JPH084494A - セグメントの自動位置決め方法及び自動位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】セグメント１リングを自動組立するために、通
常手動操作で行っているＢセグメントの位置決め方法を
自動化する。 【構成】Ｋセグメントに隣接しているＢセグメントの自
動位置決め方法として、ＢセグメントのＡセグメントと
接する側の点Ｃを中心として、Ｂセグメントを外側に回
転させる様に位置決めを行う。これによって、Ｂセグメ
ントとの間に間隙Ｔを確保し、Ｋセグメントを組み付け
る空間を広くとれるので、Ｋセグメントの自動組立を容
易にすることができる。 【効果】Ｋセグメントを組み立てる空間が広くなり、Ｂ
セグメントに接触することなく自動位置決めができ、組
立精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機に使用
されるセグメントの組立のための、セグメントの自動位
置決め方法及び自動位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進機におけるセグメント自動
組立装置を用いたセグメントの自動位置決め方法として
は、特開平３−１９９５９９号公報に提案されているよ
うな、光切断法を用いて、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方法がある。

【０００３】このような従来技術における組立セグメン
トの位置決めは、図９に示すように、既設セグメントの
内面と組立セグメントの内面の３箇所において検出手段
を用いて段差及び隙間を検出し、位置・姿勢偏差を演算
して、段差と隙間をなくす様に組立セグメントの位置・
姿勢を補正することによって行っている。

【０００４】一方、特開平３−５１５００号公報には、
Ｋセグメントの組立を容易にするために、Ｋセグメント
に隣接する上部セグメントを押し上げ拡開させるセグメ
ント押上げジャッキを備えたセグメント押上げ装置が開
示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記前者の従来技術で
は、セグメント１リングを順次組み立てようとすると、
図１０に示すごとく、Ｋセグメントを組み込むための空
間が、Ｋセグメントの寸法と同じになる。そのためＫセ
グメントの位置決めは極めて正確に行わなければ、左右
に隣接するセグメント（以下Ｂセグメントという。）に
接触するなど、Ｋセグメントの自動組立は非常に困難な
ものとなる。また実施工においては、各セグメントピー
ス同士の間には地下水の浸入を防ぐためのゴム製のシー
ル材を挟み込んでいる等の理由で、セグメントピース間
では、若干の隙間が生じているのが通常である。従って
Ｂセグメント組立後、Ｋセグメントを組み付けるための
空間はＫセグメントの寸法より狭くなることが多い。こ
の状態でＫセグメント自動組立を行おうとするときは、
ＫセグメントがＢセグメントに接触しようとも、強引に
Ｋセグメントを挿入せざるを得ないため、セグメントが
損傷して止水性が低下したり、セグメントの組立精度が
低下する、等の不具合が生じる。

【０００６】セグメントを手動操作のエレクタを用いて
組み立てる場合でも、作業者はその経験上、Ｋセグメン
トの組立が容易になるように、Ｂセグメントを少し開き
加減で組み立てているのが通常であり、セグメント自動
組立装置においても、Ｂセグメント組立時には、後に組
立てるＫセグメントの挿入スペ−スの確保を考慮して、
手動操作に切り換えてＢセグメント位置決めの微修正を
行っているのが現状である。

【０００７】一方、上記後者の従来技術によれば、セグ
メント押上げ用のジャッキにより、自重で垂れ下がった
上部セグメントを押し上げて拡開させるので、最後に組
み込むＫセグメントを隣接する上部セグメントと干渉す
ることなく、容易に組み込むことが出来る。しかし、シ
−ルド掘進機の内部はスペ−ス的に制約が多いので、こ
のような新たなセグメント押上げ装置を用いることな
く、上部セグメントの拡開を行えることが望ましい。ま
た、上部セグメントは既設セグメントに固定されている
ので、上部セグメントを押し上げる場合、Ｋセグメント
を除く既設セグメントリング全体を押し広げることにな
り、かなり大きな押し上げ力が必要となり、押し上げ装
置を小型にするのが困難である。

