JP6104828B2 - ３次元変形量計測装置および３次元変形量計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、３次元変形量計測装置および３次元変形量計測方法に関する。

燃料プール内の燃料集合体を移送し貯蔵する場合、まずは、移送し貯蔵しようとする燃料集合体が健全であるか否かを判定する必要がある。燃料集合体の健全性を判断するためには、燃料棒の外観を確認することが最良である。燃料集合体の健全性を検査する技術としては、燃料集合体およびその燃料棒の外表面をテレビカメラで撮影し、燃料集合体および燃料棒のどの場所にどのようなキズがあるかを検査する装置（例えば、特許文献１）等がある。

特開平１１−１９０７９３号公報

燃料集合体は、通常、チャンネルボックスで覆われているため、例えば、特許文献１に記載される装置等を用いて燃料集合体の健全性を判断するためには、チャンネルボックスを取り除いてから燃料棒の外観を確認する必要がある。

しかしながら、事後的な要因でチャンネルボックスが物理的な衝撃を受けてしまうと、変形が生じてチャンネルボックスを取り除くことができない事態が生じ得る。

燃料集合体内部とチャンネルボックスが干渉しチャンネルボックスを通常通り取り除けない場合、燃料棒の外観を確認するためには、チャンネルボックスを切断するなどの対応が考えられる。但し、チャンネルボックスを取り除くことができない事態に至った場合には、燃料集合体が機械的なダメージを受けている可能性がある。燃料集合体が機械的なダメージを受けている場合にチャンネルボックスを切断すると、燃料集合体が崩落するなどの事態を招き得る。

このような事情を考慮して、チャンネルボックスを取り除かない状態のままでも燃料集合体の内部の変形を評価可能な技術が望まれている。

一方、特許文献１に記載される装置等は、基本的に燃料集合体の寸法や変形量を計測するために作られていないため、特許文献１に記載される装置等を用いて燃料集合体の寸法や変形量を計測することは困難である。また、カメラの位置およびそれに伴う連続画像から変形量をある程度推定することができる余地はあるが、長尺な燃料集合体の撮影に時間がかかったり、蓄積誤差により計測精度が低下したりするなどの課題が懸念される。

本発明は、上述した課題を考慮してなされたものであり、燃料集合体の構成要素（例えば、上部タイプレート、チャンネルボックス、および下部タイプレート等）の３次元位置及び姿勢を計測し、得られる構成要素間の相対位置関係から燃料集合体の変形を評価可能な３次元変形量計測装置および３次元変形量計測方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る３次元変形量計測装置は、上述した課題を解決するため、燃料集合体の上部タイプレートの３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定する第１の３次元計測手段と、前記第１の３次元計測手段および前記燃料集合体のチャンネルボックスの３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する第２の３次元計測手段と、前記第２の座標系上の前記第１の３次元計測手段の位置および姿勢から、前記第１の３次元座標系の座標を前記第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出する座標変換行列算出手段と、前記座標変換行列を用いて、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を前記第１の３次元座標系から前記第２の３次元座標系に変換することによって、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢と前記チャンネルボックスの３次元位置および姿勢を前記第２の３次元座標系で決定する３次元変形量算出手段と、を具備することを特徴とする。

本発明の実施形態に係る３次元変形量計測方法は、上述した課題を解決するため、燃料集合体の上部タイプレートの３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定する第１の３次元計測手段と、前記第１の３次元計測手段および前記燃料集合体のチャンネルボックスの３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する第２の３次元計測手段と、前記第２の座標系上の前記第１の３次元計測手段の位置および姿勢から、前記第１の３次元座標系の座標を前記第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出する座標変換行列算出手段と、前記座標変換行列を用いて、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を前記第１の３次元座標系から前記第２の３次元座標系に変換することによって、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢と前記チャンネルボックスの３次元位置および姿勢を前記第２の３次元座標系で決定する３次元変形量算出手段とを具備する３次元変形量計測装置を用いて前記燃料集合体の３次元変形量を計測する方法であり、前記第１の３次元計測手段が、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定するステップと、前記第２の３次元計測手段が、前記第１の３次元計測手段および前記チャンネルボックスの３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定するステップと、前記座標変換行列算出手段が、前記第２の座標系上の前記第１の３次元計測手段の位置および姿勢から、前記第１の３次元座標系の座標を前記第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出するステップと、前記３次元変形量算出手段が、前記座標変換行列を用いて、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を前記第１の３次元座標系から前記第２の３次元座標系に変換することによって、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢と前記チャンネルボックスの３次元位置および姿勢を前記第２の３次元座標系で決定するステップと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、燃料集合体の構成要素の３次元位置及び姿勢を計測し、得られる構成要素間の相対位置関係から燃料集合体の変形を評価することができる。

本発明の第１の実施形態に係る３次元変形量計測装置の構成図。 本発明の第１の実施形態に係る３次元変形量計測装置が具備する３次元計測手段（第１，２の３次元計測部）の配置を示す概略図。 本発明の実施形態に係る３次元変形量計測装置の被計測対象となる燃料集合体の上部タイプレートおよびチャンネルボックスの概略を示す説明図であり、（Ａ）は上部タイプレートの平面図、（Ｂ）は上部タイプレートとチャンネルボックスの外観を示す斜視図。 本発明の第１の実施形態に係る３次元変形量計測装置が具備する第１の３次元計測部に配置される２次元パターンを示す概略図。 本発明の第１の実施形態に係る３次元変形量計測装置が具備する第２の３次元計測部の作用を説明する説明図。 本発明の第２の実施形態に係る３次元変形量計測装置の構成図。 本発明の第２の実施形態に係る３次元変形量計測装置が具備する３次元計測手段（第１〜３の３次元計測部）の配置を示す概略図。 本発明の第３の実施形態に係る３次元変形量計測装置の構成図。

以下、本発明の実施形態に係る３次元変形量計測装置および３次元変形量計測方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態に係る３次元変形量計測装置および３次元変形量計測方法によって、３次元の変形量が計測される対象物（以下、「被計測対象」とする。）の一例として、被計測対象が燃料集合体である場合を説明する。また、以下の説明中に使用される上、下、左、右などの方向を示す用語は、図示の状態、または通常の使用状態を基準とした方向を示している。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る３次元変形量計測装置の一例である３次元変形量計測装置１０Ａの構成図である。また、図２は３次元変形量計測装置１０Ａが具備する３次元計測手段（第１の３次元計測部１１および第２の３次元計測部１２）の配置を示す概略図である。

