7789606 異常検出方法、異常検出装置及びトンネル掘削機

(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】2025-12-12

(45)【発行日】2025-12-22

(54)【発明の名称】異常検出方法、異常検出装置及びトンネル掘削機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/087 20060101AFI20251215BHJP

   G01N 29/11 20060101ALI20251215BHJP

   G01N 29/48 20060101ALI20251215BHJP

【ＦＩ】

E21D9/087 A

G01N29/11

G01N29/48

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022050715

(22)【出願日】2022-03-25

(65)【公開番号】P2023143384

(43)【公開日】2023-10-06

【審査請求日】2025-02-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平塚 啓悟

(72)【発明者】

【氏名】森岡 栄一

(72)【発明者】

【氏名】小野 数彦

(72)【発明者】

【氏名】川合 一成

(72)【発明者】

【氏名】植竹 正明

(72)【発明者】

【氏名】天野 昌春

(72)【発明者】

【氏名】王生 翔平

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１２４４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０８２９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０４５３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１５１７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３０７０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１０７６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２４８８４８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０８７

Ｇ０１Ｎ ２９／１１

Ｇ０１Ｎ ２９／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

静止中のトンネル掘削機のディスクカッタの異常を検出する異常検出方法であって、
超音波センサを前記ディスクカッタのカッタ頂部に接触させて、前記カッタ頂部の周方向に沿って表面波を発信し、
前記超音波センサから発信され、前記超音波センサに戻った信号を受信し、
受信した前記信号から前記ディスクカッタの外周に生じた異常を検出する、
異常検出方法。

【請求項2】

前記異常とは、偏摩耗、リング割れ、または欠けの少なくともいずれかである、
請求項１に記載の異常検出方法。

【請求項3】

前記ディスクカッタの前方に発生した異常を検出する、
請求項１または請求項２に記載の異常検出方法。

【請求項4】

前記受信した信号から、前記ディスクカッタの想定円周長である想定範囲に検出された、周回波である第１波形のピーク値の表面波路程距離に基づいて前記ディスクカッタの摩耗高さを算出する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の異常検出方法。

【請求項5】

前記受信した信号から前記ディスクカッタの外周の周長を算出して摩耗高さを算出する、
請求項４に記載の異常検出方法。

【請求項6】

前記受信した信号が、前記想定範囲に検出された前記第１波形と、前記第１波形と異なる複数の第２波形とが測定されたことを示す場合、偏摩耗の可能性があると判断する、
請求項４又は請求項５に記載の異常検出方法。

【請求項7】

前記受信した信号が、前記想定範囲に検出された前記第１波形と、前記第１波形と異なる１つの第２波形とが測定されたことを示す場合、リング割れ又は欠けの可能性があると判断する、
請求項４から６のいずれか一項に記載の異常検出方法。

【請求項8】

前記第２波形は、前記第１波形よりピーク値が低い、
請求項６又は７に記載の異常検出方法。

【請求項9】

前記カッタ頂部の第１接触位置に前記超音波センサを接触した状態で、前記超音波センサから発信された第１接触位置信号と、前記カッタ頂部の前記第１接触位置と異なる第２接触位置に前記超音波センサを接触した状態で、前記超音波センサから発信された第２接触位置信号とを受信し、
前記第１接触位置信号と前記第２接触位置信号とに基づいて、前記異常を検出する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の異常検出方法。

【請求項10】

静止中のトンネル掘削機のディスクカッタの摩耗を測定する異常検出装置であって、
前記ディスクカッタのカッタ頂部に接触し、前記カッタ頂部の周方向に沿って表面波を発信する超音波センサと、
前記超音波センサから発信され、前記超音波センサに戻った信号を受信する信号受信部と、
前記信号受信部によって受信した信号に基づいて、前記ディスクカッタの外周に生じた異常を検出する異常検出部と、
を備える、異常検出装置。

【請求項11】

前記異常検出部は、アルゴリズムベースのプログラム、ＡＩ（Artificial Intelligence）又は機械学習を用いた推論システムのいずれかによって算出する、
請求項１０に記載の異常検出装置。

【請求項12】

静止中のトンネル掘削機のディスクカッタの摩耗を測定する異常検出装置であって、
前記ディスクカッタのカッタ頂部に接触し、前記カッタ頂部の周方向に沿って表面波を発信する超音波センサと、
前記超音波センサから発信され、前記超音波センサに戻った信号を受信する信号受信部と、
前記信号受信部によって受信した信号に基づいて、前記ディスクカッタの外周の周長を算出する算出部、
を備える、異常検出装置。

【請求項13】

前記算出部は、アルゴリズムベースのプログラム、ＡＩ（Artificial Intelligence）又は機械学習を用いた推論システムのいずれかによって算出する、
請求項１２に記載の異常検出装置。

【請求項14】

静止中にディスクカッタの摩耗が測定されるトンネル掘削機であって、
本体と、
前記本体の前側に設置され、岩盤を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドの前方に設けられ、前記カッタヘッドに対して回転可能に支持されるディスクカッタと、
前記ディスクカッタのカッタ頂部に接触し、前記カッタ頂部の周方向に沿って表面波を発信する超音波センサと、
前記超音波センサから発信され、前記超音波センサに戻った信号を受信する信号受信部と、
前記信号受信部によって受信した信号に基づいて、前記ディスクカッタの外周に生じた異常を検出する異常検出部と、
を備える、トンネル掘削機。

【請求項15】

静止中にディスクカッタの摩耗が測定されるトンネル掘削機であって、
本体と、
前記本体の前側に設置され、岩盤を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドの前方に設けられ、前記カッタヘッドに対して回転可能に支持されるディスクカッタと、
前記ディスクカッタのカッタ頂部に接触し、前記カッタ頂部の周方向に沿って表面波を発信する超音波センサと、
前記超音波センサから発信され、前記超音波センサに戻った信号を受信する信号受信部と、
前記信号受信部によって受信した信号に基づいて、前記ディスクカッタの外周の周長を算出する算出部と、
を備える、トンネル掘削機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、異常検出方法、異常検出装置及びトンネル掘削機に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波センサを用いて、トンネル掘削機のカッタヘッドに設けられたディスクカッタの後方半径方向から非接触にディスクカッタの刃先に向かって発した超音波の反射波を受ける時間に基づいて刃先までの距離を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術は、検出したディスクカッタの刃先との距離から、ディスクカッタの摩耗状態を検知する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－０８２９８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術は、トンネル掘削機１の静止中にディスクカッタの摩耗量を測定する場合、ディスクカッタ前方側の摩耗を検知することができない。

