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報告書

2018年度楢葉遠隔技術開発センター年報

羽成 敏秀; 古川原 崚; 土田 佳裕; 川端 邦明; 千葉 悠介

JAEA-Review 2019-047, 32 Pages, 2020/03

JAEA-Review-2019-047.pdf:2.45MB

楢葉遠隔技術開発センターは、東京電力ホールディングスが実施する福島第一原子力発電所の廃炉作業に資するため、遠隔操作機器・装置による廃炉作業の実証試験・要素試験が実施できる施設・設備を有している。2018年度は64件の施設利用を支援し、福島第一原子力発電所廃炉作業等の遠隔技術開発に貢献した。また福島県内企業・大学 廃炉・災害対応ロボット関連技術展示実演会等の開催に協力し、地域活性化・福島県の産業復興に貢献するとともに、第3回廃炉創造ロボコンや廃炉実習等の支援を通じて、長期に亘る福島第一原子力発電所の廃炉関連業務を担う次世代の人材育成に貢献した。本報告書は、2018年度における楢葉遠隔技術開発センターの施設・設備の整備・利用状況およびそれに係る取組み、遠隔基盤技術の開発状況、緊急時対応遠隔操作資機材の整備・訓練等の活動状況について取りまとめたものである。

論文

An Image selection method from image sequence collected by remotely operated robot for efficient 3D reconstruction

羽成 敏秀; 川端 邦明; 中村 啓太*; 成瀬 継太郎*

Proceedings of International Workshop on Nonlinear Circuits, Communications and Signal Processing (NCSP 2020) (Internet), p.242 - 245, 2020/02

本発表では、遠隔操作ロボットによって収集された時系列画像から効率的な立体復元を実現するための画像選定手法を提案する。提案手法は、画像間で求められるオプティカルフローに基づいて立体復元の計算に適した画像を選択する。この提案手法を用いて、移動と停止を繰り返す遠隔操作ロボットによって記録された時系列画像から立体復元に適切な画像を選択できることを確認した。その結果、提案手法で選択された比較的少数の画像で立体復元を効率的に実行できることを実証した。

論文

Fast in-situ mesh generation using Orb-SLAM2 and OpenMVS

Wright, T.*; 羽成 敏秀; 川端 邦明; Lennox, B.*

Proceedings of 17th International Conference on Ubiquitous Robots (UR 2020) (Internet), p.315 - 321, 2020/00

In exploratory robotics for nuclear decommissioning, environmental understanding is key. Sites such as Fukushima Daiichi Power Station and Sellafield often use manually controlled or semi-autonomous vehicles for exploration and monitoring of assets. In many cases, robots have limited sensing capabilities such as a single camera to provide video to the operators. These limitations can cause issues, where a lack of data about the environment and limited understanding of depth within the image can lead to a mis-understanding of asset state or potential damage being caused to the robot or environment. This work aims to aid operators by using the limited sensors provided i.e. a single monocular camera, to allow estimates of the robot's surrounding environments to be generated in situ without having to off load large amounts of data for processing. This information can then be displayed as a mesh and manipulated in 3D to improve the operator awareness. Due to the target environment for operation being radioactive, speed is prioritised over accuracy, due to the damaging effects radiation can cause to electronics. In well lit environments images can be overlaid onto the meshes to improve the operators understanding and add detail to the mesh. From the results it has been found that 3D meshes of an environment/object can be generated in an acceptable time frame, less than 5 minutes. This differs from many current methods which require offline processing due to heavy computational requirement of Photogrammetry, or are far less informative giving data as raw point clouds, which can be hard to interpret. The proposed technique allows for lower resolution meshes good enough for avoiding collisions within an environment to be generated during a mission due to it's speed of generation, however there are still several issues which need to be solved before such a technique is ready for deployment.

論文

Development of a laser chipping technique combined with water jet for retrieval of fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

山田 知典; 武部 俊彦*; 石塚 一平*; 大道 博行*; 羽成 敏秀; 柴田 卓弥; 大森 信哉*; 黒澤 孝一*; 佐々木 豪*; 中田 正宏*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(12), p.1171 - 1179, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所の炉内構造物及び燃料デブリ取り出しに向けて、レーザーとウォータージェットを組み合わせたはつり除去技術の開発を行った。金属を対象とした除去能力を評価するため、5.5kWの連続発振のファイバーレーザーとパルス噴射のウォータージェットを組み合わせて加工中の様子を観察した。

論文

Development of a GUI-based operation system for building a 3D point cloud classifier

谷藤 祐太; 川端 邦明; 羽成 敏秀

Proceedings of 2019 IEEE Region Ten Conference (TENCON 2019) (Internet), p.36 - 40, 2019/10

This paper describes a Graphical User Interface (GUI) based operation system for building a classifier based on deep learning and verifying its categorization performance. Currently, we build a structure discrimination method based on deep learning with 3D point cloud to support status awareness of the operator of remotely controlled robot. For building a powerful classifier, the operations like "collection of learning data", "construction of architecture" and "creation of learning model "are done by trial and error. Therefore, we consider to develop a system to make such complicated operations easier and more efficiently. In this paper, we describe about required functions for helping such operations and explain developed a prototype system in detail.

