CN104903679A - 管片真圆度测量装置及管片真圆度测量方法 - Google Patents

管片真圆度测量装置及管片真圆度测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种管片真圆度测量装置，其具备修正装置(31)，该修正装置(31)基于通过角度检测器(50)检测出的角度和通过以相互不同角度配置在拼装机旋转部(21)上的三个以上的测距仪(41～44)测量出的距离，对由拼装机旋转部(21)的旋转中心(O1)的偏心引起的位置偏移进行修正。

Description

管片真圆度测量装置及管片真圆度测量方法
技术领域
本发明涉及管片(セグメント)真圆度测量装置及管片真圆度测量方法。
背景技术
过去，作为构筑隧道的方法，已知一种通过在使用盾构掘进机进行挖掘隧道的同时，在盾构掘进机内部将管片组装成环状，从而连续地构筑圆形隧道的盾构施工方法。在该盾构施工方法中，盾构掘进机在一边掘进一边在隧道内将管片组装成环状时，需要掌握已设置的管片的组装误差(真圆度)和形状，来修正下一管片的组装。因此，过去，作为掌握已设置的管片的形状和真圆度的方法，例如，已提出了如日本专利第2820011号公报所公开那样的种种方法。
在日本专利第2820011号公报中，公开了一种通过使用在拼装机装置上设置的多个传感器，测量直至管片内周面的距离，来对已设置管片(管片环)的形状进行掌握的已设管片形状的掌握方法。具体而言，该已设管片形状的掌握方法，构成为基于通过多个传感器测量出的直至管片内周面的距离和传感器的旋转角度，来求得管片内周面上的多个位置的坐标，同时基于管片的中心与传感器的旋转中心(拼装机装置的旋转中心)间的偏心量，将已设置管片的形状进行椭圆近似，由此掌握已设管片(管片环)的形状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第2820011号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
但是，在日本专利第2820011号公报所记载的现有的拼装机装置中，认为由于配置有把持管片并进行组装的装置，因此，拼装机装置的重心也并不一定处于旋转中心，拼装机装置的旋转中心发生偏心(旋转轴摆动)的情况较多。在这样的情况下，如果使用日本专利第2820011号公报的已设管片形状的掌握方法，那么来自设置在拼装机装置上的传感器的距离测量值中含有由于拼装机装置的旋转中心的偏心而引起的误差，因此，认为即使基于含有该误差的距离测量值进行用于掌握已设管片的形状的运算，也难以高精度地掌握已设管片(管片环)的形状。因此，认为存在如下问题：即使在基于通过日本专利第2820011号公报所掌握的已设置管片形状来取得管片的真圆度情况下，也难以高精度地取得已设置管片(管片环)的真圆度。
本发明是为了解决上述的技术问题而完成的，本发明的一个目的在于，提供一种即使是在拼装机旋转部的旋转中心发生偏心的情况下，也能够高精度地取得管片环的真圆度的管片真圆度测量装置及管片真圆度测量方法。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明的第一方面的管片真圆度测量装置具备角度检测器、三个以上的测距仪及修正装置，所述角度检测器对旋转中心发生偏心的拼装机旋转部的旋转角度进行检测，所述三个以上的测距仪以相互不同角度配置在拼装机旋转部上，并测量直至将管片组装成环状的管片环的内面为止的距离，所述修正装置基于通过角度检测器检测出的角度和通过三个以上的测距仪测量出的距离，对由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移进行修正。
在本发明的第一方面涉及的管片真圆度测量装置中，如上所述，设置了修正装置，该修正装置基于通过角度检测器检测出的角度和通过在拼装机旋转部上相互不同角度的位置配置的三个以上测距仪测量出的距离，来对由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移进行修正，由此，即使在拼装机旋转部的旋转中心发生偏心的情况下，也能够通过修正装置，修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心所引起的位置偏移，减少由于旋转中心的偏心引起的距离测量值的误差的影响，因此能够基于该距离测量值，高精度地取得管片环的真圆度。此外，通过在拼装机旋转部上配置测距仪，能够将拼装机旋转部也用作管片环的距离测量用途，因此没有必要设置与旋转中心发生偏心的拼装机旋转部不同的其他专门测量旋转中心没有发生偏心的旋转部。由此，没有必要在空间上限制多的盾构掘进机内部另外确保用于配置测量专用的旋转部的专用空间。
