JP3535926B2

JP3535926B2 - セグメント組立装置

Info

Publication number: JP3535926B2
Application number: JP21374795A
Authority: JP
Inventors: 久儀橋本; 幸久平沢; 泰雄森; 貴巳草木; 宏毅多形; 亀井　　健
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1995-08-22
Publication date: 2004-06-07
Anticipated expiration: 2015-08-22
Also published as: JPH0960495A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機内
に搬入されたトンネル履行用セグメントを組み立てるセ
グメント組立装置に係り、特に、セグメントをセグメン
ト把持部に把持させるのに好適なセグメント組立装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的なセグメント組立装置はシ
ールド掘進機内に設置されたエレクタ装置を有し、この
エレクタ装置は搬送ホイスト装置により搬入されたセグ
メントピースを把持するセグメント把持部と、セグメン
ト把持部をトンネル周方向に動かす旋回モータ、セグメ
ント把持部をトンネル径方向に動かす押し付けジャッキ
およびセグメント把持部をトンネル軸方向に動かす前後
移動ジャッキを含む複数のアクチュエータとを有してい
る。このような一般的なセグメント組立装置を用いてセ
グメントを組み立てる場合、これから組み付けようとす
るセグメントピースを搬送ホイスト装置で搬送してエレ
クタ装置の下方の所定位置に載置した後、オペレータが
例えばペンダントスイッチを手動操作して旋回モータ、
押し付けジャッキおよび前後移動ジャッキを駆動するこ
とによりセグメント把持部を動かしてセグメントピース
を把持し、その後もオペレータの手動操作によりセグメ
ント把持部を所定の位置まで旋回させ、その位置でセグ
メントピースを組み付けていた。

【０００３】また、特開平４−１１１８９９号公報に
は、セグメントピースのグラウト穴に合致するネジ軸が
設けられたセグメント把持部を有するセグメント組立装
置が開示されている。この従来技術は、セグメント把持
部のネジ軸の内側に撮像手段であるＣＣＤカメラを設置
し、このＣＣＤカメラでセグメントピースのグラウト穴
とネジ軸内径部とを同時に撮像し、その画像データから
グラウト穴とネジ軸内径部の相対位置を検出し、その情
報に基づいてネジ軸をグラウト穴にねじ込むことにより
セグメント把持を自動的に行えるようにしたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、以下の問題点が存在する。上述した
一般的なセグメント組立装置では、オペレータがペンダ
ントスイッチを手動操作して旋回モータ、押し付けジャ
ッキおよび前後移動ジャッキを駆動することによりセグ
メントピースをセグメント把持部に把持させるので、セ
グメントピースをセグメント把持部に確実に把持させる
作業はたいへん煩雑であり、セグメント把持に時間がか
かっていた。

【０００５】一方、上記特開平４−１１１８９９号公報
に記載のものでは、エレクタ装置の下方に載置されたセ
グメントピースのグラウト穴をＣＣＤカメラにより撮像
し、そのＣＣＤカメラの画像データを基にしてセグメン
ト把持を自動的に行うことはできるが、ＣＣＤカメラに
セグメントピースのグラウト穴を撮像させるまでの工程
はオペレータの手動操作に頼らなければならないので、
この場合もセグメントピースをセグメント把持部に把持
させる作業は煩雑になる。

【０００６】また、特開平４−１１１８９９号公報には
記載されていないが、ＣＣＤカメラがセグメントピース
のグラウト穴を撮像できる位置にセグメント把持部を自
動的に移動させようとする場合、ＣＣＤカメラはセグメ
ント把持部のネジ軸の内側に設けられているので、ＣＣ
Ｄカメラのレンズ周囲にはネジ軸の壁が位置し、ＣＣＤ
カメラの撮像できる視野が非常に狭くなる。このため、
セグメント把持部のネジ軸がほぼセグメントピースのグ
ラウト穴に合う位置から大きくずれると、グラウト穴が
ＣＣＤカメラの視野に入らなくなり、グラウト穴とネジ
軸内径部の相対位置を検出できなくなる。特に、姿勢制
御機能を有しない通常のエレクタ装置では、姿勢制御機
能を有するエレクタ装置のような高剛性が期待できない
ため、セグメント把持部のネジ軸の位置が大きくずれる
ことが考えられ、この場合にはグラウト穴がＣＣＤカメ
ラの視野に入らなくなる可能性が大きい。したがって、
特開平４−１１１８９９号公報のものでは、セグメント
ピースのグラウト穴がＣＣＤカメラの視野内に入るよう
にセグメント把持部を自動的に移動させることは困難で
ある。

【０００７】本発明の目的は、セグメント組立位置にあ
るエレクタをトンネル前後方向後方に移動して既設セグ
メント上に載置されたセグメントを把持するまでの工程
を全て自動化し、さらに撮像手段の設置位置を工夫して
撮像手段の視野を広くすることによって、既設セグメン
ト上に載置されたセグメントを把持するまでの工程の自
動化を容易にすると共にオペレータの煩雑な操作を要す
ることなしにセグメントを短時間で把持することができ
るセグメント組立装置を提供することにある。

【０００８】

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は次の構成を採用する。すなわち、セグメント
把持装置を有するエレクタを備え、セグメント組立位置
にあるエレクタを前記組立位置のトンネル前後方向後方
にある既設セグメント上に載置されたセグメントを把持
できる位置まで動かしてそのセグメントを把持した後、
再度前記エレクタを前記セグメント組立位置に移動させ
て前記セグメントを位置決めし組み立てるセグメント組
立装置であって、前記エレクタをトンネル前後方向に移
動可能な摺動ジャッキを含み、前記エレクタをトンネル
内の所望の位置に動かす複数のアクチュエータと、前記
セグメント把持装置の前記トンネル前後方向のセグメン
ト搬入側の側面に設けられ、前記既設セグメント上に載
置されたセグメントを撮像する撮像手段と、前記エレク
タによるセグメント把持の起動開始を指示する指示手段
と、前記指示手段からの指示信号に基づき、前記既設セ
グメント上に載置されたセグメントを前記撮像手段によ
り撮像可能な初期位置に前記エレクタを移動するように
前記摺動ジャッキを制御し、さらに前記エレクタが前記
初期位置に達したときに前記撮像手段に前記セグメント
を撮像させ、この撮像した画像情報に基づいて前記エレ
クタが前記セグメントを把持できる把持位置に移動して
そのセグメントを把持するように前記アクチュエータを
制御する制御手段とを有する構成とする。

