JP2821134B2 - 組立セグメントの自動組立方法 - Google Patents
組立セグメントの自動組立方法Info
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- JP2821134B2 JP2821134B2 JP63093151A JP9315188A JP2821134B2 JP 2821134 B2 JP2821134 B2 JP 2821134B2 JP 63093151 A JP63093151 A JP 63093151A JP 9315188 A JP9315188 A JP 9315188A JP 2821134 B2 JP2821134 B2 JP 2821134B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- segment
- center
- assembly
- erector
- measurement
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Lining And Supports For Tunnels (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、シールド工法において組立セグメントの
真円を保持するために組立セグメントの断面形状を計測
する方法および設定されているセグメントの組立位置を
修正することによってセグメントの自動組立を行う方法
に関するものである。
真円を保持するために組立セグメントの断面形状を計測
する方法および設定されているセグメントの組立位置を
修正することによってセグメントの自動組立を行う方法
に関するものである。
組立セグメントは強度上、施工上、真円を保持するこ
とが望ましいため、真円保持装置を有することがある。
この真円保持装置の目標値は既設の組立セグメントの形
状を計測し、真円に対する偏差量を求めて決定される。
しかし、これらの計測はマニュアル（人手）による測量
やセグメントの内周面を３点計測することによって決め
ている。
とが望ましいため、真円保持装置を有することがある。
この真円保持装置の目標値は既設の組立セグメントの形
状を計測し、真円に対する偏差量を求めて決定される。
しかし、これらの計測はマニュアル（人手）による測量
やセグメントの内周面を３点計測することによって決め
ている。
しかし、人手による測量は手間がかかるし、３点計測
では、セグメントの表面性状（ゴミ・水・土等）の影響
を受けるため、正確な形状を得ることがむずかしい。
では、セグメントの表面性状（ゴミ・水・土等）の影響
を受けるため、正確な形状を得ることがむずかしい。
この発明は上記問題点を解決することを課題とするも
のである。
のである。
この発明のセグメントの自動組立方法は、シールド堀
進機のセグメント組立装置に、エレクタの旋回角度測定
器と、エレクタ旋回中心から組立てセグメント内面まで
の距離測定器とを設け、旋回角度に対応した上記距離測
定値を多数求め、最小二乗法によりエレクタ中心と組立
セグメント中心との位置偏差を求めて、予め設定されて
いるセグメントの組立位置を修正することによってセグ
メントの自動組立を行うことを特徴とするものである。
進機のセグメント組立装置に、エレクタの旋回角度測定
器と、エレクタ旋回中心から組立てセグメント内面まで
の距離測定器とを設け、旋回角度に対応した上記距離測
定値を多数求め、最小二乗法によりエレクタ中心と組立
セグメント中心との位置偏差を求めて、予め設定されて
いるセグメントの組立位置を修正することによってセグ
メントの自動組立を行うことを特徴とするものである。
エレクタを旋回させつつその旋回角度を測定すると共
に、測定旋回角度ごとに旋回中心から組立セグメント内
面までの距離を求め、最小二乗法によりエレクタ中心と
組立セグメントの中心との位置偏差を求めて、予め設定
されているセグメントの組立位置を修正することによっ
てセグメントの自動組立を行う。
に、測定旋回角度ごとに旋回中心から組立セグメント内
面までの距離を求め、最小二乗法によりエレクタ中心と
組立セグメントの中心との位置偏差を求めて、予め設定
されているセグメントの組立位置を修正することによっ
てセグメントの自動組立を行う。
シールド掘進機１と既設組立セグメント２との位置関
係を第１図に示す。セグメント自動組立装置30（エレク
タ）はシールド掘進機後方に位置する。掘進方向をＺ軸
（ただしシールド機よりセグメント側に向う方向を正と
する）、鉛直軸をＹ軸としたときの右手座標系を設定す
る。
係を第１図に示す。セグメント自動組立装置30（エレク
タ）はシールド掘進機後方に位置する。掘進方向をＺ軸
（ただしシールド機よりセグメント側に向う方向を正と
する）、鉛直軸をＹ軸としたときの右手座標系を設定す
