JP2007284174A - ケーブルハンドリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウインチで操作されるケーブルの繰り出し長さを正確に検地することを目的とする。
【解決手段】ケーブルガイドアーム４７に支えられている二次ケーブルガイド２５内には、筒状で光を通す透明ケーシング５２を内蔵する。その透明ケーシング５２内には、ウインチから繰出された白色の二次ケーブル１０が通される。透明ケーシング５２の外周囲には、二次ケーブル１０に光を当てる発光ダイオード５５とその反射光を受光するフォトダイオード５６を備える。光を吸収する黒色のマーカ５３が二次ケーブル１０の外周囲にケーブルの長さ方向へ一定の間隔で貼り付ける。二次ケーブル１０が二次ケーブルガイド２５内を通過中に二次ケーブル１０からの反射光がマーカ５３により途絶えたことをフォトダイオード５６で検知して、その検知数にマーカ５３の間隔を掛けて二次ケーブル１０のウインチによる操作量を計算する信号処理装置を備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ケーブルの巻取り繰出しを行うケーブルハンドリング装置に係わり、特にそのケーブルの繰出し長さを正確に認識する技術に関する。

ケーブル繰出し長を検知する第一の従来技術として、ウインチの回転軸に同期して動作するエンコーダのみを用いた方法が、特開平２−２８２１９３号公報「ケーブル巻き上げ装置」で公開されている。この公報における装置は、手動でケーブルを巻き上げるウインチのハンドル軸に連動してエンコーダがハンドル軸の回転量を計測してケーブル繰出し長を検知するものである。

第二の従来技術として、ケーブルに貼付したマーカを捉えて、ケーブルの捻じれの状態を監視する技術が、特開平４−３５１４０７号公報「水中ケーブルの異常監視方式及びその装置」で公開されている。この公報における装置は、ケーブルにマーカを貼付し、その回転方向のズレを用いて捻じれの状態を監視するものである。

第三の従来技術として、水中移動体に搭載したウインチをケーブル駆動手段として用い、ウインチでケーブルをハンドリングする技術が、特開昭６２−２６５０９５号公報「無人潜水艇」で公開されている。この公報における装置は、回転部と固定部をスリップリングでカップリングしている。

特開平２−２８２１９３号公報 特開平４−３５１４０７号公報 特開昭６２−２６５０９５号公報

特許文献１で開示された従来例において、エンコーダを用いてウインチの回転を検知することにより、ケーブルの繰出し長を検出することは可能であるが、ケーブルがウインチのドラムに整然と収納されていない場合が多い。従って、ウインチの回転から繰出し長を検知すると誤差が生じる課題があった。

特許文献２で開示された従来例では、ケーブルにマーカを貼付して捻じれを監視する技術であるが、ケーブルの繰出し長さを計測する技術ではない。

特許文献３で開示された従来例は、水中移動体へウインチを搭載し、ウインチ内部の電気的カップリングをスリップリングにより実現しているものであるが、ケーブルの繰出し長さの検知を行っていないため、ケーブルの繰出し長さに基いて潜水艇の現在位置を捉えることに難があった。

本発明の目的は、ケーブル駆動手段で回転駆動されるドラムからのケーブルの繰出し長さを正確に認識することにある。

本発明のケーブルハンドリング装置の基本的要件は、ケーブルと、前記ケーブルをドラムの回転で巻取り繰出しするケーブル駆動手段と、前記ドラムの回転数を検知するエンコーダと、前記ケーブルが通されて前記ケーブルの巻取り繰出しをガイドするケーブルガイドとを有するケーブルハンドリング装置において、前記ケーブルに一定間隔で装着した印と、前記印を検知するセンサと、前記センサの検知信号に基いて前記ケーブルの繰出し長さを算出する信号処理手段とを備えている点にある。

本発明によれば、ドラムの回転量とケーブルのドラムへの巻取りあるいは繰出し量との間に整合性が狂ってエンコーダによるケーブル繰出し長さの検知に誤差が生じても、ケーブルに装着した印を検知して実際の繰出し長さを正確に把握できる。

原子炉圧力容器内の水中において点検および目視検査、いわゆるＶＴ(Visual Testing)を実施する装置として、カメラを搭載して水中を有線による遠隔操縦で航行する検査用水中ビークルが用いられる。

