DE202020005494U1

DE202020005494U1 - Device for the automated arrangement of tunnel lining segments

Info

Publication number: DE202020005494U1
Application number: DE202020005494.1U
Authority: DE
Original assignee: Herrenknecht AG
Current assignee: Herrenknecht AG
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2021-07-19
Anticipated expiration: 2030-01-18

Abstract

Vorrichtung zum automatisierten Einbau wenigstens eines Tunnelausbausegments eines Tunnelausbaurings zum Ausbauen eines von einer Tunnelbohrmaschine aufgefahrenen Tunnelabschnitts, die mit der Tunnelbohrmaschine koppelbar ist,
• mit einem Manipulator mit wenigstens einem Werkzeug zum Aufnehmen, Halten und Platzieren des wenigstens einen Tunnelausbausegments, und mit wenigstens einem Aktuator zum Bewegen des wenigstens einen Werkzeugs, wobei das wenigstens eine Werkzeug mittels des wenigstens einen Aktuators in radialer, tangentialer und/oder axialer Richtung in Bezug auf die Maschinenachse der Tunnelbohrmaschine im Raum des durch die Tunnelbohrmaschine errichteten Tunnelabschnitts verfahrbar ist,
• mit wenigstens einem Werkzeugpositionssensor, der am Manipulator und/oder Werkzeug vorgesehen ist, zur Erfassung der jeweiligen Ist-Position und Ist-Lage des Werkzeugs im Raum des Tunnelabschnitts,
• mit wenigstens einem Tunnelausbausegmentsensor, der am Manipulator und/oder Werkzeug vorgesehen ist, mit dem eine Ist-Position und/oder Ist- Lage wenigstens eines bereits angeordneten Tunnelausbausegments erfassbar ist, und/oder mit dem eine Ist-Position und/oder Ist- Lage des jeweils zu platzierenden Tunnelausbausegments erfassbar ist,
• mit wenigstens einer Steuerung, die auf Einbaudaten der Tunnelausbausegmente zugreift, und die auf die Messdaten des wenigstens einen Werkzeugpositionssensors und des wenigstens einem Tunnelausbausegmentsensor zugreift, und mit der basierend auf den Einbaudaten und Messdaten der wenigstens eine Aktuator und das wenigstens eine Werkzeug steuerbar sind, um das Werkzeug von der Aufnahmeposition zur Soll-Platzierungsposition des jeweiligen Tunnelausbausegments zu bewegen, in die Ist-Platzierungsposition auszurichten und das Tunnelausbausegment gegen wenigstens ein bereits platziertes Tunnelausbausegment eines Tunnelausbaurings anzuordnen,
wobei wenigstens zwei Tunnelausbausegmentsensoren vorgesehen sind, und
wobei es sich bei dem Tunnelausbausegmentsensor um eine Time-of-Flight-Kamera handelt.

Device for the automated installation of at least one tunnel lining segment of a tunnel lining ring for removing a tunnel section driven by a tunnel boring machine, which can be coupled to the tunnel boring machine,
• with a manipulator with at least one tool for picking up, holding and placing the at least one tunnel lining segment, and with at least one actuator for moving the at least one tool, the at least one tool by means of the at least one actuator in the radial, tangential and / or axial direction can be moved in relation to the machine axis of the tunnel boring machine in the area of the tunnel section built by the tunnel boring machine,
• with at least one tool position sensor, which is provided on the manipulator and / or tool, for detecting the respective actual position and actual position of the tool in the space of the tunnel section,
• with at least one tunnel lining segment sensor, which is provided on the manipulator and / or tool, with which an actual position and / or actual position of at least one tunnel lining segment that has already been arranged can be detected, and / or with which an actual position and / or actual The position of the tunnel lining segment to be placed can be determined,
• with at least one controller that accesses the installation data of the tunnel lining segments and that accesses the measurement data of the at least one tool position sensor and the at least one tunnel lining segment sensor, and with which the at least one actuator and the at least one tool can be controlled based on the installation data and measurement data, around the tool from the mounting position to the target placement position to move the respective tunnel lining segment, to align it in the actual placement position and to arrange the tunnel lining segment against at least one already placed tunnel lining segment of a tunnel lining ring,
wherein at least two tunnel lining segment sensors are provided, and
the tunnel lining segment sensor being a time-of-flight camera.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatisierten Einbau wenigstens eines Tunnelausbausegments eines Tunnelausbaurings zum Ausbauen eines von einer Tunnelbohrmaschine aufgefahrenen Tunnelabschnitts, die mit der Tunnelbohrmaschine koppelbar ist.The invention relates to a device for the automated installation of at least one tunnel lining segment of a tunnel lining ring for removing a tunnel section driven by a tunnel boring machine, which can be coupled to the tunnel boring machine.

Beim Auffahren eines Tunnels mit einer Tunnelbohrmaschine werden als Ausbau des Tunnels u.a. Ringe aus Stahlbetonsegmenten (Tübbinge) eingesetzt. Diese werden, beispielsweise unter einem Schild der Tunnelbohrmaschine oder direkt an die Tunnelwand mittels eines Erektors platziert. Dafür sieht der Erektor beispielsweise einen Manipulator vor, der gegenüber der Basis des Erektors axial, radial und tangential verfahrbar ist.When driving a tunnel with a tunnel boring machine, rings made of reinforced concrete segments (segments) are used to expand the tunnel. These are placed, for example, under a shield of the tunnel boring machine or directly on the tunnel wall by means of an erector. For this purpose, the erector provides, for example, a manipulator which can be moved axially, radially and tangentially with respect to the base of the erector.

Solche Manipulatoren sind beispielsweise aus der Robotik bekannt. Sie stellen dabei beispielsweise den beweglichen Teil des Roboters dar und ermöglichen eine physikalische Interaktion mit der Umgebung oder mit Gegenständen in der Umgebung. Dabei werden durch den Manipulator beispielsweise über spezielle Werkzeuge Arbeiten oder Aufgaben durchgeführt. Die Werkzeuge werden weiterhin über Aktuatoren im Raum positioniert. Weiterhin werden dabei Messungen durchgeführt, die entweder die Positionierung oder das Bearbeiten ermöglichen und/oder Daten zur Auswertung sammeln. Dabei weist der Manipulator beispielsweise tragende Bestandteile auf, die über die Aktuatoren beweglich miteinander verbunden sind.Such manipulators are known, for example, from robotics. For example, they represent the moving part of the robot and enable physical interaction with the environment or with objects in the vicinity. Work or tasks are carried out by the manipulator, for example using special tools. The tools are still positioned in space via actuators. Measurements are also carried out, which either enable positioning or processing and / or collect data for evaluation. The manipulator has, for example, load-bearing components that are movably connected to one another via the actuators.

