JPH10513514A - ロックドリルのツールの位置の判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 最初に、岩盤に対する削岩機の基台(1)の位置を一般座標系内で判定し、その後、基台(1)に対するフィードビーム(3a 〜3c)の位置を測定する削岩機のフィードビーム(3a 〜3c)の位置の判定方法。本方法では、互いにある距離をおいて基台(1)に固定して取り付けられた測定装置(6a 〜6c)および互いにある距離をおいてフィードビームの予め定められた位置に取り付けられた少なくとも２つの測定装置(9a 〜9c、10a 〜10c)を使用し、これによって、少なくともこれらの測定装置の幾つかは送信器で、また幾つかは受信器で構成されている。基台に対するフィードビーム(3a 〜3c)の位置は、たとえば各送信器から幾つかの受信器に対して送信された発振エネルギーの伝搬時間を使用し、これに基づいて、基台(1)に取り付けられた測定装置(6a 〜6c)に対するフィードビームの測定装置(9a 〜9c、10a 〜10c)の位置を計算し、これにより基台(1)に対するフィードビームの位置、したがって岩盤の一般座標に対する位置を計算することにより、測定される。

Description

【発明の詳細な説明】 ロックドリルのツールの位置の判定方法 本発明は、削岩機を使用する場合、既知の座標系において岩盤に対するロック ドリルのツールの位置を判定する方法に関するものである。削岩機は、基台と、 基台に対して旋回可能に取り付けられた、少なくとも１本の穿孔ブームと、ブー ムの他の端部にブームに対して旋回可能に結合され、ツールを備えたロックドリ ルを含む。本方法では、上述の座標系において削岩機の基台の位置を判定し、こ の基台の位置に基づいて同座標系におけるツールの位置を判定する。 地下の空間を掘削する場合、掘削精度は極めて重要である。掘削する空間は、 たとえば交通トンネルであるが、計画寸法が設定されていて、その変更は許され ない。穿孔／爆破法を用いる場合、穿孔精度は掘削精度に重大な影響を及ぼす。 孔の穿孔精度を高めるために、孔の計画位置を別な測定装置で事前に測定し、岩 盤表面にマークしておくことができる。もう一つの方法は、穿孔ブームにそのジ ョイント位置を測定するセンサが設けられている計測装置付きすなわち自動穿孔 機を使用するものである。このセンサに基づいて、ロックドリルの位置と方向、 したがって穿孔機の基台に対するそのツールの位置を判定することができる。す なわち、この情報を、別個に判定した穿孔機の基台の位置と方向に結び付けるこ とにより、計画された穿孔パターンに相応してドリルの位置と方向を判定し、ま たそのように制御することができる。いずれの方法を用いるにせよ、実際上、穿 孔精度は変動しやすいものであった。これは、いずれの方法も、手作業もしくは 熟練を必要とするため、あるいは穿孔ブームのジョイント位置の測定が、たとえ ば摩耗やブームに働く外力に起因するブーム部材の機械的特性の変動に影響され やすいためである。穿孔精度が変動しやすいため、たとえば実際に予防策として 計画以上に岩盤を掘削しなければならないことになる。これにより、穿孔、爆破 、破砕岩石の処理および空間の支保工に余計なコストがかかることになる。穿孔 精度の変動は、必要以上に岩石を掘削すればコストがかかるだけといった掘削工 事でも有害無益である。同様に、打撃ツールとしてパーカッションハン マを用いて岩石ブロックを掘り出したり、あるいは様々な削岩機により必要な作 業を行なう場合などの他の削岩工事においても、ツールの正確な方向および位置 決めは困難である。 フィンランド特許出願第 884,970号に開示されている装置では、削岩機のフィ ードビームは、少なくとも３本のレーザ光線を使用して、これらのレーザ光線の 一般座標系に対する位置および方向を既知として、各レーザ光線ごとにフィード ビームに互いにある距離をおいて送信器／受信器を設置することにより配向し、 トンネルの一般座標系内におけるフィードビームの位置および方向を送信器から の発振波に基づいて測定することができる。この装置は、長い孔の穿孔作業に適 している。しかし、トンネルの穿孔作業に適用することは、爆破作業の期間中、 損傷を避けるためにレーザ光線をその位置から取り外さねばならないため、困難 である。さらに２本以上のフィードビームから構成される削岩機を使用する場合 は、すべてのフィードビームの方向と位置をそれにより測定できるようにするた めには、３本のレーザ光線でさえ必ずしも十分とは言えない。 