JPH01312644A - 放射線環境下で使用される制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、放射線環境下で使用される制御装置、例えば
放射線環境下で作業するロボットに搭載される制御装置
に関するものであり、特に該制御装置の被曝した放射線
量が許容線量に達したか否かを検知し得るようにした制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

放射線環境、特に原子カプラントの中で作業するロボッ
トは、作業内容の高度化のため、ロボット本体内に制御
装置を搭載していることが多い。

第３図はこのようなロボット３０を例示したもので、図
中、３１はロボット本体内に搭載した制御装置である。

制御装置ｆｆ１３１はＩＣ（集積回路）を主とする電子
回路から成るが、放射線被曝には弱く、被曝した集積ｉ
ＩＡ量が多くなると制御装置３１は故障を起す、制御装
置３１が故障してロボットが放射線環境の中で停止する
と１人間が修理のため近づくことができないという問題
が生ずる。この問題を避けるために、故障が発生する前
に、制御装置３１の修理や交換をすることが考えられて
いる。このためには制御装置３１がどれ位の集積線量を
浴びたかをモニタする必要があり、このため、従来、第
３図に示す如く、ロボット３０に放射線センサ３２を取
り付けたり、又は作業室内部に放射線モニタ３３を設置
して放射線量をモニタし、モニタした線量を基に故障発
生時期を予測してＭ御装置３１の交換や修理を行うこと
が考えられている。制御装置３１は、通常、機能別に分
割された交換可能な複数のハードウェア単位（ボード）
から構成されているので、交換や修理はそれらのボード
単位で行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、Ｍ御装置の各ボードはそれを構成するＩＣの
種類やボードの使用状態によって耐放射線性（故障する
までの被曝集積線量）が異なるものであり、また被曝集
積線量もロボットの作業環境の放射線量率の空間分布や
各ボードの過去の交換時期によってボード毎に異なるも
のである。しかるに前記従来技術では、制御装置の各ボ
ード単位での集積線量はモニタすることができず、また
各ボードの使用状態や構成ＩＣの種類の相違を考慮でき
ないため、各ボード毎に故障発生時期の予測ができない
、このため、各ボードを一律に交換しなければならず、
経済的でないという問題がある。

上記の点に鑑み、本発明は、放射線環境下で使用される
制御装置において、制御装置を構成する交換可能なハー
ドウェア単位（ボード）毎の放射線被曝量をモニタし、
該ハードウェア単位毎の故障発生時期の予測を可能にす
ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は５演算処理ユニツトを含み複数の交換可能な
ハードウェア単位をバスによって結合してなる放射線環
境下で使用される制御装置において、上記各ハードウェ
ア単位に、該ハードウェア単位の被曝集積放射線量を検
出するセンサ手段と該センサ手段の出力を前記演算処理
ユニットが読み取れる信号に変換して前記演算処理ユニ
ットに伝送する信号変換手段とを設け、前記演算処理ユ
ニットにより上記信号変換手段からの信号をモニタする
ことによって前記各ハードウェア単位の被曝集積放射線
量が該ハードウェア単位の最大許容集積放射線量に達し
たことを検知することによって達成される。

また、前記センサ手段を、前記ハードウェア単位に用い
られているＩＣを構成するトランジスタと同じ種類のト
ランジスタと該トランジスタの動作条件を決定する抵抗
とから構成することが好ましい。

また、前記信号変換手段としては、前記センサ手段の出
力を所定の閾値と比較し、それらが一致すると前記演算
処理ユニットにインタラプト信号を伝送するコンパレー
タを用いるか、または、前記センサ手段の出力をアナロ
グ／ディジタル変換してディジタルデータとして前記バ
スを通して前記演算処理ユニットに伝送するものを用い
る。

〔作用〕

上記センサはその被曝集積放射線量に対応した信号を出
力する。該センサは制御装置を構成している交換可能な
ハードウェア単位毎に組み込まれているから、該センサ
を搭載している各ハードウェア単位がどのような条件下
で放射線に曝されたものであっても、その影響を集積し
て反映することができる。該センサの出力信号が所定の
レベルに達すると、その出力信号をモニタしている信号
変換手段により制御装置の演算処理ユニットに信号が出
力され、これにより、該ハードウェア単位が故障する以
前にこれに対して交換・修理等の処置をすることができ
る。

