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JP2003502532A - 岩石掘削における位置誤差を補正する方法及び岩石掘削装置 - Google Patents

岩石掘削における位置誤差を補正する方法及び岩石掘削装置

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JP2003502532A
JP2003502532A JP2000587042A JP2000587042A JP2003502532A JP 2003502532 A JP2003502532 A JP 2003502532A JP 2000587042 A JP2000587042 A JP 2000587042A JP 2000587042 A JP2000587042 A JP 2000587042A JP 2003502532 A JP2003502532 A JP 2003502532A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は岩石掘削における位置の誤差を補正する方法と岩石掘削装置とに関する。理論上の位置からのブーム（４）の位置の偏差が少なくとも１つのビーム接合部（２，３）の位置の関数として測定され、測定された偏差は掘削リグの記憶装置に蓄積され、ブーム（４）が掘削位置に位置決めされた時、その位置が蓄積された偏差に基づいて補正される。掘削装置は、ブーム（４）の正しい位置と接合部センサー（２，３）の値に基づいて計算された理論上の位置との間の偏差を蓄積する記憶装置と、前記記憶装置に蓄積された偏差に基づいてブーム（４）の位置を補正する計算装置とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、一端から支持体に取付けられ支持体に対し接合部の周りに回転可能
なブーム（腕材）とブームの他端に回転可能に取付けられた岩石掘削機とが掘削
位置に配置され、ブームが、ブームの計算された理論上の位置からの実際の位置
の偏差が測定され、ブームの位置がこの測定された偏差に基づき補正されるその
設定位置となるまで、ブームが掘削リグ（掘削用具）の制御装置を用いて種々の
運動に対して制御されるようにして穴を掘削する、岩石掘削における位置決め誤
差を補正する方法に関する。
【０００２】 さらに本発明は、支持体と、支持体に対し接合部の周りに回転可能に取付けら
れたブームと、ブームの他方の端部に回転可能に取付けられた岩石ドリル（岩石
掘削具）と、種々のブーム接合部の位置を表示する接合部センサーと、ブームを
穴を掘削する掘削位置に制御する制御装置とを有する、岩石掘削装置に関する。
【０００３】 非常に高い精度が岩石掘削リグの作用に要求されそれにより掘削ができるだけ
経済的に行われるようにする。現在、自動掘削ブーム位置決め及び制御装置が、
穴をできるだけ精密にその意図された位置で掘削することができるよう頻繁に用
いられている。実際上の制御目的のため、様々な型の接合部センサーがブームに
取付けられ、この目的はできるだけ掘削位置と方向を計算する時にブームの幾何
学寸法と運動とを考察することである。しかしこのようにして実現される自動制
御方式に関する問題は、誤差によって生じる種々の型の偏差、隙間及びその他の
事項が掘削ビットの実際の位置が計画による位置とは著しく異なる結果をもたら
すということである。
【０００４】 米国特許第４，６９８，５７０号は、その目的が、掘削ブームの作動範囲すな
わち１つの支持体の位置でのブームの到達を正方形に分割し座標系の全ての方向
における各正方形に対してなされた特定の補正値により、公知の装置の誤差を補
正することにある、方法を提案している。これは実際には、ブームと供給ビーム
とを制御するため装置を設定しそれにより掘削ビットが理論上この正方形の中心
にあるようにしその後に種々の方向における誤差が測定され制御装置の記憶装置
に送られることによって、達成される。通常の掘削使用においては、リグがブー
ムと供給ビームとの位置を、意図された穴の位置がこの正方形の記憶され決定さ
れた補正値に基づいて位置決めされる正方形にしたがって補正する。この方法の
問題点は、緊密な格子（ます目）が掘削されるべき区域のために用いられ様々な
ブーム位置に対する十分な数の補正データが得られるようにしなければならない
ことである。さらに、掘削ビットが多くの様々なブーム位置を用いて１つの特定
