JPS6153506A - 位置検出方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、対象物の二次元位置偏差を絶対量で検出する
だめの方法とその装Ｈ７Ｃ関するものである。

〔発明の背景〕

一般に画像認識等の技術を用いるこれまでの位置検出に
おいては、基準としてのものさしに対する比率といった
形で位置偏差が表現されていることから、相対的な比率
を絶対量に換算する必要がある。このため、得られた位
置偏差を制御量として装置本体を駆動する場合、計測点
までの距離を一定に保ち位置偏差の相対量を絶対量に換
算する必要がある。したがって、位置検出方式としては
自動的に位置検出を行なうべく画像をそっくり情報とし
て取シ込んでの膨大な情報処理を避は得ないでいるのが
実状である。取り込まれる画像自体にしても検出に適し
たものとして得るためには照明等の問題を克服しなけれ
ばならず、十分な条件が得られない場合は更に画像処理
によって検出に適した画像にしなければならないものと
なっている。これがために演算ユニットとしては複雑な
ものにならざるを得ないというものである。

一方、例えばＣＲＤ　（Ｃｏｎｔｒｏｌ　３ｏｄ、［）
ｒｉｖｅｍｅｃｈａｎｉｓｒｎ　　：制御棒駆動機構）
交換装置においては、ＣＲＤとＣＲＤを取シ外すだめの
着脱ヘッドとの位置決めをほぼ自動化し庭とはいえ、最
終的なインチングは目視確認に頼っているのが現状であ
り、作業者に対する放射線被曝の量が多いのみならず作
業工数も依然として他作業に比して多いものとなってい
る。これがために完全遠隔自動化を図ることが強く要望
されているのが実状である。この要望に厄えるべく完全
遠隔自動化の開発が進められ画像認識等の技術が取）入
れられているわけであるが、上記したように画像認識・
画像処理ては膨大な情報処理が要され装置として複雑な
ものになってしまうというもめである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、膨大な情報処理を要することなく簡単
容易に対象物の二次元位置偏差を絶対量で検出し得る位
置検出方法とその装置を供するにある。゛ 〔発明の概要〕 この目的のため本発明は、画像入力系の視野角が既知で
あればその画像入力系先端より対象物までの距離より視
野径が求められることに着目し、その距離と表示された
対象物の画像上における指定された点の座標とから予め
定められた点、あるいは指定された基準点からの位ｉ面
偏差を絶対量として求めるようにしたものである。また
、本発明は、対象物の画像を取シ込み画面上に表示する
画像入力表示手段と、画像入力系先端から対象物までの
距離を計測する距離計測手段と、対象物の画像が表示さ
れる画面上に取付され、外部操作によって指定された表
示画像上の点の座標を出力する点座標入力手段と、距離
計測手段、点座標入力手段それぞれからの距離情報、座
標情報にもとづいて位置偏差を求めるべく演算を行なう
演算手段とによって位置偏差が求められるべくなしたも
のである。

〔開明の実施例〕

以下、本発明を第１図から第１７図によシ説明する。

先ず本発明を具体的に説明する前に第１図、第２図によ
りその概要を説明しておく。第１図は本発明による位置
検出装置の概要構成を示したものである。図示の如く対
象物６はＩＴＶカメラや光ファイバなどの画像入力系１
によって捉えられその画像はモニタ５に表示される一方
、画像入力系１先端から対象物６までの距離は超音波セ
ンサなどの距離計測手段２によって計測されたうえ演算
手段４に与えられるものとなっている。このような状態
でオペレータが表示画面内の計測点に対応する点座標入
力手段３上の点をペン先などで押すようにすれば、その
点のＸＹ座標が演算手段４に与えられるところとなるが
、これによシ演算手段４では予の点の予め定められた点
、あるいは点座標入力手段３上より指定された基準点か
らの位置偏差が求められるものである。なお、点座標入
力手段は具体的には透視を指タツチ入力装置と称されて
いるものを用い得る。

