め方は次の2つの基準に従って決め
るようにする。
θ = {S2 (H 0 , θ) −S2 (H 0 , 0)} / L (33) Further, the distance L is determined according to the following two criteria.

・入射高によるS2(H0、0)の値域をできるだけ小さく
する。
・ Minimize the range of S2 (H 0 , 0) depending on the incident height.

・必要計測範囲内でS2(H0、θ)がPSD2の受光範囲内に
入るようにする。
• Make sure that S2 (H 0 , θ) is within the PSD2 light receiving range within the required measurement range.

以上の(29)、(33)式からレーザ光3の入射高、入
射角度を求めることができる。そしてこれらのcos成
分、sin成分をとれば位置X、Y、姿勢角θx、θyを
計算することができる。
The incident height and the incident angle of the laser beam 3 can be obtained from the above equations (29) and (33). Then, by taking these cos components and sin components, the positions X and Y and the posture angles θx and θy can be calculated.

第8図に以上説明した計算方法により位置X、Y、姿
勢角θx、θyを求める手順を示す。
FIG. 8 shows a procedure for obtaining the positions X and Y and the posture angles θx and θy by the calculation method described above.

同図に示すように、まず補正量ΔS1を零にして(ステ
ップ201)、同図(b)のサブルーチンに移行して(ス
テップ202)、入射高H0の計算(第(29−1)式;ステ
ップ205)、収差データ選択(ステップ206)、収差をキ
ャンセルして入射角度計算(第(33)式;ステップ20
7)、位置X、Yおよび姿勢角θx、θyの計算(ステ
ップ208)が実行される。
As shown in the figure, first, the correction amount ΔS1 is set to zero (step 201), and the process proceeds to the subroutine of the figure (b) (step 202) to calculate the incident height H 0 (formula (29-1)). Step 205), aberration data selection (step 206), aberration is canceled and incident angle is calculated (equation (33); step 20).
7), the positions X and Y and the posture angles θx and θy are calculated (step 208).

つぎに補正量ΔS1=0として計算したθから補正量Δ
S1を計算し(ステップ203)、再度上記ステップ205〜20
8の処理を行うようにする(ステップ204)。
Next, from θ calculated with the correction amount ΔS1 = 0, the correction amount Δ
Calculate S1 (step 203) and repeat steps 205 to 20 above
The process of 8 is performed (step 204).

第5図の構成の演算処理部9のCPU45では以上のよう
な内容の処理が行われる。
The CPU 45 of the arithmetic processing unit 9 configured as shown in FIG. 5 performs the above processing.

ところで、実施例の位置姿勢角計測装置では、第14図
に示すようにPSD1、2およびレンズ7で構成されたセン
サ部とレーザ発信器6との間にはオペレータによる目視
の位置計測を行うべく、目盛り板4が配設されている。
一方、この目盛り板4を照明すべく、レンズ7の焦点FP
近傍に照明ランプ5が配設されている。
By the way, in the position / orientation angle measuring apparatus of the embodiment, as shown in FIG. 14, the operator should perform visual position measurement between the laser oscillator 6 and the sensor portion composed of PSDs 1 and 2 and the lens 7. A scale plate 4 is provided.
On the other hand, in order to illuminate the scale plate 4, the focus FP of the lens 7
The illumination lamp 5 is arranged in the vicinity.

照明ランプ5から投光された光は、レンズ焦点FP近傍
にあるためレンズ7で屈折して平行光線に集光される。
このため、照明光はレンズ7を設けていない従来のもの
に比較して、指向性が強いので、光の散乱が少なく、従
来よりも遠方からでも目盛り板4を視認することができ
る。また、PSD1、2の受光範囲全体が明るく光るので、
目盛り板4の視認性が大幅に向上することとなる。
Since the light projected from the illumination lamp 5 is near the lens focus FP, it is refracted by the lens 7 and condensed into parallel rays.
Therefore, the illuminating light has a stronger directivity than the conventional one in which the lens 7 is not provided, so that the light is less scattered and the scale plate 4 can be visually recognized from a distance farther than the conventional one. In addition, the entire light receiving range of PSDs 1 and 2 glows brightly,
The visibility of the scale plate 4 is greatly improved.

また、同図(b)に示すように照明ランプ5の背後に
光の反射板5aを設けるようにすれば、レンズ7から出力
される光量が増えるので、さらに目盛り板4の視認性を
向上させることができる。
If the light reflector 5a is provided behind the illumination lamp 5 as shown in FIG. 3B, the amount of light output from the lens 7 increases, and the visibility of the scale plate 4 is further improved. be able to.

