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【発明の名称】 燃料クレーン位置検出装置及びその方法
【発明者】 【氏名】江頭 良夫

【氏名】若山 精一

【氏名】坂口 稔

【氏名】前田 達志

【氏名】曽田 大輔

【氏名】谷田部 弘
【要約】 【課題】原子炉容器に設置された燃料集合体を移送するため、燃料移送クレーンの吊り上げ装置を燃料集合体の鉛直上方に配置するための燃料クレーン位置検出装置及びその方法を提供する。

【解決手段】燃料クレーン位置検出装置は、走行位置、マストチューブ高さ、燃料集合座標を表示する位置表示器、クレーン走行、マストチューブ昇降用の駆動装置、上部ノズル２０と連結するフィンガー、位置決め穴に挿入するガイドピン１８を設けたグリッパ１７、リーフスプリングの検出範囲への送波時間から相対位置を検出するセンサからなり、送波時間が最小になるまで微小走行させ、上部ノズル２０上方にグリッパ１７を配置、位置決めし、ガイドピン１８を挿入しクレーンと燃料集合体とを連結するものとした。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 水中に配置された燃料集合体を吊り上げ上部空間を縦横に走行し、所望の位置に移送する燃料移送クレーンを、吊り上げる前記燃料集合体の鉛直上方に配置するための燃料クレーン位置検出装置において、前記燃料移送クレーンに設置され、走行位置、前記燃料集合体を吊り上げるマストチューブの高さ及び前記燃料集合体の座標位置を表示する位置表示器と、前記位置表示器に表示された前記座標位置へ前記燃料移送クレーンを走行させ、前記マストチューブを昇降させる駆動装置と、前記マストチューブの下端に連結され、前記燃料集合体の上端に連結された上部ノズルと連結するフィンガーを設けたグリッパと、前記グリッパに設置され、前記上部ノズルの上面に配置したリーフスプリングの最高位置に設定された検出範囲に送波した振動波の受波時間から前記グリッパと前記上部ノズルとの相対位置を検出するセンサとからなり、センサ信号により前記燃料移送クレーンを微小走行させて位置決めし、前記グリッパから垂下したガイドピンを前記上部ノズル上方に開口する位置決め穴に挿入させ連結できる位置に配置するようにしたことを特徴とする燃料クレーン位置検出装置。
【請求項２】 請求項１の燃料クレーン位置検出装置を使用し前記グリッパと前記上部ノズルとの連結位置へ位置合わせする方法において、前記センサを前記グリッパの下部プレート底面に設置する工程と、前記駆動装置を使用して前記位置表示器に表示された吊り上げを行う前記燃料集合体の鉛直上方付近まで前記燃料移送クレーンを走行させる工程と、前記燃料移送クレーンから前記グリッパを前記上部ノズルと接触しない直上高さまで降下させる工程と、前記センサから前記リーフスプリングに振動波を照射し反射波を受波するまでの送波時間を検出する工程と、前記送波時間が最も短くなるリーフスプリングの検出範囲に振動波が照射される位置まで前記燃料移送クレーンを微小走行させ、前記ガイドピンを前記位置決め穴の鉛直上方に配置する工程と、前記グリッパを降下させ前記ガイドピンを前記位置決め穴に挿入する工程とからなることを特徴とする燃料クレーン位置検出方法。
【請求項３】 水中に配置された燃料集合体を吊り上げて上部空間を縦横に走行し、燃料集合体を所望の位置に移送する燃料移送クレーンを、吊り上げる前記燃料集合体の鉛直上方に配置するための燃料クレーン位置検出装置において、前記燃料移送クレーンにより昇降するマストチューブ上端及び下端側部から前記燃料移送クレーンと燃料集合体とを結合する上部構造体を撮影する２台のカメラ及び照明装置とからなる検出装置と、前記カメラの画像から前記上部構造体の特徴部位を抽出する画像処理装置と、抽出された特徴部位を処理して前記燃料移送クレーンと前記燃料集合体と位置ずれを算出する信号処理装置と、前記位置ずれを修正した座標情報から前記燃料移送クレーンを走行させ前記燃料集合体の鉛直上方に位置決めする制御装置とからなることを特徴とする燃料クレーン位置検出装置。
【請求項４】 前記検出装置が前記照明装置としてレーザ光を使用し、前記レーザ光を前記上部構造体の特徴部位に照射し特徴部位の形状をプロファイル化でき、前記画像処理装置がプロファイル化された若しくは未形状の特徴部位の画像処理ができ、前記信号処理装置が前記上部構造体の傾き、位置若しくは高さずれをリアルタイムで算出でき、前記制御装置が前記上部構造体の傾き、位置若しくは高さずれをリアルタイムで算出された座標情報により前記燃料移送クレーンを前記燃料集合体の鉛直上方に位置決めするものであることを特徴とする請求項３の燃料クレーン位置検出装置。
【請求項５】 前記画像処理装置が前記上部構造体の形状が異なり、対称形の前記上部構造体では形状の中心、抽出された特徴部位の重心位置を検出する機能を有し、対称形ではない前記上部構造体では構造パターンの画像を予め有しておて、検出画像との比較処理することにより特徴部位の位置画像を処理できるとともに、特徴部位の損傷若しくは欠落を特徴部位の重心位置若しくは構造パターンの画像との比較から修復された特徴部位を検出できるものであることを特徴とする請求項３の燃料クレーン位置検出装置。
【請求項６】 前記信号処理装置が前記上部構造体の位置情報を処理しながら前記検出装置のカメラの撮影制御及び照明装置の光量制御機能を備えるとともに、前記燃料移送クレーンを操作するオペレータへの自動監視制御と燃料集合体の位置情報を提供する機能を有していることを特徴とする請求項３の燃料クレーン位置検出装置。
