JP2014134439A - セグメント真円度測定装置およびセグメント真円度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エレクタ旋回部の旋回中心が偏心している場合でも、セグメントリングの真円度を精度よく取得することが可能なセグメント真円度測定装置を提供する。
【解決手段】セグメント真円度測定装置１００は、旋回中心が偏心しているエレクタ装置の旋回角度を検出するエンコーダ５０と、エレクタ装置に互いに異なる角度位置で配置され、セグメントがリング状に組み立てられたセグメントリングの内面までの距離を計測する４つの距離計４１〜４４と、エンコーダ５０により検出された角度と、４つの距離計４１〜４４により計測された距離とに基づいて、エレクタ装置の旋回中心の偏心による位置ずれを補正する制御部３１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、セグメント真円度測定装置およびセグメント真円度測定方法に関する。

従来、トンネルを構築する方法として、シールド掘進機によりトンネルを掘り進めるとともに、シールド掘進機内部でセグメントをリング状に組み立てることにより、円形のトンネルを連続的に構築するシールド工法が知られている。このシールド工法において、シールド掘進機が掘進しながらトンネル内にセグメントをリング状に組み立てる際に、既設セグメントの組立誤差（真円度）や形状を把握して次のセグメントの組み立てを修正する必要がある。このため、従来では、既設セグメントの形状や真円度を把握する方法として種々の方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、エレクタ装置に設けられた複数のセンサにより、セグメントの内周面までの距離を計測することによって、既設セグメント（セグメントリング）の形状を把握する既設セグメント形状の把握方法が開示されている。具体的には、この既設セグメント形状の把握方法は、複数のセンサにより計測されたセグメントの内周面までの距離とセンサの旋回角度とに基づいて、セグメントの内周面上の複数の位置の座標を求めるとともに、セグメントの中心とセンサの旋回中心（エレクタ装置の旋回中心）との偏心量に基づいて既設セグメントの形状を楕円近似することにより既設セグメント（セグメントリング）の形状を把握するように構成されている。

特許第２８２００１１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のような従来のエレクタ装置では、セグメントを把持して組み立てを行う装置が配置されているため、必ずしもエレクタ装置の重心が旋回中心にはなく、エレクタ装置の旋回中心は偏心している（旋回軸が振れている）場合が多いと考えられる。このような場合に、上記特許文献１の既設セグメント形状の把握方法を用いると、エレクタ装置に設けられたセンサによる距離計測値に、エレクタ装置の旋回中心の偏心に起因する誤差が含まれることになるため、その誤差を含む距離計測値に基づいて既設セグメントの形状把握のための演算を行ったとしても、既設セグメント（セグメントリング）の形状を精度よく把握することは困難であると考えられる。このため、上記特許文献１により把握された既設セグメント形状に基づいてセグメントの真円度を取得する場合にも、既設セグメント（セグメントリング）の真円度を精度よく取得することが困難であるという問題点があると考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、エレクタ旋回部の旋回中心が偏心している場合でも、セグメントリングの真円度を精度よく取得することが可能なセグメント真円度測定装置およびセグメント真円度測定方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるセグメント真円度測定装置は、旋回中心が偏心しているエレクタ旋回部の旋回角度を検出する角度検出器と、エレクタ旋回部に互いに異なる角度位置で配置され、セグメントがリング状に組み立てられたセグメントリングの内面までの距離を計測する３個以上の距離計と、角度検出器により検出された角度と、３個以上の距離計により計測された距離とに基づいて、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正する補正手段とを備えている。

この発明の第１の局面によるセグメント真円度測定装置では、上記のように、角度検出器により検出された角度と、エレクタ旋回部に互いに異なる角度位置で配置された３個以上の距離計により計測された距離とに基づいて、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正する補正手段を設けることによって、エレクタ旋回部の旋回中心が偏心している場合でも、補正手段により、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正して旋回中心の偏心に起因する距離計測値の誤差の影響を小さくすることができるので、その距離計測値に基づいて、セグメントリングの真円度を精度よく取得することができる。また、エレクタ旋回部に距離計を配置することにより、エレクタ旋回部をセグメントリングの距離計測用としても流用することができるので、旋回中心が偏心しているエレクタ旋回部とは別個に旋回中心が偏心していない計測専用の旋回部を設ける必要がない。これにより、スペース上の制約が多いシールド掘進機の内部に計測専用の旋回部を配置するための専用のスペースを別途確保する必要がない。

上記第１の局面によるセグメント真円度測定装置において、好ましくは、３個以上の距離計は、エレクタ旋回部に、等角度間隔または線対称になるように円周状に異なる角度位置で配置されている。このように構成すれば、３個以上の距離計を、エレクタ旋回部の旋回中心に対してバランスよく円周状に配置することができるので、補正手段により、角度検出器により検出された角度と、バランスよく円周状に配置された３個以上の距離計により計測された距離とに基づいて、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれをより精度よく補正することができる。その結果、セグメントリングの真円度をより精度よく取得することができる。

