(57)【要約】      （修正有）【課題】特定のエリア内の構造物に対するハンドリング構造物の位置決めを可能とするシステムおよび方法を提供する。【解決手段】ハンドリング構造物は、当該構造物から直線で、または既知の経路で、部品またはその他の構造物に当たる、検出可能な信号を放射するデバイスを含む。人間またはコンピュータは、このような信号から、保持エリア内のハンドリング構造物の位置を決定しうる。デバイスは、ＬＥＤ、白熱灯または蛍光灯、およびレーザを含む可視光発生器とともに動作し、光を、検出可能でかつ高い忠実度の形状にシェーピングするためのレンズおよびリフレクタを含みうる。ハードウェアプロセッサ、コントローラ、および検出器を含む自動化構成要素は、検出された光に基づいて、人間の介在無しで、あるいは、人間のオペレーションにおける確認として、ハンドリング構造物を操作しうる。【選択図】図１
2015212202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドリングのための物品とともにハンドリング構造物を位置決めするシステムであって、
少なくとも１つの物品によって占められているエリアの上方で移動可能なハンドリング構造物であって、前記物品を移動させるように構成された、ハンドリング構造物と、
前記ハンドリング構造物に堅固に取り付けられた複数のエミッタであって、前記エリアと前記ハンドリング構造物との間の、正確な軸方向ライン上において、前記エリアの上方で交差する少なくとも２つの直交する光のビームを放射するように構成された、複数のエミッタと、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記２つ直交する光のビームはおのおの、少なくとも２つの交差点を生成できるように、前記エリアの端部における構造物と、目に見えるように交差し、前記２つの交差点は、前記エリアに対する前記ハンドリング構造物と、それぞれ横方向および縦方向に揃えられている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記直交する光のビームの交差点と、前記端部における構造物と前記光のビームとの交差点とを検出するように構成されたセンサと、
前記直交するビームの交差点と、前記構造物とビームとの交差点とのうちの少なくとも１つから、前記ハンドリング構造物の位置を決定するように構成されたコンピュータプロセッサと、
をさらに備える請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記物品を移動させるために、前記エリアの上方で前記ハンドリング構造物を移動させ、前記ハンドリング構造物を上昇および下降させるように構成されたコントローラをさらに備え、前記コンピュータプロセッサはさらに、前記決定された位置に基づいて、前記ハンドリング構造物を移動させるように前記コントローラを制御するように構成された、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記コンピュータプロセッサはさらに、前記ハンドリング構造物を、位置対物品のリストに基づいて移動させるように、前記コントローラを制御するように構成された、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
原子炉炉心である前記エリアと、
原子燃料集合体である前記物品とをさらに備え、
前記ハンドリング構造物は、前記原子燃料集合体を移動させる、軸方向に伸びることが可能なマストを含む燃料交換ブリッジである、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
原子炉環境における燃料ハンドリング構造物の位置を決定するためのシステムであって、
原子燃料によって占められるエリアの上方で移動可能な燃料ハンドリング構造物と、
前記燃料ハンドリング構造物に堅固に取り付けられたエミッタであって、前記エミッタは、前記エリアの境界と交差するように向けられたビームで可視光を放射し、前記境界は、全次元において、前記エリアに堅固に配置されている、エミッタと、
を備えるシステム。
【請求項８】
前記燃料ハンドリング構造物は、燃料交換ブリッジ、前記燃料交換ブリッジ上のトロリ、前記トロリから軸方向に伸びるマスト、および、前記マストから軸方向に伸びる掴み部、のうちの１つである、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記エリアは、原子炉における原子燃料炉心であり、前記境界は、前記炉心の最外周である、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記燃料ハンドリング構造物は、前記マストであり、前記エミッタは、前記マストの軸方向最下部点において、前記マストの終端に直接的に取り付けられ、前記エミッタは、原子炉冷却水における水中で動作するように構成され、前記可視光は、少なくとも２５フィートの前記冷却水を通過した後に目に見える、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記エミッタはレーザであり、前記ビームは、軸方向において広がるレーザ光の平面である、請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記境界と前記光のビームとの交差点を検出するように構成されたセンサと、
前記境界と前記ビームとの交差点から、前記燃料ハンドリング構造物の位置を決定するように構成されたコンピュータプロセッサと、
をさらに備える請求項７記載のシステム。
【請求項１３】
前記エリアの上方で前記燃料ハンドリング構造物を移動させ、前記燃料ハンドリング構造物を前記エリアに対して上昇および下降させるように構成されたコントローラをさらに備え、前記コンピュータプロセッサはさらに、前記決定された位置に基づいて、前記燃料ハンドリング構造物を移動させるように前記コントローラを制御するように構成された、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記コンピュータプロセッサはさらに、前記ハンドリング構造物を、炉心位置対燃料集合体のリストに基づいて移動させるように前記コントローラを制御するように構成された、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