【請求項７】 前記制御装置が複数体の前記燃料集合体の位置情報を過去の履歴情報として記憶する機能を有し、特定燃料集合体の新しい位置決め値と過去の位置決め値との比較照合が可能であり、特定燃料集合体を移送するとき位置情報をモニターすることにより、前記オペレータへの助成である半自動制御と前記検出装置のカメラによる位置検出情報で行なう完全自動化制御とが行なえる機能を有することを特徴とする請求項３の燃料クレーン位置検出装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は原子炉格納容器内の原子炉容器に設置され稼働する燃料集合体を、原子格納容器内と原子格納容器外のキャスクピット又は除染場ピット等との間で移送するために、原子炉格納容器等の上方を走行させるよう配置された燃料移送クレーンで昇降させるために、燃料移送クレーンのグリッパを燃料集合体の上部に固着されている上部ノズルの配置されている位置に正確に誘導して、燃料移送クレーンから昇降させるグリッパと上部ノズルとを確実に結合するための燃料クレーン位置検出装置及びその検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子炉容器内の燃料集合体取替えおよび燃料集合体上部の検査には、これ迄カメラを用いた方法があり、それらは各部の検査箇所の近傍にカメラを設置し検査を行い、もしくは、ズームカメラ等による離れた箇所からの目視観察のみで検査している。即ち、図９に示すように、原子炉格納容器１内の原子炉キャビティ２内に設置され、ステンレスチューブ製の燃料棒５（図１０参照）内に充填された核物質の核反応を起させ、高温、高圧の発電等を行う蒸気を発生させる燃料集合体３は、縦、横に、例えば、１７本×１７本の長さ約４ｍの燃料棒５と核反応を制御するスパイダー等を配置したものからなり、このような燃料集合体３は、全体形状が箱体をなすように縦横に並べられ、約１００体からなる燃料集合体ユニット１０にされて、原子炉キャビティ２内の底部に区画された原子炉容器４内に収容されて稼動させるようにしている。
【０００３】このような燃料集合体３のうち、反応が終了した燃料棒５又は微小な変形が生じた燃料棒５を含む取り替える必要のある燃料集合体３、又は燃料棒５の反応の違いにより燃料集合体３内での配置位置を変える必要がある燃料集合体３は、原子炉容器４内の燃料集合体ユニット１０から個別に取り出し、原子炉格納容器１外の使用済燃料ピット６、キャスクピット７又は除染場８に移した後、新燃料貯蔵庫９に保管されている新規の燃料集合体３と取り換えられ、若しくは燃料棒５の配置換えを行い、さらには変形のない燃料棒５を再装填した燃料集合体３に変換されて、再び燃料集合ユニット１０の規定場所に移すことが行われている。
【０００４】このために、原子炉格納容器１内の原子炉キャビティ２の水面上方には走行レール１１が敷設されると共に、原子炉キャビティ内を縦、横に走行できる燃料移送クレーン１２が設けられ、特に、原子炉格納容器１内部の原子炉キャビティ２内では縦、横（Ｘ，Ｙ）に走行できるようにし、燃料集合ユニット１０のうちの移送を行う燃料集合体３を鉛直上方へ吊り上げ移送できるようにしている。また、原子炉格納容器１外のキャスクピット７の上方にも、走行レール１１′、燃料移送クレーン１２′が設けられ、燃料移送管１３から燃料集合体３を原子炉格納容器１から外部へ取り出し、又は搬入できるようにしている。なお、１４は燃料集合体３を燃料移送管１３内を通過させる姿勢と燃料移送クレーン１２′で昇降させる姿勢にするための燃料移送装置である。
【０００５】また、図１０（ａ）に示すように、燃料移送クレーン１２には、鋼製のマストチューブ１５が高さ（Ｚ）方向に昇降可能に設けられており、このマストチューブ１５の下端部には、吊具２８を介してグリッパーチューブ１６が装着され、燃料集合体３を原子炉容器４から抜き出し、又は挿入するために燃料集合体３の直上から垂下されたグリッパーチューブ１６の下端に取り付けられ、グリッパーチューブ１６の内部下端に設けられた円形の上部プレート２３の中央にあけられた穴を貫通し、自在に燃料移送クレーン１２に設けた駆動装置により上下動できるようにした、インナーチューブ２５の下端に取り付けられたグリッパ１７をインナーチューブ２５と共に下降させることにより、グリッパ１７の対角線下端から垂下させたガイドピン１８を下降させるようにしている。
【０００６】以下、本明細書ではグリッパ１７と上部プレート２３とを併せて上部構造体と呼称することとする。また、上部プレート２３を貫通し上下動するインナーチューブ２５の下端部は、グリッパ１７上端に設けられた円形状の下部プレート２６の中央にあけられた穴を貫通し、マストチューブ１５を押し下げることにより、グリッパ１７全体と共にガイドピン１８も下降させるようにしている。
【０００７】なお、同図において、２９はグリッパーチューブ１６上昇時、燃料移送クレーン１２との衝突を防止するためのリミットスイッチ、３０はグリッパ１７を回動させるエアシリンダー２４に空気を供給するための空気供給室、３１はガイドキーである。
【０００８】一方、前述したように４ｍ程度の長さのステンレス管からなり、内部に核反応物質を充填した燃料棒５を縦横に１７本づつ配置した燃料集合体３の上方には、グリッド１９を介して鋼製の上部構造体を形成する上部ノズル２０が設けられている。
【０００９】この上部ノズル２０は、図１１に示すように正方形の枠体３９からなり、枠体３９の上端部四隅には、グリッパ１７と上部ノズル２０との結合時の間隔を一定のものにするためにガイドピン大径部４０下端と上端を係合させるようにした間隔保持部材３２が立設され、しかも、間隔保持部材３２のうち対角に配置された間隔保持部材３２には、上述したように下降して来るガイドピン１８を挿入するための位置決め穴３３が穿設され、上記ガイドピン１８をこの位置決め穴２１に挿入し、さらにグリッパ１７をマストチューブ１５で下降させ、図１０（ｃ）で示す上部ノズル２０とグリッパ１７の配置状態になったとき、エアシリンダー２４を回動させることにより、フィンガー２２の支点間を連結している連結部材２７が押し下げられ、下端が外側に開くことにより、グリッパ１７と上部ノズル２０がフィンガー２２に設けた爪２１により係合し、グリッパ１７と上部ノズル２０とが連結される。
