JPH06307864A - 傾斜角測定装置 - Google Patents
傾斜角測定装置Info
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- JPH06307864A JPH06307864A JP9460693A JP9460693A JPH06307864A JP H06307864 A JPH06307864 A JP H06307864A JP 9460693 A JP9460693 A JP 9460693A JP 9460693 A JP9460693 A JP 9460693A JP H06307864 A JPH06307864 A JP H06307864A
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- rotating body
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Abstract
(57)【要約】
【目的】回転体の回転軸の鉛直軸からの傾斜角とその傾
斜方向を正確に求めることができる傾斜角測定装置とす
る。 【構成】ドリル２に取り付けてドリル２の回転軸と直角
の角度を持つ軸の傾斜角を検出する傾斜計１０と、ドリ
ル２の回転角を検出する回転検出器１２と、傾斜計１０
によって検出された傾斜角とそのときの回転検出器１２
からの回転角から、回転軸の鉛直軸からの傾斜角とその
傾斜方向を求める演算部１４を備える。
斜方向を正確に求めることができる傾斜角測定装置とす
る。 【構成】ドリル２に取り付けてドリル２の回転軸と直角
の角度を持つ軸の傾斜角を検出する傾斜計１０と、ドリ
ル２の回転角を検出する回転検出器１２と、傾斜計１０
によって検出された傾斜角とそのときの回転検出器１２
からの回転角から、回転軸の鉛直軸からの傾斜角とその
傾斜方向を求める演算部１４を備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、掘削機のドリル等の回
転体の回転軸の傾斜角及び傾斜方向を測定することがで
きる傾斜角測定装置に関する。
転体の回転軸の傾斜角及び傾斜方向を測定することがで
きる傾斜角測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば掘削機を用いて地面を掘削する際
に、所望の穴を掘削するためには、ドリルの回転軸が回
転中に鉛直軸に対してどのくらいの傾斜角を持ち、どの
方向に傾斜しているかということを知る必要がある。従
来、この傾斜角及び傾斜方向を知るために、ドリルを支
持するドリルと平行な支柱に２軸傾斜計を取り付けて、
支柱の傾斜角及び傾斜方向を測定することによってドリ
ルの傾斜角、傾斜方向として代用していた。
に、所望の穴を掘削するためには、ドリルの回転軸が回
転中に鉛直軸に対してどのくらいの傾斜角を持ち、どの
方向に傾斜しているかということを知る必要がある。従
来、この傾斜角及び傾斜方向を知るために、ドリルを支
持するドリルと平行な支柱に２軸傾斜計を取り付けて、
支柱の傾斜角及び傾斜方向を測定することによってドリ
ルの傾斜角、傾斜方向として代用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、支柱と
ドリルの傾斜には通常ずれがあり、さらにドリルは掘削
している内に曲がっていくことがあるため、支柱の傾斜
角を求めてもドリルの実際の傾斜角を測定したことにな
らず、測定誤差が大きいという問題があった。本発明で
は、かかる問題点に鑑みなされたもので、回転体の回転
軸の鉛直軸からの傾斜角とその傾斜方向を正確に求める
ことができる傾斜角測定装置を提供することを目的とす
る。
ドリルの傾斜には通常ずれがあり、さらにドリルは掘削
している内に曲がっていくことがあるため、支柱の傾斜
角を求めてもドリルの実際の傾斜角を測定したことにな
らず、測定誤差が大きいという問題があった。本発明で
は、かかる問題点に鑑みなされたもので、回転体の回転
軸の鉛直軸からの傾斜角とその傾斜方向を正確に求める
ことができる傾斜角測定装置を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、回転体に取り付けて回転体の回転軸と
所定の角度を持つ軸の傾斜角を検出する少なくとも１個
以上の傾斜計と、回転体の回転角を検出する回転検出器
と、前記傾斜計によって検出された傾斜角とそのときの
回転検出器からの回転角から、回転軸の鉛直軸からの傾
斜角とその傾斜方向を求める演算部を備える。
に、本発明では、回転体に取り付けて回転体の回転軸と
所定の角度を持つ軸の傾斜角を検出する少なくとも１個
以上の傾斜計と、回転体の回転角を検出する回転検出器
と、前記傾斜計によって検出された傾斜角とそのときの
回転検出器からの回転角から、回転軸の鉛直軸からの傾
斜角とその傾斜方向を求める演算部を備える。
【０００５】また、前記演算部は、回転体の異なる回転
角における傾斜計からの傾斜角データを複数個取り込む
手段と、該複数の傾斜角データから最大値又は最小値を
求める手段と、前記最大値又は最小値から回転体の回転
