JP2023019132A - boring equipment - Google Patents

Abstract

To provide boring equipment in which core clogging can be avoided with automatic control.SOLUTION: Boring equipment 100 comprises: a rotationally driving mechanism 30 which rotationally drives a drilling rod 10; a linearly driving mechanism 40 which linearly drives the drilling rod 10; a water supply pump 51 which supplies water toward the tip of the drilling rod 10; and a controller 60. The controller 60 is configured to be able to perform: speed control of controlling the linearly driving mechanism 40 in such a way as to increase the feeding force F when the feeding speed V of the advancement of the drilling rod 10 is less than the target speed Vt, and re-drilling control of controlling the linearly driving mechanism 40 in such a way as to move the drilling rod 10 forward again after moving the drilling rod backward by a prescribed amount. When at least one of the feeding speed V of the drilling rod 10, the water supply pressure of the water supply pump 51 and the water supply amount of the water supply pump 51 does not satisfy a control continuation condition, control on the linearly driving mechanism 40 is switched from the speed control to the re-drilling control.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ボーリング装置に関する。 The present invention relates to a boring machine.

ボーリング装置としては、たとえば、特許文献１に開示されるものが知られている。 As a boring device, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known.

特開２００４－２７８０６３号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-278063

特許文献１に開示されるようなボーリング装置には、作業者の技能と経験の違いによる作業効率及び精度のばらつきを抑制するために、自動化のニーズがある。
また、ボーリング装置では、削孔ロッドの内部や、削孔ロッドと削孔した孔との間に地盤材料が噛みこみ、削孔ロッドを掘進できなくなるコア詰まりが生じることがある。このようなコア詰まりにより作業効率が低下するため、コア詰まりは回避することが望ましい。 A boring machine such as that disclosed in Patent Document 1 has a need for automation in order to suppress variations in work efficiency and accuracy due to differences in worker skill and experience.
Further, in the boring device, core clogging may occur in which the drilling rod cannot excavate due to the ground material getting stuck inside the drilling rod or between the drilling rod and the drilled hole. Since such core clogging reduces work efficiency, it is desirable to avoid core clogging.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、自動制御によってコア詰まりを回避可能なボーリング装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a boring machine capable of avoiding core clogging by automatic control.

本発明は、ボーリング装置であって、削孔ロッドと、削孔ロッドに回転力を付加して、削孔ロッドを回転駆動する回転駆動機構と、削孔ロッドにその軸方向に沿って送り力を付加して、削孔ロッドを直線駆動する直線駆動機構と、削孔ロッドの先端に向けて送水する送水ポンプと、削孔ロッドが直線運動する送り速度を検知する送り速度検知部と、送水ポンプの送水圧を検知する送水圧検知部と、送水ポンプの送水量を検知する送水量検知部と、回転駆動機構及び直線駆動機構の作動を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、削孔ロッドが前進する送り速度が所定の速度基準値を下回る場合には、送り力を増加させるように直線駆動機構を制御する速度制御と、削孔ロッドを所定量だけ後進させた後、再び前進させるように直線駆動機構を制御する再削孔制御と、を実行可能に構成され、送り速度、送水圧、及び送水量の少なくとも一つが制御継続条件を充足しない場合、直線駆動機構に対する制御を速度制御から再削孔制御に切り換えることを特徴とする。 The present invention is a boring apparatus comprising a drilling rod, a rotary drive mechanism for applying a rotational force to the drilling rod to rotate the drilling rod, and a feed force applied to the drilling rod along its axial direction. , a linear drive mechanism that linearly drives the drilling rod, a water pump that feeds water toward the tip of the drilling rod, a feed speed detector that detects the feed speed at which the drilling rod moves linearly, and a water feed A water supply pressure detection unit that detects the water supply pressure of the pump, a water supply amount detection unit that detects the water supply amount of the water supply pump, and a controller that controls the operation of the rotary drive mechanism and the linear drive mechanism. Speed control for controlling the linear drive mechanism to increase the feed force when the forward feed rate of the rod is below a predetermined speed reference value; and re-drilling control for controlling the linear drive mechanism, and when at least one of the feed speed, the water feed pressure, and the water feed rate does not satisfy the control continuation condition, the control for the linear drive mechanism is speed controlled It is characterized by switching from to re-drilling control.

本発明によれば、ボーリング装置を自動制御してコア詰まりの発生を回避することができる。 According to the present invention, it is possible to automatically control the boring apparatus and avoid the occurrence of core clogging.

本発明の実施形態に係るボーリング装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a boring machine according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施形態に係るボーリング装置の各構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing each configuration of the bowling apparatus according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るボーリング装置の制御を説明するためのフローチャート図である。It is a flowchart figure for demonstrating control of the bowling apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るボーリング装置の再削孔制御を説明するためのフローチャート図である。FIG. 4 is a flowchart for explaining re-drilling control of the boring apparatus according to the embodiment of the present invention;

以下、本発明の実施形態に係るボーリング装置１００について、図面を参照して説明する。ボーリング装置１００は、試料（コア）の回収を行わずに地盤Ｇを削孔するノンコアボーリングを行う装置である。 A boring machine 100 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The boring apparatus 100 is an apparatus for performing non-core boring for drilling a ground G without recovering a sample (core).

ボーリング装置１００は、図１及び図２に示すように、地盤Ｇを削孔する削孔ロッド１０と、削孔ロッド１０を回転駆動する回転駆動機構３０と、削孔ロッド１０をその軸方向に沿って直線駆動する直線駆動機構４０と、削孔ロッド１０の先端に対して送水するための送水ユニット５０と、ボーリング装置１００の作動を制御するコントローラ６０と、ボーリング装置１００の作動のために作業者によって操作される操作器７０と、を備える。 As shown in FIGS. 1 and 2, the boring device 100 includes a drilling rod 10 for drilling a ground G, a rotation drive mechanism 30 for rotating the drilling rod 10, and a shaft for rotating the drilling rod 10 in its axial direction. a linear drive mechanism 40 for linearly driving along, a water supply unit 50 for supplying water to the tip of the drilling rod 10, a controller 60 for controlling the operation of the boring apparatus 100, and a work for operating the boring apparatus 100. and an operation device 70 operated by a person.

削孔ロッド１０は、中空部を有する筒状であり、複数のロッド部材が軸方向に連結されることにより構成される。図１に示すように、削孔ロッド１０は、その上部がチャック１２によって把持され、チャック１２を介して回転駆動機構３０に連結される。削孔ロッド１０の下部には、コアバーレル１４が取り付けられる。コアバーレル１４の下端には、地盤Ｇを掘削するビット１６が設けられる。 The drilling rod 10 has a tubular shape with a hollow portion, and is configured by connecting a plurality of rod members in the axial direction. As shown in FIG. 1 , the drilling rod 10 is gripped at its upper portion by a chuck 12 and connected to a rotation drive mechanism 30 via the chuck 12 . A core barrel 14 is attached to the bottom of the drill rod 10 . A bit 16 for excavating the ground G is provided at the lower end of the core barrel 14 .

回転駆動機構３０は、原動機としての電動モータ３１と、電動モータ３１によって回転駆動されるスピンドル３２と、を有する。スピンドル３２は、チャック１２を介して削孔ロッド１０と共に回転するように削孔ロッド１０に連結される。 The rotary drive mechanism 30 has an electric motor 31 as a prime mover and a spindle 32 rotationally driven by the electric motor 31 . Spindle 32 is coupled to drill rod 10 via chuck 12 for rotation therewith.

電動モータ３１は、コントローラ６０から送信される制御指令信号（電流値、電圧値、周波数）によって回転数や回転力（トルク）等の作動が制御される。電動モータ３１の回転は、図示しない伝達機構を介してスピンドル３２に伝達される。よって、チャック１２によってスピンドル３２に連結される削孔ロッド１０は、スピンドル３２を介して電動モータ３１により回転駆動される。なお、原動機は、電動モータ３１に限定されず、油圧モータ等の他のモータや、エンジンなどであってもよい。 The operation of the electric motor 31 , such as the rotation speed and torque, is controlled by control command signals (current value, voltage value, frequency) transmitted from the controller 60 . Rotation of the electric motor 31 is transmitted to the spindle 32 via a transmission mechanism (not shown). Therefore, the drilling rod 10 connected to the spindle 32 by the chuck 12 is rotationally driven by the electric motor 31 via the spindle 32 . Note that the prime mover is not limited to the electric motor 31, and may be another motor such as a hydraulic motor, an engine, or the like.

