特許 6988384 テールクリアランス計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6988384

(24)【登録日】2021年12月6日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】テールクリアランス計測装置

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20211220BHJP

   G01B 11/02 20060101ALI20211220BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/06 301Z

   G01B11/02 Z

   G01B11/02 H

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-215242(P2017-215242)

(22)【出願日】2017年11月8日

(65)【公開番号】特開2019-85782(P2019-85782A)

(43)【公開日】2019年6月6日

【審査請求日】2020年10月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】一色国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】西森 昭博

(72)【発明者】

【氏名】守屋 洋一

(72)【発明者】

【氏名】上田 潤

(72)【発明者】

【氏名】日野 義嗣

(72)【発明者】

【氏名】菅野 静

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 大輔

【審査官】 皆藤 彰吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１４７４９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ ９／０６

Ｇ０１Ｂ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールドマシンのスキンプレートの内側にあるセグメントリングの外面と前記スキンプレートの内面との間のテールクリアランスの幅を計測するテールクリアランス計測装置であって、
前記スキンプレートの内面上の各点の三次元座標と前記セグメントリングの内面上の各点の三次元座標を計測する三次元計測器と、
前記三次元計測器によって計測された各点の三次元座標から、前記テールクリアランスの幅を算出するコンピュータと、
を備え、
前記コンピュータが、
前記三次元計測器によって計測された前記スキンプレートの内面上の各点の三次元座標から平面を特定する平面特定処理と、
前記平面特定処理によって特定された前記平面と、前記三次元計測器によって計測された前記セグメントリングの内面上の点の三次元座標とから、その点から前記平面までの距離を算出する距離算出処理と、
前記距離算出処理によって算出された前記距離から前記セグメントリングの厚さを減算することによって、その差を前記テールクリアランスの幅として得る減算処理と、を実行する
テールクリアランス計測装置。

【請求項2】

シールドマシンのスキンプレートの内側にあるセグメントリングの外面と前記スキンプレートの内面との間のテールクリアランスの幅を計測するテールクリアランス計測装置であって、
前記スキンプレートの内面上の各点の三次元座標と前記セグメントリングの内面上の各点の三次元座標を計測する三次元計測器と、
前記三次元計測器によって計測された各点の三次元座標から、前記テールクリアランスの幅を算出するコンピュータと、
を備え、
前記コンピュータが、
前記三次元計測器によって計測された前記セグメントリングの内面上の各点の三次元座標から平面を特定する平面特定処理と、
前記平面特定処理によって特定された前記平面と、前記三次元計測器によって計測された前記スキンプレートの内面上の点の三次元座標とから、その点から前記平面までの距離を算出する距離算出処理と、
前記距離算出処理によって算出された前記距離から前記セグメントリングの厚さを減算することによって、その差を前記テールクリアランスの幅として得る減算処理と、を実行する
テールクリアランス計測装置。

【請求項3】

シールドマシンのスキンプレートの内側にあるセグメントリングの外面と前記スキンプレートの内面との間のテールクリアランスの幅を計測するテールクリアランス計測装置であって、
前記スキンプレートの内面上の各点の三次元座標と前記セグメントリングの内面上の各点の三次元座標を計測する三次元計測器と、
前記三次元計測器によって計測された各点の三次元座標から、前記テールクリアランスの幅を算出するコンピュータと、
を備え、
前記コンピュータが、
前記三次元計測器によって計測された前記スキンプレートの内面上の各点の中から何れかの点を選択する選択処理と、
前記選択処理により選択した前記点から、前記三次元計測器によって計測された前記セグメントリングの内面上の各点までの距離を算出する距離算出処理と、
前記距離算出処理により算出した前記距離の一群から最小値を取得する最小値取得処理と、
前記最小値取得処理によって取得された前記最小値から前記セグメントリングの厚さを減算することによって、その差を前記テールクリアランスの幅として得る減算処理と、を実行する
テールクリアランス計測装置。