ここで相対比率として求められた位置偏差の絶対量への
換算について説明すれば、第２図に示すように画像入力
系１の視野角θが既知である場合、距離計測手段２より
得られる対象物６ま−での距離ｔよ多視野径ｒが求めら
れるものとなっている。

点座標入力手段からのＸＹ座標より得られる位置偏差の
相対比率は視野径ｒを用い絶対量に換算され得るもので
ある。

さて、本発明をＣＲＤ交換の際での位置決め；■制御に
その例を採って詳細、且つ具体的に説明すれば以下のよ
うである。

既ち、第３図はＣ几り交換装置の全体的な構成をＣＲＤ
とともに示したものであり、Ｃｌ１（Ｄ交換装置は着脱
ヘッド８を具備してなる着脱装置９やプラットホーム１
０などより構成され原子力発電所の定期検査の際にＣＲ
Ｄ７を交換する作業に用いられるものとなっている。Ｃ
ＲＤ７の交換はプラットホーム１０の旋回レール１１に
沿った水平面内での回転と、着脱装置９の前後進と、着
脱ヘッド８の上下動および回転とによって着脱ヘッド８
をＣＲＤ７に位置決めしＣＲＤ７を取シ外すことによっ
て行なわれるようになっている。第３図には併せて制御
室１５内に設置されるモニタ５や制御盤１２も図示され
ているが、これらについては特に説明は要しない。なお
、符号１３はペデスタルを示す。

第４図、第５図は本発明に係る全体としてのシステム構
成を示したものである。本例では画像入力系１は光フア
イバスコープ１９、レンズ系２３およびＩＴＶカメラ２
０より構成され、また、距離計測手段２としてはシンク
ロ位置検出器２１が用いられるようになっている。シン
クロ位置検出器２′は着脱ヘッド８の上下動位置検出用
に設けられたものであるが、これを距離計測手段２とし
て用いたのは着脱ヘッド８上に距離計を設置する余裕が
ないからである。更に本例では演算手段４はインダクシ
ョンモータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ。

２２ｄを制御する制御装置４′に相当するものとなって
いる。イ／ダクションモータ２２ａ、２２ｂばそれぞれ
プラットホーム旋回用１着脱装置走行用に設けられたも
のであシ、それらの位置はシンクロ受発信器２１ａ、２
１ｂによって検出されるようになっている。まだ、イン
ダクションモータ２２Ｃ，２２ｄはそれぞれ着脱ヘッド
８の回転用。

上下動用のもので、その回転位置、上下方向位置はシン
クロ受発信器２１Ｇ、シンクロ位置検出器２′によって
検出されるものとなっている。但し、第３図においては
インダクションモータ２２ｄは図示省略されている。

ところで、ＣＲＤ７には十字ターゲット６′が貼付され
ており、この像が光フアイバスコープ１９で捉えられた
うえレンズ系２３、■ＴＶカメラ２０を介しモニタ５に
映し出されるものとなっている。十字ターゲット６′は
第６図（ａ）、　（ｂ）にＣ）ＩＤ７の下部正面、底面
を概略的に示すが、マウンティングボルト２４間に貼付
されるようにな　　　　　　ｊつている。一方、ファイ
バスコープ１９は第６図（Ｃ）に着脱ヘッド８の概略的
な斜視状態を示すが、トルクレンチ２５間に固定される
ものとなっている。トルクレンチ２５はマウンティング
ボルト２４に対応して設けられているものである。なお
、ファイバスコープ１９に近接してライトガイド２６が
設けられているが、これは十字ターゲット６′の画像が
モニタ５に十分に表示されるべくその照度を確保するた
めのものである。

第７図は自動位置決めの制御アルゴリズムのジェネラル
フローチャートを示すが、これにより着脱ヘッド８上の
トルクレンチ２５とＣＲＤ７上のマウンティングボルト
２４とが如何に位置決めされたうえ嵌合されるかについ
て説明すれば以下のようである。