在上述第一方面涉及的管片真圆度测量装置中，优选地，三个以上测距仪在拼装机旋转部上以成为等角度间隔或线对称的方式呈圆周状配置在不同角度位置上。根据这样构成，由于能够将三个以上测距仪平衡良好地相对于拼装机旋转部的旋转中心呈圆周状配置，通过修正装置，能够基于通过角度检测器检测出的角度以及通过平衡良好地呈圆周状配置的三个以上测距仪测量出的距离，更高精度地修正由于拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移。其结果为，能够更高精度地取得管片环的真圆度。
在上述第一方面涉及的管片真圆度测量装置中，优选地，修正装置构成为，基于由拼装机旋转部的相同旋转角度上的三个以上的测距仪所得到的距离测量值，进行平均化，由此修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移。根据这样构成，仅通过修正装置进行基于距离测量值的平均化，不进行复杂的运算就能够容易地修正由于在拼装机旋转部的相同旋转角度(规定的旋转角度)上的旋转中心的偏心引起的位置偏移，因此能够容易地高精度地取得管片环的真圆度。
在这种情况下，优选地，修正装置构成为，通过在三个以上测距仪得到的各个距离测量值上分别加上预先取得的从拼装机旋转部的旋转中心至各个测距仪的安装位置的安装距离，求得与从各个测距仪相对应的旋转中心至管片环的内面为止的距离并进行平均化，从而算出平均距离，由此修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移。根据这样构成，通过修正装置，仅计算拼装机旋转部的相同旋转角度(规定的旋转角度)上的平均距离，来修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移，因此能够容易高精度地求得从规定的旋转角度上的拼装机旋转部的旋转中心至管片环的内面为止的距离值。其结果为，能够更高精度地取得管片环的真圆度。
在上述修正装置计算出平均距离的结构中，优选地，修正装置的构成为，通过在每个拼装机旋转部的规定的旋转角度上计算平均距离，从而在每个规定的旋转角度上修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移，进而，将在每个规定的旋转角度上计算出的多个平均距离转换成多个XY坐标值，同时基于多个XY坐标值修正管片环的中心位置，由此取得管片环的真圆度。根据这样构成，通过修正装置，能够在拼装机旋转部的每个规定的旋转角度上修正由旋转中心的偏心引起的位置偏移，因此能够在每个规定的旋转角度上高精度地求得从拼装机旋转部的旋转中心至管片环的内面为止的距离，高精度地取得管片环的真圆度。此外，通过修正装置，将在规定的旋转角度上计算出的多个平均距离转换成XY坐标值从而修正管片环的中心位置，由此能够在管片环的中心位置得以修正的状态下容易地进行管片环的真圆度的评价。
本发明的第二方面的管片真圆度测量方法具备如下步骤：在测量旋转中心发生偏心的拼装机旋转部的旋转角度的同时，通过在拼装机旋转部上相互不同的角度位置上配置的三个以上测距仪来测量与检测出的旋转角度相同的旋转角度上的直至管片环的内面的距离的步骤，以及基于在拼装机旋转部的相同旋转角度上的三个以上测距仪得到的距离测量值进行平均化，从而修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移的步骤。
在本发明的第二方面涉及的管片真圆度测量方法中，如上所述，通过设置基于由拼装机旋转部的相同旋转角度上的三个以上测距仪得到距离测量值进行平均化，从而修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移的步骤，即使拼装机旋转部的旋转中心发生偏心的情况下，也能够修正由旋转中心的偏心引起的位置偏移，从而减小由于旋转中心的偏心引起的距离测量值的误差的影响，因此能够基于该距离测量值，高精度地取得管片环的真圆度。此外，通过在拼装机旋转部上配置测距仪，能够将拼装机旋转部也沿用于管片环的距离测量用途，因此没有必要设置与旋转中心发生偏心的拼装机旋转部不同的其他旋转中心没有发生偏心的测量专用的旋转部。由此，没有必要在空间上限制多的盾构掘进机内部另外确保用于配置测量专用的旋转部的专用空间。此外，通过设置基于由拼装机旋转部的相同旋转角度上的三个以上测距仪得到的距离测量值来进行平均化，由此修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移的步骤，从而仅通过进行基于距离测量值的平均化，不进行复杂的运算就能够容易地修正由于拼装机旋转部的相同旋转角度(规定的旋转角度)上的旋转中心的偏心引起的位置偏移，因此能够容易地、高精度地取得管片环的真圆度。
