JP2004044359A - エレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法において、簡単な構造で保持セグメントを高精度に位置決め可能とすることで構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化を図ると共に組付作業性の向上を図る。
【解決手段】超音波センサ４１〜４４を揺動させながら把持セグメントＳ_Ｈ及び既設セグメントＳ_Ｆまでの距離を測定し、その回動角度θ_１，θ_２，θ_３，θ_４と測定距離Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４に基づいて段差演算部５２が各セグメントＳ_Ｆ，Ｓ_Ｈの垂直高さＨ_１，Ｈ_２を演算し、両者の差から段差を算出すると共に、隙間演算部５３が各セグメントＳ_Ｆ，Ｓ_Ｈの隙間Ｓ_１，Ｓ_２を演算して両者の和から隙間を算出し、制御装置２０はこの段差Ｈ及び隙間Ｓが減少するようにエレクタ装置１１を駆動制御して把持セグメントＳ_Ｈを所定の位置に移動する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内に搬入されたセグメントなどの覆工部材をトンネル壁面に沿って既に組付けられた覆工部材に対して組み付けるエレクタ装置の制御装置及び覆工部材の組付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に駆動回転可能なカッタヘッドが回転自在に装着され、このカッタヘッドに多数のカッタビットが取付けられる一方、後部に掘削機本体を前進させる複数のシールドジャッキが装着されると共に、セグメントを組み立てるエレクタ装置が装着されて構成されている。従って、カッタヘッドを回転しながらシールドジャッキを伸長させると、既設セグメントからの掘削反力を得て掘削機本体が前進し、多数のカッタビットが前方の地盤を掘削する一方、エレクタ装置がセグメントをリング状に組み立てトンネルを形成する。
【０００３】
このようなトンネル掘削作業において、エレクタ装置は既設トンネル内に搬入されたセグメントを把持し、既設トンネルの内壁面の所定の位置まで移動し、既設セグメントに対して適正位置に位置決めし、両者をボルト等によって結合している。この場合、エレクタ装置は把持セグメントを所定の組付位置に高精度に位置決めする必要があり、近接センサやカメラなどを用いて把持セグメントと既設セグメントとの位置関係を常時検出してエレクタ装置を駆動制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、把持セグメントと既設セグメントとの位置関係を常時検出する場合、把持セグメント用の近接センサと既設セグメント用の近接センサが必要となり、構造が複雑になると共に装置が大型化してしまい、製造コストが増加してしまうという問題がある。また、把持セグメントを所定の位置に位置決めする場合、把持セグメントと既設セグメントとのトンネル径方向の段差、並びにトンネル周方向及び長さ方向の隙間を検出する必要があり、この場合であっても多数のセンサが必要となり、構造の複雑化、装置の大型化、高コスト化を招いてしまう。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するものであって、簡単な構造で保持セグメントを高精度に位置決め可能とすることで構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化を図ると共に組付作業性の向上を図ったエレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のエレクタ制御装置は、トンネル壁面に組付けられた既設の覆工部材に対して、トンネル内に搬入された覆工部材を保持して組み付けるエレクタ装置において、前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との間で移動自在に支持されて所定の位置から該保持覆工部材及び該既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定する距離測定手段と、該距離測定手段の測定結果に基づいて前記既設覆工部材と前記保持覆工部材との段差を算出する段差演算手段と、前記距離測定手段の測定結果に基づいて前記既設覆工部材と前記保持覆工部材との隙間を算出する隙間演算手段と、前記段差演算手段が算出した段差及び前記隙間演算手段が算出した隙間に基づいて前記エレクタ装置を駆動制御する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００７】
この場合、距離測定手段は、超音波センサやレーザセンサなどを適用すればよく、エレクタ装置のサポート部材の周辺部に複数装着することは好ましく、具体的には、サポート部材にブラケットを取付け、このブラケットにセンサを揺動自在あるいは移動自在に支持することが好ましい。
【０００８】
請求項２の発明のエレクタ制御装置では、前記距離測定手段は、前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との間でその隣接方向に沿って揺動自在に支持され、該支持位置から前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定することを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明のエレクタ制御装置では、前記段差演算手段は、前記距離測定手段が測定した支持位置から前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材までの距離と前記距離測定手段の揺動角度とに基づいて所定の高さから該既設覆工部材及び該保持覆工部材までの垂直高さを算出し、該保持覆工部材と該既設覆工部材との垂直高さの差から前記段差を算出することを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明のエレクタ制御装置では、前記隙間演算手段は、前記距離測定手段が測定した支持位置から前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材までの距離と前記距離測定手段の揺動角度とに基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との隙間を算出することを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明のエレクタ制御装置では、前記距離測定手段が前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との間を走査したときの測定距離に基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との互いに隣接するエッジ位置を検出するエッジ位置検出手段を設け、前記段差演算手段は、該エッジ位置検出手段の検出結果に基づいて所定の高さから該既設覆工部材及び該保持覆工部材までの垂直高さを算出し、該保持覆工部材と該既設覆工部材との垂直高さの差から前記段差を算出することを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明のエレクタ制御装置では、前記距離測定手段が前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との間を移動するときの測定距離に基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との互いに隣接するエッジ位置を検出するエッジ位置検出手段を設け、前記隙間演算手段は、該エッジ位置検出手段の検出結果に基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との隙間を算出することを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明のエレクタ制御装置では、前記覆工部材の内周端部にコーキング溝が形成され、前記エッジ位置検出手段は該コーキング溝の内側のエッジ位置を検出し、該コーキング溝の溝幅を考慮して前記覆工部材のエッジ位置を検出することを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明のエレクタ制御装置では、前記エッジ位置検出手段は、前記距離測定手段が検出した測定距離の変化量に基づいて前記エッジ位置を検出することを特徴としている。
【００１５】
請求項９の発明のエレクタ制御装置では、前記エッジ位置検出手段は、前記距離測定手段が前記覆工部材の内面に沿って測定した複数の測定データに基づいて生成した近似直線と、前記距離測定手段が前記覆工部材の端面に沿って測定した複数の測定データに基づいて生成した近似直線との交点を前記エッジ位置と特定することを特徴としている。
【００１６】
請求項１０の発明のエレクタ制御装置では、前記エッジ位置検出手段は、前記距離測定手段が前記覆工部材の内面に沿って測定した複数の測定データの移動平均に基づいて生成した近似直線と、前記距離測定手段が前記覆工部材の端面に沿って測定した複数の測定データを補間し、該複数の測定データ及び補間データを移動平均して前記近似直線を生成することを特徴としている。