直線駆動機構４０は、スピンドル３２、回転駆動機構３０及び削孔ロッド１０を鉛直上下方向に沿って直線移動する油圧シリンダ４１（直線駆動部）を有する。なお、直線駆動部は、油圧シリンダ４１に限定されず、その他の流体圧シリンダ、電動モータ３１とボールねじとを有する直動機構、又はリニアアクチュエータ等であってもよい。 The linear drive mechanism 40 has a hydraulic cylinder 41 (linear drive unit) that linearly moves the spindle 32, the rotation drive mechanism 30, and the drilling rod 10 along the vertical up-down direction. Note that the linear drive unit is not limited to the hydraulic cylinder 41, and may be another fluid pressure cylinder, a linear motion mechanism having the electric motor 31 and a ball screw, a linear actuator, or the like.

油圧シリンダ４１は、油圧制御装置（図示省略）の油圧ポンプから供給される油圧によって駆動される。油圧制御装置は、コントローラ６０からの制御指令信号によって削孔ロッド１０（及びビット１６）に付加される荷重（送り力Ｆ）等の作動が制御される。油圧シリンダ４１は、ブラケット部材４５を介して回転駆動機構３０及び削孔ロッド１０を鉛直上下方向に沿って移動させる。 The hydraulic cylinder 41 is driven by hydraulic pressure supplied from a hydraulic pump of a hydraulic control device (not shown). The hydraulic control device controls operations such as a load (feeding force F) applied to the drilling rod 10 (and the bit 16) according to a control command signal from the controller 60. FIG. The hydraulic cylinder 41 moves the rotary drive mechanism 30 and the drilling rod 10 vertically through the bracket member 45 .

送水ユニット５０は、削孔ロッド１０の先端に送水する送水ポンプ５１と、送水ポンプ５１が吐出する水を削孔ロッド１０の先端に導く送水ライン５２と、送水ポンプ５１が送水する水を貯留するタンク５３と、削孔ロッド１０の先端からビット１６を介して排出された削孔水と削孔スライムとを排水ライン５６を通じて回収する排水ポンプ５５と、排出された削孔水と削孔スライムを回収して貯留する排水タンク５７と、を有する。 The water supply unit 50 includes a water pump 51 that supplies water to the tip of the drilling rod 10, a water supply line 52 that guides the water discharged by the water supply pump 51 to the tip of the drilling rod 10, and stores the water supplied by the water supply pump 51. A tank 53, a drain pump 55 for recovering drilling water and drilling slime discharged from the tip of the drilling rod 10 through the bit 16 through a drain line 56, and a drain pump 55 for collecting the discharged drilling water and drilling slime. and a drain tank 57 for collecting and storing.

詳細な図示は省略するが、送水ライン５２は、配管パイプ又はホースによって構成され、削孔ロッド１０の中空部に挿入されて削孔ロッド１０の先端に臨んで設けられる。送水ポンプ５１から吐出された水は、送水ライン５２を通じてコアバーレル１４の先端に供給される。 Although detailed illustration is omitted, the water supply line 52 is configured by a piping pipe or hose, is inserted into the hollow portion of the drilling rod 10 , and is provided facing the tip of the drilling rod 10 . Water discharged from the water pump 51 is supplied to the tip of the core barrel 14 through the water line 52 .

排水ポンプ５５は、送水ライン５２を通じてコアバーレル１４の先端に送水された水を、削孔ロッド１０の外周と削孔した孔の内周との間の環状の隙間を通じて排出する。 The drain pump 55 discharges the water sent to the tip of the core barrel 14 through the water supply line 52 through the annular gap between the outer circumference of the drilling rod 10 and the inner circumference of the drilled hole.

図２に示すように、ボーリング装置１００は、スピンドル３２の回転速度を検出する回転速度センサ８０（回転速度検知部）と、削孔ロッド１０の移動方向（鉛直方向）における削孔ロッド１０の位置を検出する変位センサ８１（送り速度検知部）と、地盤Ｇに対して削孔ロッド１０を掘進させる力である送り力Ｆを検出する荷重センサ８２（送り力検知部）と、送水ユニット５０の送水ポンプ５１からの送水される水の送水圧を検出する圧力センサ８３（送水圧検知部）と、送水ポンプ５１からの送水量を検出する流量センサ８４（送水量検知部）と、ボーリング装置１００に生じる振動を検出する加速度センサ８５（振動検知部）と、をさらに備える。回転速度センサ８０、変位センサ８１、荷重センサ８２、圧力センサ８３、流量センサ８４、及び加速度センサ８５の検出結果は、コントローラ６０に入力される。 As shown in FIG. 2, the boring machine 100 includes a rotational speed sensor 80 (rotational speed detector) that detects the rotational speed of the spindle 32, and a position sensor 80 of the drilling rod 10 in the moving direction (vertical direction) of the drilling rod 10. , a load sensor 82 (feeding force detecting portion) for detecting the feeding force F that is the force for excavating the drilling rod 10 into the ground G, and the water supply unit 50 A pressure sensor 83 (water supply pressure detection unit) that detects the water supply pressure of water supplied from the water supply pump 51, a flow rate sensor 84 (water supply amount detection unit) that detects the amount of water supplied from the water supply pump 51, and a boring device 100. and an acceleration sensor 85 (vibration detection unit) that detects vibrations occurring in the device. Detection results of the rotation speed sensor 80 , displacement sensor 81 , load sensor 82 , pressure sensor 83 , flow sensor 84 and acceleration sensor 85 are input to the controller 60 .

コントローラ６０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。コントローラ６０は、少なくとも、本実施形態に係る制御を実行するために必要な処理を実行可能にプログラムされている。なお、コントローラ６０は一つの装置として構成されていても良いし、複数の装置に分けられ、各制御を当該複数の装置で分散処理するように構成されていてもよい。 The controller 60 is composed of a microcomputer having a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an I/O interface (input/output interface). The RAM stores data in CPU processing, the ROM stores CPU control programs and the like in advance, and the I/O interface is used for inputting and outputting information with connected devices. The controller 60 is programmed so as to be able to execute at least the processing necessary to execute the control according to this embodiment. Note that the controller 60 may be configured as a single device, or may be divided into a plurality of devices and may be configured so that each control is distributed to the plurality of devices.

回転駆動機構３０、直線駆動機構４０、及び送水ユニット５０の作動は、コントローラ６０によって制御される。 The operations of the rotary drive mechanism 30 , the linear drive mechanism 40 and the water supply unit 50 are controlled by the controller 60 .

操作器７０は、作業者の操作入力を受け付ける入力部７１と、画像を表示する表示部７２と、を有する。作業者は、操作器７０の入力部７１を通じてボーリング装置１００の操作や作動条件の設定を行う。表示部７２は、設定された作動条件や、ボーリング装置１００の現在の作動状態等を表示する。 The operating device 70 has an input section 71 that receives an operator's operation input, and a display section 72 that displays an image. The operator operates the boring machine 100 and sets operating conditions through the input section 71 of the operation device 70 . The display unit 72 displays the set operating conditions, the current operating state of the boring machine 100, and the like.

コントローラ６０には、操作器７０を通じてボーリング装置１００による掘削条件が作業者によって入力される。掘削条件には、後述する削孔ロッド１０の目標速度Ｖｔ及び掘削の目標値である目標深度が少なくとも含まれる。なお、本実施形態では、掘削条件には、後述する送り力Ｆの上限値である送り力上限閾値Ｆｕ、送水ユニット５０による水の送水量の下限値である送水量下限閾値、水の送水圧力の上限値である送水圧上限閾値もさらに含まれる。 An operator inputs excavation conditions for the boring machine 100 to the controller 60 through the operator 70 . The excavation conditions include at least a target velocity Vt of the drill rod 10 and a target depth, which is a target value for excavation, which will be described later. In the present embodiment, the excavation conditions include a feed force upper limit threshold Fu that is the upper limit of the feed force F, a water feed amount lower threshold that is the lower limit of the amount of water fed by the water feed unit 50, and a water feed pressure. Also included is a water supply pressure upper threshold, which is the upper limit of .

