JP6454393B1

JP6454393B1 - Position detecting device and position detecting method using the position detecting device

Info

Publication number: JP6454393B1
Application number: JP2017203859A
Authority: JP
Inventors: 将人岡田
Original assignee: 高千穂産業株式会社
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: JP2019078011A

Abstract

【課題】深い勾配姿勢の掘進ドリルの位置をより正確に検出することができる位置検出装置を提供する。
【解決手段】地面に対して水平に配置された第一コイル及び地面に対して鉛直に配置された第二コイルが出力コイルから出力された磁界を受信した際に発生する誘導電圧をそれぞれ第一誘導電圧及び第二誘導電圧とし、掘進ドリルの勾配角情報の値と予め記憶された閾値帯の値と比較し、勾配角情報の値が閾値帯の値以下であると判定した場合には、第一誘導電圧の値を値Ｅ１に、勾配角情報の値が閾値帯の値より大きいと判定した場合には第一誘導電圧の値を値Ｅ２に代入することで、掘進ヘッドの勾配角が大きい場合であっても、掘進ヘッドの位置を正確に検出することができる。
【選択図】図４A position detection device capable of more accurately detecting the position of a drilling drill having a deep gradient posture is provided.
A first coil disposed horizontally with respect to the ground and a second coil disposed vertically with respect to the ground each receive an induced voltage generated when receiving a magnetic field output from the output coil. When it is determined that the value of the gradient angle information is equal to or less than the value of the threshold band when the induced voltage and the second induced voltage are compared with the value of the gradient angle information of the excavation drill and the value of the threshold band stored in advance, When it is determined that the value of the first induced voltage is the value E1 and the value of the gradient angle information is greater than the value of the threshold band, the value of the first induced voltage is substituted for the value E2, so that the gradient angle of the digging head is Even if it is large, the position of the excavation head can be accurately detected.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、位置検出装置及びこの位置検出装置を用いた位置検出方法に関する。 The present invention relates to a position detection device and a position detection method using the position detection device.

従来から、大地を水平にボーリングするドリルの先端部には、電磁界を発生する送信機が収納されており、前記電磁界を地上にて探知する受信器により、削進中の位置を確認することができる誘導式水平ドリル工法が知られている（特許文献１）。この誘導式水平ドリル工法では、推進方向を制御するためのドリル先端部の姿勢は前記送信器に内蔵された角度センサにて測定、デジタル化され、前記電磁界に搬送されて地上に伝えられる。 Conventionally, a transmitter that generates an electromagnetic field is housed at the tip of a drill that drills the ground horizontally, and the position during cutting is confirmed by a receiver that detects the electromagnetic field on the ground. An induction type horizontal drilling method that can be used is known (Patent Document 1). In this induction type horizontal drill method, the attitude of the drill tip for controlling the propulsion direction is measured and digitized by an angle sensor built in the transmitter, conveyed to the electromagnetic field and transmitted to the ground.

また、ドリル先端部の位置を測定する位置測定方法としては、ドリル先端部に収納された送信器が発生する電磁界を地上受信器で検出する位置測定方法が知られている。この位置測定方法では、受信器内部にはコイルが内蔵されており、コイルに生じる誘導電圧を測定し、この誘導電圧が最大になる点及び最小になる点を探索することで、ドリルの位置を測定することができる。このとき、特にドリルの推進方向における位置を決める手段としては、前記送信器が発生する電磁界を水平方向に配置されたコイルと垂直方向に配置されたコイルとによって受信し、これらの誘導電圧の電圧と位相によって方向と位置を検出することができる（特許文献２）。 As a position measuring method for measuring the position of the drill tip, a position measuring method for detecting an electromagnetic field generated by a transmitter housed in the drill tip with a ground receiver is known. In this position measurement method, a coil is built in the receiver, and the position of the drill is determined by measuring the induced voltage generated in the coil and searching for the point at which the induced voltage becomes maximum and the minimum. Can be measured. At this time, as a means for determining the position in the propulsion direction of the drill, in particular, the electromagnetic field generated by the transmitter is received by the coil arranged in the horizontal direction and the coil arranged in the vertical direction, and these induced voltages are The direction and position can be detected by the voltage and phase (Patent Document 2).

ところで、このような位置測定方法は、誘導式水平ドリル工法が水平に施工することが基本となることから、ドリル先端部の位置を検出する受信器も、管が水平であることを前提に設計されている。しかしながら、近年の環境問題などの対応から地中熱の利用が要望されており、その利用方法の一つであるヒートポンプ用の熱交換パイプの敷設に誘導式水平ドリル工法の利用が求められている。このように、誘導式水平ドリル工法を用いることで、垂直ボーリングや開削工法に比べて工事期間をより短縮し、より費用を低減することができる。 By the way, this kind of position measurement method is based on the horizontal construction of the inductive horizontal drill method, so the receiver that detects the position of the drill tip is also designed on the assumption that the pipe is horizontal. Has been. However, the use of underground heat has been demanded in response to environmental problems in recent years, and the use of an induction horizontal drilling method is required for the laying of heat exchange pipes for heat pumps, which is one of the utilization methods. . Thus, by using the induction type horizontal drilling method, the construction period can be further shortened and the cost can be further reduced as compared with the vertical boring method and the open cutting method.

ヒートポンプ用の熱交換パイプを敷設する際には、必要な地熱を得られる深さまではなるべく最短で推進し、地上に戻る際もなるべく最短で戻す必要があるため、推進機のドリルは深い勾配姿勢となるため、水平に施工されていることを前提とした上述した位置測定方法では、検出位置に誤差が生じる可能性があるという課題がある。 When laying a heat exchange pipe for a heat pump, it is necessary to propel it as short as possible at the depth where the necessary geothermal heat can be obtained, and to return it as short as possible when returning to the ground. Therefore, the above-described position measurement method based on the premise that it is installed horizontally has a problem that an error may occur in the detection position.

