JP6648454B2

JP6648454B2 - 孔内調査装置

Info

Publication number: JP6648454B2
Application number: JP2015181684A
Authority: JP
Inventors: 大輔藤岡; 浩二畑
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2035-09-15
Also published as: JP2017056778A

Description

本発明は、ボーリング孔の孔内を調査する孔内調査装置に関する。

自走して孔内を調査する管内作業装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の管内作業装置は、走行台車の前方部分に設けた発信装置から被検体表面へ向けて信号波を発信させ、走行台車の後方部分に設けた受信装置で伝達された信号波を受信し、受信信号の波形に基づいてコンクリート管等の健全性を検査する。

特開２００５−２８０３７１号公報

しかしながら、ボーリング孔の孔内調査は、掘削中や掘削直後に行われることが一般的であり、孔内の孔壁が荒れ、水流が発生している場合も多い。従って、ボーリング孔の孔内は、走行台車に取って過酷な悪路となり、走行台車を安定して走行させることは困難であった。特に、ボーリング孔が長い場合には、走行台車が孔内で立ち往生して回収不能になる虞も大きくなる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、ボーリング孔の孔内を安定して走行することができる自走装置を備えた孔内調査装置を提供することにある。

本発明の孔内調査装置は、ボーリング孔の孔内を走行する自走装置と、当該自走装置の走行を制御する制御装置とを有する孔内調査装置であって、前記自走装置は、孔内を調査する調査装置と、走行車両と、一端側がヒンジ部を介して前記走行車両に接続されたアームと、該アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪と、前記アームに対して、前記走行車両と前記上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段とを具備し、前記上孔壁駆動輪が設けられた前記アームとして、上孔壁に当接する第１上孔壁駆動輪が他端側に設けられた第１アームと、上孔壁に当接する第２上孔壁駆動輪が他端側に設けられた第２アームとを備えると共に、前記調査装置として、前記第１アームの他端側に設けられ、前記第１上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を発信する発信装置と、前記第２アームの他端側に設けられ、前記第２上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を受信する受信装置とを備え、前記自走装置は、前記第１上孔壁駆動輪の回転角度位置を検出する第１回転検出手段と、前記第２上孔壁駆動輪の回転角度位置を検出する第２回転検出手段と、前記第１アームの角度を検出する第１角度検出手段と、前記第２アームの角度を検出する第２角度検出手段とを具備すると共に、前記制御装置は、前記第１回転検出手段及び前記第２回転検出手段によって検出される前記第１上孔壁駆動輪及び前記第２上孔壁駆動輪の回転角度位置に基づいて、前記第１上孔壁駆動輪の回転と前記第２上孔壁駆動輪の回転とを同期させ、前記発信装置と前記受信装置とを同じタイミングで上孔壁に接触させる走行制御部と、前記発信装置から発信された弾性波が前記受信装置によって受信されるまで弾性波測定時間を計測する受信部と、前記第１角度検出手段及び前記第２角度検出手段によって検出される角度に基づいて、前記発信装置と前記受信装置との距離を測定距離として演算する測定距離演算部とを具備することを特徴とする。
また、本発明の孔内調査装置は、ボーリング孔の孔内を走行する自走装置と、当該自走装置の走行を制御する制御装置とを有する孔内調査装置であって、前記自走装置は、孔内を調査する調査装置と、走行車両と、一端側がヒンジ部を介して前記走行車両に接続されたアームと、該アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪と、前記アームに対して、前記走行車両と前記上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段とを具備し、前記調査装置は、前記上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁の一軸圧縮強度を測定する硬度測定装置であることを特徴とする。
また、本発明の孔内調査装置は、ボーリング孔の孔内を走行する自走装置と、当該自走装置の走行を制御する制御装置とを有する孔内調査装置であって、前記自走装置は、孔内を調査する調査装置と、走行車両と、一端側がヒンジ部を介して前記走行車両に接続されたアームと、該アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪と、前記アームに対して、前記走行車両と前記上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段とを具備し、前記調査装置は、孔内を撮影するカメラ部と下孔壁に傷を付ける傷生成装置とであり、前記傷生成装置は、下孔壁に対して離接可能に構成されていることを特徴とする。
さらに、本発明の孔内調査装置において、前記傷生成装置は、下孔壁に当接して傷を付ける当接部材がそれぞれ取り付けられる複数の刃先を具備していても良い。
さらに、本発明の孔内調査装置において、前記モーメント付与手段は、前記ヒンジ部と
して機能するモーメント付与モータであり、前記制御装置は、前記モーメント付与モータ
のトルクを制御するトルク制御部を備えていても良い。

本発明によれば、走行車両には下孔壁から、上孔壁駆動輪には上孔壁からそれぞれ反力が作用するため、自走装置は、ボーリング孔の孔内を安定して走行することができるという効果を奏する。

