(57)【要約】【課題】エレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法において、既設覆工部材の位置や姿勢を適正に検出して保持覆工部材を適正位置に確実に組付可能とする。【解決手段】セグメントＳＨ　，ＳＦ　までの高さを測定する距離センサ４６ａ〜４６ｆ，４７ａ〜４７ｉと、隣接するセグメントＳＨ　，ＳＦ　の接合部を検出するエッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅを設け、第１精位置決め手段５２が既設セグメントＳＦ　と把持セグメントＳＨ　との段差及び隙間を算出し、制御装置２０は段差及び隙間が減少するように把持セグメントＳＨ　を第１精位置決めし、次に、第２精位置決め手段５３が既設セグメントＳＦ　のボルト孔位置に対して把持セグメントＳＨ　のボルト孔位置が適正となる組付位置及び姿勢を推定し、制御装置２０が第１精位置決めされた把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢を補正する。【選択図】　　　　図１
2004131979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル壁面に組付けられた既設覆工部材に対して、トンネル内に搬入された保持覆工部材を所定の位置に組み付けるエレクタ装置において、前記既設覆工部材の位置及び姿勢を検出する既設覆工部材検出手段と、該既設覆工部材検出手段が検出した前記既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいてボルト孔の位置を推定する既設覆工部材ボルト孔位置推定手段と、該既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した前記既設覆工部材のボルト孔位置に対応した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定する保持覆工部材組付位置姿勢推定手段と、該保持覆工部材組付位置姿勢推定手段が推定した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢に基づいて前記エレクタ装置を駆動制御する制御手段とを具えたことを特徴とするエレクタ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のエレクタ制御装置において、前記既設覆工部材検出手段は、トンネル周方向に隣接する２つの既設覆工部材に対してそれぞれ異なる２箇所で所定高さ位置からの距離を測定する高さ測定手段と、該隣接する２つの既設覆工部材が接合するエッジ位置を検出するエッジ検出手段とを有し、前記既設覆工部材検出手段は、前記高さ測定手段が測定した各２箇所の距離と、前記エッジ検出手段が検出したエッジ位置とに基づいて前記隣接する２つの既設覆工部材の中心座標を求めることを特徴とするエレクタ制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のエレクタ制御装置において、前記既設覆工部材検出手段は、トンネル周方向に隣接する２つの既設覆工部材の位置及び姿勢をそれぞれ検出し、前記保持覆工部材組付位置姿勢推定手段は、前記既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した前記隣接する２つの既設覆工部材における複数のボルト孔位置と、前記保持覆工部材における複数のボルト孔位置とのずれ量が許容範囲内となる該保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定することを特徴とするエレクタ制御装置。
【請求項４】
請求項１記載のエレクタ制御装置において、前記保持覆工部材の位置及び姿勢を検出する保持覆工部材検出手段と、前記既設覆工部材検出手段が検出した前記既設覆工部材の位置及び姿勢と前記保持覆工部材検出手段が検出した前記保持覆工部材の位置及び姿勢に基づいて前記既設覆工部材と前記保持覆工部材との段差及び隙間を算出する段差隙間演算手段を設け、前記制御手段は該段差隙間演算手段が演算した前記段差及び隙間が減少するように前記エレクタ装置を駆動制御することを特徴とするエレクタ制御装置。
【請求項５】
請求項１記載のエレクタ制御装置において、前記既設覆工部材検出手段は、リング形状に組み立てられた複数の既設覆工部材の位置及び姿勢を検出し、前記既設覆工部材ボルト孔位置推定手段は、該既設覆工部材検出手段が検出した前記複数の既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいて全てのボルト孔位置を推定し、前記保持覆工部材組付位置姿勢推定手段は、該既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した全てのボルト孔位置を通過する所定半径の真円を求め、該真円に対応した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定することを特徴とするエレクタ制御装置。
【請求項６】
請求項５記載のエレクタ制御装置において、前記保持覆工部材組付位置姿勢推定手段は、前記既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した隣接する２つの既設覆工部材における複数のボルト孔位置と、前記保持覆工部材における複数のボルト孔位置とのずれ量を算出し、前記真円に対応して推定した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢を該ずれ量の範囲内で補正することを特徴とするエレクタト制御装置。
【請求項７】
トンネル内に搬入された保持覆工部材をトンネル壁面に組付けられた既設覆工部材に対して組み付ける覆工部材の組付方法であって、前記既設覆工部材の位置及び姿勢を検出し、該既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいてボルト孔の位置を推定し、該既設覆工部材のボルト孔位置に対応した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定し、該保持覆工部材を推定した組付位置及び姿勢に移動して前記既設覆工部材に組み付けることを特徴とする覆工部材の組付方法。
【請求項８】
トンネル内に搬入された保持覆工部材をトンネル壁面に組み立てられた既設覆工部材に対して組み付ける覆工部材の組付方法であって、リング形状に組み立てられた複数の既設覆工部材の位置及び姿勢を検出し、前記既設覆工部材ボルト孔位置推定手段は、該既設覆工部材検出手段が検出した前記複数の既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいて全てのボルト孔位置を推定し、推定した全てのボルト孔位置を通過する所定半径の真円を求め、該真円に対応した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定し、該保持覆工部材を推定した組付位置及び姿勢に移動して前記既設覆工部材に組み付けることを特徴とする覆工部材の組付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内に搬入されたセグメントや支保などの覆工部材を、既にトンネルの内壁面に組み立てられたセグメントに対して組み付けるエレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、従来のシールド掘削機において、円筒形状をなす掘削機本体の前部にはカッタヘッドが駆動モータによって回転自在に装着され、この掘削機本体の後部には複数本のシールドジャッキが周方向に沿って並設されると共に、エレクタ装置が装着されている。従って、駆動モータによってカッタヘッドを回転駆動させながら、各シールドジャッキを伸長して既設のセグメントへの押し付け反力によって掘削機本体を前進させると、カッタヘッドが前方の地盤を掘削する。そして、掘削土砂を外部に排出すると共に、エレクタ装置によってセグメントを既設トンネルの内壁面にリング状に組付けることで所定長さのトンネルを構築することができる。
【０００３】
このようなトンネル掘削作業において、エレクタ装置は既設トンネル内に搬入されたセグメントを把持して移動し、既設トンネルの内壁面の所定の位置に把持したセグメント（以下、把持セグメント）を組付けていく。この場合、把持セグメントを既設セグメントに対して適正位置に位置決めして両者をボルト等によって結合することから、エレクタ装置を高精度に制御する必要がある。
【０００４】
