EP1735797A2 - Verfahren und vorrichtung zum automatischen be- oder entladen eines behälters mit zumindest einem radioaktiven abfall enthaltenden gebinde - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum automatischen be- oder entladen eines behälters mit zumindest einem radioaktiven abfall enthaltenden gebinde

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Publication number
EP1735797A2
EP1735797A2 EP05728217A EP05728217A EP1735797A2 EP 1735797 A2 EP1735797 A2 EP 1735797A2 EP 05728217 A EP05728217 A EP 05728217A EP 05728217 A EP05728217 A EP 05728217A EP 1735797 A2 EP1735797 A2 EP 1735797A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
loading
camera
loading device
coordinates
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05728217A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Beck
Werner Werschnik
Dirk Reinwald
Victor Gliha
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Areva GmbH
Original Assignee
Framatome ANP GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Framatome ANP GmbH filed Critical Framatome ANP GmbH
Publication of EP1735797A2 publication Critical patent/EP1735797A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/06—Details of, or accessories to, the containers
    • G21F5/14—Devices for handling containers or shipping-casks, e.g. transporting devices loading and unloading, filling of containers

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for automatically loading and unloading a container with at least one container containing radioactive waste, in particular a barrel.
  • radioactive waste When operating a nuclear facility, particularly when operating a nuclear power plant for energy generation, radioactive waste is regularly generated and has to be disposed of. In the case of a nuclear power plant, in addition to spent fuel elements, this also includes low or medium-level radioactive waste, for example contaminated equipment. The waste is generated in both solid and liquid form. Liquid waste is often mixed with a cement mass in a cementation plant and filled into barrels in which the mass solidifies. The barrels must then be brought from the cementing plant into a storage area for the barrels. This can be an intermediate or a repository.
  • the barrels are therefore handled remotely.
  • the barrels are loaded, for example, in a specially designed container using a crane.
  • the container is then moved from the cementing system into the deposit, where the barrels are placed together with the container designed as a storage container or storage container.
  • the smallest possible volume of the storage container is sought.
  • the barrels are arranged as close as possible to one another and to the inside walls of the storage container. The distances are usually just large enough to leave enough work space for a drum gripper necessary for loading. There is therefore very little tolerance for loading the individual drums into the storage container.
  • the invention has for its object to enable automatic loading or unloading of the storage container.
  • This method enables the container with the individual containers, in particular drums, to be loaded with precise position, even if the container is positioned in an incorrectly positioned position within the loading zone, for example if it is being driven into the loading zone by a truck. In particular, under is inaccurate understood a positioning tolerance of up to about +/- 20 cm.
  • a decisive aspect of the method which enables automatic, that is to say not manually controlled loading or unloading, is to be seen in the fact that a transformation between the image coordinates and the travel coordinates, on the basis of which the loading device is moved, is carried out.
  • This step is based on the consideration that the coordinate system of the camera, which is determined by the number of pixels in the X ⁇ direction and the number of pixels in the Y ⁇ direction, does not match the coordinate system of the loading device that is in an XQ and a YG - Direction can be moved.
  • a coordinate transformation is therefore provided between the imaging system of the camera and the coordinate system of the loading device.
  • a container with fixedly specified dimensions is used, which are stored in the control device.
  • the total image coordinates of the container and its angular position in the coordinate system of the camera are then determined from the recorded reference points of the container, taking into account these stored geometric data.
  • the pixels of the camera are scaled using a reference object placed in the loading zone. This scaling enables easy conversion of the pixel values recorded by the camera into metric units of length.
  • a reference object is preferably also introduced into the loading zone.
  • calibration points are approached manually with the loading device and these manually determined travel coordinates of the calibration points compared and evaluated with the corresponding image coordinates of the calibration points in the coordinate system of the camera. All that is required is a one-time learning process in which the loading device has to be moved manually to predetermined points.
  • the camera is expediently arranged above the loading zone and also above the loading device, the loading device being moved out of the image area of the camera in order to record the image coordinates of the container.
  • the camera coordinate system can be arranged at least approximately parallel to the coordinate system of the loading device, i.e. the coordinate axes of the two coordinate systems run at least approximately parallel to one another. In the ideal case or if the requirements for positioning accuracy are somewhat lower, no angle correction between the image coordinate system and the coordinate system of the loading device is necessary.
  • the reference points are in particular specifically illuminated.
  • FIG. 1 is a partial sectional view of a building with a loading device
  • 2 shows a representation of a reference object in the coordinate system of the camera and 3 shows the reference object in the coordinate system of the loading device.
