JP2009233765A

JP2009233765A - コアドリル装置の自動送り装置及びその制御方法

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Publication number: JP2009233765A
Application number: JP2008079777A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Sasaguchi; 法之笹口
Original assignee: SHIBUYA KK; Shibuya Co Ltd
Current assignee: SHIBUYA KK; Shibuya Co Ltd
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】本発明は、切断対象物中に鉄筋が含まれる場合には自動的にコントロールモーターを停止し、穿孔作業を終了するコアドリル装置の自動送り装置、及びその制御方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、コアビットを回転駆動させるメインモーターの駆動電流又は駆動電圧の変化に応じて、コアビットを切断対象物へ移動させるコントロールモーターの動作電流又は動作電圧を調整することにより、コアビットの送り速度を制御するコアドリル装置の自動送り装置において、前記コントロールモーターの動作時の動作電流又は動作電圧を検出すると共に、前記動作電流又は動作電圧が、前記コントロールモーターについて予め設定された基準電流値又は基準電圧値に対し、３０〜７０％に減少した場合、前記コントロールモーターを停止させる停止手段を備えることを特徴とするコアドリル装置の自動送り装置に関する。
【選択図】図５

Description

本発明は、コンクリート構造物、石材、岩盤、鉄鋼構造物等の切断対象物の穿孔に使用するコアドリル装置に用いられる自動送り装置及びその制御方法に関する。

自動送り装置は、コンクリート構造物の補修工事や改修工事等に使用されるコアドリル装置において、コアビットの送り速度の制御に用いられている。コアドリル装置は、切断対象物であるコンクリート等に、鉄筋や硬い石等が含まれている場合、そのまま穿孔を続けようとすると、コアビットを駆動するメインモーターの負荷が増大してしまうという問題を有していた。メインモーターの負荷が増大すると、メインモーターの駆動電流が増大し、穿孔作業が進行し難いものとなったり、コアビットが損傷してしまう場合があった。

このような事情から、特許文献１には、穿孔作業中、メインモーターの負荷が増大した場合に、コントロールモーターの動作電流又は動作電圧を調整し、コアドリルの送り速度を制御し、メインモーターの負荷増大を抑制する自動送り装置が開示されている。
特開２００１−１２９７０８号公報

以上のように、自動送り装置としては、コンクリート中に鉄筋等が含まれる場合にも、コアビットを損傷することなく穿孔し続けることを目的とするものが大半であった。しかし、コンクリート構造物等の穿孔作業において、コンクリート中の鉄筋を破壊してしまうことは、構造物全体の強度低下を招く場合があり、耐震強度等にも影響を及ぼす可能性が高い。このため、近年では、切断対象物中に鉄筋が含まれることを感知した場合には、速やかに穿孔作業を停止することが好ましいという考えが生じるようになった。

しかし、切断対象物中に鉄筋が含まれるか否かは、穿孔時の感触やメインモーターの負荷測定値に基づき、作業者の感覚によって判断されることがほとんどであった。このため、鉄筋が含まれるか否かの判断には、作業者の熟練を要していた。また、作業者の判断から穿孔停止までにタイムラグが生じるため、穿孔を停止したときには、既にある程度鉄筋が切削されてしまっている場合が多かった。このように、従来は、安定して鉄筋の切削を防止することが困難であった。

そこで、本発明は、作業者の感覚によらず、切断対象物中に鉄筋が含まれるか否かを判断し、鉄筋が含まれる場合には自動的にコントロールモーターを停止し、穿孔作業を終了するコアドリル装置の自動送り装置、及びその制御方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明者等は、鋭意検討を行った結果、以下に示す本発明に想到した。

本発明は、コアビットを回転駆動させるメインモーターの駆動電流又は駆動電圧の変化に応じて、コアビットを切断対象物へ移動させるコントロールモーターの動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）を調整することにより、コアビットの送り速度を制御するコアドリル装置の自動送り装置において、前記コントロールモーターの動作時の動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）を検出すると共に、前記動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）が、前記コントロールモーターについて予め設定された基準電流値（Ｉ_ｃ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｃ０）に対し、３０〜７０％に減少した場合、前記コントロールモーターを停止させる停止手段を備えることを特徴とするコアドリル装置の自動送り装置に関する。