コントローラ６０は、変位センサ８１の検出結果に基づいて、削孔ロッド１０の移動速度を算出する。なお、移動速度とは、削孔ロッド１０が地盤Ｇを掘進する（地盤Ｇに対して前進する）速度である送り速度と、削孔ロッド１０が地盤Ｇから引き上げられる（地盤Ｇに対して後退する）速度である引き上げ速度と、を含むものである。 The controller 60 calculates the moving speed of the drilling rod 10 based on the detection result of the displacement sensor 81 . In addition, the moving speed includes a feed speed at which the drilling rod 10 excavates the ground G (moving forward with respect to the ground G), and a feed speed at which the drilling rod 10 is pulled up from the ground G (retreat with respect to the ground G). pull-up speed, which is the speed at which the

次にボーリング装置１００の作用について説明する。 Next, operation of the boring machine 100 will be described.

ボーリング装置１００によるノンコアボーリングでは、コアバーレル１４と共に削孔ロッド１０を回転させ、地盤Ｇに向けて移動させる。そして、送水ユニット５０の送水ポンプ５１によってコアバーレル１４の先端に水を供給しながら、コアバーレル１４の先端のビット１６によって地盤Ｇを削孔し、削孔ロッド１０を地盤Ｇに対して掘進させる。ノンコアボーリングでは、メタルクラウンもしくはシングルダイヤモンドビット等のビット１６に１．５～２．０ｍ程度のコアバーレル１４を使用して行う。ボーリング装置１００は、１ステージ（通常５ｍ）をコアバーレル１４内に充填されるサンプル（試料）の回収なしで削孔する。ノンコアボーリングでは、サンプル（試料）は粉砕され、粉砕された削孔スライムが地上部へ排出されながら削孔される。このように、ノンコアボーリングでは、サンプル（試料）の回収なしで削孔することができる。 In non-core boring by the boring device 100, the drilling rod 10 is rotated together with the core barrel 14 and moved toward the ground G. Then, while water is supplied to the tip of the core barrel 14 by the water pump 51 of the water supply unit 50, the ground G is drilled by the bit 16 at the tip of the core barrel 14, and the drilling rod 10 is excavated into the ground G. In non-core boring, a core barrel 14 of about 1.5 to 2.0 m is used for a bit 16 such as a metal crown bit or a single diamond bit. The boring apparatus 100 drills one stage (usually 5 m) without collecting a sample (specimen) filled in the core barrel 14 . In non-core boring, a sample (specimen) is pulverized and drilled while the pulverized drilling slime is discharged to the ground. Thus, non-core boring allows drilling without sample recovery.

次に、ボーリング装置１００の作動の制御について説明する。 Next, control of the operation of the boring machine 100 will be described.

ボーリング装置１００では、削孔ロッド１０（及びビット１６）が、自動で継続して地盤Ｇを掘進できるように、速度制御、回復制御、負荷制御、及び再削孔制御の４つの制御がコントローラ６０によって実行される。速度制御及び再削孔制御は、直線駆動機構４０に対する制御である。回復制御は、直線駆動機構４０が速度制御によって制御されている状態において、回転駆動機構３０に対して実行される制御である。負荷制御は、直線駆動機構４０及び回転駆動機構３０に対して実行される制御である。 In the boring machine 100, the controller 60 performs four controls of speed control, recovery control, load control, and re-drilling control so that the drilling rod 10 (and the bit 16) can automatically and continuously excavate the ground G. performed by Speed control and redrilling control are controls for the linear drive mechanism 40 . Recovery control is control that is performed on the rotary drive mechanism 30 while the linear drive mechanism 40 is controlled by speed control. Load control is control performed on the linear drive mechanism 40 and the rotary drive mechanism 30 .

速度制御は、削孔ロッド１０の送り速度が所定の速度基準値によって掘進するように直線駆動機構４０を制御するものである。速度制御では、削孔ロッド１０が地盤Ｇに対して前進する速度（以下、「送り速度Ｖ」と称する。）が所定の速度基準値を下回る場合には、送り力Ｆを増加させるように直線駆動機構４０が制御される。反対に、削孔ロッド１０の送り速度Ｖが速度基準値を上回る場合には、送り力Ｆを低下させるように直線駆動機構４０が制御される。 The speed control is to control the linear drive mechanism 40 so that the drilling rod 10 feeds at a predetermined speed reference value. In the speed control, when the speed at which the drilling rod 10 moves forward with respect to the ground G (hereinafter referred to as “feed speed V”) is below a predetermined speed reference value, the feed force F is linearly controlled so as to increase. A drive mechanism 40 is controlled. Conversely, when the feed speed V of the drilling rod 10 exceeds the speed reference value, the linear drive mechanism 40 is controlled to reduce the feed force F.

本実施形態では、速度制御は、目標速度Ｖｔを速度基準値とし、削孔ロッド１０の送り速度Ｖと目標速度Ｖｔとの偏差に基づいて直線駆動機構４０を制御するフィードバック制御によって実行される。直線駆動機構４０のフィードバック制御は、ＰＩＤ制御によって実行される。ＰＩＤ制御は、周知の技術を採用できるため、本明細書では、詳細な説明は省略する。 In this embodiment, speed control is performed by feedback control that controls the linear drive mechanism 40 based on the deviation between the feed speed V of the drilling rod 10 and the target speed Vt, with the target speed Vt as a speed reference value. Feedback control of the linear drive mechanism 40 is performed by PID control. Since PID control can employ well-known techniques, detailed description thereof is omitted in this specification.

回復制御とは、直線駆動機構４０によって発揮される削孔ロッド１０の送り力Ｆが所定の送り力上限閾値Ｆｕを上回った場合に、削孔ロッド１０の回転数Ｒを増加させる制御である。速度制御によって送り力Ｆをそれ以上増加できないような場合であっても、回復制御によって回転数Ｒを増加させることで、地盤Ｇを掘削しやすくなる。このように、速度制御と共に回復制御を実行することで、削孔ロッド１０の送り速度Ｖを容易かつ精度よく目標速度Ｖｕに制御することができる。 Recovery control is control to increase the rotation speed R of the drilling rod 10 when the feed force F of the drilling rod 10 exerted by the linear drive mechanism 40 exceeds a predetermined feed force upper limit threshold value Fu. Even if the feed force F cannot be increased further by speed control, excavation of the ground G can be facilitated by increasing the rotational speed R by recovery control. By executing the recovery control together with the speed control in this manner, the feed speed V of the drilling rod 10 can be easily and accurately controlled to the target speed Vu.

負荷制御とは、加速度センサ８５によって検出されるボーリング装置１００の振動が所定の大きさ以上となった場合に、振動を抑制するように削孔ロッド１０の送り力Ｆ及び／又は回転数Ｒを制御するものである。このような負荷制御を実行することで、ボーリング装置１００に過剰な負荷がかかることを抑制して、設備を保護することができる。 The load control means that when the vibration of the boring machine 100 detected by the acceleration sensor 85 exceeds a predetermined level, the feed force F and/or the rotation speed R of the drilling rod 10 is controlled so as to suppress the vibration. control. By executing such load control, it is possible to prevent an excessive load from being applied to the boring machine 100 and protect the equipment.

再削孔制御とは、速度制御の実行中において、コア詰まりと呼ばれる現象の発生を検知した場合に実行される制御であって、コア詰まりを解消するような特殊な掘進動作である再削孔動作を行うように削孔ロッド１０の作動を制御するものである。 Re-drilling control is a control that is executed when the occurrence of a phenomenon called core clogging is detected during the execution of speed control, and is a special excavation operation that eliminates core clogging. It controls the actuation of the drilling rod 10 to effect movement.

図３及び図４は、コントローラ６０によるボーリング装置１００の制御の手順を示すフローチャートである。以下、図３及び図４を参照して、ボーリング装置１００の制御を具体的に説明する。コントローラ６０は、図３に示す処理を所定の時間間隔によって繰り返し実行する。 3 and 4 are flowcharts showing the control procedure of the bowling machine 100 by the controller 60. FIG. Hereinafter, the control of the boring machine 100 will be specifically described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. The controller 60 repeatedly executes the processing shown in FIG. 3 at predetermined time intervals.

