JP6833095B1 - トンネル掘進機の仮組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工期を短縮することができるトンネル掘進機の仮組立方法を提供する。【解決手段】複数の大型部品から成るトンネル掘進機の仮組立方法であって、三次元計測器を用いて複数の大型部品の点群データを夫々取得する三次元計測工程と、三次元計測工程で取得する複数の大型部品の点群データを三次元仮想空間に合成することによって、三次元仮想空間において複数の大型部品の各々をモデル化するモデル化工程と、モデル化工程にてモデル化された複数の大型部品である複数の部品モデルを三次元仮想空間において組み合わせることによってトンネル掘進機を仮組立てする仮組立工程と、三次元仮想空間で組み合わされる複数の部品モデルの各々における所定の部位同士の相対位置関係が示唆される相対位置関係示唆工程を有する方法である。【選択図】 図４

Description

本発明は、複数の大型部品から成るトンネル掘進機の仮組立方法に関する。

トンネル掘進機として、例えば特許文献１のようなトンネル掘進機が知られている。特許文献１のトンネル掘進機は、カッターヘッド、前胴部、中胴部、及び後胴部等の複数の大型部品を備えている。トンネル掘進機は、その大きさ故に大型部品毎に分けて工場で製造される。その後、トンネル掘進機は、大型部品毎に工事現場等に搬送される。そして、トンネル掘進機は、工事現場等で組み合わすことによって製造される。

特許第４９５５８２８号明細書

特許文献１のトンネル掘進機では、製缶品であるが故に大型部品が設計図通りに製造することが難しい。それ故、大型部品同士を組み合わせた際に各々の部位同士が干渉したり、互いに突き合わせる孔同士の位置がずれたりすることがある。この状態で大型部品が出荷されると、工事現場にてトンネル掘進機を組み立てることができない。それ故、工場等で事前にトンネル掘進機が仮組立される。そして、工場にて干渉部位や孔の形状及び位置が修正される。しかし、仮組立したトンネル掘進機は、工場等から搬送すべく一度分解しなければならない。そして、仮組立した後に分解する作業が工期を遅くする要因となっている。

そこで本発明は、工期を短縮することができるトンネル掘進機の仮組立方法を提供することを目的としている。

本発明のトンネル掘進機の組立方法は、複数の大型部品から成るトンネル掘進機の仮組立方法であって、三次元計測装置を用いて前記複数の大型部品の点群データを夫々取得する三次元計測工程と、前記三次元計測工程で取得する前記複数の大型部品の点群データを三次元仮想空間に合成することによって、三次元仮想空間において前記複数の大型部品の各々をモデル化するモデル化工程と、前記モデル化工程にてモデル化された前記複数の大型部品である複数の部品モデルを三次元仮想空間において組み合わせることによって前記トンネル掘進機を仮組立てする仮組立工程と、三次元仮想空間で組み合わされる前記複数の部品モデルの各々における所定の部位同士の相対位置関係が示唆される相対位置関係示唆工程を有する、方法である。

本発明によれば、三次元仮想空間においてトンネル掘進機の仮組立及び所定の部位同士の相対位置関係が示唆されることによって、現場におけるトンネル掘進機の組立可否を事前に判断することができる。これにより、大型部品を実際に仮組立し、また解体する作業を低減することができるので、工期を短縮することができる。

本発明によれば、工期を短縮することができる。

図１のトンネル掘進機の断面を示す断面図である。 本発明の仮組立方法によって仮組立されるトンネル掘進機を示す斜視図である。 図１のトンネル掘進機を分解して示す分解斜視図である。 本発明の仮組立方法の手順を示すフローチャートである。 図１のトンネル掘進機の前胴部を三次元計測している状態を示す図である。 コンピュータに表示される各大型部品の三次元ＣＡＤ図及び部品モデルを示す図である。 コンピュータに表示されるトンネル掘進機を示す図である。 三次元仮想空間においてボルト孔同士の位置ずれ及びボルト孔の修正を示す図である。 三次元仮想空間において撹拌棒同士の干渉及び撹拌棒の修正を示す図である。 三次元仮想空間においてジャッキシリンダと挿通孔と干渉及びジャッキシリンダの修正を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態のトンネル掘進機１の仮組立方法について前述する図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明するトンネル掘進機１の仮組立方法は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