【００１０】また、ガイドピン１８の上方はスリーブ４１内を上下動し、スリーブ４１内のガイドピン１８にはスプリングが巻回されており、このスプリングの押付け力でガイドピン１８が下方へ押し付けられることにより、ガイドピン１８を下方へ押し付け図１０（ｃ）に示す連結状態を保持するようにしている。また、図１０（ｃ）に示す連結状態を解除するためには、ガイドピン１８上方に巻回されているスプリングの押し付力に抗して、インナーチューブ２５を若干引き上げ、インナーチューブ２５を回動させることにより、フィンガー２２の爪２１が上部ノズル２０と係合する周方向からずれることにより、フィンガー２２下端の爪２１を上部ノズル２０の係合部から引き離し、爪２１によるグリッパ１７と上部ノズル２０との連結を解除した後、マストチューブ１５を上昇させることにより、グリッパ１７と上部ノズル２０との係合を解除することができる。
【００１１】さらに、図１１に示すように、上部ノズル２０には、四隅に立設された間隔保持部材３２の隣接部、即ち上部ノズル２０の枠体３９上方にはグリッド１９の上端部を被覆する蓋３４を上方から押付け保持するため、直角三角形状にされ、頂部に押圧のための水平面が形成され、高さ方向の部材が枠体３９中に挿入され、燃料集合体３の上方に設けられる蓋３４を押圧するリーフスプリング３５設けるようにしている。なお、図１１において、図１１（ａ）は図１０（ｂ）の矢視Ｃ−Ｃで示す平面図、図１１（ｂ）は側面図、図１１（ｃ）は図１０（ｂ）の矢視Ｂ−Ｂで示す底面図である。
【００１２】図１１（ａ）、図１１（ｃ）に示すようにリーフスプリング３５がその上方に配置される上部ノズル２０の枠体３９の内部には燃料棒５を燃料集合体３の所定位置に挿入するための燃料棒挿入孔３６が縦・横に１７個（相当）、核反応速度を制御するためのスパイダースを挿入制御するためのスパイダー孔３７が穿設された板が張設されており、その上方に蓋３４を設け、前述したようにリーフスプリング３５で固定するようにしている。
【００１３】従来の燃料集合体３を把持して吊り上げ、所定の位置に移送するために、燃料移送クレーン１２と燃料集合体とを連結するグリッパ１７および上部ノズル２０からなる上部構造体は、上述の様に構成されているために、グリッパ１７の下部プレート２６から垂下されているガイドピン１８が間隔保持部材３２に穿設されている位置決め穴３３内に設計値で規定された長さ、具体的には、ガイドピン１８のガイドピン大径部４０下端が位置決め穴３３が開口にする間隔保持部材３２の上端に接するまで挿入されている限り、燃料移送クレーン１２上の操作員の操作により、マストチューブ１５を昇降させることにより、燃料集合体３は鉛直方向に昇降し、昇降を行う燃料集合体３の周辺に配置されている他の燃料集合体３又は原子炉容器４等に衝突して破損させるようなこともなく、燃料集合体３の移送はスムーズに行うことができる。
【００１４】しかしながら、上述した従来のグリッパ１７のガイドピン１８を上部ノズル２０の位置決め穴３３に挿入するようにした装置により燃料集合体３を取替るようにした燃料移送用クレーンの座標位置決めは、現状では、監視用のカメラが監視している作業者又は双眼鏡等で相互の位置を確認している外部の作業者からの指示、及びオペレータの位置表示器の目視により、オペレータが手動にて燃料移送クレーン１２を駆動して、燃料クレーン１２の最終位置決めを行っていた。
【００１５】しかも、位置決めを間違い燃料集合体３の昇降時又は移送時に、グリッパ１７と上部ノズル２０との係合が不十分で外れ若しくは昇降姿勢を崩すことは昇降を行う燃料集合体３は、勿論のこと燃料集合ユニット１０の他の燃料集合体３又は原子炉容器等の損傷に連がり、しかも作業員が接近できない場所で起ることが多いために、このようなトラブル絶対にない様にする必要があり、燃料集合体３の移送に当っては経験豊富なクレーンオペレータを必要とし、しかも、作業員が近付くことができない場所でガイドピン１８を設計値で規定された長さだけ、位置決め穴３３内に挿入するための操作が必要となり、燃料集合体３の移送には多大な時間を必要とする不具合があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の燃料クレーン位置検出装置及びその方法は、上述した従来の装置若しくは方法の不具合を解消するために、音波、超音波（ＵＴ）、レーザ光等を使って２０ｍ以上の深さの水中にある燃料移送クレーンから吊り降ろされるグリッパと燃料集合体の上部の上部ノズルとの正確な相対位置を、燃料移送クレーン上で検出し、この検出信号を確認しながら燃料移送クレーンを操作してグリッパと上部ノズルとを正確に連結できるようにした燃料クレーン位置検出装置及びその方法を提供することを課題とする。
【００１７】また、本発明は、従来装置、若しくは方法の不具合を解消するため、上方および側方から燃料集合体の上部位置と燃料移送クレーンと連結位置に配置されたグリッパと上部ノズルとからなる上部構造体を２台のカメラで立体的に撮影し、この画像に基づき燃料移送クレーン位置を操作して、グリッパと上部ノズルとをより精度良く、しかも、迅速に連結できるようにした燃料クレーン位置検出装置を提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】このため、第１番めの本発明の燃料クレーン位置検出装置は、次の手段とした。
【００１９】（１）水中に配置された燃料集合体を吊り上げ上部空間を縦横に走行させ、所望の位置に燃料集合体を移送する燃料移送クレーンに設置され、走行位置、燃料集合体を吊り上げるマストチューブの高さ及び燃料集合体の座標位置を表示し、オペレータの操作を助成する位置表示器と、位置表示器に表示された吊り上げ連結する燃料集合体が設置されている座標位置へ燃料移送クレーンを走行させ、燃料移送クレーンからマストチューブを昇降させる駆動装置と、マストチューブの下端に連結され、燃料集合体の上端に連結された上部ノズルと連結しマストチューブの下端に燃料集合体の上端に設けた上部ノズルを連結するフィンガー及び上部ノズル上方に開口させた位置決め穴に挿入させるガイドピンを垂下させ設けたグリッパと、グリッパの下部プレート底面に設置され、上部ノズルの上面に配置したリーフスプリングの最高位置に設定された検出範囲に送波した振動波の受波までの送波時間からグリッパと上部ノズルとの相対位置を検出するセンサとからなり、センサからのセンサ信号による送波時間が最小になるまで燃料移送クレーンを微小走行させて、上部ノズルの鉛直上方に正確にグリッパが配置される位置決めをし、ガイドピンを位置決め穴に挿入させて燃料移送クレーンと燃料集合体とを連結できる位置に配置できるものとした。
