JP2760897B2 - 通路の進路方向を決定する方法及び装置 - Google Patents

通路の進路方向を決定する方法及び装置

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JP2760897B2 JP5500448A JP50044893A JP2760897B2 JP 2760897 B2 JP2760897 B2 JP 2760897B2 JP 5500448 A JP5500448 A JP 5500448A JP 50044893 A JP50044893 A JP 50044893A JP 2760897 B2 JP2760897 B2 JP 2760897B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 本発明は通路内の目的物の位置そしてまたは穴のよう
な通路のたどる進路についての情報を３次元的に正確に
決定するための方法及び装置に関する。これは特に通路
を通る測定工具からその情報を得るためにとられた歪み
測定を用いる方法及び装置に関する。
従来技術の簡単な説明 穴加工の産業は永年にわたりドリルのヘッドを予定の
目標位置に案内するために使用しうる位置決定システム
を待望している。穴の進路そしてまたは、ドリルパイプ
が進行するときの任意の時点でのドリルヘッドの位置に
ついての正確な位置情報を与えることのできる位置決定
システムは常に必要とされている。この位置情報はスタ
ート位置と目的とする目標物の最終位置に対応しなけれ
ばならない。理想的にはこの位置決定システムは切削流
体の供給ともどしに対する制限を最少にするようにドリ
ルパイプにフィットするに充分な小さいものであるべき
であり、精度はできるだけ高くあるべきである。
そのような位置情報を与えるためのいくつかの従来の
システムがある。従来の、傾斜計、加速度計、ジャイロ
スコープ及び磁気計のような案内及び穴検査工具が用い
られている。これらシステムのすべてに共通の問題は、
小さい直径の穴を“掘りながら測定”することができる
ようにするには大きすぎるということである。“掘りな
がら測定”するシステムではドリルパイプ内の一般には
ドリルヘッド近辺に、位置ロケータ装置を組込み、工具
を穴から取り出すことなく測定を可能にする必要があ
る。ドリルパイプ内にそのような計器を入れることによ
り、流体の流れが著しく制限される。そのようなシステ
ムではドリルパイプの直径と穴の直径は、流体に対する
制限を最少とするに充分な内部空間をつくりつつ位置の
測定装置を適用するには４インチより大きなものとしな
ければならないことが多い。傾斜計、加速度計、ジャイ
ロスコープ及び磁気計に基づくシステムは信号のドリフ
ト、振動、または磁気あるいは重力異常の影響を受ける
ため高精度とすることができない。１％以上の誤差がし
ばしば生じる。
或る種の浅い位置の決定システムはドリルヘッド近辺
のゾンデからの音響の追跡に基づくものである。深さが
限られていることに加えて、そのようなシステムは作業
者が受信器を持ってドリルヘッドの上の表面を歩きドリ
ルヘッドの位置を追跡するために音響を聴かなければな
らないという欠点がある。そのようなシステムは作業者
がドリルヘッドの上の表面にアクセスすることができな
いところには使用できない。
発明の要約 本発明は、４インチをかなり下まわる直径のドリルパ
イプ内に充分入るような小さなものであって、流体の滑
らかな通路を与える形状の極めて精度の高い位置ぎめシ
ステムを提供する。本発明の方法及び装置は、ドリルパ
イプが穴または他の通路を通るときその外面になされる
軸方向の歪み測定からドリルパイプの一部の曲線の曲率
半径と方位を次々に且つ周期的に決定するものである。
次々に得られる曲率半径と方位の情報を用いることによ
り、本発明は穴の進路を表わし、且つ各測定点で測定歪
みゲージセンサの位置を表わす、円弧データをセグメン
ト型で構成する。これらセンサがドリルヘッド近辺とな
ればドリルヘッドの位置が得られる。
本発明は従来のシステムより著しく小型であり、小径
のドリルパイプ内に容易に設けることができ、そして他
のシステムよりコストの低いシステムを与える。更に、
この測定システムはドリフトの影響を受けずそして地磁
気及び重力場の局部的な変化に感応しないため、他の位
置決定システムより精度が高い。更に、本発明はドリル
パイプの一部の歪み測定に基づくものであるから、そし
てそれらの歪みの絶対値はドリルパイプの直径が大きく
なると与えられた曲率半径について増加するから、この
システムの精度はドリルパイプの直径が大きくなれば向
上する。
また本発明は近くにある金属構造物、電線または重力
異常等、磁気計またはジャイロスコープを用いる位置決
定システムに影響するものには影響されない。
また本発明は深さに制限がなく、そして穴の入口から
完全にモニタすることができ、そしてそれ故ドリルヘッ
ドの上の面へのアクセスができないような領域で使用で
きる。
また本発明は加速限界が厳しい加速度計とジャイロス
コープに基づくシステム程の複雑さを必要としない。本
発明は乱暴な取扱い及び修理が容易で安価なソリッドス
テート設計でつくることができる。
本発明は方向性をもった穴加工に特に適しており、そ
して、例えば回転型の穴加工、ウオータジェットによる
穴加工、下降モータによる穴加工及び空気圧による穴加
工のような種々の形式の穴明け装置と共に使用できる。
本発明は井戸穴堀りのような方向をもった穴明け、貯留
スティミュレーション、ガスまたは流体貯蔵、配管及び
配線の経路決定、下部構造の更新、現存する配管及び配
線の交換、計器の配置、コア穴明け、火山錐貫通計の挿
入、貯蔵タンクのモニタ、パイプのジャケット装着、ト
ンネル掘削及びその他それらに関連する分野に特に使用
しうる。
また本発明は測量用通路に一般的に広い適用性をもつ
から穴明けの分野に限られない。例えば、本発明は実時
間の手術中またはソノグラム、Ｘ線及び磁気的な技術が
医学的に適当でないようなとき例えば腸管または大動脈
のような医学分野での人体内通路の研究に適用できる。
これはまた車輌、機械、ビルディング、他の構造物また
は地下のパイプまたは他の導管の通路の位置ぎめにも使
用しうる。
穴明けドリルについてのドリルパイプに大きな中央領
域を与えるという利点に加えて、本発明は有害な効果を
与えることなく地下水または切削流体があるところで使
用できる。
本発明はまた地下水または水の不透明度により光学シ
ステムを使用できないような穴加工流体のあるところで
使用できるため、光学的な位置ぎめ技術より優れてい
る。
本発明からの位置情報は有線または無線手段で穴明け