従来のセグメントの組立装置は、所定高さ位置から把持セグメントまでの距離と既設セグメントまでの距離をそれぞれ測定すると共に、把持セグメント及び既設セグメントの各エッジを検出し、各距離及び各エッジ位置に基づいて把持セグメントと既設セグメントとの段差及び隙間を算出し、この段差及び隙間が減少するように把持セグメントを姿勢調整しながら、既設セグメントに組み付けるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−６０９９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、トンネルの内壁面にセグメントを組み付けるとき、リング状に組み立てられた既設セグメントに対して周方向に所定距離ずらして次のセグメントを組み付けることで、セグメントの接合位置がトンネル長手方向に沿って一致しないようにしている。即ち、既設セグメントの周方向における接合位置に次に組み付けるセグメントの周方向における中心位置が位置するように位置決めしている。上述した従来のセグメントの組立装置にあっては、把持セグメントと既設セグメントとの内周面側での段差及び隙間が所定範囲内となるように把持セグメントを組み付けている。この場合、既設セグメントが真円に近いリング形状に適正に組付けられていれば把持セグメントを高精度に位置決めして組み付けることができる。ところが、周方向に隣接する既設セグメント同志の接合部にて、その内周面側での段差と隙間が所定範囲内であるが、その外周面側では隙間が形成され、セグメントが真円に近いリング形状に組付けられないことがある。このようにセグメントが外周面側で隙間をもって組付けられた場合、次に組み付けるセグメントを適切位置に位置決めしても、既設セグメントと把持セグメントとのボルト孔同志が一致せず、両者を締結できないことがある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、既設覆工部材の位置や姿勢を適正に検出することで保持覆工部材を適正位置に確実に組付可能としたエレクタ制御装置及び覆工部材の組付方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のエレクタ制御装置は、トンネル壁面に組付けられた既設覆工部材に対して、トンネル内に搬入された保持覆工部材を所定の位置に組み付けるエレクタ装置において、前記既設覆工部材の位置及び姿勢を検出する既設覆工部材検出手段と、該既設覆工部材検出手段が検出した前記既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいてボルト孔の位置を推定する既設覆工部材ボルト孔位置推定手段と、該既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した前記既設覆工部材のボルト孔位置に対応した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定する保持覆工部材組付位置姿勢推定手段と、該保持覆工部材組付位置姿勢推定手段が推定した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢に基づいて前記エレクタ装置を駆動制御する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明のエレクタ制御装置では、前記既設覆工部材検出手段は、トンネル周方向に隣接する２つの既設覆工部材に対してそれぞれ異なる２箇所で所定高さ位置からの距離を測定する高さ測定手段と、該隣接する２つの既設覆工部材が接合するエッジ位置を検出するエッジ検出手段とを有し、前記既設覆工部材検出手段は、前記高さ測定手段が測定した各２箇所の距離と、前記エッジ検出手段が検出したエッジ位置とに基づいて前記隣接する２つの既設覆工部材の中心座標を求めることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明のエレクタ制御装置では、前記既設覆工部材検出手段は、トンネル周方向に隣接する２つの既設覆工部材の位置及び姿勢をそれぞれ検出し、前記保持覆工部材組付位置姿勢推定手段は、前記既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した前記隣接する２つの既設覆工部材における複数のボルト孔位置と、前記保持覆工部材における複数のボルト孔位置とのずれ量が許容範囲内となる該保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明のエレクタ制御装置では、前記保持覆工部材の位置及び姿勢を検出する保持覆工部材検出手段と、前記既設覆工部材検出手段が検出した前記既設覆工部材の位置及び姿勢と前記保持覆工部材検出手段が検出した前記保持覆工部材の位置及び姿勢に基づいて前記既設覆工部材と前記保持覆工部材との段差及び隙間を算出する段差隙間演算手段を設け、前記制御手段は該段差隙間演算手段が演算した前記段差及び隙間が減少するように前記エレクタ装置を駆動制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明のエレクタ制御装置では、前記既設覆工部材検出手段は、リング形状に組み立てられた複数の既設覆工部材の位置及び姿勢を検出し、前記既設覆工部材ボルト孔位置推定手段は、該既設覆工部材検出手段が検出した前記複数の既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいて全てのボルト孔位置を推定し、前記保持覆工部材組付位置姿勢推定手段は、該既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した全てのボルト孔位置を通過する所定半径の真円を求め、該真円に対応した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定することを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明のエレクタ制御装置では、前記保持覆工部材組付位置姿勢推定手段は、前記既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した隣接する２つの既設覆工部材における複数のボルト孔位置と、前記保持覆工部材における複数のボルト孔位置とのずれ量を算出し、前記真円に対応して推定した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢を該ずれ量の範囲内で補正することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７の発明の覆工部材の組付方法は、トンネル内に搬入された保持覆工部材をトンネル壁面に組付けられた既設覆工部材に対して組み付ける覆工部材の組付方法であって、前記既設覆工部材の位置及び姿勢を検出し、該既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいてボルト孔の位置を推定し、該既設覆工部材のボルト孔位置に対応した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定し、該保持覆工部材を推定した組付位置及び姿勢に移動して前記既設覆工部材に組み付けることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８の発明の覆工部材の組付方法は、トンネル内に搬入された保持覆工部材をトンネル壁面に組み立てられた既設覆工部材に対して組み付ける覆工部材の組付方法であって、リング形状に組み立てられた複数の既設覆工部材の位置及び姿勢を検出し、前記既設覆工部材ボルト孔位置推定手段は、該既設覆工部材検出手段が検出した前記複数の既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいて全てのボルト孔位置を推定し、推定した全てのボルト孔位置を通過する所定半径の真円を求め、該真円に対応した前記保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定し、該保持覆工部材を推定した組付位置及び姿勢に移動して前記既設覆工部材に組み付けることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１に本発明の第１実施形態に係るエレクタ制御装置の概略構成、図２乃至図５に第１実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を説明するための概略、図６に第１実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を表すフローチャート、図７にエレクタ装置の概略、図８にエレクタ装置の正面視、図９にエレクタ装置の側面視、図１０に各種センサの取付位置を表すセグメントサポートの平面視を示す。
【００１８】
