JP2018021327A - 真円度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定効率の向上を図れると共に、作業員の負担の軽減を図る。【解決手段】セグメント２２の内周面２２０４とシールドマシン１０の軸心Ｏと直交する仮想平面とが交差することで形成される環状の交差線Ｋに沿ってレーザー光Ｐが照射されるように距離検出部２８から照射されたレーザー光Ｐをシールドマシン１０の軸心Ｏに沿って延在する第１の軸線Ｇ１の回りに回転走査させる。回転走査されたレーザー光Ｐがセグメント２２の内周面２２０４で反射された反射光Ｓをレーザー光Ｐの光路と同一の光路を介して距離検出部２８に導く。距離検出部２８で検出された距離Ｌと、回転走査されるレーザー光Ｐの第１の軸線Ｇ１の回りの回転角度θとに基いて、環状の交差線Ｋがなす楕円を特定し、特定した楕円に基いて内周面２２０４の真円度を算出する。【選択図】図３

Description

本発明はシールドマシンによって組み立てられたセグメントの内周面の真円度を計測する真円度計測装置に関する。

シールドマシンは、テール部の内側でセグメントを円筒壁状に組み立てつつ掘進することでセグメントトンネルを組み立てるものである。
テール部の内側には、円筒壁状に組み立てたセグメントの内周面の上端に上側保持体を当て付けると共に、セグメントの内周面の下端に下側保持体を当て付けることで内周面を真円形状に保持する真円保持装置が設けられている（特許文献１参照）。
しかしながら、セグメントの内周面の真円度は、シールドマシンの掘進方向と既に組み立てられたセグメントとの相対的な位置関係の影響を受けて変化することから、真円保持装置のみによって内周面を完全な真円形状に保持することは困難である。
セグメントの内周面の真円度が低下すると、セグメントの間に過大な荷重が加わりセグメントの一部が損傷するおそれがある。
セグメントに損傷が発生すると、セグメントを補修する作業が必要となりコストが嵩む不利がある。
そのため、従来は、シールドマシンによる掘進作業の前後に、作業員が構内に組み上げた足場から下げ振りを用いてセグメントの内周面の真円形状に対する歪み度合いを示すデータを計測し、その計測データをシールドマシンの掘進方向を制御するためのデータとして用いたり、あるいは、セグメント組み立て制御を行うためのデータとして用いている。

特開２０００−２１３２９７号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、計測に際しては作業員による計測作業を行う必要があるため、計測効率の向上を図る上で改善の余地がある。
また、セグメント内部が大口径の場合は高所作業が必要となり、また、セグメント内部が小口径の場合は狭小スペースでの作業が必要となることから、作業員の身体的な負担が大きなものとなる不利がある。
さらに、セグメントの内周面の真円度を確保するためには、真円度の計測値に基づいてシールドマシンの制御を行なうことがより好ましい。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、真円度の計測効率の向上を図る上で、また、作業員の負担の軽減を図る上で有利な真円度計測装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、シールドマシンによって円筒壁状に組み立てたセグメントの内周面の真円度を計測する真円度計測装置であって、レーザー光を照射し対象物で反射された反射光を受光して前記対象物までの距離を検出する距離検出部と、前記セグメントの内周面と前記シールドマシンの軸心と直交する仮想平面とが交差することで形成される環状の交差線に沿って前記レーザー光が照射されるように前記距離検出部から照射された前記レーザー光を前記シールドマシンの軸心に沿って延在する第１の軸線の回りに回転走査させると共に、前記回転走査された前記レーザー光が前記セグメントの内周面で反射された前記反射光を前記レーザー光の光路と同一の光路を介して前記距離検出部に導く走査部と、前記回転走査される前記レーザー光の前記第１の軸線の回りの回転角度を検出する回転角度検出部と、前記距離検出部で検出された距離と、前記回転角度検出部で検出された回転角度とに基いて、前記環状の交差線がなす楕円を特定し、前記特定した楕円に基いて前記内周面の真円度を算出する真円度算出部とを備えることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記距離検出部と前記走査部とは、前記セグメントが円筒壁状に組み付けられて構築された直後のセグメントトンネルの箇所の半径方向内側に配置されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記距離検出部と前記走査部とは、前記シールドマシンに設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記距離検出部は、前記第１の軸線に沿って前記レーザー光を照射するように配置され、前記走査部は、前記第１の軸線上に位置し前記距離検出部から照射される前記レーザー光を前記シールドマシンの軸心の半径方向外側に反射するミラーと、前記ミラーを前記第１の軸線回りに回転させる回転部とを備えることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記走査部は、前記ミラーを前記第１の軸線と直交する第２の軸線回りに揺動可能に支持すると共に前記ミラーの前記第２の軸線回りの揺動角度を調整する揺動角度調整部を更に備えることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、前記揺動角度を検出する揺動角度検出部と、前記回転角度検出部で検出された前記回転角度と前記揺動角度検出部で検出された前記揺動角度に基いて、前記レーザー光を前記交差線に沿って走査するに足る前記回転角度と前記揺動角度とを対応付けた設定データを取得する設定データ取得部と、前記回転角度検出部で検出される前記回転角度に基いて前記設定データから特定した前記揺動角度に応じて前記揺動角度調整部を制御する揺動角度制御部とをさらに備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、環状の交差線に沿ってレーザー光が照射されるようにレーザー光を第１の軸線の回りに回転走査させると共に、セグメントの内周面で反射された反射光を距離検出部に導くことで、距離検出部で検出された距離と、回転走査されるレーザー光の第１の軸線の回りの回転角度とに基いて、環状の交差線がなす楕円を特定し、特定した楕円に基いて内周面の真円度を算出するようにした。
したがって、作業員による測定作業が不要となるため、真円度の測定効率の向上を図り、作業員の身体的な負担の軽減を図る上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、真円度を早期に測定できるため、真円度を、シールドマシンの掘進方向を制御するためのデータとして、あるいは、セグメントの組み立て制御を行うためのデータとして使用する上でより有利となる。
請求項３記載の発明によれば、セグメントが組み付けられる毎に、セグメントの内側に距離検出部と走査部とを手作業で配置する必要がないため、シールドマシンの掘進動作を停止することなく掘進中の真円度を連続して得ることができるため、真円度の測定効率の向上を図る上でより有利となる。
請求項４記載の発明によれば、レーザー光の回転走査を簡素な構成によって行なう上で有利となる。
請求項５記載の発明によれば、レーザー光を環状の交差線に沿って正確に照射することができ、真円度の測定精度を確保する上で有利となる。
請求項６記載の発明によれば、レーザー光を環状の交差線に沿って正確に照射する上でより有利となり、真円度の測定精度を確保する上でより有利となる。