以上説明したように実施例によれば、レンズ7でレー
ザ光3を収束させ、レーザ光3が収束する側にPSDを配
設するようにしたので(第1図(a)の場合はPSD1とPS
D2、同図(b)の場合はPSD2)、収束する側に設けられ
たPSDを小型にすることができるようになり、コストを
大幅に低減することができるようになる。さらに、PSD
は受光面積が小さい程、照射位置の検出精度が向上す
る。したがって、装置コストの低減と同時に位置および
姿勢角の計測精度の向上を図ることができるようにな
る。また、同じ受光面積であれば、従来のものよりも広
い範囲の位置および姿勢角の計測を図ることができるよ
うになる。さらに上記(5−a),(6−a)、(5−
b)、(6−b)式と(7)、(8)式との比較から明
らかなように姿勢角が1よりも十分小さい範囲では、PS
D2はPSD1よりもさらに小型化が可能であり、より一層の
高精度化、低コスト化が図れることになる。
As described above, according to the embodiment, the lens 7 converges the laser light 3 and the PSD is arranged on the side where the laser light 3 converges (in the case of FIG. PS
D2, PSD2 in the case of FIG. 3B), the PSD provided on the convergence side can be reduced in size, and the cost can be significantly reduced. In addition, PSD
The smaller the light receiving area, the higher the irradiation position detection accuracy. Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy of the position and the posture angle while reducing the apparatus cost. Further, if the light receiving area is the same, it is possible to measure the position and the posture angle in a wider range than the conventional one. Furthermore, (5-a), (6-a), (5-
b) and (6-b) and the expressions (7) and (8), as is clear from the comparison between the expressions, the PS is less than 1 when the attitude angle is sufficiently smaller than 1.
The D2 can be made smaller than the PSD1, resulting in higher accuracy and lower cost.

また、上記(5−a)〜(8)式から明らかなように
PSD1の検出照射位置に基づき地中掘削機の位置X、Y
を、PSD2の検出照射位置に基づき地中掘削機の姿勢角θ
x、θyをそれぞれ別々に求めることができるので(た
だし厳密には収差がある場合には、PSD1の出力に基づき
PSD2の出力を若干補正する必要があるが)、従来のよう
にPSD1の照射位置に応じて計測することのできる姿勢角
の範囲が変化することがない。このため、位置計測範囲
全域で要求される角度計測範囲を確保することができる
ようになる。
Also, as is apparent from the above equations (5-a) to (8),
Position X, Y of the underground excavator based on the detected irradiation position of PSD1
Is the attitude angle θ of the underground excavator based on the detected irradiation position of PSD2.
x and θy can be obtained separately (however, strictly speaking, if there is aberration, based on the output of PSD1,
Although the output of PSD2 needs to be slightly corrected), the range of posture angles that can be measured according to the irradiation position of PSD1 does not change as in the past. For this reason, the angle measurement range required in the entire position measurement range can be secured.

また、姿勢角計測の精度は、上記(7)、(8)式か
ら明らかなようにレンズ主点RPからPSD2の受光面2aまで
の距離F(第1図参照)で決定される。ここに従来のも
のでは上記(3)、(4)式から明らかなようにPSD間
隔L(第16図参照)で姿勢角の精度が決定されることに
なっていたが、実施例によれば、PSD間隔Lの約1/3から
1/2程度の長さの距離Fで同等の姿勢角計測精度を達成
することができる。したがって、センサ部の長手方向の
長さを短くすることができ、装置の小型化と同時に計測
精度の向上を図ることができる。
Further, the accuracy of the attitude angle measurement is determined by the distance F (see FIG. 1) from the lens principal point RP to the light receiving surface 2a of PSD2, as is clear from the above equations (7) and (8). Here, in the conventional case, the accuracy of the attitude angle is to be determined by the PSD interval L (see FIG. 16) as is clear from the above equations (3) and (4), but according to the embodiment, , About 1/3 of PSD interval L
It is possible to achieve the same attitude angle measurement accuracy with the distance F having a length of about 1/2. Therefore, the length of the sensor unit in the longitudinal direction can be shortened, and the size of the device can be reduced and the measurement accuracy can be improved.

また、位置および姿勢角データをディジタル信号処理
して、これらデータを多重化してシリアル伝送するよう
にしたので、雑音に強く、伝送経路の性能に影響される
ことなく、1本の伝送ケーブルで伝送することができ
る。このため、正確なデータが伝送されて、装置の信頼
性が図られると同時に、伝送ケーブルの削減による装置
コストの低減および省スペース化を達成することができ
るようになる。
In addition, since the position and attitude angle data are digitally processed, these data are multiplexed and serially transmitted, they are resistant to noise and transmitted over a single transmission cable without being affected by the performance of the transmission path. can do. For this reason, accurate data can be transmitted, and the reliability of the device can be improved, and at the same time, the cost of the device and the space can be saved by reducing the number of transmission cables.

