特許 7519653 シールド機のテールクリアランス測定システム及びシールド機のテールクリアランス測定方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-11

(45)【発行日】2024-07-22

(54)【発明の名称】シールド機のテールクリアランス測定システム及びシールド機のテールクリアランス測定方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20240712BHJP

   E21D 11/00 20060101ALI20240712BHJP

   G01B 11/14 20060101ALI20240712BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301Z

E21D11/00 Z

G01B11/14 H

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020202726

(22)【出願日】2020-12-07

(65)【公開番号】P2022090363

(43)【公開日】2022-06-17

【審査請求日】2023-09-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000166432

【氏名又は名称】戸田建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】514018238

【氏名又は名称】株式会社きんそく

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】市川 政美

(72)【発明者】

【氏名】安田 幸生

(72)【発明者】

【氏名】中山 卓人

(72)【発明者】

【氏名】小林 修

(72)【発明者】

【氏名】山崎 友誉

(72)【発明者】

【氏名】▲土▼本 裕之

(72)【発明者】

【氏名】山田 泰史

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 憲二

【審査官】亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－０８２１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０３５１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０７２６３７３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０８－０８６６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－３１５７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１５９７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２６０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－００５０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０５５４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１１９２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８５７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０５９３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５５２９４３７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １／００－９／１４

Ｅ２１Ｄ １１／００－１９／０６

Ｅ２１Ｄ ２３／００－２３／２６

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を測定するシールド機のテールクリアランス測定システムであって、
前記セグメントの前端面と、前記スキンプレートの内周面とに向けてレーザーライン光を照射するレーザー照射手段と、
前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光を、前記セグメントの前端面に照射された前記レーザーライン光と前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光とが、一直線にならないように撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像において、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射されたレーザーライン光をそれぞれ径方向ライン及び軸方向ラインとして検出するライン検出手段と、
前記径方向ラインと前記軸方向ラインとの交点を求める交点検出手段と、
前記径方向ラインの所定位置から前記交点検出手段が求めた交点までの延長部分の距離に基づいて、前記スキンプレートの内周面と前記セグメントの外周面との距離を求める距離測定手段と、
前記撮像手段が前記径方向ラインと前記軸方向ラインとともに撮像可能な位置に配置され基準寸法が設定されたスケールマーカーと、を備え、
前記スケールマーカーは、シールド機のシールドジャッキのスプレッダに設けられており、
前記距離測定手段は、前記撮像手段が撮影した画像において、前記スケールマーカーの基準寸法に対応する画素数と前記延長部分の距離に対応する画素数との比率に基づいて、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を求める
ことを特徴とするシールド機のテールクリアランス測定システム。

【請求項2】

前記スケールマーカーは、さらに前記セグメントの前端面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールド機のテールクリアランス測定システム。

【請求項3】

前記セグメントの前端面に設けられている前記スケールマーカーの前記基準寸法は、前記セグメントの厚みに基づいて設定されていることを特徴とする請求項２に記載のシールド機のテールクリアランス測定システム。

【請求項4】

前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面のエッジ部分との交点であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定システム。

【請求項5】

前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられたシール溝の段部との交点であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定システム。

【請求項6】

前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられた前記セグメントの外周面からの距離が既知であるマーキングとの交点であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定システム。

【請求項7】

スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を測定するシールド機のテールクリアランス測定方法であって、
前記セグメントの前端面と、前記スキンプレートの内周面とに向けてレーザーライン光を照射する照射工程と、
前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光を、前記セグメントの前端面に照射された前記レーザーライン光と前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光とが、一直線にならないように撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像した画像において、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射されたレーザーライン光をそれぞれ径方向ライン及び軸方向ラインとするライン検出工程と、
前記径方向ラインと前記軸方向ラインとの交点を求める交点検出工程と、
前記径方向ラインの所定位置から前記交点検出工程で求めた交点までの延長部分の距離に基づいて、前記スキンプレートの内周面と前記セグメントの外周面との距離を求める距離測定工程と、を備え、
前記径方向ラインと前記軸方向ラインとともに撮像可能な位置に基準寸法が設定されたスケールマーカーを配置しておき、
前記スケールマーカーは、シールド機のシールドジャッキのスプレッダに設けられており、
前記撮像工程は、前記径方向ラインと前記軸方向ラインとともに前記スケールマーカーを撮像する工程であって、
前記距離測定工程は、前記スケールマーカーの基準寸法に対応する画素数と前記延長部分の距離に対応する画素数との比率で、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を求める工程である
ことを特徴とするシールド機のテールクリアランス測定方法。

【請求項8】

前記スケールマーカーは、さらに前記セグメントの前端面に設けられていることを特徴とする請求項７に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法。

