JPH0126481B2 - - Google Patents

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JPH0126481B2
JPH0126481B2 JP57135264A JP13526482A JPH0126481B2 JP H0126481 B2 JPH0126481 B2 JP H0126481B2 JP 57135264 A JP57135264 A JP 57135264A JP 13526482 A JP13526482 A JP 13526482A JP H0126481 B2 JPH0126481 B2 JP H0126481B2
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JP
Japan
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tube
reference point
video camera
line
operator
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JP57135264A
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JPS5833105A (ja
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Harorudo Sutaajisu Junia Robaato
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Westinghouse Electric Corp
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Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of JPS5833105A publication Critical patent/JPS5833105A/ja
Publication of JPH0126481B2 publication Critical patent/JPH0126481B2/ja
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/002—Component parts or details of steam boilers specially adapted for nuclear steam generators, e.g. maintenance, repairing or inspecting equipment not otherwise provided for
    • F22B37/003—Maintenance, repairing or inspecting equipment positioned in or via the headers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空間領域内において或る特別の要素
を探知し、該特別の要素の相対位置を例えば該空
間領域内においてのＸ、Ｙ座標により表わす出力
信号を発する装置に関するものである。より詳細
には、本発明は、原子力蒸気発生器の１つの管を
視準し、多数の同様の管から成る管群内において
の該１つの管の座標を与える装置に関するもので
ある。
従来技術に見られる原子力蒸気発生器６０は、
第３Ａ図〜第３Ｃ図に示され、垂直に方向決めさ
れた非常に多数のＵ字管３２からなる管群を備え
ている。Ｕ字管３２は蒸気発生器６０の円筒部分
４６中に配され、蒸気発生器６０の底部端は、放
射線を閉じこめるためのハウジング即ちチヤネル
ヘツド４８に組合され、チヤネルヘツド４８は典
型的には第３Ａ図に示すように半球状のボウルな
いしは底部４９を備えている。チヤネルヘツド４
８は垂直壁５０によつて、普通に高温脚部５８と
称される第１部分と、低温脚部５６と称される第
２部分とに区画されている。第３Ａ図〜第３Ｃ図
に一般に示すように、第１の管即ち入口管５２は
高温の蒸気を高温脚部５８に供給し、出口管５４
は低温脚部５６に連結されている。高温脚部５８
に流入する高温の蒸気は、多数のＵ字管３２の露
呈された開口部に流入し、Ｕ字管３２を通り、低
温脚部５６中に導かれる。第３Ａ図〜第３Ｃ図に
示すように、Ｕ字管３２の蒸気入口は、第１の半
円形管板部分３８ａの通孔中に支持されており、
Ｕ字管３２の排出開口は第２の半円形管板部分３
８ｂの通孔中に支持されている。管板部分３８
ａ，３８ｂは集合的に管板と呼ばれている。
原子炉の蒸気発生器の保守には、Ｕ字管の目視
チエツクを必要とし、このチエツクは米国特許第
3041493号明細書に記載されたように放射線閉じ
込めハウジング中にビデオカメラを配することに
より安全なしかたで行なうことができ、それによ
り作業員はビデオカメラをいろいろの方向に方向
決めし、ハウジング内部を目視チエツクすること
ができる。ビデオカメラは、上記米国特許明細書
に記載されたようにハウジング中に配されて回動
され、ビデオ信号を生成させ、これらの信号はハ
ウジングの外部に転送され、適宜のCRTモニタ
ー上において見ることができる。そのため作業員
は、ハウジング中に存する強力な放射線に照射さ
れない。
多数のＵ字管３２の保守は、典型的には、欠陥
のあるＵ字管即ち放射性を帯びた水がそれから逃
れることができる開口のあるＵ字管３２の両端を
閉塞することにより、そのＵ字管を不使用状態に
することによつて行なわれる。Ｕ字管両端の閉塞
即ちプラツギングは、欠陥Ｕ字管３２の一端をシ
ールするために作業員がチヤネルヘツド４８の高
温脚部５８に入り、次にその他端をシールするた
めにチヤネルヘツド４８の低温脚部５６に入るこ
とによつて行なわれる。この目的のためにポート