【0005】

本発明は、トンネル掘削機１の静止中にディスクカッタの外周に生じた偏摩耗、リング割れ及び欠けのいずれかの異常を検出することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様に従えば、静止中のトンネル掘削機のディスクカッタの異常を検出する異常検出方法であって、超音波センサを前記ディスクカッタのカッタ頂部に接触させて、前記カッタ頂部の周方向に沿って表面波を発信し、前記超音波センサから発信され、前記超音波センサに戻った信号を受信し、受信した前記信号から前記ディスクカッタの外周に生じた異常を検出する、異常検出方法が提供される。

【0007】

本発明の態様に従えば、静止中のトンネル掘削機のディスクカッタの摩耗を測定する異常検出装置であって、前記ディスクカッタのカッタ頂部に接触し、前記カッタ頂部の周方向に沿って表面波を発信する超音波センサと、前記超音波センサから発信され、前記超音波センサに戻った信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部によって受信した信号に基づいて、前記ディスクカッタの外周に生じた偏摩耗、リング割れ及び欠けのいずれかの異常を検出する異常検出部とを備える、異常検出装置が提供される。

【0008】

本発明の態様に従えば、静止中のトンネル掘削機のディスクカッタの摩耗を測定する異常検出装置であって、前記ディスクカッタのカッタ頂部に接触し、前記カッタ頂部の周方向に沿って表面波を発信する超音波センサと、前記超音波センサから発信され、前記超音波センサに戻った信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部によって受信した信号に基づいて、前記ディスクカッタの外周の周長を算出する算出部とを備える、異常検出装置が提供される。

【0009】

本発明の態様に従えば、静止中にディスクカッタの摩耗が測定されるトンネル掘削機であって、本体と、前記本体の前側に設置され、岩盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドの前方に設けられ、前記カッタヘッドに対して回転可能に支持されるディスクカッタと、前記ディスクカッタのカッタ頂部に接触し、前記カッタ頂部の周方向に沿って表面波を発信する超音波センサと、前記超音波センサから発信され、前記超音波センサに戻った信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部によって受信した信号に基づいて、前記ディスクカッタの外周に生じた異常を検出する異常検出部とを備える、トンネル掘削機が提供される。

【0010】

本発明の態様に従えば、静止中にディスクカッタの摩耗が測定されるトンネル掘削機であって、本体と、前記本体の前側に設置され、岩盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドの前方に設けられ、前記カッタヘッドに対して回転可能に支持されるディスクカッタと、前記ディスクカッタのカッタ頂部に接触し、前記カッタ頂部の周方向に沿って表面波を発信する超音波センサと、前記超音波センサから発信され、前記超音波センサに戻った信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部によって受信した信号に基づいて、前記ディスクカッタの外周の周長を算出する算出部とを備える、トンネル掘削機が提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、トンネル掘削機１の静止中にディスクカッタの外周に生じた偏摩耗、リング割れ及び欠けのいずれかの異常を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態に係るトンネル掘削機の構成を示す側面図である。

【図2】図２は、実施形態に係るトンネル掘削機のカッタヘッドの概略を示す斜視図である。

【図3】図３は、ディスクカッタがケースに装着された状態を示す側面図である。

【図4】図４は、ディスクカッタの周上の一部のみが摩耗したディスクカッタのカッタリングを示す側面図である。

【図5】図５は、ディスクカッタの周上の一部のみが摩耗したディスクカッタのカッタリングを示す正面図である。

【図6】図６は、駆動コントローラの構成を示すブロック図である。

【図7】図７は、異常検出装置の変形例を説明する模式図である。

【図8】図８は、図７の側面図である。

【図9】図９は、測定コントローラの構成を示すブロック図である。

【図10】図１０は、測定波形の一例を説明する模式図である。

【図11】図１１は、測定波形の他の例を説明する模式図である。

【図12】図１２は、実施形態に係るコンピュータシステムを示すブロック図である。

【図13】図１３は、測定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図14】図１４は、他の異常検出方法で異常検出装置がディスクカッタを測定する状態を説明する模式図である。

【図15】図１５は、測定波形の一例を説明する模式図である。

【図16】図１６は、他の異常検出方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図17】図１７は、異常検出装置がディスクカッタを測定する状態の一例を説明する模式図である。

【図18】図１８は、異常検出装置の変形例を説明する模式図である。

【図19】図１９は、測定コントローラの構成を示すブロック図である。

【図20】図２０は、測定コントローラの構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0014】

（実施形態）
［トンネル掘削機］
図１は、実施形態に係るトンネル掘削機１の構成を示す側面図である。図２は、実施形態に係るトンネル掘削機１のカッタヘッド３０の概略を示す斜視図である。トンネル掘削機１は、例えば、トンネルや水道などの地下構造物の建設において、岩盤を掘削する。トンネル掘削機１は、本体１０と、本体１０の前側に設置され、岩盤を掘削するカッタヘッド３０とを備える。図１、図２に示すように、カッタヘッド３０はドーム状の形状であり、その内部に、掘削によって発生する掘削ズリが取り込まれる空間であるカッタチャンバ３０Ｃが形成される。

【0015】

本体１０は、前後方向に延びるメインビーム１４と、メインビーム１４の前端に設けられたカッタヘッドサポート２２とを有する。カッタヘッド３０はベアリング２３を介してカッタヘッドサポート２２に回転可能に結合される。本体１０のカッタヘッドサポート２２には、その上部にルーフサポート１１が、その側部にサイドサポート１２が、その下部にバーチカルサポート１３が、それぞれ設置される。ルーフサポート１１と、サイドサポート１２と、バーチカルサポート１３とは、図２に示すように、その外周が掘削断面形状に沿うように円筒形状に設置される。

【0016】

本体１０の内部には、トンネルの坑壁に押し付けられるグリッパ１５と、メインビーム１４に沿って伸縮可能なスラストジャッキ１６とが設置される。スラストジャッキ１６は、軸方向の前側の端部がメインビーム１４の前側に取り付けられ、後側の端部がグリッパ１５に取り付けられる。スラストジャッキ１６は、前後方向に伸縮可能に設置される。トンネル掘削機１は、スラストジャッキ１６が伸縮することによって、推進力を発生させる。トンネル掘削機１は、グリッパ１５をトンネルの坑壁に押し付けることによって、推進反力を得る。