即ち、先ず交換装置の各部がどのような位置状態にある
かがシンクロ受発信器２１ａ〜２１ｃによって検出され
たうえＣＲＤ７据付時の位置へ着脱ヘッド８が移動する
ようにされる。これによシこれまでの粗位置決め制御が
行なわれたわけであるが、ＣＲ，Ｄ７は据付時から後発
的にずれておシ、また、制御系の誤差や機械系のガタに
よって一般にマウンティングボルト２４とトルクレンチ
２５とは完全に嵌合しないものとなっている。粗位置決
めは±５胴以内の精度で行なわれるが、そこで本発明に
よってそのずれに対処しようというものである。ファイ
バスコープ１９などにより十字ターケラト６′をモニタ
５上に映し、ファイバスコープ１９中心Ｏと十字ターゲ
ット６′の中心０′との間での相対的な位！（Ｑ差と角
度偏差を求めることによってずれに対処せんとするもの
である。

第８図（、）はモニタに映し出された十字ターゲットの
一例での画像を示したものである。その画像は十字マー
ク２７の如くに映し出されるが、モニタ５上には予め座
標軸が図示の如くに描かれておりその原点（７アイパス
コープ中心）０が基準点として見做されるようになって
いる。モニタ５上に映し出された十字マーク２７は点座
標入力手段３を介しては第８図（ｂ）に示す如く十字マ
ーク２７′のように観察され得るが、このような状態で
オペレータによって十字マーク２７′上の点Ａ−Ｄが指
定されるものである。点Ａ〜Ｄの指定は点Ａ〜Ｄに対応
する点座標入力手段３上での点をペン先などによって押
すことによプ行なわれるが、点Ａ〜Ｄは十字マーク２７
′の線幅を２等分するようにして指定されるものとなっ
ている。オペレータが点Ａ−Ｄを指定することによって
点Ａ−Ｄ対応のＸＹ座標は点座標入力手段３より制御装
置４′に与えられるが、これにより第９図に示すように
点Ａ−ＤのＸＹ座標より基準点Ｏからの位置偏差（ｘ、
ｙ）と十字マーク２７′の角度偏差θが求められるもの
である。

一方、ファイバスコープ１９と十字ターゲット６′との
間の距離は、第１０図（ａ）に示すようにシンクロ位置
検出器２′がある基準のシンクロ値をとるときでのファ
イバスコープ１９と十字ターゲット６′との間の距離Ｌ
１を予め計測しておくことによって求められる。第１０
図（ｂ）に示すように基準のシンクロ値からの変位より
距離の変位Ｌ２、したがって距離Ｌ＋および変位Ｌ２よ
シフアイバスコープ１９と十字ターゲット６′との間の
距離は容易に求められるものである。この距離はシンク
ロ位置検出器２′からのシンクロ値がＳ／Ｄ変換器１７
によってディジタル処理に適したディジタル値に変換さ
れたうえ制御装置４′で演算処理されることによシ求め
られるものとなっている。

したがって、ファイバスコープ１９の視野角が既知であ
るとして上記距離が知れれば、位置偏差（ｘ、ｙ）は既
述した如くに絶対量に換算され得るものである。

以上のようにしてファイバスコープ１９の中心０と十字
マーク２７′の中心Ｏ′との間の位置偏差（ｘ、ｙ）は
絶対的な大きさに変換されたわけであるが、次にこれに
もとづき装置各部の移動量が計算されるようになってい
る。

ところで、プラットホーム１ｏの中心Ｏｐから見た場合
に着脱ヘッド８およびＣＲＤ７が第１１図に示す如くに
あるとすれば、着脱ヘッド８の中心Ｏｎはプラットホー
ム１ｏをθＰだけ旋回させてから着脱装＠９を几Ｃ１だ
け移動せしめるようにすればＣ凡Ｄ７の中心Ｏｃに一致
することが判る。