ないしはマンホール６２，６４が設けてあり、作
業員はこれらのマンホールにより高温脚部５８及
び低温脚部５６に入ることができる。プラツギン
グは、欠陥Ｕ字管３２の先端を先ず識別し、次に
一端から他端にかけてテーパー状になつた円筒形
の爆薬形端栓を挿入することによつて行なわれ
る。端栓は欠陥Ｕ字管３２の開口に挿入され、作
業員がチヤネルヘツド４８を立去つた後に端栓を
爆発してＵ字管３２のその先端をシールする。Ｕ
字管の管端をシールするためにプラツギング以外
の方法例えば溶接法を利用し得る。作業員は次に
欠陥Ｕ字管３２の他端を探知し、上述したように
してその他端をシールする。第３Ｂ図、第３Ｃ図
に示すように、マンホール５２，５４は垂直壁５
０に対し約45゜に、第３Ｃ図に示す態様で配向さ
れ、また水平な管板の管板面３８に対し約45゜に、
第３Ｂ図に示す態様で配向されている。実際の例
ではチヤネルヘツドは直径3.03m（10フイート）
のオーダーであり、マンホール５２，５４は40.6
cm（16インチ）の直径を有し、入口管５２及び出
口管５４は0.91m（３フイート）の直径を有する。
Ｕ字管３２の先端をふさぐことが困難なのは、
普通は3500〜4500本もの非常に多数のＵ字管３２
があるためである。典型的には、蒸気発生器６０
の円筒部分４６中において観察し、欠陥Ｕ字管を
探知し、Ｕ字管群内の位置を行と列により確認す
る。作業員は次にチヤネルヘツド４８に入り、欠
陥のあることが分かつた管群中のＵ字管３２まで
の行と列とを数えることにより、そのＵ字管３２
を探知する。チヤネルヘツド４８内に存する諸条
件の下で特別の欠陥Ｕ字管３２を探知すること
は、非常に手間のかかる作業である。普通はチヤ
ネルヘツド４８内の温度は49゜〜54℃（120゜〜130
〓）であり、湿度は100％である。また１時間当
り10〜50ラドにもなる放射線が存在する。作業員
の被曝レベルを安全値に保つために、作業員がチ
ヤネルヘツド４８に滞在し得る最大の時間はわず
か５〜10分である。この条件においての作業員の
誤りは重大である。欠陥Ｕ字管３２を識別する別
の方法によれば、作業員が認識し得る記号を備え
た銘板が各々のＵ字管３２に固着される。しか
し、Ｕ字管をこのように識別し、作業員が列及び
行を数えることによりＵ字管を探知する場合、作
業員は高レベルの放射線に曝されるので、この被
曝レベルを低くすることが望まれている。
光学的な種々のマツピング装置が従来から提案
され、これらのマツピング装置は、同様な管の存
在する領域内の或る特別の管を探知し易くするよ
うにチヤネルヘツド中に配設される。典型的には
レーザーなどの光源がチヤネルヘツドの床面上に
取付けられ、管３２の先端群がある管板の方に向
けられる。レーザーは作業員又はコンピユーター
遠隔制御により方向を変えることができるため、
投射されたビームは特別の管に入射し、その管を
作業員に対して識別する。レーザーは作業員によ
り方向決めされ、或る特別の管に指向されること
ができる。ビデオカメラも管群を見るようにチヤ
ネルヘツド中に配され、作業員はレーザーを方向
決めして、そのビームを問題の管に入射させるこ
とができる。レーザー又は光源は適宜の位置セン
サーに接続され、それらの位置センサーはレーザ
ービームの方向を表わす出力信号を出し、それら
の出力信号は識別された管の座標を与えるために
使用される。しかし、管が光線を反射するように
管をしつかりとふさがない限り、管の中心からビ
ームが反射されるようにできないため、どの管に
光点が入射したか否かについて作業員が誤つた判
断をすることがある。また、ビデオカメラに別に
サーボ制御部を設けない限り、作業員は、光源だ
けでなく、ビデオカメラも方向決めしなければな
らない。
米国特許第4146924号明細書には、複数のビデ
オカメラを使用してその出力信号をコンピユータ
ーに加え、領域内にあるビデオカメラにより視準
された物体の１組の座標をそのコンピユーターに
より計算するようにしたシステムが開示されてい
る。このシステムの操作には、少くとも２台のビ
デオカメラを使用し、可視型のプログラミング装
置を用意することが明らかに必要であり、それに
よつて物体の座標位置を計算することができる。
従つて本発明の目的は、従来の装置の欠陥を克
服するための、複数の要素中の或る一つの要素を
マツピングし識別する改良された装置を提供する
ことにある。
この目的から、本発明は、第１基準点、第２基
準点及び第３基準点を有する領域内に配置され、
該領域におけるＸ及びＹ座標の値によつて位置が
確定される複数の要素のうちの一要素を識別する
識別装置であつて、前記複数の要素のうちの一要
素と交差する視準線を画定し、該視準線が前記複
数の要素のうちどの一要素とも交差するように作
業員により操作可能に取り付けられ、前記領域に
対し或る未知の位置に可変に配設することがで
き、それにより前記未知の位置と前記領域の前記
第１基準点、第２基準点及び第３基準点との間に
基準線を形成する、視準装置と、前記視準線及び
前記基準線の間の角度を表す角度信号を発信する
ために前記視準装置に結合された方向検出装置
と、前記角度信号に応答し、前記視準装置により
視準された前記一要素の前記領域内における位置
を識別するためのデータ処理装置であつて、前記
視準線と交差する前記一要素のＸ、Ｙ座標を同定
する信号を前記角度信号に応答して発生する信号
発生手段と、前記視準線が前記第１基準点、第２
基準点及び第３基準点とそれぞれ交差する時に前
記方向検出装置から得られる角度信号に応答し
て、前記第１基準点、第２基準点及び第３基準点
によつて画成される前記領域の平面の、前記視準
装置に関する相対位置を決定する位置決定手段と
を含む、前記データ処理装置と、を備える要素識
別装置に存する。
本発明の代表的な実施例による要素識別装置
は、危険な環境即ち高レベルの放射線が存在する
環境中におかれた物体を識別するものであり、視
準装置は、該環境中におかれたビデオカメラでよ
