JPH0762996A - セグメント組立装置およびセグメント位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エレクタ装置によってセグメントを組込む
際、既設セグメントを基準にして最適な位置に組込むこ
とができるようにする。 【構成】 セグメントを把握するエレクタ本体から既設
セグメントに接触可能に張り出されたガイドを設ける。
ガイドにはエレクタ本体が保持している新規に組み込む
セグメントの内径面に一致する円筒面に沿って配置され
既設セグメントの内径面部へ押し当て可能な押圧部を設
ける。既設セグメントへの押圧部接触により新規セグメ
ントを同一円筒面内に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セグメント組立装置に
係り、特にシールド機によるトンネル掘削時に１次覆工
として構築されるセグメントの組み立てを行う際に用い
られるセグメント組立装置およびセグメント位置決め方
法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネル掘削用シールド機械のセ
グメント組立には、エレクタと呼ばれている機械を用
い、このエレクタ装置によって作業者が粗い位置決めを
行い、その後エレクタに取り付けられているセグメント
把持部のガタを利用し、人力による精密な位置決めを行
ってきた。この作業は重労働かつ危険な作業であるた
め、最近この作業を自動化する開発が行われてきた。例
えば特開昭６０−１２６５００号公報等に従来のエレク
タにセグメントの姿勢を修正する機構を設け、既設のセ
グメントの距離を距離センサより計測し位置決めを行っ
ている。また、特開平４−１６９７００号公報には、既
設セグメントに接触させるガイドを用いて組込みセグメ
ントの自動位置決めをする手段が開示してある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】セグメントの組立てを
自動化する際の課題は、従来の産業用ロボットが、ロボ
ット本体の座標を基準として物を動かしたりするもので
あるが、セグメントの組立ての場合は、組み上げられた
既設セグメントによるトンネルの中心軸が、シールド機
の中心軸に対してずれているため、シールド機の座標を
用いることができない。そこで、先に述べた特開昭６０
−１２６５００号公報のセグメント組立装置において
は、既設のセグメントの位置を距離センサ等により計測
し、それを演算して組込むセグメントを移動させて位置
合わせを行ってきたが、この方法だと位置計測用センサ
を多数必要となるため、構造が複雑かつ操作が面倒であ
った。

【０００４】また、組込みセグメントと既設セグメント
の内周面に段差がある場合や、既設セグメントのピース
間に目開きがあって内径面が所定の円筒面となっていな
い場合、どうしても組込みセグメントの内径面と既設セ
グメントの内径面とを合わせることできず、組込みセグ
メントと既設セグメントとのボルト穴を一致させること
が非常に困難で、セグメントの接続ができなくなるおそ
れがあった。

【０００５】一方、上記の特開平４−１６９７００号公
報に記載のセグメント組立装置は、真っ直ぐに掘削した
直線トンネルで使用される幅が一様な、いわゆるストレ
ートセグメントの組み込みにしか適用することができな
い。すなわち、トンネルの屈曲部においては、シールド
機械が既設のセグメントリングに対して傾いた状態とな
るため、各ガイドが組込みセグメントを組み込むのに適
切な位置をとることができず、トンネル屈曲部に組み込
む幅が一様でない、いわゆるテーパセグメントの位置決
めは作業者の人力によらなければならなかった。

【０００６】本発明の目的は、このような従来の問題点
に着目し、セグメントを既設セグメントに対して組付け
る場合に、セグメントが組付け位置に自動的に倣って位
置調整されるとともに、トンネルの屈曲部においても組
込みセグメントの自動位置決めが可能であり、破損等の
問題もなく信頼性が高く迅速な組立作業を行うことがで
き、またセグメントとの内径面に段差があるような場合
に、組込みセグメントを接続ボルトの挿入ができるよう
な最適位置に位置決めできるセグメント組立装置および
セグメント位置決め方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るセグメント組立装置は、第１にセグメ
ントを把持するエレクタ本体から既設セグメントに接触
可能に張り出されたガイドを設け、このガイドにはエレ
クタ本体が保持している新規に組み込むセグメントの内
径面に一致する円筒面に沿って配置され既設セグメント
の内径面部へ押し当て可能な押圧部を形成し、既設セグ
メントへの押圧部接触により新規セグメントを同一円筒
面内に設定できるように構成した。

【０００８】なお、エレクタは、エレクタ本体を昇降シ
リンダによって上下するものであってもよいし、リンク
機構を介して掘削機の旋回リングに取り付けた、いわゆ
るリンク式エレクタであってもよい。エレクタ本体がリ
ンク式である場合、旋回リングに取り付けるリンク機構
は、エレクタ本体を旋回リングの略前円周方向に移動さ
せるブームと、このブームに枢着され、ブームと協働し
てエレクタ本体を昇降させるアームとを設けることがで
きる。

【０００９】第２には、上記第１の構成に加えて、上記
押圧部材が既設セグメントを押し付ける際の押し付け力
を検知する手段と、その検知した各押し付け力が上記既
設セグメントと組込みセグメントの内径面が同一円筒面
となる押し付け力となるようにエレクタの昇降シリンダ
を制御するコントローラを備えるようにできる。なお、
コントローラは、エレクタがリンク式である場合、昇降
シリンダを制御する代わりに、エレクタ本体を昇降させ
るためのブームとアームとを駆動するシリンダを制御す
る。

【００１０】さらに、第３には、トンネル軸心後方から
見て上記複数個の部材の左右の押し付け力を検知する手
段を有し、その左右の押し付け力が、それぞれ設定され
た押し付け力のとき既設セグメントと組込みセグメント
の内径面が同一円筒面内となるように上記押圧部材を調
節しておき、押し付け力が上記押し付け力となるよう姿
勢調整できる機構をもたせたエレクタに上記押し付け力
となるよう上記機構を制御してセグメントの姿勢を修正
するようにする。

【００１１】あるいは、第４には、第２の構成に係るセ
グメント組立装置において、上記複数個の部材の押し付
け力を検知する箇所をトンネル軸心後方から見て前後に
配置し、その前後の押し付け力がそれぞれある設定され
た押し付け力のとき既設セグメントと組込みセグメント
の内径面が同一円筒面内となるようにその部材を調節し
ておき、押し付け力が上記押し付け力となるよう姿勢調
整できる機構をもたせたエレクタ本体に上記押し付け力
となるよう上記機構を制御してセグメントの姿勢を修正
する構成とする。

【００１２】上記第２、３、または４の構成に係るセグ
メント組立装置において、上記押し付け力の検知手段を
力センサによって構成し、この力センサから検出する押
し付け力信号によって判定制御するようにし、また、セ
グメント組立用エレクタの昇降用油圧シリンダ（エレク
タがリンク式である場合、ブームとアームのシリンダ）
および姿勢調整用に取り付けた油圧シリンダの油圧力を
油圧力センサにより検知し、その油圧力から上記押し付
け力を検出する押し付け力を判定するようにする。

【００１３】なお、上記各構成において、押圧部材は弾
性体を介して支持することができる。この場合、エレク
タ本体にはセグメントリングの周方向の複数箇所におけ
る既設セグメントの内径面までの距離を検出する距離検
出部を設けるとともに、コントローラは各押圧部材の押
し付け力が設定された押し付け力のときに、距離検出部
の検出信号に基づいて、上記既設セグメントの内径面ま
での距離と設定距離との差を求め、この差を小さくする
各押圧部材の押し付け力の修正値を演算するようにでき
る。そして、距離検出部は、複数のセンサによって構成
してもよい。また、押圧部材を支持する弾性体は、ばね
であってよい。さらに、コントローラは、上記の押し付
け力の修正値を演算する場合、予め与えられた押圧部材
による押し付け力と弾性体の変形量との関係と、最小二
乗法とにより、組込みセグメントの内径面と既設セグメ
ントの内径面との距離差を小さくするための押し付け力
の修正値を求めるようにすることができる。そして、コ
ントローラは、トンネルの屈曲部において、トンネル軸
方向に位置する一対の上記押圧部材のトンネル先端側
が、組み立てつつある新規セグメントリングを構成する
既設セグメントを上記設定された押し付け力で押圧した
ときに、上記一対の押圧部材のトンネル後方側の上記押
圧部材が既設セグメントを押圧する押し付け力を、上記
トンネルの屈曲の大きさに応じて補正できるようにする
とよい。