更に着脱ヘッド８を００Ｍだけ回転せしめるようにすれ
ば、十字マーク２７′の中心Ｏ′とファイバスコープ１
９の中心Ｏとが一致するものであることが判る。

さて、粗位置決めが終了した時点では着脱ヘッド８とＣ
ＲＤ７とは第１２図に示す如くの位置関係にある。ファ
イバスコープ１９の中心Ｏと十字ターゲット６′の中心
Ｏ′との位置関係も第１２図に示す如くでありモニタ５
上では第８図（ａ）に示すが如くになる。なお、ψ■は
中心Ｏｐ　、Ｏｎを結ぶ線と中心Ｏト、０を結ぶ線との
なす角度である。

位置偏差（ｘ、ｙ）と角度偏差θが求められた後モニタ
５上の座標系はＣＲ，Ｄ７の中心Ｏｃを原点とした座標
系に変換されるが、第１３図はＣＲＤ７の中心Ｏｃを原
点とした座標系における装置各部の動き方を示したもの
である。

さて、第１４図に示すように座標変換後の着脱ヘッド８
の中心ＯＨの座標を（ａ、ｂ）とし、また、図示の如く
位置にプラットホーム１０の中心ＯＰとファイバスコー
プ１９の中心Ｏがあるものとすれば、中心０４はプラッ
トホーム１０の旋回によって点０／ｉにこなければなら
ない。点Ｏ′にはＯｐ　Ｏａに垂直で中心Ｏ■を通る直
線と、ＯｐＯ＋ｔに平行で中心Ｏｃを通る直線との交点
である。プラットホーム１０の旋回量は粗位置決めによ
シ倣小であることから、０ＰＯＩＩとＯｃＯ＋＋とは平
行として近似しているものである。この場合プラットホ
ーム１０の旋回による着脱ヘッド８の中心０璽区の移動
量Ｒｐは以下のようになる。

几、　＝　ｂｃｏｓα＋　ａｓｉｎα−・山・・・べ１
）但し、α＝９１十〇である。

したがって、第１１図に示す中心Ｏｐ　、Ｏｕ間距離ｔ
ｐ’に用いプラットホーム１０の旋回量θＰは以下のよ
うに求められる。

θｐ＝１（、ｐ／Ｌｐ　　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・（２）。

この旋回量θＰは具体的には第４図、第５図に示した制
御装置４′で求められるが、これにもとづきプラットホ
ーム旋回用のインダクションモータ２２ａがソリッドス
テートリレー１８を介し駆動されることによって、プラ
ットホーム１０はθＰ分腕旋回れるところとなるもので
ある。

このような処理は着脱装置９、着脱ヘッド８についても
以下順次行なわれるようになっている。

先ず着脱装置９の走行量について説明すれば、プラット
ホーム１０を精密位置に移動させた後の着脱ヘッド８の
中心は点ｏＩｔとなるが、着脱装置９の走行方向は点Ｏ
ｕと中心Ｏｃとを結ぶ直線の方向であるから、点Ｏｆｆ
と中心Ｏｃとの間の位置偏差より着脱装置９０走行量几
ｃｗは求められることになる。

即ち、第１５図に示すように点０６の座標を（ａｔ　ｌ
　ｂｘ　　）とすれば、点０４を中心Ｏｃに一致させる
ための着脱装置９の走行量Ｒｃ■は以下のように求めら
れる。

ＲａＨ＝　　　ａ　Ｈ＋　ｂ　１”　　　　・・・・・
・・・・・旧・・（３）この走行量几Ｃ■も制御装置４
′で求められるが、これにもとづき着脱装置走行用のイ
ングクションモータ２２ｂがソリッドステートリレー１
８を介し駆動制御されることによって、着脱装置９はＲ
ＣＨ分走行するところとなるものである。これにより第
１６図に示すように着脱ヘッド８の中心は点０　＋ｔと
なって中心Ｏｃに一致するが、この後は着脱ヘッド８を
回転させることで角度偏差を商工するようになっている
。第１６図に示す如く中心０．０７間の位’１４Ｍ偏差
を（Ｘｔ、ｙ＋）とすれば、着脱ヘッド８０回転量θｃ
ｎは以下のように求められる。