３次元変形量計測装置１０Ａ（図１）は、例えば、被計測対象である燃料集合体１の異なる目標に対して３次元計測を行う２個など複数個の３次元計測部１１，１２と、ある３次元座標系（例えば、第１の３次元計測部１１が基準とする３次元座標系）で決定される３次元位置および姿勢に基づいて、他の３次元座標系（例えば、第２の３次元計測部１２が基準とする３次元座標系）の座標へ変換する変換行列を算出する座標変換行列算出部１５と、最終的に得られる計測結果と予め与えられる基準とを比較して燃料集合体１の３次元変形量が許容範囲内か否かを判定することで燃料集合体１の３次元的な変形の有無を判定する変形判定部１６と、を具備する。

３次元変形量計測装置１０Ａでは、少なくとも、一つの３次元計測部（例えば、第１の３次元計測部１１）の位置および姿勢を他の３次元計測部（例えば、第２の３次元計測部１２）で計測可能に構成されている。例えば、図２に例示される３次元変形量計測装置１０Ａでは、第２の３次元計測部１２が第１の３次元計測部１１を視野６の範囲内に収めた状態で撮像可能に配置されており、第１の３次元計測部１１の３次元座標および姿勢を第２の３次元計測部１２が基準とする３次元座標系で決定することができる。

このように構成される３次元変形量計測装置１０Ａでは、一つの３次元計測部（例えば、第１の３次元計測部１１）が基準とする３次元座標系で３次元座標を決定できる対象について、他の３次元計測部（例えば、第２の３次元計測部１２）基準とする３次元座標系で判断することが可能になる。

３次元変形量計測装置１０Ａの第１の３次元計測手段としての第１の３次元計測部１１は、燃料集合体１の第１目標である上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定する機能を有する。また、第２の３次元計測手段としての第２の３次元計測部１２は、第１の３次元計測部１１の３次元位置および姿勢と、燃料集合体１の第２目標であるチャンネルボックス３の３次元位置および姿勢とを第１の３次元座標系とは異なる第２の３次元座標系で決定する機能を有する。

座標変換行列算出部１５は、二つの３次元座標系の間で座標を変換する変換行列を算出する機能を有する。例えば、第１の３次元計測部１１が決定する第１の３次元座標系の座標を第２の３次元計測部１２が決定する第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出する場合、座標変換行列算出部１５は、第２の３次元計測部１２から取得される第２の座標系上の第１の３次元計測部１１の位置および姿勢に基づいて、第１の３次元座標系の座標を第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出する。

変形判定部１６は、座標変換行列算出部１５によって算出される変換行列を用いて、第１の３次元座標系の座標を第２の３次元座標系の座標へ変換する機能と、第２の３次元座標系の座標を用いて基準と比較する機能とを有し、被計測対象である燃料集合体１の３次元変形量を算出する。すなわち、変形判定部１６は、燃料集合体１（被計測対象）の３次元変形量算出手段としての役割を果たす。

また、変形判定部１６は、基準との差異で表される燃料集合体１の３次元変形量が設定される閾値よりも大きいか否かを判定する機能を有し、当該判定結果に基づいて被計測対象である燃料集合体１の変形具合を判定する。すなわち、変形判定部１６は、燃料集合体１（被計測対象）の変形判定手段としての役割を果たす。ここで、設定される閾値は、より詳細には燃料集合体１の一構成要素であるチャンネルボックス３の内部のスペースが許容範囲を超えて縮小（変形）しているか否かを推定するための設定値である。

燃料集合体１の３次元変形量が変形判定部１６に設定される閾値を超える場合には、チャンネルボックス３の内部のスペースが許容範囲を超えて縮小していることを示しており、この場合、チャンネルボックス３内に収容される燃料棒に負荷がかかっていると推定されることから、燃料集合体１は健全でない（不健全）と判定される。設定される閾値を超えない場合には、燃料集合体１の変形は許容範囲内であり、燃料集合体１は健全であると判定される。従って、変形判定部１６は、燃料集合体１の健全性評価手段であるともいえる。

変形判定部１６は、まず、第１の３次元座標系の座標を第２の３次元座標系の座標へ変換することによって、第１の３次元座標系で決定されている燃料集合体１の第１目標である上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する。続いて、変形判定部１６は、第２の３次元座標系で決定される上部タイプレート２の３次元位置および姿勢と、第２の３次元座標系で決定されるチャンネルボックス３の３次元位置および姿勢とに基づいて、燃料集合体１の第１目標である上部タイプレート２と燃料集合体１の第２目標であるチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係を決定する。

続いて、変形判定部１６は、基準として設定される上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報と、得られた上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報とを比較する。比較の基準となる情報には、例えば、製造時における上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報が採用される。

変形判定部１６は、得られた上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報と、基準として設定される上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報とを比較した結果として得られる基準との差異が設定される閾値よりも大きいか否かを判定し、当該判定結果に基づいて、燃料集合体１の健全性が判定される。

続いて、３次元変形量計測装置１０Ａの作用について説明する。

３次元変形量計測装置１０Ａは、燃料集合体１（被計測対象）の上部タイプレート２（第１目標）とチャンネルボックス３（第２目標）との間の３次元的な位置および姿勢関係を計測し、基準となる位置および姿勢関係とどれだけの差異があるか、すなわち、どれだけ変形しているかを計測し、得られる計測結果に基づいて、燃料集合体１の健全性を評価する材料をユーザーに提供する。

３次元変形量計測装置１０Ａでは、まず、第１の３次元計測部１１が、燃料集合体１の上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定する。上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を決定する手法としては、例えば、下記に例示する第１，２，３の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法などがある。第１の３次元計測部１１は、第１，２，３の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法などの上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法を少なくとも１個採用することによって、燃料集合体１の上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定する機能を提供する。

＜第１の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法＞
図３は被計測対象となる燃料集合体１の上部タイプレート２およびチャンネルボックス３の概略を示す説明図であり、図３（Ａ）は上部タイプレート２の一例を上方から見た場合の上視図（平面図）、図３（Ｂ）は上部タイプレート２とチャンネルボックス３の外観を示す斜視図である。

