(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
削岩機リグの打撃装置で掘削装置を叩くことで掘削装置のネジ込み式継手を緩める方法において、該方法は、打撃中、掘削ロッドにより生じる振動を測定し、前記ネジ込み式継手が緩んだか否かを判定する目的で前記測定した振動を所定の原理に従って解析することを含み、打撃について少なくとも１つの付加的条件を定義し、これに基づいて打撃を停止する決定を行ない、少なくとも１つの付加的条件として打撃回数限界値を用いることを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、該方法は、前記打撃回数限界値として、打撃中、打撃停止前に超えるべき最小打撃回数限界値を用いることを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、該方法は、前記打撃回数限界値として、超えると打撃を停止すべき最大打撃回数限界値を用いることを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の方法において、該方法は、打撃回数を衝撃の数として定義することを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の方法において、前記打撃回数は、前記掘削ロッドに向けた打撃エネルギーに基づいて定義することを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項６】
請求項２または３に記載の方法において、前記打撃回数は、打撃に使用される時間として定義することを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、該方法は、第２の付加的条件として、前記ネジ込み式継手を緩める方向に前記掘削装置を回転させる際の回転トルクの変化を用いることを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項８】
請求項２ないし７のいずれか１項に記載の方法において、該方法は、前記測定した信号を前記ネジ込み式継手の緩みを表わす所定のモデルと比較して、該比較が前記ネジ込み式継手の緩みを示す場合、前記最小打撃回数を超えたか否かを確認し、超えていなければ、打撃を継続し、これに対して、前記最小打撃回数を超えていれば、打撃を停止することを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、該方法は、前記最小打撃回数に達するまで前記打撃を無停止で続けることを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の方法において、該方法は、前記信号比較が前記ネジ込み式継手に緩みがないことを示す場合、前記打撃回数を前記設定した最大打撃回数と比較して、前記最大打撃回数値を超えていなければ、打撃を継続し、これに対して、該最大打撃回数値を超えていれば、打撃を停止することを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項１１】
請求項10に記載の方法において、該方法は、前記最大打撃回数値を超えるまで打撃を継続することを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項１２】
請求項１ないし11のいずれか１項に記載の方法において、該方法は、前記掘削機リグの制御装置の制御下で自動的に打撃を停止することを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項１３】
請求項１ないし12のいずれか１項に記載の方法において、該方法は、所望の打撃時間になるように実際の打撃回数に基づいて前記最小打撃回数の限界値と最大打撃回数の限界値の少なくとも一方を増減することを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項１４】
請求項13に記載の方法において、該方法は、所望の打撃時間になるように前記掘削ロッドから測定された振動信号に基づいて前記最小打撃回数の限界値と最大打撃回数の限界値の少なくとも一方を増減することを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項１５】
請求項14に記載の方法において、該方法は、所望の打撃時間になるように前記測定した信号と保存したモデルとを比較して前記最小打撃回数の限界値と最大打撃回数の限界値の少なくとも一方を増減することを特徴とするネジ込み式継手を緩める方法。
【請求項１６】
