JP5097887B2 - Misalignment measuring method in pipe position measuring device - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a misalignment measuring method in a pipe position measuring device, and in particular, by changing the azimuth angle (ψ) of the casing by 180 ° at a position where the casing is inclined by a predetermined angle with respect to the horizontal, By calculating the average value of the pitch angles (θ) when the angles (ψ) are 180 ° different from each other, the horizontal error contained in the pitch angle (θ) is canceled, and the housing and sensor box The present invention relates to a novel improvement for obtaining the misalignment between the X-axes so that the misalignment measurement accuracy can be improved and the hole path measurement accuracy can be improved.
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。
As this kind of pipe position measuring device used in the past, since it was recently developed in-house and has not been published as a public gazette, no patent documents are disclosed, but it is configured as shown in FIGS. Yes. FIG. 6 is a block diagram showing a conventional pipe position measuring apparatus, and FIG. 7 is a block diagram showing a hole path measured by the pipe position measuring apparatus of FIG. In the figure, a probe 2 is movably inserted into the excavated
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。
Here, since the angles θ and ψ obtained based on the probe data 7 are precisely the angles θ and ψ of the sensor box 21, if the angles θ and ψ are used as they are, the
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。
In the misalignment measuring method in the conventional pipe position measuring apparatus as described above, the
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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to improve misalignment measurement accuracy, and to achieve misalignment measurement in a pipe position measurement device that can improve hole path measurement accuracy. Is to provide a method.
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。 A misalignment measuring method in a pipe position measuring apparatus according to the present invention includes a housing for a probe inserted into a hole, and a sensor that is fixedly disposed in the housing and outputs probe data including at least angular velocity data and acceleration data. A box, a cable winder that winds up a cable connected to the housing or the sensor box, a cable length measuring device that outputs the cable speed of the cable, and the inside and outside of the housing Connected to the sensor box and the cable length measuring device, the pitch angle and azimuth angle of the housing are obtained based on the probe data, and the path of the hole is measured based on the pitch angle and azimuth angle and the cable speed. And a first X axis along the front-rear direction of the casing and the center. A misalignment measuring method in a pipe position measuring apparatus for measuring misalignment with the second X axis along the front-rear direction of the box, wherein the housing is inclined at a first angle with respect to the horizontal, By setting the roll angle of the housing to 0 °, changing the azimuth angle, and inputting a command signal to the calculation unit, the first and second pitch angles in a state where the azimuth angles are different from each other by 180 ° are obtained. The step of storing in the calculation unit and inputting a command signal to the calculation unit causes the calculation unit to obtain an average value of the first and second pitch angles, and is included in the first and second pitch angles. Canceling the first angle, obtaining a misalignment around the Y axis along the horizontal direction of the case, and tilting the case relative to the horizontal by a second angle that is the same as or different from the first angle At the position of the housing By changing the azimuth angle to 90 °, changing the azimuth angle, and inputting a command signal to the calculation unit, the calculation unit can calculate the third and fourth pitch angles in a state where the azimuth angles are different from each other by 180 °. And an instruction signal is input to the calculation unit, thereby causing the calculation unit to obtain an average value of the third and fourth pitch angles, and included in the third and fourth pitch angles. Canceling the second angle and obtaining misalignment around the Z-axis along the vertical direction of the housing.
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。 According to the misalignment measuring method in the pipe position measuring apparatus of the present invention, the average value of the first and second pitch angles and the average value of the third and fourth pitch angles are obtained and included in each pitch angle. Since the horizontal error (first and second angles) is canceled, the misalignment measurement accuracy can be improved, and the hole path measurement accuracy can be improved.
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。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
Embodiment The overall configuration of the pipe position measuring apparatus according to the embodiment of the present invention is the same as the conventional configuration (FIG. 6), and therefore, the same parts as the conventional example are not described and are different from the conventional example. Only the part will be described. In addition, the same code | symbol is demonstrated about the part which is the same as that of a conventional structure, or an equivalent. The operation mode of the calculation unit 10 (see FIG. 6) of this embodiment is the path measurement mode for measuring the path of the
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。
FIG. 1 is a side view showing a scene of a misalignment measuring method in a pipe position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, where the roll angle φ and the azimuth angle ψ of the
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)
At this time, if the
θ 1 = ε Y + α (1)
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。
Next, FIG. 3 is a side view showing a state where the roll angle φ of the
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)
Here, the second pitch angle θ 2 still includes an error with respect to the horizontal (first angle α), but the azimuth angle ψ is changed by 180 °, so that the sign is inverted. ing. That is, the second pitch angle θ 2 is expressed by the following formula (2).