【請求項4】

シールドマシンのスキンプレートの内側にあるセグメントリングの外面と前記スキンプレートの内面との間のテールクリアランスの幅を計測するテールクリアランス計測装置であって、
前記スキンプレートの内面上の各点の三次元座標と前記セグメントリングの内面上の各点の三次元座標を計測する三次元計測器と、
前記三次元計測器によって計測された各点の三次元座標から、前記テールクリアランスの幅を算出するコンピュータと、
を備え、
前記コンピュータが、
前記三次元計測器によって計測された前記セグメントリングの内面上の各点の中から何れかの点を選択する選択処理と、
前記選択処理により選択した前記点から、前記三次元計測器によって計測された前記スキンプレートの内面上の各点までの距離を算出する距離算出処理と、
前記距離算出処理により算出した前記距離の一群から最小値を取得する最小値取得処理と、
前記最小値取得処理によって取得された前記最小値から前記セグメントリングの厚さを減算することによって、その差を前記テールクリアランスの幅として得る減算処理と、を実行する
テールクリアランス計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テールクリアランス計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

シールド工法では、シールドマシンによって掘進しながら、シールドマシンのテールの内側にセグメントリングを組み立てる。シールドマシンのテールとセグメントリングとの間の隙間はテールクリアランスと呼ばれる。シールドマシンの自動化のために、またセグメントリングを設計通りに構築するために、テールクリアランスの幅を計測する必要がある。特許文献１には、テールクリアランスの幅を計測する方法が開示されている。具体的には、セグメントリングの前端面の前方斜め上からセグメントリング及びテール内面を照明して、セグメントリングの端面に向けたカメラによって撮像する。得られた画像では、テールの内面とセグメントリングの外面との間の隙間が暗部となるので、その暗部の幅をテールクリアランスの幅として計測することができる。但し、暗部の幅は画像の縮尺に応じたものである。そこで、画像中のセグメントリングの厚さを計測し、実際のセグメントリングの厚さと計測厚さから画像の縮尺を求める。そして、計測した暗部の幅に縮尺の逆数を乗じることで、テールクリアランスの幅を求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−５０４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、特許文献１に記載の技術では、照明器の設置位置、向き及び配光特性等が考慮されていない。これらの要因が変化すれば、画像中の暗部の幅も変化するので、特許文献１の計測方法はテールクリアランスの幅を正確に計測することができない。

【0005】

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、テールクリアランスの幅を正確に計測できるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上の課題を解決するために、シールドマシンのスキンプレートの内側にあるセグメントリングの外面から前記スキンプレートの内面までの幅を計測するテールクリアランス計測装置は、前記スキンプレートの内面上の各点の三次元座標と前記セグメントリングの内面上の各点の三次元座標を計測する三次元計測器と、前記三次元計測器によって計測された各点の三次元座標から、前記幅を算出するコンピュータと、を備える。

【0007】

以上によれば、三次元計測器によって計測される各点の三次元座標は何れも同一の座標系で表現されたものであり、スキンプレートの内面とセグメントリングの内面が同一座標系の点群モデルとしてモデリングされる。従って、三次元計測器の設置の位置及び向きを正確にせずとも、テールクリアランスの幅を正確に計測することができる。

【0008】

好ましくは、前記コンピュータが、前記三次元計測器によって計測された前記スキンプレートの内面上の各点の三次元座標から平面を特定する平面特定処理と、前記平面特定処理によって特定された前記平面と、前記三次元計測器によって計測された前記セグメントリングの内面上の点の三次元座標とから、その点から前記平面までの距離を算出する距離算出処理と、前記距離算出処理によって算出された前記距離から前記セグメントリングの厚さを減算することによって、その差を前記テールクリアランスの幅として得る減算処理と、を実行する。

【0009】

以上によれば、スキンプレートの内面を平面として、その平面をその内面上の各点の三次元座標から特定すると、その平面は計測範囲からセグメントリングによって隠れる範囲にまで延長したものと適用できる。それゆえ、セグメントリングによって隠れる範囲について三次元座標の計測を行えなくても、テールクリアランスの幅を計測することができる。
また、平面を特定するアルゴリズムは簡便であり、平面と点の距離を算出するアルゴリズムも簡便である。よって、コンピュータの処理負担を軽減できる。

