JPH06299798A - セグメント組立位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールド掘進機内に設置したエレクタにより
組立セグメントを所定の組立位置近傍に粗位置決めした
後、組立・既設セグメント間の段差・隙間をなくするよ
うに微位置決めするセグメント組立位置決め方法におい
て、組立セグメントをエレクタの位置決め誤差の範囲内
で既設セグメントにより近付けて粗位置決めし、その後
の微位置決めを支障なく行えるようにする。 【構成】 既設セグメント４１ｃの微位置決め後の位置
・姿勢と設計位置・姿勢との差を求めておき、同セグメ
ントとトンネル周方向に隣接する組立セグメント４２の
設計位置・姿勢に前記差と余裕代とを加算したものを目
標位置・姿勢としてエレクタを位置決め制御し、組立セ
グメント４２を粗位置決めする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル覆工用セグメ
ントの組立を自動化するためのセグメント組立位置決め
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド工事でセグメントの自動組立を
行う場合、組立セグメントを既設セグメントに倣って位
置決めする先行技術の一つとして、特開平４−２１３６
９９に開示されたものがある。この先行技術は、エレク
タ上に設置された３組の投光器とテレビカメラからなる
視覚センサを用い、図８に示すように、投光器からの３
本のスリット光を所定の組立位置近傍に粗位置決めされ
た組立セグメント４２と既設セグメント４１ａ〜４１ｃ
のトンネル周方向に沿った境界部の２箇所とトンネル軸
方向に沿った境界部の１箇所に照射することによって生
じたスリット光像Ａ，Ａ′，Ｂ，Ｂ′，Ｃ，Ｃ′をそれ
ぞれテレビカメラで撮像し、これらテレビカメラからの
画像データを処理して得られた各スリット光像の端点
ａ，ａ′，ｂ，ｂ′，ｃ，ｃ′の座標値から前記３箇所
の段差・隙間を検出し、その段差・隙間をなくするよう
にエレクタを位置決め制御することにより、組立セグメ
ント４２を所定の組立位置に微位置決めしようとするも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記先行技術におい
て、組立セグメントの粗位置決めは、組立セグメントの
設計位置・姿勢もしくは既設セグメントリングの位置・
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・姿勢を予測演算し、この目標位
置・姿勢を基にして図８に示す組立セグメント４２およ
び既設セグメント４１ａ〜４１ｃ上のスリット光像Ａ，
Ａ′，Ｂ，Ｂ′，Ｃ，Ｃ′が視覚センサのカメラ視野４
６ａ〜４６ｃに入り、かつ組立セグメント４２と既設セ
グメント４１ａ〜４１ｃが接触することのない組立セグ
メントの位置・姿勢（以下、粗位置という）を求め、こ
の粗位置に組立セグメント４２を移動させるようにエレ
クタを位置決め制御することによって行われる。

【０００４】しかしながら、シールド掘進機と既設セグ
メントリングとはシールドジャッキを介して相互に押し
合っているだけで固定されてはいない。このため、１リ
ング分の掘進を終えて次のリングのセグメント組立を行
うまでにシールド掘進機と既設セグメントリングの相対
位置・姿勢が変化する。セグメント組立用のエレクタは
シールド掘進機内のある固定点を基準にして並進・回転
動作をするので、シールド掘進機と既設セグメントリン
グの相対位置・姿勢が変化すると、エレクタと既設セグ
メントリングの相対位置・姿勢も変化してしまう。した
がって、仮りに組立セグメントを設計位置・姿勢に移動
させるようにエレクタに指令しても、組立セグメント４
２を既設セグメント４１ａ〜４１ｃに正確に倣わせるこ
とはできず、組立・既設セグメント間の段差・隙間は経
験的に最大６０ｍｍにもなる。

