본 논문에서는 원자력발전소의 주요 기기인 원자로의 건전성 확보를 위해 원자로 내부 및 상하부 헤드 표면 상태를 원격으로 육안 검사할 수 있는 원자로 내부 검사용 로봇과 상하부 헤드 검사용 로봇의 구현 방법을 연구하였다. 원자로는 고방사선, 접근 경로의 복잡성 및 협소 구역으로 작업자의 접근이 제한되는 환경이며, 검사 신뢰도와 작업 시간의 단축이 요구되는 구역으로 원격로봇에 의한 검사가 필수적이다. 본 논문에서는 원자로 검사용 로봇 개발을 위해 내방사선, 원격 조작 편리성, 기구 메커니즘, 정밀 측정기법, 자동위치 측정 기법 등의 요건을 도출하였으며, 도출된 개발 요건을 토대로 두 가지 형태의 로봇을 구현하였다. 원자로 내부 검사용 로봇 구현에서는 ...
본 논문에서는 원자력발전소의 주요 기기인 원자로의 건전성 확보를 위해 원자로 내부 및 상하부 헤드 표면 상태를 원격으로 육안 검사할 수 있는 원자로 내부 검사용 로봇과 상하부 헤드 검사용 로봇의 구현 방법을 연구하였다. 원자로는 고방사선, 접근 경로의 복잡성 및 협소 구역으로 작업자의 접근이 제한되는 환경이며, 검사 신뢰도와 작업 시간의 단축이 요구되는 구역으로 원격로봇에 의한 검사가 필수적이다. 본 논문에서는 원자로 검사용 로봇 개발을 위해 내방사선, 원격 조작 편리성, 기구 메커니즘, 정밀 측정기법, 자동위치 측정 기법 등의 요건을 도출하였으며, 도출된 개발 요건을 토대로 두 가지 형태의 로봇을 구현하였다. 원자로 내부 검사용 로봇 구현에서는 원자로 압력용기에 연결된 배관 내부를 원격으로 검사할 수 있는 수중로봇을 설계, 제작하고 안전주입관 영상을 이용한 카메라 보정 및 측정기법을 연구하였다. 구현된 원자로 내부 검사용 로봇은 종제어기를 로봇 몸체에 장착하고 통신에 의해 각 모듈을 제어함으로써 기존의 30여개에 달하는 케이블 가닥수를 8개로 줄여 케이블 간섭 영향을 최소화시키고, 보다 많은 센서 정보를 획득하여 제어의 안정화 및 편의성을 제공하였다. 안전주입관 영상을 이용한 카메라 보정 및 측정기법을 제안하여 줌 및 초점 제어에 의해 카메라의 내부 파라미터가 변화되는 상황에서, 알고 있는 두 개의 원형 홈 영상에 대한 소실점을 이용하여 카메라 내부 파라미터를 구할 수 있도록 하였으며, 기존에 제안된 카메라 보정 방법으로는 해결할 수 없는 카메라 파라미터를 추출하고 관 내부의 길이를 3 % 오차 이내로 정확하게 측정할 수 있었다. 그리고 원자로 상하부 헤드 로봇 구현에서는 협소하고 장애물이 있는 상하부 헤드 환경에서 자유롭게 이동하며 표면 상태를 검사할 수 있는 소형 로봇 시스템을 설계, 제작하고, 검사 위치를 자동으로 추정하는 기법을 제안하였다. 주 제어기와 종 제어기로 구성하여 케이블에 의한 간섭을 최소화하였으며, 케이블의 길이를 원격으로 조절할 수 있는 권선기를 설치하여 로봇의 이동을 원활히 하도록 하였다. 레이저 거리계를 장착하여 하부 관통관의 위치를 자동으로 추출하는 기법을 제안하여 검사의 효율성을 높이고자 하였다. 제안한 기법은 측정된 관통관 데이터를 4 방향의 가상 격자와 정합 과정을 거침으로써 정합 과정을 단순화하여 정확하고 빠르게 결과를 얻을 수 있었다. 구현된 로봇의 성능 시험과 제안된 기법의 검증을 위한 시뮬레이션 및 실험을 수행하였으며, 실험 결과 제안한 방법이 충분한 정확도를 가지는 효과적인 방법임을 확인하였다. 본 논문에서 제시한 방법을 통해 구현된 로봇은 실제 국내 원자력발전소에 적용해 봄으로써 그 실효성이 입증되었으며, 이를 지속적으로 활용함으로써 원자력발전소의 안전성 증대는 물론 작업자의 안전성 역시 증대되며 검사시간 단축을 통해 경제성을 증대시킬 것으로 기대된다.
