JP6721450B2 - Roundness measuring device - Google Patents
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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。 The present invention relates to a roundness measuring device for measuring the roundness of an inner peripheral surface of a segment assembled by a shield machine.
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。
The shield machine assembles a segment tunnel by assembling segments into a cylindrical wall inside the tail portion and excavating.
Inside the tail part, the upper holding body is attached to the upper end of the inner peripheral surface of the segment assembled into a cylindrical wall, and the lower holding body is attached to the lower end of the inner peripheral surface of the segment to form the inner peripheral surface. A perfect circle holding device that holds a perfect circle is provided (see Patent Document 1).
However, since the circularity of the inner peripheral surface of the segment changes under the influence of the relative positional relationship between the excavation direction of the shield machine and the already assembled segment, the inner peripheral surface can be changed only by the circularity holding device. It is difficult to maintain the perfect circular shape.
If the circularity of the inner peripheral surface of the segment is reduced, an excessive load may be applied between the segments, and a part of the segment may be damaged.
If the segment is damaged, repairing the segment is required, which results in an increase in cost.
Therefore, conventionally, before and after excavation work with a shield machine, data indicating the degree of distortion of the inner peripheral surface of the segment with respect to the perfect circular shape was measured using a plumb bob from the scaffold assembled by the worker on the premises, and the measured data Is used as data for controlling the excavation direction of the shield machine or as data for controlling segment assembly.
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。
However, in the above-described conventional technique, there is room for improvement in order to improve the measurement efficiency because it is necessary for the worker to perform the measurement work at the time of measurement.
In addition, when the inside of the segment has a large diameter, work in high places is required, and when the inside of the segment has a small diameter, it is necessary to work in a narrow space, which imposes a heavy physical burden on the worker. There is a disadvantage.
Further, in order to secure the roundness of the inner peripheral surface of the segment, it is more preferable to control the shield machine based on the measured value of the roundness.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to measure the roundness which is advantageous in improving the efficiency of measuring the roundness and reducing the burden on the operator. To provide a device.
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。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
The invention according to
The invention according to claim 3 is characterized in that the distance detecting unit and the scanning unit are provided in the shield machine.
In the invention according to claim 4, the distance detecting section is arranged so as to irradiate the laser light along the first axis, and the scanning section is located on the first axis and the distance detecting section is located. A mirror that reflects the laser light emitted from the part to the outside in the radial direction of the axis of the shield machine, and a rotating part that rotates the mirror around the first axis.
According to a fifth aspect of the present invention, the scanning unit supports the mirror so as to be swingable about a second axis orthogonal to the first axis and a swing angle of the mirror about the second axis. It is characterized by further comprising a swing angle adjusting section for adjusting.
According to a sixth aspect of the present invention, there are provided a swing angle detecting section for detecting the swing angle, the rotation angle detected by the rotation angle detecting section and the swing angle detected by the swing angle detecting section. Based on the setting, a setting data acquisition unit that acquires setting data in which the rotation angle and the swing angle sufficient to scan the laser beam along the intersection line are associated with each other, and is detected by the rotation angle detection unit. And a swing angle control unit that controls the swing angle adjusting unit according to the swing angle specified from the setting data based on the rotation angle.
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。
According to the first aspect of the present invention, the laser light is rotated and scanned around the first axis so that the laser light is irradiated along the annular crossing line, and the reflection reflected by the inner peripheral surface of the segment is performed. By guiding the light to the distance detection unit, the ellipse formed by the annular crossing line is specified based on the distance detected by the distance detection unit and the rotation angle of the laser beam rotationally scanned around the first axis. Then, the roundness of the inner peripheral surface is calculated based on the specified ellipse.
Therefore, the measurement work by the worker is unnecessary, which is advantageous in improving the measurement efficiency of the roundness and reducing the physical burden on the worker.
According to the invention described in
According to the invention of claim 3, it is not necessary to manually dispose the distance detecting section and the scanning section inside the segment every time the segment is assembled, and therefore the excavation operation is not stopped without stopping the excavation operation of the shield machine. Since the inner roundness can be continuously obtained, it is more advantageous in improving the measurement efficiency of the roundness.