【００１４】また、第１の構成に係るセグメント組立装
置において、上記既設セグメントと組込みセグメントの
内径面が同一円筒面内にある状態において、新規に組込
むセグメントの端面を既に組立てられているセグメント
の端面に押し当て、その押し付け力がある押し付け力と
なるとき、相隣接している端面が全てにわたって接する
ように動くことのできる機構を有している装置において
上記押し付けることにより位置、姿勢を修正するように
構成でき、更にこれに加えて、上記位置修正用および姿
勢修正用に油圧シリンダを用い、その油圧シリンダの油
圧力を油圧力センサにより検知し、その油圧力から上記
押し付け力を検出し、上記既設セグメントの端面と組込
みセグメントの相隣接している端面が全てにわたって接
するような押し付け力となるように上記油圧シリンダを
制御して新規に組込むセグメントの位置、姿勢を修正す
るするように構成することのできる。

【００１５】また、本発明に係るセグメント位置決め方
法は、セグメントを把持するエレクタ本体を組込み位置
に移動し、組込み姿勢に位置決めする方法において、前
記エレクタ本体に組込みセグメントのボルト穴側から視
覚センサを介して既設セグメントのボルト穴を撮像し、
一対のボルト穴の画像処理により重合領域の重心位置か
ら既設セグメントのボルト穴の中心を算出し、この位置
と組込みセグメント側ボルト穴の中心との偏差を算出し
て前記エレクタ位置および姿勢を補正制御する構成とな
っている。

【００１６】

【作用】上記構成によれば、既設セグメントの内径面と
組込みセグメントの内径面とが同一円筒面内となるよう
にエレクタに配置されたガイドにより内径面の位置合わ
せが行われ、組込みセグメントの端面を既設セグメント
の端面に押し当てることで端面での位置合わせが行われ
る。また、既設セグメントの内径面と組込みセグメント
の内径面がある定められた押し付け力のもとで同一円筒
面内になるように設定されたローラ等の押圧部をエレク
タに取り付け、その押し付け力を管理制御するようにセ
グメントの昇降位置およびピッチング、ローリングの姿
勢を制御することにより、旋回および摺動方向にセグメ
ントを動かした際も、既設セグメントに適性に倣うよう
に制御作動される。したがって、トンネル軸心とシール
ド機軸心がずれている場合でも、ガイドによって組込み
セグメントの内径面が既設セグメントの内径面に自然に
合うようになり、その状態で組込みセグメントの端面を
既設セグメントの端面に合わせることによりセグメント
の位置合わせが行われる。また、エレクタ操作のために
旋回軸および摺動軸を動かした際、ローラの押し付け力
が一定となるよう昇降シリンダ（リンク式においてはブ
ームシリンダとアームシリンダ）、ローリングシリン
ダ、ピッチングシリンダが自然に動いて組込みセグメン
トの内径面が既設のセグメントの内径面に倣うような動
きを行うのである。

【００１７】そして、押圧部材を弾性体を介して支持す
れば緩衝効果が得られ、押圧部材を既設セグメントに接
触させる際の衝撃力を軽減し、既設セグメントの破損等
を防ぐことができる。しかも、押圧部材を弾性体を介し
て支持すると、各押圧部材による押し付け力を変化させ
ると、弾性材の変形量が変化し、エレクタ本体が保持し
ている組込みセグメントの保持位置を調節することが可
能となる。そこで、既設セグメントのピース間の目開き
などのため、押圧部材による押し付け力が設定された押
し付け力であるのに、組込みセグメントの内径面と既設
セグメントの内径面とが同一円筒面を形成しないような
場合、エレクタ本体に設けた距離検出部によって既設セ
グメントの内径面までの距離を検出し、コントローラが
検出距離と設定距離との差を求めて、押し付け力による
弾性体の変形量を考慮して、上記距離の差が小さくなる
ような各押圧部材の押し付け力の修正値を演算し、その
修正した押し付け力によって既設セグメントを押し付け
るため、組込みセグメントの内径面と既設セグメントと
の内径面との距離差を小さくでき、ボルト穴の不一致が
避けられ、セグメントの接続ができないなどの不都合を
なくすことができる。また、押圧部材が弾性体を介して
取り付けてあり、押し付け力に応じてエレクタ本体の上
下位置を変えることができるため、コントローラが、ト
ンネル屈曲部においてトンネル軸線方向の一対の押圧部
材のトンネル後方側の押圧部材の押し付け力を、トンネ
ルの屈曲の状態に応じて補正することにより、弾性体の
変形量を異ならせ、トンネル屈曲部に組み込むテーパセ
グメントを既設セグメントに対して傾斜させた最適な組
込み位置に自動的に位置決めできる。なお、既設セグメ
ントと組込みセグメントとで段差がある場合や、トンネ
ル屈曲部における組込みセグメントの位置を補正する場
合の補正量は、押し付け力と弾性体の変形量との関係に
基づいて求めることができる。

【００１８】また、視覚センサを用いた本発明のセグメ
ント位置決め方法においては、視覚センサをエレクタ本
体の適当な位置に取り付けることにより、既設セグメン
トのボルト穴、あるいは既設セグメントのボルト穴と組
込みセグメントのボルト穴を視認し、その情報に基づい
て組込みセグメントのボルト穴と既設セグメントのボル
ト穴の位置を完全にボルトが挿入できる状態に位置決め
することが可能となる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明に係るセグメント組立装置およ
びセグメント位置決め方法の具体的実施例を図面を参照
して詳細に説明する。

【００２０】まず、第１実施例に係るセグメント組立用
エレクタは、図２に示すようにシールド掘削機のテール
シール部分の内周部に取り付けられており、スキンプレ
ートの内周部にて回転可能に取り付けられた旋回リング
１０に装備されている。そして、図示しない駆動モータ
およびガイドローラにより旋回リング１０が旋回駆動さ
れるようになっている。旋回リング１０には、Ｕ字形の
支持フレーム１２が取り付けられ、その支持フレーム１
２は一対の昇降シリンダ１４によって旋回リング１０に
対して半径方向（図２の上下方向）に昇降駆動できるよ
うになっている。支持フレーム１２の中央部にはエレク
タ本体１６が取り付けられ、当該エレクタ本体１６の下
面に組込みセグメント１８を把持するものとしている。

【００２１】前記エレクタ本体１６の詳細図を図１に示
す。この実施例では、特に図示のように、エレクタ本体
１６の端部に、既に施工されている既設セグメントの内
径面と把持している組込みセグメント１８の内径面が同
一円筒面内となる位置に案内するガイド２０を設けたも
のである。ガイド２０は、この実施例ではローラガイド
として構成されており、先端に既設セグメントに対する
押圧部材としてのローラ２２を備えたもので、組込みセ
グメント１８を既設セグメントに取り付けるとき、既設
セグメントの内径面部分に当接されることにより、組込
みセグメント１８の内径面を既設セグメントのそれに合
わせるためのガイドとして用いる。ローラ２２は、現在
組立途中のリングにおける先行セグメントに当接可能と
され、シールド機側に位置する左右一対のローラ２２
Ａ、２２Ｂと先行しているセグメントリングに当接され
坑道側に位置する一対のローラ２２Ｃ、２２Ｄとから構
成されている。

【００２２】また、エレクタ本体１６は、把持している
組込みセグメント１８の位置を調整可能とされ、このた
めに微動調整機構を有している。これはまず、支持フレ
ーム１２に対してトンネル軸心方向に沿って移動可能と
された水平移動ボックス部２４と、この水平移動ボック
ス部２４の下面でセグメントリング方向に周回動作可能
な旋回ボックス部２６を備えている。そして、旋回ボッ
クス部２６の下面にはセグメントリングの半径方向に沿
う軸心周りに回転可能に取り付けられたヨーイングボッ
クス部２８が、更にその下面部にはセグメントリングの
軸心方向と平行な軸周りに回転可能に取り付けられたロ
ーリングボックス部３０が、また、最外縁部にはセグメ
ントリングの接線方向と平行な軸周りに回転可能に取り
付けられて組込みセグメント１８の把持主体となってい
るピッチングボックス部３２が取り付けられている。こ
れらの各ボックス部の操作により、把持された組込みセ
グメント１８を任意方向に移動回転させて組込み位置の
微調整移動が可能とされる。これらの駆動操作は図示し
ない油圧シリンダにより作動可能となっている。