【0010】

好ましくは、前記コンピュータが、前記三次元計測器によって計測された前記セグメントリングの内面上の各点の三次元座標から平面を特定する平面特定処理と、前記平面特定処理によって特定された前記平面と、前記三次元計測器によって計測された前記スキンプレートの内面上の点の三次元座標とから、その点から前記平面までの距離を算出する距離算出処理と、前記距離算出処理によって算出された前記距離から前記セグメントリングの厚さを減算することによって、その差を前記テールクリアランスの幅として得る減算処理と、を実行する。

【0011】

以上によれば、セグメントリングの内面を平面として、その平面をその内面上の各点の三次元座標から特定すると、その平面はセグメントリングの端から延長した範囲にも適用できる。それゆえ、セグメントリングの端から延長した範囲について三次元座標の計測を行えなくても、テールクリアランスの幅を計測することができる。
また、平面を特定するアルゴリズムは簡便であり、平面と点の距離を算出するアルゴリズムも簡便である。よって、コンピュータの処理負担を軽減できる。

【0012】

好ましくは、前記コンピュータが、前記三次元計測器によって計測された前記スキンプレートの内面上の各点の中から何れかの点を選択する選択処理と、前記選択処理により選択した前記点から、前記三次元計測器によって計測された前記セグメントリングの内面上の各点までの距離を算出する距離算出処理と、前記距離算出処理により算出した前記距離の一群から最小値を取得する最小値取得処理と、前記最小値取得処理によって取得された前記最小値から前記セグメントリングの厚さを減算することによって、その差を前記テールクリアランスの幅として得る減算処理と、を実行する。

【0013】

以上によれば、スキンプレートの内面上の何れかの点から、セグメントリングの内面上の各点までの距離を算出するアルゴリズムは簡便である。よって、コンピュータの処理負担を軽減できる。
また、算出した距離の一群から最小値を取得したので、その最小値は、スキンプレートの内面とセグメントリングの内面との距離を最適に表したものである。よって、テールクリアランスの幅を計測することができる。

【0014】

好ましくは、前記コンピュータが、前記三次元計測器によって計測された前記セグメントリングの内面上の各点の中から何れかの点を選択する選択処理と、前記選択処理により選択した前記点から、前記三次元計測器によって計測された前記スキンプレートの内面上の各点までの距離を算出する距離算出処理と、前記距離算出処理により算出した前記距離の一群から最小値を取得する最小値取得処理と、前記最小値取得処理によって取得された前記最小値から前記セグメントリングの厚さを減算することによって、その差を前記テールクリアランスの幅として得る減算処理と、を実行する。

【0015】

以上によれば、セグメントの内面上の何れかの点から、スキンプレートの内面上の各点までの距離を算出するアルゴリズムは簡便である。よって、コンピュータの処理負担を軽減できる。
また、算出した距離の一群から最小値を取得したので、その最小値は、スキンプレートの内面とセグメントリングの内面との距離を最適に表したものである。よって、テールクリアランスの幅を計測することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、テールクリアランスの幅を正確に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、トンネル施工工事に用いられるシールドマシンを示した図である。

【図2】図２は、テールクリアランス計測装置のブロック図である。

【図3】図３は、三次元計測器の設置状態を説明するための斜視図である。

【図4】図４は、平面の特定アルゴリズムの説明図である。

【図5】図５は、距離の算出アルゴリズムの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

【0019】

１． シールドマシン及びセグメントリング
図１は、トンネル施工工事に用いられるシールドマシン１０を示した図である。スキンプレート１１はシールドマシン１０の外殻体を構成するものである。スキンプレート１１はリングガーダー１２によって補強されている。スキンプレート１１の先端部に回転カッター１３が設けられている。スキンプレート１１の内側に、カッター駆動機構１４、シールドジャッキ１５、排土装置１７及びエレクタ１８等が設けられている。

【0020】

回転カッター１３がカッター駆動機構１４によって回転駆動されると、切羽が掘削される。掘削により発生した土砂はチャンバー１９に貯められて、排土装置１７によってチャンバー１９から排土される。切羽の掘削中、シールドジャッキ１５のシュー１６を施工済みのセグメントリング２０に押し当てた状態で、シールドジャッキ１５のロッド１５ｂをシールドジャッキ１５の本体部１５ａから進出させる。シールドジャッキ１５の伸長によって、セグメントリング２０から反力をとって、シールドマシン１０の推進力を得る。

