JPH0734796A - Apparatus and method for automatically setting-up segment - Google Patents

Apparatus and method for automatically setting-up segment

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JPH0734796A
JPH0734796A JP5182833A JP18283393A JPH0734796A JP H0734796 A JPH0734796 A JP H0734796A JP 5182833 A JP5182833 A JP 5182833A JP 18283393 A JP18283393 A JP 18283393A JP H0734796 A JPH0734796 A JP H0734796A
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真作 筒井
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Yasuo Mori
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Abstract

PURPOSE:To improve driving precision of an excavating machine for shield tunnelling work, by a method wherein distance-measuring sensors are installed at three places or more on an erector in the excavating machine and distances between the end surface of an existing segment ring and the sensors are operated, following which errors between operated values and specified values are respectively found and positioning is done. CONSTITUTION:Three or more distance-measuring sensors S1, S2, S3, S4, S5 are provided on an erector provided at the rear part of an excavating machine for shield tunnelling work and which are directed toward the axial direction of a tunnel. Distances d1, d2, d3, d4, d5 between the sensors and the end surface of an existing segment ring are operated and are found. In this case, intrinsic errors being due to the installation of the sensors S1 to S5 are compensated and the distances correct are found. In the case of straight or curved driving, these values of the distances each are compared with specified values, the errors between them are found and positioning, i.e., determination of a driving angle, is done. In the case of the straight driving, shield jacks are so corrected that DELTAdeltay, DELTAdeltaz, make zero, and in case of the curved driving, that DELTAdeltay, DELTAdeltaz each are equal to the specified values. In this way, the work of driving can be done precisely and effectively.

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、トンネル掘進作業で構
築されるシールドリングのセグメント自動組立装置及び
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic segment assembly device and method for a shield ring constructed in a tunnel excavation operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】トンネル掘進工事においては、シールド
工法による自動掘進が行われることが多い。シールド工
事においては、円筒状のシールド機本体に内接して組立
てられるトンネルシールドリングを支柱として、そのリ
ングのトンネル軸方向端面にシールド機に附属した複数
本のトンネル軸方向ジャッキ(シールドジャッキ)を圧
触させ、その反力を利用して地山に力をかけながらシー
ルド機先端部で回転掘進を行う。一定距離掘進後、新た
なシールドリングを組立てるために、シールド機に固定
されたエレクタを自動操作する。シールドリングは、複
数個の円弧状セグメントから成っており、前記自動操作
には、測量、演算、組立セグメントの把持及び位置決
め、ボルトによる締め付けなどが含まれる。
2. Description of the Related Art In tunnel excavation work, automatic excavation is often performed by a shield construction method. In the shield work, the tunnel shield ring that is inscribed and assembled in the cylindrical shield machine main body is used as a pillar, and the multiple tunnel axial jacks (shield jacks) attached to the shield machine are pressed against the tunnel axial end surface of the ring. Touch and use the reaction force to exert a force on the ground, and perform rotary excavation at the tip of the shield machine. After excavating a certain distance, the erector fixed to the shield machine is automatically operated to assemble a new shield ring. The shield ring is composed of a plurality of arc-shaped segments, and the automatic operation includes surveying, calculation, gripping and positioning of the assembly segment, tightening with bolts, and the like.

【0003】尚、エレクタによる組立セグメントの位置
決め及び固定に際しては、該当個所に配置された前記シ
ールドジャッキは、トンネル軸方向に縮められて組立セ
グメントと干渉しない位置にホールドされる。新たなシ
ールドリングの組立ては、組立セグメントを既設セグメ
ントに隣接して隙間なく配置・固定する作業を所定回数
繰り返すことによって完了する。
When the assembly segment is positioned and fixed by the erector, the shield jack arranged at the corresponding position is contracted in the tunnel axial direction and held at a position where it does not interfere with the assembly segment. The assembling of the new shield ring is completed by repeating the operation of arranging and fixing the assembled segment adjacent to the existing segment without a gap a predetermined number of times.

【0004】この過程で重要なのが、シールドリングの
セグメントの自動位置決めである。自動位置決めが現場
で生ずる設定値からのずれを正確に補正しながら行わな
ければ、シールド機とシールドリング間や隣接セグメン
ト間に隙間を生じたり、予定の掘進方向からのずれを生
ずる原因となる。
Important in this process is the automatic positioning of the shield ring segments. If automatic positioning is not performed while accurately correcting the deviation from the set value that occurs at the site, it may cause a gap between the shield machine and the shield ring or between adjacent segments, or cause a deviation from the planned excavation direction.

【0005】一般にセグメントの固定に、ボルト−ナッ
トを使う。従って±1mm以下の微位置決めをしない
と、セグメントを固定できない。一方、エレクタの位置
の再現性は±1cm程度である。従ってコンピュータ内
の数値だけを使って位置決めしても、セグメントを固定
できない。そこでコンピュータ内に記憶・演算しておい
た数値だけで組立セグメントを既設セグメントの数cm
手前に粗位置決めし、その後に視覚センサを使ってエレ
クタの位置の再現性の悪い部分を吸収して微位置決めす
る。即ち、セグメントの自動位置決めは、所定の位置近
傍にまず当該セグメントを粗位置決めする第1段階と、
この位置で既設セグメントとの相対的位置・姿勢のずれ
を検出してその偏差を補正しながら微位置決めする第2
段階とから成る。ここで、粗位置決めと微位置決めとに
ついて簡単に述べる。粗位置とは、広義では組立セグメ
ントの最終組立位置の近くの位置を指し、この粗位置ま
で先ず組立セグメントを持ってゆく。この粗位置まで組
立セグメントを持っていく動作が粗位置決めである。粗
位置決め終了後に最終目標位置をTVカメラ(図8参
照)による光切断法等を利用して決定する。粗位置から
この決定した最終目標位置までは動作範囲は少なく且つ
位置決め精度の高いことが要求されるため、微位置決め
と呼ぶ。狭義の粗位置について述べる。組立セグメント
の移動はエレクタで行うことから、組立セグメントの粗
位置を得る時のエレクタの位置を狭義の粗位置と呼ぶ。
Generally, bolts and nuts are used to fix the segments. Therefore, the segment cannot be fixed without fine positioning within ± 1 mm. On the other hand, the reproducibility of the position of the electa is about ± 1 cm. Therefore, the segment cannot be fixed even if only the numerical value in the computer is used for positioning. Therefore, the assembled segment is the number of cm of the existing segment only by the numerical value stored and calculated in the computer.
Coarse positioning is performed in the foreground, and then a visual sensor is used to absorb the poor reproducibility of the position of the erector and perform fine positioning. That is, the automatic positioning of the segment includes first step of roughly positioning the segment in the vicinity of a predetermined position,
At this position, a relative position / posture deviation from the existing segment is detected, and fine positioning is performed while correcting the deviation.
And stages. Here, the rough positioning and the fine positioning will be briefly described. In a broad sense, the rough position refers to a position near the final assembly position of the assembly segment, and the assembly segment is first brought to this rough position. The operation of bringing the assembly segment to this rough position is rough positioning. After the rough positioning is completed, the final target position is determined by using a light cutting method using a TV camera (see FIG. 8). It is called fine positioning because it requires a small operating range and high positioning accuracy from the coarse position to the determined final target position. The rough position in a narrow sense will be described. Since the moving of the assembly segment is performed by the erector, the position of the erector when obtaining the rough position of the assembly segment is called a rough position in a narrow sense.

【0006】粗位置決めは通常次の手順で行われる。ま
ず、粗位置演算を行う。これは、組立セグメントの設計
位置・姿勢もしくは該組立セグメントとトンネル周方向
で隣接する既設セグメントの位置・姿勢計測結果から組
立セグメントの最終目標位置を予測演算し、更にこの予
測値を基にセグメントを組立てる位置と姿勢を演算し、
更にこれらを使って既設セグメントから数cmの隙間を
あけるような位置と姿勢を演算する。これを粗位置(及
び姿勢)と称する。エレクタの位置・姿勢とはエレクタ
本体のセグメント把持部の位置・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θとエレクタ座標系(x、y、
z)及びx、y、zの各軸まわりの回転角(δx、δy
δz)で表される。ここで、δxはローリング角、δy
ピッチング角、δzはヨーイング角である。
The rough positioning is usually performed by the following procedure. First, rough position calculation is performed. This is to predict and calculate the final target position of the assembly segment from the design position / posture of the assembly segment or the position / posture measurement result of the existing segment that is adjacent to the assembly segment in the tunnel circumferential direction, and then calculate the segment based on this predicted value. Calculate the assembly position and posture,
Further, these are used to calculate the position and orientation so as to leave a gap of several cm from the existing segment. This is called a rough position (and posture). The position / orientation of the erector means the position / orientation of the segment gripper of the erector body, and is the same as the position / orientation of the assembly segment being gripped. The coarse position is the turning angle θ of the erector and the erector coordinate system (x, y,
z) and rotation angles (δ x , δ y , about x, y, z axes).
δ z ). Here, δ x is a rolling angle, δ y is a pitching angle, and δ z is a yawing angle.