According to the invention described in claim 4, it is advantageous in performing the rotational scanning of the laser light with a simple configuration.
According to the invention described in
According to the invention of
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。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the shield machine will be described.
As shown in FIG. 1, the
The present invention can be applied to earth pressure type or muddy type, or various conventionally known shield machines.
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。
The
The
The
The earth discharging device is configured to convey the earth and sand discharged by excavation of the ground by the
The jack device propels the
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。
The
The
The
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。
The
In the present embodiment, the
The
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。
The
The
A segment tunnel is constructed by assembling the
Further, among the
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。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
As shown in FIGS. 3, 4, and 6, the
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。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The
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。
The
A commercially available laser rangefinder can be used as the
In the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4,
The
The
The light emitting unit 2804, the light receiving unit 2806, and the
The light emitting unit 2804 irradiates the laser light P through the
The light receiving unit 2806 receives the pulsed reflected light S obtained by reflecting the pulsed laser light P emitted from the light emitting unit 2804 on the inner
The
The configuration of the laser rangefinder is not limited to the above, and various conventionally known configurations can be adopted.
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。
In the
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。
As shown in FIG. 4, the
The
Further, the
Therefore, the optical path of the laser light P and the optical path of the reflected light S coincide with each other.
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。
The swing
In the present embodiment, the swing
The
The
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。
The rotating
In the present embodiment, the rotating
The
The
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。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the swing
Further, as shown in FIGS. 5B and 5C, the
At this time, as shown in FIG. 2, the laser beam P that is rotationally scanned is partially blocked by the
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。
As shown in FIG. 4, the rotation angle detection unit 32 (FIGS. 6 and 7) causes the rotation angle θ of the laser beam P to be rotationally scanned around the first axis G1, that is, the first rotation angle of the
In the present embodiment, the rotation angle detection unit 32 is composed of an encoder built in the
The swing angle detector 34 (FIGS. 6 and 7) determines the swing angle φ of the laser beam P around the second axis G2, in other words, the swing angle φ around the second axis G2 of the
In the present embodiment, the swing angle detection unit 34 is composed of an encoder incorporated in the
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。
The
As shown in FIG. 6, the
The
The
The
The
The
The
The interface 62 is for exchanging data with an external device. In the present embodiment, the interface 62 receives the data of the distance L from the
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。
When the
The
As will be described later, the setting
The swing angle control unit 36C controls the swing
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。
Further, the
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。
A calculation process in which the
As shown in FIG. 8, the
The distance L detected by the
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)
As shown in FIG. 8, by measuring the distance L from the
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−D0)−(2b−D0)}/D0×100+100……(7)
但し、D0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。
As shown in FIG. 9, an ellipse is specified by taking Xi and Yi of a plurality of measurement points M on the XY coordinates. In the figure, Xo and Yo represent the coordinates of the center point of the ellipse (the intersection of the long axis and the short axis).
The relational expression that specifies the ellipse is represented by Expression (1) in FIG.
This formula (1) is developed as the formula (2).
However, A, B, C, D and E are coefficients.
From the data of Xi and Yi at each measurement point, the respective coefficients A, B, C, D and E of the equation (2) are calculated by the least square method by the least square method.
That is, by solving equation (3), the angle θ shown in equation (4), the major axis radius a of the ellipse shown in equation (5), and the minor axis radius b of the ellipse shown in equation (6) are calculated. By doing so, θ, a, and b in Expression (1) are specified, and thus the ellipse is specified.
When such an ellipse is specified, the roundness α can be calculated based on the major axis radius a and the minor axis radius b.
The roundness α is represented by the following mathematical expression (7).