本発明に係る孔内調査装置の第１の実施の形態の構成を示す側面図である。図１に示す自走装置の構成を示す上面図である。図１に示す自走装置の構成を示す側面図である。図２に示す各ヒンジ部の構成を示す上面図である。図１に示す発信装置及び受信装置の構成を示す図である。本発明に係る孔内調査装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。図１に示す自走装置をボーリングロッド上に走行させる例を示す図である本発明に係る孔内調査装置の第２の実施の形態の構成を示す側面図である。本発明に係る孔内調査装置の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。本発明に係る孔内調査装置の第３の実施の形態の構成を示す側面図である。図１０に示す傷生成装置の構成を示す図である。本発明に係る孔内調査装置の第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施の形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の孔内調査装置は、図１に示すように、自走装置１００と、自走装置１００を制御する制御装置２００とからなり、掘削した水平孔等のボーリング孔３００の孔内を自走装置１００が自走し、ボーリング孔３００の孔内を調査（撮影と弾性波計測）する装置である。なお、第１の実施の形態では、自走装置１００と制御装置２００とをケーブル４００によって接続するように構成したが、自走装置１００と制御装置２００とは、無線で接続するようにしても良く、自走装置１００に制御装置２００を組み込んで構成するようにしても良い。

自走装置１００は、図１及び図２を参照すると、左右一対の無限軌道（キャタピラ）１ａを備えた走行車両１と、ボーリング孔３００の孔内を撮影するカメラ部２と、孔内の上孔壁に当接する第１上孔壁駆動輪３と、第１上孔壁駆動輪３よりも後方で孔内の上孔壁に当接する第２上孔壁駆動輪４とを備えている。走行車両１は、左右一対の無限軌道（キャタピラ）１ａがそれぞれ取り付けられた左右一対のシャーシ１ｂを備えている。カメラ部２は、カメラ支持アーム５によって走行車両１のシャーシ１ｂと接続されている。また、第１上孔壁駆動輪３は、第１アーム６ａによって走行車両１のシャーシ１ｂと接続されていると共に、第２上孔壁駆動輪４は、第２アーム６ｂによって走行車両１のシャーシ１ｂと接続されている。なお、走行車両１は、無限軌道１ａの代わりに駆動輪を備えていても良い。

図２及び図３を参照すると、カメラ支持アーム５の一端側は、第１ヒンジ部１０によって走行車両１のシャーシ１ｂに回動可能に接続され、カメラ支持アーム５の他端側（解放端側）にカメラ部２が取り付けられている。また、第１アーム６ａの一端側は、第２ヒンジ部２０によって走行車両１のシャーシ１ｂと回動可能に接続され、第１アーム６ａの他端側（解放端側）に第１上孔壁駆動輪３が回転可能に取り付けられている。さらに、第２アーム６ｂの一端側は、第３ヒンジ部４０によって走行車両１のシャーシ１ｂと回動可能に接続され、第２アーム６ｂの他端側（解放端側）に第２上孔壁駆動輪４が回転可能に取り付けられている。なお、図２及び図３は、一方の無限軌道（キャタピラ）１ａを取り除いた状態が示されている。

図４（ａ）を参照すると、第１ヒンジ部１０は、本体（ハウジング）がカメラ支持アーム５に固定され、左右両側に回動軸１１となるモータ軸を突出させた姿勢制御モータ７で構成されている。姿勢制御モータ７のモータ軸（回動軸１１）は、走行車両１の左右一対のシャーシ１ｂにそれぞれ固定されている。姿勢制御モータ７としては、回転角度を制御可能なサーボモータが用いられる。姿勢制御モータ７の回転によって、走行車両１のシャーシ１ｂと第１アーム６ａとの回動角度θａ（図１参照）が変更される。

また、図４（ａ）を参照すると、走行車両１の左右一対のシャーシ１ｂには、無限軌道１ａの起動輪を駆動する駆動モータ８ａがそれぞれ固定されている。駆動モータ８ａのモータ軸が無限軌道１ａの起動輪を駆動する第１駆動軸１２となる。駆動モータ８ａとしては、例えば、ロータを扁平にした薄型のブラシレスＤＣモータを用いることができる。なお、第１の実施の形態では、回動軸１１と第１駆動軸１２とを同軸上に配置させたが、回動軸１１と第１駆動軸１２とをずらして配置しても良い。

図４（ｂ）を参照すると、第２ヒンジ部２０は、本体（ハウジング）が第１アーム６ａに固定され、左右両側に回動軸２１となるモータ軸を突出させたモーメント付与モータ９ａで構成されている。モーメント付与モータ９ａのモータ軸（回動軸２１）は、走行車両１の左右一対のシャーシ１ｂにそれぞれ固定されている。モーメント付与モータ９ａとしては、トルクを制御可能なサーボモータが用いられる。モーメント付与モータ９ａは、第１アーム６ａに対してシャーシ１ｂから離れる方向（図１に示す矢印Ａの方向）のモーメント、すなわち走行車両１（シャーシ１ｂ）と第１上孔壁駆動輪３とが上下に離間する方向のモーメントを付与する。このモーメントによって、無限軌道１ａには下面側の孔壁からの反力が、第１上孔壁駆動輪３には上孔壁からの反力がそれぞれ作用する。