４つの前記エミッタをさらに備え、前記燃料ハンドリング構造物は、燃料交換ブリッジから軸方向に伸びるマストであり、前記４つのエミッタは、前記マストの周囲に９０度の間隔で前記マストに搭載される、請求項７記載のシステム。
【請求項１６】
前記マストに搭載された少なくとも１つのオフセットエミッタをさらに備え、前記オフセットエミッタは、前記４つのエミッタとは異なる色であるか、または、前記４つのエミッタと独立して動作可能である、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
４つの前記オフセットエミッタをさらに備え、前記４つのオフセットエミッタは、前記４つのエミッタと同じ軸方向位置において、前記マストの周囲に９０度の間隔で、前記４つのエミッタのうちの何れかから、４５度の間隔で、前記マストに搭載される、請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
境界構造を有する保持エリアにおいてハンドリングデバイスを用いて物品をハンドリングする方法であって、
前記ハンドリングデバイス上のエミッタからの光のビームが、境界と、目に見えるように交差する交差点を識別することと、
前記保持エリアに対する前記交差点の位置に基づいて、前記物品と前記保持エリアとのうちの１つに対する前記ハンドリングデバイスの位置を決定することと、
前記決定された位置に基づいて、前記保持エリアに対して前記ハンドリングデバイスを移動させることと、
を備える方法。
【請求項１９】
前記ハンドリングデバイス上のエミッタからの第２の光のビームが、前記境界と、目に見えるように交差する第２の交差点を識別することをさらに備え、前記位置を決定することは、前記保持エリアに対する前記交差点および前記第２の交差点の位置に基づいており、前記交差点は、第１の方向における前記ハンドリングデバイスの位置を示し、前記第２の交差点は、前記第１の方向に直交した第２の方向における前記ハンドリングデバイスの位置を示す、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記移動させることは、前記保持エリア内の物品と軸方向にオーバラップする位置に前記ハンドリングデバイスを移動させ、前記方法はさらに、
前記ハンドリングデバイスを前記物品へ向けて軸方向に伸ばすことと、
前記ハンドリングデバイスを前記物品と係合させることと、
前記ハンドリングデバイスを用いて前記物品を軸方向に移動させることと、
前記光のビームによって生成された新たな交差点と新たな第２の交差点とに基づいて、前記物品を、前記ハンドリングデバイスとともに、前記保持エリアに対して、新たな位置へ２回目の移動をさせることと、
を備える請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンドリングデバイスを用いて物品をハンドリングする方法および位置決めシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に図示されるように、原子力発電所は従来、原子力を生成するために、さまざまな構成の燃料および炉内構造物を有する原子炉圧力容器１０を含んでいる。例えば容器１０は、燃料集合体４０のような燃料構造物を収容する原子燃料炉心３５を取り巻く炉心シュラウド３０を含みうる。上部ガイド４５および燃料支持板７０は、炉心３５内の指定された位置に各燃料集合体４０を支持しうる。図１に図示されるように、各集合体４０は一般的な円筒状の炉心３５内の位置を占有しており、各集合体４０が、同じ軸方向高さを有しているのであれば、炉心３５内の集合体の位置は、炉心３５内の中心またはその他の基準点からの横方向オフセットおよび縦方向オフセットで定義されうる。
【０００３】
炉心シュラウド３０と容器１０との間に、環状のダウンカマ領域２５が形成され、これによって、流体である冷却材および減速材が炉心下部プレナム５５へ流れ入る。例えば、米国の軽水炉型では、流体は、純化された水でありうる一方、天然ウラン型炉では、流体は純化された重水でありうる。ガス冷却炉では、流体である冷却材は、例えばヘリウムのようなガスであり、減速は、その他の構造部によって提供されうる。流体は、炉心下部プレナム５５から炉心３５を通って上方に流れうる。炉心３５において加熱された後、エネルギーを受けたこの流体は、シュラウドヘッド６５の下の炉心上部プレナム６０に入りうる。
【０００４】
図２は、制御ブレード８０の周囲に配置されたいくつかの燃料集合体４０を示す、図１からの燃料炉心３５の一部の例示である。運転中、制御棒駆動機構１２（図１）は、所望の出力密度を得るために、燃料集合体４０間の所望の軸方向位置に、制御棒ブレード８０を誘導する。制御棒ブレード８０は一般に、十字状または十字架状の断面を有しているが、しかしながら、棒およびその他の形状は、原子炉で使用可能な周知の制御要素である。各燃料集合体４０は、いくつかの燃料棒またはその他の原子燃料要素を囲んでいる外部チャネル１５を含みうる。ハンドルまたはベール８５が、集合体４０のすべての構成要素と相互に連結することができ、ベール８５を用いた集合体４０の剛体ハンドリングを可能とする。燃料集合体４０は、炉心３５の底における燃料支持板７０から炉心３５の上端におけるベール８５へと、炉心３５の全体にわたって伸びうる（図１）。燃料集合体４０は、例えば使用済燃料プールまたは新燃料装荷エリアのような別の場所では、制御要素無しで、同様に配置されうる。
【０００５】
図１に戻って、容器１０は、フランジ９０において、上部ヘッド９５によって密閉および開放されうる。プラント建設中および定期点検および／または燃料交換による停止時において、上部ヘッド９５が取り除かれ、作業員および／または機器が、さまざまな目的のために、容器１０の内部にアクセスできうる。例えば、原子炉内部へアクセスすることで、燃料集合体４０のうちの何体かが交換されるか、および／または、炉心３５内で移動され、その他の内部および外部の炉心構造物のメンテナンス／据付が実行されうる。
【０００６】
