JPH051500A - セグメント自動組立装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セグメント自動組立装置において、組立セグ
メントの既設セグメントに対するピッチング偏差を精度
良く検出し、セグメント組立精度の向上させる。 【構成】 セグメント把持部３４上の検出点から既設セ
グメントの内周面までの距離を検出することができる距
離検出手段１は、第１の検出指令手段２の指令により１
回目の距離検出を行い、移動指令手段３の指令により把
持部３４と共に検出点を掘進方向に所定量移動させた
後、第２の検出指令手段４の指令により２回目の距離検
出を行う。ピッチング偏差演算手段５は１回目と２回目
の検出距離の差と前記所定移動量からピッチング偏差を
演算し、その演算結果に基づいて補正指令手段６が組立
セグメントの姿勢補正をアクチュエータ３３に指令す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド工事用のセグ
メント自動組立装置に係り、特に既設セグメントと１面
で接する状態に位置決めされる組立セグメント（１リン
グ中の最初に組み付けられるセグメント）の既設セグメ
ントに対するピッチング偏差を検出し、その偏差を補正
する手段に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セグメント自動組立装置におい
て、エレクタ本体に把持された組立セグメントの既設セ
グメントに対するピッチング偏差を検出する手段として
は、特開平１−２６３５０９号に記載されているよう
に、シールドジャッキを３本以上、組み立てられた既設
セグメントに突き当て、その際、各シールドジャッキに
取り付けられたストローク計で計測されるシールドジャ
ッキストロークからエレクタ本体と既設セグメントとの
間のピッチング偏差を求め、これを組立セグメントと既
設セグメントとの間のピッチング偏差とする方法が知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、図３
に示すように既設セグメント４１ａ，４１ｂに対して１
面で接する状態に位置決めされる組立セグメント４１の
ピッチング偏差ｅδｙを求める場合、下記のような問題
がある。

【０００４】（１） シールドジャッキストロークから
はエレクタ本体と既設セグメントとの間のピッチング偏
差は算出できるが、組立セグメントと既設セグメントと
の間のピッチング偏差を直接的に検出するものでないた
め、エレクタ本体の製作誤差などの誤差の介入が避けら
れない。

【０００５】（２） シールドジャッキストロークはエ
レクタ本体による組立セグメントの姿勢補正後を不変で
あり、このため、実際に組立セグメントと既設セグメン
トとの間のピッチング偏差がどれだけ小さくなったかを
確認できない。

【０００６】これらの理由から、上記従来技術では組立
セグメントの姿勢補正が十分に行なえず、所要のセグメ
ント組立精度を確保することが困難である。

【０００７】本発明者らは、特願平１−３３６５２６号
において、図３に示したような組立セグメントの位置決
めを行う場合、光切断法を用いて既設セグメントに対す
る組立セグメントのトンネル周方向の偏差を含む位置・
姿勢偏差を検出する手段について提案したが、この提案
でも組立セグメントと既設セグメントとのピッチング偏
差は近似的に求めており、十分な検出精度が得られなか
った。

【０００８】本発明の目的は、既設セグメントと１辺で
接する状態に位置決めされる組立セグメントに関して
は、既設セグメントに対するピッチング偏差を精度良く
検出でき、かつエレクタ本体による姿勢補正後も再度の
偏差検出が可能で、所要のセグメント組立精度を確保で
きるセグメント自動組立装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、図１に示すように、エレクタ
本体のセグメント把持部３４上に位置する検出点から組
み立てられた既設セグメトの内周面までの距離を検出す
ることができる距離検出手段１と、この距離検出手段１
に１回目の距離検出を指令する第１の検出指令手段２
と、１回目の距離検出後、セグメント把持部３４ととも
に検出点をトンネル掘進方向に所定量だけ移動させるよ
うにエレクタ本体のアクチュエータ２８に指令する移動
指令手段３と、検出点の所定量移動後、前記距離検出手
段１について２回目の距離検出を指令する第２の検出指
令手段４と、１回目と２回目に検出された距離の差と前
記所定移動量からエレクタ本体に把持された組立セグメ
ントの既設セグメントに対するピッチング偏差を演算す
るピッチング偏差演算手段５と、このピッチング偏差演
算手段５の出力値に基づいてエレクタ本体のアクチュエ
ータ３３に組立セグメントの姿勢補正を指令する補正指
令手段６とを備えたことを特徴とする。