図３に示すステップＳ１１～Ｓ１３が速度制御に対応する。図３に示すステップＳ１４及びＳ１５が回復制御に対応する。図３に示すステップＳ２０からＳ２５が負荷制御に対応する。図３に示すステップＳ３０及び図４に示すステップＳ３１からステップＳ３３が再削孔制御に対応する。 Steps S11 to S13 shown in FIG. 3 correspond to speed control. Steps S14 and S15 shown in FIG. 3 correspond to recovery control. Steps S20 to S25 shown in FIG. 3 correspond to load control. Step S30 shown in FIG. 3 and steps S31 to S33 shown in FIG. 4 correspond to the re-drilling control.

ステップＳ１０では、ボーリング装置１００の作動条件が、制御継続条件を満たしているかを判定する。制御継続条件を満たしている場合は、ステップＳ１０からステップＳ１１に進んで、直線駆動機構４０に対して速度制御を実行する。制御継続条件を満たしていない場合には、ステップＳ１０からステップＳ３０に進んで、直線駆動機構４０に対して再削孔制御を実行する。制御継続条件については、後に説明する。 In step S10, it is determined whether the operating conditions of the boring machine 100 satisfy the control continuation conditions. If the control continuation condition is satisfied, the process proceeds from step S10 to step S11 to execute speed control for the linear drive mechanism 40 . If the control continuation condition is not satisfied, the process advances from step S10 to step S30 to execute hole re-drilling control for the linear drive mechanism 40 . The control continuation condition will be explained later.

ステップＳ１１では、変位センサ８１から取得した削孔ロッド１０の送り速度Ｖと掘削条件として取得した目標速度Ｖｔとの偏差（送り速度Ｖ－目標速度Ｖｔ）を算出し、偏差の正負を判定する。 In step S11, the difference between the feed speed V of the drilling rod 10 obtained from the displacement sensor 81 and the target speed Vt obtained as the excavation condition (feed speed V - target speed Vt) is calculated, and whether the deviation is positive or negative is determined.

偏差が正である場合には、ステップＳ１１からステップＳ１２に進み、偏差の大きさ（絶対値）に応じて削孔ロッド１０に付加する送り力Ｆを減少させる。具体的には、直線駆動機構４０への制御指令である電流値の大きさを偏差の大きさに応じて変化させて、直線駆動機構４０により発揮される削孔ロッド１０の送り力Ｆを減少させる。 If the deviation is positive, the process proceeds from step S11 to step S12, and the feed force F applied to the drilling rod 10 is reduced according to the magnitude (absolute value) of the deviation. Specifically, the magnitude of the current value, which is the control command to the linear drive mechanism 40, is changed according to the magnitude of the deviation, thereby reducing the feed force F of the drilling rod 10 exerted by the linear drive mechanism 40. Let

反対に、偏差が負である場合には、ステップＳ１１からステップＳ１３に進み、偏差の大きさに応じて削孔ロッド１０への送り力Ｆを増加させる。具体的には、偏差が正である場合と同様に、直線駆動機構４０への制御指令である電流値の大きさを偏差の大きさに応じて変化させて、直線駆動機構４０により発揮される削孔ロッド１０の送り力Ｆを増加させる。 Conversely, if the deviation is negative, the process proceeds from step S11 to step S13, and the feed force F to the drilling rod 10 is increased according to the magnitude of the deviation. Specifically, as in the case where the deviation is positive, the magnitude of the current value, which is the control command to the linear drive mechanism 40, is changed according to the magnitude of the deviation, and the linear drive mechanism 40 exerts The feed force F of the drilling rod 10 is increased.

このように、ステップＳ１１からＳ１３にて、フィードバック制御による速度制御が実行されることで、削孔ロッド１０の送り速度Ｖは、目標速度Ｖｔに制御される。 In this way, the feed speed V of the drilling rod 10 is controlled to the target speed Vt by performing speed control by feedback control in steps S11 to S13.

速度制御では、削孔ロッド１０の送り速度Ｖが目標速度Ｖｔを下回ると、送り力Ｆを増加するように直線駆動機構４０が制御されるが、直線駆動機構４０が発揮できる送り力Ｆには限界がある。そこで、送り力Ｆが所定の送り力上限閾値Ｆｕを上回った場合には、削孔ロッド１０の回転数Ｒを増加させるように回転駆動機構３０を制御する回復制御が実行される。これにより、直線駆動機構４０の送り力Ｆをそれ以上増加できない状態でも、送り速度Ｖを増加させて目標速度Ｖｔに近づけることができる。 In speed control, when the feed speed V of the drilling rod 10 falls below the target speed Vt, the linear drive mechanism 40 is controlled to increase the feed force F. There is a limit. Therefore, when the feed force F exceeds a predetermined feed force upper limit threshold value Fu, recovery control is executed to control the rotation drive mechanism 30 so as to increase the rotation speed R of the drilling rod 10 . As a result, even when the feed force F of the linear drive mechanism 40 cannot be increased any more, the feed speed V can be increased to approach the target speed Vt.

具体的には、ステップＳ１３で送り力Ｆを増加させると、ステップＳ１４にて送り力Ｆが送り力上限閾値Ｆｕを上回っていないかが判定される。送り力Ｆが送り力上限閾値Ｆｕ以下の場合には、後述する負荷制御のステップＳ２０に進む。送り力Ｆが送り力上限閾値Ｆｕを上回っている場合には、ステップＳ１５に進み、回転数Ｒを増加させる回復制御を実行して、ステップＳ２０に進む。 Specifically, when the feed force F is increased in step S13, it is determined in step S14 whether the feed force F exceeds the feed force upper limit threshold value Fu. If the feeding force F is equal to or less than the feeding force upper limit threshold value Fu, the process proceeds to step S20 for load control, which will be described later. If the feeding force F exceeds the feeding force upper limit threshold value Fu, the process proceeds to step S15, recovery control for increasing the rotational speed R is executed, and the process proceeds to step S20.

このようにして速度制御及び回復制御によって削孔ロッド１０を所望の送り速度で掘進させたとしても、ボーリング装置１００には過剰な負荷が作用している場合があり、この状態で掘進を継続すると設備の耐久性が低下するおそれがある。このため、ボーリング装置１００では、ボーリング装置１００に生じる振動を監視して、振動に応じて設備の負荷を低減する負荷制御が実行される。 Even if the drilling rod 10 is excavated at a desired feed rate by speed control and recovery control in this manner, an excessive load may be applied to the boring device 100, and if excavation is continued in this state, There is a risk that the durability of the equipment will decrease. Therefore, in the boring machine 100, load control is executed to monitor the vibration occurring in the boring machine 100 and reduce the load on the equipment according to the vibration.

具体的には、ステップＳ２０において、加速度センサ８５の出力値である加速度ａが、予め定められる加速度閾値ａｔ以上であるかを判定する。加速度ａが加速度閾値ａｔよりも小さい場合には、ボーリング装置１００の負荷は許容範囲内であるとして、そのまま処理を終了する。ステップＳ２０において加速度ａが加速度閾値ａｔ以上であると判定されると、ステップＳ２１に進み、送り力Ｆを所定の大きさ又は割合で減少させるように直線駆動機構４０を制御する。そして再びステップＳ２２において、加速度ａが加速度閾値ａｔ以上であるかを判定する。 Specifically, in step S20, it is determined whether or not the acceleration a, which is the output value of the acceleration sensor 85, is greater than or equal to a predetermined acceleration threshold value at. If the acceleration a is smaller than the acceleration threshold at, the load of the boring machine 100 is determined to be within the allowable range, and the process is terminated. When it is determined in step S20 that the acceleration a is equal to or greater than the acceleration threshold at, the process proceeds to step S21, and the linear drive mechanism 40 is controlled so as to reduce the feed force F by a predetermined magnitude or rate. Then, in step S22 again, it is determined whether the acceleration a is equal to or greater than the acceleration threshold value at.

ステップＳ２２において加速度ａが加速度閾値ａｔよりも小さいと判定されると、そのまま処理を終了する。ステップＳ２２において加速度ａが加速度閾値ａｔ以上であると判定されると、ステップＳ２３進み、回転数Ｒを所定の大きさ又は割合で減少させるように回転駆動機構３００を制御する。そして再びステップＳ２４において、加速度ａが加速度閾値ａｔ以上であるかを判定する。 If it is determined in step S22 that the acceleration a is smaller than the acceleration threshold value at, the process ends. If it is determined in step S22 that the acceleration a is greater than or equal to the acceleration threshold value at, the process advances to step S23 to control the rotary drive mechanism 300 so as to decrease the rotation speed R at a predetermined magnitude or rate. Then, in step S24 again, it is determined whether the acceleration a is equal to or greater than the acceleration threshold value at.