本発明の自動送り装置は、コントロールモーターの動作時の動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）が判定基準以下となった場合、切断対象物に鉄筋が含まれると判断し、コントロールモーターを自動的に停止することを特徴としている。作業者の熟練度に頼ることなく鉄筋の有無を判断し、自動的に穿孔を停止するため、コンクリート中の鉄筋の切削を正確に防止できる。

そして、本発明者等は、コントロールモーターの動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）が、基準電流値（Ｉ_ｃ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｃ０）に対し、３０〜７０％に減少した場合にコントロールモーターを自動停止すると、切断対象物に鉄筋が含まれているか否かの判断が有効に行われることを見出した。判定基準は、基準電流値（Ｉ_ｃ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｃ０）の３０〜７０％の範囲内であれば、任意に設定できるため、穿孔作業毎に、切断対象物中に含まれる硬度の高い石材等の有無や、コンクリートの強度等を考慮して、設定することが好ましい。具体的には、切断対象物に硬い石材等が含まれる場合には、判定基準を下げることにより、硬い石材等を感知しても穿孔を続行するものとし、さらに硬度の高い鉄筋を感知した場合には自動停止するように設定できる。また、穿孔対象であるコンクリートの強度が高い場合は、コンクリートと鉄筋との硬度差が少なくなるため、判定基準を上げることが好ましい。その他、一般的な場合は、基準電流値（Ｉ_ｃ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｃ０）の５０％を判定基準とすることが好ましい。尚、判定基準としては、動作電流（Ｉ_ｃ）が基準電流値（Ｉ_ｃ０）に対し３０〜７０％に減少した場合、又は動作電圧（Ｖ_ｃ）が基準電圧値（Ｖ_ｃ０）に対し３０〜７０％に減少した場合の、いずれを採用してもよい。

コントロールモーターの基準電流値（Ｉ_ｃ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｃ０）は、各穿孔作業毎に、コントロールモーターの動作電流（Ｉ_ｃ）及び動作電圧（Ｖ_ｃ）が安定している状態における実測値によって定めることが好ましい。コントロールモーターの動作電流又は動作電圧は、駆動用モーターの容量やコアビットの径、切れ具合、コンクリートの材質等の状態により変化するためである。

自動送り装置の停止手段は、有効とするか無効とするかの選択手段を有することが好ましい。作業現場によっては、鉄筋等が含まれる場合にも、穿孔を続行することが必要な場合があるためである。

また、本発明のコアドリル装置の自動送り装置は、メインモーターの基準電流値（Ｉ_ｍ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｍ０）を設定する手段、前記基準電流値（Ｉ_ｍ０）と駆動時のメインモーターの駆動電流（Ｉ_ｍ）との偏差、又は、前記基準電圧値（Ｖ_ｍ０）と駆動電圧（Ｖ_ｍ）との偏差のいずれかを判定する手段、判定された前記偏差に基づき、コントロールモーターの動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）を増減させる調整手段、を含むことが好ましい。

メインモーターの基準電流値（Ｉ_ｍ０）と駆動電流（Ｉ_ｍ）との偏差、又は、前記基準電圧値（Ｖ_ｍ０）と駆動電圧（Ｖ_ｍ）との偏差に基づきコントロールモーターの動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）を増減させることにより、自動的にコアビットの送り速度を制御し、メインモーターの負荷を低減できる。

本発明の自動送り装置によるコアビット送り速度の制御について、詳細に説明する。まず、メインモーターの負荷を検出するため、メインモーターの基準電流値（Ｉ_ｍ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｍ０）を設定する。メインモーターの駆動開始後、切断対象物に鉄筋等の硬度の高いものが含まれていると、メインモーターの負荷が増大し、駆動電流（Ｉ_ｍ）の増大と、それに伴う駆動電圧（Ｖ_ｍ）の低下により、上記した偏差が増大する。一方、鉄筋等の切削が終了すると、メインモーターの負荷が減少し、駆動電流（Ｉ_ｍ）の低下と、それに伴う駆動電圧（Ｖ_ｍ）の回復により、偏差が減少する。

本発明の自動送り装置は、上記した偏差を判定し、その偏差に基づきコントロールモーターの動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）を増減させて、自動的にコアビットの送り速度を制御するものである。具体的には、メインモーターの負荷が増大し、偏差が増大した場合、偏差信号をコントロールモーターに送信し、偏差信号に従いコントロールモーターの動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）を減少させて、コアビットの送り速度を遅延させる。一方、メインモーターの負荷が減少した場合は、逆にコントロールモーターの動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）を増加させ、コアビットの送り速度を速めるように制御するものである。