【請求項9】

前記セグメントの前端面に設けられている前記スケールマーカーの前記基準寸法は、前記セグメントの厚みに基づいて設定されていることを特徴とする請求項８に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法。

【請求項10】

前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面のエッジ部分との交点であることを特徴とする請求項７乃至請求項９のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法。

【請求項11】

前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられたシール溝の段部との交点であることを特徴とする請求項７乃至請求項１０のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法。

【請求項12】

前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられた前記セグメントの外周面からの距離が既知であるマーキングとの交点であることを特徴とする請求項７乃至請求項１１のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転カッタを有し、スキンプレート内でセグメントを組み立てながら掘進するシールド機において、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との隙間の距離であるテールクリアランスを測定するシールド機のテールクリアランス測定システム及びシールド機のテールクリアランス測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シールド機が備えるスキンプレートと、その内側で組み立てられるセグメントとの間には環状の隙間が形成される。この隙間の距離であるテールクリアランスは、適切に保たれていないと、シールド機が掘進する際に、セグメントに当たって破損させたり、次のセグメントを組み立てられない等の不具合が発生する。
従って、シールド機を掘進させる際には、テールクリアランスを管理することが非常に重要であるが、その管理には、通常、シールド機の例えば上下左右の４か所などにおいて、人がテールクリアランスをスケールで測定しているので、非常に手間がかかった。

【0003】

この手間を省き、自動的にリアルタイムでテールクリアランスを測定する装置が、特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載のシールド機のテールクリアランス測定装置は、シールド機のテール部の延伸方向と平行にレーザー光を照射する照射部を、テール部の内壁に対して垂直方向に移動自在に設け、照射部の内壁に対する距離を検出演算して距離出力信号を出力する距離検出演算部と、セグメントの端面のレーザースポットを撮影して画像信号を出力するカメラと、画像信号からセグメントの端面の側端部を認識して側端部認識信号を出力する側端部認識部と、側端部認識信号及び距離出力信号に基づいて、セグメントの側端部とテール部の内壁との距離を演算出力するクリアランス演算部とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平８-１２１０８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のようなシールド機のテールクリアランス測定装置は、セグメントの側端部にレーザー光を照射している状態の照射部と、テール部の内壁との距離を実際に測定してテールクリアランスを検出しているので、照射部を案内するガイドレールが短いと、測定結果も不正確になる。一方、ガイドレールが長いと装置全体が大型となり、設置個所が限られてしまうため、セグメントの組み立ての邪魔になる恐れがあるだけでなく、洗い水をかぶったり、セグメントが衝突して測定不能となりかねない。
本発明が解決しようとする課題は、シールド機に搭載される部分がコンパクトで、邪魔にならない位置に取り付け可能であり、テールクリアランスを自動的に正確に測定できるシールド機のテールクリアランス測定システム及びシールド機のテールクリアランス測定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に係る発明は、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を測定するシールド機のテールクリアランス測定システムであって、前記セグメントの前端面と、前記スキンプレートの内周面とに向けてレーザーライン光を照射するレーザー照射手段と、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光を、前記セグメントの前端面に照射された前記レーザーライン光と前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光とが、一直線にならないように撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した画像において、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射されたレーザーライン光をそれぞれ径方向ライン及び軸方向ラインとして検出するライン検出手段と、前記径方向ラインと前記軸方向ラインとの交点を求める交点検出手段と、前記径方向ラインの所定位置から前記交点検出手段が求めた交点までの延長部分の距離に基づいて、前記スキンプレートの内周面と前記セグメントの外周面との距離を求める距離測定手段と、前記撮像手段が前記径方向ラインと前記軸方向ラインとともに撮像可能な位置に配置され基準寸法が設定されたスケールマーカーと、を備え、前記スケールマーカーは、シールド機のシールドジャッキのスプレッダに設けられており、前記距離測定手段は、前記撮像手段が撮影した画像において、前記スケールマーカーの基準寸法に対応する画素数と前記延長部分の距離に対応する画素数との比率に基づいて、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を求めることを特徴とするシールド機のテールクリアランス測定システムである。
請求項２に係る発明は、前記スケールマーカーは、さらに前記セグメントの前端面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。
請求項３に係る発明は、前記セグメントの前端面に設けられている前記スケールマーカーの前記基準寸法は、前記セグメントの厚みに基づいて設定されていることを特徴とする請求項２に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。
請求項４に係る発明は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面のエッジ部分との交点であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。
請求項５に係る発明は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられたシール溝の段部との交点であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。
請求項６に係る発明は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられた前記セグメントの外周面からの距離が既知であるマーキングとの交点であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。
請求項７に係る発明は、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を測定するシールド機のテールクリアランス測定方法であって、前記セグメントの前端面と、前記スキンプレートの内周面とに向けてレーザーライン光を照射する照射工程と、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光を、前記セグメントの前端面に照射された前記レーザーライン光と前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光とが、一直線にならないように撮像する撮像工程と、前記撮像工程で撮像した画像において、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射されたレーザーライン光をそれぞれ径方向ライン及び軸方向ラインとするライン検出工程と、前記径方向ラインと前記軸方向ラインとの交点を求める交点検出工程と、前記径方向ラインの所定位置から前記交点検出工程で求めた交点までの延長部分の距離に基づいて、前記スキンプレートの内周面と前記セグメントの外周面との距離を求める距離測定工程と、を備え、前記径方向ラインと前記軸方向ラインとともに撮像可能な位置に基準寸法が設定されたスケールマーカーを配置しておき、前記スケールマーカーは、シールド機のシールドジャッキのスプレッダに設けられており、前記撮像工程は、前記径方向ラインと前記軸方向ラインとともに前記スケールマーカーを撮像する工程であって、前記距離測定工程は、前記スケールマーカーの基準寸法に対応する画素数と前記延長部分の距離に対応する画素数との比率で、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を求める工程であることを特徴とするシールド機のテールクリアランス測定方法である。
請求項８に係る発明は、前記スケールマーカーは、さらに前記セグメントの前端面に設けられていることを特徴とする請求項７に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。
請求項９に係る発明は、前記セグメントの前端面に設けられている前記スケールマーカーの前記基準寸法は、前記セグメントの厚みに基づいて設定されていることを特徴とする請求項８に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。
請求項１０に係る発明は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面のエッジ部分との交点であることを特徴とする請求項７乃至請求項９のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。
請求項１１に係る発明は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられたシール溝の段部との交点であることを特徴とする請求項７乃至請求項１０のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。
請求項１２に係る発明は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられた前記セグメントの外周面からの距離が既知であるマーキングとの交点であることを特徴とする請求項７乃至請求項１１のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。
また、別発明として以下のものでも良い。
手段１は、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を測定するシールド機のテールクリアランス測定システムであって、前記セグメントの前端面と、前記スキンプレートの内周面とに向けてレーザーライン光を照射するレーザー照射手段と、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光を、前記セグメントの前端面に照射された前記レーザーライン光と前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光とが、一直線にならないように撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した画像において、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射されたレーザーライン光をそれぞれ径方向ライン及び軸方向ラインとして検出するライン検出手段と、前記径方向ラインと前記軸方向ラインとの交点を求める交点検出手段と、前記径方向ラインの所定位置から前記交点検出手段が求めた交点までの延長部分の距離に基づいて、前記スキンプレートの内周面と前記セグメントの外周面との距離を求める距離測定手段とを備えたことを特徴とするシールド機のテールクリアランス測定システムである。