본 논문에서는 원자력발전소의 주요 기기인 원자로의 건전성 확보를 위해 원자로 내부 및 상하부 헤드 표면 상태를 원격으로 육안 검사할 수 있는 원자로 내부 검사용 로봇과 상하부 헤드 검사용 로봇의 구현 방법을 연구하였다. 원자로는 고방사선, 접근 경로의 복잡성 및 협소 구역으로 작업자의 접근이 제한되는 환경이며, 검사 신뢰도와 작업 시간의 단축이 요구되는 구역으로 원격로봇에 의한 검사가 필수적이다. 본 논문에서는 원자로 검사용 로봇 개발을 위해 내방사선, 원격 조작 편리성, 기구 메커니즘, 정밀 측정기법, 자동위치 측정 기법 등의 요건을 도출하였으며, 도출된 개발 요건을 토대로 두 가지 형태의 로봇을 구현하였다. 원자로 내부 검사용 로봇 구현에서는 원자로 압력용기에 연결된 배관 내부를 원격으로 검사할 수 있는 수중로봇을 설계, 제작하고 안전주입관 영상을 이용한 카메라 보정 및 측정기법을 연구하였다. 구현된 원자로 내부 검사용 로봇은 종제어기를 로봇 몸체에 장착하고 통신에 의해 각 모듈을 제어함으로써 기존의 30여개에 달하는 케이블 가닥수를 8개로 줄여 케이블 간섭 영향을 최소화시키고, 보다 많은 센서 정보를 획득하여 제어의 안정화 및 편의성을 제공하였다. 안전주입관 영상을 이용한 카메라 보정 및 측정기법을 제안하여 줌 및 초점 제어에 의해 카메라의 내부 파라미터가 변화되는 상황에서, 알고 있는 두 개의 원형 홈 영상에 대한 소실점을 이용하여 카메라 내부 파라미터를 구할 수 있도록 하였으며, 기존에 제안된 카메라 보정 방법으로는 해결할 수 없는 카메라 파라미터를 추출하고 관 내부의 길이를 3 % 오차 이내로 정확하게 측정할 수 있었다. 그리고 원자로 상하부 헤드 로봇 구현에서는 협소하고 장애물이 있는 상하부 헤드 환경에서 자유롭게 이동하며 표면 상태를 검사할 수 있는 소형 로봇 시스템을 설계, 제작하고, 검사 위치를 자동으로 추정하는 기법을 제안하였다. 주 제어기와 종 제어기로 구성하여 케이블에 의한 간섭을 최소화하였으며, 케이블의 길이를 원격으로 조절할 수 있는 권선기를 설치하여 로봇의 이동을 원활히 하도록 하였다. 레이저 거리계를 장착하여 하부 관통관의 위치를 자동으로 추출하는 기법을 제안하여 검사의 효율성을 높이고자 하였다. 제안한 기법은 측정된 관통관 데이터를 4 방향의 가상 격자와 정합 과정을 거침으로써 정합 과정을 단순화하여 정확하고 빠르게 결과를 얻을 수 있었다. 구현된 로봇의 성능 시험과 제안된 기법의 검증을 위한 시뮬레이션 및 실험을 수행하였으며, 실험 결과 제안한 방법이 충분한 정확도를 가지는 효과적인 방법임을 확인하였다. 본 논문에서 제시한 방법을 통해 구현된 로봇은 실제 국내 원자력발전소에 적용해 봄으로써 그 실효성이 입증되었으며, 이를 지속적으로 활용함으로써 원자력발전소의 안전성 증대는 물론 작업자의 안전성 역시 증대되며 검사시간 단축을 통해 경제성을 증대시킬 것으로 기대된다.