図４（ｃ）を参照すると、第１アーム６ａの他端側（解放端側）には、第１上孔壁駆動輪３を駆動する駆動モータ８ｂが固定されている。駆動モータ８ｂのモータ軸が第１上孔壁駆動輪３を駆動する第２駆動軸３１となる。駆動モータ８ｂとしては、例えば、ロータを扁平にした薄型のブラシレスＤＣモータを用いることができる。

図４（ｄ）を参照すると、第３ヒンジ部４０は、本体（ハウジング）が第２アーム６ｂに固定され、左右両側に回動軸４１となるモータ軸を突出させたモーメント付与モータ９ｂで構成されている。モーメント付与モータ９ｂのモータ軸（回動軸４１）は、走行車両１の左右一対のシャーシ１ｂにそれぞれ固定されている。モーメント付与モータ９ｂとしては、トルクを制御可能なサーボモータが用いられる。モーメント付与モータ９ｂは、第２アーム６ｂに対してシャーシ１ｂから離れる方向（図１に示す矢印Ｂの方向）のモーメント、すなわち走行車両１（シャーシ１ｂ）と第２上孔壁駆動輪４とが上下に離間する方向のモーメントを付与する。このモーメントによって、無限軌道１ａには下面側の孔壁からの反力が、第２上孔壁駆動輪４には上孔壁からの反力がそれぞれ作用する。

図４（ｅ）を参照すると、第２アーム６ｂの他端側（解放端側）には、第２上孔壁駆動輪４を駆動する駆動モータ８ｃが固定されている。駆動モータ８ｃのモータ軸が第２上孔壁駆動輪４を駆動する第３駆動軸５１となる。駆動モータ８ｃとしては、例えば、ロータを扁平にした薄型のブラシレスＤＣモータを用いることができる。

第１アーム６ａの他端側（解放端側）には、発信装置７０ａが設けられている。発信装置７０ａは、第２駆動軸３１、もしくは第１上孔壁駆動輪３の側面に固定されており、第１上孔壁駆動輪３の回転に伴って間欠的にボーリング孔３００の上孔壁に接触する。すなわち、発信装置７０ａは、ボーリング孔３００の上孔壁と接触する接触部を有し、その接触部が第１上孔壁駆動輪３の外周の１カ所に設けられている。従って、第１上孔壁駆動輪３が１回転すると、発信装置７０ａの接触部が被検体であるボーリング孔３００の上孔壁に１回接触する。

第２アーム６ｂの他端側（解放端側）には、受信装置７０ｂが設けられている。受信装置７０ｂは、第３駆動軸５１、もしくは第２上孔壁駆動輪４の側面に固定されており、第２上孔壁駆動輪４の回転に伴って間欠的にボーリング孔３００の上孔壁に接触する。すなわち、受信装置７０ｂは、発信装置７０ａと同様に、ボーリング孔３００の上孔壁と接触する接触部を有し、その接触部が第２上孔壁駆動輪４の外周の１カ所に設けられている。従って、第２上孔壁駆動輪４が１回転すると、受信装置７０ｂの接触部が被検体であるボーリング孔３００の上孔壁に１回接触する。

発信装置７０ａ及び受信装置７０ｂは、同一の構成を有しており、図５を参照すると、圧電素子７１と、圧電素子７１に接触して設けられ、ボーリング孔３００の上孔壁と接触する接触部として機能する保護部材７２とを備えている。以下、発信装置７０ａに基づいて、詳細な構成について説明する。圧電素子７１及び保護部材７２は、回動軸２２の法線方向に移動可能に設けられ、付勢手段であるバネ７３によって回動軸２２から遠ざかる方向に付勢されている。図５（ａ）に示すように、発信装置７０ａがボーリング孔３００の上孔壁と接触していない状態では、保護部材７２のボーリング孔３００の上孔壁と接触面は、第１上孔壁駆動輪３の外周面から突出する。これにより、図５（ｂ）に示すように、発信装置７０ａがボーリング孔３００の上孔壁と接触する状態では、保護部材７２の接触面が、バネ７３によって付勢された状態でボーリング孔３００の上孔壁と接触する。なお、第１上孔壁駆動輪３としてゴムタイヤを採用すると、ゴムタイヤの弾性変形を考慮でき、発信装置７０ａがボーリング孔３００の上孔壁と接触していない状態では、保護部材７２の接触面は、第１上孔壁駆動輪３の周面付近に位置していればよい。また、保護部材７２のボーリング孔３００の上孔壁と接触面は、曲面に形成されている。これにより、保護部材７２の接触面は、第１上孔壁駆動輪３の回転に伴って接触位置を変えながらボーリング孔３００の上孔壁に対して所定時間接触する。さらにまた、バネ７３は、第１上孔壁駆動輪３の回転に伴って保護部材７２が被検体表面に当接する際の衝撃を吸収するダンパーとしても機能する。

