(57)【要約】【課題】従来の管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法は、水平な台の上に筐体２０を載せてミスアライメントを計測しているが、完全に水平な台を形成することは困難であるので、計測したミスアライメントに誤差が含まれており、孔の経路計測精度が低くなっている。【解決手段】本発明による管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法は、ロール角φが０°となるように筐体２０の傾きを調整しつつ、ブロック３０上に筐体２０を載置し、方位角ψが互いに１８０°異なる状態での第１及び第２ピッチ角を演算部に記憶させるとともに、第１及び第２ピッチ角の平均値を求めさせることで、該第１及び第２ピッチ角に含まれていた水平に対する誤差を相殺し、Ｙ軸周りのミスアライメントεＹを得る構成である。【選択図】図１
2008292175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔（１）に挿入されるプローブ（２）の筐体（２０）と、前記筐体（２０）内に固定配置されるとともに少なくとも角速度データ（７ａ）及び加速度データ（７ｂ）を含むプローブデータ（７）を出力するセンサボックス（２１）と、前記筐体（２０）又は前記センサボックス（２１）に接続されたケーブル（４）を巻き取るケーブル巻取器（３）と、前記ケーブル（４）のケーブル速度（８）を出力するケーブル測長器（６）と、前記筐体（２０）の内又は外に配置されるとともに前記センサボックス（２１）及び前記ケーブル測長器（６）に接続され、前記プローブデータ（７）に基づいて前記筐体（２０）のピッチ角（θ）及び方位角（ψ）を求めるとともにこれらピッチ角（θ）及び方位角（ψ）と前記ケーブル速度（８）とに基づいて前記孔（１）の経路計測を行う演算部（１０）とを備える管路位置計測装置を用いて、前記筐体（２０）の前後方向に沿う第１Ｘ軸と前記センサボックス（２１）の前後方向に沿う第２Ｘ軸との間のミスアライメント（ε）を計測する管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法であって、
水平に対して第１角度（α）だけ前記筐体（２０）が傾いた位置で、前記筐体（２０）のロール角（φ）を０°とするとともに前記方位角（ψ）を変化させ、前記演算部（１０）に指令信号を入力することで、前記方位角（ψ）が互いに１８０°異なる状態での第１及び第２ピッチ角（θ１，θ２）を前記演算部（１０）に記憶させる工程と、
前記演算部（１０）に指令信号を入力することで、前記第１及び第２ピッチ角（θ１，θ２）の平均値を前記演算部（１０）に求めさせ、前記第１及び第２ピッチ角（θ１，θ２）に含まれていた前記第１角度（α）を相殺し、前記筐体（２０）の左右方向に沿うＹ軸周りのミスアライメント（εＹ）を得る工程と、
前記第１角度（α）と同じ又は異なる第２角度（β）だけ水平に対して前記筐体（２０）が傾いた位置で、前記筐体（２０）のロール角（φ）を９０°とするとともに前記方位角（ψ）を変化させ、前記演算部（１０）に指令信号を入力することで、前記方位角（ψ）が互いに１８０°異なる状態での第３及び第４ピッチ角（θ３，θ４）を前記演算部（１０）に記憶させる工程と、
前記演算部（１０）に指令信号を入力することで、前記第３及び第４ピッチ角（θ３，θ４）の平均値を前記演算部（１０）に求めさせ、前記第３及び第４ピッチ角（θ３，θ４）に含まれていた前記第２角度（β）を相殺し、前記筐体（２０）の上下方向に沿うＺ軸周りのミスアライメント（εＺ）を得る工程と
を含むことを特徴とする管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法に関し、特に、水平に対して所定角度だけ筐体が傾いた位置で、前記筐体の方位角（ψ）を１８０°変化させ、前記方位角（ψ）が互いに１８０°異なる状態での各ピッチ角（θ）の平均値を求めることにより、該ピッチ角（θ）に含まれていた水平に対する誤差を相殺し、筐体及びセンサボックスのＸ軸間のミスアライメントを得ることで、ミスアライメントの計測精度を向上でき、孔の経路計測精度を向上できるようにするための新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたこの種の管路位置計測装置としては、最近社内開発し公開公報として公開されていないため特許文献等は開示していないが、図６及び図７に示すように構成されている。