第１の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法は、上部タイプレート２のネットワーク部２ａに燃料棒上部端栓を支持する円形孔が規定の間隔で並んで存在していることを利用し、この円形孔の座標が基準座標からどの程度ずれているかを計測することによって、上部タイプレート２の奥行きおよび傾きを算出する手法である。本手法では、上部タイプレート２のネットワーク部２ａの各円形孔が平面上にあることを前提としており、当該前提の下では、平面ホモグラフィの原理により、上部タイプレート２の奥行きおよび傾きを算出することが可能となる。

第１の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法を採用する第１の３次元計測部１１は、上部タイプレート２を上方から撮像する機能と、撮像により得られた上部タイプレート２の２次元画像から上部タイプレート２におけるネットワーク部２ａの各円形孔を検出する機能と、検出した各円形孔の座標と予め保持されるネットワーク部２ａの円形孔の基準座標とを比較する機能と、比較の結果から上部タイプレート２の奥行きおよび傾きを算出する機能とを有する。すなわち、第１の３次元計測部１１は、上部タイプレート２を上方から撮像して２次元画像を取得し、取得する２次元画像上の上部タイプレート２のネットワーク部２ａの配置から上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定することができる。

第１の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法では、まず、第１の３次元計測部１１が、内蔵されるカメラ（図示せず）で上部タイプレート２の上方から画像撮影するとともに上部タイプレート２のネットワーク部２ａに規定の間隔で並んで存在している円形孔を検出する。続いて、検出した各円形孔の座標と予め保持されるネットワーク部２ａの円形孔の基準座標とがどの程度ずれているかを算出し、算出結果から第１の３次元計測部１１が基準とする３次元座標系（第１の３次元座標系）における上部タイプレート２の奥行きおよび傾きを算出することによって、上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を決定する。

＜第２の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法＞
第２の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法は、第１の３次元計測部１１が複数台のカメラを備える場合に適用可能な手法であり、少なくとも２台のカメラで上部タイプレート２を上方から撮影し、ステレオ視の原理を用いて、第１の３次元座標系における上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を決定する手法である。なお、第２の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法において、ネットワーク部２ａの各円形孔中心の３次元座標をもって上部タイプレート２の位置姿勢を管理すると利便性が高くなる。

＜第３の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法＞
第３の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法は、第１の３次元計測部１１が、例えば、光学式、超音波式、またはレーザー光線式などの非接触で２点間の距離を計測可能な距離計を備える場合に適用可能な手法であり、当該距離計で計測される上部タイプレート２上の複数点の距離に基づいて、当該距離計の３次元位置および姿勢を原点基準とする第１の３次元座標系で上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を決定する手法である。

また、３次元変形量計測装置１０Ａでは、第１の３次元計測部１１が動作して、上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定するのと並行して、第２の３次元計測部１２が動作し、第２の３次元計測部１２が、第１の３次元計測部１１の３次元位置および姿勢と、燃料集合体１のチャンネルボックス３の３次元位置および姿勢とを第２の３次元座標系で決定する。第１の３次元計測部１１の位置および姿勢を決定する手法としては、例えば、下記に例示する第１，２の手法などがある。第２の３次元計測部１２は、第１，２の手法などの第１の３次元計測部１１の位置および姿勢を決定する手法を少なくとも１個採用することによって、第１の３次元計測部１１の３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する機能を提供する。

＜第１の手法＞
図４は３次元変形量計測装置１０Ａが具備する第１の３次元計測部１１に配置される２次元パターンＰを示す概略図である。

第１の３次元計測部１１の位置および姿勢を決定する手法の第１の例（以下、単に「第１の手法」とする。）は、図４に例示されるようなサイズの既知な２次元パターンＰを第１の３次元計測部１１の筐体（外面）に配列しておき、２次元パターンＰの特徴点（例えば、各矩形の頂点等）の３次元座標が当該特徴点の基準座標に対してどの程度ずれているかを算出することによって、第２の３次元計測部１２が基準とする３次元座標系（第２の３次元座標系）における第１の３次元計測部１１の３次元位置および姿勢を決定する手法である。第１の手法においても、２次元パターンＰの各特徴点が平面上にあることを前提として平面ホモグラフィの原理を用いることによって、第２の３次元座標系における第１の３次元計測部１１の３次元位置および姿勢を決定することが可能となる。

第１の手法を用いて第１の３次元計測部１１の位置および姿勢を決定する第２の３次元計測部１２は、２次元パターンＰを撮像する機能と、撮像した２次元画像内の２次元パターンＰの特徴点を検出する機能と、検出した２次元パターンＰの各特徴点の座標と予め保持される２次元パターンＰの各特徴点の基準座標とを比較する機能と、比較の結果から第２の３次元計測部１２が基準とする３次元座標系（第２の３次元座標系）における第１の３次元計測部１１の３次元位置および姿勢を決定する機能とを有する。

第１の手法では、まず、第２の３次元計測部１２が、２次元パターンＰを視野内に収めた状態で２次元画像を撮像し、撮像した２次元画像内の２次元パターンＰの特徴点を検出する。続いて、第２の３次元計測部１２は、検出した２次元パターンＰの各特徴点の座標が、予め保持される各特徴点の基準座標に対してどの程度ずれているかを算出し、算出結果から第２の３次元計測部１２が基準とする３次元座標系（第２の３次元座標系）における第１の３次元計測部１１の３次元位置および姿勢を決定する。

＜第２の手法＞
第１の３次元計測部１１の位置および姿勢を決定する手法の第２の例（以下、単に「第２の手法」とする。）は、例えば、図４に例示される２次元パターンＰなどのサイズが既知な２次元パターンを投影する機能を有する２次元パターン投影手段を３次元変形量計測装置１０Ａ（図１）が備えている場合に適用される手法である。ここでは、第２の３次元計測部１２（図１）が、図４に例示される２次元パターンＰなどのサイズが既知な２次元パターンを第１の３次元計測部１１（図１）の筐体（外面）に投影する機能を有している場合、すなわち、第２の３次元計測手段としての第２の３次元計測部１２（図１）が２次元パターン投影手段でもある場合を説明する。