【０００８】本発明の目的は、セグメント１リング全て
を自動位置決めするために、手動操作に切換て微修正し
て行っているＢセグメントの組立位置決めを、自動化す
ることができる新しい方法及び装置を提供し、これによ
って、Ｋセグメントの容易な自動組立をも可能にするこ
とである。

【０００９】本発明の他の目的は、セグメント１リング
全てを自動位置決めするために、特別の押し上げ装置を
必要としないセグメントの自動位置決め方法及び位置決
め装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
を達成するために、Ｋセグメントの左右に隣接している
Ｂセグメントの自動位置決め方法を改良する。すなわ
ち、セグメント組立装置を用いたＢセグメントの自動位
置決め方法として、左右のＢセグメントのうち少なくと
も１つのＢセグメントのＫセグメントと継ぎ合わせる側
の端面を、シールド掘進機の径方向に若干広げて位置決
め・仮止めを行う。例えば、ＢセグメントのＡセグメン
トと接する側の点Ｃを中心として、Ｂセグメントをシ−
ルド径外側方向に回転させる様に位置決めを行う。そし
て、Ｋセグメントの位置決め・組付け後、Ｂセグメント
をＫセグメントと締結可能な位置まで戻して組立てる。

【００１１】

【作用】Ｋセグメントの組立時、少なくとも一方のＢセ
グメントのＫセグメント側を、シールド掘進機の径外側
方向に開いて仮止めする。これによって、Ｋセグメント
を挿入する幅を従来よりも広くとることができ、Ｋセグ
メントの位置決め、組立が容易になる。その後、Ｂセグ
メントは内側にＫセグメントに接する位置まで戻して、
固定される。

【００１２】また、Ｂセグメントが既設セグメントに仮
止めされた状態で、Ｋセグメントの組付けを行うので、
Ｂセグメントを外側に拡開するための特別の押し上げ手
段は不要である。

【００１３】

【実施例】図１において、１は、１リング中で既に後方
既設セグメントリング３に接合された既設セグメントで
ある。２は、該既設セグメント１及び後方既設セグメン
トリング３にボルト等により接合される組立セグメント
で、ここでは１リング中の第２番目に組み立てるセグメ
ントとする。図１に示すように、組立セグメント２を所
定の組立位置近傍に粗位置決めした後、投光器３ａ、３
ｂ、３ｃからの３本のスリット光を、その中の２本は後
方の既設セグメントリング３と組立セグメント２のトン
ネルの周方向の境界部に、他の１本は既設セグメント１
と組立セグメント２のトンネル軸方向の境界部にそれぞ
れ照射し、各々のスリット光によって生じる光切断像Ａ
−Ａ′，Ｂ−Ｂ′，Ｃ−Ｃ′をテレビカメラ４ａ，４
ｂ，４ｃにより撮像する。

【００１４】図２に示すように、これらの投光器及びテ
レビカメラが一体となった３組の視覚装置１０ａ，１０
ｂ，１０ｃは自動組立装置のエレクタ本体１２のセグメ
ント把持部３４近傍に装備されている。

【００１５】セグメントの自動組立に用いられるエレク
タ本体１２は、図３及び図４に示すように、円筒状をし
たシールド本体１１の後部に設置される。このエレクタ
本体１２は、大別して、旋回機構であるエレクタリング
１３と旋回モータ１６、押付機構である吊りビーム２１
と押付ジャッキ２２、旋回微調整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（図４）、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。

【００１６】エレクタリング１３は、シールド本体１１
の複数箇所に配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。

【００１７】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軸のまわりに傾けられ、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
のまわ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。

【００１８】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のまわりに矢印ψ方向に傾けられ、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。

【００１９】図１に戻って、テレビカメラ４ａ，４ｂ，
４ｃからの画像データは、カメラ切換器５により切換選
択し、画像入出力装置６を介して画像メモリ７に格納す
るとともに、画像メモリ７の内容を画像入出力装置６を
介して画像モニタ８に表示する。

