JPH08296400A - セグメントの組立位置決め装置及び位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】粗位置決め精度を上げずに組み立て精度を向上
させることができるセグメントの組立位置決め方法、装
置を提供する。 【構成】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、エレクタ上に設置した投光器４４から組立セグメン
トと既設セグメントのトンネル周方向に沿った境界部と
トンネル軸方向に沿った境界部にスリット光を照射し、
各々のスリット光像をエレクタ上に設置したテレビカメ
ラにより撮像して得られた画像データから前記段差・隙
間を検出し、該段差・隙間情報を基にして組立セグメン
トと既設セグメントとの位置・姿勢偏差を求め、該偏差
を補正することによって組み立てセグメントの所定位置
への微位置決めを自動的に行うセグメント位置決め装置
において、テレビカメラを、焦点距離の異なる複数のテ
レビカメラ４４５，４５によって構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル覆工用セグメ
ントを自動組立するためのセグメントの組立位置決め装
置及び位置決め方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド工事でセグメントの自動組立を
行う場合、組立セグメントを既設セグメントの位置・姿
勢に合わせて位置決めするために光切断法を用いること
が提案されている（特開平３−１９９５９９）。

【０００３】これは、エレクタ上に設置された３組の投
光器とテレビカメラを用い、図１０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４１
ａ〜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
により生じたスリット光像Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´，Ｃ，Ｃ
´をそれぞれテレビカメラで撮像し、これらテレビカメ
ラからの画像データを処理して得られた各スリット光像
の端点ａ，ａ´，ｂ，ｂ´，ｃ，ｃ´の座標値から前記
３箇所の段差・隙間を検出し、その段差・隙間情報を基
にして組み立てセグメント４２と既設セグメント４１ａ
〜４１ｃの相対的な位置・姿勢の偏差を求め、その偏差
を補正することによって組み立てセグメント４２を所定
の組立位置に微位置決めしようとするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、視
覚センサは、投光器一台に対してテレビカメラ一台の構
成であったため、組立セグメントを所定の組立位置近傍
に粗位置決めした際に、組立セグメントと既設セグメン
トの間の隙間が少し広すぎた等の理由により、カメラの
撮像視野内に既設セグメントに投光されたスリット光像
が入らなかったとき、段差と隙間を計測する事ができ
ず、セグメントの自動位置決めができなかった。隙間方
向の計測範囲を広くするために、カメラの撮像範囲を広
くすることは、分解能を低下させ、更に、カメラ視野に
は限界がある等の理由により、カメラ視野を広げて設計
することができず、万一カメラ視野にスリット光像がは
いらなかったときには、セグメントの自動位置決めがで
きなかったのが現状である。

【０００５】また、上記従来技術では、スリット光が照
射される組立セグメントや既設セグメントの端部に欠け
や異物があった場合、これらが組立セグメントと既設セ
グメントとの間の段差の検出に及ぼす影響について配慮
されていなかった。図１０のＡ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´，Ｃ，
Ｃ´は組立セグメントに欠けのない正常時の光切断像の
例であって、同図のカメラ画像４７ａ〜４７ｃにおける
△ｘ１，△ｘ２，△ｙ３がセグメント間の隙間に相当
し、△ｙ１，△ｙ２，△ｘ３がセグメント間の段差に相
当する。しかし、例えば組立セグメント４２に図１１、
図１２に示すような欠け５４があった場合、欠けの部分
では、同図のカメラ画像４７ａに示すようにスリット光
像Ａが変形して、正常時とは異なる端点座標置ａ（ａ
ｘ，ａｙ）が検出されるため、段差△ｙ１が見掛け上大
きく算出されてしまう。このような誤った段差・隙間情
報を基にして位置・姿勢偏差と補正量を演算し、組立セ
グメントの微位置決めを行うと、カメラ画像での見掛け
上の段差が大きくなった分、欠けのない部分では組立セ
グメントと既設セグメントとの間に段差が生じて、正確
な位置決めができない。また、このような状態で無理に
自動組立を行った場合、セグメントを損傷させてしまう
可能性もある。

【０００６】また、粗位置決め時の位置決め精度を向上
させないと、検出視覚センサの視野に入らない可能性が
あり、自動組立できなくなるといった問題が発生する。

【０００７】またセグメントを把持する精度が悪いと、
エレクタとセグメントの相対位置が狂うため視覚センサ
の検出範囲に入らなくなることがあり、同じく自動組立
できないといった問題点が発生する。

【０００８】本発明の目的は、既設セグメント上のスリ
ット光像がカメラ視野に入らなくても、別に設けた視野
の広いカメラに切り替えてスリット光像を撮像してセグ
メントの位置決めを行うことで、自動位置決めが途中で
停止することを防ぐことのできるセグメントの組立位置
決め装置及び位置決め方法を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、組立セグメントや既
設セグメントの端部に、ある程度の欠けや異物があって
も、その影響を受けずに自動的に位置決めすることがで
きるセグメントの組立位置決め方法、組立位置決め装置
を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、もし欠けが大きすぎ
て段差検出不可能な場合には、自動位置決めを停止させ
て位置決め不良やセグメントの損傷を未然に防止できる
セグメントの組立位置決め方法、組立位置決め装置を提
供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、粗位置決めの精度を
上げずに組み立て精度を向上させることができるセグメ
ントの組立位置決め方法、及び装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【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、エレクタ上に設置した投光器から組立セグメントと
既設セグメントの境界部の複数個所にスリット光を照射
し、各々のスリット光像をエレクタ上に設置したテレビ
カメラにより撮像して得られた画像データから前記組立
セグメントと既設セグメントの端部同士の段差・隙間を
検出し、該段差・隙間情報を基にして組立セグメントと
既設セグメントとの位置・姿勢偏差を求め、該偏差を補
正することによって組立セグメントの所定位置への微位
置決めを自動的に行うセグメント組立位置決め装置にお
いて、前記テレビカメラを、焦点距離の異なる複数のテ
レビカメラによって構成した、ことを特徴とする。