位置とははなれた位置に伝送されて処理されうる。本発
明においては、この位置情報はドリルヘッドの実時間位
置を表示し、あるいは穴の通路または他の通路を３次元
的にプロットし、あるいは自動穴明け修正のためのドリ
ルヘッド用制御システムに位置情報を供給するために使
用しうる。
本発明の上記目的、利点及び特徴は、通路に測定装置
を通し、その装置がその通路を通るとき複数の測定点の
夫々において通路の局部的曲率半径及び装置に対する曲
率面の方位を決定し、夫々決定された局部曲率半径につ
いて円弧セグメントを３次元的に形成し、そしてそれら
円弧セグメントを順次結ぶことによりその通路の中心線
の３次元表現を構成することを含む通路の中心線そして
または目的点の位置を３次元で決定する方法を提供する
ことにより達成される。
この局部曲率半径測定シーケンスは更に測定チューブ
軸に対し90°となった与えられた断面においてそのチュ
ーブの周辺の複数の点における壁の軸方向歪みを決定
し、決定された軸方向の歪みを局部曲率半径に変換する
ことを含む。関連する方法は基準データに対し実際に測
定された歪みを比較しそしてその基準データに対する歪
みのずれを決定することにより得られる。
円弧セグメントの順次的な接続は３次元中心線をつく
るために用いられる通路の初期入口点と姿勢の決定を示
す初期点でスタートする。初期入口点と姿勢についての
情報は手動的に測定されそして手動により本発明にセッ
トされるが、自動的に測定しセットしてもよい。
また本発明は測定チューブが通路を通るときその、あ
るとすれば大域的な基準に対する正味の回転量に関する
情報を夫々の測定位置で決定しそしてその情報と歪み測
定値を用いて大域基準に対する測定された局部曲率半径
に関連する方位を決定することにより、穴明け中の測定
チューブの回転を補償する方法を提供する。
また本発明は穴明け工具を目標の穴明け位置に導くよ
うに決定された３次元位置情報により方向的に制御しう
る穴明け工具を制御する方法を提供する。
また本発明は上記の位置ぎめ方法を実施するための装
置を提供する。一つの観点によれば、測定装置が通路を
通るとき複数の測定点の夫々においてその測定装置の局
所曲率半径及びその測定装置に対する曲面の方位を決定
する手段、夫々の測定された局所曲率半径について３次
元空間に円弧セグメントを形成する手段、それら円弧セ
グメントを表わすデータを記憶する手段、この記憶され
たデータに応じて通路の中心線の通路の３次元表示を形
成する手段、を含む、通路の中心線そしてまたは目標点
の位置を３次元で決定する装置を提供する。
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は添付図面
に関連して与えられる本発明の次の詳細な説明からより
明確に理解しうるものである。
図面の簡単な説明 図１は本発明の使用される例を示す概略図である。
図2A及び2Bは本発明において測定装置として使用され
る測定モジュールとも呼ばれる歪みセンサを装着したド
リルパイプの管部分の端面図及び斜視図である。
図３は本発明の位置決定装置の全体図である。
図４は本発明に用いられる歪み測定回路を示す図であ
る。
図５は図４の回路の変更例を示す図である。
図６は図３の装置により実行される位置ぎめ動作を説
明するフローチャートである。
図７は本発明に用いるイニシャライザ（初期配向検出
器）の斜視図である。
図８はイニシャライザの内部要素を示す断面図であ
る。
図9A及び9Bは本発明の動作を説明する歪み測定グラフ
である。
図10A及び10Bは本発明の動作の説明に用いられる曲が
らない場合と曲がった場合の測定装置の断面図である。
図11は本発明の動作を説明する他の図である。
図12は本発明の動作を説明する他の図である。
図13は本発明の動作中順次接続される円弧の列により
形成される通路を示す図である。
図14A及び14Bは本発明の動作を説明するセグメントの
配向図である。
図15及び図16は本発明の動作を説明する他のセグメン
ト図である。
図17は自動方向性穴明けコマンドを得るために生じる
処理を示す図である。
図18は修正データを得るために生じる処理を示す図で
ある。
発明の詳細な説明 図１は表面の穴明け装置に配置された地表の穴明け装
置12にドリルパイプ13により接続されるドリルヘッド15
を含む穴明け装置により掘られている穴11の概略図であ
る。表面穴明け装置においてドリルパイプ13は流体スラ
スタ25を通して従来の回転ドリルテーブル23に接続され
る。これらはトラックに装着されるかあるいは静止表面
位置に設けられる。ドリルパイプ13を進めるためのこの
表面穴明け装置12の構造の詳細は、本発明は穴明け装置
自体ではなく、穴または他の通路の中心線そしてまたは
目標点の位置を決定するための方法と装置であるから、
ここでは省略する。
ドリルパイプ13はドリルヘッド15近辺に本発明におい
ては前部測定モジュール19と後部測定モジュール21の形
で用いられる位置測定装置を含む部分を含む。測定モジ
ュール19,21の夫々はドリルパイプ13の剛性をもった管
部分として構成するとよい。測定モジュール19と21はね
じれることのないように接続される。すなわち、これら
二つの測定モジュールはそれらの間の相対的な方位的結
合が動作中一定のままとなるように接続される。前部及
び後部測定モジュール19と21の夫々はそのまわりにあっ
て本発明の重要な部分を形成する歪みゲージセンサを有
する。これら測定モジュールの構成を動作は同じである
から、一方（19）のみを図2Aと2Bについて詳述する。
図2A、2Bに示すように、測定モジュール19はドリルパ
イプ13と同じ材料のような剛性をもつ材料からなる管状
部材17として形成される。複数の歪みゲージセンサ29が
測定モジュール19の周辺に配置される。図2Aに示すよう
にこれら歪みゲージセンサ29は管状部材17の両側、すな
わち互いに180°離れた一対の歪みゲージセンサが存在
するように対向する対として配置される。図2Aにおいて
は、これらの対はＡ−Ｄ、Ｂ−Ｅ、Ｃ−Ｆで示してい
る。３対歪みゲージセンサを図示しているが、それ以上
の対を使用しうる。図2Aに示すように、歪みゲージセン
サ対Ａ−Ｄ、Ｂ−Ｅ及びＣ−Ｆは測定モジュール19の周
辺に隣接センサ間で60°の間隔をもって配置される。
図2Bはまた一つの変更例を示しており、少くとも１個
の付加的歪みゲージセンサＡ′,B′,C′，…が歪みゲー
ジセンサA,B,C等の夫々に関連づけられている。これら
付加センサの夫々は対応する歪みゲージセンサA,B,C等
に対し管状部材17の全長に沿って短い距離だけ離されて
いる。付加センサＡ′,B′,C′，…は夫々のセンサA,B,
