JP6128645B2 - 掘削機における計測データ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、掘削機における計測データ処理方法に関するものである。

従来、掘削軸に設けられる第一の計測センサと、駆動装置に設けられる第二の計測センサでの計測データを処理するデータ処理装置と、掘削軸に設けられる送信部および駆動装置に設けられる受信部とを有する無線伝送手段と、を備えた掘削機（例えば特許文献１参照）における計測データ処理方法が知られている。

無線伝送手段は、送信部が、第一の計測センサでの計測データを時分割で、途中に無線を介在させて受信部に伝送するものである。

特許第２６６９２０９号公報

上記のように、第一の計測センサでの計測データは、計測データと非計測データとが時分割で送信されているため、受信部で受信してデータ処理装置に送信した第一の計測センサでの計測データがデータ処理装置で受信された時点では、この第一の計測センサでの計測データの計測時点に第二の計測センサで計測されてデータ処理装置に送信された第二の計測センサでの計測データは、既に所定時間前にデータ処理装置で受信されており、第一の計測センサでの計測データと第二の計測センサでの計測データのデータ処理装置での受信の同期がとれていないものであった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、第一の計測センサでの計測データと第二の計測センサでの計測データのデータ処理装置での受信の同期をとることができる掘削機における計測データ処理方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、リーダ１３に沿って上下に移動自在となる移動体３と、移動体３に設けられる駆動装置と、前記駆動装置に接続されて回転駆動される掘削軸４と、掘削軸４に設けられる第一の計測センサ６と、前記駆動装置に設けられる第二の計測センサ７と、第一の計測センサ６および第二の計測センサ７での計測データを処理するデータ処理装置８と、掘削軸４に設けられる送信部９１と、前記駆動装置に設けられる受信部９２とを備え、第一の計測センサ６での計測データを時分割で、途中に無線を介在させて送信部９１から受信部９２に伝送する無線伝送手段９と、を備えた掘削機における、第一の計測センサ６での計測データが前記無線伝送手段９を介してデータ処理装置８に伝送され、第二の計測センサ７での計測データが有線によりデータ処理装置８に伝送される計測データ処理方法であって、第二の計測センサ７での計測データを一時記憶するバッファを備え、第一の計測センサ６での計測データと第二の計測センサ７での計測データとを同期させて、データ処理装置８に受信させることを特徴とするものである。

本発明にあっては、第一の計測センサでの計測データと第二の計測センサでの計測データのデータ処理装置での受信の同期をとることができるものである。

本発明の一実施形態の掘削機の正面図である。 同上の実施形態の掘削機の側面図である。 同上の実施形態の掘削機の概略構成図である。 同上の実施形態の掘削機の送信部および受信部におけるデータの処理を説明するタイムチャートを示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図１乃至図４に基いて説明する。

掘削機は、本実施形態では複数本の掘削軸４を備える多軸掘削機１として説明するが、特に多軸掘削機１に限定されない。

図１、図２に示すように、多軸掘削機１は、地面を走行自在な走行体１１と、走行体１１上に旋回自在に載設された本体１２とで主体が構成される。走行体１１としては、クローラを備えた既知のものが好適に利用されるが、特にこれに限定されない。

本体１２には、リーダ１３が垂直に立設するように設けられ、リーダ１３の前面部には、上下方向に亘ってガイドレール１４が設けられている。リーダ１３の前面部の前側には、軸回転装置（オーガ）が上下動自在に配設されるもので、本実施形態では、軸回転装置として、一列に並設される複数本（本実施形態では三本）の掘削軸４を有する多軸回転装置２が上下動自在に配設される。リーダ１３は、本体１２の前部に、本体１２に対して回転できないように立設固定してもよいし、本体１２に対して一定角度の範囲で首振り回動自在としてもよい。