θ 2 = ε Y −α (2)
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)
Therefore, by inputting a command signal to the
(Θ 1 + θ 2 ) / 2 = {(ε Y + α) + (ε Y −α)} / 2 = ε Y (3)
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。
Next, a method for measuring misalignment ε Z around the Z axis will be described. 4 is a side view showing a state in which the roll angle φ of the
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)
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, a command signal is input to the
θ 3 = ε Z + β (4)
θ 4 = ε Z −β (5)
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)
Accordingly, a command signal is input to the
(Θ 3 + θ 4 ) / 2 = {(ε Z + β) + (ε Z −β)} / 2 = ε Z (6)
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。
After calculating the misalignment ε Y and ε Z , the
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。 1 hole, 2 probe, 3 cable winder, 4 cable, 6 cable length measuring device, 7 probe data, 7a angular velocity data, 7b acceleration data, 8 cable velocity, 10 calculation unit, 20 housing, 21 sensor box, α , Β First and second angles, ε Y Y-axis misalignment, ε Z Z-axis misalignment, θ pitch angle, θ 1 to θ 4 First to fourth pitch angles, φ Roll angle, ψ Azimuth.
Claims (1)
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。 A housing (20) of the probe (2) inserted into the hole (1), and probe data (at least including angular velocity data (7a) and acceleration data (7b) while being fixedly disposed in the housing (20)). 7), a cable winder (3) for winding up the cable (4) connected to the housing (20) or the sensor box (21), and the cable (4). A cable length measuring device (6) for outputting the cable speed (8) of the cable, and being arranged inside or outside the housing (20) and connected to the sensor box (21) and the cable length measuring device (6). Based on the probe data (7), the pitch angle (θ) and azimuth angle (ψ) of the casing (20) are obtained, and the pitch angle (θ) and azimuth angle (ψ) and the cable speed (8) are obtained. And based on The first X axis along the front-rear direction of the casing (20) and the front and rear of the sensor box (21) using a pipe position measuring device including a calculation unit (10) that measures the path of the hole (1) A misalignment measuring method in a pipe position measuring device for measuring misalignment (ε) between the second X axis along a direction,
At a position where the casing (20) is inclined by a first angle (α) with respect to the horizontal, the roll angle (φ) of the casing (20) is set to 0 ° and the azimuth angle (ψ) is changed. By inputting a command signal to the arithmetic unit (10), the first and second pitch angles (θ 1 , θ 2 ) in a state where the azimuth angles (ψ) are different from each other by 180 ° are obtained as the arithmetic unit (10 ) Memorize the process,
By inputting a command signal to the calculation unit (10), the calculation unit (10) calculates an average value of the first and second pitch angles (θ 1 , θ 2 ), and the first and second Canceling out the first angle (α) included in the pitch angles (θ 1 , θ 2 ) and obtaining misalignment (ε Y ) around the Y axis along the left-right direction of the housing (20); ,
The roll angle (φ) of the casing (20) is 90 ° at a position where the casing (20) is inclined with respect to the horizontal by a second angle (β) that is the same as or different from the first angle (α). At the same time, the azimuth angle (ψ) is changed, and a command signal is input to the calculation unit (10), so that the third and fourth pitch angles (θ 3 , θ 4 ) in the arithmetic unit (10);
By inputting a command signal to the calculation unit (10), the calculation unit (10) calculates the average value of the third and fourth pitch angles (θ 3 , θ 4 ), and the third and fourth Canceling out the second angle (β) included in the pitch angles (θ 3 , θ 4 ) and obtaining misalignment (ε Z ) around the Z axis along the vertical direction of the housing (20); A misalignment measuring method in a pipeline position measuring apparatus, comprising:
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