在上述第二方面涉及的管片真圆度测量方法中，优选地，修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移的步骤包括如下步骤：通过在三个以上测距仪得到的各个距离测量值分别加上预先取得的从拼装机旋转部的旋转中心至各个测距仪的安装位置的安装距离，计算与从各个测距仪相对应的旋转中心至管片环的内面为止的距离并进行平均化，从而算出平均距离，同时，通过在每个拼装机旋转部的规定的旋转角度上计算平均距离，从而在每个规定的旋转角度上修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移的步骤，进一步具备如下步骤：将在每个规定的旋转角度上计算出的多个平均距离转换成多个XY坐标值，同时基于多个XY坐标值修正管片环的中心位置，由此取得管片环的真圆度的步骤。若这样构成，通过仅计算出拼装机旋转部的相同旋转角度(规定的旋转角度)上的平均距离，就能够修正由拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移，因此能够容易地、高精度地求得规定的旋转角度上的从拼装机旋转部的旋转中心至管片环的内面为止的距离值。此外，由于在每个拼装机旋转部的规定的旋转角度上修正由旋转中心的偏心引起的位置偏移，因此能够在每个规定的旋转角度上高精度地求得拼装机旋转部的从旋转中心至管片环的内面为止的距离值，从而高精度地取得管片环的真圆度。此外，通过修正装置，将在每个规定的旋转角度上计算出的多个平均距离转换成XY坐标值从而修正管片环的中心位置，由此能够在管片环的中心位置得以修正的状态下容易地进行管片环的真圆度的评价。
(三)有益效果
根据本发明，如上所述，即使是在拼装机旋转部的旋转中心发生偏心的情况下，也能够高精度地取得管片环的真圆度。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置的整体结构的框图。
图2是表示适用本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置的盾构掘进机的概略图。
图3是表示本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置的四个测距仪的配置状态的图。
图4是表示本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置的真圆度取得处理的流程图。
图5是表示本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置中拼装机装置的基本姿势(旋转角度为0度)的状态的概略图。
图6是表示本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置中拼装机装置的旋转角度为90度的状态的概略图。
图7是表示本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置中拼装机装置的旋转角度为270度的状态的概略图。
图8是用于说明本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置中的从拼装机装置的旋转中心至管片环内面的距离和其平均距离的图。
图9是表示本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置中在对管片环的中心位置补强前的状态的图。
图10是表示本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置中在对管片环的中心位置补强后的状态的图。
图11是表示将本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置的测距仪设置为三个的第一变形例的图。
图12是表示将本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置的多个测距仪以线对称配置的第二变形例的图。
图13是表示从主体部的外侧对本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置的拼装机装置进行支持的第三变形例的图。
具体实施方式
下面基于附图对本发明的实施方式进行说明。
参照图1～图3，对本发明的一个实施方式涉及的管片真圆度测量装置100的结构进行说明。
如图2所示，管片真圆度测量装置100(参照图1)是在盾构掘进机10一边进行掘进一边在隧道内将管片110a组装成环状时，取得管片环(已设置管片)110的组装误差(真圆度)的装置。盾构掘进机10为大口径(直径10m以上)的盾构掘进机，对应于密闭式盾构施工方法。具体而言，盾构掘进机10如图2所示，具备圆筒状的盾构框架11、配置于盾构框架11的掘进方向上的前端的刀盘刀头12。盾构掘进机10一边通过配置于机内后方的拼装机装置20将分成多个(在本实施方式为分成8个)的管片110a组装成环状(管片环110)一边掘进。