【００１７】
請求項１１の発明のエレクタ制御装置では、前記距離測定手段が前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材に対応した検査治具上を走査したときに検出した最短測定距離位置に基づいて該距離測定手段の基準位置と設定し、前記隙間演算手段は、該基準位置から前記保持覆工部材の端部までの距離と、該基準位置から前記既設覆工部材の端部までの距離とに基づいて該保持覆工部材と該既設覆工部材との隙間を算出することを特徴としている。
【００１８】
請求項１２の発明のエレクタ制御装置では、前記距離測定手段の揺動方向に応じて前記基準位置を設定することを特徴としている。
【００１９】
請求項１３の発明のエレクタ制御装置では、前記距離測定手段が前記検査治具上を走査したときに検出した測定距離データあるいは該測定距離データから生成した移動平均処理データまたは二次回帰曲線における最短測定距離位置を前記距離測定手段の基準位置に設定することを特徴としている。
【００２０】
請求項１４の発明のエレクタ制御装置では、前記距離測定手段が前記検査治具上を走査したときに検出した測定距離データあるいは該測定距離データから生成した移動平均処理データまたは二次回帰曲線における最短測定距離位置を設定し、該最短測定距離位置の測定距離データあるいは移動平均処理データに所定距離加算した位置の中間点を前記距離測定手段の基準位置に設定することを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１５の発明の覆工部材の組付方法は、トンネル内に搬入された覆工部材を保持してトンネルの壁面に組付けられた既設覆工部材に対して組み付ける覆工部材の組付方法であって、距離センサを前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との隣接方向に沿って揺動しながら前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定し、該距離測定データと前記距離センサの揺動角度データとに基づいて前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材の垂直高さをそれぞれ算出して各垂直高さの差から段差を算出すると共に、前記距離測定データと前記距離センサの揺動角度データとに基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との隙間を算出し、前記段差及び前記隙間が減少するように前記保持覆工部材を移動して組み付けることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１６の発明の覆工部材の組付方法では、前記距離センサが前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との間を走査したときの測定距離データに基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との互いに隣接するエッジ位置を検出し、該エッジ位置の外側での各測定距離データから前記段差を算出する一方、該エッジ位置の間隔から前記隙間を算出することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
図１に本発明の第１実施形態に係るエレクタ制御装置のブロック構成、図２に第１実施形態のエレクタ制御装置における超音波センサの距離検出方法を表す説明、図３に第１実施形態のエレクタ制御装置による超音波センサの揺動角度に対する検出距離を表すグラフ、図４にエレクタ装置の概略、図５にエレクタ装置の正面視、図６にエレクタ装置の側面視を示す。
【００２５】
第１実施形態のトンネル掘削機において、図示しないが、掘削機本体は円筒形状をなし、前部に円盤形状のカッタヘッドが回転自在に装着され、駆動モータによって回転駆動可能となっており、前面部に多数のカッタビットが取付けられている。そして、この掘削機本体の後部に複数本のシールドジャッキが周方向に沿って並設されると共に、セグメントＳ_Ｈを既設トンネルの内壁面に組み付けるエレクタ装置が装着されている。
【００２６】
図４乃至図６に示すように、このエレクタ装置１１は掘削機本体１２の後部に設けられており、このエレクタ装置１１はシールドジャッキ１３によって前進した掘削機本体１２と既設セグメントＳ_Ｆとの間の空所に新しいセグメントＳ_Ｈを組み付けるものである。
【００２７】
即ち、掘削機本体１２の後部に設けられた支持リング１４には旋回リング１５が回転自在に支持され、この旋回リング１５は複数の油圧モータ１６によって回転可能となっている。この旋回リング１５の外周部には昇降台１７がガイドロッド１８により既設トンネルの径方向となるＺ軸方法に沿って昇降自在に支持され、昇降ジャッキ１９によって昇降可能となっている。そして、この昇降台１７の左右には制御装置２０や油圧ユニット２１が設置されると共に、上部にはカウンタウエイト２２が取付けられている。
【００２８】
この昇降台１７には既設トンネルの長手方向となるＸ軸方向に沿って第１移動体２３が移動自在に支持され、移動ジャッキ２４によって移動可能となっている。この第１移動体２３には既設トンネルの周方向となるＹ軸方向に沿って第２移動体２５が移動自在に支持され、移動ジャッキ２６によって移動可能となっている。この第２移動体２５には回転筒２７が回転自在に支持され、この回転筒２７の下部にはサポート部材としてのセグメントサポート２８が揺動自在に支持されている。そして、第２移動体２５と回転筒２７との間にはセグメントサポート２８をＺ軸回りに揺動させる左右一対のヨーイングジャッキ２９が架設されている。また、回転筒２７とセグメントサポート２８との間にはこのセグメントサポート２８をＸ軸回りに揺動させる左右一対のローリングジャッキ３０が架設され、回転筒２７とセグメントサポート２８との間にはこのセグメントサポート２８をＹ軸回りに揺動させる左右一対のピッチングジャッキ３１が架設されている。
【００２９】
そして、セグメントサポート２８には既設トンネル内に搬入されたセグメントＳ_Ｈを把持するセグメント把持機構３２が装着されている。このセグメント把持機構３２はセグメントＳ_Ｈの中心部に固定されたボルト３３を係止部３４が把持し、把持ジャッキ３５を収縮してセグメントＳ_Ｈをセグメントサポート２８に押し付けることで、このセグメントＳ_Ｈを把持できるようになっている。また、このセグメントサポート２８にはセグメントＳ_Ｆ，Ｓ_Ｈ同志を連結固定するための締結機３６が装着されている。
【００３０】
従って、把持機構３２がセグメントＳ_Ｈを把持した状態で、昇降ジャッキ１９を伸縮すると把持セグメントＳ_ＨをＺ軸方向に移動でき、移動ジャッキ２４を伸縮すると把持セグメントＳ_ＨをＸ軸方向に移動でき、移動ジャッキ２６を伸縮すると把持セグメントＳ_ＨをＹ軸方向に移動できる。また、ローリングジャッキ３０を伸縮すると把持セグメントＳ_ＨをＸ軸回りに揺動でき、ピッチングジャッキ３１を伸縮すると把持セグメントＳ_ＨをＹ軸回りに揺動でき、ヨーイングジャッキ２９を伸縮すると把持セグメントＳ_ＨをＺ軸回りに揺動できる。
【００３１】
また、セグメントサポート２８は外周部から４つのブラケット３７〜４０が外方に延設され、各ブラケット３７〜４０に超音波センサ（距離測定手段）４１〜４４がそれぞれ揺動自在に装着されている。超音波センサ４１，４２はセグメントサポート２８からトンネル長手方向の後方に延設されたブラケット３７，３８の先端部に、把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの間でその隣接するトンネル長手方向に沿って揺動自在となるように支持軸４５，４６により支持され、この支持位置から把持セグメントＳ_Ｈ及び既設セグメントＳ_Ｆの内面までの距離をそれぞれ連続して測定することができる。また、超音波センサ４３，４４はセグメントサポート２８からトンネル径方向に延設されたブラケット３９，４０の先端部に、把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの間でその隣接するトンネル径手方向に沿って揺動自在となるように支持軸４７，４８により支持され、この支持位置から把持セグメントＳ_Ｈ及び既設セグメントＳ_Ｆの内面までの距離をそれぞれ連続して測定することができる。
【００３２】
そして、図１に示すように、各超音波センサ４１〜４４は駆動部４９により所定角度範囲内を往復回動であり、検出部５０によりその回動角度が連続的に検出されている。また、各超音波センサ４１〜４４は演算処理装置５１に接続され、検出部５０の検出結果及び超音波センサ４１〜４４の測定結果がこの演算処理装置５１に入力する。この演算処理装置５１は、検出部５０の検出結果及び超音波センサ４１〜４４の測定結果に基づいて把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの段差を算出する段差演算部５２と、把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの隙間を算出する隙間演算部５３とを有しており、各演算結果を制御装置２０に出力し、この制御装置２０は段差及び隙間に基づいて各ジャッキ１９，２４，２６，２９，３０，３１を駆動制御し、把持セグメントＳ_Ｈを既設セグメントＳ_Ｆに適正に密着した位置に移動する。