実施の形態の真円度計測装置が搭載されたシールドマシンの全体図である。 実施の形態の真円度計測装置の設置状態を示す説明図である。 図２のＡＡ線断面図である。 実施の形態の真円度計測装置の構成を示す斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は実施の形態の真円度計測装置の揺動角度調整部および回転部の動作説明図である。 実施の形態の真円度計測装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態の真円度計測装置の機能ブロック図である。 測定点Ｍの距離Ｌと回転角度θから楕円を特定する際の説明図である。 楕円の説明図である。 楕円から真円度を算出する際に用いる数式を示す図である。 設定データの取得処理を示すフローチャートである。 真円度計測装置の動作を示すフローチャートである。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、シールドマシンについて説明する。
図１に示すように、シールドマシン１０は、前胴部１２と、テール部（後胴部）１４と、後方台車１６などを含んで構成され、前胴部１２は、掘削部１２Ａと、その後方に設けられた後部室１２Ｂとを有している。
なお、本発明は、土圧式あるいは泥水式、あるいは、従来公知の様々な方式のシールドマシンに適用可能である。

掘削部１２Ａは、カッタ装置１２０２、外装壁（トンネル２０の内壁２００２に臨む前スキンプレート）１２０４などから構成されている。
後部室１２Ｂは、前スキンプレート１２０４の内側で掘削部１２Ａの後方の箇所であり、後部室１２Ｂには、不図示の排土装置、不図示のジャッキ装置などが配置されている。また、掘削部１２Ａと後部室１２Ｂとの間は隔壁１３で仕切られている。
カッタ装置１２０２は、円盤状のカッタを掘進方向と平行な軸線回りに回転することで地山を掘削するように構成されている。
前記排土装置は、カッタ装置１２０２による地山の掘削で排出された土砂を後方に運搬するように構成されており、前記排土装置は、例えば、スクリューコンベアで構成されている。
ジャッキ装置は、カッタ装置１２０２によって掘削されたトンネル２０に円筒壁状に組み付けられるセグメント２２の箇所を上記掘進方向の後方に向けて押圧することでカッタ装置１２０２と排土装置１８を掘進方向に推進させるように構成されている。

テール部１４は、トンネル２０の内壁２００２に臨むスキンプレート（後スキンプレート）１４０２を備えている。
スキンプレート１４０２は円筒状を呈し、トンネル２０の内壁２００２に臨む外周面と該外周面と対向しセグメント２２の外周面２２０２に臨む内周面１４１０を有している。
テール部１４のスキンプレート１４０２は、掘削部１２Ａの外装壁（前スキンプレート）１２０４の前記掘進方向の後端部に屈曲可能に接続されている。

