JP4114394B2

JP4114394B2 - フランジ位置計測システム

Info

Publication number: JP4114394B2
Application number: JP2002141669A
Authority: JP
Inventors: 啓定木
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: JP2003329796A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフランジ位置計測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の連結管製作方法の一例の手順を示すもので、当該手順は、供用を開始する前（工事途中）の高レベル放射性廃液を取り扱うプラントを対象としている。
【０００３】
このプラントは、気密構造の処理区画（高放射線区域）１と、該処理区画１の内部に設置され且つ使用済み燃料の再処理などに付随して発生する放射性廃液のガラス固化処理を行なうための溶融炉２Ａを備え、処理区画１の側壁部分を貫通する配管３の端部と溶融炉２Ａの上部を、連結管４Ａを介して接続している。
【０００４】
連結管４Ａは、配管３のフランジ５に締結すべき第１の接続用フランジ６Ａと、溶融炉２Ａのフランジ７Ａに締結すべき第２の接続用フランジ８Ａと、これらの接続用フランジ６Ａ，８Ａ間に介在する配管９Ａとで構成される。
【０００５】
連結管４Ａの製作には、型取り治具１０Ａと型写し治具１１Ａを用いる。
【０００６】
型取り治具１０Ａは、図７に示すように、配管３側のフランジ５に締結可能なフランジ１２Ａ、溶融炉２Ａ側のフランジ７Ａに締結可能なフランジ１３Ａ、両フランジ１２Ａ，１３Ａ間に介在する連結部材１４Ａ，１５Ａ、フランジ１２Ａに連結部材１４Ａの一端部を枢着する球面継手１６Ａ、フランジ１３Ａに連結部材１５Ａの一端部を枢着する球面継手１７Ａ、前記の連結部材１４Ａ，１５Ａの他端部を相互に枢着する球面継手１８Ａ、各球面継手１６Ａ，１７Ａ，１８Ａの動きを固定する拘束手段（図示せず）によって構成されている。
【０００７】
型写し治具１１Ａは、架台１９Ａに固定され且つ型取り治具１０Ａのフランジ１２Ａが締結可能なフランジ２０Ａ、架台１９Ａに対して位置調整できるように支持され且つ型取り治具１０Ａのフランジ１３Ａが締結可能なフランジ２１Ａによって構成されている。
【０００８】
連結管４Ａを製作する際には、型取り治具１０Ａのフランジ１２Ａを配管３側のフランジ５に締結した後、各球面継手１６Ａ，１７Ａ，１８Ａによりフランジ１２Ａ、連結部材１４Ａ，１５Ａ、フランジ１３Ａの相対位置を適宜調整して、当該フランジ１３Ａを溶融炉２Ａ側のフランジ７Ａに締結する。
【０００９】
次いで、拘束手段により各球面継手１６Ａ，１７Ａ，１８Ａの動きを固定し、フランジ５，７Ａとフランジ１２Ａ，１３Ａとの締結を解除する。
【００１０】
プラント供用開始前は、処理区画１内部の雰囲気が大気中と同様であるので、配管３と溶融炉２Ａに対する型取り治具１０Ａの着脱は、作業者が処理区画１に立ち入って行なうことができる。
【００１１】
更に、型取り治具１０Ａを処理区画１外部へ搬出し、フランジ１２Ａを型写し治具１１Ａのフランジ２０Ａに締結した後、フランジ２１Ａの位置と姿勢を適宜調整して、当該フランジ２１Ａを型取り治具１０Ａのフランジ１３Ａに締結する。
【００１２】
次いで、フランジ２１Ａを架台１９Ａに固定して、フランジ２０Ａ，２１Ａとフランジ１２Ａ，１３Ａとの締結を解除する。
【００１３】
これにより、フランジ５，７Ａの相対位置関係が、フランジ２０Ａ，２１Ａに再現されることになる。
【００１４】