【0021】

以上のようにシールドマシン１０を掘進させた後、シールドジャッキ１５を収縮させる。そして、エレクタ１８によって既設のセグメントリング２０の前にセグメントをリング状に組み立てることによって新たなセグメントリング２０を構築する。新たなセグメントリング２０の構築の際には、そのセグメントリング２０の外面２０ｂとスキンプレート１１の内面１１ａとの間に隙間２１、つまりテールクリアランス２１を形成する。セグメントリング２０の構築後にシールドマシン１０を掘進させる際にテールクリアランス２１を監視するべく、図２に示すテールクリアランス計測装置３０を用いる。なお、スキンプレート１１の後端部の内面１１ａとセグメント２０の後端部の外面２０ｂとの間の隙間２２は、テールエンドクリアランスともいう。

【0022】

２． テールクリアランス計測装置
図２は、テールクリアランス計測装置３０のブロック図である。テールクリアランス計測装置３０は、テールクリアランス２１の幅、つまりセグメントリング２０の外面２０ｂからスキンプレート１１の内面１１ａまでの距離を計測する装置である。

【0023】

テールクリアランス計測装置３０は、コンピュータ３１、表示デバイス３２、入力デバイス３３、記憶部３４及び三次元計測器３５等を備える。

【0024】

コンピュータ３１は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、システムバス及びハードウェアインタフェース等を有する。
表示デバイス３２は、例えば液晶ディスプレイデバイス、有機ＥＬディスプレイデバイス又はプロジェクタである。コンピュータ３１が演算処理によって映像信号を生成し、その映像信号を表示デバイス３２に出力する。そうすると、映像信号に従った画面が表示デバイス３２に表示される。表示デバイス３２とコンピュータ３１が一体化されていてもよいし、別体であってもよい。
入力デバイス３３は、例えばスイッチ、キーボード若しくはポインティングデバイス又はこれらの組み合わせである。入力デバイス３３は、表示デバイス３２の表面に設けられたタッチパネルであってもよい。入力デバイス３３は、操作されると操作内容に応じた信号をコンピュータ３１に出力する。

【0025】

記憶部３４は、半導体メモリ又はハードディスクドライブ等からなる記憶装置である。記憶部３４は、コンピュータ３１に内蔵されたものでもよいし、コンピュータ３１に外付けされたものでもよい。記憶部３４には、コンピュータ３１によって読取可能且つ実行可能なプログラム４０が格納されている。コンピュータ３１の機能及び演算処理は、プログラム４０によって実現される。

【0026】

三次元計測器３５は、計測対象物の表面上の多数の点の三次元座標を計測する。三次元計測器３５によって計測される各点の三次元座標は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸によって定義される直交座標系によって表現される。つまり、三次元計測器３５によって計測される各点の三次元座標は、Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標からなる。三次元計測器３５によって計測される多数の点の集合は点群（point cloud）であり、三次元計測器３５の計測結果は計測対象物の表面を点群によりモデリングした点群モデルとなる。

【0027】

三次元計測器３５には、計測対象物に赤外線を照射する赤外線照射器と、距離画像カメラ（奥行き画像カメラ）又は三次元レーザースキャナーと、距離画像カメラ又は三次元レーザースキャナーの出力信号を信号処理することによって点の三次元座標に変換するマイコンと、を有する。三次元計測器３５が更にＲＧＢカラー画像カメラを有し、マイコンが距離画像カメラ又は三次元レーザースキャナーの出力信号とＲＧＢカラー画像カメラの出力信号から点の三次元座標に変換してもよい。

【0028】

ここで、距離画像カメラはその距離画像カメラから計測対象物の表面上の各点までの距離を計測するものであり、距離画像カメラの撮像によって得られる画像の各画素の値は距離を表す。距離画像カメラの測距方式は、TOF（Time of Flight:光飛行時間）方式であってもよいし、Light Coding方式であってもよい。
例えば、マイクロソフト社によって販売されているKinect（登録商標）というセンサを三次元計測器３５に利用してもよい。Kinect（登録商標）というセンサの市販価格が低いので、テールクリアランス計測装置３０を低コストで提供することができる。なお、マイコン等が三次元計測器３５に内蔵されておらず、三次元計測器３５の出力信号がコンピュータ３１によって信号処理されることによって、コンピュータ３１が三次元計測器３５の出力信号を点の三次元座標に変換してもよい。