【００１３】本発明の他の特徴は、セグメントの組立位
置決め装置において、レーザー投光器一台とカメラ二台
を用いて一組の視覚センサを構成したことにある。カメ
ラは従来のカメラと同様の機能を持ち、新たに追加した
カメラは従来のカメラより広い視野を持つ。また組立セ
グメントはエレクタに対して常に一定の位置に拘束され
るために、組立セグメントのスリット光像が、カメラ視
野から外れることはない。そのため組立セグメント側の
視野を拡大する必要がないため、撮像範囲の広いカメラ
の光軸中心を、撮像範囲の狭いカメラの光軸中心に対し
て既設セグメント側にずらして設置する。これにより、
万一既設セグメントのスリット光像が撮像範囲の狭いカ
メラの視野に入らないときは、撮像範囲の広いカメラに
切り替えることで視野が無駄なく広がり、既設セグメン
トのスリット光像が視野に入りやすくなる。

【００１４】本発明の他の特徴は、組立セグメントの粗
位置決め後、前記組立セグメントと既設セグメントの段
差・隙間を検出する前に、組立セグメントと既設セグメ
ントの欠けや異物の程度を判定するため、前記組立セグ
メントと既設セグメントに形成された光切断像の外接長
方形の長辺と短辺の長さを求め、短辺の長さを所定のし
きい値と比較して、しきい値未満であれば、組立セグメ
ント或いは既設セグメントの欠けを無視して既設セグメ
ント側スリット光像の隙間方向最大座標点と組立セグメ
ント側スリット光像の隙間方向最小座標点の各座標値を
用いてこれらセグメントの段差・隙間を算出し、また、
所定のしきい値以上であれば、更に組立セグメントと既
設セグメントの内面に形成させた直線状スリット光像の
長さを求め、その長さが所定のしきい値以上であれば、
この直線部と欠けや異物部の端点座標を用いて、欠けや
異物のない状態の正確な端点位置を算出して、それによ
り組立セグメントと既設セグメントとの段差・隙間を求
め微位置決め作業を行い、また、直線部の長さがしきい
値未満であれば、その箇所での段差検出は不能と見なし
て、段差・隙間情報に基づく位置・姿勢偏差の演算及び
偏差の補正を停止させることにある。

【００１５】本発明の他の特徴は、セグメントの組立位
置決め方法において、一つの位置決め用センサに長焦点
用カメラの視野が短焦点用カメラの視野の一部または全
部をカバーできる焦点距離の異なる２ヶのカメラと投光
器１台を装備し、この焦点距離の長いカメラを投光器と
焦点距離の短いカメラの間に設置し、両者を切り替える
ことにある。

【００１６】

【作用】本発明によれば、組立セグメントの粗位置決め
後に、組立セグメントと既設セグメントの境界部の複数
個所にスリット光を照射し、各々のスリット光像をテレ
ビカメラで撮像して得られた画像データから組立セグメ
ント側スリット光像の段差方向における最大座標値と最
小座標値との差を求める。この時、既設セグメントに照
射されたスリット光がテレビカメラ画像の視野内に入ら
なけらば、視野の広いカメラに切り替えて撮像し直して
段差・隙間を算出する。そのため従来スリット光が視野
内に入らなかった場合計測不能となっていたものが、こ
れにより可能になる。

【００１７】本発明の他の方法によれば、組立セグメン
トの粗位置決め後に、組立セグメントと既設セグメント
の境界部の複数箇所にスリット光を照射し、各々のスリ
ット光像をテレビカメラで撮像して得られた画像データ
から組み立てセグメント側スリット光像の段差方向にお
ける最大座標値と最小座標値との差を求める。この時、
スリット光が照射された組立セグメントと既設セグメン
トの端部に欠けがあれば、前記段差方向最大座標値と最
小座標値との差が正常時より大きくなる。しかし、組立
セグメントや既設セグメントに欠けがある場合、すべて
段差・隙間検出不能ではなく、組立セグメントと既設セ
グメントの内面に形成された直線状のスリット光像が所
定のしきい値以上であれば、この直線部と欠けや異物部
の端点座標により欠けや異物のない状態の正しい端点位
置を算出し、その端点情報を基にして組み立てセグメン
トと既設セグメントとの段差・隙間を求めることによ
り、組立セグメントと既設セグメントとの位置・姿勢偏
差を算出し、組立セグメントを組み立て位置に自動位置
決めすることを可能にし、前記直線部の長さが所定のし
きい値未満である場合のみ段差検出不能と見なして、自
動位置決めを停止させる。

【００１８】本発明の他の方法によれば、微位置決め時
に位置決め用カメラを複数個用いることにより、粗位置
決め精度を上げずに組み立て精度を向上させるこができ
る。すなわち、組立セグメントの粗位置決め後に、視野
の広いカメラを用いて、組立セグメントと既設セグメン
トの境界部の複数箇所にスリット光を照射し、各々のス
リット光像をテレビカメラで撮像して得られた画像デー
タから組み立てセグメント側スリット光像の段差方向に
おける最大座標値と最小座標値との差を求める。この後
視野の狭いカメラを用いてより視野を絞った範囲で、既
設セグメント側スリット光像の隙間方向最大座標点と組
立セグメント側スリット光像の隙間方向最小座標点の各
座標値を用いてこれらセグメントの段差・隙間を算出
し、より詳細な位置決め動作に用いる。

【００１９】また、視野の広いカメラによる検出時に視
野の狭いカメラの画像も同時に採取し、視野の狭いカメ
ラの画像で組立セグメントと既設セグメントのスリット
光像が、位置決めに使用できる場合には、視野の狭いカ
メラを最初から使用することも可能である。

【００２０】さらにセグメントを把持する場合にも視野
の広いカメラを用いて、把持するセグメントとエレクタ
との相対位置を求め、把持時の位置決めに使用し、微位
置決め時には、視野の狭いカメラで位置決め用センシン
グに使用することも可能である。

【００２１】従って、セグメントが正しく把持されてい
なかった場合に問題となる，テレビカメラの視野からス
リット光像が外れて位置決めが不能になるといった問題
点を防止できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の第一の実施例を図１〜図２２
により説明する。

【００２３】まず、図１〜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、押し付け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およびセグメント把持部３４とか
らなっている。

【００２４】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
ングギヤ１８を介して旋回駆動される。これに伴い、エ
レクタリング１３上に支持された以下の各部も同時に左
右旋回させられる。

【００２５】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し付けジャッ
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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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縮させ、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。

【００２９】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。

【００３０】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とともに昇
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。