また、実施例では、照明ランプ5をレンズ焦点近傍に
設けて、目盛り板4を照明するようにしたので、光が散
乱することなく、しかも多数のランプを設けずとも目盛
り板4が十分な明るさを以て照らされる。しかも、ラン
プが位置的に地中掘削機の位置および姿勢角の計測範囲
を浸蝕することがない。
Further, in the embodiment, the illumination lamp 5 is provided in the vicinity of the lens focal point to illuminate the scale plate 4, so that the scale plate 4 can be sufficiently bright without scattering light and without providing a large number of lamps. It is illuminated with this. Moreover, the lamp does not positionally erode the measurement range of the position and attitude angle of the underground excavator.

なお、実施例では、レーザ光3の2次元照射位置を検
出するセンサとして、a−SiPSDを使用するようにして
いるが、これに限定されることなく、光の2次元照射位
置を検出することができるセンサであれば任意に使用可
能である。
In the embodiment, the a-SiPSD is used as a sensor for detecting the two-dimensional irradiation position of the laser beam 3. However, the present invention is not limited to this. Any sensor can be used as long as it can perform the above.

また、実施例ではPSDに向けて照射する光としてレー
ザ光を使用するようにしているが、これに限定されるこ
となく、直進性を有する光であれば任意である。
Further, in the embodiment, laser light is used as light to be irradiated to the PSD. However, the present invention is not limited to this, and any light having linearity can be used.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、位置および姿勢
角の計測範囲の増大およびこれら位置および姿勢角の計
測精度の高精度化が図られる。これと同時に装置の小型
化が図られる。
As described above, according to the present invention, it is possible to increase the measurement range of the position and the posture angle and to improve the measurement accuracy of the position and the posture angle. At the same time, the size of the device can be reduced.

また、計測データを信頼性高く、かつ効率良く、かつ
低コスト、小スペースで伝送することができる。
In addition, the measurement data can be transmitted with high reliability and efficiency, low cost, and small space.

また、低コストの設備を以て、かつ位置および姿勢角
の計測範囲を狭めることなく目盛り板の表示を視認でき
るようになる。
Further, it becomes possible to visually recognize the display on the scale plate with low-cost equipment and without narrowing the measurement range of the position and the posture angle.