  • a container 2 which can be closed with a lid 3
  • the latter is moved into a loading zone 5 within a building 6 by means of a truck 4. Due to the positioning of the container 2 in the loading zone 5 with the aid of the truck 4, the respective position of the container 2 varies from loading operation to loading operation. So there is an imprecise positioning. A tolerance of approximately +/- 20 cm is considered to be inaccurate in position.
  • the container 2 is in particular designed as a concrete storage container, which is provided for the arrangement of several barrels 8 in which radioactive waste is poured.
  • the container 2 also serves as a storage container for storing the radioactive waste in an interim storage facility.
  • the barrels 8 are arranged very closely to one another within the container 2. The barrels 8 must therefore be loaded into the container 2 in a very precise position.
  • a loading device 10 For loading and unloading the barrels 8, a loading device 10 is provided which can be moved in two directions on the longitudinal and transverse rails 12.
  • the loading device 10 is designed in the manner of a crane and has a gripper 14 with which the barrels are gripped.
  • the gripper 14 is shown both in the upper basic position and in the lower gripping position.
  • the building 6 is of multi-storey design, the truck 4 with the container 2 being moved into the lower level.
  • the loading device 10 is arranged above an intermediate ceiling 16 in the second level.
  • the false ceiling 16 has an opening 18 under which the loading zone 5 is located.
  • the gripper 14 travels through the opening for loading and unloading 18, the gripper 14 picks up the drums to be loaded into the container 14, for example in a cementing plant in which liquid radioactive waste was previously mixed with a cement mass and poured into the drums 8.
  • the drums 8 Due to the high loading density in the container 2, the drums 8 have to be positioned in the container 2, for example, with a maximum of +/- 20 mm.
  • the automatic loading of the container 2 with the drums 8 takes place with the aid of a camera 20, in the image field 22 of which the loading zone 5 with the container 2 are arranged.
  • the procedure for automatic loading and unloading is as follows: First, the truck 4 drives the container 2 into the loading zone 5 as precisely as possible.
  • the loading device 10 is outside the image field 22 or is moved out of the image field 22.
  • At least reference points 24, for example the four corner positions of the container 2 are recorded with the aid of the camera 20. In the coordinate system of the camera 20 (camera coordinate system X «, Y ⁇ ), image points or image coordinates are assigned to these reference points 24.
  • the reference points 24 are illuminated for better identification, for example with spotlights. If different types of containers are used, these can be distinguished, for example, by reference points 24.
  • the exact geometric data of the container 2 are stored in the control device 26.
  • the image data captured by the camera 20 are thus transmitted to the control device 26 and evaluated there accordingly.
  • This evaluation also includes traversing coordinates being determined from the image coordinates by means of a coordinate transformation.
  • the control device 26 controls the loading device 10 on the basis of the travel coordinates determined in this way. This makes it possible to use the gripper 14 to move automatically and very precisely to individual target positions in the container 2, which correspond to the positions of the individual barrels 8 to be stored, and to automatically set down or automatically grip the barrels 8.
  • the entire loading or unloading process can be fully automated and can therefore be integrated into a process chain, for example at the end of a cementing plant, - 6 -
  • the gripper 14 picks up the drums to be loaded into the container 14, for example in a cementing plant in which liquid radioactive waste was previously mixed with a cement mass and poured into the drums 8.
  • the drums 8 Due to the high loading density in the container 2, the drums 8 have to be positioned in the container 2, for example, with a maximum of +/- 20 mm.
  • the automatic loading of the container 2 with the drums 8 takes place with the aid of a camera 20, in the image field 22 of which the loading zone 5 with the container 2 is arranged.
  • the procedure for automatic loading and unloading is as follows: First, the truck 4 drives the container 2 into the loading zone 5 as precisely as possible.
  • the loading device 10 is outside the image field 22 or is moved out of the image field 22.
  • At least reference points 24, for example the four corner positions of the container 2 are recorded with the aid of the camera 20. In the coordinate system of the camera 20 (camera coordinate system X ⁇ , Y ⁇ ), image points or image coordinates are assigned to these reference points 24.
  • the reference points 24 are illuminated for better identification, for example with spotlights. If different types of containers are used, these can be distinguished, for example, by reference points 24.
  • the exact geometric data of the container 2 are stored in the control device 26.
  • the image data captured by the camera 20 are thus transmitted to the control device 26 and evaluated there accordingly.
  • This evaluation also includes traversing coordinates being determined from the image coordinates by means of a coordinate transformation.
  • the control device 26 controls the loading device 10 on the basis of the travel coordinates determined in this way. This makes it possible to use the gripper 14 to move automatically and very precisely to individual target positions in the container 2, which correspond to the positions of the individual barrels 8 to be stored, and to automatically set down or automatically grip the barrels 8.
  • the entire loading or unloading process can be fully automated and can therefore be integrated into a process chain, for example at the end of a cementing plant, The specified work cycle can also be maintained for the loading.