後方台車１６は、シールドマシン１０を動作させるものであり、テール部１４の後方に設けられている。
本実施の形態では、後方台車１６は、複数の台車１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄを備え、これら台車には、掘削部１２Ａとテール部１４を動作させるための制御ユニット、駆動源、油タンクなどが分散して配設されている。
後方台車１６は、トンネル２０の長手方向に延在するレール１９上を移動可能に設けられている。

セグメント２２は、トンネル２０の半径方向に延在する厚みと、トンネル２０の周方向に延在する長さと、トンネル２０の内壁２００２に臨ませて配設される円筒面状の外周面２２０２と、トンネル２０の中心に臨む円筒面状の内周面２２０４とを有して構成されている。
セグメント２２は、シールドマシン１０によって掘削されたトンネル２０の内壁２００２に、環状に組み付けられることによって、言い換えると坑内に組み付けられることによって、内壁２００２を支える作用を果たす。
セグメント２２が内壁２００２に組み付けられることによってセグメントトンネルが構築される。
また、セグメントトンネルを構成するセグメント２２のうち、シールドマシン１０の軸心Ｏ方向で隣り合うセグメント２２の境界線２２１０は、内周面２２０４の周方向に延在している。

図２〜図４に示すように、真円度計測装置２４は、円筒壁状に組み立てたセグメント２２の内周面２２０４の真円度αを計測するものである。
図３、図４、図６に示すように、真円度計測装置２４は、ベース板２６と、距離検出部２８と、走査部３０と、回転角度検出部３２と、揺動角度検出部３４と、コンピュータ３６とを含んで構成されている。

図３、図４に示すように、ベース板２６は、距離検出部２８と、走査部３０とを支持するものであり、細長い矩形板状を呈し、厚さ方向をシールドマシン１０の軸心Ｏと直交する方向に向け、長手方向をシールドマシン１０の軸心Ｏと平行させた状態で、シールドマシン１０の隔壁１３に不図示の取り付け金具を介して取着されている。
そして、距離検出部２８と、走査部３０とは、セグメント２２が円筒壁状に組み付けられて構築された直後のセグメントトンネルの箇所の半径方向内側に配置されている。

距離検出部２８は、レーザー光Ｐを照射し対象物で反射された反射光Ｓを受光して対象物までの距離を検出するものである。
距離検出部２８として、市販のレーザー距離計が使用可能である。
本実施の形態では、図３，図４に示すように、距離検出部２８は、ケース２８０２と、発光部２８０４と、受光部２８０６と、距離算出部２８０８とを備えている。
ケース２８０２は、角柱状を呈し長手方向の一端にレーザー光Ｐが透過可能な窓部２８１０が形成されている。
ケース２８０２は、長手方向をベース板２６の長手方向に平行させた状態でベース板２６の長手方向の隔壁１３寄りの箇所に取着されている。
発光部２８０４、受光部２８０６、距離算出部２８０８は、ケース２８０２の内部に収容されている。
発光部２８０４は、窓部２８１０を介して後述する第１の軸線Ｇ１に沿ってレーザー光Ｐを照射し、レーザー光Ｐは走査部３０を介してセグメント２２の内周面２２０４に至る。
受光部２８０６は、発光部２８０４から照射されたパルス状のレーザー光Ｐがセグメント２２の内周面２２０４で反射されたパルス状の反射光Ｓを走査部３０と窓部２８１０を介して受光する。
距離算出部２８０８は、発光部２８０４から照射されたレーザー光Ｐと受光部２８０６で受光された反射光Ｓとの時間差に基いて距離検出部２８からセグメント２２の内周面２２０４までの距離Ｌを検出する。
なお、レーザー距離計の構成は上記のものに限定されず、従来公知の様々な構成が採用可能である。

走査部３０は、セグメント２２の内周面２２０４とシールドマシン１０の軸心Ｏと直交する仮想平面とが交差することで形成される環状の交差線Ｋ（図３）に沿ってレーザー光Ｐが照射されるように距離検出部２８から照射されたレーザー光Ｐをシールドマシン１０の軸心Ｏに沿った（本実施の形態では軸線Ｏと平行した）第１の軸線Ｇ１の回りに回転走査させると共に、回転走査されたレーザー光Ｐがセグメント２２の内周面２２０４で反射された反射光Ｓをレーザー光Ｐの光路と同一の光路を介して距離検出部２８に導くものである。

図４に示すように、走査部３０は、ミラー３８と、揺動角度調整部４０と、回転部４２とを含んで構成されている。
ミラー３８は、第１の軸線Ｇ１上に位置し距離検出部２８から照射されるレーザー光Ｐをシールドマシン１０の軸心Ｏの半径方向外側に反射するものである。
また、ミラー３８は、セグメント２２の内周面２２０４で反射された反射光Ｓを距離検出部２８に反射して導くものである。
したがって、レーザー光Ｐの光路と反射光Ｓの光路とは一致している。