＜トンネル掘進機＞
図１に示すトンネル掘進機１は、地山を掘り進めることによってトンネルを掘削することができる。トンネル掘進機１は、例えばシールド掘進機であり、トンネル内面にセグメント１０を覆工しながら地盤を掘り進めることができる。このような機能を有するトンネル掘進機１は、カッターヘッド２、カッタードラム３、胴体４、及び種々の機器５〜９を備えている。本実施形態において、種々の機器５〜９は、例えばカッター回転駆動装置５、中折れ機構６、ジャッキ機構７、排土装置８、及びエレクター９等である。

カッターヘッド２は、回転することによって地山を掘削することができる。更に詳細に説明すると、カッターヘッド２は、図２に示すようにヘッド本体１１と、複数のカッター（図示せず）とを有している。ヘッド本体１１は、複数のカッターが設けられている。本実施形態において、ヘッド本体１１は、前方から見て円形状に形成されている。更に詳細に説明すると、ヘッド本体１１は、外周フレーム１２と、複数の第１カッタースポーク１３と、複数の第２カッタースポーク１４と、複数の補強部材１５と、複数の撹拌棒１６と、を有している。

外周フレーム１２は、ヘッド本体１１の外周縁を形成する枠体であって、円環状に形成されている。複数の第１カッタースポーク１３は、ヘッド本体１１の軸線Ｌ１から外周フレーム１２に向かって放射状に延在している。本実施形態において、ヘッド本体１１は、６つの第１カッタースポーク１３を有している。但し、第１カッタースポーク１３の数は、６つに限定されない。第２カッタースポーク１４の各々は、隣り合う２つの第１カッタースポーク１３の間に配置される。即ち、ヘッド本体１１は、本実施形態において６つの第２カッタースポーク１４を有している。また、第２カッタースポーク１４の各々は、隣り合う第１カッタースポーク１３の各々から距離を空けて配置されている。そして、第２カッタースポーク１４は、複数の補強部材１５によって隣り合う第２カッタースポーク１４に連結されて補強されている。そして、各カッタースポーク１３，１４には、一部が前方に突出するように複数のカッターが取り付けられている。また、複数の撹拌棒１６は、カッタースポーク１３，１４の各々に以下のように取り付けられている。即ち、撹拌棒１６は、カッタースポーク１３，１４から後方に突出し、且つ半径方向に間隔を空けて取り付けられている。

複数のカッターは、地山を掘削する部材である。複数のカッターは、第１カッタースポーク１３及び第２カッタースポーク１４に間隔を空けて設けられている。複数のカッターは、前述のとおり、一部分を第１カッタースポーク１３及び第２カッタースポーク１４の前面から突出している。それ故、複数のカッターは、ヘッド本体１１が回転することによって地山を切削することができる。

カッタードラム３は、第１カッタースポーク１３の後端に固定されている。より詳細に説明すると、第１カッタースポーク１３は、後方に突出する連結部１３ａを有している。そして、カッタードラム３は、第１カッタースポーク１３の連結部１３ａにボルト（図示せず）によって締結されている。そして、カッタードラム３は、ヘッド本体１１と一体的に回転する。

胴体４は、円筒状に形成されている。そして、胴体４は、その中に機械室４ｄが形成されている。機械室４ｄには、カッター回転駆動装置５、中折れ機構６、ジャッキ機構７、排土装置８、及びエレクター９等が収容されている。更に詳細に説明すると、胴体４は、前胴部４ａ、中胴部４ｂ、及び後胴部４ｃを備えている。

前胴部４ａは、図３に示すように大略円筒状に形成されている。そして、前胴部４ａは、前側にカッタードラム３を介してカッターヘッド２が回転可能に取り付けられている。更に詳細に説明すると、前胴部４ａには、その前側の開口に被せるようにカッターヘッド２が被せられている。そして、カッターヘッド２の撹拌棒１６が前胴部４ａ内に配置される。また、前胴部４ａの内周面には、隔壁１７が形成されている。隔壁１７は、前胴部４ａの内空間を前後に隔てるように前胴部４ａ内に設けられている。また、隔壁１７には、軸線Ｌ１周りに内孔１７ａが形成されている。内孔１７ａには、カッタードラム３が回転可能に支持されている。更に、前胴部４ａの隔壁１７より後側の空間には、隔壁１７より後側にカッター回転駆動装置５が収容されている。カッターヘッド回転駆動装置５は、カッタードラム３を介してカッターヘッド２を回転駆動する。また、隔壁１７においてカッターヘッド２に対向する面（本実施形態において、前面１７ｂ）には、複数の撹拌棒１８が取り付けられている。複数の撹拌棒１８は、隔壁１７からカッターヘッド２の方(即ち、前方)に突出するように形成されている。そして、複数の撹拌棒１８は、カッターヘッド２が回転する際にカッターヘッド２の撹拌棒１６が当たらないように隔壁１７に点在させて配置されている。このように配置されている撹拌棒１８は、前述する撹拌棒１６と協働してカッターヘッド２と隔壁１７との間の空間に入る排土を固まらないように撹拌する。