  • the camera coordinate system X 1, Y und and the coordinate system of the loading device 10 must first be coordinated with one another.
  • a predefined reference object 28 is introduced into the loading zone.
  • the reference object 28 assumes a specific position within the camera coordinate system XK.YK.
  • the object center of the reference object 28 is provided as a calibration point 30. This object center has the values Xi and Yi in the camera coordinate system X «, Y ⁇ and is also arranged at an angle Wi.
  • the camera coordinate system X ⁇ , Y ⁇ is first scaled, i.e. a scaling factor is determined, which indicates which length corresponds to the distance between two pixels.
  • a scaling factor is determined, which indicates which length corresponds to the distance between two pixels.
  • two calibration points 30 of the reference object 28 are recorded, the exact actual distance of which from one another is known.
  • the calibration points 30 of the object 28 are included approached the gripper 14 manually.
  • the calibration points 30 are, for example, the four corner points of the reference object 28. This results in the coordinates Y 2 and X 2 in the gripper coordinate system X G .YG for the center of the object.
  • the angular orientation W 2 in the gripper space can also be determined.
  • This teaching enables complete automatic loading and unloading even if the container 2 is positioned inaccurately within the loading zone. This is because the system described here automatically recognizes the exact position of the container 2 and can use this to individually determine the respective approach positions for loading the individual barrels 8. With the system, different sizes of containers 2 can also be loaded automatically without any problems, since these can be distinguished by the image recognition and the stored data in the control device 26. With the help of the camera 20, it is also possible to check whether the container 2 is still closed with the lid 3 and whether the container 2 is empty or which positions may have already been filled with barrels 8. With the concept described here, gripper positioning accuracy in millimeter increments is possible. The positioning accuracy is determined on the one hand by the image resolution of the camera system and on the other hand by the accuracy of the manual approach with the gripper 14 to determine the travel coordinates of the reference object 28.

Abstract

Zum automatischen Beladen eines Behälters (2) mit radioaktiven Abfall enthaltenden Fässern (8) ist eine automatische Handhabung mittels einer Beladevorrichtung (10) vorgesehen. Zur Bestimmung der genauen Lage des zu beladenden Behälters (2) ist eine Kamera (20) angeordnet, wobei über eine Bilderkennung die Lage des Behälters (2) im Kamera-Koordinatensystem (XK,YK ) ermittelt wird. Anhand einer zuvor einge­lernten Rechenregel werden die so ermittelten Bildkoordinaten (X1,Y1) im Kamera-Koordinatensystem (XK,YK) in Verfahrkoordinaten (X2,Y2) im Koordinatensystem der Bela­devorrichtung (10) umgerechnet, so dass die Beladevorrichtung (10) positionsgenau und vollautomatisch die einzelnen Beladepositionen im Behälter (2) anfahren kann.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Be- oder Entladen eines Behälters mit zumindest einem radioaktiven Abfall enthaltenden Gebinde
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum automatischen Be- und Entladen eines Behälters mit zumindest einem radioaktiven Abfall enthaltenden Gebinde, insbesondere ein Fass.
Beim Betrieb einer kerntechnischen Anlage, insbesondere beim Betrieb eines Kernkraftwerks zur Energieerzeugung, fällt regelmäßig radioaktiver Abfall an, welcher zu entsorgen ist. Bei einem Kernkraftwerk sind dies neben abgebrannten Brennelementen auch schwach- oder mittelaktive radioaktive Abfälle, beispielsweise kontaminierte Betriebsmittel. Die Abfälle fallen dabei sowohl in fester als auch in flüssiger Form an. Flüs- sige Abfälle werden oftmals in einer Zementierungsanlage mit einer Zementmasse vermischt und in Fässern abgefüllt, in der die Masse sich verfestigt. Die Fässer müssen anschließend von der Zementierungsanlage in eine Lagerstätte für die Fässer gebracht werden. Dies kann ein Zwischen- oder auch ein Endlager sein.