軸の鉛直軸からの傾斜角に換算する手段と、傾斜角デー
タが前記最大値又は最小値となるときの回転体の回転角
データから回転軸の傾斜方向を求める手段とを備えるこ
とができる。
角における傾斜計からの傾斜角データを複数個取り込む
手段と、該複数の傾斜角データから最大値又は最小値を
求める手段と、前記最大値又は最小値から回転体の回転
軸の鉛直軸からの傾斜角に換算する手段と、傾斜角デー
タが前記最大値又は最小値となるときの回転体の回転角
データから回転軸の傾斜方向を求める手段とを備えるこ
とができる。
【０００６】また、前記演算部は、回転体の異なる回転
角における傾斜計からの傾斜角データを複数個取り込む
手段と、該複数の傾斜角データから平均値を求める手段
と、該複数の傾斜角データから最大値又は最小値を求め
る手段と、前記最大値又は最小値から前記平均値を減算
して、回転体の回転軸の鉛直軸からの傾斜角に換算する
手段と、傾斜角データが前記最大値又は最小値となると
きの回転体の回転角データから回転軸の傾斜方向を求め
る手段とを備えることもできる。
角における傾斜計からの傾斜角データを複数個取り込む
手段と、該複数の傾斜角データから平均値を求める手段
と、該複数の傾斜角データから最大値又は最小値を求め
る手段と、前記最大値又は最小値から前記平均値を減算
して、回転体の回転軸の鉛直軸からの傾斜角に換算する
手段と、傾斜角データが前記最大値又は最小値となると
きの回転体の回転角データから回転軸の傾斜方向を求め
る手段とを備えることもできる。
【０００７】前記演算部は、回転体の異なる回転角にお
ける傾斜計からの傾斜角データを複数個取り込む手段
と、該複数の傾斜角データの中で最も０に近い値をとる
ときの回転体の回転角データから傾斜角データが最大値
又は最小値となるときの回転体の回転角を求め、回転軸
の傾斜方向を決める手段とを含むこともできる。また、
回転軸と所定の角度を持つと共に互いに第２所定角度離
れた軸の傾斜角を検出する２個以上の複数の傾斜計を備
え、前記演算部は、前記複数の傾斜計からの傾斜角デー
タとそのときの回転検出器からの回転角データを取り込
む手段と、該複数の傾斜角データ、第２所定角度と回転
角データから回転軸の傾斜角と傾斜方向を求める手段を
備えることとしてもよい。
ける傾斜計からの傾斜角データを複数個取り込む手段
と、該複数の傾斜角データの中で最も０に近い値をとる
ときの回転体の回転角データから傾斜角データが最大値
又は最小値となるときの回転体の回転角を求め、回転軸
の傾斜方向を決める手段とを含むこともできる。また、
回転軸と所定の角度を持つと共に互いに第２所定角度離
れた軸の傾斜角を検出する２個以上の複数の傾斜計を備
え、前記演算部は、前記複数の傾斜計からの傾斜角デー
タとそのときの回転検出器からの回転角データを取り込
む手段と、該複数の傾斜角データ、第２所定角度と回転
角データから回転軸の傾斜角と傾斜方向を求める手段を
備えることとしてもよい。
【０００８】前記演算部は、求めた回転軸の鉛直軸から
の傾斜角θとその傾斜方向Ｐから、さらに、 θx ＝θ・cos Ｐ θy ＝θ・sin Ｐ の演算を行い、このθx 、θy を出力するようにしても
よい。
の傾斜角θとその傾斜方向Ｐから、さらに、 θx ＝θ・cos Ｐ θy ＝θ・sin Ｐ の演算を行い、このθx 、θy を出力するようにしても
よい。
【０００９】さらに、回転体の回転軸方向の変位を検出
する変位検出器を備え、前記演算部は、前記変位、回転
軸の鉛直軸からの傾斜角及びその傾斜方向から回転体の
位置を求めることとすることもできる。回転体に取り付
けられた前記傾斜計をスリップリングを介して演算部と
接続するか、回転体に取り付けられた前記傾斜計に送信
アンテナを接続し、演算部に受信アンテナを接続して、
傾斜計からの傾斜角信号を無線で送信するとよい。
する変位検出器を備え、前記演算部は、前記変位、回転
軸の鉛直軸からの傾斜角及びその傾斜方向から回転体の
位置を求めることとすることもできる。回転体に取り付
けられた前記傾斜計をスリップリングを介して演算部と
接続するか、回転体に取り付けられた前記傾斜計に送信
アンテナを接続し、演算部に受信アンテナを接続して、
傾斜計からの傾斜角信号を無線で送信するとよい。
【００１０】
【作用】図３及び図４を用いて本発明の原理を説明す
る。図において、地球に固定の座標軸をＸ、Ｙ、Ｚと
し、回転体に固定の座標軸をｘ、ｙ、ｚとし、原点をＯ
で表すことにする。また、鉛直軸をＺとし、回転体の回
転軸をｚとする。今、回転体の回転軸ｚが、水平面（Ｘ
−Ｙ平面）上でＸ軸からＰ傾いた方向に、鉛直軸Ｚから
θだけ傾斜してｚ’になった場合を考える。傾斜計をｘ
軸の傾斜を検出するように取り付けていたとすると、こ
の傾斜計も同様にｘ軸からｘ’軸の傾斜を検出すること
になり、傾斜計の検出する傾斜、即ち重力加速度は、 ｍ＝ｇsin θ （１） となる。
る。図において、地球に固定の座標軸をＸ、Ｙ、Ｚと
し、回転体に固定の座標軸をｘ、ｙ、ｚとし、原点をＯ
で表すことにする。また、鉛直軸をＺとし、回転体の回
転軸をｚとする。今、回転体の回転軸ｚが、水平面（Ｘ
−Ｙ平面）上でＸ軸からＰ傾いた方向に、鉛直軸Ｚから