【００２３】次に、上記ローラ２２を押し付けガイドと
して押し付け力を検知しつつ組込みセグメント１８を既
設セグメントに対して位置合わせをする例について説明
する。図３に第１実施例装置のシステム構成の概略ブロ
ック図を示す。支持フレーム１２には旋回リング１０を
回すための油圧式旋回モータａ、および旋回リング１０
の旋回角を検出するための回転角検出センサｂが設けら
れている。また、旋回リング１０にはフレーム１２を昇
降させるための油圧シリンダ１４およびその昇降量を検
出するためのストロークセンサｄを有し、またフレーム
１２には水平移動ボックス部２４をトンネル軸心方向に
摺動させるための油圧シリンダｅおよびその摺動量を検
出するためのストロークセンサｆおよびその摺動力を検
出するための油圧力センサｇを設ける。また水平移動ボ
ックス部２４には旋回ボックス部２６を旋回方向に微修
正するための油圧シリンダｈおよびその微旋回ストロー
クを検出するためのストロークセンサｉおよびその微旋
回力を検出するための油圧力センサｊを設けている。ま
た、旋回ボックス部２６にはその下面側のヨーイングボ
ックス部２８を昇降軸に平行な軸まわりに、すなわちヨ
ーイング方向に動かすための姿勢修正用油圧シリンダｋ
を、そしてそのヨーイング量を検出するためのストロー
クセンサｌおよびその回転モーメント力を検出するため
の油圧力センサｍを設ける。またヨーイングボックス部
２８にはその下面側のローリングボックス部３０を図１
に示すように支点３０Ａのまわりに回転、すなわちロー
リング方向に動かすための姿勢修正用油圧シリンダｎお
よびそのローリング量を検出するためのストロークセン
サｏを設ける。また、ローリングボックス部３０にはそ
の下面側のピッチングボックス部３２を支点３２Ａの周
りに回転、すなわちピッチング方向に動かすための姿勢
修正用シリンダｐおよびそのピッチング量を検出するた
めのストロークセンサｑおよびその回転モーメント力を
検出するための油圧センサｒを設ける。最外面側のピッ
チングボックス部３２には、これから組み込もうとする
セグメント１８を把持するための把持装置、および既設
セグメントの内径面と組込みセグメントの内径面を合わ
せるためのガイドとして既設セグメントに押し当てるロ
ーラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが設けられている
が、これらには既設セグメントに押し付けた際の押し付
け力を検知するための力センサｗ、ｘ、ｙ、ｚが設けら
れている。それぞれローラ２２Ａに対してｗ、ローラ２
２Ｂに対してｘ、ローラ２２Ｃに対してｙ、ローラ２２
Ｄに対してｚとなるように設ける。また、ローラ２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの高さ方向の位置は、ロー
ラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄがある設定された力
で既設セグメントに押し付けられた時、組込みセグメン
ト１８の内径面と既設のセグメントの内径面が同一な中
心軸をもつ円筒状の面となるように調節しておく。

【００２４】上述のようなシステム構成によって組込み
セグメント１８を既設セグメントに対して位置決めしつ
つ制御する操作を図４を参照して説明する。本実施例で
は、１リングの最初に取り付けるセグメント（一般にＡ
１セグメントと呼ばれる）と最後に取り付けるセグメン
ト（一般にＫセグメントと呼ばれる）以外のセグメント
（一般にＡ２〜Ｂ２セグメントと呼ばれる）について説
明する。

【００２５】まず、図４（１）は組込みセグメント１８
の粗位置決めの操作であり、旋回リング１０の旋回角を
検出する回転角検出センサｂ、昇降シリンダ１４のスト
ロークセンサｄ、エレクタ本体１６における微旋回スト
ローク検出用センサｉ、ヨーイング検出用センサｌ、ロ
ーリング検出用センサｏ、並びにピッチング検出用セン
サｑと、図３に示す演算装置３４、および図３に示す旋
回モータ操作弁３６、昇降シリンダ操作弁３８、摺動シ
リンダ操作弁４０、微旋回シリンダ操作弁４２、ヨーイ
ングシリンダ操作弁４４、ローリングシリンダ操作弁４
６、ピッチングシリンダ操作弁４８、および前記旋回モ
ータａ、および各昇降シリンダ１４、摺動シリンダｅ、
旋回シリンダｈ、ヨーイングシリンダｋ、ローリングシ
リンダｎ、ピッチングシリンダｐにより組まれた位置サ
ーボシステムにより行う。図４（１）の位置、すなわち
粗位置決めの各軸の目標値は、セグメント組立て設計値
またはＡ１セグメントが既設のセグメント５０と干渉せ
ず、かつ図４の状態（組込みセグメント１８が既設セグ
メントピースに対して切り羽側からみて左側に取り付け
る場合）このときローラ２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが既設
セグメント５０の上に位置するように組込みセグメント
１８を持っていく。

【００２６】次に、図４（２）に示す昇降微位置決めを
行う。昇降微位置決めと同時にローリング微位置決め、
ピッチング微位置決めを前記各ガイドローラ２２Ｂ、２
２Ｃ、２２Ｄに付帯した力センサｘ、ｙ、ｚと演算装置
３４、および昇降シリンダ操作弁３８、ローリングシリ
ンダ操作弁４６、ピッチングシリンダ操作弁４８および
前記昇降油圧シリンダ１４、ローリングシリンダｎ、ピ
ッチングシリンダｐにより力サーボシステムを組んで行
う。すなわち、既設セグメントの内径面と組込みセグメ
ントの内径面が合った状態でのローラ２２Ｂ、２２Ｃ、
２２Ｄでの押し付け力がそれぞれＦobj-t 、Ｆobj-u 、
Ｆobj-v のとき、前記力センサｘ、ｙ、ｚで検出した力
Ｆx 、Ｆy 、Ｆz が上記押し付け力Ｆobj-t 、Ｆobj-u
、Ｆobj-v となるように昇降シリンダ１４、ローリン
グシリンダｎ、ピッチングシリンダｐをコントロールす
るのである。

【００２７】昇降シリンダ１４のコントロールは、検出
押圧力の合計値Ｆx ＋Ｆy ＋Ｆz が、Ｆobj-t ＋Ｆobj-
u ＋Ｆobj-v よりも大きいときに昇降シリンダｃを上
げ、小さいとき降ろすように制御すればよい。ローリン
グシリンダｎは、左右のローラ２２Ｄ、２２Ｃにより検
出された押し付け力の差（Ｆz −Ｆy ）が、目標値の差
（Ｆobj-v −Ｆobj-u ）より大きいときは、図４（２）
の矢印Ａの方向に、小さいときはその逆方向にボックス
３０が動くようにコントロールする。同様に、ピッチン
グシリンダｐは、前後のローラ２２Ｂ、２２Ｄにより検
出された押し付け力の差（Ｆz −Ｆx ）が目標値の差
（Ｆobj-v −Ｆobj-t ）よりも大きいときは図４（２）
の矢印Ｂの方向に、小さいときはその逆方向にボックス
３２が動くようにコントロールする。また、昇降、ロー
リング、ピッチングの微調整の間、摺動、微旋回、ヨー
イングの各軸は、図４（１）の所で決めたシリンダスト
ロークを保持するようにコントロールしておく。

【００２８】次に図４（３）に示す微旋回位置決めおよ
びヨーイング位置決めを前記油圧センサｊ、ｍおよび演
算装置３４および微旋回シリンダ操作弁４６、ヨーイン
グシリンダ操作弁４４および微旋回シリンダｈ、ヨーイ
ングシリンダｋを用いて油圧力による力サーボシステム
を構成することにより行う。すなわちヨーイングシリン
ダｋは、セグメントおよび機械側の自重分を保持できる
圧力Ｐy-mok となる圧力になるようにコントロールして
おき、それ以外の外力がかかったとき自由に動ける状態
にしておく。微旋回シリンダｈはセグメントおよび機械
側の自重分を保持できる圧力と図４（３）に示す新規に
組み込むセグメント１８の右側の既設セグメントピース
５０を軽く押し付ける圧力を足した値を、目標値ＰR-mo
k となる圧力となるようにコントロールする。本制御に
より前記既設セグメントの端面と組み込むセグメントの
端面が合わさることになる。尚、図４（３）の間、昇降
シリンダ１４、ピッチングシリンダｐ、ローリングシリ
ンダｎは前記図４（２）の状態の力制御を行うことによ
って既設セグメントの内径面と組込みセグメントの内径
面があった状態にしておく、但し摺動シリンダｅは前記
保持の状態にしておく。