本実施形態のシールド掘削機において、図示しないが、掘削機本体は円筒形状をなし、前部に円盤形状のカッタヘッドが回転自在に装着され、駆動モータによって回転駆動可能となっており、前面部に多数のカッタビットが取付けられている。そして、この掘削機本体の後部に複数本のシールドジャッキが周方向に沿って並設されると共に、セグメントを既設トンネルの内壁面に組み付けるエレクタ装置が装着されている。
【００１９】
図７乃至図９に示すように、エレクタ装置１１は、掘削機本体１２の後部に設けられており、このエレクタ装置１１はシールドジャッキ１３によって前進した掘削機本体１２と既設セグメントＳＦ　との間の空所に新しい把持セグメントＳＨ　を組み付けるものである。
【００２０】
即ち、掘削機本体１２の後部に設けられた支持リング１４には回転リング１５が回転自在に支持され、この回転リング１５は複数の油圧モータ１６によって回転可能となっている。この回転リング１５の外周部には昇降台１７がガイドロッド１８により既設トンネルの径方向となるＺ軸方法に沿って昇降自在に支持され、昇降ジャッキ１９によって昇降可能となっている。そして、この昇降台１７の左右には制御装置２０や油圧ユニット２１が設置されると共に、上部にはカウンタウエイト２２が取付けられている。
【００２１】
この昇降台１７には既設トンネルの長手方向となるＸ軸方向に沿って第１移動体２３が移動自在に支持され、移動ジャッキ２４によって移動可能となっている。この第１移動体２３には既設トンネルの周方向となるＹ軸方向に沿って第２移動体２５が移動自在に支持され、移動ジャッキ２６によって移動可能となっている。この第２移動体２５には回転筒２７が回転自在に支持され、この回転筒２７の下部にはサポート部材としてのセグメントサポート２８が揺動自在に支持されている。そして、第２移動体２５と回転筒２７との間にはセグメントサポート２８をＺ軸回りに揺動させる左右一対のヨーイングジャッキ２９が架設されている。また、回転筒２７とセグメントサポート２８との間にはこのセグメントサポート２８をＸ軸回りに揺動させる左右一対のローリングジャッキ３０が架設され、回転筒２７とセグメントサポート２８との間にはこのセグメントサポート２８をＹ軸回りに揺動させる左右一対のピッチングジャッキ３１が架設されている。
【００２２】
そして、セグメントサポート２８には既設トンネル内に搬入されたセグメントＳＨ　を把持するセグメント把持機構３２が装着されている。このセグメント把持機構３２はセグメントＳＨ　の中心部に固定されたボルト３３を係止部３４が把持し、把持ジャッキ３５を収縮してセグメントＳＨ　をセグメントサポート２８に押し付けることで、このセグメントＳＨ　を把持できるようになっている。また、このセグメントサポート２８にはセグメントＳＦ　，ＳＨ　同志を連結固定するための締結機３６が装着されている。
【００２３】
従って、把持機構３２がセグメントＳＨ　を把持した状態で、昇降ジャッキ１９を伸縮すると把持セグメントＳＨ　をＺ軸方向に移動でき、移動ジャッキ２４を伸縮すると把持セグメントＳＨ　をＸ軸方向に移動でき、移動ジャッキ２６を伸縮すると把持セグメントＳＨ　をＹ軸方向に移動できる。また、ローリングジャッキ３０を伸縮すると把持セグメントＳＨ　をＸ軸回りに揺動でき、ピッチングジャッキ３１を伸縮すると把持セグメントＳＨ　をＹ軸回りに揺動でき、ヨーイングジャッキ２９を伸縮すると把持セグメントＳＨ　をＺ軸回りに揺動できる。
【００２４】
また、セグメントサポート２８は、図１及び図１０に示すように、その外周部から５つのブラケット４１〜４５が外方に延設されている。セグメントサポート２８の中央部から掘進方向後方に延設されたブラケット４１には、把持セグメントＳＨ　までの高さを測定する距離センサ４６ａ，４６ｂと、既設セグメントＳＦ　までの高さを測定する距離センサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃとがそれぞれ対向して装着されている。また、このブラケット４１には、周方向に隣接する既設セグメントＳＦ　同志の接合部（コーキング溝あるいは既設セグメントＳＦ　の内面に設けられた溝マーカ）のエッジを検出するエッジ検出センサ４８ａが装着されている。
【００２５】
セグメントサポート２８の左右両隅部から掘進方向後方に延設されたブラケット４２，４３には、把持セグメントＳＨ　までの高さを測定する距離センサ４６ｃ，４６ｄと、トンネル長手方向に隣接する既設セグメントＳＦ　までの高さを測定する距離センサ４７ｄ，４７ｅと、トンネル周方向に隣接する既設セグメントＳＦ　までの高さを測定する距離センサ４７ｆ，４７ｇとがそれぞれ対向して装着されている。また、このブラケット４２，４３には、把持セグメントＳＨ　と既設セグメントＳＦ　とのエッジを検出するエッジ検出センサ４８ｂ，４８ｃが装着されている。
【００２６】
セグメントサポート２８の左右両側部から側方に延設されたブラケット４４，４５には、把持セグメントＳＨ　までの高さを測定する距離センサ４６ｅ，４６ｆと、トンネル周方向に隣接する既設セグメントＳＦ　までの高さを測定する距離センサ４７ｈ，４７ｉとがそれぞれ対向して装着されている。また、このブラケット４４，４５には、把持セグメントＳＨ　と既設セグメントＳＦ　とのエッジを検出するエッジ検出センサ４８ｄ，４８ｅが装着されている。
【００２７】
そして、各距離センサ４６ａ〜４６ｆ，４７ａ〜４７ｉと各エッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅは演算処理装置５０に接続され、距離センサ４６ａ〜４６ｆが測定した把持セグメントＳＨ　までの高さ、距離センサ４７ａ〜４７ｉが測定した既設セグメントＳＦ　までの高さ、エッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅが測定したエッジ幅がこの演算処理装置５０に入力される。なお、エッジ検出センサ４８ａはエッジ両端の高さ（あるいは段差）も検出することができるものとする。この演算処理装置５０では、各測定結果に基づいて既設セグメントＳＦ　に対する把持セグメントＳＨ　の精位置決めを行う。
【００２８】
即ち、演算処理装置５０は、粗位置決め手段５１と第１精位置決め手段５２と第２精位置決め手段５３とを有している。粗位置決め手段５１は、セグメント組付状況に応じて予め設定された位置を制御装置２０に出力し、制御装置２０は各ジャッキ１９，２４，２６，２９，３０，３１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を粗位置決めする。第１精位置決め手段５２は、既設セグメントＳＦ　と把持セグメントＳＨ　との段差及び隙間を算出して制御装置２０に出力し、制御装置２０は段差及び隙間が減少するように各ジャッキ１９，２４，２６，２９，３０，３１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を既設セグメントＳＦ　に密着した位置に位置決めする。第２精位置決め手段５３は、既設セグメントＳＦ　のボルト孔位置に対して把持セグメントＳＨ　のボルト孔位置が適正位置となる把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定して制御装置２０に出力し、制御装置２０は各ジャッキ１９，２４，２６，２９，３０，３１を駆動制御し、精位置決めされた把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢を補正する。
【００２９】
ここで、第１精位置決め手段５２及び第２精位置決め手段５３について詳細に説明する。
【００３０】
まず、第１精位置決め手段５２において、使用する距離センサ４６ｅ〜４６ｆ４７ａ〜４７ｉは、超音波センサ、レーザ距離計などの非接触式センサや昇降してセグメントに先端を当てて距離を計測する接触式センサが適用可能である。エッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅは、ＣＣＤカメラ、揺動式レーザセンサ、スキャンレーザセンサなどが適用可能である。ＣＣＤカメラの場合、撮像した画像と距離センサによりエッジの幅を演算して求める。揺動式レーザセンサの場合、揺動角度と距離計測値の変化によりエッジの幅を演算して求める。なお、この場合、エッジの高さあるいは段差も演算で得られる。スキャンレーザセンサは、２次元平面の形状が計測可能であり、エッジの幅と同時に高さあるいは段差も計測可能である。エッジ検出センサ４８ａには、隙間と高さあるいは段差が計測できる上記レーザ方式を用いる。
【００３１】
次に、第２精位置決め手段５３は、図１に示すように、既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を検出する既設セグメント検出手段５４と、既設セグメント検出手段５４が検出した既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢に基づいてボルト孔の位置を推定する既設セグメントボルト孔位置推定手段５５と、既設セグメントボルト孔位置推定手段５５が推定した既設セグメントＳＦ　のボルト孔位置に対応した把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定する把持セグメント組付位置姿勢推定手段５６とを有している。