多軸回転装置２は、移動体３と、掘削軸４とで主体が構成される。移動体３は、多軸回転装置２の上端部に位置するもので、機器が取り付けられる基体を備えている。基体には、ガイドレール１４に上下動自在にガイドされる被ガイド部３１と、外殻となるケーシング３２が設けられている。基体は、ワイヤー１５により吊り下げられており、ワイヤー１５は、リーダ１３の上端部や下端部に設けられたプーリ１６を介して、本体１２に設けられたワイヤー駆動装置１７の回転ドラムに巻き回されている。そして、回転ドラムを回転させることでワイヤー１５を巻き取ったり巻き戻したりして、移動体３および移動体３に取り付けられた掘削軸４（すなわち多軸回転装置２）が、リーダ１３に沿って上下に移動自在となるものである。

基体には、掘削軸４を回転駆動させるモータ等からなる駆動源が取り付けられ、ケーシング３２内に収容される。また、基体の下端部には、駆動源から掘削軸４に駆動力を伝達するための駆動力伝達装置３３が設けられ、駆動源および駆動力伝達装置３３により、掘削軸４を回転駆動させるための駆動装置が構成される。そして、駆動力伝達装置３３に、掘削軸４の上端部が接続され、駆動力伝達装置３３から掘削軸４が下方に伸びる状態で取り付けられる。これにより、駆動源からの駆動力が駆動力伝達装置３３を介して掘削軸４に伝達されて、掘削軸４が回転駆動される。

ガイドレール１４の下部には、上下動自在に筒状をした振れ止め枠（不図示）が取り付けられる。振れ止め枠内に複数の掘削軸４が挿通されて、振れ止め枠により掘削軸４の振れ止めが行われる。

図３に示すように、掘削軸４は、中空筒状をしたもので、地盤の掘削を行う先端軸４１と、先端軸４１と多軸回転装置２との間に介在する中継軸４２と、で構成される。先端軸４１は、地盤の掘削を行うもので、下端にビットが設けられる。また、先端軸４１と中継軸４２の外周面には、図１、図２に示すように、スクリューや撹拌翼等からなる攪拌手段４３が設けられる。中継軸４２は、先端軸４１が地盤の掘削を行って降下した際、掘削深度に応じて先端軸４１と多軸回転装置２との間に一本又は複数本接続されるもので、上端の中継軸４２が駆動力伝達装置３３に接続される。なお、このような先端軸４１と中継軸４２の接続方法は様々なものが既知となっており（一例として本出願人の多軸掘削機１における縦軸接続方法（特開平１０−３１７４２２号）参照）、これらが適宜利用可能であって、詳細な説明は省略する。

更に、本実施形態では、掘削軸４の内部にセメントミルク搬送管が設けられるとともに、先端軸４１の下端部にセメントミルク搬送管の下流端となる吐出口が設けられている。また、掘削軸４外に、セメントミルク搬送管にセメントミルクを供給するセメントミルク供給手段が設けられる。なお、本実施形態では、セメントミルク供給手段およびセメントミルク搬送管を備えているが、特にこれらを備えていなくてもよい。

本実施形態では、多軸回転装置２は複数の掘削軸４を備えており、上下方向の一箇所又は複数箇所において、複数の掘削軸４を連結バンド５により連結してある。連結バンド５は横方向に長い板状をした連結部に複数の軸受け部を横方向に一定間隔で設けたものである。各軸受け部にそれぞれの掘削軸４が回転自在に嵌挿されて、各掘削軸４が軸受け部内で回転自在となるが、各掘削軸４は軸受け部に対して上下方向に移動せず、各掘削軸４の相対位置も移動しないようになっている。

また、掘削機は制御部（不図示）を備えており、制御部により、ワイヤー駆動装置１７や多軸回転装置２の駆動装置等、掘削機の装置の駆動が制御される。制御部は、マイクロコンピュータからなるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置等の周辺機器で構成されるもので、様々な既知のものが適宜利用可能であり、特に限定されない。