特開平７−９１１７２号公報JP-A-7-91172 特開昭６３−２７９１９３号公報JP-A 63-279193

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、深い勾配姿勢の掘進ドリルの位置をより正確に検出することができる位置検出装置を提供することを主目的とする。また、この位置検出装置を用いた位置検出方法を提供することも目的とする。 This invention is made | formed in view of such a subject, and makes it a main objective to provide the position detection apparatus which can detect the position of the excavation drill of a deep gradient attitude | position more correctly. Another object of the present invention is to provide a position detection method using this position detection device.

本発明は、上述の目的の少なくとも一つを達成するために以下の手段を採った。 The present invention adopts the following means in order to achieve at least one of the above objects.

本発明の位置検出装置は、
掘進ヘッドの勾配を測定する角度センサと、前記角度センサで測定した勾配角情報を含む磁界を出力する出力コイルと、を備えた掘進ヘッドと、
地面に対して水平に配置され前記磁界を受信する第一コイルと、地面に対して鉛直に配置され前記磁界を受信する第二コイルと、
前記勾配角情報が所定の閾値帯より大きい場合には、前記第一コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧とし、前記勾配角情報が所定の閾値帯以下の場合には、前記第一コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とする制御手段と、
前記第一誘導電圧と前記第二誘導電圧に基づいて前記掘進ヘッドの位置を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする、
ものである。 The position detection apparatus of the present invention is
An excavation head comprising: an angle sensor that measures the gradient of the excavation head; and an output coil that outputs a magnetic field including gradient angle information measured by the angle sensor;
A first coil arranged horizontally with respect to the ground and receiving the magnetic field; a second coil arranged perpendicular to the ground and receiving the magnetic field;
When the gradient angle information is larger than a predetermined threshold band, the induced voltage output from the first coil is the first induced voltage and the induced voltage output from the second coil is the second induced voltage, When the gradient angle information is equal to or less than a predetermined threshold band, the induced voltage output from the first coil is set as the second induced voltage and the induced voltage output from the second coil is set as the first induced voltage. Control means;
Detecting means for detecting a position of the digging head based on the first induced voltage and the second induced voltage;
Characterized by comprising
Is.

本発明の位置検出装置では、出力コイルから勾配角情報を含む磁界が出力され、地面に対して水平に配置された第一コイル及び地面に対して鉛直に配置された第二コイルがこの磁界を受信した際に発生する誘導電圧をそれぞれ第一誘導電圧及び第二誘導電圧として検出し、この第一誘導電圧の値及び第二誘導電圧の値に基づいて掘進ヘッドの位置を検出する。こうすることにより、掘進ヘッドの位置に関する情報を検出することができる。一方、掘進ヘッドの勾配角が大きい場合には、第二コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧の値とすることで、掘進ヘッドの勾配角が大きい場合であっても、掘進ヘッドの位置情報を正確に検出することができる。 In the position detection device of the present invention, a magnetic field including gradient angle information is output from the output coil, and the first coil arranged horizontally with respect to the ground and the second coil arranged perpendicular to the ground use this magnetic field. The induced voltages generated upon reception are detected as a first induced voltage and a second induced voltage, respectively, and the position of the digging head is detected based on the value of the first induced voltage and the value of the second induced voltage. By doing so, it is possible to detect information relating to the position of the excavation head. On the other hand, when the inclination angle of the excavation head is large, the induced voltage output from the second coil is set to the value of the first induction voltage, so that even if the inclination angle of the excavation head is large, Position information can be detected accurately.

すなわち、掘進ヘッドの勾配角が大きい場合には、地面に対して水平に配置された第一コイルから発生する誘導電圧は小さくなる（値ゼロに近づく）ため、このような場合には、第一誘導電圧として地面に対して鉛直に配置された第二コイルから発生する誘導電圧を第一誘導電圧とすることにより、正確に掘進ヘッドの位置に関する情報を検出することができる。 That is, when the angle of inclination of the excavation head is large, the induced voltage generated from the first coil arranged horizontally with respect to the ground is small (approaching a value of zero). By using the induced voltage generated from the second coil arranged perpendicular to the ground as the induced voltage as the first induced voltage, information regarding the position of the excavation head can be accurately detected.

本発明の位置検出装置において、前記検出手段は、以下の式（１）で表される位置情報を算出することで、掘進ヘッドの位置を検出することを特徴としてもよい。（但し、以下の式（１）中、Ｅ１は第一誘導電圧の値、Ｅ２は第二誘導電圧の値、αは勾配角度により決定される補正値とする。） In the position detection apparatus of the present invention, the detection unit may detect the position of the digging head by calculating position information represented by the following expression (1). (However, in the following formula (1), E1 is the value of the first induced voltage, E2 is the value of the second induced voltage, and α is a correction value determined by the gradient angle.)