【００１０】同様の目的を達成するために請求項２記載
の発明は、図２に示すように、エレクタ本体のセグメン
ト把持部３４上のトンネル掘進方向における前後２箇所
の検出点から組み立てられた既設セグメントの内周面ま
での距離をそれぞれ検出するこきができる第１および第
２の距離検出手段１−１，１−２と、この第１および第
２の距離検出手段１−１，１−２により検出されたそれ
ぞれの距離の差と前後２箇所の検出点間のトンネル掘進
方向の距離からエレクタ本体に把持された組立セグメン
トの既設セグメントに対するピッチング偏差を演算する
ピッチング偏差演算手段５と、このピッチング偏差演算
手段５の出力値に基づいてエレクタ本体のアクチュエタ
ー３３に組立セグメントの姿勢補正を指令する補正指令
手段６とを備えたこと特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明では、エレクタ本体により
組立セグメントが組立位置近傍に位置決めされた際、第
１の検出指令手段２の指令により距離検出手段１がセグ
メント把持部３４上の検出点から既設セグメント内周面
までの１回目の距離検出を行う。次に、移動指令手段３
の指令によりセグメント把持部３４とともに検出点がト
ンネル掘進方向に所定量移動させられ、その所定量移動
後に、第２の検出指令手段４の指令により距離検出手段
１がセグメント把持部３４上の検出点から既設セグメン
ト内周面までの２回目の距離検出を行う。ピッチング偏
差演算手段５は、１回目と２回目に検出された距離の差
と前記所定移動量から既設セグメントに対する組立セグ
メントのピッチング偏差を演算し、補正指令手段６は、
この演算をされたピッチング偏差に基づいて組立セグメ
ントの姿勢補正を指令する。

【００１２】請求項２記載の発明では、エレクタ本体に
より組立セグメントが組立位置近傍に位置決めされた
際、第１および第２の距離検出手段１−１，１−２がセ
グメント把持部３４上のトンネル掘進方向における前後
２箇所の検出点から既設セグメント内周面までのそれぞ
れの距離を検出する。ピッチング偏差演算手段５は、こ
の第１および第２の距離検出手段１−１，１−２により
検出された距離と前後検出点間のトンネル掘進方向の距
離から既設セグメントに対する組立セグメントのピッチ
ング偏差を演算し、補正指令手段６は、この演算された
ピッチング偏差に基づいて組立セグメントの姿勢補正を
指令する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００１４】図３〜図７に示すように、セグメント自動
組立に用いるエレクタ本体１２は、円筒状をしたシール
ド本体１１の後部に設置される。このエレクタ本体１２
は、大別して、旋回機構であるエレクタリング１３と旋
回モータ１６、押付機構である吊りビーム２１と押付ジ
ャッキ２２、左右摺動機構である横スライドフレーム２
４と横スライドジャッキ２５、前後摺動機構である前後
スライドフレーム２７と前後スライドジャッキ２８、ピ
ッチング、ローリング、ヨーイング等の姿勢制御機構で
ある球面フレーム２９と姿勢制御ジャッキ３１，３２，
３３およびセグメント把持部３４からなっている。

【００１５】エレクタリング１３は、シールド本体１１
の内周数箇所に設置された外周ガイドローラ１４と側面
ガイドローラ１５により支持され、シールド本体１１に
取り付けられた旋回モータ１６によりピニオン１７とリ
ングギヤ１８を介して旋回駆動される。これに伴いエレ
クタリング１３上に支持された以下の各部も同時に左右
旋回させられる。

【００１６】エレクタリング１３の左右のアーム１９に
ガイドロッド２０を介して支持された吊りビーム２１
は、アーム１９との間に取り付けられた押付ジャッキ２
２の伸縮によりＺ軸方向（エレクタリング１３の径方
向）に移動させられ、これに伴い吊りビーム２１上に指
示された以下の各部の同方向に移動する。

【００１７】吊りビーム２１にリニアベアリング２３を
介して指示された横スライドフレーム２４は、吊りビー
ム２１との間に取り付けられた横スライドジャッキ２５
の伸縮により吊りビーム２１上をＹ軸方向に横スライド
させられ、これに伴い横スライドフレーム２４に指示さ
れた以下の各部も動方向に移動する。

【００１８】横スライドフレーム２４にリニアベアリン
グ２６を介して支持された前後スライドフレーム２７
は、横スライドフレーム２４との間に取り付けられた前
後スライドジャッキ２８の伸縮により横スライドフレー
ム２４上をＸ軸方向（シールド本体１の軸方向）に摺動
させられ、これに伴い前後スライドフレーム２７上に支
持された以下の各部も同方向に移動する。