【００３１】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。

【００３２】図１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及び
システム構成を示したものである。１２はエレクタ本体
を模式的に表している。４２は組立セグメントを、４１
ａ，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，４
４ｃとテレビカメラ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ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〜４
４ｃ、テレビカメラ４５ａ〜４５ｃと把持部３４及び組
み立てセグメント４２の相対的な位置・姿勢はエレクタ
の動きにかかわらず、把持中は一定である。投光器４４
ａ，４４ｂは組立セグメント４２と既設セグメント４１
ａ，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にそれぞれス
リット光を照射し、各セグメント上に生じたスリット光
像Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´，Ｃ，Ｃ´はテレビカメラ４５ａ
〜４５ｃによりそれぞれ撮像される。

【００３３】なお、スリット光照射・撮像位置はトンネ
ル周方向に沿った境界部１箇所、軸方向に沿った境界部
２箇所でも良い。また、後述する微位置決め制御でピッ
チング制御を行なわないときは、トンネル軸方向に沿っ
た境界部にはスリット光照射する必要はない。以上要す
るに、セグメントの境界部の少なくとも２箇所にスリッ
ト光を照射し、テレビカメラで撮像する。

【００３４】図１０〜図１２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。

【００３５】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から後述
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１
６及び油圧ジャッキ２２，２５，２８，３１，３２，３
３を含む７軸のアクチュエータを制御する。

【００３６】以下、組立セグメントを位置決めするため
の制御手順を図１及び図７〜図１３を用いて説明する。

【００３７】本体制御装置５２で実行される位置決め制
御は、図７に示すように、大きく分けて粗位置決め制御
１００と微位置決め制御２００の２段階からなる。

【００３８】まず、手順１００の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８に示
す。手順１０１の粗位置決め演算では、設計時のセグメ
ント位置・姿勢データもしくは既設セグメントの位置・
姿勢計測結果から組み立て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１に示す組立セグメント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、かつ組立セグメント４２と既設セグメント
４１ａ〜４１ｃが接触しないエレクタ位置・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。なお、粗位置はエレクタ本体の旋回角度と
図２に示すエレクタ座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表される。

【００３９】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。

【００４０】次に、手順２００の微位置決め制御につい
て説明する。微位置決め制御の詳細な手順を図９に示
す。先の粗位置決め制御終了後に、図１に示す組立セグ
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箇所に投光器４４ａ〜４４ｃからのスリッ
ト光を照射し、各々のスリット光像Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ
´，Ｃ，Ｃ´を図１８に示す短焦点テレビカメラ４５ａ
〜４５ｃ及び長焦点テレビカメラ４４５ａ〜４４５ｃで
撮像する。

【００４１】スリット光が照射された組立セグメントの
端部に欠けがない場合の組立セグメント４２、既設セグ
メント４１ａ〜４１ｃとスリット光像の位置関係を図１
０に示し、この時３台のテレビカメラ４５ａ〜４５ｃに
映ったカメラ画像４７ａ〜４７ｃを同図に拡大して示
す。

【００４２】また、例えばスリット光が照射された組立
セグメントの端部に欠けがある場合の組立セグメント４
２、既設セグメント４１ａ〜４１ｃとスリット光像の位
置関係を図１１、図１２に示し、このとき３台の長焦点
テレビカメラ４５ａ〜４５ｃ及び４４５ａ〜４４５ｃに
映ったカメラ画像４７ａ〜４７ｃを同図に拡大して示
す。

【００４３】手順２０１のスリット光像端点抽出では、
カメラ切換器４８によりテレビカメラ４５ａ〜４５ｃか
らの画像データを順次切り換え選択して画像メモリ５０
に取り込み、これら画像データを画像処理装置５１で処
理して、画像座標系（ｘｖ，ｙｖ）でのスリット光像
Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´，Ｃ，Ｃ´の端点座標を抽出し、記
憶する。ここで抽出した端点座標は、ａ（ａｘ，ａ
ｙ），ａ´（ａｘ´，ａｙ´），ｂ（ｂｘ，ｂｙ），ｂ
´（ｂｘ´，ｂｙ´），ｃ（ｃｘ，ｃｙ），ｃ´（ｃｘ
´，ｃｙ´）と表せる。

【００４４】手順２０２，２０３で、先に抽出した組立
セグメント側スリット光像Ａ，Ｂ，Ｃと既設セグメント
側スリット光像Ａ´，Ｂ´，Ｃ´に対して、欠けや異物
があるか否か及びその程度を判定する。いま、組立セグ
メント側スリット光像の一つＡに注目すると、手順２０
２では、図１４に示すように、スリット光像Ａの外接長
方形Ｅを作り、短辺の長さをＬで表す。この短辺Ｌが次
式を満たすか否かにより投光器４４ａが照射している場
所に欠けや異物の有無を判定する。

【００４５】

【数１】Ｌ ＜ △Ｌ ただし、△Ｌは所定のしきい値である。

【００４６】もし、図１０に示すように、スリット光が
照射された組立セグメント４２の端部に欠けや異物がな
ければ、数１を満たす。そこで、数１を満たす場合に
は、欠けや異物がないと判定する。しかし、スリット光
が照射された組立セグメント４２の端部に図１１、図１
２に示すような欠け５４があって、スリット光像Ａの外
接長方形Ｅの短辺Ｌが△Ｌ以上であれば、数１を満たさ
ない。そこで、数１を満たさない場合は、欠けや異物が
あると判定する。

【００４７】欠けや異物があると判定した場合は、手順
２０３で、図１５に示すように、スリット光像Ａの端点
ａの近傍にａ１、ａ２を選んで、この３点によりスリッ
ト光像Ａの端点部の形状を算出し（方程式省略）、凹凸
性を判定する。端点部の形状が凹状である場合、欠けが
あると判定し、逆に端点部の形状が凸状である場合、異
物であると判定する。図示の状態では、端点部の形状が
凹の形になったため、欠けがあると判定きでる。更に、
端点部ｄよりスリット光像Ａの直線部の長さＬＬを求
め、それが次式を満たすか否かにより検出が可能かどう
かを判定する。

【００４８】

【数２】ＬＬ ＞ △ＬＬ ただし、△ＬＬは所定のしきい値である。

【００４９】もし、求められた直線部の長さＬＬが数２
を満たせば、検出が可能であると判定する。逆に、求め
られた直線部の長さＬＬが数２を満たさなければ、検出
が不可能であると判定し、段差検出不能信号を出力す
る。ここで、図１１（図１６）は前者の例を示し、図１
２（図１７）は後者の例を示す。