【0029】

三次元計測器３５の設置状態を図３に示す。図３に示すように、三次元計測器３５がスキンプレート１１の後部の内側においてセグメントリング２０の内面２０ａ及びスキンプレート１１の内面１１ａに向けられるように設置されている。三次元計測器３５の設置の位置及び向きが決まると、直交座標系の原点の位置及び各軸の向きが決まる。三次元計測器３５が非接触型の計測器であるので、この三次元計測器３５がスキンプレート１１とセグメントリング２０の内面１１ａ，２０ａから離れて設置されている。それゆえ、三次元計測器３５の接触によるスキンプレート１１、セグメントリング２０及び三次元計測器３５の損傷及び汚損を抑えることができる。

【0030】

三次元計測器３５がセグメントリング２０の内面２０ａ及びスキンプレート１１の内面１１ａに向けられているので、スキンプレート１１の内面１１ａ及びセグメントリング２０の内面２０ａが計測対象物となる。それゆえ、これらの内面１１ａ，２０ａ上の多数の点の三次元座標が三次元計測器３５によって計測される。

【0031】

図３に示すように網掛けした範囲１１ｃ，２０ｃ，２０ｄ（範囲１１ｃ，２０ｄの一部はロッド１５ｂによって隠れている）は三次元計測器３５の計測範囲の一部である。範囲２０ｄはセグメントリング２０の端面の一部の範囲である。範囲１１ｃは、スキンプレート１１の内面１１ａのうち、セグメントリング２０の端面寄りの部分である。範囲２０ｃは、セグメントリング２０の内面２０ａのうち、セグメントリング２０の端面寄りの部分である。三次元計測器３５によって三次元座標が計測された全ての点のうち、範囲１１ｃ，２０ｃ内の限定された点がコンピュータ３１によって抽出されるので、処理時間を短縮することができる。

【0032】

３． コンピュータが実行する処理
プログラム４０が以下に説明する処理をコンピュータ３１に実行させて、テールクリアランス２１の幅がコンピュータ３１によって算出される。

【0033】

（１） 計測処理
まず、コンピュータ３１が三次元計測器３５を制御することによって、三次元計測器３５がスキンプレート１１とセグメントリング２０の内面１１ａ，２０ａを計測する。そして、コンピュータ３１が三次元計測器３５の計測結果を入力して、各点の三次元座標を取得する。ここで、上述したように三次元計測器３５の計測結果から三次元座標に変換する処理は、三次元計測器３５のマイコンが行ってもよいし、コンピュータ３１が行ってもよい。

【0034】

コンピュータ３１が取得した三次元座標の集合には、スキンプレート１１とセグメントリング２０の内面１１ａ，２０ａ上の各点の三次元座標のほかに、周辺物（例えば、本体部１５ａ、ロッド１５ｂ、ジャッキシュー１６等）の表面上の点も含まれることもある。

【0035】

（２） 抽出処理（認識処理）
次に、コンピュータ３１は、取得した三次元座標の集合の中からスキンプレート１１とセグメントリング２０の内面１１ａ，２０ａの点群を認識する。例えば、コンピュータ３１は、取得した三次元座標の集合について三次元特徴量を算出し、三次元特徴量を利用して、三次元座標の集合の中からスキンプレート１１の内面１１ａの点群とセグメントリング２０の内面２０ａの点群を抽出する。以下、コンピュータ３１がスキンプレート１１の内面１１ａの点群として認識した各点の三次元座標をスキンプレート三次元座標といい、コンピュータ３１がセグメントリング２０の内面２０ａの点群として認識した各点の三次元座標をセグメントリング三次元座標という。
なお、コンピュータ３１が、スキンプレート１１の内面１１ａの点群から、更に範囲１１ｃ内の点群を抽出してもよい。また、コンピュータ３１が、セグメントリング２０の内面２０ａの点群から、更に範囲２０ｃ内の点群を抽出してもよい。これにより、以降の処理時間を短縮することができる。