C,…と直列に配線されて歪みゲージセンサからの検出信
号を増大する。必要であれば、付加センサＡ″,B″,
C″，…（図示せず）も管状部材17の全長に沿って短い
距離だけ離されそしてセンサA,A′，…等と直列とされ
て長さを更に増大させてもよい。
図2Aの歪みゲージセンサは管状部材17の外周面上に装
着されるが、それらセンサはその内面に装着してもよ
い。しかしながら、測定モジュール19の内部に障害物の
ない流路を与え、それによりドリルヘッド15に加工液が
流れうるようにするために外面に歪みゲージセンサを配
置した方がよい。この外面装着の他の利点はそれがモジ
ュール19のセンタとセンサとの間の距離を最大にしてよ
り大きな歪み値を与え、それにより測定精度を上げるこ
とである。
これら歪みゲージセンサは内側に装着されても外側に
装着されてもカバー材料で液密的に保護される。更にこ
れらセンサはカプセル化されそして管状部材17の外面ま
たは内面に形成された凹みに配置しうる。
これら歪みゲージセンサＡ…Ｆは管状部材17が穴11を
取るときその部分17の曲がりを検出する。管状部材17の
曲がりは管状部材17が通る穴内のドリルストリング13の
軌跡により生じそして管状部材内の歪みに直接に関係す
る。従って、測定モジュール19を通路に次々に増分的に
押し込みそしてその曲げ歪みとその曲がりの生じる面に
ついての方位を検出し、押し込みとそれに関連する測定
面にこの曲げを３次元で表わす円弧を形成し、そしてそ
れら円弧をその形成時に次々に接続することにより、測
定モジュール19が通路を通るときのその位置の非常に正
確な決定が得られる。
歪みゲージセンサを位置情報の発生のために本発明の
装置に使用する方法を図３、４に示す。夫々の歪みゲー
ジセンサ29は切換え装置22を介して測定回路33に接続す
る。この測定回路33はアナログ−ディジタル変換器34に
接続するホイートストンブリッジからなる。センサＡと
Ｄ（またはＡ′とＤ′を用いればＡ＋Ａ′およびＤ＋
Ｄ′）等からの測定された歪みデータは測定回路33で測
定されそしてアナログ−ディジタル変換器34でディジタ
ル化され、そしてディジタルデータストリームとしてコ
ンピュータ37に送られる。コンピュータ37は歪みゲージ
センサ対Ａ−D,B−E,C−Ｆ（図４にはR1及びR4センサ対
として示されている）の夫々を基準抵抗R2とR3を有する
測定回路33に順次接続するように切換装置22を制御す
る。このブリッジ回路はR1＝R2＝R3＝R4のとき平衡す
る。各センサ対が測定回路33に接続されている間にこの
回路はコンピュータ37の制御によりドライバ24を介して
与えられる駆動入力電圧Einにより付勢されて測定回路3
3内の増幅器32への夫々の出力電圧E0を発生する。この
出力電圧はアナログ−ディジタル変換器34によりディジ
タル信号とされてコンピュータ37に入力データとして加
えられる。このように、コンピュータ37は、測定回路33
内の抵抗R1とR4の接続が、eAとeDを歪みゲージセンサＡ
とＤにより測定された歪みとするとセンサ対A,Dについ
て信号eA−eDに等しい差出力信号e0を発生するから、各
センサ対により測定された差歪みΔｅの量を表わすデー
タを得ることになる。
図５は図４の回路のホイートストンブリッジ部分を直
列となった複数のセンサ（例えば３個のA,A′,A″）に
適用しうるように変更したものを示す。
コンピュータ37はドリルパイプの押し込み毎にアナロ
グ−ディジタル変換器34から歪みゲージセンサの測定値
を得、そしてそれらを穴11内の測定位置での測定モジュ
ール19の曲がりについての曲率半径と方位を表わすデー
タに変換する。測定モジュール19が通じるに一定量ずつ
次々に押し込まれ、そして新しい歪みゲージセンサの測
定値が各点で得られると、それらは次々の円弧をつくる
べく増分動作検出器57から得られるドリルパイプ挿入深
さと共に使用される。直列に接続した円弧は通路の中心
線についての履歴データを与えると共に最終測定位置で
ある測定モジュールの現在位置を与える。
コンピュータ37はまた大域配向システムに対するイニ
シャライザ51から地中へのドリルパイプ13の進入配向に
ついての初期情報を受け、そしてこの初期情報から測定
モジュール19が穴を通るときそれについての通路及び位
置情報をセグメント毎に構成する。イニシャライザ51の
構成について以下に詳細に示す。
また、図３に示すようにコンピュータ37の出力38は測
定モジュール19が穴を通るときのその通路と現在位置に
ついての情報を与える。この出力は表示システム39に供
給される。表示システム39は、測定モジュール19の瞬間
的及び前記マッピングされた位置をx,y,z座標または極
座標または他の座標挿入長さを表示する位置表示装置41
を含む。更に、表示システム39は目標までの予定の通路
に対する測定モジュール19の現在位置を示す表示装置43
を含む。表示装置43からの情報は特にオペレータにより
所望の目標位置にドリルヘッド15を制御するために用い
られる。
コンピュータ37の出力データはまた方向制御システム
45に供給される。このシステムはドリルヘッド15がその
目標までの予定の通路に沿って動くようにドリルヘッド
15の方向をもった動きを自動的に制御するための制御信
号を発生する。システム45からのこの制御信号はドリル
ヘッド15の操縦機構47に加えられる。ドリルヘッド操縦
機構自体は周知であるからその動作の詳細はここでは述
べない。しかしながら、方向制御システムコンピュータ
45の出力により制御される制御可能な方向ドリルヘッド
47を組込んだ次の米国特許に注意すべきである： 米国特許第3,360,057号 米国特許第4,438,820号 米国特許第4,930,586号 図３の装置が現在及び過去の位置情報を得てプロット
する動作は図６の処理フローチャートに示してある。予
めセットした目標データがまずオペレータによりステッ
プ98でキーボードまたは他の入力装置を介して入れられ
る。増分距離カウンタがステップ100で０にリセットさ
れた後にコンピュータ37はステップ101で穴11へのドリ
ルパイプ13の進入時の大域初期配向情報を得る。この情
報はオペレータによりキーボードまたは他の入力装置に
より測定され手動で挿入しうるし、あるいは穴の入口に
配置されたイニシャライザ51により自動的に与えられ
る。イニシャライザ51は測定モジュール15が地中に入る
ときその大域配向情報を自動的に決定する。この情報は
コンピュータ37に測定モジュール79の正確な地中進入軌
跡を知らせ、コンピュータ37が初期大域配向データには
じめに測定され計算された通路データを適正に付加す
る。