以上が掘削機の基本的な説明であり、このような掘削機は、多軸回転装置２を下降させ、回転する複数の掘削軸４で掘削しながら地中に掘削軸４を挿入するものである。本実施形態のように、多軸掘削機１がセメントミルク供給手段およびセメントミルク搬送管を備えている場合には、先端軸４１のビットにより地盤を掘削すると共に噴射口よりセメントミルクを吐出し、攪拌手段４３により掘削土砂とセメントミルクとからなる固結用液状物とを攪拌混合し、地面下にソイルセメント柱を形成するものである。

このような掘削機には、通常、掘削精度を管理するため、様々な計測センサが設けられ計測センサにより計測されたデータがデータ処理装置８により処理されている。

本実施形態では、図３に示すように、計測センサは、掘削軸４に直接又は連結バンド５を介して設けられる第一の計測センサ６と、駆動装置に設けられる第二の計測センサ７と、第一の計測センサ６および第二の計測センサ７での計測データを処理するデータ処理装置８と、を備えるものである。データ処理装置８は、マイクロコンピュータからなるＣＰＵ、メモリやハードディスクのような記憶装置等からなる周辺機器を備えるもので、様々な既知のものが適宜利用可能であり、特に限定されない。このような第一の計測センサ６および第二の計測センサ７として、本実施形態ではねじれ計測手段が設けられるもので、その一例につき以下に概略を説明する。

連結バンド５とこれに対向する掘削軸４の外周下部とにそれぞれ、第一の計測センサ６として、検知部と被検知部とが設けられ、駆動力伝達装置３３とこれに対向する掘削軸４の外周上部とにそれぞれ、第二の計測センサ７として、検知部と被検知部とが設けられる。第一の計測センサ６および第二の計測センサ７によりねじれ計測手段が構成される。

なお、本実施形態では、第一の計測センサ６が設けられる連結バンド５は、最下部の連結バンド５であり、図３においては最下部以外の連結バンド５を省略している。また、最下部の連結バンド５は、本実施形態では中継軸４２を連結しているが、先端軸４１を連結してもよい。

第一の計測センサ６および第二の計測センサ７は、いずれも、掘削軸４の駆動力伝達装置３３に対する回転、掘削軸４の連結バンド５に対する回転を検出するためのものである。本実施形態では、掘削軸４の下部外周に、基点となる基点被検知部が設けられて被検知部が構成され、連結バンド５の掘削軸４を囲む部分に、基点被検知部を検知する検知部が設けられて、第一の計測センサ６が構成される。また、掘削軸４の上部外周に、基点となる基点被検知部が設けられて被検知部が構成され、駆動力伝達装置３３の掘削軸４との接続部３４を囲む部分に、基点被検知部を検知する検知部が設けられ、第二の計測センサ７が構成される。基点被検知部は、周方向のうち一箇所又は一定角度間隔で複数箇所設けられる。

ここで、基点被検知部と検知部とで構成される検知手段は、例えば、基点被検知部としてマグネット、検知部としてホール素子のような磁気センサからなる近接センサが好適に用いられる。上下の検知手段としては上記に限定されず、一方を金属、他方を近接センサとして基点を検知するもの、あるいは一方を超音波発生手段、他方を受信手段として基点を検知するもの、あるいは一方をレーザ発信部、他方をレーザ受信部として基点を検知するもの等が適宜利用可能である。

上記の第一の計測センサ６および第二の計測センサ７を用いて、連結バンド５の駆動力伝達装置３３に対する平面視におけるねじれた角度を求めるのである。ねじれた角度の算出方法は様々なものが既知となっており（一例として本出願人のねじれ計測方法（特許３８４０２３１号）参照）、これらが適宜利用可能であって、詳細な説明は省略する。

また、計測センサとしては、上記のねじれ計測手段以外にも、例えば傾斜計等、様々なものが設けられるもので、ねじれ計測手段に限定されない。上記傾斜計は、掘削軸４が地中でどの方向にどれだけ傾斜しているかを測定するためのもので、このような傾斜計および傾斜の計測方法は様々なものが既知となっており（一例として本出願人の掘削孔精度修正方法（特許３４０８２３０号）参照）、これらが適宜利用可能であって、詳細な説明は省略する。