Aufgrund der radioaktiven Strahlung ist ein ungeschützter Aufenthalt von Bedienpersonal in der Nähe der Fässer nicht erlaubt. Die Handhabung der Fässer erfolgt daher ferngesteuert. Die Fässer werden hierbei beispielsweise in einem eigens dafür vorgesehenen Behälter mit Hilfe eines Krans eingeladen. Der Behälter wird anschließend von der Zementierungsanlage in die Lagerstätte verfahren, wo die Fässer zusammen mit dem als Lagerbehälter oder Lagercontainer ausgebildeten Behälter abgestellt werden. Um eine möglichst große Menge radioaktiven Abfalls in der Lagerstätte lagern zu können, wird ein möglichst kleines Volumen des Lagerbehälters angestrebt. Hierzu werden die Fässer mit möglichst geringen Abständen untereinander und zu den Behälterinnenwänden im Lagerbehälter angeordnet. Die Abstände sind dabei in der Regel gerade ausreichend groß, um einem für die Beladung notwendigen Fassgreifer genügend Arbeitsraum zu belassen. Für die Beladung der einzelnen Fässer in den Lagerbehälter besteht daher nur ein sehr geringer Toleranzspielraum. Eine manuelle und über eine Warte ferngesteuerte Beladung mit Hilfe eines Lastkrans ist aufgrund der erforderlichen hohen Positionsgenauigkeit nicht möglich. Die Verwendung von absoluten und fixen Positionsmarken, an de- nen sich der Lastkran orientiert und die eine automatische Ansteuerung ermöglichen, setzt voraus, dass der zu befüllende Lagerbehälter in Bezug zu diesen absoluten Fixpunkten immer definiert positioniert ist. Wird der Lagerbehälter jedoch mit Hilfe eines Lastkraftwagens in eine Beladezone verfahren, so ist die Position des Lagerbehälters innerhalb der Beladezone mit einer zu hohen Positionsungenauigkeit versehen, als dass ein automatisches Beladen mit Hilfe von fixen Absolutpunkten möglich wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Be- oder Entladen des Lagerbehälters zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Danach ist vorgesehen, dass zum automatischen Be- oder Entladen des Behälters dieser in eine Beladezone einer verfahrbaren Beladevorrichtung insbesondere positionsungenau eingefahren wird. Die Position des Behälters wird anschließend innerhalb der Beladezone mit Hilfe einer Kamera automatisch erfasst und ausgewählten Referenzpunkten des Behälters werden Bildkoordinaten der Kamera zugewiesen. Aus den Bildkoordinaten der Referenzpunkte im Kamerakoordinatensystem werden dann mit Hilfe einer Steuereinrichtung Verfahrkoordinaten für die verfahrbare Beladevorrichtung im Koordinatensystem der Beladevorrichtung errechnet. Anhand der Verfahrkoordinaten verfährt dann die Beladevorrichtung an eine durch die Position des Behälters bestimmte Sollposition und setzt an der Sollposition das Gebinde ab bzw. nimmt es auf.
Dieses Verfahren ermöglicht ein positionsgenaues Beladen des Behälters mit den einzelnen Gebinden, insbesondere Fässern, selbst wenn der Behälter innerhalb der Bela- dezone positionsungenau positioniert wird, beispielsweise wenn er mit einem LKW in die Beladezone eingefahren wird. Unter positionungenau wird hierbei insbesondere eine Positionierungstoleranz von bis zu etwa +/- 20 cm verstanden. Ein entscheidender Gesichtspunkt bei dem Verfahren, welcher das automatische, also nicht manuell gesteuerte Be- oder Entladen ermöglicht, ist darin zu sehen, dass eine Transformation zwischen den Bildkoordinaten hin zu den Verfahrkoordinaten, anhand derer die Beladevorrichtung verfahren wird, vorgenommen wird. Diesem Schritt liegt die Überlegung zugrunde, dass das Koordinatensystem der Kamera, welches bestimmt ist durch die Anzahl der Bildpunkte in Xκ-Richtung sowie der Anzahl der Bildpunkte in Yκ-Richtung nicht mit dem Koordinatensystem der Beladevorrichtung, die in einer XQ- und einer YG- Richtung verfahrbar ist, übereinstimmt. Es ist daher eine Koordinatentransformation zwischen dem Bild gebenden System der Kamera und dem Koordinatensystem der Beladevorrichtung vorgesehen.
Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung wird ein Behälter mit fest vorgegebenen Abmessungen verwendet, die in der Steuereinrichtung abgespeichert sind. Aus den erfassten Referenzpunkten des Behälters werden dann unter Berücksichtigung dieser abgespeicherten geometrischen Daten die gesamten Bildkoordinaten des Behälters und seine Winkellage im Koordinatensystem der Kamera ermittelt. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass ausgehend von der Erfassung weniger markanter Referenzpunkte der gesamte Behälter und seine Orientierung innerhalb des Kamerakoordinatensystems genau ermittelt werden kann.
Um eine möglichst hohe Positioniergenauigkeit zu erzielen, sind die Bildpunkte der Kamera anhand eines in die Beladezone eingebrachten Referenzobjekts skaliert. Anhand dieser Skalierung ist daher eine leichte Umrechnung der von der Kamera erfassten Pixel-Werte in metrische Längeneinheiten ermöglicht.