図７は標準面測量基準すなわち、地球の重力場及び磁
場に対する初期配向情報を与えるために使用できるイニ
シャライザ51を示す。図７のイニシャライザは測地グリ
ッドまたは基準対象に対する地中進入点の位置を決定し
そして３次元原点を与え、この原点にすべての以降の測
定が指標づけられる。図７は局地測量グリッドに対して
“測量”された位置にある計測トラックの荷台から地中
にドリルパイプ13を入れる場合に適用されるイニシャラ
イザ57を示しているが、イニシャライザの機能に対し、
必ずしもトラックを用いる必要はない。
ドリルパイプの挿入時の初期条件を限定するに必要な
情報は測定モジュール19の軸の進入角、穴軸を通す垂直
面の交点の方位及び方位基準に対する基準歪みゲージセ
ンサ（センサＡ−Ｆの内の１個）の位置を含む。この情
報はイニシャライザ51から得られる。これを行う方法を
図7,8について述べる。
図８はこのイニシャライザの機能部分を示す。このイ
ニシャライザの中心を垂直に通るチューブ221はドリル
パイプ13の直径より僅かに大きい開口223を有する。こ
れは、ドリルパイプ13と測定モジュール19が、穴となる
位置にイニシャライザ51を置くとき通るスペースを与え
る。チューブ221の上下の端部にはセンタリングチャッ
ク225と227が装着される。これらの夫々は測定モジュー
ルに対して引かれ、それが長手方向の溝と係合し、チュ
ーブ221が既知の配向（基準歪みゲージセンサに対する
パイプのまわりのその方位）を有するようにする。この
ように、チャック225と227の上下のクランプがセットさ
れると、それらはイニシャライザ51を測定モジュール上
に中心づけたことになり、そして歪みゲージセンサに対
し正確な方位で配置したことになる。
２個のプレロードされた軸受229と231により中心チュ
ーブ221に円筒本体233が装着される。この本体はイニシ
ャライザに組込まれた電子測定装置用の装着プラットホ
ームである。図８の左側に示すように、二重軸傾斜計23
5がブラケットに装着され、そこから二つの直交面の夫
々における軸の傾斜を示す出力が出る。これにより、こ
のシステムは測定モジュール19と重力ベクトル間の角度
を計算することができる。
大きな精密歯車237が図８に示すように、このチュー
ブの外側に装着されている。これは光エンコーダ240の
軸に装着されたピニオン239と噛合いそれを駆動する。
この装置は１回転に4800パルスを発生する。これは比3:
1の歯車となっているから、中央チューブ221が１回転す
ると、14400パルスが発生する。このようにチューブ221
の方位はイニシャライザ233の方位に対し360/14400すな
わち0.025°の精度で測定できる。
２個のタブ241,243がグリッド位置と方向（方位）に
ついて測量された位置にある計測トラック台または地表
のくぼみと係合し、イニシャライザ本体233についての
基準方位をつくる。本体233の向きがきめられてしまう
と、光エンコーダ240の出力は中央チューブ221の方向を
示すべくコンピュータ37へと読込まれる。これは測定モ
ジュール19の軸を通る垂直面及び歪みゲージセンサの方
位位置に関係づけることができる。二重軸傾斜計の出力
もコンピュータ37に与えられる。このように、測量され
た基準に関連して用いられるイニシャライザ51は測定モ
ジュールが地中に入るときのその初期通路についてのす
べての情報をコンピュータ37に与える。これらはすべて
の以降の計算の出発点となるスタート条件である。イニ
シャライザ51は本発明により発生される位置ぎめ座標
（x,y,z）を地表上の従来の測量基準系に変換するため
の初期座標情報を与える。
図７はイニシャライザの使用を示す。ドリルパイプ13
と測定モジュール19のフィットと計測トラックの台また
は他の地表基準の穴へのそのタブ243の係合がわかる。
コンパスの磁針Ｎで示すように図７は方位基準がトラッ
クの台にあることを示している。
図６において、初期大域配向情報がステップ101でイ
ニシャライザ51からコンピュータ37に入れられると、測
定モジュール19はステップ102で通路に増分的に入れら
れそして、コンピュータ37は検出器57から増分押込み信
号を受けてドリルパイプ13の挿入長さ増分を記憶する。
このコンピュータは次にステップ103で予定の限界内で
最後に測定された位置が現在の目標位置と一致するかど
うかを比較することにより目標位置になったかどうかを
決定するためのチェックを行う。答えが肯定であれば、
ステップ125でこの手順は終了する。否定であれば、ド
リルパイプ13を押し込む装置がドリルパイプをステップ
104で更に一増分地中に押し込み、そしてコンピュータ3
7は検出器57から一増分押し込み信号を受けて挿入され
たドリルパイプ13の新しい挿入長さを記憶する。ドリル
パイプが一増分進んだ後に、測定モジュール19内の歪み
ゲージセンサＡ…Ｆが測定回路33（図３）に加えられる
駆動電圧Einにより対として励起されてステップ105で出
力電圧E0（図４）を得る。この電圧測定はアナログ−デ
ィジタル変換器34によりディジタル化されてコンピュー
タ37に送られる。コンピュータ37が歪みゲージセンサ対
（Ａ−D,B−E,C−Ｆ）の夫々についてのディジタル化さ
れた出力電圧E0を受けた後に、ステップ107で電圧E0を
次式を用いて個々の歪み測定値eA，eB，eC，eD，eE，eF
に変換する。
但しＫは歪みゲージ因子である。
次にステップ109で、コンピュータ37は歪み値eA，
eB，eC，eD，eE，eFをプロットする。曲がった円筒状チ
ューブのまわりの歪みは図9Bに示すように正弦波に従っ
て変化するから、コンピュータ37は正弦波を図9Bに示す
ように測定された歪みデータ点に効果的にフイットす
る。この曲線フイットが完了すると、コンピュータ37は
基準位相（例えば０°）に対する曲線上のセンサＡから
のデータのずれの位置を見い出す。歪みゲージセンサは
互いに60°離れているから、これはＡ（δ）について次
の式を解くことにより行われる。
これは正弦波曲線上の測定点Ａの位相位置および基準
（例えば０°）からのそのずれを与えそして測定モジュ
ール19により測定された曲面の向きを与える。
歪みの最大値も次式から得られる。
eA＝emax（sin A（δ）） ……（５） Ａ（δ）はステップ109で既知となり、eAはステップ1
07で既知となるから、値emaxはステップ110で決定出来
る。ステップ111は後部測定モジュール21から歪み測定
データを受けそしてステップ113はこれらデータを用い
てドリルパイプが回転するときに適正な配向データを維
持する。これについては次に詳述する。