図６には、第１の実施の形態の孔内調査装置の概略構成を示すブロック図が示されている。
図６を参照すると、自走装置１００において、無限軌道１ａの起動輪を駆動する駆動モータ８ａには、駆動モータ８ａの回転角度位置を検出するエンコーダ１３が、発信装置７０ａが設けられている第１上孔壁駆動輪３を駆動する駆動モータ８ｂには、駆動モータ８ｂの回転角度位置を検出するエンコーダ３２が、受信装置７０ｂが設けられている第２上孔壁駆動輪４を駆動する駆動モータ８ｃには、駆動モータ８ｃの回転角度位置を検出するエンコーダ５２がそれぞれ設けられている。また、第２ヒンジ部２０として機能するモーメント付与モータ９ａには、モーメント付与モータ９ａの回転角度位置を検出するエンコーダ２２が、第３ヒンジ部４０として機能するモーメント付与モータ９ｂには、モーメント付与モータ９ｂの回転角度位置を検出するエンコーダ４２がそれぞれ設けられている。さらに、カメラ部２は、図示しないバッテリ等を電源として発光して孔内を照射する照射部２ａと、孔内を撮影するカメラ２ｂと、カメラ部２の姿勢を検出して姿勢信号を出力するジャイロセンサー２ｃとを備えている。カメラ２ｂとしては、前方を撮影する前方視カラーカメラ、孔壁を撮影するボアホールカメラ、孔壁の温度を映像として撮影する赤外線カメラ等を用いることができる。これらのカメラは、調査の目的に応じて適宜選定することができる。また、複数のカメラをカメラ部２に搭載するようにしても良い。

制御装置２００は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、液晶ディスプレイ等の表示部２１０と、キーボート等の入力部２２０と、半導体メモリやＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶手段である記憶部２３０と、制御部２４０とを備えている。制御部２４０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピューター等の情報処理部である。ＲＯＭには制御装置２００の動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。制御部２４０は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで、入力部２２０から入力された所定の指示情報に応じて装置全体の制御を行う。また、制御部２４０は、走行制御部２４１、姿勢制御部２４２、トルク制御部２４３、走行距離演算部２４４、映像処理部２４５、発信部２４６、受信部２４７、測定距離演算部２４８として機能する。

走行制御部２４１は、入力部２２０から受け付けた走行指示（走行速度、走行方向等）に基づいて、駆動モータ８ａ、８ｂ、８ｃを駆動し、自走装置１００を前進もしくは後退させる。また、走行制御部２４１は、エンコーダ３２から入力される駆動モータ８ｂの回転角度位置と、エンコーダ５２から入力される駆動モータ８ｃの回転角度位置とに基づいて、発信装置７０ａが設けられている側の第１上孔壁駆動輪３の回転角と、受信装置７０ｂが設けられている側の第２上孔壁駆動輪４の回転角とを同期させ、発信装置７０ａの保護部材７２がボーリング孔３００の上孔壁と接触するタイミングで、受信装置７０ｂの保護部材７２をボーリング孔３００の上孔壁に接触させる。さらに、走行制御部２４１は、発信装置７０ａの保護部材７２と受信装置７０ｂの保護部材７２とがボーリング孔３００の上孔壁に接触するタイミングを発信部２４６と測定距離演算部２４８とに通知する。

姿勢制御部２４２は、ジャイロセンサー２ｃから入力される姿勢信号に基づいて、第１ヒンジ部１０の姿勢制御モータ７を制御することで、カメラ部２の姿勢が一定になるように、カメラ支持アーム５と走行車両１のシャーシ１ｂとの回動角度θａ（図１参照）を変更させる。

トルク制御部２４３は、入力部２２０から受け付けたトルク指示に基づいて、第２ヒンジ部２０のモーメント付与モータ９ａと第３ヒンジ部３０のモーメント付与モータ９ｂとに印加する電流を制御することで、第１アーム６ａに対してシャーシ１ｂから離れる方向（図１に示す矢印Ａの方向）のモーメントと、第２アーム６ｂに対してシャーシ１ｂから離れる方向（図１に示す矢印Ｂの方向）のモーメントとをそれぞれ付与する。これにより、無限軌道１ａは下孔壁から、第１上孔壁駆動輪３及び第２上孔壁駆動輪４は上孔壁からそれぞれ反力を得ることができ、自走装置１００は、ボーリング孔３００内に水流がある場合や、ボーリング孔３００の孔壁が荒れていても走破できる。なお、孔壁からの反力は、モーメント付与モータ９ａ、９ｂによって各アームに付与されるモーメント（モーメント付与モータ９、９ｂのトルク）によって決まる。従って、水流の量や孔壁の状態に応じて入力部２２０から入力するトルク指示によってモーメントの大きさ設定可能であり、孔壁からの反力を適切な値に設定することができる。なお、各アームに付与されるモーメントを変更する必要がない場合には、モーメント付与モータ９ａ、９ｂの代わりにバネ等の付勢手段を設け、付勢手段によって各アームにモーメントを付与するようにしても良い。