θだけ傾斜してｚ’になった場合を考える。傾斜計をｘ
軸の傾斜を検出するように取り付けていたとすると、こ
の傾斜計も同様にｘ軸からｘ’軸の傾斜を検出すること
になり、傾斜計の検出する傾斜、即ち重力加速度は、 ｍ＝ｇsin θ （１） となる。
【００１１】さらに、図４に示したように回転体が回転
軸ｚ’軸を中心にしてφ’回転して、ｘ’軸がｘ”軸に
なったときに、傾斜計の検出する傾斜、即ち重力加速度
は、 ｍ＝ｇsin θ・cos φ’ （２） となる。Ｘ軸からのｘ軸の回転角をφとすれば、近似的
にφは φ≒Ｐ＋φ’ （３） と書けるので、（３）式を（２）式に代入すると、 ｍ＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ） （４） となる。即ち、回転体の回転によって傾斜計は最大値を
ｇsin θ、最小値を−ｇsin θとして変化することにな
る（図５参照）。従って、この加速度ｍ、即ち、加速度
ｍに対応するｘ軸の傾斜角及び回転体の回転角φから、
ｚ軸の傾斜角θ及びその傾斜方向Ｐを求めることができ
る。
軸ｚ’軸を中心にしてφ’回転して、ｘ’軸がｘ”軸に
なったときに、傾斜計の検出する傾斜、即ち重力加速度
は、 ｍ＝ｇsin θ・cos φ’ （２） となる。Ｘ軸からのｘ軸の回転角をφとすれば、近似的
にφは φ≒Ｐ＋φ’ （３） と書けるので、（３）式を（２）式に代入すると、 ｍ＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ） （４） となる。即ち、回転体の回転によって傾斜計は最大値を
ｇsin θ、最小値を−ｇsin θとして変化することにな
る（図５参照）。従って、この加速度ｍ、即ち、加速度
ｍに対応するｘ軸の傾斜角及び回転体の回転角φから、
ｚ軸の傾斜角θ及びその傾斜方向Ｐを求めることができ
る。
【００１２】より具体的には、複数のｘ軸の傾斜角デー
タから、最大値又は最小値を求め、その最大値又は最小
値をｚ軸の傾斜角に換算することによって、ｚ軸の傾斜
角を求めることができる。また、別の方法では傾斜角デ
ータのゼロクロス点を求めるか、又は複数の傾斜角デー
タから（４）を満足する複数の式のの連立方程式を解く
ことによってｚ軸の傾斜角を求めることができる。
タから、最大値又は最小値を求め、その最大値又は最小
値をｚ軸の傾斜角に換算することによって、ｚ軸の傾斜
角を求めることができる。また、別の方法では傾斜角デ
ータのゼロクロス点を求めるか、又は複数の傾斜角デー
タから（４）を満足する複数の式のの連立方程式を解く
ことによってｚ軸の傾斜角を求めることができる。
【００１３】尚、以上の原理は傾斜計をｘ軸に取り付け
た場合について説明したが、ｚ軸に所定の角度を持つ軸
に傾斜計を取り付けることで同様に換算することが可能
である。
た場合について説明したが、ｚ軸に所定の角度を持つ軸
に傾斜計を取り付けることで同様に換算することが可能
である。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
掘削機のドリルに本発明の傾斜角測定装置を適用した実
施例の概略図を示す。図において、１は制御を行う作業
車で、必要に応じて操作者が乗車して制御を行う。ま
た、２は回転体であるドリル、３はドリルを回転させる
ドリル駆動部、４はドリル駆動部３及びドリル２を支持
する支柱で、支柱４はアーム５によって作業車１に支持
される。
掘削機のドリルに本発明の傾斜角測定装置を適用した実
施例の概略図を示す。図において、１は制御を行う作業
車で、必要に応じて操作者が乗車して制御を行う。ま
た、２は回転体であるドリル、３はドリルを回転させる
ドリル駆動部、４はドリル駆動部３及びドリル２を支持
する支柱で、支柱４はアーム５によって作業車１に支持
される。
【００１５】ドリル２の先端中心部付近には、ドリル２
の回転軸に対して直角な軸の傾斜を検出する傾斜計１０
が取り付けられており、その傾斜計１０からの検出信号
はスリップリング１１を介して作業車１上に設置された
演算部１４へと供給される。またドリル駆動部３には、
ドリル２の回転角を検出する回転検出器１２が取り付け
られ、その検出信号は演算部１４へと供給される。傾斜
計１０として具体的には、加速度を検出するサーボ加速
度計を使用することができ、回転検出器１２として具体
的には、ポテンショメータ、エンコーダを使用すること
ができる。
の回転軸に対して直角な軸の傾斜を検出する傾斜計１０
が取り付けられており、その傾斜計１０からの検出信号
はスリップリング１１を介して作業車１上に設置された
演算部１４へと供給される。またドリル駆動部３には、
ドリル２の回転角を検出する回転検出器１２が取り付け
られ、その検出信号は演算部１４へと供給される。傾斜
計１０として具体的には、加速度を検出するサーボ加速
度計を使用することができ、回転検出器１２として具体
的には、ポテンショメータ、エンコーダを使用すること
ができる。
【００１６】次に、演算部１４の詳細ブロック図を図２
に示す。演算部１４は、フィルタ２０、サンプルホール
ド部２２、タイマ２４、Ａ／Ｄ変換部２６及びメモリ２