る。
この座標系においてシールド機（エレクタ）の基準位
置０と組立てられたセグメントの基準位置０′は外圧あ
るいは切羽側からの反力によって常に変化している。そ
こで本発明はこのエレクタ中心よりセグメント中心まで
の偏差位置（つまりXY平面上の偏差）およびセグメント
の内面計測による形状計測を行う方法に関するもので、
この計測結果により真円を保持したり、次に組立てるセ
グメントの選択を決定したりするものである。
置０と組立てられたセグメントの基準位置０′は外圧あ
るいは切羽側からの反力によって常に変化している。そ
こで本発明はこのエレクタ中心よりセグメント中心まで
の偏差位置（つまりXY平面上の偏差）およびセグメント
の内面計測による形状計測を行う方法に関するもので、
この計測結果により真円を保持したり、次に組立てるセ
グメントの選択を決定したりするものである。
本発明の計測方法について第２図を用いて説明する。
図示のようにエレクタハンド37の先端部に非接触距離計
11を取り付ける。エレクタ中心よりＸ−Ｙ平面の半径方
向、距離計までの長さをr1とする。非接触距離計11によ
りセグメント２内面までの距離r2iを検出し、エレクタ
中心０よりセグメント内面までの距離ri（r1＋r2i）を
求める。このとき検出時の旋回角度θziを角度検出器
（たとえばエンコーダ）により同時に計測する。そして
エレクタをＺ軸回りに１回転させ多点計測（３点以上で
検出時間上問題ない範囲であれば多い方が精度が良くな
る）して最小二乗法によりエレクタ中心とセグメント中
心との位置偏差を求める。
図示のようにエレクタハンド37の先端部に非接触距離計
11を取り付ける。エレクタ中心よりＸ−Ｙ平面の半径方
向、距離計までの長さをr1とする。非接触距離計11によ
りセグメント２内面までの距離r2iを検出し、エレクタ
中心０よりセグメント内面までの距離ri（r1＋r2i）を
求める。このとき検出時の旋回角度θziを角度検出器
（たとえばエンコーダ）により同時に計測する。そして
エレクタをＺ軸回りに１回転させ多点計測（３点以上で
検出時間上問題ない範囲であれば多い方が精度が良くな
る）して最小二乗法によりエレクタ中心とセグメント中
心との位置偏差を求める。
１回転中で得られた計測データ（ri,θzi）を次式に
よって座標変換し、（xi,yi）データに変更する。
よって座標変換し、（xi,yi）データに変更する。
xi＝ricosθzi ……（１） yi＝risinθzi ……（２） 次にＸ−Ｙ平面上のエレクタ中心とセグメント中心と
の位置偏差を求める方法について第３図を用いて説明す
る。
の位置偏差を求める方法について第３図を用いて説明す
る。
セグメント中心０′がエレクタ中心０からｘ方向にa,
y方向にｂだけずれた位置であったとするときエレクタ
中心より求められるセグメントの円の方程式は次式にな
る。
y方向にｂだけずれた位置であったとするときエレクタ
中心より求められるセグメントの円の方程式は次式にな
る。
（ｘ＋ａ）２＋（ｙ＋ｂ）２＝r2 ……（３） ここにおいて、x,yは（１），（２）式より求められ
る計測値であり、ｉ番目の測定値xi,yiはセグメントの
表面性状（ゴミ，水，土等）の影響を受け誤差δｉを持
つ δｉ＝r2−（xi＋ａ）２−（yi＋ｂ）２……（４） δｉはｎ点の計測点が得られたとすると、 とおいて、Ｅを最小にするには、r,a,bのそれぞれでＥ
を偏微分して、これをゼロにすれば良いから、 （６）式から （７），（８），（９）式から （10），（11）式の連立方程式を解く ここで とおくと、 このようにして第３図に示すように、セグメント中心
よりセグメント中心の位置偏差（ｘ方向にa,y方向に
ｂ）を求めることができる。セグメントを円の方程式
（３）式が成り立つものと仮定して解析したが、セグメ
ントは当然真円ではない。しかし上記のように最小二乗
法を用いることは円と仮定した場合もっとも偏差が小さ
くなる点を円の中心としているので問題はない。
る計測値であり、ｉ番目の測定値xi,yiはセグメントの
表面性状（ゴミ，水，土等）の影響を受け誤差δｉを持
つ δｉ＝r2−（xi＋ａ）２−（yi＋ｂ）２……（４） δｉはｎ点の計測点が得られたとすると、 とおいて、Ｅを最小にするには、r,a,bのそれぞれでＥ
を偏微分して、これをゼロにすれば良いから、 （６）式から （７），（８），（９）式から （10），（11）式の連立方程式を解く ここで とおくと、 このようにして第３図に示すように、セグメント中心
よりセグメント中心の位置偏差（ｘ方向にa,y方向に
ｂ）を求めることができる。セグメントを円の方程式
（３）式が成り立つものと仮定して解析したが、セグメ
ントは当然真円ではない。しかし上記のように最小二乗
法を用いることは円と仮定した場合もっとも偏差が小さ