〔実施例〕

以下、放射線環境下で作業するロボットに搭載されたロ
ボット用制御装置に本発明を実施した実施例を示す、第
１回は該ロボット用制御装置の構成図である。この制御
装置を構成するハードウェアの交換単位はＣＰＵボード
１．Ａ／Ｄ変換ボード３．Ｄ／Ａ変換ボード４．ディジ
タル入出力ボード５の４つであり、これらはバス２で互
いに結合されている。バス２はアドレスバス、データバ
ス、インタラプト信号等を含む制御線を含んでいる。Ｃ
ＰＵボード１は内蔵する演算処理ユニットであるＣＰＵ
ＩＩによりメモリ１２に格納されたプログラムに従って
ロボットを制御する。ＣＰＵ１１はメモリ１２とは内部
バス８で結合されており、さらにバスインターフェース
９によってバス２と結合されている。従ってＣＰＵＩ　
１は、ロボットに設けられた力センサ等のアナログセン
サ１４の信号をＡ／Ｄ変換ボード３を通して取込んだり
、ロボットの可動部の位置を検出するエンコーダ１６の
信号をディジタル入出力ボード５を通して取込み、これ
らを用いて制御用演算処理を行なって、ロボットが所要
の動きをするようにロボットのモータ１５をＤ／Ａ変換
ボード４を介して制御することができる。

さらにＣＰＵ１１はＣＰＵボード１内に設けられた信号
変換回路７やインタラプト処理回路１０と内部バス８を
介して接続されている。さらにＣＰＵボード１内に設け
られた放射線センサ６が該信号変換回路７と接続されて
いる。

他のボード３，４．５もＣＰＵ、メモリ、インタラプト
処理回路を除けばほぼ同様の構成であり。

例えばＡ／Ｄ変換ボード３内では図示の如く放射線セン
サ６が信号変換回路７と接続され、該信号変換回路７は
内部バス８及びバスインターフェース９を介してバス２
と接続されている。ここで１３はＡ／Ｄ変換器である。

Ｄ／Ａ変換ボード４゜ディジタル入出力ボード５にも同
様に放射線センサ６および信号変換回路７が組み込まれ
、同様にバス２に接続されている。

第２図にＣＰＵボード１における放射線センサ旦と信号
変換回路ユの構成を示す７本実施例ではボードに使用す
るＩＣとしてバイポーラ形トランジスタを用いた。従っ
て、放射性の影響が同じになるように放射線センサ且に
もバイポーラトランジスタ２０を用いている。放射線セ
ンサ且はバイポーラトランジスタ２０及び抵抗２１，２
２．２３から成っている。信号変換回路ユはコンパレー
タ２５および可変抵抗２４から成り、出力２６は内部パ
ス８を介してインタラプト処理回路１０に接続されてい
る。バイポーラトランシタ２０の電流増幅率り２．はバ
イポーラトランシタ２０に放射線が照射されると、第４
図に示すように、集積線量が増加するにつれ低下する。

電流槽１ｌＩＷ率ｈｔ、の係は近似的に次の関係となる
。

Ｋ：損傷定数 φ：集積線量 従ってバイポーラトランジスタ２０のｈ□をモニタして
いればＣＰＵボード１に照射された集積線量がわかる。

第２図の放射線センサ旦においては抵抗２１゜２２及び
電源電圧＋Ｖによってバイポーラトランジスタ２０のベ
ースにベース電流を供給している。

ベース電流をｉ、とするとバイポーラ１−ランジスタ２
０に流れるエミッタ電流ｉ、は １ｇ＝１１ｒ＊１ｍ で与えられる。従って抵抗２３に発生する電圧ｖｏは抵
抗２３の抵抗値をＲ２，とするとＶｚｘ　＝　ｌ　ｚ　
Ｒｚ３＝　ｈ　ｔａ　ｉ　ｍ　Ｒ２３となる。ボードが
故障しない限界線量φ５、に対応するバイポーラトラン
ジスタのｈ　１ｍをり、、１　（第４図参照）とすると
、ｈ、６□のときの抵抗２３に発生する電圧Ｖ　２３１
　ｋは Ｖｚ３ｔｈ＝　ｈ　ｔａ、ｌ　ｉｉ３ となる。従って信号変換回路ユにおいてはコンパレータ
２５の閾値Ｖｔ＆を可変抵抗２４を調節してｖｔｋ＝ｖ
２３ｔｋトナルヨウニシテオケハ、ＣＰＵボードに照射
された線量がφ１、となった時、コンパレータ２５の出
力２６から内部バス８を介して、インタラプト信号がイ
ンタラプト処理回路１０に入力される。

他のボードすなわちＡ／Ｄ変換ボード３．Ｄ／Ａ変換ボ
ード４．ディジタル入出力ボード５についても、これら
に内蔵される放射線センサ６、信号変換回路７の構成、
動作はほぼＣＰＵボード１の場合と同様である。但しイ
ンタラプト処理回路１０へのインタラプト信号の経路の
みが異なる。