位置に位置することができるようになるにつれて、掘削ビットの単なる位置決め
に基づく補正装置では種々のブーム位置に基づく種々の誤差を補償することがで
きず、またそのため意図された精度に達することができなくなる。
【０００５】 本発明の目的は公知の方式の誤差をなくしまた信頼性をもってかつできるだけ
容易かつ簡単にブームの運動によって生じた誤差を補正する方法と装置を提供す
ることである。本発明の方法は理論上の位置からのブーム位置の偏差が所定の間
隔で少なくとも１つのブーム接合部の位置の関数として測定され、この測定され
た偏差が掘削リグの記憶装置に蓄積され、そしてブームと岩石ドリル（穿孔機）
とが掘削位置に位置決めされた時この位置が前記掘削位置に対応した接合部の位
置に対応する蓄積された偏差に基づいて補正されることを特徴としている。
【０００６】 本発明の掘削装置はブームの正しい位置と接合部センサーの値に基づいて計算
された理論上の位置との間の偏差を少なくとも１つのブーム接合部の回転角度の
関数として蓄積する記憶装置と、前記記憶装置に蓄積され前記接合部の接合部セ
ンサーによって表示された値に対応する偏差に基づいてブーム位置を補正する計
算装置とを含むことを特徴としている。
【０００７】 本発明の本質的な思想は、主として誤差を生じる様々なブームの運動の少なく
とも運動の誤差、すなわち正しいブーム位置と理論上の位置との間の偏差を決定
することであり、この偏差は、ブームの運動に対応する、実際上はこの運動に対
する１度に１つ又は２つの運動の適当な間隔の回転角度の角度センサーによって
表示されまたブームの位置を誤差すなわちブームの１つ又は複数の運動に対して
各運動ごとに別々に測定された偏差に基づいて補正することにより表示された、
運動センサー、主として設定値に基づいて計算される。これは例えばブームと支
持体との間の回転角度と供給ビームの回転機構すなわちいわゆる転動機構の回転
角度とに基づき誤差の規定ができるようにする。さらに、本発明の１つの好まし
い実施態様の本質的な思想は、適当な間隔で配置された設定値の誤差が決定され
制御装置の記憶装置に蓄積された時、誤差の変化に関する数学的な近似値が２つ
の測定された地点の間で一方の点から他方の点に動いた時に形成されそれにより
１つの位置がこの区域に位置決めされた時誤差を補正するための十分に正確な近
似値が得られるようにすることである。
【０００８】 本発明の方法の利点は、前もって誤差を主要接合部とその回転角度の関数とし
て規定することによりブーム位置の誤差に関する比較的正確な情報が得られ、そ
のため様々なブームと供給ビームの位置の誤差を最も大きな誤差の原因によって
生じたこの誤差を補償することにより補正するのが容易となることである。これ
は、比較的小さな量の補正データが制御装置の記憶装置に供給されることが必要
でありこれが制御を行うのをさらに容易にすることを意味する。さらに、測定さ
れた点の間の偏差の変化が数学的に計算された時、測定された値の間の誤差の十
分に正確な近似値が何時も得られ、全体の誤差と得られる必要な補償とを比較的
大きな間隔で行われる誤差の規定を用いて計算することができる。これは偏差の
規定に必要な測定点の数を減少させる。
【０００９】 本発明は添付図面によってさらに詳細に記載される。
【００１０】 図１は接合部２及び３の周りに回動可能に連結された支持体（運搬車１）とブ
ーム（腕材）４とを有する岩石掘削リグを略図的に示す。このブームは支持体に
対して回転することができまた他のブームの運動は図に略図的に示される油圧シ
リンダ２ａのような公知の型の様々なアクチュエータを用いて行うことができる
。上記のような公知の型で当業者にとっては自明の上記アクチュエータは図面に
は詳細に説明されていない。このブームは通常の方法で構成し又は組立てること
ができる公知の型又は構造とすることができる。ブームはブームの運動中その間
の接合部又は軸部で回転でき又は例えば相互に対し直線状に動くことができる。
この明細書と特許請求の範囲において、ブームの運動は、ブームと支持体、ブー
ムの種々の各部分の間と、ブームとその端部に取付けられた供給ビームとの間の
、これらの反転、回転、又は直線状の運動の全てを意味する。ブーム４は例えば
その長さが矢印５で示される方向に長く又は短くなるよう調節することができる
入れ子式ブームとすることができる。ブーム４の頂端部に、供給ブーム８がその