Zum Platzieren des wenigstens einen Tunnelausbausegments ist hier am Manipulator ein Aufnahmewerkzeug angeordnet. Hierbei kann es sich beispielsweise um Greifwerkzeuge und/oder Ansaugwerkzeuge handeln. Das Werkzeug bzw. der Manipulator selbst werden über Aktuatoren bewegt.A pick-up tool is arranged here on the manipulator for placing the at least one tunnel lining segment. This can be, for example, gripping tools and / or suction tools. The tool or the manipulator itself are moved via actuators.

Die Tunnelausbausegmente werden über eine Zuführeinheit (Segmentfeeder) in definierter Reihenfolge einem Aufnahmeort zugeführt. Am Aufnahmeort wird das Tunnelausbausegment vom Werkzeug des Manipulators aufgenommen, angehoben und zum jeweiligen Platzierungsort bewegt. Dafür sind Aktoren vorgesehen, die entsprechende Rotations-, Linear oder Kippbewegungen des Werkzeugs ermöglichen.The tunnel lining segments are fed to a pick-up location in a defined sequence via a feed unit (segment feeder). At the pick-up location, the tunnel lining segment is picked up by the tool of the manipulator, lifted and moved to the respective placement location. Actuators are provided for this, which enable corresponding rotational, linear or tilting movements of the tool.

Die Bewegungen des Manipulators bzw. dessen Werkzeugs werden von einem Erektorfahrer gesteuert. Dabei werden über entsprechende Steuerelemente die einzelnen Aktoren des Erektors bzw. des Manipulators, bevorzugt ferngesteuert, angesteuert. Hierbei handelt es sich um eine gefährliche Tätigkeit, da der Erektorfahrer sich im Bereich des Erektors befinden muss, um die Tunnelausbausegmente auf Sicht platzieren zu können. Weiterhin erfolgt das Bewegen des Erektors/Manipulators aufgrund seiner vielen Freiheitsgrade und unterschiedlichen Aktoren und der notwendigen Präzision bei der Platzierung der Tunnelausbausegmente in der Bewegungsgeschwindigkeit gedrosselt, um entsprechend den Ablauf der Aufnahme, Bewegung und Platzierung in ihrer Komplexität sicher durchführen zu können, ggf. unterstützt durch weitere Personen vor Ort.The movements of the manipulator or its tool are controlled by an erector driver. The individual actuators of the erector or of the manipulator are controlled, preferably remotely, via corresponding control elements. This is a dangerous activity because the erector driver must be in the area of the erector in order to be able to place the tunnel lining segments on sight. Furthermore, due to its many degrees of freedom and different actuators and the necessary precision in the placement of the tunnel lining segments, the movement speed of the erector / manipulator is throttled in order to be able to safely carry out the sequence of recording, movement and placement in its complexity, possibly supported by other people on site.

Bei dem Erektor handelt es sich um eine Art Spezialkran, dessen Werkzeug beispielsweise hydraulisch über Achsen in radialer, tangentialer und axialer Richtung in Bezug auf die Maschinenachse der Tunnelbohrmaschine beispielsweise verfahrbar ist. Die radiale Achse selber kann bauartbedingt beispielsweise als Teleskopeinheit oder über eine Parallelanlenkung ausgeführt sein. Zur Aufnahme der Tunnelausbausegmente ist am Manipulator das Werkzeug, auch Erektorkopf genannt, angebracht. Der Erektorkopf weist einen Aufnahmemechanismus auf, um das jeweilige Tunnelausbausegment anheben und bewegen zu können. Zur Feinausrichtung lässt sich die Lage des Erektorkopfs um beispielsweise hydraulisch angetriebene Drehachsen bewegen in Form von Rollen, Nicken und Gieren. Generell bewegen die Aktoren das Werkzeug bezogen auf die Maschinenachse der Tunnelbohrmaschine. Dabei wird das Werkzeug beispielsweise axial entlang der Maschinenachse, radial ausgehend von der Maschinenachse und drehend um die Maschinenachse bewegt. Weitere Drehbewegungen können beispielsweise auch um Achsen radial zur Maschinenachse der Tunnelbohrmaschine erfolgen.The erector is a type of special crane, the tool of which can, for example, be moved hydraulically via axes in the radial, tangential and axial directions in relation to the machine axis of the tunnel boring machine. The radial axis itself can be designed, for example, as a telescopic unit or via a parallel linkage. The tool, also known as the erector head, is attached to the manipulator to accommodate the tunnel lining segments. The erector head has a pick-up mechanism in order to be able to lift and move the respective tunnel lining segment. For fine adjustment, the position of the erector head can be moved around, for example, hydraulically driven axes of rotation in the form of rolling, pitching and yawing. In general, the actuators move the tool in relation to the machine axis of the tunnel boring machine. The tool is moved, for example, axially along the machine axis, radially starting from the machine axis and rotating around the machine axis. Further rotary movements can also take place, for example, about axes radial to the machine axis of the tunnel boring machine.

Ein Tunnelausbauring besteht aus mehreren Tunnelausbausegmenten. Die Anzahl der Segmente ist je nach Ringaufbau variabel. Die tangentiale Position der einzelnen Segmente im Ring ist je nach Aufbau des Tunnelausbaus vorgegeben. Je nach Bauart kann ein Ring aus geraden Segmenten, bei denen die Längsfugen senkrecht zu den Ringfugen stehen oder aus einer Kombination beispielsweise von trapezförmigen, halbtrapezförmigen geraden Tunnelausbausegmenten und/oder anderen Formen bestehen. Durch minimal unterschiedliche axiale Längenmaße der Segmente werden durch ein verdrehtes Verlegen zueinander Tunnelkurven realisiert.A tunnel support ring consists of several tunnel support segments. The number of segments is variable depending on the ring structure. The tangential position of the individual segments in the ring is specified depending on the structure of the tunnel lining. Depending on the design, a ring can consist of straight segments in which the longitudinal joints are perpendicular to the ring joints or a combination of, for example, trapezoidal, semi-trapezoidal straight tunnel lining segments and / or other shapes. Due to the minimally different axial length dimensions of the segments, tunnel curves are realized by twisting them to each other.

An den Segmenten an ihren Kontaktflächen an den Längsfugen und/oder an den Ringfugen können Öffnungen für Montagehilfen, sogenannte Dübel, vorgesehen sein. Die Dübel werden entsprechend in die dafür vorgesehenen Öffnungen in das Tunnelausbausegment eingesetzt. Ist das Segment an der entsprechenden Platzierungsposition angekommen, werden die Montagehilfen in die dafür vorgesehenen Öffnungen der bereits platzierten Segmente eingeführt. Hierfür nimmt der Erektorfahrer eine Feinjustierung der Werkzeugausrichtung vor, um die Montagehilfen entsprechend einzuführen. Im Anschluss daran wird dann das Segment entsprechend platziert.Openings for assembly aids, so-called dowels, can be provided on the segments on their contact surfaces at the longitudinal joints and / or on the annular joints. The dowels are inserted accordingly into the openings provided in the tunnel lining segment. Once the segment has arrived at the corresponding placement position, the assembly aids are inserted into the openings provided in the segments that have already been placed. The erector driver fine-tunes the tool alignment for this purpose to introduce the assembly aids accordingly. The segment is then placed accordingly.