【００３２】
既設セグメント検出手段５４は、各距離センサ４７ａ〜４７ｉの測定結果と各エッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅの撮影画像に基づいて、位置としての各既設セグメントＳＦ　のトンネル断面における二次元位置（Ｙ−Ｚ）と、姿勢としてのトンネル周方向位置及びピッチング（Ｙ軸回り）角度を検出するものである。既設セグメントボルト孔位置推定手段５５は、既設セグメント検出手段５４が検出した既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢に基づいて、この既設セグメントＳＦ　のボルト孔ＢＨ（図４及び図５参照）の位置をトンネル断面における二次元位置（Ｙ−Ｚ）として推定するものである。把持セグメント組付位置姿勢推定手段５６は、既設セグメントボルト孔位置推定手段５５が推定した既設セグメントＳＦ　のボルト孔ＢＨの位置に対応した把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢、つまり、既設セグメントＳＦ　のボルト孔ＢＨと把持セグメントＳＨ　のボルト孔ＢＨとが一致する把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢を推定するものである。
【００３３】
具体的には、各距離センサ４６ａ〜４６ｆの測定結果と各エッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅの測定結果に基づいて、位置としての各把持セグメントＳＨ　のトンネル断面における二次元位置（Ｙ−Ｚ）と、姿勢としてのトンネル周方向位置及びピッチング（Ｙ軸回り）角度を推定する。
【００３４】
以下、第１実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法について説明する。
【００３５】
まず、図１及び図６に示すように、ステップＳ１にて、エレクタ装置１１がトンネル内に搬入されたセグメントＳを把持し、ステップＳ２で粗位置決めを開始する。即ち、演算処理装置５０の粗位置決め手段５１は、予め設定された粗組付位置を制御装置２０に出力し、この制御装置２０はエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を粗組付位置に移動し、ステップＳ３で粗位置決めの終了を確認する。
【００３６】
次に、ステップＳ４にて、第１精位置決めを開始する。即ち、第１精位置決め手段５２にて、各距離センサ４６ｃ，４６ｄが把持セグメントＳＨ　の高さを検出すると共に、各距離センサ４７ｄ，４７ｅが既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの高さを検出し、エッジ検出センサ４８ｂ，４８ｃが把持セグメントＳＨ　と既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢとのエッジを検出して演算処理装置５０に入力する。また、距離センサ４６ｅが把持セグメントＳＨ　の高さを検出すると共に、各距離センサ４７ｆ，４７ｈが既設セグメントＳＦ　の高さを検出し、エッジ検出センサ４８ｄが把持セグメントＳＨ　と既設セグメントＳＦ　の各エッジを検出して演算処理装置５０に入力する。
【００３７】
すると、この演算処理装置５０の第１精位置決め手段５２では、前述した演算方法により、各測定結果に基づいて既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢと把持セグメントＳＨ　との各位置での段差ｈ及び隙間ｄを算出し、制御装置２０がこの段差ｈ及び隙間ｄに基づいて、つまり、この段差ｈ及び隙間ｄが所定値以下となるように各ジャッキ１９，２４，２６，２９，３０，３１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢに密着した位置（既設セグメントＳＦＡに対して把持セグメントＳＨ　が周方向に半分ずれた位置）に位置決めする。そして、ステップＳ５で第１精位置決めの終了を確認する。
【００３８】
そして、ステップＳ６以降で第２精位置決めを行う。即ち、ステップＳ６にて、図２に示すように、各距離センサ４７ａ〜４７ｅにより既設セグメントＳＦＡの高さｈＦＡ１，ｈＦＡ２と既設セグメントＳＦＢの高さｈＦＢ１，ｈＦＢ２を測定すると共に、エッジ検出センサ４８ａにより既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの接合位置Ｃを検出する。そして、ステップＳ７にて、既設セグメント検出手段５４は、図３に示すように、測定した既設セグメントＳＦＡの高さｈＦＡ１，ｈＦＡ２と既設セグメントＳＦＢの高さｈＦＢ１，ｈＦＢ２とから各既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの中心座標ＯＡ，ＯＢを算出し、図４に示すように、既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの位置及び姿勢を二次元座標として検出する。ステップＳ８にて、既設セグメントボルト孔位置推定手段５５は、この既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの位置及び姿勢に基づいて、この既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの接合位置Ｃ側の４つのボルト孔ＢＨの位置を推定する。
【００３９】
続いて、ステップＳ９にて、把持セグメント組付位置姿勢推定手段５６は、既設セグメントボルト孔位置推定手段５５が推定した各既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの接合位置Ｃ側の４つのボルト孔ＢＨの位置と、把持セグメントＳＨ　のボルト孔ＢＨとのずれ量が最小となる把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢、つまり、図５に示すように、把持セグメントＳＨ　の高さｈＨ１，ｈＨ２，ｈＨ３，ｈＨ４と中心位置ＯＳ　と基準位置からの旋回角度θＳ　を推定する。ステップＳ１０では、既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの４つのボルト孔ＢＨの位置と推定した把持セグメントＳＨ　の４つのボルト孔ＢＨの位置との最大ずれ量が許容値以下であるかどうか、つまり、締結ボルトが既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢ及び把持セグメントＳＨ　の各ボルト孔ＢＨを貫通できるかどうかを判定する。
【００４０】
このステップＳ１０にて、既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの各ボルト孔ＢＨの位置と推定した把持セグメントＳＨ　の各ボルト孔ＢＨの位置との最大ずれ量が許容値以下であれば、ステップＳ１１にて、最適な把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢における補正量Δ２を算出する。即ち、第１精位置決めされた把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢と、最適位置が推定された把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢との差を補正量Δ２とする。具体的には、距離センサ４６ａ〜４６ｄの測定高さと最適位置として推定された把持セグメントＳＨ　の高さｈＨ１，ｈＨ２，ｈＨ３，ｈＨ４との偏差をΔＹ２とΔＺ２とΔθ２Ｘとして算出する。ここで、補正量ΔＹ２は高さの偏差におけるＹ成分から平均値を求めて算出し、ΔＺ２は高さの偏差におけるＹ成分から平均値を算出し、Δθ２Ｘは高さの偏差と高さｈＨ１，ｈＨ４の計測点を結ぶ直線とから三角関数で算出している。
【００４１】
ステップＳ１２にて、第２精位置決め手段５３は把持セグメントＳＨ　の補正量Δ２（ΔＹ２、ΔＺ２、Δθ２Ｘ）を制御装置２０に出力し、制御装置２０はこの補正量Δ２に基づいて各ジャッキ１９，２４，２６，２９，３０，３１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を最適な組付位置に位置決め補正する。そして、ステップＳ１３で第２精位置決めの終了を確認すると、ステップＳ１４でエレクタ装置１１が保持した把持セグメントＳＨ　をボルト締結機３６によって既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢにボルト締結した後、ステップＳ１５にて、エレクタ装置１１は把持セグメントＳＨ　の把持を解除する。