以下に、計測センサでの計測データのデータ処理装置８への伝送（送信）について説明する。

第一の計測センサ６での計測データは、第一の計測センサ６が設けられている連結バンド５から、この連結バンド５が連結している中継軸４２に、スリップリング（不図示）を介して伝送される。なお、第一の計測センサ６の検知部が掘削軸４側に設けられる場合には、スリップリングは不要となる。

この中継軸４２内には、計測センサでの計測データを電流として送信するための送信部９１と、送信部９１に給電するためのバッテリー（不図示）と、が収容されている。送信部９１は、マイクロコンピュータと、メモリやハードディスクのような記憶手段と、計時手段（タイマ）とを備えるもので、中継軸４２内のセメントミルク搬送管が設けられていない部分に設けられ、この中継軸４２の上端部に向けて接続線４４が伸びている。なお、本実施形態では送信部９１が設けられるのは中継軸４２であるが、先端軸４１であってもよい。

掘削軸４および駆動力伝達装置３３には、誘導コイル９３が設けられる。誘導コイル９３は、掘削軸４および駆動力伝達装置３３の接続部３４の上端部や下端部（先端軸４１の下端部を除く）、駆動力伝達装置３３の接続部３４に近接する固定部に設けられる。先端軸４１と中継軸４２、又は、中継軸４２と中継軸４２、又は、中継軸４２（先端軸４１）と駆動力伝達装置３３の接続部３４、が接続されると、接続部３４においてこれらに設けられている誘導コイル９３が近接する。そして、近接する一対の誘導コイル９３のうち、送信側が一次コイルとなり、一次コイルに流れるデータとしての電流の変化により磁束が変動し、これに伴って、受信側の二次コイルに誘導電流が発生し、受信側にデータが伝送されるものである。

また、掘削軸４においては、下端部の誘導コイル９３と上端部の誘導コイル９３とは、掘削軸４内のセメントミルク搬送管が設けられていない部分に設けられる接続線４４を介して接続される。

駆動装置には、送信部９１からのデータとしての電流を受信する受信部９２が設けられるものである。受信部９２は、マイクロコンピュータと、メモリやハードディスクのような記憶手段と、計時手段（タイマ）とを備えるもので、本実施形態では、移動体３の基体に取り付けられケーシング３２内に収容されている。送信部９１と受信部９２とは、記憶手段に内蔵される制御プログラムにより制御されて、データの送受信を行うものである。また、定期的に同期信号を送受信して同期をとっている。

上記のような送信部９１、受信部９２、誘導コイル９３により、途中に無線を介在させて送信部９１から受信部９２にデータを伝送する無線伝送手段９が構成される。このような無線伝送手段９については様々なものが既知となっており（一例として本出願人の削孔軸捻れ計測装置を備えた多軸回転式削孔機（特許２８０５４２９号）参照）、これらが適宜利用可能である。

データ処理装置８は、掘削軸４以外の箇所に設けられるもので、例えば多軸掘削機１の本体１２に設けられたり、多軸掘削機１から離れて設けられてもよい。データ処理装置８は、接続線８１により受信部９２と接続されている。

このようにして、第一の計測センサ６での計測データは、無線伝送手段９を介してデータ処理装置８に伝送されるものである。

また、第二の計測センサ７は、駆動力伝達装置３３の掘削軸４との接続部３４に近接する固定部に検知部が設けられている。このため、第二の計測センサ７での計測データは、接続線７０により受信部９２に伝送され、データ処理装置８に伝送されるもので、途中に無線が介在することのない有線のみの伝送となる。

ねじれ計測手段によるねじれた角度の算出は、第一の計測センサ６および第二の計測センサ７での計測データの同期をとって演算処理する必要がある。ねじれ計測手段に限らず、第一の計測センサ６および第二の計測センサ７での計測データは、同期をとってデータ処理装置８において演算処理するものである。