【００５０】次に、手順２０４，２０５の段差・隙間算
出について説明する。図１０のように組み立てセグメン
トに欠けがないと判定された場合は、手順２０４で、通
常のように既設セグメント側スリット光像Ａ´の隙間方
向（ｘｖ方向）最大座標点である端点ａ´の座標値と組
立セグメント側スリット光像Ａの隙間方向最小座標点で
ある端点ａの座標値を用いて既設セグメント４１ａ、組
立セグメント４２間の段差・隙間を算出する。これを式
で表せば次のようになる。

【００５１】

【数３】段差＝（ａｙ´−ａｙ）・ｋ１ 隙間＝（ａｘ´−ａｘ）・ｋ２ ただし、ｋ１，ｋ２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。

【００５２】組立セグメントに欠け５４がある場合は、
数３で段差を算出すると、正常時とは異なった値とな
る。しかし、図１１のように組立セグメントの欠け部に
ある直線部の長さが許容範囲内であれば、手順２０５で
は、スリット光像Ａの直線部の情報と隙間方向の端点部
の情報を用いて、例えば、次のように求めることができ
る。

【００５３】まず、図１６に示すように、スリット光像
Ａの直線部に２点ａ１（ｘｖ，ｙｖ）、ｂ１（ｘｖ，ｙ
ｖ）の座標値と隙間方向の端点部ｃ１（ｘｖ，ｙｖ）を
抽出して、次式によりカメラ座標系へ３次元変換を行
う。

【００５４】

【数４】Ｘ＝ｘｖ・Ｋｘ＋ｙｖ・Ｋｙ Ｙ＝ｘｖ・Ｎｘ＋ｙｖ・Ｎｙ Ｚ＝ｘｖ・Ｍｘ＋ｙｖ・Ｍｙ ただし、Ｋｘ，Ｋｙ，Ｎｘ，Ｎｙ，Ｍｘ，Ｍｙが変換係
数である。

【００５５】この時、上記ａ１，ｂ１，ｃ１と対応する
スリット光線上の点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１が得られ、更に、
点Ｂ１とＣ１によりスリット光線の直線方程式を求め、
点Ａ１を通す垂線の垂足Ｄ１を算出する。また、逆変換
（変換式省略）により、欠けのない時の正しい端点位置
ｄ１（ｄｘ１，ｄｙ１）を算出して、次式で段差・隙間
を求める。

【００５６】

【数５】段差＝（ａｙ´−ｄｙ１）・ｋ１ 隙間＝（ａｘ´−ｄｘ１）・ｋ２ 以上の説明はテレビカメラ４５ａからの画像データにつ
いて説明したが、他のテレビカメラ４５ｂ，４５ｃから
の画像データについても同様の判定、処理を行う。

【００５７】テレビカメラ４５ａ〜４５ｃからの画像デ
ータすべてについて段差・隙間が求められた場合は、こ
れらの段差・隙間情報を基にして、手順２０７で組立セ
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。組立セグメント４２と既設セ
グメント４１ａ〜４１ｃとの段差を△ｚａ，△ｚｂ，△
ｚｃ、隙間を△ｘａ，△ｘｂ，△ｙｃとすると、偏差量
は、例えば次式により求められる。

【００５８】

【数６】 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、ｅδ
ｘ，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。また、Ｌｘａ，Ｌｘｃ，Ｌｙ
ａ，Ｌｙｂは、図１３に示すように、組立セグメント４
２の中心（座標原点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軸方向及
びｙ軸方向の距離を表している。

【００５９】これらの偏差量から位置・姿勢の補正量ｄ
ｘ，ｄｙ，ｄｚ，δｘ，δｙ，δｚが次式により求めら
れる。

【００６０】

【数７】ｄｘ＝−ｅｄｘ ｄｙ＝−ｅｄｙ ｄｚ＝−ｅｄｚ δｘ＝−ｅδｘ δｙ＝−ｅδｙ δｚ＝−ｅδｚ 手順２０８では、先に求めた補正量をしきい値と比較
し、しきい値以内であれば、位置決め制御を終了する。
しきい値以内でなければ、手順２０９で、先に求めた補
正量を基にしてエレクタの目標位置・姿勢を演算し、手
順２１０のアクチュエータ指令値演算、手順２１１のア
クチュエータ制御を経て手順２０１に戻り、手順２０７
で演算した補正量がしきい値以内になるまで手順２０１
〜２１１を繰り返す。こうして、位置・姿勢の偏差を補
正し、組立セグメントを最終的に位置決めする。

【００６１】なお、手順２０６で段差検出不能信号が出
力された場合は、オペレータがスケールなどを用いてセ
グメント間の段差・隙間を実測し、その測定値を本体制
御装置５２に入力して手順２０７の偏差量演算を実行さ
せるか、またはテレビカメラによる組立・既設セグメン
トの境界部の画像を観察しながらエレクタ本体をマニュ
アル操作することによって、セグメントの組立を続行で
きる。

【００６２】以下、本発明の他の実施例を図１９〜図２
２により説明する。

【００６３】この実施例では、短焦点テレビカメラ４５
ａ〜４５ｃ及び長焦点テレビカメラ４４５ａ〜４４５ｃ
が図２０のような位置関係に配置されている。

【００６４】この実施例の微位置決め制御について説明
する。微位置決め制御の詳細な手順を図１９に示す。エ
レクタ座標系と既設セグメントの座標系とが異なってい
る場合または把持したセグメントの把持姿勢が悪くエレ
クタと把持したセグメントの位置関係が正規の場合より
ずれている場合には、粗位置決め終了時にも所定の検出
カメラの視野に入らないことがある。

【００６５】そこで先の粗位置決め制御終了後に、長焦
点カメラで図１に示す組立セグメント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箇所に投光
器４４ａ〜４４ｃからのスリット光を照射し、各々のス
リット光像Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´，Ｃ，Ｃ´をテレビカメ
ラ４５ａ〜４５ｃで撮像する。

