(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元移動可能な水中移動体の位置を検知する水中移動体の位置検知装置において、
前記水中移動体に設けられ、前記水中移動体の上下位置を検出する上下位置検出器と、
前記水中移動体に設けられ、前記水中移動体の姿勢に対して定められたほぼ同一平面上において、前記水中移動体から周囲の前記構造物へ向かう少なくとも３つの方向における前記水中移動体と前記構造物との相対距離をそれぞれ検出する相対距離検出器と、
絶対位置座標系における前記構造物の３次元形状及び表面の位置に関するデータを記憶する記憶手段と、
前記上下位置検出器で検出された前記水中移動体の上下位置に基づいて絶対位置座標系における前記相対距離検出器の検出方向面の位置の方程式を演算し、前記相対距離検出器の検出方向面が前記構造物に交差する位置における前記構造物の断面形状及びその絶対位置を前記記憶手段で記憶された前記構造物のデータから演算する構造物断面演算手段と、
前記相対距離検出器の検出結果に基づいて前記相対距離検出器の検出方向面における前記水中移動体の位置を基準とした前記構造物の表面の相対位置を演算する検出断面演算手段と、
前記検出断面演算手段で演算された前記構造物の表面の相対位置と前記構造物断面演算手段で演算された前記構造物の断面形状の絶対位置とをマッチングさせることにより、前記水中移動体の水平位置を演算する水平位置演算手段とを備えたことを特徴とする水中移動体の位置検知装置。
【請求項２】
３次元移動可能な水中移動体の位置を検知する水中移動体の位置検知装置において、
前記水中移動体に設けられ、前記水中移動体の上下位置を検出する上下位置検出器と、
前記水中移動体に設けられ、前記水中移動体の姿勢角を検出する姿勢角検出器と、
前記水中移動体に設けられ、前記水中移動体の姿勢に対して定められたほぼ同一平面上において、前記水中移動体から周囲の前記構造物へ向かう少なくとも３つの方向における前記水中移動体と前記構造物との相対距離をそれぞれ検出する相対距離検出器と、
絶対位置座標系における前記構造物の３次元形状及び表面の位置に関するデータを記憶する記憶手段と、
前記上下位置検出器及び前記姿勢角検出器で検出された前記水中移動体の上下位置及び姿勢角に基づいて絶対位置座標系における前記相対距離検出器の検出方向面の位置の方程式を演算し、前記相対距離検出器の検出方向面が前記構造物に交差する位置における前記構造物の断面形状及びその絶対位置を前記記憶手段で記憶された前記構造物のデータから演算する構造物断面演算手段と、
前記相対距離検出器の検出結果に基づいて前記相対距離検出器の検出方向面における前記水中移動体の位置を基準とした前記構造物の表面の相対位置を演算する検出断面演算手段と、
前記検出断面演算手段で演算された前記構造物の表面の相対位置と前記構造物断面演算手段で演算された前記構造物の断面形状の絶対位置とをマッチングさせることにより、前記水中移動体の水平位置を演算する水平位置演算手段とを備えたことを特徴とする水中移動体の位置検知装置。
【請求項３】
請求項２記載の水中移動体の位置検知装置において、前記構造物断面演算手段は、最初は、前記上下位置検出器及び前記姿勢角検出器で検出された前記水中移動体の上下位置及び姿勢角並びに予め入力された前記水中移動体の水平位置の初期値に基づいて絶対位置座標系における前記相対距離検出器の検出方向面の位置の方程式を演算し、前記水平位置演算手段で前記水中移動体の水平位置が演算された以降は、前記上下位置検出器及び前記姿勢角検出器で検出された前記水中移動体の上下位置及び姿勢角並びに前記水平位置演算手段で演算された前記水中移動体の水平位置の前回演算値に基づいて絶対位置座標系における前記相対距離検出器の検出方向面の位置の方程式を演算することを特徴とする水中移動体の位置検知装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の水中移動体の位置検知装置において、前記上下位置検出器は、前記水中移動体の深度を検出する圧力センサであることを特徴とする水中移動体の位置検知装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の水中移動体の位置検知装置において、前記相対距離検出器は、多数の方向にレーザ光を走査するとともにその反射光を受光する走査型のレーザセンサであることを特徴とする水中移動体の位置検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元移動可能な水中移動体の位置を検知する水中移動体の位置検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば３次元移動可能な水中検査装置（水中移動体）を用いて原子炉内構造物の検査作業を行う原子炉内検査システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の原子炉内検査システムは、本体に推力を付与するスラスタ及び本体の位置や姿勢に係わる状態量を検出する検出手段を有する水中検査装置と、この水中検査装置にケーブルを介し接続され、水中検査装置の位置や姿勢を制御する制御装置とを備えている。