上記第１の局面によるセグメント真円度測定装置において、好ましくは、補正手段は、エレクタ旋回部の同じ旋回角度における３個以上の距離計による距離計測値に基づいて平均化することによって、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正するように構成されている。このように構成すれば、補正手段により距離計測値に基づいた平均化を行うだけで、複雑な演算を行うことなく容易に、エレクタ旋回部の同じ旋回角度（所定の旋回角度）における旋回中心の偏心による位置ずれを補正することができるので、容易に、セグメントリングの真円度を精度よく取得することができる。

この場合、好ましくは、補正手段は、３個以上の距離計による各々の距離計測値に、それぞれ、予め取得されたエレクタ旋回部の旋回中心から各々の距離計の取り付け位置までの取付距離を加算することにより、各々の距離計に対応する旋回中心からセグメントリングの内面までの距離を求めて平均化することにより平均距離を算出することによって、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正するように構成されている。このように構成すれば、補正手段により、エレクタ旋回部の同じ旋回角度（所定の旋回角度）における平均距離を算出するだけで、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれが補正されるので、所定の旋回角度におけるエレクタ旋回部の旋回中心からセグメントリングの内面までの距離値を容易に精度よく求めることができる。その結果、セグメントリングの真円度をより精度よく取得することができる。

上記補正手段が平均距離を算出する構成において、好ましくは、補正手段は、平均距離をエレクタ旋回部の所定の旋回角度ごとに算出することによりエレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを所定の旋回角度ごとに補正し、さらに、所定の旋回角度ごとに算出した複数の平均距離を複数のＸＹ座標値に変換するとともに複数のＸＹ座標値に基づいてセグメントリングの中心位置を補正することによってセグメントリングの真円度を取得するように構成されている。このように構成すれば、補正手段により、エレクタ旋回部の所定の旋回角度ごとに旋回中心の偏心による位置ずれが補正されるので、所定の旋回角度ごとにエレクタ旋回部の旋回中心からセグメントリングの内面までの距離を精度よく求めてセグメントリングの真円度を精度よく取得することができる。また、補正手段により、所定の旋回角度ごとに算出された複数の平均距離をＸＹ座標値に変換してセグメントリングの中心位置を補正することによって、セグメントリングの中心位置が補正された状態で容易にセグメントリングの真円度の評価を行うことができる。

この発明の第２の局面におけるセグメント真円度測定方法は、旋回中心が偏心しているエレクタ旋回部の旋回角度を検出するとともに、検出された旋回角度と同じ旋回角度におけるセグメントリングの内面までの距離を、エレクタ旋回部に互いに異なる角度位置で配置された３個以上の距離計により計測するステップと、エレクタ旋回部の同じ旋回角度における３個以上の距離計による距離計測値に基づいて平均化することによって、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正するステップとを備える。

この発明の第２の局面によるセグメント真円度測定方法では、上記のように、エレクタ旋回部の同じ旋回角度における３個以上の距離計による距離計測値に基づいて平均化することにより、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正するステップを設けることによって、エレクタ旋回部の旋回中心が偏心している場合でも、旋回中心の偏心による位置ずれを補正して旋回中心の偏心に起因する距離計測値の誤差の影響を小さくすることができるので、その距離計測値に基づいて、セグメントリングの真円度を精度よく取得することができる。また、エレクタ旋回部に距離計を配置することにより、エレクタ旋回部をセグメントリングの距離計測用としても流用することができるので、旋回中心が偏心しているエレクタ旋回部とは別個に旋回中心が偏心していない計測専用の旋回部を設ける必要がない。これにより、スペース上の制約が多いシールド掘進機の内部に計測専用の旋回部を配置するための専用のスペースを別途確保する必要がない。また、エレクタ旋回部の同じ旋回角度における３個以上の距離計による距離計測値に基づいて平均化することにより、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正するステップを設けることによって、距離計測値に基づいた平均化を行うだけで、複雑な演算を行うことなく容易に、エレクタ旋回部の同じ旋回角度（所定の旋回角度）における旋回中心の偏心による位置ずれを補正することができるので、容易に、セグメントリングの真円度を精度よく取得することができる。

上記第２の局面によるセグメント真円度測定方法において、好ましくは、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正するステップは、３個以上の距離計による各々の距離計測値に、それぞれ、予め取得されたエレクタ旋回部の旋回中心から各々の距離計の取り付け位置までの取付距離を加算することにより、各々の距離計に対応する旋回中心からセグメントリングの内面までの距離を求めて平均化することによって平均距離を算出するとともに、平均距離をエレクタ旋回部の所定の旋回角度ごとに算出することによって、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを所定の旋回角度ごとに補正するステップを含み、所定の旋回角度ごとに算出した複数の平均距離を複数のＸＹ座標値に変換するとともに、複数のＸＹ座標値に基づいてセグメントリングの中心位置を補正することによって、セグメントリングの真円度を取得するステップをさらに備える。このように構成すれば、エレクタ旋回部の同じ旋回角度（所定の旋回角度）における平均距離を算出するだけで、エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれが補正されるので、所定の旋回角度におけるエレクタ旋回部の旋回中心からセグメントリングの内面までの距離値を容易に精度よく求めることができる。また、エレクタ旋回部の所定の旋回角度ごとに旋回中心の偏心による位置ずれが補正されるので、所定の旋回角度ごとにエレクタ旋回部の旋回中心からセグメントリングの内面までの距離値を精度よく求めてセグメントリングの真円度を精度よく取得することができる。また、補正手段により、所定の旋回角度ごとに算出された複数の平均距離をＸＹ座標値に変換してセグメントリングの中心位置を補正することによって、セグメントリングの中心位置が補正された状態で容易にセグメントリングの真円度の評価を行うことができる。