【００１０】以上の構成において、指示手段でセグメン
ト把握の起動開始が指示されると、制御手段は、セグメ
ント組立位置から既設セグメント上に載置されたセグメ
ントを撮像手段により撮像可能な初期位置にエレクタを
移動するように摺動ジャッキを制御し、エレクタが初期
位置に達したときに撮像手段にセグメントを撮像させ、
この撮像した画像情報に基づいてセグメントを把持でき
る把持位置にエレクタ移動させそのセグメントを把持さ
せる。これにより、組立位置トンネル前後方向後方の既
設セグメント上に載置されたセグメントをオペレータの
複雑な操作を要することなく短時間で把持することがで
きる。また、前記撮像手段はセグメント把持装置の前記
トンネル前後方向のセグメント搬入側の側面に設ける構
成としたことにより、撮像手段の視野は広くなり、その
広い視野でセグメントを撮像することができるので、撮
像手段の中心位置とセグメントの中心位置がある程度ず
れていても、セグメントを把持できる把持位置はその撮
像手段の画像データから正確に求められ、エレクタを初
期位置へ移動させる工程からエレクタの把持部に把持さ
せる工程までの自動化が容易となる。

【００１１】

【００１２】上記セグメント組立装置において、好まし
くは、前記制御手段は、前記エレクタが前記初期位置に
達したときに前記撮像手段に前記セグメントを撮像さ
せ、この撮像した画像情報に基づき前記把持位置を求め
る制御装置と、この制御装置で求めた把持位置に前記エ
レクタが移動して前記セグメントを把持するように前記
アクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置とを
有する。

【００１３】また、好ましくは、前記撮像手段は前記セ
グメントのグラウト穴を撮像するよう取り付けられ、前
記制御手段は、前記グラウト穴の位置情報に基づいて前
記エレクタが前記把持位置に移動して前記セグメントを
把持するよう前記アクチュエータを制御する

【００１４】また、好ましくは、前記撮像手段は前記セ
グメントグメントに係合された把持用金具を撮像するよ
う取り付けられ、前記制御手段は、前記把持用金具の位
置情報に基づいて前記エレクタが前記把持位置に移動し
て前記セグメントを把持するよう前記アクチュエータを
制御する。

【００１５】さらに、好ましくは、前記撮像手段は前記
セグメントのボルトボックスを撮像するよう取り付けら
れ、前記制御手段は、前記ボルトボックスの位置情報に
基づいて前記エレクタが前記把持位置に移動して前記セ
グメントを把持するよう前記アクチュエータを制御す
る。

【００１６】また、好ましくは、前記撮像手段は前記セ
グメントのボルトボックスを撮像するよう取り付けら
れ、前記制御手段は、前記ボルトボックスの位置情報に
基づいて前記エレクタが前記把持位置に移動して前記セ
グメントを把持するよう前記アクチュエータを制御す
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態を図
１〜図１３により説明する。図１及び図２において、本
実施形態のセグメント組立装置はエレクタ２を有し、こ
のエレクタ２はシールド本体１の後部に配置されてい
る。シールド本体１のリングガータ部１ａにはブラケッ
ト１ｂが取り付けられ、ブラケット１ｂにはローラ１２
が支持されている。ローラ１２はエレクタ２のエレクタ
リング３１の外径部の複数箇所に配置され、エレクタリ
ング３１を旋回自由に支持している。エレクタリング３
１は矩形断面のリングであり、内径部に図示しないギヤ
が取り付けられている。シールド本体１の内殻部材１ｄ
には旋回モータ１１が取り付けられ、この旋回モータ１
１の駆動によりエレクタリング３１は旋回モータ１１の
出力軸に取り付けたピニオン１３及び前記図示しないギ
ヤを介して旋回する。また、エレクタリング３１には旋
回位置を計測できる回転センサ３１ａが内蔵されてお
り、この回転センサ３１ａはその検出値を電気信号とし
て出力する。

【００１８】エレクタリング３１のテール側（図１のＰ
側）端面には矩形断面の左右一対のアーム３２がトンネ
ル後方に突き出し取り付けられ、左右のアーム３２の半
径方向内側にはトンネル前後方向（トンネル軸方向）に
平行に前後摺動用直線ベアリング３３がそれぞれ３本取
り付けられ、これら前後摺動用直線ベアリング３３には
ロッドガイド３４が取り付けられている。なお、本実施
形態ではアーム３２の内側にロッドガイド３４を取り付
けているが、ロッドガイド３４はアーム３２の外側に取
り付けても良い。ロッドガイド３４の切羽側（図１のＱ
側）端面には摺動ジャッキ３５が取り付けられ、この摺
動ジャッキ３５によりロッドガイド３４は前後摺動用直
線ベアリング３３にガイドされ、トンネル前後方向に摺
動可能となる。摺動ジャッキ３５にはストロークの計測
できるストローク計３５ａが内蔵され、このストローク
計３５ａはその検出値を電気信号として出力する。ま
た、ロッドガイド３４のほぼ中央部には押付方向に貫通
穴が設けられ、その貫通穴にはロッド３６が押付方向に
摺動自在に貫入させられ、ロッド３６の一端は吊りビー
ム３７に取り付けられている。吊りビーム３７は略門型
を成し、左右にロッド３６が取り付けられ、吊りビーム
３７の下面にはセグメント６を吊る為の部材である把持
用ネジ３８が設けられている。この把持用ネジ３８は図
３に示すようなセグメント６の中心位置に形成されてい
るグラウト穴６ａに合致し、吊りビーム３７の内部に取
り付けられた駆動モータ３９によりグラウト穴６ａにね
じ込まれる。また、ロッドガイド３４のテール側端部に
は押付ジャッキ４０が取り付けられ、押付ジャッキ４０
により吊りビーム３７は上下動する。また、吊りビーム
３７の下面には吊り下げたセグメント６の荷振れを防ぐ
振れ止め材４１が取り付けられている。ここで、吊りビ
ーム３７、把持用ネジ３８、振れ止め材４１はセグメン
ト６を把持するセグメント把持装置を構成する。