水中検査装置の検出手段は、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）方向の加速度を検出する加速度センサと、３軸周りの角速度を検出するジャイロと、照射したスリットレーザが映り込んだ対象物を撮像するカメラとで構成されている。そして、制御装置は、検出手段の検出結果に基づき水中検査装置の変位を演算し、その変位を積算して絶対位置を演算するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１５７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の従来技術では、水中検査装置の変位を演算し、その変位を積算して絶対位置を演算するようになっている。そのため、変位演算の誤差が蓄積されて、絶対位置の誤差が増大する可能性があった。また、特許文献１に記載の従来技術では、水中検査装置と構造物との接触判定により誤差を補正しているものの、水中検査装置が構造物と接触して補正するまでの間は、絶対位置の誤差が増加する可能性があった。したがって、水中移動体の位置の検知精度の点で改善の余地があった。
【０００５】
本発明の目的は、水中移動体の位置の検知精度を向上させることができる水中移動体の位置検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、３次元移動可能な水中移動体の位置を検知する水中移動体の位置検知装置において、前記水中移動体に設けられ、前記水中移動体の上下位置を検出する上下位置検出器と、前記水中移動体に設けられ、前記水中移動体の姿勢に対して定められたほぼ同一平面上において、前記水中移動体から周囲の前記構造物へ向かう少なくとも３つの方向における前記水中移動体と前記構造物との相対距離をそれぞれ検出する相対距離検出器と、絶対位置座標系における前記構造物の３次元形状及び表面の位置に関するデータを記憶する記憶手段と、前記上下位置検出器で検出された前記水中移動体の上下位置に基づいて絶対位置座標系における前記相対距離検出器の検出方向面の位置の方程式を演算し、前記相対距離検出器の検出方向面が前記構造物に交差する位置における前記構造物の断面形状及びその絶対位置を前記記憶手段で記憶された前記構造物のデータから演算する構造物断面演算手段と、前記相対距離検出器の検出結果に基づいて前記相対距離検出器の検出方向面における前記水中移動体の位置を基準とした前記構造物の表面の相対位置を演算する検出断面演算手段と、前記検出断面演算手段で演算された前記構造物の表面の相対位置と前記構造物断面演算手段で演算された前記構造物の断面形状の絶対位置とをマッチングさせることにより、前記水中移動体の水平位置を演算する水平位置演算手段とを備える。
【０００７】
（２）上記目的を達成するために、本発明は、３次元移動可能な水中移動体の位置を検知する水中移動体の位置検知装置において、前記水中移動体に設けられ、前記水中移動体の上下位置を検出する上下位置検出器と、前記水中移動体に設けられ、前記水中移動体の姿勢角を検出する姿勢角検出器と、前記水中移動体に設けられ、前記水中移動体の姿勢に対して定められたほぼ同一平面上において、前記水中移動体から周囲の前記構造物へ向かう少なくとも３つの方向における前記水中移動体と前記構造物との相対距離をそれぞれ検出する相対距離検出器と、絶対位置座標系における前記構造物の３次元形状及び表面の位置に関するデータを記憶する記憶手段と、前記上下位置検出器及び前記姿勢角検出器で検出された前記水中移動体の上下位置及び姿勢角に基づいて絶対位置座標系における前記相対距離検出器の検出方向面の位置の方程式を演算し、前記相対距離検出器の検出方向面が前記構造物に交差する位置における前記構造物の断面形状及びその絶対位置を前記記憶手段で記憶された前記構造物のデータから演算する構造物断面演算手段と、前記相対距離検出器の検出結果に基づいて前記相対距離検出器の検出方向面における前記水中移動体の位置を基準とした前記構造物の表面の相対位置を演算する検出断面演算手段と、前記検出断面演算手段で演算された前記構造物の表面の相対位置と前記構造物断面演算手段で演算された前記構造物の断面形状の絶対位置とをマッチングさせることにより、前記水中移動体の水平位置を演算する水平位置演算手段とを備える。
【０００８】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記構造物断面演算手段は、最初は、前記上下位置検出器及び前記姿勢角検出器で検出された前記水中移動体の上下位置及び姿勢角並びに予め入力された前記水中移動体の水平位置の初期値に基づいて絶対位置座標系における前記相対距離検出器の検出方向面の位置の方程式を演算し、前記水平位置演算手段で前記水中移動体の水平位置が演算された以降は、前記上下位置検出器及び前記姿勢角検出器で検出された前記水中移動体の上下位置及び姿勢角並びに前記水平位置演算手段で演算された前記水中移動体の水平位置の前回演算値に基づいて絶対位置座標系における前記相対距離検出器の検出方向面の位置の方程式を演算する。
