(57)【要約】【課題】本発明は、角速度計と加速度計を用いて姿勢角と方位角を検出し、方位検出装置を設けたドリルの掘削動作を一定時間毎に停止させ、この時の姿勢角と方位角を記憶させて次の掘削時に用いることにより、高精度の方位角を検出する。【解決手段】本発明によるたて坑掘削機用方位検出装置及びそれを用いたたて坑掘削時の方位検出方法は、３軸の角速度計(12)と加速度計(13)を用いた方位検出装置(5)で姿勢角と方位角を検出し、ドリル(2)の掘削を一定時間毎に停止させ、停止直前の姿勢角と方位角を記憶し、再起動時に記憶された姿勢角と方位角を読み出して用いる構成と方法である。【選択図】図１
2006337308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
たて坑掘削機(1)のドリル(2)に設けられた筐体(10)と、前記筐体(10)内に設けられた３軸角速度計(12)及び３軸加速度計(13)とからなる方位検出部(20)と、前記方位検出部(20)からの出力信号(20a)を外部に送信するため前記筐体(10)内又は筐体(10)外に設けられた出力信号送信部(21)と、からなることを特徴とするたて坑掘削機用方位検出装置。
【請求項２】
前記筐体(10)内には、演算部(14)及び記憶部(15)が設けられ、前記３軸加速度計(13)により検出される加速度から前記演算部(14)を用いて前記ドリル(2)の初期姿勢角を算出し、前記３軸角速度計(12)で検出される角速度が前記演算部(14)によって水平成分と垂直成分に分解され、前記ドリル(2)が静止時に地球の自転角速度からなる角速度を用いて前記演算部(14)により真方位角を検出するように構成したことを特徴とする請求項１記載のたて坑掘削機用方位検出装置。
【請求項３】
前記筐体(10)内には記憶部(15)が設けられ、前記ドリル(2)がその動作を停止する直前の姿勢角および方位角を前記記憶部(15)に記憶するように構成したことを特徴とする請求項２記載のたて坑掘削機用方位検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載のたて坑掘削機用方位検出装置を用い、前記ドリル(2)による掘削を一定時間毎に停止させ、前記停止直前の姿勢角及び方位角を前記記憶部(15)に記憶し、再度前記ドリル(2)による掘削を開始する前に前記記憶部(15)に記憶した前記姿勢角及び方位角を用いて前記ドリル(2)の方位角を前記演算部(14)により再演算することを特徴とするたて坑掘削時の方位検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たて坑掘削機用方位検出装置及びそれを用いたたて坑掘削時の方位検出方法に関し、特に、一定時間毎にたて坑掘削機のドリルの動作を停止させ、停止時のドリルの姿勢角及び方位角を記憶し、ドリルの再起動時に短時間で正しい方位角を検出し、ドリルの旋回により生じる誤差を除去し、たて坑掘削時のドリルの方位角を正確にかつ迅速に検出するための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用いられていたこの種のたて坑掘削機用方位検出機としては、その構成を示す特許文献等を開示していないが、一般に、たて坑掘削機のドリルに装着された３軸角速度計を用い、この３軸角速度計から得られた角速度を積分してドリルの方位角を検出していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のたて坑掘削機用方位検出機は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、角速度を積分して方位角を検出する場合には、掘削時に印加される角速度のスケールファクタ誤差が蓄積されることにより、正しい方位角を検出することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によるたて坑掘削機用方位検出装置は、たて坑掘削機のドリルに設けられた筐体と、前記筐体内に設けられた３軸角速度計及び３軸加速度計とからなる方位検出部と、前記方位検出部からの出力信号を外部に送信するため前記筐体内又は筐体外に設けられた出力信号送信部と、からなる構成であり、また、前記筐体内には、演算部及び記憶部が設けられ、前記３軸加速度計により検出される加速度から前記演算部を用いて前記ドリルの初期姿勢角を算出し、前記３軸角速度計で検出される角速度が前記演算部によって水平成分と垂直成分に分解され、前記ドリルが静止時に地球の自転角速度からなる角速度を用いて前記演算部により真方位角を検出するようにした構成であり、また、前記筐体内には記憶部が設けられ、前記ドリルがその動作を停止する直前の姿勢角および方位角を前記記憶部に記憶するようにした構成であり、また、本発明によるたて坑掘削時の方位検出方法は、請求項１ないし３の何れかに記載のたて坑掘削機用方位検出装置を用い、前記ドリルによる掘削を一定時間毎に停止させ、前記停止直前の姿勢角及び方位角を前記記憶部に記憶し、再度前記ドリルによる掘削を開始する前に前記記憶部に記憶した前記姿勢角及び方位角を用いて前記ドリルの方位角を前記演算部により再演算する方法である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によるたて坑掘削機用方位検出装置及びそれを用いたたて坑掘削時の方位検出方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、方位検出部に３軸角速度計及び３軸加速度計を用い、検出される加速度から初期姿勢角を算出し、この姿勢角より角速度計で検出される角速度を水平成分と垂直成分に分解し、ドリルが静止状態で検出される角速度（地球の自転角速度）を検出して真方位角を得ているため、従来の角速度の積分のみの方位角検出よりも十分高精度な方位角を得ることができる。