【0007】次に、上記のごとく求めた粗位置を基にし
て旋回モータを含む各アクチュエータの指令値を演算
し、サーボ制御装置へ指令値を入力して該サーボ制御装
置を駆動して前記各アクチュエータを制御すればよい。
Next, the command value of each actuator including the swing motor is calculated on the basis of the rough position obtained as described above, and the command value is input to the servo control device to drive the servo control device to perform the above-mentioned operation. It suffices to control the actuator.

【0008】粗位置決めする第1段階終了後、微位置決
めする第2段階に入るが、この時光切断法と称する技術
が用いられる(特開平3−199599号)。図8を用
いて、これを簡単に説明する。
After the completion of the first step of the rough positioning, the second step of the fine positioning is started. At this time, a technique called an optical cutting method is used (JP-A-3-199599). This will be briefly described with reference to FIG.

【0009】図9は、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の相対位置関係及
びエレクタ(図示せず)に設置された3台の投光器から
セグメント境界領域に照射された3本のスリット光とそ
の拡大図を示す。
FIG. 9 shows the relative positional relationship between the roughly positioned assembly segment 42 and the existing segments 41a to 41c and the three projectors installed on the erector (not shown) irradiating the segment boundary area with the three segments. The slit light and its enlarged view are shown.

【0010】既設セグメント41a、41bは、現在組
立中のリングから直近の既設シールドリング9における
セグメントであり、41cは現在組立中のシールドリン
グの既設セグメントである。投光器からの3本のスリッ
ト光は、粗位置決めされた組立セグメント42のトンネ
ル周方向に沿った境界部に2本(セグメント41aと4
2間及びセグメント41bと42間)、トンネル軸方向
に沿った境界部に1本(セグメント41cと42間)照
射されている。スリット光本数はこれに限定されるもの
ではなく、トンネル周方向に2本以上、トンネル軸方向
に1本以上あればよい。
The existing segments 41a and 41b are the segments in the existing shield ring 9 that are closest to the ring currently being assembled, and 41c is the existing segment of the shield ring that is currently being assembled. Three slit lights from the projector are two (segments 41a and 4a) at the boundary along the tunnel circumferential direction of the roughly positioned assembly segment 42.
Two (between the segments 41b and 42) and one (between the segments 41c and 42) are irradiated to the boundary portion along the tunnel axis direction. The number of slit light beams is not limited to this, and may be two or more in the tunnel circumferential direction and one or more in the tunnel axis direction.

【0011】この結果生じたスリット光像A−A′、B
−B′及びC−C′をそれぞれテレビカメラで撮像し、
その画像のデータを処理して得られた各光像の端点a、
a′、b、b′、c、c′の座標値から前記3ヶ所の断
差・隙間を検出し、その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42の微位置決めを行うもの
である。尚、46a、46b、46cはTVカメラの視
野、47a、47b、47cはテレビ画像である。
The resulting slit light images AA ', B
-B 'and CC' are respectively imaged by the television camera,
The end point a of each light image obtained by processing the image data,
The gaps and gaps at the above three locations are detected from the coordinate values of a ', b, b', c, and c ', and the position / posture deviation of the assembled / existing segment is calculated based on that information, and the deviation is corrected. By doing so, fine positioning of the assembly segment 42 is performed. In addition, 46a, 46b and 46c are visual fields of the TV camera, and 47a, 47b and 47c are television images.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、シールドリングのセグメント組立ての第1段階であ
る粗位置決めの過程で、シールド機本体の掘進を一時停
止させ、当該個所のシールドジャッキを既設リングトン
ネル軸方向端面から離して組立セグメントの位置決め作
業を行う。この場合、複数本のシールドジャッキで地山
の反力とバランスをとっていたシールド機本体の掘進面
が印加される前後の力の局部的変化を受けて傾斜するこ
とが多い。
In the above-mentioned prior art, in the course of the rough positioning which is the first step of the segment assembly of the shield ring, the excavation of the shield machine main body is temporarily stopped and the shield jack at that point is installed on the existing ring. Position the assembly segment away from the end face in the axial direction of the tunnel. In this case, the shield surface of the main body of the shield machine, which is balanced with the reaction force of the ground by the plurality of shield jacks, is often inclined due to a local change in the force before and after the application.

【0013】また、トンネル掘進方向を意図的に曲げる
場合には、トンネル軸が屈曲した前後の位置で、明らか
に既設シールドリング面とシールド機本体の掘進面(新
たにリングを構築する面)は相対的に傾斜する。
Further, when the tunnel excavation direction is intentionally bent, the existing shield ring surface and the excavation surface of the shield machine body (the surface on which a new ring is constructed) are obviously formed at the positions before and after the tunnel axis is bent. Relatively inclined.

【0014】セグメントを組立てるエレクタは、シール
ド機に固定されているので、既設リングに対するシール
ド機の相対位置・姿勢が変化すると、既設リングに対す
るエレクタの相対位置・姿勢も変化する。
Since the erector for assembling the segments is fixed to the shield machine, if the relative position / orientation of the shield machine with respect to the existing ring changes, the relative position / orientation of the erector with respect to the existing ring also changes.

【0015】上記した従来技術の第1の段階である粗位
置決めでは、既設リング位置、既設セグメント位置・姿
勢だけを設計データとして読み込み、この設計データを
基にして組立セグメントの粗位置決めを行っている。シ
ールド機の面傾斜が考慮されていないので、この結果組
立セグメントの既設セグメントに対する位置決め精度が
低下し、光切断法を用いた微位置決め時に既設セグメン
ト端部が投光器やテレビカメラの視野から逸脱してしま
い、自動位置決めができないという問題点を生ずる場合
があった。また、組立セグメントが既設セグメントと位
置的に部分重複して、正しいシールドリング組立てがで
きない場合があった。
In the coarse positioning which is the first step of the above-mentioned conventional technique, only the existing ring position and the existing segment position / posture are read as design data, and the rough positioning of the assembled segment is performed based on this design data. . Since the plane inclination of the shield machine is not taken into consideration, the positioning accuracy of the assembly segment with respect to the existing segment is reduced, and the end of the existing segment deviates from the view of the projector or TV camera during fine positioning using the optical cutting method. In some cases, there is a problem that automatic positioning cannot be performed. In addition, the assembled segment may partially overlap with the existing segment, and the shield ring may not be assembled correctly.

【0016】これを防ぐためには、シールド機の内周に
沿ってトンネル軸方向に3ヶ以上の距離計測センサを付
設しておき、新たなシールドリング組立前に各センサで
直近の既設シールドリング端面との距離を計測する。各
計測値を最小自乗処理してシールド機傾斜面の平面方程
式の定数最適値を求める。この平面方程式からシールド
機の前記距離計測センサ付設面と前記既設シールドリン
グ端面との相対的位置・姿勢を演算する。演算して得た
面傾斜による補正値を粗位置の設計データに加算して新
たな粗位置を決めることが有効である。
In order to prevent this, three or more distance measuring sensors are attached along the inner circumference of the shield machine in the axial direction of the tunnel, and before the new shield ring is assembled, the existing shield ring end face closest to each sensor is attached. Measure the distance to. The least squares process is applied to each measured value to obtain the optimum constant value of the plane equation of the inclined plane of the shield machine. From this plane equation, the relative position and orientation of the surface of the shield machine with the distance measuring sensor and the end surface of the existing shield ring are calculated. It is effective to add a correction value based on the calculated surface inclination to the rough position design data to determine a new rough position.

【0017】しかるに、トンネル掘進用シールド機のサ
イズが巨大であるために、その内周に沿って均等角度で
取り付けられた前記距離計測センサ間の距離も長くな
る。この結果、シールド機のこれらセンサ付設面のわず
かな歪みによって、各センサの先端は最大2cm程度不
揃いになる。即ち、測距センサが予め相対的な位置を異
にしているので、前記既設リングとの距離計測結果は、
予め最大2cm程度の誤差(オフセット誤差とも云う)
を含んでいることになる。それ故、粗位置決め演算では
面傾斜による正確な補正ができない。得られた粗位置を
基にした微位置決め段階では、既設セグメントとの境界
をまたぐべきスリット光像がこの境界からはずれるため
自動的に微位置決めができないという問題点があった。
However, due to the enormous size of the tunnel excavation shield machine, the distance between the distance measuring sensors mounted at equal angles along the inner circumference also becomes long. As a result, the tip of each sensor is misaligned by a maximum of about 2 cm due to a slight distortion of the sensor mounting surface of the shield machine. That is, since the distance measuring sensors have different relative positions in advance, the distance measurement result with the existing ring is
Error of up to 2 cm in advance (also called offset error)
Will be included. Therefore, the rough positioning calculation cannot accurately correct the surface inclination. In the fine positioning step based on the obtained rough position, there is a problem that the slit optical image that should straddle the boundary with the existing segment deviates from this boundary, so that the fine positioning cannot be performed automatically.