【００１０】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記上下位置検出器は、前記水中移動体の深度を検出する圧力センサである。
【００１１】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記相対距離検出器は、多数の方向にレーザ光を走査するとともにその反射光を受光する走査型のレーザセンサである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水中移動体の位置の検知精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な一実施形態である原子炉内検査システムを、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態による原子炉内検査システムの機器配置を一例として表す概略図である。
【００１５】
この図１において、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、及びシュラウドサポート５等の構造物があり、またＰＬＲ(Primary Loop Re-circulation System：一次冷却材再循環系）配管６等の配管が接続されている。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、同じく上方には、燃料交換装置８がある。
【００１６】
本実施形態の原子炉内検査システムは、原子炉１内の構造物の目視検査に用いる水中検査装置９（水中移動体）と、ケーブル１０を介して水中検査装置９に接続された制御装置１１と、この制御装置１１に接続され、水中検査装置９のカメラ画像を表示するとともに水中検査装置９の位置や姿勢等を表示する表示装置１２と、制御装置１１に接続され、水中検査装置９を操作可能なコントローラ１３とを備えている。そして、例えば原子炉１内の構造物の目視検査作業を行う場合、燃料交換装置８上の検査員１４は、原子炉１内に水中検査装置９を投入し、この水中検査装置９の位置や姿勢を表示装置１２で確認しつつ、コントローラ１３を操作する。
【００１７】
図２は、水中検査装置９の構成を表す概略図である。
【００１８】
この図２において、水中検査装置９は、本体の前面側（図２中左側）に設けられ原子炉１内の構造物等を撮像するカメラ１５と、このカメラ１５の画像を電子情報化する画像取込部１６とを備えている。また、水中検査装置９は、本体の上面側（図２中上側）、後面側（図２中右側）、及び左側面側（図２中紙面に向かって手前側）にそれぞれ設けられた３つのスラスタ１７（推進機構）を備えている。スラスタ１７は、スクリューと、このスクリューを正回転又は逆回転に駆動するモータ（図示せず）とで構成されており、上下方向（図２中上下方向）の推力、前後方向（図２中左右方向）の推力、及び左右方向（図２中紙面に対し垂直方向）の推力をそれぞれ付与するようになっている。これにより、水中検査装置９は３次元に水中移動可能としている。なお、以降、水中検査装置９の座標系は、本体の右方向（図２中紙面に向かって奥方向）をＸ軸正方向、前方向（図２中左方向）をＹ軸正方向、下方向（図２中下方向）をＺ軸正方向に定義したものとして説明する。
【００１９】
水中検査装置９は、水中検査装置９の深度を検出する圧力センサ（深度センサ）１８と、水中検査装置９の姿勢角を検出するための慣性センサ部１９とを備えている。慣性センサ部１９は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの角速度をそれぞれ検出する３軸ジャイロ２０と、Ｘ軸及びＹ軸周りの角度（傾斜角）を検出する傾斜計２１と、Ｚ軸周りの角度（方位角）を検出する地磁気センサ２２とを有している。また、水中検査装置９の本体下部には、周囲の構造物との相対距離を計測するレンジセンサユニット２３が設けられている。
【００２０】
図３は、上記レンジセンサユニット２３の概略構造を表すＸ軸方向断面図であり、図４は、図３中断面IV−IVにおけるＺ軸方向断面図である。また、図５は、レンジセンサユニット２３の測定動作を説明するための図である。
【００２１】