【００６６】手順２０１のスリット光像端点抽出では、
カメラ切換器４８によりテレビカメラ４５ａ〜４５ｃか
らの画像データ順次切り換え選択して画像メモリ５０に
取り込み、これら画像データを画像処理装置５１で処理
して、画像座標系（ｘｖ，ｙｖ）でのスリット光像Ａ，
Ａ´，Ｂ，Ｂ´，Ｃ，Ｃ´の端点座標を抽出し、記憶す
る。ここで抽出した端点座標は、ａ（ａｘ，ａｙ），ａ
´（ａｘ´，ａｙ´），ｂ（ｂｘ，ｂｙ），ｂ´（ｂｘ
´，ｂｙ´），ｃ（ｃｘ，ｃｙ），ｃ´（ｃｘ´，ｃｙ
´）と表せる。

【００６７】次に、手順２０４の段差・隙間算出につい
て説明する。手順２０４で、通常のように既設セグメン
ト側スリット光像Ａ´の隙間方向（ｘｖ方向）最大座標
点である端点ａ´の座標値と組立セグメント側スリット
光像Ａの隙間方向最小座標点である端点ａの座標値を用
いて既設セグメント４１ａ、組立セグメント４２間の段
差・隙間を算出する。これを式で表せば先の数５式のよ
うになる。

【００６８】以上の説明はテレビカメラ４５ａからの画
像データについて説明したが、他のテレビカメラ４５
ｂ，４５ｃからの画像データについても同様の判定、処
理を行う。

【００６９】テレビカメラ４５ａ〜４５ｃからの画像デ
ータすべてについて段差・隙間が求められた場合は、こ
れらの段差・隙間情報を基にして、手順２０７で組立セ
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。組立セグメント４２と既設セ
グメント４１ａ〜４１ｃとの段差を△ｚａ，△ｚｂ，△
ｚｃ、隙間を△ｘａ，△ｘｂ，△ｙｃとすると、偏差量
は、例えば先の数６式により求められる。

【００７０】これらの偏差量から位置・姿勢の補正量ｄ
ｘ，ｄｙ，ｄｚ，δｘ，δｙ，δｚが先数７式により求
められる。

【００７１】手順２０８以下は図９で述べた処理と同じ
である。このようにして、位置・姿勢の偏差を補正し、
組立セグメントを最終的に位置決めする。

【００７２】この後手順２０２に進み、短焦点カメラを
用いて上述と同様の手順を取る。短焦点カメラによる位
置決めでは、位置決め分解能が高いためより高い精度で
位置決めできる。

【００７３】この位置決め時の様子を図２１に示す。
（ａ）は手順２０１の長焦点カメラ使用時の位置決め状
態を示し、既設セグメントと組立セグメントとは通常の
位置決め位置より離れている。（ｂ）は長焦点カメラを
用いて位置決めした後、短焦点カメラを用いて位置決め
している手順２０２の状態を示す。組立セグメントと既
設セグメントとは近づいた状態で相対位置の検出が行わ
れている。

【００７４】また図２２は、長焦点カメラをセグメント
の把持に使用した例を示す。（ａ）はエレクタがセグメ
ントの近くまでいき焦点距離の長い（視野の広い）カメ
ラを用いてエレクタとセグメントとの相対位置を検出す
る。図１９の手順２０４、２０７、２０９、２１０、２
１１と同等の手順（視覚センサには、組立セグメントの
みが検出されるため、図１０に於けるＡ，Ｂ，Ｃのみの
像となる）等を経ることにより、（ｂ）エレクタがセグ
メントに近づき、（ｃ）把持する。この場合は、正確に
セグメントとエレクタが位置決めされるため、微位置決
め時には短焦点距離用カメラの視野に入る。このため図
１９の２０２の手順から行なう。

【００７５】本発明の他の実施例を図２３〜図２６によ
り説明する。まず、図２４及び図２５は組立セグメント
と既設セグメントの間の段差・隙間を計測する視覚セン
サの構成を示している。視覚センサは６０はレーザ投光
器６１と撮像視野の狭いショートレンジカメラ６３と撮
像範囲の広いロングレンジカメラ６２から構成され、ロ
ングレンジカメラ６２とショートレンジカメラ６３の撮
像範囲は図２６に示すようになる。図２６において、ロ
ングレンジカメラの画像は６２ｇ、ショートレンジカメ
ラの画像は６３ｇとする。組立セグメント上に投光され
たスリット光像Ａは、組立セグメントが常にカメラに対
して一定の位置に把持されるため、画面上常に同じ位置
に映される。つまり、組立セグメント側のスリット光像
は、画像処理装置によってスリット光像の端点が認識さ
れるだけの長さＬが画面上に映ればよいので、図２６に
示す様に、ロングレンジカメラの画像６２ｇ上の組立セ
グメント光像Ａの長さＬと、ショートレンジカメラ画像
６３ｇ上の組立セグメントスリット光像Ａの長さＬが同
じ長さとなる様に、ロングレンジカメラと、ショートレ
ンジカメラの取り付け位置を設定する。つまりロングレ
ンジカメラとショートレンジカメラの取り付け位置中心
を、図２４、図２６に示す様にＤだけずらして設置す
る。従って既設セグメント上に投光されたスリット光
の、画像処理装置がその端点を認識できる長さをＬとす
ると、 ロングレンジカメラ６２の隙間方向の計測範囲は Ｙ１−（Ｌ＋Ｌ） ショートレンジカメラ６３の隙間方向の計測範囲は Ｙｓ−（Ｌ＋Ｌ） となる。

【００７６】カメラを用いてスリット光を撮像すること
による計測分解能は、画像処理装置の分解能がカメラ画
像に対して Ｘ×Ｙ 方向を ａ×ｂ であるとする
と、ロングレンジカメラの視野Ｘ１×Ｙ１はショートレ
ンジカメラの視野Ｘｓ×Ｙｓより広いため、視野センサ
としての分解能は、Ｘ方向についてみると、 Ｘ方向の分解能 同様に Ｙ方向の分解能 となるのでロングレンジカメラはショートレンジカメラ
より分解能の値が大きい。つまり分解能が低い。

【００７７】セグメントの位置決めを行うための段差・
隙間方向の必要な分解能が決定すれば、その分解能によ
り視覚センサのカメラ視野画像の視野を拡大することは
制限されるために、必要な分解能を持つカメラをショー
トレンジカメラとして設計し、分解能が落ちるが、視野
の広いカメラとしてロングレンジカメラを設ける。