そして、接続用フランジ６Ａ，８Ａを、型写し治具１１Ａのフランジ２０Ａ，２１Ａに締結した後、一端部が接続用フランジ６Ａに正対し且つ他端部が接続用フランジ８Ａに正対する形状に加工した配管９Ａの各端部に接続用フランジ６Ａ，８Ａを固着することにより、連結管４Ａを形成させる。
【００１５】
また、フランジ２０Ａ，２１Ａに対する接続用フランジ６Ａ，８Ａとの締結を解除して、連結管４Ａを処理区画１内部へ搬入し、接続用フランジ６Ａ，８Ａをフランジ５，７Ａに締結することにより、配管３及び溶融炉２Ａを連結管４Ａで接続する。
【００１６】
型取り治具１０Ａ、型写し治具１１Ａの少なくとも一方は、前記の状態を保持したままで保管し、プラント供用開始後に連結管４Ａを交換する必要が生じた際に、治具１０Ａ，１１Ａを用いて連結管４Ａを新製できるようにしておく。
【００１７】
なお、プラント供用開始後は、処理区画１内部の放射線レベルが高くなって、作業者が立ち入ることができなくなるので、これ以後の連結管４Ａの交換作業は、処理区画１に設けたロボットのマニピュレータ２２を用いて行なうことになる。
【００１８】
図８は従来の連結管製作方法の他の例の手順を示すもので、当該手順は、供用を開始した後の高レベル放射性廃液を取り扱うプラントを対象としており、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００１９】
プラント供用開始後、連結管４Ａ（図６参照）を交換する際には、先に述べたように、治具１０Ａ，１１Ａにより連結管４Ａを新製することになるが、溶融炉２Ａ（図６参照）を新しい溶融炉２Ｂに置き換える場合には、既設のフランジ５と溶融炉２Ｂのフランジ７Ｂの相対的な位置関係が、フランジ５と溶融炉２Ａのフランジ７Ａの相対的な位置関係と相違し、連結管４Ａによって配管３と溶融炉２Ａとを接続することができなくなる。
【００２０】
そこで、フランジ５及びフランジ７Ｂの位置関係を新たに把握して、配管３と溶融炉２Ｂのフランジ７Ｂとを接続するための連結管４Ｂを製作することになる。
【００２１】
連結管４Ｂは、配管３のフランジ５に締結すべき第１の接続用フランジ６Ｂと、溶融炉２Ｂのフランジ７Ｂに締結すべき第２の接続用フランジ８Ｂと、これらの接続用フランジ６Ｂ，８Ｂ間に介在する配管９Ｂとで構成される。
【００２２】
連結管４Ｂの製作には、治具１０Ａ，１１Ａとは別途に、型取り治具１０Ｂと型写し治具１１Ｂを用いる。
【００２３】
型取り治具１０Ｂは、フランジ５に締結可能なフランジ１２Ｂ、フランジ７Ｂに締結可能なフランジ１３Ｂ、連結部材、球面継手、拘束手段によって、型取り治具１０Ａと同様に構成されている。
【００２４】
型写し治具１１Ｂは、架台１９Ｂ、フランジ２０Ｂ，２１Ｂによって、型写し治具１１Ａと同様に構成されている。
【００２５】
連結管４Ｂを製作する際には、型取り治具１０Ａのフランジ１２Ａを配管３側のフランジ５に締結した後、図７に示した各球面継手１６Ａ，１７Ａ，１８Ａによりフランジ１２Ａ、連結部材１４Ａ，１５Ａ、フランジ１３Ａの相対位置を適宜調整して、当該フランジ１３Ａを溶融炉２Ｂ側のフランジ７Ｂに締結する。
【００２６】
次いで、拘束手段により各球面継手１６Ａ，１７Ａ，１８Ａの動きを固定し、フランジ５，７Ａとフランジ１２Ａ，１３Ａとの締結を解除する。
【００２７】
型取り治具１０Ａの着脱は、処理区画１内部の放射線レベルが高く、作業者が立ち入ることができないので、ロボットのマニピュレータ２２を処理区画１外部から遠隔操作して行なう。
【００２８】
更に、型取り治具１０Ａを除染区画へ搬入して、放射線量を確認し、且つ必要に応じて除染を行なった後、機器補修室２５へ移送する。
【００２９】
ここで、フランジ１２Ａを型写し治具１１Ａのフランジ２０Ａに締結した後、フランジ２１Ａの位置と姿勢を適宜調整して、当該フランジ２１Ａを型取り治具１０Ａのフランジ１３Ａに締結する。