コンピュータ37は次にステップ115で、この歪みデー
タを用いて測定モジュール19で測定された曲がりの曲率
半径を計算する。それに続き、ステップ117でコンピュ
ータ37は測定された歪みデータから円弧セグメントを構
成しそしてステップ119でそれらデータを最後の同様に
構成された円弧に付加する。この付加された通路の円弧
データはステップ121で記憶され、ステップ123で表示さ
れる。それに続き、このプロセスはステップ103に入
り、新しい測定点についてそれをくり返す。
ステップ115,117,119でのコンピュータ37による円弧
の歪み測定値から構成および順次付加の方法を図9A乃至
図16により詳述する。
図10A,10Bは測定モジュール19の管状部材17の曲がり
のない状態と曲がった状態を夫々示す。図10Bに示すよ
うに、部材17は外側弧長So，内側弧長Siおよび中心線長
Ｓを有する。これら三つの値は管状部材17が曲がってい
ないとき（図10A）には等しい。
測定モジュール19が通路を通るときに図10Bに示すよ
うに部材17が曲がると、値So，Si,Sは不等となる。管状
部材17に加わる歪みは次式で表わされる。
更に、曲げによる外側歪みeoと内側歪みeiがある。こ
れら歪みは次のように表わされる。
更に次のような差歪みがある。
上記の式において、ｄはパイプの既知の直径を表わ
し、eoとeiは歪みゲージセンサＡ…Ｆからの実際の歪み
測定に最もよく適合する図9Aの曲線およびステップ110
で決定される式（５）から決定される最大emax値と最小
emin値（emax＝−emin）である。このように、式（９）
を用いて値eo，ei，Δｅを求めそして次式で曲がったパ
イプの曲率半径ｒを計算する。
曲がったセグメントの曲率半径ｒがわかればスタート
点からのパイプセグメントの最終座標位置を決定するた
めの他の情報がとり出される。この取り出しを次式を用
いた２次元の場合について図11に示す。
ｘ＝r sin θ ……（12） ｙ＝ｒ（１−cos θ） ……（13） 上記の式を用いれば式（11），（12），（13）からの
θ,x,yの値を用いて点Ｐについての２次元直交座標を決
定することが出来る。
初期 セグメント測定がはじまる初期点P0は前述のよ
うにイニシャライザ51により自動的に正確に測量されあ
るいはオペレータにより入力される。点P0の既知の配向
を用いてコンピュータ37は測定されたセグメントについ
ての曲率半径ｒとθ,x,yの計算値とを用いて一つの円弧
についての最新の座標位置Ｐ（x,y,θ）を計算する。コ
ンピュータ37はこの円弧セグメントを表わすデータをメ
モリ内にマッピングする。
上記の解析は２次元であり、マッピングされた曲線セ
グメントの３次元配向ではない。
図12は上記の方法で決定した特定の２次元セグメント
についてすべての可能な配向を３次元で示す。
終点PxとPx+1で限定される曲線セグメントの配向を３
次元で決定するために、本発明は、点PxとPx+1について
直交座標で表わされる円弧の配向を与える図６のステッ
プ111−113を用いる。図9Aに示すように、図示の測定に
ついての曲面は基準センサ（歪みセンサＡ）から25°ず
れている。その理由はそれが０°の基準点からの測定さ
れフイットされた値のずれであるからである。すなわ
ち、ずれの量は、測定された曲線セグメントを含む一つ
の面の基準センサＡおよび測定モジュール19の軸を通る
基準面からのずれの度合を表わし、そしてステップ117
で構成された円弧についての配向を与える。このように
ステップ117を実行するとコンピュータはスタート点
Px、エンド点Px+1、曲率半径およびその円弧のある面に
ついての情報を得る。
ステップ117でコンピュータ37は穴内の特定の測定位
置における測定モジュール19の曲がりを表わす円弧を構
成するに充分な３次元情報を得る。測定中の穴セグメン
トを表わす円弧セグメントはここで完成し、そしてその
セグメントを表わすデータがステップ119で前に接続し
た円弧に付加され、ステップ121でこの新しい通路が記
憶される。
図13はコンピュータ37によるステップ103−117の実行
後にステップ119で生じる３次元円弧セグメントの連続
的な付加を示す。穴11内の測定モジュール19の現在位置
とそこまでの通路が次にステップ123で表示される。測
定モジュール19がドリルヘッド15に極めて接近している
かあるいはその一部である場合には、与えられる最新の
情報は通路内のドリルヘッド15の位置となる。同様に、
他の応用において、測定モジュール19が、通路と位置を
決定すべき特定の点近辺にあるとすれば、その点の位置
は容易に且つ正確に与えられる。
更に、測定モジュール19が通路を通るときその過去の
位置の時間的なマップが通路データのセグメント構成に
よりつくられる。
穴または通路に測定モジュール19を増分的に押し入
れ、（ステップ103）そして同様の歪みゲージセンサ測
定と曲率計算（ステップ105−115）を行うことにより、
一連の円弧がコンピュータ37により３次元で次々に決定
され（ステップ117）そして接続され（ステップ119）
て、測定モジュール19が通路を通るときのその現在位置
と穴の履歴通路マップ（直列円弧セグメントの全長）の
両方が正確に限定される。
測定モジュール19が通路に押し込まれるときに行われ
る複数の間隔をもった周期的な歪みゲージセンサの測定
の夫々について地表につくられる大域３次元座標系内に
円弧セグメントの夫々を発生するためステップ117と119
ではベクトル解析が用いられる。この処理シーケンスを
図14A,14B,15,16で説明する。
次に述べるベクトル解析において、マッピングされる
穴通路は図14A,14Bに示しそして下記の表１に限定する
パラメータにより限定される一連の曲がりからなるもの
とする。それら曲がり（短いものであるとき）は円に近
似出来る。
表1. 円形曲がりパラメータ Ｓ − 長さ ｒ − 曲率半径 θ − 中心角−S/r φ − 曲率半径に対するパイプ断面の周辺上の基準点
（歪みセンサＡ）からの時計方向の角度 ｙ軸− 曲がりの原点り中心でのパイプの断面に直角で
あってパイプの進行方向を正とする局部座標軸 ｚ軸− 円形パイプ断面の中心とパイプの周辺上の基準
点とを結ぶ線に沿った局部座標軸であって、基準点に向
う方向を正とする。
ｘ軸− 局部ＹおよびＺ軸に互いに直交する局部座標軸 図15は測定モジュール19の代表的な円形曲がりを示
す。各曲がりの端部において、次の曲がりの局部座標軸
をつくる３個のベクトルが限定される。それらベクトル
は、，，である。はパイプの長手軸に対し接線
となり、はパイプの断面の中心からパイプの周上の基
準点までのラインに沿っており、はパイプの断面にお