【００３３】
ここで、演算処理装置５１による把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの段差及び隙間の演算方法について説明する。図１乃至図３に示すように、例えば、超音波センサ４１の場合、エレクタ装置１１のセグメントサポート２８は把持セグメントＳ_Ｈを把持しており、このセグメントサポート２８からブラケット３８を介して超音波センサ４１が取付けられている。この超音波センサ４１は駆動部４９により所定の角度範囲を往復回動しており、予め設定された基準角度（位置）０からの回動角度θと距離Ｌが連続して演算処理装置５１に入力する。つまり、超音波センサ４１の回動角度θとセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの距離Ｌと関係は、図３のグラフに表すものとなる。この図３のグラフからわかるように、超音波センサ４１からの超音波がセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆに反射して受信した場合は、Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４と検出できるものの、把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの間では無限大となっている。
【００３４】
演算処理装置５１の段差演算部５２は、超音波センサ４１の回動角度θ_１の範囲で検出した既設セグメントＳ_Ｆまでの距離Ｌ_１に基づいて、下記数式（１）により超音波センサ４１の取付高さから既設セグメントＳ_Ｆの内面までの垂直高さＨ_１を算出する。また、段差演算部５２は、超音波センサ４１の回動角度θ_２の範囲で検出した把持セグメントＳ_Ｈの内面までの距離Ｌ_２に基づいて、下記数式（２）により超音波センサ４１の取付高さから把持セグメントＳ_Ｈの内面までの垂直高さＨ_２を算出する。
Ｈ_１＝Ｌ_１ｃｏｓθ_１　　　　　　　・・・（１）
Ｈ_２＝Ｌ_２ｃｏｓθ_２　　　　　　　・・・（２）
そして、既設セグメントＳ_Ｆの垂直高さＨ_１と把持セグメントＳ_Ｈの垂直高さＨ_２との差から下記数式（３）により段差Ｈを算出する。
Ｈ＝Ｈ_１−Ｈ_２　　　　　　　　　・・・（３）
【００３５】
一方、隙間演算部５３は、超音波センサ４１の回動角度θ_３の範囲で検出した既設セグメントＳ_Ｆまでの距離Ｌ_３に基づいて、下記数式（４）により超音波センサ４１の取付位置から既設セグメントＳ_Ｆの端面までの隙間Ｓ_１を算出する。また、段差演算部５２は、超音波センサ４１の回動角度θ_４の範囲で検出した把持セグメントＳ_Ｈの端面までの距離Ｌ_４に基づいて、下記数式（５）により超音波センサ４１の位置から把持セグメントＳ_Ｈの内面までの隙間Ｓ_２を算出する。
Ｓ_１＝Ｌ_３ｓｉｎθ_３　　　　　　　・・・（４）
Ｓ_２＝Ｌ_４ｓｉｎθ_４　　　　　　　・・・（５）
そして、既設セグメントＳ_Ｆの隙間Ｓ_１と把持セグメントＳ_Ｈの隙間Ｓ_２との和から下記数式（６）により隙間Ｓを算出する。
Ｓ＝Ｓ_１＋Ｓ_２　　　　　　　　　・・・（６）
【００３６】
なお、段差演算部５２は、超音波センサ４１の回動角度θ_１，θ_２の範囲で各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの距離Ｌ_１，Ｌ_２に基づいて垂直高さＨ_１，Ｈ_２を算出したが、検出するタイミングは回動角度θ_１−θ_３，θ_２−θ_４の範囲であればよい。一方、隙間演算部５３は、図３のグラフに基づいて検出距離が無限大となる回動角度θ_３，θ_４の範囲で距離Ｌ_３，Ｌ_４を用いる必要がある。
【００３７】
ここで、第１実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法について詳細に説明する。
【００３８】
図１、図４乃至図６に示すように、まず、トンネル内にセグメントＳ_Ｈが搬入されてエレクタ装置１１のセグメント把持機構３２がこれを把持すると、制御装置２０はエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳ_Ｈを予め設定された粗組付位置に移動する。次に、制御装置２０はエレクタ装置１１を駆動制御し、この把持セグメントＳ_Ｈの精位置決めを行うが、この場合、制御装置２０は超音波センサ４１〜４４の測定結果に基づいてエレクタ装置１１を駆動制御する。
【００３９】
即ち、検出部５０の検出結果（回動角度θ_１，θ_２，θ_３，θ_４）と超音波センサ４１〜４４の測定結果（距離Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４）が演算処理装置５１に入力すると、この演算処理装置５１では、前述した演算方法により、段差演算部５２が既設セグメントＳ_Ｆの垂直高さＨ_１と把持セグメントＳ_Ｈの垂直高さＨ_２を演算して両者の差から段差Ｈを算出すると共に、隙間演算部５３が既設セグメントＳ_Ｆの隙間Ｓ_１と把持セグメントＳ_Ｈの隙間Ｓ_２を演算して両者の和から隙間Ｓを算出する。制御装置２０はこの段差Ｈ及び隙間Ｓに基づいて、つまり、段差Ｈ及び隙間Ｓが減少して０となるようにエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳ_Ｈを所定の位置に移動して締結機３６によってボルト締結する。
【００４０】
この作業の繰り返しによりセグメントＳ_Ｈをリング状に組み立てることで、所定長さのトンネルを構築することができる。
【００４１】
このように第１実施形態のエレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法にあっては、エレクタ装置１１のセグメントサポート２８に４つの超音波センサ４１〜４４を揺動自在に装着し、この超音波センサ４１〜４４を揺動させながら把持セグメントＳ_Ｈ及び既設セグメントＳ_Ｆまでの距離を連続して測定し、検出部５０の検出結果（回動角度θ_１，θ_２，θ_３，θ_４）と超音波センサ４１〜４４の測定結果（距離Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４）に基づいて段差演算部５２が既設セグメントＳ_Ｆの垂直高さＨ_１と把持セグメントＳ_Ｈの垂直高さＨ_２を演算して両者の差から段差Ｈを算出すると共に、隙間演算部５３が既設セグメントＳ_Ｆの隙間Ｓ_１と把持セグメントＳ_Ｈの隙間Ｓ_２を演算して両者の和から隙間Ｓを算出し、制御装置２０はこの段差Ｈ及び隙間Ｓが減少するようにエレクタ装置１１を駆動制御して把持セグメントＳ_Ｈを所定の位置に移動している。
【００４２】
従って、少なくとも４つの超音波センサ４１〜４４で把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの段差Ｈ及び隙間Ｓを求めることができ、簡単な構造で把持セグメントＳ_Ｈを高精度に位置決め可能とすることで構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化を図ると共に、セグメント組付作業性の向上を図ることができる。
【００４３】
なお、上述した実施形態にあっては、セグメントサポート２８に４つの超音波センサ４１〜４４を揺動自在に装着したが、その数は４つに限るものではなく、セグメントの大きさや形状に応じて適宜設定すればよい。また、距離測定手段として超音波センサ４１〜４４を用いたが、レーザセンサ等であってもよい。更に、超音波センサ４１〜４４を隣接する把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの間で揺動自在としたが、ガイドレールに沿ってスライド自在に支持してもよく、この場合には、把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの段差Ｈ及び隙間Ｓを求める演算方法が容易となる。
【００４４】
図７に本発明の第２実施形態に係るエレクタ制御装置のブロック構成、図８に第２実施形態のエレクタ制御装置におけるレーザセンサの距離検出方法を表す説明、図９に第２実施形態のエレクタ制御装置による段差と隙間の演算方法のフローチャート、図１０に第２実施形態のエレクタ制御装置によるレーザセンサによる走査方法を表す説明、図１１に本発明の第３実施形態に係るエレクタ制御装置による段差と隙間の演算方法を表すフローチャート、図１２に第３実施形態のエレクタ制御装置によるエッジ検出方法を表す説明、図１３に第４実施形態に係るエレクタ制御装置のブロック構成、図１４に第４実施形態のエレクタ制御装置によるレーザセンサの基準角度の設定方法を表すグラフ、図１５に第５実施形態に係るエレクタ制御装置によるレーザセンサの基準角度の設定方法を表すグラフ、図１６に第６実施形態に係るエレクタ制御装置によるレーザセンサの基準角度の設定方法を表すグラフを示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４５】
