WO2017199693A1 - トンネル掘進機 - Google Patents

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WO2017199693A1
WO2017199693A1 PCT/JP2017/016166 JP2017016166W WO2017199693A1 WO 2017199693 A1 WO2017199693 A1 WO 2017199693A1 JP 2017016166 W JP2017016166 W JP 2017016166W WO 2017199693 A1 WO2017199693 A1 WO 2017199693A1
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WO
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cutter
cutter head
disc
disk
blade edge
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Application number
PCT/JP2017/016166
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English (en)
French (fr)
Inventor
川合　一成
紳一 寺田
栄一 森岡
Original Assignee
株式会社小松製作所
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Publication date
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Priority to EP17799123.9A priority patent/EP3428388B1/en
Priority to AU2017265592A priority patent/AU2017265592B2/en
Priority to FIEP17799123.9T priority patent/FI3428388T3/fi
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21D9/1006—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools
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    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1006—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools
    • E21D9/104—Cutting tool fixtures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E21D9/112—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads

Definitions

  • the present invention relates to a tunnel excavator.
  • the full-section tunnel machine has a main body propelled in the ground and a cutter head arranged in front of the main body.
  • the cutter head can be rotated with respect to its central axis along with the propulsion of the main body by an electric motor or a hydraulic actuator.
  • a plurality of disc cutters are attached to a cutter head when excavating a bedrock or rake. As the main body is propelled, the disc cutter is pushed into the bedrock. As the cutter head rotates, the disk cutter rotates relative to the cutter head to excavate the rock.
  • An object of the present invention is to provide a tunnel excavator that can detect the wear state of a disk cutter with a highly reliable configuration.
  • a tunnel excavator includes a main body, a cutter head, a plurality of disk cutters, an acquisition unit, a determination unit, and a calculation unit.
  • the cutter head is disposed in front of the main body.
  • the cutter head is rotatable with respect to the main body.
  • the plurality of disc cutters are rotatably mounted on the cutter head.
  • Each of the plurality of disc cutters has a cutter ring.
  • the cutter ring is exposed on the front surface of the cutter head and exposed on the back surface of the cutter head.
  • Each cutter ring has a blade edge part.
  • the acquisition unit acquires cutting edge position data indicating the position of the cutting edge part of the cutter ring.
  • the acquisition unit is disposed behind the plurality of disc cutters.
  • the discriminating unit discriminates which of the plurality of disc cutters is the blade tip position data acquired by the acquisition unit.
  • the calculating unit calculates the wear amount of the disc cutter blade tip portion determined from the disc cutter blade tip position data determined by the discrimin
  • the tunnel machine includes a main body, a cutter head, a plurality of disk cutters, an acquisition unit, and a determination unit.
  • the cutter head is disposed in front of the main body.
  • the cutter head is rotatable with respect to the main body.
  • the plurality of disc cutters are rotatably mounted on the cutter head.
  • Each of the plurality of disc cutters has a cutter ring.
  • the cutter ring is exposed on the front surface of the cutter head and exposed on the back surface of the cutter head.
  • the acquisition unit acquires rotation data indicating whether or not the disk cutter is rotated with respect to the cutter head.
  • the acquisition unit is disposed behind the plurality of disc cutters.
  • the discriminating unit discriminates which one of the plurality of disc cutters is the rotation data acquired by the acquiring unit.
  • a tunnel excavator includes a main body, a cutter head, a plurality of disk cutters, an acquisition unit, a determination unit, and a calculation unit.
  • the cutter head is disposed in front of the main body.
  • the cutter head is rotatable with respect to the main body.
  • the plurality of disc cutters are rotatably mounted on the cutter head.
  • Each of the plurality of disc cutters has a cutter ring.
  • the cutter ring is exposed on the front surface of the cutter head and exposed on the back surface of the cutter head.
  • Each cutter ring has a blade edge part.
  • the acquisition unit acquires blade edge position data indicating the position of the blade edge part of the cutter ring and rotation data indicating whether or not the disk cutter is rotated with respect to the cutter head.
  • the acquisition unit is disposed behind the plurality of disc cutters.
  • the discriminating unit discriminates which of the plurality of disc cutters the cutting edge position data and rotation data acquired by the acquisition unit is the cutting edge position data and rotation data of a plurality of disc cutters.
  • the calculating unit calculates the wear amount of the disc cutter blade tip portion determined from the disc cutter blade tip position data determined by the discriminating portion.
  • the wear state of the disc cutter can be detected with a highly reliable configuration.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a tunnel excavator 1 in the first embodiment.
  • the tunnel excavator 1 includes a main body 10 and a cutter head 30 that excavates underground.
  • the main body 10 includes a roof support 11, a side support 12, a vertical support 14, and a main beam 15.
  • the main beam 15 extends in the front-rear direction, which is the excavation direction of the tunnel excavator 1.
  • the roof support 11 is disposed above the main beam 15.
  • the side support 12 is disposed on the side of the main beam 15.
  • the vertical support 14 is disposed below the main beam 15.
  • the front end of the main beam 15 is disposed in a space surrounded by the roof support 11, the side support 12 and the vertical support 14.
  • the main body 10 also has a gripper shoe 16, a gripper carrier 17, a thrust jack 18, and a rear support 19.
  • the gripper carrier 17 is provided behind the roof support 11, the side support 12, and the vertical support 14, and can slide along the main beam 15.
  • the gripper shoe 16 is provided on the both sides of the gripper carrier 17, one for each, a total of two.
  • the gripper shoe 16 is configured to be able to be pressed against the side wall of the tunnel by an expansion / contraction operation of a gripper jack (not shown) held by the gripper carrier 17.
  • One end of the thrust jack 18 is attached to the main beam 15.
  • the other end of the thrust jack 18 is attached to the gripper shoe 16.
  • the thrust jack 18 is configured to be extendable in the front-rear direction.
  • the gripper carrier 17 is configured to slide along the main beam 15 by expansion and contraction of the thrust jack 18.
  • the rear support 19 supports the main beam 15 at the rear end portion of the main beam 15.
  • the rear support 19 is provided so as to come into contact with the bottom surface of the tunnel by the expansion and contraction operation of the rear support cylinder.
  • the cutter head 30 is disposed in front of the main body 10 and is supported so as to be rotatable with respect to the main body 10 and movable in the front-rear direction integrally with the main body 10.
  • a plurality of disc cutters 40 are mounted on the cutter head 30.
  • the disc cutter 40 is rotatably supported with respect to the cutter head 30.
  • the disc cutter 40 is pressed against the excavation surface in the tunnel excavation direction by the forward movement of the main body 10 and the cutter head 30, and the disc cutter 40 rotates with the rotation of the cutter head 30 to crush the rock and excavate. Excavate the surface.
  • the excavated shear generated by excavation is crawled by the scraper bucket 32 and is carried out rearward by a belt conveyor not shown in FIG.
  • FIG. 2 is a front view of the tunnel excavator 1 in the first embodiment. As shown in FIG. 2, 32 disk cutters 40 are mounted on the cutter head 30 of the present embodiment.
  • three disk cutters 40 out of 32 disk cutters 40 are numbered DC1, DC2, and DC3.
  • the DC1 disc cutter 40 is disposed closest to the center of the cutter head 30, and the DC3 disc cutter 40 is It is arranged farthest from the center of the cutter head 30.
  • Six scraper buckets 32 are provided on the peripheral edge of the cutter head 30.
  • Six intake ports 33 for taking excavation scraps collected by the scraper bucket 32 into the machine are formed adjacent to the scraper bucket 32.
  • the cutter head 30 rotates in the counterclockwise direction in FIG. 2, and the scraper bucket 32 is disposed on the rear side in the rotational direction of the cutter head 30 with respect to the intake port 33.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the disk cutter 40.
  • FIG. 4 is a front view of the disc cutter 40. 4 shows the disc cutter 40 viewed from the direction of the arrow IV shown in FIG.
  • the disc cutter 40 has a hub 42 formed in a substantially cylindrical shape, and a cutter ring 41 attached to the outer peripheral surface of the central portion of the hub 42.
  • the cutter head 30 has a hollow cylindrical storage portion 39 that internally forms a storage space 37 for storing the disc cutter 40, and a fixing portion 38 that fixes the disc cutter 40.
  • a pair of retainers 43 are fixed to the fixing portion 38 using a fixing member 47 such as a bolt.
  • a fixed shaft (not shown) is supported by the pair of retainers 43.
  • the cutter ring 41 and the hub 42 are supported so as to be rotatable with respect to the fixed shaft via a bearing (not shown).
  • the hub 42 is configured to be rotatable integrally with the cutter ring 41.
  • the cutter ring 41 is fitted in the hub 42.
  • the cutter ring 41 has a cutting edge portion 44.
  • the cutter ring 41 is a member that is pressed against the excavation surface of the tunnel and excavates the excavation surface in the disc cutter 40.
  • the cutter ring 41 is rotatably attached to the cutter head 30.
  • the blade edge portion 44 protrudes from the accommodating portion 39 of the cutter head 30 both in the vertical direction in the drawing.
  • the blade edge portion 44 protrudes forward with respect to the cutter head 30 and protrudes rearward with respect to the cutter head 30.
  • the blade edge portion 44 is exposed on the front surface of the cutter head 30 and is exposed on the back surface of the cutter head 30.
  • a marking 49 is formed on the hub 42.
  • the marking 49 is, for example, a slit in which the surface of the hub 42 is recessed in a groove shape, or a protrusion in which the surface of the hub 42 protrudes in a hook shape.
  • a special fluorescent agent may be applied inside the slit.
  • the marking 49 is formed at one or more locations in the circumferential direction of the rotation of the hub 42.
  • the markings 49 may be formed on both sides of the hub 42 with the cutter ring 41 interposed therebetween.
  • FIG. 5 is a side view schematically showing the internal structure of the tunnel excavator 1.
  • the main body 10 of the tunnel machine 1 includes a belt conveyor 20, a hopper chute 21, a cutter head support 22, a main bearing 23, an erector 24, a cutter head drive motor 25, and a measuring device. And 50.
  • the main beam 15 is formed in a hollow shape.
  • the belt conveyor 20 is disposed inside the main beam 15.
  • the belt conveyor 20 is a device for transporting the excavated shear excavated by the disc cutter 40 backward.
  • the hopper chute 21 is provided above the front end of the belt conveyor 20.
  • the hopper chute 21 is an apparatus for receiving excavation scraped by the scraper bucket 32 and guiding it to the belt conveyor 20.
  • the cutter head support 22 is fixed to the front end of the main beam 15.
  • the cutter head 30 is rotatably supported by a cutter head support 22 via a main bearing 23.
  • the erector 24 is disposed on the rear side with respect to the cutter head support 22.
  • the cutter head drive motor 25 is attached to the cutter head support 22.
  • the measuring device 50 is also attached to the cutter head support 22.
  • the measuring device 50 is attached to the main body 10 of the tunnel machine 1.
  • the measuring device 50 is disposed behind the cutter head 30.
  • the measuring device 50 is disposed behind the plurality of disc cutters 40.
  • the measuring device 50 is disposed behind the hopper chute 21.
  • the measuring device 50 can measure the disc cutter 40 from behind.
  • the measuring device 50 can also have a function as a data acquisition unit that acquires data of the disk cutter 40.
  • the measuring device 50 also measures a part of the cutter head 30.
  • the imaging device can capture a part of the cutter head 30 and two or more disk cutters 40 of the plurality of disk cutters 40 from behind.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an arrangement when a stereo camera is used as the measuring device 50 in the tunnel excavator 1 as viewed from the front.
  • the cutter head 30 and the 32 disk cutters 40 shown in FIG. 2 are indicated by broken lines, and the belt conveyor 20, the hopper chute 21 and the measuring device 50 are indicated by solid lines.
  • the imaging device which is a stereo camera as a measuring device is shown.
  • the measuring device 50 (imaging device) has a first imaging unit 53 and a second imaging unit 54.
  • the first imaging unit 53 and the second imaging unit 54 are synchronized with each other and constitute a stereo camera.
  • the first imaging unit 53 and the second imaging unit 54 are disposed at the same height.
  • the first imaging unit 53 and the second imaging unit 54 are arranged side by side in the left-right direction.
  • the first imaging unit 53 and the second imaging unit 54 are the same device.
  • Each imaging unit includes an optical processing unit, a light receiving processing unit, and an image processing unit.
  • the optical processing unit has a lens for condensing light.
  • the optical axis of the imaging unit is an axis that passes through the center of the lens surface and is perpendicular to the lens surface.
  • the light reception processing unit has an image sensor.
  • the image sensor is, for example, a CMOS.
  • the imaging element has a light receiving surface.
  • the light receiving surface is a surface orthogonal to the optical axis of the imaging unit.
  • the light receiving surface has a flat rectangular shape.
  • the cutter head 30 rotates upon receiving a driving force from the cutter head driving motor 25 (FIG. 5).
  • the arrows shown in FIG. 6 indicate the rotation direction R of the cutter head 30.
  • the cutter head 30 viewed from the excavation surface shown in FIG. 6 can rotate counterclockwise.
  • the imaging device is disposed on the front side in the rotation direction R of the cutter head 30 with respect to the hopper chute 21.