また、上記式（１）で位置情報を算出する場合、第二コイルから発生する誘導電圧を第一誘導電圧とすることにより、掘進ヘッドの勾配角が大きい場合であっても、位置情報の値が無限大に近づくことを未然に防止し、計算誤差を低減すると共に、第一誘導電圧の変化によって位置情報の値が大きく変化することを未然に防止することができる。言い換えると、掘進ヘッドの位置に関する情報を正確に検出することができる。なお、ここで位置情報とは、掘進ヘッドと検出手段との相対的な位置関係を示すものであり、極性によって直上位置が存在する方向を示す情報である。例えば、検出手段が掘進ヘッドの直上位置に近づくほど値ゼロに近づき、直上位置では、値ゼロになる。また、直上位置を通過した場合には、値の極性が反転する。 Further, when the position information is calculated by the above formula (1), the induced voltage generated from the second coil is set as the first induced voltage, so that the position information value is obtained even when the inclination angle of the digging head is large. Can be prevented from approaching infinity, the calculation error can be reduced, and the position information value can be prevented from greatly changing due to a change in the first induced voltage. In other words, information regarding the position of the excavation head can be accurately detected. Here, the position information indicates the relative positional relationship between the digging head and the detection means, and is information indicating the direction in which the position immediately above exists depending on the polarity. For example, as the detection means approaches the position directly above the digging head, the value approaches zero, and at the position immediately above, the value becomes zero. In addition, when passing the position immediately above, the polarity of the value is reversed.

本発明の位置検出装置において、前記制御手段は、前記第一コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧とした後に、前記勾配角情報が所定の閾値帯より大きいか否かを判定し、前記勾配角情報が所定の閾値帯より大きいと判定した場合には、前記第一コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とすることを特徴としてもよい。こうすることにより、勾配角情報が所定の閾値帯より小さい場合には、何ら制御を行う必要が無いため、制御手段を簡略化することができ、より高速処理を行うことができる。 In the position detection device of the present invention, the control means uses the induced voltage output from the first coil as the first induced voltage and the induced voltage output from the second coil as the second induced voltage. It is determined whether or not the gradient angle information is greater than a predetermined threshold band, and if it is determined that the gradient angle information is greater than a predetermined threshold band, the induced voltage output from the first coil is second induced. In addition to the voltage, the induced voltage output from the second coil may be the first induced voltage. In this way, when the gradient angle information is smaller than the predetermined threshold band, it is not necessary to perform any control, so that the control means can be simplified and higher speed processing can be performed.

本発明の位置検出装置において、前記所定の閾値帯は、３０°以上４０°以下であることを特徴としてもよい。第一誘導電圧の値と第二誘導電圧の値とが同一となるのは、勾配角が３０°以上４０°以下の範囲内であることが実験的に明らかであるため、例えば、地中を半円形に掘進ヘッドが進む工事を行う場合には、３０°以上４０°以下を所定の閾値帯とすることにより、工事区間の半分ずつの割り当てができるため、最も効率よく掘進ヘッドの位置を検出することができる。 In the position detection apparatus of the present invention, the predetermined threshold band may be 30 ° or more and 40 ° or less. It is experimentally clear that the value of the first induced voltage and the value of the second induced voltage are the same because the gradient angle is in the range of 30 ° to 40 °. When performing a construction in which the excavation head advances in a semicircular shape, by setting a predetermined threshold band between 30 ° and 40 °, half of the construction section can be allocated, so the position of the excavation head is detected most efficiently. can do.

本発明の位置検出方法は、
掘進ヘッドの勾配を測定する角度センサと、前記角度センサで測定した勾配角情報を含む磁界を出力する出力コイルと、を備えた掘進ヘッドと、地面に対して水平に配置され前記磁界を受信する第一コイルと、地面に対して鉛直に配置され前記磁界を受信する第二コイルと、を備えた位置検出装置を用いた位置検出方法において、
前記第一コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧として入力する入力ステップと、
前記勾配角情報が所定の閾値帯より大きいか否かを判定する判定ステップと、
前記勾配角情報が所定の閾値帯より大きいと判定した場合には、前記第一コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とする交換ステップと、
前記第一誘導電圧と前記第二誘導電圧に基づいて前記掘進ヘッドの位置を検出する検出ステップと、
を含むことを特徴とする、
ものである。 The position detection method of the present invention includes:
An excavation head comprising an angle sensor for measuring the gradient of the excavation head, and an output coil for outputting a magnetic field including gradient angle information measured by the angle sensor, and is disposed horizontally with respect to the ground and receives the magnetic field In a position detection method using a position detection device including a first coil and a second coil that is arranged perpendicular to the ground and receives the magnetic field,
An input step of setting the induced voltage output from the first coil as the first induced voltage and the induced voltage output from the second coil as the second induced voltage;
A determination step of determining whether the gradient angle information is greater than a predetermined threshold band;
When it is determined that the gradient angle information is larger than a predetermined threshold band, the induced voltage output from the first coil is set as the second induced voltage and the induced voltage output from the second coil is set as the first induced voltage. An exchange step for voltage,
A detecting step for detecting a position of the digging head based on the first induced voltage and the second induced voltage;
Including,
Is.

この位置検出方法は、出力コイルから勾配角情報を含む磁界が出力され、地面に対して水平に配置された第一コイル及び地面に対して鉛直に配置された第二コイルがこの磁界を受信した際に発生する誘導電圧をそれぞれ第一誘導電圧及び第二誘導電圧として検出し、この第一誘導電圧の値及び第二誘導電圧の値に基づいて掘進ヘッドの位置を検出する。こうすることにより、掘進ヘッドの勾配角が小さい場合には、掘進ヘッドの位置に関する情報を検出することができる。一方、掘進ヘッドの勾配角が大きい場合には、第二コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とすることで、掘進ヘッドの勾配角が大きい場合であっても、掘進ヘッドの位置に関する情報を正確に検出することができる。 In this position detection method, a magnetic field including gradient angle information is output from the output coil, and the first coil arranged horizontally with respect to the ground and the second coil arranged perpendicular to the ground receive this magnetic field. The induced voltages generated at the time are detected as the first induced voltage and the second induced voltage, respectively, and the position of the digging head is detected based on the value of the first induced voltage and the value of the second induced voltage. In this way, when the gradient angle of the digging head is small, information regarding the position of the digging head can be detected. On the other hand, when the inclination angle of the digging head is large, the induced voltage output from the second coil is used as the first induced voltage, so that the position of the digging head is related even if the digging head has a large gradient angle. Information can be detected accurately.