【０００５】セグメント同士の結合はボルト・ナット締
結によるのが一般的であるが、ボルトとボルト穴との隙
間は最大３ｍｍ程度なので、組立・既設セグメント間の
段差・隙間が最終的に±１ｍｍ以内になるようにエレク
タを位置決め制御しないと、ボルト・ナット締結ができ
ない。ここで、一般的に位置決め制御をするためには、
最終目標とする位置決め誤差の１／１０の分解能を持つ
動作機構部と同じ分解能を持つ検出部とが必要とされて
いる。したがって、この場合、段差・隙間の検出に使用
する視覚センサには０．１ｍｍの分解能が必要である。
視覚センサに０．１ｍｍの分解能を持たせるために、視
覚センサに使用するテレビカメラ（ＣＣＤカメラ）の１
画素が０．１ｍｍに対応するように光学系を設計する
と、テレビカメラの画素数は縦・横各々４００〜５００
であるから、カメラ視野は最小４０ｍｍ角となる。この
ため、最悪の場合、図１３に示すように、組立セグメン
ト４２を粗位置決めした時の組立・既設セグメント間
（図１３では組立セグメント４２と既設セグメント４１
ｃの間）の隙間がカメラ視野を上回ることがあり、この
場合には隙間の検出ができないので、組立セグメントの
微位置決めが自動ではできなくなる。段差についても同
様で、この場合、視覚センサに使用するテレビカメラの
被写界深度は１００ｍｍ±３０ｍｍ程度に設計されてお
り、これ以上の被写界深度を持たせると、１００ｍｍ前
後での精度が著しく悪くなる。したがって、段差が±３
０ｍｍを超えると検出不能となり、組立セグメントの微
位置決めが自動ではできなくなる。

【０００６】以上は段差・隙間の検出に視覚センサを用
いた場合であるが、視覚センサ以外の距離センサを用い
て段差・隙間を検出する場合でも、距離センサの計測可
能範囲には限界があるので、上記と同様の問題が生じ
る。

【０００７】また、シールド機内複数箇所に設置された
シールドジャッキのストロークやテールクリアランスの
計測値などからシールド掘進機と既設セグメントリング
の相対位置・姿勢を求め、これを基にして組立セグメン
トの粗位置決めすべき位置・姿勢を演算する方法もある
が、この方法ではエレクタから見た既設セグメントリン
グ周方向の姿勢偏差を計測できないため、粗位置決めさ
れた組立セグメントと既設セグメントとの段差・隙間が
検出可能な範囲を超えることがあり、この場合には組立
セグメントを自動では微位置決めできない。

【０００８】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
で、その目的は、掘進に伴いエレクタと既設セグメント
リングの相対位置・姿勢が設計位置・姿勢に対して変化
しても、エレクタが有する位置決め誤差の範囲内で組立
セグメントを既設セグメントにより近付けて粗位置決め
し、組立セグメントの所定組立位置への微位置決めを支
障なく行えるようにすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、シールド掘進機内に設置されたエレクタに
より組立セグメントを所定の組立位置近傍に粗位置決め
した後、組立・既設セグメント間の段差・隙間をなくす
るように組立セグメントを微位置決めするセグメント組
立位置決め方法において、既設セグメントの微位置決め
後の位置・姿勢と同セグメントの設計位置・姿勢との差
を求めておき、同セグメントとトンネル周方向に隣接す
る組立セグメントの設計位置・姿勢に前記差と組立・既
設セグメントの衝突を避けるための余裕代とを加算した
ものを目標位置・姿勢としてエレクタを位置決め制御す
ることにより、組立セグメントを粗位置決めすることを
特徴とする。

