JPH07103799B2 - Automatic segment assembly equipment - Google Patents
Automatic segment assembly equipmentInfo
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- JPH07103799B2 JPH07103799B2 JP2401126A JP40112690A JPH07103799B2 JP H07103799 B2 JPH07103799 B2 JP H07103799B2 JP 2401126 A JP2401126 A JP 2401126A JP 40112690 A JP40112690 A JP 40112690A JP H07103799 B2 JPH07103799 B2 JP H07103799B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シールド工事用のセグ
メント自動組立装置に係り、特にセグメント組立精度の
向上を図るため、組立位置近傍に粗位置決めされた組立
セグメントと既設セグメントとの相対的な位置・姿勢の
偏差量を検出する手段に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic segment assembling apparatus for shield work, and in particular, in order to improve the segment assembling accuracy, a relative position between an assembling segment roughly positioned near the assembling position and an existing segment is provided. The present invention relates to a means for detecting a deviation amount of position / orientation.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、シールド工事でセグメントの自動
組立を行う場合、既設セグメントと組立セグメントとの
相対的な位置・姿勢の偏差量を検出する手段として、図
3に示すような光切断法を採用したものがある(園田徹
士ほか;セグメント自動組立システムの開発、昭和63
年度建設機械と施工法シンポジウム論文集、p.20〜
23、日本建設機械化協会)。2. Description of the Related Art Conventionally, in the case of automatically assembling a segment by shield work, an optical cutting method as shown in FIG. 3 is used as a means for detecting the amount of deviation between the relative position and orientation of the existing segment and the assembled segment. Some have been adopted (Tetsuji Sonoda et al .; Development of automatic segment assembly system, 1988
Of Construction Machinery and Construction Method Symposium, p. 20 ~
23, Japan Construction Mechanization Association).
【0003】これは、投光器3a 、3b からの2本のス
リット光を既設セグメント1と組立セグメント2のトン
ネル縦断方向の境界部に照射し、各々のスリット光像
A、A′、B、B′をテレビカメラ4a 、4b により撮
像し、これらテレビカメラからの画像データを画像処理
して各スリット光像の端点の座標を求め、その座標値か
ら既設セグメント1と組立セグメント2の相対的な位置
・姿勢の偏差量を演算し、これに基づいて組立セグメン
ト2の位置決め補正をしようとするものである。This is to irradiate the slit light images A, A ', B, B'of two slit lights from the light projectors 3a, 3b onto the boundary between the existing segment 1 and the assembled segment 2 in the tunnel longitudinal direction. Are imaged by the television cameras 4a and 4b, the image data from these television cameras are subjected to image processing to obtain the coordinates of the end points of each slit light image, and the relative positions of the existing segment 1 and the assembly segment 2 are calculated from the coordinate values. The deviation amount of the posture is calculated, and the positioning of the assembly segment 2 is corrected based on the calculated deviation amount.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、セグメント組
立時に既設セグメントと組立セグメントとの間の補正す
べき偏差量としては、図2に示すような6項目(ヒービ
ングΔZ、旋回量ΔY、摺動量ΔX、ピッチング量Δ
φ、ローリング量Δθ、ヨーイング量ΔΨ)が挙げられ
る。図3に示す2点のスリット光像から得られる情報で
は、前記6項目のすべてについて補正すべき偏差量を算
出することは不可能であり(特に旋回、ピッチングに関
する情報が不足している)、このため組立精度が不十分
となる恐れがある。However, as the deviation amount to be corrected between the existing segment and the assembled segment at the time of assembling the segment, there are six items as shown in FIG. 2 (heaving ΔZ, turning amount ΔY, sliding amount ΔX). , Pitching amount Δ
φ, rolling amount Δθ, yawing amount ΔΨ). With the information obtained from the two-point slit light image shown in FIG. 3, it is not possible to calculate the deviation amount to be corrected for all of the six items (particularly lacking information regarding turning and pitching), Therefore, the assembling accuracy may be insufficient.
【0005】本発明の目的は、上記のような、従来技術
ではセグメント位置決め補正が十分にできなかった点を
補完し、セグメント組立精度の向上を可能にしたセグメ
ント自動組立位置を提供することにある。また、他の目
的はセグメント位置決め補正の所要時間を短縮し、セグ
メント組立作業の能率向上を図ることにある。An object of the present invention is to provide a segment automatic assembling position capable of improving the segment assembling accuracy by complementing the above-mentioned point that the segment positioning correction cannot be sufficiently performed by the prior art. . Another object is to shorten the time required for segment positioning correction and improve the efficiency of segment assembly work.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1記載の発明は、シールド掘進機内に設置され
るエレクタ本体と、このエレクタ本体により組立位置近
傍に粗位置決めされた組立セグメントとトンネル縦断方
向にリング状に組み上げられた第1の既設セグメントお
よびこの第1の既設セグメントに組み上げられた第2の
既設セグメントとの相対的な位置・姿勢の偏差量を検出
する偏差量検出手段と、検出された偏差量に応じた制御
信号を前記エレクタ本体に出力して前記組立セグメント
の位置決め補正を行なう本体制御装置とを備えたセグメ
ント自動組立装置において、前記偏差量検出手段とし
て、前記組立セグメントと前記第1の既設セグメントと
のトンネル縦断方向の境界部にスリット光を照射する投
光手段とこの投光手段によるスリット光像を撮像する撮
像手段とからなる第1の視覚手段と、前記組立セグメン
トと前記第2の既設セグメントとのトンネル横断方向の
境界部にスリット光を照射する投光手段とこの投光手段
によるスリット光像を撮像する撮像手段とからなる第2
の視覚手段とを前記エレクタ本体に配置し、前記第1の
視覚手段および前記第2の視覚手段の少なくともいずれ
か一方を複数の投光手段と複数の撮像手段とから構成す
るとともに、前記第1の視覚手段を構成する撮像手段お
よび前記第2の視覚手段を構成する撮像手段からの信号
を入力し画像データとして格納する画像入出力装置およ
び画像メモリと、この画像メモリに格納された画像デー
タを画像処理して前記各スリット光像の前記組立セグメ
ント側の端点座標と前記第1の既設セグメント側の端点
座標と前記第2の既設セグメント側の端点座標とを求
め、その座標値から前記第1の既設セグメントおよび前
記第2の既設セグメントと前記組立セグメントとの相対
的な位置・姿勢の偏差量を演算し前記本体制御装置へ出
力する演算装置とを設けたことを特徴とする。In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an erector body installed in a shield machine, and an assembly segment roughly positioned by the erector body in the vicinity of an assembly position. How to cross the tunnel
The first existing segment assembled in a ring shape toward
And a deviation amount detecting means for detecting a deviation amount of relative position / orientation with respect to the second existing segment assembled in the first existing segment, and control according to the detected deviation amount.
A segment automatic assembling apparatus including a main body control device for outputting a signal to the erector main body to perform positioning correction of the assembling segment, wherein the deviation amount detecting means includes the assembling segment and the first existing segment.
Of the slit light on the boundary of the tunnel longitudinal direction.
Image capturing means for capturing a slit light image by the light means and the light projecting means
First visual means comprising an image means and the assembly segment
Of the tunnel and the second existing segment
Projecting means for irradiating the boundary with slit light and this projecting means
Second image pickup means for picking up a slit light image by
And the visual means of the
At least one of visual means and the second visual means
One of them is composed of a plurality of light projecting means and a plurality of image pickup means.
In addition, the image pickup means and the image pickup means that constitute the first visual means.
And an image input / output device and an image memory for inputting signals from the image pickup means constituting the second visual means and storing them as image data, and image processing of the image data stored in the image memory to perform slit light processing. The assembly of the statue
Coordinates on the side of the front end and the end points on the side of the first existing segment
The coordinates and the end point coordinates on the side of the second existing segment are obtained, and from the coordinate values, the first existing segment and the previous segment are calculated.
It calculates a deviation of the relative position and posture between the serial second existing segments and the assembly segment is characterized by providing an arithmetic unit for outputting to the main controller.
【0007】また、上記他の目的を達成するために請求
項2の発明は、前記演算装置に、前記各スリット光像の
端点座標から算出した前記組立セグメントと前記第1の
既設セグメントとのトンネル縦断方向の境界部のすきま
と段差および前記組立セグメントと前記第2の既設セグ
メントとのトンネル横断方向の境界部のすきまと段差を
それぞれ許容値と比較し、前記トンネル縦断方向境界部
のすきま、段差ともに許容値以内であって、前記トンネ
ル横断方向境界部にのみ許容値を超えるすきまが存在す
る特異な状態を判別する判別手段と、前記判別結果が得
られた場合、シールド軸線方向に延びる軸をX軸、この
X軸に直交しシールド径方向に延びる1軸をZ軸、X軸
およびZ軸に直交する他の1軸をY軸とするとき、前記
トンネル横断方向のすきまの算出値に基づいて、前記組
立セグメントの位置決め補正に必要なローリング量(X
軸回りの回転量)およびY軸方向、Z軸方向の各移動量
を演算、出力する処理手段とを具備させたことを特徴と
する。[0007] The invention of claim 2 in order to achieve the above another object, in the arithmetic apparatus, the assembly segment and the first of the calculated from the end point coordinates of the slit light images
Clearance at the boundary between the existing segment and the longitudinal direction of the tunnel
And step and the assembly segment and the second existing segment
Instruments and the tunnel transverse boundary gap and the step of comparing the respective allowable values, the tunnel longitudinal direction boundary portion of the gap, be within the allowable value in step both the tunnel <br/> Le transverse boundary and discriminating means for discriminating a peculiar state clearance is present in excess of tolerance only, if the determination result is obtained, extending an axis extending in the shield axis direction X-axis, the shield radial direction perpendicular to the X axis Z-axis uniaxial, the other one axis orthogonal to the X-axis and Z-axis when the Y-axis based on the calculated value of the clearance of the tunnel transverse to the positioning correction of the set <br/> standing segment Required rolling amount (X
About the axis of rotation) and the Y-axis direction, calculates the movement amount in the Z axis direction, characterized in that is equipped with processing means for outputting.
【0008】同様の目的で請求項3の発明は、前記演算
装置に、前記スリット光像の端点座標値から前記トンネ
ル横断方向境界部のすきまの値を算出し、その算出値に
基づいて前記トンネル横断方向境界部のすきまにより生
じる前記組立セグメントと前記第1の既設セグメントお
よび前記第2の既設セグメントとの相対的姿勢偏差分を
求め、この求めた相対的姿勢偏差分を前記各スリット光
像の端点座標値から算出した前記組立セグメントと前記
第1の既設セグメントおよび前記第2の既設セグメント
との相対的姿勢偏差量から差引き、その結果を最終的な
相対的姿勢偏差量として出力する姿勢偏差量補正手段を
具備させたことを特徴とする。[0008] The invention of claim 3 for the same purpose are, to the arithmetic unit calculates the value of the gap of the slit light image endpoint coordinate value or al the preparative N'ne <br/> Le transverse boundary of the Based on the calculated value, the assembly segment and the first existing segment caused by the clearance at the boundary portion in the tunnel transverse direction
Preliminary seek relative orientation deviations between the second existing segments, wherein this obtained the assembled segments relative orientation deviations were calculated from the end point coordinate values of the respective slit light image
First existing segment and the second existing segment
Subtracted from the relative position deviation between, characterized in that the result is provided with a posture deviation correcting means for outputting as a final relative position deviation.