【００１９】前後スライドフレーム２７の球面ガイド部
２７ａに組み込まれた球面フレーム２９は、前後スライ
ドフレーム２７との間に取り付けられた２本の姿勢制御
用ジャッキ３１，３２の伸縮により次のような動きをす
る。図６において、２本のジャッキ３１，３２を同時に
伸長または収縮させた場合、球面フレーム２９は球面中
心Ｇを含むＸ軸の周りに傾けられ、この動きはセグメン
ト把持部３４のローリング制御に用いられる。またジャ
ッキ３１，３２のいずれか一方を伸ばし、他方を縮めた
場合は、球面フレーム２９は球面中心Ｇを含むＺ軸の周
りに左右旋回させられ、この動きはセグメント把持部３
４のヨーイング制御に用いられる。

【００２０】球面フレーム２９の中心軸３０に吊り下げ
られたセグメントに把持部３４は、球面フレーム２９と
の間に取り付けられた姿勢制御用ジャッキ３３の伸縮に
よりＹ軸方向に沿った中心軸３０の周りに傾けられ、こ
の動きはセグメント把持部３４ピッチング制御に用いら
れる。

【００２１】セグメント把持部３４としては組立セグメ
ント４２のグラウト穴４２ａにねじ込まれるねじ軸３５
を用いた例を示してあり、ねじ軸３５に回転および送り
を与えるための駆動モータおよび昇降ジャッキ（図示せ
ず）がセグメント把持部３４に内蔵されている。

【００２２】エレクタ本体１２は以上のように構成さ
れ、把持した組立セグメント４２を旋回モータ１６およ
びジャッキ２２，２５，２８，３１，３２，３３からな
る７軸のアクチュエータにより既設セグメント４１に合
せて組立位置に位置決めし、図示しないボルト締結装置
によって既設セグメント４１に組み付ける機能を有して
いる。

【００２３】図８は、本実施例において組立セグメント
の位置決めに用いる視覚装置と組立セグメント、既設セ
グメントの位置関係およびシステム構成を示したもので
ある。１２はエレクタ本体を模式的に表わしている。４
１ａ，４１ｂは前リングの組み立てられた既設セグメン
トを、４１ｃは既設セグメント４１ａ，４１ｂ間の継目
を、４２はエレクタ本体１２に把持され、既設セグメン
ト４１ａ，４１ｂと１面で接する状態に位置決めされる
組立セグメントをそれぞれ表わしている。４３ａ〜４３
ｃは投光器、４４ａ〜４４ｃは投光器４３ａ〜４３ｃと
ともに３組の視覚装置を構成するテレビカメラであり、
これら投光器とテレビカメラは、エレクタ本体１２の図
示されていないセグメント把持部３４に剛体１２ａ〜１
２ｃを介して固定されている。したがって、投光器４３
ａ〜４３ｃ、テレビカメラ４４ａ〜４４ｃとセグメント
把持部３４および組立セグメント４２の相対的な位置、
姿勢はエレクタの動きによらず、把持中は一定である。

【００２４】投光器４３ａは既設セグメント４１ａ，４
１ｂの内周面上にトンネル周方向に沿ったスリット光
を、投光器４３ｂ，４３ｃは既設セグメント４１ａ，４
１ｂと組立セグメント４２のトンネル軸方向境界部の２
箇所にトンネル軸方向に沿ったスリット光をそれぞれ照
射できるように配置されており、これらスリット光がつ
くる反射光像（以下、光切断像と記す）４５ａ〜４５ｃ
は、テレビカメラ４４ａ〜４４ｃによりそれぞれ撮像さ
れる。４６ａ〜４６ｃはテレビカメラ４４ａ〜４４ｃの
視野を表わしている。

【００２５】これらのテレビカメラ４４ａ〜４４ｃから
の画像データは、カメラ切換器４７と画像入力装置４８
を介して画像メモリ４９に取り込まれる。５０は画像メ
モリ４９に格納された画像データを処理して光切断像の
端点座標を求める画像処理装置、５１は求められた光切
断像の端点座標値による組立セグメントと既設セグメン
トの相対的な位置・姿勢偏差の演算、この演算された位
置・姿勢偏差もしくは外部から入力された数値データに
基づくエレクタ本体の目標位置、姿勢の演算およびアク
チュエータ指令値の演算を行い、その指令値をサーボ制
御装置５２へ出力する本体制御装置であり、サーボ制御
装置５２はその指令値に従って旋回モータ１６を含む各
アクチュエータを制御する。

【００２６】以下、組立セグメントを１面が既設セグメ
ントに接するように位置決めする場合の制御手順につい
て説明する。図９は本体制御装置５１の大まかな制御手
順を示したもので、制御は大きく分けて４つの手順から
なっている。