【００２９】最後に図４（４）に示す摺動位置決めを行
う。前記微旋回位置決めと同様に、油圧力センサｇと演
算装置３４、摺動シリンダ操作弁４０、および摺動シリ
ンダｅにより力サーボシステムを組み、前記微旋回と同
様、既設セグメントに組込みセグメント１８の端面を押
し付けるように制御を行う。尚、図４（４）の間も同様
に昇降シリンダ１４、ローリングシリンダｎ、ピッチン
グシリンダｐも前記力制御を行い、微旋回シリンダｈ、
ヨーイングシリンダｋは図４（３）の状態のストローク
を位置制御により保持した状態にしておく。図４（４）
の状態により組込みセグメントの位置決めを終了し、こ
れにより締結を行ってセグメントを組み立てていく。

【００３０】上記の制御動作を図５のフローチャートに
よって示す。制御の基本動作は組込みセグメント１８の
粗位置決め、昇降位置の微調整、ローリングおよびピッ
チングの調整を行う内径面合わせ、ヨーイングおよび旋
回位置調整を行うトンネル円周方向位置合わせ、摺動調
整を行うトンネル軸方向位置合わせの作業手順となる。
セグメントの設計情報等から粗位置決め目標値を設定し
（ステップ１００）、旋回リング１０の旋回動作や昇降
シリンダ１４による支持フレーム１２の下降動作を行わ
せる（ステップ１０２）。これは各軸のストロークが目
標値に達したか否かの判定処理を行いながら実施する
（ステップ１０４）。この粗位置決めの終了後、微調整
動作に入り、最初に昇降シリンダ１４、ローリングシリ
ンダｎ、ピッチングシリンダｐを微動操作してセグメン
ト１８を組込み深さに設定する（ステップ１０６）。こ
れは既設セグメントに当接されるローラ２２の接触力を
検知し、接触ローラ２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの総押し付
け力Ｆ（＝Ｆx ＋Ｆy ＋Ｆz）と予め設定されている目
標値Ｆobj （＝Ｆobj-t ＋Ｆobj-u ＋Ｆobj-v ）との比
較判定により行い、ローリング調整は、左右のローラ２
２Ｃ、２２Ｄの押し付け力の差の比較判定をなして設定
値との差がなくなるまでローリング位置の調整をなす。
また同様にピッチング調整は前後に位置するローラ２２
Ｂ、２２Ｄによる押し付け力の差が設定値と一致するま
で行って制御することにより組込みセグメントと既設セ
グメントの内径面を合わせる（ステップ１０６、１０
８）。次いで、ヨーイング調整および旋回調整をシリン
ダ圧力の判定処理により行いトンネル円周方向の位置合
わせを行う。また、この際、上記内径面位置合わせを行
いながらこの作業を行う（ステップ１１０、１１２）。
最後は、摺動位置を摺動シリンダの圧力判定により行い
（ステップ１１４、１１６）、セグメント１８を適性位
置に自動配置することができるのである。また、この際
にも、上記内径面位置合わせを行いながらこの作業を行
う。

【００３１】尚、本実施例では、Ａ２〜Ｂ２セグメント
の組立てに関して説明したが、Ａ１セグメントおよびＫ
セグメントに関しても本方法の応用により組立て可能で
ある。また、ピッチングの修正には、図１の前後に配置
されたローラ２２Ｃ、２２Ｄの押し付け力を用いたが、
リング端面に組込みセグメントを押し付け、その押し付
け力の判定によって制御することも可能である。

【００３２】また、本実施例では、内径面を合わせるた
めのガイド２０としてローラ２２を用い、その押し付け
力を力センサにより検出する方法を示したが、他にロー
ラを用いて押し付けを油圧センサにより検出して位置合
わせをしてもよいし、ローラではなく、図６（１）、
（２）に示すようなガイド２０Ａ、２０Ｂを用いて本実
施例と同様に力センサを用いる方法、もしくは油圧力セ
ンサにより押し付け力を検出する方法を実施するように
してもよい。また、例えば、ピッチング修正用シリンダ
の油圧力を油圧力センサにより検出して上記ヨーイング
と同様の方法により自重分保持の圧力となるようにコン
トロールしておき端面に押し当ててピッチングを合わせ
ても良い。

【００３３】また、上記実施例では、押し付け力を検出
して位置合わせを行った例を示したが、図１、図６
（１）、（２）に示すガイド２０、２０Ａ、２０Ｂに充
分な剛性があり、また、押し付け力がかなり大きくても
（組込みセグメントと機械側の自重分が影響しないよう
に本実施例の制御を行ったが）、その影響による既設セ
グメントの破損や位置ズレがおきない状態でかつ既設セ
グメントが真円の場合であれば姿勢修正用の油圧シリン
ダを設けなくても本発明は適用できる。

【００３４】図７は、第２実施例を示すもので、エレク
タ本体をリンク機構を介して旋回リングに支持させた、
いわゆるリンク式エレクタの斜視図である。図７におい
て、旋回リング１０の取り付け部１２０には、ブラケッ
ト１２２がトンネル側に向けて突設してあり、このブラ
ケット１２２にリンク機構１２４を介して詳細を後述す
るエレクタ本体１２６が取り付けてある。リンク機構１
２４は、ブラケット１２２に回転可能に設けたブーム１
２８とこのブーム１２８に枢着したアーム１３０とから
構成してある。ブーム１２８は、本図に図示しないブー
ムシリンダによって矢印１３２のように駆動され、エレ
クタ本体１２６を旋回リング１０の略周方向、すなわち
旋回方向に移動させる。また、アーム１３０は、アーム
シリンダ１３４によって矢印１３６のように駆動され、
ブーム１２８と協働してエレクタ本体１２６を昇降させ
る。

【００３５】エレクタ本体１２６は、アーム１３０の先
端部に設けたロール軸１３８に枢着したローリング調整
部材１４０を有している。このローリング調整部材１４
０は、アーム１３０との間に設けたローリングシリンダ
ｎによって矢印１４２のように、すなわちトンネルの軸
心と平行な軸心の周りに揺動させられる。そして、ロー
リング調整部材１４０の下部には、セグメントリングの
半径方向に沿う軸心の周りに矢印１４６のように回転可
能なヨーイング調整部材１４４が設けてある。このヨー
イング調整部材１４４には、摺動ブロック１５０を貫通
している摺動軸１５２がトンネルの軸心方向と平行に配
設してあり、摺動ブロック１５０が矢印１５４のよう
に、トンネルの軸心方向に沿って移動できるようにして
ある。また、摺動ブロック１５０の下部には、ピッチン
グ調整部材１５８が取り付けてある。このピッチング調
整部材１５８は、摺動ブロック１５０にブラケットを介
してセグメントリングの接線方向に取り付けたピッチン
グ軸１５６に枢着してあり、ピッチングシリンダｐを作
動することにより、矢印１６０の如くピッチング軸１５
６を中心に揺動するようになっている。そして、ピッチ
ング調整部材１５８の端部に前記第１実施例と同様のガ
イド２０が設けてある。なお、図７の符号１６２は、組
込みセグメント１８と既設セグメント５０とを締結する
ボルト締結装置である。なお、このボルト締結装置１６
２は、図示しないコントローラによって締結操作を自動
制御されており、既述する組込みセグメント１８の所定
位置の位置決め後、組込みセグメント１８と既設セグメ
ント５０とを自動締結する。

【００３６】図８は、第１実施例の図３に対応した第２
実施例のシステム構成図である。第１実施例と異なると
ころは、昇降シリンダと微旋回シリンダ、およびこれら
に対応した昇降シリンダ操作弁、微旋回シリンダ操作
弁、昇降ストロークセンサ、微旋回ストロークセンサ、
微旋回シリンダ油圧力センサがない代わりに、ブームシ
リンダ１６６とアームシリンダ１３４、およびこれらの
シリンダに対応したブームシリンダ操作弁１６８、アー
ムシリンダ操作弁１７０、ブームストロークセンサｓ、
アームストロークセンサｔ、ブームシリンダ油圧力セン
サ１７２、アームシリンダ油圧力センサ１７４が設けて
ある。