以上において説明した本発明の自動送り装置は、コントロールモーターの基準電流値（Ｉ_ｃ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｃ０）を設定し、前記基準電流値（Ｉ_ｃ０）とコントロールモーターの動作時の動作電流（Ｉ_ｃ）との比較、又は、前記基準電圧値（Ｖ_ｃ０）とコントロールモーターの動作時の動作電圧（Ｖ_ｃ）との比較を行い、前記動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）が、前記基準電流値（Ｉ_ｃ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｃ０）に対し、３０〜７０％に減少した場合、コントロールモーターを停止する方法により制御できる。

本発明の制御方法は、コントロールモーターの基準電流値（Ｉ_ｃ０）と動作時の動作電流（Ｉ_ｃ）、又はコントロールモーターの基準電圧値（Ｖ_ｃ０）と動作時の動作電圧（Ｖ_ｃ）の比較を行い、切断対象物に鉄筋が含まれる場合の判定基準を満たす場合には、コントロールモーターを停止する停止信号を出力するものである。

以上で説明したように、本発明の自動送り装置及び制御方法によれば、切断対象物に鉄筋が含まれる場合、作業者の熟練を要することなく、自動的に穿孔を停止し、鉄筋の切削を防止できる。

以下、本発明における最良の実施形態について説明する。

図１に示すコアドリル装置の自動送り装置１０１について説明する。自動送り装置１０１は、自動停止機能表示ランプ１０２、入力ボタン１０３、自動停止切替えボタン１０４を備えるものであり、送り速度を制御するためのコントロールモーター１０５が近接して設けられる。自動停止機能表示ランプ１０２は、例えば、基準電圧値の設定中は点滅し、穿孔作業中、自動停止の条件を満たすか否かを判断している間は点灯するというように機能させることができる。このため、穿孔作業者は、このランプ１０２を自動停止機能が正常に稼動しているかどうかの目安とすることができる。

入力ボタン１０３は、自動停止機能を作動させるための判定基準値を任意に入力可能とするものである。例えば、入力ボタン１０３により、判定基準値を５０％と設定すると、穿孔作業中のコントロールモーターの動作電圧（Ｖ_ｃ）が、基準電圧値（Ｖ_ｃ０）の５０％以下となったときに、自動停止機能が作動する。このように、判定基準値は、作業者の判断により任意の値を入力できる。

自動停止切替えボタン１０４は、自動停止機能を有効とするか無効とするかの切替えを行うものである。このボタン１０４により、穿孔作業の目的に合わせて、あらかじめ自動停止機能を作動させるかどうかを選択できる。

そして、自動送り装置１０１は、コアドリル装置１００において図２に示すように配置される。コアドリル装置１００は、メインモーター１０６とコアビット１０７を備えており、メインモーター１０６は支持台座１０８の支柱を上下動するスライドブロックに取り付けられる。スライドブロックは、ピニオンギア（図示せず）により支柱のラックギアとかみ合うようになっている。そして、自動送り装置１０１は、コントロールモーター１０５の駆動軸を介して、スライドブロックのピニオンギアに取り付けることにより、ラックアンドピニオン構造を構成する。このような構造により、コントロールモーター１０５の動作に合わせて、メインモーター１０６とコアビット１０７とが同時に上下動するものとなる。

次に、本発明の自動送り装置によるコアビット送り速度の制御について説明する。図３に示す駆動負荷レベル検出手段では、計器用変流器（ＣＴ）を用いてメインモーターの電流値を測定し、交流電圧として出力する負荷検出手段１、交流電圧を直流電圧に変換する整流平滑回路２、電圧値を所定の電圧レベルに変換するレベル変換回路３を経て変換後の電圧に対応する駆動電流（I_ｍ）を、負荷状況判定手段７に出力した。基準負荷レベル設定手段では、作業者が調節スイッチ４により設定した基準電流値（I_ｍ０）を、基準負荷出力手段５によって負荷状況判定手段７に出力した。尚、基準電流値（I_ｍ０）の設定状態は、基準負荷表示６により確認できる。

負荷状況判定手段７では、駆動電流（I_ｍ）と基準電流値（I_ｍ０）とを比較し、偏差の状態によりメインモーターの負荷状態を判定した。偏差が、あらかじめ設定した閾値以上となった場合、偏差過大と判定し、後述する偏差増幅手段を経て、三角波発生回路１０に偏差過大との信号を出力した。尚、本実施形態では、上記した閾値は１アンペア相当分の偏差電圧とした。