図３は、燃料取出、再装荷、シャッフリング、および／または、メンテナンスを実行するために、原子炉容器１０へのアクセスにともなう停止中に使用可能なマストおよび掴み部を備えた関連技術の燃料交換ブリッジの例示である。図３に図示されるように、燃料交換ブリッジ１は、原子炉容器１０が開放されている場合に、フランジ９０の上またはフランジ９０の周囲に位置されうる。ブリッジ１は、回転すること、および／または、炉心３５（図１）上の任意の横方向位置または縦方向位置へと、左右方向に移動することが可能なトロリ２を含みうる。トロリ２は、ホイストボックスおよび掴み部４を備えた燃料交換マスト３を含みうる。ホイストボックスおよび掴み部４は、トロリ２を用いて横方向および縦方向に移動可能であり、これによって、マスト３、ホイストボックスおよび掴み部４は、トロリ２を用いて、炉心３５内の所望の燃料集合体位置上に位置されるようになりうる。ホイストボックスおよび掴み部４は、軸方向に下降して炉心３５（図１）内の燃料集合体４０の上端に達するために、例えばウィンチまたは水力によって、マスト３から軸方向に伸びうる。掴み部４は、集合体４０を吊り上げ、下降、再配置、回転、あるいは炉心３５内の所望の位置または炉心３５（図１）の外部へ移動させるために、ベール８５またはその他の燃料集合体構成要素を用いて燃料集合体４０と係合しうる。例えば、ホイストボックスおよび掴み部４は、係合した集合体４０を軸方向に上側または下側に移動し、取り出したり、あるいは、炉心３５内に装荷しうるか、および／または、ホイストボックスおよび掴み部４は、シャッフリングまたは取り出しのために、集合体４０を、軸の周りで回転させたり、トロリ２を用いて、別の所望の横方向／縦方向炉心位置に移動させうる。
【０００７】
図３に図示されるように、ローカルカメラおよび／またはライト５が、ホイストボックスまたは掴み部４に取り付けられうる。カメラおよび／またはライト５は、アクセス期間中、ホイストボックスおよび掴み部４の下の燃料集合体の外観検査を可能にするために、掴み部４の下に直接的に係合されている近傍の燃料集合体４０を記録および／または照明しうる。カメラおよび／またはライト５は、電気的および／または通信可能に、トロリ２内の制御モジュールまたは受信機に接続されうるか、または、これらが燃料検査のために取り扱われると、燃料集合体の検査または記録を可能にするために接続されうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６１１５１２９号公報
【発明の概要】
【０００９】
例示的実施形態は、ハンドリングエリア内に操作デバイスを位置および／または配置させるためのシステムを含む。操作デバイスは、ハンドリングエリア内に格納されたさまざまな構造物または物品とインタラクトするためにそのエリア内を移動できうる、クレーン、ホイスト、掴み部、燃料交換ブリッジまたはマスト、移動可能パレット、フォークリフト、貯蔵庫ロボット、Ｋｉｖａリフティングローバ等を含む広範なハンドリング機器を含みうる。ハンドリングエリアは、物品がさまざまな位置に配置され、運用目的を達成するために別の位置へと移動される、貯蔵庫、集合体フロア、原子炉または原子炉の炉心、使用済燃料プール、燃料保持エリア、製造工場、貯蔵場等を含みうる。操作デバイスは、これらの物品に対して移動し、物品をエリア内で吊り上げたり、または係合したりして、移動させることによって、物品とインタラクトしうる。人間であるユーザまたは電磁気的な検出器のようなオペレータが、エリアに対する、および／または、エリア内の定義された位置における物品に対する、操作デバイスの位置および／または方位を決定できるように、１または複数の電磁気デバイスが、物品、エリア、および／または、エリア境界において比較的正確な電磁輻射を放射するために、操作デバイスとともに移動する。これら電磁気デバイスは、ＬＥＤ、白熱灯または蛍光灯、レーザ等のような可視光生成器を含むいくつかのタイプのエミッタを含みうる。これらのいくつかは、レンズおよび／またはリフレクタを用いて線または面を形成する比較的指向性の高い、潜在的にコヒーレントな光のビームを生成しうる。
【００１０】
例示的システムは、人間のインタラクション無しで、または、人間の操作における確認として、検出された光に基づいて操作デバイスを動作させうる、ハードウェアプロセッサおよびコントローラのような自動デバイスとともに使用可能である。このような適切に設定されたコンピュータは、ハンドリングエリア内の位置までの興味のあるその他のポイントと物品とのリストを格納しうる。そして、操作デバイスの位置を決定するために、操作デバイス上のエミッタからの光位置を用い、物品を操作または移動させるために、操作デバイスをこれら所望の位置に移動させうる。例えば、コンピュータプロセッサは、最初および最後の一連の集合体位置と、可能な方位とを含む、所望の燃料移動のリストを完了させて行く。マストまたはその他の燃料ハンドリング構造物におけるレーザエミッタは、原子炉壁、上部ガイド、または、原子炉内の炉心位置に対する既知の正確な位置にあるその他の構造物に当たるレーザラインを発射し、原子炉の内部または周辺の検出器が、燃料ハンドリング構造物の位置および／または方位を決定するためにレーザが光るこれら位置を検出し、処理しうる。プロセッサおよび制御電子機器は、移動のリストが完了するまで、配置を計算し、または検証するためのレーザポイントを用いて、ハンドリング構造物を、ときにより燃料とともに、最初および最後の位置および／または方位の間で、移動させうる。
【００１１】
電磁放射が周知の手法で操作デバイスから放射される限り、例示的実施形態では、操作デバイスおよび電磁気デバイスのいくつかの異なる構成が使用可能である。例えば、いくつかのエミッタは、操作デバイスから異なる方向で放射するために、さまざまな角度で取り付けられうる。異なるエミッタは、個々に動作可能であり、操作デバイスの位置または方位を適切に特定するために、オフされたり、または、異なる光特性を用いうる。エミッタと、エミッタから放出される電磁放射とは、放射の反射からの正確な位置決めを保証するために、既知のオフセットまたは干渉に対して較正されうる。エミッタとして使用可能な電磁気デバイスは、それらの使用環境に基づいて設定され、例えば原子炉において使用されるものは、防水式、および／または、例えば放射線に対して強固でありうる。
【００１２】
例示的実施形態は、例示のみによって与えられ、図示する用語を限定しない、同一要素が同一符番によって表されている添付図面を、詳細に説明することによって、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】関連技術である原子力容器および内部構造物の例示である。
【図２】制御棒ブレードとともに使用される関連技術である燃料集合体の制御されたグループの例示である。
【図３】関連技術である燃料交換ブリッジの例示である。
【図４】例示的実施形態の燃料ハンドリング機器位置決めおよびアライメントシステムの例示である。
【図５】別の例示的実施形態の燃料ハンドリング機器位置決めおよびアライメントシステムの例示である。
【図６】別の例示的実施形態の燃料ハンドリング機器位置決めおよびアラインメントシステムの例示である。