例えばＡ／Ｄ変換ボード３について説明すると、該ボー
ド３の信号変換回路７から出力されたインタラプト信号
は該ボード３の内部バス８．バスインターフェース９．
バス２．ＣＰＵボード１のインターフェース９．ＣＰＵ
ボード１の内部バス８を中継してインタラプト処理回路
１ｏに入る。

インタラプト処理回路１ｏにインタラプト信号が入力さ
れると、インタラプト処理回路１ｏはＣＰＵＩ　ｌにイ
ンタラプトを知らせ、ＣＰＵＩＩはインタラプト制御プ
ログラムをスタートする。

インタラプト制御プログラムのフローチャートを第５図
に示す、ＣＰＵ１１は、まず、交換の必要なボードがど
のボードかをインタラプト信号の出所を調べて特定する
（ＬＬ）、その結果はメモリ１２に書込まれるとともに
、第１図には示されていない通信装置を使ってプラント
の中央制御室等に知らされる１次に待避行動をとる（Ｌ
２）、すなわち、ロボットが放射線環境下で作業してい
るときには作業を中止し、ロボットの格納庫等、保守作
業のできる場所までロボットを移動させる制御をする０
以上の行動により、ロボットは人の近づくのが困難な作
業場所で故障してその場に停止したままになることが防
がれ、また、これ以上放射線を浴びると故障するボード
がボード単位で特定できるので、そのボードのみを交換
することができる。

第２図の放射線センサ旦を用いることにより。

各ボードの使用状態に応じた放射線の影響を集積した結
果を検知することができる。すなわち、放射線によるボ
ードのＩＣや放射線センサ旦の劣化はボードの使用状態
によって異なる。すなわち通電時の方が非通電時（電源
電圧０７時）よりも劣化が大きい、またボードを７ニー
リングする（−定時間高温に保つ）と、放射線による劣
化が成る程度回復する。放射線センサ旦は各ボードに取
り付けられているので、各ボードにおけるこれらの影響
を全て集積して自動的に取り込むことができ、その結果
に基づいて前記のインタラプトを発生させることができ
る。第６図にその様子を示す。同図においてＳ□〜Ｓ４
は夫々ボードの状態を示し、Ｓ工は通電時（放射線あり
）、Ｓ２は非通電時（放射線あり）、Ｓ、はアニーリン
グ時（放射線なし）、Ｓ４は通電時（放射線あり）を示
す。

このように、ボードの使用状態により放射線の影響が異
なっていても、また各ボードの過去の交換時期が異なる
ことによって各ボードの浴びた放射線の集積線量が異な
っていても、それらの影響は各ボードに設けられた放射
線センサに自動的に取り込まれるので、各ボー事毎に故
障発生時期を予測することができる。

第７図は、第２の実施例として、第１図中の各ボードに
使用しているＩＣがＭＯＳＦＥＴである場合の該ボード
に設ける放射線センサ且及び信号変換回路−７−の構成
例を示す、放射線の影響を同じにするために第７図では
放射線センサ旦にもＭＯＳＦＥＴ４０を用い、可変抵抗
４１でゲート電圧を規定している。

ＭＯＳＦＥＴは集積放射線量が多くなると閾値電圧が変
動するという特性を持っているため、放射線の影響を知
るには抵抗４３の電圧をモニタしていればよい、信号変
換器−７−は第２図と同様コンパレータ４５と閾値を決
める可変抵抗４４とで成っており、出力４６からインタ
ラプト信号を出力する。本図の放射線センサ旦を用いる
ことにより、ＭＯＳＦＥＴでできたボードのＩＣの放射
線による影響をモニタすることができ、先の実施例と同
様の作用効果を奏することができる。

またバイポーラトランジスタとＭＯＳＦＥＴが混在して
いるボードにおいては、第１の実施例と第２の実施例の
２種の放射線センサをボードに搭載し、そのうちの１つ
でも閾値に達したらインタラプトを発生させることによ
り正確なモニタができる。

第８図は第２図の信号変換回路−７−の構成をコンパレ
ータではなくアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）２
７にしたものである。ＡＤＣ２７の出力２８は第１図に
示す内部バス８のデータバスに接続する。この実施例に
おいては、ＣＰＵＩ　ｌは各ボードの放射線センサ旦の
出力値の連続的な変化をモニタすることができ、ＡＤＣ
２７からのデータを定期的にモニタすることにより、そ
の増分より作業中の線量率を求めることもできる。従っ
て線量率の高い場所では作業時間を短かくし、定期的に
保守点検する等の作業計画も容易に立てることができる
という効果がある。