θｃｕ＝ｊａｎ−１１ｙｌ／（１００Ｘｔ）ｌ　　　−
・・−（４）但し、式（４）中の１００（咽）の値は中
心Ｏｃ。

０７間の距離である。

この回転量θｃｈｉにもとづきソリッドステートリレー
１８を介し着脱ヘッド回転用のインダク／ヨンモータ２
２Ｃが回転駆動されることによって、Ｃ几Ｄ７と着脱ヘ
ッド８との位置決めは終了されるものである。なお、以
上の例では位置偏差および角度偏差の取込は対象を移動
させる度に行なっているが、理論的には１回でもθＰ、
几ｃＨおよび、。１．□ゎ、６．７１．ヶ９８６１、工
ゆえよヵ　　　　ｊ・象を移動させる度に移動誤差が累
積されることから、対象を移動させる度に点座標入力手
段より必要な点の座標が取り込まれるようになっている
ものである。

このように本発明によってＣ几り交換作業を行なう場合
は位置決め操作は完全に遠隔操作化され、作業者の放射
線被曝量低減に大きな効果を挙げ得る。また、これまで
は最終的なインチングを原子炉圧力容器直下のペデスタ
ル室内で目視確認しつつ手動で装置を動かしていたもの
が、オペレータがモニタ上に表示された十字マーク上の
４点を押すだけで操作は自動化されることから、オペレ
ータとっては操作は容易であシ本発明がマンマシンイン
タフェースとして有用なものであることが判る。更にこ
れまでは自動化に伴う膨大な情報処理や高度な画像処理
技術を要していたが、本発明による場合は非常に簡単な
演算処理で済まされ処理時間が短縮されるばかりか、（
Ａ算装置としても簡単な構成のもので済まされることに
なる。

ところで、人間による操作が介入する場合、とかく信頼
性が問題とされるが、押圧された点をモニタ上に表示す
ることによってその位置を確認してから制御を自動的に
行なうようにすれば、操作ミスは操作そのものが簡単で
もあることから相当抑えられることになる。また、精度
が問題となる場合は画像の倍率を高めることで誤差を少
なくし得る。人間は２等分することにかけては相当の能
力を持ち、しか・も十字マークの特徴を直ちに認識し得
ることから、画像認識能力は如何なる装置よりも格段に
上であり、この点では機械装置よ）も高い精度が期待し
得る。なお、精度を高める一方法として、数回操作を繰
り返し行ないその平均をとることが考えられる。

最後に点座標入力手段について簡単に説明すれば、この
種のものは現在数種類市販されているのが実状である。

第１７図（ａ）、　（ｂ）はその−例での構成を示した
ものである。その要部はその一部断面を示す第１７図（
ａ）からも判るように透明電極２９が蒸着されたアクリ
ル基材２８と、透明抵抗体３１が蒸着されたアクリル基
材３２とをその間にスペーサ３０を介在させるようにし
て対向配置した・ものである。第１７図（ｂ）からも判
るようにアクリル基材２８上の任意の１点を押圧すれば
、その点を介し透明電極２９と透明抵抗体３１とが電気
的１機械的に接触することになり、しかして、その点と
信号取出電極３３Ａ、３３Ｂ各々との間の抵抗値も一義
的に定まるというものである。抵抗３４．３５には電池
３６によって上記抵抗値が大なる程に小なる降下電圧が
生じるが、これら降下延圧ばその点に対応したＸ座標信
号、Ｙ座標信号としてインタフェース１６でＡ／Ｄ変換
されたうえ制御装置４′に送られることになるものであ
る。