【００１９】シールド本体１には掘削土砂の排出用スク
リューコンベア３が設けられ、このスクリューコンベア
３により送られた掘削土砂はベルトコンベア４によりト
ンネル後方に輸送される。ベルトコンベア４の下には走
行レール（搬送ビーム）８が取り付けられ、ベルトコン
ベア４の一端はシールド本体１に設けられている柱１ｅ
に取り付けられ、他端は搬送ビーム８とともに図示しな
いトンネル後方のセグメント台車に取り付けられてい
る。

【００２０】搬送ビーム８の下にはセグメント搬送装置
１６が吊り下げられ、このセグメント搬送装置１６は、
搬送ビーム８に沿ってトンネル前後方向へ移動する走行
体４４、この走行体４４より切羽側に突き出し取り付け
られた略Ｌ字状の昇降部４５、この昇降部４５の切羽側
先端に取り付けられセグメント６を吊り下げる把持部４
６、走行体４４と昇降部４５との間に取り付けられ、昇
降部４５を走行体４４に対して昇降させる昇降ジャッキ
４７からなる。走行体４４の下部及び昇降部４５の上部
は断面矩形の角パイプ構造となっており、それぞれ外パ
イプ及び内パイプから成る昇降ガイド部４８を構成して
いる。走行体４４は、車輪４４ａ及びこの車輪４４ａを
搬送ビーム８に沿って走行させる図示しない走行用モー
タを有する。走行用モータ及び昇降ジャッキ４７は後述
するペンダントスイッチ１０９（図４参照）により駆動
される。セグメント搬送装置１６は図示しないセグメン
ト台車よりセグメント６を吊り下げて搬送し、図１に示
すようにエレクタ２がセグメントを組み立てる位置Ｐ１
（以下、セグメント組立位置Ｐ１とする）からわずかに
離れた既設セグメントリング９の所定位置Ｐ２（以下、
セグメント載置位置Ｐ２とする）に載置される。

【００２１】エレクタ２の吊りビーム３７のトンネル前
後方向のセグメント搬入側の側面にはセグメント６を撮
像するＣＣＤカメラ（撮像手段）１００が設けられてい
る。ＣＣＤカメラ１００は図４に示すように、セグメン
ト６のグラウト穴６ａのほぼ真上に来る位置Ｐ３（以
下、初期位置Ｐ３とする）にて図中Ｓの視野でセグメン
ト６のグラウト穴６ａを撮像するように取り付けられて
いる。また、ＣＣＤカメラ１００は映像信号ケーブル１
０１を介して画像処理装置１０５に接続され、画像処理
装置１０５はＣＣＤカメラ１００の画像を採取し、これ
をモニタ装置１０６に画像表示させるとともに画像処理
して制御装置１０２に出力する。制御装置１０２にはオ
ペレータが手動操作するペンダントスイッチ１０９が接
続され、このペンダントスイッチ１０９は、手動操作に
より前述した旋回モータ１１、摺動ジャッキ３５、押付
ジャッキ４０、ネジ駆動モータ３９、セグメント搬送装
置１６を駆動したり、後述するセグメント把持を指示す
る。制御装置１０２は図５に示すように、ペンダントス
イッチ１０９からの信号に応じて画像処理装置１０５を
制御するとともに、回転センサ３１ａ及びストローク計
３５ａからの検出信号、画像処理装置１０５からの画像
処理信号に基づいて所定の演算を行い、その結果をアク
チュエータ制御信号としてアクチュエータ制御装置１０
３に出力する。アクチュエータ制御装置１０３はそのア
クチュエータ制御信号に従って旋回モータ１１、摺動ジ
ャッキ３５、押付ジャッキ４０、ネジ駆動モータ３９を
制御する。

【００２２】次に、制御装置１０２におけるセグメント
把持制御機能を図６のフローチャートにより説明する。
ここで、エレクタ２は図７に示すセグメント組立位置Ｐ
１にあり、セグメント６はセグメント搬送装置１６によ
りトンネル後方から搬入され、図７に示すセグメント載
置位置Ｐ２に載置されたものとする。

【００２３】まずステップ５０において、ペンダントス
イッチ１０９からのセグメント６をエレクタ２に把持さ
せるための指示信号を入力したかどうかを判断し、指示
信号を入力したと判断されたときはステップ５１に進
む。

【００２４】ステップ５１においては、エレクタ２をセ
グメント組立位置Ｐ１からＬ１だけトンネル前後方向後
方の初期位置Ｐ３に移動させるための摺動ジャッキ３５
のアクチュエータ制御信号をアクチュエータ制御装置１
０３に出力する。

【００２５】続いてステップ５２において、摺動ジャッ
キ３５に内蔵されているストローク計３５ａからの検出
信号に基づきエレクタ２が初期位置Ｐ３に達したかどう
かを判断し、エレクタ２が初期位置Ｐ３に達したと判断
されたときはステップ５３に進む。