本発明によれば、上記のように、エレクタ旋回部の旋回中心が偏心している場合でも、セグメントリングの真円度を精度よく取得することができる。

本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置の全体構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置が適用されるシールド掘進機を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置の４つの距離計の配置状態を示した図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置の真円度取得処理を示したフローチャートである。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置においてエレクタ装置の基本姿勢（旋回角度０度）の状態を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置においてエレクタ装置の旋回角度が９０度の状態を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置においてエレクタ装置の旋回角度が２７０度の状態を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置におけるエレクタ装置の旋回中心からセグメントリング内面までの距離とその平均距離とを説明するための図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置においてセグメントリングの中心位置を補正する前の状態を示した図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置においてセグメントリングの中心位置を補正した後の状態を示した図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置の距離計を３つにした第１変形例を示した図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置の複数の距離計を線対称に配置した第２変形例を示した図である。 本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置のエレクタ装置を本体部の外側から支持した第３変形例を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態によるセグメント真円度測定装置１００の構成について説明する。

セグメント真円度測定装置１００（図１参照）は、図２に示すように、シールド掘進機１０が掘進しながらトンネル内にセグメント１１０ａをリング状に組み立てる際に、セグメントリング（既設セグメント）１１０の組立誤差（真円度）を取得する装置である。シールド掘進機１０は、大口径（直径１０ｍ以上）のシールド掘進機であり、密閉式のシールド工法に対応している。具体的には、シールド掘進機１０は、図２に示すように、円筒状のシールドフレーム１１と、シールドフレーム１１の掘進方向の前端に配置されたカッタヘッド１２とを備えている。シールド掘進機１０は、機内後方に配置されたエレクタ装置２０により、複数に分割（本実施形態では、８分割）されたセグメント１１０ａをリング状（セグメントリング１１０）に組み立てながら掘進するように構成されている。

エレクタ装置２０は、図２および図３に示すように、円筒形状の本体部２１と、本体部２１に取り付けられた一対のアーム部２２と、一対のアーム部２２の先端に取り付けられ、セグメント１１０ａを把持する把持部２３とを備えている。シールド掘進機１０の内部には、図２に示すように、シールド掘進機１０に固定された支持桁１３と、支持桁１３により支持され、トンネルの掘進方向に延びる円筒形状の軸部１４とが設けられている。エレクタ装置２０は、円筒形状の本体部２１が円筒形状の軸部１４の外周にリング状の軸受（図示せず）を介して嵌め込まれており、軸部１４により旋回（回転）可能に支持されている。すなわち、図３に示すように、本体部２１の軸方向から見て、円筒形状の本体部２１、一対のアーム部２２および把持部２３は、本体部２１の中心軸線Ｃ１（図２参照）上の旋回中心Ｏ１周りに一体的に回転するように構成されている。また、軸部１４には、エレクタ装置２０を回転させる回転駆動用モータ（図示せず）が設けられている。軸部また、エレクタ装置２０を支持する円筒形状の軸部１４の内部空間には、掘削土を連続的に排出する図示しないスクリューコンベア等が配置されている。なお、本体部２１は、本発明の「エレクタ旋回部」の一例である。

ここで、本実施形態では、図１に示すように、セグメント真円度測定装置１００は、装置本体３０と、４つの距離計４１〜４４と、図示しない回転駆動用モータに取り付けられ、エレクタ装置２０の旋回角度を検出するエンコーダ５０と、装置本体３０に接続された表示部（モニタ）６０とを備えている。装置本体３０は、たとえば、シーケンサ（ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ））により構成されており、制御部（ＣＰＵ）３１と、データ記録部（メモリ）３２とを有している。データ記録部３２には、４つの距離計４１〜４４の配置データが格納されている。４つの距離計４１〜４４の配置データには、４つの距離計４１〜４４の後述の取付角度α１〜α４のデータと、４つの距離計４１〜４４のそれぞれの旋回中心Ｏ１からの距離（取付半径）Ｒ１〜Ｒ４（図３参照）のデータとが含まれている。なお、制御部３１は、本発明の「補正手段」の一例であり、エンコーダ５０は、本発明の「角度検出器」の一例である。