走行距離演算部２４４は、エンコーダ１３から入力される駆動モータ８ａの回転角度位置に基づいて、自走装置１００の走行距離をリアルタイムで演算し、演算した走行距離を映像処理部２４５に出力する。なお、第１の実施の形態では、無限軌道１ａの起動輪を駆動する駆動モータ８ａの回転角度位置に基づいて走行距離を演算するように構成したが、発信装置７０ａが設けられた第１上孔壁駆動輪３を駆動する駆動モータ８ｂや、受信装置７０ｂが設けられた第２上孔壁駆動輪４を駆動する駆動モータ８ｃの回転角度位置に基づいて走行距離を演算するようにしても良い。

映像処理部２４５は、カメラ部２のカメラ２ｂによって撮影された孔内映像に、走行距離演算部２４４によって演算された走行距離を重畳し、走行距離を重畳した孔内映像孔内映像を表示部２１０に表示すると共に、記憶部２３０に録画する。表示部２１０に表示された孔内映像は、姿勢制御部２４２によってカメラ部２の姿勢が一定に制御されるため、ブレが少なく、ボーリング孔３００の状態を確実に把握することができる。また、自走装置１００の走行距離も合わせて確認するができるため、目視によって把握された注目箇所（岩質の変化点等）間での距離を簡単に特定することができる。

発信部２４６は、発信装置７０ａの保護部材７２と受信装置７０ｂの保護部材７２とがボーリング孔３００の上孔壁に接触するタイミングで、発信装置７０ａの圧電素子７１に所定の電圧信号を供給し、圧電素子７１を振動させる。圧電素子７１の振動は、保護部材７２を介してボーリング孔３００の孔壁に弾性波として発信される。発信装置７０ａからボーリング孔３００の孔壁に発信された弾性波は、表面弾性波となって伝播される。この表面弾性波は、受信装置７０ｂの圧電素子７１に保護部材７２を介して伝わり、電圧信号に変換される。

測定距離演算部２４８は、発信装置７０ａの保護部材７２と受信装置７０ｂの保護部材７２とがボーリング孔３００の上孔壁に接触するタイミングで、エンコーダ２２から入力されるモーメント付与モータ９ａの回転角度位置と、エンコーダ４２から入力されるモーメント付与モータ９ｂの回転角度位置とに基づいて、発信装置７０ａの保護部材７２と受信装置７０ｂの保護部材７２との距離を測定距離Ｌ_ｍとして演算する。測定距離Ｌ_ｍは、図５（ｂ）に示すように、回動軸２１と回動軸４１との間の距離Ｌ₁、第１アーム６ａの長さをＬ_２、第２アーム６ｂの長さをＬ_３、第１アーム６ａとシャーシ１ｂとがなす角度をθ_１、第２アーム６ｂとシャーシ１ｂとがなす角度をθ_２とすると、次式によって表される。

回動軸２１と回動軸４１との間の距離Ｌ₁と、第１アーム６ａの長さＬ_２と、第２アーム６ｂの長さをＬ_３とは既知である。従って、測定距離演算部２４８は、エンコーダ２２から入力されるモーメント付与モータ９ａの回転角度位置と、エンコーダ４２から入力されるモーメント付与モータ９ｂの回転角度位置とに基づいて、第１アーム６ａとシャーシ１ｂとがなす角度をθ_１と、第２アーム６ｂとシャーシ１ｂとがなす角度をθ_２とをそれぞれ演算し、測定距離Ｌ_ｍを演算する。

受信部２４７は、発信部２４６から電圧信号が送信された後、受信装置７０ｂの圧電素子７１によって変換された電圧信号が受信されるまでの時間を、発信装置７０ａからボーリング孔３００の孔壁に発信された弾性波が受信装置７０ｂによって受信されるまでの弾性波測定時間Ｔ_ｍとして計測する。受信部２４７は、計測した弾性波測定時間Ｔ_ｍを、測定距離演算部２４８によって演算された測定距離Ｌ_ｍと、走行距離演算部２４４によって演算された走行距離と共に、記憶部２３０に記憶させる。弾性波測定時間Ｔ_ｍと測定距離Ｌ_ｍとは、弾性波速度の計測結果となり、弾性波速度から地山の圧縮強度を推定することができる。

なお、大径の先端ビット５００を用いて削孔を行う場合、図７に示すように、ボーリングロッド６００と上孔壁との間隙が生じ、この間隙を自走装置１００の走行路としても良い。この場合には、無限軌道１ａは、ボーリングロッド６００の上面から反力を得る。そして、ボーリングロッド６００の上面には、左右に間隔をもって配置された一対の無限軌道１ａが当接するため、自走装置１００は、ボーリングロッド６００からずり落ちることなく、ボーリングロッド６００の上面を安定して走行可能である。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の孔内調査装置は、図８及び図９を参照すると、孔壁の一軸圧縮強度を測定する硬度測定装置８０を備えた自走装置１００ａと、自走装置１００ａを制御する制御装置２００ａとで構成されている。自走装置１００ａは、第１の実施の形態の自走装置１００から発信装置７０ａ及び受信装置７０ｂと、第２アーム６ｂとを取り除き、硬度測定装置８０が発信装置７０ａの代わりに第１アーム６ａの他端側（開放端側）に設けられている。硬度測定装置８０は、第２駆動軸３１、もしくは第１上孔壁駆動輪３の側面に固定されており、第１上孔壁駆動輪３の回転に伴って間欠的にボーリング孔３００の上孔壁に接触する。なお、第１の実施の形態の自走装置１００の構成に硬度測定装置８０を加えても良い。例えば、硬度測定装置８０を発信装置７０ａと共に第１アーム６ａの他端側（開放端側）に設けることができる。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。