図６は従来の管路位置計測装置を示す構成図であり、図７は図６の管路位置計測装置によって計測された孔の経路を示す構成図である。図において、掘削された孔１の中にはプローブ２が移動自在に挿入されており、このプローブ２は、例えばドリル状や、車輪を有する箱状等の筐体２０と、該筐体２０内に固定配置されたセンサボックス２１とから構成されている。前記センサボックス２１には、ケーブル巻取器３に巻き取られるように構成されたケーブル４が接続されており、このケーブル４はケーブル中継器５及びケーブル測長器６を介して移動自在に構成されている。前記センサボックス２１は、図示はしていないが角速度計、加速度計、及び温度センサ等から構成されており、前記ケーブル４を介して、角速度データ７ａ、加速度データ７ｂ、及びセンサ温度信号７ｃを含むデジタル化されたプローブデータ７を出力する。ケーブル測長器６は、前記ケーブル４の移動速度であるケーブル速度８を出力する。これらセンサボックス２１及びケーブル測長器６には、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等からなる演算部１０が接続されており、この演算部１０は、前記プローブデータ７及びケーブル速度８の演算処理を行うことで、図７に示すように前記孔１の経路計測を行う。すなわち、演算部１０は、前記プローブデータ７に基づいて前記筐体２０のピッチ角θ及び方位角ψを求めることで前記筐体２０の移動方向を求めるとともに、この移動方向と、前記筐体２０の移動速度に相当する前記ケーブル速度８とに基づいて前記孔１の経路計測を行う。なお、演算部１０が筐体２０の外に配置されている例を示したが、筐体２０内に配置されていてもよい。また、プローブデータ７はケーブル４を介して出力されると説明したが、演算部１０が筐体２０内に配置されている場合には、ケーブル４によって筐体２０の移動速度を検出できればよく、ケーブル４が筐体２０に接続されていてもよい。
【０００３】
ここで、プローブデータ７に基づいて得られる各角度θ，ψは、正確にはセンサボックス２１の角度θ，ψであるので、これら角度θ，ψをそのまま利用すると、筐体２０とセンサボックス２１との間のミスアライメントεにより経路計測に誤差が生じてしまう。従って、筐体２０内にセンサボックス２１を固定した後に、筐体２０とセンサボックス２１との間のミスアライメントεを計測する必要がある。そこで従来は、筐体２０内にセンサボックス２１を固定した後に、水平な台の上に筐体２０を載せるとともに筐体２０のロール角φを０°として、そのとき求めたピッチ角θをセンサボックス２１の左右方向に沿うＹ軸周りのミスアライメントεＹとしている。また、筐体２０のロール角φを９０°として、そのとき求めたピッチ角θをセンサボックス２１の上下方向に沿うＺ軸周りのミスアライメントεＺとしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法では、水平な台の上に筐体２０を載せてミスアライメントεを計測しているが、完全に水平な台を形成することは困難であるので、計測したミスアライメントに誤差が含まれており、孔の経路計測精度が低くなっている。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ミスアライメントの計測精度を向上でき、孔の経路計測精度を向上できる管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法は、孔に挿入されるプローブの筐体と、前記筐体内に固定配置されるとともに少なくとも角速度データ及び加速度データを含むプローブデータを出力するセンサボックスと、前記筐体又は前記センサボックスに接続されたケーブルを巻き取るケーブル巻取器と、前記ケーブルのケーブル速度を出力するケーブル測長器と、前記筐体の内又は外に配置されるとともに前記センサボックス及び前記ケーブル測長器に接続され、前記プローブデータに基づいて前記筐体のピッチ角及び方位角を求めるとともに該ピッチ角及び方位角と前記ケーブル速度とに基づいて前記孔の経路計測を行う演算部とを備える管路位置計測装置を用いて、前記筐体の前後方向に沿う第１Ｘ軸と前記センサボックスの前後方向に沿う第２Ｘ軸との間のミスアライメントを計測する管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法であって、水平に対して第１角度だけ前記筐体が傾いた位置で、前記筐体のロール角を０°とするとともに前記方位角を変化させ、前記演算部に指令信号を入力することで、前記方位角が互いに１８０