【0009】同様の目的で請求項4記載の発明は、前記
演算装置に、画像データから前記組立セグメントと前記
第1の既設セグメントまたは前記第2の既設セグメント
との境界部のスリット光像端点が検出されなかった場
合、そのスリット光像の長さが所定以上か否かを判定
し、その結果、所定値以上と判定された場合には、あら
かじめ組立セグメントの粗位置決め前の状態で求めた組
立セグメント側のスリット光像端点座標を前記組立セグ
メント側と前記第1の既設セグメント側または前記第2
の既設セグメント側の両方のスリット光像端点座標とし
て認定する処理手段を具備させたことを特徴とする。For the same purpose, the invention according to claim 4 provides the arithmetic unit with the assembly segment and the image data from the image data.
1st existing segment or said 2nd existing segment
If the slit light image end point at the boundary with is not detected, it is determined whether or not the length of the slit light image is more than a predetermined value. the assembly segment slit light image endpoint coordinates the assembly segment side determined by coarse positioning state before the
Ment side and the first existing segment side or the second
Characterized in that the was provided processing means for certification as both a slit light image endpoint coordinates of the existing segment side.
【00010】[00010]
【作用】第1の視覚手段により組立セグメントと第1の
既設セグメントとのトンネル縦断方向境界部に投影され
たスリット光像が、また、第2の視覚手段により組立セ
グメントと第2の既設セグメントとのトンネル横断方向
境界部に投影されたスリット光像が画像入出力装置を介
し、画像データとして画像メモリ内に格納される。その
際、第1の視覚手段および第2の視覚手段の少なくとも
いずれか一方が複数の投光手段と複数の撮像手段とを有
しており、トンネル縦断方向境界部及びトンネル横断方
向境界部の少なくともいずれか一方のスリット光像が複
数個得られる。これにより、トンネル縦断方向とトンネ
ル横断方向のスリット光像は合計すると3個以上得られ
る。そして、これらの画像メモリに格納されたスリット
光像を演算装置により画像処理すると、組立セグメント
側のスリット光像の端点座標が3個以上、第1の既設セ
グメントおよび第2の既設セグメント側のスリット光像
の端点座標が3個以上求められ、これらのスリット光像
の端点座標値より図2に示す6項目の偏差量を算出する
ことができる。With the first visual means, the assembly segment and the first
It is projected on the boundary between the existing segment and the longitudinal direction of the tunnel.
The slit light image is also assembled by the second visual means.
Crossing the tunnel between the first segment and the second segment
The slit light image projected on the boundary is passed through the image input / output device.
Then, the image data is stored in the image memory. That
At this time, at least the first visual means and the second visual means
Either one has a plurality of light projecting means and a plurality of image pickup means.
The tunnel longitudinal direction boundary and how to cross the tunnel
The slit light image on at least one of the
You can get several. As a result, the tunnel longitudinal direction and tunnel
A total of three or more slit light images in the transverse direction can be obtained.
It And the slits stored in these image memories
When the optical image is processed by the arithmetic unit, the assembly segment
Side slit light image has three or more end point coordinates, the first existing section
Segment and the slit optical image of the second existing segment side
3 or more end point coordinates of the
Calculate the deviation amount of 6 items shown in FIG. 2 from the end point coordinate values
You can
【0011】また、第1の既設セグメントと組立セグメ
ントとの間のトンネル縦断方向境界部のすきま、段差と
もに許容値内であって、第2の既設セグメントと組立セ
グメントとの間のトンネル横断方向境界部にのみ許容値
を超えるすきまが存在する特異な場合には、後述するよ
うに、トンネル横断方向境界部のすきまの算出値に基づ
いて、組立セグメントの位置決め補正に必要なローリン
グ量およびY軸方向、Z軸方向の各移動量を演算装置で
演算し、その結果を本体制御装置へ出力させることによ
り、1回のスリット光像信号処理と偏差量演算で位置決
め補正を完了することができる。Further, both the clearance and the step of the boundary in the tunnel longitudinal direction between the first existing segment and the assembly segment are within the allowable values, and the boundary across the tunnel in the tunnel transverse direction between the second existing segment and the assembly segment. If there is a gap that exceeds the allowable value only in the section, as described later, based on the calculated value of the gap at the boundary in the tunnel crossing direction, the rolling amount and Y-axis direction required for the alignment correction of the assembly segment , By calculating each movement amount in the Z-axis direction by the calculation device and outputting the result to the main body control device, the positioning correction can be completed by one slit light image signal processing and deviation amount calculation.
【0012】請求項3の姿勢偏差量補正手段は、第1の
既設セグメントと組立セグメントのトンネル縦断方向境
界部のすきま、段差が許容値以内かどうかにかかわら
ず、第2の既設セグメントと組立セグメントのトンネル
横断方向境界部にすきまが存在する場合、このすきまに
よって生じる両セグメントの相対的姿勢偏差分を補正値
として、実際の相対的姿勢偏差量を算出することを可能
にする。According to a third aspect of the present invention, the posture deviation amount correcting means includes the second existing installation regardless of whether the clearance or the step between the first existing segment and the assembly segment at the boundary in the tunnel longitudinal direction is within the allowable value. When there is a clearance at the boundary between the segment and the assembled segment in the tunnel crossing direction, it is possible to calculate the actual relative attitude deviation amount by using the relative attitude deviation amount of both segments caused by the clearance as a correction value.
【0013】さらに請求項4の処理手段は、あらかじめ
組立セグメントの粗位置決め前の状態で組立セグメント
側のスリット光像端点座標を求めておくことにより、組
立セグメントの位置・姿勢を修正した後の組立セグメン
トと第1の既設セグメントまたは第2の既設セグメント
の境界部のスリット光像が重なって画像データからはス
リット光像の端点を検出できない場合でも、あらかじめ
求めた組立セグメント側のスリット光像端点座標から組
立セグメントと第1の既設セグメントまたは第2の既設
セグメント側の両方のスリット光像端点座標を求めるこ
とを可能にする。Furthermore the processing means according to claim 4, by previously seeking the slit light image endpoint coordinates of the assembly segment side in a state before the coarse positioning of the pre-assembled segment pairs
Assembly segment after adjusting the position and orientation of the vertical segment
Even if the slit light image at the boundary between the first existing segment and the second existing segment overlaps and the end point of the slit light image cannot be detected from the image data, the assembly obtained in advance Set from the slit light image end point coordinates on the segment side
It is possible to obtain the slit light image end point coordinates on both the vertical segment and the first existing segment or the second existing segment side.
【0014】[0014]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0015】図7〜図10に示すように、セグメント自
動組立に用いるエレクタ本体12は、円筒状をしたシー
ルド本体11の後部に設置される。このエレクタ本体1
2は、大別して旋回機構であるエレクタリング13と旋
回モータ16、押付(ヒービング)機構である吊りビー
ム21と押付ジャッキ22、旋回微調整機構である横ス
ライドフレーム24と横スライドジャッキ25、前後摺
動機構である前後スライドフレーム27と前後スライド
ジャッキ28、ピッチング、ローリング、ヨーイング等
の姿勢制御機構である球面フレーム29と姿勢制御用ジ
ャッキ31、32、33およびセグメント把持部34か
らなっている。As shown in FIGS. 7 to 10, the erector body 12 used for automatic segment assembly is installed at the rear part of the shield body 11 having a cylindrical shape. This Electa body 1
2 is roughly classified into an erector ring 13 and a slewing motor 16 which are slewing mechanisms, a suspension beam 21 and a pressing jack 22 which are a pressing (heaving) mechanism, a lateral slide frame 24 and a lateral slide jack 25 which are a slewing fine adjustment mechanism, and a longitudinal slide. It includes a front and rear slide frame 27 and a front and rear slide jack 28 which are moving mechanisms, a spherical frame 29 which is a posture control mechanism for pitching, rolling, yawing and the like, posture control jacks 31, 32 and 33 and a segment grip portion 34.
【0016】以下の説明では、シールド本体12の軸線
方向に延びる軸をX軸、X軸に直交しシールド本体12
の径方向に延びる1軸をZ軸、X軸およびZ軸に直交す
る他の1軸とY軸とする。In the following description, the axis extending in the axial direction of the shield body 12 is the X axis, and the shield body 12 is orthogonal to the X axis.
The one axis extending in the radial direction of is the Z axis, the X axis, and the other one axis orthogonal to the Z axis and the Y axis.
【0017】エレクタリング13は、シールド本体11
の複数箇所に配置された外周ガイドローラ14と側面ガ
イドローラ15により案内され、シールド本体11に取
り付けられた旋回モータ16によりピニオン17とリン
グギヤ18を介して旋回駆動される。これに伴い、エレ
クタリング13上に支持された以下の各部も同時に左右
旋回させられる。The elector ring 13 is a shield body 11.
It is guided by the outer peripheral guide roller 14 and the side surface guide roller 15 arranged at a plurality of positions, and is rotated by a turning motor 16 attached to the shield body 11 via a pinion 17 and a ring gear 18. Along with this, the following parts supported on the elector ring 13 are also turned to the left and right at the same time.
【0018】エレクタリング13の左右のアーム19に
ガイドロッド20を介して支持された吊りビーム21
は、アーム19との間に取り付けられた押付ジャッキ2
2の伸縮によりエレクタリング13の径方向(Z軸方
向)に移動させられ、これに伴い吊りビーム21上に支
持された以下の各部も同方向に移動する。A suspension beam 21 supported by left and right arms 19 of the elector ring 13 via guide rods 20.
Is a pressing jack 2 mounted between the arm 19 and
By the expansion and contraction of 2, the eclectic ring 13 is moved in the radial direction (Z-axis direction), and along with this, the following parts supported on the suspension beam 21 also move in the same direction.
【0019】吊りビーム21にリニアベアリング23を
介して支持された横スライドフレーム24は、吊りビー
ム21との間に取り付けられた横スライドジャッキ25
の伸縮により吊りビーム21上をY軸方向に横スライド
させられ、これに伴い横スライドフレーム24上に支持
された以下の各部も同方向に移動する。この動きはセグ
メント把持部34の旋回方向微調整に用いられる。The horizontal slide frame 24 supported by the suspension beam 21 via the linear bearing 23 is a horizontal slide jack 25 mounted between the suspension beam 21 and the suspension beam 21.
Is horizontally slid on the suspension beam 21 in the Y-axis direction by the expansion and contraction, and along with this, the following respective parts supported on the horizontal slide frame 24 also move in the same direction. This movement is used for fine adjustment of the turning direction of the segment grip portion 34.