第２の手法では、第２の３次元計測部１２が、まず、サイズが既知な２次元パターンを投影する機能を用いて、例えば、２次元パターンＰ（図４）を第１の３次元計測部１１の筐体に投影する。その後は、第１の手法と同様にして、第２の３次元座標系における第１の３次元計測部１１の３次元位置および姿勢が決定される。すなわち、投影された２次元パターンＰが撮像され、撮像された２次元画像内の２次元パターンＰの各特徴点の座標が、予め保持される各特徴点の基準座標に対してどの程度ずれているかを算出し、算出結果から第２の３次元座標系における第１の３次元計測部１１の３次元位置および姿勢が決定される。

なお、上述した例は、第２の３次元計測部１２が３次元計測手段であるとともに２次元パターン投影手段でもある場合を説明した例であるが、２次元パターン投影手段を３次元計測手段とは独立した構成とすることもできる。

また、第１の３次元計測部１１の位置および姿勢を決定する手法としては、上述した第１，２の手法の他にも、前述した第２の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法で言及した複数台のカメラを組み合わせたステレオ視を用いる手法や、前述した第３の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法で言及したレーザー式などの距離計を利用した手法を第１の３次元計測部１１の位置および姿勢を決定する手法として採用することができる。

一方、第２の３次元計測部１２が、燃料集合体１のチャンネルボックス３の３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する手法としては、例えば、下記に例示する第１，２のチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法などがある。第２の３次元計測部１２は、第１，２のチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法などのチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法を少なくとも１個採用することによって、燃料集合体１のチャンネルボックス３の３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する機能を提供する。

＜第１のチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法＞
図５は３次元変形量計測装置１０Ａが具備する第２の３次元計測部１２（図１）の作用を説明する説明図であり、より詳細には、第２の３次元計測部１２が取得する２次元画像８を２次元画像８で検出される輪郭線（上端輪郭線Ｌ１および側面輪郭線Ｌ２）とともに示した図である。

第１のチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法は、第２の３次元計測部１２が取得するチャンネルボックス３の２次元画像８（図５）において、サイズが既知であるチャンネルボックス３の輪郭線を抽出し、抽出した輪郭線に基づいてチャンネルボックス３の側面の３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する手法である。

２次元画像８上のエッジが抽出されると、チャンネルボックス３の像は比較的単純になるため、２次元画像８上において抽出されたエッジからチャンネルボックス３の輪郭線を検出することが可能となる。チャンネルボックス３の輪郭線としては、例えば、上端輪郭線Ｌ１および側面輪郭線Ｌ２などの少なくとも２本が検出される。そして、チャンネルボックス３のサイズが既知である場合、２次元画像８上における少なくとも２本の輪郭線が検出されていれば、検出される輪郭線から選択される２本の輪郭線の傾きに基づいて、チャンネルボックス３の側面の３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定することができる。

そこで、第１のチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法では、まず、第２の３次元計測部１２が、チャンネルボックス３の上端を含めた視野で側面からカメラ撮影し、２次元画像８（図５）を得て、２次元画像８上のエッジを抽出する。続いて、第２の３次元計測部１２は、抽出した２次元画像８上のエッジからチャンネルボックス３の輪郭線として、チャンネルボックス３の上端の輪郭線である上端輪郭線Ｌ１と、チャンネルボックス３の側面の輪郭線である側面輪郭線Ｌ２とを検出する。

続いて、第２の３次元計測部１２は、検出した２次元画像８上における上端輪郭線Ｌ１および側面輪郭線Ｌ２の傾きを求め、求めた上端輪郭線Ｌ１および側面輪郭線Ｌ２の傾きとチャンネルボックス３のサイズ情報とに基づいて、チャンネルボックス３の側面の３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する。

＜第２のチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法＞
第２のチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法は、チャンネルボックス３の側面の上端付近には、燃料集合体１を識別する刻印などの目印が存在することを考慮した手法であり、この目印を含むチャンネルボックス３の２次元画像８を取得し、当該目印を抽出し、当該目印における各特徴点の座標が、予め保持される各特徴点の基準座標に対してどの程度ずれているかを算出し、算出結果から第２の３次元座標系におけるチャンネルボックス３の側面の３次元位置および姿勢を決定する手法である。第２のチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法は、上述した第１，２の手法と同様にして行うことができる。

なお、これら第１，２のチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法の他にも、前述した第２の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法で言及した複数台のカメラを組み合わせたステレオ視を用いる手法や、前述した第３の上部タイプレート３次元位置および姿勢決定手法で言及したレーザー式などの距離計を利用した手法を、第２のチャンネルボックス３次元位置および姿勢決定手法として採用することができる。

このようにして、第１の３次元計測部１１が上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定し、第２の３次元計測部１２が第１の３次元計測部１１の３次元位置および姿勢とチャンネルボックス３の３次元位置および姿勢とを第２の３次元座標系で決定すると、続いて、座標変換行列算出部１５が、第１の３次元座標系と第２の３次元座標系の相対位置および姿勢関係を求める。すなわち、座標変換行列算出部１５が、第１の３次元座標系の座標を第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列Ｆを算出する。

このように、座標変換行列算出部１５によって算出される変換行列Ｆを用いることによって、第１の３次元座標系と第２の３次元座標系の相対位置および姿勢関係を求めることができる。より具体的には、第１の３次元座標系で決定される上部タイプレート２の座標を第２の３次元座標系の座標に変換することができ、同じ３次元座標系である第２の３次元座標系上で上部タイプレート２とチャンネルボックス３の相対位置および姿勢関係を把握することが可能となる。

座標変換行列算出部１５が変換行列Ｆを算出すると、続いて、変形判定部１６は変換行列Ｆを用いて、上部タイプレート２とチャンネルボックス３との３次元的な相対位置および姿勢関係を決定し、決定した上部タイプレート２とチャンネルボックス３との３次元的な相対位置および姿勢関係と基準となる上部タイプレート２とチャンネルボックス３の相対位置および姿勢関係とを比較する。

変形判定部１６は、決定した上部タイプレート２とチャンネルボックス３との３次元的な相対位置および姿勢関係と基準との差異が設定される閾値よりも大きいか否かを判定することで、被計測対象である燃料集合体１の変形状態、すなわち、燃料集合体１が健全な状態にあるか否かを識別することが可能となる。

本発明の実施形態に係る３次元変形量計測方法については、例えば、３次元変形量計測装置１０Ａ等の本発明の実施形態に係る３次元変形量計測装置を適用して被計測対象である燃料集合体１の３次元的な変形量を計測する方法である。