く、該環境の外部には、陰極線管（CRT）から
なるデイスプレイ装置が配置されている。作業員
は、ビデオカメラが見た像をCRT上において観
察し、視準される領域とビデオカメラとの間の十
字線によりビデオカメラを視準し、CRT上にお
いて観察される要素に十字線を合致させた時に方
向検出装置の出力が当該要素の位置を高精度で識
別できるようにする。
作動に当り要素識別装置は、全て同一平面内に
ある多数の要素から成る要素群に対して可変に位
置される。視準装置は、既知の平面内にある少く
とも３つの要素に対し整列され、かくして視準装
置と３つの要素との間の対応基準線が限定され
る。次に、上記平面に含まれる位置が未知の別の
要素に関して、視準装置を整列させ、それ等の間
に基準線を設定する。新しい基準線の位置を表わ
す出力信号が方向検出装置により与えられ、それ
により上記平面内においての上記未知の要素の位
置特に座標位置が定められる。特別の実施態様に
よれば、ビデオカメラに接続したレゾルバーから
なる方向検出装置の出力信号は、コンピユーター
に入力され、そのコンピユーターは、管板の平面
内における蒸気発生器の管の列及び行に対応する
Ｘ座標及びＹ座標を計算する。
次に、図面に示した本発明の好ましい実施例に
ついて更に詳述する。
図面特に第１図には、ビデオカメラ１２を含む
識別装置１０が示され、ビデオカメラ１２は、第
１軸であるＹ軸１３及びＹ軸１３と直角の第２軸
であるＸ軸１５の回りに回動自在にジンバル上に
当該技術分野で既知のように取付けられている
（第５図、第６図参照）。そのためビデオカメラ１
２は第３Ａ図〜第３Ｃ図に示すような複数の管３
２の任意のものを視準するように可変に配置する
ことができる。本発明の代表的な実施例によれ
ば、要素即ち管３２は蒸気発生器６０の一部であ
り（第３Ａ〜３Ｃ図、第４図参照）、高度に放射
性をもつた閉じ込められた領域であるチヤネルヘ
ツド４８中に配置されている。この実施例ではビ
デオカメラ１２はノズルカバー又はマンホールに
関係した取付具上に取付けるか又はチヤネルヘツ
ド４８の底部に配設する。ビデオカメラ１２は、
第１図、第５図に示すように、ジンバルモーター
に組み合わされており、ジンバルモーターは第１
図では参照数字１８により表わされているが、第
５図ではより特定的に、Ｙ軸１３の回りにビデオ
カメラ１２をパンニングするための第１ジンバル
モーター１８ａ及びＸ軸１５の回りにビデオカメ
ラ１２をテイルテイングさせるための第２ジンバ
ルモーター１８ｂから成つている。ジンバルモー
ター１８ａ，１８ｂは一例として、制御部２８に
より発生させたデジタル形の制御信号により駆動
され、軸１３，１５の回りの全回動角に亘り少く
とも１／1000の精度の解像度まで、制御部２８か
ら導出された制御信号に増分的に応答する。後か
ら説明するように、領域又は管群３８を走査し、
最も傾斜した角度にある要素即ち第５図に示すよ
うに領域３８の遠い隅部にある要素上にビデオカ
メラ１２を最も正確に視準することが必要であ
る。
第１図、第５図に示すように、ビデオカメラ１
２はレンズ１４に組合されており、レンズ１４は
第２図に示すように十字線１６を備えている。第
２図はビデオカメラ１２が見た像のデイスプレイ
された像を示している。第１図に示すように、ビ
デオカメラ１２からのビデオ出力信号は１組のビ
デオカメラ制御部２６に入力され、ビデオカメラ
制御部２６は、ビデオカメラ１２が視準した像を
デイスプレイするためのCRT２４の形の典型的
なモニターに信号を送出する。この像２４′は第
２図に示され、管３２の領域３８をビデオカメラ
１２が視準する時にビデオカメラ１２が見る視野
を示している。第２図に示すように、座標（Ｘ、
Ｙ）をもつた１つの管３２が視準される。即ちビ
デオカメラ１２は、座標（Ｘ、Ｙ）の管３２
（Ｘ、Ｙ）に十字線１６ａ，１６ｂの交点ないし
は中心点１６ｃが正確に合致するように操向ない
しは調節自在に配置される。また領域３８内の視
準された管３２（Ｘ、Ｙ）の座標位置を指示する
１組のオーバレイ信号も、像２４′上にデイスプ
レイされる。第２図に示すように、視準された管
３２（Ｘ、Ｙ）の座標値はＸ＝０、Ｙ＝０であ
る。後に説明するようにマイクロプロセツサー２
２はこれらのオーバレイ信号を発生させてモニタ
ー用のCRT２４に出力する。
ジンバルモーター１８（１８ａ，１８ｂ）は、
第１図、第５図に示すように、Ｘ軸１５及びＹ軸
１３に対するビデオカメラ１２の回転角度を表わ
す出力信号をマイクロプロセツサー２２に供給す
るための対応のジンバル角度センサー２０（２０
ａ，２０ｂ）に組み合わされている。より詳細に
は、ジンバル角度センサー２０ａは、ジンバルモ
ーター１８ａと組み合わされ、Ｘ軸１５の回りに
回動される時のビデオカメラ１２の視準線と基準
線との間のパンニング角度θを測定する。同様に
ジンバル角度センサー２０ｂは、ジンバルモータ
ー１８ｂに組み合わされ、Ｙ軸１３の回りに回動
される時のビデオカメラ１２の視準線と基準線と
の間のテイルテイング角度φを測定する。第１図
に示すようにパンニング角度θとテイルテイング
角度φを表わす出力信号はマイクロプロセツサー
２２に供給される。ジンバル角度センサー２０
ａ，２０ｂは位相ずれのある正弦波の形のアナロ
グ出力信号を与えるレゾルバーでよく、位相ずれ
は回転角度θ，φにそれぞれ等しい。ジンバル角
度センサー２０ａ，２０ｂの出力信号はデジタル
変換器１９に加えられ、変換器１９は一例として
12ビツトのデジタル出力信号を送出し、その出力
信号は入出力装置２１に、次いでマイクロプロセ
ツサー２２に供給される。
マイクロプロセツサー２２は、代表的にはラン
ダムアクセスメモリ（RAM）を含むプログラマ
ブルメモリを、当該技術において周知のように含
み、このメモリは、パンニング角度θ及びテイル
テイング角度φを表わす入力信号をビデオカメラ
１２が視準した領域３８中の未知の管３２の行と
列の指標即ち座標を表わす出力表現に変換するた
めのプログラムを備えている。視準された管３２