本実施形態では、送信部９１は、第一の所定時間（例えば５０μｓｅｃ）毎に、第一の計測センサ６での計測データを取得する。これにあたって、まず１番目の計測データは、カウンター（以下、第一のカウンターとする）がリセットされた状態で、第一のカウンターをインクリメントするとともに、第一のカウンター値「１」に対応する計測データとして取得される。以降、第一の所定時間毎にｍ番目のデータの取得を行う。なお、取得されるデータは、例えばＯＮ／ＯＦＦの２値、所定の桁数の数値等、特に限定されない。また、データの取得にあたり、Ａ／Ｄ変換を行うもので、これについては既知であり詳細な説明は省略する。

そして、図４に示すように、送信部９１では、１番目〜Ｍ番目（例えばＭ＝５００）の計測データは、例えば、各ｍ番目のデータを全てそのまま、あるいは、間引きや演算等の加工を施したり、あるいは計測データが変化したｍ番目のデータにして記憶手段に記憶され、送信部９１から受信部９２に送信する計測データの最小単位となる１パケットのデータとして構成する。Ｍ番目のデータを取得すると、第一のカウンターをリセットし、次のパケットのデータの取得および記憶が開始される。

１パケットは、第二の所定時間ｔ_１（＝第一の所定時間×Ｍ）の間に計測されたデータで構成されるもので、本実施形態では、第二の所定時間ｔ_１（＝５０μｓｅｃ×５００≒２５ｍｓｅｃ）分のデータが１パケット分のデータを構成し、１ｓｅｃで４０パケット分のデータが生成される。

送信部９１は、記憶手段に記憶させた１パケットのデータを、第三の所定時間ｔ_２（例えばｔ_２＝２０ｍｓｅｃ）毎に、受信部９２に送信する。なお、第二の所定時間ｔ_１＞第三の所定時間ｔ_２である。送信部９１は、まず、カウンター（以下、第二のカウンターとする）がリセットされた状態で、第二のカウンターをインクリメントするとともに、第二のカウンター値「１」および所定の通信データを、第１パケットとして送信する。所定の通信データは、送信部９１と受信部９２とが定期的に通信を行う際の通信情報を含むものであり、上記計測データにより構成される１パケットのデータとは異なるデータ（非計測データ）である。所定の通信データは、第１パケット〜第Ｎ_０パケット（例えばＮ_０＝１０、なお、１でもよい）として送信される。

次に、１番目〜Ｍ番目の各パケット分のデータが、第（Ｎ_０＋１）パケット〜第Ｎパケット（例えばＮ＝５０）のデータとして、順次送信される。送信部９１は、第Ｎパケットのデータを送信すると、第二のカウンターをリセットする。

受信部９２は、第一の所定時間毎に、第二の計測センサ７での計測データを取得し、それぞれ第二の所定時間ｔ_１（＝第一の所定時間×Ｍ）の間に計測されたデータで構成される、１番目〜Ｍ番目の各パケット分のデータを生成し、記憶手段に記憶するもので、この点については、送信部９１での第一の計測センサ６での計測データの取得、記憶と同様である。

また、送信部９１と受信部９２は同期をとっており、第一の計測センサ６の計測データの各パケット分のうちのいずれが、第二の計測センサ７の計測データの各パケット分のうちのいずれと同時点で計測したものか、の対応関係が分かるように記憶される。例えば、各パケット毎にタイムスタンプを付与したり、同期をとった時点での第一の計測センサ６の計測データと第二の計測センサ７の計測データの各パケットにマーキングを付与する等により行われる。更に本実施形態では、同期をとって、送信部９１で記憶されている第一の計測センサ６の第１パケット〜第Ｎパケットの計測データと、受信部９２で記憶されている第二の計測センサ７の第１パケット〜第Ｎパケットの計測データと、をそれぞれ同時点のデータとなるようにしている。

上記のようにデータの伝送を行う無線伝送手段９にあっては、計測データと非計測データとを時分割で送受信するものである。これに対し、第一の計測センサ６および第二の計測センサ７では、計測データを常時取得するものであり、第一の計測センサ６および第二の計測センサ７での計測データは、それぞれの同時点での計測データをデータ処理装置８において演算処理する必要がある。