【００２０】なお、センサは超音波からなる振動波を送波し、反射波を受波できるＵＴセンサを使用することが好ましいが、音波はレーザ光等の光波、即ち水中走波時に燃料集合体が配置されている水中において吸収されにくい振動波を使用するようにしたものでも良い。また、位置決め穴に挿入させるガイドピンには、ガイドピン底部が位置決め穴底面に着底し、グリッパと上部ノズルとが確実に係合したことを確認できる係合センサ等を設けることが好ましい。さらに、センサからのセンサ信号は位置表示器に表示されるようにし、オペレータの位置表示器の目視による燃料移送クレーンの微小走行を助成できるようにすることが好ましい。
【００２１】（ａ）これにより、移送を必要とする燃料集合体と移送する燃料移送クレーンとを連結するため、グリッパと上部ノズルとを連結する上部構造体の位置に燃料移送クレーンを走行させ配置する操作が容易になり、燃料移送クレーンの操作に熟練オペレータを必要とせず、確実に燃料移送クレーンを連結位置、換言すれば、グリッパと上部ノズルとの位置合わせがスムーズにできるようになり、燃料集合体と燃料移送クレームとを確実に連結できると共に、位置合わせのための時間を大幅に短縮することができ、これ迄目視により燃料移送クレーンの操作を行っているオペレータの負担を低減できる。
【００２２】さらには、位置合わせのためのグリッパと上部ノズルとの位置合わせ位置に配置され、双眼鏡等により位置合わせ状況を監視し、オペレータにグリッパ、上部ノズルの各位置状況等を連絡するための監視員の配置が不要になる。また、燃料集合体と燃料移送クレーンとが設計どおりに確実に連結できるので、燃料移送クレーン等に片加重が発生することがなく、さらには、昇降時および移送時にトラブルが発生することがなく、所望する燃料集合体を吊り上げ規定された位置に安全且つ確実に移送することができるようになる。また、グリッパと上部ノズルとの位置合わせが、グリッパの下部プレート底面にセンサを配置して、その信号をオペレータに伝達するだけで行われるため、簡素な構成のものにできる。
【００２３】また、第２番目の本発明の請求項１の燃料クレーン位置検出装置を使用しグリッパと上部ノズルとの位置合わせする方法は、次の手段を採用した。
【００２４】（２）センサをグリッパの下部プレート底面に設置する工程と、駆動装置により位置表示器に表示された吊り上げる燃料集合体の鉛直上方付近まで燃料移送クレーンを走行させる工程と、駆動装置により燃料移送クレーンからマストチューブを降下させ、グリッパが上部ノズルと接触しない直上高さまで降下させる工程と、グリッパの下部リングに底面に設けたセンサから、リーフスプリングに振動波を照射し反射波を受波するまでの送波時間を検出する工程と、送波時間が最も短くなるリーフスプリング最高位置に設定された水平面からなる検出範囲に振動波が照射されるまで燃料移送クレーンを微小走行を繰り返し、ガイドピンを位置決め穴の鉛直上方位置に配置する工程と、位置決め穴の鉛直上方に配置されたグリッパを更に降下させ、ガイドピンを上部ノズル上面に開口する位置決め穴に挿入し、グリッパに設けた爪を上部ノズルに係合させることにより燃料集合体を燃料移送クレーンにより吊り上げ可能にする工程とからなるものにした。
【００２５】なお、グリッパを上部ノズルと接触しない直上高さまで降下させる工程では、グリッパを上部ノズルの上端、即ち検出範囲の高さよりも、さらに約５００ｍｍ程度の上方にまで降下させることが好ましい。
【００２６】（ｂ）これにより、上述（ａ）と同様な作用、効果を奏することができる。
【００２７】また、第３番目の燃料クレーン位置検出装置は、次の手段とした。
【００２８】（３）水中に配置された燃料集合体を吊り上げて上部空間を縦横に走行し、燃料集合体を所望の位置に移送する燃料移送クレーンを吊り上げる燃料集合体の鉛直上方に配置する燃料クレーン位置検出装置において、燃料移送クレーンにより昇降させるマストチューブ上端及び下端側部から、燃料移送クレーンと燃料集合体とを結合する部分のグリッパ及び上部ノズルとからなる、上部構造体の平面的な相対位置並びに側面視での相対位置を撮影する２台のカメラ及び照明装置とからなる検出装置と、カメラの画像から上部構造体の特徴部位を抽出する画像処理装置と、抽出された特徴部位を処理して燃料移送クレーンと燃料集合体と位置ずれを算出する信号処理装置と、位置ずれを修正した座標情報から燃料移送クレーンを燃料集合体の鉛直上方に位置決めする制御装置とからなるものとした。
【００２９】（ｃ）このように、燃料移送クレーンと燃料集合体とを連結する上部構造体の位置ずれを検出装置によりカメラ画像で検出し、検出された画像から画像処理装置でグリッパ、上部ノズルからなる上部構造体の特徴部位を抽出して、抽出された特徴部位を信号処理装置で処理して上部構造体の相対的な位置ずれを算出し相対的な位置ずれのない座標情報に修正して、この修正された座標情報が入力された制御装置で燃料移送クレーンを操作することにより、上部構造体のグリッパ及び上部ノズルは、平面的な相対位置並びに側面視での相対位置を位置ずれのないいわゆる立体的にずれのない高精度の位置に配置することができる。
【００３０】また、第４番目の燃料クレーン位置検出装置は、（３）の手段に加え次の手段とした。