Nach dem Abbohren eines Hubs der Tunnelbohrmaschine (beispielsweise 1,2 m) wird mit dem Ausbau begonnen. Dafür wird vom Erektor das erste Tunnelausbausegment vom Segmentfeeder aufgenommen. Gleichzeitig werden die im Bereich der Sollplatzierung des Tunnelausbausegments befindlichen Vortriebspressen der Tunnelbohrmaschine zurückgefahren, um den Bereich des zu platzierenden Tunnelausbausegments ausbaubar zumachen. Nachdem das Tunnelausbausegment platziert wurde, werden die Vortriebspressen wieder ausgefahren, um das Tunnelausbausegment an den vorherigen Ausbauring in eine finale Position anzupressen. Dabei werden auch die Randdichtungen der Tunnelausbausegmente auf das notwendige Maß zusammengedrückt. Anschließend wird das Werkzeug des Erektors gelöst und zur Aufnahmeposition zurückgefahren, um das nächste Tunnelausbausegment aufzunehmen. Gleichzeitig werden die entsprechenden Vortriebspressen zurückgefahren und der Ablauf wird wiederholt, bis der vollständige Ring platziert wurde. Mit Einbringen des Schlusssteins in den Tunnelausbausegmentring werden auch die Dichtungen in den Längsfugen komprimiert, der Ring geschlossen und die Tunnelausbausegmente in ihre finale Position gebracht. Nach Abschluss des Ausbaus wird dann zu einem späteren Zeitpunkt ein Ringraum zwischen Tunnelwand und fertigen Ausbauring beispielsweise mit Mörtel verpresst.After a stroke of the tunnel boring machine has been bored (for example 1.2 m), the expansion will begin. To do this, the erector picks up the first tunnel lining segment from the segment feeder. At the same time, the jacking presses of the tunnel boring machine located in the area of the target placement of the tunnel lining segment are retracted in order to make the area of the tunnel lining segment to be placed expandable. After the tunnel lining segment has been placed, the jacking jacks are extended again in order to press the tunnel lining segment into a final position on the previous lining ring. The edge seals of the tunnel lining segments are also pressed together to the necessary extent. The erector tool is then released and moved back to the pick-up position in order to pick up the next tunnel lining segment. At the same time, the corresponding jacking jacks are retracted and the process is repeated until the complete ring has been placed. When the keystone is placed in the tunnel lining segment ring, the seals in the longitudinal joints are also compressed, the ring is closed and the tunnel lining segments are brought into their final position. After completion of the expansion, an annular space between the tunnel wall and the finished expansion ring is then grouted, for example with mortar.

Da es sich, wie bereits dargelegt, um eine nicht ungefährliche und anstrengende Tätigkeit handelt, die gleichzeitig auch bedingt durch die Komplexität der Bewegungsmöglichkeiten in verminderter Geschwindigkeit durchgeführt werden muss, besteht schon länger die Bestrebung, den Prozess der Platzierung der Tunnelausbausegmente zur Errichtung des Tunnelausbaurings zu automatisieren. Hierfür sind aus dem Stand der Technik bereits mehrere Ansätze bekannt, siehe unter anderem FR 2,745,327 , CN104747213 , JPH08-296400 .Since, as already explained, it is a not harmless and strenuous activity, which at the same time has to be carried out at a reduced speed due to the complexity of the possibilities of movement, efforts have been made for a long time to allow the process of placing the tunnel lining segments to build the tunnel lining ring automate. Several approaches for this are already known from the prior art, see inter alia FR 2,745,327 , CN104747213 , JPH08-296400 .

Da die Tunnelausbausegmente Fertigungstoleranzen unterliegen und auch die aufgefahrene Tunnelwand, gegen die die Tunnelausbausegmente platziert werden, Maßtoleranzen unterliegen, ist es notwendig, dass die genaue Lage der tatsächlich bereits platzierten Tunnelausbausegmente bzw. der vollständigen Tunnelausbauringe im aufgefahrenen Raum erfasst wird. Weiterhin ist es notwendig, die Sollplatzierung des jeweiligen Tunnelausbausegments im Hinblick auf die tatsächlich bereits angeordneten Segmente beim Platzieren anzupassen und auszurichten. Hierfür ist aus dem Stand der Technik bekannt beispielsweise CCD-Kameras, Kontaktsensoren, Laserprofilometer, Radar, und Ultraschall einzusetzen. Diese sind teilweise sehr ungenau bedingt durch Umweltbedingungen beim Auffahren mit der Tunnelbohrmaschine wie Feuchtigkeit, Staub, Schmutz, Einbauteile in der Umgebung, usw.Since the tunnel lining segments are subject to manufacturing tolerances and the driven tunnel wall against which the tunnel lining segments are placed are also subject to dimensional tolerances, it is necessary that the exact position of the tunnel lining segments that have actually already been placed or the complete tunnel lining rings in the driven space is recorded. Furthermore, it is necessary to adapt and align the target placement of the respective tunnel lining segment with regard to the segments that are actually already arranged during placement. For this purpose, it is known from the prior art to use, for example, CCD cameras, contact sensors, laser profilometers, radar and ultrasound. These are partly very imprecise due to environmental conditions when driving the tunnel boring machine such as moisture, dust, dirt, built-in parts in the area, etc.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verbesserung der Erfassung für den automatisierten Einbau der Tunnelausbausegmente durchzuführen.The object of the invention is therefore to improve the detection for the automated installation of the tunnel lining segments.

Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Schutzanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden durch die Unteransprüche definiert..With regard to the device according to the invention, the object is achieved by the combination of features of claim 1. Further advantageous embodiments are defined by the subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum automatisierten Einbau wenigstens eines Tunnelausbausegments eines Tunnelausbaurings zum Ausbauen eines von einer Tunnelbohrmaschine aufgefahrenen Tunnelabschnitts, die mit der Tunnelbohrmaschine koppelbar ist, weist nicht abschließend folgende Merkmale auf:

• einen Manipulator mit wenigstens einem Werkzeug zum Aufnehmen, Halten und Platzieren des wenigstens einen Tunnelausbausegments, und mit wenigstens einem Aktuator zum Bewegen des wenigstens einen Werkzeugs, wobei das wenigstens eine Werkzeug mittels des wenigstens einen Aktuators in radialer, tangentialer und/oder axialer Richtung in Bezug auf die Maschinenachse der Tunnelbohrmaschine im Raum des durch die Tunnelbohrmaschine errichteten Tunnelabschnitts verfahrbar ist,
• wenigstens einen Werkzeugpositionssensor, der am Manipulator und/oder Werkzeug vorgesehen ist, zur Erfassung der jeweiligen Ist-Position und Ist-Lage des Werkzeugs im Raum des Tunnelabschnitts,
• wenigstens einen Tunnelausbausegmentsensor, der am Manipulator und/oder Werkzeug vorgesehen ist, mit dem eine Ist-Position und/oder Ist- Lage wenigstens eines bereits angeordneten Tunnelausbausegments erfassbar ist, und/oder mit dem eine Ist-Position und/oder Ist- Lage des jeweils zu platzierenden Tunnelausbausegments erfassbar ist,
• wenigstens eine Steuerung, die auf Einbaudaten der Tunnelausbausegmente zugreift, und die auf die Messdaten des wenigstens einen Werkzeugpositionssensors und des wenigstens einem Tunnelausbausegmentsensor zugreift, und mit der basierend auf den Einbaudaten und Messdaten der wenigstens eine Aktuator und das wenigstens eine Werkzeug steuerbar sind, um das Werkzeug von der Aufnahmeposition zur Soll-Platzierungsposition des jeweiligen Tunnelausbausegments zu bewegen, in die Ist-Platzierungsposition auszurichten und das Tunnelausbausegment gegen wenigstens ein bereits platziertes Tunnelausbausegment eines Tunnelausbaurings anzuordnen,

wobei wenigstens zwei Tunnelausbausegmentsensoren vorgesehen sind, und wobei es sich bei dem Tunnelausbausegmentsensor um eine Time-of-Flight-Kamera handelt.The device according to the invention for the automated installation of at least one tunnel lining segment of a tunnel lining ring for removing a tunnel section driven by a tunnel boring machine, which can be coupled to the tunnel boring machine, does not have the following features:

A manipulator with at least one tool for picking up, holding and placing the at least one tunnel lining segment, and with at least one actuator for moving the at least one tool, the at least one tool by means of the at least one actuator in the radial, tangential and / or axial direction Can be moved in relation to the machine axis of the tunnel boring machine in the area of the tunnel section built by the tunnel boring machine,
• At least one tool position sensor, which is provided on the manipulator and / or tool, for detecting the respective actual position and actual position of the tool in the space of the tunnel section,
• At least one tunnel lining segment sensor, which is provided on the manipulator and / or tool, with which an actual position and / or actual location of at least one already arranged tunnel lining segment can be detected, and / or with which an actual position and / or actual situation of the tunnel lining segment to be placed is detectable,
• At least one controller that accesses the installation data of the tunnel lining segments and that accesses the measurement data of the at least one tool position sensor and the at least one tunnel lining segment sensor, and with which the at least one actuator and the at least one tool can be controlled based on the installation data and measurement data move the tool from the pick-up position to the target placement position of the respective tunnel lining segment, in the actual To align the placement position and to arrange the tunnel lining segment against at least one already placed tunnel lining segment of a tunnel lining ring,

wherein at least two tunnel lining segment sensors are provided, and wherein the tunnel lining segment sensor is a time-of-flight camera.

Time-of-Flight-Kameras sind 3D-Kamerasysteme, die mit dem Laufzeitverfahren Distanzen messen. Dazu wird die Szene mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet, und die Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht. Die benötigte Zeit ist direkt proportional zur Distanz. Die Kamera liefert somit für jeden Bildpunkt die Entfernung des darauf abgebildeten Objektes. Vorteilhaft ist dabei, dass eine ganze Szene auf einmal aufgenommen wird und nicht abgetastet werden muss.Time-of-flight cameras are 3D camera systems that measure distances using the time-of-flight method. For this purpose, the scene is illuminated by means of a light pulse, and the camera measures the time it takes for the light to reach the object and back again for each pixel. The time required is directly proportional to the distance. The camera thus provides the distance of the object imaged on it for each image point. The advantage here is that an entire scene is recorded at once and does not have to be scanned.

Entgegen aller Erwartungen im Hinblick auf sogenannte Time-of-Flight-Kameras, die gemäß dem fachmännischen Wissen insbesondere für den Einsatz über große Distanzen geeignet sind, hat sich gezeigt, dass mit diesen Sensoren auf besonders einfache Weise genaue Lagebestimmungen der bereits platzierten Segmente bzw. Ausbauringe möglich ist. Weiterhin kann besonders genau Lage und Abstand bzw. Ausrichtung der zu platzieren Tunnelausbausegmente in Relation zu den bereits platzierten Tunnelausbausegmenten bestimmt werden, hierbei werden insbesondere die Fugenabstände erfasst. Hierdurch wird es auf einfache Weise für die Steuerung möglich, entsprechende Korrekturen vorzunehmen und die Segmente entsprechend genau zu platzieren. Auch ist es möglich hier dreidimensional zu erfassen im Gegensatz zu Laserprofilometern bzw. anderen Sensoren.Contrary to all expectations with regard to so-called time-of-flight cameras, which according to specialist knowledge are particularly suitable for use over large distances, it has been shown that these sensors can be used to determine the exact position of the segments or segments that have already been placed in a particularly simple manner. Extension rings is possible. Furthermore, the position and spacing or alignment of the tunnel lining segments to be placed can be determined particularly precisely in relation to the tunnel lining segments that have already been placed, in particular the joint spacings are recorded here. This makes it possible in a simple manner for the control to make appropriate corrections and to place the segments accordingly precisely. It is also possible to record three-dimensionally here, in contrast to laser profilometers or other sensors.

Vorteilhaft ist dabei, dass es sich bei dem wenigsten einen Werkzeug um ein Aufnahmeelement handelt. Hierdurch kann das jeweilige Segment einfach gegriffen und bewegt werden.It is advantageous here that at least one tool is a receiving element. As a result, the respective segment can be easily gripped and moved.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass es sich bei dem wenigstens einen Werkzeugpositionssensor um eine Wegmesszylinder, Drehwinkelgeber, Lagesensor, Inklinometer und/oder Wegaufnehmer handelt. Vorteilhaft ist weiterhin, dass es sich bei den Daten um einen Verlegeplan der zu platzierenden Tunnelausbausegmente, einen Lieferplan der zu platzierenden Tunnelausbausegmente, eine Position eines Aufnahmeorts zur Aufnahme des jeweils zu platzierenden Tunnelausbausegments, eine Soll-Platzierungsposition des jeweils zu platzierenden Tunnelausbausegments, und/oder Informationen über die Art sowie physikalische Eigenschaften wie beispielsweise Gewicht und Dimensionen des jeweiligen zu platzierenden Tunnelausbausegments handelt. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, dass die Steuerung alle relevanten Daten für die Ermittlung der notwendigen Ansteuerungen der Aktuatoren erhält, um das Tunnelausbausegment vom Aufnahmepunkt zur Ist-Platzierung zu bewegen.It is also advantageous that the at least one tool position sensor is a displacement measuring cylinder, rotary encoder, position sensor, inclinometer and / or displacement transducer. It is also advantageous that the data is a layout plan for the tunnel lining segments to be placed, a delivery schedule for the tunnel lining segments to be placed, a position of a recording location for receiving the tunnel lining segment to be placed in each case, a target placement position of the tunnel lining segment to be placed in each case, and / or Information about the type and physical properties such as weight and dimensions of the respective tunnel lining segment to be placed. This makes it possible in a simple manner for the controller to receive all the relevant data for determining the necessary activation of the actuators in order to move the tunnel lining segment from the pick-up point to the actual position.