図１は、位置検出装置２０の構成の概略を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of the configuration of the position detection device 20. 図２は、掘進ヘッド３０の構成の概略を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an outline of the configuration of the excavation head 30. 図３は、位置検出装置２０の電気的な接続の概略を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an outline of electrical connection of the position detection device 20. 図４は、位置検出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the position detection processing routine. 図５は、出力コイル３２から出力される磁界の特性を説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the characteristics of the magnetic field output from the output coil 32. 図６は、閾値帯を説明するための説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the threshold band.

次に、本発明の実施の形態の一例である位置検出装置２０について詳しく説明する。以下に説明する実施の形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。なお、各図において対応する構成要素には同一又は類似の符号を付す。また、位置検出装置２０で位置を検出する方法の一例を示すことで、本発明の位置検出方法の一例も明らかにする。なお、このとき、位置検出処理ルーチンのステップＳ１４０が本発明の入力ステップに相当し、ステップＳ１３０が判定ステップに相当し、ステップＳ１５０が交換ステップに相当し、ステップＳ１６０が検出ステップに相当する。 Next, the position detection device 20 as an example of the embodiment of the present invention will be described in detail. The embodiments and drawings described below exemplify a part of the embodiments of the present invention, and are not used for the purpose of limiting to these configurations, and do not depart from the gist of the present invention. It can be changed as appropriate. In addition, the same or similar code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure. Moreover, an example of the position detection method of the present invention will be clarified by showing an example of a method of detecting a position by the position detection device 20. At this time, step S140 of the position detection processing routine corresponds to the input step of the present invention, step S130 corresponds to the determination step, step S150 corresponds to the replacement step, and step S160 corresponds to the detection step.

本発明の実施の形態の一例である位置検出装置２０は、図１に示すように、掘進ヘッド３０と本体部４０とが一対になっており、掘進ヘッド３０に設けられた出力コイル３２から出力された電磁界が本体部４０に設けられた第一コイル４２及び第二コイル４４で検知した際に発生する誘導電圧に基づいて、掘進ヘッド３０の位置情報を本体部４０に表示する位置検出装置である。 As shown in FIG. 1, the position detection device 20, which is an example of an embodiment of the present invention, has a pair of the digging head 30 and the main body 40, and outputs from the output coil 32 provided in the digging head 30. Position detector for displaying position information of the digging head 30 on the main body 40 based on an induced voltage generated when the generated electromagnetic field is detected by the first coil 42 and the second coil 44 provided in the main body 40. It is.

掘進ヘッド３０は、図２に示すように、内部に軸方向に平行に配置された公知のコイルからなる出力コイル３２と、ピッチ方向の角度を検出するピッチ角度センサ３４と、ロール方向の角度を検出するロール角度センサ３６と、がそれぞれ電気的に接続された状態で設けられており、公知の電池である電源３８から電力が供給される。 As shown in FIG. 2, the excavation head 30 includes an output coil 32 made of a known coil arranged in parallel in the axial direction, a pitch angle sensor 34 for detecting an angle in the pitch direction, and an angle in the roll direction. The roll angle sensor 36 to be detected is provided in an electrically connected state, and power is supplied from a power source 38 which is a known battery.

ピッチ角度センサ３４は、図２Ａに示すように、可変磁気抵抗器を用いたものであり、回転軸３４ａに錘３４ｂが取り付けられており、この錘３４ｂが常に重力の方向に向くように回転軸３４ａが回動されるため、掘進ヘッド３０がピッチ方向に傾斜したとき、そのピッチ角度に応じた電圧がピッチ角度センサ３４から出力される。なお、このピッチ角度センサ３４は、可変磁気抵抗器に替えて、公知のポジションメータを用いても良い。 As shown in FIG. 2A, the pitch angle sensor 34 uses a variable magnetoresistor. A weight 34b is attached to the rotation shaft 34a, and the rotation shaft is set so that the weight 34b always faces the direction of gravity. Since 34a is rotated, when the excavation head 30 is inclined in the pitch direction, a voltage corresponding to the pitch angle is output from the pitch angle sensor 34. The pitch angle sensor 34 may use a known position meter instead of the variable magnetic resistor.

ロール角度センサ３６は、図２Ｂに示すように、略４５°の円周角度で内部に水銀が封入された水銀スイッチ３６ａ、水銀スイッチ３６ｂ、水銀スイッチ３６ｃ及び水銀スイッチ３６ｄが配設されたものであり、掘進ヘッド３０のロール角度によって、それぞれの水銀スイッチがオン又はオフになる。例えば、掘進ヘッド３０の傾斜面３１が下向きの場合には、水銀スイッチ３６ｄがオンになり、水銀スイッチ３６ａ、水銀スイッチ３６ｂ及び水銀スイッチ３６ｃはいずれもオフになるように配設されている。 As shown in FIG. 2B, the roll angle sensor 36 includes a mercury switch 36a, a mercury switch 36b, a mercury switch 36c, and a mercury switch 36d in which mercury is enclosed at a circumferential angle of about 45 °. Yes, each mercury switch is turned on or off depending on the roll angle of the digging head 30. For example, when the inclined surface 31 of the digging head 30 faces downward, the mercury switch 36d is turned on, and the mercury switch 36a, the mercury switch 36b, and the mercury switch 36c are all turned off.