【0007】

手段２は、前記撮像手段が前記径方向ラインと前記軸方向ラインとともに撮像可能な位置に配置され基準寸法が設定されたスケールマーカーと、を備え、前記距離測定手段は、前記撮像手段が撮影した画像において、前記スケールマーカーの基準寸法に対応する画素数と前記延長部分の距離に対応する画素数との比率に基づいて、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を求めることを特徴とする手段１に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。

【0008】

手段３は、前記スケールマーカーは、シールド機のシールドジャッキのスプレッダに設けられていることを特徴とする手段２に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。

【0009】

手段４は、前記スケールマーカーは、前記セグメントの前端面に設けられていることを特徴とする手段２又は手段３に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。

【0010】

手段５は、前記セグメントの前端面に設けられている前記スケールマーカーの前記基準寸法は、前記セグメントの厚みに基づいて設定されていることを特徴とする手段４に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。

【0011】

手段６は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面のエッジ部分との交点であることを特徴とする手段１乃至手段５のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。

【0012】

手段７は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられたシール溝の段部との交点であることを特徴とする手段１乃至手段６のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。

【0013】

手段８は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられた前記セグメントの外周面からの距離が既知であるマーキングとの交点であることを特徴とする手段１乃至手段７のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定システムである。

【0014】

手段９は、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を測定するシールド機のテールクリアランス測定方法であって、前記セグメントの前端面と、前記スキンプレートの内周面とに向けてレーザーライン光を照射する照射工程と、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光を、前記セグメントの前端面に照射された前記レーザーライン光と前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光とが、一直線にならないように撮像する撮像工程と、前記撮像工程で撮像した画像において、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射されたレーザーライン光をそれぞれ径方向ライン及び軸方向ラインとするライン検出工程と、前記径方向ラインと前記軸方向ラインとの交点を求める交点検出工程と、前記径方向ラインの所定位置から前記交点検出工程で求めた交点までの延長部分の距離に基づいて、前記スキンプレートの内周面と前記セグメントの外周面との距離を求める距離測定工程と、を備えることを特徴とするシールド機のテールクリアランス測定方法である。

