(57)【要約】【課題】原子炉圧力容器などの三次元形状部の実形状に基づいた図面を作成することを課題とする。【解決手段】レプリカ作成装置２にて作成された原子炉圧力容器のレプリカ５に対し、３次元測定装置３が３次元測定した結果得られる点群座標データを入力された計算装置１が、取得した３次元点群座標データを３次元ＣＡＤデータに変換することを特徴とする。さらに、計算装置１は補修前などの過去の点群座標データと、新たに取得した点群座標データとを重ね合わせて表示したり、重ね合わせた結果から溶接ビードの厚みを算出して表示したりする。【選択図】図１
2013145202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元の形状を有する三次元形状部の補修作業を支援する補修作業支援方法であって、
補修作業支援装置が、
前記三次元形状部の補修対象箇所の３次元点群座標データを取得し、
前記取得した３次元点群座標データを３次元ＣＡＤデータに変換する
ことを特徴とする補修作業支援方法。
【請求項２】
前記三次元形状部は、原子炉圧力容器である
ことを特徴とする請求項１に記載の補修作業支援方法。
【請求項３】
前記補修作業支援装置が、
探傷検査装置から入力された前記三次元形状部における欠陥の情報を、前記変換された３次元ＣＡＤデータに貼り付ける
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の補修作業支援方法。
【請求項４】
前記補修作業支援装置は、
前記補修対象箇所のレプリカの３次元点群座標データを取得する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の補修作業支援方法。
【請求項５】
前記補修作業支援装置は、
前記補修対象箇所を３次元測定装置で直接測定することによって、前記３次元点群座標データを取得する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の補修作業支援方法。
【請求項６】
前記補修作業支援装置は、
前記取得した３次元点群座標データと、過去に取得した３次元点群座標データとを重ね合わせる
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の補修作業支援方法。
【請求項７】
前記補修作業支援装置は、
前記取得した３次元点群座標データと、過去に取得した３次元点群座標データとを重ね合わせたデータから、溶接の厚みを算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の補修作業支援方法。
【請求項８】
三次元の形状を有する三次元形状部の補修作業を支援する補修作業支援装置であって、
前記三次元形状部の補修対象箇所の３次元点群座標データを取得し、前記取得した３次元点群座標データを３次元ＣＡＤデータに変換する処理部
を有することを特徴とする補修作業支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉圧力容器などの三次元形状部の補修作業を支援する補修作業支援方法および補修作業支援装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉圧力容器内の底部（原子力圧力容器炉底部、以下、適宜ＲＰＶ（Reactor Pressure Vessel）炉底部と称する）には、ほう酸水注入ノズル、中性子束計測（以下、ＩＣＭ（In Core Monitor）と称する）ハウジング、制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤ（Control Rod Drive）と称する）スタブチューブなどの炉内構造物が溶接で据え付けられている。
これらの定期検査時には、原子炉の運転を停止させて原子炉圧力容器内の炉内構造物の点検が行われる。
【０００３】
この定期検査時において、炉内構造物に万一欠陥や、異常などが発見された場合、構造健全性評価の結果によりその炉内構造物の補修が必要となる可能性がある。
ＲＰＶ炉底部に作業員が直接近づくことはできないため、補修作業は遠隔操作により行う必要がある。
また、炉内構造物の取付溶接部の補修用装置設計や補修施工図作成においては実形状・寸法をあらかじめ把握しておくことが望まれる。これは、実際の施工において、設計基準寸法を基に行われるため、精度が要求される施工では、施工図と実形状との間に大きな差が生じてしまうと、施工計画範囲と実施工範囲とが異なってしまい、好ましくないためである
【０００４】
特許文献１には遠隔操作によるレプリカ、スキャニングによる形状測定装置を用いて被補修部の実形状（レプリカ、スキャニング）を採取する制御棒駆動機構ハウジング据付部の形状測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３２５１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