【００２６】続いてステップ５３において、画像処理装
置１０５に画像処理指示信号を送出し、ＣＣＤカメラ１
００にセグメント６のグラウト穴６ａを撮像させ、その
グラウト穴６ａの位置情報を採取して画像処理を用いて
セグメント６のグラウト穴６ａの中心位置すなわちセグ
メント６の中心位置を算出させる。この画像処理装置１
０５によるグラウト穴６ａの中心位置の算出としては次
の２つの方法が考えられる。

【００２７】通常の画像処理からグラウト穴６ａの中
心位置を求める方法この方法はグラウト穴６ａの輪郭からこのグラウト穴６
ａの中心位置を求めるものであり、まずＣＣＤカメラ１
００で検出した画像を２値化し、グラウト穴６ａの部分
の特徴がはっきり出るようにし、次いでこの画像を膨
張、収縮、平滑化、投射等の通常の画像処理を使って、
より特徴がはっきり出るようにする。その結果、検出画
面は図８に示すようになり、グラウト穴６ａの部分の中
心位置Ｇが分かる。このとき、検出画面が円にならない
ような場合は、処理方法又は形（エッジを鋭く等）を変
えて円になるようにし、その形状の中心位置を求める。
図８に示す検出画面からグラウト穴６ａの中心位置Ｇと
画面中心位置（ＣＣＤカメラ１００の中心位置）Ｏとの
ｘ方向及びｙ方向のずれ量ｄｘ，ｄｙが求められる。な
お、ｘ方向はトンネル前後方向を示し、ｙ方向はトンネ
ル幅方向を示している。

【００２８】パターンマッチングによりグラウト穴６
ａの中心位置を求める方法この方法は、画像処理装置１０５のメモリに図９（ａ）
に示すようなグラウト穴６ａのパターンＪをあらかじめ
登録しておき、図９（ｂ）に示すようなＣＣＤカメラ１
００による検出画面上においてグラウト穴６ａのパター
ンＪを端から順に探し、図９（ｂ）中Ｋで示す検出画面
上のグラウト穴６ａの部分とグラウト穴６ａのパターン
Ｊの合致率が所定の割合（例えば９０％以上）を越えた
場合、両者は一致したとして検出画面上のグラウト穴６
ａの部分Ｋの中心位置Ｇを求め、の方法と同様にグラ
ウト穴６ａの中心位置Ｇと画面中心Ｏとのｘ方向及びｙ
方向のずれ量ｄｘ，ｄｙを求める。ここでは、図９
（ａ）に示すようなグラウト穴６ａのパターンＪのみを
登録しているが、グラウト穴６ａが規定の位置に置かれ
たときの基準画像として登録しておき、検出画面をその
基準画像と比較するようにしてもよく、この方法につい
ては後述する。

【００２９】続いてステップ５４において、画像処理装
置１０５で求めたグラウト穴６ａの中心位置ＧとＣＣＤ
カメラ１００の中心位置Ｏとのｘ方向及びｙ方向のずれ
量ｄｘ，ｄｙを入力し、エレクタ２の把持用ネジ３８の
中心位置とグラウト穴６ａの中心位置が整合してセグメ
ント把持が可能となる把持位置Ｐ４（図示せず）を求
め、これに基づいてエレクタ２が把持位置Ｐ４に移動す
るような摺動ジャッキ３５及び旋回モータ１１の指令値
を求める。

【００３０】ここでは、まずエレクタ２の把持用ネジ３
８の中心位置がグラウト穴６ａの中心位置に一致するよ
うエレクタ２をトンネル前後方向後方に動かし、次いで
その位置にて把持用ネジ３８が降りてきてグラウト穴６
ａにねじ込まれるようエレクタ２をトンネル径方向に動
かしてセグメント６を把持させるようなアクチュエータ
指令値を求める。このとき、エレクタ２のトンネル径方
向の移動量に対応する押付ジャッキ４０の指令値、及び
把持用ネジ３８のねじ込み量に対応するネジ駆動モータ
３９の指令値はあらかじめ設定され制御装置１０２内の
メモリに記憶されており、エレクタ２のトンネル前後方
向の移動量に対応する摺動ジャッキ３５、及びトンネル
周方向の移動量に対応する旋回モータ１１の指令値がｘ
方向及びｙ方向のずれ量ｄｘ，ｄｙを用いて求められ
る。ｘ方向及びｙ方向のずれ量ｄｘ，ｄｙがともに０の
場合は、図４から分かるようにエレクタ２がトンネル前
後方向後方にＬだけ移動するような摺動ジャッキ３５の
指令値を求める。この移動量Ｌは基本移動量であり、ｘ
方向及びｙ方向のずれ量ｄｘ，ｄｙが０でない場合は、
エレクタ２が基本移動量Ｌにずれ量ｄｘ，ｄｙの分だけ
補正して摺動ジャッキ３５及び旋回モータ１１の指令値
を求める。

【００３１】続いてステップ５５において、摺動ジャッ
キ３５及び旋回モータ１１の指令値をアクチュエータ制
御信号としてアクチュエータ制御装置１０３に出力す
る。

【００３２】続いてステップ５６において、旋回モータ
１１及び摺動ジャッキ３５にそれぞれ内蔵されている回
転センサ３１ａ及びストローク計３５ａからの検出信号
に基づき、エレクタ２の把持用ネジ３８の中心位置がグ
ラウト穴６ａの中心位置に一致して把持用ネジ３８がグ
ラウト穴６ａにねじ込み可能かどうかを判断し、ねじ込
み可能であると判断されたときはステップ５７に進む。

【００３３】続いてステップ５７において、エレクタ２
の把持用ネジ３８をセグメント６のグラウト穴６ａにね
じ込むことによりエレクタ２にセグメント６を把持させ
るための押付ジャッキ４０及びネジ駆動モータ３９のア
クチュエータ制御信号をアクチュエータ制御装置１０３
に出力する。