Eine weitere Lehre sieht vor, dass ein Mensch-Maschine-Schnittstelle mit der Steuerung verbunden ist. Hierdurch lässt sich das automatische Verfahren auf einfache Weise um manuelle Steueranweisungen erweitern.Another teaching provides that a man-machine interface is connected to the controller. This allows the automatic method to be easily expanded to include manual control instructions.

Eine weitere Lehre sieht vor, dass wenigstens ein zusätzlicher Tunnelausbausegmentsensor, bevorzugt als 2D Kamera, vorgesehen ist. Vorteilhaft ist dabei, dass der zusätzliche Tunnelausbausegmentsensor im Bereich der Tunnelausbausegmentsensoren vorgesehen ist. Die damit erfassten Signale werden dann bevorzugt beispielsweise von der Steuerung mittels Bildverarbeitung ausgewertet. Weiterhin ist vorteilhaft, die Daten der zwei Tunnelausbausegmentsensoren mit den Daten des weiteren Tunnelausbausegmentsensors zu überlagern. Hierdurch lassen sich beispielsweise beim Anfahren der Soll-Position auf einfache Weise Hindernisse erkennen. Weiterhin kann dadurch die Kantenerfassung der Tunnelausbausegmente und Spaltmessung zwischen den Tunnelausbausegmenten unterstützt werden, indem beispielsweise eine Sicherheitsredundanz bzw. schnellere Verarbeitung erreicht werden kann.Another teaching provides that at least one additional tunnel lining segment sensor, preferably as a 2D camera, is provided. It is advantageous here that the additional tunnel lining segment sensor is provided in the area of the tunnel lining segment sensors. The signals recorded in this way are then preferably evaluated, for example, by the controller using image processing. It is also advantageous to overlay the data from the two tunnel lining segment sensors with the data from the further tunnel lining segment sensor. In this way, for example, obstacles can be recognized in a simple manner when approaching the target position. Furthermore, the edge detection of the tunnel lining segments and gap measurement between the tunnel lining segments can be supported in that, for example, a safety redundancy or faster processing can be achieved.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Steuerung mit einer Steuerung der Tunnelbohrmaschine verbunden ist. Hierbei ist vorteilhaft, dass mit der Steuerung der Vorrichtung über die Steuerung der Tunnelbohrmaschine Funktionen der Tunnelbohrmaschine ansteuerbar sind. Hierdurch lassen sich auf einfache Weise Elemente der Tunnelbohrmaschine, die für den automatisierten Einbau der Tunnelausbausegmente betätigt werden müssen, automatisiert mit einer Steuerung ansteuern.Another teaching of the invention provides that the control is connected to a control of the tunnel boring machine. It is advantageous here that functions of the tunnel boring machine can be controlled with the control of the device via the control of the tunnel boring machine. In this way, elements of the tunnel boring machine that have to be actuated for the automated installation of the tunnel lining segments can be controlled in an automated manner with a controller.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass Vortriebspressen der Tunnelbohrmaschine von der Steuerung ein- und ausfahrbar ansteuerbar sind, so dass diese gegen platzierte Tunnelausbausegmente anpressbar sind. Damit kann über die Steuerung auf einfache und sichere Weise ein Halten der Tunnelausbausegmente nach der Platzierung bewerkstelligt werden.Another teaching of the invention provides that jacking presses of the tunnel boring machine can be driven in and out by the control so that they can be pressed against placed tunnel lining segments. In this way, the control can be used to hold the tunnel lining segments in a simple and safe manner after they have been placed.

Ein Verfahren zum automatisierten Einbau wenigstens eines Tunnelausbausegments eines Tunnelausbaurings zum Ausbauen eines von einer Tunnelbohrmaschine aufgefahrenen Tunnelabschnitts mit einer Vorrichtung, insbesondere wie zuvor beschrieben, an der ein mit wenigstens einem Werkzeug zum Aufnehmen, Halten und Platzieren des wenigstens einen Tunnelausbausegments bestückter Manipulator vorgesehen ist, und die in einer Tunnelbohrmaschine vorgesehen ist, weist nicht abschließend folgende Merkmale auf,

• wobei das wenigstens eine Werkzeug mit wenigstens einem Aktuator in radialer, tangentialer und/oder axialer Richtung in Bezug auf die Maschinenachse der Tunnelbohrmaschine im Raum des durch die Tunnelbohrmaschine errichteten Tunnelabschnitts bewegt wird,
• wobei mit wenigstens einem Werkzeugpositionssensor, der am Manipulator und/oder Werkzeug vorgesehen ist, eine Ist-Position und Ist-Lage des Werkzeugs im Raum des Tunnelabschnitts erfasst wird,
• wobei mit wenigstens einem Tunnelausbausegmentsensor, der am Manipulator und/oder Werkzeug vorgesehen ist, eine Ist-Position und/oder Ist- Lage wenigstens eines bereits angeordneten Tunnelausbausegments erfasst wird, und/oder wobei mit dem wenigstens einen Tunnelausbausegmentsensor eine Ist-Position und/oder Ist-Lage des jeweils zu platzierenden Tunnelausbausegments erfasst wird,
• wobei wenigstens eine Steuerung bereitgestellt wird, die auf Einbaudaten der Tunnelausbausegmente sowie auf die Messdaten des wenigstens einen Werkzeugpositionssensors und des wenigstens einem Tunnelausbausegmentsensor zugreift,
• wobei die wenigstens eine Steuerung basierend auf den Einbaudaten und Messdaten den wenigstens einen Aktuator und das wenigstens eine Werkzeug steuert, so dass das Werkzeug mit dem Tunnelausbausegment von dessen jeweiligen Aufnahmeposition zu dessen jeweiligen Soll-Platzierungsposition bewegt wird und das Tunnelausbausegment basierend auf den Messdaten des Tunnelausbausegmentsensors in die Ist-Platzierungsposition ausgerichtet und gegen wenigstens ein bereits platziertes Tunnelausbausegment eines Tunnelausbaurings angeordnet wird,

wobei wenigstens zwei Tunnelausbausegmentsensoren bereitgestellt werden, und wobei es sich bei dem Tunnelausbausegmentsensor um eine Time-of-Flight-Kamera handelt.A method for the automated installation of at least one tunnel lining segment of a tunnel lining ring for removing a tunnel section driven by a tunnel boring machine with a device, in particular as described above, on which a tool with at least one tool for picking up, holding and placing of the at least one tunnel lining segment equipped manipulator is provided, and which is provided in a tunnel boring machine, does not have the following features,

• wherein the at least one tool with at least one actuator is moved in the radial, tangential and / or axial direction in relation to the machine axis of the tunnel boring machine in the space of the tunnel section built by the tunnel boring machine,
• with at least one tool position sensor, which is provided on the manipulator and / or tool, an actual position and actual position of the tool in the space of the tunnel section is detected,
• with at least one tunnel lining segment sensor, which is provided on the manipulator and / or tool, an actual position and / or actual position of at least one already arranged tunnel lining segment is detected, and / or with the at least one tunnel lining segment sensor an actual position and / or the actual position of the respective tunnel lining segment to be placed is recorded,
• at least one controller being provided which accesses the installation data of the tunnel lining segments and the measurement data of the at least one tool position sensor and the at least one tunnel lining segment sensor,
The at least one controller based on the installation data and measurement data controls the at least one actuator and the at least one tool so that the tool with the tunnel lining segment is moved from its respective receiving position to its respective target placement position and the tunnel lining segment is moved based on the measurement data of the Tunnel lining segment sensor is aligned in the actual placement position and arranged against at least one already placed tunnel lining segment of a tunnel lining ring,

Bei dem wenigsten einen Werkzeug handelt es sich bevorzugt um ein Aufnahmeelement. Hierdurch kann das jeweilige Segment einfach gegriffen und bewegt werden.At least one tool is preferably a receiving element. As a result, the respective segment can be easily gripped and moved.