【００１０】

【作用】セグメントの組立に際しては、大抵の場合、セ
グメントが設計通りの位置・姿勢に組み立てられること
はなく、エレクタと既設セグメントリングとの相対位置
・姿勢の変化分だけ組立セグメントの設計位置・姿勢と
その微位置決め後の位置・姿勢との間に差が生じる。こ
のため、本発明では、組立セグメントとトンネル周方向
に隣接する既設セグメントの微位置決め後の位置・姿勢
と同セグメントの設計位置・姿勢との差を求めておき、
その差を組立セグメントの設計位置・姿勢に粗位置補正
量として加算し、さらにエレクタが有する位置決め誤差
による組立・既設セグメントの衝突を避けるために必要
な余裕代を加算したものを目標位置・姿勢としてエレク
タを位置決め制御することにより、組立セグメントを粗
位置決めをしようとするものである。

【００１１】エレクタが有する位置決め誤差はエレクタ
リングの旋回角度によって異なるが、セグメント１〜２
ピース分の旋回角度の範囲内ではたかだか±１０ｍｍ程
度であるから、既設セグメントとの間に約２０ｍｍの余
裕を見込んで組立セグメントを粗位置決めすれば、組立
・既設セグメント間の段差・隙間を２０ｍｍ±１０ｍｍ
の範囲内に制御できる。これなら、視野４０ｍｍ角の視
覚センサでも、組立・既設双方のセグメントが視野から
逸脱することなく、段差・隙間を必ず検出でき、その段
差・隙間情報に基づいて組立セグメントの微位置決めを
支障なく行える。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００１３】図２〜図６に示すように、セグメント自動
組立に用いられるエレクタ本体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２４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２
８、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と姿勢制御用ジャッキ３
１，３２，３３およびセグメント把持部３４からなって
いる。

【００１４】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により案内され、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
ングギア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。

【００１５】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上に支
持された以下の各部も同方向に移動する。

【００１６】吊りビーム２１にリニアベアリング２３を
介して支持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軸方向に移動させら
れ、これに伴い横スライドフレーム２４上に支持された
以下の各部も同方向に移動する。

【００１７】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（シールド軸方向）に前後スライド
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。

【００１８】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４において、２本のジャッキ３１，３２を同時に
伸長または収縮された場合、球面フレーム２９は球面中
心Ｇを含むｘ軸の回りに傾けられ、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長させ、他方を収
縮させた場合は、球面フレーム２９は球面中心Ｇを含む
ｚ軸の回りに左右旋回させられ、この動きはセグメント
把持部３４のヨーイング制御に用いられる。

【００１９】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
り中心軸３０の回りに傾けられ、この動きはセグメント
把持部３４のピッチング制御に用いられる。

【００２０】セグメント把持部３４は、組立セグメント
４２のグラウト穴４３に合致する雄ねじが切られたねじ
軸３５を備えている。また、セグメント把持部３４に
は、ねじ軸３５を回転させる駆動モータ３６と、ねじ軸
３５を駆動モータ３６、軸受ブラケット３７と共に昇降
動作させる昇降ジャッキ３８が装備されており、図示し
ない位置決めセンサにより、エレクタ下に置かれた組立
セグメント４２のグラウト穴４３にねじ軸３５を心合わ
せした後、該ねじ軸３５を回転させながらセグメント４
２に向かって突き出し、グラウト穴４３へのねじ込み完
了後、セグメント４２がセグメント把持部３４の端面に
当たるまでねじ軸３５を引き戻すことにより、セグメン
ト４２を把持する。

【００２１】エレクタ本体は以上のように構成され、組
立セグメント４２を把持して最終的に所定の組立位置に
位置決めし、図示しないボルト締結装置により既設セグ
メント４１に組み付ける機能を有している。