くなる点を円の中心としているので問題はない。
このようにエレクタ中心よりセグメントまでのｎ個の
距離データ（ri,θzi）および中心偏差（a,b）の算出に
よりセグメントの形状計測ができたことになる。このデ
ータを基に真円保持装置を用いて真円を保持したり、次
のセグメントの組立パターン（テーパセグメントかスト
レートセグメントか等）を決定できる。
距離データ（ri,θzi）および中心偏差（a,b）の算出に
よりセグメントの形状計測ができたことになる。このデ
ータを基に真円保持装置を用いて真円を保持したり、次
のセグメントの組立パターン（テーパセグメントかスト
レートセグメントか等）を決定できる。
またセグメントの自動組立を行うにはまず組立セグメ
ントの最初から最後までx,yまたはr,θｚの位置データ
群（基準位置）としてセグメントの組立位置をコンピュ
ータのメモリに格納しておく。しかし実際のセグメント
は外圧あるいは切羽側からの反力により、基準位置と少
しずれてしまう。そこで上記の中心位置偏差計測により
求めたa,bの値だけ基準位置を修正する。これにより修
正位置を目標値としてセグメントを位置決めすれば既設
セグメント位置にはめ合せることができるのである。
ントの最初から最後までx,yまたはr,θｚの位置データ
群（基準位置）としてセグメントの組立位置をコンピュ
ータのメモリに格納しておく。しかし実際のセグメント
は外圧あるいは切羽側からの反力により、基準位置と少
しずれてしまう。そこで上記の中心位置偏差計測により
求めたa,bの値だけ基準位置を修正する。これにより修
正位置を目標値としてセグメントを位置決めすれば既設
セグメント位置にはめ合せることができるのである。
実験により求めたセグメントの形状計測の例を第４
図，第５図に示す。
図，第５図に示す。
第４図は中心ずれが殆んどない場合、第５図は中心ず
れが少しある場合の例である。
れが少しある場合の例である。
以上に述べた計測方法において計測精度を上げるた
め、実際のセグメントの内面計測に先立ち、シールド掘
進機の姿勢（θx,θy;第１図参照）を既設組立セグメン
トの姿勢に合わせる必要がある。というのはたとえばθ
ｘが合っていないと、第２図に示したＹ−Ｚ断面上計測
は第６図のようになってしまう。θｘを合わせない限り
正確なＸ−Ｙ断面上の中心軸偏差を求めることができな
い。
め、実際のセグメントの内面計測に先立ち、シールド掘
進機の姿勢（θx,θy;第１図参照）を既設組立セグメン
トの姿勢に合わせる必要がある。というのはたとえばθ
ｘが合っていないと、第２図に示したＹ−Ｚ断面上計測
は第６図のようになってしまう。θｘを合わせない限り
正確なＸ−Ｙ断面上の中心軸偏差を求めることができな
い。
そこで以下に示す機構と計測方法を用いてシールド掘
進機の姿勢θx,θｙを既設セグメントに合わせた後で前
述の組立セグメントの形状計測を行うこととする。
進機の姿勢θx,θｙを既設セグメントに合わせた後で前
述の組立セグメントの形状計測を行うこととする。
計測方法の概略図を第７図に全体の機構を第８及び９
図に示す。
図に示す。
第８図及び第９図に示す装置では、第１中間リング23
にはその中心を通る鉛直線上に該リングをＹ軸回りに回
動可能に支持するための軸孔44a及び41aが開けられてい
る。一方、リングガータ21の中心を通る上下位置に第１
リングにあけられた上記軸孔に挿入される軸44及び41が
設けられている。そして、第９図に示すように、上側軸
44の軸受箱45はシリンダ46により図上で左右にスライド
できるようになっている。また下側軸41には中間リング
23を支承する段部42が設けられ、この軸は油圧ジャッキ
等適宜な手段により上下に昇降されるようになってい
る。そして、この軸41もシリンダ43により図上で左右に
動かされるようになっている。こうして、第１中間リン
グ23の中心が上下Ｙ方向、及び左右Ｘ方向に動かされる
ようになっている。
にはその中心を通る鉛直線上に該リングをＹ軸回りに回
動可能に支持するための軸孔44a及び41aが開けられてい
る。一方、リングガータ21の中心を通る上下位置に第１
リングにあけられた上記軸孔に挿入される軸44及び41が
設けられている。そして、第９図に示すように、上側軸
44の軸受箱45はシリンダ46により図上で左右にスライド
できるようになっている。また下側軸41には中間リング
23を支承する段部42が設けられ、この軸は油圧ジャッキ
等適宜な手段により上下に昇降されるようになってい
る。そして、この軸41もシリンダ43により図上で左右に
動かされるようになっている。こうして、第１中間リン
グ23の中心が上下Ｙ方向、及び左右Ｘ方向に動かされる
ようになっている。
また第２中間リング24が左右のピン24a,24bを介して
第１リング23の側方に突設された連結部材25にＸ軸回り