本体部４０は、図１に示すように、地上側で使用されるものであり、地面に対して水平に配置された第一コイル４２と、地面に対して垂直に配置された第二コイル４４と、ＣＰＵ５１を中心とするマイクロプロセッサからなる制御ユニット５０（本発明の、制御手段及び検出手段に相当）と、が電気的に接続されており、図示しない電源からそれぞれ電力が供給される。 As shown in FIG. 1, the main body 40 is used on the ground side, and the first coil 42 disposed horizontally with respect to the ground and the second coil 44 disposed vertically with respect to the ground. And a control unit 50 (corresponding to the control means and detection means of the present invention) composed of a microprocessor centered on the CPU 51 is electrically connected, and power is supplied from a power source (not shown).

制御ユニット５０は、図３に示すように、ＣＰＵ５１を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、第一誘導電圧の値及び第二誘導電圧の値を一時的に記憶するＲＡＭ５２と、後述する位置検出処理ルーチンを含む各種プログラムや勾配角情報の閾値帯等の各種データを記憶するＲＯＭ５３と、第一コイル及び第二コイルで生じた起電圧を増幅する信号増幅器５４と、所定の周波数の信号のみを通過させるバンドパスフィルタ５５と、バンドパスフィルタ５５を通過した周波数のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５６と、が設けられており、それぞれが電気的に接続されている。この制御ユニット５０は、第一コイル４２及び第二コイル４４で起電圧が生じると、信号増幅器５４で増幅し、バンドパスフィルタ５５で所定の周波数の信号のみを通過させた後、Ａ／Ｄ変換器５６でアナログ信号からデジタル信号に変換して得られた第一誘導電圧及び第二誘導電圧の値に基づいて、掘進ヘッド３０の位置を検知することができる。 As shown in FIG. 3, the control unit 50 is configured as a microprocessor centered on the CPU 51, and includes a RAM 52 that temporarily stores a value of the first induced voltage and a value of the second induced voltage, and a position described later. ROM 53 for storing various programs including a detection processing routine and various data such as a threshold band of gradient angle information, a signal amplifier 54 for amplifying an electromotive voltage generated in the first coil and the second coil, and a signal having a predetermined frequency only And an A / D converter 56 that converts an analog signal having a frequency that has passed through the band-pass filter 55 into a digital signal are electrically connected to each other. When an electromotive voltage is generated in the first coil 42 and the second coil 44, the control unit 50 amplifies the signal by a signal amplifier 54, passes only a signal having a predetermined frequency by a band-pass filter 55, and performs A / D conversion. The position of the digging head 30 can be detected based on the values of the first induced voltage and the second induced voltage obtained by converting the analog signal into the digital signal by the device 56.

続いて、この位置検出装置２０が掘進ヘッド３０の位置を検出する検出方法について説明する。この位置検出装置２０は、地中を掘削する掘進ヘッド３０を、地上側に位置する本体部４０を用いて検出することにより、掘進ヘッド３０の位置を検出する。具体的には、出力コイル３２から出力された電磁界を第一コイル４２及び第二コイル４４が検出する際に第一コイル４２及び第二コイル４４に生じた起電圧を利用して掘進ヘッド３０の位置を正確に検出することができる。 Next, a detection method in which the position detection device 20 detects the position of the digging head 30 will be described. The position detection device 20 detects the position of the excavation head 30 by detecting the excavation head 30 excavating the ground using the main body 40 located on the ground side. Specifically, when the first coil 42 and the second coil 44 detect the electromagnetic field output from the output coil 32, the excavation head 30 is generated using the electromotive voltages generated in the first coil 42 and the second coil 44. Can be accurately detected.

ここで、掘進ヘッド３０の位置を検出する際に実行される位置検出処理ルーチンについて、図４を用いて詳しく説明する。ここで、図４は、位置検出処理ルーチンの一例を示すフローチャートであり、この位置検出処理ルーチンは、Ａ／Ｄ変換器５６でデジタル信号に変換された第一誘導電圧及び第二誘導電圧の値が入力されると、ＣＰＵ５１により繰り返し実行される。この位置検出処理ルーチンが実行されると、ＣＰＵ５１は、第一誘導電圧及び第二誘導電圧の値をＲＡＭ５２にそれぞれ一時的に記憶すると共に（ステップＳ１１０）、ＲＯＭ５３に予め記憶された補正値α及び勾配角情報の閾値帯を読み出してＲＡＭ５２に一時的に記憶する（ステップＳ１２０）。 Here, the position detection processing routine executed when the position of the digging head 30 is detected will be described in detail with reference to FIG. Here, FIG. 4 is a flowchart showing an example of the position detection processing routine. The position detection processing routine is a value of the first induction voltage and the second induction voltage converted into digital signals by the A / D converter 56. Is repeatedly executed by the CPU 51. When this position detection processing routine is executed, the CPU 51 temporarily stores the values of the first induced voltage and the second induced voltage in the RAM 52 (step S110), and the correction values α and The threshold band of the gradient angle information is read out and temporarily stored in the RAM 52 (step S120).