また、前述の方位検出装置を用い、一定時間毎にドリルを停止させ、停止時の姿勢角及び方位角を記憶して再起動時に短時間で正しい方位を検出し、たて坑掘削時の方位角を正しく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、一定時間毎にたて坑掘削機のドリルの動作を停止させ、停止時のドリルの姿勢角及び方位角を記憶し、ドリルの再起動時に短時間で正しい方位角を検出し、ドリルの旋回により生じる誤差を除去し、たて坑掘削時のドリルの方位角を正確にかつ迅速に検出するようにしたたて坑掘削機用方位検出装置及びそれを用いたたて坑掘削時の方位検出方法を提供することを目的とする。
【実施例】
【０００７】
以下、図面と共に本発明によるたて坑掘削機用方位検出装置及びそれを用いたたて坑掘削時の方位検出方法の好適な実施の形態について説明する。
図２において符号１で示されるものはドリル２を有するたて坑掘削機であり、このドリル２には、先端掘削部３と上部掘削スクリュ４とが設けられている。
前記ドリル２の先端掘削部３と上部掘削スクリュ４との間の位置には、方位検出装置５が取付けられ、ドリル２と共に一体回転及び上下動可能に構成されている。
【０００８】
前記方位検出装置５は、図１で示されるように構成されている。すなわち、前記方位検出装置５の筐体１０内には、電源１１が供給された３軸角速度計１２、３軸加速度計１３、演算部１４及び記憶部１５が内設されており、少なくとも、この筐体１０、３軸角速度計１２及び３軸加速度計１３によって方位検出部２０が構成されている。
【０００９】
前記筐体１０は、図１では正方形の箱型に形成されているが、これは模式的に示しているもので、ドリル２の外周に取付けやすくするために、輪状に構成する場合もある。
前記方位検出部２０からの方位角及び姿勢角等を示す出力信号２０ａは、出力信号送信部２１を介して外部の前記たて坑掘削機１の制御装置２３（図３に示す）に入力するように構成され、前記出力信号送信部２１は、スリップリングを用いた機械式、又は、無線式等が採用されると共に前記筐体１０内又は筐体１０の外部へ設けられている。
【００１０】
前記方位検出装置５は、図３のブロック図にて示されるように、方位検出部２０及び出力信号送信部２１とからなり、前記方位検出部２０からの出力信号２０ａは信号処理部２２にて、波形処理又はＡ／Ｄ変換等の処理を受けた後、たて坑掘削機１の制御装置２３に送信されるように構成されている。
【００１１】
次に、前述の構成において本発明による方位検出装置を用いて、たて坑掘削時の方位検出を行う方法について説明する。
まず、図２のように、たて坑掘削機１のドリル２の先端掘削部３と上部掘削スクリュ４との間に方位検出装置５を取付ける。
【００１２】
前記方位検出装置５の３軸加速度計１３により検出される加速度によりドリル２の初期姿勢角が算出され、この姿勢角より３軸角速度計１２で検出される角速度が水平成分及び垂直成分に分解される。
前述のように、たて坑掘削機１の非駆動状態においては、静止状態であるため、この静止状態で検出される角速度は地球の自転角速度であるため、この時に印加された角速度より前記ドリル２の真方位角が検出される。
【００１３】
次に、前述の状態において、前記ドリル２を回転し、掘削方向Ａにドリル２を降下させると、ドリル２は旋回方向Ｂへ旋回しつつ地中へ降下する。
この時、印加される角速度を３軸角速度計１２で検出し、検出された角速度信号を積分することにより、ドリル２の姿勢角及び方位角を計測する。
【００１４】
前述の場合、検出される角速度には誤差が含まれ、この誤差は積分により蓄積され、この誤差の内、スケールファクタ成分についてはドリル２が旋回を続けることから大きくなる。
そのため、たて坑掘削機１の動作、すなわち、掘削を一定時間毎に停止させ、この時、停止直前の前記姿勢角及び方位角を記憶部１５に記憶させておく。
【００１５】
次に、再度掘削を開始する前に、前記記憶部１５に記憶した前記姿勢角及び方位角を読み出して用い、ドリル２の方位角を再算出する。
すなわち、前回のドリル２の停止時の姿勢角及び方位角を使用するため、改めて初期方位角を算出するよりも、はるかに算出処理時間を短縮することができる。
また、前述の方位角の再算出（再計算）により、前述の蓄積されていた誤差は除去され、精度を向上させることができる。
【００１６】
次に、ドリル２を回転させて掘削を開始することにより、掘削が再開され、前述の各動作を繰り返すことにより、方位角精度を劣化させることなく、方位角を検出しつつ、正しい方向に沿った掘削が可能となる。尚、前述の姿勢角及び方位角の算出は前記演算部１４にて行われる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明は、たて坑掘削だけでなく、横穴の掘削にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による方位検出装置を示す構成図である。
【図２】図１の方位検出装置を取付けたたて坑掘削機のドリルを示す構成図である。
【図３】本発明における検出信号の処理を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１９】
１    たて坑掘削機
２    ドリル
５    方位検出装置
１０    筐体
１２    ３軸角速度計
１３    ３軸加速度計
１４    演算部
１５    記憶部
２０    方位検出部
２０ａ    出力信号
【図１】
2006337308.tif 000003
【図２】
2006337308.tif 000004
【図３】
2006337308.tif 000005