【００３１】（４）検出装置が照明装置としてレーザ光を使用し、レーザ光を上部構造体の特徴部位に照射し特徴部位の形状をプロファイル化でき、画像処理装置がプロファイル化された若しくは未形状の特徴部位の画像処理ができ、信号処理装置が上部構造体の傾き、位置若しくは高さずれをリアルタイムで処理でき、制御装置が上部構造体の傾き、位置若しくは高さずれをリアルタイムで処理した座標情報により燃料移送クレーンを燃料集合体の鉛直上方に位置決めするものとした。
【００３２】なお、特徴部位に照射するレーザ光は、レンズにより集光されたレーザスリット光を使用することが好ましい。
【００３３】（ｄ）このように、（３）の手段に加え（４）の手段にし検出装置の照明装置に直進性に優れるレーザ光を使用し、上部構造体の特徴部位を検出するようにしたので、特徴部位の形状を鮮明にしたプロファイル化ができ、プロファイル化された若しくは未形状の特徴部位の画像処理を画像処理装置で行なうことにより、燃料構造体と昇降を行うマストチューブとを連結する上部構造体の傾き、位置、高さずれを、信号処理装置でリアルタイムで処理でき、このリアルタイムで処理した座標情報を使って制御装置により、燃料移送クレーンを操作することにより、上部構造体のグリッパと上部ノズルの位置決めをより精度の高いものにできる。
【００３４】また、第５番目の燃料クレーン位置検出装置は、（３）の手段に加え次の手段とした。
【００３５】（５）画像処理装置が上部構造体の形状が異なり、対称形の上部構造体では形状の中心、抽出された特徴部位の重心位置を検出する機能を有し、対称形ではない上部構造体では構造パターンの画像を予め有し、検出画像との比較処理する機能により特徴部位の位置画像を処理できるとともに、特徴部位の損傷若しくは欠落を特徴部位の重心位置、若しくは構造パターンの画像との比較から検出できるものとした。
【００３６】（ｅ）このように、（３）の手段に加え（５）の手段にし、画像処理装置にライブラリ機能を持たせるようにしたので、上部構造体の形状が変わっても、対称形の上部構造体では形状の中心、抽出された特徴部位の重心位置を検出でき、非対称形の上部構造体では予め準備している構造パターンと検出画像との比較処理により、特徴部位の位置画像が処理でき、さらには、特徴部位の損傷、欠落のあるものでも特徴部位の重心位置、形状を検出することができるので、上部構造体のグリッパ及び上部ノズルの位置決めをより精度の高いものにできる。
【００３７】また、第６番目の燃料クレーン位置検出装置は、（３）の手段に加え次の手段とした。
【００３８】（６）信号処理装置が上部構造体の位置情報を処理しながら、検出装置のカメラの撮影制御及び照明装置の光量制御機能を備えるとともに、燃料移送クレーンを操作するオペレータへの自動監視制御と位置情報を提供する機能を有しているものとした。
【００３９】（ｆ）このように、（３）の手段に加え（６）の手段にしたことにより、撮影対象の上部構造体全体がカメラ視野内に入らない場合でも、カメラ視野内の部分画像から画像処理装置に設けられているソフトにより、上部構造体の中心位置を推定して中心位置にカメラを向けて撮影ができ、又は光量制御することにより、明瞭にした上部構造体全体の形状をオペレータへの自動監視制御と位置情報を提供することができ、上部構造体のグリッパ及び上部ノズルの位置決めをより精度の高いものにできる。
【００４０】また、第７番目の燃料クレーン位置検出装置は、（３）の手段に加え次の手段とした。
【００４１】（７）制御装置が複数体の燃料集合体の位置情報を過去の履歴情報として記憶する機能を有するとともに、特定燃料集合体の新しい位置決め値と過去の位置決め値との比較照合が可能にし、特定燃料集合体を移送するとき位置情報をモニターすることにより、オペレータへの助成である半自動制御と検出装置のカメラによる位置検出情報で行なう完全自動化制御とが行なえるものとした。
【００４２】（ｇ）このように、（３）の手段に加え（７）の手段にしたことにより、燃料移送クレーンで吊り上げられ移送される燃料集合体が、元の場所と極端に異なる位置に再配置されることを防止することができる。これにより、各燃料集合体は原子炉容器内の環境が略一定した場所に設置され、燃料集合体の核反応を略一定したものにすることができ安定した運転ができるようになる。また、カメラにより検出された各燃料集合体の位置情報から、各燃料集合体を最適位置に自動的設置する完全自動化が行なえるようになる。
【００４３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の燃料クレーン位置検出装置及びその方法についての実施の形態を図面に基づき説明する。なお、図において図９〜図１１で示した部材と同一部材には同一符号を符して説明は省略する。図１は本発明の燃料クレーム位置検出装置の実施の第１形態を示す図である。
【００４４】図において、１７は前述したようにインナーチューブ２５の下端に連結された上部構造体を構成するグリッパーで、上部プレート２３及び下部プレート２６の外周に１８０°の間隔を設けて垂設されたガイドピン１８の両側には、２本のガイドピン１８の各々が上部ノズル２０の対角線上に形成された位置決め穴３３の鉛直上方に対応する位置にあるとき、鉛直下方に照射される超音波ビームが、上部ノズル２０の枠体３９に設けたリーフスプリング３５の水平面にされた頂端部に設定された検出範囲５１に照射されるようにした、リーフスプリング検出ＵＴセンサ（以下ＵＴセンサという）５０を下部プレート２６の下面に設けるようにしている。
【００４５】このＵＴセンサ５０では照射された超音波が照射された物体から反射された反射波の到達時間を計測することにより、ＵＴセンサ５０位置、換言すればガイドピン１８とガイドピン１８を挿入する間隔保持部材３２に穿設された位置決め穴３３の相対位置を検出することができるようになる。即ち、ＵＴセンサ５０から下方に照射された超音波が上部ノズル２０に照射されない位置にグリッパ１７が配置されているときは問題外として、超音波が上部ノズル２０に照射される場合でも、上部ノズル２０の最も高い部分であるリーフスプリング３５の頂端部の検出範囲５１に照射される場合、照射された超音波は、最も早くＵＴセンサ５０に受信されるので、グリッパ１７の対角にそれぞれ２個づつ配置された４個のＵＴセンサ５０から照射から受波までの時間が最も短くなる位置にＵＴセンサ５０が配置されたことを確認することによって、ガイドピン１８が位置決め穴３３の鉛直上方に配置されていることを確認することができる。