この場合、データ処理装置８では、特別な処理を施さない従来においては、無線伝送手段９を介して伝送されてきた第一の計測センサ６での計測データと、有線で伝送されてきた第二の計測センサ７での計測データとを、同時に伝送されたものを同時点での計測データとして演算する処理を行っていた。なお、ここで同時とは、厳密に同時でなくても、データ処理装置８での処理上、同時として扱われればよいものである。

しかしながら、第一の計測センサ６での計測データは、計測データと非計測データとが時分割で送信されている。このため、受信部９２で受信した第一の計測センサ６での計測データは、図４に示すように、これを受信した時点で受信部９２で受信した第二の計測センサ７での計測データとは、計測された時点が一致しない。本実施形態では、第一の計測センサ６での計測データは、１番目のパケットの計測データが、ｔ_２（＝２０ｍｓｅｃ）×Ｎ_０（＝１０）＝０．２ｓｅｃ遅延して、受信部９２に受信されて記憶装置に記憶される。

更に、記憶装置から第一の計測センサ６での計測データを読み出してデータ処理装置８に送信するのにも時間を要する
このため、この第一の計測センサ６での計測データの計測時点に第二の計測センサ７で計測され、受信部９２を介してデータ処理装置８に直接送信された第二の計測センサ７での計測データは、この第一の計測センサ６での計測データがデータ処理装置８に受信される所定時間前に、既にデータ処理装置８に受信されることとなっていた。

これに対し本発明では、有線で伝送されてきた第二の計測センサ７での計測データを、バッファに一時記憶させ、この計測データをデータ処理装置８に送信するのを所定時間遅延させることで、第一の計測センサ６での計測データと、この第一の計測センサ６での計測データの計測時点に第二の計測センサ７で計測された第二の計測センサ７での計測データとを、同期させて、データ処理装置８に受信され、演算処理に入力されるようにしている。これにより、第一の計測センサでの計測データと第二の計測センサでの計測データのデータ処理装置での受信の同期をとることが可能となる。

１ 多軸掘削機
１１ 走行体
１２ 本体
１３ リーダ
１４ ガイドレール
１５ ワイヤー
１６ プーリ
１７ ワイヤー駆動装置
２ 多軸回転装置
３ 移動体
３１ 被ガイド部
３２ ケーシング
３３ 駆動力伝達装置
３４ 接続部
４ 掘削軸
４１ 先端軸
４２ 中継軸
４３ 攪拌手段
４４ 接続線
５ 連結バンド
６ 第一の計測センサ
７ 第二の計測センサ
７０ 接続線
８ データ処理装置
８１ 接続線
９ 無線伝送手段
９１ 送信部
９２ 受信部
９３ 誘導コイル

Claims (1)

1. リーダに沿って上下に移動自在となる移動体と、
   前記移動体に設けられる駆動装置と、
   前記駆動装置に接続されて回転駆動される掘削軸と、
   前記掘削軸に設けられる第一の計測センサと、
   前記駆動装置に設けられる第二の計測センサと、
   前記第一の計測センサおよび前記第二の計測センサでの計測データを処理するデータ処理装置と、
   前記掘削軸に設けられる送信部と、前記駆動装置に設けられる受信部とを備え、前記第一の計測センサでの前記計測データを時分割で、途中に無線を介在させて前記送信部から前記受信部に伝送する無線伝送手段と、
   を備えた掘削機における、前記第一の計測センサでの前記計測データが前記無線伝送手段を介して前記データ処理装置に伝送され、前記第二の計測センサでの前記計測データが有線により前記データ処理装置に伝送される計測データ処理方法であって、
   前記第二の計測センサでの前記計測データを一時記憶するバッファを備え、
   前記第一の計測センサでの前記計測データと前記第二の計測センサでの前記計測データとを同期させて、前記データ処理装置に受信させることを特徴とする掘削機における計測データ処理方法。

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