続いて、ＣＰＵ５１は、Ａ／Ｄ変換器５６から出力されたデジタル信号に含まれる勾配角情報が、ＲＡＭ５２に記憶された勾配角情報の閾値帯以下であるか否かを判定し（ステップＳ１３０）、勾配角情報の閾値帯以下であると判定した場合には、値Ｅ１に第一誘導電圧の値を、値Ｅ２に第二誘導電圧の値をそれぞれ代入し（ステップＳ１４０）、次式（１）を用いて位置情報を算出し（ステップＳ１６０）、液晶表示器４６に位置情報を表示して（ステップＳ１７０）本ルーチンを終了する。こうすることにより、勾配角情報の閾値帯以下である場合には、位置情報を容易に算出することができる。なお、次式（１）中、Ｅ１は第一誘導電圧の値を、Ｅ２は第二誘導電圧の値を、αは勾配角度により予め決定される補正値を、それぞれ意味する。 Subsequently, the CPU 51 determines whether or not the gradient angle information included in the digital signal output from the A / D converter 56 is equal to or less than the threshold band of the gradient angle information stored in the RAM 52 (step S130). When it is determined that the value is equal to or less than the threshold value range of the gradient angle information, the value of the first induced voltage is substituted for the value E1, and the value of the second induced voltage is substituted for the value E2 (step S140). ) Is used to calculate position information (step S160), the position information is displayed on the liquid crystal display 46 (step S170), and this routine is terminated. By doing so, the position information can be easily calculated when it is below the threshold band of the gradient angle information. In the following equation (1), E1 represents the value of the first induced voltage, E2 represents the value of the second induced voltage, and α represents a correction value determined in advance by the gradient angle.

ここで、予め記憶する補正値αの算出方法について、詳しく説明する。この補正値αは、掘進ヘッド３０に設けられたピッチ角度センサ３４から出力され電磁界によって本体部４０に搬送される勾配情報を利用することで前後方向の測定位置を補正する際に用いられる補正値であって、具体的には、以下の式（２）によって求められる値である。 Here, a method of calculating the correction value α stored in advance will be described in detail. The correction value α is a correction used when correcting the measurement position in the front-rear direction by using gradient information output from the pitch angle sensor 34 provided in the excavation head 30 and conveyed to the main body 40 by the electromagnetic field. Specifically, it is a value obtained by the following equation (2).

上記式（１）において、出力コイル３２の長さは、出力コイル３２から第一コイル４２までの離間距離及び出力コイル３２から第二コイル４４までの離間距離のいずれの離間距離と比較しても十分に短いため、出力コイル３２が作る電磁界の形状は、ほぼ一様であるとみなせる。このため、Ｅ２／Ｅ１の値は、離間距離と直上までの距離との比にほぼ等しいとみなすことができる。このため、出力コイル３２の真上に第一コイル４２及び第二コイル４４があると仮定し、任意の勾配を持った出力コイル３２から発生する磁界によって生じる誘導電圧の比により、補正値αを算出することができる。具体的には、補正値αは、出力コイル３２の真上に第一コイル４２及び第二コイル４４が存在する際に、第一コイル４２に生じる誘導電圧の値を値Ｅ１’、第二コイル４４に生じる誘導電圧の値を値Ｅ２’と定めた際、以下の式（２）によって求めることができる。 In the above formula (1), the length of the output coil 32 is compared with any of the separation distance from the output coil 32 to the first coil 42 and the separation distance from the output coil 32 to the second coil 44. Since it is sufficiently short, the shape of the electromagnetic field created by the output coil 32 can be considered to be substantially uniform. For this reason, the value of E2 / E1 can be regarded as being substantially equal to the ratio of the separation distance to the distance immediately above. For this reason, it is assumed that the first coil 42 and the second coil 44 are directly above the output coil 32, and the correction value α is set by the ratio of induced voltages generated by the magnetic field generated from the output coil 32 having an arbitrary gradient. Can be calculated. Specifically, the correction value α is the value E1 ′ of the induced voltage generated in the first coil 42 when the first coil 42 and the second coil 44 are present directly above the output coil 32, and the second coil. When the value of the induced voltage generated at 44 is determined as the value E2 ′, it can be obtained by the following equation (2).

次に、予め記憶する閾値帯を定めた根拠について、詳しく説明する。まず、出力コイル３２が形成する磁界において、磁界強度は送信点からの距離の三乗に反比例し（条件Ａ）、コイルと水平方向の磁界強度ＥＸと垂直方向の磁界強度ＥＹは、出力コイルからの距離が等しい場合、ＥＹ：ＥＸ＝１：２の関係にある（条件Ｂ，図５参照）。なお、ここで図５は、出力コイル３２から出力される磁界の特性を説明するための説明図である。 Next, the basis for determining the threshold band stored in advance will be described in detail. First, in the magnetic field formed by the output coil 32, the magnetic field strength is inversely proportional to the cube of the distance from the transmission point (condition A), and the magnetic field strength EX in the horizontal direction of the coil and the magnetic field strength EY in the vertical direction are determined from the output coil. Are equal to each other, EY: EX = 1: 2 (condition B, see FIG. 5). Here, FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the characteristics of the magnetic field output from the output coil 32.

ところで、出力コイル３２の直上点において、ＥＹ’＝ＥＸ’となる出力コイル３２の上下方向の勾配角度（ピッチ角度）を算出すると、上述する条件Ａ及び条件Ｂの条件をいずれも満たすため、出力コイル３２から直上位置までの水平方向の距離ＥＸＬと垂直方向の距離ＥＹＬとが以下の式（３）の関係を満たす。 By the way, when the gradient angle (pitch angle) in the vertical direction of the output coil 32 in which EY ′ = EX ′ is calculated at a point immediately above the output coil 32, both the conditions A and B described above are satisfied. The horizontal distance EXL and the vertical distance EYL from the coil 32 to the position immediately above satisfy the relationship of the following expression (3).

よって、以下の式（４）より勾配角度を求めると、約３８．４°となり、図６に示すように、全行程が半円形を描くと仮定した場合に、全行程の水平方向距離を等分すると考えた場合には、３０°が区分となることが明らかである。このため、閾値帯としては、３０°から４０°とすることが好ましい。なお、ここで図６は、閾値帯を説明するための説明図であって、全行程を模式的に示した際に好ましい閾値帯を説明するための説明図である。 Therefore, when the gradient angle is obtained from the following equation (4), it is about 38.4 °, and as shown in FIG. 6, when it is assumed that the entire stroke draws a semicircle, the horizontal distance of the entire stroke is equal. It is clear that 30 ° is a section when considered to be divided. For this reason, it is preferable that the threshold band is 30 ° to 40 °. Here, FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the threshold band, and is an explanatory diagram for explaining a preferable threshold band when the entire process is schematically shown.