原子炉の定期検査時に、ほう酸水注入ノズルなどの取付溶接部に応力腐食割れなどの欠陥が発見された場合、水中環境下の遠隔による探傷検査（超音波探傷検査、渦流探傷検査）が行われ、欠陥の位置、長さ、深さが数値化（座標化）される。つまり、直接ＲＰＶ炉底部の探傷検査が行われる。その後、探傷検査の結果に基づき欠陥の研削除去や、封止溶接や、取替などの補修が行われる。
【０００７】
その際、補修のための施工図作成に際し、図面寸法で施工を指示した場合、探傷検査装置による測定で得られた数値（座標）を図面寸法に基づく図面（元図面）に転写すると、欠陥の位置が図面と一致しない問題が発生する。これは、前記した理由で公差範囲が大きいため基準寸法と差異が生じることによる。このような問題が発生すると、正確な補修指示ができず、その後の施工で誤りを発生させる要因となる可能性がある。
さらに、補修施工前後の比較や、溶接厚さ研削深さなどについては二次元断面図や目視での寸法計測にて評価しているのが現状であり、例えば施工範囲における溶接厚さの最大・最小を求めるのが困難な状況である。
以上の理由により、原子炉など３次元形状部の補修を行うにあたっては実形状を正確に把握し、実形状に基づく施工図が望まれる。
なお、特許文献１に記載の技術では、レプリカを用いた測定を行っているものの、その測定結果を施工図に用いることは記載されていない。
【０００８】
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、三次元形状部の実形状に基づいた図面を作成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するため、本発明は、三次元の形状を有する三次元形状部の補修作業を支援する補修作業支援方法であって、補修作業支援装置が、前記三次元形状部の補修対象箇所の３次元点群座標データを取得し、前記取得した３次元点群座標データを３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）データに変換することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、三次元形状部の実形状に基づいた図面を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る補修作業支援システムの構成例を示す図である。
【図２】補修前における炉内補修箇所計測処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】補修後における炉内補修箇所計測処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】軽水炉の原子炉圧力容器と、その炉内構造物を示す部分断面図である。
【図５】レプリカ作成装置の構成を示す図である（その１）。
【図６】レプリカ作成装置の構成を示す図である（その２）。
【図７】ＲＰＶ炉底部における欠陥と被補修部の例を示す図である。
【図８】ＲＰＶ炉底部における補修部の例を示す図である。
【図９】比較処理の結果を示す図である（その１）。
【図１０】比較処理の結果を示す図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（システム構成）
図１は、本実施形態に係る補修作業支援システムの構成例を示す図である。
補修作業支援システム１００は、計算装置１、レプリカ作成装置２、３次元測定装置３、探傷検査装置４を有する。このうち、三次元形状部である原子炉圧力容器の炉底部、すなわちＲＰＶ炉底部のレプリカ５を作成するレプリカ作成装置２については、後記して説明する。
計算装置１は、レプリカ作成装置２が作成したレプリカ５を３次元測定装置３で測定した点群座標データ（以下、レプリカデータと称する）を入力し、このレプリカデータを３次元ＣＡＤデータに変換するなどの処理を行う。また、探傷検査装置４から補修対象機器の欠陥位置座標を取得し、それを３次元ＣＡＤデータに貼り付ける。
【００１４】
計算装置１は、情報の処理を行う処理部１０と、キーボードなどの入力部２０と、ディスプレイなどの表示部３０を有する。
処理部１０は、３次元測定装置３から入力された点群座標データを３次元ＣＡＤデータに変換するなどの処理を行う３次元ＣＡＤ変換部１１と、３次元ＣＡＤ変換部１１で変換された３次元ＣＡＤデータを管理し、入力部２０から入力された情報に基づいて編集などを行う３次元ＣＡＤ部１２と、補修前の点群座標データと、補修後の点群座標データの比較計算などを行う比較処理部１３とを有する。
【００１５】