の行と列の座標を与えるには、マイクロプロセツ
サー２２は、管群の面又は管板の面、即ち第５図
に示す管３２の先端により限定される面を識別装
置１０に対し最初に限定ないしは位置決めしなけ
ればならない。この目的のためにビデオカメラ１
２は少くとも３個のデータ基準点ないしは既知点
PT1，PT2，PT3上に視準される。これらの点
は、管３２の領域即ち管板面３８の隅角にある管
３４，３６，４０であつてもよい。第５図、第６
図に示すように、これらの点PT1，PT2，PT3は
固定点ないしは既知点であり、それらの間の距離
d12，d13，d23は既知である。本発明の重要な点
は、識別装置１０が管板面３８に対するいろいろ
の位置のうちどの１つの位置にあつてもよいこと
である。これは識別装置１０が典型的にはチヤネ
ルヘツド４８中に急いでおかれること、即ち作業
員が第４図に示すマンホール６２を開放し、管板
面３８に対する相対位置について大きな注意を払
うことなく急いでチヤネルヘツド４８の床面或い
は底面上にそれをおくことのために重要である。
後から説明するようにビデオカメラ１２は、管３
４，３６，４０の既知の端部により形成される既
知点PT1，PT2，PT3上に視準され、かくして管
板面３８に対する識別装置１０の相対位置が確立
される。この目的でビデオカメラ１２は３つの基
準線３４′，３６′，４０′に沿い視準される。こ
れらの基準線は、管板面３８に対する識別装置１
０の相対位置を高精度で限定する基準ベクトル又
は単位ベクトルを確立する。以下に詳述するよう
に、マイクロプロセツサー２２は、ジンバル角度
センサー２０ａ，２０ｂからそれぞれ導出された
角度θ1，φ1；θ2，φ2；θ3，φ3を表わす出力信号組
を利用して、基準線３４′，３６′，４０′に沿い
既知点PT1，PT2，PT3の方にそれぞれ向かう基
準ベクトル又は単位ベクトルを限定する。その後
に作業員は未知点PTiにある未知の管を視準する
ためにビデオカメラ１２を視準線４２′に沿い方
向決めする。センサー２０ａ，２０ｂから導出さ
れた出力信号θi，φiは、視準線４２′に沿うベク
トルを限定するので、マイクロプロセツサー２２
は、未知点PTiにあるその未知の管３２のＸ、Ｙ
座標として位置計算をすることができる。マイク
ロプロセツサー２２は第２図に示すようにこれら
の座標の計算された数値をCRT２４上にスーパ
ーインポーズする。
更に第１図に示すように、管板面３８中の任意
の要素即ち管３２を視準線４２′に沿い視準する
ようにビデオカメラ１２を方向決めするための適
切な方向決め装置が設けられる。この目的で、ビ
デオカメラ１２を選択的に方向決めするために作
業員が容易に掴むことができる操縦かん３０の形
の適当な制御装置が設けられている。操縦かん３
０により供与された位置決め制御信号は制御部２
８に供給され、制御部２８は、ビデオカメラ１２
を移動即ちＹ軸１３及び（又は）Ｘ軸１５の回り
の両方向にビデオカメラ１２を回動させるための
信号をジンバルモーター１８ａ，１８ｂに出力す
る。以上の説明からわかるように、作業員は、十
字線１６の中心点１６ｃが問題の要素即ち管３２
に整列されるまでCRT２４の像２４′を見ながら
操縦かん３０を操作する。この点ではデイスプレ
イされた座標位置は管３２の正確な座標位置を作
業員に指示する。その後に作業員はチヤネルヘツ
ド４８内の放射性領域に入り、識別された管３２
に向かつて直接に進むことができる。XY直角座
標系以外のどの座標系も本発明の範囲内にて使用
することができる。
管３２がビデオカメラ１２から遮へいされてい
る場合には、視準点を有するターゲツトを、該視
準点がビデオカメラ１２により直接見られるよう
に管３２に取り付けることができる。視準点は視
準すべき管３２に対し或る固定的な関係をもたね
ばならない。オフセツトとしてのその関係は、マ
イクロプロセツサー２２に入力することができ、
それによりマイクロプロセツサー２２は被視準管
３２の視準点に基づいて、既知のオフセツトを加
えることにより、被視準管３２の座標位置がすみ
やかに計算され、CRT２４上にデイスプレイさ
れる。代表的な例によれば、ターゲツトは、管３
２の先端の近くに同心状に取り付けた既知半径の
シリンダーで形成することができる。この場合に
はオフセツトは半径に等しいので、シリンダー縁
上に作業員がビデオカメラ１２を視準するとマイ
クロプロセツサー２２は、シリンダー縁の視準に
基づいてシリンダー半径を計算された位置に加え
ることにより、管３２自身の正確な座標位置を与
える。同様に手持ちプローブ又はターゲツトを管
３２の先端に挿入し、それにより作業員が手持ち
プローブ上にビデオカメラ１２を視準できるよう
にしてもよい。プロープを管３２の周面に整列さ
せ、マイクロプロセツサー２２により使用される
べきオフセツトを管半径に対応させることによ
り、管の中心の座標位置が容易に計算できるよう
にすることも考えられる。
本発明の代表的な実施例において、ビデオカメ
ラ１２及びビデオカメラ制御部２６は、ソニー株
式会社により型式名AVC7400の下に製造されて
いるビジコン型のものでよく、Ｙ軸１３及びＸ軸
１５の回りに回動させるためのジンバル取付け部
及びジンバルモーター１８は、クリフトン・プレ
シイジヨン（Clifton Precision）社により商品
名No.08DM―１の下に製造されている装置でよ
く、十字線１６付きのレンズ１４はビコン
（Vicon）社により商品名No.V11.5―90MSの下に
製造されているズームレンズでよく、ジンバル角
度センサー及びデジタル変換器１９はコンピユー
ター・コンバーシヨン社（Computer
Conversion Company）によりそれぞれ商品名
No.R90―11―AE及びNo.DS90DB―12の下に製造
されているレゾルバー及び変換器でよく、入出力
装置２１は、インタラクチイブ・ストラクチユア
ー（Interactive Structures）により商品名No.