第２実施形態のエレクタ制御装置において、図７及び図８に示すように、図示しないエレクタ装置のセグメントサポートには複数のレーザセンサ（距離測定手段）６１がそれぞれ支持軸６２により揺動自在に装着されている。各レーザセンサ６１は、この支持位置から把持セグメントＳ_Ｈ及び既設セグメントＳ_Ｆの内面までの距離をその揺動角度に応じてそれぞれ連続して測定することができ、回動角度θ_ｉと距離Ｌ_ｉが演算処理装置６３に入力するようになっている。
【００４６】
この演算処理装置６３は、レーザセンサ６１の回動角度θ_ｉとセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの距離Ｌ_ｉを取り込むデータ取込部６４と、この回動角度θ_ｉ及び距離Ｌ_ｉに基づいて各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの表面までの垂直距離Ｈ_ａと基準位置から各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの端面までの水平距離Ｓ_ａを算出するセグメント表面計測部６５と、この垂直距離Ｈ_ａと水平距離Ｓ_ａとに基づいてセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆのエッジを検出して各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２と水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２を算出するエッジ検出演算部６６と、各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２に基づいてその段差を算出する段差演算部６７と、各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２に基づいてその隙間を算出する隙間演算部６８とを有している。そして、この演算処理装置６３は、各演算結果を制御装置２０に出力し、この制御装置２０は段差Ｈ及び隙間Ｓに基づいてエレクタ装置を制御し、把持セグメントＳ_Ｈを既設セグメントＳ_Ｆに適正に密着した位置に移動する。
【００４７】
以下、演算処理装置６３による把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの段差Ｈ及び隙間Ｓの演算方法について、図９のフローチャートを用いて説明する。レーザセンサ６１は、前述したように、所定の角度範囲を往復回動しながら、基準角度（位置）位置０からの回動角度θ_ｉと距離Ｌ_ｉを連続して計測して演算処理装置６３に出力している。なお、レーザセンサ６１による計測長は、レーザ端部から対象までであるが、回転中心からレーザ端までの既知長さを計測長に加えて距離Ｌ_ｉとしている。図９に示すフローチャートのステップＴ１にて、演算処理装置６３のデータ取込部６４が、レーザセンサ６１からこの回動角度θ_ｉ及び距離Ｌ_ｉを取り込む。ステップＴ２では、セグメント表面計測部６５がこの回動角度θ_ｉ及び距離Ｌ_ｉに基づいて各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの垂直距離Ｈ_ａ及び水平距離Ｓ_ａを算出する。なお、この算出方法は、前述した第１実施形態（数式１、２、４、５）と同様の方法を用いればよい。そして、ステップＴ３〜６にて、エッジ検出演算部６６がこの垂直距離Ｈ_ａと水平距離Ｓ_ａに基づいてセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆのエッジを検出して各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２と水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２を算出する。
【００４８】
ここで、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆにおけるエッジの検出方法について説明する。図８に示すように、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆは内周側の四方の端部にコーキング溝ｄ_Ｈ，ｄ_Ｆが形成されており、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの内周面とコーキング溝ｄ_Ｈ，ｄ_Ｆとの段部をエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆとし、レーザセンサ６１はこのエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆを検出し、エッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置で各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２と水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２を検出している。なお、コーキング溝ｄ_Ｈ，ｄ_Ｆの幅は設計段階で把握しており、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの隙間Ｓがコーキング溝ｄ_Ｈ＋ｄ_Ｆになったとき、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの隙間Ｓが０となったものと判断している。
【００４９】
レーザセンサ６１から得られるデータ（点データ）を時系列的に並べると、図１０（ａ）に示すように、一方方向（矢印Ａ）に回動しながら所定時間間隔でセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの距離Ｌ_ｉを測定している。エッジ検出演算では、データ数Ｎ＝５（５以外でもよい。）で第１バッファｋ（ｋ−１、ｋ−２・・）を構成しており、第１バッファｋにおける先頭データをＨ_ａｉ、最後尾のデータをＨ_ａｎとする。そして、レーザセンサ６１がＡ方向に回動しながらセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの距離Ｌ_ｉを測定すると、その測定結果は、図１０（ｂ）に示すグラフとなる。このとき、各バッファ単位で先頭データＨ_ａｉと最後尾データＨ_ａｎとの偏差ΔＨ_ａｉを算出（ステップＴ３）しており、この偏差ΔＨ_ａｉ（Ｈ_ａｉ−Ｈ_ａｎ）が所定値ΔＥ_ｈより大きいかどうかを判定（ステップＴ４）している。つまり、バッファｋの先頭データＨ_ａｉと最後尾データＨ_ａｎとの偏差ΔＨ_ａｉが所定値ΔＥ_ｈより大きくなったら、先頭データＨ_ａｉの検出位置がエッジＥ_Ｈを越えたものと判定し、このときの先頭データＨ_ａｉから所定値ΔＥ_ｈを減算した値をセグメントＳ_Ｈの垂直距離Ｈ_ａ１としている。同様に、このときの先頭データＳ_ａｉから所定値ΔＥ_ｓを減算した値をセグメントＳ_Ｈの水平距離Ｓ_ａ１としている（ステップＴ５）。
【００５０】
一方、図１０（ａ）に示すように、レーザセンサ６１がＢ方向に回動しながらセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの距離Ｌ_ｉを測定すると、その測定結果は、図１０（ｃ）に示すグラフとなる。このとき、前述と同様に、先頭データＨ_ａｉと最後尾データＨ_ａｎとの偏差ΔＨ_ａｉが所定値ΔＥ_ｓより大きくなったら、先頭データＨ_ａｉの検出位置がエッジＥ_Ｆを越えたものと判定し、このときの先頭データＨ_ａｉから所定値ΔＥ_ｈを減算した値をセグメントＳ_Ｆの垂直距離Ｈ_ａ２としている。同様に、このときの先頭データＳ_ａｉから所定値ΔＥ_ｓを減算した値をセグメントＳ_Ｆの水平距離Ｓ_ａ２としている（ステップＴ６）。
【００５１】
そして、ステップＴ７にて、段差演算部６７は、レーザセンサ６１の支持位置から把持セグメントＳ_Ｈまでの垂直距離Ｈ_ａ１と既設セグメントＳ_Ｆの垂直距離Ｈ_ａ２とから下記数式（７）に基づいて段差Ｈを算出する。
Ｈ＝Ｈ_ａ１−Ｈ_ａ２　　　　　　　　・・・（７）
また、ステップＴ８にて、隙間演算部６８は、基準位置０から把持セグメントＳ_Ｈまでの水平距離Ｓ_ａ１と既設セグメントＳ_Ｆまでの水平距離Ｓ_ａ２とから下記数式（８）に基づいて隙間Ｓを算出する。
Ｓ＝｜Ｓ_ａ１−Ｓ_ａ２｜　　　　　　・・・（８）
なお、この水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２は、レーザセンサ６１の走査方向Ａを正（＋）とした場合、走査方向Ｂは負（−）となる。
【００５２】
従って、制御装置２０はこの段差Ｈ及び隙間Ｓに基づいてエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳ_Ｈを所定の位置に移動して組み付ける。
【００５３】