【0017】

本体１０の内部には、前後方向に延びるベルトコンベヤ２０と、ベルトコンベヤ２０の前側の上部に設置されたホッパシュート２１と、メインビーム１４の前側の端部に設置されたカッタヘッドサポート２２と、駆動モータ２９とを有する。ベルトコンベヤ２０は、掘削によって生じた掘削ズリを後方へ運搬する。ベルトコンベヤ２０は、筒形状に形成されたメインビーム１４の内側に設置され、先端側はカッタヘッドサポート２２を貫通してカッタチャンバ３０Ｃ内まで伸びる。ホッパシュート２１は、カッタチャンバ３０Ｃ内に開口し、カッタヘッド３０のバケット３９がすくい込んだ掘削ズリをベルトコンベヤ２０へ案内する。カッタヘッドサポート２２は、カッタヘッド３０をその回転軸ＡＸ１を中心に回転可能に支持する。カッタヘッドサポート２２には、カッタヘッド３０を回転させるための駆動モータ２９が設置される。駆動モータ２９は、油圧モータ又は電動モータである。

【0018】

カッタヘッド３０がベアリング２３を介して接続されるカッタヘッドサポート２２には駆動モータ２９が設置される。カッタヘッド３０は、駆動モータ２９によって、回転軸ＡＸ１を中心に回転する。カッタヘッド３０は、スラストジャッキ１６が伸縮することによって、グリッパ１５に対して前後方向に移動する。カッタヘッド３０には、複数のディスクカッタ４０が装着される。カッタヘッド３０は、本体１０の前方に設置される。カッタヘッド３０には、ディスクカッタ４０を収容して保持する円筒状のケース３２が複数設置される。すなわち、ケース３２は、カッタヘッド３０に設置するディスクカッタ４０の位置に合わせてカッタヘッド３０に設置される。

【0019】

［ディスクカッタ］
図３ないし図５を用いて、ディスクカッタ４０について説明する。図３は、ディスクカッタ４０の側面図である。図４は、周上の一部のみが摩耗したディスクカッタのカッタリングを示す側面図である。図５は、周上の一部のみが摩耗したディスクカッタのカッタリングを示す正面図である。図４、図５に示すディスクカッタ４０は、カッタリング４１の刃先であるカッタ頂部４４が偏摩耗した状態を示す。ディスクカッタ４０は、カッタヘッド３０に対して回転可能に支持される。ディスクカッタ４０は、その回転軸（後述する固定軸ＡＸ２）がカッタヘッド３０の回転軸ＡＸ１と交わる向きとなるように、前記カッタヘッド３０に設置される。ディスクカッタ４０がトンネルの掘削面に押し付けられながら回転することによって、岩盤を破砕する。より詳しくは、カッタヘッド３０がＡＸ１軸を中心に回転した状態で、本体１０及びカッタヘッド３０に対して前方への推進力をかけることによって、ディスクカッタ４０が岩盤に圧着しながらＡＸ２軸を中心に回転する。ディスクカッタ４０が岩盤に圧着した状態で回転することによって、ディスクカッタ４０のカッタ頂部４４と岩盤との接触部では、岩盤が粉砕されるとともに、岩盤に亀裂が生じる。岩盤に生じた亀裂が隣接する他の亀裂とつながって隣接破砕が生じて岩盤が掘削される。岩盤の掘削時に生じた掘削ズリは、カッタヘッド３０に設置されたバケット３９によってカッタチャンバ３０Ｃ内に開口するホッパシュート２１にすくい込まれて、ベルトコンベヤ２０によって後方へ運搬される。

【0020】

ディスクカッタ４０は、カッタリング４１と、カッタリング４１を回転不能に支持するハブ４２と、ハブ４２を軸受（図示せず）を介して回転可能に支持するシャフト（図示せず）と、ハブ４２を軸方向の両側から挟む位置に設けられて前記シャフトを保持する一対のリテーナ４３とを有する。一対のリテーナ４３によって保持されるシャフトの中心線は、図３では固定軸ＡＸ２として示される。すなわち、固定軸ＡＸ２には、図示しない軸受を介して、カッタリング４１及びハブ４２が回転可能に支持される。カッタリング４１及びハブ４２は、一体に回転可能である。一対のリテーナ４３は、カッタリングを軸方向に挟んで回転可能に保持する保持部である。カッタリング４１は、トンネルの掘削面に押し付けられながら回転することによって、掘削面を掘削する。

【0021】

カッタリング４１は、カッタ頂部４４を有する。カッタ頂部４４は、ケース３２より前方及び後方に突出している。カッタ頂部４４は、ケース３２の前面及び背面に露出している。カッタ頂部４４は、カッタヘッド３０の前面部３１より前方に突出している。

【0022】

カッタリング４１は、例えば、硬い岩盤を掘削すること、または、経年劣化することにより、カッタ頂部４４が偏摩耗することがある。カッタ頂部４４が偏摩耗すると、カッタ頂部４４の外周の弧の一部が弦になった偏摩耗部４４Ａが生じる。

【0023】

カッタリング４１は、リング割れ・リング欠けをすることがある。リング割れとは、単にカッタ頂部４４にクラックが入った状態を指す。リング欠けとは、クラックのみならず、カッタ頂部４４の一部が欠けて紛失した状態を指す。

【0024】

［トンネル掘削機の制御系］
図６を用いて、駆動コントローラ１００について説明する。図６は、駆動コントローラ１００の構成を示すブロック図である。トンネル掘削機１は、例えば、駆動コントローラ１００によって制御される。駆動コントローラ１００は、例えば、図示しない操作盤などを介して入力された操作情報、又は、図示しない掘削管理システムを介して入力された運転情報に基づいて、トンネル掘削機１を作動させる。駆動コントローラ１００は、駆動モータ制御部１０１によって、駆動モータ２９の回転と停止とを制御する。

【0025】

［異常検出装置］
図７ないし図９を用いて、トンネル掘削機１が備える、ディスクカッタ４０のカッタリング４１の摩耗量を測定するための異常検出装置６０について説明する。図７は、異常検出装置の変形例を説明する模式図である。図８は、図７の側面図である。図９は、測定コントローラの構成を示すブロック図である。異常検出装置６０は、超音波センサ６１と、表示部であるモニタ６２と、測定コントローラ１１０とを備える。超音波センサ６１及びモニタ６２と、測定コントローラ１１０とは、有線又は無線でデータを通信可能である。

【0026】

超音波センサ６１は、表面波を発信する超音波センサである。図７、図８に示すように、超音波センサ６１は、発振子６１１と、超音波を透過させる部材の一例であるアクリル材６１２とを備える。発振子６１１は、超音波を発信する。発振子６１１は、圧電素子で構成される。発振子６１１は、圧電素子に電圧をかけることにより圧電素子が振動し超音波を発生する。