【００３７】この第２実施例によるセグメントの組立て
の制御動作は、図９のフローチャートに示したように、
前記第１実施例とほぼ同様の手順で行われる。すなわ
ち、図９のステップ２００のように粗位置合わせのため
の粗位置決めの目標値が設定されると、演算装置３４
は、旋回リング１０を旋回操作するとともに、ブームシ
リンダ２４、アームシリンダ１３４を作動してエレクタ
本体１２６を下降させる（ステップ２０１）。この下降
操作は、必要に応じてローリングシリンダｎも作動し、
各シリンダのストローク量が目標値に達したか否かの判
定処理を行いながら実施する（ステップ２０２）。

【００３８】粗位置決めの操作が終了すると、前記と同
様に微調整動作に入り、内径面合わせが行われる。第２
実施例における内径面合わせは、ブームシリンダ１６
６、アームシリンダ１３４、ローリングシリンダｎ、ピ
ッチングシリンダｐを微動操作して行い（ステップ２０
３）、前記と同様に接触ローラ２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ
の総押し付け力Ｆ（＝Ｆx ＋Ｆy ＋Ｆz ）と予め設定さ
れている目標値Ｆobj （＝Ｆobj-t ＋Ｆobj-u ＋Ｆobj-
v ）とを比較判定するとともに、ローリング調整とピッ
チング調整とを行い（ステップ２０４）、組み込みセグ
メント１８を組込み深さに設定し、組込みセグメント１
８の内径面と既設セグメント５０の内径面とを合わせ
る。

【００３９】次に、ブームシリンダ１６６、ローリング
シリンダｎ、ピッチングシリンダｐ、アームシリンダ１
３４、ヨーイングシリンダｋを微動操作し（ステップ２
０５）、ヨーイング調整と旋回調整とを行ってトンネル
円周方向の端面合わせをする。このトンネル円周方向端
面合わせは、内径面のずれが生じないように、前記の内
径面合わせの制御を行いながら、ヨーイングシリンダｋ
の圧力Ｐy をセグメントおよび機械側の自重分を保持で
きる設定値に保持し、セグメントリングの周方向の端面
の接触圧力ＦR （図４（３）参照）が目標のＦR-obj と
なるように、各シリンダの圧力を制御する。トンネル円
周方向の端面合わせが終了したならば、ブームシリンダ
１６６、アームシリンダ１３４、ローリングシリンダ
ｎ、ピッチングシリンダｐ、摺動シリンダｅの微動操作
により、最後のトンネル軸方向端面合わせを行う（ステ
ップ２０７、２０８）。この操作も、前記と同様に内径
面位置合わせをしながら行われる。

【００４０】図１０、図１１は、第３実施例を示したも
のである。これらの図において、エレクタ本体１６、１
２６のトンネル側の側部には、距離検出部を構成してい
る複数（実施例の場合３つ）の距離センサ２１０ａ、２
１０ｂ、２１０ｃが設けてある。これらの距離検出器２
１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、超音波センサや光セン
サ、差動トランスなどから構成してあり、セグメントリ
ングの円周方向に沿って配置してあるとともに、取り付
けアーム２１２の先端に取り付けられ、既設セグメント
５０の内径面までの距離が検出できるようになってい
る。また、ガイド２０は、図１１に示したように、ロー
ラ２２がガイド本体２１４に対して回動可能なブラケッ
ト２１６の先端部に、弾性体であるばね２１８を介して
取り付けてある。そして、ガイド本体２１４の上部に
は、固定ブラケット２２０が設けてあって、この固定ブ
ラケット２２０にブラケット２１６の上面に接触可能な
力センサ２２２が設けてあり、ローラ２２による押し付
け力を検出できるようになっている。さらに、ガイド本
体２１４の下部には、ストッパ２２４を設け、ローラ２
２を所定の位置に保持できるようにしてある。

【００４１】このように構成した実施例においては、エ
レクタ本体１６、１２６を下降させてローラ２２を既設
セグメント５０に接触させる際の衝撃力をばね２１８に
よって吸収することができ、既設セグメント５０の破損
等を避けることができる。しかも、ローラ２２は、ばね
２１８を介して支持されて上下方向に変位できるため、
各ローラ２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｄによる押し付け力が設
定された目標値Ｆobj-s 、Ｆobj-t 、Ｆobj-v であって
も、既設セグメント５０と組込みセグメント１８との内
径面が同一円筒面を形成しないような場合、組込みセグ
メント１８を既設セグメント５０に締結できる位置に修
正することができる。

【００４２】すなわち、演算装置３４は、上記実施例と
同様に、各ローラ２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｄに対応して設
けた力センサ２２２の検出値を読み込み、各ローラの押
し付け力が設定値となるように各ブームシリンダ１６
６、アームシリンダ１３４、ヨーイングシリンダｅ、ロ
ーリングシリンダｎ、ピッチングシリンダｐを制御す
る。また、演算装置３４は、各ローラ２２Ａ、２２Ｃ、
２２Ｄによる押し付け力が設定値となったときの各距離
センサ２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃが検出した既設セ
グメント５０までを距離Ｌ₇ 、Ｌ₈ 、Ｌ₉ を読み込み、
これらの値が予め定めた設定値Ｌ_T と等しくなった、組
込みセグメント１８の内径面と既設セグメント５０の内
径面とが一致したかを判断する。そして、演算装置３４
は、図１２のように両者が一致しない場合、各距離セン
サ２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの検出点Ｐ₇ 、Ｐ₈ 、
Ｐ₉ における各検出値と設定値との偏差ΔＬ₇ ＝Ｌ₇ −
Ｌ_T 、ΔＬ₈ ＝Ｌ₈ −Ｌ_T 、ΔＬ₉ −Ｌ_T を求める。

【００４３】次に、演算装置３４は、これらの設定値か
らのずれ量を最適に補正するためのに、すなわち最小二
乗和法により、ΔＬ₇ 、ΔＬ₈ 、ΔＬ₉ の二乗和が最小
となるようにローラ２２Ｄ、２２Ｃが接触している
Ｐ₁₂、Ｐ₁₃における補正量ΔＬ₁₂、ΔＬ₁₃（ローラ２２
Ｄ、２２Ｃのばね２１８の撓み量）を演算する。この補
正量は、Ｐ₇ 、Ｐ₈ 、Ｐ₉ を通る円弧上において、
Ｐ₇ 、Ｐ₈ 、Ｐ₉ が等間隔であるとすると、

【数１】ΔＬ₁₂＝（ΔＬ₇ −ΔＬ₉ ）×（ｂ／２ａ） ＋（ΔＬ₇ ＋ΔＬ₈ ＋ΔＬ₉ ）／３

【数２】ΔＬ₁₃＝（ΔＬ₉ −ΔＬ₇ ）×（ｂ／２ａ） ＋（ΔＬ₇ ＋ΔＬ₈ ＋ΔＬ₉ ）／３ として求められる。

【００４４】演算装置３４のメモリには、図１３に示し
たような各ばね２１８についての補正量ΔＬと押し付け
力Ｆとの関係が格納してある。そこで、演算装置３４
は、上記の式〔数１〕、〔数２〕によって補正量をΔＬ
₁₂、ΔＬ₁₃を求める。そして、演算装置３４は、例えば
補正量ΔＬ₁₂を求めると、図１３の関係に従ってこの補
正量ΔＬ₁₂を得るのに必要な補正力ΔＦ₁₂を演算し、ロ
ーラ２２Ｄの力センサ２２の検出値が、設定押し付け力
Ｆobj-v に補正力ΔＦ₁₂を加えた値となるように既設セ
グメント５０へのローラ２２Ｄによる押し付け力を制御
する。これにより、エレクタ本体１６、１２６が把持し
ている組込みセグメント１８は、ローラ２２Ｄの部分に
おいてばね２１８の圧縮量ΔＬ₁₂に対応した分だけ下降
する。そして、ローラＤについても同様の補正が行われ
ることにより、組込みセグメント１８は、最適な組み込
み位置に補正され、既設セグメント５０との締結が可能
な位置に位置決めされる。