【0020】横スライドフレーム24にリニアベアリン
グ26を介して支持された前後スライドフレーム27
は、横スライドフレーム24との間に取り付けられた前
後スライドジャッキ28の伸縮により横スライドフレー
ム24上をX軸方向に前後スライドさせられ、これに伴
い前後スライドフレーム27上に支持された以下の各部
も同方向に移動する。A front and rear slide frame 27 supported by a horizontal slide frame 24 through a linear bearing 26.
Is slid back and forth in the X-axis direction on the horizontal slide frame 24 due to the expansion and contraction of the front and rear slide jacks 28 mounted between the horizontal slide frame 24 and the following parts supported on the front and rear slide frame 27. Also moves in the same direction.
【0021】前後スライドフレーム27の球面ガイド部
27a に組み込まれた球面フレーム29は、前後スライ
ドフレーム27との間に取り付けられた2本の姿勢制御
用ジャッキ31、32の伸縮により次のような動きをす
る。図9において、2本のジャッキ31、32を同時に
伸長または収縮させた場合、球面フレーム29は球面中
心Gを含むX軸の回りに図7の矢印θ方向に傾けられ、
この動きはセグメント把持部34のローリング制御に用
いられる。ジャッキ31、32のいずれか一方を伸長さ
せ、他方を収縮させた場合は、球面フレーム29は球面
中心Gを含むZ軸の回りに図9の矢印Ψ方向に左右旋回
させられ、この動きはセグメント把持部34のヨーイン
グ制御に用いられる。The spherical frame 29 incorporated in the spherical guide portion 27a of the front and rear slide frame 27 moves as follows by the expansion and contraction of the two attitude control jacks 31 and 32 mounted between the front and rear slide frame 27. do. In FIG. 9, when the two jacks 31 and 32 are simultaneously extended or contracted, the spherical frame 29 is tilted around the X axis including the spherical center G in the arrow θ direction of FIG.
This movement is used for rolling control of the segment grip portion 34. When either one of the jacks 31 and 32 is extended and the other is contracted, the spherical frame 29 is rotated left and right around the Z axis including the spherical center G in the direction of arrow Ψ in FIG. It is used for yawing control of the grip portion 34.
【0022】球面フレーム29の中心軸30に吊り下げ
られたセグメント把持部34は、球面フレーム29との
間に取り付けられた姿勢制御用ジャッキ33の伸縮によ
り中心軸30の回りに図8の矢印φ方向に傾けられ、こ
の動きはセグメント把持部34のピッチング制御に用い
られる。The segment gripping portion 34 suspended from the central axis 30 of the spherical frame 29 is expanded and contracted by the attitude control jack 33 mounted between the spherical frame 29 and the spherical frame 29 to rotate around the central axis 30 by the arrow φ in FIG. Tilted in the direction, and this movement is used for pitching control of the segment gripping portion 34.
【0023】セグメント把持部34は、組立セグメント
2のグラウト穴35に合致する雄ねじが切られたねじ軸
36を備えている。また、セグメント把持部34には、
ねじ軸36を回転させる駆動モータ37と、ねじ軸36
を駆動モータ37、軸受ブラケット38と共に昇降動作
させる昇降ジャッキ39が装備されており、図示しない
位置決めセンサにより、エレクタ下に置かれた組立セグ
メント2のグラウト穴35にねじ軸36を心合せした
後、該ねじ軸36を回転させながらセグメント2に向っ
て突き出し、グラウト穴35へのねじ込み完了後、セグ
メント2がセグメント把持部34の端面に当るまでねじ
軸36を引き戻すことにより、セグメントの把持を完了
する。The segment grip 34 comprises a male threaded screw shaft 36 which matches the grout hole 35 of the assembly segment 2. In addition, in the segment grip 34,
A drive motor 37 for rotating the screw shaft 36, and a screw shaft 36
Is equipped with an elevating jack 39 for moving up and down together with a drive motor 37 and a bearing bracket 38, and after aligning the screw shaft 36 with the grout hole 35 of the assembly segment 2 placed under the erector by a positioning sensor (not shown), While the screw shaft 36 is rotated, the screw shaft 36 is projected toward the segment 2 and, after the screw is completely screwed into the grout hole 35, the screw shaft 36 is pulled back until the segment 2 hits the end face of the segment grip portion 34, thereby completing the segment grip. .
【0024】セグメントを自動組立する際には、エレク
タ本体12により組立セグメント2を所定の組立位置近
傍に粗位置決めした後、組立精度を確保するため、既設
セグメント1と組立セグメント2の相対的な位置・姿勢
の偏差量を検出し、位置決め補正を行う必要がある。こ
の位置決め補正を行うために本発明で採用した偏差量検
出手段を図1に示す。In automatically assembling the segments, after the assembly segment 2 is roughly positioned near a predetermined assembly position by the erector body 12, the relative position between the existing segment 1 and the assembly segment 2 is ensured in order to ensure the assembly accuracy. -It is necessary to detect the deviation amount of the posture and perform the positioning correction. FIG. 1 shows the deviation amount detecting means adopted in the present invention to perform this positioning correction.
【0025】図1において、1aは組立セグメント2に
対しトンネル縦断方向にリング状に組み上げられた既設
セグメント、1bは既設セグメント1aに組み上げられ
た既設セグメント、2は既設セグメントにボルト等によ
り接合される組立セグメントである。本図に示すよう
に、組立セグメント2が所定の組立位置近傍に粗位置決
めされた際、投光器3a、3b、3cからの3本のスリ
ット光を、その中の2本は既設セグメント1aと組立セ
グメント2のトンネル縦断方向の境界部に、他の1本は
既設セグメント1bと組立セグメント2のトンネル横断
方向の境界部にそれぞれ照射し、各々のスリット光像
(以下、光切断像と記す)A、A′、B、B′、C、
C′をテレビカメラ4a、4b、4cにより撮像する。
図11に示すように、これらの投光器とテレビカメラが
一体となった3組の視覚装置10a、10b、10cは
エレクタ本体12に装着されている。In FIG. 1, reference numeral 1a denotes an assembly segment 2.
On the other hand, it is an existing structure assembled in a ring shape in the longitudinal direction
Segment 1b is assembled into existing segment 1a
The existing segment 2 is an assembly segment that is joined to the existing segment with a bolt or the like. As shown in the figure, when the assembly segment 2 is roughly positioned in the vicinity of a predetermined assembly position, three slit lights from the light projectors 3a, 3b and 3c, two of which are the existing segment 1a and the assembly segment, At the boundary in the tunnel longitudinal direction of No. 2, the other one irradiates the boundary between the existing segment 1b and the assembly segment 2 in the tunnel transverse direction, and each slit light image (hereinafter referred to as light cut image) A, A ', B, B', C,
C'is imaged by the television cameras 4a, 4b, 4c.
As shown in FIG. 11, three sets of visual devices 10 a, 10 b, and 10 c in which these projectors and a television camera are integrated are attached to the erector body 12.
【0026】テレビカメラ4a 、4b 、4c からの画像
データは、カメラ切換器5により切換選択し、画像入出
力装置6を介して画像メモリ7に格納するとともに、画
像メモリ7の内容を画像入出力装置6を介して画像モニ
タ8に表示する。The image data from the television cameras 4a, 4b, 4c are selected by the camera switch 5 and stored in the image memory 7 via the image input / output device 6, and the contents of the image memory 7 are input / output. The image is displayed on the image monitor 8 via the device 6.
【0027】演算装置9は、画像メモリ7に格納された
データを画像処理して各々の光切断像の端点の座標を求
め、その座標値から既設セグメント1a 、1b と組立セ
グメント2の相対的な位置・姿勢の偏差量を演算し、エ
レクタ本体の制御装置(本体制御装置)へ出力する。The arithmetic unit 9 image-processes the data stored in the image memory 7 to obtain the coordinates of the end points of each light section image, and the relative values of the existing segments 1a and 1b and the assembly segment 2 are calculated from the coordinate values. The position / orientation deviation amount is calculated and output to the control device (main body control device) of the erector main body.
【0028】以下、演算装置9における画像処理、光切
断像の端点検出、偏差量演算等について説明する。The image processing, the detection of the end points of the light section image, the calculation of the deviation amount, etc. in the arithmetic unit 9 will be described below.
【0029】前記3点の光切断像は、図4の(a)、
(b)、(c)の表示画像に示すように、各々2本ずつ
のスリット光像A、A′、B、B′、C、C′として入
力される。これらの光切断像ではΔX1 、ΔX2 、ΔY
3 がすきまを、ΔY1 、ΔY2、ΔX 3 が段差を示す。
そこで、通常の画像処理の手法に従い、各々の画像デー
タを2値化し、スリット光部のみを白、他は黒に分け
る。この2値画像は画像メモリ内の原画に置き換えられ
るから、画像メモリ上を走査することにより、各々の光
切断像の端点a、a′、b、b′、c、c′の画像メモ
リ上での座標は容易に求められる。The light section images of the three points are shown in FIG.
As shown in the display images of (b) and (c), two slit light images A, A ', B, B', C, and C'are input. In these light section images, ΔX 1 , ΔX 2 , ΔY
3 indicates a clearance, and ΔY 1 , ΔY 2 , and ΔX 3 indicate steps.
Therefore, each image data is binarized according to a normal image processing method, and only the slit light portion is divided into white and the others are divided into black. Since this binary image is replaced with the original image in the image memory, by scanning the image memory, the end points a, a ', b, b', c, c'of the respective light-section images are displayed on the image memory. The coordinates of are easily found.
【0030】本実施例では、セグメント把持完了後、エ
レクタ本体12と組立セグメント2とはセグメント把持
部34を介して一体化された状態にある。また、図11
に示すように、投光器とテレビカメラを一体化した視覚
装置10a 、10b 、10cはエレクタ本体に装着され
ているので、視覚装置10a 、10b 、10c と組立セ
グメント2の相対的位置関係も不変と考え得る。In this embodiment, after the segment gripping is completed, the erector body 12 and the assembled segment 2 are in a state of being integrated via the segment gripping portion 34. In addition, FIG.
As shown in FIG. 3, since the visual devices 10a, 10b, 10c that integrate the light projector and the television camera are mounted on the erector body, it is considered that the relative positional relationship between the visual devices 10a, 10b, 10c and the assembly segment 2 is unchanged. obtain.
【0031】そこで、図5に示すような座標系(X、
Y、Z)を用いて既設セグメント1a、1b と組立セグ
メント2の相対的な位置・姿勢を求めることにする。な
お、この図5は説明を簡単にするために、セグメント形
状を直方体として示している。 Therefore, the coordinate system (X,
The relative position / orientation of the existing segments 1a, 1b and the assembly segment 2 will be obtained using Y, Z). Na
In addition, this Fig. 5 shows the segment shape for ease of explanation.
The shape is shown as a rectangular parallelepiped.