削岩機リグの打撃装置で掘削装置を叩くことで掘削装置のネジ込み式継手を緩める装置において、該装置は前記削岩機リグを制御する制御装置を含み、該制御装置は、打撃中、掘削ロッドにより生じる振動を測定する測定装置と、前記ネジ込み式継手が緩んだか否かを測定する目的で前記測定した振動を所定の原理に従って解析する解析手段と、少なくとも１つの付加的条件を定義するパラメータを測定する測定手段とを含み、これに基づいて打撃を停止する決定を行ない、前記測定手段は、前記少なくとも１つの付加的条件として打撃回数値を測定することを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項１７】
請求項16に記載の緩める装置において、前記測定手段は、前記少なくとも１つの付加的条件として、打撃中、打撃停止前に超えるべき最小打撃回数限界値を測定するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項１８】
請求項16に記載の緩める装置において、前記測定手段は、前記少なくとも１つの付加的条件として、打撃中、打撃停止前に超えるべき最大打撃回数を測定するように配されていることを特徴とするネジ込み式継ぎ手を緩める装置。
【請求項１９】
請求項18に記載の緩める装置において、前記制御装置は、前記削岩機リグを制御して前記最大打撃回数値を超えるまで打撃を続けるように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項２０】
請求項17または18に記載の緩める装置において、前記測定手段は、前記少なくとも１つの付加的条件として、衝撃の数を測定するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項２１】
請求項17または18に記載の緩める装置において、前記測定手段は、前記少なくとも１つの付加的条件として、前記掘削ロッドに向かう打撃エネルギーの量を測定するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項２２】
請求項17または18に記載の緩める装置において、前記測定手段は、前記少なくとも１つの付加的条件として、打撃に使う打撃時間として前記打撃回数を測定するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項２３】
請求項16に記載の緩める装置において、前記測定手段は、第２の付加的条件として、前記掘削装置を前記ネジ込み式継手の緩める方向に回転する際の回転トルクの変化を測定するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項２４】
請求項16ないし23のいずれか１項に記載の緩める装置において、前記測定した振動を解析する解析手段は、該測定した信号と前記ネジ込み式継手の緩みを示す所定のモデルとを比較するように配され、該比較が前記ネジ込み式継手の緩みを示す場合、前記制御装置は前記最小打撃回数を超えたか否かを確認するように配され、前記制御装置は前記削岩機リグを制御し、前記最小打撃回数を超えていなければ、打撃を継続し、これに対して、前記最小打撃回数を超えていれば、打撃を停止するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項２５】
請求項24に記載の緩める装置において、前記制御装置は前記削岩機リグを制御して、前記最小打撃回数に達するまで打撃を無停止で継続するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項２６】
請求項24または25に記載の緩める装置において、前記信号の比較が前記ネジ込み式継手に緩みのないことを示す場合、前記制御装置は、前記打撃回数を前記設定した最大打撃回数値と比較するように配され、前記制御装置は、前記最大打撃回数値を超えていなければ、打撃を継続するように配され、これに対して、前記最大打撃回数を超えていれば、打撃を停止するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項２７】
請求項26に記載の緩める装置において、前記制御装置は前記削岩機リグを制御して、前記最大打撃回数に達するまで打撃を無停止で継続するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項２８】
請求項16ないし27のいずれか１項に記載の緩める装置において、前記打撃の停止は、前記削岩機リグの制御装置の制御下で自動的に行なうことを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項２９】
請求項16ないし27のいずれか１項に記載の緩める装置において、前記制御装置は、所望の打撃時間になるように実際の打撃回数に基づいて前記最小打撃回数の限界値と最大打撃回数の限界値の少なくとも一方を増減するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項３０】