【００３０】
次いで、フランジ２１Ａを架台１９Ａに固定して、フランジ２０Ａ，２１Ａとフランジ１２Ａ，１３Ａとの締結を解除する。
【００３１】
これにより、フランジ５，７Ａの相対位置関係が、フランジ２０Ａ，２１Ａに再現されることになる。
【００３２】
型取り治具１０Ａの着脱は、作業者２４が行なう。
【００３３】
この後、型取り治具１０Ｂのフランジ１２Ｂを、型写し治具１１Ａのフランジ２０Ａに締結して、フランジ１２Ｂ，１３Ｂの相対位置を調整し、フランジ１３Ｂを、型写し治具１１Ａのフランジ２１Ａに締結する。
【００３４】
次いで、拘束手段により各球面継手の動きを固定し、フランジ２０Ａ，２１Ａとフランジ１２Ｂ，１３Ｂとの締結を解除する。
【００３５】
型取り治具１０Ｂの着脱は、作業者２６が行なう。
【００３６】
更に、型取り治具１０Ｂを機器補修室２５外部へ搬出して、フランジ１２Ｂを型写し治具１１Ｂのフランジ２０Ｂに締結した後、フランジ２１Ｂの位置と姿勢を適宜調整し、当該フランジ２１Ｂを型取り治具１０Ｂのフランジ１３Ｂに締結する。
【００３７】
次いで、フランジ２１Ｂを架台１９Ｂに固定して、フランジ２０Ｂ，２１Ｂとフランジ１２Ｂ，１３Ｂとの締結を解除する。
【００３８】
これにより、フランジ５，７Ｂの相対位置関係が、フランジ２０Ｂ，２１Ｂに再現されることになる。
【００３９】
そして、接続用フランジ６Ｂ，８Ｂを、型写し治具１１Ｂのフランジ２０Ｂ，２１Ｂに締結した後、一端部が接続用フランジ６Ｂに正対し且つ他端部が接続用フランジ８Ｂに正対する形状に加工した配管９Ｂの各端部に接続用フランジ６Ｂ，８Ｂを固着することにより、連結管４Ｂを形成させる。
【００４０】
また、フランジ２０Ｂ，２１Ｂに対する接続用フランジ６Ｂ，８Ｂとの締結を解除して、連結管４Ｂを処理区画１内部へ搬入し、マニピュレータ２２を用いて接続用フランジ６Ｂ，８Ｂをフランジ５，７Ｂに締結し、配管３及び溶融炉２Ｂを連結管４Ｂで接続する。
【００４１】
型写し治具１１Ｂは、前記の状態を保持したままで保管し、連結管４Ｂを交換する必要が生じた際に、連結管４Ｂを新製できるようにしておく。
【００４２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示すような手順で連結管４Ｂを新製するのには、型取り治具１０Ａ，１０Ｂのフランジ１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ、並びに型写し治具１１Ａのフランジ２０Ａ，２０Ｂの位置設定に、高度なマニピュレータ２２の操作技術を必要とし、機器補修室２５などの放射線管理区域では、立入時間が制限されるため、効率的な作業を行なうことができない。
【００４３】
また、放射線レベルが高い雰囲気中で使用された型取り治具１０Ａ，１０Ｂや型写し治具１１Ａは、放射性廃棄物として取り扱わなければならず、結果的に、放射性廃棄物が増えることになる。
【００４４】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、大掛かりな治具を用いずに既設フランジと新規フランジの相対位置を容易に把握できるようにすることを目的としている。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のフランジ位置計測システムでは、既設フランジ及び新規フランジに対してそれぞれ３以上ずつ用意され且つこれらのフランジに装着可能な計測用ターゲットと、両フランジを撮影するテレビカメラと、該テレビカメラにより得た画像データをデジタル変換する機能、並びにこの画像データから計測用ターゲットの個々の座標を算出して両フランジの相対的な位置関係を数値的に求める機能を有するデータ処理装置とを備え、一端面に反射体を有し且つロボットに把持される係合部と、該係合部の他端面に反射体に対して同軸に連なり且つフランジのボルト孔の内径よりも外径が小さい嵌入部と、該嵌入部に連なり且つ先端へ向かって徐々に外径が縮小し且つフランジのボルト孔に挿入可能な案内部と、前記の嵌入部の外面に形成した周方向に延びる溝に外嵌し且つ各フランジのボルト孔全周に内接可能な弾力性を有する環状体とによって計測用ターゲットを構成している。