特に原子炉圧力容器内のアニュラス部，バッフルプレート下部、等の圧力容器内狭隘部や、ＰＬＲ配管やジェットポンプ等の周辺構造物内部のＶＴを実施するためには、検査用ビークルの他に水中に支援用ビークルを航行させて、検査用水中ビークルに操縦のための信号線や動力線などの電線を包んだ二次ケーブルを接続し、その二次ケーブルを支援用ビークルに搭載したウインチで巻き取ったり繰出したりして二次ケーブルのハンドリングを行う。

その検査用水中ビークルや支援用水中ビークルを遠隔操縦するために、それらの操縦に必要な電気的信号や電力を遠隔操縦元から支援用水中ビークルに一次ケーブル内の電線を通じて電送している。支援用水中ビークルに接続されている一次ケーブル内の電線は二次ケーブル内の電線にスリップリングを通じて接続され、検査用水中ビークルの操縦に必要な信号や電力が二次ケーブル内の電線を通じて検査用水中ビークルに電送できるようにされている。

ウインチによる二次ケーブル繰出し長さを正確に検知すれば、二次ケーブルの先に接続した検査用水中ビークルの位置が正確に把握できる。そのために以下のケーブルハンドリング装置を備えている。

即ち、電気的信号又は電力を伝送する電線を包んだ二次ケーブルと、二次ケーブルを巻取るケーブルドラムと、ケーブルドラムを保持する基台と、基台を固定部とし該ケーブルドラムを回転部とし該固定部および該回転部間を電気的にカップリングするスリップリングと、ケーブルドラムの回転軸と軸を同一にしケーブルドラムの回転数を検知するエンコーダと、二次ケーブルの繰出しをサポートするケーブルガイドを有する。その二次ケーブルに印として一定間隔で貼付した光学反射式マーカと、ケーブルガイド内部に装着された光学反射式マーカの読み取りセンサと、エンコーダおよび光学反射式マーカ読み取りセンサの検知信号から、ケーブル繰出し長さを算出する処理装置とを具備する。

その処理装置の構成として、光学式反射マーカ読み取りセンサが、光学式反射マーカを検知した時に、光学式反射マーカの検知数に、マーカ間隔を乗じたものをケーブル繰出し長さと算出する構成と、その算出結果を表示する表示装置を備えている。

その処理装置は次のような構成であっても良い。即ち、二次ケーブルへの光学反射式マーカの貼付間隔を補正区間長とし、エンコーダの検知信号から算出した区間内繰出し長が補正区間長を越えた時に、光学反射式マーカが検知漏れをしたと判断し、光学反射式マーカが検知したものと判断してカウントを１つ増やし、光学式反射マーカを検知した時に、光学式反射マーカの検知数に、マーカ間隔を乗じたものをケーブル繰出し長さと算出する構成と、その算出結果を表示する表示装置を備えている。

支援用水中ビークルから検査用水中ビークルまでの距離を二次ケーブルの繰出し長さを正確に把握して捉えることができるようになり、配管の配置や距離情報から航行した検査用水中ビークルの絶対位置の正確な把握が可能になる。

配管内部に検査用水中ビークルを配管沿いに航行させてカメラで撮像した映像信号を配管内の映像を二次ケーブルの電線から一次ケーブルの電線を通じて遠隔操縦地点に電送して映像信号による撮像画像を表示装置に表示した際に、その表示された配管内の映像の絶対位置が正確に把握可能になる。また、光学反射式マーカの検知漏れがあった場合でも、それを補間することが可能になり、より一層検査用水中ビークルの位置の把握が正確に可能になる。

本発明を原子炉圧力容器（以下単に原子炉とも言う。）に接続されているＰＬＲ配管
（Primary Loop Re-circulation System：一次冷却材再循環系）内の水中検査装置として適用するのに好適な実施例について以下に具体的に説明する。本実施例は、原子炉内の目視検査、特に水が満たされているＰＬＲ配管内の検査に用いる検査装置を実現するものとして説明する。