【００４５】なお、前記実施例においては、距離検出部
を３つの距離センサによって構成した場合について説明
したが、１つの距離センサをセグメントリングの周方向
に移動可能に設けて、このセンサによりセグメントリン
グの周方向の複数点における距離を検出してもよい。ま
た、距離センサを４つ以上設けてもよいことは勿論であ
る。そして、前記実施例と同様に、力センサ２２２の代
わりに、各シリンダの油圧力から押し付け力を求めるよ
うにしてもよい。

【００４６】また、前記実施例においては、ローラ２２
がばね２１８を介してブラケット２１６に取り付けてあ
る場合について説明したが、ローラ２２をブラケット２
１６に対して上下方向に移動可能な軸にローラ２２を取
り付け、軸に形成したばね受けとブラケット２１６との
間にばね２１８を介在させてもよい。また、前記実施例
においては、弾性体がばね２１８である場合について説
明したが、ゴム、合成ゴム等を使用してもよい。そし
て、ばね２１８は、コイルばねや板ばね等を用いること
ができる。

【００４７】ところで、トンネルのカーブしているとこ
ろ、すなわち図１４に示したようなトンネルの屈曲部で
は、組立てつつある新規セグメントリング７４と既設の
セグメントリング７６との軸心が一致しないため、新規
セグメントリング７４を構成しているテーパ状既設セグ
メント７８の内径面が、既設セグメントリング７６のセ
グメントリング５０の内径面と一致しない。このため、
セグメントリング軸心方向に位置する一対のローラ（例
えばローラ２２Ｂ、２２Ｄ）が設定された目標押し付け
力で既設セグメント５０、７８を押圧した場合、ローラ
２２Ｂの既設セグメント５０との接点が、テーパ状既設
セグメント７８のなす面、すなわちローラ２２Ｄが押圧
する面よりΔＬだけ下がってしまうことになり、それに
応じた分だけエレクタ本体１６の保持している組込みセ
グメント１８のトンネル側が下がりすぎることになり、
ΔＬ_X を補正しなければならない。また、反対にセグメ
ントリングの上部（天井側）においては、ΔＬ_X に対応
した分だけ浮いた状態になるため、その分押し込む必要
がある。そこで、まずこの補正量ΔＬ_X を求める方法を
図１５を参照して説明する。

【００４８】まず、組み立てようとする新規セグメント
リング７４の中心軸８０を、既設セグメントリング７６
を基準にしたＸＹＺ座標によって求める。この新規セグ
メントリング７４の中心軸８０は、トンネル計画線など
から求めることができる。なお、実施例の場合、このＸ
ＹＺ座標は、既設セグメントリング７６の先端面の中心
を原点Ｏとし、セグメントリング７６の上下方向にＸ
軸、セグメントリング７６の中心軸８１をＺ軸、Ｘ軸と
Ｚ軸とに直交した方向、すなわちセグメントリング７６
の横方向にＹ軸を取っている。

【００４９】次に、新規セグメントを取り付ける位置に
おいて、ローラ２２Ｂ、２２Ｄを結ぶ直線を中心線８０
と平行にし、ローラ２２Ｄをテーパ状既設セグメント７
８に接触させたときに、これらローラ２２Ｂ、２２Ｄが
テーパ状既設セグメント７８の面上にあるとした場合の
各ローラの接触点を結ぶ線８３と既設セグメントリング
７６の内径端との交点Ｓ（Ｘ_S ，Ｙ_S ，Ｚ_S ）を幾何学
的に算出する。ローラ２２Ｂのエレクタ本体１６に対す
る取り付け位置は既知であるから、テーパ状既設セグメ
ント７８の内径面の延長線上におけるローラ２２Ｂの仮
想接触点Ｐ（Ｘ_P ，Ｙ_P ，Ｚ_P ）を求め、Ｚ＝Ｚ_P の平
面内におけて既設セグメントリング７６の内周円（Ｘ²
＋Ｙ² ＝Ｒ² ）８２を求める。ただし、ここにＲは、セ
グメントリング７６の内径面がなす円の半径である。

【００５０】次に、交点ＳのＺ方向の内周円８２上の投
影点Ｑ（Ｘ_Q ，Ｙ_Q ，Ｚ_Q ）を求める。ここに、Ｚ_Q ＝
Ｚ_P であるから、補正量ΔＬは、

【数３】 ΔＬ＝｛（Ｘ_P −Ｘ_Q ）² ＋（Ｙ_P −Ｙ_Q ）² ｝^1/2 ＝｛（Ｘ_P −Ｘ_S ）² ＋（Ｙ_P −Ｙ_S ）² ｝^1/2 として求めることができる。なお、図１４の場合のセグ
メントリング７６の天井側の補正量も同様に求められ、
これらの演算は、図４に示した演算装置３４によって容
易に実行することができる。

【００５１】このようにして求めた補正量ΔＬ_X は、各
ローラ２２を支持している図１１に示したばね２１８の
撓み量を調節することにより、補正される。すなわち、
演算装置３４のメモリには、各ローラ２２Ａ、２２Ｂ、
２２Ｃ、２２Ｄに対応した各ばね２１８についての、図
１３に示したような補正量ΔＬと押し付け力Ｆとの関係
が格納してある（ただし、ｋはばね定数）。そこで、演
算装置３４は、〔数１〕により補正量ΔＬ_X を求める
と、このΔＬ_X 分だけローラ２２Ｂのばね２１８の撓み
量を少なくするための補正力ΔＦを図１３から求める。
そして、演算装置３４は、ローラ２２Ｂに対応した力セ
ンサ２２０ｘの検出値がＦobj-t −ΔＦ（反対に傾斜し
ている場合には、すなわちず１４の天井側の場合にはＦ
obj-t ＋ΔＦ）となるように昇降シリンダ１４等の各シ
リンダを制御する（図１６参照）。これにより、エレク
タ本体１６は、セグメントリング７６側が補正量ΔＬに
応じて上方（新規セグメントリング７４の中心方向）に
移動し、エレクタ本体１６が保持している組込みセグメ
ント１８のトンネル側（既設セグメントリング７６側）
がエレクタ本体１６と一体に上方に移動し、適切な組み
込み位置に補正される。従って、トンネルの屈曲部にお
いても、組込みセグメント１８の自動位置決めを正確、
迅速に行うことができ、トンネル工事の作業効率の向上
と、作業者の負担、危険度の減少を図ることができる。

【００５２】なお、前記実施例においては、トンネル屈
曲部において、トンネルの軸線方向に位置する一対のロ
ーラを結ぶ線と、既設セグメントリング７６の内径面先
端との交点Ｓを、既設セグメントリング７６側のローラ
２２Ｂの位置における既設セグメントセグメントリング
７６の内接円８２への投影点Ｑを求めて補正量ΔＬを求
めるようにした場合について説明したが、図１０に示し
た距離センサにより既設セグメント５０の内径面までの
距離を検出し、この検出値に基づいて補正量ΔＬを求め
るようにすれば、補正量の算出が容易となる。

【００５３】次に、組込みセグメント１８の位置決めを
特に既設セグメント５０に対して締結ボルト穴が一致す
るように制御する第４実施例について説明する。

【００５４】この実施例は図１７に示すように、エレク
タ本体１６に組込みセグメント１８のボルトボックス５
４に挿入できる視覚センサ５２を設けた構成としたもの
である。視覚センサ５２は、図１８（１）に示している
ように、テレビカメラ５６、光源５８および反射体６０
から構成されている。また、視覚センサ５２はトンネル
半径方向に伸縮可能な伸縮ジャッキ６２を介して取り付
けられ、エレクタ本体１６の特に最外部にてセグメント
１８を把握するピッチングボックス部３２に取り付け支
持されている。このような視覚センサ５２はセグメント
１８を既設セグメント５０とボルト締結できるように位
置決めするために用いられ、セグメント１８を粗位置決
めした後に、図１７（２）に示すように、組込みセグメ
ント１８のボルト穴６４側から既設セグメント５０のボ
ルト穴６６を撮像することによりボルト穴６４、６６同
志の位置合わせのための微調整操作をなす。