硬度測定装置８０は、一軸圧縮強度を測定するエコーチップやペネトロ計等で構成された硬度計８１と、硬度計８１を孔壁の方向に移動させるアクチュエータ８２とを備えている。制御装置２００ａの制御部２４０ａは、タイミング制御部２４９として機能する。タイミング制御部２４９は、エンコーダ３２から入力される駆動モータ８ｂの回転角度位置に基づいて、硬度計８１がボーリング孔３００の上孔壁に対向するタイミングで、アクチュエータ８２を駆動させ、硬度計８１を上孔壁に押圧させ、硬度計８１によって上孔壁の一軸圧縮強度を測定させる。

受信部２４７ａは、硬度計８１によって測定された一軸圧縮強度を受信し、受信した一軸圧縮強度を、走行距離演算部２４４によって演算された走行距離と共に、記憶部２３０に記憶させる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の孔内調査装置は、図１０を参照すると、下孔壁に傷を付ける傷生成装置９０を備えた自走装置１００ｂと、自走装置１００ｂを制御する制御装置２００ｂとで構成されている。自走装置１００ｂは、第２の実施の形態の自走装置１００ａの構成に加え、傷生成装置９０を備えている。自走装置１００ｂの前進時に傷生成装置９０によって下孔壁に傷を付け、自走装置１００ｂの後退時に下孔壁に付けた傷をカメラ部２によって撮影し、傷の具合によって孔壁を調査する。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。

図１１（ａ）を参照すると、第３アーム６ｃの一端側は、第４ヒンジ部６０によって走行車両１のシャーシ１ｂと回動可能に接続され、第３アーム６ｃの他端側（解放端側）に傷生成装置９０が設けられている。なお、図１１において、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は後方側から見た図である。第４ヒンジ部６０は、本体（ハウジング）が第３アーム６ｃに固定され、左右両側に回動軸６１となるモータ軸を突出させたモーメント付与モータ９ｃで構成されている。モーメント付与モータ９ｃのモータ軸（回動軸６１）は、走行車両１の左右一対のシャーシ１ｂにそれぞれ固定されている。モーメント付与モータ９ｃとしては、トルクを制御可能なサーボモータが用いられる。

傷生成装置９０は、図１１（ｂ）、（ｃ）を参照すると、５本の刃を有するくし刃部材９１と、くし刃部材９１の刃先のそれぞれに取り付けられた当接部材９２ａ〜ｅとからなる。当接部材９２ａ〜ｅは、下孔壁に当接して傷を付けるための物質であり、当接部材９２ａ〜ｅには、それぞれ硬度の異なる物質（例えば、石英、正長石、アパタイト、方解石、石膏等）が用いられる。当接部材９２ａ〜ｅを異なる硬度で構成することで、当接部材９２ａ〜ｅ毎に傷の付き具合が異なり、この傷を観察することで下孔壁を構成する物資を推定することができる。例えば、下孔壁を構成する物資がアパタイト相当の硬度を有している場合には、石英や正長石で傷を付けることができるが、方解石や石膏では傷を付けることができない。従って、傷の付き具合を観察することで、下孔壁を構成する物資の硬度を把握することができ、映像と共に用いると、下孔壁を構成する物資の推定を高い確率で行うことが可能になる。

図１２を参照すると、制御装置２００ｂの制御部２４０ｂは、押圧制御部２５０として機能する。押圧制御部２５０は、入力部２２０から押圧指示が入力されると、第４ヒンジ部６０のモーメント付与モータ９ｃを制御することで、第３アーム６ｃに対して下孔壁に向かう方向（図１０に示す矢印Ｃの方向）のモーメントを付与する。これにより、傷生成装置９０の当接部材９２ａ〜ｅが下孔壁に押圧される。下孔壁への当接部材９２ａ〜ｅの押圧力は、モーメント付与モータ９ｃによって第３アーム６ｃに付与されるモーメント（モーメント付与モータ９ｃのトルク）によって決まる。従って、入力部２２０から入力するトルク指示を変更することで、当接部材９２ａ〜ｅの押圧力を適切な値に設定することができる。また、押圧制御部２５０は、入力部２２０から待避指示が入力されると、第４ヒンジ部６０のモーメント付与モータ９ｃを制御することで、第３アーム６ｃに対して下孔壁から離れる方向（図１０に示す矢印Ｄの方向）のモーメントを付与し、傷生成装置９０の当接部材９２ａ〜ｅを下孔壁から離間させる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ボーリング孔の孔内を走行する自走装置１００と、自走装置１００の走行を制御する制御装置２００とを有する孔内調査装置であって、自走装置１００は、孔内を調査する調査装置（カメラ部２、発信装置７０ａ、受信装置７０ｂ、硬度測定装置８０、傷生成装置９０）と、走行車両１と、一端側がヒンジ部（第２ヒンジ部２０、第３ヒンジ部４０）を介して走行車両１（シャーシ１ｂ）に接続されたアーム（第１アーム６ａ、第２アーム６ｂ）と、アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪（第１上孔壁駆動輪３、第２上孔壁駆動輪４）と、アームに対して、走行車両１と上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段（モーメント付与モータ９ａ、９ｂ）とを備えている。
この構成により、走行車両１には下孔壁から、上孔壁駆動輪（第１上孔壁駆動輪３、第２上孔壁駆動輪４）には上孔壁からそれぞれ反力が作用するため、自走装置１００は、ボーリング孔３００の孔内を安定して走行することができ、搭載する調査装置によって孔内の調査を素早く確実に行うことができる。