  • the excavation scrap excavated by the disc cutter 40 and scraped by the scraper bucket 32 falls toward the hopper chute 21 when the corresponding scraper bucket 32 moves above the hopper chute 21. Since the imaging device is arranged on the front side in the rotation direction R of the cutter head 30 with respect to the hopper chute 21, the excavation shear falling on the hopper chute 21 prevents the imaging of the cutter head 30 by the imaging device. It is set as the structure which can be suppressed.
  • FIG. 7 is a partial internal view of the cutter head, and is a diagram showing an example of image data captured by the imaging device.
  • the image data shown in FIG. 7 includes a part of the hopper chute 21, a part of the cutter head 30, and two or more disk cutters 40.
  • the imaging device is disposed behind the disc cutter 40 and images the disc cutter 40 from the rear.
  • the cutting edge portion 44 of the cutter ring 41 of the disc cutter 40 is exposed on the back surface of the cutter head 30. Therefore, the image data picked up by the image pickup apparatus includes the blade edge portions 44 of the cutter rings 41 of the plurality of disc cutters 40.
  • the image data captured by the imaging apparatus includes blade edge position data indicating the position of the blade edge portion 44 of the cutter ring 41 of the disc cutter 40.
  • the imaging apparatus has a function as an acquisition unit that acquires blade edge position data of two or more disk cutters 40 of the plurality of disk cutters 40.
  • the image data captured by the imaging device includes rotation data indicating whether or not the disk cutter 40 is relatively rotated with respect to the cutter head 30.
  • the imaging apparatus has a function as an acquisition unit that acquires rotation data of two or more disk cutters 40 among the plurality of disk cutters 40.
  • a change in the position of the blade edge portion 44 of the cutter ring 41 of the disc cutter 40 can be detected by comparing a plurality of image data captured at intervals. Further, it is possible to detect whether or not the disk cutter 40 is rotating relative to the cutter head 30 by comparing a plurality of image data picked up at intervals.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the power transmission device to the cutter head 30. 8 indicates a center line C indicating the center of the cutter head 30 or the center of the tunnel machine 1 (see also FIG. 5).
  • the gear 5 is connected to the input side of the speed reducer 26.
  • the output side of the speed reducer 26 is connected to a pinion 27.
  • the pinion 27 meshes with the gear 28.
  • the gear 28 is rotatably supported as an inner ring of the main bearing 23.
  • the gear 28 is coupled to the cutter head 30.
  • the rotation of the cutter head drive motor 25 is transmitted to the gear 28 via the speed reducer 26 and the pinion 27.
  • the gear 28 rotates about the center line C
  • the cutter head 30 rotates together with the gear 28. In this way, the cutter head 30 can be rotated in a certain direction (rotation direction R shown in FIG. 6).
  • the cutter head drive motor 25 can be an electric motor, for example.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the periphery of the main bearing 23 shown in FIG. 8 in an enlarged manner.
  • the main bearing 23 has a plurality of rotating bodies represented by rollers.
  • a proximity sensor 51 and a proximity sensor 52 are attached to the housing to which the main bearing 23 is attached.
  • the gear 28 is formed with a protrusion 29 in which a part of the surface of the gear 28 protrudes.
  • the protrusion 29 is formed at one place in the rotation direction of the gear 28.
  • the proximity sensor 51 is arranged to face the protrusion 29.
  • the proximity sensor 52 is arranged to face the teeth of the gear 28 that meshes with the pinion 27.
  • the proximity sensor 51 detects the protrusion 29.
  • the proximity sensor 52 detects the teeth of the gear 28.
  • the proximity sensor 52 detects the number of teeth of the rotating gear 28 and calculates the number of teeth of the gear 28 with respect to the number of teeth of the gear 28 for 360 ° rotation, thereby obtaining the rotation angle of the cutter head 30. be able to.
  • the angle of the cutter head 30 can be defined using the position of the cutter head 30 when the proximity sensor 51 detects the protrusion 29 as a reference position (angle 0 °). If the angle is reset each time the proximity sensor 51 detects the protrusion 29, it is possible to avoid an accumulation of errors with respect to the rotation angle of the cutter head 30 from increasing.
  • the current rotation angle of the cutter head 30 is recognized, and based on the preinstalled position of each disk cutter 40 with respect to the cutter head 30 and the rotation angle of the cutter head 30, It is possible to determine which of the plurality of disk cutters 40 is each disk cutter 40.
  • a rotary encoder attached to the pinion 27, the gear 28 or the cutter head 30 may be used in addition to the proximity sensors 51 and 52 described above.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the distance from the center of the cutter head 30 to the cutting edge portion 44 of the cutter ring 41 of the disc cutter 40.
  • the cutting edge 44 of the disk cutter 40 of DC1 is located closest to the center line C, and DC3
  • the blade edge portion 44 of the disc cutter 40 is located farthest from the center line C.
  • Lengths L1, L2, and L3 shown in FIG. 10 indicate distances between the center line C and the blade edge portions 44 of the three disk cutters DC1, DC2, and DC3.
  • the distance information from the center line C of each blade edge portion 44 input in advance and the detected distance are obtained. By comparing, it is possible to determine which of the plurality of disk cutters 40 is each disk cutter 40 in the image data captured by the imaging device.
  • the distances from the center line C of the cutter head 30 to the cutting edge portions 44 may be all different, or the cutting edge portions 44 of the two or more disc cutters 40 are the cutter heads. It may be arranged at a position at an equal distance from 30 center lines C. In the latter case, each disk cutter 40 has a plurality of disks based on the rotation angle of the cutter head 30 or based on both the rotation angle of the cutter head 30 and the distance from the blade edge portion 44 to the center line C. It is possible to determine which of the cutters 40 is the disc cutter 40.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of a means for detecting the wear amount of the blade edge portion 44.
  • FIG. 11 schematically illustrates the imaging device and a part of the cutter ring 41 of the disk cutter 40 that is a target for detecting the wear amount of the blade edge portion 44.
  • a cutter ring 41 indicated by a broken line indicates a new cutter ring 41.
  • a cutter ring 41 indicated by a solid line indicates the cutter ring 41 with which the blade edge portion 44 is worn after the lapse of time.
  • the first imaging unit 53 and the second imaging unit 54 shown in FIG. 6 of the imaging apparatus each capture a two-dimensional image.
  • the distance between the cutting edge portion 44 of the cutter ring 41 that is the imaging target and the imaging device is calculated by stereo-matching the two-dimensional images simultaneously captured from different angles by the first imaging unit 53 and the second imaging unit 54. Is done. More specifically, based on the parallax between the first imaging unit 53 and the second imaging unit 54, the distance from the imaging device to the blade edge part 44 is obtained using the principle of triangulation.
  • the imaging apparatus can detect both the position of the blade edge portion 44 of the new cutter ring 41 and the position of the blade edge portion 44 of the cutter ring 41 after the passage of time. As shown in FIG. 11, the distance from the imaging apparatus to the cutting edge portion 44 of the new cutter ring 41, and A 0. Let An be the distance from the imaging device to the blade edge portion 44 of the cutter ring 41 after a lapse of time. A difference (A n ⁇ A 0 ) between the distance An and the distance A 0 can be calculated as a pseudo wear amount of the cutting edge portion 44.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of a means for detecting the wear amount of the blade edge portion 44.
  • FIG. 12 shows a front view of a disc cutter 40 similar to FIG.
  • the amount of wear of the blade edge portion 44 may be calculated by setting an arbitrary reference point in the vicinity of the blade edge portion 44 of the cutter ring 41 and detecting a change in the distance between this reference point and the blade edge portion 44.
  • the reference point may be defined on the inner peripheral surface 39a of the accommodating portion 39 of the cutter head 30 shown in FIG. You may prescribe
  • the distance between the reference point on the inner peripheral surface 39a and the cutting edge portion 44 increases.
  • the distance between the cutting edge portion 44 of the disc cutter 40 and the reference point from the image data captured by the imaging device, the distance between the cutting edge portion 44 of the new cutter ring 41 and the reference point, and the cutter after the passage of time. Based on the distance between the 41 blade edge portion 44 and the reference point, the pseudo wear amount of the blade edge portion 44 can be calculated.
  • the cutter ring 41 may not rotate due to a stone bite, damage to a bearing that supports the cutter ring 41, or compaction of earth and sand. If the cutter ring 41 does not rotate, a part of the blade edge part 44 continues to slide with respect to the excavation surface, and uneven wear occurs in which only a part of the blade edge part 44 is worn.
  • the cutting edge portion 44 of the cutter ring 41 normally wears evenly in the circumferential direction, but wears linearly when uneven wear occurs, so the wear speed is much higher than that during normal wear. As a result, the wear does not stop at the cutter ring 41 and the wear may progress to the hub 42, the bearing, and the cutter head 30.
  • FIGS. 13 and 14 are schematic diagrams illustrating an example of detecting uneven wear of the cutting edge portion 44.
  • FIG. 13 shows a disk cutter 40 imaged from the front at a certain time
  • FIG. 14 shows a disk cutter imaged from the front after a certain time has elapsed since the disk cutter 40 shown in FIG. 13 was imaged. 40 is shown.
  • the disc cutter 40 shown in FIGS. 13 and 14 can take an image using an imaging device.
  • the marking 49 indicates the relative position of the hub 42 with respect to the cutter head 30.
  • the position of the marking 49 formed on the hub 42 of the disc cutter 40 shown in FIG. 14 is different from the position of the marking 49 shown in FIG. Since the position of the marking 49 has changed, it can be determined that the cutter ring 41 is rotating, and accordingly, it can be recognized that uneven wear of the blade edge portion 44 of the cutter ring 41 has not occurred.
  • FIG. 15 is a functional block diagram showing the configuration of the control system in the first embodiment.
  • the configuration in the rectangle drawn with a solid line in FIG. 15 shows the same configuration as the control system of the existing tunnel machine 1.
  • a configuration in a rectangle drawn by a broken line in FIG. 15 indicates a specific configuration of the present embodiment relating to wear detection of the disc cutter 40.
  • the control system includes a TBM (Tunnel Boring Machine) controller 70, an operation operation panel 60, and an excavation management system 90.
  • the TBM controller 70 controls the entire tunnel excavator 1.
  • the TBM controller 70 receives a signal indicating a detection result from the proximity sensors 51 and 52 for calculating the rotation angle of the cutter head 30 described with reference to FIG.
  • the TBM controller 70 has a cutter head angle detector 71.
  • the cutter head angle detection unit 71 obtains the current rotation angle of the cutter head 30 based on the detection results by the proximity sensors 51 and 52.
  • the operation panel 60 is operated by an operator.
  • the driving operation panel 60 receives an operator operation for driving the tunnel excavator 1.
  • the excavation management system 90 has a data output unit 91.
  • Information relating to the disc cutter (DC) is input to the data output unit 91. For example, information indicating which disc cutter 40 has been exchanged, the date of exchanging the disc cutter 40, the result of wear measurement of the blade edge portion 44 by an operator, and the like are input.
  • the control system also has an inspection mode switch (SW) 61.
  • the inspection mode switch 61 is operated by an operator. When the operator operates the inspection mode switch 61, either the inspection mode or the normal mode is selected.
  • the TBM controller 70 receives from the inspection mode switch 61 a signal indicating which mode has been selected.
  • the TBM controller 70 has a mode determination unit 72.
  • the mode discriminating unit 72 discriminates which mode, the inspection mode or the normal mode, is selected based on the input from the inspection mode switch 61. Details of wear detection in the inspection mode and wear detection in the normal mode will be described later.
  • the TBM controller 70 also has a control signal command unit 73.
  • the control signal command unit 73 outputs a control signal for instructing start, stop, the number of rotations of the motor, and the like to the cutter head drive motor 25 described with reference to FIG.
  • the control signal command unit 73 also outputs a control signal that instructs the watering unit 62 to start watering, stop watering, and the amount of watering.
  • the water sprinkling unit 62 is disposed behind the cutter head 30, and sprays water onto the space on the back side of the cutter head 30 to suppress dust, or sprays water onto the disc cutter 40 to spray the disc cutter 40. Used to wash away the clay stuck to the surface.
  • the control system also has a DC monitor controller 80 and a camera unit.
  • the camera unit is configured by the imaging device described above.
  • the DC monitor controller 80 includes an image recognition unit 81, a DC determination unit 82, and a wear amount calculation unit 83.
  • the image recognition unit 81 receives input of image data shown in FIG. 7 from the camera unit, for example.
  • the DC determination unit 82 determines which of the plurality of disk cutters 40 is the disk cutter 40 included in the image data input to the image recognition unit 81.
  • the wear amount calculation unit 83 calculates the wear amount of the blade edge portion 44 of the disc cutter 40 determined by the DC determination unit 82.
  • FIG. 16 is a flowchart for explaining an example of disc discriminating of the disc cutter 40 by the DC discriminating unit 82.
  • the angle of the cutter head 30 is detected (step S11). Specifically, as described with reference to FIG. 9, the position of the cutter head 30 when the proximity sensor 51 detects the protrusion 29 is set as the reference position (angle 0 °), and the teeth of the rotating gear 28 pass. The number is detected by the proximity sensor 52.
  • the cutter head angle detector 71 of the TBM controller 70 calculates the number of passages of the gear 28 relative to the number of teeth of the gear 28 for 360 ° rotation, thereby detecting the rotation angle of the cutter head 30.
  • step S12 the image is recognized (step S12).
  • the image recognition unit 81 of the DC monitor controller 80 shown in FIG. 15 recognizes the image data input from the camera unit (imaging device), and recognizes the disc cutter 40 included in the image data.