【図７】例示的実施形態の物品ハンドリング機器位置決めおよびアラインメントシステムの例示である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
これは特許文献であり、これを読んで理解した時に、改良の一般的な広いルールが適用されるべきである。本文献に記載および図示されているすべては、添付された特許請求の範囲内にある主題の例である。本明細書で開示されたいかなる特定の構成および機能的な詳細も、単に、例示的実施形態または方法をどのように製造し使用するのかを記載する目的のためのものである。本明細書に特に開示されていないいくつかの異なる実施形態は、特許請求の範囲内にあるので、これら特許請求の範囲は、多くの代替的な手法で具体化され、本明細書に記載された例示的実施形態のみに限定されていると解釈されるべきではない。
【００１５】
本明細書では、さまざまな要素を記載するために、第１、第２等の用語が使用されうるが、これら要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は単に、ある要素を別の要素と区別するために使用される。例えば、例示的実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と命名されうるし、同様に、第２の要素が第１の要素と命名されうる。本明細書で使用されるように、用語「および／または」は、関連付けられリストされた項目のうちの１または複数の何れかおよびすべての組み合わせを含む。
【００１６】
要素は、別の要素に「接続されている」、「結合されている」、「対になっている」、「取り付けられている」、または「固定されている」と称される場合、他の要素に直接的に接続または結合されうるか、または、介在要素が存在しうることが理解されるであろう。一方、要素が別の要素に「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と称される場合、介在要素は存在しない。要素間の関係を記載するために用いられる他の単語が、（例えば、「〜間に」と「〜間に直接的に」、「隣接して」と「直接的に隣接して」等のように）同様の方式で解釈されるべきである。同様に、例えば「通信可能に接続されている」というような用語は、例えば無線で接続されているかされていない、中間デバイス、ネットワーク等を含む２つのデバイス間の情報交換ルートのすべてのバリエーションを含む。
【００１７】
本明細書で使用されるように、単数形“ａ”、“ａｎ”、および“ｔｈｅ”は、文言が「〜のみ」、「単一の」、および／または、「１つ」のような用語で明示的に示されていないのであれば、単数形と複数形との両方を含むことが意図されている。さらに、「備える」、「備えている」、「含む」、および／または、「含んでいる」という用語は、本明細書で使用される場合、述べられた機能、ステップ、動作、要素、アイデア、および／または構成要素の存在を明示しているが、これら自身が、１または複数の他の機能、ステップ、動作、要素、構成要素、アイデア、および／またはこれらのグループの存在または追加を排除しないことが理解されよう。
【００１８】
以下に記載される構成および動作は、図面で説明および／または着目されている順序から外れて起こりうることも注目されるべきである。例えば、実際には連続して図示されている２つの動作および／または図面は、含まれている機能／動作に依存して、同時に実行されうるか、または、ときにより逆の順序で実行されうる。同様に、以下に記載された例示的方法内の個々の動作は、以下に記載されている単一の動作とは異なる、別の一連の動作またはループを提供できるように、反復して、個別に、またはシーケンシャルに実行されうる。以下に記載される特徴および機能を有する任意の実施形態が、任意の動作可能な組み合わせで、例示的実施形態の範囲内にあることが考えられるべきである。
【００１９】
発明者は、ハンドリング機器のマスタピースにおける距離判定計算または移動計算に依存する既存の位置決めシステムおよびアライメントシステムから生じる問題を認識している。例えば、燃料交換ブリッジ１（図３）における関連技術であるトロリ２は、燃料集合体の実際の位置またはアクセスされるべき炉心位置を考慮せずに、燃料集合体を横方向または縦方向に移動させるために、電気的なインターロックを使用しうる。したがって、トロリ２および取り付けられているマスト３（図１）の位置を設定するための精細な移動が、炉心位置または燃料と揃っていなくても、炉内カメラを用いて適切な燃料および位置の識別情報のローカルな視覚的検証を必要とする。これは、時間を要し、精度が落ち、さらに、燃料シャッフリング中、遅い燃料移動といくつかの（再）検証ステップを必要とする。発明者は、燃料集合体、炉心位置、またはその他取り扱われるべき物品に関するハンドリング機器の位置決めのための明確で迅速な基準が、操作全体において、繰り返しなされる外観検査または人間の介在の必要性を除去しうることを認識した。以下の開示は、原子燃料およびその他の物品の操作機器における発明者によって認識される、これらおよびその他の問題をユニークに解消し、これらおよびその他の利点をユニークに導入する。
【００２０】
本発明は、位置を決定するために特定のエリアおよび／または構造物から反射した光を用いて、この特定のエリア内の機器によって取り扱われる構造物に対するハンドリング機器の位置決めを可能にするシステムおよび／または方法である。本発明とは対照的に、以下に議論されるいくつかの例示的実施形態および例示的方法は、本発明として、および／または、本発明と関連して使用されうる種々の異なる構成のうちの単なる一部しか例示していない。
【００２１】
図４は、例示的実施形態のアラインメントシステム１００を用いた原子炉炉心３５の図解である。図４に図示されるように、個々の正方形は、軸方向高さから見た場合における原子炉１０内部の炉心３５内の燃料集合体４０またはその位置を表している。図４は、経済的に簡素化された沸騰水型原子炉設計において見られるもののように、およそ１１３２体の燃料集合体を備えた炉心を例示しているが、例示的実施形態では、その他の炉心サイズおよび形状が使用可能である。本明細書で定義されているように、「横方向」および「縦方向」は、図４の炉心３５の平面において直交する方向である一方、「軸方向」は、少なくともある程度、図４の内側または外側へ向かう深さ方向であり、横方向および縦方向の両方に対して直交している。
【００２２】