【0015】

手段１０は、前記径方向ラインと前記軸方向ラインとともに撮像可能な位置に基準寸法が設定されたスケールマーカーを配置しておき、前記撮像工程は、前記径方向ラインと前記軸方向ラインとともに前記スケールマーカーを撮像する工程であって、前記距離測定工程は、前記スケールマーカーの基準寸法に対応する画素数と前記延長部分の距離に対応する画素数との比率で、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を求める工程であることを特徴とする手段９に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。

【0016】

手段１１は、前記スケールマーカーは、シールド機のシールドジャッキのスプレッダに設けられていることを特徴とする手段１０に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。

【0017】

手段１２は、前記スケールマーカーは、前記セグメントの前端面に設けられていることを特徴とする手段１０又は手段１１に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。

【0018】

手段１３は、前記セグメントの前端面に設けられている前記スケールマーカーの前記基準寸法は、前記セグメントの厚みに基づいて設定されていることを特徴とする手段１２に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。

【0019】

手段１４は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面のエッジ部分との交点であることを特徴とする手段９乃至手段１３のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。

【0020】

手段１５は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられたシール溝の段部との交点であることを特徴とする手段９乃至手段１４のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。

【0021】

手段１６は、前記径方向ラインの前記所定位置は、前記セグメントの前端面に設けられた前記セグメントの外周面からの距離が既知であるマーキングとの交点であることを特徴とする手段９乃至手段１５のうちいずれか１項に記載のシールド機のテールクリアランス測定方法である。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、セグメントの前端面と、スキンプレートの内周面とに向けてレーザーライン光を照射するレーザー照射手段と、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光を、前記セグメントの前端面に照射された前記レーザーライン光と前記スキンプレートの内周面に照射された前記レーザーライン光とが、一直線にならないように撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した画像において、前記セグメントの前端面及び前記スキンプレートの内周面に照射されたレーザーライン光をそれぞれ径方向ライン及び軸方向ラインとして検出するライン検出手段と、前記径方向ラインと前記軸方向ラインとの交点を求める交点検出手段と、前記径方向ラインの所定位置から前記交点検出手段が求めた交点までの延長距離に基づいて、前記スキンプレートの内周面と前記セグメントの外周面との距離を求める距離測定手段とを備えたので、実際にスキンプレートとセグメントとの距離を測定するものに比べて、装置全体が小型で済み、レーザー照射手段及び撮像手段を設置する場所も限定されないため、作業の邪魔にならず、水が当たりにくい位置に取り付けることができる。
また、スキンプレートの内周面からレーザー光を照射する照射部までの距離を実際に測定するものに比べて、測定可能な範囲が広く、テールクリアランスを自動的に正確に測定できる。

【0023】

加えて、前記撮像手段が前記径方向ラインと前記軸方向ラインとともに撮像可能な位置に配置され基準寸法が設定されたスケールマーカーと、を備え、前記距離測定手段は、前記撮像手段が撮影した画像において、前記スケールマーカーの基準寸法に対応する画素数と前記延長距離に対応する画素数との比率に基づいて、スキンプレートの内周面とセグメントの外周面との距離を求めるので、撮像手段が撮影する方向の違いによる考慮することなく、簡単に延長部分の長さからテールクリアランスを算出できる。

【0024】

加えて、前記スケールマーカーは、シールド機のシールドジャッキのスプレッダにスケールマーカーを設けるようにすれば、セグメント個々にスケールマーカーを設ける必要がなくなり、測定システムの効率化できる。

【0025】

加えて、前記スケールマーカーは、前記セグメントの前端面に設けられており、前記スケールマーカーの前記基準寸法は、前記セグメントの厚みに基づいて設定されているので、スケールマーカーを別途設ける必要がなく、テールクリアランスの検出に要するシステムを簡易に構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るシールド機の断面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態を示すシールド機のテールクリアランス測定システムのブロック図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係るテールクリアランス測定過程を説明する斜視図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係るテールクリアランス測定手順のフローチャートである。

【図5】本発明の第１の実施形態に係るテールクリアランス測定方法を示すためのセグメント及びスキンプレートの部分断面図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係るテールクリアランス測定方法を示すためのテーパー面を備えたセグメント及びスキンプレートの部分断面図である。