処理部１０および各部１１〜１３は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）や、ＨＤ（Hard Disk）に格納されたプログラムが、ＲＡＭ（Random Access Memory）に展開され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実行されることによって具現化する。
【００１６】
（フローチャート：補修前）
図２は、補修前における炉内補修箇所計測処理の手順を示すフローチャートである。
なお、図２の処理において、ステップＳ１０１はユーザによる処理、ステップＳ１０２はユーザがレプリカ作成装置２を操作して行う処理、ステップＳ１０３〜Ｓ１０９は計算装置１による処理、ステップＳ１１０はユーザが行う処理である。
まず、寸法測定治具や、研磨研削装置を用いて肉盛座特徴点（以下、単に特徴点と称する）の座標測定がユーザによって行われ、測定された特徴点座標が計算装置１に入力される（Ｓ１０１）。このとき、計算装置１は、後記するレプリカデータの結合に必要な特徴点（肉盛座山側、肉盛座谷側など）の座標、具体的にはＣＲＤハウジング上面基準における座標（Ｒ，θ，Ｚ）を取得する。これらの座標は、ユーザが測定し、入力部２０などを介して入力される。
【００１７】
次に、ユーザがレプリカ作成装置２を使用して、炉内のレプリカ５を作成する（Ｓ１０２）。ユーザは、レプリカ作成装置２を基準位置で固定し、採取位置（例えば、ＳＬＣノズル周り）に設定後、レプリカ剤をシリンダーを用いて充填ケース内に充填させる。レプリカ剤の硬化後、ユーザは、補修対象部分の型（レプリカ５）を採取する。このとき、レプリカ５の採取範囲が広かったり、複雑な形状をしていたりする場合、１度に補修対象部分のレプリカを採取するのではなく、複数回にわたって、レプリカ５を部分的に採取するとよい。ここで、複数化にわたってレプリカ５を採取する場合、採取されたレプリカ５を結合すると補修対象部分全体をカバーしていることが必要である。なお、採取の回数は、３〜４回が望ましい。
そして、３次元測定装置３が、採取したレプリカ５を、例えば、レーザスキャンすることによってレプリカ５の点群座標データ（以降、レプリカデータと称する）を測定し、測定されたレプリカデータが計算装置１へ入力されるレプリカデータの生成・入力が行われる（Ｓ１０３）。入力されたレプリカデータは計算装置１の記憶部へ保存される。
【００１８】
そして、レプリカ２が複数回にわたって部分的に採取されている場合、計算装置１の３次元ＣＡＤ変換部１１が、部分的に採取されているレプリカデータを結合して１つのレプリカデータとするレプリカデータの結合を行う（Ｓ１０４）。このとき、３次元ＣＡＤ変換部１１は、部分的に採取されているレプリカデータの特徴点を基に、重ね合わせ作業などを行うことによってレプリカデータを結合する。補修対象部分の範囲が広く、採取した形状（レプリカ５）が２回以上にわたって部分的に採取されている場合、３次元ＣＡＤ変換部１１は、それぞれのレプリカ５において重複で採取している部分から、ステップＳ１０１において任意に設定されている特徴点を基に、レプリカデータ上で特徴点を合わせ、合成することにより、１つの結合されたレプリカデータとする。なお、この特徴点はステップＳ１０１で計算装置１に入力されたものである。
【００１９】
続いて、３次元ＣＡＤ変換部１１がステップＳ１０４で結合されたレプリカデータを３次元ＣＡＤデータに変換する（Ｓ１０５）。３次元ＣＡＤ変換部１１は、結合されたレプリカデータにおける点群座標データに対し、ポリゴン最適化処理を行うことによって、結合されたレプリカデータを３次元ＣＡＤデータに変換する。この際、３次元ＣＡＤ変換部１１は、一般的な図面作成ソフトなどであり、点群座標データであるレプリカデータに数値（座標）を与え、３次元図面（３次元ＣＡＤデータ）化する。このことによって、補修対象部分の実形状・実寸法を数値（座標）にて正確に把握することができる。
【００２０】
次に、３次元ＣＡＤ部１２が取得した３次元ＣＡＤデータを元図面データへ貼り付ける３次元ＣＡＤデータの編集を行う（Ｓ１０６）。レプリカデータから得られた３次元ＣＡＤデータは、ＲＰＶ炉底部の一部のデータであるため、単にレプリカデータを３次元ＣＡＤデータに変換しただけでは、その３次元ＣＡＤデータがＲＰＶ炉底部のどこに相当するのかがわからない。そこで、３次元ＣＡＤ部１２は別途３次元測定装置３でＲＰＶ炉底部を実測し、その実測結果中の特徴点の位置と、レプリカデータから得られた３次元ＣＡＤデータ中の特徴点の位置を照合することによって、元図面データにレプリカデータから生成された３次元ＣＡＤデータを貼り付ける。このときの特徴点は、ステップＳ１０１で計測された特徴点でもよいし、別の特徴点でもよい。
【００２１】
次に、探傷検査装置４がＲＰＶ炉底部を検査し、ひびなどの欠陥が検知されると、その周囲の画像データ（欠陥データ）を計算装置１へ入力する（Ｓ１０７）。