【００２７】まず、部９における手順１００の粗位置決
めの制御について図１０，図１１を用いて説明する。一
次粗位置決め制御の詳細な手順を図１０に示す。手順１
０１の粗位置演算において、設定時のセグメント位置・
姿勢データ、もしくは既設セグメントの位置・姿勢計測
結果から組立セグメントが最終的に位置決めされるであ
ろう目標位置を演算し、この目標位置を基について、図
８に示す既設セグメント４１ａ，４１ｂ上の光切断像が
カメラ視野４６ａ〜４６ｃに入り、かつ組立セグメント
４２と既設セグメント４１ａ，４１ｂが接触しないエレ
クタ目標位置・姿勢（以下、粗位置と託す）を演算す
る。この粗位置は、エレクタ本体の旋回角度と後述する
エレクタ座標系で表わされる。

【００２８】図１１は絶対座標系とエレクタ座標系と手
先座標系の位置関係を示したもので、絶対座標系（Ｘ
ｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）のＸｒ軸とエレクタ座標系（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）のＸ軸とは、エレクタ本体１２の旋回中心軸と重な
っており、手先座標系（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）の原点は組
立セグメント４２のグラウト穴４２ａの中心線上で、か
つ、組立セグメント４２の厚みを二等分する点（以下、
セグメント中心と記す）に位置している。

【００２９】手順１０２のアクチュエータ指令値演算で
は、先に演算した粗位置から旋回モータ１６を含む７軸
全てのアクチュエータの目標値を演算する。そして、手
順１０３のアクチュエータ制御では、演算された目標値
をサーボ制御装置５２へ出力し、サーボ制御装置５２が
アクチュエータを制御し終えるのを持つ。

【００３０】次に、図９における手順２００の周方向位
置決め制御について説明する。

【００３１】図１２は周方向位置決め制御の手順を示す
図、図１３はその制御内容を説明するための図、図１４
は図１３におけるカメラ画像の拡大図、図１５は既設セ
グメントの継目部の詳細図、図１６は粗位置決め制御終
了時の手先座標と周方向位置決め制御終了時の手先座標
の位置関係を示す図である。

【００３２】粗位置決め制御終了時には、組立セグメン
ト４２は最終的に既設セグメント４１ａ，４１ｂに対し
て千鳥形配置となるように粗位置決めされており、図１
３に示すように既設セグメントに継目４１ｃをテレビカ
メラ４４ａの視野にとらえることができる。そこで、図
１２に示す手順２０１の周方向偏差検出・演算では、投
光器４３ａから継目４１ｃと交差するようにスリット光
を照射し、そのスリット光がつくる光切断像４５ａをテ
レビカメラ４４ａで撮像する。そして、このカメラ４４
ａの映像をカメラ切換器４７で選択し、画像入力装置４
８を介して画像メモリ４９に取り込む。ここで、図１５
に示すように既設セグメント４１ａ、４１ｂの継目部４
１ｃには止水用のシール財６０が張り付けられているた
め、ボルト締結をしても僅かな隙間が残る。このため、
光切断像４５ａは図１４に拡大して示すように継目部４
１ｃで不連続な形状となっている。この画像メモリ４９
に格納された画像データを画像処理装置５０で処理し
て、画像座標系（ｘｖ，ｙｖ）に対する光切断像４５ａ
の端点Ａ，Ａ′の座標値を求め、そのｙｖ座標値を平均
して継目４１ｃの中央位置を算出する。端点Ａ，Ａ′の
座標をそれぞれ（ａ１，ａ２），（ａ３，ａ４）とし、
継目４１ｃの中央位置のｙｖ座標をａ５とすると、 ａ５＝（ａ２＋ａ４）／２ （１） となる。したがって、組立セグメント４２が既設セグメ
ント４１ａ，４１ｂに対して正確に位置決めされた際の
継目中央位置のｙｖ座標値をａ５′とすると、周方向偏
差ｅｄｙ、補正量ｄｙ１は次式により求められる。

【００３３】ｅｄｙ＝（ａ５′−ａ５）・ｋｙ （２） ｄｙ１＝−ｅｄｙ （３） ただし、ｋｙは画像データをmm単位の数値に変換するた
めの比例定数である。

【００３４】ここで、セグメントと円筒状に組み立てら
れるので、セグメント把持部４３をｄｙ方向に移動させ
ただけでは、図１１に示すｄｚ方向の並進偏差とδｘ方
向の回転偏差が生じる。そこで、演算されたｄｙ１を基
にして、セグメント把持部３４を円筒面に沿って移動さ
れるようにｄｚ、δｘ方向の補正を行う、その補正方法
を図１６に示す。同図において、エレクタ本体の旋回中
心軸から既設セグメントの継目４１ｃまでの距離をＲと
すると、Ｒ＞＞ｄｙ１であることから、補正量ｄｚ１，
δｘ１は次式で求められる。