【００４２】
一方、ステップＳ１０にて、既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの各ボルト孔ＢＨの位置と推定した把持セグメントＳＨ　の各ボルト孔ＢＨの位置との最大ずれ量が許容値以下でなければ、ステップＳ１６に移行してアラームを鳴らしてオペレータに知らせる。オペレータは作業を継続するかどうか、また、既設セグメントＳＦ　の手直し等を行うかどうか判断する。
【００４３】
このようにして一つ目のセグメントが組付けられると、続いて、エレクタ装置１１は別のセグメントを保持し、前述と同様に、粗位置決め、第１精位置決め、第２精位置決めを行って把持セグメントＳＨ　を既設セグメントＳＦ　に組み付ける。この作業の繰り返しによりセグメントをリング形状に組み付けていく。
【００４４】
なお、上述の説明では、把持セグメントＳＨ　を既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢに対してトンネル長手方向に組み付ける場合について、第２精位置決め手段５３による位置補正方法を説明したが、把持セグメントＳＨ　を既設セグメントＳＦ　に対してトンネル周方向に組み付ける場合についても、第２精位置決め手段５３は、前述と同様に、補正量Δ２（ΔＸ２、ΔＺ２、Δθ２Ｙ）を求めて把持セグメントＳＨ　を位置補正すればよい。
【００４５】
このように第１実施形態のエレクタ制御装置にあっては、セグメントサポート２８に、把持セグメントＳＨ　までの高さを測定する距離センサ４６ａ〜４６ｆと、既設セグメントＳＦ　までの高さを測定する距離センサ４７ａ〜４７ｉと、隣接するセグメントＳＨ　，ＳＦ　の接合部を検出するエッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅを設け、まず、粗位置決め手段５１が予め設定された位置を制御装置２０に出力して把持セグメントＳＨ　を粗位置決めし、次に、第１精位置決め手段５２が既設セグメントＳＦ　と把持セグメントＳＨ　との段差及び隙間を制御装置２０に出力し、この段差及び隙間が減少するように把持セグメントＳＨ　を既設セグメントＳＦ　に密着した位置に位置決めし、最後に、第２精位置決め手段５３が既設セグメントＳＦ　のボルト孔位置に対して把持セグメントＳＨ　のボルト孔位置が適正となる組付位置及び姿勢を推定し、制御装置２０が精位置決めされた把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢を補正するようにしている。
【００４６】
従って、既設セグメントＳＦ　の位置や姿勢を適正に検出することで、既設セグメントＳＦ　の組付状態が真円状でなくても、把持セグメントＳＨ　を適正位置に確実に組付することができ、セグメントの組立作業の組み立て精度を向上することができると共に、作業性及び作業効率を向上することができる。
【００４７】
また、第２精位置決め手段５３として、既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を検出する既設セグメント検出手段５４と、この既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢に基づいてボルト孔の位置を推定する既設セグメントボルト孔位置推定手段５５と、推定した既設セグメントＳＦ　のボルト孔位置に対応した把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定する把持セグメント組付位置姿勢推定手段５６とを設けたので、既設セグメントＳＦ　に対して把持セグメントＳＨ　を確実に締結することができ、セグメントの組立作業性を向上することができる。
【００４８】
図１１に本発明の第２実施形態に係るエレクタ制御装置の概略構成、図１２乃至図１４に第２実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を説明するための概略、図１５に第２実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を表すフローチャート、図１６に第２実施形態のセグメントの組付方法におけるオフセット量を算出するためのフローチャート、図１７に本発明の第３実施形態に係るエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を表すフローチャート、図１８に第３実施形態のセグメントの組付方法における補正量を算出するためのローチャートを示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４９】
第２実施形態のエレクタ制御装置において、前述の実施形態と同様に、セグメントサポート２８に各ブラケット４１〜４５を介して距離センサ４６ａ〜４６ｆ，４７ａ〜４７ｉと各エッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅが装着されている。また、図１１に示すように、セグメントサポート２８にはリング状に組付けられた既設セグメントＳＦ　までの高さを全周にわたって計測可能な距離センサ４９が装着されている。演算処理装置６０は、距離センサ４６ａ〜４６ｆが測定した把持セグメントＳＨ　までの高さ、距離センサ４７ａ〜４７ｉが測定した既設セグメントＳＦ　までの高さ、エッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅが検出したエッジ、距離センサ４９が測定した全周おける既設セグメントＳＦ　までの高さに基づいて、既設セグメントＳＦ　に対する把持セグメントＳＨ　の精位置決めを行う。
【００５０】
この演算処理装置６０は、粗位置決め手段６１と精位置決め手段６２とを有している。粗位置決め手段６１は、セグメント組付状況に応じて予め設定された位置を出力し、制御装置２０はエレクタ装置１１を駆動制御して把持セグメントＳＨ　を粗位置決めする。精位置決め手段６２は、既設セグメントＳＦ　のボルト孔位置に対して把持セグメントＳＨ　のボルト孔位置が適正位置となる把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定し、制御装置２０はエレクタ装置１１を駆動制御して把持セグメントＳＨ　を精位置決めする。
【００５１】
この精位置決め手段６２は、既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を検出する既設セグメント検出手段６３と、既設セグメント検出手段６３が検出した既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢に基づいてボルト孔の位置を推定する既設セグメントボルト孔位置推定手段６４と、既設セグメントボルト孔位置推定手段６４が推定した既設セグメントＳＦ　のボルト孔位置に対応した把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定する把持セグメント組付位置姿勢推定手段６５とを有している。
【００５２】
既設セグメント検出手段６３は、距離センサ４９の測定結果に基づいてリング形状に組付けられた各既設セグメントＳＦ　のトンネル断面における二次元（Ｙ−Ｚ）位置及び姿勢を検出するものである。既設セグメントボルト孔位置推定手段６４は、既設セグメント検出手段６３が検出した各既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢に基づいて、各既設セグメントＳＦ　のボルト孔ＢＨの位置を推定するものである。把持セグメント組付位置姿勢推定手段６５は、既設セグメントボルト孔位置推定手段６４が推定した各既設セグメントＳＦ　のボルト孔ＢＨの位置に対応した把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定するものである。具体的には、各既設セグメントＳＦ　における複数のボルト孔に対応する最適なリング形状を形成する把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢を推定するか、また、各既設セグメントＳＦ　における複数のボルト孔に対応する最適な一つの把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢を推定する。
【００５３】
以下、第２実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法について説明する。本実施形態では、トンネル内に搬入されたセグメントをエレクタ装置１１が把持する前に、セグメントサポート２８に装着した距離センサ４９の計測結果に基づいてリング形状の各既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を検出し、各既設セグメントＳＦ　のボルト孔の位置を基準として各把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定する。