揺動角度調整部４０は、ミラー３８を第１の軸線Ｇ１と直交する第２の軸線Ｇ２回りに揺動可能に支持すると共にミラー３８の第２の軸線Ｇ２回りの揺動角度φを調整するものである。
本実施の形態では、揺動角度調整部４０は、第１のステッピングモータ４０Ａで構成されている。
第１のステッピングモータ４０Ａは、モータ本体４００２と、駆動軸４００４とを備え、駆動軸４００４にミラー３８が支持されている。
第１のステッピングモータ４０Ａは、後述するコンピュータ３６から供給される駆動信号によって回転駆動される。

回転部４２は、ミラー３８を第１の軸線Ｇ１回りに回転させるものである。
本実施の形態では、回転部４２は、第２のステッピングモータ４２Ａで構成されている。
第２のステッピングモータ４２Ａは、モータ本体４２０２と、駆動軸４２０４とを備え、モータ本体４２０２は、ベース板２６の長手方向の隔壁１３とは反対側の箇所にフレーム４２１０を介して取着され、駆動軸４２０４に第１のステッピングモータ４０Ａのモータ本体４００２が支持具４２１２を介して支持されている。
第２のステッピングモータ４２Ａは、後述するコンピュータ３６から供給される駆動信号によって回転駆動される。

図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、揺動角度調整部４０によってミラー３８の第２の軸線Ｇ２回りの揺動角度φが調整されることにより、ミラー３８で反射されるレーザー光Ｐの第１の軸線Ｇ１に対する角度が調整され、したがって、図３に示すように、レーザー光Ｐがセグメント２２の内周面２２０４に照射される位置が調整される。
また、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、回転部４２によりミラー３８が第１の軸線Ｇ１回りに回転されることでレーザー光Ｐが第１の軸線Ｇ１回りに回転走査されてセグメント２２の内周面２２０４に照射される。
この際、図２に示すように、回転走査されるレーザー光Ｐはベース板２６により部分的に遮られるものの、回転走査されるレーザー光Ｐはセグメント２２の内周面２２０４の全周の大部分の範囲Ｚに照射され、したがって、セグメント２２の内周面２２０４の全周の大部分の範囲Ｚからの反射光Ｓがミラー３８を介して距離検出部２８に導かれる。

回転角度検出部３２（図６、図７）は、図４に示すように、回転走査されるレーザー光Ｐの第１の軸線Ｇ１の回りの回転角度θ、言い換えると、ミラー３８の第１の軸線Ｇ１回りの回転角度θを検出するものである。
本実施の形態では、回転角度検出部３２は、回転部４２の第２のステッピングモータ４２Ａに内蔵されたエンコーダで構成されている。
揺動角度検出部３４（図６、図７）は、レーザー光Ｐの第２の軸線Ｇ２の回りの揺動角度φ、言い換えると、ミラー３８の第２の軸線Ｇ２回りの揺動角度φを検出するものである。
本実施の形態では、揺動角度検出部３４は、揺動角度調整部４０の第１のステッピングモータ４０Ａに内蔵されたエンコーダで構成されている。

コンピュータ３６は、図１に示すように、後方台車１６の台車１６Ａに設けられている。
コンピュータ３６は、図６に示すように、距離検出部２８、揺動角度調整部４０、回転部４２、回転角度検出部３２、揺動角度検出部３４と不図示のケーブルを介して接続されている。
コンピュータ３６は、ＣＰＵ４４と、不図示のインターフェース回路およびバスラインを介して接続されたＲＯＭ４６、ＲＡＭ４８、ハードディスク装置５０、ディスク装置５２、キーボード５４、マウス５６、ディスプレイ５８、プリンタ６０、インターフェース６２などを有している。
ＲＯＭ４６は制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭ４８はワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置５０は、真円度αを算出するための演算プログラム、走査部３０を制御するための制御プログラム、後述する設定データを取得するための制御プログラムなどを格納している。
ディスク装置５２はＣＤやＤＶＤなどの記録媒体に対してデータの記録および／または再生を行うものである。
キーボード５４およびマウス５６は、操作者による操作入力を受け付けるものである。
ディスプレイ５８はデータを表示出力するものであり、プリンタ６０はデータを印刷出力するものであり、ディスプレイ５８およびプリンタ６０によってデータを出力する。
インターフェース６２は、外部装置とデータの授受を行うためのものであり、本実施の形態では、インターフェース６２は、距離検出部２８から距離Ｌのデータを受け取り、揺動角度調整部４０および回転部４２にそれぞれ駆動信号を与え、回転角度検出部３２からの回転角度θのデータ、揺動角度検出部３４からの揺動角度φのデータを受け取るものである。