【００５５】すなわち、既設セグメント５０のボルト穴
６６と組込みセグメント１８のボルト穴６４にずれがあ
る場合、視覚センサ５２により図１８（２）のような画
像が検出される。この画像より既設セグメント５０のボ
ルト穴６６の中心は次のようにして認識することができ
る。図１８（２）の画像を２値化（白と黒）し、黒の部
分の重心Ｇを求めると、その点は線分ＡＢ（Ａ、Ｂは組
込みセグメント１８のボルト穴６４外周Ｃを、既設セグ
メント５０のリンク間端面に投射した際に生じる既設セ
グメント５０のボルト穴６６外周Ｃ’との交点）の中点
と合致する。このため、組込みセグメント１８のボルト
穴６４の中心Ｏの点Ｇに対する対象点が既設セグメント
５０のボルト穴６６の中心Ｏ’となる。なお、組込みセ
グメントのボルト穴の中心Ｏは既知である。以上の方法
により、複数個ある既設セグメント５０と組込みセグメ
ント１８のボルト穴６４の位置関係が分かる。

【００５６】セグメントを便宜上平板と考えると、この
様子は図１８（３）の様に表される。同図において、直
線Ｌ上のａ、ｂ、ｃが組込みセグメント１８のボルト穴
６４の中心点、ｄ、ｅ、ｆが既設セグメント５０の対応
するボルト穴６６の中心である。組込セグメント１８と
既設セグメント５０の対応するボルト穴６４、６６の中
心間の距離をトンネルの周方向と半径方向に分けると、
各々ｘａ、ｘｂ、ｘｃ、とｙａ、ｙｂ、ｙｃと表せる。
これらを最小にするように組込みセグメント１８の位置
および姿勢を修正することにより、組込みセグメント１
８と既設セグメント５０のボルト穴６４、６６同志の最
適な位置合わせが可能となる。この調整方法としては、
例えば組込みセグメント１８を周方向に（ｘａ＋ｘｂ＋
ｘｃ）／３、半径方向に（ｙａ＋ｙｂ＋ｙｃ）／３だけ
位置を補正する方法などが考えられる。

【００５７】本実施例の他の適用例を図１９（１）、
（２）に示す。この例では視覚センサ５２を４つ必要と
する。視覚サンサ５２ａと５２ｂはそれぞれトンネルの
半径方向に移動可能なジャッキ６２ａ、６２ｂを介し
て、エレクタ本体１６より伸したロッド６８ａ、６８ｂ
に取付けられ、ジャッキ６２ａ、６２ｂを伸した時に既
設セグメント５０のボルト穴７０ａ、７０ｂを視認でき
るようにする。視覚センサ５２ｃ、５２ｄはそれぞれエ
レクタ本体１６から伸したロッド６８ｃ、６８ｄに取付
けられ、既に組んだ組込みセグメント１８Ａの切羽側端
面のボルト穴７０を視認できるようにする。

【００５８】既設セグメント５０のボルト穴６６と組込
みセグメント１８のボルト穴６４に位置ずれの無い状態
において、各々の視覚センサの視野上にとった座標の原
点にボルト穴が位置するように、各々センサの取付け位
置をあらかじめ調節しておく。１枚目のＡ１セグメント
を組込む際には図１９（１）に示すように、組込みセグ
メント１８の両隣のボルト穴７０ａ、７０ｂを視覚セン
サ５２ａ、５２ｂにより視認し、各々のボルト穴が視覚
センサの視野上の座標の原点に近づくように組込みセグ
メント１８の位置を修正する。２枚目以降のセグメント
を位置決めする場合は、図１９（２）のように、既に組
んである組込みセグメント１８Ａと視覚センサ５２ｂが
干渉しない様ジャッキ６２ｂを縮めておく、その状態
で、既に組んである組込みセグメント１８Ａの、これか
ら組むセグメント１８に一番近いボルト穴７２を視覚セ
ンサ５２ｄにより視認し、既設セグメント５０のボルト
穴７０ａを視覚センサ５２ａにより視認する。これらの
情報に基づいて、１枚目のセグメントと同様に位置の修
正を行うのである。

【００５９】なお、上記実施例において、エレクタ本体
１６は図１に示した実施例と同様に構成され、組込みセ
グメント１８を基準とした座標系において、トンネルの
周方向への移動機構、トンネルの半径方向への移動機
構、およびトンネルの軸方向への移動機構と、以上３軸
のまわりに回転するピッチング、ヨーイング、ローリン
グ機構を持ち、セグメントを任意の位置、姿勢に位置決
めできるように構成されているのはいうまでもない。ま
た、図７に示したリンク式エレクタについても同様に適
用できることは勿論である。

【００６０】このような実施例によれば、特に既設セグ
メント５０の内周面と組込みセグメント１６の内周面に
予め段差がある場合や工作精度によって段差があった場
合等でも、直接対応するボルト穴６４、６６の芯合せが
視覚センサ５２によって調整できるため、セグメント締
結のためのボルト穴６４、６６を正確に一致させるよう
エレクタ本体１６を補正調整できるものとなる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１にセグメントを把握するエレクタ本体から既設セグ
メントに接触可能に張り出されたガイドを設け、このガ
イドにはエレクタ本体が保持している新規に組み込むセ
グメントの内径面に一致する円筒面に沿って配置され、
既設セグメントの内径面部へ押し当て可能な押圧部を形
成し、既設セグメントへの押圧部接触により新規セグメ
ントを同一円筒面内に設定するように構成したので、旋
回方向、摺動方向にセグメントを動かした際、昇降およ
びピッチング、ローリングが自然に倣ってくれるため、
位置決めが速く行えるとともに、距離センサ等を使用し
ていないため破損等に関する信頼性が高く構造的にも単
純化できる。

【００６２】また、押圧部材を弾性材を介して支持する
とともに、エレクタに体１６に既設セグメントの内径面
までの距離を検出する距離検出部を設けたことにより、
既設セグメントのピース間の目開きなどのため、押圧部
材による押し付け力が設定された押し付け力であるの
に、組込みセグメントの内径面と既設セグメントの内径
面とが同一円筒面を形成しないような場合、エレクタ本
体に設けた距離検出部によって既設セグメントの内径面
までの距離を検出し、コントローラが検出距トのボルト
穴の相対位置を必ずボルトが挿入できるように位置決め
することが可能となる。そして、トンネルの屈曲部にお
いて、トンネル軸線方向の一対の押圧部材間の押し付け
力を異ならせることにより、これら押圧部材の上下方向
位置を実質的にテーパセグメントの内径面上に位置させ
ることができ、トンネル屈曲部における組込みセグメン
トを最適な組込みに自動的に制御することが可能とな
る。

【００６３】また、エレクタ本体に取付けた視覚センサ
により、既設セグメントのボルト穴、あるいは既設セグ
メントのボルト穴と組込セグメントのボルト穴を直接視
認し、その情報に基づいて組込セグメントの位置、姿勢
の修正を行うことにより、既設セグメントのボルト穴と
組込みセグメントのボルト穴の相対位置を必ずボルトが
挿入できるように位置決めすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るセグメント組立装置の要部斜
視図である。