さらに、本実施の形態において、モーメント付与手段は、ヒンジ部（第２ヒンジ部２０、第３ヒンジ部４０）として機能するモーメント付与モータ９ａ、９ｂであり、制御装置１００は、モーメント付与モータのトルク９ａ、９ｂを制御するトルク制御部２４３を備えている。
この構成により、水流の量や孔壁の状態に応じて入力部２２０からモーメントの大きさ設定可能であり、孔壁からの反力を適切な値に設定することができる。

さらに、本実施の形態において、自走装置１００は、上孔壁に当接する第１上孔壁駆動輪３が他端側に設けられた第１アーム６ａと、上孔壁に当接する第２上孔壁駆動輪４が他端側に設けられた第２アーム６ｂと、第１アーム６ａの他端側に設けられ、第１上孔壁駆動輪３の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を発信する発信装置７０ａと、第２アーム６ｂの他端側に設けられ、第２上孔壁駆動輪４の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を受信する受信装置７０ｂと、第１上孔壁駆動輪３の回転角度位置を検出する第１回転検出手段（エンコーダ３２）と、第２上孔壁駆動輪４の回転角度位置を検出する第２回転検出手段（エンコーダ５２）と、第１アーム６ａの角度を検出する第１角度検出手段（エンコーダ２２）と、第２アーム６ｂの角度を検出する第２角度検出手段（エンコーダ４２）とを備え、制御装置２００は、第１回転検出手段及び第２回転検出手段によって検出される第１上孔壁駆動輪３及び第２上孔壁駆動輪４の回転角度位置に基づいて、第１上孔壁駆動輪３の回転と第２上孔壁駆動輪４の回転とを同期させ、発信装置７０ａと受信装置７０ｂとを同じタイミングで上孔壁に接触させる走行制御部２４１と、発信装置７０ａから発信された弾性波が受信装置７０ｂによって受信されるまでの弾性波測定時間Ｔ_ｍを計測する受信部２４７と、第１角度検出手段及び第２角度検出手段によって検出される角度に基づいて、発信装置７０ａと受信装置７０ｂとの距離を測定距離Ｌ_ｍとして演算する測定距離演算部２４８とを備えている。
この構成により、自走装置１００を走行させながら、地山の物理定数として弾性波測定時間Ｔ_ｍと測定距離Ｌ_ｍとを測定することができる。弾性波測定時間Ｔ_ｍと測定距離Ｌ_ｍとは、弾性波速度の計測結果となり、弾性波速度から地山の圧縮強度を推定することができる。

さらに、本実施の形態において、調査装置は、上孔壁駆動輪（第１上孔壁駆動輪３、第２上孔壁駆動輪４）の回転に伴って間欠的に上孔壁の一軸圧縮強度を測定する硬度測定装置８０である。
この構成により、自走装置１００ａを走行させながら、地山の物理定数として一軸圧縮強度を測定することができる。

さらに、本実施の形態において、調査装置は、孔内を撮影するカメラ部２であり、
一端側が第１ヒンジ部１０を介して走行車両１（シャーシ１ｂ）に接続され、他端側がカメラ部２に接続されたカメラ支持アーム５と、カメラ支持アーム５の走行車両１（シャーシ１ｂ）に対する角度を変更してカメラ部２の姿勢を制御する姿勢制御手段（姿勢制御モータ７）とを備えている。
この構成により、走行する自走装置から安定した姿勢で孔内を撮影することができ、撮影された映像に基づいて孔内を詳細に観察することができる。