請求項29に記載の緩める装置において、前記制御装置は、所望の打撃時間になるように前記掘削ロッドから測定された振動信号に基づいて前記最小打撃回数の限界値と最大打撃回数の限界値の少なくとも一方を増減するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【請求項３１】
請求項30に記載の緩める装置において、前記制御装置は、所望の打撃時間になるように前記測定した信号と少なくとも１つの保存した所定の振動モデルとを比較して前記最小打撃回数の限界値と最大打撃回数の限界値の少なくとも一方を増減するように配されていることを特徴とするネジ込み式継手を緩める装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
本発明は、削岩機リグの打撃装置で掘削装置を叩くことで掘削装置のネジ込み式継手を緩める方法に関するものであり、本方法は、打撃中、掘削ロッドにより生じる振動を測定し、ネジ込み継手が緩んだか否かを判定する目的でこの測定した振動を所定の原理に従って解析することを含んでいる。
【０００２】
本発明はさらに、削岩機リグの打撃装置で掘削装置を叩くことで掘削装置のネジ込み式継手を緩める装置に関するものであり、本装置は、削岩リグを制御する制御装置を含み、打撃中掘削ロッドにより生じる振動を測定する測定装置と、ネジ込み式継手が緩んだか否かを判定する目的でこの測定した振動を所定の原理に従って解析する手段とを有する。
【０００３】
岩や地面に長い孔を掘る際、いくつかのネジ込み式掘削ロッドが互いに連接された掘削ロッドを使う。掘削中、ネジは、打撃装置によってネジに加わる回転トルクおよび衝撃と衝撃の結果生じる応力波との両方により締め付けられ、実際上、回転モータのみでこれを緩めることは、一般にできない。
【０００４】
知られているように、この問題は通常、孔の掘削終了後、掘削ロッドが給送力を受けていない間に、操作者がロッドを打撃装置で叩き、それによって適切な打撃回数でネジを緩めるという方法で解決されてきた。操作者は経験によりこれを実施し、通常は、掘削ロッドからのあるタイプの騒音または振動を聴いて打撃を停止する。
【０００５】
実際上、ここで操作者がネジの緩みを検出することは難しく、一回で常に成功するわけではないことから、問題が生じる。その問題とは、ネジがすでに緩くなった後で不要な打撃を行なうと、掘削ロッドが摩耗し、破損さえしかねないことである。さらに、操作者がこれを手動で行なわなければならないことは、自動化を妨げている。
【０００６】
掘削ロッドを緩めネジの緩みを検出することを自動化する異なるタイプの試みがなされている。これらはたとえば、欧州特許第1671011号公報、日本国特開昭61−56966号公報、および日本国特許第1864566号に記載されている。しかし、これらに提案された解決策は、実際面で完全に信頼性があるとは限らない。
【０００７】
ある公知の解決策はまた、打撃を与える期間を制御しようと、タイマを用いている。しかし、これは完全な信頼性があるものではない。なぜなら、打撃に必要な時間は、たとえば、掘削パラメータ値、岩石の状態や、個々の削岩リグにさえ依存するからである。このように、打撃期間はかなり変化し、適切な値を決めることが困難である。これに対して、公知の自動化した打撃方式では、その結果は、装置の操作および精度とは完全に無関係であるが、実際面において十分でない。
【発明の簡単な説明】
【０００８】
本発明の目的は、公知の解決策より高い信頼性で打撃を行なうことができ、完全自動化打撃を用いることさえ可能な方法を提供することである。
【０００９】
本発明の方法は、打撃について比較だけでなく少なくとも１つの付加的条件を定義し、これに基づいて打撃を停止する決定を行なうことを特徴とする。
【００１０】
本発明の装置は、少なくとも１つの付加的条件を定義するパラメータを測定する測定手段を含み、これに基づいて打撃を停止する決定を行なうことを特徴とする。
【００１１】
本発明の思想は、少なくとも１つの付加的条件を定義し、これは、好ましくは、他の条件が満たされたとき打撃を停止する前に超えなければならない最小打撃回数であることである。本発明の実施例によれば、信号測定および解析に基づいてネジが緩んでいないと分かると、最小打撃回数に代えて、またはこれに加えて、他の付加的条件、すなわち最大打撃回数を定義し、この回数の後、打撃を停止する。さらに、本発明の方法では、これらの限界値は、たとえば各装置ごとに、または状況や装置に応じてさえ調整してもよく、使用時の状況や装置に打撃を適応させることができる。
【００１２】
本発明は、運用が単に固定タイマもしくは可調整タイマまたは機械的センサに限られるのではなく、装置と状況の両方の影響を考慮できる利点がある。さらに、このように、限界値を用いることで操作の結果に確実な信頼性がでれば、単なる緩み検出の不確実性が避けられる。他の利点は、掘削中、最小または最大打撃回数を調整したり、もしくはその自動化さえも可能であり、または、たとえば制御系が変更を示唆し操作者がこれを受諾または拒否するようなやり方でこれを実現することも可能であることである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明は、添付図面でより詳細に記述する。