【0032】X、Y、Z座標の原点Oを組立セグメント
2の端点にとり、光切断像の端点を各々a、a′、b、
b′、c、c′とし、画像メモリ上でのこれら各点の座
標をa(Pax、Pay)、a′(Pax′、Pay′)、b
(Pbx、Pby)、b′(Pbx′、Pby′)、c(Pcx、
Pcy)、c ′(Pcx′、Pcy′)とする。またX、Y、
Z座標系に対する各点の絶対座標を、a(ax 、ay 、
az )、a′(ax ′、ay ′、az ′)、b(bx 、
by 、bz )、b′(bx ′、by ′、bz ′)、c
(cx 、cy 、cz )、c′(cx ′、cy ′、cz
′)、とする。The origin O of the X, Y, and Z coordinates is taken as the end point of the assembly segment 2, and the end points of the light section image are a, a ', b, respectively.
b ′, c, c ′, and the coordinates of these points on the image memory are a (Pax, Pay), a ′ (Pax ′, Pay ′), b.
( Pbx , Pby), b '(Pbx', Pby '), c (Pcx,
Pcy) and c '(Pcx', Pcy '). Also X, Y,
The absolute coordinates of each point with respect to the Z coordinate system are a (ax, ay,
az), a '(ax', ay ', az'), b (bx,
by, bz), b '(bx', by ', bz'), c
(Cx, cy, cz), c '(cx', cy ', cz
′),
【0033】図5から明らかなように、ax =0、ay
=La 、az =0、bx =0、by=Lb 、bz =0、
cx =Lc 、cy =0、cz =0である。ここで、La
、Lb 、Lc は座標原点から端点a、b、cまでの距
離で、視覚装置設置時に一義的に決まる定数である。As is apparent from FIG. 5, ax = 0, ay
= La, az = 0, bx = 0, by = Lb, bz = 0,
cx = Lc, cy = 0 and cz = 0. Where La
, Lb, Lc are distances from the coordinate origin to the end points a, b, c, and are constants uniquely determined when the visual device is installed.
【0034】また、画像メモリ上の座標を用いると、次
の関係が成り立つ。Using the coordinates on the image memory, the following relationship holds.
【0035】ax ′=(Pax−Pax′)・ΔP,ay ′
=(Pay−Pay′)・ΔP+La ,az ′=(Pay−P
ay′)・ΔP・tan ξ,bx ′=(Pbx−Pbx′)・Δ
P,by ′=(Pby−Pby′)・ΔP+Lb ,bz ′=
(Pby−Pby′)・ΔP・tanξ,cx ′=(Pcx−Pc
x′)・ΔP+Lc ,cy ′=(Pcy−Pcy′)・Δ
P,cz ′=(Pcy−Pcy′)・ΔP・tan ξここで、
ΔPは画像メモリ上の1画素当りの長さ、ξはスリット
光とカメラセンサ中心軸とのなす角度(図6参照)であ
る。Ax '= (Pax-Pax'). Multidot.P, ay '
= (Pay−Pay ′) · ΔP + La, az ′ = (Pay−P
ay ′) · ΔP · tan ξ, bx ′ = (Pbx−Pbx ′) · Δ
P, by '= (Pby-Pby'). Multidot.P + Lb, bz '=
(Pby−Pby ′) · ΔP · tanξ, cx ′ = (Pcx−Pc
x ′) · ΔP + Lc, cy ′ = (Pcy−Pcy ′) · Δ
P, cz ′ = (Pcy−Pcy ′) · ΔP · tan ξ where:
ΔP is the length per pixel on the image memory, and ξ is the angle between the slit light and the central axis of the camera sensor (see FIG. 6).
【0036】図6において、投光器3からのスリット光
はカメラセンサ中心軸に対し角ξで入射する。スリット
光と組立セグメント内面との交点をFとすると、交点F
の法線上にテレビカメラ4の結像レンズ41とイメージ
センサ42が配置されており、センサ面のD点に交点F
の像が結ばれる。また、スリット光と既設セグメント1
a 内面との交点F′とすると、交点F′の像はセンサ面
のE点に結ばれることを示している。In FIG. 6, the slit light from the projector 3 is incident on the camera sensor central axis at an angle ξ. Let F be the intersection of the slit light and the inner surface of the assembly segment.
The image forming lens 41 and the image sensor 42 of the television camera 4 are arranged on the normal line of, and the intersection point F is located at the point D on the sensor surface.
The image of is connected. Also, slit light and existing segment 1
It is shown that the image of the intersection F'is connected to the point E on the sensor surface, where F'is the intersection with the inner surface.
【0037】前記のような画像メモリ上での各点座標と
各点の絶対座標との関係か、6項目の偏差量は以下のよ
うに求まる。The deviation amount of the six items is obtained as follows, depending on the relationship between the coordinates of each point on the image memory and the absolute coordinates of each point.
【0038】 ヨーイング量Ψはtan Ψ=(bx ′−ax ′)/(by ′−ay ′) ローリング量θはtan θ=(bz ′−az ′)/(by ′−ay ′) ピッチング量φはtan φ=(cz ′−az ′)/(cx ′−ax ′) 摺動、旋回、ヒービング各量も3点について各々求める
ことができるが、前記ヨーイング、ローリング、ピッチ
ング各量を補正した後を考えると、摺動量ΔXはΔX=
ax ′、旋回量ΔYはΔY=cy ′、ヒービング量ΔZ
はΔZ=bz ′等で代表される値となる。The yawing amount Ψ is tan Ψ = (bx′−ax ′) / (by′−ay ′) rolling amount θ is tan θ = (bz′−az ′) / (by′−ay ′) pitching amount φ Tan φ = (cz ′ −az ′) / (cx ′ −ax ′) The sliding, turning, and heaving amounts can be obtained for each of the three points, but after the yawing, rolling, and pitching amounts have been corrected, , The sliding amount ΔX is ΔX =
ax ', turning amount ΔY is ΔY = cy', heaving amount ΔZ
Is a value represented by ΔZ = bz ′.
【0039】したがって、これらの値を補正すべき偏差
量として演算装置9から本体制御装置へ出力し、各々の
偏差量に応じて図7〜図10に示したエレクタ本体12
の位置・姿勢制御用ジャッキを動作させることにより、
組立セグメント2の位置・姿勢の補正が可能となる。Therefore, these values are output as deviation amounts to be corrected from the arithmetic unit 9 to the main body control unit, and the erector main body 12 shown in FIGS. 7 to 10 is output according to each deviation amount.
By operating the position / posture control jack of
The position / orientation of the assembly segment 2 can be corrected.
【0040】以上のように、基本的には1セグメント当
り3点の測定により6項目の偏差量算出が可能である
が、図12の(a)、(b)、(c)に示すように1リ
ング中に寸法、形状の異なる複数の種類のセグメント
(2a 、2b、2c )が存在し、また組立順序も各セグ
メントを一方向に次々と組む訳ではなく、同図の
(a)、(d)、(b)、(e)のように下部から左右
両側に交互に組んでいくため、組立方向によって測定箇
所が変わる。したがって、セグメント2a 、2b につい
ては少なくとも4箇所で測定可能なようにする必要があ
る。さらに、同図の(c)に示すセグメント2c はキー
セグメントとよばれ、1リング中、最後に組み込まれる
もので、他のセグメントに比べ小さく作られているた
め、他のセグメントとは測定箇所を変えなければならな
い。これらの点を考慮すると、視覚装置は少なくとも7
組必要となる。As described above, basically, it is possible to calculate the deviation amount of 6 items by measuring 3 points per segment, but as shown in FIGS. 12 (a), 12 (b) and 12 (c). There are a plurality of types of segments (2a, 2b, 2c) of different sizes and shapes in one ring, and the assembly order does not mean that the segments are assembled one after another in one direction. As shown in d), (b), and (e), since the parts are assembled from the lower part to the left and right sides alternately, the measurement location changes depending on the assembly direction. Therefore, the segments 2a and 2b need to be measured at at least four points. Further, the segment 2c shown in (c) of the figure is called a key segment, which is the last one incorporated in one ring and is made smaller than the other segments, so the measurement points are different from other segments. I have to change. Considering these points, the visual device has at least 7
A pair is required.
【0041】以上は請求項1に記載した発明の実施例に
ついて延べたものである。本実施例によれば、既設セグ
メントと組立セグメント間の相対的な位置・姿勢偏差量
の全てを検出できるが、図13に示すような特異な場合
には、組立セグメントの位置決め補正をするために少な
くとも2回の光切断像信号処理と偏差量演算が必要とな
る。すなわち、図13に示すように、既設セグメント1
a と組立セグメント2のトンネル縦断方向境界部の光切
断像A、A′、B、B′から得られるすきまΔX1 、Δ
X2 、段差ΔY1 、ΔY2 ともに0(もしくは許容値以
内)であり、既設セグメント1b と組立セグメント2の
トンネル横断方向境界部の光切断像C、C′から得られ
るすきまΔY3 、段差ΔX3 のうち、段差ΔX3は許容
値以内で、すきまΔY3 のみが許容値を超えている場
合、通常処理では、演算装置9はΔY3 に相当する偏差
量(旋回量ΔY)のみを出力し、これを受けて本体制御
装置は図7に示すエレクタ本体の横スライドジャッキ2
5のみを動作させる。この横スライドジャッキ25の動
作により、組立セグメント2は図13の(b)に示した
座標系(X、Y、Z)でY方向に移動する。移動後の組
立セグメントを図13の(b)の点線2′で示すと、組
立セグメント2′と既設セグメント1b 間のすきまは0
に近い値まで減少するが、セグメントは曲面を有してい
るため、今度は組立セグメント2′と既設セグメント1
b 間の段差が大きくなるとともに、組立セグメント2と
既設セグメント1a 間にも段差が生じる。したがって、
これらの新たに生じた偏差量を補正するために、再度光
切断像による段差の検出と偏差量演算を行い、その結果
出力により図7〜図10に示すローリング用ジャッキ3
1、32および押付ジャッキ22を動作させなくてはな
らなくなり、結局、位置決め補正に長時間を要すること
になる。The above is an extension of the embodiment of the invention described in claim 1. According to this embodiment, all the relative position / orientation deviation amounts between the existing segment and the assembly segment can be detected. However, in the peculiar case as shown in FIG. It is necessary to perform light section image signal processing and deviation amount calculation at least twice. That is, as shown in FIG. 13, the existing segment 1
Clearances ΔX 1 , Δ obtained from the light section images A, A ′, B, B ′ at the boundary between the tunneling direction of a and the assembly segment 2.
X 2 and the steps ΔY 1 and ΔY 2 are both 0 (or within an allowable value), and the clearance ΔY 3 and the step ΔX are obtained from the light-section images C and C ′ at the boundary between the existing segment 1 b and the assembly segment 2 in the tunnel transverse direction. of the three, the step [Delta] X 3 is within tolerance, when only the gap [Delta] Y 3 exceeds the allowable value, in normal processing, the arithmetic unit 9 outputs only amount deviation corresponding to [Delta] Y 3 (turning amount [Delta] Y) In response to this, the main body control device causes the lateral slide jack 2 of the erector main body shown in FIG.