【0027】

発振子６１１は、反射波を受信する受信部としての機能も有する。より詳しくは、発振子６１１は、外部から反射波等の振動が圧電素子にかけられた場合に電圧が発生する。発生した電圧を測定コントローラ１１０によって検知して、図１０に示すような波形を表示させる。

【0028】

発振子６１１は、アクリル材６１２に配置されている。アクリル材６１２は、例えば、超音波を透過させる透明なアクリル樹脂で形成されている。アクリル材６１２は、一例であり、超音波を透過させる材料であればよく、アクリル材に限定されない。

【0029】

図７、図８に示すアクリル材６１２は、外周面にクサビ部６１２Ａが設けられた、くさび形状に形成されている。クサビ部６１２Ａには、ディスクカッタ４０のカッタ頂部４４が進入可能である。超音波センサ６１は、アクリル材６１２のクサビ部６１２Ａをディスクカッタ４０のカッタ頂部４４の表面に接触させた状態で、発振子６１１から図５におけるカッタ頂部４４の周方向Ａに沿って表面波を発信する。なお、クサビ部６１２Ａは必須の構成ではなく、アクリル材６１２は、各面が平面で構成された形状であってもよい。

【0030】

超音波センサ６１は、アクリル材６１２をディスクカッタ４０のカッタ頂部４４の表面に接触させた状態で、発振子６１１から図５におけるカッタ頂部４４の周方向Ａに沿って表面波を発信する。

【0031】

表面波は、超音波の一種で、物体の表面に沿うように伝わる。発振子６１１の向きが斜めになるようにアクリル材６１２を計測対象物に接触させた状態で超音波を発生させると、発振子６１１からの超音波が屈折によって対象物の表面に沿うように伝わる表面波になる。これにより、発振子６１１から発せられた超音波は、ディスクカッタ４０のカッタ頂部４４の表面に伝わる際に屈折によって表面波となり、それによる周回波や反射波を発振子６１１が受けてその電圧信号を受信する。

【0032】

超音波センサ６１は、測定コントローラ１１０の超音波センサ制御部１１１（図９参照）からの制御信号に基づいて表面波を発信する。超音波センサ６１は、発信された表面波が超音波センサに戻ってくる信号を受信し、カッタ頂部４４の表面の周方向の形状を示す信号を測定コントローラ１１０の信号受信部１１２（図９参照）へ出力する。超音波センサに戻ってくる信号の一例として、後述する周回波と反射波がある。

【0033】

モニタ６２は、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）又は有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence Display：ＯＥＬＤ）のようなディスプレイを含む。モニタ６２は、測定コントローラ１１０と別体であってもよいし、測定コントローラ１１０の内部にあってもよい。モニタ６２は、測定コントローラ１１０の表示制御部１１３（図９参照）からの映像信号に基づいて映像を表示する。モニタ６２は、超音波センサ６１の発振子６１１から発せられた超音波が一周回って発振子６１１に伝わる周回波や、後述する偏摩耗、割れ・欠け等の異常による反射波が発振子６１１に伝わるものが波形として表示される。

【0034】

掘削中のカッタリング４１には偏摩耗が形成されることがある。通常、カッタリング４１は、回転しながら地盤を掘削するため均一に摩耗されるが、いったん偏摩耗が形成されると、偏摩耗の位置でカッタリング４１が掘削面に拘束されて、そこからカッタリング４１が回転することができなくなる。その状態で掘削が継続されると、偏摩耗が増大し、カッタリング４１の破損や、さらにはカッタリング４１の回転軸の損傷といったより重大な問題を生じることにつながるため、偏摩耗は早期の発見が望まれる。

【0035】

図１０を参照して、偏摩耗、割れ・欠け等の異常を生じていないカッタ頂部４４の測定波形について説明する。図１０は、測定波形の一例を説明する模式図である。図１０は、偏摩耗、リング割れ及び欠け等の異常のいずれも生じていない、言い換えると、新品又は全周が均等に摩耗したカッタ頂部４４の測定波形である。測定波形２００には、発振子６１１から発せられた表面波がカッタ頂部４４を周回して発振子６１１により検出された周回波である第１波形Ｐ１１のみが表れる。図１０に示す例では、カッタリング４１に偏摩耗などの異常が発生していないため、反射波は検出されず周回波のみ検出される。第１波形Ｐ１１のピーク値の表面波路程距離が、カッタ頂部４４の外周長さである。第１波形Ｐ１１は、測定波形２００の想定範囲Ｑ内に表れる。

【0036】

第１波形は、測定波形内において検出された所定の閾値を上回るピーク値を有する波形の内、最も高いピーク値を有する波形である。実施形態では、第１波形は、周回波であることを想定している。

【0037】

路程距離とは、超音波センサ６１からの表面波を用いて、その反射波や周回波が戻ってくる時間に基づいて異常のある位置を特定することができる。図１０における路程距離とは、表面波が発振子６１１から発せられてから反射波もしくは周回波が戻ってくるまでに通過した距離である。

【0038】

想定範囲Ｑとは、現状のあるべき想定円周長の範囲である。想定範囲Ｑとは、偏摩耗を含む摩耗を生じていないカッタ頂部４４の外周長さの前後を含む範囲である。カッタ頂部４４の外周長さの前後を含む範囲とは、掘削に異常ではない摩耗によって外周が短くなった範囲を許容する範囲である。異常ではない通常の摩耗が生じていた場合、第１波形が立ち上がる路程距離は、摩耗が生じる前の第１波形の路程距離よりも短くなる。カッタ頂部４４の外周長さの前後を含む範囲とは、測定誤差を許容する範囲である。

【0039】

カッタリング４１のカッタ頂部４４に偏摩耗が生じた場合、カッタ頂部４４の外周の弧が弦になるので、カッタ頂部４４の外周の表面波路程距離が短くなる。これにより、偏摩耗が生じた場合の測定波形２００に表れる第１波形Ｐ１１のピーク値は、偏摩耗が生じていない状態に対して路程距離が短くなる。偏摩耗が生じていないと仮定した場合の理論路程距離とカッタ頂部４４の外周の路程距離の差から、偏摩耗部４４Ａの摩耗高さが算出される。

【0040】

カッタリング４１のカッタ頂部４４に偏摩耗が生じた場合、カッタ頂部４４の偏摩耗部４４Ａの周方向の両端の変曲点において反射波が生じる。これにより、偏摩耗が生じた場合の測定波形２００には、第１波形Ｐ１１以外の波形が表れる。単に第１波形Ｐ１１の路程距離が短くなっただけでは通常のカッタリング４１の摩耗と判断されるが、以下の方法により偏摩耗が発生していると判断することができる。