如图2及图3所示，拼装机装置20具备圆筒形状的主体部21、安装在主体部21上的一对臂部22及安装于一对臂部22前端并把持管片110a的把持部23。在盾构掘进机10的内部，如图2所示，设置有固定于盾构掘进机10上的支持梁13及由支持梁13所支持并沿隧道的掘进方向延伸的圆筒形状的轴部14。拼装机装置20的圆筒形状的主体部21通过环状的轴承(未图示)嵌入圆筒形状的轴部14的外周，并可旋转(转动)地支持于轴部14。即，如图3所示，从主体部21的轴方向观察，构成为圆筒形状的主体部21、一对臂部22及把持部23绕着主体部21的中心轴线C1(参照图2)上的旋转中心O1整体性地旋转。此外，在轴部14上设置有使拼装机装置20旋转的旋转驱动用马达(未图示)。在轴部还有支持拼装机装置20的圆筒形状的轴部14的内部空间，配置有持续排出挖掘土的未图示的螺旋输送机等。另外，主体部21是本发明的“拼装机旋转部”的一例。
这里，在本实施方式中，如图1所示，管片真圆度测量装置100具备装置主体30、四个测距仪41～44、安装在未图示的旋转驱动用马达上并用于检测拼装机装置20的旋转角度的编码器50及与装置主体30连接的显示部(监视器)60。装置主体30例如由定序器(シーケンサ)(PLC(Programmable Logic Controller))构成，具有控制部(CPU)31及数据记录部(存储器)32。在数据记录部32中存储有四个测距仪41～44的配置数据。四个测距仪41～44的配置数据中，包含四个测距仪41～44的后述的安装角度α1～α4的数据及自四个测距仪41～44的各个旋转中心O1起的距离(安装半径)R1～R4(参照图3)的数据。另外，控制部31为本发明的“修正装置”的一例，编码器50为本发明的“角度检测器”的一例。
四个测距仪41～44是通过照射激光来以非接触方式测量直至被对象物的距离的激光测距仪。四个测距仪41～44安装在拼装机装置20的主体部21的外周部。具体地说，如图3所示，以把持部23位于下端位置的状态(基本姿势的状态)，第一测距仪41、第二测距仪42、第三测距仪43及第四测距仪44分别配置在相对于与X轴相对应的水平方向以逆时针转动α1度(在本实施方式中为45度)、α2度(在本实施方式为135度)、α3度(在本实施方式中为225度)及α4度(在本实施方式中为315度)的位置上。即，四个测距仪41～44以等角度间隔(90度间隔)的方式呈圆周状配置于相互不同角度位置处。此外，第一测距仪41、第二测距仪42、第三测距仪43及第四测距仪44分别配置在从拼装机装置20的旋转中心O1向辐射方向间隔距离(安装半径)R1、R2、R3及R4的位置上。上述安装角度α1～α4及安装半径R1～R4为预先测量，如前所述那样，被预先记录于数据记录部32中。
四个测距仪41～44构成为测量直至将管片110a呈环状组装而成的管片环110的内面111的距离。详细地说，四个测距仪41～44构成为分别测量至主体部21的辐射方向上的直至管片环110的内面111的距离。四个测距仪41～44构成为，在通过拼装机装置20组装管片环110之后，拼装机装置20绕着旋转中心O1转动360度(1次转动)，从而在每个规定的旋转角度(在本实施方式中为1度)上测量直至内面111为止的距离。即，本实施方式中的各测距仪41～44的测量点数为360点。通过这样的结构，四个测距仪41～44在拼装机装置20转动360度(1次转动)时，在相同时刻，测量旋转角度(θ)相互偏移90度的角度位置上的直至内面111的距离。四个测距仪41～44及编码器50构成为，与装置主体30连接，将通过四个测距仪41～44测量(取得)出的距离测量值数据(L1～L4)和通过编码器50检测(取得)出的旋转角度数据(θ)向装置主体30的数据记录部32发送，并顺次记录在数据记录部32中。
此外，在本实施方式中，控制部31构成为，基于通过编码器50检测出的旋转角度(θ)和通过四个测距仪41～44测量出的距离测量值(L1～L4)，修正由拼装机装置20(主体部21)的旋转中心O1的偏心引起的位置偏移。另外，本实施方式的拼装机装置20由于一对臂部22和把持部23的重量带来的影响，旋转中心O1发生偏心。即，本申请发明人经过各种研究，结果发现，在拼装机装置20中，由于一般设置有把持管片110a并进行组装的一对臂部22及把持部23等，因此拼装机装置20的重心不一定处于旋转中心，拼装机装置20的旋转中心O1发生偏心的情况较多。并且，本申请的发明人关注该问题点得到如下见解：通过修正由拼装机装置20的旋转中心O1的偏心引起的位置偏移，能够高精度地取得真圆度。
下面，参照图4～图10，对通过本实施方式的管片真圆度测量装置100的控制部31而实施的真圆度取得处理进行详细说明。
在通过拼装机装置20将管片110a组装成环状从而形成管片环110之后，拼装机装置20绕着旋转中心O1旋转360度(1次旋转)时，在图4的步骤S1中，控制部31在每个规定的旋转角度(在本实施方式为1度)上进行控制，使通过编码器50检测出的旋转角度数据(θ)和通过四个测距仪41～44测量出的直至管片环110的内面111的距离测量值数据(L1～L4)记录在数据记录部32中。即，将通过编码器50检测出的多个旋转角度数据(θ)与这些旋转角度(θ)的各个旋转角度上的四个测距仪41～44得到的距离测量值数据(L1～L4)相互对应并记录在数据记录部32中。