【００２２】図７はセグメント位置決めに用いる段差・
隙間検出手段と組立・既設セグメントとの位置関係およ
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。４２は粗位置決めされた組
立セグメントを、４１ａ，４１ｂは組立セグメント４２
とトンネル軸方向に隣接する既設セグメントを、４１ｃ
は組立セグメント４２とトンネル周方向に隣接する既設
セグメントをそれぞれ表わしている。これら組立・既設
セグメント間の段差・隙間を検出するために、３組の投
光器４１ａ，４４ｂ，４４ｃとテレビカメラ４５ａ，４
５ｂ，４５ｃからなる視覚センサがエレクタ本体１２の
セグメント把持部３４に剛体（図示せず）を介して固定
されている。したがって、投光器４４ａ〜４４ｃ、テレ
ビカメラ４５ａ〜４５ｃと把持部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かか
わらず把持中は一定である。投光器４４ａ，４４ｂは組
立セグメント４２と既設セグメント４１ａ，４１ｂのト
ンネル周方向に沿った境界部の２箇所に、投光器４４ｃ
は組立セグメント４２と既設セグメント４１ｃのトンネ
ル軸方向に沿った境界部の１箇所にそれぞれスリット光
を照射し、各セグメント上に生じたスリット光像Ａ，
Ａ′Ｂ，Ｂ′，Ｃ，Ｃ′はテレビカメラ４５ａ〜４５ｃ
によりそれぞれ撮像される。図８において、４６ａ〜４
６ｃはテレビカメラ４５ａ〜４５ｃのカメラ視野を、４
７ａ〜４７ｃはテレビカメラ４５ａ〜４５ｃに映ったカ
メラ画像を示す。

【００２３】これらテレビカメラからの画像データはカ
メラ切換器４８と画像入力装置４９を介して画像メモリ
５０に取り込まれる。５１は画像メモリ５０に格納され
た画像データを処理してスリット光像の端点座標を求め
る画像処理装置、５２は画像処理装置５１で求められた
端点座標値または事前に入力された数値データを基にし
て後述する位置決め制御演算を行い、その結果を指令値
としてサーボ制御装置５３へ出力するエレクタ本体の制
御装置（以下、本体制御装置と記す）であり、サーボ制
御装置５３は、その指令に従ってエレクタ本体の旋回モ
ータ１６および油圧ジャッキ２２，２５，２８，３１，
３２，３３を含む７軸のアクチュエータを制御する。

【００２４】以下、組立セグメントを位置決めするため
の制御手順を図１および図９〜１２を用いて説明する。

【００２５】図９に示すように、本体制御装置５２で実
行される位置決め制御は、大きく分けて粗位置決め制御
１００、微位置決め制御２００および微位置決め後の位
置・姿勢データ記憶３００の３段階からなっている。

【００２６】まず、粗位置決め制御１００について説明
する。図１に粗位置決め制御の詳細な手順を示す。図１
の手順１０１において、組立セグメント４２とトンネル
周方向に隣接する既設セグメント４１ｃの微位置決め後
の位置・姿勢データが本体制御装置５２に記憶されてい
るか否かを判定する。この位置・姿勢データは、既設セ
グメント４１ｃの微位置決め後の位置・姿勢と同セグメ
ントの設計位置・姿勢との差を表わし、これについては
図９の手順３００において詳しく説明する。

【００２７】１リング中の最初に組み付けられるセグメ
ントの粗位置決めに際しては、トンネル周方向に隣接す
る既設セグメントがなく、したがつて既設セグメントの
微位置決め後の位置・姿勢データもないので、この場合
は手順１０３で粗位置演算を行う。この粗位置演算で
は、

【００２８】

【数１】

【００２９】と演算する。ここで、ｄｘ２〜ｄｚ２はそ
れぞれ図２に示すエレクタ座標系のｘ〜ｚ軸方向のエレ
クタ目標位置、δｘ２〜δｚ２はそれぞれｘ〜ｚ軸回り
のエレクタ目標姿勢である。エレクタ目標位置・姿勢と
はエレクタ本体のセグメント把持部３４の目標位置・姿
勢を意味し、把持中の組立セグメントの目標位置・姿勢
と同じである。ｄｘｄ２〜ｄｚｄ２はそれぞれｘ〜ｚ軸
方向の組立セグメントの設計位置、δｘｄ２〜δｚｄ２
はそれぞれｘ〜ｚ軸回りの組立セグメントの設計姿勢で
ある。ｄｘｋ〜ｄｚｋはそれぞれｘ〜ｚ軸方向の位置の
余裕代で、例えばこれを２０ｍｍとすると、組立セグメ
ント４２は既設セグメント４１ａ〜４１ｃに対し各方向
に２０ｍｍの余裕を見込んで粗位置決めされる。これに
より、粗位置決め時にセグメント同士の衝突が避けられ
る。δｘｋ〜δｚｋはそれぞれｘ〜ｚ軸回りの姿勢の余
裕代で、通常、これらには０を代入する。