さて、位置検出処理ルーチンに戻り、ステップＳ１３０でＡ／Ｄ変換器５６から出力されたデジタル信号に含まれる勾配角情報が、ＲＡＭ５２に記憶された勾配角情報の閾値帯よりも大きいとＣＰＵ５１が判定した場合には、値Ｅ１に第二誘導電圧の値を、値Ｅ２に第一誘導電圧の値をそれぞれ代入し（ステップＳ１５０）、次式（１）を用いて位置情報を算出し（ステップＳ１６０）、液晶表示器４６に位置情報を表示して（ステップＳ１７０）本ルーチンを終了する。勾配角の閾値帯よりも大きい場合には、第一誘導電圧の値が小さくなるため、位置情報の値が無限大に近づいてしまうことになる。このため、このような場合には、第一誘導電圧の値を値Ｅ２に、第二誘導電圧の値を値Ｅ１に代入して式（１）で位置情報を算出する事により、正確な位置情報を算出する事ができる。このように、勾配角に応じて位置情報の計算式に代入される値を変えることで、深い勾配角を有する場合であっても、正確な位置情報を算出する事ができる。 Now, returning to the position detection processing routine, the CPU 51 determines that the gradient angle information included in the digital signal output from the A / D converter 56 in step S130 is larger than the threshold band of the gradient angle information stored in the RAM 52. In this case, the value of the second induced voltage is substituted for the value E1, the value of the first induced voltage is substituted for the value E2 (step S150), and the position information is calculated using the following equation (1) (step S160). ) The position information is displayed on the liquid crystal display 46 (step S170), and this routine is finished. If the gradient angle is greater than the threshold band, the value of the first induced voltage becomes small, and the position information value approaches infinity. For this reason, in such a case, by substituting the value of the first induced voltage into the value E2 and the value of the second induced voltage into the value E1, the position information is calculated by the equation (1), thereby obtaining an accurate position. Information can be calculated. In this way, by changing the value substituted into the position information calculation formula in accordance with the gradient angle, accurate position information can be calculated even when the gradient angle is deep.

以上詳述した位置検出装置２０によれば、掘進ヘッド３０の勾配角に応じて、式（１）のＥ１及びＥ２に代入する第一誘導電圧の値又は第二誘導電圧の値を定めるため、掘進ヘッド３０の勾配角にかかわらず、正確な位置情報を算出することができる。 According to the position detection device 20 described in detail above, in order to determine the value of the first induced voltage or the value of the second induced voltage to be substituted into E1 and E2 of the equation (1) according to the gradient angle of the digging head 30, Regardless of the inclination angle of the excavation head 30, accurate position information can be calculated.

また、勾配角が閾値帯よりも大きい否かでＥ１及びＥ２に代入する第一誘導電圧又は第二誘導電圧の値を変更することで、勾配角に関わらず、同一の式（１）を用いて位置情報を算出することができる。 Further, by changing the value of the first induced voltage or the second induced voltage substituted for E1 and E2 depending on whether the gradient angle is larger than the threshold band, the same expression (1) is used regardless of the gradient angle. Position information can be calculated.

更に、閾値帯を３０°から４０°と定めることで、地中を半円形に掘進ヘッドが進む工事を行う場合に工事区間の半分ずつの割り当てができるため、最も効率よく掘進ヘッドの位置を検出することができる。 In addition, by setting the threshold band from 30 ° to 40 °, half of the construction section can be allocated for construction in which the excavation head moves semicircularly in the ground, so the position of the excavation head is detected most efficiently. can do.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

例えば、上述した実施の形態では、ステップＳ１４０又はステップＳ１５０でそれぞれ勾配角に応じて値Ｅ１及び値Ｅ２のそれぞれに第一誘導電圧又は第二誘導電圧の値を代入することにしたが、リレー回路等のハードウェアを用いた処理により、値Ｅ１及び値Ｅ２のそれぞれに第一誘導電圧又は第二誘導電圧の値を代入しても良いし、第一誘導電圧の値と第二誘導電圧の値を入れ替える処理を行っても良い。
いずれの場合も、上述した実施の形態と同様の効果が得られる。 For example, in the above-described embodiment, the value of the first induced voltage or the second induced voltage is substituted for each of the value E1 and the value E2 according to the gradient angle in step S140 or step S150. The value of the first induced voltage or the second induced voltage may be substituted for each of the value E1 and the value E2 by processing using hardware such as the first induced voltage and the value of the second induced voltage. You may perform the process which replaces.
In either case, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.

上述した実施の形態で示すように、削掘分野、掘進ヘッドの位置検知装置として利用することができる。 As shown in the above-described embodiment, the present invention can be used as a position detection device for a digging field or a digging head.