【0036】

（３） 平面の特定処理
コンピュータ３１は、スキンプレート三次元座標の集合に基づいて、スキンプレート１１の内面１１ａに沿った平面を特定する。つまり、コンピュータ３１は、スキンプレート三次元座標の集合から、次式で表す平面の方程式の係数ａ〜ｄを算出する。係数ａは平面の単位法線ベクトルＶ_nのＸ成分であり、係数ｂは平面の単位法線ベクトルＶ_nのＹ成分であり、係数ｃは平面の単位法線ベクトルＶ_nのＺ成分であり、係数ｄは原点から平面までの距離である。

【0037】

【数1】

【0038】

図４を参照して、平面の特定について具体的に説明する。図４に示すように、３点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃のスキンプレート三次元座標から係数ａ〜ｄを算出することができる。つまり、ベクトルＰ₁Ｐ₂とベクトルＰ₂Ｐ₃の外積をそのノルム（長さ）で除すれば、単位法線ベクトルＶ_nが求まる。また、原点からスキンプレート三次元座標の集合の何れかの点Ｐ_aまでのベクトルＯＰ_aと単位法線ベクトルＶ_nの内積が係数ｄである。ここで、図４では、点Ｐ₂を点Ｐ_aとしているが、点Ｐ_aは点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃の何れであってもよいし、点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃以外の点であってもよい。

【0039】

なお、スキンプレート三次元座標の集合を３点ずつにグループ分けして、各グループ内の３点の三次元座標を利用して、グループごとに係数ａ〜ｄを算出してもよい。この場合、これらグループの係数ａの平均値を上記の平面方程式の係数ａとする。係数ｃ〜ｄについても同様である。

【0040】

上記方程式は、図３に示すように網掛けした計測範囲１１ｃ内の平面のみならず、その計測範囲１１ｃから外側に延長した平面も定義したものである。つまり、以上のように特定した平面は、範囲１１ｃ内の平面を、セグメントリング２０によって隠れる範囲まで延長したものと考慮できる。

【0041】

（４） 距離の算出処理
次に、コンピュータ３１は、セグメントリング三次元座標の集合の何れかの点Ｐ_cから上述のように特定した平面までの距離を算出する。より具体的には、以下の（４−１）又は（４−２）の通りである。

【0042】

（４−１） 平面方程式の係数を用いた距離の算出
図５を参照して、平面方程式の係数を用いた距離Ｌの算出について具体的に説明する。点Ｐ_cはセグメントリング三次元座標の集合の何れかの点であり、点Ｐ_cの三次元座標を（Ｘ_c，Ｙ_c，Ｚ_c）とする。点Ｐ_cから平面までの距離Ｌは、次式の通りである。

【0043】

【数2】

【0044】

なお、スキンプレート三次元座標の集合の各点について距離Ｌを算出してもよい。この場合、算出した距離Ｌの平均値をとる。

【0045】

（４−２） 平面の単位法線ベクトルを用いた距離の算出
図５を参照して、平面の単位法線ベクトルを用いた距離Ｌの算出について具体的に説明する。点Ｐ_cはセグメントリング三次元座標の集合の何れかの点である。つまり、点Ｐ_cはセグメントリング２０の内面２０ａ上の点である。点Ｐ_bはスキンプレート三次元座標の集合の何れかの点である。つまり、点Ｐ_bはスキンプレート１１の内面１１ａ上の点であり、上述のように特定した平面上の点ともみなせる。点Ｐ_bは、スキンプレート三次元座標の集合の何れかの点であれば、平面を特定する際に用いた点Ｐ_a，Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃の何れかであってもよいし、それ以外の点であってもよい。
点Ｐ_cから点Ｐ_bまでのベクトルＰ_cＰ_bと単位法線ベクトルＶ_nの内積の絶対値が、点Ｐ_cから上述のように特定した平面までの距離Ｌとなる。このようにベクトルＰ_cＰ_bと単位法線ベクトルＶ_nの内積から距離Ｌを算出する場合、係数ｄを直接使用しないので、上記（３）の平面の特定処理の際に係数ｄを算出しなくてもよい。

【0046】

なお、スキンプレート三次元座標の集合とセグメントリング三次元座標の集合とを一点ずつ組み合わせることで、複数のグループを作り、各グループ内の２点の三次元座標を利用して、グループごとに距離Ｌを算出してもよい。この場合、これらグループの距離Ｌの平均値をとる。