８からなるデータ取り込み手段３０、最大値決定手段３
２、傾斜角演算手段３４及び傾斜方向演算手段３６を主
に備える。演算部１４に入力された傾斜計１０からの加
速度信号ｍ、及び回転検出器１２からの回転信号φは、
振動、衝撃によりノイズを含んでいるため、フィルタ２
０によってフィルタリング処理し、円滑化が行われ、タ
イマ２４からの指令によって所定時間毎にサンプルホー
ルド部２２で加速度信号ｍと回転信号φを同時にサンプ
ルホールドしてＡ／Ｄ変換部２６へと送り、ディジタル
信号に変換する。このようにして、メモリ２８には複数
の加速度データｍ（φ1 ），ｍ（φ2 ），ｍ（φ3 ），
・・・とその時の回転信号φ1 ，φ2 ，φ3 ，・・・が
取り込まれる。
に示す。演算部１４は、フィルタ２０、サンプルホール
ド部２２、タイマ２４、Ａ／Ｄ変換部２６及びメモリ２
８からなるデータ取り込み手段３０、最大値決定手段３
２、傾斜角演算手段３４及び傾斜方向演算手段３６を主
に備える。演算部１４に入力された傾斜計１０からの加
速度信号ｍ、及び回転検出器１２からの回転信号φは、
振動、衝撃によりノイズを含んでいるため、フィルタ２
０によってフィルタリング処理し、円滑化が行われ、タ
イマ２４からの指令によって所定時間毎にサンプルホー
ルド部２２で加速度信号ｍと回転信号φを同時にサンプ
ルホールドしてＡ／Ｄ変換部２６へと送り、ディジタル
信号に変換する。このようにして、メモリ２８には複数
の加速度データｍ（φ1 ），ｍ（φ2 ），ｍ（φ3 ），
・・・とその時の回転信号φ1 ，φ2 ，φ3 ，・・・が
取り込まれる。
【００１７】最大値決定手段３２では、取り込まれた複
数のデータから加速度データの最大値ｍmax 及びその時
の回転信号φmax を探し、傾斜角演算手段３４で前述の
（４）式の最大値 ｍmax ＝ｇsin θ （５） から、 θ＝sin -1（ｍmax ／ｇ） （６） によってｚ軸の傾斜角を求める。
数のデータから加速度データの最大値ｍmax 及びその時
の回転信号φmax を探し、傾斜角演算手段３４で前述の
（４）式の最大値 ｍmax ＝ｇsin θ （５） から、 θ＝sin -1（ｍmax ／ｇ） （６） によってｚ軸の傾斜角を求める。
【００１８】また、そのときφmax は、 １＝cos （φmax −Ｐ） ∴ Ｐ＝φmax （７） であり、傾斜方向演算手段３６で傾斜方向Ｐを決定す
る。データ取り込み手段３０によるデータ取り込みは、
回転検出器１２からの所定回転角毎に行うこともでき
る。この場合、ドリル一回転分の入力データ列ｍ1 は、
順に、 ｍ1 （０），ｍ1 （Δφ），ｍ1 （２Δφ），・・・，ｍ1 〔（ｎ−１）Δφ 〕 （８） となる。ここでΔφ＝３６０°／ｎである。（８）の入
力データ列の中でｎmax番目のデータが最大値ｍmax で
あるとすると、その傾斜角θ及び傾斜方向Ｐは、 θ＝sin -1（ｍmax ／ｇ） （９） Ｐ＝ｎmax ・Δφ （１０） で表されることになる（図５参照）。
る。データ取り込み手段３０によるデータ取り込みは、
回転検出器１２からの所定回転角毎に行うこともでき
る。この場合、ドリル一回転分の入力データ列ｍ1 は、
順に、 ｍ1 （０），ｍ1 （Δφ），ｍ1 （２Δφ），・・・，ｍ1 〔（ｎ−１）Δφ 〕 （８） となる。ここでΔφ＝３６０°／ｎである。（８）の入
力データ列の中でｎmax番目のデータが最大値ｍmax で
あるとすると、その傾斜角θ及び傾斜方向Ｐは、 θ＝sin -1（ｍmax ／ｇ） （９） Ｐ＝ｎmax ・Δφ （１０） で表されることになる（図５参照）。
【００１９】複数回転分（ｋ回）のデータを取り込み、
それらをｍ1 ，ｍ2 ，・・・ｍk とすると、これらを平
均化して精度を上げることもできる。即ち、
それらをｍ1 ，ｍ2 ，・・・ｍk とすると、これらを平
均化して精度を上げることもできる。即ち、
【００２０】
【数１】
【００２１】として、平均化されたデータ列を、 ｍm （０），ｍm （Δφ），ｍm （２Δφ），・・・，ｍm 〔（ｎ−１）Δφ 〕 （１２） から最大値を決め、ｚ軸の傾斜角θ及びその傾斜方向Ｐ
を求める。傾斜方向演算手段３６の他の実施例として、
複数のデータのゼロクロス点、又は最も０に近いデータ
から外挿若しくは内挿によってゼロクロス点を求め、傾
斜方向Ｐを求めることもできる。図５に示したように正
から負にクロスする点をφ 1 、負から正にクロスする点
をφ2 とすると、 Ｐ＝φ1 −９０° （１３） 又は、 Ｐ＝φ2 −２７０° （１４） となるので、（１３）式若しくは（１４）式、又は（１
３）式と（１４）式の平均をとって、 Ｐ＝（φ1 ＋φ2 ）／２−１８０° （１５） からＰを求める。最大値をとるときの回転角度を求める
よりもゼロクロス点を求めた方が精度がよいため、サン
プリングによる誤差が小さくなるという利点がある。ま
た、平均を求めた場合には外乱による影響をより小さく
することもできる。
を求める。傾斜方向演算手段３６の他の実施例として、
複数のデータのゼロクロス点、又は最も０に近いデータ
から外挿若しくは内挿によってゼロクロス点を求め、傾
斜方向Ｐを求めることもできる。図５に示したように正