３次元変形量計測装置１０Ａを用いて燃料集合体１の３次元的な変形量の計測を行う場合、上述した３次元変形量計測装置１０Ａの作用によって、まず、第１の３次元計測部１１が第１目標である上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定し、第２の３次元計測部１２が第１の３次元計測部１１および第２目標であるチャンネルボックス３の３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する。

続いて、座標変換行列算出部１５が、第２の座標系上の第１の３次元計測部１１の位置および姿勢から、第１の３次元座標系の座標を第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出する。

変換行列が算出されると、変形判定部１６が変換行列を用いて、上部タイプレート２の３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系から第２の３次元座標系に変換し、第２の３次元座標系での３次元位置および姿勢を決定する。そして、変形判定部１６は、第２の３次元座標系で決定される第１目標と第２目標との相対位置および姿勢関係、すなわち、上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係を決定し、基準として予め設定される上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係と比べる。

３次元変形量計測装置１０Ａでは、変形判定部１６によって決定された上部タイプレート２とチャンネルボックス３との３次元的な相対位置および姿勢関係と基準との差異が設定される閾値よりも大きい場合には、被計測対象である燃料集合体１の変形量が健全と判断可能な許容範囲を超えていると判断する。

このように、３次元変形量計測装置１０Ａ、および３次元変形量計測装置１０Ａを用いた３次元変形量計測方法によれば、上部タイプレート２がチャンネルボックス３の上端に対して沈みこむような変形を伴っていても、上部タイプレート２とチャンネルボックス３の３次元的な位置および姿勢関係を把握することができる。

また、３次元変形量計測装置１０Ａ、および３次元変形量計測装置１０Ａを用いた３次元変形量計測方法によれば、把握される上部タイプレート２とチャンネルボックス３の３次元的な位置および姿勢関係に基づいて、燃料集合体１の変形状態（より詳細には、チャンネルボックス３の内部のスペースがどれだけ縮小しているか）を把握することができるので、チャンネルボックス３の内部に収容される燃料棒に負荷がかかっているか否かを推定することができ、当該推定結果から燃料集合体１が健全であるか否かを判定（評価）することができる。

なお、上述した３次元変形量計測装置１０Ａは、座標変換行列算出部１５が、第２の座標系上の第１の３次元計測部１１の位置および姿勢から第１の３次元座標系の座標を第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出している例であるが、第１の３次元計測部１１が第２の３次元計測部１２の３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定することができるようにして、座標変換行列算出部１５が、第１の座標系上の第２の３次元計測部１２の位置および姿勢から第２の３次元座標系の座標を第１の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出するようにしても良い。この場合、上部タイプレート２とチャンネルボックス３の３次元的な位置および姿勢関係は、第１の３次元座標系によって把握される。

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る３次元変形量計測装置の一例である３次元変形量計測装置１０Ｂの構成図である。また、図７は３次元変形量計測装置１０Ｂが具備する３次元計測手段（第１の３次元計測部１１〜第３の３次元計測部１３）の配置を示す概略図である。

３次元変形量計測装置１０Ｂは、３次元変形量計測装置１０Ａに対して、３次元位置および姿勢を第３の３次元座標系で決定する機能を有する第３の３次元計測部１３をさらに具備する点と、座標変換行列算出部１５の代わりに、座標変換行列算出部１５に対して第３の３次元座標系の座標を第２の３次元座標系の座標へ変換する座標変換行列を算出する機能を付加した座標変換行列算出部２５をさらに具備する点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、本実施形態の説明では、上記相違点を中心に説明するとともに、３次元変形量計測装置１０Ａと実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

３次元変形量計測装置１０Ｂ（図６）は、例えば、複数個の一例である３個の３次元計測手段としての第１，２，３の３次元計測部１１，１２，１３と、座標変換行列算出部２５と、変形判定部１６と、を具備する。

第３の３次元計測部１３は、他の３次元計測手段としての第１，２の３次元計測部１１，１２と同様に３次元計測機能を有し、目標に対して３次元計測を行う。第３の３次元計測部１３は、被計測対象である燃料集合体１の下部タイプレート４とチャンネルボックス３の下端（第３目標）の３次元位置および姿勢を第３の３次元計測部１３が基準とする３次元座標系（第３の３次元座標系）で決定する。

また、３次元変形量計測装置１０Ｂでは、３個の３次元計測手段のうち、１個の３次元計測手段が残り２個の３次元計測手段の３次元座標を取得可能に配置される。例えば、図７に示される第１，２，３の３次元計測部１１，１２，１３の配置例では、第２の３次元計測部１２が第１の３次元計測部１１を視野６ａの範囲内に収めた状態で、第３の３次元計測部１３を視野６ｂの範囲内に収めた状態で撮像可能に配置される。

すなわち、第２の３次元計測部１２は、少なくとも、第１の３次元計測部１１を視野６ａの範囲内に収めることが可能な第１の視点と、第３の３次元計測部１３を視野６ｂの範囲内に収めることが可能な第２の視点とを有しており、第１の視点および第２の視点によって、それぞれ取得される第１の３次元計測部１１の２次元画像および第３の３次元計測部１３の２次元画像に基づいて第１，３の３次元計測部１１，１３の３次元座標および姿勢を第２の３次元計測部１２が基準とする３次元座標系（第２の３次元座標系）で決定することができる。

なお、第２の３次元計測部１２が第３の３次元計測部１３の２次元画像に基づいて第３の３次元計測部１３の３次元座標および姿勢を第２の３次元座標系で決定する手法は、第１の実施形態において前述した第１の３次元計測部１１の２次元画像に基づいて第１の３次元計測部１１の３次元座標および姿勢を第２の３次元座標系で決定する手法と同様である。

座標変換行列算出部２５は、二つの３次元座標系の間で座標を変換する変換行列を算出する機能を有しており、３次元変形量計測装置１０Ｂで使用される全ての３次元座標系の座標について、３次元変形量計測装置１０Ｂで取得される何れか１個の３次元座標系の座標で決定する。例えば、図７に示される３次元変形量計測装置１０Ｂの場合、第１，３の３次元計測部１１，１３の３次元座標および姿勢を第２の３次元計測部１２が基準とする３次元座標系で決定する。