【００３５】ｄｚ１＝ｄｙ１・δｘ１ （４） δｘ１＝−ｄｙ１／Ｒ（ラジアン） （５） 次に、手順２０２で、この演算した補正量ｄｙ１が所定
のしきい値未満に納まっているかどうかを判断し、しき
い値以上であれば、手順２０３で、ｄｙ１を零とするた
めのエレクタ目標位置・姿勢を演算する。エレクタ目標
位置・姿勢は手先座標をエレクタ座標系で表わしたもの
で、旋回モータ１６を除く全アクチュエータの現在のス
トロークと補正量から算出される。

【００３６】さらに、手順２０４で、演算されたエレク
タ目標位置・姿勢と粗位置決め制御で求めた粗位置にお
ける旋回角度から各アクチュエータの目標ストロークを
演算し、これをアクチュエータ指令値とする。そして、
手順２０５のアクチュエータ制御では、この演算された
アクチュエータ指令値をサーボ制御装置５２へ出力し、
サーボ制御装置５２が各アクチュエータを制御し終える
のを待つ。アクチュエータを制御を終了した後、手順２
０１に戻り、ｄｙ１がしきい値未満になるまで制御を繰
り返す。ｄｙ１がしきい値未満であれば、周方向位置決
め制御を終了する。

【００３７】次に、図９における手順３００のピッチン
グ制御について説明する。

【００３８】図１７および図１８はピッチング制御の詳
細な手順を示す図、図１９はその制御内容を説明するた
めの図、図２０は図１９におけるカメラ画像の拡大図、
図２１はピッチング偏差演算の説明図である。

【００３９】図１７に示す手順３０１の１回目距離検出
では、周方向位置決め制御が終了した位置において投光
器４３ａからスリット光を照射し、そのスリット光がつ
くる光切断像４５ａをテレビカメラ４４ａで撮像する。
このときの投光器４３ａとテレビカメラ４４ａの位置を
図１９では破線４３ａ′，４４ａ′で示しており、この
破線４４a ′で示すカメラ位置を検出点Ｉとする。この
とき、テレビカメラ４４ａに映る画像をカメラ切換器４
７で選択し、画像メモリ４８に取り込む。その画像を図
２０の（ａ）に拡大して示す。この画像メモリ４８に格
納された画像データを画像処理装置５０で処理して、画
像座標系（ｘｖ，ｙｖ）に対する光切断像４５ａの端点
Ａ、Ａ′の座標値を求める。図２０の（ａ）に示すよう
に端点Ａ，Ａ′の座標をそれぞれ（ａ６，ａ７），（ａ
８，ａ９）とし、継目４１ｃの中央位置のｘｖ方向座標
をａ１０とすると、 ａ１０＝（ａ６＋ａ８）／２ （６） となる。

【００４０】ここで、投光器４３ａからのスリット光は
テレビカメラ４４ａの中心軸に対しある入射角をもって
照射されるため、継目４１ｃの中央位置のｘｖ方向座標
はテレビカメラ４４ａから既設セグメントの継目４１ｃ
までの距離に応じて変化する。したがって、組立セグメ
ント４２を既設セグメント４１ａ，４１ｂに対して正確
に位置決めした際の光切断像の中央位置のｘｖ方向座標
のａ１０′とすると、検出点Ｉにおけるテレビカメラ４
４ａから継目４１ｃまでの距離ｈ１は次式により算出さ
れる。

【００４１】 ｈ１＝（ａ１０′−ａ１０）・ｋｚ＋ｋｈ （７） ただし、ｋｚは画像データをmm単位の数値に変換するた
めの比例定数である。また、ｋｈは定数で、実験的に求
められる値である。

【００４２】次に、手順３０２の前後移動量読み込みに
おいて、あらかじめ設定した前後移動量Ｌを読み込み、
手順３０３のアクチュエータ指令値演算において、セグ
メント把持部３４とともに検出点をトンネル掘進方向に
所定移動量Ｌだけ移動させるために必要なアクチュエー
タ指令値を演算する。そして、手順３０４のアクチュエ
ータ制御において、この演算されたアクチュエータ指令
値をサーボ制御装置５２へ出力し、アクチュエータ（前
後スライドジャッキ２８）の制御する。これは前進の粗
位置決め制御における制御と同じなので、詳しい説明は
省略する。