これら図３〜図５において、レンジセンサユニット２３は、前方側（図中左側）及び後方側（図中右側）にそれぞれ配置された走査型のレーザセンサ（レーザレンジファインダ）２４ａ，２４ｂと、これらレーザセンサ２４ａ，２４ｂを収納するケーシング２５とを有している。レーザセンサ２４ａ，２４ｂは、ほぼ同一平面（本実施形態では、Ｘ−Ｙ軸座標系の平面）上の多数の方向にレーザ光を走査するとともにその反射光を受光して、各方向における周囲の構造物Ａとの相対距離を検出するようになっている。詳しく説明すると、図５に示すように、レーザセンサ２４ａは、水中検査装置９の前方側範囲となる走査角度θａ（１）〜θａ（ｎ）の範囲（例えば−３０°〜２１０°程度の範囲）でレーザ光を走査するとともにその反射光を受光して、構造物Ａとの相対距離Ｍ（１）〜Ｍ（ｎ）をそれぞれ検出するようになっている。また、図５に示すように、レーザセンサ２４ｂは、水中検査装置９の後方側範囲となる走査角度θｂ（１）〜θｂ（ｎ）の範囲（例えば１５０°〜３９０°程度の範囲）でレーザ光を走査するとともにその反射光を受光して、構造物Ａとの相対距離Ｍ（ｎ＋１）〜Ｍ（２ｎ）をそれぞれ検出するようになっている。
【００２２】
レーザセンサ２４ａ，２４ｂはそれぞれ、投光部２６と受光部２７が分離されて構成されている。また、投光部２６側と受光部２７側とを区画するように略Ｕ字状の遮光板２８がそれぞれ設けられており、投光部２６からのレーザ光の一部がケーシング２５の内表面で反射されその反射光が受光部２７で受光されるのを防ぐようになっている。なお、レーザセンサ２４ａ，２４ｂの詳細構造は、例えば特開２００６−３４９４４９号公報に開示のものとほぼ同様であり、説明を省略する。
【００２３】
ケーシング２５の前方側側面部は、その断面がレーザセンサ２４ａを中心とした円弧状に形成されており、レーザセンサ２４ａの投光部２６からのレーザ光がほぼ直交して出射するとともに、レーザセンサ２４ａの受光部２７で受光する反射光がほぼ直交して入射するようになっている。同様に、ケーシング２５の後方側側面部は、その断面がレーザセンサ２４ｂを中心とした円弧状に形成されており、レーザセンサ２４ｂからのレーザ光がほぼ直交して出射するとともに、レーザセンサ２４ｂで受光する反射光がほぼ直交して入射するようになっている。すなわち、ケーシング２５は、レーザ光の強度低下を抑えるような構造となっている。
【００２４】
前述の図２に戻り、水中検査装置９には信号伝送部２９が設けられている。そして、信号伝送部２９及びケーブル１０を介して、圧力センサ１８、慣性センサ部１９（詳細には、３軸ジャイロ２０、傾斜計２１、地磁気センサ２２）、及びレンジセンサユニット２３（詳細には、レーザセンサ２４ａ，２４ｂ）からの検出信号並びに画像取込部１６からの画像信号が制御装置１１に出力されるようになっている。そして、制御装置１１は、前述した検出信号等に基づいて水中検査装置９の位置や姿勢を演算し、この演算した水中検査装置９の位置や姿勢を表示装置１２に出力して表示するようになっている。また、制御装置１１は、前述した画像信号を表示装置１２に出力して、カメラ１５の画像を表示するようになっている。また、制御装置１１は、コントローラ１３からの操作信号に応じてスラスタ１７を駆動制御する制御信号を生成し、この生成した制御信号をケーブル１０及び信号伝送部２９を介してスラスタ１７に出力するようになっている。
【００２５】
次に、制御装置１１の位置・姿勢演算機能の詳細について説明する。図６は、制御装置１１の位置・姿勢演算機能に係わる構成を表す機能ブロック図である。
【００２６】
この図６において、制御装置１１は、３軸ジャイロ２０の角速度信号に基づきＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの角速度をそれぞれ演算する角速度演算部３０と、傾斜計２１の角度信号に基づきＸ軸及びＹ軸周りの傾斜角をそれぞれ演算し、地磁気センサ２２の角度信号に基づきＺ軸周りの方位角を演算する角度演算部３１と、これら演算された角速度、傾斜角、及び方位角に基づき水中検査装置９の姿勢（３軸周りの姿勢角）を演算する姿勢角演算部３２とを有している。また、圧力センサ１８の圧力信号に基づき水中検査装置９の深度、すなわち上下位置を演算する上下位置演算部３３を有している。
【００２７】
また、制御装置１１は、原子炉１内の構造物の３次元形状及び位置に関する構造物データ（設計データ）を記憶する構造物データ記憶部３４と、上下位置検出部３３及び姿勢角演算部３２で演算された水中検査装置９の上下位置及び姿勢などに基づいてレンジセンサユニット２３の検出方向面（Ｘ−Ｙ軸座標系の平面）の絶対位置を演算し、このレンジセンサユニット２３の検出方向面位置における構造物の断面形状及びその位置を構造物データから演算し、これを構造物断面データとする構造物断面演算部３５と、レンジセンサユニット２３の検出結果に基づいてレンジセンサユニット２３の検出方向面における水中検査装置９の位置を基準とした構造物の表面の相対位置を演算し、これを検出断面データとする検出断面演算部３６と、構造物断面演算部３５で生成された構造物断面データ及び検出断面演算部３６で生成された検出断面データに基づいて水中検査装置９の水平位置を演算する水平位置演算部３７とを有している。また、上下位置演算部３３、水平位置演算部３７、及び姿勢角演算部３２で演算された水中検査装置９の上下位置、水平位置、及び姿勢角を記憶する位置・姿勢記憶部３８を有している。
【００２８】
図７は、制御装置１１の位置・姿勢演算機能に係わる制御処理内容を表すＰＡＤ図である。
【００２９】