英国特許出願第 2,180,117号に開示されている方法では、測定チップの位置は 、周辺部の固定位置に取り付けられた３台の測定ユニット、および測定チップの シャフトに取り付けられた２台の検出器を使用することにより判定される。これ によって、各測定ユニットは検出器の位置と距離を測定し、これに基づいて測定 チップの位置を計算する。この装置は、測定ユニットを周辺部に固定的に取り付 ける必要があり、そのためこの方法は、削岩に適用することができない。同様に 、前記フィンランド特許出願に開示された装置も適用できない。 本発明の目的は、あらゆる穿孔作業において、また必要に応じてより多くの削 岩機を用いる場合に、効果的かつ容易に使用することができる削岩機のロックド リルのツールの位置の測定方法を実現することである。 本発明の方法は、次の点を特徴とする。すなわちこの方法は、基台に対する既 知の位置に互いにある距離をおいて設置された少なくとも３台の測定装置を用い て測定を行ない、これらの測定装置のうちの少なくとも２台の基台に、また少な くとも１台はツールに対する既知の位置に取り付け、これによって、これらの測 定装置のうちの少なくとも幾つかは発振エネルギーを送信する送信器を含み、こ れらの測定装置のうちのこれに対応した少なくとも幾つかは発振エネルギーを受 信する受信器を含み、送信器と受信器との間の距離を各送信器により送信される 発振エネルギーに基づいて測定し、受信器と送信器との間の距離をこの測定した 距離に基づいて算出し、このようにして算出した距離に基づいて基台に対するツ ールの位置を判定するようにして測定を行ない、これによって基台に対するツー ルの位置を判定するものである。 本発明の基本思想は次の通りである。すなわち、削岩機の基台に取り付けられ た少なくとも２台の測定装置、すなわち送信器もしくは受信器、および同様に各 ロックドリルに対する既知の位置に配置された受信器もしくは送信器、または必 要により両方の場合とも送信器−受信器を用いて、これによって基台に対するロ ックドリルおよびそのツールの位置を判定することである。本発明の基本思想は さらに、一般座標系内において岩盤に対する削岩機の基台の位置を、レーザまた は固定点航法などのそれ自体は公知である幾つかの方法により判定し、これによ り基台に対するロックドリルの位置を判定する際、一般座標系に対する位置も同 時に判定することである。本発明の好適な実施例の一つによれば、たとえば別体 の送信器−受信器ユニットをロックドリルの位置判定に用いることができる。送 信器−受信器ユニットを穿孔すべき岩盤の付近でロックドリルまたはブームの下 方の適当な位置に設置し、その後、この別体の送信器−受信器ユニットの位置を 、基台に固定的に取り付けられた測定装置により判定し、その後、この別体の送 信器−受信器ユニットをロックドリルの位置判定に使用することができる。 本発明による方法を用いれば、論理的かつ容易に使用可能な測定が行なわれる と同時に、幾つかの異なる測定装置を使用することによりあらゆる条件下で高信 頼度の測定を行なうことができる。 本発明を添付図面によりさらに詳細に説明する。図は、本発明の装置を３本の ブームおよび３本のフィードビームを備えた削岩機に適用した実施例を系統的に 示したものである。本特許出願および請求の範囲において、削岩機とは、ドリル ロッドを備えた通常の削岩機の他に、打撃ツールを備えたパーカッションハンマ あるいは岩盤の破壊または孔の作成を目的とする他の削岩機をも意味する。 図には削岩機の基台１が示され、これには、３本のブーム2a〜2cがそれ自体公 知の方法で旋回可能に結合されている。またブーム2a〜2cの端部には、フィード ビーム3a〜3cがそれぞれ公知の方法で旋回可能に結合されている。ロックドリル 4a〜4cが各フィードビーム上でそれ自体公知の方法によりその長手方向に移動し 、同図では、各ロックドリルごとにツール5a〜5cが結合されている。ロックドリ ルは、図示の場合は、孔を開けるためのドリルロッドである。ブーム2a〜2cおよ びフィードビーム3a〜3cおよび基台１のそれぞれの間のジョイント、ならびにこ れらのジョイントに対するブームおよびフィードビームの回転は、一般にそれ自 体周知であるから、ここではこれ以上の説明はしない。 ３台の測定装置6a〜6cが削岩機の基台１に基台に対し相対的な固定位置に取り 付けられ、各装置は制御ユニット７に接続されている。さらに、別体の測定ユニ ット８が一例として制御ユニット７に接続されている。