このように第２実施形態のエレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法にあっては、エレクタ装置１１に複数のレーザセンサ６１を揺動自在に装着し、このレーザセンサ６１を揺動させながら、把持セグメントＳ_Ｈ及び既設セグメントＳ_ＦのエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置を検出し、このエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置に対して各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２を演算してその段差Ｈを算出すると共に、エッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置に対して各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２を演算してその隙間Ｓを算出している。
【００５４】
従って、把持セグメントＳ_Ｈ及び既設セグメントＳ_ＦのエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置に対して、この把持セグメントＳ_Ｈと既設セグメントＳ_Ｆとの段差Ｈ及び隙間Ｓを求めることとなり、処理方法を簡素化することができ、データの高速処理を可能とすることができ、セグメント組付作業性の向上を図ることができる。
【００５５】
第３実施形態のエレクタ制御装置は、基本的な構成が第２実施形態のエレクタ制御装置とほぼ同様であるために説明は省略し、セグメントのエッジ検出方法が異なるために制御方法のみ説明する。図１１のフローチャートに示すように、ステップＴ１にて、レーザセンサ６１の回動角度θ_ｉ及び距離Ｌ_ｉを取り込み、ステップＴ２にて、この回動角度θ_ｉ及び距離Ｌ_ｉに基づいて各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの垂直距離Ｈ_ａ及び水平距離Ｓ_ａを算出する。そして、ステップＴ３にて、各バッファ単位で先頭データＨ_ａｉと最後尾データＨ_ａｎとの偏差ΔＨ_ａｉを算出し、ステップＴ４にて、この偏差ΔＨ_ａｉ（Ｈ_ａｉ−Ｈ_ａｎ）が所定値ΔＥ_ｈより大きいかどうかを判定する。ここで、バッファｋの先頭データＨ_ａｉと最後尾データＨ_ａｎとの偏差ΔＨ_ａｉが所定値ΔＥ_ｈより大きかったら、先頭データＨ_ａｉの検出位置がエッジＥ_Ｈを越えたものと判定し、ステップＴ１１に移行する。
【００５６】
ステップＴ１１〜Ｔ１７では、図１２（ａ）に示すように、レーザセンサ６１が検出した回動角度θ_ｉ及び距離Ｌ_ｉに基づいて算出した垂直距離Ｈ_ａ及び水平距離Ｓ_ａをこのグラフのように表し、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの内面に沿ったデータの近似直線Ｙ_Ｈ１，Ｙ_Ｆ１と端面に沿ったデータの近似直線Ｙ_Ｈ２，Ｙ_Ｆ２との交点をエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆと特定し、前述の実施形態と同様に、このエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置に対して各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２と水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２を演算し、段差Ｈ及び隙間Ｓを算出している。なお、ここでは、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの表面粗さ等に影響されずに安定した近似直線Ｙ_Ｈ１，Ｙ_Ｆ１を得るために、移動平均したデータに基づいて垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２と水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２を演算する。
【００５７】
即ち、ステップＴ１１では、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの内面に沿ったバッファ（ｋ−１）、（ｋ−２）（図１０参照）の近似直線Ｙ_Ｈ１，Ｙ_Ｆ１を下記直線式（９）（１０）として求める。バッファｋのデータは先頭と最後尾との垂直距離に偏差ΔＨ_ａ１があるため、ここでは、バッファ（ｋ−１）、（ｋ−２）を用いる。
Ｙ_Ｈ１＝ａ_１Ｘ＋ｂ_１　　　　　　・・・（９）
Ｙ_Ｆ１＝ｃ_１Ｘ＋ｄ_１　　　　　　・・・（１０）
【００５８】
ステップＴ１２では、各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆにてその表面の平均高さ（距離）Ｈ_ａｖ（ｋ−１）から所定深さｄＨまでの生データ（移動平均前のデータ）を抽出し、ステップＴ１３で抽出データに対して補間データを生成すると共に、移動平均処理を行い、ステップＴ１４で移動平均処理したデータ中の最大勾配αｍ，βｍを求め、ステップＴ１５でセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの端面に沿った近似直線Ｙ_Ｈ２，Ｙ_Ｆ２を下記直線式（１１）（１２）として求める。
Ｙ_Ｈ２＝αｍＸ＋ｂ_２　　　　　　・・・（１１）
Ｙ_Ｆ２＝βｍＸ＋ｄ_２　　　　　　・・・（１２）
【００５９】
即ち、図１２（ｂ）に示すように、レーザセンサ６１が検出した回動角度θ_ｉ及び距離Ｌ_ｉに基づいて算出した垂直距離Ｈ_ａ及び水平距離Ｓ_ａのグラフは実線となり、上記距離を移動平均した値をグラフで表すと破線のようになる。エッジ付近では、データ数が少なくなるためのこのようになる。そこで、実線グラフに対して補間してデータを２倍とした後に移動平均処理すると一点鎖線のグラフとなり、より実線に近づくことがわかる。この移動平均処理したデータの中から、図１２（ｃ）に示すように、最大勾配αｍ，βｍとなる近似直線Ｙ_Ｈ２，Ｙ_Ｆ２を求める。すると、図１２（ｂ）に示すように、この近似直線Ｙ_Ｈ２，Ｙ_Ｆ２は、垂直距離Ｈ_ａ及び水平距離Ｓ_ａのグラフに対して補間しないで移動平均処理して求めた近似直線Ｙ_Ｈ０，Ｙ_Ｆ０よりも生データに近似した精度の高いものとなる。そして、ステップＴ１６では、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの内面に沿ったデータの近似直線Ｙ_Ｈ１，Ｙ_Ｆ１と、端面に沿ったデータの近似直線Ｙ_Ｈ２，Ｙ_Ｆ２との交点をそれぞれエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆと特定し、このエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置に対して各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２と水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２を演算し、段差Ｈ及び隙間Ｓを算出する。
【００６０】
その後、ステップＴ７にて、レーザセンサ６１の支持位置から把持セグメントＳ_Ｈまでの垂直距離Ｈ_ａ１と既設セグメントＳ_Ｆの垂直距離Ｈ_ａ２とから段差Ｈを算出し、ステップＴ８にて、基準位置０から把持セグメントＳ_Ｈまでの水平距離Ｓ_ａ１と既設セグメントＳ_Ｆまでの水平距離Ｓ_ａ２とから隙間Ｓを算出する。そして、制御装置２０はこの段差Ｈ及び隙間Ｓに基づいてエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳ_Ｈを所定の位置に移動組み付ける。
【００６１】
このように第３実施形態のエレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法にあっては、把持セグメントＳ_Ｈ及び既設セグメントＳ_ＦのエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置を特定するとき、検出バッファがエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆを越える手前の移動平均データに基づいて設定した近似直線Ｙ_Ｈ１，Ｙ_Ｆ１と、検出バッファがエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆを越えた後の生データを補間、移動平均処理してから設定した近似直線Ｙ_Ｈ２，Ｙ_Ｆ２との交点をそれぞれエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆと特定し、このエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置に対して各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２を演算してその段差Ｈを算出すると共に、エッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置に対して各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２を演算してその隙間Ｓを算出している。