から負にクロスする点をφ 1 、負から正にクロスする点
をφ2 とすると、 Ｐ＝φ1 −９０° （１３） 又は、 Ｐ＝φ2 −２７０° （１４） となるので、（１３）式若しくは（１４）式、又は（１
３）式と（１４）式の平均をとって、 Ｐ＝（φ1 ＋φ2 ）／２−１８０° （１５） からＰを求める。最大値をとるときの回転角度を求める
よりもゼロクロス点を求めた方が精度がよいため、サン
プリングによる誤差が小さくなるという利点がある。ま
た、平均を求めた場合には外乱による影響をより小さく
することもできる。
【００２２】また、図６に示したように複数の傾斜計１
０−１，１０−２，・・・，１０−Ｑを回転体の先端付
近に配置することもできる。一度にＱ個のデータを取り
込み、このＱ個のデータの平均化処理を行うことによっ
て、精度を向上させることができる。複数の傾斜計を用
いた場合の他の実施例として、例えば、ドリル２の先端
に回転軸に直交し、かつ互いに直交する２軸傾斜計（図
３のｘ軸とｙ軸に一致させるとする）を取り付けた場合
を考え、回転体の回転角がφであるとすると、ｘ軸、ｙ
軸に一致させた傾斜計の検出する加速度ｍx 、ｍy は夫
々 ｍx ＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ） （１６） ｍy ＝ｇsin θ・cos （φ＋９０°−Ｐ） （１７） となる。（１６）式と（１７）式からｇsin θを消去す
ると、
０−１，１０−２，・・・，１０−Ｑを回転体の先端付
近に配置することもできる。一度にＱ個のデータを取り
込み、このＱ個のデータの平均化処理を行うことによっ
て、精度を向上させることができる。複数の傾斜計を用
いた場合の他の実施例として、例えば、ドリル２の先端
に回転軸に直交し、かつ互いに直交する２軸傾斜計（図
３のｘ軸とｙ軸に一致させるとする）を取り付けた場合
を考え、回転体の回転角がφであるとすると、ｘ軸、ｙ
軸に一致させた傾斜計の検出する加速度ｍx 、ｍy は夫
々 ｍx ＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ） （１６） ｍy ＝ｇsin θ・cos （φ＋９０°−Ｐ） （１７） となる。（１６）式と（１７）式からｇsin θを消去す
ると、
【００２３】
【数２】
【００２４】 ∴ Ｐ＝φ−tan -1（−ｍy ／ｍx ） （１９） となり、傾斜方向Ｐを求めることができ、（１９）式を
（１６）式又は（１７）式に代入することにより傾斜角
θを求めることができる。演算部１４で、上記演算をデ
ータの取り込み毎に行うことにより、（Ｐ、θ）の解を
複数求め、これらを平均化することによって、さらに高
精度の測定を行うことが可能である。
（１６）式又は（１７）式に代入することにより傾斜角
θを求めることができる。演算部１４で、上記演算をデ
ータの取り込み毎に行うことにより、（Ｐ、θ）の解を
複数求め、これらを平均化することによって、さらに高
精度の測定を行うことが可能である。
【００２５】回転体が回転停止状態にあるときにも、そ
のときの回転体の回転角をφとすれば、上記（１６）な
いし（１９）式が同様に成り立ち、固定中の回転軸の傾
斜角とその傾斜方向を求めることができる。尚、必ずし
も直交する２軸傾斜計を取り付けた場合だけでなく、所
定の角度φ 1 だけ離れた２つの傾斜計を取り付けた場合
には、（１６）、（１７）式の代わりに ｍ ＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ） （２０） ｍ’＝ｇsin θ・cos （φ＋φ1 −Ｐ） （２１） が成り立つので、演算部１４でこの（２０）式と（２
１）式の連立方程式を解くことで傾斜角θと傾斜角度Ｐ
を求めることができる。
のときの回転体の回転角をφとすれば、上記（１６）な
いし（１９）式が同様に成り立ち、固定中の回転軸の傾
斜角とその傾斜方向を求めることができる。尚、必ずし
も直交する２軸傾斜計を取り付けた場合だけでなく、所
定の角度φ 1 だけ離れた２つの傾斜計を取り付けた場合
には、（１６）、（１７）式の代わりに ｍ ＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ） （２０） ｍ’＝ｇsin θ・cos （φ＋φ1 −Ｐ） （２１） が成り立つので、演算部１４でこの（２０）式と（２
１）式の連立方程式を解くことで傾斜角θと傾斜角度Ｐ
を求めることができる。
【００２６】さらに、２つの傾斜計を取り付ける代わり
に、１つの傾斜計で所定の角度φ1だけ離れた軸の傾斜
を検出するようにすれば、 ｍ ＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ） （２０’） ｍ’＝ｇsin θ・cos （φ’−Ｐ） （２１’） が成り立ち（但し、φ’＝φ＋φ1 ）、（２０’）、
（２１’）式の連立方程式を解くことで傾斜角θと傾斜
角度Ｐを求めることができる。
に、１つの傾斜計で所定の角度φ1だけ離れた軸の傾斜