さらに、本実施の形態において、調査装置は、下孔壁に傷を付ける傷生成装置９０であり、傷生成装置９０は、下孔壁に対して離接可能に構成されている。また、傷生成装置９０は、下孔壁に当接して傷を付ける当接部材９２ａ〜ｅがそれぞれ取り付けられる複数の刃先を備えている。
この構成により、傷生成装置９０によって付けた傷を観察することで下孔壁を構成する物資の硬度を把握することができ、映像と共に用いると、下孔壁を構成する物資の推定を高い確率で行うことが可能になる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１走行車両
１ａ無限軌道
１ｂシャーシ
２カメラ部
２ａ照射部
２ｂカメラ
２ｃジャイロセンサー
３第１上孔壁駆動輪
４第２上孔壁駆動輪
５カメラ支持アーム
６ａ第１アーム
６ｂ第２アーム
６ｃ第３アーム
７姿勢制御モータ
８ａ、８ｂ、８ｃ駆動モータ
９ａ、９ｂ、９ｃモーメント付与モータ
１０第１ヒンジ部
１１回動軸
１２第１駆動軸
１３エンコーダ
２０第２ヒンジ部
２１回動軸
２２エンコーダ
３１第２駆動軸
３２エンコーダ
４０第３ヒンジ部
４１回動軸
４２エンコーダ
５１第３駆動軸
５２エンコーダ
６０第４ヒンジ部
６１回動軸
７０ａ発信装置
７０ｂ受信装置
７１圧電素子
７２保護部材
７３バネ
８０硬度測定装置
８１硬度計
８２アクチュエータ
９０傷生成装置
９１くし刃部材
９２ａ〜ｅ当接部材
１００、１００ａ、１００ｂ自走装置
２００、２００ａ、２００ｂ制御装置
２１０表示部
２２０入力部
２３０記憶部
２４０、２４０ａ、２４０ｂ制御部
２４１走行制御部
２４２姿勢制御部
２４３トルク制御部
２４４走行距離演算部
２４５映像処理部
２４６発信部
２４７、２４７ａ受信部
２４８測定距離演算部
２４９タイミング制御部
２５０押圧制御部
３００ボーリング孔
４００ケーブル
５００先端ビット
６００ボーリングロッド

Claims

ボーリング孔の孔内を走行する自走装置と、当該自走装置の走行を制御する制御装置とを有する孔内調査装置であって、
前記自走装置は、
孔内を調査する調査装置と、
走行車両と、
一端側がヒンジ部を介して前記走行車両に接続されたアームと、
該アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪と、
前記アームに対して、前記走行車両と前記上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段とを具備し、
前記上孔壁駆動輪が設けられた前記アームとして、上孔壁に当接する第１上孔壁駆動輪が他端側に設けられた第１アームと、上孔壁に当接する第２上孔壁駆動輪が他端側に設けられた第２アームとを備えると共に、
前記調査装置として、前記第１アームの他端側に設けられ、前記第１上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を発信する発信装置と、前記第２アームの他端側に設けられ、前記第２上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁に接触して弾性波を受信する受信装置とを備え、
前記自走装置は、
前記第１上孔壁駆動輪の回転角度位置を検出する第１回転検出手段と、
前記第２上孔壁駆動輪の回転角度位置を検出する第２回転検出手段と、
前記第１アームの角度を検出する第１角度検出手段と、
前記第２アームの角度を検出する第２角度検出手段とを具備すると共に、
前記制御装置は、
前記第１回転検出手段及び前記第２回転検出手段によって検出される前記第１上孔壁駆動輪及び前記第２上孔壁駆動輪の回転角度位置に基づいて、前記第１上孔壁駆動輪の回転と前記第２上孔壁駆動輪の回転とを同期させ、前記発信装置と前記受信装置とを同じタイミングで上孔壁に接触させる走行制御部と、
前記発信装置から発信された弾性波が前記受信装置によって受信されるまで弾性波測定時間を計測する受信部と、
前記第１角度検出手段及び前記第２角度検出手段によって検出される角度に基づいて、前記発信装置と前記受信装置との距離を測定距離として演算する測定距離演算部とを具備することを特徴とする孔内調査装置。
ボーリング孔の孔内を走行する自走装置と、当該自走装置の走行を制御する制御装置とを有する孔内調査装置であって、
前記自走装置は、
孔内を調査する調査装置と、
走行車両と、
一端側がヒンジ部を介して前記走行車両に接続されたアームと、
該アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪と、
前記アームに対して、前記走行車両と前記上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段とを具備し、
前記調査装置は、前記上孔壁駆動輪の回転に伴って間欠的に上孔壁の一軸圧縮強度を測定する硬度測定装置であることを特徴とする孔内調査装置。
ボーリング孔の孔内を走行する自走装置と、当該自走装置の走行を制御する制御装置とを有する孔内調査装置であって、
前記自走装置は、
孔内を調査する調査装置と、
走行車両と、
一端側がヒンジ部を介して前記走行車両に接続されたアームと、
該アームの他端側に設けられ、上孔壁に当接する上孔壁駆動輪と、
前記アームに対して、前記走行車両と前記上孔壁駆動輪とが離れる方向のモーメントを付与するモーメント付与手段とを具備し、
前記調査装置は、孔内を撮影するカメラ部と下孔壁に傷を付ける傷生成装置とであり、
前記傷生成装置は、下孔壁に対して離接可能に構成されていることを特徴とする孔内調査装置。
前記傷生成装置は、下孔壁に当接して傷を付ける当接部材がそれぞれ取り付けられる複数の刃先を具備することを特徴とする請求項３記載の孔内調査装置。
前記モーメント付与手段は、前記ヒンジ部として機能するモーメント付与モータであり、
前記制御装置は、前記モーメント付与モータのトルクを制御するトルク制御部を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の孔内調査装置。