【0041】

図１１を参照して、偏摩耗を生じたカッタ頂部４４の測定波形について説明する。図１１は、測定波形の他の例を説明する模式図である。図１１は、偏摩耗を生じたカッタ頂部４４の測定波形である。測定波形２０１には、想定範囲内に第１波形Ｐ１１が表れる。偏摩耗以外の場所を基準とした際の外径が同じカッタリング４１の場合、図１１の第１波形Ｐ１１のピーク値は、図１０の第１波形Ｐ１１のピーク値より路程距離が短い。また、測定波形２０１には、偏摩耗部４４Ａの周方向の両端の変曲点である角部４４Ｂ及び角部４４Ｃにおける反射波として、第１波形Ｐ１１以外の第２波形Ｐ１２及び第２波形Ｐ１３が表れる。図１１に示す例では、測定波形２０１には、想定範囲外で第２波形Ｐ１２及び第２波形Ｐ１３が表れる。第２波形Ｐ１２は、図５に示すカッタ頂部４４の偏摩耗部４４Ａの角部４４Ｂに対応する波形である。第２波形Ｐ１３は、図５に示すカッタ頂部４４の偏摩耗部４４Ａの角部４４Ｃに対応する波形である。第２波形Ｐ１２に対応する角部４４Ｂは超音波センサ６１の当接位置から１８０度よりも手前にあるため第１波形Ｐ１１よりも手前の路程距離で検出されている。第２波形Ｐ１３に対応する角部４４Ｃは超音波センサ６１の当接位置から１８０度よりも奥にあるため第１波形Ｐ１１よりも先の路程距離で検出されている。

【0042】

第２波形は、測定波形内において検出された受信強度が所定の閾値を上回るピーク値を有する波形の内、第１波形よりもピーク値が低い波形である。実施形態では、第２波形は、偏摩耗、割れ、欠けといった異常を原因とした波形を想定している。

【0043】

［異常検出装置の制御系］
図９に示すように、異常検出装置６０の超音波センサ６１及びモニタ６２は、測定コントローラ１１０によって制御される。測定コントローラ１１０は、超音波センサ制御部１１１と、信号受信部１１２と、表示制御部１１３とを備える。測定コントローラ１１０は、超音波センサ制御部１１１によって超音波センサ６１からの表面波の発信を制御する。測定コントローラ１１０は、信号受信部１１２によって超音波センサ６１の発振子６１１が受けた周回波や反射波の超音波を電圧信号として受信する。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって受信した信号をモニタ６２に表示するよう制御する。

【0044】

［コンピュータシステム］
図１２を用いて、コンピュータシステム１０００について説明する。図１２は、実施形態に係るコンピュータシステム１０００を示すブロック図である。上述の駆動コントローラ１００は、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述の駆動コントローラ１００及び測定コントローラ１１０の機能は、プログラムとしてストレージ１００３に記憶される。プロセッサ１００１は、プログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、プログラムに従って上述の処理を実行する。なお、プログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。

【0045】

［摩耗量の測定方法］
次に、静止中のトンネル掘削機１における、異常検出装置６０を用いたディスクカッタ４０のカッタリング４１の摩耗量の測定方法・測定処理について説明する。図１３は、測定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。例えば、毎日の作業の開始前、又は、所定期間ごとなどに、ディスクカッタ４０のカッタリング４１の摩耗量を測定する。実施形態では、ステップＳＴ１５ないしステップＳＴ２１は、測定者が行うものとして説明する。

【0046】

まず、カッタヘッド３０の位置合わせを行う（ステップＳＴ１１）。駆動コントローラ１００は、これから測定する測定対象のディスクカッタ４０に超音波センサ６１を用いて測定可能になるように、駆動モータ制御部１０１によって駆動モータ２９を制御してカッタヘッド３０を回転させる。駆動コントローラ１００は、ステップＳＴ１２へ進む。

【0047】

カッタヘッド３０を停止したか否かを判断する（ステップＳＴ１２）。駆動コントローラ１００は、駆動モータ制御部１０１によって駆動モータ２９が停止されたか否かによって、カッタヘッド３０を停止したか否かを判断する。駆動コントローラ１００は、カッタヘッド３０が停止したと判断する場合（ステップＳＴ１２でＹｅｓ）、ステップＳＴ１３へ進む。駆動コントローラ１００は、カッタヘッド３０が停止したと判断しない場合（ステップＳＴ１２でＮｏ）、ステップＳＴ１２の処理を再度実行する。

【0048】

カッタヘッド３０が停止したと判断する場合（ステップＳＴ１２でＹｅｓ）、測定者は測定対象のディスクカッタ４０のカッタ頂部４４に超音波センサ６１を接触させて測定する（ステップＳＴ１３）。測定者は、測定コントローラ１１０の図示しない操作部に対して測定開始操作を入力する。そして、測定コントローラ１１０は、超音波センサ制御部１１１によって発振子６１１から超音波を発信する。そして、測定コントローラ１１０は、信号受信部１１２によって発振子６１１から発せられた超音波が屈折によって表面波となりディスクカッタ４０のカッタ頂部４４の表面に伝わり、それによる周回波や反射波を発振子６１１が受けてその電圧信号を受信する。測定コントローラ１１０は、ステップＳＴ１４へ進む。

【0049】

信号受信部１１２が受信した電圧信号に基づいて、波形をモニタ６２に表示する（ステップＳＴ１４）。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって、信号受信部１１２が受信した信号が示す測定波形をモニタ６２に表示するよう制御する。測定コントローラ１１０は、ステップＳＴ１５へ進む。

【0050】

測定者は、モニタ６２に表示された測定波形を確認して、波形を正常に測定できたか否かを判断する（ステップＳＴ１５）。例えば、モニタ６２に表示された測定波形に周回波に相当するピーク値が見られない場合、または、例えば、ノイズが大きすぎて第１波形や第２波形が識別困難である場合等のように測定波形の形状が予測される形状と明らかに異なる場合、測定者は、波形を正常に測定できていないと判断する。測定者が、波形が正常に測定できたと判断する場合（ステップＳＴ１５でＹｅｓ）、ステップＳＴ１６へ進む。測定者が、波形が正常に測定できたと判断しない場合（ステップＳＴ１５でＮｏ）、ステップＳＴ１８へ進む。