を検出するようにすれば、 ｍ ＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ） （２０’） ｍ’＝ｇsin θ・cos （φ’−Ｐ） （２１’） が成り立ち（但し、φ’＝φ＋φ1 ）、（２０’）、
（２１’）式の連立方程式を解くことで傾斜角θと傾斜
角度Ｐを求めることができる。
【００２７】以上の実施例においては、傾斜計１０を回
転体の回転軸付近においた例について説明した。傾斜計
１０の位置が回転軸から離れている場合には、傾斜計１
０に作用する加速度として、遠心力を考慮しなければな
らない。図７に示したように、ｚ軸が角速度ωで回転
し、傾斜計１０と回転軸との距離をｒとすると、傾斜計
１０に作用する加速度ｍ（φ）は、 ｍ（φ）＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ）＋ｒω2 （２２） となる。遠心力は、回転角度に関わらず常に円周方向に
作用するため、（８）のデータ列の平均をとれば、
転体の回転軸付近においた例について説明した。傾斜計
１０の位置が回転軸から離れている場合には、傾斜計１
０に作用する加速度として、遠心力を考慮しなければな
らない。図７に示したように、ｚ軸が角速度ωで回転
し、傾斜計１０と回転軸との距離をｒとすると、傾斜計
１０に作用する加速度ｍ（φ）は、 ｍ（φ）＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ）＋ｒω2 （２２） となる。遠心力は、回転角度に関わらず常に円周方向に
作用するため、（８）のデータ列の平均をとれば、
【００２８】
【数３】
【００２９】として、遠心力による加速度の平均値（ｒ
ω2 ）m が求まる。従って、（２２）から（ｒω2 ）m
を減算することによって、 ｍ’（φ）＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ）＋ｒω2 −（ｒω2 ）m ≒ｇsin θ・cos （φ−Ｐ） （２４） となり、遠心力分の補正を行うことができ、以上の実施
例と同様に、傾斜角θと傾斜方向Ｐを求めることができ
る。
ω2 ）m が求まる。従って、（２２）から（ｒω2 ）m
を減算することによって、 ｍ’（φ）＝ｇsin θ・cos （φ−Ｐ）＋ｒω2 −（ｒω2 ）m ≒ｇsin θ・cos （φ−Ｐ） （２４） となり、遠心力分の補正を行うことができ、以上の実施
例と同様に、傾斜角θと傾斜方向Ｐを求めることができ
る。
【００３０】尚、以上の実施例において、演算部で求め
られた傾斜角θと傾斜方向Ｐをそのまま演算部１４から
出力する構成となっていたが、演算部１４で求めた傾斜
角θと傾斜方向Ｐから、さらに、演算部１４で以下の演
算を行い、 θx ＝θ・cos Ｐ （２５） θy ＝θ・sin Ｐ （２６） の形にして出力することもできる（図８）。このように
表現することによってＸ，Ｙ方向にどれだけ傾斜してい
るかが、分かりやすくなるという利点がある。
られた傾斜角θと傾斜方向Ｐをそのまま演算部１４から
出力する構成となっていたが、演算部１４で求めた傾斜
角θと傾斜方向Ｐから、さらに、演算部１４で以下の演
算を行い、 θx ＝θ・cos Ｐ （２５） θy ＝θ・sin Ｐ （２６） の形にして出力することもできる（図８）。このように
表現することによってＸ，Ｙ方向にどれだけ傾斜してい
るかが、分かりやすくなるという利点がある。
【００３１】次に、本発明の他の実施例のブロック図を
図９に示す。図９に示すように、本実施例では、傾斜計
１０、回転検出器１２の他にドリル深さ検出器１６をド
リルの変位を検出できる位置に配置したものである。演
算部１４では、前述の実施例と同様にドリル２の回転軸
の傾斜角θ及び傾斜方向Ｐを求めると共に、ドリル深さ
検出器からのドリル深さｌからドリルの位置を求める。
図９に示す。図９に示すように、本実施例では、傾斜計
１０、回転検出器１２の他にドリル深さ検出器１６をド
リルの変位を検出できる位置に配置したものである。演
算部１４では、前述の実施例と同様にドリル２の回転軸
の傾斜角θ及び傾斜方向Ｐを求めると共に、ドリル深さ
検出器からのドリル深さｌからドリルの位置を求める。
【００３２】例えば、Ｓ時点でのドリル２の傾斜角をθ
s 、その傾斜方向をＰs 及びドリル深さをｌs とする
と、ドリルの位置は、各時点でのドリルの変位を積算し
て、
s 、その傾斜方向をＰs 及びドリル深さをｌs とする
と、ドリルの位置は、各時点でのドリルの変位を積算し
て、
【００３３】
【数４】
【００３４】から求める。ここで、ＸD はＸ軸方向位
置、ＹD はＹ軸方向位置を表す。このドリルの位置を求
めることによって、所望の穴を掘削するよう監視するこ
とができる。さらに、図１０のブロック図で示したよう
に、演算部１４で求められた傾斜角θと傾斜方向Ｐは、
送信アンテナ４０と受信アンテナ４２を使用した無線に
よって固定の監視部４４に送信することとしても良い。
また、スリップリング１１を使用せずに、傾斜計１０に
送信アンテナを接続し、演算部１４に受信アンテナを接
続して、傾斜計１０からの傾斜角信号を送信アンテナ、
受信アンテナを介して無線で演算部１４へ送信すること
も可能である。