°異なる状態での第１及び第２ピッチ角を前記演算部に記憶させる工程と、前記演算部に指令信号を入力することで、前記第１及び第２ピッチ角の平均値を前記演算部に求めさせ、前記第１及び第２ピッチ角に含まれていた前記第１角度を相殺し、前記筐体の左右方向に沿うＹ軸周りのミスアライメントを得る工程と、前記第１角度と同じ又は異なる第２角度だけ水平に対して前記筐体が傾いた位置で、前記筐体のロール角を９０°とするとともに前記方位角を変化させ、前記演算部に指令信号を入力することで、前記方位角が互いに１８０°異なる状態での第３及び第４ピッチ角を前記演算部に記憶させる工程と、前記演算部に指令信号を入力することで、前記第３及び第４ピッチ角の平均値を前記演算部に求めさせ、前記第３及び第４ピッチ角に含まれていた前記第２角度を相殺し、前記筐体の上下方向に沿うＺ軸周りのミスアライメントを得る工程とを含む構成である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法によれば、第１及び第２ピッチ角の平均値と、第３及び第４ピッチ角の平均値とを求めることで、各ピッチ角に含まれていた水平に対する誤差（第１及び第２角度）を相殺するので、ミスアライメントの計測精度を向上でき、孔の経路計測精度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態
本発明の実施の形態による管路位置計測装置の全体としての構成は、従来の構成（図６）と同様であるので、従来例と同一部分は説明を省略し、従来例と異なる部分についてのみ説明する。なお、従来構成と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。この実施の形態の演算部１０（図６参照）の動作モードは、孔１の経路計測を行う経路計測モード、及び筐体２０の前後方向に沿う第１Ｘ軸とセンサボックス２１の前後方向に沿う第２Ｘ軸との間のミスアライメントεを求めるミスアライメント計測モードで切替可能とされている。この第１及び第２Ｘ軸間のミスアライメントεは、筐体２０の左右方向に沿うＹ軸周りのミスアライメントεＹと、筐体２０の上下方向に沿うＺ軸周りのミスアライメントεＺとに分けて考えることができる。これより、管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法について説明するが、まずＹ軸周りのミスアライメントεＹの計測方法について説明し、その後にＺ軸周りのミスアライメントεＺの計測方法について説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態による管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法の一場面を示す側面図であり、筐体２０のロール角φ及び方位角ψが０°とされている状態を示している。図２は、図１のブロック３０を示す正面図である。図に示すように、Ｙ軸周りのミスアライメントεＹを計測する場合、例えば地面上等に所定間隔を置いて一対のブロック３０を設置する。その次に、前記演算部１０が前記プローブデータ７に基づいて求めた筐体２０のロール角φを参照し、このロール角φが０°となるように筐体２０の傾きを調整しつつ、ブロック３０に設けられたＶ字状の溝３０ａ内に筐体２０を載置する。その次に、指令信号を演算部１０に入力し、この状態での第１ピッチ角θ１を演算部１０に記憶させる。なお、説明を簡単にするために、このときの方位角ψを０°とする。
【００１０】
このとき前記筐体２０が完全に水平となっていれば、前記第１ピッチ角θ１がＹ軸周りのミスアライメントεＹとなる。しかしながら、筐体２０を完全に水平にすることは難しく、例えばブロック３０間の高さ誤差や設置された場所の傾斜等に因る水平に対する誤差（第１角度α）が前記第１ピッチ角θ１に含まれている。すなわち、前記第１ピッチ角θ１は下記の式（１）のように表される。
θ１＝εＹ＋α・・・・（１）
【００１１】
次に、図３は、図１の筐体２０のロール角φが０°とされ方位角ψが１８０°とされている状態を示す側面図である。前記第１ピッチ角θ１を演算部１０に記憶させた後に、前記ロール角φが０°となるように前記筐体２０の傾きを調整しつつ、前後逆向きとなるように筐体２０を溝３０ａ内に改めて載置する。すなわち、前記第１ピッチ角θ１が求められた状態から前記方位角ψを１８０°だけ変化させ、指令信号を演算部１０に入力することで、この状態での第２ピッチ角θ２を演算部１０に記憶させる。
【００１２】