ステップＳ２４において加速度ａが加速度閾値ａｔよりも小さいと判定されると、そのまま処理を終了する。ステップＳ２４において加速度ａが加速度閾値ａｔ以上であると判定されると、ステップＳ２５において削孔ロッド１０の回転を停止するように回転駆動機構３０を制御し、処理を終了する。 If it is determined in step S24 that the acceleration a is smaller than the acceleration threshold value at, the process ends. If it is determined in step S24 that the acceleration a is greater than or equal to the acceleration threshold value at, the rotation drive mechanism 30 is controlled to stop the rotation of the drilling rod 10 in step S25, and the process ends.

このように、加速度ａが加速度閾値ａｔよりも大きく、ボーリング装置１００の負荷が大きい場合には、振動を低減するように送り力Ｆ及び回転数Ｒを減少させ、ボーリング装置１００の負荷を低減させる。削孔ロッド１０の送り力Ｆ及び回転数Ｒを減少させても加速度ａが加速度閾値ａｔを下回らない場合には、削孔ロッド１０の回転を一旦停止して削孔を停止させることで、より確実に設備保護が図られる。このようにして削孔ロッド１０の回転を停止した場合には、例えば、回転が停止されたことを作業者に報知し、作業者が作業条件の見直し等を行ってもよい。以上のようにして、設備を保護する負荷制御が実行される。 Thus, when the acceleration a is greater than the acceleration threshold at and the load on the boring machine 100 is large, the feed force F and the rotation speed R are reduced so as to reduce the vibration, thereby reducing the load on the boring machine 100. . If the acceleration a does not fall below the acceleration threshold at even when the feed force F and the rotation speed R of the drilling rod 10 are reduced, the rotation of the drilling rod 10 is temporarily stopped to stop drilling. Equipment can be reliably protected. When the rotation of the drilling rod 10 is stopped in this manner, for example, the operator may be notified that the rotation has been stopped, and the operator may review the working conditions. As described above, the load control for protecting the equipment is executed.

また、ボーリング装置１００によるノンコアボーリングでの削孔では、上記の速度制御及び回復制御によっても削孔ロッド１０を目標速度Ｖｔにすることができない場合がある。その原因の一つとして、いわゆる「コア詰まり」という現象がある。コア詰まりとは、ビット１６の先端、若しくはコアバーレル１４内に地盤Ｇを掘削した地盤材料が噛み掘進ができなくなる状態である。コア詰まりが発生すると、削孔ロッド１０及びビット１６が予め定められた目標速度Ｖｔや適性速度範囲で掘削を継続することが困難となるので、作業効率の低下を招く。このため、削孔ロッド１０による掘進速度を目標速度Ｖｔに維持して継続させるためには、コア詰まりの発生を事前に検知して、回避する必要がある。 Further, in drilling by non-core boring by the boring device 100, there are cases where the drilling rod 10 cannot be brought to the target speed Vt even by the above speed control and recovery control. One of the causes is a phenomenon called "core clogging". Core clogging is a state in which the tip of the bit 16 or the ground material excavated into the ground G in the core barrel 14 is jammed and cannot be excavated. When core clogging occurs, it becomes difficult for the drilling rod 10 and the bit 16 to continue drilling at a predetermined target speed Vt or within an appropriate speed range, resulting in reduced work efficiency. Therefore, in order to keep the drilling speed of the drilling rod 10 at the target speed Vt, it is necessary to detect and avoid the occurrence of core clogging in advance.

そこで、ボーリング装置１００では、コア詰まりの発生を検知すると、削孔ロッド１０の動作の制御（直線駆動機構４０の制御）が、速度制御から、コア詰まりを解消するための再削孔動作を行う再削孔制御へと切り換えられる。 Therefore, in the boring machine 100, when the occurrence of core clogging is detected, the control of the operation of the drilling rod 10 (the control of the linear drive mechanism 40) changes from speed control to re-drilling operation to eliminate the core clogging. It is switched to re-drilling control.

具体的には、ステップＳ１０においてコア詰まりの発生が検知される。つまり、ステップＳ１０における制御継続条件は、コア詰まりの発生を検知するための判定条件であり、制御継続条件を充足しない場合にコア詰まりが発生したと判断される。 Specifically, occurrence of core clogging is detected in step S10. That is, the control continuation condition in step S10 is a determination condition for detecting the occurrence of core clogging, and it is determined that core clogging has occurred when the control continuation condition is not satisfied.

コア詰まりが発生した場合、削孔ロッド１０が掘進できなくなると共に、送水ポンプ５１から削孔ロッド１０の先端へ充分に送水ができなくなる。そこで、本実施形態では、制御継続条件が充足されない状態として、（１）削孔ロッド１０の送り速度Ｖが所定の速度下限閾値を下回る状態が所定時間を超えて継続されている、（２）送水ポンプ５１の送水圧が所定の送水圧上限閾値を上回る状態が所定時間を超えて継続されている、（３）送水ポンプ５１の送水量が所定の送水量下限閾値を下回る状態が所定時間を超えて継続されている、（４）送水ポンプ５１の送水圧が送水圧上限閾値を上回り、かつ、送水ポンプ５１の送水量が送水量下限閾値を下回る状態が、所定時間を超えて継続されている、といった４つの状態が設定される。これらの状態（１）、状態（２）、及び状態（３）のいずれかが検知されると、ボーリング装置１００の制御は、速度制御から再削孔制御に切り換えられ、コア詰まりの解消が図られる。上記の４つの状態のいずれにも該当しない状態が、制御継続条件を充足した状態である。 When core clogging occurs, the drilling rod 10 cannot dig, and the water pump 51 cannot sufficiently supply water to the tip of the drilling rod 10 . Therefore, in the present embodiment, as a state in which the control continuation condition is not satisfied, (1) a state in which the feed speed V of the drilling rod 10 is lower than a predetermined speed lower limit threshold continues for a predetermined time, and (2) (3) a state in which the water supply pressure of the water pump 51 exceeds a predetermined water supply pressure upper limit threshold has continued for a predetermined period of time; (4) The state in which the water supply pressure of the water supply pump 51 exceeds the water supply pressure upper limit threshold and the water supply amount of the water supply pump 51 is lower than the water supply amount lower limit threshold continues for a predetermined period of time. 4 states are set. When any one of these states (1), (2), and (3) is detected, the control of the boring machine 100 is switched from speed control to re-drilling control, and core clogging can be eliminated. be done. A state that does not correspond to any of the above four states is a state in which the control continuation condition is satisfied.

なお、上記の状態（４）を判定する所定時間は、例えば状態（２）及び状態（３）における所定時間より短く設定してもよい。また、状態（４）における送水圧上限閾値及び送水量下限閾値は、それぞれ状態（２）及び状態（３）での値とは異なる値に設定されてもよい。状態（４）は、状態（２）及び状態（３）を満たさないコア詰まりを検知できるように、閾値や判定する所定時間の少なくとも一部を状態（２）や状態（３）とは異なるように設定することが望ましい。 Note that the predetermined time for judging state (4) may be set shorter than the predetermined time for states (2) and (3), for example. Also, the water supply pressure upper threshold and the water supply amount lower threshold in state (4) may be set to values different from the values in states (2) and (3), respectively. In the state (4), at least part of the threshold value and the predetermined time for determination are set to be different from those in the state (2) and the state (3) so as to detect core clogging that does not satisfy the states (2) and (3). should be set to

以下、図４を参照して、再削孔制御について説明する。 Hereinafter, re-drilling control will be described with reference to FIG.