中胴部４ｂは、円筒状に形成されている。中胴部４ｂは、前胴部４ａの後方に配置されている。そして、中胴部４ｂ及び前胴部４ａには、各々の内周面に中折れ機構６が架け渡すように取り付けられている。中折れ機構６は、複数のシリンダによって構成されている。中折れ機構６は、各々のシリンダを伸長又は縮退させることによって中胴部４ｂに対して前胴部４ａを屈曲させる。これにより、胴体４を中折れさせることができる。また、中胴部４ｂの内周面には、ジャッキ機構７が設けられている。ジャッキ機構７は、トンネル内面に覆工されるセグメント１０を用いてトンネル掘進機１の推進力を得ている。更に詳細に説明すると、ジャッキ機構７は、複数のジャッキシリンダ７ａによって構成されている。複数のジャッキシリンダ７ａは、中胴部４ｂの内周面に間隔を空けて配置されている。そして、複数のジャッキシリンダ７ａは、ロッド７ｂをセグメント１０に当てて後方に伸長することによって、トンネル掘進機１を推進させることができる。

後胴部４ｃは、円筒状に形成されている。後胴部４ｃは、中胴部４ｂの後端側部分に取り付けられている。そして、後胴部４ｃの内空間は、前胴部４ａの隔壁１７より後側の空間及び中胴部４ｂの内空間と連通している。そして、後胴部４ｃの内空間は、前胴部４ａの隔壁１７より後側の空間及び中胴部４ｂの内空間と共に機械室４ｄを形成している。機械室４ｄには、排土装置８が貫通するように配置されている。また、隔壁１７の下側には、排土口１７ｃが形成されている。排土装置８は、排土口１７ｃに繋がっている。排土装置８は、カッターヘッド２と隔壁１７との間の空間に入る排土を排土口１７ｃから排土を取り込む。そして、排土装置８は、排土を後胴部４ｃの後方へと送り出す。また、中胴部４ｂには、エレクター９が収容されている。エレクター９は、トンネル内面にセグメント１０を覆工する。より詳しくは、エレクター９は、後胴部４ｃの内周面にセグメント１０を覆工する。その後トンネル掘進機１を推進させると、トンネル内面にセグメント１０が覆工される。

このように構成されているトンネル掘進機１は、カッターヘッド回転駆動装置５によってカッターヘッド２を回転駆動させることができる。また、トンネル掘進機１は、トンネル内周面に覆工されているセグメント１０にジャッキシリンダ７ａを押し当て、更にジャッキシリンダ７ａのロッド７ｂを伸長させることができる。これにより、トンネル掘進機１は、カッターヘッド２によって地山を掘削しながら進むことができる。また、カッターヘッド２の掘削によって生成される排土は、排土装置８に取り込まれる。そして、排土は、排土装置８によってトンネル掘進機１の後方へと送り出される。更に、トンネル掘進機１は、所定の距離進むと、ジャッキシリンダ７ａのロッド７ｂを縮退させる。そして、エレクター９によって後胴部４ｃの内周面であってロッド７ｂを縮退させた箇所にセグメント１０が覆工される。そして、トンネル掘進機１は、新たに覆工されたセグメント１０にジャッキシリンダ７ａのロッド７ｂを押し当てる。その後、ジャッキシリンダ７ａのロッド７ｂを伸長させることによって、トンネル掘進機１は更に進むことができる。これらを繰り返すことによって、トンネル掘進機１が前進して地山にトンネルを形成することができる。また、トンネル掘進機１は、中折れ機構６によって胴体４を中折れさせて進行方向を変えることができる。

＜トンネル掘進機の仮組立方法＞
トンネル掘進機１は、事前に仮組立が行われる。これにより、トンネル掘進機１が工事現場等で組み上げられるか否かを事前に判断することができる。以下では、図４のフローチャートを参照しながらトンネル掘進機１の仮組立の手順について説明する。トンネル掘進機１の仮組立方法が開始すると、ステップＳ１に移行する。