【００４３】図１９では、この移動後の状態を実線で示
しており、このときのテレビカメラ４４ａの位置を検出
点ＩＩとする。手順３０５の２回目距離検出では、この
検出点ＩＩにおいて１回目距離検出と同様の方法により
テレビカメラ４４ａから既設セグメントの継目４１ｃま
での距離を検出する。図２０の（ｂ）に示すように検出
点ＩＩにおける光切断像４５ａの端点Ａ，Ａ′の座標を
それぞれ（ａ１１，ａ１２），（ａ１３，ａ１４）と
し、継目４１ｃの中央位置のｘｖ方向座標ａ１５とする
と、 ａ＝１５＝（ａ１１＋ａ１３）／２ （８） となる。この座標値ａ１５を組立セグメント４２が既設
セグメント４１ａ，４１ｂに対して正確に位置決めされ
た際の中央位置のｘｖ方向座標ａ１０′から減算し、検
出点ＩＩにおけるテレビカメラ４４ａから継目４１ｃま
での距離ｈ２を算出する。

【００４４】 ｈ２＝（ａ１０′−ａ１５）・ｋｚ＋ｋｈ （９） 手順３０６のピッチング偏差演算では、図２１に示す関
係から、検出された距離ｈ１，ｈ２と所定移動量Ｌを用
いてセグメント把持部３４の既設セグメント４１ａ，４
１ｂに対するピッチング偏差をｅδｙを次式により演算
する。

【００４５】ｅδｙ＝（ｈ１−ｈ２）／Ｌ （１０） したがって、ピッチング補正量δｙ２は δｙ２＝−ｅδｙ （１１） となる。

【００４６】次に、手順３０７において、演算したピッ
チング補正量δｙ２が所定のしきい値未満に納まってい
るかどうかを判断し、しきい値以上であれば、手順３０
８のエレクタ目標位置、姿勢演算、手順３０９のアクチ
ュエータ指令値演算を行い、手順３１０のアクチュエー
タ制御において、演算されたアクチュエータ指令値をサ
ーボ制御装置５２へ出力し、アクチュエータ（ピッチン
グ制御用ジャッキ３３）を制御する。これら一連の制御
は前述の周方向位置決め制御と同じなので、詳しい説明
省略する。ピッチングの補正を行った後、図１８に示す
手順３１１の粗位置読み込みにおいて、前述の粗位置決
め制御において演算した前後方向の粗位置を読み込み、
手淳３１２のアクチュエータ指令値演算において、この
粗位置からアクチュエータ指令値を演算する。そして手
順３１３のアクチュエータ制御において、アクチェエー
タ（前後スライドジャッキ２８）を制御する。その結
果、セグメント把持部３４は既設セグメント４１ａ，４
１ｂに対して粗位置決め制御を行った直後とほぼ同じ距
離に位置する。これらの一連の制御は粗位置決め制御と
同じである。

【００４７】ピッチング補正量δｙ２がしきい値未満で
あれば、手順３０８〜３１０をとばし、手順３１１〜３
１３を行う。手順３１３のアクチュエータ制御が終った
後、手順３１４においてピッチング補正の確認の要否を
判断し、ピッチング補正を行った場合は確認要として手
順３０１に戻り、ピッチング補正量δｙ２がしきい値未
満になるまで制御を繰り返す。δｙ２がしきい値未満で
あれば、ピッチング制御を終了する。

【００４８】次に、図９における手順４００の微位置決
め制御について説明する。図２２は微位置決め制御の手
順を示す図、図２３はその制御内容を説明するための
図、図２４は図２３におけるカメラ画像の拡大図であ
る。図２２に示す順４０１の微位置決め用偏差検出・演
算では、投光器４３ａ〜４３ｃからスリット光を照射
し、これらのスリット光がつくる光切断像４５ａ〜４５
ｃをテレビカメラ４４ａ〜４４ｃを用いて撮像する。そ
して、テレビカメラ４４ａ〜４４ｃの映像をカメラ切換
器４７により順次切り換えて画像メモリ４８に取り込
む。この画像メモリ４８に格納された画像データを画像
処理装置５０で処理して、光切断像４５ａ〜４５ｃの端
点Ａ，Ａ′〜Ｃ，Ｃ′の座標値を求める。図２４に示す
ように、端点Ａ，Ａ′〜Ｃ〜Ｃ′の座標をそれぞれ（ａ
１６，ａ１７），（ａ１８，ａ１９），（ａ２０，ａ２
１），（ａ２２，ａ２３），（ａ２４，ａ２５），（ａ
２６，ａ２７）とすると、図２４の（ｂ），（ｃ）から
組立セグメント４２と既設セグメント４１ａ，４１ｂと
の段差ｅｄｚｂ，ｅｄｚｃは次式により求められる。

【００４９】ｅｄｚｂ＝（ａ２１−ａ２３）・ｋｚ ｅｄｚｃ＝（ａ２５−ａ２７）・ｋｚ （１２） また、隙間ｅｄｘｂ，ｅｄｘｃは次式により求められ
る。

【００５０】ｅｄｘｂ＝（ａ２０−ａ２２）・ｋｘ ｅｄｘｃ＝（ａ２４−ａ２６）・ｋｘ （１３） ただし、ｋｘは画像データをmm単位の数値に変換するた
めの比例定数である。