【００７８】この二台のカメラとレーザ投光器一台を一
組とした視覚センサを用いたセグメントの位置決めアル
ゴリズムの例を以下に示す。

【００７９】本体制御装置５２で実行される位置決め制
御は、図７に示したように、粗位置決め制御１００と微
位置決め制御２００の２段階からなる。次に、図２３に
示す手順２００の微位置決め制御について説明する。

【００８０】図２３において、微位置決め制御とは、数
値制御によって既設セグメントに対しての数１０ｍｍの
距離に組立セグメントを位置決めする粗位置決め制御の
後、視覚センサを用いて、既設セグメントと組立セグメ
ントの間の偏差を求めて微細な位置決めを行う位置決め
制御である。

【００８１】まず、ショートレンジカメラによりスリッ
ト光の端点抽出２０１を行い、組立セグメントと既設セ
グメント両方のスリット光像の端点を抽出できたとき
は、段差・隙間の計測、位置・姿勢偏差算出を行い、偏
差がしきい値以内ではなかったときは、エレクタ目標位
置算出、アクチュエータ指令値算出、アクチュエータ制
御を、偏差がしきい値以内となるまで繰り返す。ここで
２０２において、組立セグメントと既設セグメントの端
点が抽出できなかったときは２０３の処理となり組立セ
グメントの端点が抽出できなかったときはエラー処理と
する。組立セグメントの端点が抽出できた時、つまり既
設セグメント側の端点が抽出できなかったときは、既設
セグメントのスリット光像がショートレンジカメラの視
野内に入らなかったときであり、この場合は、ロングレ
ンジカメラを用いて端点を抽出する。組立セグメントと
既設セグメントの両方の端点が抽出できた時は以下２０
６から２１１の処理を行う。

【００８２】ロングレンジカメラを用いて算出した偏差
は、ロングレンジカメラの分解能が位置決めに必要とさ
れる分解能を満たしていないため、算出した偏差は誤差
があり、正確に位置決めが行われないが、次にもう一度
ショートレンジカメラによって計測するときは、既設セ
グメントのスリット光像が視野に入り、分解能の良い計
測を行って位置決めをすることができる。

【００８３】

【発明の効果】本発明により、従来、カメラ視野に既設
セグメントのスリット光像が入らなかったときに計測不
可能となり、自動組立を中断しなければならなかったも
のが、一度視野の広いロングレンジカメラで計測を行う
ことにより、従来よりも計測範囲を広くすることがで
き、微位置決めを続行することができるので、自動組立
が中断することがない。

【００８４】本発明によれば、組立セグメントの端部に
ある程度の欠けがあっても、欠けの影響を受けずに、光
切断法による画像データから組み立てセグメントと既設
セグメントの境界部の段差・隙間を検出し、その段差・
隙間情報を基にして組み立てセグメントを組立可能な位
置に自動的に位置決めすることができ、もし欠けが大き
すぎて段差検出不能と判定した場合は位置決め制御を停
止させて、位置決め不良やセグメントの損傷を未然に防
止することができる。

【００８５】本発明によれば、短焦点カメラの視野の一
部又は全部を長焦点カメラの視野でカバーできる焦点距
離の異なる複数のカメラを設けたため、、両者を切り替
えることにより、粗位置決め精度が悪い場合および把持
セグメントとエレクタの相対位置がずれている場合に位
置決めセンサの視野から検出すべき組立セグメントが外
れてしまって位置決め不能といった不具合を防止でき、
信頼性の高いセグメント組立装置を提供できる。

【００８６】短焦点距離用のカメラと投光器の間に長焦
点距離用カメラを設けたため、位置決めセンサをコンパ
クトに構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になるセグメント組立装置の
システム構成を示す図である。

【図２】図１のセグメント自動組立装置の、エレクタ本
体の一部を切断した正面図である。

【図３】図２のIII−III断面図である。

【図４】図２のIV−IV断面図である。

【図５】図２のＶ−Ｖ断面図である。

【図６】図２のセグメント把持部の詳細断面図である。

【図７】図１のセグメント自動組立装置の、本体制御装
置の大まかな制御手順を示す図である。

【図８】図１のセグメント自動組立装置の、粗位置決め
制御の詳細な手順を示す図である。

【図９】図８の微位置決め制御の詳細な手順を示す図で
ある。

【図１０】粗位置決め制御終了後の組立・既設セグメン
トとスリット光像の位置関係及び３箇所のカメラ画像を
示す図である（ただし、組立セグメントに欠けがない場
合）。

【図１１】粗位置決め制御終了後の組立・既設セグメン
トとスリット光像の位置関係及び３箇所のカメラ画像を
示す図である（ただし、組立セグメントの欠けの大きさ
が許容範囲内の場合）。

【図１２】粗位置決め制御終了後の組立・既設セグメン
トとスリット光像の位置関係及び３箇所のカメラ画像を
示す図である（ただし、組立セグメントの欠けが大きす
ぎる場合）。

【図１３】図９の位置・姿勢偏差量演算の説明図であ
る。

【図１４】異常画像を判定するための説明図である。

【図１５】異常画像の形状判定及び対応可能かどうかに
ついての説明図である。

【図１６】欠けに対する検出方法についての説明図であ
る。

【図１７】欠けに対する検出方法についての説明図であ
る。

【図１８】視覚センサの構成例を示す図である。

【図１９】本発明の組立セグメント微位置決め制御の他
の実施例の詳細な手順を示す図である。

【図２０】長焦点カメラと短焦点カメラを用いた位置決
め装置の説明図。

【図２１】長焦点カメラと短焦点カメラを用いた位置決
め方法に関する説明図。

【図２２】長焦点カメラを用いセグメントを把持する場
合の説明図。

【図２３】本発明の組立セグメント微位置決め制御の他
の実施例の詳細な手順を示す図である。

【図２４】長焦点カメラと短焦点カメラを用いた位置決
め装置の説明図。

【図２５】長焦点カメラと短焦点カメラを用いた位置決
め装置の説明図。

【図２６】長焦点カメラと短焦点カメラの撮像範囲を説
明する図である。

【符号の説明】

１１・・・シールド本体、１２・・・エレクタ本体、４１ａ〜
４１ｃ・・・既設セグメント、４２・・・組立セグメント、４
４ａ〜４４ｃ・・・投光器、４５ａ〜４５ｃ・・・テレビカメ
ラ、４６ａ〜４６ｃ・・・カメラ視野、４７ａ〜４７ｃ・・・
カメラ画像、４８・・・カメラ切り換え器、４９・・・画像入
力装置、５０・・・画像メモリ、５１・・・画像処理装置、５
２・・・本体制御装置、５３・・・サーボ制御装置、５４・・・
組立セグメントの欠け