置、ＹD はＹ軸方向位置を表す。このドリルの位置を求
めることによって、所望の穴を掘削するよう監視するこ
とができる。さらに、図１０のブロック図で示したよう
に、演算部１４で求められた傾斜角θと傾斜方向Ｐは、
送信アンテナ４０と受信アンテナ４２を使用した無線に
よって固定の監視部４４に送信することとしても良い。
また、スリップリング１１を使用せずに、傾斜計１０に
送信アンテナを接続し、演算部１４に受信アンテナを接
続して、傾斜計１０からの傾斜角信号を送信アンテナ、
受信アンテナを介して無線で演算部１４へ送信すること
も可能である。
【００３５】以上のように上記実施例では、ドリル２に
直接傾斜計を取り付けることによって、ドリル２の傾斜
を正確に知ることが可能となり、かつドリル２の回転中
にも測定ができるので、作業効率が良いという効果があ
る。本実施例の傾斜角測定装置によって、所望の傾斜の
付いた穴を掘削することができる。
直接傾斜計を取り付けることによって、ドリル２の傾斜
を正確に知ることが可能となり、かつドリル２の回転中
にも測定ができるので、作業効率が良いという効果があ
る。本実施例の傾斜角測定装置によって、所望の傾斜の
付いた穴を掘削することができる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転体に取り付けて回転体の回転軸と所定の角度を持つ
軸の傾斜角を検出する少なくとも１個以上の傾斜計と、
回転体の回転角を検出する回転検出器と、前記傾斜計に
よって検出された傾斜角とそのときの回転検出器からの
回転角から、回転軸の鉛直軸からの傾斜角とその傾斜方
向を求める演算部を備えることとしたので、正確に回転
体の傾斜角と傾斜方向を求めることができる。
回転体に取り付けて回転体の回転軸と所定の角度を持つ
軸の傾斜角を検出する少なくとも１個以上の傾斜計と、
回転体の回転角を検出する回転検出器と、前記傾斜計に
よって検出された傾斜角とそのときの回転検出器からの
回転角から、回転軸の鉛直軸からの傾斜角とその傾斜方
向を求める演算部を備えることとしたので、正確に回転
体の傾斜角と傾斜方向を求めることができる。
【図１】本発明の傾斜角測定装置を適用した実施例の概
略図である。
略図である。
【図２】本発明の傾斜角測定装置の演算部の詳細ブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】本発明の原理を表す説明図である。
【図４】本発明の原理を表す説明図である。
【図５】傾斜計からの加速度信号の時間変化を表す図で
ある。
ある。
【図６】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図７】本発明の他の実施例の原理を表す説明図であ
る。
る。
【図８】傾斜角と傾斜方向の他の表現方法を表す説明図
である。
である。
【図９】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
１０ 傾斜計 １２ 回転検出器 １４ 演算部 １６ ドリル深さ検出器（変位検出器） ３０ データ取り込み手段 ３２ 最大値決定手段 ３４ 傾斜角演算手段 ３６ 傾斜方向演算手段
Claims (9)
- 【請求項１】 回転体に取り付けて回転体の回転軸と所
定の角度を持つ軸の傾斜角を検出する少なくとも１個以
上の傾斜計と、回転体の回転角を検出する回転検出器
と、前記傾斜計によって検出された傾斜角とそのときの
回転検出器からの回転角から、回転軸の鉛直軸からの傾
斜角とその傾斜方向を求める演算部を備えることを特徴
とする傾斜角測定装置。 - 【請求項２】 前記演算部は、回転体の異なる回転角に
おける傾斜計からの傾斜角データを複数個取り込む手段
と、該複数の傾斜角データから最大値又は最小値を求め
る手段と、前記最大値又は最小値から回転体の回転軸の
鉛直軸からの傾斜角に換算する手段と、傾斜角データが
前記最大値又は最小値となるときの回転体の回転角デー
タから回転軸の傾斜方向を求める手段と、を備えること
を特徴とする請求項１記載の傾斜角測定装置。 - 【請求項３】 前記演算部は、回転体の異なる回転角に
おける傾斜計からの傾斜角データを複数個取り込む手段
と、該複数の傾斜角データから平均値を求める手段と、
該複数の傾斜角データから最大値又は最小値を求める手
段と、前記最大値又は最小値から前記平均値を減算し
て、回転体の回転軸の鉛直軸からの傾斜角に換算する手
段と、傾斜角データが前記最大値又は最小値となるとき
の回転体の回転角データから回転軸の傾斜方向を求める
手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載の傾斜
角測定装置。 - 【請求項４】 前記演算部は、回転体の異なる回転角に
おける傾斜計からの傾斜角データを複数個取り込む手段
と、該複数の傾斜角データの中で最も０に近い値をとる
ときの回転体の回転角データから傾斜角データが最大値
又は最小値となるときの回転体の回転角を求め、回転軸
の傾斜方向を決める手段と、を含むことを特徴とする請
求項１記載の傾斜角測定装置。 - 【請求項５】 回転軸と所定の角度を持つと共に第２所