部品製造工程であるステップＳ１では、トンネル掘進機１を構成する各大型部品２，３，４ａ〜４ｃであるカッターヘッド２、カッタードラム３、及び胴体４が製造される。本実施形態においては、大型部品２，３，４ａ〜４ｃの他に、胴体４に収容されるカッター回転駆動装置５、中折れ機構６、ジャッキ機構７、排土装置８、及びエレクター９等もまた製造される。そして、中折れ機構６及びジャッキ機構７が中胴部４ｂに取り付けられる。そうすると、ステップＳ２に移行する。

三次元計測工程であるステップＳ２では、三次元計測装置２０を用いて、カッターヘッド２、カッタードラム３、及び各胴部４ａ〜４ｃ（以下、「複数の大型部品２，３，４ａ〜４ｃ」という）が夫々三次元計測される（図５参照）。これにより、複数の大型部品２，３，４ａ〜４ｃの点群データが夫々取得される（図６の二点鎖線参照）。なお、同様に排土装置８及びエレクター９も夫々三次元計測されてもよい。三次元計測装置２０は、レーザ光を照射し且つ照射したレーザ光を受光することによって対象物の各部位（点）の位置を計測する。更に詳細に説明すると、三次元計測装置２０は、レーザ光を照射し且つ受光する測定部２０ａを有している。三次元計測装置２０は、測定部２０ａを左右及び上下方向に回転させることによって、対象物の表面の様々な箇所（点）の位置（点位置）を計測する。そして、三次元計測装置２０は、計測した点位置をコンピュータ２１に送信する。これにより、コンピュータ２１は、対象物に関する表面の点群データを取得する。点群データは、計測される対象物の表面の様々な箇所の位置の集合データである。このような機能を有する三次元計測装置２０は、ＧＰＳ又はＩＭＵによって三次元計測装置２０自身の位置、即ち計測位置を取得する。それ故、三次元計測装置２０を用いて様々な場所から対象物を計測することによって対象物における表面全体の点群データを取得することができる（図５の二点鎖線参照）。このような機能を有する三次元計測装置２０としては、例えばＺ＋Ｆ ＩＭＡＧＥＲ（商標）がある。但し、三次元計測装置２０は、Ｚ＋Ｆ ＩＭＡＧＥＲ（商標）に限定されず、前述する機能を有する計測装置（例えばＦＡＲＯ社のＦＯＣＵＳ、Ｌｅｉｃａ社のＢＬＫ３６０、ＲＴＣ３６０、及びＳｃａｎ Ｓｔａｔｉｏｎ 並びにＴｒｉｍｂｌｅ社のＴＸ８及びＳＸ１０）であればよい。また、三次元計測装置２０は、ＧＰＳ又はＩＭＵを必ずしも有している必要はない。例えば、別途各計測位置が計測されてもよい。また、対象物の表面に付されたマーカ同士を合わせるように点群データが手動で重ね合わせされたり、ベストフィッティングされたりしてもよい。対象物である複数の大型部品２，３，４ａ〜４ｃの各々に関して表面全体の点群データが三次元計測装置２０によって計測され、コンピュータ２１が各々の表面全体の点群データを取得すると、ステップＳ３に移行する。

モデル化工程であるステップＳ３では、三次元計測工程で取得した点群データを三次元仮想空間に合成することによって、三次元仮想空間において複数の大型部品２，３，４ａ〜４ｃの各々がモデル化される。より詳細に説明すると、コンピュータ２１は、計測用ソフトウェアを実行することによって三次元仮想空間を作成することができる。そして、コンピュータ２１は、作成される三次元仮想空間に三次元計測工程で取得した点群データを合成することができる。そうすると、三次元仮想空間において、取得される点群データの各々（即ち各点）は点として表される。そして、点群データの全ての点によって、三次元仮想空間において複数の点から成る対象物の三次元の点群モデル（即ち、部品モデル）Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃが作成される（図６の二点鎖線参照）。このようにして、各大型部品２，３，４ａ〜４ｃは、取得される点群データに基づいてモデル化される。なお、排土装置８及びエレクター９についても同様にモデル化され且つ以下の工程も実行されるが、その詳細な説明及び図示は省略する。三次元仮想空間において複数の部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃを作成すると、ステップＳ４に移行する。
フィット工程であるステップＳ４では、三次元仮想空間において、各大型部品２，３，４ａ〜４ｃの部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃが、各大型部品２，３，４ａ〜４ｃの三次元ＣＡＤ図（以下、単に「ＣＡＤ図」という）に夫々フィットされる。より詳細に説明すると、トンネル掘進機１の仕様等に基づいて大型部品２，３，４ａ〜４ｃのＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃが事前に作成される。そして、コンピュータ２１では、事前に作成されたＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃが三次元仮想空間に合成される（図６の実線参照）。そして、三次元仮想空間において部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃの姿勢（前後、左右、及び上下の位置及び傾き等）をＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃの姿勢に合わせるべくフィッティング作業が行われる。フィッティング作業は、手作業、演算、又はそれらの組み合わせることによって行われる。例えば、手作業によるフィッティング作業では、モニター２１ａに表示されるＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃに部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃを合わせるように部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃの姿勢が調整される。また、演算によるフィッティング作業では、最小二乗法等による三次元ベストフィット処理を用いてＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃに対して部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃがフィットされる。また、手作業及び演算の両方によるフィッティング作業では、三次元ベストフィット処理を用いてＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃに対して部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃがフィットされる。その後、モニター２１ａに表示されるＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃに部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃを合わせるように部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃの位置及び姿勢が微調整される。このようにして部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃがＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃにフィットされると、ステップＳ５に移行する。