Only 5 is operated. By the operation of the lateral slide jack 25, the assembly segment 2 moves in the Y direction in the coordinate system (X, Y, Z) shown in FIG. 13B. When the assembled segment after the movement is shown by a dotted line 2'in FIG. 13B, the clearance between the assembled segment 2'and the existing segment 1b is 0.
However, since the segment has a curved surface, this time the assembly segment 2'and the existing segment 1
As the step between b increases, a step also occurs between the assembly segment 2 and the existing segment 1a. Therefore,
In order to correct these newly generated deviation amounts, the step detection by the light section image and the deviation amount calculation are performed again, and the resulting output is used to output the rolling jack 3 shown in FIGS.
1, 32 and the pressing jack 22 must be operated, and in the end, positioning correction takes a long time.
【0042】この点を改善するためになされた請求項2
記載の発明の実施例について以下に説明する。Claim 2 made to improve this point.
Examples of the described invention will be described below.
【0043】まず、図13に示すような特異な状態、す
なわち既設セグメント1a と組立セグメント2のトンネ
ル縦断方向境界部のすきま、段差ともに0(もしくは許
容値以内)であって、既設セグメント1b と組立セグメ
ント2のトンネル横断方向境界部にのみ許容値を超える
すきまΔY3 が存在する場合のすきまΔY3 の検出方法
を図14を用いて説明する。図14の(a)において、
座標系(X、Y、Z)は図13と同様に組立セグメント
2の中点を座標原点とする座標系とし、スリット光投光
器3c およびテレビカメラ4c は、組立セグメント2の
端点cを通る法線上で座標原点より中心角αだけ回転し
た位置に設置されているものとする(図1参照)。この
ような構成として、図13に示すような特異な状態にお
ける既設セグメント1b と組立セグメント2のトンネル
横断方向境界部の光切断像C、C′を求めると、図14
の(b)に示すようになる。この光切断像C、C′より
組立セグメント2と既設セグメント1b のすきま(端点
c、c′間距離)ΔY3 が検出される。セグメントは曲
面を有しているため、段差ΔX3 も存在するが、実際に
は同図のすきまΔY3 は小さいため、段差ΔX3 はほと
んど0に等しくなり、許容値を超えるすきまΔY3 のみ
が検出されることになる。First, in a peculiar state as shown in FIG. 13, that is, the clearance and the step between the existing segment 1a and the assembly segment 2 at the boundary in the tunnel longitudinal direction are both 0 (or within the allowable value), and the existing segment 1b is assembled. the detection method of the gap [Delta] Y 3 when the gap [Delta] Y 3 only exceeds the permissible value in the tunnel transverse boundary of the segment 2 are present will be described with reference to FIG. 14. In FIG. 14 (a),
The coordinate system (X, Y, Z) is a coordinate system having the midpoint of the assembly segment 2 as the coordinate origin, as in FIG. 13, and the slit light projector 3c and the television camera 4c are on the normal line passing through the end point c of the assembly segment 2. Is installed at a position rotated by the central angle α from the coordinate origin (see FIG. 1). With such a configuration, when the light-section images C and C'at the boundary portion in the tunnel crossing direction between the existing segment 1b and the assembled segment 2 in a peculiar state as shown in FIG.
(B) of FIG. A clearance (distance between the end points c and c ′) ΔY 3 between the assembled segment 2 and the existing segment 1b is detected from the light section images C and C ′. Since the segment has a curved surface, there is also a step ΔX 3, but in reality the clearance ΔY 3 is small, so the step ΔX 3 is almost equal to 0, and only the clearance ΔY 3 exceeding the allowable value is present. Will be detected.
【0044】次に、このような場合の補正すべき偏差量
の算出方法を図15により説明する。Next, a method of calculating the deviation amount to be corrected in such a case will be described with reference to FIG.
【0045】図15の(a)には、図13の状態におけ
る組立セグメント2と既設セグメント1b を円弧PQと
STで示してある。セグメントの半径をR、組立セグメ
ント端点Pまでの中心角をαとし、セグメント円弧の中
心O′を座標原点とする座標系(x、y)を考えると、
セグメント円弧は当然x2 +y2 =R2 で表わされる。
また、既設セグメント端点をSとすると、線分PS=Δ
Y3 となり、<PO′S=η=ΔY3 /R(ラジアン)
で表わされる。さらに端点Sの座標は、S(R・sin
(α+η)、−R・cos (α+η))で表わされる。In FIG. 15A, the assembly segment 2 and the existing segment 1b in the state of FIG. 13 are indicated by arcs PQ and ST. Considering a coordinate system (x, y) where the radius of the segment is R, the central angle to the assembled segment end point P is α, and the center O ′ of the segment arc is the coordinate origin.
The segment arc is naturally represented by x 2 + y 2 = R 2 .
If the existing segment end point is S, the line segment PS = Δ
Y 3 and <PO'S = η = ΔY 3 / R (radian)
It is represented by. Furthermore, the coordinates of the end point S are S (R · sin
(Α + η), −R · cos (α + η)).
【0046】この状態から図7〜図10に示すローリン
グ用ジャッキ31、32により組立セグメントをηだけ
回転させると、図15の(b)に示す円弧P′Q′のよ
うに回転する。円弧P′Q′の中心はO″に移り、同図
から明らかなように中心O″の座標はO″(−R・sin
η、−R(1 −cos η))となる。一方、組立セグメン
ト端点P′の座標は同図により、P′(−R・sin η+
R・sin (α+η)、−R(1−cos η)−R・cos
(α+η))となる。すると、線分P′Q間のx・y方
向の距離Δx、Δyは次の数式で表わされる。From this state, when the assembly segment is rotated by η by the rolling jacks 31 and 32 shown in FIGS. 7 to 10, it is rotated like an arc P'Q 'shown in FIG. 15 (b). The center of the arc P′Q ′ moves to O ″, and as is clear from the figure, the coordinates of the center O ″ are O ″ (− R · sin
η, −R (1 −cos η)). On the other hand, the coordinates of the assembly segment end point P ′ are shown in the same figure as P ′ (− R · sin η +
R ・ sin (α + η), -R (1-cos η) -R ・ cos
(Α + η)). Then, the distances Δx and Δy in the x and y directions between the line segments P′Q are expressed by the following mathematical expressions.
【0047】 Δx=R・sin (α+η)+R・sin η−R・sin (α+η)=R・sin η Δy=R・cos (α+η)+R(1 −cos η)+R・cos (α+η)=R(1 −cos η) したがって、組立セグメントをΔx、Δyだけ移動させ
ると、端点P′と端点Qは一致する。また、Δx、Δy
だけ移動させると、中心O″と中心O′も一致するの
で、組立セグメントと既設セグメントは同一円弧上に存
在することになる。以上のことから、すきまΔY3 のみ
検出された場合には、組立セグメントをη=ΔY3 /R
(ラジアン)だけローリングさせた後、図14に示す座
標系(X、Y、Z)のY方向へR・sin η、Z方向へR
(1−cos η)だけ移動させればよいことがわかる。Δx = R · sin (α + η) + R · sin η−R · sin (α + η) = R · sin η Δy = R · cos (α + η) + R (1−cos η) + R · cos (α + η) = R (1-cos η) Therefore, when the assembly segment is moved by Δx and Δy, the end point P ′ and the end point Q coincide with each other. Also, Δx, Δy
By moving only the center O ″ and the center O ′, the assembled segment and the existing segment exist on the same arc. From the above, when only the clearance ΔY 3 is detected, the assembly is completed. Segment η = ΔY 3 / R
After rolling by (radian), R · sin η in the Y direction and R in the Z direction of the coordinate system (X, Y, Z) shown in FIG.
It can be seen that it is sufficient to move by (1-cos η).
【0048】このような位置決め補正を行うため、演算
装置9の処理フローに付加される処理内容を図16に示
す。まず、ステップ51で既設セグメント1aと組立セ
グメント2間のすきまΔX1 、ΔX2 、段差ΔY1 、Δ
Y2 が許容値以内かどうかを判断し、NOの場合はステ
ップ53で通常処理(ΔX1 、ΔX2 、ΔY1、ΔY2
を補正するための偏差量演算)を行う。ステップ51で
YESと判断された場合は、ステップ52で既設セグメ
ント1b と組立セグメント2間のすきまΔY3 が許容値
以内かどうかを判断し、YESの場合はこれで処理を終
了するが、NOの場合はステップ54で前述したη、Δ
x、Δyの偏差量演算を行い、ステップ55で演算結果
を出力する。この結果出力により、本体制御装置は図7
〜図10に示すエレクタ本体のローリング用ジャッキ3
1、32、横スライドジャッキ25および押付ジャッキ
22を動作させ、位置決め補正を完了する。In order to perform such positioning correction, calculation
FIG. 16 shows the processing contents added to the processing flow of the device 9.
You First, in step 51, the existing segment 1a and the assembly segment are assembled.
The clearance between the two segments ΔX1, ΔX2, Step ΔY1, Δ
Y2Is within the allowable value, and if NO, then the
Normal processing at step 53 (ΔX1, ΔX2, ΔY1, ΔY2
Deviation calculation for correcting the above). In step 51
If YES is determined, in step 52, the existing segment
Clearance ΔY between component 1b and assembly segment 23 Is the allowable value
Judge whether it is within the range, and if YES, end the processing with this.
However, in the case of NO, η and Δ described above in step 54.
The deviation amount of x and Δy is calculated, and the calculation result is obtained in step 55.
Is output. Based on the output of this result, the main body control device is shown in FIG.
-Rolling jack 3 of the erector body shown in FIG.
1, 32, horizontal slide jack 25 and push jack
22 is operated to complete the positioning correction.
【0049】次に、請求項3の姿勢偏差量補正手段につ
いて具体的に説明する。まず、図4に示す光切断像A・
A′、B・B′、C・C′から図17の(a)に示す組
立セグメント2上の基準座標系(X、Y、Z)を用いて
既設セグメント1a 、1b と組立セグメント2の相対的
姿勢偏差量を求めることにする。Next, the posture deviation amount correcting means of claim 3 will be concretely described. First, the light section image A shown in FIG.
The relative positions of the existing segments 1a, 1b and the assembly segment 2 from A ', B, B', C, C'using the reference coordinate system (X, Y, Z) on the assembly segment 2 shown in FIG. The amount of dynamic posture deviation is determined.