２０…位置検出装置、３０…掘進ヘッド、３１…傾斜面、３２…出力コイル、３４…ピッチ角度センサ、３４ａ…回転軸、３４ｂ…錘、３６…ロール角度センサ、３６ａ…水銀スイッチ、３６ｂ…水銀スイッチ、３６ｃ…水銀スイッチ、３６ｄ…水銀スイッチ、３８…電源、４０…本体部、４２…第一コイル、４４…第二コイル、４６…液晶表示器、５０…制御ユニット、５１…ＣＰＵ、５２…ＲＡＭ、５３…ＲＯＭ、５４…信号増幅器、５５…バンドパスフィルタ、５６…Ａ／Ｄ変換器、 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Position detection apparatus, 30 ... Digging head, 31 ... Inclined surface, 32 ... Output coil, 34 ... Pitch angle sensor, 34a ... Rotating shaft, 34b ... Weight, 36 ... Roll angle sensor, 36a ... Mercury switch, 36b ... Mercury Switch 36c ... Mercury switch 36d ... Mercury switch 38 ... Power supply 40 ... Main body part 42 ... First coil 44 ... Second coil 46 ... Liquid crystal display 50 ... Control unit 51 ... CPU 52 ... RAM, 53 ... ROM, 54 ... signal amplifier, 55 ... band pass filter, 56 ... A / D converter,

Claims

掘進ヘッドの勾配を測定する角度センサと、前記角度センサで測定した勾配角情報を含む磁界を出力する出力コイルと、を備えた掘進ヘッドと、
地面に対して水平に配置され前記磁界を受信する第一コイルと、地面に対して鉛直に配置され前記磁界を受信する第二コイルと、
前記勾配角情報が所定の閾値帯より大きい場合には、前記第一コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧とし、前記勾配角情報が所定の閾値帯以下の場合には、前記第一コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とする制御手段と、
前記第一誘導電圧と前記第二誘導電圧に基づいて以下の式（１）で表される位置情報を算出することで、前記掘進ヘッドの位置を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする、
位置検出装置。
（１）位置情報＝（Ｅ２／Ｅ１）＋α
（但し、Ｅ１は第一誘導電圧の値、Ｅ２は第二誘導電圧の値、αは勾配角度により決定される補正値とする。） An excavation head comprising: an angle sensor that measures the gradient of the excavation head; and an output coil that outputs a magnetic field including gradient angle information measured by the angle sensor;
A first coil arranged horizontally with respect to the ground and receiving the magnetic field; a second coil arranged perpendicular to the ground and receiving the magnetic field;
When the gradient angle information is larger than a predetermined threshold band, the induced voltage output from the first coil is the first induced voltage and the induced voltage output from the second coil is the second induced voltage, When the gradient angle information is equal to or less than a predetermined threshold band, the induced voltage output from the first coil is set as the second induced voltage and the induced voltage output from the second coil is set as the first induced voltage. Control means;
Detecting means for detecting the position of the digging head by calculating position information represented by the following expression (1) based on the first induced voltage and the second induced voltage;
Characterized by comprising
Position detection device.
(1) Position information = (E2 / E1) + α
(However, E1 is the value of the first induced voltage, E2 is the value of the second induced voltage, and α is a correction value determined by the gradient angle.)

前記制御手段は、前記第一コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧とした後に、前記勾配角情報が所定の閾値帯より大きいか否かを判定し、前記勾配角情報が所定の閾値帯より大きいと判定した場合には、前記第一コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とすることを特徴とする、
請求項１に記載の位置検出装置。 The control means uses the induced voltage output from the first coil as the first induced voltage and the induced voltage output from the second coil as the second induced voltage, and then the gradient angle information is a predetermined threshold value. When it is determined whether or not the gradient angle information is greater than a predetermined threshold band, the induced voltage output from the first coil is set as the second induced voltage and the second coil The induced voltage output from is the first induced voltage,
The position detection device according to claim 1 .

前記所定の閾値帯は、３０°以上４０°以下であることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の位置検出装置。 The predetermined threshold band is 30 ° or more and 40 ° or less,
The position detection device according to claim 1 or 2 .

掘進ヘッドの勾配を測定する角度センサと、前記角度センサで測定した勾配角情報を含む磁界を出力する出力コイルと、を備えた掘進ヘッドと、地面に対して水平に配置され前記磁界を受信する第一コイルと、地面に対して鉛直に配置され前記磁界を受信する第二コイルと、を備えた位置検出装置を用いた位置検出方法において、
前記第一コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧として入力する入力ステップと、
前記勾配角情報が所定の閾値帯より大きいか否かを判定する判定ステップと、
前記勾配角情報が所定の閾値帯より大きいと判定した場合には、前記第一コイルから出力された誘導電圧を第二誘導電圧とすると共に前記第二コイルから出力された誘導電圧を第一誘導電圧とする交換ステップと、
前記第一誘導電圧と前記第二誘導電圧に基づいて以下の式（１）で表される位置情報を算出することで、前記掘進ヘッドの位置を検出する検出ステップと、
を含むことを特徴とする、
位置検出方法。
（１）位置情報＝（Ｅ２／Ｅ１）＋α
（但し、Ｅ１は第一誘導電圧の値、Ｅ２は第二誘導電圧の値、αは勾配角度により決定される補正値とする。）
An excavation head comprising an angle sensor for measuring the gradient of the excavation head, and an output coil for outputting a magnetic field including gradient angle information measured by the angle sensor, and is disposed horizontally with respect to the ground and receives the magnetic field In a position detection method using a position detection device including a first coil and a second coil that is arranged perpendicular to the ground and receives the magnetic field,
An input step of setting the induced voltage output from the first coil as the first induced voltage and the induced voltage output from the second coil as the second induced voltage;
A determination step of determining whether the gradient angle information is greater than a predetermined threshold band;
When it is determined that the gradient angle information is larger than a predetermined threshold band, the induced voltage output from the first coil is set as the second induced voltage and the induced voltage output from the second coil is set as the first induced voltage. An exchange step for voltage,
A detection step of detecting the position of the digging head by calculating position information represented by the following equation (1) based on the first induced voltage and the second induced voltage;
Including,
Position detection method.
(1) Position information = (E2 / E1) + α
(However, E1 is the value of the first induced voltage, E2 is the value of the second induced voltage, and α is a correction value determined by the gradient angle.)