図４に図示されるように、燃料交換マスト３は、例えば停止中、プラント建設中または廃炉中、および／または、その他のメンテナンス時の間のような、原子炉１０へアクセスする期間中、炉心３５に向かって軸方向に下降しうる。マスト３は、図３におけるようなトロリ２または燃料交換ブリッジ１から下降する既存または関連技術のマストでありうるか、または、例えばクレーンによって吊り下げられているもののような別のタイプのものであり、燃料集合体４０の吊り上げ、回転、配置、および／または、移動のため、ホイストボックスおよび／または掴み部のような燃料ハンドリング構造物、および、その他可能な原子力発電所構造物を含みうる。
【００２３】
例示的実施形態のアラインメントシステム１００は、マスト３に配置された少なくとも１つの可視ラインエミッタ１１０を含む。可視ラインエミッタ１１０は、オペレータまたはその他のビジュアルセンサに対して知覚可能でありながら、炉心３５の周辺位置に直線的に確実に到達するよう、十分なコヒーレンスを有する、原子炉１０において可視で直線的な光のビーム１１１を生成し、発射することができる任意のデバイスでありうる。例えば、可視ラインエミッタ１１０は、レーザおよび／または集光されたＬＥＤライトでありうる。
【００２４】
例示的実施形態のシステム１００における可視ラインエミッタ１１０は、原子炉環境において動作するように構成され、放射線に対して堅固であるか、および／または、炉心冷却材の深さ内での動作のために流体密封となるようにシールされうる。例えば、可視ラインエミッタ１１０および関連付けられた任意の通信または電源接続が、燃料装荷された原子炉において放射線に晒された場合、放射性物質を流入させることも、物理特性を著しく変化させることもない材料で全体が製造されているか、および／または、可視ラインエミッタ１１０が、流体の進入および／または汚染を阻止する透明ケース内にシールされうる。
【００２５】
可視ラインエミッタ１１０は、例えば、連結されたバッテリによって、ローカルに電力供給され動作されうるか、あるいは、例えば、供給ライン１５５および電源１５０および／または遠隔無線接続によって、遠隔的に電力供給または操作されうる。エミッタ１１０はまた、エミッタ１１０が搭載されうる下部掴み部への電力リード線および接続点を既に含みうる従来式のローカルライトまたはカメラ５（図１）にとって替わられうるか、または、ともに使用されうる。このように、オペレータまたは自動システムは、トロリ２（図３）またはオフサイト位置のように遠隔的にエミッタ１１０を起動および停止しうるか、あるいは、エミッタ１１０の方向または光特性を変更さえもしうる。
【００２６】
特定の例として、可視ラインエミッタ１１０は、平面形成レンズによって（面のいくつかの点において破線を用いて示されているような）光１１１の面を放射する高出力の赤レーザでありうる。平面ビーム１１１は、赤い波長を吸収する傾向にある、原子炉１０内の２５フィートの水を通過して目に見えるのに十分な強度を有する。光１１１の面は、エミッタ１１０から軸方向−横方向面に伸びうる。光１１１の面が、炉心３５の上端において燃料４０またはその他の構造物と交差する所で、原子炉環境において遭遇する一般的な緑および青に対して容易に目に見える赤いラインが形成されうる。十分な強度が与えられていると仮定すると、光１１１の面は、たとえ燃料操作中に炉心３５の上端から生成されていても、目に見えうる。あるいは、例えば、可視ラインエミッタ１１０は、数十メートル離れた比較的正確な端部位置において目に見えるような十分な強度の、よく集光された直線的な光１１１のビームを生成する放射面反射鏡またはレンズを備えた白熱光または蛍光白色光でありうる。
【００２７】
可視ラインエミッタ１１０は、例えば、マスト３に直接的にマスト３の上端または底、図３に図示される燃料交換ブリッジ１上、テレスコープホイストボックスおよび掴み部上、等を含む、炉心３５の周囲に光のラインを向ける任意の位置において、マスト３の周りに配置される。そのように配置されると、可視ラインエミッタ１１０は、光１１１のビームを周辺近傍の交差点１１２へ発射し、これによって、燃料集合体４０、炉心３５、原子炉１０、および／または、その他の興味のある構造物に対するエミッタ１１０の位置および／またはアライメント決定を可能とする。可視ラインエミッタ１１０は、原子炉１０および／またはマスト３、または、エミッタ１１０が取り付けられているその他任意の構造物へのアクセス中の任意の時間に搭載されうる。例えば、エミッタ１１０は、停止の開始時においてマスト３（図３）に取り外し可能に取り付けられ、停止後に取り外されうる。あるいは、エミッタ１１０は、プラント建設中、または、アップグレード改良として後にトロリ２とともに搭載される、トロリ２のパーマネントな機能でありうる。
【００２８】
例えば、可視ラインエミッタ１１０は、原子炉１０の最下部点の基本方向において、縦方向に下方に面しているマスト３の底に取り付けられうる。エミッタ１１０によって生成された光１１１のビームは、原子炉１０の下端と交差点１１２を生成することができ、これによって、オペレータは、エミッタ１１０の横方向位置を決定できるようになる。交差点１１２はまた、原子炉１０内の上部ガイド４５（図１）または原子炉１０のフランジのまわりの目盛り付けされたインデックスのように、炉心３５内の位置を反映する特定かつ正確な横方向および縦方向のグラデーションを持つ潜在的な１つである原子炉１０内または周囲の別の周辺構造物とも生成されうる。同様に、基本方位に対する回転を決定するために、交差点１１２に対する比較のために、燃料集合体４０の場合正方形でありうる、基本０度方位からの角測定が与えられうる。
【００２９】
エミッタ１１０がマスト３へ堅固に取り付けられていることによって、オペレータまたはその他の検出器はさらに、交差点１１２から、炉心３５およびその中の燃料集合体４０に対するマスト３の横方向位置を決定しうる。オペレータまたは検出器はまた、原子炉１０に対する燃料集合体４０位置および／またはトロリ位置のような、関連する位置を決定しうる。光１１１のビームが、例えば、数ミリメートル厚の光の点を発射するレーザからのもののように、比較的強くて薄いのであれば、交差点１１２は、原子炉１０および／または炉心３５に対するエミッタ１１０の位置を示す迅速かつ高精度なインジケータを提供しうる。同様に、光１１１のビームが、平面レンズまたはいくつかのエミッタ１１０から生成された面であれば、交差点１１２へのかなりソリッドなライン１１１が、集合体４０の上端との交差によって生成され、交差点１１２の容易な識別と、そこから判定可能な、マスト３と交差点１１２との間の位置とが提供されうる。
【００３０】