【0018】本発明の目的は、距離計測センサ取り付け
位置の不揃いに起因して発生する粗位置補正値の誤差を
最小限に抑制し、補正された粗位置が光切断法適用の許
容範囲内に入り、以ってセグメントの自動組立てを可能
にするセグメント自動組立装置及び方法を提供すること
である。
The object of the present invention is to minimize the error of the rough position correction value caused by the unevenness of the mounting position of the distance measuring sensor, and the corrected rough position is within the allowable range of the application of the optical cutting method. It is an object of the present invention to provide an automatic segment assembly apparatus and method that enables automatic assembly of segments.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、シールド掘進
機にトンネル軸方向に向けて付設した3ヶ以上のに距離
計測センサと、この距離計測センサの取付け固有誤差量
を格納する手段と、上記距離計測センサで計測した、最
新既設シールドリング端面とシールド掘進機の前記距離
計測センサの付設面との相対距離を取込む手段と、この
取込んだ相対距離を前記取付け固有誤差量で校正する手
段と、この校正した相対距離からセンサ付設面の最新既
知シールドリング端面に対する相対姿勢を求め、この校
正した相対距離及び相対姿勢を次に組立てるべきセグメ
ント用の設計データに加えて目標位置を決定する手段
と、この目標位置になるように前記次に組立てるべきセ
グメントの位置・姿勢の制御を行う制御手段と、より成
るセグメント自動組立装置を提供する。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention comprises three or more distance measuring sensors attached to a shield machine in the tunnel axial direction, and means for storing the mounting peculiar error amount of the distance measuring sensors. A means for taking in the relative distance between the latest existing shield ring end surface and the attachment surface of the distance measuring sensor of the shield machine, which is measured by the distance measuring sensor, and the taken relative distance is calibrated by the mounting specific error amount. And the calibrated relative distance, the relative attitude of the sensor attachment surface to the latest known shield ring end surface is obtained, and the calibrated relative distance and relative attitude are added to the design data for the segment to be assembled next to determine the target position. Means and a control means for controlling the position / posture of the segment to be assembled next so that the target position is reached. To provide a device.

【0020】更に本発明は、シールド掘進機にトンネル
軸方向に向けて付設した3ヶ以上のに距離計測センサ
と、この距離計測センサの取付け固有誤差量を格納する
手段と、上記距離計測センサで計測した、最新既設シー
ルドリング端面とシールド掘進機の前記距離計測センサ
の付設面との相対距離を取込む手段と、この取込んだ相
対距離を前記取付け固有誤差量で校正する手段と、この
校正した相対距離からセンサ付設面の最新既知シールド
リング端面に対する相対姿勢を求め、この校正した相対
距離及び相対姿勢を次に組立てるべきセグメント用の設
計データに加えて目標粗位置を決定する手段と、この目
標粗位置になるように前記次に組立てるべきセグメント
の位置・姿勢の制御を行う制御手段と、この目標粗位置
への位置決め終了後に前記次に組立てるべきセグメント
の目標微位置を決定し、この微位置になるように前記次
に組立てるべきセグメントの位置・姿勢の制御を行う制
御手段と、より成るセグメント自動組立装置を提供す
る。
Further, according to the present invention, three or more distance measuring sensors attached to the shield machine in the direction of the tunnel axis, a means for storing a mounting peculiar error amount of the distance measuring sensors, and the distance measuring sensor are provided. A means for capturing the measured relative distance between the end face of the latest existing shield ring and the attachment surface of the distance measuring sensor of the shield machine, a means for calibrating the captured relative distance with the mounting peculiar error amount, and this calibration The relative attitude of the sensor-attached surface to the latest known shield ring end surface is calculated from the relative distance, and the calibrated relative distance and relative attitude are added to the design data for the segment to be assembled next, and a means for determining the target rough position, and Control means for controlling the position / posture of the segment to be assembled next so as to reach the target coarse position, and after positioning to this target coarse position Wherein determining the target fine position of the segments to be assembled in the following, a control unit for controlling the position and orientation of the segments to be assembled in the following so that the fine position, provides a more composed segments automated assembly device.

【0021】更に本発明での前記距離計測センサの取付
け固有誤差量とは、各センサの各々で最初の既設シール
ドリング端面と上記シールド掘進機の前記センサ付設面
との距離dn(ここに、nは前記センサ番号)を計測
し、この計測値の各々を用いて前記最初の既設シールド
リング端面と前記センサ付設面の非平行状態から生ずる
前記計測値のセンサ付設角度に対する正弦波曲線の定数
最適値を決定し、この正弦波曲線から前記センサの各付
設角度における最適距離を演算して、当該最適演算値d
n′(ac)とdnとの差を補正量として求め、当該補正
量を前記各距離計測センサの取付け個有誤差量として付
与することとした。
Further, the amount of peculiar mounting error of the distance measuring sensor in the present invention means the distance d n between the first existing shield ring end face of each sensor and the sensor mounting face of the shield machine (here, n is the sensor number), and each of the measured values is used to optimize the constant of the sinusoidal curve with respect to the sensor mounting angle of the measured value resulting from the non-parallel state of the first existing shield ring end surface and the sensor mounting surface. The value is determined, the optimum distance at each attached angle of the sensor is calculated from this sinusoidal curve, and the optimum calculated value d
The difference between n ′ (ac) and d n is obtained as a correction amount, and the correction amount is given as an error amount unique to the attachment of each distance measuring sensor.

【0022】更に本発明では、シールド掘進機の内周に
トンネル軸方向に付設した3ヶ以上の距離計測センサの
各々で最初の既設シールドリング端面と上記シールド掘
進機の前記センサ付設面との距離dn(ここに、nは前
記センサ番号)を計測する第1の工程と、この計測値の
各々を用いて最小自乗法により前記最初の既設シールド
リング端面と前記センサ付設面の非平行状態から生ずる
前記計測値のセンサ付設角度に対する正弦波曲線の定数
最適値を決定する第2の工程と、この正弦波曲線から前
記センサの各付設角度における最適距離を演算して、当
該最適演算値dn′(ac)とdnとの差を補正量として
求める第3の工程と、当該補正量を前記各距離計測セン
サの取付け個有誤差量Cnとして記憶する第4の工程と
から成る予備段階と、第i番目(i≧2)シールドリン
グ組立時前記第1の工程を行って求めたdnに前記個有
誤差量Cnを加算したdn′(=dn+Cn)を用いて前記
第2の工程を行い、得られた最適演算値dn′(ac)
を使って前記シールド掘進機と第(i−1)番目の既設
シールドリング端面との相対距離及び相対姿勢を演算
し、これを設計データから求めた粗位置に加算して新た
な粗位置を決める手法を採用した粗位置決め制御段階
と、このようにして粗位置決めされた組立セグメントと
第(i−1)番目の既設シールドリングの既設セグメン
トとの境界部の少なくとも2ヶ所及び前記組立セグメン
トと第i番目のシールドリングの既設セグメントとの境
界部の少なくとも1ヶ所に、エレクタ上設置投光器から
スリット光を照射し、得られた各スリット光像を前記エ
レクタ上設置テレビカメラにより撮像して得られる画像
データから前記境界部の段差・隙間を検出し、その段差
・隙間情報を基にして前記組立セグメントと前記既設セ
グメントとの位置・姿勢偏差を求め、その偏差を補正す
ることによって前記組立セグメントを組立位置に微位置
決めする手法を採用した微位置決め制御段階から成り、
前記粗位置決め制御段階と前記微位置決め制御段階を繰
り返すことによりトンネル掘進によるシールドリングの
組立てを行うことを特徴とするシールドリング用セグメ
ントの自動組立方法を開示する。
Further, in the present invention, the distance between the first existing shield ring end face of each of the three or more distance measuring sensors provided on the inner circumference of the shield machine in the axial direction of the tunnel and the sensor attachment surface of the shield machine. The first step of measuring d n (where n is the sensor number) and the non-parallel state of the first existing shield ring end surface and the sensor attachment surface by the least squares method using each of these measurement values. The second step of determining the constant optimum value of the sine wave curve for the sensor installation angle of the generated measurement value, and the optimum distance at each installation angle of the sensor is calculated from this sine wave curve, and the optimum calculation value d n is calculated. Preliminary step consisting of a third step of obtaining the difference between ‘(ac) and d n as a correction amount, and a fourth step of storing the correction amount as the mounting-specific error amount C n of each distance measuring sensor. And d n ′ (= d n + C n ) obtained by adding the individual error amount C n to the d n obtained by performing the first step at the time of assembling the i-th (i ≧ 2) shield ring, The optimum calculation value d n ′ (ac) obtained by performing the second step is obtained.
Is used to calculate the relative distance and relative attitude between the shield machine and the end face of the (i-1) th existing shield ring, and this is added to the rough position obtained from the design data to determine a new rough position. A rough positioning control step employing a method, at least two boundary portions between the rough-positioned assembled segment and the existing segment of the (i-1) th existing shield ring, and the assembled segment and the i-th Image data obtained by irradiating at least one position of the boundary of the second shield ring with the existing segment with slit light from the projector installed on the erector and capturing each slit light image obtained by the television camera installed on the erector. The step / gap at the boundary is detected from the position, and the position / appearance of the assembly segment and the existing segment based on the step / gap information. A deviation consists fine positioning control stage that employs a technique for finely positioning the assembly segment assembly position by correcting the deviation,
Disclosed is an automatic method for assembling a shield ring segment, which comprises assembling a shield ring by tunneling by repeating the rough positioning control step and the fine positioning control step.

