JPH06317098A - Segment assembly locating method - Google Patents

Segment assembly locating method

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JPH06317098A
JPH06317098A JP5106841A JP10684193A JPH06317098A JP H06317098 A JPH06317098 A JP H06317098A JP 5106841 A JP5106841 A JP 5106841A JP 10684193 A JP10684193 A JP 10684193A JP H06317098 A JPH06317098 A JP H06317098A
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JP
Japan
Prior art keywords
segment
assembly
orientation
attitude
target position
Prior art date
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Pending
Application number
JP5106841A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinsaku Tsutsui
真作 筒井
Yasuo Tanaka
康雄 田中
Hiroaki Shoji
宏明 東海林
Choji Kawasaki
長司 川崎
Yasuo Mori
泰雄 森
Hajime Ozawa
肇 小澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP5106841A priority Critical patent/JPH06317098A/en
Publication of JPH06317098A publication Critical patent/JPH06317098A/en
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  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

PURPOSE:To finely position into a position and attitude which are ideal substantially by subtracting the threshold when it is exceeded by the difference between the target position/attitude and the design position/attitude, and determining a new target position/attitude. CONSTITUTION:A corrective quantity determined on the basis of the step and gap between assembled/existing segments 41a-41c to the position/attitude of an assembly segment 42 after a rough locating made by TV cameras 45a-45c, and thereby the target position/attitude is calculated. The difference between the target position/attitude and the design position/attitude is determined, and if it does not lie within the threshold, the threshold is subtracted from the target position/attitude, and a new target position/attitude is determined which is approached to the design position/attitude by an amount corresponding to the gap between a bolt hole in the segment and a bolt for fastening. An actuator is controlled by a servo control device 53, and the assembled segment is finely positioned to this new target position/attitude. Thereby the assembled segment can undergo a fine positioning so that the section form as target is approached even in case the existing ring has been deformed by the earth pressure.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル覆工用セグメ
ントを自動組立するためのセグメント組立位置決め方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a segment assembly positioning method for automatically assembling a tunnel lining segment.

【0002】[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、この段差・隙間情報を基にして
組立・既設セグメントの位置・姿勢偏差を求め、その偏
差を補正することによって、組立セグメントを所定組立
位置に微位置決めしようとするものである。
2. Description of the Related Art When automatically assembling a segment by shield work, one of the prior arts for positioning the assembled segment along the existing segment is disclosed in JP-A-4-2136.
There is one disclosed in 99. This prior art uses a visual sensor consisting of three sets of projectors and a television camera installed on the erector, and as shown in FIG.
Assembling segment 42 and existing segments 41a to 41c in which slit light of a book is roughly positioned near a predetermined assembling position.
Of slit light images A, A ', B, B', C, C'generated by irradiating two points on the boundary along the tunnel circumferential direction and one point on the boundary along the tunnel axis direction, respectively. From the coordinate values of the end points a, a ', b, b', c, c'of each slit light image obtained by processing the image data from the TV camera and image data from these TV cameras, the three steps The gap is detected, the position / posture deviation of the assembled / existing segment is obtained based on the step / gap information, and the deviation is corrected to finely position the assembled segment at a predetermined assembly position.

【0003】先行技術によるセグメント自動組立装置の
制御アルゴリズムを図11に示す。
FIG. 11 shows a control algorithm of a segment automatic assembly apparatus according to the prior art.

【0004】組立セグメントの位置決めは2段階に分け
て行われ、その第1段階で、あらかじめ制御装置に入力
された組立セグメントの設計位置・姿勢と粗位置補正量
から目標位置・姿勢を演算し、エレクタを動かすことに
よって、組立セグメントを所定の組立位置近傍に粗位置
決めする。その後、スイッチSを第2段階に切り換え、
前述のように光切断法によって組立・既設セグメントの
相対的位置・姿勢の偏差を求め、その偏差をなくするよ
うにエレクタを動かして、組立セグメントを所定の組立
位置に微位置決めする。このような位置決め制御を複数
回繰り返すことによって1リング分のセグメントが組み
立てられる。
Positioning of the assembly segment is carried out in two stages. In the first stage, the target position / posture is calculated from the design position / posture of the assembly segment and the coarse position correction amount which are input in advance to the control device, The erector is moved to coarsely position the assembly segment near the predetermined assembly position. After that, switch S to the second stage,
As described above, the deviation of the relative position / posture of the assembled / existing segment is obtained by the optical cutting method, and the erector is moved so as to eliminate the deviation, and the assembled segment is finely positioned at a predetermined assembly position. A segment for one ring is assembled by repeating such positioning control a plurality of times.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記先行技術には次の
ような問題点があることがわかった。
It has been found that the above-mentioned prior art has the following problems.