Vorteilhaft ist dabei, dass es sich bei dem wenigstens einen Werkzeugpositionssensor um eine Wegmesszylinder, Drehwinkelgeber, Lagesensor, Inklinometer und/oder Wegaufnehmer handelt. Weiterhin vorteilhaft ist, dass es sich bei den Daten um einen Verlegeplan der zu platzierenden Tunnelausbausegmente, einen Lieferplan der zu platzierenden Tunnelausbausegmente, eine Position eines Aufnahmeorts zur Aufnahme des jeweils zu platzierenden Tunnelausbausegments, eine Soll-Platzierungsposition des jeweils zu platzierenden Tunnelausbausegments, und/oder Informationen über die Art sowie physikalische Eigenschaften wie beispielsweise Gewicht und Dimensionen des jeweiligen zu platzierenden Tunnelausbausegments handelt. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, dass die Steuerung alle relevanten Daten für die Ermittlung der notwendigen Ansteuerungen der Aktuatoren erhält, um das Tunnelausbausegment vom Aufnahmepunkt zur Ist-Platzierung zu bewegen.It is advantageous that the at least one tool position sensor is a displacement measuring cylinder, rotary encoder, position sensor, inclinometer and / or displacement transducer. It is also advantageous that the data is a layout plan of the tunnel lining segments to be placed, a delivery schedule for the tunnel lining segments to be placed, a position of a location for receiving the respective tunnel lining segment to be placed, a target placement position of the respective tunnel lining segment to be placed, and / or Information about the type and physical properties such as weight and dimensions of the respective tunnel lining segment to be placed. This makes it possible in a simple manner for the controller to receive all the relevant data for determining the necessary activation of the actuators in order to move the tunnel lining segment from the pick-up point to the actual position.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass ein Mensch-Maschine-Schnittstelle mit der Steuerung verbunden ist. Hierdurch lässt sich das automatische Verfahren auf einfache Weise um manuelle Steueranweisungen erweitern.It is also advantageous that a man-machine interface is connected to the controller. This allows the automatic method to be easily expanded to include manual control instructions.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass wenigstens ein zusätzlicher Tunnelausbausegmentsensor, bevorzugt als 2D Kamera, vorgesehen wird. Die damit erfassten Signale werden dann bevorzugt beispielsweise von der Steuerung mittels Bildverarbeitung ausgewertet.It is also advantageous that at least one additional tunnel lining segment sensor, preferably as a 2D camera, is provided. The signals recorded in this way are then preferably evaluated, for example, by the controller using image processing.

Vorteilhaft ist dabei weiterhin, dass die Steuerung mit einer Steuerung der Tunnelbohrmaschine verbunden wird. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Steuerung der Vorrichtung über die Steuerung der Tunnelbohrmaschine Funktionen der Tunnelbohrmaschine ansteuert. Hierdurch lassen sich auf einfache Weise Elemente der Tunnelbohrmaschine, die für den automatisierten Einbau der Tunnelausbausegmente betätigt werden müssen, automatisiert mit einer Steuerung ansteuern.It is also advantageous that the control is connected to a control of the tunnel boring machine. It is advantageous here that the control of the device controls functions of the tunnel boring machine via the control of the tunnel boring machine. In this way, elements of the tunnel boring machine that have to be actuated for the automated installation of the tunnel lining segments can be controlled in an automated manner with a controller.

Vorteilhaft ist dabei weiterhin, dass Vortriebspressen der Tunnelbohrmaschine von der Steuerung ein- und ausfahrbar angesteuert werden, so dass diese gegen platzierte Tunnelausbausegmente angepresst werden. Damit kann über die Steuerung auf einfache und sichere Weise ein Halten der Tunnelausbausegmente nach der Platzierung bewerkstelligt werden.It is furthermore advantageous that the jacking presses of the tunnel boring machine are actuated so that they can be retracted and extended by the controller, so that they are pressed against the tunnel lining segments that have been placed. In this way, the control can be used to hold the tunnel lining segments in a simple and safe manner after they have been placed.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

1 eine räumliche Ansicht eines Erektors mit aufgenommenem Tunnelausbausegment,
2 eine schematische Darstellung der Platzierung eines Tunnelausbausegments, und
3 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Platzierung eines Tunnelausbausegments in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

The invention is explained in more detail below using a preferred exemplary embodiment in conjunction with a drawing. Show it

1 a three-dimensional view of an erector with a recorded tunnel lining segment,
2 a schematic representation of the placement of a tunnel lining segment, and
3 a schematic view of a placement according to the invention of a tunnel lining segment in connection with the device according to the invention.

1 zeigt einen Erektor 10 als erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Grundträger 11 an dem Verbindungselemente 12 zur Verbindung mit einer Tunnelbohrmaschine (nicht dargestellt) angeordnet sind. Das Verbindungselement 12 ist hier flanschartig dargestellt. 1 shows an erector 10 as a device according to the invention with a base support 11 on the connecting elements 12th are arranged for connection to a tunnel boring machine (not shown). The connecting element 12th is shown here like a flange.

An dem Grundträger 11 ist ein Manipulator 20 angeordnet, an dem beispielsweise wenigstens ein Fahrträger 13 vorgesehen, der hier beispielsweise beidseitig Gleitführungen 14 aufweist. In den Gleitführungen 14 verfahrbar sind beispielsweise Führungselemente 15 ebenfalls als Bestandteil des Manipulators 20 angeordnet. Die Führungselemente 15, an denen beispielsweise der Drehrahmen 16 ebenfalls als Bestandteil des Manipulators 20 angeordnet ist, sind über Zylinder 19 als Aktuatoren in Pfeilrichtung A verschiebbar.On the basic carrier 11 is a manipulator 20th arranged on which, for example, at least one carrier 13th provided here, for example, sliding guides on both sides 14th having. In the sliding guides 14th Guide elements, for example, can be moved 15th also as part of the manipulator 20th arranged. The guiding elements 15th on which, for example, the rotating frame 16 also as part of the manipulator 20th are arranged are above cylinder 19th as actuators in the direction of the arrow A. movable.