【００５１】一方、図２４の（ａ）からカメラ４４ａ近
傍での周方向偏差ｅｄｙ′が次式により求められる。

【００５２】 ｅｄｙ′＝｛ａ５′−（ａ１７＋ａ１９）／２｝・ｋｙ （１４） ここで、図２３に示すように、投光器４３ｂ・４３ｃの
スリット光がつくる組立セグメント４２上の光切断像間
の距離をＬ１、投光器４３ｂがつくる組立セグメント４
２上の光切断像の座標（ａ２０，ａ２１）で表わされる
端点から、投光器４３ａのスリット光がつくる既設セグ
メント４１ａ，４１ｂ上の光切断像までのＸ軸方向の距
離をＬ２とすると、組立セグメント４２のセグメント中
心における既設セグメント４１ａ，４１ｂとのピッチン
グを除く位置・姿勢偏差は次式により求められる。

【００５３】 ｅｄｘ＝（ｅｄｘｂ＋ｅｄｘｃ）／２ （１５） ｅｄｚ＝（ｅｄｚｂ＋ｅｄｚｃ）／２ ｅδｘ＝（ｅｄｚｂ−ｅｄｚｃ）／Ｌ１ ｅδｚ＝（ｅｄｘｂ−ｅｄｘｃ）／Ｌ１ ｅｄｙ＝ｅｄｙ′−ｅδｚ・Ｌ２ （１６） したがって、補正量は ｄｘ３＝−ｅｄｘ ｄｙ３＝−ｅｄｙ ｄｚ３＝−ｅｄｚ δｘ３＝−ｅδｘ δｚ３＝−ｅδｚ （１７） となる。

【００５４】次に、手順４０２において、演算した補正
量ｄｘ３〜δｚ３が所定のしきい値未満に納まっている
かどうかを判断し、しきい値以上であれば、手順４０３
のエレクタ目標位置・姿勢演算・手順４０４のアクチュ
エータ指令値演算、手順４０５のアクチュエータ制御を
行う。これら一連の制御は周方向位置決め制御と同じな
ので、詳しい説明は省略する。アクチュエータ制御を終
えた後、手順４０１に戻り、補正量がしきい値未満に納
まるまで制御を繰り返す。以上の微位置決め制御により
組立セグメント４２を最終的に位置決めすることができ
る。

【００５５】上記実施例では、ピッチング偏差を検出す
る際、セグメント把持部３４とともに検出点をトンネル
掘進方向に所定量移動させ、その移動前と移動後の２
回、テレビカメラ４４ａから既設セグメントの継目４１
ｃまでの距離検出を行っているが、図１９に示す剛体１
２ａ上のトンネル掘進方向における前後２箇所に投光器
とテレビカメラからなる視覚装置を設けることにより、
検出点を移動させなくても前後２箇所での距離検出がで
きることは明らかである。

【００５６】また、上記実施例はスリット光によりつく
られる既設セグメント上の光切断像から距離検出を行う
例であるが、距離検出手段としては他の接触式もしくは
非接触式の距離計を用いてもよい。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、セグメント把持部上の
検出点から既設セグメント内周面までの距離をトンネル
掘進方向における前後２箇所で検出し、その距離差から
ピッチング偏差を演算するため、特に１リングを組み立
てる際、最初に既設セグメントと１面で接する状態に組
み付けられるセグメントに関しても、既設セグメントに
対するピッチング偏差を精度良く検出することができ
る。また、検出された偏差に基づいてエレクタ本体を補
正動作させた後、再度の偏差検出によりどれだけ偏差量
が小さくなったかを確認できるので、その偏差量に応じ
て再度エレクタ本体を補正動作させることにより、偏差
量を順次小さくしていくことができる。したがって、最
終位置決め状態でのピッチング偏差を小さくすることが
でき、セグメント組立精度が向上するという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す概要図で、請求項１に対応
するものである。

【図２】本発明の構成を示す概要図で、請求項２に対応
するものである。

【図３】ピッチング偏差の説明図である。

【図４】セグメントの自動組立に用いるエレクタ本体の
一部切断した正面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。