【0047】

（５） 厚さの減算処理
次に、コンピュータ３１は、算出した距離Ｌ（又はそれらの平均値）から厚さＴを減算する。厚さＴは、セグメントリング２０の厚さ、つまり外面２０ｂから内面２０ａまでの距離である。厚さＴは既知であり、ユーザが入力デバイス３３を用いて入力することによって、コンピュータ３１がその入力値を厚さＴとして取得する。なお、厚さＴが予めプログラム４０又は予め記憶部３４に格納され、コンピュータ３１がプログラム４０又は記憶部３４から厚さＴを読み込んでもよい。また、セグメントリング２０の厚さＴが計測器によって計測され、その計測結果がコンピュータ３１に入力されてもよい。
減算処理により得られた差がテールクリアランス２１の幅である。

【0048】

（６） 結果の記録・出力処理
次に、コンピュータ３１は、減算処理により得られた差、つまりテールクリアランス２１の幅を記憶部３４に記録する。また、コンピュータ３１がその差を数値により表示デバイス３２に表示させる。なお、コンピュータ３１がネットワークにより他のコンピュータに接続されている場合、コンピュータ３１がその差を他のコンピュータに送信し、その差が他のコンピュータによって記憶・管理されてもよい。

【0049】

４． 有利な効果
（１） 非接触型の三次元計測器３５をスキンプレート１１とセグメントリング２０の内面１１ａ，２０ａから離して設置することによって、スキンプレート１１とセグメントリング２０の損傷及び汚損を抑えられる。

【0050】

（２） 三次元計測器３５によって計測される各点の三次元座標は、三次元計測器３５を基準とした直交座標系で表現されたものである。それゆえ、三次元計測器３５の設置の位置及び向きが正確にわからなくても、つまり、直交座標系の原点及び各軸の向きがスキンプレート１１やセグメントリング２０に対してどのようになっていても、スキンプレート１１の内面１１ａに沿った平面を正確に特定することができる。更に、テールクリアランス２１の幅も正確に計測することができる。

【0051】

（３） スキンプレート１１の内面１１ａに沿った平面をスキンプレート三次元座標の集合から特定しており、その平面の方程式又は単位法線ベクトルはセグメントリング２０によって隠れる範囲にも適用できる。それゆえ、セグメントリング２０によって隠れる範囲について、スキンプレート１１の内面１１ａの計測を行えなくても、テールクリアランス２１の幅を正確に計測することができる。

【0052】

（４） 三次元計測器３５によって計測される範囲はスキンプレート１１及びセグメントリング２０の全体の大きさと比較しても十分に狭い。そのため、その範囲におけるスキンプレート１１の内面１１ａを平面に近似させても、つまり、スキンプレート１１の内面１１ａ上の各点が平面上にあるものとしてその平面を特定しても、テールクリアランス２１の幅を正確に計測することができる。

【0053】

（５） 平面を特定するアルゴリズムは簡便であり、平面と点の距離を算出するアルゴリズムも簡便であり、コンピュータ３１の処理負荷が小さい。

【0054】

５． 変形例
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。以下に、以上の実施形態からの変更点について説明する。以下に説明する変更点は、可能な限り組み合わせて適用してもよい。

【0055】

（１） 上記実施形態では、「（３）平面の特定処理」において、コンピュータ３１が、スキンプレート三次元座標の集合に基づいて、スキンプレート１１の内面１１ａに沿った平面を特定する。それに対して、コンピュータ３１が、セグメントリング三次元座標の集合に基づいて、セグメントリング２０の内面２０ａに沿った平面を特定してもよい。この場合、「（４）距離の算出処理」においては、点Ｐ_cはスキンプレート三次元座標の集合の何れかの点とし、点Ｐ_bはセグメントリング三次元座標の集合の何れかの点とする。また、セグメントリング２０の内面２０ａに沿った平面の特定のアルゴリズムは、スキンプレート１１の内面１１ａに沿った平面の特定のアルゴリズムと同一である。なお、特定された平面の方程式又は単位法線ベクトルは、セグメントリング２０の内面２０ａがそのエッジから切羽側へ延長した範囲にも適用できる。