いてに直角である。ベクトルおよびは同じく各曲
がりの端で限定されそして新しい局部座標軸の計算に用
いられる。これらは曲面、その面内のおよびそれに直
角のを限定する。
測定モジュール19の通路のセグメント構成は前述のよ
うに、穴内のパイプの一回の押込みの終りで角度θと曲
率半径ｒがパイプ周辺の歪み測定から決定されるという
点で増分的である。次に角度φとベクトル，，が
この増分的押込みのはじめに局部座標にもとづき計算さ
れる。ベクトル，，は次に押し込みの局部座標軸
を限定するために用いられる。始めの押し込みについて
の，，は手動的に測定されあるいはイニシャライ
ザ51内の二重軸傾斜計235と光エンコーダ240の出力から
決定される。
コンピュータ37は図16に示すように曲がりの両端を結
ぶベクトルを計算する。ベクトルは座標変換により
その曲がりの終点の大域座標を計算するために用いられ
る。
以下はステップ117と119でコンピュータ37により実行
される計算アルゴリズムの数学的表現である。
夫々の円形に曲がったパイプ通路が図16のベクトル
によりマッピングされる。この局部座標系ではは次の
ように定義される。
＝−Dsin φ・＋rsin φ・＋Dcos φ・……（1
4） 但し、 Ｄ＝ｒ（１−cos φ） ……（15） であり、，，は座標軸（x,y,z）に沿った単位ベ
クトルである。
φとｒは押し込み前の曲がりのスタート時に決定され
る。φは次式で計算される。
但しＳはパイプの押し込み長さである。
夫々の円形の曲がりの端での３個の直交するベクトル
，，は次のように定義される。
−前述の通り −曲率半径に沿ったベクトル −パイプ断面内でに直交するベクトル 数学的にはは次の通りである。
但し、Rx，Ry，RzはＲのx,y,z成分である。
式（17）内の微分を行い、簡略化すると次のようにな
る。
＝−sin φ・sin θ・＋cos θ・＋cos φ・sin
θ・ ……（18） ベクトルは次のように定義される。
式（19）内の微分を行って簡略化すると次のようにな
る。
＝−sin φ・cos θ・−sin θ・＋cos φ・cos
θ・ ……（20） ベクトルはとのベクトル積である。
＝× ……（21） または ＝cos φ・＋０・＋sin φ・ ……（22） ３個のベクトル，，はパイプ通路内の次の円形
の曲がりの局部座標軸を決定するために用いられる。次
の円形曲がりのＺ軸をで表わすと、簡単なベクトル和
により次式が得られる。
＝・sin φ＋・cos φ ……（23） 式（18）のは次の曲がりのｙ軸と同じであるから次
の曲がりのｘ軸を表わすベクトルは次のように定義され
る。
＝× ……（24） とで限定される面はパイプの軸に直角のその断面内
にある。
，，の式は一つの円形曲がりの局所座標軸がパ
イプ通路内の前の曲がりのそれらから決定出来ることを
示している。
各円形曲がりの終点の大域座標の計算は座標変換に加
えて上記のように発生される関係を利用する。大域座標
系X,Y,Zに沿った単位ベクトルを，，とし、曲が
り１のスタート点の座標をX0，Y0，Z0とすると、大域座
標の局部座標への変換についての方向余弦は次のように
なる。
但し、０，０，０は曲がり１のスタート時に発生
する。
大域座標軸を局所軸に変換するベクトルは次の通りで
ある。１ ＝λ10・＋λ20・＋λ30・ ……（26）１ ＝μ10・＋μ20・＋μ30・ ……（27）１ ＝ν10・＋ν20・＋ν30・ ……（28） 曲がり１のエンドの大域座標は次の通りである。
第２以降の曲がりについてはエンド点の座標が上記の
ようにして計算される。曲がり２については新しい局所
軸の配向は１，１，１である。これらベクトルは
第２の曲がりで計算されて第３の曲がりについての
２，２，２の計算に用いられる。
曲がり２のエンド点を結ぶベクトルは２である。２ ＝Rx2・＋Ry2・＋Rz2・ ……（32） 但し、 Rx2＝−D sin φ ……（33） Ry2＝r sin θ ……（34） Rz2＝D cos φ ……（35） φとθは曲がり２のスタート時の歪み測定から計算さ
れる。
曲がり２についての９個の方向余弦は次のようにな
る。
新しい局所系25の大域軸を表わすベクトルは次の通り
である。２ ＝λ11・＋λ21・＋λ31・ ……（37）２ ＝μ11・＋μ21・＋μ31・ ……（38）２ ＝ν11・＋ν21・＋ν31・ ……（39） 曲がり２の終りの座標は次の通りである。
ステップ123（図６）で使用可能な現在の位置データ
は図３に示す方向制御システム45によりドリルヘッド15
を目標位置へと自動的に制御するために用いられる。
方向制御システム45はコンピュータを含み、そのコン
ピュータにより行われる処理は図17に詳細に示してあ
る。ステップ201において、コンピュータ37に記憶され
た現在位置座標（x,y,z）と方向ベクトルがメモリか
らとり出される。次にステップ203において、方向制御
システムのコンピュータはドリルヘッド15がその現在位
置から予定の目標に達するようにたどらねばならない方
向を表わす方向ベクトルを計算する。内積・がス
テップ205で形成されてベクトル間のずれ角を表わす値
Ωを与える。この値Ωから目標への新しい通路が、ドリ
ルパイプ13の曲がりについての物理的な限界と現在位置
と目標位置間にある考えられる妨害とを考慮してステッ
プ207で決定される。二つの可能性のある目標アプロー
チ209または211がドリルヘッド15を制御するために用い
られる。ステップ209においてドリルヘッド15がによ
り限定されるＳ曲線路に置かれ、これがそれを目標への
元の通路にもどす。ステップ211で半径の一定の円弧が
目標位置を通るように形成される。いずれの場合でもド
リルヘッド15を選ばれた通路（ステップ209または211で
限定される）上に置くように操縦機構を動作させるため
の方向性電圧信号がステップ213で発生される。これら
信号はドリルヘッド操縦機構（図３の47）に送られる。
図３は操縦制御信号を発生させるための別途の方向制
御システムコンピュータ45を示しているが、コンピュー
タ37に、図６の処理シーケンスのステップ123の後に図1
7のステップ201−213を実行させてこのタスクを行わせ
ることが出来る。
操縦制御出力信号はドリルヘッド15用の操縦機構47に
加えられる。
前述のように、２個の測定モジュール19,21を用い
て、測定モジュール19が穴を通るときその通路の連続的
なマッピングを行っている。測定モジュール21の目的を
次に述べる。モジュール19と21は構造と動作において同
じであり、互いに接近しており、それによりそれら間に
ねじれがなく、一方のモジュール内の歪みゲージセンサ