周りにブームの端部に対して回転することができる回転接合部６と７が設けられ
ている。さらに、ブームは、回転装置９を含み、回転装置９には供給ビーム８が
この回転装置の軸線に平行に取付けられそれにより供給ビーム８と供給ビームに
沿って動く岩石掘削ドリル１０とが前記軸線の周りに回転されしかもその方向が
変らずに維持されるようにすることができる。
【００１１】 図２は、この場合にはブームと支持体との間の水平の揺動接合部によって例示
される１つの接合部の様々な角度位置に生じる誤差がどのようにして本発明によ
り規定されるかを略図式に示す。この目的で、回転角度が１０個の扇形部分に分
割されそれにより理論上、指令が制御装置に与えられブームを一定角度回転させ
た時ブームをその規定された角度に精密に位置させるようにする。
【００１２】 誤差を決定するため、ブームが制御装置の助けをかりて例えば一度に１つの規
定された扇形角度だけ回転され、この回転は運動センサーにより、この場合は角
度センサーにより与えられた信号に基づき制御装置によって自動リグ上で行われ
る。これに応じて、非自動リグ上で、操作者は操縦制御装置を用い意図された角
度に達するまでブームを所望の方向に回転させる。
【００１３】 各ブーム位置において、ブーム位置の理論上の位置からの偏差が測定され、そ
の誤差が記憶装置に蓄積される。これは図２でＡの印で表わされる上側の誤差グ
ラフを与え、このグラフは制御装置、すなわち通常は単一のユニットである制御
装置の記憶装置に使用のため蓄積される。ブーム位置のこれらの偏差は、岩石掘
削工具すなわちドリルビットの位置の偏差として表現しまた岩石掘削の穴あけ方
向すなわち岩石掘削とドリルビットとの間のドリルスチールの軸線の偏差として
表現するのが簡単である。このようにして規定され、誤差は明瞭となり岩石に関
する座標系における誤差の補正の達成が容易となる。グラフＡに示される場合に
おいて、決定された誤差の値は一定の長さで用いられ、それにより正又は負の誤
差値、すなわち点によって示された測定点の偏差が２つの測定点の間の測定点の
中間点の両側での補正に用いられるようにする。正確な測定点の間で或る種の可
能な値を得るため、誤差補正曲線が例えば図２のグラフＢのように形成されそれ
により隣り合う回転角度の間の誤差値が組合されまたその誤差の偏差がこれに基
づいて計算される。直線状の変化が用いるのに最も簡単であり、それにより誤差
値の間の数学的に真直ぐな線が一方の位置から他方の位置へと動いた時に計算さ
れまた回転角度に基づいて誤差に関する近似値が計算される。これは図２のグラ
フＡに示される測定された点の間に引かれた直線によって図２のグラフＢに示さ
れている。直線の代わりに、種々の種類の非直線の近似値を当然用いることがで
きるが、大概の場合はこの非直線の近似値は必要としない。
【００１４】 接合部の回転角度による偏差、すなわち誤差が一方の接合部の軸線について規
定された時、これら偏差は次に同じ接合部の他方の接合軸線の回転角度について
も同様のやり方で規定される。さらに、供給ビームが回転機構を用いてブームの
端部に取付けられた場合は、回転機構の回転角度によって生じた誤差が測定され
記憶装置に蓄積される。このようにして達成されると、誤差の最も大きな原因を
考察することができ、またドリルビットの位置に影響を及ぼす最終的な誤差を各
構成要素の誤差値を合計することにより規定することができる。これは比較的小
さな数の測定誤差値で効果的で信頼性のある制御方法を提供し、前記方法はブー
ムとその構成部品との様々な位置の結果としてのドリルビットの位置の誤差に関
するブームの様々な構成要素の影響を考察する。実際には、この誤差を補正する
簡単な方法は、各運動に対応する測定された偏差値に基づいて各回転運動の関数
として現われる誤差を補正しそれによりドリルビットが誤差の補正により極めて
正確にその設計された位置となりまた掘削軸線が所望の方向となる結果が得られ
るようにすることである。
【００１５】 実際の掘削作用の間、偏差が別々に測定され掘削リグの制御装置の記憶器に前
もって蓄積されることにより、自動制御によるリグの位置の補正が自動的に実現
されそれにより制御装置がブームを所望の掘削位置に動かすためにブームの制御
を開始した時、各運動に対する誤差の補正が自動的に行われブーム位置に関する
計算された設定値が記憶器に蓄積された偏差値に基づいて補正されるようにする
。このようにして、掘削及び位置決め誤差の全体の補正が、全ての適用された方