【００４６】このために、燃料移送クレーン１２には、従来と同様に、燃料移送クレーン１２の走行位置、マストチューブ１５降下位置であるグリッパー１７の現在位置、および原子炉容器４内に格納された個別の燃料集合体３の位置を表示する位置表示器であるＸ−Ｙ−Ｚ位置表示器が設けられるとともに、この表示器にはＵＴセンサ５０から照射された超音波５３が反射されて、受波信号を検出する信号検出器が設けられている。
【００４７】このような、ＵＴセンサ５０を装着した燃料クレーン位置検出装置を使って、燃料移送クレーン１２を昇降を行う燃料集合体の３の直上に移動させる場合には、表示器に示されている昇降させる燃料集合体３の位置と燃料移送クレーン１２の走行位置を照合させながら燃料移送クレーン１２の走行させ燃料集合体３の鉛直上方まで移動させた後、燃料クレーン１２のオペレータがマストチューブ１５を上部ノズル２０の頂端である検出範囲５１の上方約５００ｍｍの高さ迄グリッパー１７を降下させる。
【００４８】次いで、ＵＴセンサ５０を使ってリーフスプリング３５の位置を探し出す。即ち、ＵＴセンサ５０から照射される超音波が反射されて、燃料移送クレーン１２上に設けた（Ｘ−Ｙ−Ｚ）位置表示器に何等かの反射波が表示されるまで燃料移送クレーム１２を縦、横に移動させる。
【００４９】この場合オペレータは、信号検出器５２にＵＴセンサ５０から照射された超音波５３の上部ノズル２０からの反射信号の有無を確認しながら燃料移送クレーンを縦、横に移動させると共に、上部ノズル２０からの反射信号が得られる位置に燃料移送クレーン１２が配置されたら、さらに信号検出器５２で得られる、ＵＴセンサ５０から照射される時間ｔ1 と反射波を受波する時間ｔ2 との差が最小になるまで燃料移送クレーン１２を微小移動させ、ｔ2 −ｔ1 が最小値になる位置、換言すれば上部ノズル２０の対角に設けた位置決め穴３３の鉛直上方にガイドピン１８が配置される位置に燃料移送クレーン１２を停止させる。
【００５０】次いで、グリッパ１７を降下させることにより、ガイドピン１８を位置決め穴３３に挿入し、ガイドピン１８の下端が位置決め穴３３の底面に着底する迄、さらにグリッパ１７を降下させることにより、フィンガ２２下端の爪２１が拡開し上部ノズル２０の枠体に設けた係合孔に係合することによりグリッパ１７と燃料集合体３とは連結され、オペレータがマストチューブ１５を上昇させることにより所望する燃料集合体３を上昇させることができる。
【００５１】なお、燃料集合ユニット１０内を含む所望する場所に移送された燃料集合体３（上部ノズル２０）とグリッパ１７との係合解除は、従来の技術で述べた従来の方法と同様にして行われるので説明は省略する。
【００５２】次に、図２は本発明の燃料クレーン位置検出装置の実施の第２形態を示す全体図である。図に示すように、本実施の形態においては燃料移送クレーン１１から垂下され昇降するマストチューブ１５の側方にはマストチューブ１５の軸心と軸心を平行に配置され、マストチューブ１５と同時に昇降するようにしたカメラ用柱６０が燃料移送クレーンから垂下されている。
【００５３】また、マストチューブ１５の頂部には第１のカメラ６１が設置されると共に、マストチューブ１５の下端に図６（ｂ）で示すよう連結されたグリッパ１７の側方のカメラ用柱６０に第２のカメラ６２が設置されている。
【００５４】本実施の形態の第１のカメラ６１、第２のカメラ６２は、従来の技術で述べた目視観察を行うためのカメラと異り、図３で示すブロック図の構成にされ燃料移送クレーン１２に設けられている。すなわち、原子炉容器４の燃料集合体３の取替えおよび燃料棒集合体３上部の検査、燃料移送クレーン１２の制御位置等を行うために、第１のカメラ６１、第２のカメラ６２を設けると共に、燃料移送クレーン１２の下部に設けた照明用光源６４により、燃料構造体３上部の構造特徴部位の画像を採取する検出装置６３とを設けるようにしている。
【００５５】また、検出装置６３には、画像を採取するために、採取を行う構造特徴部位にカメラ６１，６２を向けるためのカメラ制御装置６５を設けるようにしている。また、検出装置６３で採取された構造特徴部位の画像情報６６は、検出装置６３から画像処理装置６７に送られ、検出装置６３から入力されて画像メモリ６８に記憶されている、構造特徴部位の画像情報から特徴部位の重心、中心位置、座標の算出又は欠落画像の修復および推定が行われる。
【００５６】このように、画像処理装置６７で画像処理された画像処理情報６９は、特徴部位の位置をリアルタイムで処理する信号処理装置７０に送られ、特徴部位の構造体からの絶対ズレ量が算出された座標情報７１にされて制御装置７２に送られ燃料移送クレーン１２のＸ，Ｙ（縦，横）方向の移動をパイロットによる手動又は自動により行うようにしている。
【００５７】また、前述した燃料構造体３上部の構造特徴部位の画像を採取する検出装置６３は、分離式とし、視野障害の無い位置に第２のカメラ６２を設置し、図４に示すように燃料移送クレーン１２下部に設けたレーザスリット等のレーザ光を燃料集合体３上部の上部ノズル２０等の構造物の特徴部位に照射し特徴部位の形状をプロファイル化する検出装置とした。
【００５８】即ち、図４（ａ）に示すように、レーザ光をシリンドリカルレンズ７４（かまぼこ型）の平面に照射することにより生成されるレーザスリット光７５にして、図４（ｂ）に示すように、リーフスプリング３５等の上部ノズル２０に照射し、図４（ｃ）に示すように上部ノズル２０に照射されているレーザスリット光７５を第２のカメラ６２により撮影することにより、図４（ｄ）に示すような特徴部位の形状を抽出して、上部ノズル２０がマストチューブ１５の下端に連結されているグリッパ１７に対して、どのような姿勢になっているかを検出することができる。