図１を用いて、本実施例の構成を説明する。原子炉１内には、シュラウド２，上部格子板３，炉心支持板４，シュラウドサポート５、等の構造物があり、また、ＰＬＲ配管６を初めとする配管が接続されている。また、原子炉１の上部には、作業スペースであるオペレーションフロア７があり、また同じく上方には、燃料交換装置８がある。

本実施例では、ＰＬＲ配管６内の検査を目的とし、以下の様な機器配置を取る。ＰＬＲ配管６内に挿入した検査用ＲＯＶ（Remotely Operated Vehicle：遠隔操作ビークル）９は、電気的信号や電力やカメラの映像出力信号を伝送する電線を包んだ二次ケーブル１０を介して、支援用ＲＯＶ１１に接続される。ここで、検査用ＲＯＶ９は検査用水中ビークル、支援用ＲＯＶ１１は支援用水中ビークルとも称する。

支援用ＲＯＶ１１では、二次ケーブル１０を繰出す機構(後述)を搭載し、検査用ＲＯＶ９の航行を支援する。支援用ＲＯＶ１１は、一次ケーブル１２を介して、信号処理手段である制御装置１３に接続される。制御装置１３は、検査用ＲＯＶ９および支援用ＲＯＶ
１１を航行せしめるために電力を検査用ＲＯＶ９および支援用ＲＯＶ１１に一次ケーブル１２を介してあるいは一次ケーブル１２と二次ケーブル１０とを介して供給する。検査用ＲＯＶ９および支援用ＲＯＶ１１のどのスラスタのモータに電力を供給しあるいは電力供給を遮断し、あるいはスラスタのモータの回転方向を逆転させる切替を指令するスイッチを制御装置１３あるいはコントローラ１５に装備して検査用ＲＯＶ９および支援用ＲＯＶ１１の各スラスタを遠隔操縦する。

また、制御装置１３には表示装置１４を接続し、検査用ＲＯＶ９および支援用ＲＯＶ９に搭載したカメラ（図示せず）の画像を表示する。さらに、制御装置１３には上述のコントローラ１５を接続し、ＲＯＶ操作員１６ａがコントローラ１５を操作して検査用ＲＯＶ９および支援用ＲＯＶ１１を遠隔操縦する。

一方、支援用ＲＯＶ１１の概略位置を把握するために、水中ＩＴＶカメラ１７を、支援用ＲＯＶ１１を視認出来る位置に投下する。その方法は、燃料交換装置８の上から水中
ＩＴＶカメラ操作員１６ｂが水中ＩＴＶカメラ操作ケーブル１８を用いて投下する。なお、水中ＩＴＶカメラ１７の映像情報は、水中ＩＴＶカメラ用ケーブル１９を介して、制御装置１３に入力され、水中ＩＴＶカメラ１７からの映像情報や撮影条件などから支援用
ＲＯＶ１１の位置を制御装置１３にて演算して求め、表示装置１４に表示可能としてある。

図２を用いて、支援用ＲＯＶ１１の詳細構造を説明する。支援用ＲＯＶ１１の前部には、カメラ２０を設置し、自身の航行時の目視、および離脱した後の検査用ＲＯＶ９を目視監視する。また、昇降用モータ２１ａを用いて、昇降用スラスタギア２３を介して、昇降用スラスタ２２ａを駆動する。また、右推進用モータ２１ｂおよび左推進用モータ２１ｃを用いておよび推進用スラスタ２２ｂを駆動する。

さらに、支援用ＲＯＶ１１には、検査用ＲＯＶ９と接続する二次ケーブル１０の繰出しおよび巻取りをするためのウインチ２４をケーブル駆動手段として搭載し、ウインチ用モータ２１ｄで駆動する。ウインチ２４には、二次ケーブル１０を繰出す際の弛み防止として二次ケーブルガイド２５を取り付けてある。さらに、ウインチ２４には、二次ケーブル１０の繰出し長を検出するためのエンコーダ２６を設置し、その信号は中継部２７および一次ケーブル１２を介して制御装置１３に伝送する。さらに、支援用ＲＯＶ１１の昇降用および推進用の各モータ２１ａ〜２１ｃと、検査用ＲＯＶ９の各モータのいずれを駆動するかを、切替部２８で選択し、制御装置１３からのスラスタ駆動電力を、選択したＲＯＶの各モータに供給する。なお、切替部２８は、コントローラ２７で操作し、制御部１３，一次ケーブル１２を介して制御する。さらに、支援用ＲＯＶ１１には、検査用ＲＯＶ収納レール２９を設置し、検査用ＲＯＶ９と一体化させる構造となっている。