４つの距離計４１〜４４は、レーザ光を照射することにより被対象物までの距離を非接触で計測するレーザ距離計である。４つの距離計４１〜４４は、エレクタ装置２０の本体部２１の外周部に取り付けられている。具体的には、図３に示すように、把持部２３が下端位置に位置する状態（基本姿勢の状態）で、第１距離計４１、第２距離計４２、第３距離計４３および第４距離計４４は、それぞれ、Ｘ軸に対応する水平方向に対して反時計回りに、α１度（本実施形態では、４５度）、α２度（本実施形態では、１３５度）、α３度（本実施形態では、２２５度）およびα４度（本実施形態では、３１５度）の位置に配置されている。すなわち、４つの距離計４１〜４４は、等角度間隔（９０度間隔）になるように円周状に互いに異なる角度位置で配置されている。また、第１距離計４１、第２距離計４２、第３距離計４３および第４距離計４４は、それぞれ、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１から放射方向に距離（取付半径）Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４離間した位置に配置されている。上記の取付角度α１〜α４および取付半径Ｒ１〜Ｒ４は、予め計測されて前述のように、データ記録部３２に予め記録されている。

４つの距離計４１〜４４は、セグメント１１０ａがリング状に組み立てられたセグメントリング１１０の内面１１１までの距離を計測するように構成されている。詳細には、４つの距離計４１〜４４は、それぞれ、本体部２１の放射方向におけるセグメントリング１１０の内面１１１までの距離を計測するように構成されている。４つの距離計４１〜４４は、エレクタ装置２０によりセグメントリング１１０が組み立てられた後、エレクタ装置２０が旋回中心Ｏ１周りに３６０度回転（１回転）されることにより、所定の旋回角度（本実施形態では、１度）ごとに内面１１１までの距離を計測するように構成されている。すなわち、本実施形態における各距離計４１〜４４の計測点数は、３６０点である。このような構成により、４つの距離計４１〜４４は、エレクタ装置２０が３６０度回転（１回転）される際に、同じタイミングで、旋回角度（θ）が互いに９０度ずつずれた角度位置における内面１１１までの距離を計測する。４つの距離計４１〜４４およびエンコーダ５０は、装置本体３０に接続されており、４つの距離計４１〜４４により計測（取得）された距離計測値データ（Ｌ１〜Ｌ４）と、エンコーダ５０により検出（取得）された旋回角度データ（θ）とは、装置本体３０のデータ記録部３２に送信されて順次データ記録部３２に記録されるように構成されている。

また、本実施形態では、制御部３１は、エンコーダ５０により検出された旋回角度（θ）と、４つの距離計４１〜４４により計測された距離計測値（Ｌ１〜Ｌ４）とに基づいて、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれを補正するように構成されている。なお、本実施形態のエレクタ装置２０は、一対のアーム部２２や把持部２３の重量による影響により、旋回中心Ｏ１が偏心している。すなわち、本願発明者は、種々の検討の結果、エレクタ装置２０には、一般的に、セグメント１１０ａを把持して組み立てを行う一対のアーム部２２および把持部２３などが設けられていることから、必ずしもエレクタ装置２０の重心が旋回中心になく、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１は偏心していることが多いことを見い出した。そして、本願発明者は、この点に着目して、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれを補正することにより、高精度に真円度の取得が可能であるという知見を得た。

以下、図４〜図１０を参照して、本実施形態のセグメント真円度測定装置１００の制御部３１により実行される真円度取得処理について詳細に説明する。

エレクタ装置２０によりセグメント１１０ａがリング状に組み立てられてセグメントリング１１０が形成された後、エレクタ装置２０が旋回中心Ｏ１周りに３６０度回転（１回転）される際に、図４のステップＳ１において、制御部３１は、所定の旋回角度（本実施形態では、１度）ごとに、エンコーダ５０により検出される旋回角度データ（θ）と、４つの距離計４１〜４４により計測されるセグメントリング１１０の内面１１１までの距離計測値データ（Ｌ１〜Ｌ４）とをデータ記録部３２に記録する制御を行う。すなわち、エンコーダ５０により検出された複数の旋回角度データ（θ）と、それらの旋回角度（θ）のそれぞれにおける４つの距離計４１〜４４による距離計測値データ（Ｌ１〜Ｌ４）とが互いに対応付けられてデータ記録部３２に記録される。

ここで、本実施形態では、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１が偏心しているため、エレクタ装置２０が旋回する際には、図５〜図７に示すように、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１は、セグメントリング１１０に対して位置ずれ（軸振れ）すると考えられる。また、この位置ずれは、旋回角度（θ）に対して周期的でかつ再現性があると考えられる。すなわち、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１は、所定の軌跡を描くようにして（所定の軌跡に沿って）位置ずれすると考えらえる。このため、４つの距離計４１〜４４により計測される同じ旋回角度における距離は、旋回中心Ｏ１の位置が互いに異なる状態で計測される。