図４に図示されるように、例示的実施形態のシステム１００では、多数の可視ラインエミッタ１１０が使用されうる。単一の可視ラインエミッタ１１０が、光１１１の単一のラインと交差点１１２とを生成しうる一方、複数のラインエミッタ１１０が、いくつかの異なるタイプの位置／アライメント決定がなされうるいくつかのライン１１１および／または交差点１１２を生成しうる。多数の可視ラインエミッタ１１０は、例示的実施形態のシステム１００において個別に取り付けられ、電力供給され、および／または、動作されうる別個のデバイスでありうるか、または、例えば、原子炉用途のために適応されたボッシュＧＬＬ２−８０デュアルプレーンレベリングレーザのようなレーザクロスプレーンエミッタのように、いくつかのラインを放射することが可能なユニタリデバイスでありうる。多数の可視ラインエミッタ１１０は、さまざまな原子炉運転における位置決めおよびアライメント情報を提供するために、異なる角度および／または軸方向位置に配置され、異なる濃淡および／または強度の光を放射し、および／または、独立して動作可能でありうる。
【００３１】
例えば、おのおのが、図４に図示される構成と同様に、マスト３の底の周囲に９０度のインクリメントで配置されている４つの可視ラインエミッタ１１０が使用されうる。このように、おのおののエミッタ１１０は、９０度のインクリメントで光１１１のビームを発射し、炉心３５の端部において４つの交差点１１２を生成しうる。４つの交差点１１２によって、炉心３５、集合体４０、および原子炉１０に対するマスト３の横方向と縦方向との両方のオフセットが可能となりうる。これら横方向および縦方向の位置から、オペレータまたはプログラムは、マスト３が操作している燃料集合体４０または炉心３５における開口位置を判定しうる。この例におけるエミッタ１１０が、平面エミッタであれば、燃料ハンドリング機器の容易な検証または所望の集合体または炉心位置への位置補正のために、交差点１１２から、燃料集合体４０または炉心３５内の開口位置における中心交差点への、比較的ソリッドなラインが形成されうる。
【００３２】
図５は、図４に類似しており、例示的実施形態のシステム２００では、回転可能なマスト３を用いた、いくつかの可視ラインエミッタ１１０の、より詳細な配置を示している。図５に図示されるように、最大８つの可視ラインエミッタ１１０が、マスト３の設定された位置のまわりに４５度のインクリメントで配置されうる。図５の例では、マスト３はさらに、矢印によって図示されるように、燃料操作中に、縦方向および横方向の移動に加えて、これら軸の周りで回転されうる。
【００３３】
より小さな角度インクリメントにおける多数の可視ラインエミッタ１１０は、マスト３のいくつかの回転位置におけるアライメントおよび位置の視覚的検証を可能にしうる。例えば燃料集合体のハンドリング中といった、マスト３が基本方位から４５度まで回転すると、４つの基本的にアライメントされた可視ラインエミッタ１１０の一部のみが、位置決めのために使用されうる。図５に図示されるように、真の縦方向および横方向に関連付けられた４つのエミッタ１１０が使用され、マスト３が４５度回転された場合、ライトビーム１１１および基本交差点１１２ｂが位置決めのために使用されうる。交差点１１２ａに関連付けられた、アライメントされていないエミッタ１１０は、回転された場合、真の横方向位置も縦方向位置も示さないので、無視されうる。同様に、マストが９０度まで回転すると、その他４つのエミッタ１１０の交差点１１２ａが、位置決めのために原子炉１０の縦方向端部および横方向端部とアライメントされるであることから、これら４つのエミッタ１１０が使用されうる一方、交差点１１２ｂを生成する、アライメントされていない最初の４つのエミッタ１１０が無視されうる。
【００３４】
多数のエミッタ１１０は、独立して動作可能でありうる。このように、オペレータまたはプログラムは、横方向および縦方向にアライメントされたエミッタ１１０を起動している間、そのエミッタからの光１１１のビームが横方向または縦方向にアライメントされていないかあるいは有用ではない、マスト３の、回転しているエミッタ１１０、またはその他の位置におけるエミッタ１１０をオフしうる。これは、オペレータの混乱を防ぎ、横方向および縦方向に適切に対応するほんのいくつかの交差点（図５における１１２ｂ）のみが、マスト３、燃料集合体４０、トロリ２等の位置決めのために依存されることを保証しうる。
【００３５】
同様に、少なくとも１つのビジュアルラインエミッタ１１０が、ユニークなビーム１１１で、異なるタイプの光を放射するのであれば、ユーザまたは他の視覚観察者は、ユニークなタイプ（単数または複数）の光を、マスト３の周囲の特定の位置における個々のビジュアルラインエミッタ１１０に関連付けうる。このように、ユーザは、ユニークな光ビームの交差点１１２の位置に基づいて、マスト３の相対的な回転と、どの交差点１１２が真の横方向および縦方向を反映しているのかとの両方を判定しうる。
【００３６】
真の横方向位置および縦方向位置における交差点１１２を見失うことなく、どのようにして多数のエミッタ１１０が回転マスト３とともに動作されうるのかのさらなる例として、エミッタ１１０は、炉心３５および原子炉１０に対する基本横方向および基本縦方向に向けられ続けるために、マスト３、または、エミッタ１１０が接続するその他の構造物上で回転可能でありうる。例えば、エミッタ１１０は、マスト３に取り付けられたトラック上に搭載され、マスト３が回転すると、このトラック上でエミッタ１１０を逆回転させるモータを含みうる。多くのエミッタ１１０を逆回転させるために、そのようなトラックおよびモータは、オペレータがマスト回転を制御するトロリ２からのオペレータ信号と通信しうる。この例において、マスト３の回転を判定するために、追加のエミッタ１１０が、直接的に取り付けられうるか、あるいは、マスト３とともに回転可能でありうる。そのような追加のエミッタ１１０は、回転インジケータとしてであって、縦方向または横方向の位置決め点としてではなく生成された交差点１１２を区別するために、ユニークな色の光を使用しうるか、ユニークな光パターン、方向、ストロボ等を有しうる。
【００３７】