DIφ9の下に製造されているものでよく、マイク
ロプロセツサー２２はアツプル・コンピユーター
（Apple Computer）により商品名No.A2S1048の
下に製造されているアツプルプラスマイクロプ
ロセツサーでよく、また制御部２８及び操縦かん
３０はT.G.プロダクツ社により製造されている
上記アツプルと両立可能な操縦かんとしてよい。
管板面３８に関する識別装置１０の相対位置の
決定と、その後の、管板面３８中の座標値として
の未知点PTiの位置の識別とについて、以下に説
明する。後述のいろいろの決定及び計算は、以上
の説明からわかるように、マイクロプロセツサー
２２のRAM中に格納されたプログラムによつて
行なわれる。最初は、第６図に示した既知点
PT1，PT2，PT3により規定される管板面３８に
対する識別装置１０の相対位置は未知である。識
別装置１０のこの相対位置を定めるために、基準
線３４′，３６′，４０′に沿つて既知点PT1，
PT2，PT3上にビデオカメラを視準する。(イ)基準
線３４′を規定するためのθ1，φ1(ロ)基準線３６′を
規定するためのθ2，φ2、(ハ)基準線４０′を規定す
るためのθ3，φ3、の３組のカメラ角度によつて、
各々の基準線が規定される。これらの角度及び基
準線３４′，３６′，４０′′は次の変換に従つて単
位ベクトルｅ→1，ｅ→2，ｅ→3に変換される。
ｅ→1＝（eix、eiy、eiz） (1) 変換式(1)から明らかなように、いかなる単位ベ
クトルも、第６図に示すようにＸ軸、Ｙ軸及びＺ
軸に沿うその成分によつて定義できる。ベクトル
ｅ→iのＸ、Ｙ、Ｚ成分eix、eiy、eizは次式によつて
表わされる。
eix＝sin2φicosθi eiy＝sin2φisinθi (2) eiz＝cos2φi 以上に限定された単位ベクトルｅ→1、ｅ→2、ｅ→3
は無次元であり、ビデオカメラ１２から各々の既
知点PT1，PT2，PT3に至る距離を規定するに
は、長さ掛算子ないしはスカラーλ1、λ2、λ3を第
６図に示すように定義する。即ち座標位置（０、
０、０）から既知点PT1に至るベクトルはλ1、e1
である。ベクトル表記法に従つて、既知点PT1，
PT2間の距離d12、既知点PT1，PT3間の距離d13、
及び既知点PT3，PT2間の距離d23は、次式によ
り定義される。
｜λ1ｅ→1−λ2ｅ→2｜＝d12 ｜λ1ｅ→1−λ3ｅ→3｜＝d13 (3) ｜λ2ｅ→2−λ3ｅ→3｜＝d23 変換式(3)においてλ1、λ2、λ3は未知であるが、
距離d12，d13，d23は、管３２の管板面３８の既知
形状から測定できる。明らかなように、式(3)を
λ1、λ2、λ3について解くことができ、それにより
管板面３８のビデオカメラ１２に対する相対位置
を限定でき、未知の管３２に対応する任意の未知
点PTiがベクトルλ1ｅ→1、λ2ｅ→2、λ3ｅ→3（基準
線３
４′，３６′，４０′に沿つたベクトル）の線形組
合せに従つて、次式により位置決めされ限定され
る。
Ｐ→Ti＝Ｐ→T1α1i＋Ｐ→T2α2i＋Ｐ→T3α3i (4) ここにＰ→T1はベクトルλiｅ→iに対応するベクト
ル、Ｐ→Tiはλ1ｅ→1に対応するベクトルを示し、
α1i、α2i、α3iは、管板面３８の未知点PTiまでの
基準線４２′に沿つたベクトルＰ→Tiを定義する１
組の線形スカラーである。変換式(4)は次のように
も表現される。
Ｐ→Ti＝〔PT1、PT2、PT3〕α→i＝Ｐα→i(5) ここにα→iはα1i、α2i、α3iのスカラー組、Ｐは
演
算子、項Pαiは未知点PTiの方に向かうベクトル
を定義する。各々の点PT1，PT2，PT3が管板面
３８中にある特別の場合に次の式が成立する。
αi1＋αi2＋αi3＝１ (6) ベクトルPTiを規定する式(4)はベクトル記号λi
eiにより次のように定義される。
λiｅ→i＝αi1λ1ｅ→1＋αi2λ2ｅ→2＋αi3λ3ｅ
→3(7) 未知点PTiへのベクトルは、行列演算子Ｌによ
り次のようにも限定される。
λiｅ→i＝〔λ1ｅ→1、λ2ｅ→2、λ3ｅ→3〕α1＝
Ｌα→i(8) ここに行列演算子Ｌは次のように表現される。
ここにeix、eiy、eizは各々の単位ベクトルｅ→1、
ｅ→2、ｅ→3のＸ、Ｙ、Ｚ成分である。
第６図に示す視準線４２′に沿う単位ベクトル
eiは、次式(10) に従つてベクトル信号λiｅ→iを正規化することによ
つて得られる。
ビデオカメラ１２が未知点PTiに向かう視準線
４２′に沿い視準するように配置された時に角度
φi，θiの値をそれぞれ表わす角度センサー２０
ａ，２０ｂの出力信号は、測定される変量であ
り、これらの変量は、角度変換に対する次の逆ベ
クトルを用いることにより、次式(11)、(12) φi＝１／２cos-1eiz (11) θi＝sgn（eiy）cos-1eix／（eix 2＋eiy 2）1/2 (12) を規定するために用いられる。
式(11)、(12)は、未知点PTiの方に向かう単位ベク
トルｅ→iのＸ、Ｙ、Ｚ成分にθi，φiを表わす角度セ
ンサー２０ａ，２０ｂの出力信号を直接に関連さ
せる。また式(11)、(12)は、管板面３８に対する識別
装置１０の相対位置を示し、特に未知点PTiの単
位ベクトルｅ→iの方向を示す。
次に、未知点PTiに指向し測定された角度φi，