【図６】図４のＶＩ−ＶＩ断面図である。

【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。

【図８】本発明の一実施例におけるセグメント位置決め
用視覚装置と組立セグメント、既設セグメントの位置関
係およびシステム構成を示す図である。

【図９】本体制御装置５１の大まかな制御手順を示す図
である。

【図１０】粗位置決め制御の詳細な手順を示す図であ
る。

【図１１】絶対座標系とエレクタ座標系と手先座標系の
位置関係を示す図である。

【図１２】周方向位置決め制御の詳細な手順を示す図で
ある。

【図１３】周方向位置決め制御の制御内容の説明図であ
る。

【図１４】図１３におけるカメラ画像の拡大図である。

【図１５】既設セグメントの継目部の詳細図である。

【図１６】粗位置決め制御終了時の手先座標と周方向位
置決め制御終了時の手先座標の位置関係を示す図であ
る。

【図１７】ピッチング制御の詳細な手順（その１）を示
す図である。

【図１８】ピッチング制御の詳細な手順（その２）を示
す図である。

【図１９】ピッチング制御の制御内容の説明図である。

【図２０】図１９におけるカメラ画像の拡大図で、
（ａ）は検出点Ｉにおけるカメラ画像、（ｂ）は検出点
ＩＩにおけるカメラ画像である。

【図２１】ピッチング偏差演算の説明図である。

【図２２】微位置決め制御の詳細な手順を示す図であ
る。

【図２３】微位置決め制御の制御内容の説明図である。

【図２４】図２３におけるカメラ画像の拡大図で、
（ａ）はカメラ４４ａの画像、（ｂ）はカメラ４４ｂの
画像、（ｃ）はカメラ４４ｃの画像である。

【符号の説明】

１…距離検出手段、１−１…第１の距離検出手段、１−
２…第２の距離検出手段、２…第１の検出指令手段、３
…移動指令手段、４…第２の検出指令手段、５…ピッチ
ング偏差演算手段、６…補正指令手段、１２…エレクタ
本体、２８…前後スライドジャッキ、３３…ピッチング
制御用ジャッキ、３４…セグメント把持部、４１ａ，４
１ｂ…既設セグメント、４１ｃ…継目、４２…組立セグ
メント、４３ａ…距離検出用投光器、４４ａ…距離検出
用テレビカメラ、４７…カメラ切換器、４８…画像入力
装置、４９…画像メモリ、５０…画像処理装置、５１…
本体制御装置、５２…サーボ制御装置、３０１…第１の
検出指令手段２に対応する制御手順、３０２〜３０４…
移動指令手段３に対応する制御手段、３０５…第２の検
出指令手段４に対応する制御手順、３０６…ピッチング
偏差演算手段５に対応する制御手段、３０８〜３１０…
補正指令手段６に対応する制御手順。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 泰雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 東海林 宏明 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 渡邊 洋 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 小澤 肇 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 服部 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機内に搬入された組立セグ
   メントを把持して組立位置に位置決めするセグメント自
   動組立装置において、エレクタ本体のセグメント把持部
   上に位置する検出点から組み立てられた既設セグメント
   の内周面までの距離を検出することができる距離検出手
   段と、この距離検出手段に１回目の距離検出を指令する
   第１の検出指令手段と、１回目の距離検出後、セグメン
   ト把持部とともに検出点をトンネル掘進方向に所定量だ
   け移動させるようにエレクタ本体のアクチュエータに指
   令する移動指令手段と、検出点の所定量移動後、前記距
   離検出手段に２回目の距離検出を指令する第２の検出指
   令手段と、１回目と２回目に検出された距離の差と前記
   所定移動量からエレクタ本体に把持された組立セグメン
   トの既設セグメントに対するトンネル円周接線方向軸周
   りの姿勢偏差（以下、ピッチング偏差と記す）を演算す
   るピッチング偏差演算手段と、このピッチング偏差演算
   手段の出力値に基づいてエレクタ本体のアクチュエータ
   に組立セグメントの姿勢補正を指令する補正指令手段と
   を備えたことを特徴とするセグメント自動組立装置。
2. 【請求項２】 シールド掘進機内に搬入された組立セグ
   メントを把持して組立位置に位置決めするセグメント自
   動組立装置において、エレクタ本体のセグメント把持部
   上のトンネル掘進方向における前後２箇所の検出点から
   組み立てられた既設セグメントの内周面までの距離をそ
   れぞれ検出することができる第１および第２の距離検出
   手段と、この第１および第２の距離検出手段により検出
   されたそれぞれの距離の差と前後２箇所の検出点間のト
   ンネル掘進方向の距離からエレクタ本体に把持された組
   立セグメントの既設セグメントに対るすピッチング偏差
   を演算するピッチング偏差演算手段と、このピッチング
   偏差演算手段の出力値に基づいてエレクタ本体のアクチ
   ュエータに組立セグメントの姿勢補正を指令する補正指
   令手段を備えたことを特徴とするセグメント自動組立装
   置。