の向きは他方のセンサのそれと同じである。
測量がはじまるとき、前部の測定モジュール19は穴の
中であり、後部の測定モジュール21は穴の入口にある。
穴への入口は大域座標系の原点である。曲率半径とその
面の向きの第１回目の測定は前記測定モジュール19の歪
みゲージセンサからの歪みデータから行われる（図６、
ステップ103−123）。そのとき穴の入口にある後部測定
モジュール21の向きは前記測定モジュール19のセンサＡ
を通る基準面に関係させてその穴内のセンサの向きを決
定するために用いられる。その結果、前述のマッピング
手順を用いて第１の曲がりの限界的な特性が決定されそ
して大域座標系と基準面に対する前記測定モジュール19
の正確な位置が得られる。
ドリルパイプ13はその後前進され（ステップ104）て
後部測定モジュール21が穴の入口から前記モジュール19
が第１回の測定時にいた位置となる。ドリルストリング
13の前進はドリルパイプを回転させて行われ、そしてこ
のそして次々のより深いところでの測定について、穴か
ら伸びるドリルパイプの部分に対する測定モジュール19
内の歪みゲージセンサの向きが穴明け中のドリルパイプ
のねじれまたはその回転により、信頼しえないものとす
る。このように大域座標系に対する測定モジュール19の
歪みゲージセンサの向きは未知である。しかしながら、
前部測定モジュール19により第１回測定時に測定された
ドリル穴の曲がりの面の向きは変わっていない。そのと
きその決定が行われた位置となる後部測定モジュール21
は大域座標系のこの既知の面に対しそれらセンサがどの
ような向きになっているかを見い出すための読取を行う
ことが出来る。後部測定モジュール21のセンサの配向が
わかればその情報は前部測定モジュール19についての基
準を変換するために与えることが出来る。前部測定モジ
ュール19は読取られ（ステップ105−113）そしてコンピ
ュータ37がステップ113で、ステップ111で読取られた後
部モジュール21からのデータから再構成される方位デー
タについての基準で前部測定モジュール19のこの新しい
位置の正確な位置ぎめを計算する。このサイクルは、前
の測定中に前部の測定モジュール19により測定を行った
その位置で後部測定モジュール21が測定を行うことで連
続する。このように、基準面に対する歪みゲージセンサ
の配向はマッピングプロセスにおいて行われる。
後部測定モジュール21から基準修正データを得てそれ
を使用する処理シーケンスは図６のステップ113の部分
として実行されるサブルーチンとして図18に示されてい
る。ステップ303において、後部モジュール21のセンサ
対が励起されて歪み測定を行い、それがステップ305で
歪み値に変換される。これらの値はプロットされてステ
ップ307で正弦曲線をフイットする。この曲線のこの位
相は測定モジュール19が同じ測定点にあったときそれに
より得られた曲線の位相と比較される。ステップ301で
記憶される位相差は測定モジュール19が最後の測定を行
った回転位置からのその回転を表わし、そして図６のス
テップ115の実行前に測定モジュール19から得られたデ
ータを修正するために用いられる。
上記のように、本発明は通路にそう入される部材に装
着された測定モジュール19の位置を高精度で決定するた
めの方法及び装置を提供する。本発明は穴明けに使用す
るものとして特に説明したが、本発明は曲線通路にそう
入されたとき曲がるような任意の直線状部材に適用しう
る。
また本発明は穴明け中のドリルパイプ13の回転または
ねじれにより生じる位置的誤差を因子化するための方法
と装置を提供する。これは後部測定モジュール21により
得られたデータを用いた修正の必要性とその量を決定す
ることにより測定モジュール19により行われる測定で決
定された方位データの修正により生じる。このように、
このシステムは前部測定モジュール19が穴11を通るとき
それから得られた方位データを連続的に修正するため
に、前部および後部測定モジュール19,21間の方位デー
タ比較を用いる能力を有する。
測定装置は長い中空のチューブとして示したが、使用
状況により長いロッドまたはビームのような他の形状と
してもよい。
以上から明らかなように、本発明は測定モジュール19
の３次元通路を円弧の接続により与えることが出来、こ
れが穴並びに時間的な通路マップ内の測定モジュール19
の現在位置を与えることになる。表示モジュール39は測
定モジュール19の通路とその位置を３次元的に表示す
る。これはオペレータに測定モジュール19の正確で瞬間
的な位置を与える。この情報はまたドリルヘッドまたは
他の制御装置のオペレータがドリルヘッドを目標位置に
正確に方向づけることが出来るようにするため、現在位
置と目標通路位置の関係の形で表示することも出来る。
更に、実際の測定装置はドリルパイプ13のような従来
のそう入部材の外側に歪みゲージセンサを配置すること
を含むから、本発明は大きな変更を伴わずに現存する装
置に容易に適用しうる。穴明けについては本発明はドリ
ルヘッド15への加工液の通路用としてドリルパイプ13に
内部空間を与えることが出来る。
また本発明は人体内の内腔通信、曲線パイプおよび機
械または構造内の導管を含む任意の限定された通路にお
ける位置ぎめに適用しうる。これはより小さい径のドリ
ルパイプ13の使用を可能にするものである。
本発明の好適な実施例を図示し説明したが、本発明の
精神と範囲から逸脱することなく多くの変更を行うこと
が出来る。従って、本発明は以上の説明に限られるもの
ではなく請求範囲によってのみ限定されるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｅ２１Ｂ 47/18 (72)発明者 ハッツェル，ウイリアム ジョセフ アメリカ合衆国バージニア州、アレクサ ンドリア、セントラル、パーク、サーク ル、7900 (56)参考文献 特開 平２−201210（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32 E21B 7/04 E21B 47/12

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも（ａ）通路の通過位置および
    （ｂ）その通路内の測定装置の位置の内の一方を３次元
    的に決定するための方法において、 上記通路に上記測定装置を通す段階と、 上記測定装置が上記通路を通るとき、複数の測定点の夫
    々における上記測定装置の局所曲率半径およびその測定
    装置に対する曲面の関連する方位を決定する段階と、 夫々決定された局所曲率半径を表わす円弧セグメントを