【００４６】
本発明のフランジ位置計測システムにおいては、それぞれ３以上の計測用ターゲットを既存フランジ及び新規フランジに装着して、これらのフランジをテレビカメラで撮影し、データ処理装置により、テレビカメラで得た画像データをデジタル変換し、個々の計測用ターゲットの座標から既存フランジ及び新規フランジの相対的な位置関係を数値的に求め、既存フランジに対応するように配管の一端部に固着すべき第１のフランジの位置と、新規フランジに対応するように配管の他端部に固着すべき第２のフランジの位置とを定める。
【００４７】
また、位置を把握すべきフランジのボルト孔に内接する環状体により、嵌入部の軸線がボルト孔の軸線に一致し、当該ボルト孔の軸線上に反射体が位置する。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例とともに説明する。
【００４９】
図１は本発明のフランジ位置計測システムの実施の形態の一例を適用した連結管製作方法の手順を示すもので、当該手順は、供用開始後の高レベル放射性廃液を取り扱うプラントを対象としており、図中、図８と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００５０】
フランジ位置計測システムは、配管３側の既設のフランジ５及び溶融炉２Ｂ側の新規のフランジ７Ｂのそれぞれに対して３以上ずつ用意した計測用ターゲット２７と、マニピュレータ２２と同じロボットに付帯し且つ各フランジ５，７Ｂを撮影するテレビカメラ２８と、処理区画１外部に配置したコントロールユニット２９、パーソナルコンピュータなどのデータ処理装置３０、及びモニタ３１とを備えている。
【００５１】
計測用ターゲット２７は、図２乃至図５に示すように、一端上面に反射体３２が設けられ且つマニピュレータ２２（図１参照）に把持される係合部３３と、該係合部３３の他端面に反射体３２に対して同軸に連なり且つ各フランジ５，７Ｂのボルト孔３４の内径よりも外径が小さい嵌入部３５と、該嵌入部３５に連なり且つ先端へ向かって徐々に外径が縮小し且つ各フランジ５，７Ｂのボルト孔３４に挿入可能な案内部３６と、嵌入部３５の外面に形成した周方向に延びる溝３７に外嵌し且つ各フランジ５，７Ｂのボルト孔３４全周に内接可能なＯリングなどのような適度の弾力性を有する環状体３８とで構成されている。
【００５２】
係合部３３の外面には、当該係合部３３をマニピュレータ２２が安定した状態で把持できるように、それぞれ平坦で且つ互いに平行な２つの把持面３９が形成されている。
【００５３】
また、嵌入部３５の係合部３３に隣接する箇所には、周方向に延びる溝４０が形成されており、前記の環状体３８がボルト孔３４に内接した際に、係合部３３の他端面がフランジ５，７Ｂの接続端に密着するようになっている。
【００５４】
テレビカメラ２８には、ハイビジョン（高品位テレビ／走査線数１１２５本、画面縦横比９：１６、画素数１９２０×１０８０）仕様の機材を用いている。
【００５５】
コントロールユニット２９は、テレビカメラ２８へ指令信号を送信し、また、テレビカメラ２８が出力する画像データ信号を得るように構成されている。
【００５６】