三角波発生回路１０に出力された偏差信号は、パルス幅変調回路１１によってパルス信号に変換した。その後、コントロールモーター制御手段１２では、伝達されたパルス信号に従ってコントロールモーターの動作電圧（Ｖ_ｃ）を増減させることにより、コアビットの送り速度を制御した。偏差信号をパルス信号に変換することにより、きわめて高い精度でコントロールモーターの制御が可能となり、メインモーターの負荷を低減できる。

ここで、図４に従い、負荷状況判定手段７を経た偏差信号を、三角波発生回路１０に出力する流れについて詳細に説明する。負荷状況判定手段７において、メインモーターの駆動電流（I_ｍ）と基準電流値（I_ｍ０）との偏差が過大であると判定されると、偏差過大検出手段７ａから、偏差過大調整回路８ａに偏差信号が出力される。偏差過大調整回路８ａでは、偏差を修正するための偏差信号を急速に増幅し、偏差増幅回路９に出力する。偏差増幅回路９では、比例増幅器９ａ及び積分増幅器９ｂにて偏差信号を増幅し、さらに増幅出力調整器９ｃを経て、偏差過大調整回路８ａから出力された信号を、コントロールモーターの制御に適切な信号へと調整した。また、本実施形態では、自動増幅率調整回路８ｃ設け、コントロールモーターが高速駆動しているか、低速駆動しているかに従い増幅率を調整し、偏差信号をコントロールモーターの制御に適切な信号強度に調整して増幅出力調整器９ｃにフィードバックした。

さらに、負荷状況判定手段７では、過大負荷検出手段７ａに加え、ハンチング状態を判定できるハンチング検出手段７ｂを備えることが好ましい。ハンチング現象が生じてしまうと、コアビットの送り速度を安定して維持しにくくなるためである。本実施形態におけるハンチング判定手段は、駆動電流（I_ｍ）と基準電流値（I_ｍ０）との偏差を経時的に測定し、５秒間で、偏差の最大値と最小値との差が０．７アンペア相当分の電圧値を超えた場合をハンチングと判断するものとした。

ハンチング状態と判定された場合、ハンチング検出手段７ｂよりハンチング調整回路８ｂに信号を出力し、上記した偏差過大信号と同様に偏差増幅回路９にハンチング信号を出力して、ハンチングの振れ幅が収束するようにコントロールモーターを制御した。具体的には、コアビットの送り速度を遅くするように制御してもよく、メインモーターの低速駆動時には徐々にコアビットの送り速度を緩め、高速駆動時には徐々に送り速度を早めるよう制御しても良い。

そして、本発明の自動送り装置は、以上で説明したように、メインモーターの負荷に従いコントロールモーターを制御するとともに、制御されたコントロールモーターの動作電圧が判定基準以下となった場合、コントロールモーターを自動停止する制御手段を備えている。すなわち、図３に示すように、基準電圧検出手段１３よりコントロールモーターの基準電圧値（Ｖ_ｃ０）を、動作電圧検出手段１４より動作電圧（Ｖ_ｃ）を、それぞれ自動停止判定手段１５に送信し、動作電圧（Ｖ_ｃ）が基準電圧値（Ｖ_ｃ０）の３０〜７０％に減少した場合、モーター停止制御手段１６に停止信号を送信し、コントロールモーターを自動停止するように制御した。

コントロールモーターを自動停止する制御方法について、図５のフローに従い詳細に説明する。穿孔作業開始後、メインモーターの駆動電流（Ｉ_ｍ）及びコントロールモーターの動作電圧（Ｖ_ｃ）を測定し（ステップＳ１、Ｓ２）、この測定値が安定している場合には、コントロールモーターの基準電圧値（Ｖ_ｃ０）を設定した（ステップＳ５）。メインモーターに負荷がかかっていない状況で、基準電圧値（Ｖ_ｃ０）を設定するためである。このとき既に、メインモーターの駆動電流（Ｉ_ｍ）又はコントロールモーターの動作電圧（Ｖ_ｃ）が安定していない場合には、２０秒経過を測定し（ステップＳ３）、その後も安定しなければ自動停止の判定ができないことを示す信号を送信した（ステップＳ４）。一方、２０秒経過中（ステップＳ３）に安定した場合には、再度、駆動電流（Ｉ_ｍ）及び動作電圧（Ｖ_ｃ）の安定を確認した（ステップＳ１、Ｓ２）。