【0050】基準座標系(X、Y、Z)の原点Oに対
し、既設セグメント1a、1b および組立セグメント2
上の光切断像の端点a、a′、b、b′、c、c′の絶
対座標をa(ax 、ay 、az )、a′(ax ′、ay
′、az ′)、b(bx 、by、bz )、b′(bx
′、by ′、bz ′)、c(cx 、cy 、cz )、
c′(cx ′、cy ′、cz ′)、とすると、これら各
点の絶対座標値は、既述のように画像メモリ上の各点の
座標値から算出することができる。今、組立セグメント
2上にbを基点にしてb、a間を結ぶベクトルuとb、
c間を結ぶベクトルvを想定し、既設セグメント1a 、
1b 上にb′を基点にしてb′、a′間を結ぶベクトル
u′とb′、c′間を結ぶベクトルv′を想定する(図
17にはベクトルu′、v′のみを示す)。この各2本
ずつのベクトルu、vおよびu′、v′を単位ベクトル
化し、それぞれ外積を求めると、2本のベクトルに直交
するベクトルが得られる。この得られたベクトルを単位
ベクトル化し、例えばu、v′の単位ベクトルと再び外
積を求め、単位ベクトル化することにより、b、b′上
に互いに直交する3本ずつの単位ベクトルが得られる。
この3本ずつの単位ベクトルを直交3軸(x、y、
z)、(x′、y′、z′)とすると(図7にはx′、
y′、z′のみを示す)、これら直交3軸と基準座標系
(X、Y、Z)との関係はつぎの数式1のようになる。With respect to the origin O of the reference coordinate system (X, Y, Z), the existing segments 1a, 1b and the assembly segment 2 are arranged.
The absolute coordinates of the end points a, a ', b, b', c, c'of the above light section image are represented by a (ax, ay, az), a '(ax', ay
', Az'), b (bx, by, bz), b '(bx
', By', bz '), c (cx, cy, cz),
If c '(cx', cy ', cz'), the absolute coordinate values of these points can be calculated from the coordinate values of the points on the image memory as described above. Now, on the assembly segment 2, vectors u and b connecting b and a with b as the base point,
Assuming a vector v connecting between c, existing segment 1a,
A vector u'which connects b'and a'with b'as a base point on 1b and a vector v'which connects b'and c'are assumed (only vectors u'and v'are shown in FIG. 17). . When these two vectors u, v and u ′, v ′ are converted into unit vectors and their outer products are obtained, a vector orthogonal to the two vectors is obtained. The obtained vector is converted into a unit vector, for example, the unit product of u and v'is again obtained, and the unit vector is converted to obtain three unit vectors orthogonal to each other on b and b '.
These three unit vectors are orthogonal three axes (x, y,
z), (x ', y', z ') (in FIG. 7, x',
Only y ′ and z ′ are shown), and the relationship between these three orthogonal axes and the reference coordinate system (X, Y, Z) is given by the following mathematical formula 1.
【0051】[0051]
【数1】 [Equation 1]
【0052】一方、図17の(b)に示すようにX、
Y、Z軸に対するx′、y′、z′軸の回転角偏位を
θ′、φ′、Ψ′とし、同様にX、Y、Z軸に対する
x、y、z軸の回転角偏位をθ、φ、Ψとすると、次の
数式2の関係が成り立つ。On the other hand, as shown in FIG. 17B, X,
Let θ ′, φ ′, Ψ ′ be the rotation angle deviations of the x ′, y ′, and z ′ axes with respect to the Y and Z axes, and similarly, the rotation angle deviations of the x, y, and z axes with respect to the X, Y, and Z axes. Let θ be the θ, φ, and Ψ, then the relationship of the following Equation 2 is established.
【0053】[0053]
【数2】 [Equation 2]
【0054】数式1、数式2より組立セグメント側で
は、θ=n2 、φ=−n1 、Ψ=m1 として、また既設
セグメント側では、θ′=n2 ′、φ=−n1 ′、Ψ=
m1 ′として基準座標系(X、Y、Z)に対する回転角
偏位が求まる。ゆえに、組立セグメント2と既設セグメ
ント1a 、1b の相対的姿勢偏差量(回転偏差量)は、 Δθ=θ−θ′、Δφ=φ−φ′、ΔΨ=Ψ−Ψ′とし
て求まる。From the equations 1 and 2, on the assembly segment side
Is θ = n2, Φ = −n1, Ψ = m1 As well as existing
On the segment side, θ '= n2′, Φ = −n1′, Ψ =
m1The rotation angle with respect to the reference coordinate system (X, Y, Z) as'
Deviation is required. Therefore, the assembly segment 2 and the existing segment
The relative posture deviation amount (rotation deviation amount) of the components 1a and 1b is Δθ = θ−θ ′, Δφ = φ−φ ′, ΔΨ = Ψ−Ψ ′.
Can be obtained.
【0055】ところで、組立セグメント2を粗位置決め
した状態で、図18の(a)、(b)に示すように隣接
する既設セグメント1b とのトンネル横断方向境界部に
旋回方向のすきまLが存在する場合、テレビカメラ4c
により撮像される光切断像の端点c、c′間では、セグ
メントの有する円弧形状からZ方向の距離差Kが比較的
大きな値として検出される。これに対し、既設セグメン
ト1a と組立セグメント2のトンネル縦断方向境界部に
おける光切断像の端点a、a′およびb、b′間では、
Z方向の距離差が比較的小さな値として検出される。こ
のため、前述した相対的姿勢偏差量の演算結果では、組
立セグメント2の既設セグメント1a 、1b に対するY
軸回りのピッチング量Δφが実際より大きな値として検
出されてしまう。また、端点c、c′間のセグメント中
心O′に対する角度をηとすると、ηだけ組立セグメン
ト2の既設セグメント1a 、1b に対するX軸回りのロ
ーリング量Δθが実際より大きく検出される。このよう
に各々の光切断像端点座標からのみ姿勢偏差量を求める
と、旋回方向のすきまLの影響によりピッチング量Δφ
およびローリング量Δθが実際より大きな値として検出
されてしまうため、すきまLより生じた姿勢偏差分だけ
補正しないと実際の姿勢偏差量は得られない。By the way, in the state where the assembled segment 2 is roughly positioned, as shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b), there is a clearance L in the turning direction at the boundary portion between the adjacent existing segment 1b and the tunnel crossing direction. In case of TV camera 4c
The distance difference K in the Z direction is detected as a relatively large value between the end points c and c ′ of the light section image captured by the above because of the arc shape of the segment. On the other hand, between the end points a, a ′ and b, b ′ of the light section image at the boundary between the existing segment 1a and the assembly segment 2 in the tunnel longitudinal direction,
The distance difference in the Z direction is detected as a relatively small value. Therefore, in the calculation result of the relative attitude deviation amount described above, Y for the existing segments 1a, 1b of the assembly segment 2 is calculated.
The pitching amount Δφ about the axis is detected as a value larger than the actual value. When the angle between the end points c and c ′ with respect to the segment center O ′ is η, the rolling amount Δθ around the X axis with respect to the existing segments 1a and 1b of the assembly segment 2 is detected by η larger than the actual value. In this way, when the attitude deviation amount is obtained only from the coordinates of each light-section image end point, the pitching amount Δφ due to the influence of the clearance L in the turning direction.
Since the rolling amount Δθ is detected as a value larger than the actual value, the actual posture deviation amount cannot be obtained unless the posture deviation caused by the clearance L is corrected.
【0056】その補正方法として、まずテレビカメラ4
c により得られた光切断像から図18に示すc、c′間
のすきまLの値を求める。このLの値は、セグメント内
径をRとすると、L≒R・ηとして表わされる。したが
って、旋回方向すきまLによるX軸回りのローリング量
δは、δ=η≒L/Rとして求められる。また、テレビ
カメラ4c の取付位置とZ軸との間のセグメント中心
O′に対する角度をαとすると、旋回方向すきまLによ
るY軸回りのピッチング量ωは、ω=R{cos α−cos
(α+L/R)}/Lcxとして求められる。ここで、L
cxはテレビカメラ4c の取付位置と組立セグメント2の
既設セグメント1a 側端部とのX方向距離である。した
がって、上記δ、ωを補正量として前述の光切断像端点
座標から求めた姿勢偏差量から差引くことにより、実際
の姿勢偏差量が得られる。すなわち、実際の姿勢偏差量
(ローリング量Δθおよびピッチング量Δφ)は次のよ
うになる。As a correction method, first, the TV camera 4
The value of the clearance L between c and c ′ shown in FIG. 18 is obtained from the light section image obtained by c. This value of L is expressed as L≈R · η, where R is the segment inner diameter. Therefore, the rolling amount δ around the X axis due to the clearance L in the turning direction is obtained as δ = η≈L / R. Further, when the angle between the mounting position of the television camera 4c and the Z axis with respect to the segment center O'is α, the pitching amount ω around the Y axis due to the turning direction clearance L is ω = R {cos α-cos
It is calculated as (α + L / R)} / Lcx. Where L
cx is the distance in the X direction between the mounting position of the television camera 4c and the end of the assembly segment 2 on the side of the existing segment 1a. Therefore, the actual posture deviation amount can be obtained by subtracting the above-mentioned δ and ω as the correction amounts from the posture deviation amount obtained from the above-mentioned light section image end point coordinates. That is, the actual posture deviation amount (rolling amount Δθ and pitching amount Δφ) is as follows.
【0057】 Δθ=θ−θ′−δ Δφ=φ−φ′−ω 上述した姿勢偏差量補正の手順を図19のステップ61
〜65に示す。図1の演算装置9でこの姿勢偏差量補正
演算を行い、結果を最終的な姿勢偏差量として本体制御
装置へ出力させる。Δθ = θ−θ′−δ Δφ = φ−φ′−ω The above-described procedure for correcting the posture deviation amount is performed at step 61 in FIG.
~ 65. The calculation device 9 in FIG. 1 performs this posture deviation amount correction calculation, and outputs the result to the main body control device as the final posture deviation amount.
【0058】図20の(a)は上記補正を行わない場
合、(b)は上記補正を行なった場合について、それぞ
れ位置決め補正の制御回数と姿勢偏差量の関係を示す実
験データであり、(a)では4回程度の制御を繰り返さ
ないと姿勢偏差量が許容範囲内に収まらないが、(b)
では2回の制御で全ての姿勢偏差量が許容範囲内に収ま
っている。FIG. 20A is experimental data showing the relationship between the number of control of positioning correction and the attitude deviation amount when the above correction is not performed and when the above correction is performed, respectively. In (), the posture deviation amount does not fall within the allowable range unless the control is repeated about four times, but (b)
Then, all the posture deviation amounts are within the permissible range by the control performed twice.
【0059】次に請求項4の処理手段について具体的に
説明する。組立セグメントの粗位置決め後、既設セグメ
ントと組立セグメントのトンネル縦断方向およびトンネ
ル横断方向の各境界部にスリット光を照射し、各々のス
リット光像(光切断像)の端点座標を求める場合、図2
3の(b)に示すように組立セグメント側と既設セグメ
ント側の2本のスリット光像A、A′が1本に重なり、
通常の画像処理では端点を検出できない場合がある。こ
の状態はスリット光像A、A′の端点が一致しているこ
とを示すが、1箇所でも端点座標が求まらないと、位置
・姿勢偏差量を算出できないため、組立セグメントの粗
位置決めをやり直す必要があり、それだけ余分な時間が
かかる。Next, the processing means of claim 4 will be concretely described. After rough positioning of the assembled segment, slit light is irradiated to each boundary portion between the existing segment and the assembled segment in the tunnel longitudinal direction and the tunnel transverse direction, and when the end point coordinates of each slit light image (light cut image) are obtained, FIG.