データ処理装置３０は、コントロールユニット２９より得たテレビカメラ２８の画像データ信号をデジタル変換するデジタル画像取得ボードと、デジタル変換した画像データ信号に基づき各フランジ５，７Ｂのボルト孔３４に挿入した計測用ターゲット２７の個々の座標を算出し且つ当該両フランジ５，７Ｂの相対的な位置関係を数値的に求める計測用ソフトウエアとを有している。
【００５７】
モニタ３１は、テレビカメラ２８の画像データ信号に基づいた画像を表示するように構成されている。
【００５８】
連結管４Ｂを製作する際には、マニピュレータ２２によって係合部３３に形成した把持面３９を把持し、計測用ターゲット２７をフランジ５，７Ｂのボルト孔３４のそれぞれに挿入する。
【００５９】
これにより、環状体３８がボルト孔３４に内接し且つフランジ５，７Ｂの接続端に係合部３３が密着して、嵌入部３５の軸線がボルト孔３４の軸線に一致し、当該ボルト孔３４の軸線上に反射体３２が位置することになる。
【００６０】
また、案内部３６が先端へ向かって徐々に外径が縮小するテーパ形状になっているので、計測用ターゲット２７をボルト孔３４に、マニピュレータ２２で比較的容易に挿入することができる。
【００６１】
次いで、コントロールユニット２９を操作して、両フランジ５，７Ｂをテレビカメラ２８で撮影する。
【００６２】
このとき、テレビカメラ２８の絞りを開口が最小になるように設定し、また、照明装置（図示せず）から計測用ターゲット２７へ向けて光を照射して、テレビカメラ２８が反射体３２を高コントラストで撮影できるようにする。
【００６３】
テレビカメラ２８によって得た画像データ信号は、コントロールユニット２９を経てデータ処理装置３０へ送られる。
【００６４】
データ処理装置３０は、デジタル画像取得ボートによって、上記の画像データ信号をデジタル変換し、計測用ソフトウエアによって、計測用ターゲット２７の反射体３２の個々の座標をそれぞれ算出し、両フランジ５，７Ｂの相対的な位置関係を求める。
【００６５】
画像データから計測用ターゲット２７の反射体３２の中心座標を計測する手法は、電子情報通信学会論文誌１９９９年９月号Ｐ１３９１〜１４００、電子情報通信学会論文誌２００１年７月号Ｐ１２９９〜１３０９に記載されている。
【００６６】
そして、この位置関係が型写し治具１１Ａの両フランジ２０Ａ，２１Ａに再現されるように、フランジ２１Ａの位置と姿勢を適宜調整したうえ、接続用フランジ６Ｂ，８Ｂを、型写し治具１１Ａのフランジ２０Ａ，２１Ａに締結する。
【００６７】
更に、一端部が接続用フランジ６Ｂに正対し且つ他端部が接続用フランジ８Ｂに正対する形状に加工した配管９Ｂの各端部に接続用フランジ６Ｂ，８Ｂを固着することにより、連結管４Ｂを形成させる。
【００６８】
この後、マニピュレータ２２によって計測用ターゲット２７を、フランジ５，７Ｂのボルト孔３４から引き抜く。
【００６９】
また、フランジ２０Ａ，２１Ａに対する接続用フランジ６Ｂ，８Ｂとの締結を解除して、連結管４Ｂを処理区画１内部へ搬入し、マニピュレータ２２を用いて接続用フランジ６Ｂ，８Ｂをフランジ５，７Ｂに締結し、配管３及び溶融炉２Ｂを連結管４Ｂで接続する。
【００７０】
型写し治具１１Ａは、このまま保管して、連結管４Ｂを交換する必要が生じた際に用いるようにしてもよいが、両フランジ５，７Ｂの相対位置の計測データを記録しておけば、そのデータに基づき、連結管４Ｂを新製することは容易である。
【００７１】
一方、両フランジ５，７Ｂの相対的な位置関係は、先述したように容易に把握できるので、連結管４Ｂの新製にあたり、再度、両フランジ５，７Ｂの相対的な位置関係を数値的に把握すれば、両フランジ５，７Ｂの現状に応じた最適な状態で、連結管４Ｂを製作することができる。
【００７２】