【００２０】演算装置９は、画像メモリ７に格納された
データを画像処理して各々の光切断像の端点の座標を求
め、その座標値から既設セグメント１及び既説セグメン
ト３と組立セグメント２の相対的な位置・姿勢の偏差量
を演算し、本体制御装置５０へ出力する。

【００２１】本体制御装置５０は、演算装置９に対して
データ要求を出すとともに、演算装置９からの偏差量演
算結果に基づいて、エレクタ本体１２の押付ジャッキ２
２、横スライドジャッキ２５、前後スライドジャッキ２
８、姿勢制御用ジャッキ３１，３２，３３等の各種アク
チュエータに対し組立セグメントの位置決め補正に必要
な制御信号を出し、この制御信号を油圧信号に変換する
油圧制御装置５１を介して各種ジャッキのアクチュエー
タ２２，２５，２８，３１，３２，３３を動作させる。

【００２２】次に、図５で、本体制御装置５０及び演算
装置９における処理について説明する。セグメントを自
動組立する場合、組立セグメントの位置決めは、既設セ
グメントの位置・姿勢の計測結果から目標位置を設定
し、エレクタ本体１２を数値制御することによって行わ
れる。実際には、計測誤差や制御誤差がある。そのた
め、本体制御装置５０によって、エレクタ本体１２を制
御し、組立セグメントを所定の組立位置近傍に粗位置決
めする（ステップ４０２）。その後、演算装置９で既設
セグメント１と組立セグメント２の相対的な位置・姿勢
の偏差量を検出し（ステップ４０４）、移動量を演算す
る（ステップ４０６）。その後、本体制御装置５０によ
って位置決め補正、すなわち微位置決め（４０８）を行
う。

【００２３】Ａセグメントに関しては、前記特開平３−
１９９５９９号公報に開示された方法で組立てることが
できる。

【００２４】以下、本発明の特徴とするＢセグメントの
自動位置決めについて説明する。図６にセグメントの位
置決め、組立のための座標系を定義する。エレクタは、
把持したセグメントの点Ｓを座標の中心としてシールド
軸方向（Ｘ）、横方向（Ｙ）、径方向（Ｚ）と各方向の
軸回りの回転（それぞれローリング、ピッチング、ヨー
イング）が可能で、把持したセグメントの３ヶ所におい
て、既設セグメントに対する、段差と隙間を計測する。
計測した段差、隙間より、把持したセグメントの点Ｓを
中心として全６方向の位置補正量を演算し、３点の段
差、隙間がなくなるようにエレクタを動作させ、補正、
位置決めを行う。

【００２５】補正量は、基本補正量と開き補正量からな
る。基本補正量の演算は、３ヶ所の計測点の段差、隙間
が無くなる値を演算する。つまり、図７に示したよう
に、Ａセグメントと接する側の点Ｃを中心として、Ｂセ
グメントのＫセグメント側を外側に回転させた状態に位
置決めを行い、仮止めをする。このとき、Ｋセグメント
（幅Ｗ）との間隙Ｔを確保する必要がある。そのため、
通常の、すなわち回転させない状態で、段差、隙間が無
くなるように求めた基本補正量に、さらに開き補正量を
加えて、点Ｃを中心としてＢセグメントを回転させた位
置決めを行う。

【００２６】Ｋセグメントを位置決めし、既設のＫセグ
メントに固定・組付けを行った後、仮止めされているＢ
セグメントをＫセグメントと締結可能な位置まで戻し、
このＢセグメントを固定する。

【００２７】Ｂセグメントの仮止めは、シ−ルドジャッ
キにより、Ｂセグメントを既設のセグメントリングに押
し付けることによって行うことができる。あるいはま
た、Ｂセグメントをボルト・ナット等の締結具により、
既設のセグメントリングに締結してもよい。この場合、
ボルト締結用の穴に、ボルトに対して若干のガタを持た
せることにより、Ｂセグメントを外側にずらして仮止
し、Ｋセグメントの位置決め・組付けを行った後、ボル
トを緩めてＢセグメントを内側にＫセグメントと接する
位置まで戻した後、固定することが可能となる。