【００３０】既設セグメント４１ｃの微位置決め後の位
置・姿勢データがあれば、手順１０２で粗位置補正演算
を行う。この粗位置補正演算では、

【００３１】

【数２】

【００３２】と演算する。ここで、ｄｘｃ〜δｚｃは既
設セグメント４１ｃの微位置決め後の位置・姿勢と同セ
グメントの設計位置・姿勢との差で、既設セグメント４
１ｃの微位置決め後の位置・姿勢データとして本体制御
装置５２に記憶されていた数値を代入する。θ１は既設
セグメント４１ｃを微位置決めした時のエレクタリング
１３の旋回角度、θ２は組立セグメント４２を粗位置決
めする時のエレクタリング１３の目標旋回角度、Δθは
セグメント１ピースの弧長に相当する旋回角度である。

【００３３】手順１０４のアクチュエータ指令値演算で
は、数１または数２により求めたエレクタ目標位置・姿
勢から旋回モータ１６を含む各アクチュエータの指令値
を演算し、手順１０５のアクチュエータ制御で、サーボ
制御装置５３へ指令値を出力し、サーボ制御装置５３が
アクチュエータを制御し終えるのを待つ。

【００３４】１リング中の最初に組み付けられるセグメ
ントについては、手順１０３の粗位置演算で既設セグメ
ントの微位置決め後の位置・姿勢データによる粗位置補
正がなされていないため、粗位置決め後、既設セグメン
トとの段差・隙間が視覚センサの視野を上回ることがあ
る。この場合は、段差・隙間が検出可能な位置まで手動
操作によりエレクタを駆動し、粗位置補正を行う。１リ
ング中の２番目以降に組み付けられるセグメントについ
ては、手順１０２の粗位置補正演算で既設セグメントの
微位置決め後の位置・姿勢データによる粗位置補正がな
されるため、図８に示すように組立セグメント４２およ
び隣接する既設セグメント４１ａ〜４１ｃ上のスリット
光像Ａ，Ａ′，Ｂ，Ｂ′，Ｃ，Ｃ′がすべてカメラ視野
４６ａ〜４６ｃに入り、かつ組立セグメント４２と既設
セグメント４１ａ〜４１ｃが接触することのない位置・
姿勢に自動で粗位置決めできる。

【００３５】次に、微位置決め制御２００について説明
する。図１０に微位置決め制御の詳細な手順を示す。先
に説明した粗位置決め制御において、組立セグメント４
２は図８に示す位置に粗位置決めされているものとす
る。この状態で抽出された前記３箇所のスリット光像
Ａ，Ａ′，Ｂ，Ｂ′，Ｃ，Ｃ′の端点座標ａ（ａｘ，ａ
ｙ），ａ′（ａｘ′，ａｙ′），ｂ（ｂｘ，ｂｙ），
ｂ′（ｂｘ′，ｂｙ′），ｃ（ｃｘ，ｃｙ），ｃ′（ｃ
ｘ′，ｃｙ′）を用いて、手順２０１の微位置決め用偏
差検出演算を行う。手順２０１では、これらの端点座標
値から組立・既設セグメント間の段差Δｚａ，Δｚｂ，
Δｚｃと隙間Δｘａ，Δｘｂ，Δｙｃが次式により算出
される。