  • the disc cutter 40 is discriminated (step S13).
  • the current rotation angle of the cutter head 30 is recognized, and based on the preinstalled position of each disk cutter 40 with respect to the cutter head 30 and the rotation angle of the cutter head 30, It is determined which disk cutter 40 is a disk cutter 40 among the plurality of disk cutters 40.
  • FIG. 17 is a flowchart for explaining another example of disc discriminating of the disc cutter 40 by the DC discriminating unit 82.
  • an image is recognized (step S21).
  • the image recognition unit 81 of the DC monitor controller 80 shown in FIG. 15 recognizes the image data input from the camera unit (imaging device), and recognizes the disc cutter 40 included in the image data.
  • step S22 the distance from the center line C of the cutter head 30 to the cutting edge portion 44 of the disc cutter 40 is detected.
  • the imaging device for imaging image data is fixed to the main body 10 of the tunnel machine 1, and the relative position between the imaging device and the center line C of the cutter head 30 does not change even when the cutter head 30 rotates. Therefore, the distance from the center line C of the cutter head 30 to the blade edge portion 44 is obtained by detecting the position of the blade edge portion 44 of the disc cutter 40 included in the image data.
  • the disc cutter 40 is discriminated (step S23). As described with reference to FIG. 10, by comparing the distance from the center line C of the cutter head 30 to the blade edge portion 44 and the distance information from the center line C of each blade edge portion 44 input in advance. Then, it is determined which of the plurality of disk cutters 40 is each disk cutter 40 in the image data captured by the imaging device.
  • the disc cutter 40 is determined based on the angle of the cutter head 30 and the distance from the center line C of the cutter head 30 to the cutting edge 44 of the disc cutter 40.
  • the disk cutter 40 may be determined based on the angle of the cutter head 30 and the angle formed by the reference point and the disk cutter 40.
  • FIG. 18 is a flowchart for explaining the wear amount measurement of the cutting edge portion 44 in the inspection mode.
  • the inspection mode is selected by the operator operating the inspection mode switch 61 shown in FIG.
  • the inspection mode is selected during daily inspections that are not being excavated, for example, before starting work in the morning or after finishing work in the evening. When any of the disk cutters 40 is replaced, the inspection mode is selected and the inspection is performed.
  • the inspection start switch (SW) is first turned on (step S101).
  • the inspection start switch is turned on, the cutter head 30 starts rotating at a low speed without propulsion (step S102).
  • the TBM controller 70 shown in FIG. 15 receives a signal indicating that the inspection start switch is turned on in the state where the inspection mode is selected, and controls the cutter head drive motor 25 to instruct rotation at a low speed. Output a signal.
  • step S103 measurement of the distance to the cutting edge 44 of the disk cutter 40 is started (step S103).
  • the disk cutter 40 is imaged by the imaging device, and the distance from the imaging device to the blade edge portion 44 of each disk cutter 40 is obtained as described with reference to FIG. Alternatively, as described with reference to FIG. 12, the distance from the reference point determined in the vicinity of the blade edge portion 44 to the blade edge portion 44 is obtained.
  • step S104 it is determined whether or not the distance measurement to the blade edge portion 44 has been successfully performed. If it is determined that distance measurement could not be performed (NO in step S104), distance measurement in step S103 is performed again. If the distance cannot be measured even after several measurements, a recognition error is assumed (step S105). If it is determined that the distance to blade edge portion 44 has been measured (YES in step S104), the distance measurement is terminated (step S106).
  • the DC monitor controller 80 refers to the information of the disk cutter 40 input to the data output unit 91 of the excavation management system 90 and determines whether or not it is a new disk cutter 40.
  • the storage device When it is determined that the new disc cutter 40 stores (YES in step S107), the measured distance to the cutting edge portion 44, as the distance A 0 to cutting edge 44 of the new cutter ring 41, the storage device (Step S108). If it is determined that the disc cutter 40 is not a new disc cutter 40 but is being used continuously (NO in step S107), the measured distance to the blade tip portion 44 is used as the blade tip portion 44 of the cutter ring 41 after the passage of time. as the distance a n up, it is stored in the storage device (step S109).
  • the pseudo wear value of the blade edge portion 44 is calculated (step S110).
  • the pseudo wear value of the blade edge portion 44 is calculated as a difference (A n ⁇ A 0 ) between the distance An and the distance A 0 . 15 the wear amount calculation unit 83 shown in, using the distance A 0 stored in the storage unit and a measured distance A n, (A n -A 0 ) calculates carried out pseudo wear of the cutting edge portion 44 of the Calculate the value. Subsequently, the calculated pseudo wear value is output (step S111).
  • step S112 it is determined whether or not the calculated pseudo wear value of the cutting edge portion 44 is within a limit value. If it is determined that the pseudo wear value of the blade edge portion 44 is equal to or greater than the limit value (NO in step S112), a wear limit alarm is output (step S113), and the operator is notified that it is time to replace the disc cutter 40. .
  • step S112 If it is determined that the pseudo wear value of the blade edge portion 44 is within the limit value (YES in step S112), a comparison with the distance An-1 to the blade edge portion 44 measured last time is performed (step S114).
  • the wear amount calculation unit 83 calculates (A n ⁇ A n ⁇ 1 ) to calculate the wear amount of the blade edge portion 44 from the previous measurement.
  • step S115 a determination is made as to the difference in the pseudo wear amount of the blade edge portion 44 from the previous measurement. If it is determined that the difference from the previous measurement is significantly greater than the specified value (NO in step S115), an abnormal wear progress warning is output (step S116). If it is determined that the difference from the previous measurement is within the prescribed value (YES in step S115), distance An-1 is stored in the storage device (step S117). Then, the process ends.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating wear amount measurement in the normal mode.
  • the normal mode is selected.
  • the excavation surface is excavated, the normal mode is selected.
  • step S201 the cutter head 30 starts to rotate.
  • the cutting edge portion 44 of the disc cutter 40 is not yet in contact with the excavation surface. Therefore, the cutter ring 41 and the hub 42 of the disc cutter 40 are not rotated.
  • the disk cutter 40 is imaged by the imaging device, and a position P 0 indicating the initial position of the marking 49 formed on the hub 42 is detected (step S202).
  • step S203 it is determined whether or not the initial position of the disc cutter 40 has been recognized without any problem. If it is determined that the position could not be recognized (NO in step S203), additional watering is performed (step S204).
  • the control signal command unit 73 shown in FIG. 15 outputs a control signal that instructs the watering unit 62 to perform watering. This sprinkling reduces the dust in the space between the cutter head 30 and the image pickup device or cleans the earth and sand adhering to the disc cutter 40 so that the disc cutter 40 can be imaged more clearly. It is done for the purpose of doing.
  • step S202 the position recognition of the disc cutter 40 in step S202 is performed again. If the position cannot be recognized even after several measurements, a recognition error is assumed (step S205).
  • step S206 excavation is started (step S206). More specifically, the cutter head 30 and the disc cutter 40 are moved forward toward the excavation surface by extending the thrust jack 18 while the gripper shoe 16 shown in FIG. 1 is pressed against the side wall surface of the tunnel. While the cutter head 30 is rotated, the cutting edge portion 44 on the outer peripheral edge of the cutter ring 41 is brought into contact with the excavation surface. The cutter ring 41 rotates with respect to the cutter head 30, and excavation of the excavation surface is performed.
  • the position P 0 indicating the initial position information of the marking 49 is stored in the storage device as the position P n (step S207). In this state, excavation is continued for a certain time (for example, 5 minutes or 10 minutes). If it is determined that excavation has been continued for a certain time (step S208), the disk cutter 40 is imaged, and a position Pn + 1 indicating the current position of the marking 49 formed on the hub 42 is detected (step S209).
  • step S210 it is determined whether or not the current position of the disc cutter 40 has been recognized without any problem. If it is determined that the position could not be recognized (NO in step S210), additional watering is performed (step S211).
  • the control signal command unit 73 shown in FIG. 15 outputs a control signal that instructs the watering unit 62 to perform watering. Thereafter, the position recognition of the disk cutter 40 in step S209 is performed again. If the position cannot be recognized even after several measurements, a recognition error is assumed (step S212).
  • step S210 If it is determined that the current position of the disk cutter 40 can be recognized (YES in step S210), comparison between the image showing the position P 0 position P n + 1 images indicated is performed (step S213), the disc cutters in both images It is determined whether or not there is a difference in the position of the marking 49 formed on 40 (step S214).
  • step S214 If it is determined that there is no difference in the position of the marking 49 (NO in step S214), the process returns to step S208, and after further excavation for a certain time, the current position of the marking 49 is detected again, and the determination in step S214 is performed. Again. Even if the determination in step S214 is repeated several times, if there is no change in the position of the marking 49, a partial wear warning is output (step S215), and the cutter ring 41 is not rotating to the operator, and the cutting edge portion 44 is unevenly worn. Notify that it may be.
  • step S214 If it is determined that there is a difference in the position of marking 49 (YES in step S214), excavation is continued (step S216), and position P n + 1 indicating the position information of marking 49 is overwritten as position P n (step S217). .
  • step S2128 it is determined whether or not excavation for a predetermined stroke is completed. If it is determined that excavation of the predetermined stroke has not ended (NO in step S218), the process returns to step S208, and after excavation for a certain period of time, the current position of the marking 49 is detected again, and the determination in step S214 is performed. Again.
  • step S2128 excavation is terminated and measurement of the wear amount of the blade edge portion 44 is also completed (step S219). Note that during normal excavation, wear measurement may be performed in the same manner as in the inspection mode, and partial wear confirmation may be performed in the inspection mode.
  • the tunnel excavator 1 of the present embodiment includes an imaging device.
  • the imaging device is disposed behind the disc cutter 40 attached to the cutter head 30.
  • the imaging device can capture an image of the disc cutter 40.
  • the imaging apparatus has a function as an acquisition unit that acquires blade edge position data indicating the position of the blade edge part of the disk cutter 40.
  • the tunnel excavator 1 further includes a DC determination unit 82 and a wear amount calculation unit 83.
  • the DC discriminating unit 82 discriminates which disc cutter 40 of the plurality of disc cutters 40 is the disc cutter 40 imaged by the imaging device, as shown in FIGS.
  • the DC determination unit 82 determines which of the plurality of disk cutters 40 has the blade edge position data acquired by the imaging apparatus.
  • the wear amount calculation unit 83 calculates the wear amount of the blade edge portion 44 of the disk cutter 40 from the blade edge position data of the disk cutter 40.
  • the wear amount calculation unit 83 has a function as a calculation unit that calculates the wear amount of the determined blade edge portion 44 of the disc cutter 40.
  • the disk cutter 40 imaged by the imaging device includes a plurality of disk cutters 40. It is possible to determine which of the disk cutters 40 is. For the disc cutter 40 thus determined, the wear amount of the blade edge portion 44 can be calculated by comparing the initial (immediately after replacement) position of the blade edge portion 44 with the position of the blade edge portion 44 after the passage of time.
  • the disk cutter 40 Since the disk cutter 40 is imaged by the imaging device and the wear amount is calculated using the blade edge position data for each of the imaged disk cutters 40, the worker manually operates the wear amount of the disk cutter 40 one by one. Therefore, the wear amount of the disc cutter 40 can be measured efficiently.
  • the imaging device is disposed in the main body 10 of the tunnel machine 1, and there is no need to connect the rotating side and the fixed side with wiring. As a result, the wear state of the disc cutter 40 can be detected with a relatively simple and highly reliable configuration.
  • the imaging apparatus has a function of acquiring rotation data indicating a relative position change of the disk cutter 40 with respect to the cutter head 30, that is, whether or not the disk cutter 40 is rotated with respect to the cutter head 30. is doing.
  • the cutter ring 41 of the disc cutter 40 is removed. Whether or not the head 30 is rotating can be detected. By detecting that the cutter ring 41 is not rotating, it is possible to recognize the possibility that uneven wear has occurred in the blade edge portion 44.
  • the imaging device is attached to the main body 10 of the tunnel excavator 1.
  • the main body 10 of the tunnel excavator 1 In the configuration in which a large number of sensors are provided in the rotating cutter head described in Patent Document 1 described above, it is possible to exchange signals between the rotating side and the fixed side using wireless communication. The problems of increased cost, communication stability, and damage to the sensors installed in the cutter head remain with each being provided with a sensor.
  • one imaging device or several imaging devices are attached to the main body 10 of the tunnel machine 1. By attaching the imaging device to the main body 10 which is a non-rotating body, it is possible to reliably detect the wear state of the disc cutter 40 with a simple configuration.
  • the imaging device is a stereo camera having a first imaging unit 53 and a second imaging unit 54.
  • the blade edge position data and / or rotation data of the disc cutter 40 can be acquired from the image data captured by the stereo camera.
  • the imaging device images a plurality of disk cutters 40 while the cutter head 30 is rotating. It is not necessary to stop the cutter head 30 in order to calculate the wear amount of the disk cutter 40 or to detect uneven wear. Thereby, wear of the disk cutter 40 can be detected efficiently. When uneven wear of the disc cutter 40 occurs during excavation, the occurrence of uneven wear can be recognized quickly, so that the progress of uneven wear can be reliably suppressed.