这里，在本实施方式中，认为由于拼装机装置20的旋转中心O1发生偏心，因此拼装机装置20在旋转时，如图5～图7所示，拼装机装置20的旋转中心O1相对于管片环110发生位置偏移(轴摆动)。此外，认为该位置偏移相对于旋转角度(θ)为周期性且具有重复性。即，认为拼装机装置20的旋转中心O1绘出规定的轨迹(沿规定的轨迹)来进行位置偏移。因此，由四个测距仪41～44测量的相同的旋转角度上的距离是在旋转中心O1的位置相互不同的状态下测量的。
并且，在步骤S2中，控制部31在每个规定的旋转角度(在本实施方式中为1度)上，根据下述式(1)～(4)，计算从拼装机装置20的旋转中心O1至管片环110的内面111为止的距离(Lr1～Lr4)。从旋转中心O1至管片环110的内面111为止的距离(Lr1～Lr4)如图8所示，由四个测距仪41～44中的每个测距仪来计算。此外，与第一测距仪41对应的距离Lr1随着拼装机装置20的旋转角度(θ)每增加规定的旋转角度(在本实施方式为1度)，旋转角度从45度的位置(与安装角度α1对应的位置)起在每个规定的旋转角度(在本实施方式中为1度)上进行计算。关于第二测距仪42、第三测距仪43及第四测距仪44，也与上述第一测距仪41同样地，距离Lr2、Lr3及Lr4分别是从旋转角度为135度的位置(与安装角度α2对应的位置)、旋转角度为225度的位置(与安装角度α3对应的位置)及旋转角度为315度的位置(与安装角度α4对应的位置)起在每个规定的旋转角度(在本实施方式中为1度)上计算出的。
Lr1(θ+α1)＝L1(θ+α1)+R1……(1)
Lr2(θ+α2)＝L2(θ+α2)+R2……(2)
Lr3(θ+α3)＝L3(θ+α3)+R3……(3)
Lr4(θ+α4)＝L4(θ+α4)+R4……(4)
在上述式(1)中，Lr1表示第一测距仪41的规定的旋转角度上的从旋转中心O1至管片环110的内面111为止的距离，θ表示拼装机装置20的旋转角度，α1表示第一测距仪41的安装角度，L1表示通过第一测距仪41测量出的直至管片环110的内面111的距离测量值，R1表示自第一测距仪41的旋转中心O1起的距离(安装半径)。另外，上述式(2)、(3)及(4)与第一测距仪41所对应的上述式(1)同样地，分别与第二测距仪42、第三测距仪43及第四测距仪44对应。此外，关于安装角度α1～α4及安装半径R1～R4，读取预先存储于数据记录部32中的数据并进行上述式(1)～(4)的计算。
之后，在步骤S3中，控制部31根据下述式(5)，如图8所示，计算出分别与拼装机装置20的相同的旋转角度(θ)上的四个测距仪41～44相对应的四个距离Lr1、Lr2、Lr3及Lr4的平均距离Ra，由此修正因旋转中心O1的偏心引起的位置偏移。即，通过在每个规定的旋转角度(在本实施方式为1度)上对四个距离Lr1、Lr2、Lr3及Lr4进行平均化，从而修正各个旋转角度上的四个距离Lr1、Lr2、Lr3及Lr4的偏差(因旋转中心O1的偏心引起的位置偏移)。换言之，控制部31通过在每个规定的旋转角度上计算平均距离Ra，从而在每个规定的旋转角度上修正因旋转中心O1的偏心引起的位置偏移。
Ra(θ)＝{Lr1(θ)+Lr2(θ)+Lr3(θ)+Lr4(θ)}/4……(5)
在上述式(5)中，Ra表示规定的旋转角度上的平均距离，Lr1表示第一测距仪41的规定的旋转角度上的从旋转中心O1至管片环110的内面111为止的距离，Lr2表示第二测距仪42的规定的旋转角度上的从旋转中心O1至管片环110的内面111为止的距离，Lr3表示第三测距仪43的规定的旋转角度上的从旋转中心O1至管片环110的内面111为止的距离，Lr4表示第四测距仪44的规定的旋转角度上的从旋转中心O1至管片环110的内面111为止的距离。
此外，控制部31在步骤S4中，根据下述式(6)及(7)，将在每个规定的旋转角度(在本实施方式中为1度)上计算出的多个(在本实施方式中为360个)的平均距离Ra转换为多个(在本实施方式为360组)的XY坐标值。
X(θ)＝Ra(θ)×cos(θ)……(6)
Y(θ)＝Ra(θ)×sin(θ)……(7)
在上述式(6)及(7)中，X表示规定的旋转角度上的X坐标值，Y表示规定的旋转角度上的Y坐标值，Ra表示规定的旋转角度上的平均距离。
并且，控制部31在步骤S5中，基于在每个规定的旋转角度(在本实施方式中为1度)上的多个XY坐标值，根据下述式(8)及(9)，修正管片环110的XY坐标值的中心O2的位置。具体而言，如图9及图10所示，控制部31通过从XY坐标值(X(θ)、Y(θ))减去在每个规定的旋转角度上取得的多个XY坐标值(X(θ)、Y(θ))的重心位置(平均值)，从而使中心O2的位置偏移(オフセット)至管片环110的设计上的中心O3的位置，进行修正。
Xo(θ)＝X(θ)-ΣX(θ)/N……(8)
Yo(θ)＝Y(θ)-ΣY(θ)/N……(9)