法に従うようにされた掘削計画により掘削されるべき各穴に対し完全に自動的に
行われることができる。手動による実施において、岩石掘削リグの制御装置、す
なわち記憶及び計算装置は、自動的に回転角度に対応する偏差を考察し、そして
例えばブーム位置を示す表示器の読取りを補正し、ドリルビットの位置と掘削方
向のようなブームの正しい位置とを、操作者が実際に誤差の補正が行われたこと
を認識しないで示すようにする。
【００１６】 本発明は上記の記載と図面とに実例の形式としてのみ示されており、この実例
に限定されるものではない。本質的なことは、ドリルビットの位置に影響を及ぼ
す誤差すなわち偏差値がブーム接合部、ブーム部品、及び構成要素の様々な運動
位置の結果として規定され、またこの誤差が測定された偏差値に基づいて１度に
１つ又は複数の運動で補正されることである。これは、全ての接合部、さらに好
ましくは、ドリルビットの位置に影響を及ぼす全体の誤差が十分に正確に計算さ
れ十分な精度で補正されることに基づいて接合部又は構成要素の運動によって生
じた最も大きな誤差を考察して行われる。
【００１７】 各運動の偏差、すなわち接合部の位置の関数としての誤差がまた、運動の全行
程にわたって連続した関数としてまたしたがって例えば回転角度については全回
転角度範囲にわたって角度偏差値としてモデル化されることができる。最も高い
可能のある誤差補正の精度が必要な場合は、当然に設定値からの各運動の偏差を
規定しまた各運動に対する補正をすることが必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 岩石掘削リグに用いられるブームの概略図である。
【図２】 誤差を１つの接合部の関数として、例えばブームと岩石掘削リグの支持体との
間の接合部の回転角度として規定するところを示す概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サネルマ，シモ フィンランド国，エフイーエン−37560 レンペエレ，イーサキンクヤ ３ アス １ Ｆターム(参考） 2D029 JA00 2D065 AB21 BA12 BA16 BA20 BA23 BA36 BA38

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方の端部から支持体に取付けられ支持体に対して接合部の
    周りに回転可能なブームと、ブームの他方の端部に回転可能に取付けられた岩石
    ドリルとが掘削位置に配置され、ブームが掘削リグの制御装置を用いてブームが
    その設定位置となるまで種々の運動に対して制御されるようにして穴を掘削する
    岩石掘削における位置を補正する方法であって、計算された理論上の位置からの
    ブームの実際の位置の偏差が測定され、ブームの位置が測定された偏倚に基づい
    て補正される、位置誤差を補正する方法において、理論上の位置からのブーム位
    置の偏差が所定間隔で少なくとも１つのブーム接合部の位置の関数として測定さ
    れ、測定された偏差が掘削リグの記憶装置に蓄積され、ブームと岩石ドリルとが
    掘削位置に位置決めされた時該位置が前記掘削位置に対応した接合部の位置に対
    応する蓄積された偏差に基づいて補正されることを特徴とする岩石掘削における
    位置誤差の補正方法。
  2. 【請求項２】 計算された理論上の位置からのブームの偏差がブームと支持
    体との間の少なくとも１つの接合部の回転方向で測定される請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 計算された理論上の位置からのブーム位置の偏差が、ブーム
    と支持体との間の相互に交差する位置で２つの接合部の各位置の関数として測定
    される請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 計算された理論上の位置からのブーム位置の偏差が両方の角
    度の関数として測定されそれにより理論上の各点が２つの方向の座標系において
    所定間隔の水平方向と垂直方向のブーム位置を表わすようにし、偏倚が交差する
    接合部の各位置の関数として規定される請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 各接合部の位置に対応する偏差が一定の接合部の位置におい