【0023】[0023]

【作用】本発明によれば、距離計測センサの取付け固有
誤差量を事前に求めておき、この固有誤差量で計測した
相対距離を校正することにより、相対距離が正しい値と
なり、シールド掘進機の位置・姿勢を求めることがで
き、セグメントの位置制御が容易となる。
According to the present invention, the mounting peculiar error amount of the distance measuring sensor is obtained in advance, and the relative distance measured by this peculiar error amount is calibrated so that the relative distance becomes a correct value. The position / orientation can be obtained, and the segment position control becomes easy.

【0024】更に本発明によれば、距離計測センサの取
付け固有誤差量を、正弦波曲線と最小自乗法とを利用す
ることにより正確に求めることができ、セグメントの位
置決めを正確に実行でき、併せてその位置制御も容易と
なる。
Further, according to the present invention, the mounting characteristic error amount of the distance measuring sensor can be accurately obtained by using the sinusoidal curve and the least square method, and the segment can be accurately positioned. The position control is also easy.

【0025】[0025]

【実施例】図1は、本発明の原理を説明するための図で
ある。シールド掘進中に意図的または非意図的にトンネ
ル進路が屈折し、シールド掘進機のセンサ取付面が図1
に示すように直近の既設シールドリング端面に対して傾
斜した場合を考える。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention. The tunnel mounting path is intentionally or unintentionally bent during the shield excavation, and the sensor mounting surface of the shield excavator is shown in Fig. 1.
Let us consider the case in which the shield ring is inclined with respect to the nearest end face of the existing shield ring as shown in.

【0026】基準となる直近の既設シールドリング端面
の座標が(Y、Z)であり、傾斜したシールド機センサ
付設面の座標が(Y′、Z′)である。X軸は、シール
ド機後面方向が正の向きになる。基準面に対する傾斜面
の傾きは、Z−Z′軸まわりの回転(ヨーイング)Δδ
zとY−Y′軸まわりの回転(ピッチング)Δδyをもっ
て図1のように示される。
The coordinates of the most recent existing shield ring end surface as a reference are (Y, Z), and the coordinates of the inclined shield machine sensor mounting surface are (Y ', Z'). The X-axis has a positive direction in the rear direction of the shield machine. The inclination of the inclined surface with respect to the reference surface is rotation (yawing) Δδ about the ZZ ′ axis.
It is shown in FIG. 1 with z and rotation (pitching) Δδ y about the YY ′ axis.

【0027】この時傾斜面の粗位置を示すX座標の座標
値x′は傾斜前のX座標の設計値xと傾斜によるX座標
の変位Δxを用いて x′=x+Δx と表示される。
At this time, the coordinate value x'of the X coordinate indicating the rough position of the inclined surface is expressed as x '= x + Δx using the design value x of the X coordinate before the inclination and the displacement Δx of the X coordinate due to the inclination.

【0028】シールド掘進機の内周に沿って5個の距離
計測センサS1〜S5を、図示した正五角形の各頂点に設
け、各センサでそれぞれ測定したセンサ取付平面と既設
シールドリング端面との距離をそれぞれd1〜d5とす
る。dn≡dn(xn、yn、zn)(n=1〜5)であ
る。
Five distance measuring sensors S 1 to S 5 are provided along the inner circumference of the shield machine at each apex of the regular pentagon shown in the drawing, and a sensor mounting plane measured by each sensor and an existing shield ring end surface are provided. Are set to d 1 to d 5 . d n ≡d n (x n , y n , z n ) (n = 1 to 5).

【0029】dnは、シールド掘進機取付面の小さな歪
みによってセンサの取付位置が微妙に異なり、誤差を含
んでいる。そこで、真のdn値を知るには、各センサの
先端部が一平面上になければならない。もっとも小さな
誤差で各センサ取付位置を揃えるために、本発明では先
ず、予備段階の測定(初回の測定)、即ちトンネル工事
の基礎となる第1番目のシールドリングを組立後シール
ド掘進して最初のセンサ測距、のデータdnの最小自乗
誤差処理を行う。
The d n includes an error because the sensor mounting position is slightly different due to a small distortion of the shield machine mounting surface. Therefore, in order to know the true value of d n , the tip of each sensor must be on one plane. In order to align the sensor mounting positions with the smallest error, in the present invention, first, preliminary measurement (first measurement), that is, the first shield ring that is the basis of tunnel construction is assembled and then shield excavation is performed. The least square error processing of the data d n of the sensor distance measurement is performed.

【0030】非平行状態にある2つの平面間の距離を円
周に沿って数カ所で測定すると、各測定値は円周の角度
の正弦波関数で表される。
When the distance between two planes in the non-parallel state is measured at several points along the circumference, each measured value is represented by a sinusoidal function of the angle of the circumference.

【0031】今、既設シールドリング端面を表す平面方
程式を
Now, the plane equation representing the end face of the existing shield ring is

【数1】 とする。ここに、a〜dは定数である。トンネル掘進に
よって本質的にトンネル内経は変化しないものとすれ
ば、傾斜したセンサ取付平面におけるy′、z′値は既
設シールドリング端面におけるy、z値と同じである。
傾斜によってx値のみが前記のように変化することにな
る。それ故、dnの含む誤差は、x値の誤差に起因する
と考えてよい。
[Equation 1] And Here, a to d are constants. Assuming that the inside diameter of the tunnel is essentially unchanged by the tunnel excavation, the y ', z'values on the inclined sensor mounting plane are the same as the y, z values on the end face of the existing shield ring.
The slope will cause only the x value to change as described above. Therefore, it can be considered that the error included in d n is caused by the error in the x value.

【0032】前記した正弦波関数は、dnの取付角度を
ψとすれば、
The sine wave function described above is given by the following equation, where the mounting angle of d n is ψ:

【数2】 ただしL、Mは定数であり、また簡単のためにL1の取
付角度をψ=0とした。dnの含む誤差が最小になる如
く(数2)の定数L、Mを決定するために、最小自乗法
を適用する。
[Equation 2] However, L and M are constants, and the attachment angle of L 1 is set to ψ = 0 for simplicity. The least squares method is applied to determine the constants L and M in (Equation 2) so that the error included in d n is minimized.

【0033】最小自乗法における残差vnは、The residual v n in the method of least squares is

【数3】 と表すことができる。v2 nの合計値Vは次式となる。[Equation 3] It can be expressed as. The total value V of v 2 n is given by the following equation.

【数4】 この偏微分を0とおくと次式となる。[Equation 4] When this partial differential is set to 0, the following equation is obtained.

【数5】 (数5)は定数M、Lに関する2元連立方程式である。
この式をM、Lについて解き、各測定値はdn、sin
ψnを入れて計算すれば、定数M、Lの最適値を求める
ことができる。即ち、(数2)が決定される。これがd
nの最小自乗誤差処理である。
[Equation 5] (Equation 5) is a binary simultaneous equation regarding constants M and L.
This equation is solved for M and L, and each measured value is d n , sin
The optimum values of the constants M and L can be obtained by inserting and calculating ψ n . That is, (Equation 2) is determined. This is d
This is the least square error processing of n .

【0034】次に、得られた最適正弦波曲線上の値dn
(ac)と実測値dnとの差を求めると、各距離計測セ
ンサの取付位置に起因する誤差の最適値Cnが得られ
る。
Next, the value d n on the obtained optimum sine wave curve is obtained.
When obtaining a difference (ac) and the measured value d n, the optimal value C n of the error due to the mounting position of each distance measuring sensor can be obtained.

【0035】このCnを各センサにおける実測値をdn
加算すると、dnの取付位置誤差の補正が完了する。即
ち、dnの補正値dn′は
[0035] When adding the measured values of each sensor the C n to d n, the correction of the mounting position error of d n is completed. In other words, the correction value d n of d n 'is

【数6】 で与えられる。センサの取付位置は、シールド掘進中変
化しないので、上記のようにして求めたCnを記憶して
おく。
[Equation 6] Given in. Since the mounting position of the sensor does not change while the shield is being dug, the C n obtained as described above is stored.

【0036】そして、第2回目以降のセンサを用いた測
距値dnにまずこのCnを加えて補正した値dn′を求
め、この値を前記(数2)〜(数5)におけるdnのか
わりに用いることにする。
Then, a corrected value d n ′ is first obtained by adding C n to the distance measurement value d n using the second and subsequent sensors, and this value is obtained in the above (Equation 2) to (Equation 5). It will be used instead of d n .

【0037】組立セグメントの粗位置決め演算では、
(数2)〜(数5)を用いて定めた正弦波曲線から
n′の最確値dn′(ac)を求め、その座標値
(xn′、yn、zn)を(数1)に代入して連立方程式
を解くことにより平面方程式の定数a〜dを決定する。
In the rough positioning calculation of the assembly segment,
(Equation 2) through (5) obtains the "most probable value d n of '(ac) d n from the sine wave curve determined using the coordinate values (x n', y n, z n) (the number The constants a to d of the plane equation are determined by substituting in 1) and solving the simultaneous equations.