【0056】

（２） 上記実施形態では、コンピュータ３１が、三次元計測器３５によって計測された三次元座標の集合の中からスキンプレート１１の内面１１ａの点群を認識する処理を実行した。それに対して、ユーザがコンピュータ３１にティーチングしてもよい。つまり、ユーザが入力デバイス３３を用いて三次元座標の集合の中からスキンプレート１１の内面１１ａの点群を特定することによって、コンピュータ３１が三次元座標の集合の中からスキンプレート１１の内面１１ａの点群を認識してもよい。セグメントリング２０の内面２０ａの点群についても同様である。

【0057】

（３） 複数の三次元計測器３５をスキンプレート１１の内面１１ａに沿って周方向に配列するように設置すれば、テールクリアランス２１の幅についての周方向の分布を得ることができる。

【0058】

（４） 点Ｐ_cは、図３に示す範囲２０ｅ内の点であってもよい。範囲２０ｅは、三次元計測器３５の計測範囲の一部ある。更に、範囲２０ｅは、セグメントリング２０の内面２０ａのうち、セグメントリング２０の端面から離れた部分である。点Ｐ_cが範囲２０ｅ内の点であれば、テールエンドクリアランス２２の幅を算出することができる。この場合、厚さＴは、テールエンドクリアランス２２の内側におけるセグメントリング２０の厚さである。点Ｐ_cが図３に示す範囲２０ｃ内の点である場合に算出したテールクリアランス２１の幅と、点Ｐ_cが図３に示す範囲２０ｅ内の点である場合に算出したテールエンドクリアランス２２の幅とから、セグメントリング２０とスキンプレート１１との角度を算出することができる。セグメントリング２０とスキンプレート１１との角度を所定範囲に抑えるようにシールドマシン１０を操縦すると、スキンプレート１１とセグメントリング２０の接触（所謂、せり）を未然に防げる。

【0059】

（５） 上記実施形態の「（３）平面の特定処理」、「（４）距離の算出処理」及び「（５）厚さの減算処理」を以下のような処理に変更してもよい。
上述の（２）抽出処理後、コンピュータ３１が、スキンプレート１１の内面１１ａの点群の中から１つの点を選択する。
次に、コンピュータ３１が、選択した点から、セグメントリング２０の内面２０ａの点群の各点までの距離を算出する。このような距離算出のアルゴリズムは、三平方の定理を利用したものであって、簡便である。よって、コンピュータ３１の処理負荷が低い。
次に、コンピュータ３１が、算出した距離の一群から最小値を取得する。この最小値は、スキンプレート１１の内面１１ａとセグメントリング２０の内面２０ａとの距離を最適に表したものである。
その後、コンピュータ３１が、取得した最小値からセグメントリング２０の厚さＴを減算する。減算処理により得られた差がテールクリアランス２１の幅である。

【0060】

（６） 上記実施形態の「（３）平面の特定処理」、「（４）距離の算出処理」及び「（５）厚さの減算処理」を以下のような処理に変更してもよい。
上述の（２）抽出処理後、コンピュータ３１が、セグメントリング２０の内面２０ａの点群の中から１つの点を選択する。
次に、コンピュータ３１が、選択した点から、スキンプレート１１の内面１１ａの点群の各点までの距離を算出する。このような距離算出のアルゴリズムは、三平方の定理を利用したものであって、簡便である。よって、コンピュータ３１の処理負荷が低い。
次に、コンピュータ３１が、算出した距離の一群から最小値を取得する。この最小値は、スキンプレート１１の内面１１ａとセグメントリング２０の内面２０ａとの距離を最適に表したものである。
次に、コンピュータ３１が、取得した最小値からセグメントリング２０の厚さＴを減算する。減算処理により得られた差がテールクリアランス２１の幅である。

【符号の説明】

【0061】

１０…シールドマシン
１１…スキンプレート
１１ａ…スキンプレートの内面
２０…セグメントリング
２０ａ…セグメントリングの内面
２０ｂ…セグメントリングの外面
２１…テールクリアランス
３０…テールクリアランス計測装置
３１…コンピュータ
３４…記憶部
３５…三次元計測器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】