θiから導出される単位ベクトルｅ→iを、管板面３８
中においての未知の管３２の１組の座標位置例え
ばＸ、Ｙ座標又は行及び列の位置に変換すること
が必要になる。この目的のため、次式(13) ｅ→i＝β1iλ1ｅ→1＋β2iλ2ｅ→2＋β3iλ3ｅ→3(
13) のように管板面３８においての未知点PTiの座標
位置に関連されるβスカラーに従つて単位ベクト
ルｅ→iを規定する。
式(13)は、基準単位ベクトルｅ→1、ｅ→2、ｅ→3及
び
λ1、λ2、λ3の値によりベクトルｅ→iを定義する。
基準単位ベクトルｅ→1、ｅ→2、ｅ→3は、センサー２
０から得られた３組の角度φ1，θ1；φ2，θ2；φ3，
θ3によりそれぞれ定義される。３つの式(3)及びこ
れから述べる式（20）、（21）、（22）を連立方程式
として解くことにより、λ1、λ2、λ3の値が導出さ
れる。明らかなようにλ1、λ2、λ3は、第６図に示
す既知の距離d12，d23，d13及び測定された角度
φ1，θ1；φ2，θ2；φ3，θ3の組の関数である。βは
角度φi，θiにより限定される単位ベクトルｅ→iに角
度φ1，θ1；φ2，θ2；φ3，θ3及びλ1、λ2、λ3を
関連
させるスカラー量の組である。
上式(8)、(9)に示した行列演算子Ｌの定義に留意
して、式（13）に示した各々の変換式は行列演算
子Ｌの逆数即ちL-1により割算され、次式（14）
が導かれる。
βi＝L-1ｅ→i (14) ここにβiは次式（15）により定義される。
βi＝〔β1i、β2i、β3i〕 (15) 次に次式(16) により、ベクトルβ1i、β2i、β3iの先端が管板面３
８内にある特別の場合にスカラー演算子βiを変換
する。
式(16)の分母は次式(17)3 〓 〓j=1 βji＝β1i／β1i＋β2i＋β3i＋β2i／β1i＋β2i
＋β3i＋β3i／β1i＋β2i＋β3i(17) に従つた加算を表わしている。
式（16）によるスカラーβiからβ1 iへの変換によ
り次式（18） β1i＋β2i＋β3i＝１ (18) の条件が確実に満たされると共に、ベクトルｅ→i
により定義される全ての点は管板面３８にあるよ
うに強制される。このようにβ1 iは、φi，θiの値と
式（13）から得た３つの次元のある値λ1ｅ→1、λ2
ｅ→2、λ3ｅ→3により定義されるスカラーであり、管
板面３８の２つの次元にこれらの値を関連させ
る。式(5)により定義される行列演算子Ｐは管板面
３８の既知点PT1，PT2，PT3を表現する３×３
の数字列又は順序をもつた集合（ordered set）
であり、次式（19） Ｐ→Ti＝Ｐ→β→1 i (19) によりベクトルｅ→iを管板面３８の点に関連させ
るために用いられる。ここにＰ→Tiはベクトルｅ→i
により指示される管板面３８のＸ、Ｙ座標による
未知点の座標位置である。このように式（19）
は、ｅ→iを定義する測定された角度θi，φiと、管板
面３８における未知点のＸ、Ｙ座標位置に対する
（測定された角度φ1，θ1；φ2，θ2；φ3，θ3から導
かれた）λ1、λ2、λ3の計算された値との関係を表
わしている。
第６図からわかるように、未知のスカラー即ち
長さの掛算子λ1、λ2、λ3は、既知の距離d12，
d13，d23又はdklの関数であり、ここに、ｋ、ｌは
距離ｄの先端の点であり、次式（20） （λ2 k＋λ2 l−2λkλlcos（ｅ→k、ｅ→l））1/2＝dkl
(20) により表わされる。
距離d12，d23，d13について３つの式の各々を連
立方程式として解くことにより、λ1、λ2、λ3の値
が得られる。上述したように距離d12，d13，d23
は、管３４―３６、管３６―４０、管４０―３４
の間の距離に対応している。式（20）は距離λ(o) 1、
λ(o) 2、λ(o) 3の初期推定値を想定したニユートン―ラ
フソン法を用いて解かれる。式（20）に従う距離
式は初期推定値についての線形テイラー級数によ
り展開される。結果としての線形方程式はλiの変
分△λ1、△λ2、△λ3について解かれ、これらの変
分は初期推定値に加えられる。この手順は収れん
に至るまで反復される。妥当な推定値λ(o)から出
発してλiの値の小数点以下15位までの精度を得る
ためには、多くとも５回の反復を要することが判
明している。各回の反復の後に、△λkの値が、次
式（21）、（22） λ(o)／k−λ(o)／lcos（ek、el）／d(o)／kl△λk＋λ
(o)／l−λ(o)／kcos（ekel）／d(o)／kl△λl＝dkl−d
(o) kl(21) d(o) kl＝（λ(o)2 k＋λ(o)2 l−2λ(o) kλ(o) lcos
（ek、el））1/2(22) により表わされるテイラー展開から結果する前回
の推定値に加えられる。
記号cos（ek、el）はベクトルek、elの間の角度
の余弦であり、当該技術において周知のように、
ベクトルｅ→k、ｅ→lの間の内積を取ることにより導
き出される。これらの余弦値は式（21）に挿入さ
れ、λ1、λ2、λ3の値について解かれ、これらの値
は管板面３８内の未知の点PTiのＸ、Ｙ座標値を
与えるために、式（19）に従つてφ，θの測定値
と共に用いられる。式（20）を解くための反復法
は、以下に説明するように、プログラム内蔵マイ
クロプロセツサー２２によつて行われるのに特別
に適合している。