【0038】この平面方程式から、粗位置補正量Δx、
姿勢偏差量Δδz、Δδyを定めることができる。なお、
姿勢偏差量は
From this plane equation, the rough position correction amount Δx,
The posture deviation amounts Δδ z and Δδ y can be determined. In addition,
The amount of posture deviation is

【数7】 で与えられる。[Equation 7] Given in.

【0039】これらの補正値、偏差量を設計データに加
算することによって粗位置決め演算が完了する。
The rough positioning calculation is completed by adding these correction values and deviation amounts to the design data.

【0040】以下、本発明を実施例に基づいて詳しく述
べる。図2〜図7は、シールド機とシールドリングの構
造を示す図である。以下、これらの図を参考にしてシー
ルド機の構造及び動作を説明する。
The present invention will be described in detail below based on examples. 2 to 7 are views showing the structures of the shield machine and the shield ring. The structure and operation of the shield machine will be described below with reference to these drawings.

【0041】セグメント組立てに用いられるエレクタ本
体12は、円筒状をしたシールド機本体11の後部12
に設置される。シールド機本体11の外周部には、シー
ルドジャッキ100が10〜40本程度取り付けられて
いる。シールドジャッキ100は、図4の100aで示
したようにトンネル軸方向に伸ばして直近の既設リング
9の既設セグメント41円筒状端面を均等な力で押し付
け、その反力を利用してシールド機本体11を地山に圧
触させながら掘進するために用いられている。
The erector body 12 used for segment assembly is a cylindrical rear portion 12 of the shield machine body 11.
Is installed in. About 10 to 40 shield jacks 100 are attached to the outer peripheral portion of the shield machine main body 11. As shown by 100a in FIG. 4, the shield jack 100 extends in the tunnel axial direction and presses the existing cylindrical segment end surface of the existing segment 41 of the nearest existing ring 9 with a uniform force, and the reaction force is utilized to shield the main body 11 of the shield machine. It is used for excavating while keeping the ground against the ground.

【0042】シールドジャッキ100のうち、正五角形
の頂点を占める5本に距離計測センサS1〜S5を内蔵設
定してある。そしてS1〜S5が自己ジャッキの左右の動
き量を監視し距離計測を行う。S1〜S5の一例として
は、自己の対応するジャッキに磁性体と非磁性体とをジ
ャッキの長手方向に交互に付着しておき、これを検出ヘ
ッドで監視することでジャッキの移動量を検出する磁気
形の非接触式のものがある。これ以外に、接触式のもの
もある。又、シールドジャッキに設置せずに距離計測す
るレーザ距離計測センサの例もある。いずれにしろセン
サS1〜S5の取付位置の精度が正確でないことが本実施
例の前提となる。
In the shield jack 100, five distance measuring sensors S 1 to S 5 are built-in and occupy the vertices of a regular pentagon. And the S 1 to S 5 for monitoring and distance measurement movement amount of the left and right self jack. As an example of S 1 to S 5 , a magnetic material and a non-magnetic material are alternately attached to the corresponding jack in the longitudinal direction of the jack, and the movement amount of the jack is detected by monitoring this with a detection head. There is a non-contact type of magnetic type to detect. Besides this, there is also a contact type. There is also an example of a laser distance measuring sensor that measures a distance without installing it on a shield jack. It is the premise of the embodiment the accuracy of the mounting position of the sensor S 1 to S 5 In any case is not accurate.

【0043】図14には前記磁気形のセンサ例を示す。
シールドジャッキ100の表面又は内部に磁性体101
と非磁性体102とをピッチPの間隔で設置しておく。
一方、2つの一次励起コイル103と104とを近接し
て設け、且つ検出ヘッド110側には、2つの二次誘起
コイル105と106とをコイル103と104とに対
応させて設けてある。一次励起コイル103、104に
各々a sin ωt、bcos ωtなる90゜位相差の三角
波を加えておくと、ジャッキ100の矢印方向の移動に
より磁気抵抗が1ピッチ毎に変化することにより、検出
ヘッドの二次誘起コイル105と106との出力側に
は、E=K sin(ωt−2πx/p)なる出力が現れる。
即ち、位相分2πx/pにいは、移動量xが反映してい
ることになり、位相分2πx/pを求め、これからxを
求めることができる。
FIG. 14 shows an example of the magnetic sensor.
A magnetic material 101 is provided on the surface or inside of the shield jack 100.
And the non-magnetic material 102 are installed at a pitch P.
On the other hand, two primary excitation coils 103 and 104 are provided close to each other, and two secondary induction coils 105 and 106 are provided on the detection head 110 side so as to correspond to the coils 103 and 104. When triangular waves having a 90 ° phase difference of a sin ωt and bcos ωt are applied to the primary excitation coils 103 and 104, respectively, the magnetic resistance changes every pitch due to the movement of the jack 100 in the direction of the arrow. On the output side of the secondary induction coils 105 and 106, an output of E = K sin (ωt−2πx / p) appears.
That is, the movement amount x is reflected in the phase component 2πx / p, and the phase component 2πx / p can be obtained, and x can be obtained from this.

【0044】前記した如く、組立セグメント42の位置
決め及び取付け時には、当該個所のシールドジャッキ1
00は、図4の100bの如く縮めて空間を確保する。
また、トンネル掘進方向を意図的に屈曲させる場合も所
定方向のジャッキを縮めて圧力バランスをくずす。
As described above, at the time of positioning and attaching the assembly segment 42, the shield jack 1 at the relevant portion is placed.
00 shrinks like 100b of FIG. 4 and secures a space.
When the tunnel excavation direction is intentionally bent, the jack in the predetermined direction is contracted to break the pressure balance.

【0045】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
姿勢制御用ジャッキ31、32、33及びセグメント把
持部34からなっている。
The erector body 12 is roughly classified into an erector ring 13 and a slewing motor 16 which are swing mechanisms, a hanging beam 21 and a push jack 22 which are push mechanisms, a horizontal slide frame 24 and a horizontal slide jack 25 which are left and right slide mechanisms. , Front-rear slide frame 27 and front-rear slide jack 28 which are front-rear sliding mechanisms, pitching, rolling,
It comprises a spherical frame 29 which is a posture control mechanism for yawing and the like, posture control jacks 31, 32 and 33 and a segment grip portion 34.

【0046】エレクタリング13は、シールド本体11
の内周数カ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 places on the inner periphery thereof, and is driven to rotate 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.

【0047】エレクタリング13の左右アーム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22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。
The suspension beam 21 supported by the left and right arms 19 of the elector ring 13 via the guide rod 20 is
The pressing jack 22 mounted between the arm 19 and the arm 19 is expanded and contracted to move in the Z-axis direction (radial direction of the elector ring 13), and accordingly, the following respective parts supported on the suspension beam 21 also move in the same direction. To do.

【0048】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に上に支持され
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 via 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 respective parts supported above by the horizontal slide frame 24 are also moved in the same direction.

【0049】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.

【0050】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 gripping portion 34. . When one of the jacks 31 and 32 is extended and the other is contracted, the spherical frame 29 is swung 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.

【0051】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 the spherical frame 29. Is used for pitching control of the segment gripper 34.

【0052】セグメント把持部34は、図7に示すよう
に組立セグメント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42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。
As shown in FIG. 7, the segment gripping portion 34 has a threaded shaft 35 having a male screw thread which 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 screw shaft 35 is rotated to project toward the segment 42,
After the screwing is completed, the segment 42 is gripped by pulling back the screw shaft 35 until the segment 42 hits the end surface of the segment grip portion 34.

【0053】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).

【0054】図8はセグメントの微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
及び位置制御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直近既設リング9
の既設セグメントを、41cは組立セグメント42とト
ンネル周方向に隣接する現行組立てリングの既設セグメ
ントをそれぞれ表している。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44
a、44b、44cとテレビカメラ45a、45b、4
5c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とテレビカメラ45a〜45cと把
持部34及び組立セグメント42と相対的な位置・姿勢
はエレクタの動きにも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ヶ所に、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
ヶ所にそれぞれスリット光を照射し(図9参照)、各セ
グメント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9は従来例で説明したように光切断法で
用いられる要素を、より詳しく示した図である。
FIG. 8 shows the positional relationship between the step / gap detecting means used for fine positioning of the segment and the assembled / existing segment, and the position control system configuration. Reference numeral 12 schematically represents the erector body. 42 is a roughly positioned assembly segment, and 41a and 41b are the nearest existing ring 9 adjacent to the assembly segment 42 in the tunnel axial direction.
, 41c represents the existing segment of the current assembly ring which is adjacent to the assembly segment 42 in the tunnel circumferential direction. In order to detect steps and gaps between these assembled / existing segments, three sets of projectors 44 are used.
a, 44b, 44c and TV cameras 45a, 45b, 4
5c 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 despite the movement of the erector.
The light projectors 44a and 44b are located at two boundary portions along the tunnel circumferential direction between the assembly segment 42 and the existing segments 41a and 41b, and the light projector 44c is located at one boundary portion along the tunnel axial direction between the assembly segment 42 and the existing segment 41c.
Slit light is applied to each of the positions (see FIG. 9), and slit light images A, A ′, B, B ′, and
C and C'are imaged by the television cameras 45a to 45c, respectively. FIG. 9 is a diagram showing in more detail the elements used in the optical cutting method as described in the conventional example.