そして、制御部３１は、ステップＳ２において、所定の旋回角度（本実施形態では、１度）ごとに、以下の式（１）〜（４）により、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１からセグメントリング１１０の内面１１１までの距離（Ｌｒ１〜Ｌｒ４）を算出する。旋回中心Ｏ１からセグメントリング１１０の内面１１１までの距離（Ｌｒ１〜Ｌｒ４）は、図８に示すように、４つの距離計４１〜４４ごとに算出する。また、第１距離計４１に対応する距離Ｌｒ１は、エレクタ装置２０の旋回角度（θ）が所定の旋回角度（本実施形態では、１度）ずつ増加するのに伴って、旋回角度が４５度の位置（取付角度α１に対応する位置）から所定の旋回角度（本実施形態では、１度）ごとに算出される。第２距離計４２、第３距離計４３および第４距離計４４についても、上記第１距離計４１と同様に、距離Ｌｒ２、Ｌｒ３およびＬｒ４は、それぞれ、旋回角度が１３５度の位置（取付角度α２に対応する位置）、旋回角度が２２５度の位置（取付角度α３に対応する位置）および旋回角度が３１５度の位置（取付角度α４に対応する位置）から所定の旋回角度（本実施形態では、１度）ごとに算出される。

Ｌｒ１（θ＋α１）＝Ｌ１（θ＋α１）＋Ｒ１・・・・・（１）
Ｌｒ２（θ＋α２）＝Ｌ２（θ＋α２）＋Ｒ２・・・・・（２）
Ｌｒ３（θ＋α３）＝Ｌ３（θ＋α３）＋Ｒ３・・・・・（３）
Ｌｒ４（θ＋α４）＝Ｌ４（θ＋α４）＋Ｒ４・・・・・（４）
上記式（１）において、Ｌｒ１は、第１距離計４１の所定の旋回角度における旋回中心Ｏ１からセグメントリング１１０の内面１１１までの距離、θは、エレクタ装置２０の旋回角度、α１は、第１距離計４１の取付角度、Ｌ１は、第１距離計４１により計測されたセグメントリング１１０の内面１１１までの距離計測値、Ｒ１は、第１距離計４１の旋回中心Ｏ１からの距離（取付半径）をそれぞれ表す。なお、上記式（２）、（３）および（４）は、第１距離計４１に対応する上記式（１）と同様に、それぞれ、第２距離計４２、第３距離計４３および第４距離計４４に対応している。また、取付角度α１〜α４および取付半径Ｒ１〜Ｒ４については、予めデータ記録部３２に格納されているものを読み出して上記式（１）〜（４）の算出を行う。

その後、ステップＳ３において、制御部３１は、以下の式（５）により、図８に示すように、エレクタ装置２０の同じ旋回角度（θ）における４つの距離計４１〜４４にそれぞれ対応する４つの距離Ｌｒ１、Ｌｒ２、Ｌｒ３およびＬｒ４の平均距離Ｒａを算出することにより旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれを補正する。すなわち、所定の旋回角度ごと（本実施形態では、１度）に、４つの距離Ｌｒ１、Ｌｒ２、Ｌｒ３およびＬｒ４が平均化されることにより、各々の旋回角度における４つの距離Ｌｒ１、Ｌｒ２、Ｌｒ３およびＬｒ４のばらつき（旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれ）が補正される。言い換えれば、制御部３１は、所定の旋回角ごとに平均距離Ｒａを算出することにより、所定の旋回角度ごとに旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれを補正する。

Ｒａ（θ）＝｛Ｌｒ１（θ）＋Ｌｒ２（θ）＋Ｌｒ３（θ）＋Ｌｒ４（θ）｝／４・・・・・（５）
上記式（５）において、Ｒａは、所定の旋回角度における平均距離、Ｌｒ１は、第１距離計４１の所定の旋回角度における旋回中心Ｏ１からセグメントリング１１０の内面１１１までの距離、Ｌｒ２は、第２距離計４２の所定の旋回角度における旋回中心Ｏ１からセグメントリング１１０の内面１１１までの距離、Ｌｒ３は、第３距離計４３の所定の旋回角度における旋回中心Ｏ１からセグメントリング１１０の内面１１１までの距離、Ｌｒ４は、第４距離計４４の所定の旋回角度における旋回中心Ｏ１からセグメントリング１１０の内面１１１までの距離をそれぞれ表す。

また、制御部３１は、ステップＳ４において、以下の式（６）および（７）により、所定の旋回角度（本実施形態では、１度）ごとに算出した複数（本実施形態では、３６０個）の平均距離Ｒａを複数（本実施形態では、３６０組）のＸＹ座標値に変換する。

Ｘ（θ）＝Ｒａ（θ）×ｃｏｓ（θ）・・・・・（６）
Ｙ（θ）＝Ｒａ（θ）×ｓｉｎ（θ）・・・・・（７）
上記式（６）および（７）において、Ｘは、所定の旋回角度におけるＸ座標値、Ｙは、所定の旋回角度におけるＹ座標値、Ｒａは、所定の旋回角度における平均距離をそれぞれ表す。

そして、制御部３１は、ステップＳ５において、所定の旋回角度（本実施形態では、１度）ごとの複数のＸＹ座標値に基づいて、以下の式（８）および（９）により、セグメントリング１１０のＸＹ座標値における中心Ｏ２の位置を補正する。具体的には、図９および図１０に示すように、制御部３１は、所定の旋回角度ごとに取得された複数のＸＹ座標値（Ｘ（θ），Ｙ（θ））の重心位置（平均値）をＸＹ座標値（Ｘ（θ），Ｙ（θ））から差し引くことにより、中心Ｏ２の位置をセグメントリング１１０の設計上の中心Ｏ３の位置にオフセットして補正を行う。