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草木 貴巳 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 平沢 幸久 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

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機内に設置されたエレクタに
   より組立セグメントを所定の組立位置近傍に粗位置決め
   し、エレクタ上に設置した投光器から組立セグメントと
   既設セグメントの境界部の複数個所にスリット光を照射
   し、各々のスリット光像をエレクタ上に設置した複数の
   テレビカメラにより撮像して得られた画像データから前
   記組立セグメントと既設セグメントの端部同士の段差・
   隙間を検出し、該段差・隙間情報を基にして前記組立セ
   グメントと既設セグメントとの位置・姿勢偏差を求め、
   該偏差を補正することによって組立セグメントの所定位
   置への微位置決めを自動的に行うセグメントの組立位置
   決め装置において、 前記複数のテレビカメラを、焦点距離の異なる複数のテ
   レビカメラによって構成した、ことを特徴とするセグメ
   ントの組立位置決め装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のセグメントの組立位置決め
   装置において、短焦点距離用カメラと投光器の間に長焦
   点距離用カメラを配置したことを特徴とするセグメント
   の組立位置決め装置。
3. 【請求項３】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、エレクタ上に設置したテレビカメラにより撮像して
   得られた画像データから組立セグメントと既設セグメン
   トの端部同士の段差・隙間を検出し、該段差・隙間情報
   を基にして組立セグメントと既設セグメントとの位置・
   姿勢偏差を求め、該偏差を補正することによって組立セ
   グメントの組立位置への微位置決めを行うセグメントの
   組立位置決め装置において、 投光器一台に対して、撮像範囲の広いカメラと、撮像範
   囲の狭いカメラからなる二台のテレビカメラを組み合わ
   せて一組の視覚センサとし、前記撮像範囲の広いカメラ
   の光軸の中心を、前記撮像範囲の狭いカメラの光軸中心
   よりも既設セグメント側にずらして設置したことを特徴
   とするセグメントの組立位置決め装置。
4. 【請求項４】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、エレクタ上に設置した投光器から組立セグメントと
   既設セグメントの境界部の複数個所にスリット光を照射
   し、各々のスリット光像をエレクタ上に設置した複数の
   テレビカメラにより撮像して得られた画像データから組
   立セグメントと既設セグメントの端部同士の段差・隙間
   を検出し、該段差・隙間情報を基にして組立セグメント
   と既設セグメントとの位置・姿勢偏差を求め、該偏差を
   補正することによって組み立てセグメントの組立位置へ
   の微位置決めを自動的に行うセグメントの組立位置決め
   装置において、 前記テレビカメラは、焦点距離の異なる複数のテレビカ
   メラから構成され、長焦点距離用カメラは、短焦点距離
   用カメラの一部又は全部の視野をカバーし、焦点距離の
   異なるこれら複数のカメラの焦点位置を異なる位置に設
   置した、ことを特徴とするセグメントの組立位置決め装
   置。
5. 【請求項５】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、エレクタ上に設置した投光器から組立セグメントと
   既設セグメントの境界部の複数個所にスリット光を照射
   し、各々のスリット光像をエレクタ上に設置したテレビ
   カメラにより撮像して得られた画像データから組立セグ
   メントと既設セグメントの端部同士の段差・隙間を検出
   し、該段差・隙間情報を基にして組立セグメントと既設
   セグメントとの位置・姿勢偏差を求め、該偏差を補正す
   ることによって組立セグメントの組立位置への微位置決
   めを自動的に行うセグメント組立位置決め方法におい
   て、 前記スリット光の撮影を、焦点距離の異なる複数のテレ
   ビカメラを切り替えて行う、ことを特徴とするセグメン
   トの組立位置決め方法。
6. 【請求項６】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、エレクタ上に設置した投光器から組立セグメントと
   既設セグメントの境界部の複数箇所にスリット光を照射
   し、各々のスリット光像をエレクタ上に設置したテレビ
   カメラにより撮像して得られた画像データから組立セグ
   メントと既設セグメントの端部同士の段差・隙間を検出
   し、該段差・隙間情報を基にして組立セグメントと既設
   セグメントとの位置・姿勢偏差を求め、該偏差を補正す
   ることによって組立セグメントの組立位置への微位置決
   めを自動的に行うセグメントの組立位置決め方法におい
   て、 前記組立セグメントの粗位置決め後、前記段差・隙間を
   検出する前に、組立セグメントと既設セグメントの前記
   スリット光照射部に欠けや異物があるかどうかを認識す
   るために画像判定手段により判定を行い、異常画像がな
   ければ、既設セグメント側スリット光像の隙間方向最大
   座標点と組立セグメント側スリット光像の隙間方向最小
   座標点の各座標値を用いてこれらセグメント間の段差・
   隙間を算出し、また異常画像があれば、異常画像判定手
   段によりその異常画像を用いてセグメントの段差・隙間
   を算出することが可能か否かを判定して、算出可能であ
   れば、異常画像対策手段により組立セグメントと既設セ
   グメント間の段差・隙間を求め、また算出不可能であれ
   ば、その箇所での段差検出は不能と見なして、段差・隙
   間情報に基づく位置・姿勢偏差の演算及び偏差の補正を
   停止させることを特徴とするセグメントの組立位置決め
   方法。
7. 【請求項７】請求項６記載のセグメントの組立位置決め
   方法において、画像判定手段は、前記スリット光像の各
   々の画像データから組立セグメント側スリット光像及び
   既設セグメント側スリット光像の外接長方形の長辺と短
   辺を求め、その短辺の長さを設定しきい値と比較して、
   設定しきい値未満であれば、欠けや異物を無視して既設
   セグメント側スリット光像の隙間方向最大座標点と組立
   セグメント側スリット光像の隙間方向最小座標点の各座