すなわち、座標変換行列算出部２５は、各３次元計測部１１，１２，１３がそれぞれ基準とする３次元座標系で決定される３次元位置および姿勢に基づいて、第１の３次元計測部１１が基準とする第１の３次元座標系と第２の３次元計測部１２が基準とする第２の３次元座標系との間で座標を変換する変換行列と、第１の３次元計測部１１が基準とする第１の３次元座標系と第２の３次元座標系との間で座標を変換する変換行列とを算出する。なお、第３の３次元座標系の座標を第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列については、第１の３次元座標系の座標を第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列と同様にして算出することができる。

３次元変形量計測装置１０Ｂにおいて、変形判定部１６は、上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報、およびチャンネルボックス３と下部タイプレート４との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報を得る。また、変形判定部１６は、上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報、およびチャンネルボックス３と下部タイプレート４との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報とを用いて、上部タイプレート２と下部タイプレート４との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報を得ることができる。

変形判定部１６は、決定される目標（燃料集合体１の構成要素）間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報と、基準となる目標間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報とを比較した結果として得られる基準との差異が設定される閾値よりも大きいか否かを判定する。当該判定の結果は、チャンネルボックス３の内部のスペースが許容範囲を超えて縮小しているか否か、すなわち、燃料棒に負荷がかかっているか否かを示す情報であり、燃料集合体１が健全であるか否かを判定する材料となる。

変形判定部１６は、基準となる目標間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報とを比較した結果として得られる基準との差異が設定される閾値よりも大きい場合、チャンネルボックス３の内部のスペースが許容範囲を超えて縮小し、燃料集合体１を構成する燃料棒に負荷がかかっていると判断して、燃料集合体１は健全でないと判定する。一方、変形判定部１６は、基準となる目標間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報とを比較した結果として得られる基準との差異が設定される閾値以下の場合、燃料集合体１は健全と判定する。

続いて、３次元変形量計測装置１０Ｂの作用について説明する。

３次元変形量計測装置１０Ｂは、３次元変形量計測装置１０Ａと同様にして、上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報を得る。また、３次元変形量計測装置１０Ｂでは、第３の３次元計測部１３が、チャンネルボックス３の下端部と下部タイプレート４の３次元位置および姿勢を第３の３次元計測部１３が基準とする３次元座標系（第３の３次元座標系）で決定し、続いて、座標変換行列算出部２５が、チャンネルボックス３と下部タイプレート４との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報、すなわち、第３の３次元座標系の座標を第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出する。

続いて、３次元変形量計測装置１０Ｂでは、変形判定部１６が、得られた上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報とチャンネルボックス３と下部タイプレート４との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報とを用いて、基準として設定される目標間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報と同じ目標間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報を得る。例えば、基準として設定される目標が、上部タイプレート２と下部タイプレート４である場合には、上部タイプレート２とチャンネルボックス３との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報とチャンネルボックス３と下部タイプレート４との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報とを用いて、上部タイプレート２と下部タイプレート４との相対的な３次元位置および姿勢関係の情報を得る。

続いて、変形判定部１６が、基準として設定される目標間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報と同じ目標間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報を得ると、基準となる目標間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報と比較し、得られる基準との差異が設定される閾値よりも大きいか否かを判定することによって、燃料集合体１の変形具合や健全性を判定する。

このように、３次元変形量計測装置１０Ｂ、および３次元変形量計測装置１０Ｂを用いた３次元変形量計測方法によれば、３次元変形量計測装置１０Ａ、および３次元変形量計測装置１０Ａを用いた３次元変形量計測方法と同様の効果を奏するとともに、３個の３次元計測部１１〜１３を具備し、１個の３次元座標系を基準とした３次元座標系によって構成要素間の相対的な３次元位置および姿勢関係を把握することができるので、より長尺な燃料集合体１（被計測対象）についても計測することができる。

［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態に係る３次元変形量計測装置の一例である３次元変形量計測装置１０Ｃの構成図である。

３次元変形量計測装置１０Ｃは、３次元変形量計測装置１０Ｂに対して、被計測対象である燃料集合体１の軸を中心に回転させる被計測対象回転手段としての回転部２７をさらに具備する点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、本実施形態の説明では、上記相違点を中心に説明するとともに、３次元変形量計測装置１０Ｂと実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

３次元変形量計測装置１０Ｃは、例えば、第１，２，３の３次元計測部１１，１２，１３と、座標変換行列算出部２５と、変形判定部１６と、被計測対象である燃料集合体１の軸を中心に回転させる被計測対象回転手段としての回転部２７とを具備する。

回転部２７は、被計測対象である燃料集合体１を支持しつつ、燃料集合体１の軸を中心に回転させる機能と、現在回転させている角度（位相）の情報を与える機能とを有する。回転部２７は、燃料集合体１の軸を中心に回転させると、当該回転の角度（位相）の情報を変形判定部１６へ与える。変形判定部１６は、回転部２７から与えられた回転の角度（位相）の情報に基づいて、同じ位相で基準と比較し、変形判定を行う。

このように、３次元変形量計測装置１０Ｃでは、回転部２７が燃料集合体１の軸を中心に回転させることができるので、燃料集合体１の軸と平行な面（側面）のうち任意の１面（第２の３次元計測部１２が撮像する面）しか計測できない３次元変形量計測装置１０Ａ，１０Ｂに対して、燃料集合体１の軸と平行な面（側面）の全面について非接触で計測を行うことができる。従って、３次元変形量計測装置１０Ｃ、および３次元変形量計測装置１０Ｃを用いた３次元変形量計測方法では、被計測対象（例えば、燃料集合体１）の目標間（例えば、上部タイプレート２とチャンネルボックス３、チャンネルボックス３と下部タイプレート４、および上部タイプレート２と下部タイプレート４）の相対的な３次元位置および姿勢関係の計測精度をさらに向上させることができる。

なお、上述した３次元変形量計測装置１０Ｃは、燃料集合体１を回転させる構成を例示したものであるが、逆に第２，３の３次元計測部１２，１３を燃料集合体１の周囲を燃料集合体１の軸と垂直な方向に回転させる構成としたり、第２，３の３次元計測部１２，１３を燃料集合体１の各側面に対して配設し、各側面に配設される第２，３の３次元計測部１２，１３が３次元計測を行う構成としても良い。

また、上述した３次元変形量計測装置１０Ｃは、３次元変形量計測装置１０Ｂに対して回転部２７をさらに具備して構成される例であるが、３次元変形量計測装置１０Ｃでは、３次元変形量計測装置１０Ｂの代わりに３次元変形量計測装置１０Ａを適用することもできる。すなわち、３次元変形量計測装置１０Ａに対して回転部２７をさらに具備する３次元変形量計測装置１０Ｃを構成することもできる。