仮組立工程であるステップＳ５では、複数の部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃを三次元仮想空間において組み合わせることによってトンネル掘進機１が組み立てられる（図７参照）。より詳細に説明すると、部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃの各々は、三次元仮想空間において互いに位置調整することによって、互いに組み合わせられる。本実施形態において、部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃの各々は、前述するように各大型部品２，３，４ａ〜４ｃのＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃにフィットしている。それ故、各大型部品２，３，４ａ〜４ｃのＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃの各々を、フィットした部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃと共に互いに組み合わせるようにして動かすことによって、トンネル掘進機１が仮組立される。なお、本実施形態において、部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃをＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃに夫々フィットする際、組み立てられた状態のトンネル掘進機１のＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃに部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃ直接フィットすることによって、フィット工程と仮組立工程とを一度に実行することができる。トンネル掘進機１が仮組立されると、ステップＳ６に移行する。

相対位置関係示唆工程であるステップＳ６では、三次元仮想空間において組み合わされる複数の部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃの各々における所定の部位同士の相対位置関係が示唆される。所定の部位は、複数個所存在するが、一例としてカッターヘッド２とカッタードラム３とを締結するためのボルト孔２ａ，３ａ（図８参照）、カッターヘッド２及び前胴部４ａの隔壁１７に夫々設けられる撹拌棒１６，１８（図９参照）、及びジャッキシリンダ７ａと前胴部４ａに夫々形成される挿通孔４ｅである（図１０参照）。また、「示唆」とは、前述する相対位置関係が間接的に示されるだけでなく、直接的に示されることも含まれる。更に「示唆」は、例えば相対位置関係をコンピュータ２１に表示することによって実現される。カッターヘッド２とカッタードラム３とを締結するためのボルト孔２ａ，３ａの相対位置関係は、図８の修正前の図に示すように距離Ａ１だけ位置ずれしていることが示唆される。また、複数の撹拌棒１６，１８の相対位置関係は、図９に示すようにカッターヘッド２が回転した際に最も外側の撹拌棒１６，１８が干渉することが示唆される（図９の修正前の図における黒塗り部分参照）。他方、外側から２番目の撹拌棒１６と最も外側の撹拌棒１８との隙間Ａ２が大きいことが示唆される。更にジャッキシリンダ７ａと挿通孔４ｅとの相対位置関係は、図１０の修正前の図に示すように１つのジャッキシリンダ７ａが挿通孔４ｅに対して位置ずれし、挿通孔４ｅに挿通できないことが判断できる（図１０の修正前の図における黒塗り部分参照）。その他、カッター回転駆動装置５、中折れ機構６、エレクター９、及び排土装置８の各々における所定の部位同士、並びに前述する所定部位とカッタードラム３及び各胴部４ａ〜４ｃとの相対位置関係が示唆される。所定の部位同士の各々における相対位置関係が示唆されると、ステップＳ７に移行する。