【0051】

表示された波形が正常に測定できたと判断する場合（ステップＳＴ１５でＹｅｓ）、測定者は、想定範囲内にカッタ頂部４４を１周まわった周回波である第１波形のみが測定されたか否かを判断する（ステップＳＴ１６）。測定者は、モニタ６２に表示された測定波形を確認して、想定範囲内に第１波形のみが表示されているか否かを判断する。測定者は、想定範囲内に第１波形のみが表示されている場合、想定範囲内に第１波形のみが測定されたと判断する。想定範囲内に第１波形のみが測定されたと判断する場合（ステップＳＴ１６でＹｅｓ）、ステップＳＴ１７へ進む。想定範囲内に第１波形のみが測定されたと判断しない場合（ステップＳＴ１６でＮｏ）、ステップＳＴ１９へ進む。

【0052】

想定範囲内に第１波形のみが測定されたと判断する場合（ステップＳＴ１６でＹｅｓ）、測定者は、カッタ頂部に異常（偏摩耗、割れ、欠け等）が発生しておらず通常の摩耗が生じていると判断し、摩耗高さを算出する（ステップＳＴ１７）。測定者は、周回波と思われる第1波形が発生した路程距離から、カッタリング４１の摩耗高さを算出する。測定者は、算出された摩耗高さが閾値以下である場合、「正常」と判断してもよい。測定者は、算出された摩耗高さが閾値より大きい場合、「異常」と判断してもよい。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって、摩耗高さ及び判断結果をモニタ６２に表示してもよい。測定者は、「異常」との判断結果を確認すると、測定を中断する。そして、測定者は、例えば、ディスクカッタ４０を交換する。

【0053】

モニタ６２に表示された波形が正常に測定できたと判断しない場合（ステップＳＴ１５でＮｏ）、測定者は、「測定エラー」と判断する（ステップＳＴ１８）。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって、「測定エラー」との判断結果をモニタ６２に表示してもよい。測定者は、「測定エラー」との判断結果を確認すると、測定を中断する。そして、測定者は、例えば、超音波センサ６１の位置及び向きなどを確認する。

【0054】

想定範囲内に第１波形のみが測定されたと判断しない場合（ステップＳＴ１６でＮｏ）、測定者は、カッタ頂部に異常（偏摩耗、割れ、欠け等）が発生している可能性があると判断し、さらに複数の第２波形が測定されたか否かを判断する（ステップＳＴ１９）。測定者は、モニタ６２に表示された測定波形を確認して、複数の第２波形が表示されているか否かを判断する。複数の第２波形が測定されたと判断する場合（ステップＳＴ１９でＹｅｓ）、ステップＳＴ２１へ進む。複数の第２波形が測定されたと判断しない場合（ステップＳＴ１９でＮｏ）、ステップＳＴ２０へ進む。

【0055】

複数の第２波形が測定されたと判断しない場合（ステップＳＴ１９でＮｏ）、測定者は、「リング割れ、欠けの可能性あり」と判断する（ステップＳＴ２０）。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって、「リング割れ、欠けの可能性あり」との判断結果をモニタ６２に表示してもよい。測定者は、「リング割れ、欠けの可能性あり」との判断結果を確認すると、測定を中断する。そして、測定者は、例えば、ディスクカッタに割れ、欠けが発生しているか目視で確認し、本当に割れもしくは欠けが発生している場合、ディスクカッタ４０を交換する。

【0056】

複数の第２波形が測定されたと判断する場合（ステップＳＴ１９でＹｅｓ）、測定者は、「偏摩耗の可能性あり」と判断する（ステップＳＴ２１）。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって、「偏摩耗の可能性あり」との判断結果をモニタ６２に表示してもよい。測定者は、「偏摩耗の可能性あり」との判断結果を確認すると、測定を中断する。そして、測定者は、例えば、ディスクカッタに偏摩耗が発生しているか目視で確認し、本当に偏摩耗が発生している場合、ディスクカッタ４０を交換する。

【0057】

このような処理を繰り返し、測定対象のすべてのディスクカッタ４０について、カッタ頂部４４の摩耗量を測定する。

【0058】

［効果］
実施形態では、トンネル掘削機１の静止中に、ディスクカッタ４０のカッタ頂部４４に対して超音波センサ６１から表面波を発信して、受信した信号が示す測定波形をモニタ６２に表示することができる。実施形態によれば、測定波形から、トンネル掘削機１の静止中にディスクカッタ４０の摩耗量を測定することができる。実施形態では、表面波を用いることにより、ディスクカッタ４０のカッタ頂部４４の前方側が摩耗していても、トンネル掘削機１の静止中にディスクカッタ４０の摩耗量を測定することができる。

【0059】

実施形態では、ディスクカッタ４０のカッタ頂部４４に超音波センサ６１を接触させて測定する。実施形態によれば、カッタ頂部４４に対する超音波センサ６１の接触角度の安定化及び接触部面積の拡大を図り、入力強度及び出力強度を強くすることができる。実施形態によれば、カッタ頂部４４に対する超音波センサ６１の位置ずれを規制して、表面波の進行方向に対する方向ずれがなくなり安定化することができる。

【0060】

［周回波位置及び異常検出(偏摩耗・割れ・欠け位置等)の検出精度向上手法］
図１４ないし図１６を参照して、周回波位置及び異常検出(偏摩耗・割れ・欠け位置等)の検出精度向上手法について説明する。図１４は、異常検出の検出精度向上手法を用いて異常検出装置がディスクカッタを測定する状態を説明する模式図である。図１５は、測定波形の一例を説明する模式図である。図１６は、異常検出の検出精度向上手法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【0061】

この異常検出の検出精度向上手法では、図１４に示すように、カッタ頂部４４の第１接触位置Ｘ１に超音波センサ６１を接触した状態で、超音波センサ６１から発信された第１接触位置信号を受信すると共に、カッタ頂部４４の第１接触位置Ｘ１と異なる第２接触位置Ｘ２に超音波センサ６１を接触した状態で、超音波センサ６１から発信された第２接触位置信号を受信する。そして、第１接触位置信号が示す第１測定波形２００と、第２接触位置信号が示す第２測定波形２００´とに基づいて、偏摩耗などの異常発生を精度よく確認し、発生位置を精度よく特定する。