在上述式(8)及(9)中，Xo表示规定的旋转角度上的修正后的X坐标值，Yo表示规定的旋转角度上的修正后的Y坐标值，X表示规定的旋转角度上的修正前的X坐标值，Y表示规定的旋转角度上的修正前的Y坐标值，N表示测量点数(在本实施方式中为360点)。
如上所述，控制部31通过修正管片环110的多个测量值(XY坐标值)的中心O2的位置，在步骤S6中取得管片环110的真圆度。具体而言，控制部31通过进行将计算出的的修正后的XY坐标值(Xo，Yo)进行标示并在显示部60上显示的控制，取得修正后的XY坐标值(Xo(θ)，Yo(θ))相对于管片环110的内面111的设计位置的位置偏移程度(真圆度)。操作者判断图10所示的标示过的修正后的XY坐标值(Xo(θ)、Yo(θ))是否位于管片环110的内面111的允许范围内(上限位置与下限位置之间的范围内)，从而能够容易地进行真圆度的评价。
在本实施方式中，如上所述，基于通过编码器50检测出的角度及通过在拼装机装置20的主体部21上相互不同角度位置处配置的四个测距仪41～44测量出的距离，设置对由拼装机装置20(主体部21)的旋转中心O1的偏心引起的位置偏移进行修正的控制部31。由此，即使拼装机装置20的旋转中心O1发生偏心的情况下，也能够通过控制部31，修正因拼装机装置20的旋转中心O1的偏心引起的位置偏移，减小由于旋转中心O1的偏心而引起的距离测量值L1、L2、L3及L4的误差的影响，因此，能够基于该距离测量值，高精度地取得管片环110的真圆度。此外，通过在拼装机装置20的主体部21上配置测距仪41～44，也能够使拼装机装置20的主体部21沿用于管片环110的距离测量用途，因此没有必要设置与旋转中心O1发生的拼装机装置20不同的其他旋转中心O1未发生偏心的测量专用的旋转部。由此，没有必要在空间上限制多的盾构掘进机10的内部另外确保用于配置测量专用的旋转部的专用的空间。
此外，在本实施方式中，如上所述，在拼装机装置20的主体部21上，将四个测距仪41～44以等角度间隔(90度间隔)的方式呈圆周状在不同角度位置上进行配置。由此，能够将四个测距仪41～44相对于拼装机装置20的旋转中心O1平衡良好地呈圆周状配置，因此通过控制部31，能够基于通过编码器50检测出的角度以及通过平衡良好地呈圆周状配置的四个测距仪41～44测量出的距离，更高精度地修正由于拼装机装置20的主体部21的旋转中心O1的偏心引起的位置偏移。其结果为，能够更高精度地取得管片环110的真圆度。
此外，在本实施方式中，如上所述，通过控制部31，基于拼装机装置20的相同旋转角度上的四个测距仪41～44得到的距离测量值L1、L2、L3及L4来进行平均化，由此修正由拼装机装置20的旋转中心O1的偏心引起的位置偏移。由此，仅通过控制部31进行基于距离测量值的平均化，不进行复杂的运算就能够容易地修正由于在拼装机装置20的相同旋转角度(规定的旋转角度)上的由旋转中心O1的偏心引起的位置偏移，因此能够容易地、高精度地取得管片环110的真圆度。
此外，在本实施方式中，如上所述，通过控制部31，在四个测距仪41～44取得的各个距离测量值L1、L2、L3及L4上分别加上预先取得的从拼装机装置20的旋转中心O1至各个测距仪41～44的安装位置为止的安装距离R1、R2、R3及R4，由此计算从各个测距仪相对应的旋转中心O1至管片环110的内面111为止的距离Lr1、Lr2、Lr3及Lr4并进行平均化，从而计算出平均距离Ra，由此修正由拼装机装置20的旋转中心O1的偏心引起的位置偏移。由此，通过控制部31，通过仅计算拼装机装置20的相同旋转角度(规定的旋转角度)上的平均距离，来修正由拼装机装置20的旋转中心O1的偏心引起的位置偏移，因此能够容易地、高精度地求得从规定的旋转角度上的拼装机装置20的旋转中心O1至管片环110的内面111为止的距离值。其结果为，能够更高精度地取得管片环110的真圆度。
此外，在本实施方式中，如上所述，通过控制部31，通过在每个拼装机装置20的规定的旋转角度(在本实施方式中为1度)上计算平均距离Ra，从而在每个规定的旋转角度上修正由拼装机装置20的旋转中心O1的偏心引起的位置偏移，进而，将在每个规定的旋转角度上计算出的多个平均距离转换成多个XY坐标值(X，Y)，同时基于多个XY坐标值修正管片环110的中心O2的位置，由此取得管片环110的真圆度。由此，通过控制部31，在拼装机装置20的规定的旋转角度上修正由旋转中心O1的偏心引起的位置偏移，因此能够在每个规定的旋转角度上高精度地计算从拼装机装置20的旋转中心O1至管片环110的内面111为止的距离，从而能够高精度地取得管片环110的真圆度。此外，通过控制部31，将在每个规定的旋转角度上计算出的多个平均距离转换成XY坐标值从而修正管片环110的中心O2的位置，由此能够在管片环110的中心O2的位置得以修正的状态下容易地进行管片环110的真圆度的评价。
另外，应该认为本次所公开的实施方式的全部内容为示例，并不是限定性的内容。本发明的范围并不是上述实施方式的说明，而是通过权利要求书来表示，进一步地，包含与权利要求书同等的意思及在范围内所有的变更。