As shown in FIG. 3B, the two slit light images A and A'on the assembled segment side and the existing segment side overlap,
The end points may not be detected by normal image processing. This state indicates that the end points of the slit light images A and A'match, but the position / orientation deviation amount cannot be calculated unless the end point coordinates are obtained even at one location, so rough positioning of the assembly segment is performed. You have to start over, and it takes extra time.
【0060】請求項4の処理手段はこの問題を解決した
もので、以下、その手順を図21および図22のフロー
チャートを用いて説明する。図21に示すように、あら
かじめ、エレクタに組立セグメントを把持させた時点で
組立セグメント上にスリット光を照射し、図4に示す光
切断像A、A′、B、B′、C、C′の組立セグメント
側端点a、b、cの座標値(仮にAo 、Bo 、Coとす
る)を求める(ステップ71)。図23の(a)には光
切断像A、A′の組立セグメント側端点aを求めた状態
を示しており、光切断像B、B′、C、C′についても
同様である。それから組立セグメントを既設セグメント
近傍に粗位置決めする(ステップ72)。この粗位置決
めした状態で、既設セグメントと組立セグメントの各境
界部の光切断像A、A′B、B′、C、C′の映像を入
力し、各々の端点検出を行う(ステップ73)。その
後、光切断像A、A′B、B′、C、C′について端点
が存在するかどうかを判定し(ステップ74、75、7
6)、端点a、a′、b、b′、c、c′がすべて存在
する場合には、検出されたこれら端点座標値に基づいて
偏差量演算を行い、結果を出力する(ステップ80、8
1)。ステップ74、75、76のいずれかで端点が存
在しないと判定された場合は、ステップ77、78、7
9の再処理を行う。図22に示すように、これらの再処
理では、まず光切断像の長さ(図23(b)のXL )を
求める(ステップ81)。画像メモリ上の光切断像の長
さは画像走査によって容易に求められる。次に、この光
切断像の長さが所定値以上かどうかを判定する(ステッ
プ82)。例えば図23の(b)のように光切断像の長
さXL が組立セグメント側と既設セグメント側のスリッ
ト光像A、A′の長さの和として検出された場合には、
これら2本のスリット光像の端点が一致した状態とみな
し、あらかじめ求めておいた組立セグメント側端点aの
座標値Ao を組立セグメント側、既設セグメント側の両
方の端点座標値と認定する(ステップ83)。光切断像
の長さが所定値以下の場合、例えば組立セグメントと既
設セグメントのずれが大きく、既設セグメント側のスリ
ット光像がカメラ視野内に入らないような場合には、一
旦制御を停止し、粗位置決めからやり直しをする(ステ
ップ84)。The processing means of claim 4 solves this problem, and its procedure will be described below with reference to the flowcharts of FIGS. 21 and 22. As shown in FIG. 21, when the erector preliminarily grips the assembly segment, the assembly segment is irradiated with slit light, and the light section images A, A ′, B, B ′, C, and C ′ shown in FIG. The coordinate values of the end points a, b and c on the assembly segment side (probably Ao, Bo and Co) are obtained (step 71). FIG. 23A shows a state in which the end point a of the light-section images A and A'on the assembly segment side is obtained, and the same applies to the light-section images B, B ', C and C'. Then, the assembled segment is roughly positioned near the existing segment (step 72). In this coarsely positioned state, the images of the light-section images A, A'B, B ', C, C'of the boundaries between the existing segment and the assembled segment are input to detect the respective end points (step 73). Then, it is judged whether or not there is an end point for the light section images A, A'B, B ', C, C' (steps 74, 75, 7).
6) If all of the end points a, a ', b, b', c, c'exist, the deviation amount is calculated based on the detected end point coordinate values and the result is output (step 80, 8
1). If it is determined in any of steps 74, 75, and 76 that there is no end point, steps 77, 78, and 7
9 is reprocessed. As shown in FIG. 22, in these reprocessings, first, the length of the light section image (XL in FIG. 23B) is obtained (step 81). The length of the light section image on the image memory can be easily obtained by image scanning. Next, it is determined whether or not the length of this light section image is a predetermined value or more (step 82). For example, when the length XL of the light section image is detected as the sum of the lengths of the slit light images A and A'on the assembled segment side and the existing segment side as shown in FIG.
It is considered that the end points of these two slit light images coincide with each other, and the coordinate value Ao of the end point a on the assembly segment side obtained in advance is recognized as the end point coordinate values on both the assembly segment side and the existing segment side (step 83). ). When the length of the light section image is less than or equal to a predetermined value, for example, when the deviation between the assembled segment and the existing segment is large and the slit light image on the side of the existing segment does not enter the field of view of the camera, stop the control once, The rough positioning is restarted (step 84).
【0061】演算装置9に以上のステップ71から84
までの処理機能をもたせることにより組立セグメント側
と既設セグメント側のスリット光像が重なり、通常処理
では端点検出ができない場合でも、制御不能に陥ること
なく、正確な端点座標を求めることができる。In the arithmetic unit 9, the above steps 71 to 84 are carried out.
By providing the processing functions up to the above, the slit light images on the assembled segment side and the existing segment side overlap, and even if the end point cannot be detected by the normal processing, it is possible to obtain accurate end point coordinates without falling into control failure.
【0062】[0062]
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、既設セグ
メントと組立セグメントの相対的な位置・姿勢偏差量の
全てを光切断法により精度良く求めることができ、組立
セグメントの位置決め補正が十分に行えるため、高精度
のセグメント自動組立が可能である。According to the first aspect of the invention, all the relative position / posture deviation amounts of the existing segment and the assembly segment can be accurately obtained by the optical cutting method, and the position correction of the assembly segment is sufficient. Therefore, high-precision segment automatic assembly is possible.
【0063】それに加えて請求項2記載の発明によれ
ば、既設セグメントと組立セグメントのトンネル縦断方
向境界部のすきま、段差ともに許容値以内であって、ト
ンネル横断方向境界部にのみ許容値を超えるすきまが存
在する特異な場合、通常処理では少なくとも2回必要と
する光切断像信号処理と偏差量演算が1回ですみ、位置
決め補正の所要時間を短縮することができる。In addition to this, according to the invention of claim 2, both the clearance and the step of the boundary portion in the tunnel longitudinal direction of the existing segment and the assembled segment are within the allowable value, and the allowable value is exceeded only in the boundary portion in the tunnel transverse direction. In the unique case where there is a gap, the optical cutting image signal processing and the deviation amount calculation, which are required at least twice in the normal processing, are required only once, and the time required for the positioning correction can be shortened.
【0064】請求項3記載の発明によれば、既設セグメ
ントと組立セグメントのトンネル横断方向境界部にすき
まが存在する場合、そのすきまによる見掛け上の姿勢偏
差分(ローリング量およびピッチング量)を差引いた実
際の姿勢偏差量を算出し、その結果により位置決め補正
が行われるため、図20に示すように位置決め補正の制
御回数が減り、所要時間を短縮できるとともに、算出さ
れた姿勢偏差量が実際の姿勢偏差量より大きい場合、姿
勢修正時にセグメント同士が衝突して、セグメントの破
損やエレクタ機構部の破損を招くこともなくなり、安全
である。According to the third aspect of the present invention, when there is a clearance at the boundary between the existing segment and the assembled segment in the tunnel crossing direction, the apparent posture deviation (rolling amount and pitching amount) due to the clearance is subtracted. Since the actual posture deviation amount is calculated and the positioning correction is performed based on the result, the number of times of the positioning correction control is reduced as shown in FIG. 20, the required time can be shortened, and the calculated posture deviation amount is the actual posture deviation amount. When the deviation amount is larger than the deviation amount, the segments do not collide with each other at the time of posture correction, and the damage of the segment or the eclectic mechanism portion is not caused, which is safe.
【0065】また、請求項4記載の発明によれば、既設
セグメント側と組立セグメント側のスリット光像が重な
って通常処理では端点検出ができない場合でも、組立セ
グメントの粗位置決めをやり直すことなく端点座標を求
めることができるので、セグメント位置決めの所要時間
をさらに短縮できる。Further, according to the invention described in claim 4, even when the slit light images on the existing segment side and the assembled segment side are overlapped and the end point cannot be detected by the normal processing, the end point coordinates are not re-executed without performing the rough positioning again. Therefore, the time required for segment positioning can be further shortened.
【図1】本発明の主要部である偏差量検出手段の概要
図。FIG. 1 is a schematic diagram of deviation amount detection means that is a main part of the present invention.
【図2】セグメントの位置・姿勢偏差量の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a position / orientation deviation amount of a segment.
【図3】従来技術の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a conventional technique.
【図4】本発明における光切断像とその位置関係の説明
図。FIG. 4 is an explanatory view of a light section image and its positional relationship in the present invention.
【図5】セグメント座標系の説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of a segment coordinate system.
【図6】本発明に用いる視覚装置の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of a visual device used in the present invention.
【図7】シールド掘進機内に設置されたエレクタ本体の
切断正面図。FIG. 7 is a cutaway front view of an erector body installed in a shield machine.
【図8】図7のVIII−VIII断面図。8 is a sectional view taken along line VIII-VIII of FIG.
【図9】図7のIX−IX断面図。9 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG. 7.
【図10】図7のX−X断面図。10 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.
【図11】エレクタ本体のセグメント把持部と視覚装置
の位置関係を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a positional relationship between a segment grip portion of an erector body and a visual device.
【図12】セグメントの種類および組立順序の説明図。FIG. 12 is an explanatory diagram of types of segments and an assembly order.
【図13】既設セグメントと組立セグメントのトンネル
横断方向境界部にのみすきまが存在する特異な状態を示
す図で、(a)は平面図、(b)は正面図。FIG. 13 is a view showing a peculiar state in which a gap exists only in a tunnel transverse direction boundary portion between an existing segment and an assembled segment, (a) is a plan view, and (b) is a front view.
【図14】図13の状態におけるすきま検出の説明図。FIG. 14 is an explanatory diagram of clearance detection in the state of FIG.
【図15】図13の状態における偏差量演算の説明図。15 is an explanatory diagram of a deviation amount calculation in the state of FIG.
【図16】図13の状態における偏差量演算のフローチ
ャート。16 is a flowchart of deviation amount calculation in the state of FIG.
【図17】ベクトルを用いた姿勢偏差量演算の説明図。FIG. 17 is an explanatory diagram of a posture deviation amount calculation using a vector.
【図18】既設セグメントと組立セグメントの間の旋回
方向すきまがローリング、ピッチング偏差に及ぼす影響
の説明図で、(a)は正面図、(b)はそのH矢視図。18A and 18B are explanatory views of an influence of a turning direction clearance between an existing segment and an assembly segment on rolling and pitching deviation, FIG. 18A is a front view, and FIG.
【図19】旋回方向すきまの影響に対する姿勢偏差量補
正演算のフローチャート。FIG. 19 is a flowchart of a posture deviation amount correction calculation for the influence of the turning direction clearance.
【図20】上記姿勢偏差量の補正を行わない場合と行っ
た場合の制御回数と姿勢偏差量の関係図。FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the number of times of control and the posture deviation amount when the posture deviation amount is not corrected and when the posture deviation amount is not corrected.