【図面の簡単な説明】 第1図(a)、(b)は、それぞれ本発明に係る位置姿
勢角計測装置の実施例装置におけるセンサ部の構成を概
念的に示す図、第2図は、第1図に示すPSDとして使用
されるa−SiPSDの構造を示す斜視図、第3図は、第2
図に示すa−SiPSDの位置検出原理を説明するために用
いた図、第4図および第5図は、本発明に係る位置姿勢
角計測装置の実施例装置における演算処理部の構成をそ
れぞれ概念的に示すブロック図、第6図は、第1図
(b)に示すPSD2が装置長手方向にずれた場合における
センサ部の幾何学的関係を示す図、第7図は、第5図に
示すCPUで行われる処理手順を例示したフローチャー
ト、第8図は、第1図(a)に示すPSD1、2の検出出力
に基づき実施例で想定している地中掘削器の位置および
姿勢角の計算手順を示すフローチャート、第9図は、第
1図(a)に示すセンサ部の各構成要素の幾何学的関係
を示す図、第10図は、第9図に示すPSD1の部分拡大図、
第11図および第13図は、第8図に示す計算手順を説明す
るために用いた第1図(a)に示すセンサ部の各構成要
素の幾何学的関係を示す図、第12図は、第8図に示す計
算手順を説明するために用いた図で、第1図(a)に示
すレンズの入射高に対するレンズの入射高とPSD1との比
の関係を示すグラフ、第14図(a)、(b)は、それぞ
れ実施例のセンサ部に目盛り板と照明ランプを付加した
構成を例示した図、第15図は、第5図に示すデータ通信
装置から送信される信号のプロトコルを例示した図、第
16図は、従来の位置姿勢角計測装置のセンサ部の構成を
概念的に示す斜視図、第17図は、従来の照明ランプの配
設態様を示す図、第18図(a)、(b)は、それぞれ第
16図に示すセンサ部に基づく姿勢角の計測範囲を説明す
るために用いた図である。 1、2……PSD、3……レーザ光、4……目盛り板、5
……照明ランプ、6……レーザ発信器、7……レンズ、
8、9……演算処理部、48……データ通信装置。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 (a) and 1 (b) are views conceptually showing the configuration of a sensor unit in an embodiment of a position / orientation angle measuring apparatus according to the present invention, and FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the structure of a-SiPSD used as the PSD shown in FIG. 1, and FIG.
The drawings used for explaining the position detection principle of the a-SiPSD shown in the drawings, FIGS. 4 and 5 are conceptual views of the configuration of the arithmetic processing unit in the embodiment of the position and orientation angle measuring apparatus according to the present invention. 6 is a block diagram schematically showing the geometrical relationship of the sensor portion when the PSD 2 shown in FIG. 1 (b) is displaced in the longitudinal direction of the apparatus, and FIG. 7 is shown in FIG. FIG. 8 is a flowchart illustrating the processing procedure performed by the CPU, and FIG. 8 is a calculation of the position and attitude angle of the underground excavator assumed in the embodiment based on the detection outputs of PSDs 1 and 2 shown in FIG. FIG. 9 is a flow chart showing the procedure, FIG. 9 is a view showing the geometrical relationship of each constituent element of the sensor section shown in FIG. 1 (a), and FIG. 10 is a partially enlarged view of PSD1 shown in FIG.
FIG. 11 and FIG. 13 are diagrams showing the geometrical relationship of each constituent element of the sensor section shown in FIG. 1 (a) used for explaining the calculation procedure shown in FIG. 8, and FIG. FIG. 14 is a graph used to explain the calculation procedure shown in FIG. 8 and is a graph showing the relationship between the incident height of the lens and the ratio of PSD1 to the incident height of the lens shown in FIG. (a) and (b) are diagrams exemplifying a configuration in which a scale plate and an illumination lamp are added to the sensor unit of the embodiment, and FIG. 15 shows a protocol of a signal transmitted from the data communication device shown in FIG. Illustrated figure, No.
FIG. 16 is a perspective view conceptually showing the structure of a sensor unit of a conventional position / orientation angle measuring device, and FIG. 17 is a view showing a conventional illumination lamp arrangement, FIGS. 18 (a), (b). ) Are each
FIG. 17 is a diagram used for explaining a posture angle measurement range based on the sensor unit shown in FIG. 16. 1, 2,..., PSD, 3,..., Laser light, 4,.
... lighting lamp, 6 ... laser transmitter, 7 ... lens,
8, 9 ... Arithmetic processing unit, 48 ... Data communication device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光軸が移動体の予定移動経路と一致するよ
うに光を投光する光投光器を備えるとともに、前記光投
光器から投光された光を受光、透過して照射位置を2次
元的に検出する第1の位置検出器と、前記第1の位置検
出器によって透過された光を受光して照射位置を2次元
的に検出する第2の位置検出器とを前記移動体に所定距
離離間して配設し、さらに前記光投光器と前記第1の位
置検出器との間に前記第1の位置検出器の2次元照射位
置を表示する位置表示板を設け、前記第1、第2の位置
検出器で検出された前記光の2次元照射位置に基づき移
動体の位置および姿勢角を演算するようにした位置姿勢
角計測装置において、 前記光投光器と前記第1の位置検出器との間または前記
第1の位置検出器と前記第2の位置検出器との間に配設
されたレンズと、 前記第1の位置検出器で検出された前記光の2次元照射
位置に基づき前記移動体の位置を演算するとともに、前
記第2の位置検出器で検出された前記光の2次元照射位
置に基づき前記移動体の姿勢角を演算する演算手段とを
具えるとともに、 前記第1、第2の位置検出器およびレンズで構成された
位置検出部と前記光投光器との間に前記位置表示板を設
けるとともに、前記レンズの焦点近傍に前記位置表示板
を照明する照明ランプを設けたことを特徴とする位置姿
勢角計測装置。
1. A light projector for projecting light so that an optical axis thereof coincides with a planned movement path of a moving body, and the light projected from the light projector is received and transmitted to two-dimensionally irradiate a position. And a second position detector that detects the irradiation position two-dimensionally by receiving the light transmitted by the first position detector and a second position detector that detects the irradiation position two-dimensionally. A position display plate for displaying a two-dimensional irradiation position of the first position detector is provided between the light projector and the first position detector, the position display plates being arranged apart from each other by a distance. A position / orientation angle measuring device configured to calculate a position and an attitude angle of a moving body based on a two-dimensional irradiation position of the light detected by a second position detector, wherein the light projector and the first position detector are provided. Or between the first position detector and the second position detector The position of the moving body is calculated based on the arranged lens and the two-dimensional irradiation position of the light detected by the first position detector, and the light detected by the second position detector is calculated. Between the position detecting unit configured by the first and second position detectors and the lens and the light projector. A position / orientation angle measuring device, characterized in that the position display plate is provided in the lens, and an illumination lamp for illuminating the position display plate is provided near the focal point of the lens.
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