【００３４】以上のように構成した本実施形態のセグメ
ント組立装置の動作を示す。まず、オペレータがトンネ
ル後方の図示しないセグメント台車に置かれているセグ
メント６のグラウト穴６ａに吊金具１４を取り付け、ペ
ンダントスイッチ１０９の手動操作によりセグメント搬
送装置１６の昇降ジャッキ４７を駆動して昇降フレーム
４５を下げ、把持部４６と吊金具１４に把持ピン１５を
差し込んだ後、昇降フレーム４５を上げることによりセ
グメント６を吊り下げる。次いで、走行体４４を駆動し
てセグメント搬送装置１６を搬送ビーム８に沿ってエレ
クタ２付近まで移動させ、セグメント６がセグメント載
置位置Ｐ２まで来たら走行体４４の走行を停止し、昇降
フレーム４５を下げてセグメント６を現在組み立ててい
る組立セグメントリング１０に隣接する既設セグメント
リング９の上に置き、その後把持ピン１５を抜き吊金具
１４を外す。なお、図１は把持部４６に把持ピン１５を
差し込んでセグメント６を把持してセグメント搬送装置
１６に吊り下げ、既設セグメントリング９のセグメント
載置位置Ｐ２に置こうとしている状態を示す。

【００３５】搬入されたセグメント６の載置が完了した
ら、セグメント搬送装置１６の昇降フレーム４５を引き
上げ、次のセグメント６を取りにトンネル後方に走行移
動させる。この時、エレクタ２は前セグメント６＊を把
持し、セグメント組立位置Ｐ１において旋回モータ１１
によりエレクタ２を旋回させて前セグメント６＊を組み
立てる。

【００３６】前セグメント６＊を所定位置に組立完了し
たら、オペレータはペンダントスイッチ１０９の手動操
作によりセグメント把持の起動を開始させる。そうする
と、制御装置１０２は図７に示すようにエレクタ２がセ
グメント組立位置Ｐ１から初期位置Ｐ３に移動するよう
摺動ジャッキ３５を伸長させ、エレクタ２が初期位置Ｐ
３に達したら、ＣＣＤカメラ１００にセグメント６のグ
ラウト穴６ａを撮像させる。画像処理装置１０５はＣＣ
Ｄカメラ１００の画像を採取し、セグメント６のグラウ
ト穴６ａの位置情報からグラウト穴６ａの中心位置Ｇと
ＣＣＤカメラ１００の画面中心位置Ｏとのｘ方向及びｙ
方向のずれ量ｄｘ，ｄｙを求める。制御装置１０２はこ
のずれ量ｄｘ，ｄｙに基づき把持位置Ｐ４を求め、エレ
クタ２がその把持位置Ｐ４に移動するように、まず摺動
ジャッキ３５及び旋回モータ１１を駆動してエレクタ２
の把持用ネジ３８の中心位置がグラウト穴６ａの中心位
置に一致するようにし、次いで押付ジャッキ４０を伸長
させるとともにネジ駆動モータ３９を回転させ、把持用
ネジ３８とセグメント６のグラウト穴６ａを連結してセ
グメント６の把持を完了させる。

【００３７】そして、オペレータはペンダントスイッチ
１０９を用いて、押付ジャッキ４０を収縮させて吊りビ
ーム３７を引き上げた後、摺動ジャッキ３５を収縮させ
てエレクタ２をセグメント組立位置Ｐ１まで移動させ、
旋回モータ１１を回転させてエレクタ２を所定の旋回位
置まで旋回させ、その位置でセグメント６の組立を行
う。このセグメント６の組立中に、オペレータはペンダ
ントスイッチ１０９の手動操作によりセグメント搬送装
置１６を動かし、次に組み立てるセグメント６をセグメ
ント載置位置Ｐ２に載置させる作業を行う。

【００３８】以上のように構成した本実施形態のセグメ
ント組立装置によれば、オペレータがセグメント把持を
指示すると、制御装置１０２は、エレクタ２をセグメン
ト組立位置Ｐ１から初期位置Ｐ３に移動させ、その初期
位置Ｐ３にてＣＣＤカメラ１００にセグメント６のグラ
ウト穴６ａを撮像させ、このグラウト穴６ａの位置情報
に基づいて把持位置Ｐ４を求め、エレクタ２をその把持
位置Ｐ４に移動させエレクタ２にセグメント６を把持さ
せるので、セグメント６をオペレータの煩雑な操作を要
することなく短時間で把持することができる。

【００３９】また、ＣＣＤカメラ１００は吊りビーム３
７のトンネル前後方向のセグメント搬入側の側面に取り
付けられているので、ＣＣＤカメラ１００を把持用ネジ
３８の内側に取り付けた場合に比べて、ＣＣＤカメラ１
００の視野は広くなり、その広い視野でセグメント６の
グラウト穴６ａを撮像することができる。このため、Ｃ
ＣＤカメラ１００の画面中心位置とグラウト穴６ａの中
心位置がある程度ずれていてもグラウト穴６ａはＣＣＤ
カメラ１００の視野に確実に入り、把持位置Ｐ４はＣＣ
Ｄカメラ１００の画像データから正確に求められるの
で、エレクタ２を初期位置Ｐ３へ移動させる工程からセ
グメント６をエレクタ２に把持させる工程までの自動化
が容易になる。

【００４０】また、ＣＣＤカメラ１００を把持用ネジ３
８の内側に取り付けると、把持用ネジ３８の構造が複雑
になりかつ強度を持たせるために構造を大きくする必要
があり、コストアップの要因となるが、本実施形態では
ＣＣＤカメラ１００を吊りビーム３７の側面に取り付け
たので、把持用ネジ３８の構造を複雑にかつ大きくする
必要はなく、コストダウン化が図れる。