図４に示すように、再削孔制御では、まず、ステップＳ３１において切換位置がコントローラ６０に記憶される。切換位置とは、制御継続条件を充足しないと判定されコア詰まりが検知された際の削孔ロッド１０の位置、言い換えると、ボーリング装置１００の制御が速度制御から再削孔制御に切り換えられる際の削孔ロッド１０の位置である。 As shown in FIG. 4, in re-drilling control, the switching position is first stored in the controller 60 in step S31. The switching position is the position of the drilling rod 10 when it is determined that the control continuation condition is not satisfied and core clogging is detected. position of the drilling rod 10;

次に、ステップＳ３２において、再削孔動作を行うように直線駆動機構４０を制御する。再削孔動作とは、地盤Ｇに対する削孔ロッド１０の掘進を一旦停止し、短時間の間に所定量だけ後進させて再び掘進させる動作のことである。 Next, in step S32, the linear driving mechanism 40 is controlled so as to carry out a drilling operation again. The re-drilling operation is an operation in which the excavation of the drilling rod 10 into the ground G is temporarily stopped, and then it is moved backward by a predetermined amount in a short period of time to excavate again.

以下、再削孔動作について具体的に説明する。まず、コア詰まりが検知されると、所定の後進速度によって所定の移動量だけ削孔ロッド１０が切換位置から後進するように直線駆動機構４０が制御される。なお、切換位置から所定の移動量だけ後進した削孔ロッド１０の位置を退避位置とする。次に、削孔ロッド１０を退避位置にて所定時間だけ待機させる。そして、退避位置から所定の再削孔送り力によって削孔ロッド１０を再び前進させる。このような一連の動作が、再削孔動作である。なお、再削孔動作では、退避位置における待機は必須ではなく、退避位置に達すると直ちに削孔ロッド１０を前進させるものでもよい。再削孔動作において、切換位置から後進する速度、後進する移動量、退避位置にて待機する時間、及び再削孔送り力は、操作器７０によって予め設定されるものである。 The re-drilling operation will be specifically described below. First, when core clogging is detected, the linear drive mechanism 40 is controlled so that the drilling rod 10 moves backward from the switching position by a predetermined movement amount at a predetermined backward movement speed. The position of the drilling rod 10 moved backward from the switching position by a predetermined amount is defined as the retracted position. Next, the drilling rod 10 is made to stand by for a predetermined time at the retracted position. Then, the drilling rod 10 is advanced again from the retracted position by a predetermined feed force for re-drilling. Such a series of operations is the re-drilling operation. In the re-drilling operation, waiting at the retracted position is not essential, and the drilling rod 10 may be advanced immediately upon reaching the retracted position. In the re-drilling operation, the speed of reversing from the switching position, the amount of reversing, the waiting time at the retracted position, and the re-drilling feed force are set in advance by the operator 70 .

ステップＳ３３において削孔ロッド１０が切換位置を超えて前進したと判定されるまでステップＳ３２の再削孔動作が繰り返し実行される。ステップＳ３３において削孔ロッド１０が切換位置を超えて前進したと判定されると、図４に示す再削孔制御の処理を終了する。つまり、再削孔動作によって削孔ロッド１０が切換位置を超えて地盤Ｇを掘進すると、コア詰まりが解消されたとして、ボーリング装置１００の制御が、再削孔制御から再び速度制御に切り換えられる。 The re-drilling operation of step S32 is repeatedly performed until it is determined in step S33 that the drilling rod 10 has moved forward beyond the switching position. If it is determined in step S33 that the drilling rod 10 has moved forward past the switching position, the drilling redrilling control process shown in FIG. 4 ends. That is, when the drilling rod 10 excavates the ground G beyond the switching position due to the re-drilling operation, the control of the boring device 100 is switched from re-drilling control to speed control again on the assumption that the clogging of the core is eliminated.

このように、所定の再削孔動作によって削孔ロッド１０を移動させることで、コア詰まりした地盤材料を衝撃で振るい落すことができるので、効率的にコア詰まりを解消することができる。衝撃でふるい落とされた地盤材料（サンプルまたは試料）は、ビット１６によって切削され、切削により粉砕された削孔スライムを地上部へ排出しながら再び削孔が行われる。 In this way, by moving the drilling rod 10 by a predetermined re-drilling operation, the core-clogged ground material can be shaken off by impact, and core clogging can be efficiently eliminated. The ground material (sample or sample) that has been sifted off by the impact is cut by the bit 16, and drilling is performed again while discharging drilling slime pulverized by cutting to the ground.

以上のように動作が制御されることによって、ボーリング装置１００は、自動で地盤Ｇを掘進することができる。 By controlling the operation as described above, the boring machine 100 can automatically excavate the ground G.

次に、地盤Ｇの硬軟判定について説明する。コントローラ６０は、直線駆動機構４０を速度制御している状態において、掘進する地盤Ｇの硬軟を削孔ロッド１０の動作に基づいて判定する。判定された硬軟の程度は、コントローラ６０に記憶されると共に、掘削条件の更新に利用される。 Next, the determination of the hardness of the ground G will be described. The controller 60 determines the hardness of the ground G to be excavated based on the operation of the drill rod 10 while controlling the speed of the linear drive mechanism 40 . The determined hardness degree is stored in the controller 60 and used to update the excavation conditions.

地盤Ｇの硬軟判定は、削孔ロッド１０の送り力Ｆに基づいて行われる。削孔ロッド１０の送り速度Ｖは、フィードバック制御によって実行される速度制御により、目標速度Ｖｔとなるように制御される。このため、目標速度Ｖｔにするために必要な送り力Ｆを評価することで、掘進する地盤Ｇの硬軟を判定することができる。 The determination of the hardness of the ground G is made based on the feed force F of the drilling rod 10 . The feed speed V of the drilling rod 10 is controlled to the target speed Vt by speed control executed by feedback control. Therefore, by evaluating the feed force F required to achieve the target speed Vt, it is possible to determine the hardness of the ground G to be excavated.

コントローラ６０は、例えば、図３に示す一連の処理が完了する毎などの所定のタイミングで、削孔ロッド１０の送り力Ｆを取得する。コントローラ６０には、送り力Ｆと地盤Ｇの硬軟の程度との関係が目標速度Ｖｔに応じてマップや関数といった形式で予め記憶される。コントローラ６０は、取得した送り力Ｆと現在の目標速度Ｖｔとの関係から、掘進する地盤Ｇの硬軟の程度を判定する。判定した地盤Ｇの硬軟は、掘削条件等と共にコントローラ６０に記憶される。 The controller 60 acquires the feed force F of the drilling rod 10 at predetermined timing, such as each time the series of processes shown in FIG. 3 is completed. In the controller 60, the relationship between the feed force F and the degree of hardness of the ground G is stored in advance in the form of a map or function according to the target speed Vt. The controller 60 determines the degree of hardness of the ground G to be excavated from the relationship between the acquired feed force F and the current target speed Vt. The determined hardness of the ground G is stored in the controller 60 together with excavation conditions and the like.

地盤Ｇの硬軟に応じて更新される掘削条件としては、例えば、速度制御における目標速度Ｖｔ、回復制御における送り力上限閾値Ｆｕ、送水ユニット５０による送水量などがある。地盤Ｇの硬軟に応じて目標速度Ｖｔと送り力上限閾値Ｆｕとの少なくとも一方を更新することで、作業効率を向上させることができる。また、地盤Ｇの硬軟に応じて送水ユニット５０の送水量を更新することで、コア詰まりの発生を防止することができる。このように、地盤Ｇの硬軟の程度に応じて掘削条件を更新することで、掘削する地盤Ｇに対する掘削条件を最適化して作業効率を向上させることができる。 Excavation conditions updated according to the hardness of the ground G include, for example, a target speed Vt in speed control, a feed force upper limit threshold Fu in recovery control, and a water feed amount by the water feed unit 50 . By updating at least one of the target speed Vt and the feed force upper limit threshold Fu according to the hardness of the ground G, work efficiency can be improved. Further, by updating the water supply amount of the water supply unit 50 according to the hardness of the ground G, it is possible to prevent the occurrence of core clogging. In this way, by updating the excavation conditions according to the degree of hardness of the ground G, it is possible to optimize the excavation conditions for the ground G to be excavated and improve work efficiency.

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above embodiment, the following effects are obtained.