An den Führungselementen 15 ist beispielsweise ein Drehrahmen 16 als Bestandteil des Manipulators 20 angeordnet. Der Drehrahmen 16 weist einen Rotationsantrieb 17 als Aktuator auf. An dem Drehrahmen 16 ist beispielsweise ein Drehring 18 als Bestandteil des Manipulators 20 drehbar angeordnet. Der Drehring 18 kann über den Rotationsantrieb 17 als Aktuator auf dem Drehrahmen 16 eine Rotationsbewegung durchführen. Der Drehring 18 ist in Pfeilrichtung B bewegbar.On the guide elements 15th is for example a rotating frame 16 as part of the manipulator 20th arranged. The rotating frame 16 has a rotary drive 17th as an actuator. On the rotating frame 16 is for example a rotating ring 18th as part of the manipulator 20th rotatably arranged. The rotating ring 18th can via the rotary drive 17th as an actuator on the rotating frame 16 perform a rotational movement. The rotating ring 18th is in the direction of the arrow B. moveable.

An dem Drehring 18 ist ein Manipulatorarm 21 als Bestandteil des Manipulators 20 angeordnet. Er kann entsprechend mit dem Drehring 18 gedreht werden. Manipulatorarm 21 ist beispielsweise gegenüber dem Drehrahmen 16 schwenkbar. Dieses erfolgt beispielsweise über wenigstens einen Zylinder 22 als Aktuator. Am Manipulatorarm selber ist ein Erektorkopf 23 als Werkzeug vorgesehen. Dieser dient dazu, ein Tunnelausbausegment 110 aufzunehmen. Der Erektorkopf 23 wird hier beispielsweise durch das Betätigen der Zylinder 22 als Aktuator radial in Pfeilrichtung C bewegt.On the rotating ring 18th is a manipulator arm 21 as part of the manipulator 20th arranged. He can accordingly with the rotating ring 18th to be turned around. Manipulator arm 21 is for example opposite the rotating frame 16 pivotable. This takes place, for example, via at least one cylinder 22nd as an actuator. There is an erector head on the manipulator arm itself 23 intended as a tool. This serves to build a tunnel extension segment 110 to record. The erector head 23 is here for example by actuating the cylinder 22nd as an actuator radially in the direction of the arrow C. emotional.

Zur Feinjustierung weist der Erektorkopf 23 beispielsweise über den Zylinder 24 als Aktuator eine Rotationsmöglichkeit in Pfeilrichtung D auf. Weiterhin weist der Erektorkopf 23 beispielsweise Bewegungselemente 25 als Aktuatoren auf, durch die das Tunnelausbausegment 110 in Pfeilrichtung E gekippt bzw. in Pfeilrichtung F geschwenkt werden kann.The erector head provides fine adjustment 23 for example via the cylinder 24 as an actuator a possibility of rotation in the direction of the arrow D. on. Furthermore, the erector head 23 for example movement elements 25th as actuators through which the tunnel lining segment 110 in the direction of the arrow E. tilted or in the direction of the arrow F. can be swiveled.

Das Tunnelausbausegment 110 wird an eine Aufnahmeposition 200 (siehe 2) analog der in 1 dargestellten Anordnung des Erektorkopfes 23 aufgenommen. Zur Aufnahmeposition 200 wird das Tunnelausbausegment 110 beispielsweise mit einem sogenannten Segmentfeeder (nicht dargestellt) transportiert. Durch eine Ansteuerung der Zylinder 19, 22, 24 sowie den Bewegungselementen 25 und dem Rotationsantrieb 17 durch eine Steuerung (nicht dargestellt) kann das Tunnelausbausegment 110 im durch die Tunnelbohrmaschine aufgefahrenen Tunnelabschnitt angeordnet werden durch Bewegen in die Pfeilrichtungen A bis F.The tunnel extension segment 110 will move to a recording position 200 (please refer 2 ) analogous to the in 1 illustrated arrangement of the erector head 23 recorded. To the recording position 200 becomes the tunnel expansion segment 110 transported for example with a so-called segment feeder (not shown). By activating the cylinders 19th , 22nd , 24 as well as the movement elements 25th and the rotary drive 17th the tunnel expansion segment can be controlled by a controller (not shown) 110 be arranged in the tunnel section driven by the tunnel boring machine by moving in the directions of the arrows A. until F. .

Die Steuerung bewirkt ein Bewegen des zu platzierenden Tunnelausbausegments 110 in den Bereich der Soll-Platzierung. Dieses ist beispielsweise in 2 dargestellt. Der Erektorkopf 23, an dem sich das Tunnelausbausegment 110 befindet, wurde dabei über die Aktuatoren 17, 19, 22, 24, 25 von der Steuerung in eine entsprechende Position bewegt. In 2 dargestellt ist ein abgeschlossener Ausbauring 100 der aus einzelnen bereits platzierten Tunnelausbausegmenten 110 besteht. Räumlich davor angeordnet ist ein weiterer Tunnelausbauring 100', der noch nicht abgeschlossen ist. In 2 dargestellt ist das zu platzieren Tunnelausbausegment 110 mit einem Längsfugenabstand 140 an seinen kurzen Seiten und einem Ringfugenabstand 150 an seiner langen Seite. Vorgesehen sind Dübel 120 als Montagehilfe, die in Öffnungen 130 (siehe 1) einsetzbar sind.The control causes the tunnel lining segment to be placed to move 110 in the area of the target placement. This is for example in 2 shown. The erector head 23 , on which the tunnel lining segment 110 was located via the actuators 17th , 19th , 22nd , 24 , 25th moved by the controller to a corresponding position. In 2 a completed expansion ring is shown 100 of the individual tunnel lining segments that have already been placed 110 consists. Another tunnel extension ring is arranged spatially in front of it 100 ' which has not yet been completed. In 2 the tunnel lining segment to be placed is shown 110 with a longitudinal joint spacing 140 on its short sides and a ring joint spacing 150 on its long side. Dowels are provided 120 as an assembly aid in openings 130 (please refer 1 ) can be used.