【００３６】

【数３】

【００３７】ここで、ｋｘ，ｋｙ，ｋｚは画像データを
ｍｍ単位の数値に変換するための係数である。

【００３８】これらの段差・隙間を基にして組立セグメ
ント４２と既設セグメント４１ａ〜４１ｃとの位置・姿
勢偏差量を演算する。偏差量演算の簡単な例を次式に示
す。

【００３９】

【数４】

【００４０】ここで、ｅｄｘ，ｅｄｙ，ｅｄｚはそれぞ
れ図１１に示すｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の位置偏
差を、ｅδｘ，ｅδｙ，ｅδｚはそれぞれｘ軸回り、ｙ
軸回り、ｚ軸回りの姿勢偏差を表わす。また、Ｌｘａ，
Ｌｘｃ，Ｌｙａ，Ｌｙｂは、図１１に示すように、組立
セグメント４２の中心ｏから組立セグメント上のスリッ
ト光像Ａ，Ｂ，Ｃの各端点ａ，ｂ，ｃまでのｘ軸方向お
よびｙ軸方向の距離を表わしている。

【００４１】これらの偏差量から位置・姿勢の補正量ｄ
ｘ，ｄｙ，ｄｚ，δｘ，δｙ，δｚが次式により求めら
れる。

【００４２】

【数５】

【００４３】手順２０２では、先に求めた補正量をしき
い値と比較し、しきい値以内であれば、位置決め制御を
終了する。しきい値以内でなければ、手順２０３で先に
求めた補正量を基にしてエレクタの目標位置・姿勢を演
算し、手順２０４のアクチュエータ指令値演算、手順２
０５のアクチュエータ制御を経て手順２０１に戻り、手
順２０１で演算した補正量がしきい値以内になるまで手
順２０１〜２０５を繰り返す。こうして、位置・姿勢の
偏差を補正し、組立セグメントを最終的に位置決めす
る。

【００４４】次に、図９に示す手順３００について説明
する。いま、既設セグメント４１ｃの微位置決め後の位
置・姿勢をｄｘ１，ｄｙ１，ｄｚ１，δｘ１，δｙ１，
δｚ１（ｄｘ１〜ｄｚ１はそれぞれｘ〜ｚ軸方向の位
置、δｘ１〜δｚ１はそれぞれｘ〜ｚ軸回りの姿勢）と
し、同セグメントの設計位置・姿勢をｄｘｄ１，ｄｙｄ
１，ｄｚｄ１，δｘｄ１，δｙｄ１，δｚｄ１（ｄｘｄ
１〜ｄｚｄ１はそれぞれｘ〜ｚ軸方向の設計位置、δｘ
ｄ１〜δｚｄ１はそれぞれｘ〜ｚ軸回りの設計姿勢）と
すると、既設セグメント４１ｃを微位置決めした時、手
順３００において、

【００４５】

【数６】

【００４６】により求めたｄｘｃ〜δｚｃの値を既設セ
グメント４１ｃの微位置決め後の位置・姿勢データとし
て記憶する。このｄｘｃ〜δｚｃの値は、既設セグメン
ト４１ｃとトンネル周方向に隣接する組立セグメント４
２と粗位置補正演算（手順１０２）において、数２に代
入される。同様に、組立セグメント４２を微位置決めし
た時には、その微位置決め後の位置・姿勢データを記憶
し、これを用いて同セグメントとトンネル周方向に隣接
する新たな組立セグメントの粗位置補正を行う。

【００４７】図１２に組立セグメント４２の粗位置決め
時に用いる補正量ｄｘｃ〜δｚｃと既設セグメント４１
ｃの微位置決め後の位置・姿勢ｄｘ１〜δｚ１の関係を
示す。ここで、ｄｘ１〜δｚ１は、既設セグメント４１
ｃを微位置決めした時のエレクタ本体の各アクチュエー
タ（２２，２５，２８，３１，３２，３３）の操作量か
ら演算によって求められる。