  • the imaging device images two or more disk cutters 40 simultaneously. Two or more disk cutters 40 are simultaneously imaged by the imaging device, and the wear amount is calculated using the blade edge position data for each of the imaged disk cutters 40, whereby the wear amount of a large number of disk cutters 40 is efficiently obtained. Can be measured automatically.
  • the imaging device has a function as a distance measuring device that measures the distance from the imaging device to the blade edge portion 44.
  • the blade edge position data of the disk cutter 40 can be acquired by measurement with the distance measuring device.
  • the disc cutter 40 further includes a hub 42 that rotates integrally with the cutter ring 41.
  • the hub 42 has a marking 49
  • the image pickup apparatus has a position of the marking 49. Rotation data is acquired based on In this way, by determining whether or not the position of the marking 49 has changed after a lapse of a certain time, the presence or absence of rotation of the cutter ring 41 relative to the cutter head 30 can be reliably detected.
  • the disc cutter 40 is discriminated by detecting the distance from the center line C of the cutter head 30 to the cutting edge 44 of the disc cutter 40.
  • the imaged disk cutter 40 is connected to the plurality of disk cutters 40. It is possible to reliably determine which of the disk cutters 40 is.
  • the disc cutter 40 is discriminated by detecting the rotation angle of the cutter head 30.
  • the imaged disk cutter 40 is any one of the plurality of disk cutters 40 based on the rotation angle of the cutter head 30 and information relating to the arrangement of the disk cutter 40 in the cutter head 30. Can be reliably determined.
  • the imaging apparatus of the present embodiment images a plurality of disc cutters 40 at the same time, but the present invention is not limited to this.
  • the imaging device may image one disk cutter 40 at a certain time, and may image another disk cutter 40 at another time by the rotation of the cutter head 30.
  • FIG. 20 is a schematic diagram schematically showing the internal structure of the tunnel excavator 1 as viewed from the front according to the second embodiment.
  • the tunnel excavator 1 of the second embodiment further includes a temperature detection unit 59 in addition to the configuration described in the first embodiment.
  • the temperature detector 59 is disposed in the vicinity of the imaging device.
  • the temperature detection unit 59 is disposed immediately below the imaging device.
  • the temperature detector 59 is disposed on the front side in the rotation direction R of the cutter head 30 with respect to the hopper chute 21.
  • the temperature detector 59 is configured to detect the temperature in the cutter head 30.
  • uneven wear of the cutting edge portion 44 of the disc cutter 40 occurs, frictional heat caused by a portion of the cutting edge portion 44 continuing to slide with respect to the excavation surface causes the excavation surface, the rear wall, and the cutter head 30 to substantially The inside of the cutter head 30 in the closed space becomes hot.
  • the temperature detector 59 it is possible to estimate the situation in which uneven wear occurs in the blade edge portion 44. If an abnormal temperature rise in the cutter head 30 is detected, as in the first embodiment described with reference to FIG. 19, an uneven wear alarm is output, and the cutter ring 41 is not rotating to the operator and the blade edge portion It can be notified that 44 may be unevenly worn.
  • the arrangement of the temperature detection unit 59 shown in FIG. 20 is an example, and the temperature detection unit 59 may be arranged at any position as long as the temperature in the cutter head 30 can be detected.
  • the tunnel excavator 1 may further include a noise meter capable of detecting noise in the space behind the cutter head 30 in addition to the temperature detector 59 or independently.
  • a noise meter capable of detecting noise in the space behind the cutter head 30 in addition to the temperature detector 59 or independently.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a scanning state of the cutter head 30 by the laser scanner 150 in the third embodiment.
  • the tunnel machine 1 may include a laser scanner 150.
  • the laser scanner 150 may be disposed at the same position as the imaging device. As shown in FIG. 21, the laser scanner 150 is configured to scan the disk cutter 40.
  • the laser scanner 150 may be configured to continuously scan a plurality of disk cutters 40.
  • the distance from the laser scanner 150 to the blade edge portion 44 can be detected with high accuracy by measuring the time from when the laser beam is emitted from the laser scanner 150 to when it is reflected back to the disk cutter 40. By calculating the difference between the distance from the laser scanner 150 to the cutting edge 44 of the new cutter ring 41 and the distance from the laser scanner 150 to the cutting edge 44 of the cutter 41 after a lapse of time, the amount of wear of the cutting edge 44 is calculated. Can be calculated.
  • the marking 49 formed on the hub 42 By adjusting the marking 49 formed on the hub 42 to a shape and size that can be detected by the laser scanner 150, it is possible to detect uneven wear of the cutting edge portion 44 of the cutter ring 41 based on a difference in the position of the marking 49. Can do.
  • the point cloud data of the cutter head 30 and the disk cutter 40 measured by the laser scanner 150 is converted into an image, thereby obtaining an image shown in FIG.
  • a distance meter using a laser scanner 150 is used to calculate the wear amount of the cutting edge 44 in the inspection mode shown in FIG. 18, and an imaging device is used to detect the occurrence of uneven wear in the normal mode shown in FIG. Also good.
  • the present invention is not limited to the open type TBM, and can be applied to, for example, a mud pressure shield machine or a mud pressure press shield machine.
  • the amount of wear of the blade edge portion 44 can be measured in the same manner with the earth and sand inside the machine removed while the machine is stopped.
  • the tunnel machine of the present invention can be applied particularly advantageously to a tunnel machine for excavating hard rock layers.

Landscapes

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Abstract

ディスクカッタの損耗状況を信頼性の高い構成で検知できるトンネル掘進機を提供する。トンネル掘進機は、測定装置を備えている。測定装置は、カッタヘッドに装着されたディスクカッタの後方に配設されている。測定装置は、ディスクカッタのカッタリングの刃先部の位置を示す刃先位置データを取得する取得部としての機能を有している。トンネル掘進機はさらに、測定装置によって取得された刃先位置データが複数のディスクカッタのうちのいずれのディスクカッタの刃先位置データであるかを判別するＤＣ判別部（８２）と、判別されたディスクカッタの刃先部の摩耗量を算出する摩耗量演算部（８３）とを備えている。

Description

トンネル掘進機
　本発明は、トンネル掘進機に関する。