【００５４】
まず、図１１及び図１６に示すように、ステップＴ１にて、エレクタ装置１１のセグメントサポート２８を少なくとも３６０度回動することで、距離センサ４９によりリング状の既設セグメントＳＦ　の内径（高さ）を測定する。距離センサ４９の測定結果は、例えば、図１２に示すものとなり、各既設セグメントＳＦ　の内周位置及び接合位置Ｃが検出される。ステップＴ２にて、既設セグメント検出手段６３は、図１３に示すように、この距離センサ４９の測定結果に基づいて全ての既設セグメントＳＦ　（ＳＦＡ，ＳＦＢ，ＳＦＣ，ＳＦＤ，ＳＦＥ）の位置及び姿勢を二次元座標として推定する。ステップＴ３にて、既設セグメントボルト孔位置推定手段６４は、この既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢に基づいて全てのボルト孔ＢＨの位置を推定する。
【００５５】
続いて、ステップＴ４にて、把持セグメント組付位置姿勢推定手段６５は、図１４に示すように、既設セグメントボルト孔位置推定手段６４が推定した各既設セグメントＳＦ　の全てのボルト孔ＢＨの位置を基準とし、各ボルト孔ＢＨに最も近い真円ＣＳ　及びその中心ＯＳ　を求める。ステップＴ５では、各既設セグメントＳＦ　の各ボルト孔ＢＨの位置と真円ＣＳ　及び中心ＯＳ　に基づいて最適なリング形状（真円）を形成する複数の把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢と、ボルト孔位置を求める。ステップＴ６では、最適なリング形状を形成する各把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢における補正量Δ１を算出する。即ち、距離センサ４９を用いてリング状の既設セグメントＳＦ　の内径測定を行ったときエレクタ１１の旋回中心Ｏｍ　と、最適位置が推定された各把持セグメントＳＨ　の中心ＯＳ　との差を補正量Δ１とする。測定した把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢と推定された把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢との偏差に基づいて、ΔＹ１とΔＺ１とΔθ１Ｘとして算出する。
【００５６】
そして、ステップＴ７にて、既設セグメントＳＦ　（ＳＦＡ，ＳＦＢ，ＳＦＣ，ＳＦＤ，ＳＦＥ）と推定した各把持セグメントＳＨ　との各ボルト孔ＢＨの位置の最大ずれ量が許容値以下であるかどうか、つまり、締結ボルトが既設セグメントＳＦ　及び把持セグメントＳＨ　の各ボルト孔ＢＨを貫通できるかどうかを判定する。このステップＴ７にて、既設セグメントＳＦ　の各ボルト孔ＢＨの位置と推定した把持セグメントＳＨ　の各ボルト孔ＢＨの位置との最大ずれ量が許容値以下であれば、ステップＴ８にて、最適な各把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢として推定した補正量Δ１をオフセット量として制御装置２０に出力する。
【００５７】
一方、ステップＴ７にて、既設セグメントＳＦ　の各ボルト孔ＢＨの位置と推定した把持セグメントＳＨ　の各ボルト孔ＢＨの位置との最大ずれ量が許容値を越えていれば、ステップＴ９に移行し、この最大ずれ量が許容値以下となるように各把持セグメントＳＨ　ごとに補正量Δ１１〜Δ１５を算出する。
【００５８】
即ち、ステップＴ１０にて、図１４に示すように、既設セグメント検出手段６３が検出した既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの位置及び姿勢に対応する把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定、つまり、推定した把持セグメントＳＨ　の高さｈＨ１，ｈＨ２，ｈＨ３，ｈＨ４と中心位置ＯＳ１と基準位置からの旋回角度θＳ１を推定する。ステップＴ１１では、既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの４つのボルト孔ＢＨの位置と推定した把持セグメントＳＨ　の４つのボルト孔ＢＨの位置とのずれ量が全て許容値以下となる中心位置ＯＳ１の補正量Δ１ａ（ΔＹ１ａとΔＺ１ａとΔθ１Ｘａ）を算出する。
【００５９】
ステップＴ１２では、補正量Δ１ａに基づいて刻み量δ（δ＝Δ１ａ／Ｎ，Ｎ＝１，２，３・・）を設定し、ステップＴ１３にて、前述したステップＴ６で求めた補正量Δ１（ΔＹ１とΔＺ１とΔθ１Ｘ）に刻み量δ（Ｎ＝１）を加算することで、補正量Δ１ｂをによる把持セグメントＳＨ　の各ボルト孔位置を推定し、ステップＴ１４にて、既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢの各ボルト孔ＢＨの位置と推定した把持セグメントＳＨ　の各ボルト孔ＢＨの位置との最大ずれ量が許容値以下かどうか判定する。ここで、最大ずれ量が許容値以下であれば、ステップＴ１５にて、最適な把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢として推定した補正量Δ１ｂをオフセット量Δ１１として制御装置２０に出力する。
【００６０】
一方、ステップＴ１４にて、最大ずれ量が許容値を越えていれば、ステップＴ１３に戻ってＮに１を加算した刻み量δ（Ｎ＝２）に基づいて補正量Δ１ｂをを求め、ステップＴ１４で再度判定する。この繰り返しによりステップＴ１４で最大ずれ量が許容値以下になれば、ステップＴ１５にて、そのときの補正量Δ１ｂをオフセット量Δ１１として制御装置２０に出力する。
【００６１】
ステップＴ１０〜Ｔ１５で一つ目の把持セグメントＳＨ　のオフセット量Δ１１が出力されたら、ステップＴ１６にて、全ての把持セグメントＳＨ　のオフセット量Δ１１が出力されたかどうか判定し、ステップＴ１０〜Ｔ１５の処理を繰り返し行うことで、各把持セグメントＳＨ　ごとの補正量Δ１１〜Δ１５を全て算出する。
【００６２】
このようにして各把持セグメントＳＨ　の補正量Δ１またはΔ１１〜Δ１５が算出されると、制御装置２０はこの補正量Δ１またはΔ１１〜Δ１５に基づいてエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を既設セグメントＳＦ　に組み付けていく。図１１及び図１５に示すように、まず、ステップＴ２１にて、エレクタ装置１１がトンネル内に搬入されたセグメントＳを把持し、ステップＴ２２で粗位置決めを開始し、粗位置決め手段６１が予め設定された粗組付位置を出力し、制御装置２０がエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を粗組付位置に移動し、ステップＴ２３で粗位置決めの終了を確認する。
【００６３】
次に、ステップＴ２４にて、精位置決め手段６２は把持セグメントＳＨ　のオフセット量Δ１（ΔＹ１、ΔＺ１、Δθ２１）またはΔ１１〜Δ１５を制御装置２０に出力し、制御装置２０はこの補正量Δ１またはΔ１１〜Δ１５に基づいてエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を最適な組付位置に精位置決めする。そして、ステップＴ２５で精位置決めの終了を確認すると、ステップＴ２６で、エレクタ装置１１が保持した把持セグメントＳＨ　をボルト締結機３６によって既設セグメントＳＦＡ，ＳＦＢにボルト締結した後、ステップＴ２７にて、エレクタ装置１１は把持セグメントＳＨ　の把持を解除する。
【００６４】
このように第２実施形態のエレクタ制御装置にあっては、トンネル内に搬入されたセグメントをエレクタ装置１１が把持する前に、セグメントサポート２８に装着した距離センサ４９の計測結果に基づいてリング形状に組付けられた各既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を検出し、各既設セグメントＳＦ　のボルト孔の位置を基準として、最適なリング形状をなす各把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定するか、また、各把持セグメントＳＨ　ごとに適正な組付位置及び姿勢を推定している。
【００６５】
従って、各既設セグメントＳＦ　の位置や姿勢を適正に検出し、ボルト孔の位置を基準として最適なリング形状をなす各把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢、または把持セグメントＳＨ　ごとに適正な組付位置及び姿勢を推定しており、把持セグメントＳＨ　を適正位置に確実に組付することができ、セグメントの組立作業の組み立て精度を向上することができると共に、作業性及び作業効率を向上することができる。