【００６２】
従って、測定データを平均化（平滑化）して滑らかなデータとした上で、近似直線Ｙ_Ｈ１，Ｙ_Ｆ１と近似直線Ｙ_Ｈ２，Ｙ_Ｆ２とを求め、その交点から把持セグメントＳ_Ｈ及び既設セグメントＳ_ＦのエッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの位置設定したので、エッジＥ_Ｈ，Ｅ_Ｆの検出精度を向上し、セグメント組付作業性の向上を図ることができる。
【００６３】
第４実施形態のエレクタ制御装置は、基本的な構成が第２実施形態のエレクタ制御装置とほぼ同様であり、レーザセンサ６１が測定したデータの処理方法のみ相違している。即ち、図１３に示すように、演算処理装置７１は、回動角度θ_ｉと距離Ｌ_ｉを取り込むデータ取込部６４と、レーザセンサ６１の揺動方向を特定するレーザセンサの揺動方向選別部７２と、レーザセンサ６１の揺動方向における基準角度（位置）０を格納する較正処理部７３と、回動角度θ_ｉと距離Ｌ_ｉと基準角度０に基づいて各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの垂直距離Ｈ_ａと水平距離Ｓ_ａを算出するセグメント表面計測部６５と、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆのエッジを検出して垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２と水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２を算出するエッジ検出演算部６６と、段差Ｈを算出する段差演算部６７と、隙間Ｓを算出する隙間演算部６８とを有している。
【００６４】
レーザセンサ６１は所定角度範囲を往復回動しながら、予め設定された基準角度０からの回動角度θ_ｉに対する距離Ｌ_ｉを連続して測定している。ところが、このレーザセンサ６１の取付位置がずれていた場合やレーザの光軸がずれている場合、レーザセンサ６１の回動方向（時計回り方向、反時計回り方向）によって基準角度０がずれてしまい、回動角度θ_ｉと距離Ｌ_ｉを高精度に測定できない虞がある。そこで、本実施形態では、レーザセンサ６１の取付後に各回動方向に対する基準角度０を設定し、取付後の基準角度０に応じてレーザセンサ６１が回動角度θ_ｉと距離Ｌ_ｉを検出するようにしている。
【００６５】
この場合、レーザセンサ６１によりセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆに対して回動角度θ_ｉに対する距離Ｌ_ｉの実測定を行う前に、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの位置にレーザセンサ６１の取付治具に水平な治具を設置し、レーザセンサ６１を所定角度範囲内で往復回動しながら、回動角度θ_ｉに対する距離Ｌ_ｉを測定し、各回動方向における基準角度（位置を）０を設定する。図１４に表すグラフは、レーザセンサ６１を一方向に回動したときの回動角度θ_ｉに対する距離Ｌ_ｉを測定し、この測定データを移動平均処理したデータである。このグラフにて、最低距離Ｌ_ｉがレーザセンサ６１の基準角度０、つまり、レーザセンサ６１のレーザ照射方向と治具表面とが直角に交差する位置である。ところが、レーザセンサ６１の測定誤差等を考慮し、最低距離Ｌ_ｉに所定距離δを加算した位置を基準角度設定距離Ｌ_ｉ０とし、処理データと基準角度設定距離Ｌ_ｉ０とが交差する２点の角度θ_１，θ_２に基づいて下記数式（１３）によりレーザセンサ６１の回動角度θ_ｍを基準角度０に設定する。
θ_ｍ＝（θ_１＋θ_２）／２　　　・・・（１３）
【００６６】
この治具を用いたレーザセンサ６１の基準角度０の設定を、レーザセンサ６１の時計回り方向及び反時計回り方向について行い、各回動方向の基準角度０を設定する。そして、各回動方向の基準角度０を較正処理部７３を格納しておく。
【００６７】
このようにレーザセンサ６１の時計回り方向及び反時計回り方向における基準角度０が設定されると、実際にエレクタ制御装置を作動し、演算処理装置７１による処理を行う、即ち、図１３に示すように、データ取込部６４がレーザセンサ６１の回動角度θ_ｉ及び距離Ｌ_ｉを取り込むと、レーザセンサの揺動方向選別部７２はレーザセンサ６１の回動方向を特定し、較正処理部７３はレーザセンサ６１の回動方向に応じた基準角度（位置）０を表面計測部６５に出力する。セグメント表面計測部６５は基準角度０、回動角度θ_ｉ、距離Ｌ_ｉに基づいて各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆまでの垂直距離Ｈ_ａ及び水平距離Ｓ_ａを算出し、エッジ検出演算部６６はこの垂直距離Ｈ_ａと水平距離Ｓ_ａに基づいてセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆのエッジを検出して各セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの垂直距離Ｈ_ａ１，Ｈ_ａ２と水平距離Ｓ_ａ１，Ｓ_ａ２を算出する。そして、段差演算部６７は、レーザセンサ６１の支持位置から把持セグメントＳ_Ｈまでの垂直距離Ｈ_ａ１と既設セグメントＳ_Ｆの垂直距離Ｈ_ａ２とから段差Ｈを算出する。一方、隙間演算部６８は、基準位置０から把持セグメントＳ_Ｈまでの水平距離Ｓ_ａ１と既設セグメントＳ_Ｆまでの水平距離Ｓ_ａ２と隙間Ｓを算出する。制御装置２０はこの段差Ｈ及び隙間Ｓに基づいてエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳ_Ｈを所定の位置に移動して組み付ける。
【００６８】
このように第４実施形態のエレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法にあっては、レーザセンサ６１によりセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆに対する回動角度θ_ｉと距離Ｌ_ｉの実測定を行う前に、治具を用いてレーザセンサ６１の往復回動方向における基準角度（位置を）０をそれぞれ設定し、レーザセンサ６１により各基準角度０を用いてセグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆにおける回動角度θ_ｉ及び距離Ｌ_ｉの測定を行うようにしている。
【００６９】
従って、レーザセンサ６１の取付誤差やレーザセンサ６１の回動方向に拘らず、回動角度θ_ｉと距離Ｌ_ｉを高精度に測定することができ、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの段差Ｈ及び隙間Ｓの検出精度を向上し、セグメント組付作業精度の向上を図ることができる。
【００７０】
第５実施形態及び第６実施形態のエレクタ制御装置は、上述した第４実施形態のエレクタ制御装置におけるレーザセンサ６１により基準角度０の設定方法を改良したものであり、その他の構成はほぼ同様であり、説明は省略する。
【００７１】
第５実施形態のエレクタ制御装置において、図１５に表すグラフは、レーザセンサ６１を一方向に回動したときの回動角度θ_ｉに対する距離Ｌ_ｉを測定した実測定データと、この実測定データに基づいて求めた二次回帰曲線（ｙ＝ａｘ^２−ｂｘ＋ｃ）のデータである。この二次回帰曲線のグラフにて、最低距離Ｌ_ｉに対するレーザセンサ６１の回動角度θ_ｍを基準角度０に設定する。
【００７２】
第６実施形態のエレクタ制御装置において、図１６に表すグラフは、レーザセンサ６１を一方向に回動したときの回動角度θ_ｉに対する距離Ｌ_ｉを測定した実測定データである。この実測定データのグラフにて、最低距離Ｌ_ｉに所定距離δ加算した位置を基準角度設定距離Ｌ_ｉ０とし、実測定データと基準角度設定距離Ｌ_ｉ０とが交差する２点の角度θ_１，θ_２間に存在する角度データの平均値をレーザセンサ６１の回動角度θ_ｍを基準角度０に設定する。
【００７３】
このようにレーザセンサ６１による実測定データ、移動平均処理データなどを用い、また、基準角度設定距離Ｌ_ｉ０を設定することで、回動角度θ_ｉに対する距離Ｌ_ｉを高精度に測定することができ、セグメントＳ_Ｈ，Ｓ_Ｆの段差Ｈ及び隙間Ｓの検出精度を向上することができる。
【００７４】
なお、本発明のエレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法について、複数の実施形態を用いて説明したが、各実施形態を単独で構成するだけでなく、複数組み合わせて構成してもよい。
【００７５】