設計変更判定工程であるステップＳ７では、相対位置関係示唆工程において示唆される相対位置関係に基づいて、大型部品２，３，４ａ〜４ｃの各々における所定の部位の設計を変更するか否かが判定される。より詳細に説明すると、所定の部位の相対位置関係から判断して所定の部位の形状変更及び配置変更等の修正で対応できる場合、設計を変更する必要がないという判定がされる。例えば、ボルト孔２ａ，３ａの位置ずれが距離Ａ１で公差内である場合、ボルト孔２ａ、３ａの形状変更で対応できるので、設計を変更する必要がないという判定がされる。また、ジャッキシリンダ７ａと挿通孔４ｅとの位置ずれが距離Ａ３で公差内である場合、挿通孔４ｅの形状変更又はジャッキシリンダ７ａの配置変更で対応できるので、設計を変更する必要がないという判定がされる。他方、所定の部位以外の部位等との相対位置関係を考慮して修正する必要がある等の場合、設計を変更する必要があるという判定がされる。例えば、距離Ａ１，Ａ３が交差外であったり、カッターヘッド２が回転した際に最も外側の撹拌棒１６，１８が干渉したりする場合、それら以外の部位の相対位置関係も考慮して配置を変更する必要がある。それ故、設計を変更する必要があるという判定がされる。設計変更が必要であるという判定がされると、ステップＳ８に移行する。他方、設計変更の必要がないという判定がされると、ステップＳ１０に移行する。なお、ステップＳ７において、修正及び設計変更が必要がないと判定される場合には、トンネル掘進機１の仮組立方法が終了する。

設計変更工程であるステップＳ８では、相対位置関係示唆工程において示唆される相対位置関係に基づいて、大型部品２，３，４ａ〜４ｃにおける所定の部位の設計が変更される。より詳細に説明すると、コンピュータ２１では、三次元仮想空間においてＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃが相対位置関係に基づいて設計変更される。例えば、最も外側の撹拌棒１６，１８の各々の位置が変更される（図９の修正後の図参照）。具体的には、隔壁１７に設けられている撹拌棒１８の位置が径方向内側にずらすように設計変更される（図９の修正後の図の矢印参照）。設計変更がされると、ステップＳ９に移行する。

組立可否判断工程であるステップＳ９は、設計変更工程において設計が変更されたＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃを組み合わせることによってトンネル掘進機１の組立可否が判断される。更に詳細に説明すると、三次元仮想空間においてＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃが組み合わされる。そして、組み合わせたＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃの各々における所定の部位の相対位置関係が示唆される。三次元仮想空間において相対位置関係が許容範囲に収まっていない場合、トンネル掘進機１の組立不可と判断される。他方、三次元仮想空間において相対位置関係が許容範囲に収まっている場合、トンネル掘進機１の組立可能と判断される。例えば、三次元仮想空間において、カッターヘッド２が前胴部４ａに対して回転する際、設計変更後の撹拌棒１６，１８同士の相対位置関係が示唆される。そして、設計変更後の撹拌棒１６，１８同士が依然干渉する場合、トンネル掘進機１の組立不可と判断される。これにより、ステップＳ８に戻って再び設計変更がされる。他方、設計変更後の撹拌棒１６，１８同士が干渉しなくなった場合、トンネル掘進機１の組立可能と判断される。これにより、ステップＳ１０に移行する。

修正工程であるステップＳ１０では、相対位置関係示唆工程において示唆される相対位置関係に基づいて大型部品２，３，４ａ〜４ｃにおける所定の部位の形状及び配置等が修正される。より詳細に説明すると、設計変更判定工程において設計を変更する必要がないという判定がされた場合、部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃにおける所定の部位同士の相対位置関係に基づいて、所定の部位の形状及び配置等を公差内で修正する。例えば、ボルト孔２ａ，３ａの位置ずれに関して、ボルト孔２ａ周りを切削等してボルト孔３ａが拡径される（図８の修正後の図参照）。また、ジャッキシリンダ７ａと挿通孔４ｅとの位置ずれに関して、挿通孔４ｅ周りを切削等して挿通孔４ｅが拡径されたり、ジャッキシリンダ７ａの配置又は延在に方向が変えられたりする（図１０の修正後の図参照）。他方、設計変更判定工程において設計を変更する必要があるという判定がされた場合、設計変更工程において変更された設計に基づいて大型部品２，３，４ａ〜４ｃにおける所定の部位の形状及び配置等を修正する。例えば、撹拌棒１６，１８が設計変更後の位置に取り付け直される（図９の修正後の図実線参照）。このようにして相対位置関係に基づいて所定の部位の形状及び配置等が修正されると、ステップＳ１１に移行する。