【００６６】
なお、上述の実施形態では、セグメントサポート２８に距離センサ４６ａ〜４６ｆ，４７ａ〜４７ｉとエッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅを装着し、演算処理装置６０はこの検出結果に基づいて把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定したが、少なくとも距離センサ４９と、距離センサ４６ｃ〜４６だけあればよく、エッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅはなくてもよい。
【００６７】
第３実施形態のエレクタ制御装置は、前述の第１実施形態と第２実施形態との組み合わせであり、装置構成はほぼ同様であるために説明は省略し、セグメントの組付方法だけ説明する。
【００６８】
本実施形態では、第２実施形態と同様に、トンネル内に搬入されたセグメントをエレクタ装置１１が把持する前に、セグメントサポート２８に装着した距離センサ４９の計測結果に基づいてリング形状の各既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を検出し、各既設セグメントＳＦ　のボルト孔の位置を基準として最適なリング形状をなす把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定するか、また、第１実施形態と同様に、セグメントの組立作業中に、距離センサ４６ａ〜４６ｆ，４７ａ〜４７ｉとエッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅの測定結果に基づいて既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を検出し、既設セグメントＳＦ　のボルト孔の位置を基準として把持セグメントＳＨ　ごとに適正な組付位置及び姿勢を推定している。即ち、第１実施形態によるセグメントの組付方法のステップＳ４に、第２実施形態によるセグメントの組付方法のステップＴ１〜Ｔ６を組み込んだものであり、重複する部分は簡単に説明する。
【００６９】
第３実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法において、図１８に示すように、ステップＥ１にて、エレクタ装置１１のセグメントサポート２８に距離センサ４９を装着して３６０度回動することで、リング状の既設セグメントＳＦ　の内径（高さ）を測定する。ステップＥ２にて、距離センサ４９の測定結果に基づいて全ての既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を推定し、ステップＥ３にて、既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢に基づいて全てのボルト孔ＢＨの位置を推定する。
【００７０】
ステップＥ４では、推定した各既設セグメントＳＦ　の全てのボルト孔ＢＨの位置を基準とし、各ボルト孔ＢＨに最も近い真円ＣＳ　及びその中心ＯＳ　を求め、ステップＥ５では、最適なリング形状（真円）を形成する複数の把持セグメントＳＨ　の位置及び姿勢とボルト孔位置を求める。そして、ステップＥ６にて、最適なリング形状を形成する各把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢における中心Ｏｍ　からＯＳ　への補正量Δ１（ΔＹ１とΔＺ１とΔθ１Ｘ）を算出する。
【００７１】
このようにして各把持セグメントＳＨ　の補正量Δ１が算出されると、制御装置２０はこの補正量Δ１に基づいてエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を既設セグメントＳＦ　に組み付けていく。図１７に示すように、まず、ステップＥ１１にて、エレクタ装置１１がトンネル内に搬入されたセグメントＳを把持し、ステップＥ１２で粗位置決めを開始し、ステップＥ１３で粗位置決めの終了を確認する。
【００７２】
次に、ステップＥ１４にて、第１精位置決めを開始する。即ち、制御装置２０は把持セグメントＳＨ　のオフセット量Δ１に基づいてエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を最適な組付位置に第１精位置決めし、ステップＥ１５で第１精位置決めの終了を確認する。
【００７３】
続いて、ステップＥ１６以降で第２精位置決めを行う。即ち、ステップＥ１６にて、各距離センサ４７ａ〜４７ｄにより隣接する２つの既設セグメントＳＦ　の高さを測定すると共に、エッジ検出センサ４８ａにより両者の接合位置Ｃを検出する。そして、ステップＥ１７にて、各既設セグメントＳＦ　の高さからこの既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を検出し、ステップＥ１８にて、既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢に基づいてその接合位置Ｃ側の４つのボルト孔ＢＨの位置を推定する。
【００７４】
そして、ステップＥ１９にて、各既設セグメントＳＦ　の接合位置Ｃ側の４つのボルト孔ＢＨの位置と、把持セグメントＳＨ　のボルト孔ＢＨとのずれ量が最小となる把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定し、ステップＥ２０で、既設セグメントＳＦ　の各ボルト孔ＢＨの位置と推定した把持セグメントＳＨ　の各ボルト孔ＢＨの位置との最大ずれ量が許容値以下であるかどうかを判定する。このステップＥ２０にて、最大ずれ量が許容値以下であれば、ステップＥ２１で最適な把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢における補正量Δ２（ΔＹ２とΔＺ２とΔθ２Ｘ）を算出し、ステップＥ２２で、制御装置２０は補正量Δ２に基づいてエレクタ装置１１を駆動制御し、把持セグメントＳＨ　を最適な組付位置に位置決め位置決め補正する。そして、ステップＥ２３で第２精位置決めの終了を確認すると、ステップＥ２４でエレクタ装置１１が保持した把持セグメントＳＨ　をボルト締結機３６によって既設セグメントＳＦ　にボルト締結した後、ステップＥ２５にて、エレクタ装置１１は把持セグメントＳＨ　の把持を解除する。
【００７５】
一方、ステップＥ２０にて、既設セグメントＳＦ　の各ボルト孔ＢＨの位置と推定した把持セグメントＳＨ　の各ボルト孔ＢＨの位置との最大ずれ量が許容値以下でなければ、ステップＥ２６に移行してアラームを鳴らしてオペレータに知らせる。オペレータは作業を継続するかどうか、また、既設セグメントＳＦ　の手直し等を行うかどうか判断する。
【００７６】
このようにして一つ目のセグメントが組付けられると、続いて、エレクタ装置１１は別のセグメントを保持し、前述と同様に、粗位置決め、第１精位置決め、第２精位置決めを行って把持セグメントＳＨ　を既設セグメントＳＦ　に組み付ける。この作業の繰り返しによりセグメントをリング形状に組み付けていく。
【００７７】
このように第３実施形態のエレクタ制御装置にあっては、トンネル内に搬入されたセグメントをエレクタ装置１１が把持する前に、セグメントサポート２８に装着した距離センサ４９の計測結果に基づいてリング形状に組付けられた各既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を検出し、各既設セグメントＳＦ　のボルト孔の位置を基準として最適なリング形状をなす各把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を推定し、次に、セグメントサポート２８に装着された距離センサ４６ａ〜４６ｆ，４７ａ〜４７ｉとエッジ検出センサ４８ａ〜４８ｅの測定結果に基づいて既設セグメントＳＦ　の位置及び姿勢を検出し、ボルト孔の位置を基準として把持セグメントＳＨ　の組付位置及び姿勢を補正するようにしている。
【００７８】
従って、把持セグメントＳＨ　を各既設セグメントＳＦ　に対応した適正位置に確実に組付することができ、セグメントの組立作業の組み立て精度を向上することができると共に、作業性及び作業効率を向上することができる。
【００７９】