ＣＰＵ４４が、ハードディスク装置５０に格納されている制御プログラムを実行することにより、図７に示すように、コンピュータ３６によって、真円度算出部３６Ａと、設定データ取得部３６Ｂと、揺動角度制御部３６Ｃとが実現される。
真円度算出部３６Ａは、インターフェース６２を介して入力された距離Ｌのデータおよび回転角度θのデータに基づいて、環状の交差線Ｋがなす楕円を特定し、特定した楕円に基いて内周面２２０４の真円度を算出する演算処理を実行し、真円度αをディスプレイ５８あるいはプリンタ６０あるいはインターフェース６２を介して出力する。
設定データ取得部３６Ｂは、後述するように、回転角度検出部３２で検出された回転角度θと揺動角度検出部３４で検出された揺動角度φに基いて、レーザー光Ｐを交差線Ｋに沿って走査するに足る回転角度θと揺動角度φとを対応付けた設定データを取得し記憶するものである。
揺動角度制御部３６Ｃは、回転角度検出部３２で検出される回転角度θに基いて設定データから特定した揺動角度φに応じて揺動角度調整部４０を制御するものである。

また、ＣＰＵ４４がハードディスク装置５０に格納されている制御プログラムを実行することにより、コンピュータ３６は、キーボード５４やマウス５６の操作に応じて揺動角度調整部４０および回転部４２を直接制御可能に構成されている。すなわち、コンピュータ３６は、キーボード５４やマウス５６の操作に応じて第１、第２のステッピングモータ４０Ａ、４２Ａの回動を直接制御し、ミラー３８の揺動角度φ、ミラー３８の回転角度θを任意の角度あるいは所定の角度毎に調整する手動調整の機能を備えている。

真円度算出部３６Ａが内周面２２０４の真円度αを算出する演算処理について説明する。
真円度算出部３６Ａは、図８に示すように、距離検出部２８で検出された距離Ｌと、回転角度検出部３２で検出された回転角度θとに基いて、内周面２２０４がなす楕円を特定し、特定した楕円に基いて真円度αを算出する。
なお、距離検出部２８で検出される距離Ｌは、距離検出部２８からミラー３８までの距離ΔＬを含む値となっている。したがって、以下では、真円度算出部３６Ａは、距離ΔＬを差し引いた距離Ｌ′＝Ｌ−ΔＬを、距離Ｌとして扱い真円度αの算出を行なうものとして説明する。

図８に示すように、セグメント２２の内周面２２０４上の測定点Ｍにおける距離検出部２８からの距離Ｌと回転角度θとを測定することにより、測定点のＸ座標値ＸｉとＹ座標値Ｙｉとが以下の式（ａ）、式（ｂ）によって算出される。
Ｘｉ＝Ｌ・ｃｏｓ（θ）……（ａ）
Ｙｉ＝Ｌ・ｃｏｓ（θ）……（ｂ）

図９に示すように、複数の測定点ＭのＸｉ、ＹｉをＸＹ座標上に取ることで楕円が特定される。なお、図中、Ｘｏ、Ｙｏは楕円の中心点（長軸と短軸との交点）の座標を示す。
楕円を特定する関係式は、図９の数式（１）で示される。
この数式（１）は数式（２）のように展開される。
ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは係数である。
各測定点のＸｉ、Ｙｉのデータから、最小二乗法により数式（２）の各係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを最小二乗法で算出する。
すなわち、数式（３）を解くことにより、数式（４）で示される角度θ、数式（５）で示される楕円の長軸半径ａ、数式（６）で示される楕円の短軸半径ｂを算出することで数式（１）のθ、ａ、ｂが特定され、したがって、楕円が特定されることになる。
このような楕円が特定されたならば、長軸半径ａ、短軸半径ｂに基いて真円度αを算出することができる。
真円度αは、以下の数式（７）によって示される。
真円度α＝｛（２ａ−Ｄ_０）−（２ｂ−Ｄ_０）｝／Ｄ_０×１００＋１００……（７）
但し、Ｄ_０は円筒壁状に組み立てたセグメント２２の内周面２２０４の設計内径を示す。

前述したように、真円度算出部３６Ａは、セグメント２２の内周面２２０４とシールドマシン１０の軸心Ｏと直交する仮想平面とが交差することで形成される環状の交差線Ｋがなす楕円を特定し、特定した楕円に基いて内周面２２０４の真円度を算出する。
したがって、ミラー３８を介してセグメント２２の内周面２２０４に照射されるレーザー光Ｐが環状の交差線Ｋに沿って正確に回転走査されるように、揺動角度調整部４０による揺動角度φの調整が必要となる。
そこで、本実施の形態では、設定データ取得部３６Ｂによって、レーザー光Ｐを交差線Ｋに沿って走査するに足る回転角度θと揺動角度φとを対応付けた設定データを取得しておき、実際の真円度αの測定時には、揺動角度制御部３６Ｃによって、設定データに基いてミラー３８の回転角度θに応じてミラー３８の揺動角度φの調整を行なう。