再仮組立判定工程であるステップＳ１１では、トンネル掘進機１の仮組立を三次元仮想空間において再度行うか否かが判定される。行わない場合、トンネル掘進機１の仮組立方法が終了する。他方、行う場合、ステップＳ２（再計測工程）に戻る。そして、ステップＳ２において修正工程後の大型部品２，３，４ａ〜４ｃの各々の点群データが夫々取得される。その後、ステップＳ３（再モデル化工程）では、再計測工程で取得する複数の大型部品２，３，４ａ〜４ｃの点群データを三次元仮想空間に合成することによって、三次元仮想空間において複数の大型部品２，３，４ａ〜４ｃの各々が再度モデル化される。更に、ステップＳ４で三次元仮想空間において、再モデル化工程で作成される部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃがＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃに夫々フィットされる。また、ステップＳ５（再仮組立工程）では、部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃを三次元仮想空間において組み合わせることによってトンネル掘進機１が仮組立される。そして、ステップＳ６（再示唆工程）では、複数の部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃの各々における所定の部位同士の相対位置関係が再度示唆される。その後、ステップＳ７〜Ｓ１０を経てステップＳ１１において仮組立を再度行わないと判定されると、トンネル掘進機１の仮組立方法が終了する。前述するトンネル掘進機１の仮組立が終了すると、大型部品２，３，４ａ〜４ｃの各々が出荷される。そして、トンネル掘進機１は、現場にて組み立てられて地山を掘削する。

本実施形態のトンネル掘進機１の仮組立方法では、三次元仮想空間においてトンネル掘進機１の仮組立及び所定の部位同士における相対位置関係が示唆されることによって、現場におけるトンネル掘進機１の組立可否を事前に判断することができる。これにより、大型部品２，３，４ａ〜４ｃを実際に仮組立し、また解体する作業を低減することができるので、工期を短縮することができる。

また、本実施形態のトンネル掘進機１の仮組立方法では、三次元仮想空間において仮組立を行うにあたって、部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃが大型部品２，３，４ａ〜４ｃのＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃに夫々フィットされる。これにより、複数の大型部品２，３，４ａ〜４ｃのＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃを組み合わせてトンネル掘進機１を組み立てることと同じように、三次元仮想空間においてトンネル掘進機１を仮組立することができる。それ故、三次元仮想空間において複数の部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃの組み合わせを容易に行うことができる。

更に、本実施形態のトンネル掘進機１の仮組立方法では、三次元仮想空間で示唆される相対位置関係に基づいて大型部品２，３，４ａ〜４ｃにおける所定の部位を修正するので、切削量や移動量等の修正の度合いを容易に判断することができる。これにより、所定の部位を修正する際に、修正しては判断する等の手戻り作業を抑制することができる。これにより、工期を短縮することができる。

また、本実施形態のトンネル掘進機１の仮組立方法では、設計変更工程で所定部位の設計変更が行われる。次に、組立可否工程において三次元仮想空間で設計変更後のトンネル掘進機の組立可否が判断される。そして、組立可否工程でトンネル掘進機の組立可と判断された後、修正工程において所定の部位が修正される。それ故、他の部位等と相対位置関係を考慮して所定の部位を修正することができるので、他の部位等と相対位置関係が関与するような所定の部位に関して修正する回数をより少なくすることができる。これにより、所定の部位を修正する際の手戻り作業量を低減することができるので、工期を短縮することができる。

また、本実施形態のトンネル掘進機１の仮組立方法では、トンネル掘進機１の仮組立を工場等で行うことなく大型部品２，３，４ａ〜４ｃを出荷することができる。また、三次元仮想空間において、実物に即した部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃを用いて仮組立するので、トンネル掘進機１を実際に仮組立した場合と同様に各部位の相対位置関係に基づいて修正することができる。これにより、現場で実際に大型部品２，３，４ａ〜４ｃを組み合わせる際における調整作業の作業量を低減することができる。これにより、工期を短縮することができる。

＜その他の実施形態について＞
本実施形態のトンネル掘進機１の仮組立方法は、設計変更判定工程、設計変更工程、及び組立可否判断工程を有しているが、必ずしもそれらの工程を有している必要はない。即ち、設計変更を経ずに、相対位置関係示唆工程で示唆される相対位置関係に基づいて所定部位の修正が行われてもよい。また、本実施形態のトンネル掘進機１の仮組立方法は、修正工程の後、再仮組立判定工程を経ずにそのまま処理を終了してもよい。また、本実施形態において相対位置が示唆される所定の部位は、部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃにおける種々の部位であって、前述するボルト孔２ａ，３ａ、ジャッキシリンダ７ａ、挿通孔４ｅ、及び撹拌棒１６，１８であるが、これらに限定されない。即ち、部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃの各所の部位で相対位置関係が示されて修理される。また、所定の部位の相対位置関係が示唆される対象も大型部品２，３，４ａ〜４ｃに限定されず、カッター回転駆動装置５、中折れ機構６、エレクター９、及び排土装置８であってもよい。