なお、制御装置の各ボードでは、通常、集積度の高いＣ
ＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等のＬＳＩ
はソケットにより設置しており、容易に交換できるよう
になっている。従って、このことを利用して、ＬＳＩ単
位で内部に第２図や第７図で示した放射線センサ且を設
ける実施例も可能であり、これによりＬＳＩ単位での故
障発生以前の交換が可能になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば放射線環境下で働く制御装置の交換単位
であるボード毎に放射線の影響をモニタできるので、制
御装置の交換単位毎に放射線被ばくによる故障を事前に
予測し、交換単位毎にその交換時期を知ることができる
ので、経済的に保守を行うことができる。

また、センサ手段として、ボード（ハードウェア）単位
に用いられているＩＣを構成するトランジスタと同じ種
類のトランジスタと該トランジスタの動作条件を決定す
る抵抗とから構成したもの　くを用いることによって、
各ボードの使用状態に応じた放射線の影響を集積した結
果を検知することができる。

また、信号変換手段として、センサ手段の出力を所定の
閾値と比較し、それらが一致すると演算処理ユニットに
インタラプト信号を伝送するコンパレータを用いること
によって、閾値をボードが故障しない限界線量に設定し
ておけば、制御装置を搭載したロボットが人の近づくの
が困難な作業場所で故障してその場に停止したままにな
ることを防止できる。

また、信号変換手段として、センサ手段の出力をアナロ
グ／ディジタル変換してディジタルデータとしてデータ
バスを通して演算処理ユニットに伝送するものを用いれ
ば、演算処理ユニットでは各ボードのセンサ手段の出力
値の連続的な変化をモニタすることができ、これらのデ
ータを定期的にモニタすることにより１作業中の線量率
を求めることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるロボット用制御装置の
構成図、第２図は同実施例における放射線センサと信号
変換回路の構成図、第３図は従来のロボットにおける放
射線モニタ手段の説明図、第４図はバイポーラトランジ
スタの放射線による特性変化図、第５図は上記実施例に
おけるＣＰＵのインタラプト制御プログラムのフローチ
ャート。 第６図は放射線センサの放射線による影響の説明図、第
７図は本発明の第２の実施例における放射線センサと信
号変換回路の構成図、第８図は同じく第３の実施例にお
ける放射線センサと信号変換回路の構成図である。 １・・・ＣＰＵボード、２・・・バス、３・・・Ａ／Ｄ
変換ボード、４・・・Ｄ／Ａ変換ボード、５・・・ディ
ジタル入出力ボード、６・・・放射線センサ、７・・・
信号変換回路、８・・・内部ハス、９・・・バスインタ
ーフェース。 １ｏ・・・インタラプト処理回路、１１・・・ＣＰＵ、
１２・・・メモリ、２ｏ・・・バイポーラトランジスタ
。 ２５・・・コンパレータ、２７・・・Ａ／Ｄ変換器、４
０・・・ＭＯＳＦＥＴ、４５・・・コンパレータ。 特許出願人　工業技術院長　飯塚幸三 第３　図 第４−阻 委Ｓ国 芋２　図 θ　　　　　　　　時閉 茅７目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、演算処理ユニットを含み複数の交換可能なハードウ
   ェア単位をバスによつて結合してなる放射線環境下で使
   用される制御装置において、上記各ハードウェア単位に
   、該ハードウェア単位の被曝集積放射線量を検出するセ
   ンサ手段と該センサ手段の出力を前記演算処理ユニット
   が読み取れる信号に変換して前記演算処理ユニットに伝
   送する信号変換手段とを設け、前記演算処理ユニットに
   より上記信号変換手段からの信号をモニタすることによ
   つて前記各ハードウェア単位の被曝集積放射線量が該ハ
   ードウェア単位の最大許容集積放射線量に達したことを
   検知することを特徴とする、放射線環境下で使用される
   制御装置。２、前記センサ手段は、前記ハードウェア単
   位に用いられているＩＣ（集積回路）を構成するトラン
   ジスタと同じ種類のトランジスタと該トランジスタの動
   作条件を決定する抵抗とからなる請求項１記載の放射線
   環境下で使用される制御装置。 ３、前記信号変換手段は、前記センサ手段の出力を所定
   の閾値と比較し、それらが一致すると前記演算処理ユニ
   ットにインタラプト信号を伝送するコンパレータである
   請求項１記載の放射線環境下で使用される制御装置。 ４、前記信号変換手段は、前記センサ手段の出力をアナ
   ログ／ディジタル変換してディジタルデータとして前記
   バスを通して前記演算処理ユニットに伝送するものであ
   る請求項１記載の放射線環境下で使用される制御装置。