ここで、前記第２ピッチ角θ２には水平に対する誤差（第１角度α）がやはり含まれているが、方位角ψを１８０°だけ変化させているので、符号が反転した状態で含まれている。すなわち、前記第２ピッチ角θ２は下記の式（２）のように表される。
θ２＝εＹ−α・・・・（２）
【００１３】
従って、演算部１０に指令信号を入力し、下記の式（３）に示すように前記第１及び第２ピッチ角θ１，θ２の平均値を前記演算部１０に求めさせることで、前記第１及び第２ピッチ角θ１，θ２に含まれていた第１角度αを相殺でき、Ｙ軸周りのミスアライメントεＹを得ることができる。
（θ１＋θ２）／２＝｛（εＹ＋α）＋（εＹ−α）｝／２＝εＹ・・・・（３）
【００１４】
次に、Ｚ軸周りのミスアライメントεＺの計測方法について説明する。図４は図３の筐体２０のロール角φが９０°とされ方位角ψが０°とされている状態を示す側面図であり、図５は図４の筐体２０のロール角φが９０°とされ方位角ψが１８０°とされている状態を示す側面図である。Ｙ軸周りのミスアライメントεＹを計測する場合にはロール角（φ）を０°としていたが、Ｚ軸周りのミスアライメントεＺを計測する場合にはロール角（φ）を９０°とする。すなわち、筐体２０を横倒しにすることで方位角（ψ）の中心軸と前記Ｚ軸とを一致させる。
【００１５】
その次に、図４，図５に示すように方位角（ψ）が互いに１８０°異なる状態で演算部１０に指令信号を入力し、方位角（ψ）が互いに１８０°異なる状態での第３及び第４ピッチ角（θ３，θ４）を演算部１０に記憶させる。これら第３及び第４ピッチ角（θ３，θ４）は、互いに符号が異なる状態で水平に対する誤差（第２角度β）を含んでおり、下記式（４），（５）に示すように表される。
θ３＝εＺ＋β・・・・（４）
θ４＝εＺ−β・・・・（５）
【００１６】
従って、前記演算部１０に指令信号を入力し、下記の式（６）に示すように前記第３及び第４ピッチ角（θ３，θ４）の平均値を前記演算部１０に求めさせることで、前記第３及び第４ピッチ角（θ３，θ４）に含まれていた第２角度βを相殺でき、Ｚ軸周りのミスアライメントεＺを得ることができる。なお、Ｙ軸周りのミスアライメントεＹを計測したときからブロック３０を動かしていなければ、第２角度βは第１角度αと同じである。
（θ３＋θ４）／２＝｛（εＺ＋β）＋（εＺ−β）｝／２＝εＺ・・・・（６）
【００１７】
前記演算部１０は、前記ミスアライメントεＹ，εＺを求めた後に、該ミスアライメントεＹ，εＺに基づいて自動的に角度補正値を算出する。また、演算部１０は、動作モードが前記経路計測モードとされているときに、前記角度補正値を用いて前記ピッチ角θ及び前記方位角ψを補正し、該補正したピッチ角θ及び方位角ψに基づいて前記孔１の経路計測を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態による管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法の一場面を示す側面図である。
【図２】図１のブロックを示す正面図である。
【図３】図１の筐体のロール角φが０°とされ方位角ψが１８０°とされている状態を示す側面図である。
【図４】図３の筐体のロール角φが９０°とされ方位角ψが０°とされている状態を示す側面図である。
【図５】図４の筐体のロール角φが９０°とされ方位角ψが１８０°とされている状態を示す側面図である。
【図６】従来の管路位置計測装置を示す構成図である。
【図７】図６の管路位置計測装置によって計測された孔の経路を示す構成図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  孔、２  プローブ、３  ケーブル巻取器、４  ケーブル、６  ケーブル測長器、７  プローブデータ、７ａ  角速度データ、７ｂ  加速度データ、８  ケーブル速度、１０  演算部、２０  筐体、２１  センサボックス、α，β  第１及び第２角度、εＹ  Ｙ軸周りのミスアライメント、εＺ  Ｚ軸周りのミスアライメント、θ  ピッチ角、θ１〜θ４  第１〜第４のピッチ角、φ  ロール角、ψ  方位角。
【図１】
2008292175.tif 000003
【図２】
2008292175.tif 000004
【図３】
2008292175.tif 000005
【図４】
2008292175.tif 000006
【図５】
2008292175.tif 000007
【図６】
2008292175.tif 000008
【図７】
2008292175.tif 000009