この図７において、まずステップ３９で水中検査装置９の初期位置・初期姿勢が入力されて位置・姿勢記憶部３８に記憶される。そして、ステップ４０に進んで水中検査装置９の位置・姿勢演算処理に移る。この位置・姿勢演算処理において、ステップ４１の姿勢角演算処理、ステップ４２の上下位置演算処理、ステップ４３の構造物断面演算処理、ステップ４４の検出断面演算処理、ステップ４５の水平位置演算処理が順次繰り返し行われる。以下、各演算処理の詳細を説明する。
【００３０】
（１）姿勢角演算処理
図８は、前述の図７に示すステップ４１の姿勢角演算処理の詳細を表すＰＡＤ図である。
【００３１】
姿勢角演算処理において、まずステップ４６で、角速度演算部３０は、３軸ジャイロ２０の角速度信号を取り込み、角度演算部３１は、傾斜計２１及び地磁気センサ２２の角度信号を取り込む。
【００３２】
そして、ステップ４７に進み、角速度演算部３０は、３軸ジャイロ２０の角速度信号から各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）周りの角速度を演算する角速度演算処理に移る。本実施形態の３軸ジャイロ２０は、静電浮上型ジャイロであり、角速度に比例する増減値が基準電圧（一定の電圧値）に加えられた正の電圧値を出力するものである。そのため、まずステップ４８において、３軸ジャイロ２０の各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）周りの信号に対し基準電圧を減じる基本処理を行う。ここで、基準電圧は、通常、３軸ジャイロ２０の固有スペックとして示されているが、本実施形態では、角速度信号が入力されないときの電圧値を予め計測して平均化したものを用いる。その後、ステップ４９に進んで、電圧−角速度換算係数（３軸ジャイロ２０の固有のスペックとして示される一定値）を乗じて各軸周りの角速度を算出する。
【００３３】
ステップ４７の角速度演算処理が終了すると、ステップ５０に進み、角度演算部３１は、傾斜計２１の角度信号から各軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りの傾斜角を演算する傾斜角演算処理に移る。本実施形態の傾斜計２１は、封入された電解液の液面変化（Ｘ軸及びＹ軸周りの傾斜角）を電圧変化に変換して出力するものである。そのため、まずステップ５１において、各軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りの信号から基準電圧（傾斜計２１の固有スペックとして示される一定の電圧値）を減じる基本処理を行う。その後、ステップ５２に進んで、傾斜角換算係数（傾斜計２１の固有スペックとして示される一定値）を乗じて各軸周りの傾斜角を算出する。
【００３４】
ステップ５０の傾斜角演算処理が終了すると、ステップ５３に進み、角度演算部３１は、地磁気センサ２２の角度信号からＺ軸周りの方位角を演算する方位角演算処理に移る。本実施形態の地磁気センサ２２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に感度を有するホール素子で捉えた磁力を出力するものである。そのため、まずステップ５４において、Ｘ軸及びＹ軸の地磁気信号から基準電圧を減じ、ゲインを乗じる基本処理を行う。ここで、基準電圧及びゲインは、地磁気センサ２２を使用する環境により異なるため、予め使用する領域で測定したものを用いる。その後、ステップ５５に進んで、基本処理したＸ軸及びＹ軸の信号Ｍｘ，Ｍｙを用い、下記の式（１）によりＺ軸周りの方位角θｍを算出する。
【００３５】
【数１】
0004691581.tif 000002
【００３６】
ステップ５３の方位角演算処理が終了すると、ステップ５６に進み、姿勢角演算部３２は、上述したＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの角速度、Ｘ軸及びＹ軸周りの傾斜角、Ｚ軸周りの方位角をカルマンフィルタ（この種のものとして公知のものであり、例えば上記特許文献１参照）に入力し、水中検査装置９の姿勢（３軸周りの姿勢角）の最適値を推定する。その後、ステップ５７に進んで、推定した水中検査装置９の姿勢角を位置・姿勢記憶部３８に記憶する。このステップ５７の手順が終了すると、姿勢角演算処理が終了する。
【００３７】
（２）上下位置演算処理
図９は、前述の図７に示すステップ４２の上下位置演算処理の詳細を表すＰＡＤ図である。
【００３８】
上下位置演算処理において、上下位置演算部３３は、まずステップ５８で、圧力センサ１８の圧力信号（検出電圧）を取り込み、ステップ５９に進んで、検出電圧Ｖｐから基準電圧Ｖｐ_base（圧力センサ１８の固有スペックとして示される一定の電圧値）を減じ、さらに圧力換算係数（圧力センサ１８の固有スペックとして示される一定値）を乗じて、圧力Ｐを算出する。そして、ステップ６０に進んで、算出した圧力Ｐと原子炉１内の冷却材の密度ρと重力加速度ｇとを用い、下記の式（２）により水中検査装置９の深度Ｈを算出する。そして、算出した深度Ｈに例えばオペレーションフロア７から水面までの距離Ｌｗ（前述の図１参照）を加えて、水中検査装置９の上下位置とする。