図３を用いて、検査用ＲＯＶ９を支援用ＲＯＶ１１に格納した状態を説明する。遊泳状態の検査用ＲＯＶ３０ａは、ウインチ２４の巻取り動作により、支援用ＲＯＶ１１の前部まで引きつけ、検査用ＲＯＶ９自身のスラスタ動作により、検査用ＲＯＶ格納レール２９の前方から後進で格納していく。格納状態の検査用ＲＯＶ３０ｂは、格納用ツメ３１により、検査用ＲＯＶ収納レールに固定する。

図４を用いて、ウインチ２４の詳細構造を説明する。ウインチ２４は、ウインチ基台
４０に設置し、ウインチ駆動ギア４１ａ〜４１ｃ，ウインチ軸４２ａを介して、ウインチ用モータ２１ｄで駆動する。また、ウインチ駆動ギア４１ｃと連動して、エンコーダ連動ギア４１ｄ，エンコーダ軸４２ｂを介してエンコーダ２６により、二次ケーブル１０の繰出し長さを検出する。

さらに、ケーブルガイド連動ギア４１ｅは、ウインチ軸４２ａに取り付け、ケーブルガイド連動ベルト４３およびケーブルガイド連動ギア４１ｆを介して、ボールねじ軸４４を回転させる。ボールねじ軸４４には、内部にねじを切ってあるケーブルガイドベース４５を取り付け、さらにケーブルガイドベース４５には貫通孔を開けケーブルガイドベース固定軸４６を取り付ける。

また、ケーブルガイドベース４５には、ケーブルガイドアーム４７を用いてラッパ状の二次ケーブルガイド２５を取り付け、二次ケーブル１０を通してある。これにより、二次ケーブル用ウインチ４４の回転に連動して、ケーブルガイドベース４５を左右に往復運動させることができ、二次ケーブル１０を規則正しく巻取ることが可能になる。

さらに、二次ケーブルガイド２５には、光学反射式のケーブルマーカ検知手段（後述）が内蔵されており、エンコーダ２６と連動し、ケーブル繰出し長の検知精度を高めることが可能な構造となっている。なお、ウインチ軸４２ａには、スリップリング４８を取り付けてあり、ウインチ軸４２ａが回転しても、ケーブルが捩れることなく信号及び制御装置１３側に用意した電源からの電力を伝えることが可能となっている。

次に、図５を用いて、二次ケーブルガイド２５の詳細構造について説明する。二次ケーブルガイド２５の前方（ウインチ側）には、二次ケーブルガイドコーン５１を取付、ケーブルの円滑な取込みを可能にしている。また、二次ケーブルガイド２５の内部には、貫通形状の透明ケーシング５２があり、光は透過させつつ、防水構造を実現している。この透明ケーシング５２には、二次ケーブル１０を通す。

また、二次ケーブル１０は白色であり、その二次ケーブル１０には印として一定間隔で黒色のマーカ５３を貼付してある。二次ケーブルガイド２５内部には、ケーブルマーカ検知部５４がある。ケーブルマーカ検知部５４は、二次ケーブル１０へ光を照射する発光ダイオード５５と、光学反射式マーカ読み取りセンサとしてのフォトダイオード５６からなり、発光ダイオード５５で発光した光は、二次ケーブル１０に反射してフォトダイオード５６で受光されるが、マーカ５３が通過した際は、受光されない。ここで、受光されなかった時に、マーカ５３（以下、単にマーカとも言う。）を検知したものとして、後段の信号処理を制御装置１３内に組み込まれたコンピュータによって実施する。

図６を用いて、エンコーダ２６およびケーブルマーカ検知部５４によるケーブル繰出し長の検知原理を示す。まず、マーカを検知すると、ケーブルマーカ検知部５４からはパルス状の検知信号６０が出る。また、検知漏れが発生すると、本来パルス状の検知信号６１が点線で示すように発生すべきところでもその信号が出ないこともある。