例示的実施形態のシステムにおいて、可視ラインエミッタ１１０が取り付けられている所であればどこでも、オペレータまたは視覚検査システムは、既知の位置を、流体表面の通過または温度勾配によって引き起こされるリダイレクションのみならず、撓みまたはスプリアス運動によって潜在的に引き起こされる、興味のある構造物からのオフセットを含む潜在的な歪みに対して較正しうる。例えば、マスト３の底であるが、集合体４０まで伸び、集合体４０と直接的にインタラクトする掴み部の上に取り付けられている可視ラインエミッタ１１０を用いて、マスト３の底に対する、掴み部における既知の縦方向／横方向／曲がりオフセットまたは撓みが、エミッタ１１０からの交差点１１２からの掴み部位置を決定する際に考慮されうる。同様に、可視ラインエミッタ１１０が、原子炉１０内の冷却材上のトロリ２に取り付けられているのであれば、オペレータは、トロリ２を既知の位置へ移動し、既知の位置に対する交差点１１２を測定することによって、屈折を考慮するようにシステム１００を較正しうる。そのような較正は、各停止時またはメンテナンス期間において、および／または、エミッタ１１０が搭載されている場合に、いつでも行われうる。
【００３８】
図６は、トロリ２、ブリッジ１、マスト３、燃料集合体４０、またはその炉心位置等といった位置を自動的に決定するためにエミッタ１１０を使用しうる別の例示的実施形態のシステム３００の図解である。図６に図示されるように、２つの可視ラインエミッタ１１０が、この例では、開放された原子炉１０上のトロリ２またはブリッジ１に搭載されている。可視ラインエミッタ１１０が、十分な強度を有する明るい緑の平面レーザビーム１１１をシステム３００内で放射し、原子炉１０の周辺に到達し、炉心３５に対する燃料管理構造物１、２、３、４などの縦方向位置および横方向位置に一致する可視交差点１１２を生成するように、スイープしうる。
【００３９】
２つのエミッタ１１０は、同じ軸方向レベルにあるものの、トロリ２またはブリッジ１における横方向位置または縦方向位置においてオフセットしうる（互いに隣接している）ので、エミッタ１１０は、原子炉１０内の炉心３５の深さに基づいて、このオフセットを考慮するために、わずかに角度を付けられることによって補償しうる。このように、エミッタ１１０は、燃料集合体４０において、または、その直下で、トロリ、ブリッジ、マスト、掴み部等による動作がなされている炉心位置において、２つの平面１１１間の交差点または交点を正確に形成しうる。すなわち、より強度の高いビーム面１１１の交差自身が、位置に正確に表れ、エミッタ１１０およびそれに接続されている構造物の位置に正確に関連付けられうる。もちろん、前述したような較正は、トロリ／ブリッジ／マスト／掴み部位置と、光１１１のビームおよび／または交差点１１２から計算されるような燃料／炉心位置との間の関係の精度を保証するために、エミッタ位置、角度、および／または、エミッタ１１０が取り付けられている機器と、炉心３５における真の位置との間の（撓み、屈折、ドリフト、スプリアス運動等よる）既知のオフセットの計算に関してなされうる。
【００４０】
図６に図示されるように、エミッタ１１０によって原子炉１０内で生成された交差点１１２およびライン１１１を見るために、フォトダイオードまたはその他のセンサを備えたレンズパッケージまたはカメラのようなビジュアル検出デバイス３１０もまた配置される。ビジュアル検出デバイス３１０は、エミッタ１１０と並んで同様に搭載されうるか、または、原子炉１０に対するビジュアルなアクセスを有するその他任意の位置にありうる。これは、固定された位置において、原子炉１０上または内部に搭載されていることを含む。ビジュアル検出デバイス３１０は、特に、エミッタ１１０によって生成されたユニークなタイプの光を検出するように構成されうる。例えば、エミッタ１１０は、特定の光の周波数において動作しうる。そして、ビジュアル検出デバイス３１０は、エミッタ１１０によって生成された光の周波数から、他の光の周波数をフィルタアウトするように較正されうる。
【００４１】
カメラ３１０がビジュアルプロセッサ３２０に接続される。プロセッサ３２０は、例示的実施形態のシステム３００のさまざまな要素を制御するように接続、プログラムまたは構成された１または複数のコンピュータプロセッサを含みうる。プロセッサ３２０はさらに、例えば、その他の要素の位置を決定するためにカメラ３１０からのビジュアルデータを処理することと、トロリ２またはブリッジ１を制御することと、および／または、燃料移動およびシャッフリングを制御することと、を含む例示的方法を実行するように構成されうる。プロセッサ３２０は、例えば、カメラ３１０からのビジュアル情報を処理して、交差点１１２、光１１１のビームの位置および交差、および／または、マスト３がインタラクトする炉心３５内の位置または燃料集合体４０を判定するように構成またはプログラムされた、プロセッサキャッシュ、一時的メモリ、ビデオバッファ等に潜在的に関連付けられた任意のコンピュータプロセッサでありうる。
【００４２】
プロセッサ３２０は、ブリッジ１、トロリ２、マスト３、掴み部ボックス４（図３）、およびその他任意の燃料操作構造物のうちの何れか１つを起動し移動させうるオペレーションコントローラ３３０に接続されている。プロセッサ３２０からの入力に基づいて、コントローラ３３０は、炉心３５内の所望の位置にこれら構造物を移動させ、個々の燃料集合体を掴むことと、固定された燃料を上昇または下降するために何れかの掴み部ボックスを伸ばすこととを含む燃料移動を開始しうる。例えば、プロセッサ３２０は、炉心３５内の初期配置および最終配置までの燃料移動の順序によってプログラムされうる。そして、光ビーム１１１の交差と交差点１１２とを読み取ることによって、最終位置および初期位置に高い精度で到達するためにトロリ、ブリッジ、マスト、掴み部等の適切な配置を決定しうる。プロセッサ３２０はコントローラ３３０に対して、これら決定された位置に燃料管理構造物を移動させ、燃料管理構造物の絶対位置または相対位置を検証し、および／または、決定された位置における燃料装荷または取出を開始する、ように指示しうる。あるいは、例えば、トロリ２または遠隔位置にいる人間のオペレータが、コントローラ３３０を通じて燃料シャッフリングを制御し、プロセッサ３２０の類似の動作から、適切な位置決めおよび配列の検証を受信しうる。
【００４３】
本明細書に記載されたさまざまな例示的機能が与えられ、例示的実施形態のシステムは、所望の機能を提供するためにさまざまな手法で構築されうる。例示的実施形態のシステム３００の、ネットワーク化された要素および機能は、図６において、具体的なグルーピングおよび部分構成要素を用いて個別の構成要素として図示されているが、これらの要素は、適切に区別されたデータ記憶装置および／またはファイルシステムおよび処理構成を有する単一のデバイス内にコロケートされうることが理解される。あるいは、ビジュアル検出器３１０、ビジュアルプロセッサ３２０、およびコントローラ３３０のような、図６に図示される要素は、例えば、より多くのリソースまたはより良好なロジスティクスが異なる場所において利用可能であれば、ハードウェアのいくつかの部品によって共有された機能を有し、おのおのが、必要なデータ転送および分析を提供するように適切な速度で通信可能に接続された、遠隔かつ複数でありうる。任意の数の個別のモジュール、プロセッサ、および／または、サーバ間での構成および機能のその他の分割および／または省略が、単一のマシン上での、または、遠くの排他的なサーバおよびプロセッサ間での実行を含む、例示的実施形態の位置決めシステムとともに使用可能である。