【００３９】
【数２】
0004691581.tif 000003
【００４０】
その後、ステップ６１に進んで、算出した水中検査装置９の上下位置を位置・姿勢記憶部３８に記憶する。このステップ６１の手順が終了すると、上下位置演算処理が終了する。
【００４１】
（３）構造物断面演算処理
図１０は、前述の図７に示すステップ４３の構造物断面演算処理の詳細を表すＰＡＤ図である。
【００４２】
構造物断面演算処理において、構造物断面演算部３５は、まずステップ６２で、位置・姿勢記憶部３８で記憶された水中検査装置９の現在の上下位置（言い換えれば、ステップ６０で算出された上下位置）及び現在の姿勢角（言い換えれば、ステップ５６で算出された姿勢角）を取り込むとともに、位置・姿勢記憶部３８で記憶された水中検査装置９の前回の水平位置（詳しく説明すると、最初は、ステップ３９で予め入力された水平位置の初期値であり、ステップ４５の水平位置演算処理が行われた以降は、その前回の演算値）を取り込む。そして、ステップ６３に進んで、水中検査装置９の姿勢角に基づいて絶対位置座標系における水中検査装置９のＺ軸方向ベクトルｎ（ａ，ｂ，ｃ）を生成する。そして、水中検査装置９のレンジセンサユニット２３の検出方向面として、ベクトルｎ（ａ，ｂ，ｃ）を法線ベクトルとし水中検査装置９の位置Ｐ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）（前述の図５に示す点Ｏの絶対位置に相当するものであり、ステップ６２で取り込んだ位置）を通る平面Ｓ（図１１参照）を定義する。この平面Ｓの位置の方程式は、絶対位置座標系における任意の点Ｐ（ｘ，ｚ，ｚ）とすれば、下記の式（３）のように表される。
【００４３】
【数３】
0004691581.tif 000004
【００４４】
その後、ステップ６４に進んで、構造物データ記憶部３４で記憶された構造物データを取り込む。この構造物データは、例えば図１１に示すように、構造物Ｂの表面形状が複数の三角形ポリゴンで分割されたものとして構成されており、各三角形ポリゴンを形成する頂点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置とそれら頂点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の組み合わせ（言い換えれば、線分Ｐ１Ｐ２、線分Ｐ１Ｐ３，線分Ｐ１Ｐ３）が情報として含まれている。そして、ステップ６５に進んで、レンジセンサユニット２３の検出方向面位置における構造物の断面形状及びその位置を演算する。具体的には、まず、構造物Ｂの表面形状を構成する各三角形ポリゴンの線分（例えば線分Ｐ１Ｐ２、線分Ｐ１Ｐ３、及び線分Ｐ１Ｐ３等）と平面Ｓとの交差判定を行う。例えば線分Ｐ１Ｐ２と平面Ｓとの交差判定は、下記の式（４）のようにして判断される。
【００４５】
【数４】
0004691581.tif 000005
【００４６】
そして、例えば線分Ｐ１Ｐ２と平面Ｓとが交差していると判定された場合は、その交点Ｃ（ｘＣ，ｙＣ，ｚＣ）を下記の連立方程式（５）により算出する。この連立方程式（５）における上段の方程式は上記の式（４）に交点Ｃを代入したものであり、下段の式は線分Ｐ１Ｐ２に係わる方程式である。なお、Ｖは線分Ｐ１Ｐ２の単位ベクトルである。
【００４７】
【数５】
0004691581.tif 000006
【００４８】
その後、ステップ６６に進んで、全ての線分に対して算出した交点Ｃ（１）〜Ｃ（ｍ）を、構造物断面データとして記憶する。このステップ６６の手順が終了すると、構造物断面演算処理が終了する。
【００４９】
（４）検出断面演算処理
図１２は、前述の図７に示すステップ４４の検出断面演算処理の詳細を表すＰＡＤ図である。
【００５０】
検出断面演算処理において、検出断面演算部３６は、まずステップ６７において、レーザセンサ２４ａ，２４ｂの出力信号を取り込む。これらレーザセンサ２４ａ，２４ｂの出力信号は、上述したように、走査角度θａ，θｂにおける水中検査装置９と周囲の構造物との相対距離Ｍを情報として含んでいる。そして、ステップ６８に進んで、下記の式（６）及び（７）により、前述の図５に示すＸ−Ｙ軸座標系（レンジセンサユニット２３の検出方向面）における構造物の表面の位置（言い換えれば、原点Ｏを基準とした相対位置）Ｌ（１）〜Ｌ（２ｎ）を算出する。
【００５１】
【数６】
0004691581.tif 000007
【００５２】
【数７】
0004691581.tif 000008
【００５３】
その後、ステップ６９に進んで、算出した構造物の表面の相対位置Ｌ（１）〜Ｌ（２ｎ）を、検出断面データとして記憶する。このステップ６９の手順が終了すると、検出断面演算処理が終了する。
【００５４】
（５）水平位置演算処理
図１３は、前述の図７に示すステップ４５の水平位置演算処理の詳細を表すＰＡＤ図である。