【図21】光切断像端点検出と偏差量演算の手順の一例
を示すフローチャート。FIG. 21 is a flowchart showing an example of a procedure for detecting a light-section image end point and calculating a deviation amount.
【図22】図21における再処理のフローチャート。FIG. 22 is a flowchart of reprocessing in FIG.
【図23】粗位置決めの前の光切断像と粗位置決め後の
光切断像の関係を示す図。FIG. 23 is a diagram showing a relationship between a light section image before rough positioning and a light section image after rough positioning.
1a ,1b 既設セグメント 2 組立セグメント 3a ,3b ,3c 投光器 4b ,4b ,4c テレビカメラ 5 カメラ切換器 6 画像入出力装置 7 画像メモリ 9 演算装置 11 シールド本体 12 エレクタ本体 34 セグメント把持部 51,52 請求項2の判別手段に対応するステップ 54,55 請求項2の処理手段に対応するステップ 61〜65 請求項3の姿勢偏差量補正手段に対応する
ステップ 71〜79、81〜83 請求項4の処理手段に対応す
るステップ1a, 1b Existing segment 2 Assembly segment 3a, 3b, 3c Projector 4b, 4b, 4c TV camera 5 Camera switcher 6 Image input / output device 7 Image memory 9 Computing device 11 Shield body 12 Elector body 34 Segment gripping portion 51,52 Claims Steps 54 and 55 corresponding to the determining unit of Item 2 Steps 61 to 65 corresponding to the processing unit of Claim 2 Steps 71 to 79, 81 to 83 corresponding to the attitude deviation amount correcting unit of Claim 3 Processing of Claim 4 Steps that correspond to means
フロントページの続き (72)発明者 筒井 真作 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 山本 光 茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式 会社 土浦工場内 (72)発明者 森 泰雄 茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式 会社 土浦工場内 (72)発明者 小沢 肇 茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式 会社 土浦工場内 (72)発明者 中島 吉男 茨城県土浦市神立町502番地株式会社 日 立製作所 機械研究所内 (72)発明者 藤江 正克 茨城県土浦市神立町502番地株式会社 日 立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平1−263509(JP,A)Front page continuation (72) Inventor Shinsaku Tsutsui 650 Kintatemachi, Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura, Ibaraki Prefecture Tsuchiura Plant Co., Ltd. (72) Inventor Hikari Yamamoto 650 Jinmachi, Tsuchiura City Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura Plant (72) Inventor Yasuo Mori, Tsuchiura Plant, Hitachi Construction Machinery Co., Ltd., 650 Kintate-cho, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture (72) Inventor Hajime Ozawa, 650 Jinmachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd., Tsuchiura Plant (72) Inventor Yoshio Nakajima 502 Jinritsucho, Tsuchiura-shi, Ibaraki, Institute of Mechanical Research, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor, Masakatsu Fujie 502, Jinritsu-cho, Tsuchiura, Ibaraki, Institute of Mechanical Research, Ltd. (56) References Special Kaihei 1-263509 (JP, A)
Claims (4)
本体と、このエレクタ本体により組立位置近傍に粗位置
決めされた組立セグメントとトンネル縦断方向にリング
状に組み上げられた第1の既設セグメントおよびこの第
1の既設セグメントに組み上げられた第2の既設セグメ
ントとの相対的な位置・姿勢の偏差量を検出する偏差量
検出手段と、検出された偏差量に応じた制御信号を前記
エレクタ本体に出力して前記組立セグメントの位置決め
補正を行なう本体制御装置とを備えたセグメント自動組
立装置において、 前記偏差量検出手段として、前記組立セグメントと前記第1の既設セグメントとのト
ンネル縦断方向の境界部にスリット光を照射する投光手
段とこの投光手段によるスリット光像を撮像する撮像手
段とからなる第1の視覚手段と、前記組立セグメントと
前記第2の既設セグメントとのトンネル横断方向の境界
部にスリット光を照射する投光手段とこの投光手段によ
るスリット光像を撮像する撮像手段とからなる第2の視
覚手段とを前記エレクタ本体に配置し、 前記第1の視覚手段および前記第2の視覚手段の少なく
ともいずれか一方を複数の投光手段と複数の撮像手段と
から構成するとともに、 前記第1の視覚手段を構成する撮像手段および前記第2
の視覚手段を構成する 撮像手段からの信号を入力し画像
データとして格納する画像入出力装置および画像メモリ
と、 この画像メモリに格納された画像データを画像処理して
前記各スリット光像の前記組立セグメント側の端点座標
と前記第1の既設セグメント側の端点座標と前記第2の
既設セグメント側の端点座標とを求め、その座標値から
前記第1の既設セグメントおよび前記第2の既設セグメ
ントと前記組立セグメントとの相対的な位置・姿勢の偏
差量を演算し前記本体制御装置へ出力する演算装置とを
設けたことを特徴とするセグメント自動組立装置。1. An erector body installed in a shield machine, an assembly segment roughly positioned near the assembly position by the erector body, and a ring in a tunnel longitudinal direction.
Existing segment assembled into a
Deviation amount for detecting the deviation amount of relative position / posture with the second existing segment assembled into one existing segment
The detection means and the control signal corresponding to the detected deviation amount are
In a segment automatic assembling apparatus including a main body control device for outputting to an erector main body to perform positioning correction of the assembling segment, in the deviation amount detecting means, the assembly segment and the first existing segment are combined.
A projector that irradiates slit light to the boundary in the longitudinal direction of the tunnel.
Stage and an imaging hand that captures a slit light image by this light projecting means
First visual means comprising steps and said assembly segment
Boundary across the tunnel with the second existing segment
And a light projecting means for irradiating the portion with slit light.
And a second image forming means for picking up a slit light image.
A visual sense means on the main body of the erector to reduce the number of the first visual means and the second visual means.
Either one of a plurality of light projecting means and a plurality of imaging means
And an image pickup unit that constitutes the first visual unit and the second unit.
And an image output device and an image memory for storing a signal from the imaging means as the input image data forming the visual means, the assembly of the image data stored in the image memory the image processing to the respective slit light image End point coordinates on the segment side
And the end point coordinates on the side of the first existing segment and the second
Find the end point coordinates on the existing segment side and from the coordinate values
Segment is characterized by providing an arithmetic unit for outputting calculates the deviation of the relative position and orientation between the first existing segment and said second existing segments and the assembled segments to the main control device Automatic assembly equipment.
端点座標から算出した前記組立セグメントと前記第1の
既設セグメントとのトンネル縦断方向の境界部のすきま
と段差および前記組立セグメントと前記第2の既設セグ
メントとのト ンネル横断方向の境界部のすきまと段差を
それぞれ許容値と比較し、前記トンネル縦断方向境界部
のすきま、段差ともに許容値以内であって、前記トンネ
ル横断方向境界部にのみ許容値を超えるすきまが存在す
る特異な状態を判別する判別手段と、前記判別結果が得
られた場合、シールド軸線方向に延びる軸をX軸、この
X軸に直交しシールド径方向に延びる1軸をZ軸、X軸
およびZ軸に直交する他の1軸をY軸とするとき、前記
トンネル横断方向のすきまの算出値に基づいて、前記組
立セグメントの位置決め補正に必要なローリング量(X
軸回りの回転量)およびY軸方向、Z軸方向の各移動量
を演算、出力する処理手段とを具備することを特徴とす
る請求項1記載のセグメント自動組立装置。Wherein said computing device, the assembled segment and the first of the calculated from the end point coordinates of the slit light images
Clearance at the boundary between the existing segment and the longitudinal direction of the tunnel
And step and the assembly segment and the second existing segment
Instruments and of the tunnel transverse boundary gap and the step of comparing the respective allowable values, the clearance of the tunnel longitudinal direction boundary portion, be within the allowable value in step both the tunnel <br/> Le transverse boundary discriminating means for discriminating specific conditions existing gap exceeding the allowable value only part, if the determination result is obtained, the axis extending in the shield axis direction X-axis, the shield radial direction perpendicular to the X axis Z axis 1 axis extending, when the other one axis orthogonal to the X axis and the Z-axis and Y-axis based on the calculated value of the clearance of the tunnel transverse positioning correction of the set <br/> standing segment Required rolling amount (X
2. The automatic segment assembly apparatus according to claim 1, further comprising processing means for calculating and outputting the amount of rotation about the axis) and the amount of movement in each of the Y-axis direction and the Z-axis direction.
点座標値から前記トンネル横断方向境界部のすきまの値
を算出し、その算出値に基づいて前記トンネル横断方向
境界部のすきまにより生じる前記組立セグメントと前記
第1の既設セグメントおよび前記第2の既設セグメント
との相対的姿勢偏差分を求め、この求めた相対的姿勢偏
差分を前記各スリット光像の端点座標値から算出した前
記組立セグメントと前記第1の既設セグメントおよび前
記第2の既設セグメントとの相対的姿勢偏差量から差引
き、その結果を最終的な相対的姿勢偏差量として出力す
る姿勢偏差量補正手段を具備することを特徴とする請求
項1記載のセグメント自動組立装置。Wherein the computing device, the calculated clearance value of the endpoint coordinate value or al the tunnel transverse boundary of the slit light image, the gap between the tunnel transverse boundaries on the basis of the calculated value The resulting assembly segment and the
First existing segment and the second existing segment
The relative orientation a deviation amount, before calculating the relative position deviations that this calculated from the end point coordinate values of the respective slit light images of the
Assembly segment and first existing segment and front
The segment according to claim 1, further comprising posture deviation amount correcting means for subtracting the relative posture deviation amount from the second existing segment and outputting the result as a final relative posture deviation amount. Automatic assembly equipment.
立セグメントと前記第1の既設セグメントまたは前記第
2の既設セグメントとの境界部のスリット光像端点が検
出されなかった場合、そのスリット光像の長さが所定以
上か否かを判定し、その結果、所定値以上と判定された
場合には、あらかじめ組立セグメントの粗位置決め前の
状態で求めた組立セグメント側のスリット光像端点座標
を前記組立セグメント側と前記第1の既設セグメント側
または前記第2の既設セグメント側の両方のスリット光
像端点座標として認定する処理手段を具備することを特
徴とする請求項1記載のセグメント自動組立装置。4. The arithmetic unit is configured to extract the set from image data.
Vertical segment and the first existing segment or the first segment
When the slit light image end point at the boundary with the existing segment 2 is not detected, it is determined whether or not the length of the slit light image is equal to or more than a predetermined value. As a result, when it is determined that the length is equal to or more than the predetermined value, , The slit light image end point coordinates on the side of the assembled segment obtained in advance before the rough positioning of the assembled segment are the side of the assembled segment and the side of the first existing segment.
2. The automatic segment assembly apparatus according to claim 1, further comprising processing means for recognizing the slit light image end point coordinates on both sides of the second existing segment.
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|---|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-12-10 JP JP2401126A patent/JPH07103799B2/en not_active Expired - Fee Related
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