Ｘｏ（θ）＝Ｘ（θ）−ΣＸ（θ）／Ｎ・・・・・（８）
Ｙｏ（θ）＝Ｙ（θ）−ΣＹ（θ）／Ｎ・・・・・（９）
上記式（８）および（９）において、Ｘｏは、所定の旋回角度における補正後のＸ座標値、Ｙｏは、所定の旋回角度における補正後のＹ座標値、Ｘは、所定の旋回角度における補正前のＸ座標値、Ｙは、所定の旋回角度における補正前のＹ座標値、Ｎは、計測点数（本実施形態では、３６０点）をそれぞれ表す。

制御部３１は、上記のように、セグメントリング１１０の複数の計測値（ＸＹ座標値）の中心Ｏ２の位置を補正することによって、ステップＳ６において、セグメントリング１１０の真円度を取得する。具体的には、制御部３１は、算出した補正後のＸＹ座標値（Ｘｏ，Ｙｏ）をプロットして表示部６０に表示する制御を行うことにより、セグメントリング１１０の内面１１１の設計位置に対する補正後のＸＹ座標値（Ｘｏ（θ），Ｙｏ（θ））の位置ずれ度合い（真円度）を取得する。オペレータは、図１０に示されるようなプロットされた補正後のＸＹ座標値（Ｘｏ（θ），Ｙｏ（θ））がセグメントリング１１０の内面１１１の許容範囲内（上限位置と下限位置との間の範囲内）に位置するか否かを判断して容易に真円度の評価を行うことが可能である。

本実施形態では、上記のように、エンコーダ５０により検出された角度と、エレクタ装置２０の本体部２１に互いに異なる角度位置で配置された４つの距離計４１〜４４により計測された距離とに基づいて、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれを補正する制御部３１を設ける。これにより、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１が偏心している場合でも、制御部３１により、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれを補正して旋回中心Ｏ１の偏心に起因する距離計測値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４の誤差の影響を小さくすることができるので、その距離計測値に基づいて、セグメントリング１１０の真円度を精度よく取得することができる。また、エレクタ装置２０の本体部２１に距離計４１〜４４を配置することにより、エレクタ装置２０の本体部２１をセグメントリング１１０の距離計測用としても流用することができるので、旋回中心Ｏ１が偏心しているエレクタ装置２０とは別個に旋回中心Ｏ１が偏心していない計測専用の旋回部を設ける必要がない。これにより、スペース上の制約が多いシールド掘進機１０の内部に計測専用の旋回部を配置するための専用のスペースを別途確保する必要がない。

また、本実施形態では、上記のように、４つの距離計４１〜４４を、エレクタ装置２０の本体部２１に、等角度間隔（９０度間隔）になるように円周状に異なる角度位置で配置する。これにより、４つの距離計４１〜４４を、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１に対してバランスよく円周状に配置することができるので、制御部３１により、エンコーダ５０により検出された角度と、バランスよく円周状に配置された４つの距離計４１〜４４により計測された距離とに基づいて、エレクタ装置２０の本体部２１の旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれをより精度よく補正することができる。その結果、セグメントリング１１０の真円度をより精度よく取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１により、エレクタ装置２０の同じ旋回角度における４つの距離計４１〜４４による距離計測値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４に基づいて平均化することによって、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれを補正する。これにより、制御部３１により距離計測値に基づいた平均化を行うだけで、複雑な演算を行うことなく容易に、エレクタ装置２０の同じ旋回角度（所定の旋回角度）における旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれを補正することができるので、容易に、セグメントリング１１０の真円度を精度よく取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１により、４つの距離計４１〜４４による各々の距離計測値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４に、それぞれ、予め取得されたエレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１から各々の距離計４１〜４４の取り付け位置までの取付距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４を加算することにより、各々の距離計に対応する旋回中心Ｏ１からセグメントリング１１０の内面１１１までの距離Ｌｒ１、Ｌｒ２、Ｌｒ３およびＬｒ４を求めて平均化することにより平均距離Ｒａを算出することによって、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれを補正する。これにより、制御部３１により、エレクタ装置２０の同じ旋回角度（所定の旋回角度）における平均距離を算出するだけで、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれが補正されるので、所定の旋回角度におけるエレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１からセグメントリング１１０の内面１１１までの距離値を容易に精度よく求めることができる。その結果、セグメントリング１１０の真円度をより精度よく取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１により、平均距離Ｒａをエレクタ装置２０の所定の旋回角度（本実施形態では、１度）ごとに算出することによりエレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれを所定の旋回角度ごとに補正し、さらに、所定の旋回角度ごとに算出した複数の平均距離を複数のＸＹ座標値（Ｘ，Ｙ）に変換するとともに複数のＸＹ座標値に基づいてセグメントリング１１０の中心Ｏ２の位置を補正することによってセグメントリング１１０の真円度を取得する。これにより、制御部３１により、エレクタ装置２０の所定の旋回角度ごとに旋回中心Ｏ１の偏心による位置ずれが補正されるので、所定の旋回角度ごとにエレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１からセグメントリング１１０の内面１１１までの距離を精度よく求めてセグメントリング１１０の真円度を精度よく取得することができる。また、制御部３１により、所定の旋回角度ごとに算出された複数の平均距離をＸＹ座標値に変換してセグメントリング１１０の中心Ｏ２の位置を補正することによって、セグメントリング１１０の中心Ｏ２の位置が補正された状態で容易にセグメントリング１１０の真円度の評価を行うことができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明のセグメント真円度測定装置およびセグメント真円度測定方法を、シールド掘進機を用いるシールド工法に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。セグメントを組み立ててセグメントリングを構築する工法であれば、本発明のセグメント真円度測定装置およびセグメント真円度測定方法を、ＴＢＭ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）工法など、シールド工法以外の工法に適用してもよい。