【0006】(1) 本来、円形断面のトンネルを構築
したいのに、既設リングが土圧により押しつぶされて図
12の2点鎖線で示すようなだ円形に変形している場
合、それに倣って新たに組み立てられたセグメントリン
グも全体が歪んだ形状になってしまう。このため、目標
とするトンネル断面形状が得られないだけでなく、セグ
メントとシールド本体との間の左右方向の余裕が小さく
なり、曲線施工やシールドの方向修正時に次のセグメン
ト組立が困難になることがある。
(1) When it is originally desired to construct a tunnel having a circular cross section, but the existing ring is crushed by earth pressure and deformed into an ellipse as shown by the chain double-dashed line in FIG. The segment ring assembled in the whole will also have a distorted shape. For this reason, not only the target tunnel cross-sectional shape cannot be obtained, but also the margin in the left-right direction between the segment and the shield body becomes small, making it difficult to assemble the next segment during curved construction and shield direction correction. There is.

【0007】(2) 段差・隙間の検出誤差により組立
セグメントの微位置決め後も組立・既設セグメント間に
段差・隙間の定常偏差が残る場合があり、このような定
常偏差があると、組み立てられたセグメントのリング内
径が既設リングの内径より大きくなり、このため、掘進
が進むにつれトンネル周方向の隣接セグメント間が開い
て隙間から水漏れを起こしたり、逆に組み立てられたセ
グメントのリング内径が既設リングの内径より小さくな
って、1リング中の最後のセグメント(キーセグメン
ト)を組み込めなくなることがある。
(2) Due to a step / gap detection error, a steady deviation of the step / gap may remain between the assembled and existing segments even after fine positioning of the assembled segment. If such a steady deviation exists, the assembly is completed. The ring inner diameter of the segment becomes larger than the inner diameter of the existing ring, so as the digging progresses, the gap between the adjacent segments in the tunnel circumferential direction opens and water leaks from the gap. The inner diameter may be smaller than the inner diameter, and the last segment (key segment) in one ring may not be incorporated.

【0008】本発明の目的は、既設リングが変形してい
たり、段差・隙間の検出誤差がある場合でも、リング形
状が真円でリング内径が設計値となるような理想的形態
に近い位置・姿勢に組立セグメントを微位置決めし、組
み立てることができるセグメント組立位置決め方法を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a position close to an ideal shape in which the ring shape is a perfect circle and the ring inner diameter is a design value even when the existing ring is deformed or there is a step / gap detection error. It is an object of the present invention to provide a segment assembly positioning method capable of finely positioning an assembly segment in a posture and assembling it.

【0009】[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・隙間を検出
し、その段差・隙間情報に基づいて組立・既設セグメン
トの位置・姿勢偏差を求め、その偏差を補正することに
よって組立セグメントを所定組立位置に微位置決めする
セグメント組立位置決め方法において、粗位置決め後の
組立セグメントの位置・姿勢を前記位置・姿勢偏差に見
合う補正量を加算して目標位置・姿勢を求めた後、その
目標位置・姿勢と設計位置・姿勢との差を求め、その差
をセグメントのボルト穴と締結用ボルトとの隙間の範囲
内で設定したしきい値と比較して、差がしきい値以内で
あれば、組立セグメントを先に求めた目標位置・姿勢に
微位置決めし、差がしきい値以内でなければ、先に求め
た目標位置・姿勢から前記しきい値を減算して、その分
設計位置・姿勢に近付けた新たな目標位置・姿勢を求
め、この新たな目標位置・姿勢に組立セグメントを微位
置決めすることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a step between an assembled / existing segment after the assembled segment is roughly positioned near a predetermined assembly position by an erector installed in a shield machine.・ A segment assembly positioning method that detects a gap, calculates the position / orientation deviation of the assembled / existing segment based on the step / gap information, and finely positions the assembly segment at a predetermined assembly position by correcting the deviation. The position / orientation of the assembled segment after positioning is calculated by adding the correction amount corresponding to the position / orientation deviation to obtain the target position / orientation, and then the difference between the target position / orientation and the design position / orientation is calculated. Is compared with the threshold value set within the gap between the bolt hole of the segment and the fastening bolt, and if the difference is within the threshold value, the assembly segment The target position / orientation obtained earlier, and if the difference is not within the threshold value, the threshold value is subtracted from the target position / orientation obtained earlier to obtain the design position / orientation accordingly. It is characterized in that a new target position / orientation approached is obtained, and the assembly segment is finely positioned at this new target position / orientation.