【００５５】
水平位置演算処理において、水平位置演算部３７は、まずステップ７０で、構造物断面演算部３５で生成された構造物断面データと検出断面演算部３６で生成された検出断面データとを取り込む。そして、ステップ７１に進んで、構造物断面データから構造物の断面形状の２次元画像を生成する。すなわち、平面Ｓの法線ベクトルｎを水中検査装置９のＺ軸方向ベクトルに向けるような平面回転移動処理により、構造物断面データに含まれる交点Ｃ（１）〜Ｃ（ｍ）を絶対位置座標系からＸ−Ｙ軸座標系に変換し、この座標変換した交点Ｃ’（１）〜Ｃ’（ｍ）の情報を含むビットマップ画像（以降、構造物断面画像と称す）を生成する。また、検出断面データに含まれる水中検査装置９の位置（原点Ｏ）及びこれを基準とした構造物の表面の相対位置Ｌ（１）〜Ｌ（２ｎ）の情報を含むビットマップ画像（以降、検出断面画像と称す）を生成する。具体例として、中空直方体状の構造物Ｃ内に水中検査装置９を配置した場合（図１４（ａ）参照）に生成された例えば６４０×４８０サイズの構造物断面画像Ｆ１及び検出断面画像Ｆ２を図１４（ｂ）に示す。
【００５６】
そして、ステップ７２に進んで、例えば図１４（ｂ）に示すように、構造物断面画像Ｆ１と検出断面画像Ｆ２を画像相関処理によってマッチングさせる。これにより、構造物断面画像Ｆ１における水中検査装置９の相対位置が求められる。そして、ステップ７３に進んで、水中検査装置９のＺ軸方向ベクトルを平面Ｓの法線ベクトルｎに向けるような平面回転移動処理により、構造物断面画像Ｆ１に含まれる水中検査装置９の位置をＸ−Ｙ軸座標系から絶対位置座標系に変換し、水中検査装置９の水平位置を算出する。その後、ステップ７４に進んで、算出した水中検査装置９の水平位置を位置・姿勢記憶部３８に記憶する。このステップ７４の手順が終了すると、水平位置演算処理が終了する。
【００５７】
そして、制御装置１１の位置・姿勢記憶部３８で記憶された水中検査装置９の位置や姿勢は、表示装置１２に出力されて表示される。図１５は、表示装置１２の表示画面の一例を表す図である。
【００５８】
この図１５に示す表示画面７５は、位置座標表示部７６、水平位置画像表示部７７、鉛直位置画像表示部７８、及びカメラ画像表示部７９を有している。位置座標表示部７６には、制御装置１１の位置・姿勢記憶部３８から読み込んだ水中検査装置９の絶対位置が表示される。また、水平位置画像表示部７７には、構造物データ記憶部３４から読み込んだ構造物の水平断面画像とともに水中検査装置９の水平位置を示すマーカが表示される。鉛直位置画像表示部７８には、構造物データ記憶部３４から読み込んだ構造物の鉛直断面画像とともに水中検査装置９の上下位置を示すマーカが表示される。カメラ画像表示部７９には、カメラ１５の画像が表示されるようになっている。なお、表示装置１２は、図示しない他の表示画面に切り換えられるようになっており、位置・姿勢記憶部３８から読み込んだ水中検査装置９の姿勢等も表示されるようになっている。
【００５９】
以上のように構成された本実施形態においては、制御装置１１は、水中検査装置９に設けられた圧力センサ１８の検出結果に基づいて、水中検査装置９の上下位置を演算する。また、制御装置１１は、水中検査装置９に設けられた慣性センサ部１９の検出結果に基づいて、水中検査装置９の姿勢を演算する。そして、水中検査装置９の上下位置及び姿勢等に基づいてレンジセンサユニット２３の検出方向面の位置を演算し、この検出方向面位置における構造物の断面形状及びその位置を構造物データから演算して、構造物断面データを生成する。また、レンジセンサユニット２３の検出結果に基づいてレンジセンサユニット２３の検出方向面における水中検査装置９の位置を基準とした構造物の表面の相対位置を演算して、検出断面データを生成する。そして、構造物断面データと検出断面データとをマッチングさせることにより、構造物の断面形状に対する水中検査装置９の相対位置を演算し、さらに構造物の断面形状の位置情報に基づいて水中検査装置９の水平位置を演算する。このような本実施形態においては、例えば水中検査装置９の変位を演算し、その変位を積算して絶対位置を演算するような従来技術と比べて、演算誤差を低減することができる。その結果、水中検査装置９の位置の検知精度を向上させることができる。
【００６０】
また、本実施形態においては、水中検査装置９は、構造物との相対距離を検出する相対距離検出器として、投光部２６及び受光部２７を有するレーザセンサ２３ａ，２３ｂを備えたレンジセンサユニット２３を設けているので、次のような効果を得ることができる。すなわち、例えば投光部及び受光部のうちのいずれか一方を水中検査装置側に設けて他方を構造物側に設けるような構成では、水中検査装置が狭隘部若しくは複雑な構造物が介在するような環境下に配置された場合に、水中検査装置の位置を検知することが困難となる。これに対し本実施形態では、投光部２６及び受光部２７をともに水中検査装置９側に設けているので、狭隘部や複雑な構造物が存在する環境下に配置された場合でも、水中検査装置９の位置を検知することができる。