　全断面トンネル掘進機は、地中を推進される本体と、本体の前方に配設されたカッタヘッドとを備えている。カッタヘッドは、本体の推進とともにその中心軸に対する回転の動作が、電動機または油圧アクチュエータにより可能である。岩盤やレキを掘削する場合のカッタヘッドには、複数のディスクカッタが取り付けられている。本体の推進とともに、ディスクカッタは岩盤に押し込まれる。カッタヘッドの回転動作に伴ってディスクカッタがカッタヘッドに対して回転して、岩盤を掘削する。
　掘削に伴いディスクカッタの刃先が摩耗すると、掘削性能が低下する。従来、ディスクカッタの摩耗状況は、作業員の手作業により測定されているが、この作業中トンネル掘進機を停止させる必要があるため、作業効率が低下する問題があった。そこで、回転するカッタヘッドに設けられたディスクカッタの各々に、非接触式の距離センサを設け、距離センサの検出信号からディスクカッタの摩耗状況を検知する技術が提案されている（たとえば、特開２００３－８２９８６号公報（特許文献１）参照）。
特開２００３－８２９８６号公報
　特許文献１に記載の技術では、回転するカッタヘッドに設けられた多数のディスクカッタのための多数のセンサが、固定された本体に設けられた制御装置と配線で接続されている。この配線には、回転側と固定側とをつなぐ連結部が必要となるが、この連結部の構造が複雑になるため、信頼性に難が生じやすい。また、ディスクカッタ個々にセンサを設ける必要もあるため、コストにも問題があった。
　本発明の目的は、ディスクカッタの損耗状況を信頼性の高い構成で検知できる、トンネル掘進機を提供することである。
　本発明のある局面に係るトンネル掘進機は、本体と、カッタヘッドと、複数のディスクカッタと、取得部と、判別部と、算出部とを備えている。カッタヘッドは、本体の前方に配設されている。カッタヘッドは、本体に対して回転可能である。複数のディスクカッタは、カッタヘッドに回転可能に装着されている。複数のディスクカッタは、各々、カッタリングを有している。カッタリングは、カッタヘッドの前面に露出するとともに、カッタヘッドの背面に露出している。カッタリングは、各々、刃先部を有している。取得部は、カッタリングの刃先部の位置を示す刃先位置データを取得する。取得部は、複数のディスクカッタの後方に配設されている。判別部は、取得部によって取得された刃先位置データが、複数のディスクカッタのうちのいずれのディスクカッタの刃先位置データであるかを判別する。算出部は、判別部により判別されたディスクカッタの刃先位置データより、判別されたディスクカッタの刃先部の摩耗量を算出する。
　本発明のある局面に係るトンネル掘進機は、本体と、カッタヘッドと、複数のディスクカッタと、取得部と、判別部とを備えている。カッタヘッドは、本体の前方に配設されている。カッタヘッドは、本体に対して回転可能である。複数のディスクカッタは、カッタヘッドに回転可能に装着されている。複数のディスクカッタは、各々、カッタリングを有している。カッタリングは、カッタヘッドの前面に露出するとともに、カッタヘッドの背面に露出している。取得部は、ディスクカッタのカッタヘッドに対する回転の有無を示す回転データを取得する。取得部は、複数のディスクカッタの後方に配設されている。判別部は、取得部によって取得された回転データが、複数のディスクカッタのうちのいずれのディスクカッタの回転データであるかを判別する。
　本発明のある局面に係るトンネル掘進機は、本体と、カッタヘッドと、複数のディスクカッタと、取得部と、判別部と、算出部とを備えている。カッタヘッドは、本体の前方に配設されている。カッタヘッドは、本体に対して回転可能である。複数のディスクカッタは、カッタヘッドに回転可能に装着されている。複数のディスクカッタは、各々、カッタリングを有している。カッタリングは、カッタヘッドの前面に露出するとともに、カッタヘッドの背面に露出している。カッタリングは、各々、刃先部を有している。取得部は、カッタリングの刃先部の位置を示す刃先位置データと、ディスクカッタのカッタヘッドに対する回転の有無を示す回転データとを取得する。取得部は、複数のディスクカッタの後方に配設されている。判別部は、取得部によって取得された刃先位置データと回転データとが、複数のディスクカッタのうちのいずれのディスクカッタの刃先位置データと回転データであるかを判別する。算出部は、判別部により判別されたディスクカッタの刃先位置データより、判別されたディスクカッタの刃先部の摩耗量を算出する。
　本発明によると、ディスクカッタの損耗状況を信頼性の高い構成で検知することができる。
第一実施形態におけるトンネル掘進機の構成を概略的に示す斜視図である。 第一実施形態におけるトンネル掘進機の正面図である。 ディスクカッタの部分断面図である。 ディスクカッタの正面図である。 トンネル掘進機の内部構造を概略的に示す側面図である。 正面視したトンネル掘進機における測定装置の配置を示す模式図である。 カッタヘッド部分内部視図であり、撮像装置により撮像された画像データの一例を示す図である。 カッタヘッドへの動力伝達装置の構成を示す模式図である。 図８に示すメインベアリングの周辺を拡大して示す模式図である。 カッタヘッドの中心からディスクカッタの刃先部までの距離を示す模式図である。 刃先部の摩耗量の検出手段の一例を示す模式図である。 刃先部の摩耗量の検出手段の一例を示す模式図である。 刃先部の偏摩耗の検出の例を示す模式図である。 刃先部の偏摩耗の検出の例を示す模式図である。 第一実施形態における制御システムの構成を示す機能ブロック図である。 ディスクカッタの判別の例について説明するフロー図である。 ディスクカッタの判別の例について説明するフロー図である。 点検モードにおける摩耗量測定について説明するフロー図である。 通常モードにおける摩耗量測定について説明するフロー図である。 第二実施形態における、正面視したトンネル掘進機の内部構造を概略的に示す模式図である。 第三実施形態における、レーザスキャナによるカッタヘッドの走査状況を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
　まず、本発明の思想を容易に適用可能なトンネル掘進機の構成について説明する。
　（第一実施形態）
　図１は、第一実施形態におけるトンネル掘進機１の構成を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、トンネル掘進機１は、本体１０と、地中を掘削するカッタヘッド３０とを備えている。
　本体１０は、ルーフサポート１１と、サイドサポート１２と、バーチカルサポート１４と、メインビーム１５とを有している。メインビーム１５は、トンネル掘進機１の掘進方向である前後方向に延びている。ルーフサポート１１は、メインビーム１５の上方に配置されている。サイドサポート１２は、メインビーム１５の側方に配置されている。バーチカルサポート１４は、メインビーム１５の下方に配置されている。ルーフサポート１１、サイドサポート１２およびバーチカルサポート１４によって取り囲まれた空間内に、メインビーム１５の前端が配置されている。
　本体１０はまた、グリッパシュー１６と、グリッパキャリア１７と、スラストジャッキ１８と、リアサポート１９とを有している。グリッパキャリア１７は、ルーフサポート１１、サイドサポート１２およびバーチカルサポート１４の後方に設けられており、メインビーム１５に沿って摺動可能である。
　グリッパシュー１６は、グリッパキャリア１７の両側に各１個、計２個設けられている。グリッパシュー１６は、グリッパキャリア１７に保持された図示しないグリッパジャッキの伸縮動作により、トンネルの側壁に押し付け可能に構成されている。スラストジャッキ１８の一端は、メインビーム１５に取り付けられている。スラストジャッキ１８の他端は、グリッパシュー１６に取り付けられている。スラストジャッキ１８は、前後方向に伸縮自在に構成されている。スラストジャッキ１８の伸縮により、グリッパキャリア１７がメインビーム１５に沿って摺動するように構成されている。
　リアサポート１９は、メインビーム１５の後端部においてメインビーム１５を支持している。リアサポート１９は、リアサポートシリンダの伸縮動作により、トンネルの底面に接触可能に設けられている。
　カッタヘッド３０は、本体１０の前方に配設されており、本体１０に対して回転可能、かつ本体１０と一体で前後方向に移動可能に支持されている。カッタヘッド３０には、複数のディスクカッタ４０が装着されている。ディスクカッタ４０は、カッタヘッド３０に対して回転可能に支持されている。本体１０およびカッタヘッド３０の前方向への動作によりディスクカッタ４０がトンネルの掘進方向における掘削面に押し当てられ、カッタヘッド３０の回転に伴ってディスクカッタ４０が回転して岩石を破砕し、掘削面を掘削する。掘削で生じる掘削ずりは、スクレーパバケット３２によって掬い込まれて、図１には図示しないベルトコンベアによって後方へ搬出される。
　図２は、第一実施形態におけるトンネル掘進機１の正面図である。図２に示すように、本実施形態のカッタヘッド３０には、３２個のディスクカッタ４０が装着されている。
　図２では、３２個のディスクカッタ４０のうちの３個のディスクカッタ４０に、ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３の番号を付している。番号が付された３個のディスクカッタ４０が並ぶ方向において、３個のディスクカッタ４０のうち、ＤＣ１のディスクカッタ４０はカッタヘッド３０の中心に最も近く配置されており、ＤＣ３のディスクカッタ４０はカッタヘッド３０の中心から最も離れて配置されている。
　カッタヘッド３０の周縁部に、６個のスクレーパバケット３２が設けられている。スクレーパバケット３２によって掻き集められる掘削ずりを機内に取り込むための６個の取込口３３が、スクレーパバケット３２に隣り合わせて形成されている。カッタヘッド３０は図２中の反時計回り方向に回転し、スクレーパバケット３２は取込口３３に対してカッタヘッド３０の回転方向の後方側に配置されている。
　図３は、ディスクカッタ４０の部分断面図である。図４は、ディスクカッタ４０の正面図である。なお図４には、図３中に示す矢印ＩＶ方向から見たディスクカッタ４０が図示されている。ディスクカッタ４０は、ほぼ円筒状に形成されるハブ４２と、ハブ４２の中央部外周面に取り付けられるカッタリング４１とを有している。
　カッタヘッド３０は、ディスクカッタ４０を収容する収容空間３７を内部に形成する中空円筒状の収容部３９と、ディスクカッタ４０を固定する固定部３８とを有している。固定部３８に、ボルトなどの固定部材４７を用いて、一対のリテーナ４３が固定されている。一対のリテーナ４３によって、図示しない固定軸が支持されている。カッタリング４１とハブ４２とは、図示しない軸受を介して、固定軸に対して回転可能に支持されている。ハブ４２は、カッタリング４１と一体に回転可能に構成されている。カッタリング４１は、ハブ４２にはめ込まれている。
　カッタリング４１は、刃先部４４を有している。カッタリング４１は、ディスクカッタ４０において、トンネルの掘削面に押し当てられて掘削面を掘削するための部材である。カッタリング４１は、カッタヘッド３０に回転可能に装着されている。刃先部４４は、図３に示すように、カッタヘッド３０の収容部３９から図中上下方向の両方に突出している。刃先部４４は、カッタヘッド３０に対して前方に突出し、かつ、カッタヘッド３０に対して後方に突出している。刃先部４４は、カッタヘッド３０の前面に露出するとともに、カッタヘッド３０の背面に露出している。
　ハブ４２には、マーキング４９が形成されている。マーキング４９は、たとえば、ハブ４２の表面が溝状に窪んだスリット、または、ハブ４２の表面が畝状に突起した突条である。スリットの内部に、特殊な蛍光剤が塗布されてもよい。マーキング４９は、ハブ４２の回転の周方向の１個以上の箇所に、形成されている。マーキング４９は、カッタリング４１をはさんでハブ４２の両側に形成されていてもよい。
　図５は、トンネル掘進機１の内部構造を概略的に示す側面図である。図５に示すように、トンネル掘進機１の本体１０は、ベルトコンベア２０と、ホッパシュート２１と、カッタヘッドサポート２２と、メインベアリング２３と、エレクタ２４と、カッタヘッド駆動モータ２５と、測定装置５０とをさらに有している。
　メインビーム１５は、中空状に形成されている。ベルトコンベア２０は、メインビーム１５の内部に配設されている。ベルトコンベア２０は、ディスクカッタ４０により掘削された掘削ずりを後方へ搬送するための装置である。ホッパシュート２１は、ベルトコンベア２０の前端の上方に設けられている。ホッパシュート２１は、スクレーパバケット３２によって掻き集められた掘削ずりを受けてベルトコンベア２０上へ導くための装置である。
　カッタヘッドサポート２２は、メインビーム１５の前端に固定されている。カッタヘッド３０は、メインベアリング２３を介して、カッタヘッドサポート２２により回転自在に支持されている。エレクタ２４は、カッタヘッドサポート２２に対して後方側に配置されている。カッタヘッド駆動モータ２５は、カッタヘッドサポート２２に取り付けられている。
　測定装置５０もまた、カッタヘッドサポート２２に取り付けられている。測定装置５０は、トンネル掘進機１の本体１０に取り付けられている。測定装置５０は、カッタヘッド３０の後方に配設されている。測定装置５０は、複数のディスクカッタ４０の後方に配設されている。測定装置５０は、ホッパシュート２１に対して、後方に配設されている。測定装置５０は、ディスクカッタ４０を、後方から測定可能である。測定装置５０は、ディスクカッタ４０のデータを取得するデータ取得部としての機能を有することも可能である。測定装置５０として撮像装置を用いる場合は、測定装置５０はカッタヘッド３０の一部も測定する。測定装置５０として撮像装置を用いる場合は、撮像装置は、カッタヘッド３０の一部と複数のディスクカッタ４０のうちの２つ以上のディスクカッタ４０とを、後方から撮像可能である。
　図６は、正面視したトンネル掘進機１における測定装置５０としてステレオカメラを用いた場合の配置を示す模式図である。図６では、図２に図示したカッタヘッド３０と３２個のディスクカッタ４０とが破線で示され、ベルトコンベア２０、ホッパシュート２１および測定装置５０が実線で示されている。以下では、測定装置として、ステレオカメラである撮像装置を用いた場合の例を示す。
　測定装置５０（撮像装置）は、第１の撮像部５３と、第２の撮像部５４とを有している。第１の撮像部５３と第２の撮像部５４とは、互いに同期がとられており、ステレオカメラを構成している。第１の撮像部５３と第２の撮像部５４とは、同じ高さに配置されている。第１の撮像部５３と第２の撮像部５４とは、左右方向に並んで配置されている。第１の撮像部５３と第２の撮像部５４とは、同じ装置である。
　各々の撮像部は、光学処理部と、受光処理部と、画像処理部とを備えている。光学処理部は、集光のためのレンズを有している。撮像部の光軸は、レンズ面中央を通り、レンズ面に垂直な軸である。受光処理部は、撮像素子を有している。撮像素子は、たとえばＣＭＯＳである。撮像素子は、受光面を有している。受光面は、撮像部の光軸に直交する面である。受光面は、平坦な矩形状である。
　カッタヘッド３０は、カッタヘッド駆動モータ２５（図５）から駆動力を受けて回転する。図６中に示す矢印は、カッタヘッド３０の回転方向Ｒを示している。図６に示す掘削面より見るカッタヘッド３０は、反時計回り方向に回転可能である。撮像装置は、ホッパシュート２１に対して、カッタヘッド３０の回転方向Ｒにおける前方側に配置されている。