【0062】

図１５を参照して、異常検出の検出精度向上手法によって測定される測定波形について説明する。図１５に示す例では、第１接触位置信号が示す測定波形２００を実線で示し、第２接触位置信号が示す測定波形２００´を破線で示している。図１５は、偏摩耗を生じたカッタ頂部４４の第１測定波形２００、第２測定波形２００´である。カッタ頂部４４における超音波センサ６１の接触位置を変えた場合でも、同じ位置にカッタ頂部４４を周回した周回波である第１波形Ｐ１１、第１波形Ｐ１１´が表れる。第１波形Ｐ１１、第１波形Ｐ１１´は、測定位置を変更しただけで、カッタ頂部の外周距離、すなわち路程距離は変更されていないためである。２つの測定波形２００、２００´における第１波形Ｐ１１、Ｐ１１´のピーク値の路程距離の平均値を、カッタ頂部４４の外周長さの路程距離としてもよい。また、カッタ頂部４４における超音波センサ６１の接触位置を変えた場合、カッタ頂部４４の偏摩耗部４４Ａの変曲点における反射波は、接触位置から変曲点までの路程距離が変わる。変曲点４４Ｂ及び変曲点４４Ｃにおいて発生する反射波にそれぞれ相当する第２測定波形２００´における第２波形Ｐ１２´及び第２波形Ｐ１３´の路程距離と、第１測定波形２００における第２波形Ｐ１２及び第２波形Ｐ１３の路程距離とは異なる。

【0063】

一方、第１測定波形２００における第２波形Ｐ１２及び第２波形Ｐ１３との路程距離の差分と、第２測定波形２００´における第２波形Ｐ１２´及び第２波形Ｐ１３´との路程距離の差分は同一となる。接触位置が異なるだけで偏摩耗量は同一のためである。

【0064】

次に、図１６を用いて、異常検出装置６０を用いたディスクカッタ４０のカッタリング４１の異常検出の検出精度向上手法・処理について説明する。ステップＳＴ３１、ステップＳＴ３２、ステップＳＴ３７、ステップＳＴ３８は、図１３に示すフローチャートのステップＳＴ１１、ステップＳＴ１２、ステップＳＴ１７、ステップＳＴ１８と同様の処理を行う。実施形態では、ステップＳＴ３６ないしステップＳＴ３８は、測定者が行うものとして説明する。

【0065】

カッタヘッド３０が停止したと判断する場合（ステップＳＴ３２でＹｅｓ）、測定対象のディスクカッタ４０のカッタ頂部４４の第１接触位置Ｘ１に超音波センサ６１を接触させて測定する（ステップＳＴ３３）。測定者は、測定対象のディスクカッタ４０のカッタ頂部４４の第１接触位置Ｘ１に超音波センサ６１を接触させる。測定者は、超音波センサ６１の図示しない操作部に対して測定開始操作を入力する。そして、測定コントローラ１１０は、超音波センサ制御部１１１によって発振子６１１から超音波を発信する。そして、測定コントローラ１１０は、信号受信部１１２によって発振子６１１から表面波として発信された信号を受信する。測定コントローラ１１０は、ステップＳＴ３４へ進む。

【0066】

測定対象のディスクカッタ４０のカッタ頂部４４の第２接触位置Ｘ２に超音波センサ６１を接触させて測定する（ステップＳＴ３４）。測定者は、測定対象のディスクカッタ４０のカッタ頂部４４の第２接触位置Ｘ２に超音波センサ６１を接触させる。測定者は、超音波センサ６１の図示しない操作部に対して測定開始操作を入力する。そして、測定コントローラ１１０は、超音波センサ制御部１１１によって発振子６１１から超音波を発信する。そして、測定コントローラ１１０は、信号受信部１１２によって発振子６１１から表面波として発信された信号を受信する。測定コントローラ１１０は、ステップＳＴ３５へ進む。

【0067】

２つの波形をモニタ６２に表示する（ステップＳＴ３５）。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって、ステップＳＴ３３及びステップＳＴ３４において受信した信号が示す２つの測定波形をモニタ６２に表示するよう制御する。測定コントローラ１１０は、ステップＳＴ３６へ進む。

【0068】

測定者は、モニタ６２に表示された２つの測定波形を確認して、波形を正常に測定できたか否かを判断する（ステップＳＴ３６）。波形を正常に測定できたか否かの判断は、第１実施形態と同様である。測定者がモニタ６２に表示された２つの波形が正常に測定できたと判断する場合（ステップＳＴ３６でＹｅｓ）、ステップＳＴ３７へ進む。測定者がモニタ６２に表示された２つの波形が正常に測定できたと判断しない場合（ステップＳＴ３６でＮｏ）、ステップＳＴ３８へ進む。

【0069】

表示された２つの波形が正常に測定できたと判断する場合（ステップＳＴ３６でＹｅｓ）、測定者は、想定範囲内にカッタ頂部４４を１周まわった周回波である第１波形のみが測定されたか否かを判断する（ステップＳＴ３７）。測定者は、モニタ６２に表示された測定波形を確認して、想定範囲内に第１波形のみが表示されているか否かを判断する。測定者は、想定範囲内に第１波形のみが表示されている場合、想定範囲内に第１波形のみが測定されたと判断する。想定範囲内に第１波形のみが測定されたと判断する場合（ステップＳＴ３７でＹｅｓ）、ステップＳＴ３８へ進む。想定範囲内に第１波形のみが測定されたと判断しない場合（ステップＳＴ３７でＮｏ）、ステップＳＴ４０へ進む。

【0070】

想定範囲内に第１波形のみが測定されたと判断する場合（ステップＳＴ３７でＹｅｓ）、測定者は、カッタ頂部に異常（偏摩耗、割れ、欠け等）が発生しておらず通常の摩耗が生じていると判断し、摩耗高さを算出する（ステップＳＴ３８）。測定者は、周回波と思われる第１波形が発生した路程距離から、カッタリング４１の摩耗高さを算出する。摩耗高さは、２つの波形の路程距離の平均値を用いて算出してもよい。測定者は、算出された摩耗高さが閾値以下である場合、「正常」と判断してもよい。測定者は、算出された摩耗高さが閾値より大きい場合、「異常」と判断してもよい。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって、摩耗高さ及び判断結果をモニタ６２に表示してもよい。測定者は、「異常」との判断結果を確認すると、測定を中断する。そして、測定者は、例えば、ディスクカッタ４０を交換する。

【0071】

モニタ６２に表示された２つの波形のいずれかが正常に測定できたと判断しない場合（ステップＳＴ３６でＮｏ）、測定者は、「測定エラー」と判断する（ステップＳＴ３９）。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって、「測定エラー」との判断結果をモニタ６２に表示してもよい。測定者は、「測定エラー」との判断結果を確認すると、測定を中断する。そして、測定者は、例えば、超音波センサ６１の位置及び向きなどを確認する。