次に、設定データ取得部３６Ｂによる設定データの取得処理について図１１のフローチャートを参照して説明する。
予め、シールドマシン１０によるセグメントの組み付けが一定範囲にわたってなされたものとする。
まず、距離検出部２８を動作状態としてレーザー光Ｐが照射される状態とし、走査部３０を動作状態としてレーザー光Ｐの回転走査が可能な状態とし、コンピュータ３６を動作状態とする（ステップＳ１０）。
次に、揺動角度調整部４０によりミラー３８の揺動角度φを基準揺動角度φ０に設定する（ステップＳ１２）。この基準揺動角度φ０は、ミラー３８が回転部４２によって回転され、レーザー光Ｐが回転走査されたときに、回転走査されるレーザー光Ｐがシールドマシン１０の後部室１２Ｂの構造物、例えば、排土装置などによって遮られることがないミラー３８の揺動角度φである。
揺動角度調整部４０によるミラー３８の基準揺動角度φ０への設定は、第１、第２のステッピングモータ４０Ａ、４２Ａを回動させ、セグメント２２の内周面２２０４に照射されるレーザー光Ｐの状態を確認した上でなされる。この際、第１、第２のステッピングモータ４０Ａ、４２Ａの回動、揺動角度調整部４０による基準揺動角度φ０の設定は、前述したようにキーボード５４やマウス５６の操作に基いてコンピュータ３６の手動調整の機能によって行われる。

ミラー３８の基準揺動角度φ０が設定されたならば、回転部４２によってミラー３８の回転角度θを予め定められた基準回転角度θ０に設定させる（ステップＳ１３）。
そして、ミラー３８で反射されたレーザー光Ｐがセグメント２２の内周面２２０４の交差線Ｋに正しく照射されたか否かを目視で判定する（ステップＳ１４）。
交差線Ｋは、セグメント２２の内周面２２０４とシールドマシン１０の軸心Ｏと直交する仮想平面とが交差することで環状に形成されるものである。したがって、交差線Ｋは、シールドマシン１０の軸心Ｏ方向で隣り合うセグメント２２の境界線２２１０（図３）と一致していると見做すことができる。したがって、セグメント２２の境界線２２１０を交差線Ｋとして利用することができる。
なお、レーザー水準器を用いて基準となる交差線Ｋをセグメント２２の内周面２２０４に描いておき、この交差線Ｋを利用してステップＳ１４の処理を行なうようにしてもよく、交差線Ｋを内周面２２０４に表示する方法は任意である。

ステップＳ１４の判定結果が否定ならば、作業者は、キーボード５４あるいはマウス５６を操作することによって、ミラー３８で反射されたレーザー光Ｐがセグメント２２の内周面２２０４の交差線Ｋ上に正しく照射されるように揺動角度調整部４０によりミラー３８の揺動角度φを調整する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１４の判定結果が肯定の場合、および、ステップＳ１６を実行した場合、設定データ取得部３６Ｂは、回転角度検出部３２で検出された回転角度θと、揺動角度検出部３４で検出された揺動角度φとを対応付けた設定データを取得してハードディスク装置５２に記憶する（ステップＳ１８）。

次いで、設定データ取得部３６Ｂは、ベース板２６でレーザー光Ｐが遮られる領域を除いてセグメント２２の内周面２２０４の大部分の範囲Ｚにわたって設定データの取得が完了したか否かを判定する（ステップＳ２０）。
ステップＳ２０の判定結果が否定ならば、設定データ取得部３６Ｂは、回転部４２によりミラー３８を所定の回転角度Δθ回動させ、ステップＳ１４に戻る。
なお、所定の回転角度Δθは、取得される設定データの合計数が例えば２０〜３０となるように適宜設定される。

このような処理がベース板２６でレーザー光Ｐが遮られる領域を除いてセグメント２２の内周面２２０４の大部分の範囲Ｚ（図２）にわたってなされると、ステップＳ２０の判定結果が肯定となり、設定データ取得部３６Ｂによる設定データの取得処理が終了する。

次に真円度計測装置２４の動作について図１２のフローチャートを参照して説明する。
まず、真円度計測装置２４の距離検出部２８と、走査部３０と、回転角度検出部３２と、揺動角度検出部３４と、コンピュータ３６を起動させる。これにより、距離検出部２８で検出される距離Ｌと、回転角度検出部３２で検出される回転角度θと、揺動角度検出部３４で検出される揺動角度φがコンピュータ３６に供給される状態としておく（ステップＳ３０）。
次いで、シールドマシン１０によって地山の掘進およびセグメントトンネルの組み立てを開始する（ステップＳ３２）。
走査部３０によるレーザー光Ｐの回転走査および距離検出部２８による反射光Ｓの受光がなされると共に、揺動角度制御部３６Ｃにより、回転角度検出部３２から検出された回転角度θに基いて、予め記憶された設定データから特定された揺動角度φに応じてミラー３８の揺動角度φが調整される（ステップＳ３４）。
これにより走査部３０によって回転走査されたレーザー光Ｐは、シールドマシン１０の軸心Ｏと直交する仮想平面とセグメント２２の内周面２２０４とが交差することで形成される環状の交差線Ｋに沿って正確に回転走査される。