この測定ユニットは固定 型の測定装置6a〜6cと同様な方法で動作することができる。フィードビームの測 定装置9a〜9cおよび10a 〜10c が各フィードビーム3a〜3c上のある位置にそれぞ れ取り付けられている。すべての測定装置6a〜6c、８、9a〜9cおよび10a 〜10c はすべて、送信器、受信器または送信器−受信器のいずれかにすることができる 。しかし、フィードビームにおけるのすべての測定装置9a〜9cおよび10a 〜10c 、または基台１における固定型の測定装置6a〜6cは、いずれか一方を送信器のみ とし、他方を受信器のみとすることができる。別体の測定ユニット８を用いる場 合、最も実用的には送信器−受信器型とすることが望ましい。 本発明による方法の運用は次のようにして始まる。すなわち、削岩機の基台１ を削岩地点に移動し、一般座標系内において岩盤に対するその位置を、レーザ測 量または固定点測量もしくは自動測量などの幾つかのそれ自体公知の方法により 判定する。本特許出願および請求の範囲において、定義位置とは、当該対象物の 所在位置であり、同様に、問題の座標系内のある対象物に関連した長手軸の方向 を意味する。岩盤の一般座標系に対する基台１の位置が判明しているときは、一 般座標系内の各フィードビーム3a〜3cの位置は、先ず測定装置6a〜6c、８、9a〜 9cおよび10a 〜10c により基台に対する位置を判定し、次にこれを基台の位置を 指示する情報によって数学的に一般座標系内での各フィードビームの位置に変換 することにより、判定することができる。実際には、これは、最も簡単なやり 方、たとえばフィードビーム3a〜3c内のフィードビーム測定装置9a〜9cおよび10 a 〜10c をある種の発振エネルギーすなわち測定信号を送信する送信器とするこ とにより、実行される。各フィードビーム3a〜3cの測定装置により送信された信 号は別々に測定され、制御ユニット７はそれらの伝搬時間等に基づいて基台上の 各測定装置のこれと対応する測定装置までの距離および方向を計算し、その後、 この情報に基づいてフィードビームの位置を算出することができる。この計算は たとえば、適当な間隔で一度に１本のフィードビームづつ行なうことができる。 その場合、連続測定では、ある時点にフィードビーム3aの測定装置9aおよび10a により送信された信号を測定し、次にフィードビーム3bの測定装置9bおよび10b により送信された信号を、さらにフィードビーム3cの測定装置9cおよび10c によ り送信された信号を測定するといった具合に、定められた順序でこれを継続する 。これによりフィードビームの位置が常に知られ、穿孔あるいはブームおよびフ ィードビームの方向が連続的に制御可能となる。図には、異なる測定装置間の可 能な測定方向のうちの幾つかを破線により系統的に示している。 なんらかの理由でフィードビームのある測定装置が信号を基台上のある測定装 置に対して信頼性よく送信できない場合には、さらにブームの下方の地上の適当 な位置に設置された１台またはそれ以上の別体の測定ユニット８を使用すること ができる。たとえば、その後、測定ユニット８の送信器を使用して基台に対する 測定ユニット８の位置を基台の固定型の測定装置6a〜6cによって測定する。この 後、測定ユニット８の受信器は、フィードビーム3a〜3cの測定装置9a〜9cおよび 10a 〜10c から送信された信号の測定に使用することができる。何故なら、測定 ユニットの位置は、基台の座標系内で、そしてこのように基台１を介して岩盤の 一般座標系内で判定されるからである。必要に応じて、当然ながら基台１内の固 定型の測定装置6a〜6cを送信器に置き換え、フィードビーム内の測定装置9a〜9c および10a 〜10c として受信器を使用することができる。さらに、すべての測定 装置を送信器−受信器型の検出器とすることもでき、これにより、たとえばフィ ードビーム相互間の各種の検証測定を違ったやり方で達成することもあるいは可 能であろう。穿孔作業の条件により必要と考えられるときは、複数の別体の測定 ユニット８を使用することができる。 測定信号として異なる発振波を用いることができ、これによって、たとえば超 音波または無線電磁波振動が有用である。ある種の純信号あるいは各種の雑音信 号のいずれも信号として使用可能であり、これによって、できるだけ適切な手法 により様々な条件下で測定の信頼度および精度を確認することができる。 