そして、３次元ＣＡＤ部１２は、入力された欠陥データにおける特徴点の位置から、検知された欠陥の位置座標を特定し、欠陥に関するデータ（画像など）を、レプリカデータから生成された３次元ＣＡＤデータへ貼り付ける（Ｓ１０８）。
そして、ユーザは３次元ＣＡＤ部１２を用いて、変換された３次元ＣＡＤデータのうち、施工図として必要な寸法・図象・データを編集することで、施工図を作成する（Ｓ１０９）。
そして、ユーザは作成された施工図をクロスチェックする（Ｓ１１０）。ここでユーザは、施工図の記載内容に不備がないことや、精度・誤差・マージンが適切であることなどを確認する。
【００２２】
このようにすることで、点群座標データによる数値（座標）を与えられたレプリカデータと検査装置によって得た欠陥の検査結果データに共通の基準点を設定し、両データの基準点を３次元図面上で合成することにより、欠陥の位置、大きさを正確に把握することができる。
【００２３】
（フローチャート：補修後）
図３は、補修後における炉内補修箇所計測処理の手順を示すフローチャートである。
なお、図３の処理において、ステップＳ２０１はユーザによる処理、ステップＳ２０２はユーザがレプリカ作成装置２を操作して行う処理、ステップＳ２０３，Ｓ２０４は計算装置１による処理である。
ステップＳ２０１〜Ｓ２０３は、図２のステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様であるため、説明を省略する。
そして、比較処理部１３がステップＳ１０３で入力されたレプリカデータのデータを過去のレプリカデータ（例えば、補修前のレプリカデータ）などと重ね合わせ、施行範囲内における封止溶接厚さなどの溶接厚さの算出などをする比較処理を行う（Ｓ２０４）この処理では、レプリカデータの重ね合わせの結果や、溶接厚さの算出結果が表示部３０に表示される。ユーザは、比較処理の結果、算出された施行範囲内における溶接厚さが規定値以上であるか否かを確認する。
なお、比較処理部１３は、複数回にわたって部分採取されているレプリカデータの結合を行わない状態でステップＳ２０４の比較処理を行っているが、３次元ＣＡＤ変換部１１がレプリカデータの結合を行ってからステップＳ２０４の比較処理を行ってもよい。また、レプリカデータではなく、変換後の３次元ＣＡＤデータを用いて比較処理を行ってもよい。
【００２４】
このようにすることで、研削された凹みや、溶接ビードなどの実施工範囲が反映されている被補修部の実形状を測定することができる。
【００２５】
（炉内構造物）
図４は軽水炉の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）と、その炉内構造物を示す部分断面図である。
ＲＰＶ炉底部４０は球面形状をしており、そこに円筒形の構造物や、ほう酸水注入ノズル４２や、ＩＣＭハウジング４３や、ＣＲＤスタブチューブ４４などが溶接にてＲＰＶ４１に据付けられている。これらの溶接部は複雑な３次元形状をしている。この３次元形状をしている構造物の溶接部に欠陥が発見された場合、その欠陥に対して検査を行い、欠陥の大きさを把握し、その検査結果を元に補修を施工する。補修を施工するためには、欠陥の正確な数値（座標）が必要である。
【００２６】
（レプリカ作成装置）
図５および図６は、レプリカ作成装置の構成を示す図である。
レプリカ作成装置２は、形状測定装置５１０、形状測定装置５１０をＲＰＶ炉底部４０近郊へ挿入する送り機構５００（一点鎖線で囲んだ部分）を有する。
送り機構５００は破線で囲んだ形状測定装置５１０を、ＲＰＶ炉底部４０へ設定するためのケーブル送り装置本体５０１、ガイドパイプ５０２、チェーンケーブル５０３、作業台５０４、遮蔽体５０５，５０６から構成される。チェーンケーブル５０３は、形状測定装置５１０へ電源、制御信号を供給するケーブルとエア、水などを供給するホースを有する。ガイドパイプ５０２は、その上部に補修装置を仮置きするための装置固定機構５０７、補修装置の位相決めと挿入しやすくするためのレール６０１（図６）、下部には補修装置の基準高さ決めのためのストッパ６０３（図６）から構成される。
【００２７】
レプリカ５の採取の際には、ユーザが制御盤からケーブル送り装置本体５０１、チェーンケーブル５０３を介し、ガイドパイプ５０２内へ形状測定装置５１０を吊り降ろす。
ガイドパイプ５０２内のレール６０１（図６）と形状測定装置５１０の位置決め車輪６０２（図６）によって、形状測定装置５１０の位相を決定し、形状測定装置５１０を上昇、下降させることで、ＲＰＶ炉底部４０への設定を行うことができる。
【００２８】
図６に示すように、形状測定装置５１０は形状測定装置本体６１０と充填ケース６２０も有している。
レプリカ作成装置２は、形状測定装置５１０を基準位置で固定し、採取位置６３０に設定後、レプリカ剤をシリンダ６４０を用いて充填ケース６２０内に充填させる。レプリカ剤が硬化すると、補修対象部分のレプリカ５が採取できる。
【００２９】