マイクロプロセツサー２２はプログラムを収容
したランダムアクセスメモリ（RAM）を有し、
このプログラムは周知のBASIC言語で書かれ、
既知点PT1，PT2，PT3の間の既知の距離d12，
d13，d23及び角度θ1，φ1；θ2，φ2；θ3，φ3の組に
基づいて基準ベクトルλ1、e1；λ2、e2；λ3、e3を
計算するいろいろのステツプを実行すると共に、
角度センサー２０ａ，２０ｂによる角度θi，φiの
測定値に基づいて未知点PTiの管板面３８におけ
るＸ、Ｙ座標の計算を実行する。
上記プログラムの一例によれば、入力サブルー
チンにより、ジンバル角度センサー２０特にレゾ
ルバーからの出力は変換器１９によりデジタル数
に変換され、マイクロプロセツサー２２のポート
に入力される。特に、レゾルバー又は角度センサ
ー２０の出力信号により、或る基準点から位相角
の固有ずれ角度を減算するステツプを動作させ
る。このずれ角度は、識別装置１０中に組込まれ
た特別のセンサー２０に依存する。次のステツプ
はマイクロプロセツサー２２のポートを初期設定
する。CRT２４上にメツセージをデイスプレイ
させ、基準の管３４，３６，４０又はビデオカメ
ラ１２をその行及び列の指標例えば１、１；１、
100及び48，40により識別して、作業員にこれら
の管を識別することを指示する。次のステツプに
より作業員は操縦かん３０を操作して３組の角度
θ1，φ1；θ2，φ2；θ3，φ3を入力することができ
る。ビデオカメラ１２が各３回視準された後、基
準線３４′に沿つた視準のための角度信号θ1，φ1、
視準線３６′に沿つた視準のための角度信号θ2，
φ2及び視準線４０′に沿つた視準のための角度信
号θ3，φ3の対応する角度組は、マイクロプロセツ
サー２２のRAMの予定されたロケーシヨンに、
所定のステツプにより格納される。
次のステツプは、式(2)に従つて単位ベクトルｅ→
１、ｅ→2、ｅ→3のＸ、Ｙ、Ｚ成分を計算し、全部で
９つの数値に対する各ベクトルのための３つの成
分の値を与える。次のステツプで、RAM中の既
知のロケーシヨンから長さの掛算子即ちスカララ
ーλ(o) 1、λ(o) 2、λ(o) 3の初期推定値を呼出し、続く
ス
テツプで第６図に示す既知の距離d12，d13，d23を
マイクロプロセツサー２２のRAMから読出す。
次のステツプは、２つのベクトルの内積を取るこ
とにより単位ベクトルｅ→1、ｅ→2、ｅ→3の間の角度
の余弦値を計算する。即ちベクトルe1、e2の間の
角度の余弦はｅ→1、ｅ→2に等しい。次に、最初に想
定したスカラーλ(o)の値をデイスプレイし、次の
ステツプでは、ニユートン―ラフソン法に従つて
式（21）、（22）の反復解が行なわれる。特に、式
（21）に従つて距離dklの最初の近似が行なわれ
る。その後、dkl―d(o) klの差が計算され、その差の
値を用いて、次のステツプにより、与えられた距
離d12，d13，d23を式（20）に従つて限定する３つ
の式が、λk、λlの未知の値について解かれる。そ
の後のステツプでは、これら３つの式の行列が式
（21）に従つて形成され、続くステツプで、サブ
ルーチンに移ることによりその反転が取られる。
このサブルーチンは、主な手続きに戻る前に周知
のガウスの消去法により反転演算が行なわれる。
次のステツプにより、△λk、△λlの未知の値につ
いて解くために式（21）の両辺に逆行列が掛けら
れる。これらの△λk、△λlの値は上述したテイラ
ー展開において用いるべきものである。次のステ
ツプでは、△λの計算された値がλの以前の値に
加えられ、次のステツプでは、△λk、△λlの計算
値の平方根が自乗され、その合計の平方根が計算
される。次に計算された和を任意の小さい値と比
較し、もしその値よりも小さければ、反復誤差が
λ1、λ2、λ3の値の所望の精度を得るに足る低レベ
ルになつたこと、即ち式（21）に従う３つの式が
λ1、λ2、λ3について解かれたことが知られる。次
のステツプでは、各々のλi、ｅ→iの値が求められ、
それらの値はβ→iについて解くために式（14）に
代入される。次のステツプでは行列Ｌが呼び出さ
れ、その後のステツプで呼出したサブルーチンに
おいて、周知のガウスの消去法に従いその反転が
計算される。プログラムは行列L-1の使用により
未知点即ちPTiの座標の計算を開始する。ベクト
ルｅ→iは、その後のステツプに始まつて、次のよ
うに呼出される。最初に、ベクトルeiのＸ、Ｙ、
Ｚ成分値と角度θi，φiについての角度センサー２
０の出力が計算され、それにより上述した式Ｌに
従つてベクトルｅ→iが定義される。次に式（14）
に従つてベクトルeiと行列L-1との積を求めるこ
とによりベクトル行列β→iが計算される。ベクト
ルスカラーβ→iを特別の場合β→1 iに縮減して点PT1，
PT2，PT3が管板面３８にあるようにするため、
式（16）に従い、3 〓j=1 βjiの値が計算される。次に
式（19）から得た座標値が計算される。最後のス
テツプにおいて未知点PTiの座標値が未知の管３
２の行及び列の指標即ちＸ、Ｙ値としてCRT２
４上にデイスプレイされる。
本発明の教示において、作業員の操作する操縦
かんに応答する制御部２８をマイクロプロセツサ
ー２２に適用することにより、マイクロプロセツ
サー２２がジンバルモーター１８ａ，１８ｂを或