   標値を用いてこれらセグメント間の段差・隙間を算出
   し、また片方或いは両方のスリット光像が設定しきい値
   以上であれば、それを記憶して、異常画像判定手段によ
   り前記セグメント間の段差・隙間を算出することができ
   るかどうかを判断することを特徴とするセグメントの組
   立位置決め方法。
8. 【請求項８】請求項６記載のセグメントの組立位置決め
   方法において、異常画像判定手段は、記憶された異常画
   像のある側に対して、既設セグメントと組立セグメント
   間の隙間側にある端点座標を抽出し、またその端点近傍
   に所定の間隔を取り、複数個のスリット光像点を抽出し
   て、それらのスリット光像点により形成した端点近傍に
   あるスリット光像の形状を求め、それが凸状であれば、
   異物が付着されていると判定し、逆にそれが凹状であれ
   ば、欠けがあると判定し、更に、上記既設セグメントと
   組立セグメントのスリット光像に対して、隙間方向の反
   対側にある端点を抽出して、その近辺のスリット光像の
   直線部の長さを求め、その直線部の長さが所定値以上で
   あれば、異常画像対策手段により段差・隙間を算出し、
   所定値未満であれば、その箇所での段差検出は不能と見
   なして、段差・隙間情報に基づく位置・姿勢偏差の演算
   及び偏差の補正を停止させることを特徴とするセグメン
   トの組立位置決め方法。
9. 【請求項９】請求項８記載のセグメントの組立位置決め
   方法において、異常画像対策手段は、前記スリット光像
   の直線部上の少なくとも２点と前記段差・隙間方向の端
   点の座標を用いて、座標変換によりそれと対応するスリ
   ット光照射位置の上記点の３次元座標を求め、それによ
   り、３次元座標系における端点からスリット光線までの
   垂線の垂足を算出し、また、逆変換により垂足と対応す
   るスリット光像上の点を求め、該点を欠けや異物のない
   時の隙間方向端点位置として、段差・隙間を求め、それ
   を基にして位置・姿勢偏差の演算及び偏差の補正を行う
   ことを特徴とするセグメントの組立位置決め方法。
10. 【請求項１０】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、エレクタ上に設置した投光器から組立セグメント
    と既設セグメントの境界部の複数個所にスリット光を照
    射し、各々のスリット光像をエレクタ上に設置したテレ
    ビカメラにより撮像して得られた画像データから組立セ
    グメントと既設セグメントの端部同士の段差・隙間を検
    出し、該段差・隙間情報を基にして組立セグメントと既
    設セグメントとの位置・姿勢偏差を求め、該偏差を補正
    することによって組み立てセグメントの組立位置への微
    位置決めを自動的に行うセグメント組立位置決め方法に
    おいて、 焦点距離の異なる複数のテレビカメラを焦点位置を異な
    る位置に設定し、長焦点距離用カメラは、短焦点距離用
    カメラの一部又は全部の視野をカバーし、これらを切り
    替えることにより位置決めを行うことを特徴とするセグ
    メントの組立位置決め方法。
11. 【請求項１１】請求項１０記載のセグメントの組立位置
    決め方法において、長焦点距離用カメラを用いて段差・
    隙間を検出しこのデータを用いて粗位置決めを行い、こ
    の後短焦点距離用カメラを用いて段差・隙間を検出し微
    位置決めを行なうセグメントの組立位置決め方法。
12. 【請求項１２】請求項１０記載のセグメントの組立位置
    決め方法において、長焦点距離用カメラを用いて組立セ
    グメントとエレクタとの相対位置を求め、このデータに
    より組み立てセグメントを把持し、この後短焦点距離用
    カメラを用いて既設セグメントと組立セグメントの段差
    ・隙間を検出することにより微位置決めを行なうことを
    特徴とするセグメントの位置決め方法。
13. 【請求項１３】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、エレクタ上に設置した投光器から組立セグメント
    と既設セグメントの境界部の複数個所にスリット光を照
    射し、各々のスリット光像をエレクタ上に設置したテレ
    ビカメラにより撮像して得られた画像データから組立セ
    グメントと既設セグメントの端部同士の段差・隙間を検
    出し、該段差・隙間情報を基にして組立セグメント既設
    セグメントとの位置・姿勢偏差を求め、該偏差を補正す
    ることによって組立セグメントの組立位置への微位置決
    めを自動的に行うセグメント組立位置決めの方法におい
    て、 投光器一台に対して、スリット光像を撮像するテレビカ
    メラを二台を設け、該二台のテレビカメラはそれぞれ撮
    像範囲の異なるレンズを用いることで撮像範囲の広いカ
    メラと撮像範囲の狭いカメラとして使い分け、前記撮像
    範囲の広いカメラの光軸の中心を前記撮像範囲の狭いカ
    メラの光軸中心よりも既設セグメント側にずらして設置
    することによって、セグメント位置決め時の計測範囲を
    拡大したことを特徴とするセグメントの組立位置決め方
    法。
14. 【請求項１４】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、エレクタ上に設置した投光器から組立セグメント
    と既設セグメントの境界部の複数個所にスリット光を照
    射し、各々のスリット光像をエレクタ上に設置したテレ
    ビカメラにより撮像して得られた画像データから組立セ
    グメントと既設セグメントの端部同士の段差・隙間を検
    出し、該段差・隙間情報を基にして組立セグメント既設
    セグメントとの位置・姿勢偏差を求め、該偏差を補正す
    ることによって組立セグメントの組立位置への微位置決
    めを自動的に行うセグメント組立位置決め装置におい
    て、 焦点距離の異なる複数のテレビカメラを設け、長焦点距
    離用カメラは短焦点距離用カメラの視野の一部または全
    部をカバーし、前記短焦点距離用カメラで組立セグメン
    トと既設セグメントの内面に形成させた直線状スリット
    光像の長さを求め、該長さが所定のしきい値以上であれ
    ば、前記直線状スリット光像の直線部と欠け部の端点座
    標を用いて欠けのない状態の正確な端点位置を算出し、
    組立セグメントと既設セグメントの段差・隙間を求めて
    微位置決め作業を行い、前記直線部の長さが前記しきい
    値未満であれば、前記カメラを長焦点距離用カメラに切
    り替えることにより視野を拡大して位置決め作業を続け
    ることを特徴とするセグメントの組立位置決め装置。