【0010】[0010]

【作用】既設リングが土圧で変形している場合には、粗
位置決め後の組立セグメントの位置・姿勢に組立・既設
セグメントの位置・姿勢偏差に見合う補正量を加算した
目標位置・姿勢と設計位置・姿勢との差がしきい値以上
に大きくなることがある。この場合でも、目標位置・姿
勢からしきい値を減じたものを新たな目標位置・姿勢と
して組立セグメントを微位置決めすることにより、微位
置決め後の組立セグメントの位置・姿勢を既設セグメン
トとのボルト締結が可能な限界まで設計位置・姿勢、す
なわちリング形状が真円でリング内径が設計値となるよ
うな理想的形態に近付けることができ、先行技術により
組立セグメントの位置決めを行った場合のように、組み
立てられたセグメントリングが既設リングに倣って歪ん
だ形状になることがない。
[Operation] When the existing ring is deformed by earth pressure, the target position / posture is designed by adding the correction amount commensurate with the position / posture deviation of the assembly / existing segment to the position / posture of the assembly segment after rough positioning. The difference between the position and orientation may become greater than the threshold value. Even in this case, the position / posture of the assembly segment after fine positioning is bolted to the existing segment by finely positioning the assembly segment with the new target position / posture obtained by subtracting the threshold value from the target position / posture. It is possible to approach the ideal position where the design position / orientation, that is, the ring shape is a perfect circle and the ring inner diameter is the design value, to the limit that is possible. The assembled segment ring does not have a distorted shape following the existing ring.

【0011】また、段差・隙間の検出誤差により、従来
ならば微位置決め後の組立セグメントの位置・姿勢に定
常偏差が大きく残る場合でも、組立セグメントの位置・
姿勢を既設セグメントとのボルト締結が可能な限界まで
設計位置・姿勢に近付けることができるので、組み立て
られたセグメントのリング内径が大きくなりすぎて水漏
れを起こしたり、逆にリング内径が小さくなりすぎてキ
ーセグメントを組み込めなくなるというような不具合が
避けられる。
Further, even if a large steady-state deviation remains in the position / orientation of the assembly segment after fine positioning in the conventional case due to a step / gap detection error, the position / position of the assembly segment remains
Since the posture can be brought close to the design position / posture to the extent that bolting with the existing segment is possible, the ring inner diameter of the assembled segment becomes too large and water leakage occurs, and conversely the ring inner diameter becomes too small. It is possible to avoid the problem that the key segment cannot be installed.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【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。
As shown in FIGS. 2 to 6, the erector body 12 used for automatic segment assembly is installed at the rear part of the shield body 11 having a cylindrical shape. The erector body 12 is roughly classified into an erector ring 13 which is a turning mechanism.
And a turning motor 16, a suspension beam 21 and a pressing jack 22 which are pressing mechanisms, a horizontal slide frame 24 and a horizontal slide jack 25 which are left and right sliding mechanisms, a front and rear slide frame 27 and a front and rear sliding jacks 2 which are front and rear sliding mechanisms.
8. Spherical frame 29, which is a posture control mechanism for pitching, rolling, yawing, etc., and a posture control jack 3.
1, 32, 33 and a segment grip 34.

【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。
The electret ring 13 is a shield body 11.
It is guided by an outer peripheral guide roller 14 and a side guide roller 15 which are installed at several inner peripheral portions, and is rotated by a turning motor 16 attached to the shield body 11 via a pinion 17 and a ring gear 18. Along with this, the following parts supported on the elector ring 13 are also turned to the left and right at the same time.

【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。
A suspension beam 21 supported on the left and right arms 19 of the elector ring 13 via guide rods 20.
Is a pressing jack 2 mounted between the arm 19 and
It is moved in the Z-axis direction (radial direction of the elector ring 13) by expansion and contraction of 2, and accordingly, each of the following parts supported on the suspension beam 21 also moves in the same direction.