Zur Ermittlung der Rechenregel für die Koordinatentransformation vom Kamerakoordinatensystem in das der Beladevorrichtung wird vorzugsweise ebenfalls ein Referenzobjekt in die Beladezone eingebracht. Zur Bestimmung der Rechenregeln für die Koordinatentransformation werden Kalibrierungspunkte mit der Beladevorrichtung manuell angefahren und diese manuell ermittelten Verfahrkoordinaten der Kalibrierungspunkte mit den entsprechenden Bildkoordinaten der Kalibrierungspunkte im Koordinatensytem der Kamera verglichen und ausgewertet. Es ist also lediglich ein einmaliger Einlernpro- zess erforderlich, bei dem die Beladevorrichtung manuell an vorgegebene Punkte herangefahren werden muss.
Zweckdienlicherweise ist die Kamera oberhalb der Beladezone und auch oberhalb der Beladevorrichtung angeordnet, wobei zur Erfassung der Bildkoordinaten des Behälters die Beladevorrichtung aus dem Bildbereich der Kamera herausgefahren wird. Durch die Anordnung der Kamera oberhalb der Beladevorrichtung kann durch eine entsprechende Orientierung der Kamera das Kamerakoordinatensystem zumindest annähernd parallel zum Koordinatensystem der Beladevorrichtung angeordnet werden, d.h. die Koordinatenachsen der beiden Koordinatensysteme laufen zumindest annähernd parallel zueinander. Im Idealfall oder bei etwas geringeren Anforderungen an die Positioniergenauigkeit ist daher keine Winkelkorrektur zwischen dem Bildkoordinatensystem und dem Koordinatensystem der Beladevorrichtung notwendig.
Zur möglichst eindeutigen und genauen Lokalisierung der Referenzpunkte mit Hilfe des Kamera-Koordinatensystems und der Ermittlung der zugeordneten Bildkoordinaten werden die Referenzpunkte insbesondere gezielt ausgeleuchtet.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 7.
Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Vorrichtung zu übertragen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:
Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht eines Gebäudes mit einer Beladevorrichtung,
Fig. 2 eine Darstellung eines Referenzobjektes im Koordinatensystem der Kamera und Fig. 3 das Referenzobjekt im Koordinatensystem der Beladevorrichtung.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in den Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird zum Be- oder Entladen eines mit einem Deckel 3 verschließbaren Behälters 2 dieser mittels eines Lastkraftwagens 4 in eine Beladezone 5 innerhalb eines Gebäudes 6 eingefahren. Aufgrund der Positionierung des Behälters 2 in der Beladezone 5 mit Hilfe des Lastkraftwagens 4 variiert die jeweilige Position des Behälters 2 von Beladevorgang zu Beladevorgang. Es erfolgt also eine ungenaue Positionierung. Unter positionsungenau wird hierbei insbesondere eine Toleranz von etwa +/- 20 cm angesehen.
Der Behälter 2 ist insbesondere als Beton-Lagercontainer ausgebildet, der zur Anordnung von mehreren Fässern 8, in denen radioaktiver Abfall eingegossen ist, vorgesehen ist. Der Behälter 2 dient zugleich als Lagerbehälter zur Lagerung der radioaktiven Abfälle in einem Zwischenlager. Um eine möglichst Platz sparende Lagerung zu erzielen, sind die Fässer 8 innerhalb des Behälters 2 sehr eng zueinander angeordnet. Die Fässer 8 müssen daher sehr positionsgenau in den Behälter 2 eingeladen werden.
Zum Be- und Entladen der Fässer 8 ist eine Beladevorrichtung 10 vorgesehen, welche auf Längs- und Querschienen 12 in zwei Richtungen verfahrbar ist. Die Beladevorrichtung 10 ist nach Art eines Krans ausgebildet und weist einen Greifer 14 auf, mit dem die Fässer gegriffen werden. Lediglich zur Illustration ist der Greifer 14 sowohl in der oberen Grundposition als auch in der unteren Greifposition dargestellt.
Das Gebäude 6 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel mehrgeschossig ausgebildet, wobei der Lastkraftwagen 4 mit dem Behälter 2 in die untere Ebene eingefahren wird. Die Beladevorrichtung 10 ist oberhalb einer Zwischendecke 16 in der zweiten Ebene ange- ordnet. Die Zwischendecke 16 weist einen Durchbruch 18 auf, unter dem sich die Beladezone 5 befindet. Zum Be- und Entladen fährt der Greifer 14 durch den Durchbruch 18 hindurch, der Greifer 14 holt die in den Behälter 14 einzuladenden Fässer beispielsweise in einer Zementierunganlage ab, in der zuvor flüssige radioaktive Abfälle mit einer Zementmasse vermischt und in die Fässer 8 eingegossen wurden.