【0055】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。装置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、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及び油圧ジャッキ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. An apparatus 51 is an image processing apparatus that processes the image data stored in the image memory 50 to obtain the end point coordinates of the slit light image, and an apparatus 52 is the end point coordinate values obtained by the image processing apparatus 51 or previously input numerical data. Is a controller of the erector main body (hereinafter referred to as main body controller) that performs a positioning control calculation described later based on the above, and outputs the result to the servo controller 53 as a command value.
In accordance with the command, the servo control device 53 causes the swing motor 16 and the hydraulic jacks 22, 25, 28 of the erector body to move,
It controls 7-axis actuators including 31, 32, and 33.

【0056】次に、位置決め制御について説明する。位
置決め制御は、第1段階の粗位置決め制御150と、第
2段階の微位置決め制御200を連続的に行う。
Next, the positioning control will be described. As the positioning control, the coarse positioning control 150 of the first stage and the fine positioning control 200 of the second stage are continuously performed.

【0057】図10は、粗位置決め制御150のプロセ
スを示すチャートである。粗位置決め制御は、手順15
1〜154で構成される。
FIG. 10 is a chart showing the process of the rough positioning control 150. Coarse positioning control is the procedure 15
1 to 154.

【0058】手順151は、粗位置演算である。シール
ド機本体11が最初の既設リングから一定距離トンネル
掘進を行った位置で第2番目のシールドリングを組立て
ようとする時、図1で示したようにシールドジャッキ1
00の操作によって意図的または非意図的に地山との圧
力バランスが崩れてシールド機本体全面が傾斜する。従
って、粗位置演算では、直近の既設リング、即ち最初の
リング組立て時に得た情報を基にした設計データを補正
しなければならない。補正は、面傾斜に基づく変位とセ
ンサ取付位置誤差の両方について行う必要がある。先
ず、位置決め予備段階として、センサ取付誤差の演算と
記憶を行う。
Step 151 is a rough position calculation. When the shield machine body 11 tries to assemble the second shield ring at a position where the shield machine body 11 has tunneled a certain distance from the first existing ring, as shown in FIG.
By the operation of 00, the pressure balance with the natural ground is intentionally or unintentionally collapsed and the entire surface of the shield machine body is inclined. Therefore, in the rough position calculation, it is necessary to correct the most recent existing ring, that is, the design data based on the information obtained when the first ring is assembled. The correction needs to be performed for both the displacement based on the surface inclination and the sensor mounting position error. First, as a preliminary positioning step, the sensor mounting error is calculated and stored.

【0059】図1で示したように、シールド機本体11
に付設したシールドジャッキ100のうち、正五角形の
頂点を占める5本に内臓された距離計測センサS1〜S5
で直近の既設リングとの距離d1〜d5を測定する。シー
ルド機本体が既設リングに対して傾斜していると、一般
にd1〜d5はセンサ取付角度ψの正弦波関数で表され
る。d1を計測するセンサの取付位置をψ=0とし、7
2度毎にd2〜d5を計測することになる。
As shown in FIG. 1, the shield machine main body 11
The distance measuring sensors S 1 to S 5 incorporated in five of the shield jacks 100 attached to
Then, the distances d 1 to d 5 from the nearest existing ring are measured. When the shield machine main body is inclined with respect to the existing ring, d 1 to d 5 are generally represented by a sine wave function of the sensor mounting angle ψ. The mounting position of the sensor that measures d 1 is ψ = 0, and 7
D 2 to d 5 will be measured every two times.

【0060】このd1〜d5は、測距センサの取付位置の
平面からのずれに起因する誤差を含むので、得られた計
測値に前記(数2)〜(数5)を適用して最小自乗誤差
処理を行う。その結果求められた最適正弦波曲線を図示
したのが、図12である。
Since these d 1 to d 5 include an error due to the deviation of the mounting position of the distance measuring sensor from the plane, applying the above (Formula 2) to (Formula 5 ) to the obtained measured value. Least square error processing is performed. The optimum sinusoidal curve obtained as a result is shown in FIG.

【0061】この図から、各計測センサの取付位置誤差
の最適値cnが得られるので、これを記述しておく。取
付位置の誤差を補正した各センサの測距値dn′は、
(数6)で与えられる。
Since the optimum value c n of the mounting position error of each measuring sensor can be obtained from this figure, this will be described. The distance measurement value d n ′ of each sensor in which the error in the mounting position is corrected is
It is given by (Equation 6).

【0062】次に、この補正値はdn′を用いて平面方
程式で(数1)の定数決定を行う。第2番目の組立リン
グの場合には、前記したようにdn′は既に最小自乗誤
差補正されているので最確値dn′(ac)となる。即
ち、この座標値(xn、yn、zn)を用いて、a〜d、
Δxに関する5元連立方程式を解けばよい。
Next, this correction value is subjected to the constant determination of (Equation 1) by a plane equation using d n ′. In the case of the second assembly ring, since d n ′ has already been subjected to the least square error correction as described above, it becomes the most probable value d n ′ (ac). That is, the coordinate values (x n, y n, z n) with, to d,
It suffices to solve the five-element simultaneous equations regarding Δx.

【0063】一方、第3番目以降の組立リングの場合に
は、補正値dn′を構成するdnとcnのうちdnは面傾斜
に基づく変位を含むので、dn′に最小自乗法を適用し
てdn′(ac)を求めなおすことになる。その後、
n′(ac)の座標値を用いてa〜d、Δxに関する
5元連立方程式から各値を決める。
[0063] On the other hand, in the case of the third and subsequent assembly ring, 'since d n of d n and c n constituting the includes a displacement based on the surface inclination, d n' correction value d n Minimum own to The multiplication is applied to recalculate d n ′ (ac). afterwards,
Using the coordinate values of d n ′ (ac), each value is determined from a five-dimensional simultaneous equation regarding a to d and Δx.

【0064】このようにして得た平面方程式から、シー
ルド機本体11の直近の既設シールドリング9端面に対
する傾きΔpitch及びΔyawが(数7)を用いて
求められる。
From the plane equations thus obtained, the inclinations Δpitch and Δyaw with respect to the end face of the existing shield ring 9 of the shield machine main body 11 can be obtained by using (Equation 7).

【0065】予め、設計データから求めた第n番目のシ
ールドリング用セグメントの粗位置x(n)、y
(n)、z(n)、δx(n)、δy(n)、δz(n)
及びエレクタ旋回量θ(n)を以下のように補正して粗
位置演算を行う。
Coarse position x (n), y of the nth shield ring segment obtained from the design data in advance.
(N), z (n), δ x (n), δ y (n), δ z (n)
Also, the eclectic turning amount θ (n) is corrected as follows to perform rough position calculation.

【数8】 [Equation 8]

【0066】以上、測距センサの取付位置誤差補正とシ
ールド機面傾斜による変位補正を含む本発明の組立セグ
メントの粗位置決め演算手順151について述べた。
The rough positioning calculation procedure 151 of the assembly segment of the present invention including the correction of the mounting position error of the distance measuring sensor and the displacement correction due to the inclination of the shield machine surface has been described above.

【0067】上記例では、シールド機の相対位置・姿勢
をシールドジャッキに内臓した距離計測センサにより測
定する場合を説明した。しかし、本発明の距離計測セン
サは、この方式にとどまるものではない。例えば、シー
ルドジャッキとは別に距離計測シリンダを設けることも
可能であるし、更に高速測距を行うには光学方式などの
非接触型距離センサをシールド機に付設することがより
好ましい。
In the above example, the case where the relative position / orientation of the shield machine is measured by the distance measuring sensor incorporated in the shield jack has been described. However, the distance measuring sensor of the present invention is not limited to this method. For example, it is possible to provide a distance measuring cylinder separately from the shield jack, and it is more preferable to attach a non-contact type distance sensor such as an optical system to the shield machine in order to perform high-speed distance measurement.

【0068】前記した第n番目のシールドリングの設置
されるべき面(或は既設のセグメント)の位置・姿勢計
測演算結果を基にして、組立セグメントが最終的に位置
決めされるのであろう目標位置を予測演算し、その目標
位置を与えるようにしてコレクタ位置・姿勢を演算す
る。これが、手順152である。この時、図8に示した
組立セグメント42及び既設セグメント41a〜41c
上のスリット光像A、A′、B、B′、C、C′がテレ
ビカメラ45a〜45cのカメラ視野に入り、且つ組立
セグメント42と既設セグメント41a〜41cが重複
接触しないようにしてエレクタ目標位置・姿勢が設計さ
れなければならない。
Based on the position / orientation measurement calculation result of the surface (or existing segment) on which the n-th shield ring is to be installed, the target position where the assembly segment will be finally positioned will be. Is calculated and the collector position / orientation is calculated by giving the target position. This is procedure 152. At this time, the assembly segment 42 and the existing segments 41a to 41c shown in FIG.
The upper slit light images A, A ', B, B', C, C'are in the camera field of view of the television cameras 45a to 45c, and the assembled segment 42 and the existing segments 41a to 41c are prevented from overlapping contact with each other. The position / attitude must be designed.