【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。
The horizontal slide frame 24 supported by the suspension beam 21 through the linear bearing 23 is a horizontal slide jack 25 mounted between the suspension beam 21 and the suspension beam 21.
The suspension beam 21 is moved in the y-axis direction by the expansion and contraction, and along with this, the following parts supported on the horizontal slide frame 24 are also moved in the same direction.

【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。
A front and rear slide frame 27 supported by a horizontal slide frame 24 via a linear bearing 26.
Is slid back and forth on the horizontal slide frame 24 in the x-axis direction (shield axis direction) due to expansion and contraction of the front and rear slide jacks 28 attached to the horizontal slide frame 24, and is supported on the front and rear slide frame 27 accordingly. The following parts that have been moved also move in the same direction.

【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
伸長または収縮させた場合、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。
The spherical frame 29 incorporated in the spherical guide portion 27a of the front and rear slide frame 27 moves as follows by the expansion and contraction of the two attitude control jacks 31 and 32 mounted between the front and rear slide frame 27. do. In FIG. 4, when the two jacks 31 and 32 are simultaneously extended or contracted, the spherical frame 29 is tilted around the x-axis including the spherical center G, and this movement is used for rolling control of the segment grip 34. . When one of the jacks 31 and 32 is extended and the other is contracted, the spherical frame 29 is swiveled left and right around the z-axis including the spherical center G, and this movement causes yawing of the segment gripping portion 34. Used for control.

【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。
The segment gripping portion 34 suspended from the central axis 30 of the spherical frame 29 is tilted around the central axis 30 by the expansion and contraction of the attitude control jack 33 mounted between the spherical frame 29 and this movement. Is used for pitching control of the segment gripper 34.

【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。
The segment grip 34 includes a male threaded screw shaft 35 that matches the grout hole 43 of the assembly segment 42. Further, the segment grip portion 34 is equipped with a drive motor 36 for rotating the screw shaft 35 and an elevating jack 38 for elevating the screw shaft 35 together with the drive motor 36 and the bearing bracket 37. After aligning the screw shaft 35 with the grout hole 43 of the assembly segment 42 placed under the erector, the segment 4 is rotated while rotating the screw shaft 35.
After projecting toward 2 and screwing into the grout hole 43, the segment 42 is gripped by pulling back the screw shaft 35 until the segment 42 hits the end surface of the segment grip 34.

【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。
The erector body is constructed as described above, and has a function of gripping the assembly segment 42, finally positioning it at a predetermined assembly position, and assembling it to the existing segment 41 by a bolt fastening device (not shown).

【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44a,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と相対的な位置・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〜45
cによりそれぞれ撮像される。図8において、46a〜
46cはテレビカメラ45a〜45cのカメラ視野を、
47a〜47cはテレビカメラ45a〜45cに映った
カメラ画像を示す。
FIG. 7 shows steps used for segment positioning.
The positional relationship between the gap detecting means and the assembled / existing segment and the system configuration are shown. Reference numeral 12 schematically represents the erector body. 42 is a roughly positioned assembly segment, and 41a and 41b are assembly segments 42.
And existing segment adjacent to the tunnel axial direction with 41c
Represent existing segments adjacent to the assembly segment 42 in the tunnel circumferential direction. Three sets of projectors 44a, 44b, 44c and television cameras 45a, 4 are used to detect steps and gaps between these assembled and existing segments.
A visual sensor composed of 5b and 45c is fixed to the segment grip portion 34 of the erector body 12 via a rigid body (not shown). Therefore, the relative positions and orientations of the projectors 44a to 44c, the television cameras 45a to 45c, the grip portion 34, and the assembly segment 42 are constant during gripping regardless of the movement of the erector. The projectors 44a and 44b are provided at two positions on the boundary between the assembly segment 42 and the existing segments 41a and 41b along the tunnel circumferential direction.
Irradiates slit light to each of the boundary portions of the assembly segment 42 and the existing segment 41c along the tunnel axis direction, and the slit light image A generated on each segment,
A ', B, B', C, C'are TV cameras 45a to 45
It is imaged by c respectively. In FIG. 8, 46a-
46c is the camera view of the TV cameras 45a to 45c,
47a to 47c indicate camera images reflected on the television cameras 45a to 45c.