【００２８】図８にＢセグメントの補正方法の一例を示
す。セグメントの補正動作はセグメント上の点Ｓを中心
として座標系を定義しているため、Ｂセグメントをロー
リングさせて位置決めするためには、ローリング量と、
同図に示した横補正ｄｙ、押付補正ｄｚの２つをさらに
行うことによってセグメント上の点Ｃを中心に補正、位
置決めを行う。つまりＢセグメントを最初の位置Ｂ0か
ら、角θだけローリングさせるとともに（位置Ｂ1）、
セグメントの座標系の中心Ｓを同図のＳ′の位置に移動
させるように（位置Ｂ2）、Ｙ軸、Ｚ軸方向にそれぞれ
ｄｙ，ｄｚだけ同時に補正する。

【００２９】なお、Ｂセグメントの位置の補正方法とし
ては、上記した点Ｃを中心にする方法だけでなく、Ｂセ
グメント全体を平行移動させる等、他の方法を用いても
良いことは言うまでもない。

【００３０】また、左右一対のＢセグメントを外側に移
動させてもよく、一方のＢセグメントのみを移動、仮止
めさせても良い。

【００３１】本発明によれば、Ｋセグメントの組立時、
Ｂセグメントをシールド掘進機の径外側方向に開いて仮
止めしているので、Ｋセグメントを挿入する幅を従来よ
りも広くとることができ、Ｋセグメントの自動組立が容
易になる。また、Ｂセグメントの移動だけでＫセグメン
トを組み立てる広い空間を確保することができ、他の既
設セグメントまで押し広げる必要がなく、特別の押上げ
装置が不要である。

【００３２】

【発明の効果】本発明により以下の効果がある。

【００３３】（１）Ｂセグメントの位置決め・仮止め
時、移動量の演算及び位置決めが自動的に行われる。従
って、作業者が手動操作に切り換えてＢセグメントの位
置決めの微修正を行う必要がない。

【００３４】（２）Ｋセグメントを組み立てる空間が広
くなるので、Ｋセグメントの自動組立てが容易で、各セ
グメントの損傷が少なくなることから組立精度、品質の
向上が望める。

【００３５】（３）Ｋセグメントを組み立てる広い空間
を確保するために、Ｂセグメントのみを外側に開いて仮
止めするので、既設セグメント全体を押し広げるのに比
べて力は小さくてよく、特別の押上げ装置が不要であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するためのセグメント自動組立装
置の一例を示す図。