ボーリング装置１００では、送り速度Ｖが目標速度Ｖｔを下回ると送り力Ｆを増加するように直線駆動機構４０が制御されるため、送り速度Ｖを目標速度Ｖｔに近づけることができる。また、送り力Ｆが送り力上限閾値Ｆｕを上回るまで増加すると、削孔ロッド１０の回転数Ｒが増加される。削孔ロッド１０の回転数Ｒを増加させることで、送り力Ｆをそれ以上増加させることが困難になった場合であっても、削孔ロッド１０の掘進量を増加させて送り速度Ｖを増加させることができる。これにより、送り速度Ｖが速度基準値を下回る一方で送り力Ｆを増加させることが困難な場合でも、送り速度Ｖを速度基準値に近づけることができる。したがって、ボーリング装置１００の削孔ロッド１０の送り速度Ｖを精度よく制御することができる。 In the boring machine 100, the linear drive mechanism 40 is controlled to increase the feed force F when the feed speed V falls below the target speed Vt, so the feed speed V can be brought closer to the target speed Vt. Further, when the feed force F increases to exceed the feed force upper limit threshold value Fu, the rotation speed R of the drilling rod 10 is increased. By increasing the number of revolutions R of the drilling rod 10, even if it becomes difficult to increase the feed force F further, the amount of excavation of the drilling rod 10 is increased to increase the feed rate V. can be made As a result, even when the feed speed V is below the speed reference value and it is difficult to increase the feed force F, the feed speed V can be brought close to the speed reference value. Therefore, the feed speed V of the drilling rod 10 of the boring device 100 can be accurately controlled.

また、ボーリング装置１００では、送り速度Ｖと目標速度Ｖｔとの偏差に基づいて直線駆動機構４０をフィードバック制御することで、速度制御が実行されると共に、削孔ロッド１０の送り力Ｆに基づいて地盤Ｇの硬軟が判定される。このように、削孔ロッド１０は速度制御によって目標速度Ｖｔに制御された状態であるから、削孔ロッド１０の送り力Ｆのみによって地盤Ｇの硬軟を容易に判定することができる。 Further, in the boring machine 100, speed control is executed by feedback-controlling the linear drive mechanism 40 based on the deviation between the feed speed V and the target speed Vt, and based on the feed force F of the drilling rod 10, The hardness of the ground G is determined. Since the drilling rod 10 is thus controlled to the target speed Vt by the speed control, the hardness of the ground G can be easily determined only by the feed force F of the drilling rod 10 .

また、ボーリング装置１００では、速度制御によって削孔ロッド１０の送り速度Ｖを目標速度Ｖｔとするように直線駆動機構４０を制御しつつ、コア詰まりが検知されると、コア詰まりを解消するために、直線駆動機構４０の制御が速度制御から再削孔制御に切り換えられる。これにより、ボーリング装置１００によって、自動で継続して地盤Ｇを掘進することができる。 Further, in the boring machine 100, while controlling the linear drive mechanism 40 by speed control so that the feed speed V of the drilling rod 10 becomes the target speed Vt, when core clogging is detected, the core clogging is eliminated. , the control of the linear drive mechanism 40 is switched from speed control to re-drilling control. As a result, the ground G can be excavated automatically and continuously by the boring machine 100 .

次に、上記実施形態の変形例について説明する。以下のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の各実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。また、上記実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を適宜省略する。 Next, a modification of the above embodiment will be described. The following modifications are also within the scope of the present invention, and the configurations shown in the modifications and the configurations described in the above embodiments may be combined, or the configurations described in the following different modifications may be combined. It is possible. Also, the same reference numerals are given to the same configurations as in the above-described embodiment, and the description thereof will be omitted as appropriate.

上記実施形態では、ボーリング装置１００は、ノンコアボーリングを行う装置である。これに対し、ボーリング装置１００は、ノンコアボーリングに限らず、試料を採取するコアボーリング（オールコアボーリング）を行う装置であってもよい。なお、コア詰まりを解消する再削孔制御は、コアボーリング及びノンコアボーリングのいずれにおいても実行することが可能であるが、コアボーリングにおいて危惧される再削孔動作時の採取試料の破損のおそれがないという観点からノンコアボーリングにおいて特に有用である。 In the above embodiment, the boring machine 100 is a machine for non-core boring. On the other hand, the boring apparatus 100 is not limited to non-core boring, and may be an apparatus that performs core boring (all-core boring) in which a sample is collected. It should be noted that redrilling control to eliminate core clogging can be executed in both core boring and non-core boring. From this point of view, it is particularly useful in non-core boring.

上記実施形態では、速度制御は、削孔ロッド１０の送り速度Ｖと目標速度Ｖｔとの偏差に基づいて直線駆動機構４０をフィードバック制御することによって実行される。これに対し、速度制御は、上記実施形態のようなフィードバック制御に限定されない。速度制御は、少なくとも、削孔ロッド１０の送り速度Ｖが速度基準値を下回ると、送り速度Ｖを増加するように直線駆動機構４０が制御されるものであればよい。 In the above embodiment, speed control is performed by feedback-controlling the linear drive mechanism 40 based on the deviation between the feed speed V of the drilling rod 10 and the target speed Vt. On the other hand, speed control is not limited to feedback control as in the above embodiment. The speed control may be at least such that the linear drive mechanism 40 is controlled to increase the feed speed V when the feed speed V of the drilling rod 10 is below the speed reference value.

例えば、速度制御は、削孔ロッド１０の送り速度Ｖが速度基準値を下回ると、所定の量又は割合によって送り速度Ｖが増加するように直線駆動機構４０が制御されるものでもよい。送り力Ｆの変更の度合い（増減量）は、例えば、関数やマップ等の形式によって規定されて予めコントローラ６０に記憶されるように構成すればよい。 For example, the speed control may be such that the linear drive mechanism 40 is controlled such that when the feed speed V of the drilling rod 10 falls below a speed reference value, the feed speed V is increased by a predetermined amount or percentage. The degree of change (increase/decrease amount) of the feeding force F may be defined in a form such as a function or map and stored in advance in the controller 60, for example.

また、上記実施形態では、速度制御において一つの目標速度Ｖｔを速度基準値として設定したが、これに代えて、例えば、速度基準値として上限速度基準値と下限速度基準値とを設定してもよい。この場合、削孔ロッド１０の送り速度Ｖが下限速度基準値を下回ると送り速度Ｖを増加させるように、削孔ロッド１０の送り速度Ｖが上限速度基準値を上回ると送り速度Ｖを減少させるようにして、直線駆動機構４０を制御してもよい。これによれば、削孔ロッド１０の送り速度Ｖは、上限速度基準値と下限速度基準値との間の範囲内となるように制御される。 In the above embodiment, one target speed Vt is set as the speed reference value in the speed control. good. In this case, the feed speed V is decreased when the feed speed V of the drilling rod 10 exceeds the upper limit speed reference value so that the feed speed V is increased when the feed speed V of the drill rod 10 is below the lower limit speed reference value. Thus, the linear drive mechanism 40 may be controlled. According to this, the feed speed V of the drilling rod 10 is controlled to be within the range between the upper limit speed reference value and the lower limit speed reference value.

また、上記実施形態では、送り力Ｆが送り力上限閾値Ｆｕを上回ると、削孔ロッド１０の回転数Ｒを増加させる回復制御が実行される。これに対し、送り力下限閾値を設定し、送り力Ｆが送り力下限閾値を下回ると、削孔ロッド１０の回転数Ｒを減少させる回復制御を実行してもよい。 Further, in the above embodiment, when the feed force F exceeds the feed force upper limit threshold value Fu, recovery control is executed to increase the rotational speed R of the drilling rod 10 . On the other hand, a feed force lower limit threshold may be set, and when the feed force F falls below the feed force lower limit threshold, recovery control may be executed to reduce the rotational speed R of the drilling rod 10 .

また、回復制御は、送り力Ｆと送り力上限閾値Ｆｕ又は送り力下限閾値との大小関係を判定して行うのではなく、速度制御において送り力Ｆを増加又は減少させるのと同時に行ってもよい。つまり、削孔ロッド１０の送り速度Ｖが速度基準値を下回る場合には、削孔ロッド１０の送り力Ｆと回転数Ｒとを増加させるように直線駆動機構４０及び回転駆動機構３０を制御する速度回復制御を行ってもよい。同様に、削孔ロッド１０の送り速度Ｖが速度基準値を上回る場合には、削孔ロッド１０の送り力Ｆと回転数Ｒとを減少させるように直線駆動機構４０及び回転駆動機構３０を制御する速度回復制御を行ってもよい。 Recovery control may be performed simultaneously with increasing or decreasing the feeding force F in the speed control instead of determining the size relationship between the feeding force F and the feeding force upper limit threshold Fu or the feeding force lower limit threshold. good. That is, when the feed speed V of the drilling rod 10 is lower than the speed reference value, the linear drive mechanism 40 and the rotary drive mechanism 30 are controlled so as to increase the feed force F and the rotation speed R of the drill rod 10. Speed recovery control may be performed. Similarly, when the feed speed V of the drilling rod 10 exceeds the speed reference value, the linear drive mechanism 40 and the rotary drive mechanism 30 are controlled so as to reduce the feed force F and the rotation speed R of the drill rod 10. speed recovery control may be performed.