【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。
Image data from these television cameras is taken into the image memory 50 via the camera switch 48 and the image input device 49. Reference numeral 51 is an image processing apparatus for processing the image data stored in the image memory 50 to obtain the end point coordinates of the slit light image, and 52 is based on the end point coordinate values obtained by the image processing apparatus 51 or numerical data input in advance. Is a control device of the main body of the erector (hereinafter referred to as a main body control device) that performs positioning control calculation described later and outputs the result as a command value to the servo control device 53. The servo control device 53 follows the command. The swing motor 16 of the main body and the hydraulic jacks 22, 25, 28, 31,
It controls a 7-axis actuator including 32 and 33.

【0024】以下、組立セグメントを位置決めする制御
手段を図1および図8〜図10を用いて説明する。
The control means for positioning the assembly segment will be described below with reference to FIGS. 1 and 8-10.

【0025】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と微位置決め制御の
2段階からなっている。
The positioning control executed by the main body control device 52 is roughly divided into two stages of coarse positioning control and fine positioning control.

【0026】まず、粗位置決め制御について説明する。
粗位置決め制御の詳細な手順を図9に示す。手順101
の粗位置演算では、組立セグメントの設計位置・姿勢も
しくは組立セグメントと円周方向で隣接する既設セグメ
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予測演算し、その
目標位置を基にして図7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′がテレビカメラ45a〜45
cのカメラ視野に入り、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エレク
タ位置・姿勢(以下、粗位置と記す)を演算する。エレ
クタ位置・姿勢とは、エレクタ本体12のセグメント把
持部34の位置・姿勢を意味し、把持中の組立セグメン
トの位置・姿勢と同じである。粗位置はエレクタの旋回
角度と図2に示すエレクタ座標系(x,y,z)で表わ
される。
First, the rough positioning control will be described.
The detailed procedure of the coarse positioning control is shown in FIG. Step 101
In the rough position calculation of, the target position where the assembly segment will be finally positioned is predicted and calculated from the design position / orientation of the assembly segment or the position / orientation measurement result of the existing segment adjacent to the assembly segment in the circumferential direction. , Based on the target position, the slit light image A on the assembly segment 42 and the existing segments 41a to 41c shown in FIG.
A ', B, B', C and C'are TV cameras 45a to 45
An erector position / posture (hereinafter referred to as a rough position) in which the assembly segment 42 and the existing segments 41a to 41c do not come into contact with each other in the camera visual field of c is calculated. The erector position / orientation means the position / orientation of the segment grip portion 34 of the erector body 12, and is the same as the position / orientation of the assembly segment being gripped. The rough position is represented by the turning angle of the erector and the erector coordinate system (x, y, z) shown in FIG.

【0027】手順102のアクチュエータ指令値演算
で、先に求めた粗位置から旋回モータ16を含む各アク
チュエータの指令値を演算し、手順103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。これで、粗位置決め制御が終了する。
The actuator command value calculation in step 102 calculates the command value of each actuator including the swing motor 16 from the previously obtained coarse position, and the command value is output to the servo controller 53 by the actuator control in step 103. Wait until the servo controller 53 finishes controlling the actuator. This completes the rough positioning control.

【0028】次に、組立セグメントの微位置決め制御に
ついて説明する。図1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42は図8に示す位置に粗位置決めされたとす
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′の画像座標系(xv,y
v)上での端点座標a(ax,ay),a′(ax′,
ay′),b(bx,by),b′(bx′,b
y′),c(cx,cy),c′(cx′,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Δ
xa,Δxb,Δxcが次式により算出される。
Next, the fine positioning control of the assembly segment will be described. FIG. 1 shows the detailed procedure of the fine positioning control. In the rough positioning control described above, it is assumed that the assembly segment 42 is roughly positioned at the position shown in FIG. The image coordinate system (xv, y) of the three slit light images A, A ', B, B', C, C'extracted in this state.
v) end point coordinates a (ax, ay), a '(ax',
ay '), b (bx, by), b' (bx ', b
y '), c (cx, cy), c' (cx ', cy') is used to perform the fine positioning deviation detection calculation in step 201. In step 201, the steps Δza, Δzb, Δzc and the gap Δ between the assembled / existing segments are calculated based on these end point coordinate values.
xa, Δxb, Δxc are calculated by the following equations.

【0029】[0029]

【数1】 [Equation 1]

【0030】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。
Here, kx, ky and kz are coefficients for converting the image data into numerical values in mm.