基準電圧値（Ｖ_ｃ０）を設定した後、０．１秒ごとにコントロールモーターの動作電圧（Ｖ_ｃ）を測定した（ステップＳ６）。そして、測定毎に、動作電圧（Ｖ_ｃ）と判定基準値との比較を行い（ステップＳ７）、動作電圧（Ｖ_ｃ）が判定基準値よりも大きい場合は穿孔を続行し、測定値が判定基準値以下となった場合、コントロールモーターを停止する信号を送信し（ステップＳ８）、次いでメインモーターにも停止信号を送信して（ステップ９）、穿孔作業を停止した。

本実施例では、以上で説明したコアドリル装置の自動送り装置を用いて、コンクリート構造物の穿孔作業を行った。図１に示す自動停止切替えボタン１０４により、自動送り装置の自動停止機能を有効な状態として穿孔作業を開始した。また、入力ボタン１０３により、判定値を５０％と入力して穿孔作業を行った。

穿孔作業を開始後、自動停止機能表示ランプ１０２が、早い点滅表示となった。これは、上述した制御方法に従い、コントロールモーターの基準電圧値が設定中であることを示すものである。その後、自動停止機能表示ランプ１０２が点灯表示となった。この表示は、コントロールモーターの基準電圧値が設定され、自動停止機能が有効に作動していることを示すものである。このとき、３秒毎にコントロールモーターの動作電圧が測定され、測定毎に自動停止のための判定基準を満たすか否かが判断された。そして、自動停止機能表示ランプ１０２が点滅表示となり、コントロールモーターが自動停止した後、メインモーターが停止した。この点滅表示は、コントロールモーターの動作電圧が自動停止の判断基準を満たしたことを示すものである。作業終了後、切断対象物を確認したところ、鉄筋の切削を防止できたことが確認された。

自動送り装置の概略斜視図コアドリル装置の概略斜視図自動送り装置の基本制御フロー図偏差増幅手段の制御フロー図自動停止制御の基本フロー図

符号の説明

１００コアドリル
１０１自動送り装置
１０２自動停止機能表示ランプ
１０３入力ボタン
１０４自動停止切替えボタン
１０５コントロールモーター
１０６メインモーター
１０７コアビット
１０８支持台座

Claims

コアビットを回転駆動させるメインモーターの駆動電流又は駆動電圧の変化に応じて、コアビットを切断対象物へ移動させるコントロールモーターの動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）を調整することにより、コアビットの送り速度を制御するコアドリル装置の自動送り装置において、
前記コントロールモーターの動作時の動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）を検出すると共に、前記動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）が、前記コントロールモーターについて予め設定された基準電流値（Ｉ_ｃ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｃ０）に対し、３０〜７０％に減少した場合、前記コントロールモーターを停止させる停止手段を備えることを特徴とするコアドリル装置の自動送り装置。
メインモーターについての基準電流値（Ｉ_ｍ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｍ０）を設定する手段、
前記基準電流値（Ｉ_ｍ０）と駆動時のメインモーターの駆動電流（Ｉ_ｍ）との偏差、又は、前記基準電圧値（Ｖ_ｍ０）と駆動電圧（Ｖ_ｍ）との偏差のいずれかを判定する手段、
判定された前記偏差に基づき、コントロールモーターの動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）を増減させる調整手段、を含む請求項１記載のコアドリル装置の自動送り装置。
コントロールモーターの停止手段を、有効とするか無効とするかの選択手段を有する請求項１又は請求項２に記載のコアドリル装置の自動送り装置。
請求項１〜３のいずれかに記載のコアドリル装置の自動送り装置を制御するための方法であって、
コントロールモーターの基準電流値（Ｉ_ｃ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｃ０）を設定し、
前記基準電流値（Ｉ_ｃ０）とコントロールモーターの動作時の動作電流（Ｉ_ｃ）との比較、又は、前記基準電圧値（Ｖ_ｃ０）とコントロールモーターの動作時の動作電圧（Ｖ_ｃ）との比較を行い、
前記動作電流（Ｉ_ｃ）又は動作電圧（Ｖ_ｃ）が、前記基準電流値（Ｉ_ｃ０）又は基準電圧値（Ｖ_ｃ０）に対し、３０〜７０％に減少した場合、コントロールモーターを停止するコアドリル装置の自動送り装置の制御方法。