例如，在上述实施方式中，表示了将本发明的管片真圆度测量装置及管片真圆度测量方法适用于使用盾构掘进机的盾构施工方法中的例子，但本发明并不限定于此。如果为将管片进行组装从而构筑管片环的施工方法，也可以将本发明的管片真圆度测量装置及管片真圆度测量方法适用于TBM(Tunnel Boring Machine，隧道挖掘机)施工方法等盾构施工方法以外的施工方法中。
此外，在上述实施方式中，作为本发明的测距仪的一例，表示了激光测距仪，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以为通过超声波以非接触方式来测量距离的超声波测距仪或接触式测距仪等激光测距仪以外的测距仪。
此外，在上述实施方式中，表示了将四个测距仪以等角度间隔呈圆周状在不同角度位置上配置的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，可以如图11所示的第一变形例那样，将三个测距仪(241、242及243)以等角度间隔(120度间隔)呈圆周状在不同角度位置上配置，也可以将五个以上测距仪呈圆周在不同角度位置上配置。此外，也可以如图12所示的第二变形例那样，将多个测距仪(341、342、343及344)相对于通过拼装机装置20的旋转中心O1的直线(在图12中为水平线及铅直线)为线对称的方式呈圆周状在不同角度位置上配置。
此外，在上述实施方式中，表示了将拼装机装置可旋转(转动)支持于固定在盾构掘进机内的轴部上的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以是如图13所示的第三变形例那样，将拼装机装置通过固定在盾构掘进机内的多个支持部402，经由辊401从主体部21的外侧可旋转(转动)地进行支持的结构。
此外，在上述实施方式中，表示了将多个测距仪安装在拼装机装置的进行旋转(转动)的圆筒形状的主体部上的例子，但本发明并不被其所限定。在本发明中，只要是拼装机装置的进行旋转的部分(拼装机旋转部)，也可以是将多个测距仪安装在臂部或把持部等主体部以外的拼装机旋转部件上的结构。
此外，在上述实施方式中，表示了计算从与各个测距仪对应的旋转中心起至管片环的内面为止的距离(Lr1～Lr4)，并将其平均化，从而修正由旋转中心的偏心引起的位置偏移的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，如果从旋转中心至各个测距仪为止的距离(R1～R4)彼此相同，则也可以通过将由各测距仪测量出的距离测量值(L1～L4)平均化，来修正由旋转中心的偏心引起的位置偏移。
此外，在上述实施方式中，表示了通过从XY坐标值(X(θ)，Y(θ))中减去在每个规定的旋转角度上取得的多个XY坐标值(X(θ)，Y(θ))的重心位置(平均值)，使中心O2的位置偏移至管片环的设计上的中心O3的位置进行修正的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以构成为，根据下述式(10)及(11)，通过从XY坐标值(X(θ)，Y(θ))中减去多个XY坐标值(X(θ)，Y(θ))的最大值与最小值之间的中间值，使中心O2的位置偏移至管片环的设计上的中心O3的位置从而进行修正。
Xo(θ)＝X(θ)-{X(θ)max+X(θ)min}/2……(10)
Yo(θ)＝Y(θ)-{Y(θ)max+Y(θ)min}/2……(11)
在上述式(10)及(11)中，Xo表示规定的旋转角度上的修正后的X坐标值，Yo表示规定的旋转角度上的修正后的Y坐标值，X表示规定的旋转角度上的修正前的X坐标值，Y表示规定的旋转角度上的修正前的Y坐标值，Xmax表示修正前的多个X坐标值的最大值，Xmin表示修正前的多个X坐标值的最小值，Ymax表示修正前的多个Y坐标值的最大值，Ymin表示修正前的多个Y坐标值的最小值。
此外，在上述实施方式中，示出了拼装机装置转动360度(1次转动)时，通过各测距仪，在每1度上测量直至管片环的内面的距离，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可为通过各测距仪，在除1度以外的每个规定的旋转角度上测量直至管片环的内面的距离。另外，如果测量点数多，那么标示点数变多，从而能够更准确地掌握管片环的内面的形状(位置)，因此，易于进行管片环的真圆度的评价。此外，在测量时，也可以使拼装机装置转动多次(转动360度以上)，通过共同的测距仪测量多次测量相同旋转角度上的直至管片环的内面的距离。在该情况下，也可以将通过共同的测距仪多次测量出的相同旋转角度上的多个距离测量值平均化来使用。