Aufgrund der hohen Beladungsdichte im Behälter 2 müssen die Fässer 8 beispielsweise auf maximal +/- 20 mm genau im Behälter 2 positioniert werden. Die automatische Beladung des Behälters 2 mit den Fässern 8 erfolgt mit Hilfe einer Kamera 20, in deren Bildfeld 22 die Beladezone 5 mit dem Behälter 2 angeordnet sind. Zum automatischen Be- und Entladen wird hierbei folgendermaßen vorgegangen: Zunächst fährt der Lastkraftwagen 4 mit dem Behälter 2 möglichst positionsgenau in die Beladezone 5 ein. Die Beladevorrichtung 10 ist außerhalb des Bildfeldes 22 bzw. wird aus dem Bildfeld 22 herausgefahren. Mit Hilfe der Kamera 20 werden zumindest Referenzpunkte 24, beispielsweise die vier Eckpositionen des Behälters 2, erfasst. Diesen Referenzpunkten 24 werden im Koordiatensystem der Kamera 20 (Kamera-Koordinatensystem X«,Yκ) Bildpunkte bzw. Bildkoordinaten zugewiesen. Dies erfolgt mit Hilfe einer in einer Steuereinrichtung 26 hinterlegten Bilderkennungssoftware. Die Referenzpunkte 24 sind hierbei zur besseren Kenntlichmachung beispielsweise mit Punktstrahlern angeleuchtet. Sofern unterschiedliche Behältertypen verwendet werden, können diese beispielsweise anhand der Referenzpunkte 24 unterschieden werden. Die genauen geometrischen Daten der Behälter 2 sind in der Steuereinrichtung 26 hinterlegt. An die Steuereinrichtung 26 werden also die von der Kamera 20 erfassten Bilddaten übermittelt und dort entsprechend ausgewertet. Zu dieser Auswertung zählt auch, dass aus den Bildkoordinaten Verfahrkoordinaten mittels einer Koordinatentransformation ermittelt werden. Weiterhin steuert die Steuereinrichtung 26 die Beladevorrichtung 10 anhand der so er- mittelten Verfahrkoordinaten an. Hierdurch ist es also möglich, mit dem Greifer 14 automatisch und sehr zielgenau einzelne Sollpositionen im Behälter 2, die den Positionen der einzelnen zu lagernden Fässer 8 entsprechen, anzufahren und die Fässer 8 automatisch abzusetzen bzw. automatisch zu greifen. Der gesamte Be- oder Entladevorgang kann vollautomatisiert erfolgen und lässt sich daher in eine Prozesskette bei- spielsweise am Ende einer Zementierungsanlage integrieren und der von der Zemen- - 6 -
18 hindurch, der Greifer 14 holt die in den Behälter 14 einzuladenden Fässer beispielsweise in einer Zementierunganlage ab, in der zuvor flüssige radioaktive Abfälle mit einer Zementmasse vermischt und in die Fässer 8 eingegossen wurden.
Aufgrund der hohen Beladungsdichte im Behälter 2 müssen die Fässer 8 beispielsweise auf maximal +/- 20 mm genau im Behälter 2 positioniert werden. Die automatische Beladung des Behälters 2 mit den Fässern 8 erfolgt mit Hilfe einer Kamera 20, in deren Bildfeld 22 die Beladezone 5 mit dem Behälter 2 angeordnet sind. Zum automatischen Be- und Entladen wird hierbei folgendermaßen vorgegangen: Zunächst fährt der Lastkraftwagen 4 mit dem Behälter 2 möglichst positionsgenau in die Beladezone 5 ein. Die Beladevorrichtung 10 ist außerhalb des Bildfeldes 22 bzw. wird aus dem Bildfeld 22 herausgefahren. Mit Hilfe der Kamera 20 werden zumindest Referenzpunkte 24, beispielsweise die vier Eckpositionen des Behälters 2, erfasst. Diesen Referenzpunkten 24 werden im Koordiatensystem der Kamera 20 (Kamera-Koordinatensystem Xκ,Yκ) Bildpunkte bzw. Bildkoordinaten zugewiesen. Dies erfolgt mit Hilfe einer in einer Steuereinrichtung 26 hinterlegten Bilderkennungssoftware. Die Referenzpunkte 24 sind hierbei zur besseren Kenntlichmachung beispielsweise mit Punktstrahlern angeleuchtet. Sofern unterschiedliche Behältertypen verwendet werden, können diese beispielsweise anhand der Referenzpunkte 24 unterschieden werden. Die genauen geometrischen Daten der Behälter 2 sind in der Steuereinrichtung 26 hinterlegt. An die Steuereinrichtung 26 werden also die von der Kamera 20 erfassten Bilddaten übermittelt und dort entsprechend ausgewertet. Zu dieser Auswertung zählt auch, dass aus den Bildkoordinaten Verfahrkoordinaten mittels einer Koordinatentransformation ermittelt werden. Weiterhin steuert die Steuereinrichtung 26 die Beladevorrichtung 10 anhand der so er- mittelten Verfahrkoordinaten an. Hierdurch ist es also möglich, mit dem Greifer 14 automatisch und sehr zielgenau einzelne Sollpositionen im Behälter 2, die den Positionen der einzelnen zu lagernden Fässer 8 entsprechen, anzufahren und die Fässer 8 automatisch abzusetzen bzw. automatisch zu greifen. Der gesamte Be- oder Entladevorgang kann vollautomatisiert erfolgen und lässt sich daher in eine Prozesskette bei- spielsweise am Ende einer Zementierungsanlage integrieren und der von der Zemen- tierungsanlage vorgegebene Arbeitstakt kann auch für die Beladung beibehalten werden.