る既知の位置の方に向けることが考えられる。こ
の実施例においては、テイルテイング及びパンニ
ングの角度φ，θはマイクロプロセツサー２２に
より設定され、第１図の実施例に示したジンバル
角度センサー２０は不要になるであろう。本発明
の別の特徴によれば、マイクロプロセツサー２２
はビデオテープレコーダーに接続され、それによ
りＵ字管選択プロセス及び指示された座標値を容
易に記録しておくことができる。
本発明により、従来のシステムに比べて著しく
有利な識別装置が提供される。本発明の識別装置
は、作業員が光源とイメージセンサーとの両方を
操作することを不要にする。即ち本発明の教示に
よれば作業員は単にビデオカメラの形の視準装置
を操作するだけでよい。また組み込んだ十字線は
全ての視準に対してドリフトのない基準を与え、
ビデオカメラ、ビデオカメラ制御部及びデイスプ
レイ装置を含む入手の容易なビデオ機器の使用を
可能にする。同様にジンバルモーター及びセンサ
ーも、マイクロプロセツサー２２により容易に処
理可能なデジタル出力信号を与える入手の容易な
装置である。マイクロプロセツサー２２は、ジン
バル角度信号を行と列の表現に変換する反復操作
並びに管端を含む基準面の計算を実行する。本発
明による識別装置の顕著な利点は、作業員が問題
の管を簡単に見出だせるようにしたことにより、
放射線レベルの高いハウジング又はチヤネルヘツ
ド内部の滞留時間が実質的に減少されることにあ
る。
本発明はいろいろと変形して実施でき、上述し
た構成は単なる例であり、本発明を限定するもの
ではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、要素領域中の１つの要素上にビデオ
カメラを視準し、ビデオカメラ出力を用いて該要
素領域中の該１つの要素の位置特に座標位置を定
めるための、本発明の一実施例による識別装置を
示す機能的なブロツク線図、第２図は第１図の識
別装置に組み込まれたモニターが見る像及び作業
員がビデオカメラを上記要素に対し視準すること
を可能にする十字線の像を示す略図、第３Ａ図は
原子炉の蒸気発生器の斜視図であり、その内部に
取り付けた多数の管を示す図、第３Ｂ図は第３Ａ
図の蒸気発生器の４チヤネルヘツドの側面図、第
３Ｃ図は第３Ｂ図のチヤネルヘツドの底面図であ
り、特に入口管と出口管とマンホールとを示す
図、第４図は本発明の視準装置を配置することが
できる原子炉の蒸気発生器のチヤネルヘツドを示
す別の斜視図、第５図は第３Ａ〜３Ｃ図、第４図
に示す蒸気発生器の要素即ちＵ字管群並びにこれ
らのＵ字管のうち１つを視準し識別するように方
向決めされる第１図に示すビデオカメラを示す斜
視図、第６図は１組の空間限定軸を示す説明図で
あり、第５図に示すビデオカメラを要素群のうち
既知の要素であるＵ字管に視準することにより３
本の基準線を設定し、次にビデオカメラを要素群
中の未知の要素に視準することにより要素群の面
における該未知の要素の位置を定めることを示す
図である。 １０…識別装置、１２…ビデオカメラ（視準装
置）、２０…ジンバル角度センサー（方向検出装
置）、２２…マイクロプロセツサー（データ処理
装置）、３２…管（要素）、３４′，３６′，４０′
…基準線、３８…領域、４２′…視準線、PT1，
PT2，PT3…既知の位置、PTi…未知の位置、θ，
φ…角度。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第１基準点、第２基準点及び第３基準点を有
    する領域内に配置され、該領域におけるＸ及びＹ
    座標の値によつて位置が確定される複数の要素の
    うちの一要素を識別する識別装置であつて、 前記複数の要素のうちの一要素と交差する視準
    線を画定し、該視準線が前記複数の要素のうちど
    の一要素とも交差するように作業員により操作可
    能に取り付けられ、前記領域に対し或る未知の位
    置に可変に配設することができ、それにより前記
    未知の位置と前記領域の前記第１基準点、第２基
    準点及び第３基準点との間に基準線を形成する、
    視準装置と、 前記視準線と前記基準線との間の角度を表す角
    度信号を発信するために前記視準装置に結合され
    た方向検出装置と、 前記角度信号に応答し、前記視準装置により視
    準された前記一要素の前記領域内における位置を
    識別するためのデータ処理装置であつて、前記視
    準線と交差する前記一要素のＸ、Ｙ座標を同定す
    る信号を前記角度信号に応答して発生する信号発
    生手段と、前記視準線が前記第１基準点、第２基
    準点及び第３基準点とそれぞれ交差する時に前記
    方向検出装置から得られる角度信号に応答して、
    前記第１基準点、第２基準点及び第３基準点によ
    つて画成される前記領域の平面の、前記視準装置
    に関する相対位置を決定する位置決定手段とを含
    む、前記データ処理装置と、 を備える要素識別装置。
JP57135264A 1981-08-05 1982-08-04 要素識別装置 Granted JPS5833105A (ja)

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