本実施形態のトンネル掘進機１の仮組立方法では、三次元ベストフィット処理を用いているが、三次元仮想空間において三次元ＣＡＤ図に部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃをフィッティングする方法はこれに限定されない。例えば、点群データに加えて別の計測結果も用いてＣＡＤ図Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ〜Ｃ４ｃに部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃをフィッティングするようにしてもよい。また、三次元仮想空間において部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃを組み合わせることができる場合、必ずしも前述のようにフィッティングする作業も必ずしも必要ではない。例えば、部品モデルＭ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃの全ての基準座標を同一にすることによって、フィッティングする作業をなくすことができる。また、相対位置関係には、所定の部位同士の干渉や隙間という位置関係だけでなく、所定の部位同士が離れつつ平面視において互いに重なり合うような位置関係も含まれる。

１ トンネル掘進機
２ カッターヘッド（大型部品）
２ａ ボルト孔（所定の部位）
３ カッタードラム（大型部品）
３ａ ボルト孔
４ａ 前胴部（大型部品）
４ｂ 中胴部（大型部品）
４ｃ 後胴部（大型部品）
４ｅ 挿通孔（所定の部位）
７ ジャッキ機構（所定の部位）
１３ａ 連結部（所定の部位）
１６ 撹拌棒（所定の部位）
１８ 撹拌棒（所定の部位）
２０ 三次元計測装置
Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４ａ〜Ｍ４ｃ 部品モデル

Claims (5)

1. 複数の大型部品から成るトンネル掘進機を三次元仮想空間において仮組立する前記トンネル掘進機の仮組立方法であって、
   製造された前記複数の大型部品の各々における点群データを三次元計測装置を用いて取得する三次元計測工程と、
   前記三次元計測工程で取得する前記複数の大型部品の点群データを三次元仮想空間に合成することによって、三次元仮想空間において前記複数の大型部品の各々をモデル化するモデル化工程と、
   前記モデル化工程にてモデル化された前記複数の大型部品である複数の部品モデルを三次元仮想空間において組み合わせることによって前記トンネル掘進機を仮組立てする仮組立工程と、
   三次元仮想空間で組み合わされる前記複数の部品モデルの各々における所定の部位同士の相対位置関係が表示される相対位置関係表示工程を有する、トンネル掘進機の仮組立方法。
2. 前記モデル化工程においてモデル化された複数の部品モデルを前記大型部品の各々の三次元ＣＡＤ図にフィットさせるフィット工程を更に有し、
   前記仮組立工程は、前記フィット工程にて三次元ＣＡＤ図にフィットされた前記複数の大型部品である複数の部品モデルを三次元仮想空間において組み合わせることによって前記トンネル掘進機を仮組立てする、請求項１に記載のトンネル掘進機の仮組立方法。
3. 前記相対位置関係表示工程において表示される相対位置関係に基づいて、前記大型部品における前記所定の部位を修正する、修正工程とを有する、請求項１又は２に記載のトンネル掘進機の仮組立方法。
4. 前記相対位置関係表示工程において表示される相対位置関係に基づいて、前記大型部品における前記所定の部位の設計を変更する、設計変更工程と、
   前記設計変更工程において設計を変更された前記複数の大型部品を三次元仮想空間において組み合わせることによって、設計変更後の前記トンネル掘進機の組立可否を判断する組立可否判断工程とを更に有し、
   前記修正工程は、前記組立可否判断工程にて組立可となった場合において、前記設計変更工程において変更された設計に基づいて前記大型部品における前記所定の部位を修正する、請求項３に記載のトンネル掘進機の仮組立方法。
5. 前記三次元計測装置を用いて、前記修正工程後の前記大型部品の各々の点群データを夫々取得する再計測工程と、
   前記再計測工程で取得する前記複数の大型部品の点群データを三次元仮想空間に合成することによって、三次元仮想空間において前記複数の大型部品の各々を再度モデル化する再モデル化工程と、
   前記再モデル化工程にてモデル化された前記複数の部品である複数の部品モデルを三次元仮想空間において組み合わせることによって前記トンネル掘進機を再度仮組み立てする再仮組立工程と、
   前記再仮組立工程で組み立てられた前記トンネル掘進機の前記複数の部品モデルの各々における所定の部位同士の相対位置関係が再度表示される再表示工程を更に有する、請求項４に記載のトンネル掘進機の仮組立方法。
   

Images