【００４１】なお、本実施形態では、セグメント搬送装
置１６によるセグメント６のセグメント載置位置Ｐ２へ
の搬送及び載置をペンダントスイッチ１０９を用いて行
うものとしたが、セグメント６の搬送及び載置も自動で
行ってもよく、この場合は、セグメント６の搬送、載置
からセグメント６の把持まで自動的に行われるので、セ
グメント６の組立時間が短縮される。また、本実施形態
では、エレクタ２によるセグメント６の組立もペンダン
トスイッチ１０９を用いて行うものとしたが、セグメン
ト６の搬送及び載置に加えてセグメント６の組立も自動
で行ってもよく、この場合は、セグメント６の搬送、載
置とセグメント６の組立が連続的に行われるので、セグ
メント６の組立時間が大幅に短縮される。

【００４２】本発明の第２の実施形態を図１０〜図１６
により説明する。本実施形態は、セグメント吊り下げ用
部材が第１の実施形態のようなセグメント６のグラウト
穴６ａにねじ込まれる把持用ネジ３８ではなく、セグメ
ント６のグラウト穴６ａに取り付けた把持用金具７０に
係合可能な係合部３８Ａであるエレクタ２Ａに本発明を
適用したものである。図中、第１の実施形態と同様の部
材及び手順には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００４３】図１０及び図１１において、エレクタ２Ａ
の吊りビーム３７の下面にはフォーク状の係合部３８Ａ
が取り付けられ、この係合部３８Ａは図１２に示すよう
に、フォーク部３８ａ、フォーク部３８ａの一方に取り
付けられたピン３８ｂ、ピンを３８ｂ中心に回転するス
トッパー３８ｃからなる。エレクタ２Ａがセグメント６
を把持する際には、図１３に示すように、セグメント６
のグラウト穴６ａにねじ込まれた把持用金具７０の上下
２つの鍔７０ａの間のロッド部７０ｂにフォーク部３８
ａを引っ掛けた後、図示しない回転機構によりストッパ
ー３８ｃをピン３８ｂを中心に図１６の矢印方向に回転
させて把持用金具７０が抜け落ちないようにする。

【００４４】本実施形態においては、ＣＣＤカメラ１０
０は図１４に示すように、初期位置Ｐ３＊にてセグメン
ト６の把持用金具７０のほぼ真上から図中Ｓの視野でセ
グメント６の把持用金具７０を撮像するように取り付け
られている。また、制御装置１０２Ａは図１５に示すよ
うに、回転センサ３１ａ、ストローク計３５ａ、画像処
理装置１０５及びペンダントスイッチ１０９からの信号
に基づいて所定の演算を行い、その結果をアクチュエー
タ制御信号としてアクチュエータ制御装置１０３に出力
し、アクチュエータ制御装置１０３はアクチュエータ制
御信号に従って旋回モータ１１、摺動ジャッキ３５、押
付ジャッキ４０を制御する。

【００４５】制御装置１０２Ａのセグメント把持制御機
能を図１６のフローチャートにより説明する。ステップ
５１Ａにおいては、ＣＣＤカメラ１００がセグメント６
の把持用金具７０を撮像できるように、エレクタ２Ａを
セグメント組立位置Ｐ１から初期位置Ｐ３＊に移動させ
るための摺動ジャッキ３５のアクチュエータ制御信号を
アクチュエータ制御装置１０３に出力する。

【００４６】ステップ５３Ａにおいては、画像処理装置
１０５に画像処理指示信号を送出し、ＣＣＤカメラ１０
０にセグメント６の把持用金具７０を撮像させ、その把
持用金具７０の位置情報を採取して画像処理を用いてセ
グメント６の把持用金具７０の中心位置すなわちセグメ
ント６の中心位置を算出させる。

【００４７】続いてステップ５４Ａにおいて、画像処理
装置１０５で求めた把持用金具７０の中心位置とＣＣＤ
カメラ１００の画面中心位置とのｘ方向及びｙ方向のず
れ量を入力し、エレクタ２Ａの係合部３８Ａが把持用金
具７０に係合してセグメント把持が可能となる把持位置
Ｐ４＊（図示せず）を求め、これに基づいてエレクタ２
が把持位置Ｐ４＊に移動するような押付ジャッキ４０、
摺動ジャッキ３５及び旋回モータ１１の指令値を求め
る。ここでは、まずエレクタ２Ａの係合部３８Ａのフォ
ーク部３８ａの高さが把持用金具７０のロッド部７０ｂ
の高さと一致するようエレクタ２ＡをＭ１だけ下げるよ
うな押付ジャッキ４０の指令値を求め、次いでその高さ
位置において係合部３８Ａのフォーク部３８ａが把持用
金具７０のロッド部７０ｂに来てその把持用金具７０を
係止できる即ちエレクタ２ＡをＭ２だけトンネル前後方
向後方に移動させるような摺動ジャッキ３５及び旋回モ
ータ１１の指令値を求める。

【００４８】続いてステップ５５Ａにおいて、押付ジャ
ッキ４０、摺動ジャッキ３５及び旋回モータ１１の指令
値をアクチュエータ制御信号としてアクチュエータ制御
装置１０３に出力する。

【００４９】本実施形態のセグメント組立においては、
まずオペレータが前述したセグメント台車に置かれてい
るセグメント６のグラウト穴６ａに把持用金具７０を取
り付けた後、第１の実施形態と同様にセグメント搬送装
置１６によりセグメント載置位置Ｐ２に搬送して載置す
る。エレクタ２Ａが前セグメント６＊を所定位置に組立
完了した後、オペレータがペンダントスイッチ１０９を
手動操作してセグメント６の把持を指示する。そうする
と、制御装置１０２Ａはエレクタ２Ａを初期位置Ｐ３＊
まで移動させ、エレクタ２Ａがその初期位置Ｐ３＊に達
すると、ＣＣＤカメラ１００にセグメント６の把持用金
具７０を撮像させる。画像処理装置１０５はＣＣＤカメ
ラ１００の画像から把持用金具７０の中心位置とＣＣＤ
カメラ１００の画面中心位置とのｘ方向及びｙ方向のず
れ量ｄｘ，ｄｙを求める。制御装置１０２Ａはこのずれ
量ｄｘ，ｄｙに基づき把持位置Ｐ４＊を求め、エレクタ
２がその把持位置Ｐ４＊に移動するように、押付ジャッ
キ４０、摺動ジャッキ３５及び旋回モータ１１を駆動す
る。これにより、エレクタ２Ａの係合部３８Ａが把持用
金具７０を係止し、エレクタ２Ａによるセグメント６の
把持が完了する。