【図7】本発明の第３の実施形態に係るテールクリアランス測定方法を示すためのシール溝を備えたセグメント及びスキンプレートの部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の実施形態につき図面を参照する等して説明する。なお、本発明は、実施形態に限定されないことはいうまでもない。
図１は、シールド機の断面図であり、図２は、シールド機のテールクリアランス測定システムのブロック図、図３は、テールクリアランス測定過程を説明する斜視図、図４は、テールクリアランス測定手順のフローチャート、図５は、セグメント及びスキンプレートの部分断面図である。

【0028】

図１に示すように、シールド機１は、地盤中を掘進しながら、セグメント２０を組立て、地中に覆工体２を配置するものであって、例えば隔壁１０を有した前端部に回転カッタ１１と、スキンプレート１２とを備えている。本実施例では円形断面のトンネルを構築するシールド機として説明している。

【0029】

覆工体２は、舟形のセグメント２０をリング状に組み立て、それらを前後方向に連結して構成される。覆工体２の前部はスキンプレート１２内に存在することになり、スキンプレート１２の内側において、覆工体２の前端に新たにセグメント２０をリング状に組み立て連結し、隔壁１０の後方に設けられたシールドジャッキ１３を伸ばしてセグメント２０の前端面２０ａを押し、その反力でシールド機１を前進させる。
スキンプレート１２の内周面１２ａとセグメント２０の外周面２０ｂとの間には環状の隙間が形成される。

【0030】

シールド機のテールクリアランス測定システムは、スキンプレート１２の内周面１２ａとセグメント２０の外周面２０ｂとの距離であるテールクリアランスΔＬを測定するシステムであり、シールド機１の周方向にほぼ等間隔で３乃至４か所に設けられる。

【0031】

図２に示すように、シールド機のテールクリアランス測定システムは、レーザー照射手段３と、撮像手段４と、ライン検出手段５と、交点検出手段６と、距離測定手段７と、主制御部８と、測定管理部９と、ディスプレイ１５とを備える。

【0032】

レーザー照射手段３は、セグメントの前端面２０ａと、スキンプレート１２の内周面１２ａとに向けてレーザーライン光を照射する。
レーザー照射手段３は、レーザー発振管３０及びレーザー発振管３０の作動を制御するレーザー制御部３１を有する。

【0033】

レーザー発振管３０は、レーザーライン光を照射するもので、例えばシールド機１のスキンプレート１２の内側であって、スキンプレート１２の内周面１２ａ及び設置されるセグメント２０の前端面２０ａに向けて設置される（図１）。具体的には、照射されたレーザーライン光がスキンプレート１２のトンネル方向軸線、かつ、スキンプレート１２の直径方向線に沿った平面となるようにレーザー発振管３０が配置される。

【0034】

そして、レーザー発振管３０は、レーザー制御部３１からの発振信号に基づいて、スキンプレート１２のトンネル方向軸線、かつ、スキンプレート１２の直径方向線に沿った平面のレーザーライン光を照射する。そして、レーザーライン光はスキンプレート１２の内周面１２ａと、設置されたセグメント２０の前端面２０ａとに向けて照射される（図３）。その結果、テールクリアランスが存在する場合には、設置されたセグメント２０の前端面２０ａに照射されたレーザーライン光は、テールクリアランス側（図３のＬ３で示された部分）には表示されない。

【0035】

撮像手段４は、設置されたセグメント２０の前端面２０ａ及びスキンプレート１２の内周面１２ａに照射されたレーザーライン光を、セグメント２０の前端面２０ａに照射されたレーザーライン光とスキンプレート１２の内周面１２ａに照射されたレーザーライン光とが、一直線にならないように撮像するものである。

【0036】

撮像手段４は、ＣＣＤカメラ４０と、ＣＣＤカメラ４０の作動を制御するカメラ制御部４１とを備え、ＣＣＤカメラ４０は、例えば、シールド機１のスキンプレート１２の内側において、レーザー発振管３０と近い位置に設置される。
ＣＣＤカメラ４０は、セグメント２０の前端面２０ａに照射されたレーザーライン光とスキンプレート１２の内周面１２ａに照射されたレーザーライン光とが、一直線にならないように撮像する位置、例えば、レーザーライン光が形成する平面３ａに対して斜め方向から撮像する位置に配置されている。
なお、本実施形態では、ＣＣＤカメラを採用しているが、ＣＭＯＳセンサーカメラなどのデジタルカメラを採用しても良い。

【0037】

ＣＣＤカメラ４０は、カメラ制御部４１が作動信号を送ると、セグメント２０の前端面２０ａ及びスキンプレート１２の内周面１２ａにおいて、レーザー照射手段３からのレーザーライン光が投影された部分を撮像する。撮像された画像において、セグメント２０の前端面２０ａに照射されたレーザーライン光とスキンプレート１２の内周面１２ａに照射されたレーザーライン光とは、一直線になっていない。