このように、３次元変形量計測装置１０Ｃ、および３次元変形量計測装置１０Ｃを用いた３次元変形量計測方法によれば、回転部２７が燃料集合体１の軸を中心に回転させることができるので、燃料集合体１の軸と平行な面（側面）の全面について非接触で計測を行うことができる。従って、３次元変形量計測装置１０Ｃ、および３次元変形量計測装置１０Ｃを用いた３次元変形量計測方法では、目標（燃料集合体１における構成要素）間の相対的な３次元位置および姿勢関係の計測精度をさらに向上させることができる。

以上、３次元変形量計測装置１０Ａ〜１０Ｃ、および３次元変形量計測装置１０Ａ〜１０Ｃを用いた３次元変形量計測方法によれば、燃料集合体１を非接触で３次元計測することができ、燃料集合体１における構成要素間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報を非接触で得ることができる。また、３次元変形量計測装置１０Ａ〜１０Ｃ、および３次元変形量計測装置１０Ａ〜１０Ｃを用いた３次元変形量計測方法によれば、得られる構成要素間の相対的な３次元位置および姿勢関係から燃料集合体１の変形量を評価し、評価される燃料集合体１の変形量から変形量が評価される燃料集合体１が健全か否かを判定することができる。

さらに、３次元変形量計測装置１０Ｂ、および３次元変形量計測装置１０Ｂを用いた３次元変形量計測方法によれば、３個の３次元計測部１１〜１３を具備し、１個の３次元座標系を基準とした３次元座標系によって構成要素間の相対的な３次元位置および姿勢関係を把握することができるので、より長尺な被計測対象に対応することができる。

さらにまた、３次元変形量計測装置１０Ｃ、および３次元変形量計測装置１０Ｃを用いた３次元変形量計測方法によれば、燃料集合体１の軸と平行な面（側面）の全面について非接触で計測を行うことができるので、燃料集合体１における構成要素間の相対的な３次元位置および姿勢関係の情報をより高い精度で得ることができる。従って、３次元変形量計測装置１０Ｃ、および３次元変形量計測装置１０Ｃを用いた３次元変形量計測方法によれば、燃料集合体１の変形量を評価する精度、および燃料集合体１が健全か否かを判定する精度をより高めることができる。

なお、３次元変形量計測装置１０Ａ〜１０Ｃ、および３次元変形量計測装置１０Ａ〜１０Ｃを用いた３次元変形量計測方法は、被計測対象を燃料集合体１とする場合、燃料集合体１の状態の如何が適用上の障害になることはない。例えば、福島第一原子力発電所に残存する燃料集合体１のような過酷な状態にある対象のみならず、他の原子力発電所内に載置される照射済みの燃料集合体１のような一般的な状態にある対象に対しても適用可能な技術である。

また、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能である。例えば、被計測対象は、燃料集合体に限らず、棒材、線材、管材等で構成される長尺物であっても良い。さらに、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１… 燃料集合体（被計測対象）、２…上部タイプレート（第１目標）、２ａ…（上部タイプレートの）ネットワーク部、２ｂ…（上部タイプレートの）ハンドル部、３…チャンネルボックス（第２目標）、４…下部タイプレート（第３目標）、６，６ａ，６ｂ…視野、８…２次元画像、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…３次元変形量計測装置、１１…第１の３次元計測部（第１の３次元計測手段）、１２…第２の３次元計測部（第２の３次元計測手段）、１３…第３の３次元計測部（第３の３次元計測手段）、１５，２５…座標変換行列算出部（座標変換行列算出手段）、１６…変形判定部（変形判定手段）、２７…回転部（被計測対象回転手段）、Ｐ…２次元パターン、Ｌ１…上端輪郭線、Ｌ２…側面輪郭線。

Claims (13)