Roundness α={(2a-D 0 )-(2b-D 0 )}/D 0 ×100+100 (7)
However, D 0 represents the designed inner diameter of the inner
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。
As described above, the
Therefore, the swing angle φ by the swing
Therefore, in the present embodiment, the setting
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。
Next, the setting data acquisition processing by the setting
It is assumed that the
First, the
Next, the swing
The setting of the
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。
When the reference swing angle φ0 of the
Then, it is visually determined whether or not the laser light P reflected by the
The intersection line K is formed in an annular shape by intersecting the inner
The reference crossing line K may be drawn on the inner
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)。
If the determination result in step S14 is negative, the operator operates the
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)。
When the determination result of step S14 is affirmative and when step S16 is executed, the setting
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。
Next, the setting
If the determination result of step S20 is negative, the setting
In addition, the predetermined rotation angle Δθ is appropriately set such that the total number of acquired setting data is, for example, 20 to 30.
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。
If such a process is performed over most of the range Z (FIG. 2) of the inner
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。
Next, the operation of the
First, the
Next, the
The
As a result, the laser light P rotationally scanned by the
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。
The
The outputted circularity α is used as data for controlling the excavation direction of the
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。
As described above, according to the present embodiment, the inner
Therefore, the measurement work by the worker becomes unnecessary, which is advantageous in improving the measurement efficiency of the roundness α and reducing the physical burden on the worker.
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。
Further, in the present embodiment, since the
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。
In addition, in the present embodiment, since the
Therefore, it is not necessary to manually dispose the
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。
Further, in the present embodiment, the
Therefore, it is advantageous in performing the rotational scanning of the laser light P with a simple configuration.
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。
In addition, in the present embodiment, the
Therefore, the laser light P can be accurately emitted along the annular intersection line K formed by the inner
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。
Further, in the present embodiment, the swing
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。
Although the case where the
However, according to the present embodiment, it is possible to continuously obtain the roundness α during the excavation without stopping the excavation operation of the
Further, although the case where the
Further, in the present embodiment, the case where the
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
10
Claims (6)
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。 A roundness measuring device for measuring the roundness of the inner peripheral surface of a segment assembled into a cylindrical wall shape by a shield machine,
A distance detection unit that detects the distance to the object by receiving reflected light reflected by the object by irradiating laser light,
Irradiated from the distance detection unit so that the laser light is irradiated along an annular intersection line formed by intersecting an inner peripheral surface of the segment and an imaginary plane orthogonal to the axis of the shield machine. The laser light is rotationally scanned around a first axis extending along the axis of the shield machine, and the rotationally scanned laser light is reflected by the inner peripheral surface of the segment. A scanning unit that guides light to the distance detection unit through the same optical path as the optical path of the laser light,
A rotation angle detection unit that detects a rotation angle of the laser beam that is rotationally scanned around the first axis;
Based on the distance detected by the distance detection unit and the rotation angle detected by the rotation angle detection unit, an ellipse formed by the annular intersection line is specified, and the inner peripheral surface is based on the specified ellipse. And a roundness calculation unit that calculates the roundness of
A roundness measuring device comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の真円度計測装置。 The distance detection unit and the scanning unit are arranged radially inside the segment tunnel portion immediately after the segments are assembled by being assembled into a cylindrical wall shape,
The roundness measuring device according to claim 1, wherein
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。 The distance detection unit and the scanning unit are provided in the shield machine,
The roundness measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that.
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。 The distance detection unit is arranged so as to irradiate the laser light along the first axis,
The scanning unit is
A mirror that is located on the first axis and that reflects the laser light emitted from the distance detector to the outside in the radial direction of the axis of the shield machine;
A rotation unit that rotates the mirror about the first axis;
The roundness measuring device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
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。 The scanning unit is
Further comprising a swing angle adjusting section for supporting the mirror so as to be swingable about a second axis orthogonal to the first axis and adjusting a swing angle of the mirror about the second axis.
The roundness measuring device according to claim 4, wherein
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。 A swing angle detection unit that detects the swing angle,
Based on the rotation angle detected by the rotation angle detection unit and the swing angle detected by the swing angle detection unit, the rotation angle sufficient to scan the laser beam along the intersection line and the rotation angle. A setting data acquisition unit that acquires setting data in which swing angles are associated with each other,
Further comprising a swing angle control unit that controls the swing angle adjustment unit according to the swing angle specified from the setting data based on the rotation angle detected by the rotation angle detection unit,
The roundness measuring device according to claim 5, wherein
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