【0038】

テールクリアランスΔＬを測定する箇所において、セグメント２０の前端面２０ａには、予めスケールマーカー２０ｃを設けておく（図３）。具体的には、スケールマーカー２０ｃは、ＣＣＤカメラ４０がセグメント２０の前端面２０ａに照射されたレーザーライン光とスキンプレート１２の内周面１２ａに照射されたレーザーライン光とともに、撮像可能な位置に配置される。
スケールマーカー２０ｃのセグメント２０の径方向における寸法（例えば、スケールマーカー２０ｃのセグメント２０の径方向における両端部間の寸法）は既知であり、この寸法が基準寸法となる。スケールマーカー２０ｃはセグメント２０の前端面２０ａに貼りつけるものでも直接マーキングされたものでも良い。

【0039】

ＣＣＤカメラ４０は、セグメント２０の前端面２０ａに照射されたレーザーライン光とスキンプレート１２の内周面１２ａに照射されたレーザーライン光とともに、セグメント２０の前端面２０ａに設けたスケールマーカー２０ｃを撮影する。

【0040】

ライン検出手段５は、撮像手段４が撮像した画像において、セグメント２０の前端面２０ａ及びスキンプレート１２の内周面１２ａに照射されたレーザーライン光をそれぞれ径方向ラインＬ１及び軸方向ラインＬ２として検出する。

【0041】

ライン検出手段５は、撮像手段４からの画像を受信して処理し、図３に示すように、セグメント２０の前端面２０ａ及びスキンプレート１２の内周面１２ａに投影されたレーザーライン光をそれぞれ径方向ラインＬ１及び軸方向ラインＬ２として検出する。具体的には、撮像された画像において、ＨＳＶ（色相・彩度・輝度）を用いてレーザーライン光を検出し、検出したレーザーライン光を２値化し、２値化したデータを細線化して直線として認識する。
また、ライン検出手段５は、画像からＨＳＶ（色相・彩度・輝度）を用いてスケールマーカー２０ｃを検出して基準寸法に係る直線を認識する。

【0042】

交点検出手段６は、撮像された画像において、径方向ラインＬ１と軸方向ラインとの交点Ｋ１を求めて認識する。
交点Ｋ１の検出は、径方向ラインＬ１と軸方向ラインＬ２の関数式に表して交点Ｋ１を検出しても良い。また、撮像された画像において、径方向ラインＬ１を画像処理によって延長して、軸方向ラインＬ２との交点Ｋ１を検出するようにしても良い。

【0043】

距離測定手段７は、スケールマーカー２０ｃの基準寸法に対応する画素数、及び、径方向ラインＬ１とセグメント２０の前端面２０ａの外周側のエッジ部分との交点（径方向ラインＬ１の末端）を所定位置Ｐ１として、所定位置Ｐ１から交点Ｋ１までの延長部分の距離Ｌ３に対応する画素数を取得する。径方向ラインＬ１の所定位置Ｐ１から交点Ｋ１までの延長部分の距離Ｌ３は、スキンプレート１２の内周面１２ａとセグメント２０の外周面２０ｂとの距離に相当することになる。
そして、距離測定手段７は、スケールマーカー２０ｃの基準寸法に対応する画素数と、延長部分の距離Ｌ３に対応する画素数との比率によって、スキンプレート１２の内周面１２ａとセグメント２０の外周面２０ｂとの距離、すなわちテールクリアランスΔＬを算出する。

【0044】

このように、レーザーライン光が照射されないテールクリアランスの部分に画像において延長部分を求めて、テールクリアランスを測定することにより、実際に人手による測定方法と同様の測定を行うことができる。

【0045】

また、シールド機１に設置する際に、キャリブレーションとして、人手によって測定した実際のテールクリアランスと、シールド機のテールクリアランス測定システムによって測定したテールクリアランスとの差により補正パラメーターを取得しておき、距離測定手段７は、画素数の比率で計算したテールクリアランスΔＬをこの補正パラメーターに基づいて調整するようにしても良い。これによりレンズの歪み等による実機による誤差を軽減し、精度を高めることができる。

【0046】

主制御部８は、メインコンピュータのＣＰＵであり、シールド機のテールクリアランス測定システム全体を制御する。

【0047】

シールド機のテールクリアランス測定システムによる測定は、新たなセグメント２０の連結が終了した時点等に手動によって行う手動モードか、適宜時間が経過する毎に自動的に行う自動モードかをモード切替することができ、自動モードであるとき、測定管理部９が測定の開始タイミングを管理する。

【0048】

ディスプレイ１５は、距離測定手段７が算出したテールクリアランス等を表示する。

【0049】

レーザー制御部３１、ＣＣＤカメラ４０、カメラ制御部４１、ライン検出手段５、交点検出手段６、距離測定手段７、測定管理部９及びディスプレイ１５は主制御部８に接続され、主制御部８を介して相互に信号を送受信する。