次に、図７〜図１０を参照して、本実施形態に係る補修作業支援システム１００を用いた例を説明する。
図７は、ＲＰＶ炉底部における欠陥と被補修部の例を示す図である。
研削などの補修作業を補修対象部分７００へ施工する場合、図７に示すように欠陥７０１を除去するための研削施工指示範囲７０２を補修装置へ指示する必要がある。また、封止溶接を補修対象部分７００へ施工する場合、欠陥７０１を覆うように溶接施工指示範囲７０３を補修装置へ指示する必要がある。
そこで、本実施形態に係る補修作業支援システム１００によって得られた施行図に従って、ユーザは研削施行指示範囲７０２や、溶接施行指示範囲７０３を決定し、補修装置に施工指示する。
この際、実形状から得られた点群座標データを基に生成された施工図を基に、施工指示範囲を決定することにより、補修装置の動作を数値管理し、正確な補修作業を行える。
【００３０】
図８は、ＲＰＶ炉底部における補修部の例を示す図である。
図８に示すように、実形状を基に生成した施工図を基に行われる施工指示範囲８０１に対する補修装置への施工指示は、施工指示範囲８０１のコーナ部、形状急変部及び任意点を指示することにより、施工指示範囲８０１の形状により近似したものとなる。なお、符号８０２は、補修装置の動作軌跡を考慮した実施行指示範囲である。
【００３１】
図９および図１０は、図３のステップＳ２０４の比較処理の結果を示す図である。
図９は、図８におけるＡ−Ａ’断面図を示す図である。
また、実形状を基に生成した施工図を基にすることで、施工範囲内のコーナ部や、形状急変部を数値化しているため、図９に示すような指示断面図とすることで、二次元断面図での指示も容易となる。
図３のステップＳ２０４の比較処理では、比較処理部１３が前記したように、補修作業前の施工図あるいは３次元ＣＡＤデータと、補修後の施工図あるいは３次元ＣＡＤデータとを、任意に設定されている特徴点を基に合成する。これにより、図９に示すように、施行管理者は施工前の実形状９０１と施工後の実形状９０２を比較することができる。このようにすることで、実施工範囲（研削深さ、研削実施工範囲、溶接厚さ、溶接実施工範囲など）の施工管理が可能となる。なお、このときの特徴点は、ステップＳ１０１で計測された特徴点でもよいし、別の特徴点でもよい。
【００３２】
また、比較処理部１３は、補修前の施工図あるいは３次元ＣＡＤデータと、補修後の３次元ＣＡＤデータとを合成することによって、図１０に示すように、溶接ビード厚みを、例えば、１ｍｍ以上、３ｍｍ以上、５ｍｍ以上で色別（図１０ではハッチングで区別）した等高線図を生成してもよい。このようにすることによって、溶接ビードの厚さ管理などを行うことが容易となる。また、色別にすることで、溶接不良（凹みなど）などの特徴点や最小厚み部１００１（例えば、溶接ビード厚み１ｍｍ以上の箇所）、中間厚み部１００２（例えば、溶接ビード厚みが３ｍｍ以上の箇所）、最大厚み部１００３（例えば、溶接ビード厚みが５ｍｍ以上の箇所）などを視認することが容易となり、施行管理者がその座標を正確に把握することを支援することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、レプリカ５を採取し、そのレプリカ５に対して３次元測定装置３による測定を行ったが、レプリカ５を使用せず、原子炉圧力容器を直接レーザスキャン・写真撮影などで採取されてもよい。
【００３４】
本実施形態によれば、原子炉圧力容器の実形状に基づいた３次元図面データや、施工図を作成することができるので、実形状に基づいた欠陥位置の管理や、補修装置へ指示が可能となる。
また、補修前など過去のレプリカデータと、直近で取得したレプリカデータとを比較して、溶接厚みなどを算出することができるので、実形状に基づいた補修結果の管理が容易となる。
【符号の説明】
【００３５】
１      計算装置（補修作業支援装置）
２      レプリカ作成装置
３      ３次元測定装置
４      探傷検査装置
５      レプリカ
１０    処理部
１１    ３次元ＣＡＤ変換部
１２    ３次元ＣＡＤ部
１３    比較処理部
２０    入力部
３０    表示部
４０    ＲＰＶ炉底部（三次元形状部の一部）
【図１】
2013145202.tif 000003
【図２】
2013145202.tif 000004
【図３】
2013145202.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013145202.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013145202.tif 000009
【図８】
2013145202.tif 000010
【図９】
2013145202.tif 000011
【図１０】
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