    て所定間隔で測定され、ブームを掘削位置に位置決めした時ブームの計算された
    理論上の位置がこのようにして得られた接合部の位置に対応する偏差に基づいて
    補正される請求項１から４うちの１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 各回転運動の隣り合う蓄積された接合部の位置の間の偏差が
    、前記接合部の位置の値の間の測定された偏差に基づいて一方の位置の値から他
    の位置の値への偏差の変化に関する近似値を計算することにより、規定される請
    求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 偏差に関する近似値が記憶装置に蓄積された偏差値の間で計
    算される請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 少なくとも１つの他の運動によって生じたのに加え偏差が運
    動センサーの値の関数として測定され、ブームの理論上の位置が、ブームを掘削
    位置に位置決めした時この運動に付加されたのに対応する偏差に基づいて補正さ
    れる請求項１から７のうちの１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 回転機構が取付けられ岩石ドリルをその供給ビームと共に掘
    削軸線に平行な軸線の周りに回転させるブーム上で、回転運動によって生じた偏
    差がブームの正しい位置とブームの理論的に計算された位置との間で測定され、
    ブームの位置がブームの位置と、ブームと支持体の間の接合部と、回転機構の位
    置とに対応する偏差に基づいて補正される、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 偏差が岩石ドリルのドリルビットの位置の偏差とドリルス
    チールの軸線によって決定された掘削方向の偏差として蓄積される請求項１から
    ９のうちの１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 支持体と、支持体に対して接合部の周りに回転可能に取付
    けられたブームと、ブームの他端に回転可能に取付けられた岩石ドリルと、種々
    のブーム接合部の位置を表示する接合部センサーと、ブームを穴を掘削する位置
    へと制御するための制御装置、とを有する、岩石掘削装置において、ブームの正
    しい位置と接合部センサーの値に基づき少なくもと１つのブーム接合部の回転角
    度の関数として計算された理論上の位置との間の偏差を蓄積する記憶装置と、前
    記記憶装置に蓄積され前記接合部の接合部センサーによって表示された値に対応
    する偏差に基づきブームの位置を補正する計算装置とを含んでいることを特徴と
    する岩石掘削装置。
  12. 【請求項１２】 記憶装置が、ブームの正しい位置と、接合部センサーに基
    づきブームと支持体との間の１つの他の交差接合部に対する２つの回転角度の関
    数として計算された理論上の値との間の、偏差を蓄積するよう配置され、計算装
    置が、前記記憶ユニットに蓄積され位置に対応し両方の接合部の接合部センサー
    によって表示された偏差に基づき、ブームの位置を補正するよう配置されている
    請求項１１に記載の岩石掘削装置。
  13. 【請求項１３】 記憶装置が、ブームの正しい位置と接合部センサーに基づ
    き２つの交差する接合部の各位置の関数として計算された理論上の位置との間の
    、２方向座標系における偏差を蓄積するよう配置されている請求項１２に記載の
    岩石掘削装置。
  14. 【請求項１４】 岩石ドリルをブームに対し岩石ドリルの掘削軸線に平行な
    軸線の周りに回転させる別体の回転機構が設けられ、記憶装置がブームの正しい
    位置と接合部センサーに基づき回転機構の位置の関数として計算された理論上の
    位置との間の偏差を蓄積するよう配置され、計算装置が、ブームの位置とブーム
    と支持体との間の接合部の回転角度と対応する回転機構の回転角度とを対応する
    偏差に基づいて補正するよう配置されている請求項１１から１３のうちの１項に
    記載の岩石掘削装置。
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