一方、実際の繰出し長さ６２に対し、エンコーダで検知した繰出し長さ６３は誤差を含んでいることが多い。これは、ウインチ２４に二次ケーブル１０が巻かれている段階で弛んでいる場合に発生する。

マーカ５３の間隔は一定であるため、マーカ５３の検出数にマーカ間隔を乗じると、繰出し長さを計算できる。しかし、パルス状の検知信号６１が検知漏れされた場合には、本来、マーカ検知による繰出し長さ計算結果（補正あり）６４ｂに示す結果になるべきところが、検知漏れを起こした際のマーカ検知による繰出し長さ計算結果（補正なし）６４ａに示すように大きな誤差を持って繰出し長さが計算される。

そこで、一方、エンコーダで検知した繰出し長さ６３を、マーカが検知された時のパルス状の検知信号６０が有った時にゼロにリセットすると、符号６５ａで示す様になる。これは、マーカ間の区間繰出し長さを意味する。ここで、マーカの検知漏れがあった部分の時刻においては、本来越えないマーカ間隔に相当する閾値６５ｃを越えることになる。

そこで、マーカ間隔に相当する閾値６５ｃを越えた時に、エンコーダで検知した繰出し長さをゼロにリセットするとともに、マーカも検知されたものとして補正する。その結果得られた区間の繰出し長さ計算結果６５ｂを、補正されたマーカ検知による繰出し長さ計算結果６４ｂに加算すると、補正されたケーブル繰出し長さ６６が算出される。なお、マーカ検知のみによる繰出し長検知誤差６７，エンコーダのみによる繰出し長検知誤差６８，本発明の補正方式による繰出し長検知誤差６９を比較すると、本発明の方式６９により誤差が大幅に低減されていることが分かる。

図７に、図６に示した原理を実現するフロー図を示す。そのフローは制御装置１３内のコンピュータにセットされたプログラムに基いて処理される。まず、変数を初期化する
（ステップ７０）。ここでは、ケーブル繰出し長Ｌ，マーカ間距離ΔＬ，マーカカウントＣｍを全て０にし（ステップ７１）、マーカ間隔Ｄｍ，エンコーダ検知単位Ｄｅ，マーカ間距離上限閾値Ｓｈにいずれも定数を定義する。

次に、繰出し長検知のステップを開始する（ステップ７３）。まず、ウインチ操作方向を認識する（ステップ７４）。ケーブルを出す方向であればｄｒ＝１（ステップ７５）、巻取る方向であればｄｒ＝−１（ステップ７６）となる。次に、マーカの検知有無による処理をする（ステップ７７）。マーカを検知していれば、マーカフラグをＭ＝１、マーカカウントをＣｍ＝Ｃｍ＋ｄｒとし（ステップ７８）、非検知であれば、マーカフラグをＭ＝０とする（ステップ７９）。次に、エンコーダの検知を認識し（ステップ８０）、検知していれば、ケーブル繰出し長を更新（Ｌ＝Ｌ＋Ｄｅ）、マーカ間距離を更新（ΔＬ＝
ΔＬ＋Ｄｍ）する（ステップ８１）。

次に、マーカ間距離ΔＬが閾値Ｓｈを越えているかを判断し（ステップ８２）、越えている場合、ΔＬ＝０，Ｍ＝１，Ｃｍ＝Ｃｍ＋ｄｒとしてマーカ間距離をリセットする（ステップ８３）。最後に、マーカがカウントされているかを判定し（ステップ８４）、カウントされている場合、繰出し長をＬ＝Ｃｍ×Ｄｍとして補正する（ステップ８５）。

以上説明した実施例によれば、ウインチ２４を用いた二次ケーブル１０の巻取り及び繰出しのケーブリング動作において、二次ケーブル１０に係わる精度の高い繰出し長さ検知が可能になり、二次ケーブル１０の先端に接続した検査用ＲＯＶ９から、ウインチ２４までのＰＬＲ配管６沿いの距離を把握することが可能になる。そのため、検査用ＲＯＶ９がＰＬＲ配管６のどの位置に位置しているか認識でき、検査用ＲＯＶ９による検査位置がわかる。