Bevor die Bildkoordinaten in Verfahrkoordinaten umgerechnet werden können, müssen das Kamera-Koordinatensystem X«,Yκ und das Koordinatensystem der Beladevorrichtung 10 (Greifer-Koordinatensystem XG.YG) zunächst aufeinander abgestimmt werden. Hierzu wird ein vordefiniertes Referenzobjekt 28 in die Beladezone eingebracht. Wie aus der Fig. 2 zu entnehmen ist, nimmt das Referenzobjekt 28 innerhalb des Kamera- Koordinatensystems XK.YK eine bestimmte Lage ein. Als ein Kalibrierungspunkt 30 ist gemäß den Fig. 2 und 3 die Objektmitte des Referenzobjekts 28 vorgesehen. Diese Objektmitte hat im Kamera-Koordinatensystem X«,Yκ die Werte Xi und Yi und ist zudem unter einem Winkel Wi angeordnet.
In einem ersten Schritt wird zunächst eine Skalierung des Kamera-Koordinatensystems Xκ,Yκ vorgenommen, d.h. es wird ein Skalierungsfaktor ermittelt, welcher angibt, welche Länge dem Abstand zwischen zwei Bildpunkten entspricht. Hierzu werden insbesondere zwei Kalibrierungspunkte 30 des Referenzobjekts 28 erfasst, deren genauer tatsächlicher Abstand zueinander bekannt ist.
Zur Bestimmung der Rechenregeln für die Koordinatentransformation vom Kamera-Koordinatensystem Xκ,Yκ, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, in das Greifer-Koordinatensystem XG.YG, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, werden mehrere Kalibrierungspunkte 30 des Objekts 28 mit dem Greifer 14 manuell angefahren. Die Kalibrierungspunkte 30 sind neben der Objektmitte beispielsweise die vier Eckpunkte des Referenzobjektes 28. Hierdurch ergeben sich für die Objektmitte die Koordinaten Y2 sowie X2 im Greifer-Koordinatensystem XG.YG Auch lässt sich die Winkelorientierung W2 im Greiferraum ermitteln. Aus den so ermittelten Bildkoordinaten Xi, Yi, Wi im Kamera- oder Bildkoordinatensystem Xκ,Yκ und den im Greifer-Koordinatensystem XG.YG ermittelten Verfahr- Koordinaten X2,Y2, und W2 ist der Zusammenhang zwischen dem beiden Koordinatensystemen eindeutig bestimmt, so dass in der Steuereinrichtung 26 eine entsprechende Rechenregel hinterlegt wird, welche die Bildkoordinaten Xi, Yi, Wi in die entsprechen- - 8 -
den Verfahrkoordinaten X2, Y2, W2 umrechnet und den Greifer 14 entsprechend ansteuert.
Durch dieses Einlernen ist die vollständige automatische Be- und Entladung selbst bei einer ungenauen Positionierung des Behälters 2 innerhalb der Beladezone ermöglicht. Denn das hier beschriebene System erkennt automatisch die genaue Position des Behälters 2 und kann hieraus individuell die jeweiligen Anfahrpositionen für das Einladen der einzelnen Fässer 8 festlegen. Mit dem System lassen sich problemlos auch unterschiedliche Größen von Behältern 2 automatisch beladen, da diese über die Bilderkennung und den abgespeicherten Daten in der Steuereinrichtung 26 unterschieden werden können. Mit Hilfe der Kamera 20 ist weiterhin eine Überprüfung möglich, ob der Behälter 2 noch mit dem Deckel 3 verschlossen ist und ob der Behälter 2 leer ist bzw. welche Positionen evtl. schon mit Fässern 8 belegt sind. Mit dem hier beschriebenen Konzept ist eine Greiferpositioniergenauigkeit im Millimeter-Raster möglich. Die Positioniergenauigkeit wird hierbei einerseits von der Bildauflösung des Kamerasystems und andererseits von der Genauigkeit des manuellen Anfahrens mit dem Greifer 14 zur Ermittlung der Verfahrkoordinaten des Referenzobjekts 28 bestimmt.