【0069】次に、手順153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154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おえるの
を待つ。これで、粗位置決め制御が終了する。
Next, the command value of each actuator including the swing motor 16 is calculated from the rough position previously obtained by the actuator command value calculation in step 153, and the command value is sent to the servo controller 53 by the actuator control in step 154. Output,
Wait for the servo controller 53 to control the actuator. This completes the rough positioning control.

【0070】次に、位置決めの第2段階である組立セグ
メントの微位置決め制御200について説明する。その
詳細な手順を、図11に示した。手順201の微位置決
め用偏差検出演算では、以下のようにして行う。
Next, the fine positioning control 200 for the assembly segment, which is the second stage of positioning, will be described. The detailed procedure is shown in FIG. The deviation detection calculation for fine positioning in step 201 is performed as follows.

【0071】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9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、
yv)上での端点座標a(ax、ay)、a′(a
x′、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との隙間
Δxa、Δxb、Δxcが次式より算出される。
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, of the three slit light images A, A ', B, B', C, C'extracted in this state)
end point coordinates a (ax, ay), a '(a
x ', ay'), b (bx, by), b '(bx', b
y '), c (cx, cy), c' (cx ', cy') are used to perform the fine positioning deviation detection calculation in step 201. In step 201, gaps Δxa, Δxb, and Δxc between the assembled / existing segments and the steps Δza, Δzb, and Δzc are calculated from these end point coordinate values by the following equations.

【数9】 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。
[Equation 9] Here, kx, ky, and kz are coefficients for converting the image data into numerical values in units of mm.

【0072】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.

【数10】 ここで、edx、edy、edzはそれぞれ図13に示
すx軸方向、y軸方向、z軸方向の位置偏差を、e
δx、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す。又、Lxa、Lxc、Ly
a、Lybは、図12に示すように、組立セグメント4
2の把持中心○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軸方向及びy軸
方向の距離を表している。
[Equation 10] 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.
δ x , e δ y , and e δ z are respectively around the x axis and around the y axis,
It represents the posture deviation around the z-axis. Also, Lxa, Lxc, Ly
a and Lyb are assembly segments 4 as shown in FIG.
2 represents the distances in the x-axis direction and the y-axis direction from the gripping center O of 2 to the respective end points a, b, c of the slit light images A, B, C on the assembly segment.

【0073】次に、手順202に移る。先ず、補正量を
算出する。前記した偏差量から位置・姿勢の補正量d
x、dy、dz、δx、δy、δzが次式により求められ
る。
Then, the procedure proceeds to step 202. First, the correction amount is calculated. Position / orientation correction amount d from the above-mentioned deviation amount
x, dy, dz, δ x , δ y , δ z are calculated by the following equations.

【数11】 これら補正量は、別途それぞれの補正量に対して定めら
れたしきい値と比較される。対応する各しきい値をk1
〜k6とすれば
[Equation 11] These correction amounts are compared with threshold values separately set for the respective correction amounts. K1 for each corresponding threshold
~ K6

【数12】 が全て満足された時、「Y」に移り制御は終了する。し
かし、(数12)の式がひとつでも満足されていなけれ
ば「N」に移り、手順203〜手順205を実行する。
[Equation 12] When all are satisfied, the process moves to “Y” and the control ends. However, if even one of the equations of (Equation 12) is not satisfied, the process proceeds to “N” and steps 203 to 205 are executed.

【0074】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。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 として、この演算を行えばよい。
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. The position / orientation of the assembly segment after rough positioning is the position in the x-axis direction; the position in the P11 y-axis direction; the position in the z-axis direction in P12; the position in the z-axis direction in P13; the attitude in the x-axis direction at P13; the attitude in the y-axis direction at P14; orientation; P16 Elekta target position and posture of the x-axis direction position; P21 = P11 + dx y-axis position; P22 = P12 + dy z-axis position; of P23 = P13 + dz x-axis orientation; P24 = P14 + δ x y-axis around This calculation may be performed with the posture: P25 = P15 + δ y z-axis posture; P26 = P16 + δ z .

【0075】次に、手順204へ進む。手順204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・姿勢からアクチュエータ指令値を演算
し、手順205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のを待つ。再び手順201
へ戻り手順202で「Y」となれば、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。
Next, the procedure proceeds to step 204. In the actuator command value calculation of step 204, the actuator command value is calculated from the erector target position / orientation obtained in step 203, and the command value is output to the servo control device 53 by the actuator control of step 205. Wait for the actuator to finish controlling. Step 201 again
If the procedure returns to "Y" in step 202, the fine positioning control ends, and the assembly segment is finally positioned at the assembly position.

【0076】尚、微位置決めは、前記実施例以外のもの
であってもよく、また、粗位置決めが最終的な微位置決
めの例もありうる。
The fine positioning may be other than the above-mentioned embodiment, and the rough positioning may be the final fine positioning.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上実施例を用いて説明したように、本
発明によれば、シールド機本体がトンネル掘進中に意図
的または非意図的に進路変更を生じても、直近の既設シ
ールドリングに対する相対的な姿勢偏差をシールド機付
設の測距センサで検出し、測距誤差を補正した上で粗位
置補正することによって、第2段階の微位置決め時用い
られる光切断法の投光器及びテレビカメラ視野から偏差
検出用光像が逸脱することなく、粗位置決めに続いて自
動的に微位置決めを行うことができる。この結果、トン
ネル掘進工事の迅速化、省力化、低コスト化に資するこ
とができる。
As described above with reference to the embodiments, according to the present invention, even if the shield machine body intentionally or unintentionally changes its course during the tunnel excavation, it does not affect the latest shield ring. The relative attitude deviation is detected by the distance measuring sensor attached to the shield machine, the distance measuring error is corrected, and then the rough position is corrected, so that the projector and the television camera field of view of the optical cutting method used at the time of the fine positioning in the second stage. It is possible to automatically perform fine positioning subsequent to rough positioning without deviating from the deviation detection optical image. As a result, it is possible to contribute to speeding up of tunnel excavation work, labor saving, and cost reduction.

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

【図1】本発明の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図2】シールド掘進機の構成を示す一部切断斜視図で
ある。
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of a shield machine.

【図3】シールド掘進機内に設置されたエレクタの構造
を示す一部切断正面図である。
FIG. 3 is a partially cut front view showing a structure of an erector installed in a shield machine.

【図4】図3のIII-III断面図である。4 is a sectional view taken along line III-III in FIG.

【図5】図3のIV-IV断面図である。5 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.

【図6】図3のV-V断面図である。6 is a sectional view taken along line VV of FIG.

【図7】把持部の断面詳細図である。FIG. 7 is a detailed cross-sectional view of a grip portion.

【図8】光切断法でセグメント位置決めに用いられる投
光器、テレビカメラと組立・既設セグメントの位置関係
及びシステム構成の一例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a positional relationship and a system configuration between a projector used for positioning a segment by a light cutting method, a television camera, and an assembled / existing segment.

【図9】粗位置決めした状態での組立・既設セグメント
と光切断法によるスリット光像の位置関係及びカメラ画
像を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a positional relationship between an assembled / existing segment in a roughly positioned state and a slit light image by a light cutting method, and a camera image.

【図10】実施例における組立セグメントの位置決めの
第1段階である粗位置決め制御の手順を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a procedure of coarse positioning control which is the first step of positioning the assembly segment in the embodiment.

【図11】実施例における組立セグメントの位置決めの
第2段階である微位置決め制御の手順を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a procedure of a fine positioning control which is a second stage of positioning the assembly segment in the embodiment.

【図12】実施例における測距センサの取付位置誤差最
確値cnを示す正弦波曲線である。
FIG. 12 is a sine wave curve showing the most probable value c n of the mounting position error of the distance measuring sensor in the example.

【図13】図11における微位置決め用偏差検出演算を
説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a fine positioning deviation detection calculation in FIG. 11.