【0031】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。
The position / orientation deviation amount between the assembly segment 42 and the existing segments 41a to 41c is calculated based on these steps and gaps. The following equation shows a simple example of the deviation amount calculation.

【0032】[0032]

【数2】 [Equation 2]

【0033】ここで、edx,edy,edzはそれぞ
れ図10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、Lx
a,Lxc,Lya,Lybは、図10に示すように、
組立セグメント42の把持中心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。
Here, edx, edy, and edz are position deviations in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction shown in FIG. 10, and eδx, eδy, and eδz are around the x-axis, respectively.
It represents the posture deviation around the y-axis and the z-axis. Also, Lx
a, Lxc, Lya, and Lyb are as shown in FIG.
X from the gripping center o of the assembly segment 42 to each end point a, b, c of the slit light images A, B, C on the assembly segment
It represents the distance in the axial direction and the y-axis direction.

【0034】手順202の補正量算出では、これらの偏
差量から位置・姿勢の補正量dx,dy,dz,δx,
δy,δzが次式により求められる。
In the correction amount calculation in step 202, the position / orientation correction amounts dx, dy, dz, δx,
δy and δz are calculated by the following equations.

【0035】[0035]

【数3】 [Equation 3]

【0036】手順203のエレクタ目標位置・姿勢演算
で、粗位置決め後の組立セグメントの位置・姿勢に先に
求めた補正量を加算し、既設セグメントとの位置・姿勢
偏差をなくするためのエレクタ目標位置・姿勢を求め
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。手順2
04では、演算したエレクタ目標位置・姿勢から、あら
かじめ本体制御装置52に入力された組立セグメントの
設計位置・姿勢を減算し、その差を別に定めたしきい値
と比較する。
In the erector target position / orientation calculation in step 203, the erector target for eliminating the position / orientation deviation from the existing segment by adding the previously calculated correction amount to the position / orientation of the assembled segment after rough positioning. Find the position and orientation. The erector target position / orientation means the target position / orientation of the segment gripper 34 of the erector body, and is the same as the target position / orientation of the assembly segment being gripped. Step 2
In 04, the design position / orientation of the assembly segment previously input to the main body control device 52 is subtracted from the calculated erector target position / orientation, and the difference is compared with a separately determined threshold value.

【0037】ここで、組立セグメントの設計位置・姿勢
を x軸方向の位置;P1 y軸方向の位置;P2 z軸方向の位置;P3 x軸回りの姿勢;P4 y軸回りの姿勢;P5 z軸回りの姿勢;P6 粗位置決め後の組立セグメントの位置・姿勢を x軸方向の位置;P11 y軸方向の位置;P12 z軸方向の位置;P13 x軸回りの姿勢;P14 y軸回りの姿勢;P15 z軸回りの姿勢;P16 エレクタ目標位置・姿勢を x軸方向の位置;P21=P11+dx y軸方向の位置;P22=P12+dy z軸方向の位置;P23=P13+dz x軸回りの姿勢;P24=P14+δx y軸回りの姿勢;P25=P15+δy z軸回りの姿勢;P26=P16+δz とする。このとき、エレクタ目標位置・姿勢と組立セグ
メント設計位置・姿勢との偏差は
Here, the design position / posture of the assembly segment is the position in the x-axis direction; the position in the P1 y-axis direction; the position in the P2 z-axis direction; the position in the P3 x-axis direction; the position in the P4 y-axis direction; Posture about axis; P6 Position and posture of assembly segment after rough positioning x Position; P11 Position in y axis; P12 Position in z axis; P13 Posture about x axis; P14 Posture about y axis P15 attitude around z-axis; P16 target position / orientation in x-axis direction; P21 = P11 + dx position in y-axis direction; P22 = P12 + dy position in z-axis direction; P23 = P13 + dz attitude around x-axis; P24 = P14 + δx y-axis attitude; P25 = P15 + δy z-axis attitude; P26 = P16 + δz. At this time, the deviation between the erector target position / posture and the assembly segment design position / posture is

【0038】[0038]

【数4】 [Equation 4]

【0039】となる。これらの偏差Δx〜Δδzと比較
するしきい値をそれぞれk1〜k6とする。このしきい
値は、組立セグメントと既設セグメントを締結するため
に使用するボルトと、セグメントに設けたボルト穴との
隙間の範囲内で設定される。例えば、隙間が±2mmあ
れば、x軸方向、y軸方向およびz軸方向のしきい値は
最大で2mmとなる(位置偏差と姿勢偏差が重なる場合
を考慮し、しきい値は隙間より低めに設定する)。
It becomes The threshold values to be compared with these deviations Δx to Δδz are k1 to k6, respectively. This threshold value is set within the range of the gap between the bolt used to fasten the assembled segment and the existing segment and the bolt hole provided in the segment. For example, if the gap is ± 2 mm, the maximum threshold value in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction is 2 mm (in consideration of the case where the position deviation and the posture deviation overlap, the threshold value should be lower than the clearance). Set to).