Um jetzt eine Anordnung der Ist-Platzierung des Tunnelausbausegments 110 in Verbindung mit den bereits platzierten Tunnelausbausegmenten 110 zu erreichen, werden die Eckbereiche 160 (siehe 3) des zu verlegenen Tunnelausbausegments 110 jeweils mittels einer Time-of-Flight-Kamera (nicht dargestellt) als Tunnelsegmentsensoren (nicht dargestellt) und ggf. beispielsweise mit einer CCD-Kamera als 2D-Sensor als weiteren Tunnelausbausensor (nicht dargestellt) gescannt. Die Scanbereiche 300 sind in 3 dargestellt. Hierdurch lassen sich die Längsfugenabstände 140 und Ringfugenabstände 150 sowie ein eventueller Neigungsfehler des zu verlegenen Tunnelausbausegments 110 in Bezug auf die bereits angeordneten Tunnelausbausegmente 110 erfassen. Basierend auf diesen erfassten Daten kann dann die Steuerung die Aktuatoren entsprechend ansteuern, um zum einen die Dübel 120 in die dafür vorgesehenen Öffnungen 130 einzuführen und gleichzeitig das zu verlegende Tunnelausbausegment 110 an seiner tatsächlichen Ist-Position zu platzieren. Gegebenenfalls werden die Daten der Tunnelsegmentsensoren zusammengefasst bzw. überlagert, um eine bessere Erkennung zu ermöglichen.To now an arrangement of the actual placement of the tunnel lining segment 110 in connection with the tunnel extension segments that have already been placed 110 to reach are the corner areas 160 (please refer 3 ) of the tunnel extension segment to be relocated 110 each scanned by means of a time-of-flight camera (not shown) as tunnel segment sensors (not shown) and possibly, for example, with a CCD camera as a 2D sensor as a further tunnel construction sensor (not shown). The scan areas 300 are in 3 shown. This allows the longitudinal joint distances 140 and ring joint distances 150 as well as a possible inclination error of the tunnel lining segment to be relocated 110 in relation to the already arranged tunnel lining segments 110 capture. Based on this recorded data, the controller can then control the actuators accordingly, on the one hand to release the dowels 120 into the openings provided for this purpose 130 and at the same time the tunnel lining segment to be laid 110 to be placed at its actual position. If necessary, the data from the tunnel segment sensors are combined or superimposed in order to enable better detection.

Das Ansteuern der Soll-Position erfolgt beispielsweise dadurch, dass über Messsensoren die einzelnen Bewegungen der Aktuatoren erfasst werden. Hierdurch kann die Steuerung genau bestimmen, an welcher Position sich das Werkzeug bzw. der Erektorkopf 23 im Raum gerade befindet. Basierend auf den bekannten übrigen Maßen und weiteren hier nicht dargestellten Führungshilfen beim Aufnehmen mittels des Erektorkopfes 23 ist somit indirekt auch die Position des zu platzierenden Tunnelausbausegments 110 bekannt. Hierüber kann die Steuerung das Tunnelausbausegment 110 in den Bereich einer Soll-Platzierungsstelle bewegen. Gegebenenfalls findet dabei beispielsweise über den zusätzlichen Tunnelsegmentsensor auch noch eine aktive Hinderniserkennung statt. Erst ab diesem Zeitpunkt ist es dann sinnvoll, die Eckbereiche 160 mittels 3D Erfassung durch Time-of-Flight-Kameras zu überwachen, indem die Scanbereiche 300 überwacht werden und die tatsächlichen Längsfugenabstände 140 und Ringfugenabstände 150 sowie eventuelle Neigungsfehler direkt ermittelt werden. Die Form der Scanbereiche 300 ist hier nur beispielhaft dargestellt. Beispielsweise ist auch eine Rechteckform möglich. Darauf basierend wird dann das Tunnelausbausegment 110 an der tatsächlichen Ist-Position als Absetzposition platziert. Über nicht dargestellte Vortriebspressen wird dann das Tunnelausbausegment 110 an die finale Position im Tunnelausbauring gedrückt.The target position is controlled, for example, in that the individual movements of the actuators are recorded via measuring sensors. This allows the control to determine exactly at which position the tool or the erector head 23 is currently in the room. Based on the known other dimensions and other guide aids, not shown here, when picking up by means of the erector head 23 is therefore also indirectly the position of the tunnel lining segment to be placed 110 known. The control can use this to control the tunnel expansion segment 110 Move into the area of a target placement point. If necessary, an active obstacle detection also takes place, for example, via the additional tunnel segment sensor. Only from this point on does it make sense to add the corner areas 160 using 3D capture by time-of-flight cameras to monitor the scan areas 300 monitored and the actual longitudinal joint spacing 140 and ring joint distances 150 and any inclination errors can be determined directly. The shape of the scan areas 300 is only shown here as an example. For example, a rectangular shape is also possible. The tunnel expansion segment is then based on this 110 placed at the actual actual position as a drop-off position. The tunnel lining segment is then built using jacking jacks (not shown) 110 pressed to the final position in the tunnel support ring.

Die Überwachung und die Platzierung des Tunnelausbausegment 110 bzw. dessen Bewegung im Raum kann durch eine 2D Überwachung beispielsweise mittels Kameras (nicht dargestellt) und einer Auswertung der dabei gewonnen Daten unterstützt werden.The monitoring and placement of the tunnel lining segment 110 or its movement in space can be supported by 2D monitoring, for example by means of cameras (not shown), and an evaluation of the data obtained in the process.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

FR 2745327 [0011]
CN 104747213 [0011]
JP H08296400 [0011]

Claims

Device for the automated installation of at least one tunnel lining segment of a tunnel lining ring for removing a tunnel section driven by a tunnel boring machine, which can be coupled to the tunnel boring machine, • with a manipulator with at least one tool for picking up, holding and placing the at least one tunnel lining segment, and with at least one actuator for moving the at least one tool, the at least one tool by means of the at least one actuator in the radial, tangential and / or axial direction can be moved in relation to the machine axis of the tunnel boring machine in the area of the tunnel section built by the tunnel boring machine, • with at least one tool position sensor, which is provided on the manipulator and / or tool, for detecting the respective actual position and actual position of the tool in the space of the tunnel section, • with at least one tunnel lining segment sensor, which is provided on the manipulator and / or tool, with which an actual position and / or actual position of at least one tunnel lining segment that has already been arranged can be detected, and / or with which an actual position and / or actual The position of the tunnel lining segment to be placed can be determined, • with at least one controller that accesses the installation data of the tunnel lining segments and that accesses the measurement data of the at least one tool position sensor and the at least one tunnel lining segment sensor, and with which the at least one actuator and the at least one tool can be controlled based on the installation data and measurement data, to move the tool from the receiving position to the target placement position of the respective tunnel lining segment, to align it in the actual placement position and to arrange the tunnel lining segment against at least one already placed tunnel lining segment of a tunnel lining ring, wherein at least two tunnel lining segment sensors are provided, and the tunnel lining segment sensor being a time-of-flight camera.

Device according to Claim 1 , characterized in that the at least one tool is a receiving element.

Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one tool position sensor is a displacement measuring cylinder, rotary encoder, position sensor, inclinometer and / or displacement transducer.

Device according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the data is a layout plan of the tunnel lining segments to be placed, a delivery schedule for the tunnel lining segments to be placed, a position of a recording location for receiving the respective tunnel lining segment to be placed, a target placement position of the respective tunnel lining segment to be placed, and / or Information about the type and physical properties such as weight and dimensions of the respective tunnel lining segment to be placed.

Device according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that at least one additional tunnel lining segment sensor, preferably as a 2D camera, is provided.

Device according to Claim 5 , characterized in that the additional tunnel lining segment sensor is provided in the area of the tunnel lining segment sensors.

Device according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that jacking presses of the tunnel boring machine can be driven in and out by the control so that they can be pressed against placed tunnel lining segments.