【0050】

本実施形態のシールド機のテールクリアランス測定システムは、図４に示す手順でテールクリアランスの測定を行う。

【0051】

シールド機１が作動を開始して、シールド機のテールクリアランス測定システムが起動すると、システムチェックが行なわれる（ステップＳ１）。
次いで、自動モードであるか、手動モードであるかのモードチェックを行う（ステップＳ２）。

【0052】

手動モードであれば、操作員が手動で測定スイッチを操作し、レーザー照射手段３のレーザー制御部３１に測定信号が送られる（ステップＳ３）。
そうすると、レーザー制御部３１からレーザー発振管３０へ発信信号が送られてレーザーライン光が照射される（ステップＳ４）。

【0053】

自動モードであれば、測定管理部９が、測定タイミングに達した時、自動的にレーザー照射手段３のレーザー制御部３１に測定信号を送り（ステップＳ５）、ステップＳ４に進む。

【0054】

次に、撮像手段４のカメラ制御部４１が作動信号を送り、ＣＣＤカメラ４０がセグメント２０の前端面２０ａ、スケールマーカー２０ｃ及びスキンプレート１２の内周面１２ａを撮影し（ステップＳ６）、その後、レーザー照射手段３によるレーザーライン光の照射を停止する（ステップＳ７）。

【0055】

次に、ＣＣＤカメラ４０が撮影した画像をライン検出手段５に転送する（ステップＳ８）。

【0056】

画像信号を受信したライン検出手段５は、スケールマーカー２０ｃを検出し（ステップＳ９）、さらに、径方向ラインＬ１及び軸方向ラインＬ２を検出して認識する（ステップＳ１０）。

【0057】

次いで、交点検出手段６が、径方向ラインＬ１と軸方向ラインＬ２とから交点Ｋ１を求める（ステップＳ１１）。

【0058】

次に、距離測定手段７が、径方向ラインＬ１とセグメント２０の前端面２０ａの外周側のエッジ部分との交点（径方向ラインＬ１の末端）を所定位置Ｐ１として、所定位置Ｐ１から交点Ｋ１までの延長部分の距離Ｌ３を、スケールマーカー２０ｃに基づいた基準長さとの比率から計算する（ステップＳ１２）。
さらに、距離測定手段７は、ステップＳ１３で計算した延長部分の距離Ｌ３を、あらかじめ取得してある補正パラメーターに基づいて調整し、テールクリアランスを算出する（ステップＳ１３）。

【0059】

次いで、算出したテールクリアランスをデータ保存し、ディスプレイに表示する等のアウトプット処理を行う（ステップＳ１４）。

【0060】

その後、テールクリアランスの測定を継続するか否かを判断し（ステップＳ１５）、ＹＥＳであればステップＳ２に戻り、ＮＯであれば終了する。

【0061】

〔第２の実施形態〕
以下、本発明に係る第２の実施形態について図６と共に説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。

【0062】

第１の実施形態では、図３及び図５に示すように、セグメント２０の前端面２０ａの外周側のエッジ部分と径方向ラインＬ１との交点（径方向ラインＬ１の末端）を所定位置Ｐ１として、所定位置Ｐ１から交点Ｋ１までの延長部分の距離Ｌ３をテールクリアランスΔＬとして測定した。第２の実施形態では、図６に示すような、セグメント２０の外周面２０ｂと前端面２０ａとの角にテーパー面２０ｄが設けられたようなセグメント２０の場合では、セグメント２０の前端面２０ａの外周側のエッジ部分と径方向ラインＬ１との交点（径方向ラインＬ１の末端）を所定位置Ｐ１として、所定位置Ｐ１から交点Ｋ１までの延長部分の距離Ｌ３からテーパー面２０ｄの径方向に相当する長さ２０ｄ１を控除してテールクリアランスΔＬとして測定する。

【0063】

このようにすることで、コンクリートセグメントなどのテーパー面を有するセグメントであってもテールクリアランスを測定することができる。

【0064】

〔第３の実施形態〕
以下、本発明に係る第３の実施形態について図７と共に説明する。なお、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。

【0065】

第１の実施形態では、図３及び図５に示すように、セグメント２０の前端面２０ａの外周側のエッジ部分と径方向ラインＬ１との交点（径方向ラインＬ１の末端）を所定位置Ｐ１として、所定位置Ｐ１から交点Ｋ１までの延長部分の距離Ｌ３をテールクリアランスΔＬとして測定した。第３の実施形態では、図７に示すように、セグメント２０の前端面２０ａにシール２０ｆを設置されるシール溝２０ｅがあるセグメント２０の場合では、シール溝２０ｅの外周面側の段部と径方向ラインＬ１との交点を所定位置Ｐ１として、所定位置Ｐ１から交点Ｋ１までの延長部分の距離Ｌ３からシール溝２０ｅの外周面側の段部から外周面２０ｂまでの距離２０ｅ１を控除してテールクリアランスΔＬとして測定する。