このように、図１に示す連結管製作方法では、フランジ５，７Ｂのそれぞれに３以上の計測用ターゲット２７を装着して、両フランジ５，７Ｂをテレビカメラ２８で撮影し、データ処理装置３０によって、テレビカメラ２８から得た画像データ信号をデジタル変換したうえ、個々の計測用ターゲット２７の反射体３２の座標に基づき、両フランジ５，７Ｂの相対的な位置関係を数値的に求めるので、当該フランジ５，７Ｂの相対位置を治具を容易に把握することができる。
【００７３】
また、処理区画１に出し入れする治具がなく、計測用ターゲット２７の形状が小さく、これらをフランジ５，７Ｂの位置計測後に処理区画１の内部に残しても溶融炉２Ｂの運転に顕著な影響を与えないので、放射性廃棄物の減少を図ることができる。
【００７４】
なお、本発明のフランジ位置計測システムは上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のフランジ位置計測システムによれば、下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【００７６】
（１）本発明のフランジ位置計測システムにおいては、それぞれ３以上の計測用ターゲットを既存フランジ及び新規フランジに装着し、これらのフランジをテレビカメラで撮影したうえ、データ処理装置によって、テレビカメラで得た画像データをデジタル変換し、個々の計測用ターゲットの座標から両フランジの相対的な位置関係を数値的に求めるので、両フランジに大掛かりな治具を着脱せずに、両フランジの相対位置を容易に把握することができる。
【００７７】
（２）両フランジに大掛かりな治具を着脱する必要がないので、位置計測の対象となるフランジが放射線管理区域にある場合、位置計測に起因した放射性廃棄物の発生量を減少させることができる。
【００７８】
（３）また、位置を把握すべきフランジのボルト孔に内接する環状体によって、嵌入部とボルト孔の両軸線が一致し、当該ボルト孔の軸線上に反射体が位置するので、位置計測を正確に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフランジ位置計測システムの実施の形態の一例を適用した連結管製作方法の手順を示す概念図である。
【図２】図１に関連する計測用ターゲットの詳細図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ矢視図である。
【図６】従来の連結管製作方法の一例の手順を示す概念図である。
【図７】図６に関連する型取り治具の概念図である。
【図８】従来の連結管製作方法の他の例の手順を示す概念図である。
【符号の説明】
４Ｂ連結管
５フランジ（既設フランジ）
６Ｂ接続用フランジ（第１の接続用フランジ）
７Ｂフランジ（新規フランジ）
８Ｂ接続用フランジ（第２の接続用フランジ）
９Ｂ配管
２２マニピュレータ（ロボット）
２７計測用ターゲット
２８テレビカメラ
３０データ処理装置
３２反射体
３３係合部
３４ボルト孔
３５嵌入部
３６案内部
３８環状体

Claims

既設フランジ及び新規フランジに対してそれぞれ３以上ずつ用意され且つこれらのフランジに装着可能な計測用ターゲットと、両フランジを撮影するテレビカメラと、該テレビカメラにより得た画像データをデジタル変換する機能、並びにこの画像データから計測用ターゲットの個々の座標を算出して両フランジの相対的な位置関係を数値的に求める機能を有するデータ処理装置とを備え、一端面に反射体を有し且つロボットに把持される係合部と、該係合部の他端面に反射体に対して同軸に連なり且つフランジのボルト孔の内径よりも外径が小さい嵌入部と、該嵌入部に連なり且つ先端へ向かって徐々に外径が縮小し且つフランジのボルト孔に挿入可能な案内部と、前記の嵌入部の外面に形成した周方向に延びる溝に外嵌し且つ各フランジのボルト孔全周に内接可能な弾力性を有する環状体とによって計測用ターゲットを構成したことを特徴とするフランジ位置計測システム。