【0072】

想定範囲内に第１波形のみが測定されたと判断しない場合（ステップＳＴ３７でＮｏ）、測定者は、カッタ頂部に異常（偏摩耗、割れ、欠け等）が発生している可能性があると判断し、さらに２つの波形において複数の第２波形が測定されたか否かを判断する（ステップＳＴ４０）。測定者は、モニタ６２に表示された測定波形を確認して、複数の第２波形が表示されているか否かを判断する。複数の第２波形が測定されたと判断する場合（ステップＳＴ４０でＹｅｓ）、ステップＳＴ４２へ進む。複数の第２波形が測定されたと判断しない場合（ステップＳＴ４０でＮｏ）、ステップＳＴ４１へ進む。

【0073】

複数の第２波形が測定されたと判断しない場合（ステップＳＴ４０でＮｏ）、測定者は、「リング割れ、欠けの可能性あり」と判断する（ステップＳＴ４１）。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって、「リング割れ、欠けの可能性あり」との判断結果をモニタ６２に表示してもよい。測定者は、「リング割れ、欠けの可能性あり」との判断結果を確認すると、測定を中断する。そして、測定者は、例えば、ディスクカッタに割れ、欠けが発生しているか目視で確認し、本当に割れもしくは欠けが発生している場合、ディスクカッタ４０を交換する。

【0074】

複数の第２波形が測定されたと判断する場合（ステップＳＴ４０でＹｅｓ）、測定者は、「偏摩耗の可能性あり」と判断する（ステップＳＴ４２）。測定コントローラ１１０は、表示制御部１１３によって、「偏摩耗の可能性あり」との判断結果をモニタ６２に表示してもよい。測定者は、「偏摩耗の可能性あり」との判断結果を確認すると、測定を中断する。そして、測定者は、例えば、ディスクカッタに偏摩耗が発生しているか目視で確認し、本当に偏摩耗が発生している場合、ディスクカッタ４０を交換する。

【0075】

［超音波センサの変形例１］
図１７は、異常検出装置がディスクカッタを測定する状態の一例を説明する模式図である。

【0076】

治具６１３は、ディスクカッタ４０に対してアクリル材６１２を固定する。治具６１３の内壁は、ディスクカッタ４０のカッタリング４１の側面に接触する。治具６１３は、ディスクカッタ４０のカッタ頂部４４及びカッタリング４１の一部を覆った状態で配置される。図１７に示す治具６１３は、上部及び側部に壁部が配置され、下部が開口した角筒状に形成されている。治具６１３の上部の壁部に、発振子６１１及びアクリル材６１２が配置されている。内部の空間６１３Ａに、ディスクカッタ４０のカッタ頂部４４及びカッタリング４１の一部が収容されている。変形例によれば、測定時に、測定者が手で超音波センサ６１を保持しなくてもよくなる。変形例によれば、治具６１３により、アクリル材６１２をカッタ頂部４４に対して安定化することができる。

【0077】

［超音波センサの変形例２］
図１８は、異常検出装置の変形例を説明する模式図である。超音波センサ６１は、図７に示す構成に加えてバネ６１４を備える。バネ６１４は、アクリル材６１２を図１８の上下方向にのみ可動させる。変形例によれば、バネ６１４により、アクリル材６１２をカッタ頂部４４に対してより安定化することができる。

【0078】

図１９は、測定コントローラの構成を示すブロック図である。上記では、図１３に示すフローチャートのステップＳＴ１５ないしステップＳＴ１７、及び、図１６に示すフローチャートのステップＳＴ３６ないしステップＳＴ３８は、測定者が行うものとして説明したが、これらの処理を測定コントローラ１１０の算出部１１４が行ってもよい。算出部は、図１３に示すフローチャートのステップＳＴ１５ないしステップＳＴ１７、又は、図１６に示すフローチャートのステップＳＴ３６ないしステップＳＴ３８に相当する機能を有する。算出部は、例えば、アルゴリズムベースのプログラム、ＡＩ（Artificial Intelligence）又は機械学習を用いた推論システムによって、これらの処理を実行する。図１２を用いて上述したコンピュータシステム１０００に係る説明は、図１９に示す測定コントローラ１１０にも適用される。

【0079】

図２０は、測定コントローラの構成を示すブロック図である。上記では、図１３に示すフローチャートのステップＳＴ１５ないしステップＳＴ２１、及び、図１６に示すフローチャートのステップＳＴ３６ないしステップＳＴ４２は、測定者が行うものとして説明したが、これらの処理を測定コントローラ１１０の異常検出部１１５が行ってもよい。異常検出部は、図１３に示すフローチャートのステップＳＴ１５ないしステップＳＴ２１、及び、図１６に示すフローチャートのステップＳＴ３６ないしステップＳＴ４２に相当する機能を有する。異常検出部は、例えば、アルゴリズムベースのプログラム、ＡＩ又は機械学習を用いた推論システムによって、これらの処理を実行する。図１２を用いて上述したコンピュータシステム１０００に係る説明は、図２０に示す測定コントローラ１１０にも適用される。

【0080】

上記では、図１３に示すフローチャートのステップＳＴ１３、及び、図１６に示すフローチャートのステップＳＴ３３、ステップＳＴ３４は、測定者が、測定対象のディスクカッタ４０のカッタ頂部４４に超音波センサ６１のアクリル材６１２を接触させるものとして説明したが、これに限定されない。超音波センサ６１をディスクカッタ４０に対して所望の位置に移動させるアクチュエータを含む移動機構を備え、駆動コントローラ１００によってアクチュエータを駆動させて超音波センサ６１を移動させてもよい。

【0081】

上記では、駆動コントローラ１００と測定コントローラ１１０とは別々のものとして記載されているが、本発明はこれに限定されない。駆動コントローラ１００、測定コントローラ１１０が一体であってもよい。

【符号の説明】

【0082】

１…トンネル掘削機、１０…本体、２０…ベルトコンベヤ、２９…駆動モータ、３０…カッタヘッド、３２…ケース、４０…ディスクカッタ、４１…カッタリング、４２…ハブ、４３…リテーナ（保持部）、４４…カッタ頂部、６０…異常検出装置、６１…超音波センサ、６１１…発振子、６１２…アクリル材、６２…モニタ（表示部）、１００…駆動コントローラ、１０１…駆動モータ制御部、１１０…測定コントローラ、１１１…超音波センサ制御部、１１２…信号受信部、１１３…表示制御部、２００…測定波形、Ａ…周方向、Ｐ１１…第１波形、Ｐ１２…第２波形、Ｐ１３…第２波形、Ｑ…想定範囲。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】