【図14】本発明の距離計測センサの設置例を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing an installation example of the distance measuring sensor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8、9 既設シールドリング 11 シールド(機)本体 12 エレクタ本体 13 エレクタリング 16 旋回モータ 21 吊りビーム 22 押付けジャッキ 25 横スライドジャッキ 28 前後スライドジャッキ 29 球面フレーム 31、32、33 姿勢制御ジャッキ 34 セグメント把持部 41、41a、41b (直近既設リング9の)既設セ
グメント 41c 現組立リングの既設セグメント 42 現組立リングの組立セグメント 44a、44b、44c 投光器 45a、45b、45c テレビカメラ 46a、46b、46c テレビカメラの視野 47a、47b、47c テレビ画像 A−A′、B−B′、C−C′ スリット光像 100 シールドジャッキ
8, 9 Existing shield ring 11 Shield (machine) main body 12 Electa main body 13 Electa ring 16 Swing motor 21 Suspended beam 22 Pushing jack 25 Horizontal slide jack 28 Front and rear slide jack 29 Spherical frame 31, 32, 33 Posture control jack 34 Segment gripping part 41, 41a, 41b Existing segment 41c of the latest existing ring 9c Existing segment of the current assembly ring 42 Assembly segment of the current assembly ring 44a, 44b, 44c Projector 45a, 45b, 45c Television camera 46a, 46b, 46c Field of view of the television camera 47a, 47b, 47c Television image A-A ', BB', C-C 'Slit light image 100 Shield jack

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naokazu Oda 650 Jinrachicho, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura Factory

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シールド掘進機にトンネル軸方向に向け
て付設した3ヶ以上の距離計測センサと、この距離計測
センサの取付け固有誤差量を格納する手段と、上記距離
計測センサで計測した、最新既設シールドリング端面と
シールド掘進機の前記距離計測センサの付設面との相対
距離を取込む手段と、この取込んだ相対距離を前記取付
け固有誤差量で校正する手段と、この校正した相対距離
からセンサ付設面の最新既知シールドリング端面に対す
る相対姿勢を求め、この校正した相対距離及び相対姿勢
を次に組立てるべきセグメント用の設計データに加えて
目標位置を決定する手段と、この目標位置になるように
前記次に組立てるべきセグメントの位置・姿勢の制御を
行う制御手段と、より成るセグメント自動組立装置。
1. A shield excavator equipped with three or more distance measuring sensors attached in the tunnel axial direction, a means for storing the amount of error peculiar to the attachment of the distance measuring sensors, and the latest measured by the distance measuring sensor. From the calibrated relative distance, a means for taking in the relative distance between the end face of the existing shield ring and the attached surface of the distance measuring sensor of the shield machine, a means for calibrating the taken relative distance with the amount of the mounting peculiar error, A means for determining the relative position of the sensor mounting surface with respect to the latest known shield ring end face, adding the calibrated relative distance and relative position to the design data for the segment to be assembled next, and determining the target position, and the means for determining the target position. An automatic segment assembly device comprising: a control means for controlling the position and orientation of the segment to be assembled next.
【請求項2】 シールド掘進機にトンネル軸方向に向け
て付設した3ヶ以上の距離計測センサと、この距離計測
センサの取付け固有誤差量を格納する手段と、上記距離
計測センサで計測した、最新既設シールドリング端面と
シールド掘進機の前記距離計測センサの付設面との相対
距離を取込む手段と、この取込んだ相対距離を前記取付
け固有誤差量で校正する手段と、この校正した相対距離
からセンサ付設面の最新既知シールドリング端面に対す
る相対姿勢を求め、この校正した相対距離及び相対姿勢
を次に組立てるべきセグメント用の設計データに加えて
目標粗位置を決定する手段と、この目標粗位置になるよ
うに前記次に組立てるべきセグメントの位置・姿勢の制
御を行う制御手段と、この目標粗位置への位置決め終了
後に前記次に組立てるべきセグメントの目標微位置を決
定し、この微位置になるように前記次に組立てるべきセ
グメントの位置・姿勢の制御を行う制御手段と、より成
るセグメント自動組立装置。
2. A shield excavator equipped with three or more distance measuring sensors mounted in the tunnel axial direction, a means for storing the mounting peculiar error amount of the distance measuring sensors, and the latest measured by the distance measuring sensor. From the calibrated relative distance, a means for taking in the relative distance between the end face of the existing shield ring and the attached surface of the distance measuring sensor of the shield machine, a means for calibrating the taken relative distance with the amount of the mounting peculiar error, A means for determining the relative position of the sensor mounting surface with respect to the latest known shield ring end surface, adding the calibrated relative distance and relative position to the design data for the segment to be assembled next, and determining the target coarse position, and the target coarse position Control means for controlling the position and orientation of the segment to be assembled next, and the next assembly after the positioning to the target coarse position is completed. A segment automatic assembling apparatus comprising: a control means for determining a target fine position of a segment to be assembled, and controlling the position / posture of the segment to be assembled next so as to be at this fine position.
【請求項3】 前記距離計測センサの取付け固有誤差量
とは、各センサの各々で最初の既設シールドリング端面
と上記シールド掘進機の前記センサ付設面との距離dn
(ここに、nは前記センサ番号)を計測し、この計測値
の各々を用いて前記最初の既設シールドリング端面と前
記センサ付設面の非平行状態から生ずる前記計測値のセ
ンサ付設角度に対する正弦波曲線の定数最適値を決定
し、この正弦波曲線から前記センサの各付設角度におけ
る最適距離を演算して、当該最適演算値dn′(ac)
とdnとの差を補正量として求め、当該補正量を前記各
距離計測センサの取付け個有誤差量として付与すること
とした請求項1又は2のセグメント自動組立装置。
3. The amount of peculiar mounting error of the distance measuring sensor means a distance d n between an end face of an existing shield ring of each sensor and the sensor mounting face of the shield machine.
(Where n is the sensor number), and using each of the measured values, a sine wave with respect to the sensor mounting angle of the measured value resulting from the non-parallel state of the first existing shield ring end surface and the sensor mounting surface. The constant optimum value of the curve is determined, and the optimum distance at each attached angle of the sensor is calculated from this sine wave curve to obtain the optimum calculated value d n ′ (ac).
3. The segment automatic assembling apparatus according to claim 1, wherein the difference between d n and d n is obtained as a correction amount, and the correction amount is given as a mounting-specific error amount of each of the distance measuring sensors.
【請求項4】 シールド掘進機にトンネル軸方向に向け
て付設した3ヶ以上の距離計測センサの各々で最初の既
設シールドリング端面と上記シールド掘進機の前記セン
サ付設面との距離dn(ここに、nは前記センサ番号)
を計測する第1の工程と、この計測値の各々を用いて最
小自乗法により前記最初の既設シールドリング端面と前
記センサ付設面の非平行状態から生ずる前記計測値のセ
ンサ付設角度に対する正弦波曲線の定数最適値を決定す
る第2の工程と、この正弦波曲線から前記センサの各付
設角度における最適距離を演算して、当該最適演算値d
n′(ac)とdnとの差を補正量として求める第3の工
程と、当該補正量を前記各距離計測センサの取付け個有
誤差量Cnとして記憶する第4の工程とから成る予備段
階と、第i番目(i≧2)シールドリング組立時前記第
1の工程を行って求めたdnに前記個有誤差量Cnを加算
したdn′(=dn+Cn)を用いて前記第2の工程を行
い、得られた最適演算値dn′(ac)を使って前記シ
ールド掘進機と第(i−1)番目の既設シールドリング
端面との相対距離及び相対姿勢を演算し、これを設計デ
ータから求めた粗位置に加算して新たな粗位置を決める
手法を採用した粗位置決め制御段階と、このようにして
粗位置決めされた組立セグメントと第(i−1)番目の
既設シールドリングの既設セグメントとの境界部の少な
くとも2ヶ所及び前記組立セグメントと第i番目のシー
ルドリングの既設セグメントとの境界部の少なくとも1
ヶ所に、エレクタ上設置投光器からスリット光を照射
し、得られた各スリット光像を前記エレクタ上設置テレ
ビカメラにより撮像して得られる画像データから前記境
界部の段差・隙間を検出し、その段差・隙間情報を基に
して前記組立セグメントと前記既設セグメントとの位置
・姿勢偏差を求め、その偏差を補正することによって前
記組立セグメントを組立位置に微位置決めする手法を採
用した微位置決め制御段階から成り、前記粗位置決め制
御段階と前記微位置決め制御段階を繰り返すことにより
トンネル掘進によるシールドリングの組立てを行うこと
を特徴とするシールドリング用セグメントの自動組立方
法。
4. The distance d n (here) between the first existing shield ring end face of each of the three or more distance measuring sensors attached to the shield machine in the axial direction of the tunnel and the sensor-attached surface of the shield machine. , N is the sensor number)
And a sinusoidal curve of the measured value with respect to the sensor installation angle resulting from the non-parallel state of the first existing shield ring end surface and the sensor installation surface by the least squares method using each of the measurement values. And a second step of determining the optimum constant value of the constant and the optimum distance at each attached angle of the sensor is calculated from this sinusoidal curve to obtain the optimum calculated value d.
Preliminary step consisting of a third step of obtaining the difference between n '(ac) and d n as a correction amount, and a fourth step of storing the correction amount as the mounting-specific error amount C n of each distance measuring sensor. And d n ′ (= d n + C n ) obtained by adding the individual error amount C n to the d n obtained by performing the first step at the time of assembling the i-th (i ≧ 2) shield ring Then, the second step is performed to calculate the relative distance and the relative attitude between the shield machine and the (i-1) th existing shield ring end face using the obtained optimum calculated value d n ′ (ac). Then, this is added to the rough position obtained from the design data to determine a new rough position, and the rough positioning control stage is adopted, and the rough position of the assembly segment and the (i-1) th At least two places on the boundary between the existing shield ring and the existing segment And at least one of the boundaries between the assembled segment and the existing segment of the i-th shield ring
Slit light is radiated from the projector on the erector, and each slit light image obtained is imaged by the TV camera on the erector to detect the step / gap at the boundary from the image data obtained. A fine positioning control step that employs a method of finely positioning the assembly segment at the assembly position by obtaining a position / orientation deviation between the assembly segment and the existing segment based on the gap information and correcting the deviation. A method for automatically assembling a shield ring segment, wherein the shield ring is assembled by tunneling by repeating the rough positioning control step and the fine positioning control step.
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