【図１】は削岩機リグの概略的な説明図、
【図２】は本発明の実施例を示すブロック図、
【図３】は本発明の他の実施例を示すブロック図、
【図４】は本発明のさらなる他の実施例を示す図である。
【発明の詳細な説明】
【００１４】
図１は、ブーム３が接続された台車２を有する削岩機リグ１の概略的な表示である。ブーム３の一端には送りビーム４が接続され、使用状態では送りビームに沿って削岩機５が動く。掘削装置６が削岩機５に接続され、掘削中、掘削装置は回転して、削岩機に付属の打撃装置で打撃される。
【００１５】
掘削装置６は１つ以上の掘削ロッド6aおよび掘削ビット6bを備え、これらは、それ自体公知の方法でネジ込み式継手により互いに接続されている。掘削シャンクがいくつかの削岩機リグ内に用いられ、掘削シャンクは、ここに図示しないがそれ自体は当業者に知られ、通常は削岩機の内部に配置され、リグにおける削岩装置の一部でもある。
【００１６】
このタイプの削岩機リグ、およびその動作は一般に知られているので、詳細に削岩機リグを記述する必要はない。
【００１７】
削岩機リグ１の削岩機５は、掘削に用いられそれ自体公知の打撃装置を有する。その動作および構造は一般に知られているので、詳細に記述する必要はない。掘削装置６のネジ込み式継手を緩めるため、掘削装置を削岩機リグの打撃装置で叩き、場合によってはそれ自体公知で掘削機リグに付属した回転モータ７でネジの緩む方向に回転させる。そこで、掘削装置で生成される力によってネジ込み式継手を徐々に緩める。本特許出願および特許請求の範囲において、叩くとは、削岩中の岩石の方へ削岩機を給送することなしに削岩機リグの打撃装置または別個の打撃装置で掘削装置を削岩ロッドの長手方向に打撃することを意味する。
【００１８】
削岩機リグ１はまた、削岩中やその他の使用中に削岩機の機能を制御する制御装置８を備えている。制御装置８は、打撃中に削岩機で生じる振動を測定する別個または一体の測定装置８と、測定した振動を解析する解析手段とを有する。
【００１９】
測定装置８はとりわけ、測定装置に接続されたセンサ10を用いて打撃中に掘削装置で生じる振動を測定する。測定装置８は、制御装置８の一部または別の装置であってもよいし、制御装置８のコンピュータプログラムで実現してもよい。そこでセンサ10は、音響信号を測定するマイクロフォン、応力波を測定する歪ゲージ、もしくは加速度を測定する加速度センサ、または何らかの他の適切なセンサであってもよい。
【００２０】
この測定は、削岩装置６、削岩機リグ本体もしくはその接続箇所や、空気中を伝播する音に対して行なってもよい。
【００２１】
解析手段はそこで、測定した振動を所定の原理に従って解析し、ネジ込み式継手が緩んだか否か判定する。制御装置はまた、少なくとも１つの付加的条件を定義するパラメータを測定する測定装置などの測定手段を含み、これは、別個のまたは一体部品のいずれでもよく、この付加的条件に基づいて打撃停止の決定を行なう。これは後に詳細に説明する。
【００２２】
図２は本発明の実施例のブロック図を示す。図中のステップ12において、掘削装置で生じる振動を測定手段で測定しながら打撃を行なう。第２ステップ13において、所定の原理、典型的には解析モデルに従って振動信号を測定して得られた信号、およびこうして得られた結果は、緩んだネジ込み式継手またはその緩みを表わす所定のモデルと比較できる。モデルの解析または比較がネジに緩みがないことを示す限り、ネジの緩みが検出されるまでステップS12'に従って打撃を続ける。この後、手順は次のステップ14に続き、最小打撃回数を超えたか否かを確認する。最小限界値を超えていないなら、手順を打撃12'に戻し、最小打撃回数を超えたか否かを適切な間隔で確認する。打撃は、ステップ間で停止できるが、打撃の完全停止と決定するまで無停止で継続してもよい。ステップ14で最小打撃回数超過を検出すると、終了ステップ15で打撃を自動的に停止するか、または打撃停止の光、音声信号などの信号、または制御装置の表示用メッセージを操作者に与える。または、レバーまたはプッシュボタンなどの打撃アクチュエータに抗力または振動を与えることによって操作者に停止を示してもよく、これによって打撃を続けることが困難になる。すべての場合において、操作者とは、削岩技能者、保守員、または削岩機リグを操作中に使用する何らかの要員である。
【００２３】
図３は本発明の他の実施例を示す。本実施例は、最小打撃回数に代って、最大打撃回数を定義する点が図２の実施例と異なっている。本実施例では、打撃工程12の後のステップ13において、手順は、ネジの緩みが検出されたか否かを確認する。緩みが検出されない場合、手順は、ステップ14'において最大打撃限界値を超えたか否かを確認する。最大打撃限界値を超えていなければ、手順は打撃に戻り、緩み、または最大打撃回数の超過を示すまでこれを続ける。本実施例でも、打撃は、ステップ間で停止できるが、打撃の完全停止と決定するまで無停止で継続してもよい。ネジの緩みをステップ12で検出すると、手順は最後のステップ15に進み、打撃を自動的に止めるか、または信号を図１に記載のように操作者に与える。または、ネジの緩みが検出されないが最大打撃回数を超えた場合、手順は、再びステップ15に進んで、打撃を停止するか、または打撃停止の信号を操作者に送る。