【００５０】以上のように構成した本実施形態によれ
ば、第１の実施形態と同様に、セグメント６をオペレー
タの煩雑な操作を要することなく短時間で把持すること
ができる。

【００５１】本発明の第３の実施形態を図１７及び図１
８により説明する。本実施形態は第１の実施形態におい
て、セグメント６のグラウト穴６ａの位置情報から把持
位置Ｐ４を求める代わりに、図３に示すセグメント６の
ボルトボックス６ｂの位置情報から把持位置Ｐ４を求め
るものである。図中、第１の実施形態と同様の部材及び
手順には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００５２】画像処理装置１０５が前述またはの方
法を用いてグラウト穴６ａの中心位置を求める場合、ま
ず図１７に示すように、ＣＣＤカメラ１００がセグメン
ト６の全てのボルトボックスを撮像できるようＣＣＤカ
メラ１００の視野Ｓをグラウト穴６ａを撮像するときよ
りも大きくする。そして、図１８に示すような採取した
画像データからセグメント中心に対して点対称位置にあ
る２つのボルトボックス６ｂの中心位置Ｎ１，Ｎ２の座
標値を検出し、これらの座標値からセグメント６の中心
位置Ｇを求める。

【００５３】また、前述のパターンマッチングを用い
てセグメント６の中心位置Ｇを求める場合、画像処理装
置１０５のメモリに、図１９に示すような全てのボルト
ボックス６ｂが規定の位置に置かれたときの基準画像Ｍ
ｒ（図中点線）をあらかじめ登録しておき、ＣＣＤカメ
ラ１００による検出画面Ｍｄ（図中実線）を基準画像Ｍ
ｒと比較してもよい。この場合にはセグメント６の中心
位置Ｇだけでなく、セグメント６の載置姿勢を求めるこ
とも可能であり、例えば図１９に示すようにセグメント
６がヨーイングしたときは、検出画面Ｍｄのボルトボッ
クスの部分は基準画像Ｍｒのボルトボックスの部分より
も回転した位置となる。このようにセグメント６が傾い
ている場合には、例えばオペレータが制御装置１０２に
よるセグメント把持制御を停止させ、手動によりその傾
きを修正するなどして、セグメント６が傾いたまま組み
立てられることを防止することができる。

【００５４】なお、セグメント６のボルトボックス６ｂ
の画像からセグメント６の中心位置Ｇを求める場合、Ｃ
ＣＤカメラ１００は必ずしも全てのボルトボックス６ｂ
を撮像する必要はなく、セグメント６中心に対して点対
称位置にある少なくとも１組のボルトボックス６ｂを撮
像すればよい。

【００５５】また、第２の実施形態においてセグメント
６に取り付けられた把持用金具７０の位置情報から把持
位置Ｐ４を求める代わりに、本実施形態を適用してもよ
い。

【００５６】本発明の第４の実施形態を図２０により説
明する。本実施形態は第３の実施形態において、セグメ
ント６のボルトボックス６ｂの位置情報から把持位置Ｐ
４を求める代わりに、図３に示すセグメント６のコーナ
部６ｃの位置情報から把持位置Ｐ４を求めるものであ
る。

【００５７】画像処理装置１０５は、図２０に示すよう
な採取した画像データからセグメント中心に対して点対
称位置にある２つのコーナ部６ｃ（Ｎ１，Ｎ２）の座標
値を検出し、これらの座標値からセグメント６の中心位
置Ｇを求める。この場合もセグメント６の中心位置Ｇだ
けでなく、セグメント６の載置姿勢を求めることも可能
である。

【００５８】以上説明したいくつかの実施形態におい
て、ＣＣＤカメラ１００の視野は、大きくすると位置分
解能が低下し、小さくすると目的の部材が視野に入らな
くなることがある。また、ＣＣＤカメラ１００の視野が
同じでも、計測距離によって目的の部材が視野に入らな
くなることもある。従って、画像処理する対象物によっ
て最適な計測距離及び視野を選ぶ必要がある。

【００５９】本発明によれば、セグメント組立位置にあ
るエレクタを前記組立位置のトンネル前後方向後方にあ
る既設セグメント上に載置されたセグメントを把持でき
る位置まで動かしてそのセグメントをエレクタに把持さ
せるまでの工程が全自動となるので、前記既設セグメン
ト上にあるセグメントの把持を確実に行うためのオペレ
−タの負担を大幅に軽減することができるとともに撮像
手段の設置位置をセグメント把持装置のトンネル前後方
向のセグメント搬入側の側面に設けることにより、撮像
手段の視野は広くなり、その広い視野でセグメントを撮
像することができるので、撮像手段の中心位置とセグメ
ントの中心位置がある程度ずれていても、セグメントを
把持できる把持位置はその撮像手段の画像データから正
確に求められ、エレクタを初期位置へ移動させる工程か
らエレクタの把持部に把持させる工程までの自動化が容
易となる。

【００６０】また、セグメント把持装置を初期位置に移
動させる工程から、セグメント把持装置を把持位置に移
動させてセグメントをセグメント把持装置に把持させる
工程までの自動化を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるセグメント組立
装置のエレクタを搭載したシールド掘進機の全体図であ
る。