なお、上述の各実施形態では、複数の実施形態を用いて説明したが、各実施形態を単独で構成するだけでなく、複数組み合わせて構成してもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のエレクタ制御装置によれば、既設覆工部材の位置及び姿勢を検出する既設覆工部材検出手段と、検出した既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいてボルト孔の位置を推定する既設覆工部材ボルト孔位置推定手段と、推定した既設覆工部材のボルト孔位置に対応した保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定する保持覆工部材組付位置姿勢推定手段と、推定した保持覆工部材の組付位置及び姿勢に基づいてエレクタ装置を駆動制御する制御手段とを設けたので、既設覆工部材の位置や姿勢を適正に検出し、ボルト孔の位置を基準として把持覆工部材の適正な組付位置及び姿勢を推定しており、把持覆工部材を適正位置に確実に組付することができ、覆工部材の組立作業の組み立て精度を向上することができると共に、作業性及び作業効率を向上することができる。
【００８１】
請求項２の発明のエレクタ制御装置によれば、既設覆工部材検出手段は、トンネル周方向に隣接する２つの既設覆工部材に対してそれぞれ異なる２箇所で所定高さ位置からの距離を測定する高さ測定手段と、隣接する２つの既設覆工部材が接合するエッジ位置を検出するエッジ検出手段とを有し、既設覆工部材検出手段は、高さ測定手段が測定した各２箇所の距離と、エッジ検出手段が検出したエッジ位置とに基づいて隣接する２つの既設覆工部材の中心座標を求めるので、既設覆工部材の位置や姿勢を三次元的に適正に検出することができる。
【００８２】
請求項３の発明のエレクタ制御装置によれば、既設覆工部材検出手段は、トンネル周方向に隣接する２つの既設覆工部材の位置及び姿勢をそれぞれ検出し、保持覆工部材組付位置姿勢推定手段は、既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した隣接する２つの既設覆工部材における複数のボルト孔位置と、保持覆工部材における複数のボルト孔位置とのずれ量が許容範囲内となる保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定するので、保持覆工部材を適正な組付位置及び姿勢に移動するだけでなく、ボルトにより確実に組付可能とすることができる。
【００８３】
請求項４の発明のエレクタ制御装置によれば、保持覆工部材の位置及び姿勢を検出する保持覆工部材検出手段と、既設覆工部材検出手段が検出した既設覆工部材の位置及び姿勢と保持覆工部材検出手段が検出した保持覆工部材の位置及び姿勢に基づいて既設覆工部材と保持覆工部材との段差及び隙間を算出する段差隙間演算手段を設け、制御手段は段差隙間演算手段が演算した段差及び隙間が減少するようにエレクタ装置を駆動制御するので、保持覆工部材を既設覆工部材に対して段差なく適正に組み付けることができる。
【００８４】
請求項５の発明のエレクタ制御装置によれば、既設覆工部材検出手段は、リング形状に組み立てられた複数の既設覆工部材の位置及び姿勢を検出し、既設覆工部材ボルト孔位置推定手段は、既設覆工部材検出手段が検出した複数の既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいて全てのボルト孔位置を推定し、保持覆工部材組付位置姿勢推定手段は、既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した全てのボルト孔位置を通過する所定半径の真円を求め、真円に対応した保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定するので、保持覆工部材の組付位置及び姿勢を早期に推定して覆工部材の組付時間を短縮することができる。
【００８５】
請求項６の発明のエレクタ制御装置によれば、保持覆工部材組付位置姿勢推定手段は、既設覆工部材ボルト孔位置推定手段が推定した隣接する２つの既設覆工部材における複数のボルト孔位置と、保持覆工部材における複数のボルト孔位置とのずれ量を算出し、真円に対応して推定した保持覆工部材の組付位置及び姿勢をずれ量の範囲内で補正するので、保持覆工部材の組付位置及び姿勢を高精度に推定して覆工部材の組付精度を向上することができる。
【００８６】
また、請求項７の発明の覆工部材の組付方法によれば、トンネル壁面に組付けられた既設覆工部材の位置及び姿勢を検出し、既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいてボルト孔の位置を推定し、既設覆工部材のボルト孔位置に対応した保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定し、保持覆工部材を推定した組付位置及び姿勢に移動して既設覆工部材に組み付けるようにしたので、既設覆工部材の位置や姿勢を適正に検出し、ボルト孔の位置を基準として把持覆工部材の適正な組付位置及び姿勢を推定しており、把持覆工部材を適正位置に確実に組付することができ、覆工部材の組立作業の組み立て精度を向上することができると共に、作業性及び作業効率を向上することができる。
【００８７】
請求項８の発明の覆工部材の組付方法によれば、リング形状に組み立てられた複数の既設覆工部材の位置及び姿勢を検出し、既設覆工部材ボルト孔位置推定手段は、既設覆工部材検出手段が検出した複数の既設覆工部材の位置及び姿勢に基づいて全てのボルト孔位置を推定し、推定した全てのボルト孔位置を通過する所定半径の真円を求め、真円に対応した保持覆工部材の組付位置及び姿勢を推定し、保持覆工部材を推定した組付位置及び姿勢に移動して既設覆工部材に組み付けるようにしたので、保持覆工部材の組付位置及び姿勢を早期に推定して覆工部材の組付時間を短縮することができ、覆工部材の組立作業の作業性及び作業効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエレクタ制御装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を説明するための概略図である。
【図３】第１実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を説明するための概略図である。
【図４】第１実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を説明するための概略図である。
【図５】第１実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を説明するための概略図である。
【図６】第１実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を表すフローチャートである。
【図７】エレクタ装置の概略図である。
【図８】エレクタ装置の正面図である。
【図９】エレクタ装置の側面図である。
【図１０】各種センサの取付位置を表すセグメントサポートの平面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るエレクタ制御装置の概略構成図である。
【図１２】第２実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を説明するための概略図である。
【図１３】第２実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を説明するための概略図である。
【図１４】第２実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を説明するための概略図である。
【図１５】第２実施形態のエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を表すフローチャートである。
【図１６】第２実施形態のセグメントの組付方法におけるオフセット量を算出するためのフローチャートである。
【図１７】本発明の第３実施形態に係るエレクタ制御装置によるセグメントの組付方法を表すフローチャートである。
【図１８】第３実施形態のセグメントの組付方法における補正量を算出するためのローチャートである。
【符号の説明】
１１　エレクタ装置
１２　掘削機本体
１３　シールドジャッキ
１９　昇降ジャッキ
２０　制御装置
２４　移動ジャッキ
２６　移動ジャッキ
２８　セグメントサポート
２９　ヨーイングジャッキ
３０　ローリングジャッキ
３１　ピッチングジャッキ
３２　セグメント把持機構
４６ａ〜４６ｆ，４７ａ〜４７ｉ　距離センサ
４８ａ〜４８ｅ　エッジ検出センサ
５０，６０　演算処理装置
５１，６１　粗位置決め手段
５２　第１精位置決め手段
５３　第２精位置決め手段
５４，６３　既設セグメント検出手段
５５，６４　既設セグメントボルト孔位置推定手段
５６，６５　把持セグメント組付位置姿勢推定手段
６２　精位置決め手段
Ｓ　セグメント（覆工部材）
ＳＦ　，ＳＦＡ，ＳＦＢ，ＳＦＣ，ＳＦＤ，ＳＦＥ　　既設セグメント
ＳＨ　　把持セグメント（保持セグメント）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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