また、フィードバック制御による速度制御では、偏差の大きさによって、偏差に対する制御指令の変化の割合（偏差に対する制御指令の感度）が異なるように設定してもよい。例えば、削孔ロッド１０の送り速度Ｖと目標速度Ｖｔとの偏差を、偏差の絶対値が第１偏差量以下であるスロー範囲、絶対値が第１偏差量よりも大きく第２偏差量以下であるミドル範囲、及び絶対値が第２偏差量よりも大きい通常制御範囲の３つに分ける。そして、通常制御範囲における偏差に対する制御指令の割合（単位偏差量当たりの制御指令値の変化量）を基準（１００％）とすると、ミドル範囲ではその割合が１００％よりも小さいＰ１（０％＜Ｐ１＜１００％）、スロー範囲ではその割合がＰ１％よりも小さいＰ２（０％＜Ｐ２＜Ｐ１）とする。つまり、この変形例では、実速度が目標速度Ｖｔに近づくにつれて、速度の変化が緩やかになるように（偏差に対する速度の感度が小さくなるように）制御される。このような変形例によれば、実速度が目標速度Ｖｔを超えて速度変化する、いわゆるオーバシュートの発生を抑制できる。 Further, in speed control by feedback control, the rate of change of the control command with respect to the deviation (sensitivity of the control command with respect to the deviation) may be set differently depending on the magnitude of the deviation. For example, the deviation between the feed speed V of the drilling rod 10 and the target speed Vt is set in a slow range in which the absolute value of the deviation is less than or equal to the first deviation amount, and in a range in which the absolute value is greater than the first deviation amount and less than or equal to the second deviation amount. It is divided into a certain middle range and a normal control range whose absolute value is larger than the second deviation amount. If the ratio of the control command to the deviation in the normal control range (the amount of change in the control command value per unit deviation) is taken as the standard (100%), then in the middle range the ratio is smaller than 100% P1 (0% < P1<100%), and P2 (0%<P2<P1), which is smaller than P1% in the slow range. That is, in this modification, as the actual speed approaches the target speed Vt, the speed is controlled so that the change becomes gentler (the sensitivity of the speed to the deviation becomes smaller). According to such a modification, it is possible to suppress the occurrence of so-called overshoot, in which the actual speed changes beyond the target speed Vt.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments merely show a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited to the specific configurations of the above embodiments. do not have.

１００ ボーリング装置
１０ 削孔ロッド
１４ コアバーレル
３０ 回転駆動機構
４０ 直線駆動機構
５１ 送水ポンプ
６０ コントローラ
８０ 回転速度センサ（回転速度検知部）
８１ 変位センサ（送り速度検知部）
８２ 荷重センサ（送り力検知部）
８３ 圧力センサ（送水圧検知部）
８４ 流量センサ（送水量検知部）
８５ 加速度センサ（振動検知部）


REFERENCE SIGNS LIST 100 boring device 10 drilling rod 14 core barrel 30 rotary drive mechanism 40 linear drive mechanism 51 water pump 60 controller 80 rotation speed sensor (rotation speed detector)
81 displacement sensor (feed rate detector)
82 load sensor (feeding force detector)
83 pressure sensor (water supply pressure detector)
84 flow rate sensor (water supply amount detection unit)
85 acceleration sensor (vibration detector)

Claims (5)

削孔ロッドと、
前記削孔ロッドに回転力を付加して、前記削孔ロッドを回転駆動する回転駆動機構と、
前記削孔ロッドにその軸方向に沿って送り力を付加して、前記削孔ロッドを直線駆動する直線駆動機構と、
前記削孔ロッドの先端に向けて送水する送水ポンプと、
前記削孔ロッドが直線運動する送り速度を検知する送り速度検知部と、
前記送水ポンプの送水圧を検知する送水圧検知部と、
前記送水ポンプの送水量を検知する送水量検知部と、
前記回転駆動機構及び前記直線駆動機構の作動を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記削孔ロッドが前進する前記送り速度が所定の速度基準値を下回る場合には、前記送り力を増加させるように前記直線駆動機構を制御する速度制御と、
前記削孔ロッドを所定量だけ後進させた後、再び前進させるように前記直線駆動機構を制御する再削孔制御と、を実行可能に構成され、
前記送り速度、前記送水圧、及び前記送水量の少なくとも一つが制御継続条件を充足しない場合、前記直線駆動機構に対する制御を前記速度制御から前記再削孔制御に切り換える、
ボーリング装置。 a drilling rod;
a rotational drive mechanism that applies a rotational force to the drilling rod to rotationally drive the drilling rod;
a linear drive mechanism for linearly driving the drilling rod by applying a feed force along the axial direction to the drilling rod;
a water pump that feeds water toward the tip of the drilling rod;
a feed speed detector for detecting a feed speed at which the drilling rod moves linearly;
a water supply pressure detection unit that detects the water supply pressure of the water supply pump;
a water supply amount detection unit that detects the water supply amount of the water supply pump;
a controller that controls the operation of the rotary drive mechanism and the linear drive mechanism;
The controller is
speed control for controlling the linear drive mechanism to increase the feed force when the feed speed at which the drilling rod advances is below a predetermined speed reference value;
re-drilling control for controlling the linear drive mechanism so that the drilling rod is moved backward by a predetermined amount and then moved forward again,
when at least one of the feed speed, the water feed pressure, and the water feed rate does not satisfy a control continuation condition, switching control over the linear drive mechanism from the speed control to the drilling control again;
bowling equipment. 前記コントローラは、前記速度制御から前記再削孔制御に切り換えられた際の前記削孔ロッドの位置である切換位置から前記削孔ロッドが後進され、再び前進して前記切換位置を超えると、前記直線駆動機構に対する制御を前記再削孔制御から前記速度制御に切り換える、
請求項１に記載のボーリング装置。 When the drilling rod moves backward from a switching position, which is the position of the drilling rod when the speed control is switched to the re-drilling control, moves forward again, and exceeds the switching position, the controller controls the switching control over the linear drive mechanism from the redrilling control to the speed control;
A boring machine according to claim 1. 前記コントローラは、前記再削孔制御において、前記削孔ロッドを所定量だけ後進させた状態で所定時間だけ前記削孔ロッドの位置を維持し、その後所定の再削孔送り力によって前記削孔ロッドを前進させる、
請求項１又は２に記載のボーリング装置。 In the re-drilling control, the controller maintains the position of the drilling rod for a predetermined time in a state in which the drilling rod is moved backward by a predetermined amount, and then applies a predetermined re-drilling feed force to the drilling rod. advance the
The boring device according to claim 1 or 2. 前記コントローラは、前記送り速度が所定の送り速度下限閾値を下回る状態が所定時間を超えて継続されると、前記制御継続条件が充足されないとして前記直線駆動機構に対する制御を前記速度制御から前記再削孔制御に切り換える、
請求項１から３のいずれか一つに記載のボーリング装置。 When the feed speed continues to be lower than a predetermined feed speed lower limit threshold for more than a predetermined time, the controller determines that the control continuation condition is not satisfied, and suspends the control of the linear drive mechanism from the speed control. switch to hole control,
A boring machine according to any one of claims 1 to 3. 前記コントローラは、前記送水圧が送水圧上限閾値を上回る状態と、前記送水量が送水量下限閾値を下回る状態と、の少なくともいずれかが生じると、前記制御継続条件が充足されないとして前記直線駆動機構に対する制御を前記速度制御から前記再削孔制御に切り換える、
請求項１から４のいずれか一つに記載のボーリング装置。 When at least one of a state in which the water supply pressure exceeds a water supply pressure upper limit threshold and a state in which the water supply amount falls below a water supply amount lower limit threshold occurs, the controller determines that the control continuation condition is not satisfied, and the linear drive mechanism Switching the control for from the speed control to the redrilling control,
A boring machine according to any one of claims 1 to 4.

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