また、上述した各実施形態では、本発明のエレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法をシールド掘削機に適用して説明したが、トンネルボーリングに適用してもよく、覆工部材として適用したセグメントＳに代えて鋼材などで形成した支保であってもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のエレクタ制御装置によれば、所定の位置から保持覆工部材及び既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定する距離測定手段を保持覆工部材と既設覆工部材との間で移動自在に支持し、距離測定手段の測定結果に基づいて各覆工部材の段差を算出する段差演算手段と、距離測定手段の測定結果に基づいて各覆工部材の隙間を算出する隙間演算手段とを設け、制御手段は段差演算手段が算出した段差及び隙間演算手段が算出した隙間に基づいてエレクタ装置を駆動制御するので、距離測定手段だけで保持覆工部材と既設覆工部材との段差及び隙間を求めることができ、簡単な構造で保持覆工部材を高精度に位置決め可能とすることで構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化を図ると共に、覆工部材の組付作業性の向上を図ることができる。
【００７７】
請求項２の発明のエレクタ制御装置によれば、距離測定手段は、保持覆工部材と既設覆工部材との間でその隣接方向に沿って揺動自在に支持され、支持位置から各覆工部材までの距離をそれぞれ測定するので、たくさんの測定手段を扶養して構造の簡素化を図ることができる。
【００７８】
請求項３の発明のエレクタ制御装置によれば、段差演算手段は、距離測定手段が測定した支持位置から各覆工部材までの距離と距離測定手段の揺動角度とに基づいて所定の高さから既設覆工部材及び保持覆工部材までの垂直高さを算出し、保持覆工部材と既設覆工部材との垂直高さの差から段差を算出するので、簡単な構造で保持覆工部材を高精度に位置決め可能とすることで、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００７９】
請求項４の発明のエレクタ制御装置によれば、隙間演算手段は、距離測定手段が測定した支持位置から各覆工部材までの距離と距離測定手段の揺動角度とに基づいて保持覆工部材と既設覆工部材との隙間を算出するので、簡単な構造で保持覆工部材を高精度に位置決め可能とすることで、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００８０】
請求項５の発明のエレクタ制御装置によれば、距離測定手段が保持覆工部材と既設覆工部材との間を走査したときの測定距離に基づいて保持覆工部材と既設覆工部材との互いに隣接するエッジ位置を検出するエッジ位置検出手段を設け、段差演算手段がエッジ位置に基づいて所定の高さから既設覆工部材及び保持覆工部材までの垂直高さを算出し、保持覆工部材と既設覆工部材との垂直高さの差から段差を算出するので、各覆工部材のエッジ位置に対して両者の段差を求めることとなり、処理方法を簡素化することができると共に、データの高速処理を可能とすることができ、セグメント組付作業性の向上を図ることができる。
【００８１】
請求項６の発明のエレクタ制御装置によれば、距離測定手段が保持覆工部材と既設覆工部材との間を移動するときの測定距離に基づいて保持覆工部材と既設覆工部材との互いに隣接するエッジ位置を検出するエッジ位置検出手段を設け、隙間演算手段はエッジ位置に基づいて保持覆工部材と既設覆工部材との隙間を算出するので、各覆工部材のエッジ位置に対して両者の隙間を求めることとなり、処理方法を簡素化することができると共に、データの高速処理を可能とすることができ、セグメント組付作業性の向上を図ることができる。
【００８２】
請求項７の発明のエレクタ制御装置によれば、覆工部材の内周端部にコーキング溝が形成され、エッジ位置検出手段はコーキング溝の内側のエッジ位置を検出し、コーキング溝の溝幅を考慮して覆工部材のエッジ位置を検出するので、覆工部材のエッジ位置から各覆工部材の隙間を適正に検出することができる。
【００８３】
請求項８の発明のエレクタ制御装置によれば、エッジ位置検出手段は、距離測定手段が検出した測定距離の変化量に基づいてエッジ位置を検出するので、エッジ位置を簡単で且つ高精度に検出することができる。
【００８４】
請求項９の発明のエレクタ制御装置によれば、エッジ位置検出手段は、距離測定手段が覆工部材の内面に沿って測定した複数の測定データに基づいて生成した近似直線と、距離測定手段が覆工部材の端面に沿って測定した複数の測定データに基づいて生成した近似直線との交点をエッジ位置と特定するので、測定データを平均化（平滑化）して滑らかなデータとした上で、各近似直線の交点から覆工部材を位置設定したので、エッジ位置の検出精度を向上し、セグメント組付作業性の向上を図ることができる。
【００８５】
請求項１０の発明のエレクタ制御装置によれば、エッジ位置検出手段は、距離測定手段が覆工部材の内面に沿って測定した複数の測定データの移動平均に基づいて生成した近似直線と、距離測定手段が覆工部材の端面に沿って測定した複数の測定データを補間し、複数の測定データ及び補間データを移動平均して近似直線を生成するので、近似直線を測定データに精度良く近似した直線とすることができ、エッジ位置の検出精度を向上することができる。
【００８６】
請求項１１の発明のエレクタ制御装置によれば、距離測定手段が保持覆工部材及び既設覆工部材に対応した検査治具上を走査したときに検出した最短測定距離位置に基づいて距離測定手段の基準位置と設定し、隙間演算手段は、基準位置から保持覆工部材の端部までの距離と、基準位置から既設覆工部材の端部までの距離とに基づいて保持覆工部材と既設覆工部材との隙間を算出するので、距離測定手段の回動角度と距離を高精度に測定することができ、覆工部材の段差及び隙間の検出精度を向上し、セグメント組付作業精度の向上を図ることができる。
【００８７】
請求項１２の発明のエレクタ制御装置によれば、距離測定手段の揺動方向に応じて基準位置を設定するので、距離測定手段の回動方向に拘らず、回動角度と距離を高精度に測定することができる。
【００８８】
請求項１３の発明のエレクタ制御装置によれば、距離測定手段が検査治具上を走査したときに検出した測定距離データあるいは測定距離データから生成した移動平均処理データまたは二次回帰曲線における最短測定距離位置を距離測定手段の基準位置に設定するので、距離測定手段の回動角度に対する距離を高精度に測定することができ、覆工部材の段差及び隙間の検出精度を向上することができる。
【００８９】
請求項１４の発明のエレクタ制御装置によれば、距離測定手段が検査治具上を走査したときに検出した測定距離データあるいは測定距離データから生成した移動平均処理データまたは二次回帰曲線における最短測定距離位置を設定し、最短測定距離位置の測定距離データあるいは移動平均処理データに所定距離加算した位置の中間点を距離測定手段の基準位置に設定するので、距離測定手段の回動角度に対する距離を高精度に測定することができ、覆工部材の段差及び隙間の検出精度を向上することができる。
【００９０】
また、請求項１５の発明の覆工部材の組付方法によれば、距離センサを保持覆工部材と既設覆工部材との隣接方向に沿って揺動しながら各覆工部材までの距離をそれぞれ測定し、距離測定結果と距離センサの揺動角度とに基づいて各覆工部材の垂直高さをそれぞれ算出して各垂直高さの差から段差を算出すると共に、各覆工部材の隙間を算出し、段差及び隙間が減少するように保持覆工部材を移動して組み付けるようにしたので、距離測定手段だけで各覆工部材の段差及び隙間を求めることができ、短時間で容易に保持覆工部材を高精度に位置決めすることができ、覆工部材の組付作業性の向上を図ることができる。
【００９１】
請求項１６の発明の覆工部材の組付方法によれば、距離センサが保持覆工部材と既設覆工部材との間を走査したときの測定距離データに基づいて保持覆工部材と既設覆工部材との互いに隣接するエッジ位置を検出し、このエッジ位置の外側での各測定距離データから段差を算出する一方、エッジ位置の間隔から隙間を算出するようにしたので、各覆工部材のエッジ位置に対して両者の隙間を求めることとなり、処理方法を簡素化することができると共に、データの高速処理を可能とすることができ、セグメント組付作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエレクタ制御装置のブロック構成図である。
【図２】第１実施形態のエレクタ制御装置における超音波センサの距離検出方法を表す説明図である。
【図３】第１実施形態のエレクタ制御装置による超音波センサの揺動角度に対する検出距離を表すグラフである。
【図４】エレクタ装置の概略図である。
【図５】エレクタ装置の正面図である。
【図６】エレクタ装置の側面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るエレクタ制御装置のブロック構成図である。
【図８】第２実施形態のエレクタ制御装置におけるレーザセンサの距離検出方法を表す説明図である。
【図９】第２実施形態のエレクタ制御装置による段差と隙間の演算方法のフローチャートである。
【図１０】第２実施形態のエレクタ制御装置によるレーザセンサによる走査方法を表す説明図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るエレクタ制御装置による段差と隙間の演算方法を表すフローチャートである。
【図１２】第３実施形態のエレクタ制御装置によるエッジ検出方法を表す説明図である。
【図１３】第４実施形態に係るエレクタ制御装置のブロック構成図である。