【００４４】
例示的実施形態が、原子炉環境における図４〜６に図示されたが、その他の環境が、例示的システムおよび方法と互換性を持つことが理解される。例えば、原子炉１０の代わりに、異なるエリアのサイズを考慮したエミッタ配置の適切な再較正および潜在的な光放出特性によって、使用済み燃料プールまたは燃料保持または貯蔵エリアが、例示的システムとともに等しく利用可能でありうる。または、例えば、図７に図示されるように、例示的実施形態のシステム４００は、製造工場、倉庫、または貯蔵ヤード設備において動作しうる。図７では、いくつかの物品７４０が、コンベヤ７６０のような、ハンドリング機器または製造機器のいくつかの部品の周辺である可能性のある、設備フロアの周辺に配置されている。クレーンまたはホイスト７０１は、物品７４０の上を横方向および縦方向に自由に移動可能であり、物品７４０の吊り上げ、および／または、そうでない場合には移動させることが可能な掴み部、フック、マグネット等を含みうる。
【００４５】
図７に図示されるように、多数のビジュアルラインエミッタ１１０がクレーン７０１に取り付けられており、ここで、エミッタ１１０は、軸方向下部に向けて物品７４０へ光１１１のビームを放射する。光１１１のビームは平面状または直線状であり、交差点１１２において、物品７４０の周辺のフロア、または、物品７４０の周囲のその他の位置決め要素または目盛り付けされた要素に達しうる。ビーム１１１が物品７４０に沿って、フロアに当たる多数のラインを生成すると、ユーザ、カメラ、またはその他のビジュアル検出デバイスは同様に、これらラインの集光に基づいて、クレーン７０１の位置を特定しうる。その他の例に類似して、光１１１のビームの位置および／または交差点１１２は、クレーン７０１の絶対位置または相対位置を決定し、インタラクションのために物品７４０の上方のクレーン７０１を適切に位置決めし、および／または、既に物品７４０を保持しているクレーン７０１を、例えばコンベヤベルト７６０のような所望の収納場所へ移動させるために使用されうる。
【００４６】
例示的実施形態のシステム４００はさらに、例示的実施形態のシステム３００のもののように、自動化されたシステムおよび方法とともに使用可能である。例えば、プロセッサおよびコントローラは、システム４００内の特定の既知の位置における物品にアクセスするように構成され、このようなプロセッサおよびコントローラは、ビジュアル検出デバイスによって、検出された交差点１１２、光１１１のビーム、および／または、これらの組み合わせを用いることによって、クレーン７０１を、所望の物品７４０に一致する位置に自動的に移動させうる。その後、クレーン７０１は、確認された場所において、所望の物品を保持または解放するために、下降されうる。
【００４７】
例示的システムは、いくつかの異なるタイプの機能を用いて前述され、例示的方法は、これらから明らかである。例えば、原子炉オペレータは、燃料ハンドリングマシンにビジュアルエミッタを搭載することと、これらマシンと、これらマシンによって取り扱われる燃料とを、放射された光で決定可能な所望の位置の間を移動させるプロセッサベースのビジュアル検出システムを用いてこれらマシンの移動を制御することとによって、原子炉炉心と燃料保持エリアとの間での燃料移動およびハンドリングを自動化するために、例示的システムを使用しうる。同様に、オペレータは、放射された光（単数または複数）およびそれらの交差の位置に基づいて、燃料ハンドリング構造物の位置および方位のみならず、燃料が最終的に配置される炉心位置をも検証しうる。その他の設備のオペレータは、ハンドリング機器とハンドリング機器によって操作されるべき物品とを適切に位置決めするために、例示的システムを同様に使用しうる。
【００４８】
例示的実施形態および方法がこのように記載されているが、例示的実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内にありながら、ルーチン実験によって代用および変形されうることが当業者によって認識されるであろう。例えば、例示的実施形態における光のビームが、移動されるべき物品および集合体に対して向けられうるが、光が、物品に対するハンドリング機器の位置決定を可能にする別の構造物に向かって、別の方向で、あるいは離れて向けられうることが理解される。さまざまな異なる原子炉設計および炉心設計が、例示的実施形態の適切な寸法によって、例示的実施形態および方法と簡単に互換性を持ち、特許請求の範囲内にある。そのような変形は、これら特許請求の範囲からの逸脱であると見なされるべきではない。
【符号の説明】
【００４９】
１  燃料交換ブリッジ
２  トロリ
３  燃料交換マスト
４  ホイストボックス
５  カメラとライト
１０  原子炉圧力容器
１５  チャネル
１２  制御棒駆動機構
２５  ダウンカマ
３０  シュラウド
３５  原子燃料炉心
４０  燃料集合体
４５  上部ガイド
５５  下部プレナム
６０  上部プレナム
６５  シュラウドヘッド
７０  燃料支持板
８０  制御ブレード
８５  バール
９０  フランジ
９５  上部ヘッド
１１０  可視ラインエミッタ
１１１  ビーム／光の平面
１１２  交差点
１５０  電源
１５５  供給ライン
３１０  カメラ
３２０  ビジュアルプロセッサ
３３０  コントローラ
７０１  クレーン
７４０  物品
７６０  コンベヤ
１００、２００、３００、４００  例示的実施形態のアライメントシステム
【図１】
2015212202.tif 000003
【図２】
2015212202.tif 000004
【図３】
2015212202.tif 000005
【図４】
2015212202.tif 000006
【図５】
2015212202.tif 000007
【図６】
2015212202.tif 000008
【図７】
2015212202.tif 000009
【外国語明細書】
2015212202000001.pdf