　ディスクカッタ４０で掘削されスクレーパバケット３２によって掻き集められる掘削ずりは、対応するスクレーパバケット３２がホッパシュート２１の上方に移動すると、ホッパシュート２１へ向けて落下する。撮像装置がホッパシュート２１に対してカッタヘッド３０の回転方向Ｒにおける前方側に配置されていることにより、ホッパシュート２１へ落下する掘削ずりが撮像装置によるカッタヘッド３０の撮像の妨げとなることを抑制できる構成とされている。
　図７は、カッタヘッド部分内部視図であり、撮像装置により撮像された画像データの一例を示す図である。図７に示す画像データには、ホッパシュート２１の一部と、カッタヘッド３０の一部と、２つ以上のディスクカッタ４０とが含まれている。撮像装置は、ディスクカッタ４０の後方に配設されて、後方からディスクカッタ４０を撮像する。ディスクカッタ４０のカッタリング４１の刃先部４４は、カッタヘッド３０の背面に露出している。そのため、撮像装置により撮像された画像データには、複数のディスクカッタ４０のカッタリング４１の刃先部４４が含まれている。
　撮像装置が撮像する画像データには、ディスクカッタ４０のカッタリング４１の刃先部４４の位置を示す刃先位置データが含まれている。撮像装置は、複数のディスクカッタ４０のうちの２つ以上のディスクカッタ４０の刃先位置データを取得する取得部としての機能を有している。
　掘削面を掘削するとき、ディスクカッタ４０は回転し、カッタヘッド３０に対して相対位置変化する。撮像装置が撮像する画像データには、ディスクカッタ４０のカッタヘッド３０に対する相対回転の有無を示す回転データが含まれている。撮像装置は、複数のディスクカッタ４０のうちの２つ以上のディスクカッタ４０の回転データを取得する取得部としての機能を有している。
　時間をあけて撮像した複数の画像データを比較することにより、ディスクカッタ４０のカッタリング４１の刃先部４４の位置の変化を検出することができる。また、時間をあけて撮像した複数の画像データを比較することにより、ディスクカッタ４０がカッタヘッド３０に対して相対回転しているか否かを検出することができる。
　撮像装置を用いてディスクカッタ４０の刃先位置データおよび／または回転データを適切に取得するためには、同じディスクカッタ４０について時間をあけて撮像された複数の画像データを比較する必要がある。そのために、撮像装置により撮像されたディスクカッタ４０が、複数のディスクカッタ４０のうちのどのディスクカッタ４０であるのかを判別する必要がある。以下、ディスクカッタ４０の判別について説明する。
　図８は、カッタヘッド３０への動力伝達装置の構成を示す模式図である。図８中の一点鎖線は、カッタヘッド３０の中心、またはトンネル掘進機１の中心を示す中心線Ｃを示している（図５も併せて参照）。
　図５にも示すカッタヘッド駆動モータ２５は、減速機２６の入力側に連結されている。減速機２６の出力側は、ピニオン２７に連結されている。ピニオン２７は、ギヤ２８と噛み合っている。ギヤ２８は、メインベアリング２３のインナリングとして回転可能に支持されている。ギヤ２８は、カッタヘッド３０と結合している。
　カッタヘッド駆動モータ２５の回転は、減速機２６およびピニオン２７を経由して、ギヤ２８に伝達される。ギヤ２８が中心線Ｃを回転中心として回転することにより、ギヤ２８と一体にカッタヘッド３０が回転する。このようにして、カッタヘッド３０を一定方向（図６に示す回転方向Ｒ）に回転することができる。カッタヘッド駆動モータ２５は、たとえば電動モータとすることができる。
　図９は、図８に示すメインベアリング２３の周辺を拡大して示す模式図である。メインベアリング２３は、ころに代表される回転体を複数有している。メインベアリング２３の取り付けられているハウジングに、近接センサ５１と、近接センサ５２とが取り付けられている。ギヤ２８には、ギヤ２８の表面の一部が突起した突起２９が形成されている。突起２９は、ギヤ２８の回転方向の一箇所に形成されている。近接センサ５１は、突起２９と向き合って配置されている。近接センサ５２は、ピニオン２７と噛み合うギヤ２８の歯と向き合って配置されている。
　近接センサ５１は、突起２９を検出する。近接センサ５２は、ギヤ２８の歯を検出する。回転するギヤ２８の歯の通過数を近接センサ５２で検出して、３６０°回転分のギヤ２８の歯数に対するギヤ２８の歯の通過数を算出することにより、カッタヘッド３０の回転角度を求めることができる。近接センサ５１が突起２９を検出するときのカッタヘッド３０の位置を基準位置（角度０°）として、カッタヘッド３０の角度を規定することができる。近接センサ５１が突起２９を検出する度に角度をリセットすれば、カッタヘッド３０の回転角度に対する誤差が累積して大きくなることを回避することができる。
　カッタヘッド３０の現在の回転角度を認識し、予め入力された各々のディスクカッタ４０のカッタヘッド３０に対する取付位置とカッタヘッド３０の回転角度とに基づいて、撮像装置により撮像された画像データ中の各々のディスクカッタ４０が、複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０であるのかを判別することができる。
　カッタヘッド３０の回転角度を検出するための手段として、上述した近接センサ５１，５２のほか、ピニオン２７、ギヤ２８またはカッタヘッド３０に取り付けられたロータリエンコーダが用いられてもよい。
　図１０は、カッタヘッド３０の中心からディスクカッタ４０のカッタリング４１の刃先部４４までの距離を示す模式図である。図１０に示す、ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３の３個のディスクカッタ４０（図２も併せて参照）のうち、ＤＣ１のディスクカッタ４０の刃先部４４は中心線Ｃに最も近い位置にあり、ＤＣ３のディスクカッタ４０の刃先部４４は中心線Ｃから最も離れた位置にある。図１０に示す長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、中心線Ｃと、ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３の３個のディスクカッタ４０の各々の刃先部４４との間の距離を示している。
　カッタヘッド３０の中心線Ｃからディスクカッタ４０のカッタリング４１の刃先部４４までの距離を検出できれば、予め入力された各々の刃先部４４の中心線Ｃからの距離情報と検出された距離とを比較することにより、撮像装置により撮像された画像データ中の各々のディスクカッタ４０が、複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０であるのかを判別することができる。
　なお、複数のディスクカッタ４０の配置に関して、カッタヘッド３０の中心線Ｃから刃先部４４までの距離が全て異なっていていてもよく、または、２つ以上のディスクカッタ４０の刃先部４４がカッタヘッド３０の中心線Ｃから等しい距離にある位置に配置されてもよい。後者の場合は、カッタヘッド３０の回転角度に基づいて、または、カッタヘッド３０の回転角度と刃先部４４から中心線Ｃまでの距離との両方に基づいて、各々のディスクカッタ４０が複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０であるのかを判別することができる。
　次に、判別された各ディスクカッタ４０のカッタリング４１の刃先部４４の摩耗量の検出について説明する。図１１は、刃先部４４の摩耗量の検出手段の一例を示す模式図である。図１１には、撮像装置と、刃先部４４の摩耗量を検出する対象のディスクカッタ４０のカッタリング４１の一部とが、模式的に図示されている。破線で示すカッタリング４１は、新品のカッタリング４１を示す。実線で示すカッタリング４１は、経時後の刃先部４４が摩耗したカッタリング４１を示す。
　撮像装置の、図６に示す第１の撮像部５３と第２の撮像部５４とは、各々、２次元画像を撮像する。第１の撮像部５３と第２の撮像部５４とが異なる角度から同時に撮像した２次元画像をステレオマッチングすることにより、撮像対象であるカッタリング４１の刃先部４４と撮像装置との距離が算出される。より具体的には、第１の撮像部５３と第２の撮像部５４との視差に基づいて、三角測量の原理を用いて、撮像装置から刃先部４４までの距離が求められる。
　掘削面を掘削することにより、刃先部４４は摩耗し、刃先部４４の位置は変動する。撮像装置は、新品のカッタリング４１の刃先部４４の位置と、経時後のカッタリング４１の刃先部４４の位置との両方を検出可能である。図１１に示すように、撮像装置から新品のカッタリング４１の刃先部４４までの距離を、Ａ０とする。撮像装置から経時後のカッタリング４１の刃先部４４までの距離を、Ａｎとする。距離Ａｎと距離Ａ０との差（Ａｎ－Ａ０）を、刃先部４４の擬似摩耗量として算出することができる。
　図１２は、刃先部４４の摩耗量の検出手段の一例を示す模式図である。図１２には、図４と同様のディスクカッタ４０の正面図が示されている。カッタリング４１の刃先部４４の近傍に任意の基準点を定め、この基準点と刃先部４４との距離の変化を検出することにより、刃先部４４の摩耗量を算出してもよい。たとえば、基準点を、図１２に示すカッタヘッド３０の収容部３９の内周面３９ａ上に規定してもよい。基準点を、内周面３９ａのうち、カッタリング４１の刃先部４４に最も近い位置に規定してもよい。
　刃先部４４が摩耗するに従って、内周面３９ａ上の基準点と刃先部４４との間隔が大きくなる。撮像装置が撮像した画像データより、ディスクカッタ４０の刃先部４４と基準点との距離を測位することにより、新品のカッタリング４１の刃先部４４と基準点との距離と、経時後のカッタリング４１の刃先部４４と基準点との距離とに基づいて、刃先部４４の擬似摩耗量を算出することができる。
　次に、各ディスクカッタ４０の偏摩耗の検出について説明する。たとえば石の噛み込み、カッタリング４１を支持する軸受の損傷、または土砂の圧密などによって、カッタリング４１が回転しなくなることがある。カッタリング４１が回転しないと、刃先部４４のうちの一部分が掘削面に対して摺動し続けることになり、刃先部４４のうち当該一部分のみが摩耗する偏摩耗が発生する。カッタリング４１の刃先部４４は、通常は周方向に均等に摩耗するが、偏摩耗が発生した場合には直線状に摩耗するため、摩耗速度が通常の摩耗時と比べて格段に大きい。その結果、摩耗がカッタリング４１に留まらず、ハブ４２、軸受、およびカッタヘッド３０にまで摩耗が進行する可能性がある。
　掘削中にカッタリング４１が回転していることを確認できれば、偏摩耗が発生していないと認識することができる。ディスクカッタ４０毎に、ハブ４２に形成されたマーキング４９の位置を認識することにより、カッタリング４１が回転しているかを判別することができる。図１３および図１４は、刃先部４４の偏摩耗の検出の例を示す模式図である。図１３には、ある時刻に正面から撮像したディスクカッタ４０が図示されており、図１４には、図１３に示すディスクカッタ４０を撮像してから一定時間が経過した後に正面から撮像したディスクカッタ４０が図示されている。図１３，１４に示すディスクカッタ４０は、撮像装置を用いて撮像することができる。
　マーキング４９は、カッタヘッド３０に対するハブ４２の相対位置を示している。図１４に示すディスクカッタ４０のハブ４２に形成されているマーキング４９の位置は、図１３に示すマーキング４９の位置と異なっている。マーキング４９の位置が変化していることから、カッタリング４１が回転していると判断でき、したがってカッタリング４１の刃先部４４の偏摩耗は発生していないと認識することができる。
　もし、図１４に示すマーキング４９の位置が図１３に示すマーキング４９の位置と同じであるならば、カッタリング４１が回転していない可能性があり、カッタリング４１の刃先部４４が偏摩耗している可能性があると認識することができる。撮像装置が撮像した画像データより、ディスクカッタ４０のカッタヘッド３０に対する相対位置変化の有無を検出することにより、カッタリング４１の刃先部４４の偏摩耗の発生を検出することができる。
　次に、実施形態に基づく制御システムの概要について説明する。図１５は、第一実施形態における制御システムの構成を示す機能ブロック図である。図１５中に実線で描かれた矩形内の構成は、既存のトンネル掘進機１の制御システムと同様の構成を示す。図１５中に破線で描かれた矩形内の構成は、ディスクカッタ４０の摩耗検知に関する本実施形態の特有の構成を示す。
　図１５に示すように、制御システムは、ＴＢＭ（Tunnel　Boring　Machine）コントローラ７０と、運転操作盤６０と、掘削管理システム９０とを有している。ＴＢＭコントローラ７０は、トンネル掘進機１の全体を制御する。ＴＢＭコントローラ７０は、図９を参照して説明した、カッタヘッド３０の回転角度を算出するための近接センサ５１，５２から、検出結果を示す信号の入力を受ける。ＴＢＭコントローラ７０は、カッタヘッド角度検出部７１を有している。カッタヘッド角度検出部７１は、近接センサ５１，５２による検出結果に基づいて、カッタヘッド３０の現在の回転角度を求める。
　運転操作盤６０は、オペレータにより操作される。運転操作盤６０は、トンネル掘進機１を運転するオペレータ操作を受け付ける。
　掘削管理システム９０は、データ出力部９１を有している。データ出力部９１には、ディスクカッタ（ＤＣ）に関する情報が入力される。たとえば、どのディスクカッタ４０が交換されたのかを示す情報、ディスクカッタ４０の交換日、および、作業員による刃先部４４の摩耗測定結果などが入力される。
　制御システムはまた、点検モードスイッチ（ＳＷ）６１を有している。点検モードスイッチ６１は、オペレータにより操作される。オペレータが点検モードスイッチ６１を操作することにより、点検モードまたは通常モードのいずれかが選択される。ＴＢＭコントローラ７０は、点検モードスイッチ６１から、いずれのモードが選択されたかを示す信号の入力を受ける。ＴＢＭコントローラ７０は、モード判別部７２を有している。モード判別部７２は、点検モードスイッチ６１からの入力に基づいて、点検モードと通常モードとのいずれのモードが選択されているのかを判別する。なお、点検モード時の摩耗検知と通常モード時の摩耗検知との詳細は、後述する。
　ＴＢＭコントローラ７０はまた、制御信号司令部７３を有している。制御信号司令部７３は、図８を参照して説明したカッタヘッド駆動モータ２５に、起動、停止、モータの回転数などを指示する制御信号を出力する。制御信号司令部７３はまた、散水ユニット６２に、散水の開始、散水の停止、散水量などを指示する制御信号を出力する。散水ユニット６２は、カッタヘッド３０に対し後方に配置されており、カッタヘッド３０の背面側の空間に水を噴霧して粉塵を抑制したり、ディスクカッタ４０に水を噴射することでディスクカッタ４０に貼り付いた粘土を洗い流したりするために、使用される。
　制御システムはまた、ＤＣモニタコントローラ８０と、カメラユニットとを有している。カメラユニットは、上述した撮像装置によって構成されている。ＤＣモニタコントローラ８０は、画像認識部８１と、ＤＣ判別部８２と、摩耗量演算部８３とを有している。画像認識部８１は、カメラユニットから、たとえば図７に示す画像データの入力を受ける。ＤＣ判別部８２は、画像認識部８１に入力された画像データ中に含まれるディスクカッタ４０が、複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０であるのかを判別する。摩耗量演算部８３は、ＤＣ判別部８２により判別されたディスクカッタ４０の刃先部４４の摩耗量を演算する。