此外，在上述实施方式中，表示了通过由定序器构成的装置主体的控制部(修正装置)，修正由拼装机装置的旋转中心的偏心引起的位置偏移的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以设置含有控制部(CPU)的PC(个人计算机)，将该PC的控制部用作本发明的修正由拼装机装置的旋转中心的偏心引起的位置偏移的修正装置。此外，也可以分别分开地设置含有数据记录部的定序器(或PC)及含有控制部(CPU)的定序器(或PC)，通过使这些定序器协动，用作本发明的修正由拼装机装置的旋转中心的偏心引起的位置偏移的修正装置。
附图标记说明
10   盾构掘进机
20   拼装机装置
21   主体部(拼装机旋转部)
31   控制部(修正装置)
41   第一测距仪(测距仪)
42   第二测距仪(测距仪)
43   第三测距仪(测距仪)
44   第四测距仪(测距仪)
50   编码器(角度检测器)
100  管片真圆度测量装置
110  管片环
110a 管片
111  管片环的内面
241、242、243、341、342、343、344 测距仪
O1   旋转中心

Claims (7)

1.一种管片真圆度测量装置，其具备角度检测器(50)、三个以上的测距仪(41～44、241～244、341～344)及修正装置(31)；
所述角度检测器(50)对旋转中心(O1)发生偏心的拼装机旋转部(21)的旋转角度进行检测；
所述三个以上的测距仪(41～44、241～244、341～344)以相互不同角度配置在所述拼装机旋转部上，并测量直至将管片(110a)组装成环状的管片环(110)的内面(111)为止的距离；
所述修正装置(31)基于通过所述角度检测器检测出的角度和通过所述三个以上的测距仪测量出的距离，对由所述拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移进行修正。
2.根据权利要求1所述的管片真圆度测量装置，其特征在于，所述三个以上测距仪在所述拼装机旋转部上以成为等角度间隔或线对称的方式呈圆周状配置在不同角度位置上。
3.根据权利要求1或2所述的管片真圆度测量装置，其特征在于，所述修正装置构成为，基于由所述拼装机旋转部的相同旋转角度上的三个以上测距仪得到的距离测量值，进行平均化，由此修正由所述拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移。
4.根据权利要求3所述的管片真圆度测量装置，其特征在于，所述修正装置构成为，通过在所述三个以上测距仪得到的各个距离测量值上分别加上预先取得的从拼装机旋转部的旋转中心至各个所述测距仪的安装位置的安装距离，计算与从各个所述测距仪相对应的旋转中心至所述管片环的内面为止的距离并进行平均化，从而计算平均距离，由此修正由所述拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移。
5.根据权利要求4所述的管片真圆度测量装置，其特征在于，所述修正装置构成为，通过在每个所述拼装机旋转部的规定的旋转角度上计算出所述平均距离，从而在每个所述规定的旋转角度上修正由所述拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移，进而，将在每个所述规定的旋转角度上计算出的多个所述平均距离转换成多个XY坐标值，并基于所述多个XY坐标值修正所述管片环的中心位置，由此取得所述管片环的真圆度。
6.一种管片真圆度测量方法，其具备如下步骤：
在对旋转中心(O1)发生偏心的拼装机旋转部(21)的旋转角度进行测量的同时，通过在拼装机旋转部上相互不同的角度位置上配置的三个以上测距仪(41～44、241～244、341～344)测量与检测出的旋转角度相同的旋转角度上的直至管片环(110)的内面(111)的距离的步骤；
基于在所述拼装机旋转部的相同旋转角度上的所述三个以上测距仪得到的距离测量值进行平均化，从而修正由所述拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移的步骤。
7.根据权利要求6所述的管片真圆度测量方法，其特征在于，修正所述拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移的步骤包括如下步骤：
通过在所述三个以上测距仪得到的各个距离测量值分别加上预先取得的从拼装机旋转部的旋转中心至各个所述测距仪的安装位置的安装距离，计算与从各个所述测距仪相对应的所述旋转中心至所述管片环的内面为止的距离并进行平均化，从而算出平均距离，同时，通过在每个所述拼装机旋转部的规定的旋转角度上计算出所述平均距离，从而在每个所述规定的旋转角度上修正由所述拼装机旋转部的旋转中心的偏心引起的位置偏移的步骤，
进一步具备如下步骤：将在每个所述规定的旋转角度上计算出的多个平均距离转换成多个XY坐标值，同时基于所述多个XY坐标值修正所述管片环的中心位置，由此取得所述管片环的真圆度的步骤。
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