【図２】第１実施例に係るセグメント組立装置の全体構
成を示す斜視図である。

【図３】第１実施例のセグメント位置制御のシステム構
成図である。

【図４】セグメント位置決め工程の説明図である。

【図５】第１実施例によるセグメント位置決め操作のフ
ローチャートである。

【図６】セグメントガイドの他の例の説明斜視図であ
る。

【図７】第２実施例に係るセグメント位置決め機構の要
部斜視図である。

【図８】第１実施例のセグメント位置制御のシステム構
成図である。

【図９】第２実施例によるセグメント位置決め操作のフ
ローチャートである。

【図１０】第３実施例の距離センサの取り付け状態を示
す斜視図である。

【図１１】第３実施例のガイドの詳細説明図である。

【図１２】第３実施例による補正量の求め方の説明図で
ある。

【図１３】第３実施例における補正量と押し付け力との
関係を示す図である。

【図１４】トンネル屈曲部におけるテーパセグメント組
込み時のローラの状態を示す図である。

【図１５】トンネル屈曲部におけるテーパセグメント組
込み時の補正量の求め方の説明図である。

【図１６】トンネル屈曲部におけるテーパセグメント組
込み時の補正量と押し付け力との関係を示す図である。

【図１７】第４実施例に係るセグメント位置決め機構を
備えたエレクタ本体の斜視図である。

【図１８】第４実施例に係る視覚センサの構成斜視図、
撮像説明図、および補正位置の説明図である。

【図１９】第４実施例の応用例を示す説明斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０…旋回リング、１６、１２６…エレクタ本体、１８
…組込みセグメント、２０…ガイド、２２…ローラ、２
４…水平移動ボックス部、２６…旋回ボックス部、２８
…ヨーイングボックス部、３０…ローリングボックス
部、３２…ピッチングボックス部、３４…演算装置、５
０…既設セグメント、５２…視覚センサ、５４…ボルト
ボックス、５６…テレビカメラ、５８…光源、６４、６
６…ボルト穴、１２４…リンク機構、１２８…ブーム、
１３０…アーム、１４０…ローリング調整部材、１４４
…ヨーイング調整部材、１５８…ピッチング調整部材、
２１０…距離検出部（距離センサ）、２１８…弾性体
（ばね）、２２２…力センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 耕嗣 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セグメントを把持するエレクタ本体から
   既設セグメントに接触可能に張り出されたガイドを設
   け、このガイドにはエレクタ本体が保持している新規に
   組み込むセグメントの内径面に一致する円筒面に沿って
   配置され既設セグメントの内径面部へ押し当て可能な押
   圧部を形成し、既設セグメントへの押圧部接触により新
   規セグメントを同一円筒面内に設定可能としたことを特
   徴とするセグメント組立装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のセグメント組立装置に
   おいて、上記エレクタ本体は、リンク機構を介して掘削
   機の旋回リングに取り付けてあることを特徴とするセグ
   メント組立装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のセグメント組立装置に
   おいて、上記リンク機構は、エレクタ本体を上記旋回リ
   ングの略円周方向に移動させるブームと、このブームに
   枢着され、ブームと協働して上記エレクタ本体を昇降さ
   せるアームとを有していることを特徴とするセグメント
   組立装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のセグメント組立装置に
   おいて、上記押圧部材が既設セグメントを押し付ける際
   の押し付け力を検知する手段と、その検知した各押し付
   け力が上記既設セグメントと組込みセグメントの内径面
   が同一円筒面となる押し付け力となるようにエレクタの
   昇降シリンダを制御するコントローラを備えたことを特
   徴とするセグメント組立装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載のセグメント組立装置に
   おいて、上記押圧部材が既設セグメントを押し付ける際
   の押し付け力を検知する手段と、その検知した各押し付
   け力が上記既設セグメントと組込みセグメントの内径面
   が同一円筒面となる押し付け力となるように上記ブーム
   と上記アームとのシリンダを制御するコントローラを備
   えたことを特徴とするセグメント組立装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５に記載のセグメント組
   立装置において、トンネル軸心後方から見て上記複数個
   の押圧部材の左右の押し付け力を検知する手段を有し、
   その左右の押し付け力が、それぞれ設定された押し付け
   力のとき既設セグメントと組込みセグメントの内径面が
   同一円筒面内となるように上記押圧部材を調節してお
   き、押し付け力が上記押し付け力となるよう姿勢調整で
   きる機構をもたせたエレクタに上記押し付け力となるよ
   うに上記機構を制御してセグメントの姿勢を修正するこ
   とを特徴とするセグメント組立装置。
7. 【請求項７】 請求項４または５に記載のセグメント組
   立装置において、上記複数個の押圧部材の押し付け力を
   検知する手段により検知する箇所をトンネル軸心後方か
   ら見て前後に配置し、その前後の押し付け力がそれぞれ
   ある設定された押し付け力のとき既設セグメントと組込
   みセグメントの内径面が同一円筒面内となるようにその
   部材を調節しておき、押し付け力が上記押し付け力とな
   るよう姿勢調整できる機構をもたせたエレクタ本体に上
   記押し付け力となるよう上記機構を制御してセグメント
   の姿勢を修正することを特徴とするセグメント組立装
   置。
8. 【請求項８】 請求項４ないし７のいずれか１に記載の
   セグメント組立装置において、上記押し付け力を検知す
   る手段を力センサによって構成し、この力センサから出
   力する押し付け力信号によって押し付け力を検出する押
   し付け力検出法を有することを特徴とするセグメント組
   立装置。
9. 【請求項９】 請求項４、６、または７に記載のセグメ
   ント組立装置において、セグメント組立用エレクタの昇
   降用油圧シリンダおよび姿勢調整用に取り付けた油圧シ
   リンダの油圧力を油圧力センサにより検知し、その油圧
   力から上記押し付け力を検出する押し付け力検出法を有
   することを特徴とするセグメント組立装置。
10. 【請求項１０】 請求項５、６、または７に記載のセグ
    メント組立装置において、セグメント組立用エレクタを
    昇降させる上記ブームと上記アームとを駆動する油圧シ
    リンダおよび姿勢調整用に取り付けた油圧シリンダの油
    圧力を油圧力センサにより検知し、その油圧力から上記
    押し付け力を検出する押し付け力検出法を有することを
    特徴とするセグメント組立装置。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし１０のいずれか１に記
    載のセグメント組立装置において、上記押圧部材は、弾
    性体を介して支持したことを特徴とするセグメント組立
    装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のセグメント組立装
    置において、上記エレクタ本体にはセグメントリングの
    周方向の複数箇所における既設セグメントの内径面まで
    の距離を検出する距離検出部が設けてあり、上記コント
    ローラは各押圧部材の押し付け力が設定された押し付け
    力のときに、上記距離検出部の検出信号に基づいて、上
    記既設セグメントの内径面までの距離と設定距離との差
    を求め、この差を小さくする各押圧部材の押し付け力の
    修正値を演算することを特徴とするセグメント組立装
    置。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のセグメント組立装
    置において、上記距離検出部は、複数のセンサからなる
    ことを特徴とするセグメント組立装置。
14. 【請求項１４】 請求項１１、１２、または１３に記載
    のセグメント組立装置において、上記弾性体はばねであ
    ることを特徴とするセグメント組立装置。
15. 【請求項１５】 請求項１１ないし１４のいずれか１に
    記載のセグメント組立装置において、上記コントローラ
    は、予め与えられた上記押し付け力と上記弾性体の変形
    量との関係と、最小二乗法とにより、上記押し付け力の
    修正値を求めることを特徴とするセグメント組立装置。
16. 【請求項１６】 請求項１１ないし１４のいずれか１に
    記載のセグメント組立装置において、上記コントローラ
    は、トンネルの屈曲部において、トンネル軸方向に位置
    する一対の上記押圧部材のトンネル先端側が、組み立て
    つつある新規セグメントリングを構成する既設セグメン
    トを上記設定された押し付け力で押圧したときに、上記
    一対の押圧部材のトンネル後方側の上記押圧部材の既設
    セグメントを押圧する押し付け力を、上記トンネルの屈
    曲の大きさに応じて補正することを特徴とするセグメン
    ト組立装置。
17. 【請求項１７】 請求項１に記載のセグメント組立装置
    において、上記既設セグメントと組込みセグメントの内
    径面が同一円筒面内にある状態において、新規に組込む
    セグメントの端面を既に組立てられているセグメントの
    端面に押し当て、その押し付け力がある押し付け力とな
    るとき、相隣接している端面が全てにわたって接するよ
    うに動くことのできる機構を有している装置において上
    記押し付けることにより位置、姿勢を修正することを特
    徴とするセグメント組立装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載のセグメント組立装
    置において、上記位置修正用および姿勢修正用に油圧シ
    リンダを用い、その油圧シリンダの油圧力を油圧力セン
    サにより検知し、その油圧力から上記押し付け力を検出
    し、上記既設セグメントの端面と組込みセグメントの相
    隣接している端面が全てにわたって接するような押し付
    け力となるように上記油圧シリンダを制御して新規に組
    込むセグメントの位置、姿勢を修正することを特徴とす
    るセグメント組立装置。
19. 【請求項１９】 セグメントを把持するエレクタ本体を
    組込み位置に移動し、組込み姿勢に位置決めする方法に
    おいて、上記エレクタ本体に組込みセグメントのボルト
    穴側から視覚センサを介して既設セグメントのボルト穴
    を撮像し、一対のボルト穴の画像処理により重合領域の
    重心位置から既設セグメントのボルト穴の中心を算出
    し、この位置と組込みセグメント側ボルト穴の中心との
    偏差を算出して上記エレクタ位置および姿勢を補正制御
    することを特徴とするセグメント位置決め方法。