に回動可能に設けられている。そして回動角度θｙはシ
リンダ28により、また回動角度θｘはシリンダ26により
制御されるようになっている。
第１リング23の側方に突設された連結部材25にＸ軸回り
に回動可能に設けられている。そして回動角度θｙはシ
リンダ28により、また回動角度θｘはシリンダ26により
制御されるようになっている。
旋回フレーム31が第２リング24にモータ36により旋回
駆動されるように設けられ、このモータにより旋回角度
θｚが制御されるようになっている。
駆動されるように設けられ、このモータにより旋回角度
θｚが制御されるようになっている。
旋回フレーム31に昇降駆動されるエレクタハンド37を
備えたエレクタ30が取付けられている。
備えたエレクタ30が取付けられている。
第７図において既設セグメントの端面までの距離
（ｚ）を非接触距離計によりθｚ軸を用いて３点計測す
る。３点以上計測して内面形状計測方法と同様最小二乗
法を用いても良い。（精度が向上する）このときθｚの
みを駆動するので、３点計測を行った位置におけるx,y
座標値は既知であるので計測値と合わせて３点（x0,y0,
z0），（x1,y1,z1），（x2,y2,z2）の座標値がわかる。
（ｚ）を非接触距離計によりθｚ軸を用いて３点計測す
る。３点以上計測して内面形状計測方法と同様最小二乗
法を用いても良い。（精度が向上する）このときθｚの
みを駆動するので、３点計測を行った位置におけるx,y
座標値は既知であるので計測値と合わせて３点（x0,y0,
z0），（x1,y1,z1），（x2,y2,z2）の座標値がわかる。
そして、この３点を通る平面の方程式は次のようにな
る。
る。
∴(x-x０)(y１-y０)(z２-z０)+(x１-x０)(y２-y０)(z
-z０)+(y-y０)(z１-z０)(x２-x０)-(z-z０)(y１-y０)(x
２-x０)-(y-y０)(x１-x０)(z２-z０)-(x-x０)(z１-z０)
(y２-y０) ＝０ （15） 式（15）を変形して {(y１-y０)(z２-z０)-(z１-z０)(y２-y０)}x +{(x２-x０)(z１-z０)-(x１-x０)(z２-z０)}y +{(x１-x０)(y２-y０)-(x２-x０)(y１-y０)}z ={(y１-y０)(z２-z０)-(z１-z０)(y２-y０)}x０ +{(x２-x０)(z１-z０)-(x１-x０)(z２-z０)}y０ +{(x１-x０)(y２-y０)-(x２-x０)(y１-y０)}z０ (16) 式（16）を式（17）のようにおく Ax＋By＋Cz＝Ｄ （17） （A,B,C,Dは計測値より求められる。） 式（17）においてＹ−Ｚ断面を考える。つまりｘ＝０
を代入する。
-z０)+(y-y０)(z１-z０)(x２-x０)-(z-z０)(y１-y０)(x
２-x０)-(y-y０)(x１-x０)(z２-z０)-(x-x０)(z１-z０)
(y２-y０) ＝０ （15） 式（15）を変形して {(y１-y０)(z２-z０)-(z１-z０)(y２-y０)}x +{(x２-x０)(z１-z０)-(x１-x０)(z２-z０)}y +{(x１-x０)(y２-y０)-(x２-x０)(y１-y０)}z ={(y１-y０)(z２-z０)-(z１-z０)(y２-y０)}x０ +{(x２-x０)(z１-z０)-(x１-x０)(z２-z０)}y０ +{(x１-x０)(y２-y０)-(x２-x０)(y１-y０)}z０ (16) 式（16）を式（17）のようにおく Ax＋By＋Cz＝Ｄ （17） （A,B,C,Dは計測値より求められる。） 式（17）においてＹ−Ｚ断面を考える。つまりｘ＝０
を代入する。
By＋Cz＝Ｄ （18） 次に式（17）においてＸ−Ｚ断面を考える。つまりｙ
＝０を代入すると 以上のようにして求められたθx,θｙの値だけ第７図
に示す機構を用いて姿勢を合わせることができる。
＝０を代入すると 以上のようにして求められたθx,θｙの値だけ第７図
に示す機構を用いて姿勢を合わせることができる。
また非接触センサの代わりに第７図に示すシールドジ
ャッキ40にストローク計（位置検出器）を取り付け、シ
ールドジャッキを３本（あるいはそれ以上）既設の組立
セグメント２につきあててｚ位置を求める方法も可能で
ある。
ャッキ40にストローク計（位置検出器）を取り付け、シ
ールドジャッキを３本（あるいはそれ以上）既設の組立
セグメント２につきあててｚ位置を求める方法も可能で
ある。
この発明は上記のようなもので組立セグメントの形状
を自動的に正確に求めることができ、また計測された位
置偏差に対応させてセグメント組立位置を修正すること
によりセグメントの組立を能率よく行うことができる。
を自動的に正確に求めることができ、また計測された位
置偏差に対応させてセグメント組立位置を修正すること
によりセグメントの組立を能率よく行うことができる。