また、上記実施形態では、本発明の距離計の一例として、レーザ距離計を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、超音波により非接触で距離を計測する超音波距離計や接触式の距離計など、レーザ距離計以外の距離計であってもよい。

また、上記実施形態では、４つの距離計を等角度間隔に円周状に異なる角度位置で配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１１に示す第１変形例のように、３つの距離計（２４１、２４２および２４３）を等角度間隔（１２０度間隔）に円周状に異なる角度位置で配置してもよいし、５つ以上の距離計を円周状に異なる角度位置で配置してもよい。また、図１２に示す第２変形例のように、複数の距離計（３４１、３４２、３４３および３４４）を、エレクタ装置２０の旋回中心Ｏ１を通る直線（図１２では水平線および鉛直線）に対して線対称になるように円周状に異なる角度位置で配置してもよい。

また、上記実施形態では、エレクタ装置を、シールド掘進機内に固定された軸部により旋回（回転）可能に支持する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１３に示す第３変形例のように、エレクタ装置を、シールド掘進機内に固定された複数の支持部４０２により、ローラ４０１を介して本体部２１の外側から旋回（回転）可能に支持する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、複数の距離計を、エレクタ装置の旋回（回転）する円筒形状の本体部に取り付ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、エレクタ装置の旋回する部分（エレクタ旋回部）であれば、アーム部や把持部など、本体部以外のエレクタ旋回部に複数の距離計を取り付ける構成であってもよい。

また、上記実施形態では、各々の距離計に対応する旋回中心からセグメントリングの内面までの距離（Ｌｒ１〜Ｌｒ４）を求めて、それらを平均化することにより旋回中心の偏心による位置ずれを補正する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、旋回中心から各々の距離計までの距離（Ｒ１〜Ｒ４）が互いに同じであれば、各距離計により計測された距離計測値（Ｌ１〜Ｌ４）を平均化することにより旋回中心の偏心による位置ずれを補正してもよい。

また、上記実施形態では、所定の旋回角度ごとに取得された複数のＸＹ座標値（Ｘ（θ），Ｙ（θ））の重心位置（平均値）をＸＹ座標値（Ｘ（θ），Ｙ（θ））から差し引くことにより、中心Ｏ２の位置をセグメントリングの設計上の中心Ｏ３の位置にオフセットして補正を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、以下の式（１０）および（１１）により、複数のＸＹ座標値（Ｘ（θ），Ｙ（θ））の最大値と最小値との間の中間値をＸＹ座標値（Ｘ（θ），Ｙ（θ））から差し引くことにより、中心Ｏ２の位置をセグメントリングの設計上の中心Ｏ３の位置にオフセットして補正を行う構成であってもよい。

Ｘｏ（θ）＝Ｘ（θ）−｛Ｘ（θ）_ｍａｘ＋Ｘ（θ）_ｍｉｎ｝／２・・・・・（１０）
Ｙｏ（θ）＝Ｙ（θ）−｛Ｙ（θ）_ｍａｘ＋Ｙ（θ）_ｍｉｎ｝／２・・・・・（１１）
上記式（１０）および（１１）において、Ｘｏは、所定の旋回角度における補正後のＸ座標値、Ｙｏは、所定の旋回角度における補正後のＹ座標値、Ｘは、所定の旋回角度における補正前のＸ座標値、Ｙは、所定の旋回角度における補正前のＹ座標値、Ｘ_ｍａｘは、補正前の複数のＸ座標値の最大値、Ｘ_ｍｉｎは、補正前の複数のＸ座標値の最小値、Ｙ_ｍａｘは、補正前の複数のＹ座標値の最大値、Ｙ_ｍｉｎは、補正前の複数のＹ座標値の最小値をそれぞれ表す。