【００５９】即ち、図４（ｅ）に示すように、検出装置６３から入力された画像情報６６をプロファイル若しくは未形状の特徴部位のプロファイルされた画像に処理する画像処理装置６７を設け、燃料集合体３上部の上部ノズル２０の傾きや位置ずれ、高さずれおよび図３において説明したように欠落画像の修復、推定等をリアルタイムで処理する。画像処理装置６７からの傾き、位置ずれ、高さずれ情報と共に、修復画像処理情報６９が入力された信号処理装置７０は、その入力信号から信号と位置情報７６とを制御装置７２に送ることにより、グリッパー１７のガイドピン１８が上部ノズル２０の位置決め穴３３上方に位置するように配置することができる。
【００６０】また、前述した燃料構造体３の特徴部位の画像から特徴部位のみを抽出するようにした画像処理装置６７は、図５に示すように、燃料構造体３又は上部ノズル２０等の機器の構造体の形状が異なっても対称形を持つ形状の中心及び特徴部位の重心位置を検出するため画像処理ができる機能を付与し、対称面でない構造体では構造パターンの画像を予め持たせたライブラリ形状を有するものとしておき、カメラ６１，６２で撮影された生画像７７と固形登録メモリ７８に登録されているライブラリ形状との比較する機能によって、特徴部位の位置画像を処理する機能を有するものとした。
【００６１】さらに、本実施の形態の画像処理装置６７では、前述した画像処理装置６７と同様に特徴部位の損傷や欠落等を、図形登録メモリ７８に登録されたライブラリ形状比較処理して修復できるものとした。すなわち、画像処理装置６７では図形登録メモリ７８に、図５（ｃ）で示すような機器の正確な形状であるライブラリ図形を記憶させておき、カメラ６１，６２で撮影され、欠落部８０が生じている生画像７７をライブラリ図形７９と比較することにより図５（ｄ）で示すような修復画像処理情報６９にして信号処理装置７０に出力する。
【００６２】また、燃料集合体３の上部の構造体の特徴部位に対する画像から特徴抽出した特徴部位の位置をリアルタイムで処理する信号処理装置７０は、図６に示すように構造体の位置情報を処理しながら、第１および第２のカメラ６１，６２の撮像制御および照明用光源６４の光量制御を行う機能を設け、オペレータの自動監視制御と位置情報の提供を行う機能を有し、座標情報７１を制御装置７２に出力する。
【００６３】即ち、図７（ａ）に示すように、第１又は第２のカメラ６１，６２の撮影視野でありシリンダチューブ８１に撮影対象の構造体の一部分しか入らなかった場合、画像処理装置の中に組込まれているソフトの三点抽出法若しくは円近似法により、写し出される部分図８２から内挿により円の中心を推定して、カメラの撮影方向を制御することにより、図７（ｂ）に示すようにカメラの視野の中心に撮影を行う構造体の中心が来るようにカメラの撮像制御を行う。同様に撮影される構造体の映像の明暗に応じて照明用光源６４の光量制御を行って、構造体の中心の位置情報７６を制御装置７２に出力する。
【００６４】また、燃料集合体３の上部の構造体の特徴部位に対する画像から特徴抽出した特徴部位の位置情報７６は、信号処理装置７０から燃料移送クレーン１２の位置決めする制御装置７２に入力され、位置情報７６に基づき燃料移送クレーン１２は制御される。
【００６５】この制御装置７２は、複数体の燃料集合体３の情報を過去の履歴情報として記憶する機能を有しており、特定燃料集合体３への位置決め値と過去の位置決め値との比較照合を可能にし、その操作は、位置情報のモニターにより捜査員への助成制御、即ち、今回配置しようとする燃料集合体３の座標情報７１と前回座標情報７１とを、オペレータに伝達する半自動化制御とカメラにより検出された位置情報７６から燃料移送クレーン１２を操作して、燃料集合体３を最適装置への移送を行う完全自動化制御の機能を有する。
【００６６】制御装置７２から燃料移送クレーン１２に対しての移動情報（Ｘ，Ｙ座標値等）を出力する際、過去の情報（例えば前回定検時の燃料集合体３の座標（ｘ1 ，ｙ1 ））が今回燃料集合体３を移送しようとする座標（ｘ1 ′，ｙ1 ′）とを比較照合し、例えば、Δｘ＝ｘ1 ′−ｘ1 、Δｙ＝ｙ1 ′−ｙ1 におけるΔｘ，Δｙが設計的に定められているＫｘ，Ｋｙよりも大きい値となった場合等にはオペレータに異常情報を出力し、オペレータによる燃料移送クレーン１２の操作を支援するようにしている。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料クレーン位置検出装置は、燃料集合体を所望位置に移送する燃料移送クレーンに設置され、走行位置、マストチューブの高さ及び燃料集合体の座標位置を表示する位置表示器、燃料集合体の所望の座標位置へ燃料移送クレーンで移送し、マストチューブを昇降させる駆動装置、燃料集合体の上端に連結された上部ノズルと連結するフィンガー及び上部ノズル上方の位置決め穴に挿入させるガイドピンを設けたグリッパ、グリッパ下部プレート底面に設置され、上部ノズルの上面のリーフスプリングの最高位置部の検出範囲への送波時間からグリッパと上部ノズルとの相対位置を検出するセンサからなり、送波時間が最小になるまで燃料移送クレーンを微小走行させて、上部ノズルの鉛直上方にグリッパが配置、位置決めし、ガイドピンを位置決め穴に挿入させ燃料移送クレーンと燃料集合体とを連結するものとした。
【００６８】これにより、燃料集合体と燃料移送クレーンとを連結するグリッパと上部ノズルとの連結位置に燃料移送クレーンを配置する操作が容易になり、燃料移送クレーンの操作に熟練オペレータを必要とせず確実に燃料移送クレーンを連結位置合わせができ、燃料集合体と燃料移送クレーンとは確実に連結され、位置合わせの時間を大幅に短縮でき、然もオペレータの負担を低減できる。また、双眼鏡等により位置合わせ状況を監視し、オペレータにグリッパ、上部ノズルの各配置状況等を連絡する監視員の配置が不要になり、燃料集合体と燃料移送クレーンとが確実に連結でき燃料移送クレーン等に片加重の発生がなく、燃料集合体を規定された位置に安全且つ確実に移送できる。また、グリッパと上部ノズルとの位置合わせが、グリッパの下部プレート底面にセンサを配置するだけでできるため、簡素な構成にできる。