定角度離れた軸の傾斜角を検出する前記少なくとも１個
以上の傾斜計を備え、前記演算部は、前記傾斜計からの
傾斜角データとそのときの回転検出器からの回転角デー
タを取り込む手段と、該傾斜角データ、第２所定角度と
回転角データから回転軸の傾斜角と傾斜方向を求める手
段を備えることを特徴とする請求項１記載の傾斜角測定
装置。 - 【請求項６】 前記演算部は、求めた回転軸の鉛直軸か
らの傾斜角θとその傾斜方向Ｐから、さらに、 θx ＝θ・cos Ｐ θy ＝θ・sin Ｐ の演算を行い、このθx 、θy を出力することを特徴と
する請求項１ないし５のいずれかに記載の傾斜角測定装
置。 - 【請求項７】 前記傾斜角測定装置は、さらに回転体の
回転軸方向の変位を検出する変位検出器を備え、前記演
算部は、前記変位、回転軸の鉛直軸からの傾斜角及びそ
の傾斜方向から回転体の位置を求めることを特徴とする
請求項１ないし６のいずれかに記載の傾斜角測定装置。 - 【請求項８】 回転体に取り付けられた前記傾斜計をス
リップリングを介して演算部と接続することを特徴とす
る請求項１ないし７のいずれかに記載の傾斜角測定装
置。 - 【請求項９】 回転体に取り付けられた前記傾斜計に送
信アンテナを接続し、演算部に受信アンテナを接続し
て、傾斜計からの傾斜角信号を無線で送信することを特
徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の傾斜角測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9460693A JPH06307864A (ja) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | 傾斜角測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9460693A JPH06307864A (ja) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | 傾斜角測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06307864A true JPH06307864A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14114915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9460693A Pending JPH06307864A (ja) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | 傾斜角測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06307864A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014531577A (ja) * | 2011-09-06 | 2014-11-27 | ゲーエル ガラード ハッサン ドイチュラント ゲーエムベーハー | 塔状構造物の傾斜を求める方法 |
| CN104807429A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-07-29 | 烟台中集来福士海洋工程有限公司 | 大拼板角尺度的纠偏方法 |
| CN114320277A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-04-12 | 同济大学 | 一种可检测钻孔灌注桩钻杆垂直度的钻杆及检测系统 |
-
1993
- 1993-04-21 JP JP9460693A patent/JPH06307864A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014531577A (ja) * | 2011-09-06 | 2014-11-27 | ゲーエル ガラード ハッサン ドイチュラント ゲーエムベーハー | 塔状構造物の傾斜を求める方法 |
| CN104807429A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-07-29 | 烟台中集来福士海洋工程有限公司 | 大拼板角尺度的纠偏方法 |
| CN104807429B (zh) * | 2015-03-27 | 2018-01-05 | 烟台中集来福士海洋工程有限公司 | 大拼板角尺度的纠偏方法 |
| CN114320277A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-04-12 | 同济大学 | 一种可检测钻孔灌注桩钻杆垂直度的钻杆及检测系统 |
| CN114320277B (zh) * | 2021-12-14 | 2024-04-26 | 同济大学 | 一种可检测钻孔灌注桩钻杆垂直度的钻杆及检测系统 |
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