第１図はシールド掘進機と既設セグメントとの位置関係
の説明図、第２図（ａ），（ｂ）は本発明の計測方法の
説明図、第３図は計測結果の説明図、第４図及び第５図
はそれぞれ異なる計測例の説明図、第６図は姿勢合せの
必要性を説明する図、第７図は姿勢計測方法の説明図、
第８図及び第９図は本発明方法を実施する装置の１例を
示す側面図と正面図である。
の説明図、第２図（ａ），（ｂ）は本発明の計測方法の
説明図、第３図は計測結果の説明図、第４図及び第５図
はそれぞれ異なる計測例の説明図、第６図は姿勢合せの
必要性を説明する図、第７図は姿勢計測方法の説明図、
第８図及び第９図は本発明方法を実施する装置の１例を
示す側面図と正面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名倉 浩 東京都港区北青山２丁目５番８号 株式 会社間組内 (72)発明者 加藤 高明 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 村野 健一 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 松下 利幸 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−265098（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) E21D 11/40 G01B 21/00 - 21/32 G01B 7/00 - 7/34
Claims (1)
- 【請求項１】シールド堀進機のセグメント組立装置に、
エレクタの旋回角度測定器と、エレクタ旋回中心から組
立てセグメント内面までの距離測定器とを設け、旋回角
度に対応した上記距離測定値を多数求め、最小二乗法に
よりエレクタ中心と組立セグメント中心との位置偏差を
求めて、予め設定されているセグメントの組立位置を修
正することによってセグメントの自動組立を行うことを
特徴とするセグメントの自動組立方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63093151A JP2821134B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 組立セグメントの自動組立方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63093151A JP2821134B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 組立セグメントの自動組立方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01263515A JPH01263515A (ja) | 1989-10-20 |
| JP2821134B2 true JP2821134B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=14074539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63093151A Expired - Lifetime JP2821134B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 組立セグメントの自動組立方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2821134B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0453895U (ja) * | 1990-09-10 | 1992-05-08 | ||
| JP6082598B2 (ja) | 2013-01-09 | 2017-02-15 | 日立造船株式会社 | 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 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63265098A (ja) * | 1987-04-22 | 1988-11-01 | 鹿島建設株式会社 | シ−ルド機のテ−ルクリアランス測定方法 |
-
1988
- 1988-04-15 JP JP63093151A patent/JP2821134B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01263515A (ja) | 1989-10-20 |
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