【００６９】また、本発明の上述した燃料クレーン位置検出装置を使用しグリッパと上部ノズルとの位置合わせする方法は、センサをグリッパの下部プレート底面に設置する工程と、駆動装置により吊り上げる燃料集合体の鉛直上方に燃料移送クレーンを走行させる工程、駆動装置でマストチューブを降下させ、グリッパを上部ノズルと非接触高さまで降下させる工程、センサからリーフスプリングの最高位置の検出範囲に振動波を照射し反射波を受波し走波時間を検出する工程、走波時間が最も短くなる位置に燃料移送クレーンを微小走行させガイドピンを位置決め穴の鉛直上方に配置する工程、位置決め穴の鉛直上方のグリッパを更に降下させ、ガイドピンを位置決め穴に挿入しグリッパに設けた爪を上部ノズルに係合させ燃料集合体を燃料移送クレーンにより吊り上げ可能にする工程とからなる。
【００７０】これにより、上述と同様な作用、効果を奏することができる。
【００７１】また、本発明の燃料クレーン位置検出装置は、燃料移送クレーンと燃料集合体とを結合する部分のグリッパ及び上部ノズルとからなる上部構造体の平面上の相対位置、側面上の相対位置を撮影する２台のカメラ及び照明装置とからなる検出装置、カメラ画像から上部構造体の特徴部位を抽出する画像処理装置、抽出された特徴部位を処理し燃料移送クレーンと燃料集合体と位置ずれを算出する信号処理装置、位置ずれを修正した座標情報から燃料移送クレーンを燃料集合体の上方に位置決めする制御装置とからなる。
【００７２】このように、燃料移送クレーンと燃料集合体とを連結する上部構造体の位置ずれを画像で検出し、この画像から画像処理装置で上部構造体の特徴部位を抽出し、抽出した特徴部位を信号処理装置で処理し上部構造体の相対的位置ずれを算出し相対的位置ずれのない座標情報に修正し、修正座標情報により制御装置で燃料移送クレーンの操作により、上部構造体のグリッパ及び上部ノズルは、平面、側面の相対位置を位置ずれのない高精度位置に配置できる。
【００７３】また、本発明の燃料クレーン位置検出装置は、照明装置にレーザ光を使用し、レーザ光を上部構造体の特徴部位に照射し特徴部位形状をプロファイル化し、画像処理装置がプロファイル化され、又は未形状の特徴部位の画像処理ができ、信号処理装置で上部構造体の傾き、位置、高さずれをリアルタイムで処理でき、制御装置でリアルタイム処理した座標情報により燃料移送クレーンを燃料集合体の鉛直上方に位置決めするものとした。
【００７４】このように、照明装置に直進性に優れるレーザ光を使用し、上部構造体の特徴部位を検出するので、特徴部位の形状を鮮明にしたプロファイル化ができ、プロファイル化、又は未形状の特徴部位の画像処理を画像処理装置で行ない、上部構造体の傾き、位置、高さずれを信号処理装置でリアルタイムで処理でき、このリアルタイム処理した座標情報を使って制御装置により、燃料移送クレーンを操作し上部構造体のグリッパ及び上部ノズルの位置決めをより精度の高いものにできる。
【００７５】また、本発明の燃料クレーン位置検出装置は、画像処理装置が上部構造体の形状が異なり、対称形上部構造体では形状の中心、抽出した特徴部位の重心位置を検出する機能を有し、非対称形上部構造体では構造パターンの画像を予め有し、検出画像との比較処理して特徴部位の位置画像を処理するとともに、特徴部位の損傷、欠落を修復して特徴部位の重心位置、構造パターンの画像との比較から検出できるものとした。
【００７６】このように、画像処理装置にライブラリ機能を持たせたので、上部構造体の形状が変わっても、対称形上部構造体では形状の中心、抽出特徴部位の重心位置を検出でき、非対称形上部構造体では準備した構造パターンと検出画像との比較処理により、特徴部位の位置画像が処理でき、特徴部位の損傷、欠落のあっても特徴部位の重心位置、形状を検出できるので、グリッパ及び上部ノズルの位置決めをより精度の高いものにできる。
【００７７】また、本発明の燃料クレーン位置検出装置は、信号処理装置が上部構造体の位置情報を処理しながら、検出装置のカメラの撮影制御及び照明装置の光量制御機能を備え、燃料移送クレーンを操作するオペレータへの自動監視制御と位置情報を提供できるものとした。
【００７８】このように、上部構造体全体がカメラ視野内に入らない場合でも、カメラ視野内の部分画像から画像処理装置のソフトにより、上部構造体の中心位置を推定し中心位置に向けて撮影ができ、又は光量制御により明瞭にした上部構造体全体の形状をオペレータの自動監視制御と位置情報確認を提供でき、グリッパ及び上部ノズルの位置決めをより精度の高いものにできる。
【００７９】また、本発明の燃料クレーン位置検出装置は、制御装置が複数体の燃料集合体の位置情報を過去の履歴情報として記憶できるとともに、特定燃料集合体の新しい位置決め値と過去の位置決め値との比較照合を可能にし、特定燃料集合体を移送するとき位置情報のモニターにより、オペレータへの助成である半自動制御と検出装置のカメラによる位置検出情報による完全自動化制御とが行なえるものとした。
【００８０】このように、移送される燃料集合体が元の場所と極端に異なる位置に再配置されることを防止でき、各燃料集合体は環境が略一定した場所に設置され、反応を略一定したものにできる。また、カメラにより検出された各燃料集合体の位置情報から、各燃料集合体を最適位置に設置できる完全自動化が行なえる。
【出願人】 【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【出願日】 平成１３年１月１７日（２００１．１．１７）
【代理人】 【識別番号】１０００６９２４６
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 新
【公開番号】 特開２００２−２１４３８３（Ｐ２００２−２１４３８３Ａ）
【公開日】 平成１４年７月３１日（２００２．７．３１）
【出願番号】 特願２００１−９４５９（Ｐ２００１−９４５９）