　図１６は、ＤＣ判別部８２によるディスクカッタ４０の判別の一例について説明するフロー図である。図１６に示すように、まず、カッタヘッド３０の角度を検出する（ステップＳ１１）。具体的には、図９を参照して説明したように、近接センサ５１が突起２９を検出するときのカッタヘッド３０の位置を基準位置（角度０°）とし、回転するギヤ２８の歯の通過数を近接センサ５２で検出する。ＴＢＭコントローラ７０のカッタヘッド角度検出部７１が、３６０°回転分のギヤ２８の歯数に対するギヤ２８の歯の通過数を算出することにより、カッタヘッド３０の回転角度が検出される。
　次に、画像を認識する（ステップＳ１２）。図１５に示すＤＣモニタコントローラ８０の画像認識部８１は、カメラユニット（撮像装置）から入力された画像データを認識し、画像データに含まれているディスクカッタ４０を認識する。
　次に、ディスクカッタ４０を判別する（ステップＳ１３）。カッタヘッド３０の現在の回転角度を認識し、予め入力された各々のディスクカッタ４０のカッタヘッド３０に対する取付位置とカッタヘッド３０の回転角度とに基づいて、撮像装置により撮像された画像データ中の各々のディスクカッタ４０が、複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０であるのかを判別する。
　図１７は、ＤＣ判別部８２によるディスクカッタ４０の判別の他の例について説明するフロー図である。図１７に示されるように、まず、画像を認識する（ステップＳ２１）。図１５に示すＤＣモニタコントローラ８０の画像認識部８１は、カメラユニット（撮像装置）から入力された画像データを認識し、画像データに含まれているディスクカッタ４０を認識する。
　次に、カッタヘッド３０の中心線Ｃからディスクカッタ４０の刃先部４４までの距離を検出する（ステップＳ２２）。画像データ撮像用の撮像装置はトンネル掘進機１の本体１０に固定されており、カッタヘッド３０が回転しても撮像装置とカッタヘッド３０の中心線Ｃとの相対位置は変化しない。そのため、画像データに含まれているディスクカッタ４０の刃先部４４の位置を検出することにより、カッタヘッド３０の中心線Ｃから刃先部４４までの距離が求められる。
　次に、ディスクカッタ４０を判別する（ステップＳ２３）。図１０を参照して説明したように、カッタヘッド３０の中心線Ｃから刃先部４４までの距離と、予め入力された各々の刃先部４４の中心線Ｃからの距離情報とを比較することにより、撮像装置により撮像された画像データ中の各々のディスクカッタ４０が、複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０であるのかを判別する。
　上記例では、カッタヘッド３０の角度と、カッタヘッド３０の中心線Ｃからディスクカッタ４０の刃先部４４までの距離とにより、ディスクカッタ４０が判別される。この例に限定されるものではなく、カッタヘッド３０の角度と、基準点とディスクカッタ４０とで成す角度とにより、ディスクカッタ４０を判別してもよい。
　図１８は、点検モードにおける刃先部４４の摩耗量測定について説明するフロー図である。図１５に示す点検モードスイッチ６１をオペレータが操作することにより、点検モードが選択される。掘削中でない、たとえば朝の作業開始前または夕方の作業終了後の日常点検時に、点検モードが選択される。いずれかのディスクカッタ４０を交換した際にも、点検モードが選択されて、点検が行なわれる。
　図１８に示すように、まず点検開始スイッチ（ＳＷ）がＯＮされる（ステップＳ１０１）。点検開始スイッチがＯＮされると、推進せずにカッタヘッド３０が低速回転を開始する（ステップＳ１０２）。図１５に示すＴＢＭコントローラ７０は、点検モードが選択されている状態で、点検開始スイッチがＯＮされたことを示す信号の入力を受けて、カッタヘッド駆動モータ２５に低速での回転を指示する制御信号を出力する。
　次に、ディスクカッタ４０の刃先部４４までの距離測定を開始する（ステップＳ１０３）。撮像装置でディスクカッタ４０を撮像し、図１１を参照して説明したように、撮像装置から各々のディスクカッタ４０の刃先部４４までの距離を求める。または、図１２を参照して説明したように、刃先部４４の近傍に定めた基準点から刃先部４４までの距離を求める。
　次に、刃先部４４までの距離測定が問題なく実施できたかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。距離測定ができなかったと判断されれば（ステップＳ１０４においてＮＯ）、ステップＳ１０３の距離測定が再び行なわれる。数回測定しても距離測定ができない場合には、認知エラーとされる（ステップＳ１０５）。刃先部４４までの距離が測定できたと判断されれば（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、距離測定を終了する（ステップＳ１０６）。
　次に、刃先部４４までの距離測定を行なったディスクカッタ４０が、新規のディスクカッタ４０（交換された直後のディスクカッタ４０）であるかを判断する（ステップＳ１０７）。ＤＣモニタコントローラ８０は、掘削管理システム９０のデータ出力部９１に入力されたディスクカッタ４０の情報を参照して、新規のディスクカッタ４０であるかどうかを判断する。
　新規のディスクカッタ４０であると判断されれば（ステップＳ１０７においてＹＥＳ）、測定された刃先部４４までの距離を、新品のカッタリング４１の刃先部４４までの距離Ａ０として、記憶装置に格納する（ステップＳ１０８）。新規のディスクカッタ４０でなく継続使用されているディスクカッタ４０であると判断されれば（ステップＳ１０７においてＮＯ）、測定された刃先部４４までの距離を、経時後のカッタリング４１の刃先部４４までの距離Ａｎとして、記憶装置に格納する（ステップＳ１０９）。
　次に、刃先部４４の擬似摩耗値を算出する（ステップＳ１１０）。刃先部４４の擬似摩耗値は、距離Ａｎと距離Ａ０との差（Ａｎ－Ａ０）として算出される。図１５に示す摩耗量演算部８３は、記憶装置に格納された距離Ａ０と測定された距離Ａｎとを用いて、（Ａｎ－Ａ０）の演算を行なって刃先部４４の擬似摩耗値を算出する。続いて、算出された擬似摩耗値が出力される（ステップＳ１１１）。
　次に、算出された刃先部４４の擬似摩耗値が、限界値以内であるかどうかを判断する（ステップＳ１１２）。刃先部４４の擬似摩耗値が限界値以上であると判断されれば（ステップＳ１１２においてＮＯ）、摩耗限界警報が出力され（ステップＳ１１３）、オペレータにディスクカッタ４０の交換時期であることを通知する。
　刃先部４４の擬似摩耗値が限界値以内であると判断されれば（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、前回計測した刃先部４４までの距離Ａｎ－１との比較を行なう（ステップＳ１１４）。摩耗量演算部８３は、（Ａｎ－Ａｎ－１）の演算を行なって、前回計測時からの刃先部４４の摩耗量を算出する。
　次に、前回計測時からの刃先部４４の擬似摩耗量の差異についての判断を行なう（ステップＳ１１５）。前回計測時からの差異が大きく規定値を超えていると判断されれば（ステップＳ１１５においてＮＯ）、異常摩耗進行警報が出力される（ステップＳ１１６）。前回計測時からの差異が規定値以内であると判断されれば（ステップＳ１１５においてＹＥＳ）、距離Ａｎ－１を記憶装置に格納する（ステップＳ１１７）。そして、処理を終了する。
　図１９は、通常モードにおける摩耗量測定について説明するフロー図である。図１５に示す点検モードスイッチ６１をオペレータが操作することにより、通常モードが選択される。掘削面の掘削作業が行われるときに、通常モードが選択される。
　図１９に示すように、まずカッタヘッド３０が回転を開始する（ステップＳ２０１）。カッタヘッド３０が回転を開始した時点では、ディスクカッタ４０の刃先部４４は、掘削面に未だ接触していない。そのため、ディスクカッタ４０のカッタリング４１およびハブ４２は、回転していない。この状態で、撮像装置でディスクカッタ４０の撮像を行ない、ハブ４２に形成されたマーキング４９の初期位置を示す位置Ｐ０を検知する（ステップＳ２０２）。
　次に、ディスクカッタ４０の初期位置の認識が問題なく実施できたかどうかを判断する（ステップＳ２０３）。位置認識ができなかったと判断されれば（ステップＳ２０３においてＮＯ）、追加の散水が実施される（ステップＳ２０４）。図１５に示す制御信号司令部７３は、散水ユニット６２に対し、散水の実施を指示する制御信号を出力する。この散水は、カッタヘッド３０と撮像装置との間の空間の粉塵を低減したり、ディスクカッタ４０に付着している土砂を洗浄したりすることによって、ディスクカッタ４０をより鮮明に撮像できるようにすることを目的として、行なわれる。
　その後、ステップＳ２０２のディスクカッタ４０の位置認識が再び行なわれる。数回測定しても位置認識ができない場合には、認知エラーとされる（ステップＳ２０５）。
　ディスクカッタ４０の初期位置が認識できたと判断されれば（ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、掘削を開始する（ステップＳ２０６）。具体的には、図１に示すグリッパシュー１６をトンネルの側壁面に押し付けた状態で、スラストジャッキ１８を伸ばすことにより、カッタヘッド３０およびディスクカッタ４０を掘削面に向けて前方向へ移動させる。カッタヘッド３０を回転させながら、カッタリング４１の外周縁の刃先部４４を掘削面に接触させる。カッタリング４１がカッタヘッド３０に対して回転して、掘削面の掘削が行なわれる。
　次に、マーキング４９の初期位置情報を示す位置Ｐ０を、位置Ｐｎとして記憶装置に格納する（ステップＳ２０７）。この状態で、一定時間（たとえば５分、または１０分など）掘削が継続される。一定時間掘削を継続したと判断されると（ステップＳ２０８）、ディスクカッタ４０の撮像を行ない、ハブ４２に形成されたマーキング４９の現在位置を示す位置Ｐｎ＋１を検知する（ステップＳ２０９）。
　次に、ディスクカッタ４０の現在位置の認識が問題なく実施できたかどうかを判断する（ステップＳ２１０）。位置認識ができなかったと判断されれば（ステップＳ２１０においてＮＯ）、追加の散水が実施される（ステップＳ２１１）。図１５に示す制御信号司令部７３は、散水ユニット６２に対し、散水の実施を指示する制御信号を出力する。その後、ステップＳ２０９のディスクカッタ４０の位置認識が再び行なわれる。数回測定しても位置認識ができない場合には、認知エラーとされる（ステップＳ２１２）。
　ディスクカッタ４０の現在位置が認識できたと判断されれば（ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、位置Ｐ０を示す画像と位置Ｐｎ＋１を示す画像との比較が行なわれ（ステップＳ２１３）、両画像においてディスクカッタ４０に形成されたマーキング４９の位置に差異があるかどうかが判断される（ステップＳ２１４）。
　マーキング４９の位置に差異がないと判断されると（ステップＳ２１４においてＮＯ）、ステップＳ２０８に戻り、さらに一定時間掘削を継続した後、マーキング４９の現在位置を再度検知して、ステップＳ２１４の判断が再度行なわれる。ステップＳ２１４の判断を数回繰り返してもマーキング４９の位置に変化がなければ、偏摩耗警報が出力され（ステップＳ２１５）、オペレータにカッタリング４１が回転しておらず刃先部４４が偏摩耗している可能性があることを通知する。
　マーキング４９の位置に差異があると判断されると（ステップＳ２１４においてＹＥＳ）、掘削が継続され（ステップＳ２１６）、マーキング４９の位置情報を示す位置Ｐｎ＋１を位置Ｐｎとして上書きする（ステップＳ２１７）。
　次に、所定ストロークの掘削が終了したかどうかを判断する（ステップＳ２１８）。所定ストロークの掘削が終了していないと判断されると（ステップＳ２１８においてＮＯ）、ステップＳ２０８に戻り、一定時間掘削を継続した後、マーキング４９の現在位置を再度検知して、ステップＳ２１４の判断が再度行なわれる。
　所定ストロークの掘削が終了したと判断されると（ステップＳ２１８においてＹＥＳ）、掘削を終了し、刃先部４４の摩耗量の計測も終了する（ステップＳ２１９）。なお、通常掘削時においても点検モードと同様に摩耗計測を実施してもよく、また、点検モード時に偏摩耗確認を実施してもよい。
　上述した説明と一部重複する部分もあるが、本実施形態の特徴的な構成を列挙すると以下のようになる。本実施形態のトンネル掘進機１は、図５，６に示すように、撮像装置を備えている。撮像装置は、カッタヘッド３０に装着されたディスクカッタ４０の後方に配設されている。撮像装置は、図７に示すように、ディスクカッタ４０を撮像可能である。撮像装置は、図１１，１２に示すように、ディスクカッタ４０の刃先部の位置を示す刃先位置データを取得する取得部としての機能を有している。
　トンネル掘進機１はさらに、図１５に示すように、ＤＣ判別部８２と、摩耗量演算部８３とを備えている。ＤＣ判別部８２は、図１６，１７に示すように、撮像装置によって撮像されたディスクカッタ４０が、複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０であるのかを判別する。ＤＣ判別部８２は、撮像装置によって取得された刃先位置データが、複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０の刃先位置データであるかを判別する。摩耗量演算部８３は、図１８に示すように、ディスクカッタ４０の刃先位置データより、ディスクカッタ４０の刃先部４４の摩耗量を算出する。摩耗量演算部８３は、判別されたディスクカッタ４０の刃先部４４の摩耗量を算出する算出部としての機能を有している。
　カッタヘッド３０の現在の回転角度、および／または、カッタヘッド３０の中心線Ｃからディスクカッタ４０の刃先部４４までの距離に基づいて、撮像装置が撮像したディスクカッタ４０が複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０であるのかを判別できる。判別されたディスクカッタ４０について、初期（交換直後）の刃先部４４の位置と経時後の刃先部４４の位置とを比較することにより、刃先部４４の摩耗量を算出することができる。
　撮像装置でディスクカッタ４０を撮像して、撮像された各々のディスクカッタ４０についての刃先位置データを用いて摩耗量が算出されるので、作業員がディスクカッタ４０の摩耗量を１つずつ手作業で測定する必要がなく、ディスクカッタ４０の摩耗量を効率的に測定することができる。加えて、撮像装置がトンネル掘進機１の本体１０に配設されており、回転側と固定側とを配線で連結する必要がない。これにより、比較的単純で信頼性の高い構成によって、ディスクカッタ４０の摩耗状況を検知することができる。
　また図１３，１４および１９に示すように、撮像装置は、ディスクカッタ４０のカッタヘッド３０に対する相対位置変化、すなわちディスクカッタ４０のカッタヘッド３０に対する回転の有無を示す回転データを取得する機能を有している。時間をあけて撮像した２つの画像データを比較して、回転物であるハブ４２に形成されたマーキング４９の位置に差異があるかどうかを判断することにより、ディスクカッタ４０のカッタリング４１がカッタヘッド３０に対して回転しているかどうかを検出することができる。カッタリング４１が回転していないことを検出することにより、刃先部４４に偏摩耗が発生している可能性を認識することができる。