- 9 -
Bezugszeichenliste
Behälter
Deckel
Lastkraftwagen
Beladezone
Gebäude
Fässer
Beladevorrichtung
Schiene
Greifer
Zwischendecke
Durchbruch
Kamera
Bildfeld
Referenzpunkt
Steuereinrichtung
Referenzobjekt
Kalibrierungspunkt

Claims

- 10 -Ansprüche
1. Verfahren zum automatischen Be- oder Entladen eines Behälters (2) mit zumindest einem radioaktiven Abfall enthaltenden Gebinde, insbesondere ein Fass (8), bei s dem - der Behälter (2) in eine Beladezone (5) einer verfahrbaren Beladevorrichtung (10) eingefahren wird, - die Position des Behälters (2) innerhalb der Beladezone (5) mit Hilfe einer Kamera (20) erfasst und Referenzpunkten (24) des Behälters (2) Bildkoordinaten0 (X1Υ1) der Kamera (20) zugewiesen werden, - die Bildkoordinaten (Xι,Yι) der Referenzpunkte (24) mit Hilfe einer Steuereinrichtung (26) in Verfahrkoordinaten (X2,Y2) für die verfahrbare Beladevorrichtung (10) transformiert werden, und bei dem - die Beladevorrichtung (10) anhand der errechneten Verfahrkoordinaten (X2,Y2)5 an eine durch die Position des Behälters (2) bestimmte Sollposition verfährt und an der Sollposition das Gebinde absetzt bzw. aufnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem als Behälter (2) ein Behälter mit fest vorgegebenen Abmessungen verwendet wird, dessen Daten in der Steuereinrichtung (26) abgespeichert sind, wobei aus den erfassten Referenzpunkten (24) unter Berücksichtigung der abgespeicherten Daten die Bildkoordinaten (Xi.Yi) des Behälters (2) und seine Winkellage (Wi) im Koordinatensystem der Kamera (20) ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem anhand eines in die Beladezone (5) eingebrachten Referenzobjektes (28) die Bildpunkte (Xi, Yi) der Kamera (20) skaliert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem anhand eines in die Beladezone (5) eingebrachten Referenzobjektes (28) Rechenregeln für die Trans- formation des Koordinatensystems der Kamera (20) in das Koordinatensystem der Beladevorrichtung (10) ermittelt werden, indem Kalibrierungspunkte (30) des Refe- - 11 -
renzobjektes (28) manuell mit der Beladevorrichtung (10) angefahren und die so ermittelten Verfahrkoordinaten (X2,Y2) der Kalibrierungspunkte (30) im Koordinatensystem der Beladevorrichtung (10) mit den Bildkoordinaten (Xι,Y-ι) der Kalibrierungspunkte (30) im Koordinatensystem der Kamera (20) verglichen werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beladevorrichtung (10) zwischen der Beladezone (5) und der Kamera (20) angeordnet ist, wobei zur Erfassung der Bildkoordinaten (X-I.Y-I) des Behälters (2) die Beladevorrichtung (10) aus dem Bildfeld (22) der Kamera (20) herausgefahren wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest die Referenzpunkte (24) des Behälters (2) ausgeleuchtet werden.
7. Vorrichtung zum automatischen Be- und Entladen eines Behälters (2) mit zumindest einem radioaktiven Abfall enthaltenden Gebinde (8) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Beladezone(5), in die der Behälter (2) einfahrbar ist, eine verfahrbare Beladevorrichtung (10) zum Be- und Entladen des Gebindes (8) in bzw. aus dem Behälter (2), eine oberhalb der Beladezone (5) angeordnete Kamera (20) sowie eine Steuereinrichtung (26), die mit der Kamera (20) und der Beladevorrichtung (10) verbunden und derart ausgelegt ist, dass - sie aus den von der Kamera (20) übermittelten Daten die Position des Behälters (8) innerhalb der Beladezone (5) automatisch erfasst und Referenzpunkten (24) des Behälters (2) Bildkoordinaten (Xi.Yi) zuweist, - sie aus den Bildkoordinaten (Xι,Yι) der Referenzpunkte (24) Verfahrkoordinaten (X2Υ2) für die verfahrbare Beladevorrichtung (10) errechnet, und dass sie die Beladevorrichtung (10) anhand der Verfahrkoordinaten (X2,Y2) derart ansteuert, dass die Beladevorrichtung (10) an eine durch die Position des Behälters (2) bestimmte Sollposition verfährt und an der Sollposition das Gebinde (8) absetzt bzw. aufnimmt.
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