【図２】図１に示すシールド掘進機の後面断面図であ
る。

【図３】本発明の第１の実施形態に用いられるセグメン
トの上面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態によるセグメント中心
位置計測の説明図である。

【図５】本発明の第１の実施形態によるセグメント組立
装置の制御系構成図である。

【図６】図４に示す制御装置のセグメント把持制御機能
を示すフローチャートである。

【図７】本発明の第１の実施形態によるセグメント組立
装置の動作説明図である。

【図８】通常の画像処理からグラウト穴６ａの中心位
置を求める方法を用いたときのＣＣＤカメラの画面を示
す図である。

【図９】パターンマッチングによりグラウト穴６ａの
中心位置を求める方法を用いたときのＣＣＤカメラの画
面を示す図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態によるセグメント組
立装置のエレクタを搭載したシールド掘進機の全体図で
ある。

【図１１】図１０に示すシールド掘進機の後面断面図で
ある。

【図１２】図１０に示すエレクタの係合部を示す図であ
る。

【図１３】本発明の第２の実施形態に用いられるセグメ
ントに取り付けられる把持用金具を示す図である。

【図１４】本発明の第２の実施形態によるセグメント中
心位置計測の説明図である。

【図１５】本発明の第２の実施形態によるセグメント組
立装置の制御系構成図である。

【図１６】図１５に示す制御装置のセグメント把持制御
機能を示すフローチャートである。

【図１７】本発明の第３の実施形態によるセグメント中
心位置計測の説明図である。

【図１８】本発明の第３の実施形態によりセグメント中
心位置を求めるときのＣＣＤカメラの画面を示す図であ
る。

【図１９】本発明の第３の実施形態によりセグメント載
置姿勢を求めるときのＣＣＤカメラの画面を示す図であ
る。

【図２０】本発明の第４の実施形態によりセグメント中
心位置を求めるときのＣＣＤカメラの画面を示す図であ
る。

【符号の説明】

２エレクタ２Ａエレクタ６セグメント６ａグラウト穴６ｂボルトボックス６ｃコーナ部１１旋回モータ３５摺動ジャッキ３７吊りビーム３８把持用ネジ３８Ａ係合部３９駆動モータ４０押付ジャッキ７０把持用金具１００ＣＣＤカメラ１０２制御装置１０２Ａ制御装置１０５画像処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者草木貴巳茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者多形宏毅茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者亀井健茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (56)参考文献特開平４−111899（ＪＰ，Ａ) 特開平４−83098（ＪＰ，Ａ) 特開平４−353197（ＪＰ，Ａ) 実開平３−58400（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セグメント把持装置を有するエレクタを備
え、セグメント組立位置にあるエレクタを前記組立位置
のトンネル前後方向後方にある既設セグメント上に載置
されたセグメントを把持できる位置まで動かしてそのセ
グメントを把持した後、再度前記エレクタを前記セグメ
ント組立位置に移動させて前記セグメントを位置決めし
組み立てるセグメント組立装置であって、前記エレクタをトンネル前後方向に移動可能な摺動ジャ
ッキを含み、前記エレクタをトンネル内の所望の位置に
動かす複数のアクチュエータと、前記セグメント把持装置の前記トンネル前後方向のセグ
メント搬入側の側面に設けられ、前記既設セグメント上
に載置されたセグメントを撮像する撮像手段と、前記エレクタによるセグメント把持の起動開始を指示す
る指示手段と、前記指示手段からの指示信号に基づき、前記既設セグメ
ント上に載置されたセグメントを前記撮像手段により撮
像可能な初期位置に前記エレクタを移動するように前記
摺動ジャッキを制御し、さらに前記エレクタが前記初期
位置に達したときに前記撮像手段に前記セグメントを撮
像させ、この撮像した画像情報に基づいて前記エレクタ
が前記セグメントを把持できる把持位置に移動してその
セグメントを把持するように前記アクチュエータを制御
する制御手段とを有することを特徴とするセグメント組
立装置。
【請求項２】請求項１記載のセグメント組立装置におい
て、前記制御手段は、前記前記エレクタが前記初期位置
に達したときに前記撮像手段に前記セグメントを撮像さ
せ、この撮像した画像情報に基づき前記把持位置を求め
る制御装置と、この制御装置で求めた把持位置に前記エ
レクタが移動して前記セグメントを把持するように前記
アクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置とを
有することを特徴とするセグメント組立装置。
【請求項３】請求項１記載のセグメント組立装置におい
て、前記撮像手段は前記セグメントのグラウト穴を撮像
するよう取り付けられ、前記制御手段は、前記グラウト
穴の位置情報に基づいて前記エレクタが前記把持位置に
移動して前記セグメントを把持するよう前記アクチュエ
ータを制御することを特徴とするセグメント組立装置。
【請求項４】請求項１記載のセグメント組立装置におい
て、前記撮像手段は前記セグメントグメントに係合され
た把持用金具を撮像するよう取り付けられ、前記制御手
段は、前記把持用金具の位置情報に基づいて前記エレク
タが前記把持位置に移動して前記セグメントを把持する
よう前記アクチュエータを制御することを特徴とするセ
グメント組立装置。
【請求項５】請求項１記載のセグメント組立装置におい
て、前記撮像手段は前記セグメントのボルトボックスを
撮像するよう取り付けられ、前記制御手段は、前記ボル
トボックスの位置情報に基づいて前記エレクタが前記把
持位置に移動して前記セグメントを把持するよう前記ア
クチュエータを制御することを特徴とするセグメント組
立装置。
【請求項６】請求項１記載のセグメント組立装置におい
て、前記撮像手段は前記セグメントのコーナ部分を撮像
するよう取り付けられ、前記制御手段は、前記コーナ部
分の位置情報に基づいて前記エレクタが前記把持位置に
移動して前記セグメントを把持するよう前記アクチュエ
ータを制御することを特徴とするセグメント組立装置。