　このようにして、刃先部４４に偏摩耗が発生している状況を早期に認識できるので、偏摩耗が発生しても、ディスクカッタ４０のハブ４２およびリテーナ４３などへの影響、他のディスクカッタ４０への影響、さらにはカッタヘッド３０にまで影響が及ぶ事態を防止することができる。偏摩耗したディスクカッタ４０は交換が可能であるので、早期に偏摩耗したディスクカッタ４０を交換することで、掘削性能が低下する事態を回避することもできる。
　また図５，６に示すように、撮像装置は、トンネル掘進機１の本体１０に取り付けられている。上述した特許文献１に記載の、回転するカッタヘッドに多数のセンサを設ける構成において、回転側と固定側との信号の授受をワイヤレス通信を用いて行なうことも考えられるものの、多数のディスクカッタの各々にセンサが設けられることに伴うコストの増大、通信の安定性、およびカッタヘッド内に設置するセンサの損傷の問題が依然として残る。一方、本実施形態では、１個の撮像装置または数個の撮像装置をトンネル掘進機１の本体１０に取り付ける構成とする。非回転体である本体１０に撮像装置を取り付けることで、簡易な構成でディスクカッタ４０の摩耗状況を確実に検知することができる。
　また図６に示すように、撮像装置は、第１の撮像部５３と第２の撮像部５４とを有するステレオカメラである。このようにすれば、ステレオカメラによって撮像された画像データによりディスクカッタ４０の刃先位置データおよび／または回転データを取得することができる。
　また図１８，１９に示すように、撮像装置は、カッタヘッド３０の回転中に複数のディスクカッタ４０を撮像する。ディスクカッタ４０の摩耗量の算出または偏摩耗の検出のために、カッタヘッド３０を停止する必要はない。これにより、効率的にディスクカッタ４０の摩耗を検出することができる。掘削中にディスクカッタ４０の偏摩耗が発生した場合に、偏摩耗の発生を速やかに認識できるので、偏摩耗の進行を確実に抑制することができる。
　また図７に示すように、撮像装置は、２つ以上のディスクカッタ４０を同時に撮像する。撮像装置で２つ以上のディスクカッタ４０を同時に撮像して、撮像された各々のディスクカッタ４０についての刃先位置データを用いて摩耗量を算出することにより、多数のディスクカッタ４０の摩耗量を効率的に測定することができる。
　また図１１に示すように、撮像装置は、撮像装置から刃先部４４までの距離を測定する距離測定器としての機能を有している。距離測定器による計測により、ディスクカッタ４０の刃先位置データを取得することができる。
　また図３，４に示すように、ディスクカッタ４０は、カッタリング４１と一体に回転するハブ４２をさらに有しており、ハブ４２はマーキング４９を有しており、撮像装置はマーキング４９の位置に基づき回転データを取得する。このようにすれば、一定時間経過後にマーキング４９の位置が変化しているか否かを判断することにより、カッタヘッド３０に対するカッタリング４１の回転の有無を確実に検出することができる。
　また図１９に示すように、撮像装置によってディスクカッタ４０が回転していないことを示す回転データが取得された場合、偏摩耗警報が出力される。これにより、刃先部４４に偏摩耗が発生している可能性をオペレータが確実に認識できるので、偏摩耗の進行を抑制することができる。
　また図１０，１７に示すように、カッタヘッド３０の中心線Ｃからディスクカッタ４０の刃先部４４までの距離を検出することにより、ディスクカッタ４０の判別が行なわれる。この場合は、カッタヘッド３０の回転中心となる中心線Ｃの位置と、撮像装置により撮像された刃先部４４の位置とを認識することにより、撮像されたディスクカッタ４０が複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０であるのかを、確実に判別することができる。
　また図８～９，１６に示すように、カッタヘッド３０の回転角度を検出することにより、ディスクカッタ４０の判別が行なわれる。この場合は、カッタヘッド３０の回転角度とカッタヘッド３０におけるディスクカッタ４０の配置に係る情報とに基づいて、撮像されたディスクカッタ４０が複数のディスクカッタ４０のうちのいずれのディスクカッタ４０であるのかを、確実に判別することができる。
　本実施形態の撮像装置は、同時に複数のディスクカッタ４０を撮像するが、本発明は、これに限定されない。撮像装置は、ある時刻にある１つのディスクカッタ４０を撮像し、カッタヘッド３０の回転により、他の時刻に他の１つのディスクカッタ４０を撮像してもよい。
　（第二実施形態）
　図２０は、第二実施形態における、正面視したトンネル掘進機１の内部構造を概略的に示す模式図である。第二実施形態のトンネル掘進機１は、第一実施形態で説明した構成に加えて、温度検出部５９をさらに備えている。温度検出部５９は、図２０に示すように、撮像装置の近傍に配置されている。温度検出部５９は、撮像装置の直ぐ下方に配置されている。温度検出部５９は、ホッパシュート２１に対して、カッタヘッド３０の回転方向Ｒにおける前方側に配置されている。
　温度検出部５９は、カッタヘッド３０内の温度を検出可能なように、構成されている。ディスクカッタ４０の刃先部４４の偏摩耗が発生する際には、刃先部４４の一部分が掘削面に対して摺動し続けることによる摩擦熱により、掘削面と後壁とカッタヘッド３０とによりほぼ閉鎖された空間のカッタヘッド３０内が高温になる。温度検出部５９を用いて、カッタヘッド３０内の温度を検出することにより、刃先部４４に偏摩耗が発生している状況を推定することができる。カッタヘッド３０内の異常昇温が検出されれば、図１９を参照して説明した第一実施形態と同様に、偏摩耗警報が出力され、オペレータにカッタリング４１が回転しておらず刃先部４４が偏摩耗している可能性があることを通知することができる。
　なお図２０に示す温度検出部５９の配置は一例であり、温度検出部５９はカッタヘッド３０内の温度を検出可能であれば任意の位置に配置されていてもよい。
　トンネル掘進機１は、温度検出部５９に加えて、または単独に、カッタヘッド３０の後方の空間の騒音を検出可能な騒音計をさらに備えてもよい。ディスクカッタ４０の刃先部４４の偏摩耗が発生する際には、刃先部４４の一部分が掘削面に対して摺動し続けることにより、騒音が発生する。騒音計を用いて、騒音の発生を検出することにより、刃先部４４に偏摩耗が発生している状況を推定することができる。
　（第三実施形態）
　図２１は、第三実施形態における、レーザスキャナ１５０によるカッタヘッド３０の走査状況を示す模式図である。これまでに説明した撮像装置に替えて、トンネル掘進機１は、レーザスキャナ１５０を備えていてもよい。レーザスキャナ１５０は、撮像装置と同じ位置に配置されていてもよい。図２１に示すように、レーザスキャナ１５０は、ディスクカッタ４０を走査できるように構成されている。レーザスキャナ１５０は、複数のディスクカッタ４０を連続的に走査できるように構成されていてもよい。
　レーザスキャナ１５０からレーザ光を発射してからディスクカッタ４０に反射して返ってくるまでの時間を測定することにより、レーザスキャナ１５０から刃先部４４までの距離を精度よく検出することができる。レーザスキャナ１５０から新品のカッタリング４１の刃先部４４までの距離と、レーザスキャナ１５０から経時後のカッタリング４１の刃先部４４までの距離との差を算出することにより、刃先部４４の摩耗量を演算することができる。
　ハブ４２に形成されるマーキング４９を、レーザスキャナ１５０によって検出が可能な形状および寸法に調整することにより、マーキング４９の位置の差異に基づいてカッタリング４１の刃先部４４の偏摩耗を検出することができる。
　レーザスキャナ１５０から刃先部４４までの距離を測定するために画像は必ずしも必要ではないものの、レーザスキャナ１５０により計測されたカッタヘッド３０およびディスクカッタ４０の点群データを画像化することにより、図７に示す撮像装置で撮像した画像データに相当する画像データを取得することができる。
　第一実施形態で説明した撮像装置と、図２１に示すレーザスキャナ１５０とを組み合わせて使用することも可能である。たとえば、図１８に示す点検モードにおける刃先部４４の摩耗量の算出にレーザスキャナ１５０を用いた距離計を使用し、図１９に示す通常モードにおける偏摩耗の発生の検出に撮像装置を使用してもよい。
　なお、図１に概略構成を示したトンネル掘進機１は、所謂オープン型ＴＢＭであるが、本発明は、オープン型ＴＢＭに限られず、たとえば泥土圧式シールドマシンまたは泥水加圧式シールドマシンにも適用可能であり、マシン停止中に機内の土砂を抜いた状態で、同様に刃先部４４の摩耗量の測定が可能である。
　以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本発明のトンネル掘進機は、硬岩層を掘削するトンネル掘進機に、特に有利に適用され得る。
　１　トンネル掘進機、１０　本体、２０　ベルトコンベア、２１　ホッパシュート、２２　カッタヘッドサポート、２３　メインベアリング、２５　カッタヘッド駆動モータ、２６　減速機、２７　ピニオン、２８　ギヤ、２９　突起、３０　カッタヘッド、３２　スクレーパバケット、３３　取込口、３７　収容空間、３８　固定部、３９　収容部、３９ａ　内周面、４０　ディスクカッタ、４１　カッタリング、４２　ハブ、４３　リテーナ、４４　刃先部、４７　固定部材、４９　マーキング、５０　測定装置、５１，５２　近接センサ、５３　第１の撮像部、５４　第２の撮像部、５９　温度検出部、６０　運転操作盤、６１　点検モードスイッチ、６２　散水ユニット、７０　コントローラ、７１　カッタヘッド角度検出部、７２　モード判別部、７３　制御信号司令部、８０　モニタコントローラ、８１　画像認識部、８２　判別部、８３　摩耗量演算部、９０　掘削管理システム、９１　データ出力部、１５０　レーザスキャナ、Ｃ　中心線、Ｒ　回転方向。

Claims (18)

  1. 　本体と、
    　前記本体の前方に配設され、前記本体に対して回転可能なカッタヘッドと、
    　前記カッタヘッドに回転可能に装着され、前記カッタヘッドの前面に露出するとともに前記カッタヘッドの背面に露出するカッタリングを有し、前記カッタリングは刃先部を有する、複数のディスクカッタと、
    　前記複数のディスクカッタの後方に配設され、前記刃先部の位置を示す刃先位置データを取得する取得部と、
    　前記取得部によって取得された前記刃先位置データが、前記複数のディスクカッタのうちのいずれのディスクカッタの刃先位置データであるかを判別する判別部と、
    　前記判別部により判別されたディスクカッタの前記刃先位置データより、前記判別されたディスクカッタの前記刃先部の摩耗量を算出する算出部と、を備える、トンネル掘進機。
  2. 　本体と、
    　前記本体の前方に配設され、前記本体に対して回転可能なカッタヘッドと、
    　前記カッタヘッドに回転可能に装着され、前記カッタヘッドの前面に露出するとともに前記カッタヘッドの背面に露出するカッタリングを有する、複数のディスクカッタと、
    　前記複数のディスクカッタの後方に配設され、ディスクカッタの前記カッタヘッドに対する回転の有無を示す回転データを取得する取得部と、
    　前記取得部によって取得された前記回転データが、前記複数のディスクカッタのうちのいずれのディスクカッタの回転データであるかを判別する判別部と、を備える、トンネル掘進機。
  3. 　本体と、
    　前記本体の前方に配設され、前記本体に対して回転可能なカッタヘッドと、
    　前記カッタヘッドに回転可能に装着され、前記カッタヘッドの前面に露出するとともに前記カッタヘッドの背面に露出するカッタリングを有し、前記カッタリングは刃先部を有する、複数のディスクカッタと、
    　前記複数のディスクカッタの後方に配設され、前記刃先部の位置を示す刃先位置データとディスクカッタの前記カッタヘッドに対する回転の有無を示す回転データとを取得する取得部と、
    　前記取得部によって取得された前記刃先位置データと前記回転データとが、前記複数のディスクカッタのうちのいずれのディスクカッタの刃先位置データと回転データとであるかを判別する判別部と、
    　前記判別部により判別されたディスクカッタの前記刃先位置データより、前記判別されたディスクカッタの前記刃先部の摩耗量を算出する算出部と、を備える、トンネル掘進機。
  4. 　前記本体は、非回転体であり、
    　前記取得部は、前記本体に取り付けられている、請求項１～３のいずれか１項に記載のトンネル掘進機。
  5. 　前記取得部は、ディスクカッタを撮像可能なステレオカメラを有し、前記ステレオカメラによって撮像された画像データにより前記刃先位置データを取得する、請求項１に記載のトンネル掘進機。
  6. 　前記取得部は、ディスクカッタを撮像可能なステレオカメラを有し、前記ステレオカメラによって撮像された画像データにより前記回転データを取得する、請求項２に記載のトンネル掘進機。
  7. 　前記取得部は、ディスクカッタを撮像可能なステレオカメラを有し、前記ステレオカメラによって撮像された画像データにより前記刃先位置データおよび／または前記回転データを取得する、請求項３に記載のトンネル掘進機。
  8. 　前記ステレオカメラは、前記カッタヘッドの回転中にディスクカッタを撮像する、請求項５～７のいずれか１項に記載のトンネル掘進機。
  9. 　前記ステレオカメラは、２つ以上のディスクカッタを同時に撮像する、請求項５～７のいずれか１項に記載のトンネル掘進機。
  10. 　前記取得部は、ディスクカッタを走査するレーザスキャナを有し、前記レーザスキャナによる計測により前記刃先位置データを取得する、請求項１に記載のトンネル掘進機。
  11. 　前記取得部は、ディスクカッタを走査するレーザスキャナを有し、前記レーザスキャナによる計測により前記回転データを取得する、請求項２に記載のトンネル掘進機。
  12. 　前記取得部は、ディスクカッタを走査するレーザスキャナを有し、前記レーザスキャナによる計測により前記刃先位置データおよび／または前記回転データを取得する、請求項３に記載のトンネル掘進機。
  13. 　前記取得部は、前記取得部から前記刃先部までの距離を測定する距離測定器を有し、前記距離測定器による計測により前記刃先位置データを取得する、請求項１または３に記載のトンネル掘進機。
  14. 　前記カッタヘッド内の温度を検出する温度検出部をさらに備え、
    　前記温度検出部は、前記カッタヘッド内の異常昇温を検出可能である、請求項１～３のいずれか１項に記載のトンネル掘進機。
  15. 　前記複数のディスクカッタのそれぞれは、前記カッタリングと一体に回転するハブをさらに有し、
    　前記ハブは、マーキングを有し、
    　前記取得部は、前記マーキングの位置に基づき、前記回転データを取得する、請求項２または３に記載のトンネル掘進機。
  16. 　前記取得部によって、ディスクカッタが回転していないことを示す前記回転データが取得された場合、警報を出力する、請求項２または３に記載のトンネル掘進機。
  17. 　前記判別部は、前記カッタヘッドの中心から前記複数のディスクカッタの各々の前記刃先部までの距離を検出して、前記複数のディスクカッタのうちのいずれのディスクカッタかを判別する、請求項１または３に記載のトンネル掘進機。
  18. 　前記判別部は、前記本体に対する前記カッタヘッドの回転角を検出して、前記複数のディスクカッタのうちのいずれのディスクカッタかを判別する、請求項１～３のいずれか１項に記載のトンネル掘進機。
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