真円度算出部３６Ａは、距離検出部２８で検出される距離Ｌと、回転角度検出部３２で検出される回転角度θに基づいて、内周面２２０４の真円度αを算出する演算処理を実行し（ステップＳ３６）、真円度αをディスプレイ５８あるいはプリンタ６０あるいはインターフェース６２を介して出力する（ステップＳ３８）。
出力された真円度αは、シールドマシン１０の掘進方向を制御するためのデータとして用いられ、あるいは、セグメント２２の組み立て制御を行うためのデータとして用いられ、ステップＳ３２の処理に戻り、シールドマシン１０の掘進がなされている間、リアルタイムに真円度αの計測がなされる。

以上説明したように本実施の形態によれば、セグメント２２の内周面２２０４とシールドマシン１０の軸心Ｏと直交する仮想平面とが交差することで形成される環状の交差線Ｋに沿ってレーザー光Ｐが照射されるように距離検出部２８から照射されたレーザー光Ｐをシールドマシン１０の軸心Ｏに沿って延在する第１の軸線Ｇ１の回りに回転走査させると共に、回転走査されたレーザー光Ｐがセグメント２２の内周面２２０４で反射された反射光Ｓをレーザー光Ｐの光路と同一の光路を介して距離検出部２８に導き、距離検出部２８で検出された距離Ｌと、回転走査されるレーザー光Ｐの第１の軸線Ｇ１の回りの回転角度θとに基いて、環状の交差線Ｋがなす楕円を特定し、特定した楕円に基いて内周面２２０４の真円度を算出するようにした。
したがって、作業員による測定作業が不要となるため、真円度αの測定効率の向上を図り、作業員の身体的な負担の軽減を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、距離検出部２８と走査部３０とは、セグメント２２が円筒壁状に組み付けられて構築された直後のセグメント２２トンネルの箇所の半径方向内側に配置されているので、距離検出部２８によってシールドマシン１０によって組み付けられた直後の位置が変位する可能性が高いセグメント２２の内周面２２０４の距離Ｌを早期に測定でき、したがって、真円度αを早期に測定できるため、真円度αを、シールドマシン１０の掘進方向を制御するためのデータとして、あるいは、セグメント２２の組み立て制御を行うためのデータとして使用する上でより有利となる。

また、本実施の形態では、距離検出部２８と走査部３０とは、シールドマシン１０に設けられているので、シールドマシン１０の掘進方向への移動と共に距離検出部２８と走査部３０とが掘進方向へ移動する。
したがって、セグメント２２が組み付けられる毎に、セグメント２２の内側に距離検出部２８と走査部３０とを手作業で配置する必要がないため、シールドマシン１０の掘進動作を停止することなく掘進中の真円度αを連続して得ることができるため、真円度αの測定効率の向上を図る上でより有利となる。

また、本実施の形態では、距離検出部２８は、第１の軸線Ｇ１に沿ってレーザー光Ｐを照射するように配置され、走査部３０は、第１の軸線Ｇ１上に位置し距離検出部２８から照射されるレーザー光Ｐをシールドマシン１０の軸心Ｏの半径方向外側に反射するミラー３８と、ミラー３８を第１の軸線Ｇ１回りに回転させる回転部４２とを備える。
したがって、レーザー光Ｐの回転走査を簡素な構成によって行なう上で有利となる。

また、本実施の形態では、第１の軸線Ｇ１上に位置し距離検出部２８から照射されるレーザー光Ｐをシールドマシン１０の軸心Ｏの半径方向外側に反射するミラー３８を第１の軸線Ｇ１と直交する第２の軸線Ｇ２回りに揺動可能に支持しミラー３８の第２の軸線Ｇ２回りの揺動角度φを調整すると共に、ミラー３８を第１の軸線Ｇ１回りに回転させるようにした。
したがって、レーザー光Ｐをセグメント２２の内周面２２０４とシールドマシン１０の軸心Ｏと直交する仮想平面とが交差することで形成される環状の交差線Ｋに沿って正確に照射することができ、真円度αの測定精度を確保する上で有利となる。

また、本実施の形態では、レーザー光Ｐを交差線Ｋに沿って走査するに足る回転角度θと揺動角度φとを対応付けた設定データに基いて、揺動角度調整部４０を制御するようにしたので、レーザー光Ｐを環状の交差線Ｋに沿って正確に照射する上でより有利となり、真円度αの測定精度を確保する上でより有利となる。