【００４８】上記実施例では、視覚センサにより組立・
既設セグメント間の段差・隙間を検出し、その段差・隙
間情報に基づいて組立セグメントの微位置決めを自動で
行う場合について説明したが、セグメント組立位置決め
方法としては、組立セグメントの所定組立位置近傍への
粗位置決めまでを自動で行い、その後はエレクタの手動
操作により微位置決めをしたい場合もあり、本発明はこ
のような場合にも有効である。

【００４９】

【発明の効果】本発明のセグメント組立位置決め方法
は、既設セグメントの微位置決め後の位置・姿勢と同セ
グメントの設計位置・姿勢との差を求めておき、同セグ
メントとトンネル周方向に隣接する組立セグメントの設
計位置・姿勢に前記差と余裕代とを加算したものを目標
位置・姿勢としてエレクタを位置決め制御することによ
り、組立セグメントを粗位置決めするようにしたので、
既設セグメントリングとエレクタの相対位置・姿勢が大
きく変化しても、既設セグメントとトンネル周方向に隣
接する組立セグメントをエレクタの位置決め誤差の範囲
内で既設セグメントにより近付けて粗位置決めすること
ができる。このため、粗位置決め後に、視覚センサなど
によって組立・既設セグメント間の段差・隙間を必ず検
出でき、その段差・隙間情報を基にして組立セグメント
の微位置決めが自動で行える。また、粗位置決め後、手
動操作によりエレクタを駆動して組立セグメントを微位
置決めすることも容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の主要部である粗位置決め制御の手順を
示すフローチャートである。

【図２】シールド掘進機内に設置されたエレクタの一部
切断した正面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。

【図５】図２のＶ−Ｖ断面図である。

【図６】図２のセグメント把持部３４の詳細断面図であ
る。

【図７】セグメント位置決めに用いる投光器、テレビカ
メラと組立・既設セグメントの位置関係およびシステム
構成の一例を示す図である。

【図８】粗位置決め終了した状態での組立・既設セグメ
ントとスリット光像の位置関係およびテレビ画像を示す
図である。

【図９】本発明の組立セグメントを位置決めする制御手
順を示すフローチャートである。

【図１０】微位置決め制御の手順を示すフローチャート
である。

【図１１】図１０における微位置決め用偏差検出演算の
説明図である。

【図１２】組立セグメントの粗位置決め時に用いる補正
量と既設セグメントの微位置決め後の位置・姿勢の関係
を示す説明図である。

【図１３】従来の方法により組立セグメント４２の粗位
置決めをして、既設セグメント４１ｃの端部が視覚セン
サの視野に入らなかった場合の組立・既設セグメントと
スリット光像の位置関係およびテレビ画像を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１…シールド本体、１２…エレクタ本体、４１ａ〜４
１ｃ…既設セグメント、４２…組立セグメント、４４ａ
〜４４ｃ…投光器、４５ａ〜４５ｃ…テレビカメラ、４
６ａ〜４６ｃ…カメラ視野、４７ａ〜４７ｃ…カメラ画
像、４８…カメラ切換器、４９…画像入力装置、５０…
画像メモリ、５１…画像処理装置、５２…本体制御装
置、５３…サーボ制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 尚和 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機内に設置されたエレクタ
   により組立セグメントを所定の組立位置近傍に粗位置決
   めした後、組立・既設セグメント間の段差・隙間をなく
   するように組立セグメントを微位置決めするセグメント
   組立位置決め方法において、既設セグメントの微位置決
   め後の位置・姿勢と同セグメントのシールド掘進機内固
   定点を基準として計画された組立位置・姿勢（以下、設
   計位置・姿勢という）との差を求めておき、同セグメン
   トとトンネル周方向に隣接する組立セグメントの設計位
   置・姿勢に前記差と組立・既設セグメントの衝突を避け
   るための余裕代とを加算したものを目標位置・姿勢とし
   てエレクタを位置決め制御することにより、組立セグメ
   ントを粗位置決めすることを特徴とするセグメント組立
   位置決め方法。