【0066】

このように所定位置Ｐ１を前端面の外周側のエッジ部から内周側に逃がして設定することで、コンクリートセグメントなどで前端面の外周側のエッジ部に欠けが生じた場合であってもテールクリアランスを測定することができる。

【0067】

〔その他の変形例〕
本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば以下のようなものも含まれる。

【0068】

本実施形態では、径方向ラインＬ１の所定位置Ｐ１を、セグメント２０の前端面２０ａの外周側エッジ部分（第１の実施形態、第２の実施形態）、セグメント２０の前端面２０ａのシール溝２０ｅの外周側の段部（第３の実施形態）に設定したが、これに限られない。セグメント２０の前端面２０ａの内周側エッジ部分やセグメント２０の前端面２０ａのシール溝２０ｅの内周側の段部であっても良い。また、セグメント２０の外周面２０ｂまでの距離が既知の位置であれば良く、例えば、セグメント２０の前端面２０ａにセグメント２０の厚みに対する中心線を径方向ラインＬ１に交わる位置にマーキングしておき、当該中心線と径方向ラインＬ１との交点を所定位置Ｐ１として、セグメント２０の厚さの半分の厚さを控除してテールクリアランスとして測定するようにする。さらに、先に説明したスケールマーカーの上に径方向ラインＬ１が重なるように配置して、この中心線のマーキングを、スケールマーカーのセグメント２０の径方向における両端部のいずれかに兼用させるようにしても良い。

【0069】

本実施形態では、セグメントの端面に別途スケールマーカーを設け、スケールマーカーの基準寸法に基づいてテールクリアランスを算出しているが、セグメントの厚さは既知であるところ、セグメントの前端面のエッジ部分を検出して内外周のエッジ間の最小距離をセグメントの厚さとして、基準寸法とし、すなわち、セグメントの前端面をスケールマーカーとして用いて、測定するようにしても良い。
また、既知のセグメント厚さでなく、既知のシール溝の内外周側の段部間の距離やシールの内外周側のコーナー部間の距離を検出して、基準寸法として測定するようにしても良い。

【0070】

本実施形態では、セグメントの前端面にスケールマーカーを設けたが、撮像手段によって撮像可能な位置に配置されたシールド機のシールドジャッキのスプレッダにスケールマーカーを設けるようにして、スプレッダがセグメントの前端面に当接されたときに測定するようにしても良い。このようにすれば、セグメント個々にスケールマーカーを設ける必要がなくなり、測定システムの効率化できる。
また、セグメントの前端面とシールドジャッキのスプレッダの双方にスケールマーカーを配置して精度を高めるようにしても良い。
さらに、スプレッダが撮像されない位置のテールクリアランスを測定する場合には、セグメントの前端面にスケールマーカーを設けて、スプレッダが撮像される位置のテールクリアランスを測定する場合には、スプレッダにスケールマーカーを設けるというように、設置場所に応じて適宜対応するようにしても良い。

【0071】

本実施形態では、延長部分の長さを、これに対応する画素数と、スケールマーカーの基準寸法に対応する画素数との比率から算出しているが、撮像手段を設置して撮像して得られた画像における任意の箇所の寸法をあらかじめ把握して求めることができるように初期化しておけば、スケールマーカーを必要としない。

【0072】

本実施形態とは異なり、一又は複数の工程を人で行うようにして構成しても良い。

【0073】

いずれの実施形態における各技術的事項を他の実施形態に適用して実施例としても良い。

【符号の説明】

【0074】

１ シールド機
１０ 隔壁
１１ 回転カッタ
１２ スキンプレート
１２ａ 内周面
１３ シールドジャッキ
２ 覆工体
２０ セグメント
２０ａ 前端面
２０ｂ 外周面
２０ｃ スケールマーカー
３ レーザー照射手段
３ａ 平面
３０ レーザー発振管
３１ レーザー制御部
４ 撮像手段
４０ ＣＣＤカメラ
４１ カメラ制御部
５ ライン検出手段
６ 交点検出手段
７ 距離測定手段
８ 主制御部
９ 測定管理部
１５ ディスプレイ
Ｌ１ 径方向ライン
Ｌ２ 軸方向ライン
Ｌ３ 延長部分の距離
ΔＬ テールクリアランス
Ｋ１ 交点
Ｐ１ 径方向ラインの所定位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】