なお、本実施の形態では、距離検出部２８と走査部３０とがシールドマシン１０に設けられている場合について説明したが、シールドマシン１０とは別にセグメント２２の内側に構築した支持フレームに距離検出部２８と走査部３０とを取り付け、シールドマシン１０が移動する毎に手作業で支持フレームを盛り替えるようにしてもよい。
しかしながら、本実施の形態のようにすると、シールドマシン１０の掘進動作を停止することなく掘進中の真円度αを連続して得ることができ、また、支持フレームの盛り替え作業が省略できるため、真円度αの測定効率の向上を図る上でより有利となる。
また、本実施の形態では、距離検出部２８と走査部３０とを隔壁１３に設けた場合について説明したが、距離検出部２８と走査部３０とを設ける箇所は限定されない。
また、本実施の形態では、真円度算出部３６Ａ、設定データ取得部３６Ｂ、揺動角度制御部３６Ｃが１台のコンピュータ３６で構成される場合について説明したが、このようなコンピュータ３６としてパーソナルコンピュータ、あるいは、プログラマブルロジックコントローラ（シーケンサー）を用いるなど任意である。また、真円度算出部３６Ａ、設定データ取得部３６Ｂ、揺動角度制御部３６Ｃを１台のコンピュータで構成してもよいし、別々のコンピュータで構成してもよい。

１０シールドマシン
１３ 隔壁
２０ トンネル
２００２ 内壁
２２ セグメント
２２０４ 内周面
２４ 真円度計測装置
２８ 距離検出部
３０ 走査部
３２ 回転角度検出部
３４ 揺動角度検出部
３６ コンピューター
３６Ａ 真円度算出部
３６Ｂ 設定データ取得部
３６Ｃ 揺動角度制御部
３８ ミラー
４０ 揺動角度調整部
４２ 回転部
Ｏ シールドマシンの軸心
Ｇ１ 第１の軸線
Ｇ２ 第２の軸線
Ｋ 交差線
Ｐ レーザー光
Ｓ 反射光

Claims (6)

1. シールドマシンによって円筒壁状に組み立てたセグメントの内周面の真円度を計測する真円度計測装置であって、
   レーザー光を照射し対象物で反射された反射光を受光して前記対象物までの距離を検出する距離検出部と、
   前記セグメントの内周面と前記シールドマシンの軸心と直交する仮想平面とが交差することで形成される環状の交差線に沿って前記レーザー光が照射されるように前記距離検出部から照射された前記レーザー光を前記シールドマシンの軸心に沿って延在する第１の軸線の回りに回転走査させると共に、前記回転走査された前記レーザー光が前記セグメントの内周面で反射された前記反射光を前記レーザー光の光路と同一の光路を介して前記距離検出部に導く走査部と、
   前記回転走査される前記レーザー光の前記第１の軸線の回りの回転角度を検出する回転角度検出部と、
   前記距離検出部で検出された距離と、前記回転角度検出部で検出された回転角度とに基いて、前記環状の交差線がなす楕円を特定し、前記特定した楕円に基いて前記内周面の真円度を算出する真円度算出部と、
   を備えることを特徴とする真円度計測装置。
2. 前記距離検出部と前記走査部とは、前記セグメントが円筒壁状に組み付けられて構築された直後のセグメントトンネルの箇所の半径方向内側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の真円度計測装置。
3. 前記距離検出部と前記走査部とは、前記シールドマシンに設けられている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の真円度計測装置。
4. 前記距離検出部は、前記第１の軸線に沿って前記レーザー光を照射するように配置され、
   前記走査部は、
   前記第１の軸線上に位置し前記距離検出部から照射される前記レーザー光を前記シールドマシンの軸心の半径方向外側に反射するミラーと、
   前記ミラーを前記第１の軸線回りに回転させる回転部と、
   を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の真円度計測装置。
5. 前記走査部は、
   前記ミラーを前記第１の軸線と直交する第２の軸線回りに揺動可能に支持すると共に前記ミラーの前記第２の軸線回りの揺動角度を調整する揺動角度調整部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項４記載の真円度計測装置。
6. 前記揺動角度を検出する揺動角度検出部と、
   前記回転角度検出部で検出された前記回転角度と前記揺動角度検出部で検出された前記揺動角度に基いて、前記レーザー光を前記交差線に沿って走査するに足る前記回転角度と前記揺動角度とを対応付けた設定データを取得する設定データ取得部と、
   前記回転角度検出部で検出される前記回転角度に基いて前記設定データから特定した前記揺動角度に応じて前記揺動角度調整部を制御する揺動角度制御部とをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項５記載の真円度計測装置。

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