In this thesis, a remotely operated inspection robot for the internals of reactor vessel, and for the upper head and bottom head of reactor vessel were implemented to ensure the safety of reactor in nuclear power plant. The reactor, which environment is high radiation, complexity of access, confined...
In this thesis, a remotely operated inspection robot for the internals of reactor vessel, and for the upper head and bottom head of reactor vessel were implemented to ensure the safety of reactor in nuclear power plant. The reactor, which environment is high radiation, complexity of access, confined area, is limited workers to access. And in order to enhance the fidelity of inspection and to reduce work time, it is necessary to use robot. The requirement of reactor inspection robot, which is radiation hardness, convenience of remote operation, mechanism, accurate measurement, automatic position measurement, etc., was deduced from the analysis of reactor environment and inspection task. On the basis of the requirement, two types of remotely operated robot system was embodied. One is underwater robot which moves to the target position in the reactor vessel for the inspection in the internal of the reactor vessel. By the reduction of the cable cores from 30 to 8 using master-slave configuration, the interference of the cable are minimized and the acquisition of sensor information is increased. So the stability and convenience of control was increased. A camera calibration and measurement method, which based on the images of two circular grooves whose radii and the distance between them are known, are proposed. The method for the measurement of features on the nozzle has measuring accuracy within 3% error. The other embodiment, robot system for the inspection of the reactor head, was constructed. The reactor head inspection robot have a camera pan/tilt mechanism and move on the external of reactor vessel with a wheel mechanism. A method for the estimation of the nozzle location using laser range finder was studied. For the estimation of the nozzle location, a matching method which matches nozzles 4 directional from the measured data was proposed. Test and experiments are performed to verify the system and algorithm. Irradiation test, water proof test, mobility test, obstacle surmount test were performed and verified. The effectiveness of robot system embodied in this thesis was proven through the application in the nuclear power plant. And the method can give a effective performance in the reactor which limits for the human body. It will be hopeful to increase the safety of nuclear power plant by use of this system and advancement.
In this thesis, a remotely operated inspection robot for the internals of reactor vessel, and for the upper head and bottom head of reactor vessel were implemented to ensure the safety of reactor in nuclear power plant. The reactor, which environment is high radiation, complexity of access, confined area, is limited workers to access. And in order to enhance the fidelity of inspection and to reduce work time, it is necessary to use robot. The requirement of reactor inspection robot, which is radiation hardness, convenience of remote operation, mechanism, accurate measurement, automatic position measurement, etc., was deduced from the analysis of reactor environment and inspection task. On the basis of the requirement, two types of remotely operated robot system was embodied. One is underwater robot which moves to the target position in the reactor vessel for the inspection in the internal of the reactor vessel. By the reduction of the cable cores from 30 to 8 using master-slave configuration, the interference of the cable are minimized and the acquisition of sensor information is increased. So the stability and convenience of control was increased. A camera calibration and measurement method, which based on the images of two circular grooves whose radii and the distance between them are known, are proposed. The method for the measurement of features on the nozzle has measuring accuracy within 3% error. The other embodiment, robot system for the inspection of the reactor head, was constructed. The reactor head inspection robot have a camera pan/tilt mechanism and move on the external of reactor vessel with a wheel mechanism. A method for the estimation of the nozzle location using laser range finder was studied. For the estimation of the nozzle location, a matching method which matches nozzles 4 directional from the measured data was proposed. Test and experiments are performed to verify the system and algorithm. Irradiation test, water proof test, mobility test, obstacle surmount test were performed and verified. The effectiveness of robot system embodied in this thesis was proven through the application in the nuclear power plant. And the method can give a effective performance in the reactor which limits for the human body. It will be hopeful to increase the safety of nuclear power plant by use of this system and advancement.
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