さて、この場合での点座標入力手段の精度を仮に±０．
３　ｍとしてモニタ上での画像の倍率を１０倍とすれば
、実質的に点座標入力手段の精度は±０．０３ｍとなる
。ＣＲ，Ｄ交換作業での位置決め許容誤差が±１ｍとし
てＣＲＤ交換装置自体の誤差を考慮すれば、中心Ｏ′の
位Ｏｔ偏差の誤差はほぼ±０．１〜０．２　ｒｒｔｒｓ
位になると考えられこれは位置決め精度上十分なもので
ある。

なお、点座標入力手段としては以上の他に超音波を利用
したものなどがあるが、精度や経済性などを考１ばして
適当なものを選択すればよい。

本発明は以上のようなものであるが、本発明によれば対
象物の長さや面積、移動物体の変位などをも簡単容易に
絶対量として計測可能となる。また、ＣＲり交換の際で
の位置決め制御にその例を採って本発明を説明したが、
これに限定されることなく多方面に適用、応用可となっ
ている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による場合は、視野角が既知
であれば、対象物の２次元位置偏差が簡単な処理で他対
敵として得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による位置検出装置の概要構成を示す
図、第２図は、相対比率として求められた位置偏差の絶
対量への換算を説明するだめの図、第３図は、ＣＲ，Ｄ
交換装置の全体的構成をＣ１ｌ、Ｄとともに示す図、第
４図、第５図は、本発明に係る位置検出システムの構成
を示す図、第６図（ａ）〜（Ｃ）は、ＣＲりの下部正面
とその底面および着脱ヘッドの概略的な斜視状態を示す
図、第７図は、ＣＲＤと着脱ヘッドとの自動位置決めの
だめの制御アルゴリズムのフローを示す図、第８図（ａ
）、　（ｂ）は、モニタに映し出された十字ターゲット
の像とその像の点座標入力手段を介しての像の一例を示
す図、第９図は、位置偏差と角度偏差の求め方を説明す
るための図、第１０図（ａ）、　（ｂ）は、ファイバス
コープと十字ターゲットとの間の距離の求め方全説明す
るための図、第１１図は、ＣＲりと着脱ヘッドとの位置
決めの概略を説明するための図、第１２図は、粗位置決
めが終了した状態でのＣＩ（、Ｄと着脱ヘッドとの位置
関係を示す図、第１３図は、ＣＲり中心を原点とした座
標系における装置各部の移動方向を説明するための図、
第１４図は、ブラッドホームの旋回量の求め方を説明す
るための図、第１５図は、同じく着脱装置の走行量の求
め方を説明するための図、第１６図は、着脱ヘッドの回
転量の求め方を説明するだめの図、第１７図（ａ）、　
（ｂ）は、点座標入力手段の一例での構成を示す図であ
る。 ■・・・画像入力系、２・・・距離計測手段、３・・・
点座標入力手段、４・・・演算手段、５・・・モニタ、
６・・・対象物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画像入力系の視野角が既知であるとして、該入力系
   先端より対象物までの距離を求める一方、上記画像入力
   系より取込され表示画面に表示された上記対象物の画像
   上の点を任意に指定することによつて、対象物までの距
   離と指定された点の座標とから該点の予め定められた点
   あるいは基準点からの位置偏差を絶対量として求めるこ
   とを特徴とする位置検出方法。 ２、対象物の画像を取り込み画面上に表示する画像入力
   表示手段と、画像入力系先端から対象物までの距離を計
   測する距離計測手段と、対象物の画像が表示される画面
   上に取付され、外部操作によつて指定された表示画像上
   の点の座標を出力する点座標入力手段と、上記距離計測
   手段および点座標入力手段各々からの距離情報、座標情
   報にもとづいて位置偏差を絶対量として求めるべく演算
   を行なう演算手段とからなる構成を特徴とする位置検出
   装置。