【００２４】
図４は、さらに他の実施例を示す図である。これは、限界値として最小打撃限界値および最大打撃限界値の両方を用いる。ネジの緩みおよび最小打撃回数に関しては、図１とほぼ同じ動作である。すなわち、ステップ13において、手順は、ネジが緩んだか否かを確認し、緩んでいれば、最小打撃回数を超えたか否かをステップ14で確認する。最小打撃回数を超えていなければ、手順は打撃工程に戻り、その後、ネジが緩んだか否かを再び確認する。最小打撃回数を超えると、打撃を自動的に停止し、または図１において述べたように信号を操作者に送る。
【００２５】
ネジの緩みが検出されない場合、手順は、最大打撃回数を超えたか否かをステップ14'において確認する。最大打撃回数を超えていれば、手順は打撃工程に戻り、その後、ネジが緩んだか否かを再び確認する。最大打撃回数を超えていれば、手順は終了ステップ15に進み、打撃を自動的に停止し、または打撃停止の信号を操作者に送る。本実施例でも、打撃は、ステップ間で停止できるが、打撃の完全停止と決定するまで無停止で継続してもよい。
【００２６】
これまでの説明および図面において、本発明を例としてのみ説明した。各機能は、制御装置およびその各素子や手段によって、または制御装置が適切な方法で信号を操作者に送るようにして、自動的に実現してもよい。図３ないし図４に示した方法で異なる実施例を組み合わせることは、他のやり方でも行なうことができる。打撃回数は、衝撃の数、掘削ロッドに向かう打撃エネルギー量、打撃時間、または打撃量を表わすその他の方法として定義してもよい。同様に、振動は、音響信号、超音波信号、加速度として、もしくは光学的に、あるいは応力波として、またはそれ自体公知の何らかの他の測定方法として、適当な測定装置を用いて測定することができる。応力波は、掘削装置、削岩機リグ本体、または掘削機リグの何らかの他の適当な場所のいずれかで測定することができる。そこで、レーザ測定装置、または本目的に合った何らか他の測定装置を用いて、光学測定を行なってもよい。
【００２７】
種々の測定装置、または制御装置に付属の他の手段は、制御装置に接続された別個の装置、または制御装置内に搭載された装置でもよい。または、一部または全体を制御装置で実行するように作成されたコンピュータプログラムで実現してもよい。
【００２８】
最小および最大打撃回数は、削岩機リグに固有でもよく、または各削岩機リグごとに別々でもよい。このような回数は、各状況ごとに必要に応じて変えることもできる。たとえば、ある掘削条件において初期に設定した短い打撃時間でネジを緩めるのに十分であると分かったら、最大打撃回数を減らす。同様に、同じ掘削条件下で以前よりネジがきつくなったことで、初期に設定した長い打撃時間が必要ならば、最小打撃回数を増加させる。この値変更は、制御装置により完全自動化してもよく、または制御装置は、すでに行なった打撃に基づいて限界値の変更を自動的に提案したりしてもよく、操作者は提案した限界値を許諾したり拒否したりする。他の変形例は、同じ状況で打撃があちこちの方向に逸れると操作者が気づいたら、これらの変更を行なうものである。
【００２９】
また、変更は、振動の解析/比較によるネジの緩み検出と付加的条件との差に基づいて行なってもよい。これは、たとえば打撃後、振動測定システムの検出結果と制限条件の実現を比較することによって行なってもよい。検出結果に対して制限条件の値が、ばらつきすぎたり、集中しすぎたり、もしくは相違したり、または他の何らかの点で適切でない場合、その検出に基づいて、より適切な値に調整したり、または、たとえば新たな設定について認可または修正の提案を制御装置の表示器で操作者に示したりすることも可能である。
【００３０】
ネジ込み式継手の緩みに対する付加的条件としては、打撃中、ネジ込み式継手の緩む方向に掘削装置を回転させる際、回転トルクの変化を使用することも可能であり、それによって、１つのネジ込み式継手が緩むと、掘削機リグに接続された残りの掘削ロッド、すなわち掘削装置の他の部分の回転トルクが減少する。
【００３１】
打撃後、掘削装置は安全のため、閉じる方向に回転させることができ、かくして緩んだネジ込み式継手は若干締まり、掘削装置の各部は互いに取り外すことができなくなる。これも自動的に行なうことができ、打撃停止後に掘削装置を若干締めるように制御装置を構成する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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