この発明は、電線を包むケーブルやその他各種のケーブルをドラムから繰出したり巻き取ったりする設備におけるケーブルの繰出し長さの検知装置に利用用途がある。

本発明が適用される原子炉内検査装置の使用状況を示している概念図である。 図１の支援用水中ビークルの構造を示す図である。 検査用水中ビークルと支援用水中ビークルの関係を説明する図であり、(ａ)図は検査用水中ビークルの支援用水中ビークルへの収納状態を示す斜視図であり、 （ｂ）図は（ａ）図の右側から見た検査用水中ビークルと支援用水中ビークルの正面図である。 支援用水中ビークルに搭載された二次ケーブル用ウインチの構造図にして、（ａ）図はウインチの側面図を、（ｂ）図はウインチの正面図を示す。 ウインチに搭載した、ケーブルガイドの構造を説明する図である。 ケーブル繰出し長さの補正原理を説明する図である。 ケーブル繰出し長さの補正手順を説明するフロー図である。

符号の説明

１…原子炉、６…ＰＬＲ配管、７…オペレーションフロア、８…燃料交換装置、９…検査用ＲＯＶ、１０…二次ケーブル、１１…支援用ＲＯＶ、１２…一次ケーブル、１３…制御装置、１４…表示装置、１５…コントローラ、１６ａ…ＲＯＶ操作員、１６ｂ…水中
ＩＴＶカメラ操作員、１７…水中ＩＴＶカメラ、１８…水中ＩＴＶカメラ操作ケーブル、１９…水中ＩＴＶカメラ用ケーブル、２０…カメラ、２４…ウインチ、２５…二次ケーブルガイド、２６…エンコーダ、４８…スリップリング、５１…二次ケーブルガイドコーン、５２…透明ケーシング、５３…マーカ、５４…ケーブルマーカ検知部、５５…発光ダイオード、５６…フォトダイオード。

Claims (7)

1. ケーブルと、前記ケーブルをドラムの回転で巻取り繰出しするケーブル駆動手段と、前記ドラムの回転数を検知するエンコーダと、前記ケーブルが通されて前記ケーブルの巻取り繰出しをガイドするケーブルガイドとを有するケーブルハンドリング装置において、
   前記ケーブルに一定間隔で装着した印と、
   前記印を検知するセンサと、
   前記センサの検知信号に基いて前記ケーブルの繰出し長さを算出する信号処理手段と、
   を備えていることを特徴とするケーブルハンドリング装置。
2. 請求項１において、前記ケーブルは電線を包するケーブルであることを特徴とするケーブルハンドリング装置。
3. 請求項２において、前記センサは光学反射式マーカ読み取りセンサであることを特徴とするケーブルハンドリング装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項において、前記信号処理手段は、前記センサが、前記印を検知した時に、前記印の検知数に、前記印の前記間隔を乗じたものを前記ケーブルの繰出し長さとして算出する信号処理手段であることを特徴とするケーブルハンドリング装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか一項において、前記信号処理手段は、前記印の前記間隔を補正区間長とし、前記エンコーダの検知信号から算出した区間内繰出し長が前記補正区間長を越えた時に、前記印の検知数としてカウントを１つ増やし、増数後の前記検知数に、印の間隔を乗じたものをケーブル繰出し長さとして算出する信号処理手段であることを特徴とするケーブルハンドリング装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項において、前記ケーブルガイドは、前記ケーブルが通過する筒状の光を透過するケーシングを備え、前記ケーシングの外周囲に前記センサとしてフォトダイオードを備え、前記ケーシングの外周囲に前記ケーシング内に光を照射する発光ダイオードを備えていることを特徴とするケーブルハンドリング装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項において、前記ケーブルは複数の電線を包するケーブルであり、前記ケーブルの一端側は検査用ビークルに接続され、他端側は前記ケーブルガイドを経由して前記ドラムに巻きかけられ、前記ドラムと前記ドラムを駆動する機構からなるウインチが支援用ビークルに設けられ、一端側が前記ケーブルの電線と電気的に接続されるとともに他端側が前記信号処理手段と電気的に接続されている他の電線を包する他のケーブルとを備えていることを特徴とするケーブルハンドリング装置。
   

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