また、上記実施形態では、エレクタ装置が３６０度回転（１回転）される際に、各距離計により、１度ごとにセグメントリングの内面までの距離を計測する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、各距離計により、１度以外の所定の旋回角度ごとにセグメントリングの内面までの距離を計測するようにしてもよい。なお、計測点数が多ければ、プロット点数が多くなる分、セグメントリングの内面の形状（位置）をより正確に把握することができるので、セグメントリングの真円度の評価を行い易くなる。また、計測時に、エレクタ装置を複数回回転（３６０度以上回転）させて、共通の距離計により同じ旋回角度におけるセグメントリングの内面までの距離を複数回計測するようにしてもよい。この場合、共通の距離計により複数回計測された同じ旋回角度における複数の距離計測値を平均化して用いてもよい。

また、上記実施形態では、シーケンサからなる装置本体の制御部（補正手段）により、エレクタ装置の旋回中心の偏心による位置ずれを補正する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部（ＣＰＵ）を含むＰＣ（パーソナルコンピュータ）を設け、このＰＣの制御部を、エレクタ装置の旋回中心の偏心による位置ずれを補正する本発明の補正手段として用いてもよい。また、データ記録部を含むシーケンサ（またはＰＣ）と、制御部（ＣＰＵ）を含むシーケンサ（またはＰＣ）とをそれぞれ別個に設け、これらのシーケンサを協働させることにより、エレクタ装置の旋回中心の偏心による位置ずれを補正する本発明の補正手段として用いてもよい。

１０ シールド掘進機
２０ エレクタ装置
２１ 本体部（エレクタ旋回部）
３１ 制御部（補正手段）
４１ 第１距離計（距離計）
４２ 第２距離計（距離計）
４３ 第３距離計（距離計）
４４ 第４距離計（距離計）
５０ エンコーダ（角度検出器）
１００ セグメント真円度測定装置
１１０ セグメントリング
１１０ａ セグメント
１１１ セグメントリングの内面
Ｏ１ 旋回中心

Claims (7)

1. 旋回中心が偏心しているエレクタ旋回部の旋回角度を検出する角度検出器と、
   前記エレクタ旋回部に互いに異なる角度位置で配置され、セグメントがリング状に組み立てられたセグメントリングの内面までの距離を計測する３個以上の距離計と、
   前記角度検出器により検出された角度と、前記３個以上の距離計により計測された距離とに基づいて、前記エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正する補正手段と、を備えた、セグメント真円度測定装置。
2. 前記３個以上の距離計は、前記エレクタ旋回部に、等角度間隔または線対称になるように円周状に異なる角度位置で配置されている、請求項１に記載のセグメント真円度測定装置。
3. 前記補正手段は、前記エレクタ旋回部の同じ旋回角度における前記３個以上の距離計による距離計測値に基づいて平均化することによって、前記エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正するように構成されている、請求項１または２に記載のセグメント真円度測定装置。
4. 前記補正手段は、前記３個以上の距離計による各々の距離計測値に、それぞれ、予め取得されたエレクタ旋回部の旋回中心から各々の前記距離計の取り付け位置までの取付距離を加算することにより、各々の前記距離計に対応する前記旋回中心から前記セグメントリングの内面までの距離を求めて平均化することにより平均距離を算出することによって、前記エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正するように構成されている、請求項３に記載のセグメント真円度測定装置。
5. 前記補正手段は、前記平均距離を前記エレクタ旋回部の所定の旋回角度ごとに算出することにより前記エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを前記所定の旋回角度ごとに補正し、さらに、前記所定の旋回角度ごとに算出した複数の前記平均距離を複数のＸＹ座標値に変換するとともに前記複数のＸＹ座標値に基づいて前記セグメントリングの中心位置を補正することによって前記セグメントリングの真円度を取得するように構成されている、請求項４に記載のセグメント真円度測定装置。
6. 旋回中心が偏心しているエレクタ旋回部の旋回角度を検出するとともに、検出された旋回角度と同じ旋回角度におけるセグメントリングの内面までの距離を、前記エレクタ旋回部に互いに異なる角度位置で配置された３個以上の距離計により計測するステップと、
   前記エレクタ旋回部の同じ旋回角度における前記３個以上の距離計による距離計測値に基づいて平均化することによって、前記エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正するステップと、を備える、セグメント真円度測定方法。
7. 前記エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを補正するステップは、
   前記３個以上の距離計による各々の距離計測値に、それぞれ、予め取得されたエレクタ旋回部の旋回中心から各々の前記距離計の取り付け位置までの取付距離を加算することにより、各々の前記距離計に対応する前記旋回中心から前記セグメントリングの内面までの距離を求めて平均化することによって平均距離を算出するとともに、前記平均距離を前記エレクタ旋回部の所定の旋回角度ごとに算出することによって、前記エレクタ旋回部の旋回中心の偏心による位置ずれを前記所定の旋回角度ごとに補正するステップを含み、
   前記所定の旋回角度ごとに算出した複数の前記平均距離を複数のＸＹ座標値に変換するとともに、前記複数のＸＹ座標値に基づいて前記セグメントリングの中心位置を補正することによって、前記セグメントリングの真円度を取得するステップをさらに備える、請求項６に記載のセグメント真円度測定方法。

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