【図１４】第４実施形態のエレクタ制御装置によるレーザセンサの基準角度の設定方法を表すグラフである。
【図１５】第５実施形態に係るエレクタ制御装置によるレーザセンサの基準角度の設定方法を表すグラフである。
【図１６】第６実施形態に係るエレクタ制御装置によるレーザセンサの基準角度の設定方法を表すグラフである。
【符号の説明】
１１　エレクタ装置
１２　掘削機本体
１３　シールドジャッキ
１５　旋回リング
１６　油圧モータ
１７　昇降台
１９　昇降ジャッキ
２０　制御装置
２４　移動ジャッキ
２８　セグメントサポート
３２　セグメント把持機構
４１，４２，４３，４４　超音波センサ（距離測定手段）
４９　駆動部
５０　検出部
５１，６３，７１　演算処理装置
５２，６７　段差演算部
５３，６８　隙間演算部
６１　レーザセンサ（距離測定手段）
６４　データ取込部
６５　セグメント表面計測部
６６　エッジ検出演算部
７２　レーザセンサの揺動方向選別部
７３　較正処理部
Ｓ_Ｈ　把持セグメント（保持覆工部材）
Ｓ_Ｆ　既設セグメント（既設覆工部材）

Claims (16)

1. トンネル壁面に組付けられた既設の覆工部材に対して、トンネル内に搬入された覆工部材を保持して組み付けるエレクタ装置において、前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との間で移動自在に支持されて所定の位置から該保持覆工部材及び該既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定する距離測定手段と、該距離測定手段の測定結果に基づいて前記既設覆工部材と前記保持覆工部材との段差を算出する段差演算手段と、前記距離測定手段の測定結果に基づいて前記既設覆工部材と前記保持覆工部材との隙間を算出する隙間演算手段と、前記段差演算手段が算出した段差及び前記隙間演算手段が算出した隙間に基づいて前記エレクタ装置を駆動制御する制御手段とを具えたことを特徴とするエレクタ制御装置。
2. 請求項１記載のエレクタ制御装置において、前記距離測定手段は、前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との間でその隣接方向に沿って揺動自在に支持され、該支持位置から前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定することを特徴とするエレクタ制御装置。
3. 請求項２記載のエレクタ制御装置において、前記段差演算手段は、前記距離測定手段が測定した支持位置から前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材までの距離と前記距離測定手段の揺動角度とに基づいて所定の高さから該既設覆工部材及び該保持覆工部材までの垂直高さを算出し、該保持覆工部材と該既設覆工部材との垂直高さの差から前記段差を算出することを特徴とするエレクタ制御装置。
4. 請求項２記載のエレクタ制御装置において、前記隙間演算手段は、前記距離測定手段が測定した支持位置から前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材までの距離と前記距離測定手段の揺動角度とに基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との隙間を算出することを特徴とするエレクタ制御装置。
5. 請求項１記載のエレクタ制御装置において、前記距離測定手段が前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との間を走査したときの測定距離に基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との互いに隣接するエッジ位置を検出するエッジ位置検出手段を設け、前記段差演算手段は、該エッジ位置検出手段の検出結果に基づいて所定の高さから該既設覆工部材及び該保持覆工部材までの垂直高さを算出し、該保持覆工部材と該既設覆工部材との垂直高さの差から前記段差を算出することを特徴とするエレクタ制御装置。
6. 請求項５記載のエレクタ制御装置において、前記距離測定手段が前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との間を移動するときの測定距離に基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との互いに隣接するエッジ位置を検出するエッジ位置検出手段を設け、前記隙間演算手段は、該エッジ位置検出手段の検出結果に基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との隙間を算出することを特徴とするエレクタ制御装置。
7. 請求項６記載のエレクタ制御装置において、前記覆工部材の内周端部にコーキング溝が形成され、前記エッジ位置検出手段は該コーキング溝の内側のエッジ位置を検出し、該コーキング溝の溝幅を考慮して前記覆工部材のエッジ位置を検出することを特徴とするエレクタ制御装置。
8. 請求項５記載のエレクタ制御装置において、前記エッジ位置検出手段は、前記距離測定手段が検出した測定距離の変化量に基づいて前記エッジ位置を検出することを特徴とするエレクタ制御装置。
9. 請求項５記載のエレクタ制御装置において、前記エッジ位置検出手段は、前記距離測定手段が前記覆工部材の内面に沿って測定した複数の測定データに基づいて生成した近似直線と、前記距離測定手段が前記覆工部材の端面に沿って測定した複数の測定データに基づいて生成した近似直線との交点を前記エッジ位置と特定することを特徴とするエレクタ制御装置。
10. 請求項９記載のエレクタ制御装置において、前記エッジ位置検出手段は、前記距離測定手段が前記覆工部材の内面に沿って測定した複数の測定データの移動平均に基づいて生成した近似直線と、前記距離測定手段が前記覆工部材の端面に沿って測定した複数の測定データを補間し、該複数の測定データ及び補間データを移動平均して前記近似直線を生成することを特徴とするエレクタ制御装置。
11. 請求項２記載のエレクタ制御装置において、前記距離測定手段が前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材に対応した検査治具上を走査したときに検出した最短測定距離位置に基づいて該距離測定手段の基準位置と設定し、前記隙間演算手段は、該基準位置から前記保持覆工部材の端部までの距離と、該基準位置から前記既設覆工部材の端部までの距離とに基づいて該保持覆工部材と該既設覆工部材との隙間を算出することを特徴とするエレクタ制御装置。
12. 請求項１１記載のエレクタ制御装置において、前記距離測定手段の揺動方向に応じて前記基準位置を設定することを特徴とするエレクタ制御装置。
13. 請求項１１記載のエレクタ制御装置において、前記距離測定手段が前記検査治具上を走査したときに検出した測定距離データあるいは該測定距離データから生成した移動平均処理データまたは二次回帰曲線における最短測定距離位置を前記距離測定手段の基準位置に設定することを特徴とするエレクタ制御装置。
14. 請求項１１記載のエレクタ制御装置において、前記距離測定手段が前記検査治具上を走査したときに検出した測定距離データあるいは該測定距離データから生成した移動平均処理データまたは二次回帰曲線における最短測定距離位置を設定し、該最短測定距離位置の測定距離データあるいは移動平均処理データに所定距離加算した位置の中間点を前記距離測定手段の基準位置に設定することを特徴とするエレクタ制御装置。
15. トンネル内に搬入された覆工部材を保持してトンネルの壁面に組付けられた既設覆工部材に対して組み付ける覆工部材の組付方法であって、距離センサを前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との隣接方向に沿って揺動しながら前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定し、該距離測定データと前記距離センサの揺動角度データとに基づいて前記保持覆工部材及び前記既設覆工部材の垂直高さをそれぞれ算出して各垂直高さの差から段差を算出すると共に、前記距離測定データと前記距離センサの揺動角度データとに基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との隙間を算出し、前記段差及び前記隙間が減少するように前記保持覆工部材を移動して組み付けることを特徴とする覆工部材の組付方法。
16. 請求項１５記載の覆工部材の組付方法において、前記距離センサが前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との間を走査したときの測定距離データに基づいて前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との互いに隣接するエッジ位置を検出し、該エッジ位置の外側での各測定距離データから前記段差を算出する一方、該エッジ位置の間隔から前記隙間を算出することを特徴とする覆工部材の組付方法。

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