1. 燃料集合体の上部タイプレートの３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定する第１の３次元計測手段と、
   前記第１の３次元計測手段および前記燃料集合体のチャンネルボックスの３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する第２の３次元計測手段と、
   前記第２の３次元座標系上の前記第１の３次元計測手段の位置および姿勢から、前記第１の３次元座標系の座標を前記第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出する座標変換行列算出手段と、
   前記座標変換行列を用いて、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を前記第１の３次元座標系から前記第２の３次元座標系に変換することによって、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢と前記チャンネルボックスの３次元位置および姿勢を前記第２の３次元座標系で決定する３次元変形量算出手段と、を具備することを特徴とする３次元変形量計測装置。
2. 前記燃料集合体の下部タイプレートと前記燃料集合体のチャンネルボックスの下端との相対的な３次元位置および姿勢を第３の３次元座標系で決定する第３の３次元計測手段を、さらに具備し、
   前記第２の３次元計測手段は、前記第３の３次元計測手段および前記燃料集合体のチャンネルボックスの３次元位置および姿勢を前記第２の３次元座標系で決定可能に構成され、
   前記座標変換行列算出手段は、前記第２の３次元座標系上の前記第３の３次元計測手段の位置および姿勢から前記第３の３次元座標系の座標を前記第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出可能に構成されることを特徴とする請求項１記載の３次元変形量計測装置。
3. 前記第３の３次元計測手段は、前記燃料集合体の下部タイプレートと前記チャンネルボックスの下端部を同一視野内に収めた画像を取得し、取得した画像に現れる前記下部タイプレートと前記チャンネルボックスの下端部の輪郭線を検出し、検出した輪郭線に基づき前記下部タイプレートの位置および姿勢と前記チャンネルボックスの位置および姿勢とを第３の３次元座標系で決定する機能を有することを特徴とする請求項２記載の３次元変形量計測装置。
4. 前記第１の３次元計測手段および前記第３の３次元計測手段の外面には、それぞれ、サイズが既知である第１の２次元パターンおよび第２の２次元パターンが配列されており、
   前記第２の３次元計測手段は、少なくとも前記第１の２次元パターンを視野内に収める視点と、前記第２の２次元パターンを視野内に収める視点とを有しており、前記第１の２次元パターンを視野内に含む第１の２次元画像を取得し、取得する第１の２次元画像に現れる前記第１の２次元パターンと、前記サイズが既知である前記第１の２次元パターンとを比べることによって、前記第１の３次元計測手段の位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する機能と、前記第２の２次元パターンを視野内に含む第２の２次元画像を取得し、取得する第２の２次元画像に現れる前記第２の２次元パターンと、前記サイズが既知な前記第２の２次元パターンとを比べることによって、前記第３の３次元計測手段の位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する機能とを有することを特徴とする請求項２または３に記載の３次元変形量計測装置。
5. サイズが既知である２次元パターンを、前記第１の３次元計測手段の外面および前記第３の３次元計測手段の外面に、それぞれ投影する２次元パターン投影手段を備え、
   前記第２の３次元計測手段は、前記第１の３次元計測手段の外面に投影された前記２次元パターンを第１の画像として取得し、取得した前記第１の画像に現れる前記２次元パターンと、前記サイズが既知である前記２次元パターンとを比べることによって、前記第１の３次元計測手段の位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する機能と、前記第３の３次元計測手段の外面に投影された前記２次元パターンを第２の画像として取得し、取得した前記第２の画像に現れる前記２次元パターンと、前記サイズが既知である前記２次元パターンとを比べることによって、前記第３の３次元計測手段の位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する機能を有することを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の３次元変形量計測装置。
6. 前記第１の３次元計測手段の外面には、サイズが既知である２次元パターンが配列されており、
   前記第２の３次元計測手段は、前記２次元パターンを視野内に含む第１の２次元画像を取得し、取得する第１の２次元画像に現れる前記２次元パターンと、前記サイズが既知である前記２次元パターンとを比べることによって、前記第１の３次元計測手段の位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する機能を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の３次元変形量計測装置。
7. サイズが既知である２次元パターンを前記第１の３次元計測手段の外面に投影する２次元パターン投影手段を備え、
   前記第２の３次元計測手段は、前記第１の３次元計測手段の外面に投影された前記２次元パターンを画像として取得し、取得した２次元画像に現れる前記２次元パターンと、前記サイズが既知である前記２次元パターンとを比べることによって、前記第１の３次元計測手段の位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する機能を有することを特徴とする請求項１から３および６の何れか１項に記載の３次元変形量計測装置。
8. 前記第１の３次元計測手段は、前記上部タイプレートの２次元画像を取得し、取得する２次元画像上の前記上部タイプレートのネットワーク部の配置から前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を前記第１の３次元座標系で決定する機能、
   複数の異なる視点から２次元画像を取得し、取得するステレオ視により、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を前記第１の３次元座標系で決定する機能、および
   距離計を用いて、当該距離計から前記上部タイプレート上の複数点に対する距離を計測し、その計測結果に基づいて、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を前記第１の３次元座標系で決定する機能の少なくとも何れか１つの機能を有することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の３次元変形量計測装置。
   
9. 前記第２の３次元計測手段は、前記第１の３次元計測手段と前記チャンネルボックスの上端を同一視野内に収めた画像を取得し、取得した画像に現れる前記チャンネルボックスの上端部の輪郭線を検出し、検出した輪郭線に基づき前記チャンネルボックスの位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する機能を有する請求項１から８の何れか１項に記載の３次元変形量計測装置。
10. 前記３次元変形量算出手段が前記第２の３次元座標系で決定する前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢と前記チャンネルボックスの３次元位置および姿勢に基づいて、前記第２の３次元座標系で決定される前記上部タイプレートと前記チャンネルボックスとの相対的な３次元位置および姿勢関係を求め、求めた前記上部タイプレートと前記チャンネルボックスとの相対的な３次元位置および姿勢関係と、基準として予め設定された前記上部タイプレートと前記チャンネルボックスとの相対的な３次元位置および姿勢関係とを比べることで、前記燃料集合体の変形を判定する変形判定手段を具備することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の３次元変形量計測装置。
11. 前記変形判定手段は、基準として予め設定される情報が、前記第２の３次元座標系で決定される前記上部タイプレートと前記燃料集合体の下部タイプレートとの相対的な３次元位置および姿勢関係である場合、前記基準として予め設定される前記第２の３次元座標系で決定される前記上部タイプレートと前記下部タイプレートとの相対的な３次元位置および姿勢関係と、前記第２の３次元座標系で決定される前記上部タイプレートと前記チャンネルボックスとの相対的な３次元位置および姿勢と前記第２の３次元座標系で決定される前記下部タイプレートと前記チャンネルボックスの下端との相対的な３次元位置および姿勢とに基づいて導出される前記第２の３次元座標系で決定される前記上部タイプレートと前記下部タイプレートとの相対的な３次元位置および姿勢関係とを比べることで、前記燃料集合体の変形を判定するように構成されることを特徴とする請求項１０記載の３次元変形量計測装置。
12. 前記燃料集合体の中心軸を中心に燃料集合体を回転させる集合体回転手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の３次元変形量計測装置。
13. 燃料集合体の上部タイプレートの３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定する第１の３次元計測手段と、前記第１の３次元計測手段および前記燃料集合体のチャンネルボックスの３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定する第２の３次元計測手段と、前記第２の３次元座標系上の前記第１の３次元計測手段の位置および姿勢から、前記第１の３次元座標系の座標を前記第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出する座標変換行列算出手段と、前記座標変換行列を用いて、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を前記第１の３次元座標系から前記第２の３次元座標系に変換することによって、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢と前記チャンネルボックスの３次元位置および姿勢を前記第２の３次元座標系で決定する３次元変形量算出手段とを具備する３次元変形量計測装置を用いて前記燃料集合体の３次元変形量を計測する方法であり、
    前記第１の３次元計測手段が、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を第１の３次元座標系で決定するステップと、
    前記第２の３次元計測手段が、前記第１の３次元計測手段および前記チャンネルボックスの３次元位置および姿勢を第２の３次元座標系で決定するステップと、
    前記座標変換行列算出手段が、前記第２の３次元座標系上の前記第１の３次元計測手段の位置および姿勢から、前記第１の３次元座標系の座標を前記第２の３次元座標系の座標へ変換する変換行列を算出するステップと、
    前記３次元変形量算出手段が、前記座標変換行列を用いて、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢を前記第１の３次元座標系から前記第２の３次元座標系に変換することによって、前記上部タイプレートの３次元位置および姿勢と前記チャンネルボックスの３次元位置および姿勢を前記第２の３次元座標系で決定するステップと、を具備することを特徴とする３次元変形量計測方法。

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