【００６１】
なお、上記一実施形態においては、水中検査装置９の姿勢が変動する場合を想定しており、制御装置１１の構造物断面演算部３５は、圧力センサ１８の検出結果に基づいて演算された水中検査装置９の上下位置及び慣性センサ部１９の検出結果に基づいて演算された水中検査装置９の姿勢角等に基づいてレンジセンサユニット２３の検査方向面の位置を演算し、このレンジセンサユニット２３の検査方向面位置における構造物の断面形状及びその位置を演算する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば水中検査装置９の姿勢が安定してほとんど変動しない場合、制御装置１１の構造物断面演算部３５は、圧力センサ１８の検出結果に基づいて演算された水中検査装置９の上下位置のみに基づいてレンジセンサユニット２３の検査方向面の位置を演算し、このレンジセンサユニット２３の検査方向面位置における構造物の断面形状及びその位置を演算するようにしてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００６２】
また、上記一実施形態においては、相対距離検出器として、多数の方向にレーザを走査してその反射光を受光する走査型のレーザセンサ２４ａ，２４ｂを例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、走査型のレーザセンサに代えて、例えば予め固定された少なくとも３つの方向にレーザを投光してその反射光を受光するレーザセンサを設けてもよい。また、例えば超音波の反響の影響が少なければ、超音波を送信してその反射波を受信する超音波センサを設けてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態による原子炉内検査システムの機器配置を一例として表す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態における水中検査装置の構成を表す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態における水中検査装置のレンジセンサユニットの概略構造を表すＸ軸方向断面図である。
【図４】図３中断面IV−IVにおけるＺ軸方向断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における水中検査装置のレンジセンサユニットの測定動作を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態における制御装置の位置・姿勢演算機能に係わる構成を表す機能ブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態における制御装置の位置・姿勢演算機能に係わる制御処理内容を表すＰＡＤ図である。
【図８】図７中の姿勢角演算処理の詳細を表すＰＡＤ図である。
【図９】図７中の上下位置演算処理の詳細を表すＰＡＤ図である。
【図１０】図７中の構造物断面演算処理の詳細を表すＰＡＤ図である。
【図１１】構造物断面演算処理を説明するためのモデルを一例として表す図である。
【図１２】図７中の検出断面演算処理の詳細を表すＰＡＤ図である。
【図１３】図７中の水平位置演算処理の詳細を表すＰＡＤ図である。
【図１４】画像相関処理を説明するための図である。
【図１５】本発明の一実施形態における表示装置の表示画面を一例として表す図である。
【符号の説明】
【００６４】
９      水中検査装置（水中移動体）
１１    制御装置
１８    圧力センサ（上下位置検出器）
１９    慣性センサ部（姿勢角検出器）
２０    ３軸ジャイロ
２１    傾斜計
２２    地磁気センサ
２３    レンジセンサユニット（相対距離検出器）
２４ａ  レーザセンサ
２４ｂ  レーザセンサ
３４    構造物データ記憶部（記憶手段）
３５    構造物断面演算部（構造物断面演算手段）
３６    検出断面演算部（検出断面演算手段）
３７    水平位置演算部（水平位置演算手段）
【図１】
0004691581.tif 000009
【図２】
0004691581.tif 000010
【図３】
0004691581.tif 000011
【図４】
0004691581.tif 000012
【図５】
0004691581.tif 000013
【図６】
0004691581.tif 000014
【図７】
0004691581.tif 000015
【図８】
0004691581.tif 000016
【図９】
0004691581.tif 000017
【図１０】
0004691581.tif 000018
【図１１】
0004691581.tif 000019
【図１２】
0004691581.tif 000020
【図１３】
0004691581.tif 000021
【図１４】
0004691581.tif 000022
【図１５】
0004691581.tif 000023