    ３次元的空間で形成する段階と、 上記円弧セグメントを順次接続することにより、（ａ）
    上記通路の路および（ｂ）上記測定装置の位置の内の少
    くとも一方の３次元表現を構成する段階と、 を備えていることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記３次元表現を表示する段階を更に含む
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】前記３次元表現の表示手段は前記測定装置
    の位置を表示することを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  4. 【請求項４】前記３次元表現表示手段は前記通路の路を
    表示することを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】前記測定装置はチューブ、ロッドおよびビ
    ームの内の一つであり、前記夫々の局部曲率半径を測定
    する段階は上記測定装置の周辺の複数の点におけるその
    測定装置の壁における軸方向歪みを測定し、その測定さ
    れた軸方向歪みを局所曲率半径に変換する段階を含むこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】前記夫々の局所曲率半径の測定は更に基準
    に対し前記軸方向歪みを正規化する段階およびその正規
    化から上記基準に対する前記測定装置の曲面の方向を決
    定する段階を含むことを特徴とする請求項５記載の方
    法。
  7. 【請求項７】前記軸方向歪みは前記測定装置の外面のま
    わりの複数の点で測定されることを特徴とする請求項５
    記載の方法。
  8. 【請求項８】基準座標系に対する前記通路の初期配向を
    決定する段階を更に含み、上記初期配向を用いて前記円
    弧セグメントから前記３次元表現の構成を開始すること
    を特徴とする請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】基準点に対しそして前に測定された方法に
    対し予定の回転位置からの前記測定装置の回転的なずれ
    についての情報を周期的に決定しそしてその回転的なず
    れ情報を用いて次に測定される局部曲率半径に関連した
    方位の上記周期的測定を修正する段階を更に含んでいる
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記３次元表現を用いて目標穴明け位置
    にドリルを方向づける段階を更に含む請求項１記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】前記軸方向歪みは前記測定装置の周辺の
    まわりに間隔を置いて配置された複数の測定点対であっ
    て夫々の対の測定点が180°離されるようになった点対
    で測定され、前記夫々の曲率半径測定に関連した前記方
    位測定が基準曲線に対し上記複数の点での軸方向歪みを
    正規化しそして、その正規化から基準座標系に対する前
    記チューブの曲面の方位を決定することを特徴とする請
    求項５記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記測定装置の位置と共に目標位置を表
    示する段階を更に含むことを特徴とする請求項３記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】少くとも（ａ）通路の路位置および
    （ｂ）通路内の測定装置の位置の内の一つを３次元的に
    決定するための装置において、 上記測定装置が上記通路を通るとき複数の測定点の夫々
    において上記測定装置の局所曲率半径および関連する方
    位を３次元的に決定する手段と、 夫々の決定された局所曲率半径を表わす円弧セグメント
    を３次元空間で形成する手段と、 上記円弧セグメントを表わすデータを記憶する手段と、 上記記憶されたデータに応じて少くとも（ａ）上記通路
    の路および（ｂ）上記通路内の上記測定装置の位置の内
    の一方の３次元表現を形成する手段と、 を備えていることを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】少くとも（ａ）前記通路の路および
    （ｂ）前記測定装置の位置の内の一方の３次元表示を与
    える手段を更に含むことを特徴とする請求項13記載の装
    置。
  15. 【請求項１５】前記３次元表示は前記通路の路の表示で
    あることを特徴とする請求項14記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記３次元表示は前記測定装置の位置の
    表示であることを特徴とする請求項14記載の装置。
  17. 【請求項１７】前記表示手段は目標位置も表示すること
    を特徴とする請求項16記載の装置。
  18. 【請求項１８】前記測定装置はチューブ、ロッドまたは
    ビームであり、前記周期的に決定する手段は、 上記測定装置の周辺のまわりの複数の点において上記測
    定装置の壁の軸方向歪みを測定する手段と、 上記測定された軸方向歪みを局部曲率半径を表わすデー
    タに変換する手段と、 を含むことを特徴とする請求項13記載の装置。
  19. 【請求項１９】前記周期的に決定する手段は、 基準に対し前記軸方向歪みを正規化しそしてその正規化
    から上記基準に対する前記測定装置の曲面の方位を決定
    する手段を更に含むことを特徴する請求項18記載の装
    置。
  20. 【請求項２０】基準座標系に対する前記通路の初期姿勢
    を決定する手段を更に含む請求項13記載の装置。
  21. 【請求項２１】現在および前の測定間での前記測定装置
    の回転的なずれの量を表わす情報を周期的に決定する手
    段と、 上記回転的なずれを用いて、決定された局部曲率半径に
    関連する方位の次の決定を修正する手段と、 を更に含んでいることを特徴とする請求項13記載の装
    置。
  22. 【請求項２２】前記通路の中心線の路の３次元表示を表
    わすデータを用いて方向制御の可能な穴明け工具の位置
    を制御する手段を更に含むことを特徴とする請求項13記
    載の装置。
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