【図２】図１における３組の視覚装置の構成図。

【図３】図１のセグメント自動組立に用いられるエレク
タ本体の要部縦断面図。

【図４】図３のエレクタ本体の側断面図。

【図５】図１の演算装置の処理フロー図。

【図６】Ｂセグメントの位置決め、組立のための座標系
を定義する図。

【図７】補正量の演算方法の説明図。

【図８】本発明によるＢセグメントの補正方法を示す
図。

【図９】従来技術における組立セグメントの位置決め方
法を示す図。

【図１０】従来技術におけるＫセグメント組立方法の説
明図。

【符号の説明】

１…既設セグメント、２…組立セグメント、３ａ、３
ｂ、３ｃ…投光器、４ａ，４ｂ，４ｃ…テレビカメラ、
９…演算装置、１２…エレクタ本体、３４…セグメント
把持部、５０…本体制御装置、５１…油圧制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萩原 秀美 東京都港区北青山二丁目５番８号 株式会 社間組内 (72)発明者 志野 和巳 東京都港区北青山二丁目５番８号 株式会 社間組内 (72)発明者 亀井 健 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 田中 康雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (72)発明者 森 泰雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (72)発明者 小澤 肇 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド堀進機内に設置されたセグメント
   自動組立装置の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、その後、該エレクタ上に
   設置した投光器から前記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の少なくとも２ヶ所
   とトンネル軸方向に沿った境界部の少なくとも１ヶ所に
   スリット光を照射し、各々のスリット光像を撮像して得
   られた画像データから前記の少なくとも３ヶ所の段差・
   隙間を検出し、該段差・隙間情報を基にして前記組立セ
   グメントと前記既設セグメントの位置・姿勢偏差を求
   め、該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・組立る、セグメント自動位置
   決め方法において、 セグメントリングの中で最後に組立てられるＫセグメン
   トに隣接するＢセグメントの組立てに際して、少なくと
   も１つの前記Ｂセグメントの前記Ｋセグメント側を、前
   記既設セグメントに対してシールド径外側方向に開いた
   状態に位置決めし、該位置に仮止めし、 前記Ｋセグメントの位置決め・組付けを行ない、 前記仮止めしてあるＢセグメントを、シールド径内側方
   向に移動させて前記Ｋセグメントと締結可能な組立位置
   に位置決めし、該位置で組立ることを特徴とするセグメ
   ントの自動位置決め方法。
2. 【請求項２】前記Ｋセグメントの左右に夫々隣合う前記
   ２つのＢセグメントの前記Ｋセグメント側を、前記既設
   セグメントに対して各々シールド径外側方向に開いて位
   置決め・仮止めした後、前記Ｋセグメントの位置決め・
   組付けを行なうことを特徴とする請求項１記載のセグメ
   ントの自動位置決め方法。
3. 【請求項３】前記仮止めは、シールドジャッキにより、
   前記Ｂセグメントを前記既設セグメントリングに押し付
   けることにより行なうことを特徴とする請求項１又は２
   いずれか１項に記載のセグメントの自動位置決め方法。
4. 【請求項４】前記仮止めは、前記Ｂセグメントを締結具
   により前記既設セグメントリングに締結することにより
   行なうことを特徴とする請求項１又は２いずれか１項に
   記載のセグメントの自動位置決め方法。
5. 【請求項５】前記締結具として、セグメント組立用のボ
   ルト・ナットを用いることを特徴とする請求項４に記載
   のセグメントの自動位置決め方法。
6. 【請求項６】前記ＢセグメントのＡセグメントと接する
   側の点Ｃを中心として、前記Ｂセグメントをシールド径
   外側方向に回転させる様に位置決め・仮止めを行なうこ
   とを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項に記載の
   セグメントの自動位置決め方法。
7. 【請求項７】前記Ｂセグメントの仮止め用の位置決めの
   ために、前記Ｂセグメント上の前記点Ｃを中心に、ロー
   リング量の補正と、横及び押付けの２つの補正とを行な
   うことを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項に記
   載のセグメントの自動位置決め方法。
8. 【請求項８】シールド堀進機内に設置され、本体制御装
   置により制御されるエレクタにより、組立セグメントを
   所定の組立位置近傍に粗位置決めし、その後、該エレク
   タ上に設置した投光器から前記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の少なくとも
   ２ヶ所とトンネル軸方向に沿った境界部の少なくとも１
   ヶ所にスリット光を照射し、各々のスリット光像を撮像
   して得られた画像データから前記の少なくとも３ヶ所の
   段差・隙間を検出し、演算装置により、前記段差・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
   トの位置・姿勢偏差を求め、該偏差を補正するように前
   記本体制御装置が前記エレクタを制御することによって
   前記組立セグメントを組立位置に微位置決めする、セグ
   メント自動位置決め装置において、 前記演算装置は、セグメントリングの中で最後に組み立
   てられるＫセグメントに隣接するＢセグメントに関し
   て、該Ｂセグメントの前記Ｋセグメント側を前記既設セ
   グメントに対してシールド径外側方向に開いて、前記Ｋ
   セグメントの位置決め・組付けのためのスペースを確保
   した状態を、仮止め位置として演算により求めるように
   構成され、 前記本体制御装置は、前記演算装置により求められた前
   記仮止め位置に、前記Ｂセグメントの位置決めを行なう
   ように構成されている、ことを特徴とするセグメント自
   動位置決め装置。