本発明は、以上のように明細書および図面中に例としてのみ開示したが、本発 明は決してこれに限定されることを意図するものではない。測定装置としては、 基台１に取り付けられた２台の測定装置と、基台１に対する位置が既知もしくは 測定可能な１台の他の測定装置とを用いることができる。さらに、これらの測定 装置は、ロックドリル、もしくはそのドリルキャリッジなどのその基部に、また はパーカッションハンマを使用するときはブームの端部に結合された架台に直接 取り付けることができる。ロックドリルに対する位置がわかっている測定装置を １台だけを使用するときは、岩盤に対するロックドリルの方向角は、たとえばブ ームの傾斜角を示す重力検出センサ、およびブームの側面偏向角を計測するセン サを用いることにより、既知の座標系内で測定することができる。測定装置の位 置の計算によって組み合わせたそれらのブーム角度情報によって、判明している 座標系内において岩盤に対するロックドリルの位置とロックドリルに結合された ツールの位置の双方を一義的に判定する。さらに、フィードビームを備えた複数 の削岩機を使用する場合、各測定装置を本明細書に述べたようにそのフィードビ ームに直接取り付け、あるいは、たとえばフィードビームとブームとの間に位置 する別体のクレードルに取り付け、このブームに対してフィードビームを長手方 向に移動可能にする。その場合、フィードビームを備える構成とは異なり、ロッ クドリルおよびそれに対するツールの位置を動きセンサ等によって測定して、フ ィードビームの長手方向におけるドリルの位置を知り、同様にフィードビームの 横断方向におけるドリルロッドまたは他のツールの位置を既に予め判定し、この 情報に基づいてフィードビームに対するツールの位置を判定することができるよ うにする。同様に、クレードルに対するフィードビームの長手方向の動きおよび ツールの軸の横方向、したがってフィードビームの横方向におけるその位置が前 もって知られていて、そこで、この情報に基づいてクレードルに対するツールの 位置を計算し、さらにその方法で測定装置を介して固定座標系内におけ る岩盤に対するツールの位置を計算することができる。この方法はまた、削岩機 の動きの追跡および予測に対しても応用して、ある測定装置の位置を実質的に連 続して測定し、これによってその測定装置の連続した各点位置の情報により測定 点の動きおよび動きの方向、あるいはその速度および加速度の両方に対する変化 を計算することができる。同様に、同じブームに結合された第２の測定装置、あ るいは傾斜角を示すセンサにより得られる情報などの他の情報を使用することに より、たとえばロックドリルのツールの先端の位置と動きは、その動作時中はい つも判定することができ、それにより方向および位置に関する情報を必要により 予測することができ、結果に応じた方法で前記の動きを減速したり、さもなけれ ば制御したりすることできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ )，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基台(1)と、該基台(1)に対して旋回可能に取り付けられた少なくとも１本の 穿孔ブーム(2a 〜2c)と、該ブーム(2a 〜2c)の他の端部に該ブーム(2a 〜2c)に 対し旋回可能に接続され、ツール(5a 〜5c)を備えるロックドリルとを含む削岩 機を使用する際、該削岩機の基台(1)の位置を既知の座標系内において判定し、 該基台(1)の位置に基づいて前記ツール(5a 〜5c)の位置を前記座標系内において 判定し、岩盤に対するロックドリル(4a 〜4c)のツール(5a 〜5c)の位置を前記座 標系内において判定する方法において、該方法は、前記基台に対して既知の位置 に互いにある距離をおいて設置された、少なくとも３台の測定装置(6a 〜6c)を 使用し、これらのうちの少なくとも２台が前記基台に取り付けられ、また少なく とも１台の測定装置(9a 〜9c、10a 〜10c)が前記ツール(5a 〜5c)に対して既知 の相対的位置に置かれ、これによって、少なくとも該測定装置(6a 〜6c、9a〜9c 、10a 〜10c)のうちの幾つかは、発振エネルギーを送信する送信器を含み、これ に対応して、少なくとも前記測定装置(6a 〜6c、9a〜9c、10a 〜10c)のうちの幾 つかは発振エネルギーを受信する受信器を含み、該送信器と受信器との間の距離 を各送信器により送信された発振エネルギーに基づいて測定し、該受信器と送信 器との間の距離を前記測定した距離に基づいて算出し、このようにして算出した 距離に基づいて前記基台(1)に対するツール(5a 〜5c)の位置を判定することで測 定を行ない、これによって前記基台(1)に対するツールの位置を判定することを 特徴とするロックドリルのツールの位置の判定方法。 ２．請求の範囲第１項に記載の方法において、該方法は、前記基台に取り付けら れた３台の測定装置(6a 〜6c)を使用して測定を行なうことを特徴とするツール の位置の判定方法。 ３．請求の範囲第１項または第２項に記載の方法において、該方法はさらに、送 信器および／または受信器を含み前記削岩機の基台(1)からある距離をおいて設 置された少なくとも１台の別体の測定ユニット(8)を使用して測定を行ない、前 記基台(1)に対する別体の測定ユニット(8)の位置は、前記測定ユニットと他の送 信器および／または受信器との間の距離を該送信器によって送信される発振エ ネルギーに基づいて測定することにより判定し、前記基台(1)に取り付けられた 測定装置(6a 〜6c)とともに前記別体の測定ユニット(8)を、その位置を判定した 後に使用して前記ツール(5a 〜5c)の位置を測定することを特徴とするツールの 位置の判定方法。 ４．請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の方法において、該方法は 、互いにある距離をおいて前記ロックドリルに対する既知の相対的位置に設置さ れた２台の測定装置(9a 〜9c、10a 〜10c)を使用して各ロックドリルを測定し、 前記基台に対する両方の測定装置(9a 〜9c、10a 〜10c)の位置を測定することに より、またこのように測定された前記測定装置の位置に基づいて前記基台(1)に 対するロックドリル(4a 〜4c)のツール(5a 〜5c)の位置を算出することにより、 前記ロックドリルの位置を判定することを特徴とするツールの位置の判定方法。 ５．ドリルロッドの前記基台に対する位置を測定し、該ドリルロッドは、フィー ドビーム(3a 〜3c)を備え該フィードビーム(3a 〜3c)に沿って移動するロックド リル(4a 〜4c)のツール(5a 〜5c)として使用される請求の範囲第４項に記載の方 法において、該方法は、前記ロックドリル(4a 〜4c)に対して既知の位置にある 測定装置として前記フィードビーム(3a 〜3c)に対して既知の相対的位置にあり その長手方向に互いにある距離をおいて設置された測定装置(9a 〜9c、10a 〜10 c)を使用し、前記測定装置(9a 〜9c、10a 〜10c)によって前記フィードビーム(3 a 〜3c)の前記基台(1)に対する位置を判定し、前記ドリルロッドの位置を、前記 フィードビーム(3a 〜3c)の横断方向におけるその位置および該フィードビーム( 3a 〜3c)の長手方向におけるその長手方向位置を考慮にいれて判定することを特 徴とするツールの位置の判定方法。 ６．請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の方法において、該方法は 、前記ロックドリル(4a 〜4c)に対する位置が既知である２台の測定装置を各ロ ッドドリルごとに測定に使用し、既知の座標系内において前記岩盤に対するロッ クドリル(4a 〜4c)のツール(5a 〜5c)の偏向角を、傾斜角を示す重力検出センサ によって判定することを特徴とするツールの位置の判定方法。 ７．少なくとも２本のブームを含む削岩機のロックドリル(4a 〜4c)のツール (5a 〜5c)の位置を判定する請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の 方法において、各ロックドリルに対して既知の位置にある測定装置(9a 〜9c、10 a 〜10c)は送信器と受信器の両方を含み、該ロックドリル(4a 〜4c)の相互の位 置を、これらの測定装置(9a 〜9c、10a 〜10c)の間の距離を発振エネルギーに基 づいて測定することにより判定することを特徴とするツールの位置の判定方法。 ８．請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の方法において、該方法は 、距離を測定するために、発振エネルギーを送信した送信器と、受信器を備え該 発振エネルギーを受信した測定装置(6a 〜6c、８、9a〜9c、10a 〜10c)との間の 該発振エネルギーの伝搬時間を測定することを特徴とするツールの位置の判定方 法。