【0040】手順204では下記の(5.1)〜(5.
6)式を吟味し、満たされていれば手順206へ進み、
満たされていなければ手順205へ進む。手順208で
は(5.1)〜(5.6)の全ての比較を終えたかを判
断し、終えていなければ204以降を繰り返し、終えて
いれば206へ進む。
In step 204, the following (5.1) to (5.
6) Evaluate the formula, and if satisfied, proceed to step 206,
If not satisfied, the procedure proceeds to step 205. In step 208, it is determined whether or not all the comparisons (5.1) to (5.6) have been completed. If not completed, steps 204 and thereafter are repeated, and if completed, the process proceeds to 206.

【0041】[0041]

【数5】 [Equation 5]

【0042】手順205では、該当する軸についてのみ
先に求めたエレクタ目標位置・姿勢P21〜P26から
しきい値k1〜k6を減算し、新たなエレクタ目標位置
・姿勢を求める。新たなエレクタ目標位置・姿勢P31
〜P36は
In step 205, the threshold values k1 to k6 are subtracted from the erector target positions / postures P21 to P26 previously obtained only for the relevant axis to obtain new erector target positions / postures. New erector target position / posture P31
~ P36 is

【0043】[0043]

【数6】 [Equation 6]

【0044】となる。この後、手順206へ進む。手順
206のアクチュエータ指令値演算では、手順203で
求めたエレクタ目標位置・姿勢もしくは手順205で求
めた新たなエレクタ目標位置・姿勢からアクチュエータ
指令値を演算し、手順207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。これ
で、微位置決め制御が終了し、組立セグメントは組立位
置に最終的に位置決めされる。
It becomes Then, the procedure goes to step 206. In the actuator command value calculation of step 206, the actuator command value is calculated from the erector target position / orientation obtained in step 203 or the new erector target position / orientation obtained in step 205, and by the actuator control of step 207,
It outputs a command value to the servo control device 53 and waits for the servo control device 53 to finish controlling the actuator. This completes the fine positioning control, and the assembly segment is finally positioned at the assembly position.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明のセグメント組立位置決め方法
は、粗位置決め後の組立セグメントの位置・姿勢に組立
・既設セグメントの位置・姿勢偏差に見合う補正量を加
算して目標位置・姿勢を求めた後、その目標位置・姿勢
と設計位置・姿勢との差をしきい値と比較し、差がしき
い値以内でなければ、先に求めた目標位置・姿勢から前
記しきい値を減算して、その分設計位置・姿勢に近付け
た新たな目標位置・姿勢を求め、この新たな目標位置・
姿勢に組立セグメントを微位置決めするようにしたの
で、既設リングが土圧により変形している場合でも、そ
れに倣うことなく、リング形状が目標とする円形のトン
ネル断面形状に近くなるように組立セグメントを微位置
決めし、組み立てることができる。
According to the segment assembly / positioning method of the present invention, after the target position / orientation is obtained by adding the correction amount commensurate with the position / orientation deviation of the assembled / existing segment to the position / orientation of the assembled segment after rough positioning. , The difference between the target position / posture and the design position / posture is compared with a threshold value, and if the difference is not within the threshold value, the threshold value is subtracted from the previously obtained target position / posture, A new target position / orientation that is closer to the design position / orientation is obtained, and this new target position / orientation
Since the assembly segment is finely positioned in the posture, even if the existing ring is deformed by earth pressure, the assembly segment should be positioned so that the ring shape is close to the target circular tunnel cross-sectional shape without following it. Can be finely positioned and assembled.

【0046】また、段差・隙間の検出誤差により、従来
ならば微位置決め後の定常偏差が大きく残る場合でも、
組み立てられたセグメントのリング内径が大きくなりす
ぎて水漏れを起こしたり、逆にリング内径が小さくなり
すぎてキーセグメントを組み込めなくなるというような
不具合をなくすることができる。
Further, even if a large steady-state deviation remains after fine positioning in the conventional case due to a step / gap detection error,
It is possible to eliminate the problem that the ring inner diameter of the assembled segment becomes too large to cause water leakage, and conversely the ring inner diameter becomes too small to assemble the key segment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の主要部である微位置決め制御の手順を
示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of a fine positioning control which is a main part of the present invention.

【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。
FIG. 2 is a partially cutaway front view of an erector installed in a shield machine.

【図3】図2のIII−III断面図である。3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.

【図4】図2のIV−IV断面図である。4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.

【図5】図2のV−V断面図である。5 is a sectional view taken along line VV of FIG.

【図6】図2のセグメント把持部34の詳細断面図であ
る。
6 is a detailed cross-sectional view of the segment gripping portion 34 of FIG.

【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。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a positional relationship between a floodlight used for segment positioning, a television camera, an assembled / existing segment, and a system configuration.

【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カメラ画像を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing a positional relationship between an assembled / existing segment and a slit light image and a camera image in a state where rough positioning is completed.

【図9】粗位置決め制御の手順を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a procedure of rough positioning control.

【図10】図1における微位置決め用偏差検出演算の説
明図である。
10 is an explanatory diagram of deviation detection calculation for fine positioning in FIG.

【図11】先行技術によるセグメント自動組立装置の制
御アルゴリズムの説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a control algorithm of the automatic segment assembly apparatus according to the prior art.

【図12】先行技術の問題点の説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of problems in the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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。
11 ... Shield body, 12 ... Electa body, 41a-4
1c ... Existing segment, 42 ... Assembly segment, 44a
~ 44c ... floodlights, 45a ~ 45c ... TV camera, 4
6a to 46c ... Camera field of view, 47a to 47c ... Camera image, 48 ... Camera switching device, 49 ... Image input device, 50 ...
Image memory, 51 ... Image processing device, 52 ... Main body control device, 53 ... Servo control device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 長司 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 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 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Choji Kawasaki 650 Jinrachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura factory (72) Inventor Yasuo Mori 650 Jin-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Company Tsuchiura factory (72) Inventor Hajime Ozawa 650 Jinrachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura factory

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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・隙間を検出
し、その段差・隙間情報に基づいて組立・既設セグメン
トの位置・姿勢偏差を求め、その偏差を補正することに
よって組立セグメントを所定組立位置に微位置決めする
セグメント組立位置決め方法において、粗位置決め後の
組立セグメントの位置・姿勢に前記位置・姿勢偏差に見
合う補正量を加算して目標位置・姿勢を求めた後、その
目標位置・姿勢と、組立セグメントを含むリング形状が
真円でリング内径が設計値となるようなセグメント組立
位置・姿勢(以下、設計位置・姿勢という)との差を求
め、その差をセグメントのボルト穴と締結用ボルトとの
隙間の範囲内で設定したしきい値と比較して、差がしき
い値以内であれば、組立セグメントを先に求めた目標位
置・姿勢に微位置決めし、差がしきい値以内でなけれ
ば、先に求めた目標位置・姿勢から前記しきい値を減算
して、その分設計位置・姿勢に近付けた新たな目標位置
・姿勢を求め、この新たな目標位置・姿勢に組立セグメ
ントを微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。
1. A rough positioning of an assembly segment near a predetermined assembly position by an erector installed in a shield machine, a step / gap between the assembled / existing segment is detected, and assembly is performed based on the step / gap information.・ In the segment assembly positioning method, in which the position / orientation deviation of the existing segment is calculated and the assembly segment is finely positioned at the predetermined assembly position by correcting the deviation, the position / orientation deviation is added to the position / orientation of the assembly segment after rough positioning. After calculating the target position / orientation by adding the correction amount commensurate with, the segment assembly position / orientation (the following: , Design position / orientation) and set the difference within the gap between the bolt holes of the segment and the fastening bolts. If the difference is within the threshold value compared to the threshold value, the assembly segment is finely positioned at the target position / posture previously obtained, and if the difference is not within the threshold value, the previously obtained target position is obtained. The above-mentioned threshold value is subtracted from the position / orientation to obtain a new target position / orientation that is closer to the design position / orientation correspondingly, and the assembly segment is finely positioned at this new target position / orientation. Segment assembly positioning method.
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