論文

3D environment reconstruction based on images obtained by reconnaissance task in Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

羽成 敏秀; 川端 邦明

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 11(2), p.99 - 105, 2019/09

福島第一原子力発電所の廃炉作業において、作業を円滑に進めるために原子炉建屋内の状態を把握することは重要である。本発表では、廃炉作業の作業環境を認識するために時系列画像に基づいた環境の立体復元について報告する。立体復元手法であるStructure from Motion (SfM)を用いて、東京電力ホールディングスのHP上で公開されている原子炉格納容器(PCV)内の調査動画から得られた時系列画像に対して立体復元を試みた。視認性向上のため、SfMにより得られた3次元形状データに対してMulti-View Stereo (MVS)を用いた後処理も併せて行った。その結果、SfMにより時系列画像から構造物の部分的な立体復元が可能であること、MVSにより視認性の向上が可能であることが示された。

論文

ロボットの実証試験; 楢葉遠隔技術開発センター

羽成 敏秀; 川端 邦明

金属, 89(7), p.582 - 588, 2019/07

日本原子力研究開発機構では、福島第一原子力発電所の廃炉作業を推進するために、廃炉作業に必要な遠隔技術の開発および遠隔操作習熟訓練の支援を目的とする楢葉遠隔技術開発センターを整備して2016年4月より運用を開始している。本稿では、楢葉遠隔技術開発センターの取り組みについて紹介する。

論文

3D structural reconstruction based on images obtained by survey task for decommissioning

羽成 敏秀; 川端 邦明

Proceedings of International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research (FDR 2019) (Internet), 4 Pages, 2019/05

福島第一原子力発電所の廃炉作業において、作業を円滑に進めるために原子炉建屋内の状態を把握することは重要である。本発表では、福島第一原子力発電所で撮影された画像から復元された立体モデルの視認性を改善する方法について報告する。提案手法は、画像の品質を改善する前処理、立体復元を行うStructure from Motion (SfM)、視認性を向上させた立体モデルを生成する後処理の3つのプロセスから構成されている。提案手法を用いて、東京電力ホールディングスのHP上で公開されている水中ROVによる原子炉格納容器(PCV)内の調査動画から得られた時系列画像に対して立体復元を試みた。その結果から、時系列画像から構造物の大まかな立体復元が可能であることが確認できた。

論文

Towards enhancement of test facilities for supporting nuclear decommissioning by remote technology

川端 邦明; 毛利 文昭*; 白崎 令人; 谷藤 祐太; 羽成 敏秀

Proceedings of 2017 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII 2017), p.450 - 455, 2018/02

本論文は、遠隔技術による廃炉、特に福島第一原子力発電所を支援するための試験施設および設備について報告を行う。原子力機構楢葉遠隔技術開発センターでは、1F廃炉のための遠隔技術開発を支援するためのセンターであり、モックアップ階段、ロボット試験用水槽、モーションキャプチャなどを整備して、2016年4月から運用開始している。これに加えて、廃炉用遠隔操作ロボットの試験環境の設計、開発も行っている。本論文では、楢葉遠隔技術開発センターにおける試験施設や試験環境開発の現状について報告を行う。

論文

Demonstration of laser processing technique combined with water jet technique for retrieval of fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

羽成 敏秀; 武部 俊彦*; 山田 知典; 大道 博行; 石塚 一平*; 大森 信哉*; 黒澤 孝一*; 佐々木 豪*; 中田 正宏*; 酒井 英明*

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 3 Pages, 2017/04

福島第一原子力発電所の廃止措置の中で、遠隔操作による原子炉格納容器内の燃料デブリの取出しプロセスは重要な課題の1つである。このプロセスにおいて、放射性物質の拡散を抑制することは重要な考慮すべき点の1つである。さらに、このプロセスに適用する技術は、妥当な加工効率を維持することが要求される。そこで、我々は燃料デブリの取出し技術として、レーザー光と水噴流を組み合わせた技術を用いることを提案する。繰り返し断続噴射する水噴流を組み合わせたレーザー加工技術は、効率的な加工を行える可能性を示している。この実験結果をもとに、福島第一原子力発電所での適用に向けた技術開発を進めていく。

報告書

レーザー光を用いた燃料デブリ・炉内構造物取出しに向けた研究,2; 平成25年度研究成果

村松 壽晴; 山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; Nguyen, P. L.; 松永 幸大

JAEA-Research 2014-018, 41 Pages, 2014/09

JAEA-Research-2014-018.pdf:42.21MB

福島第一原子力発電所の廃止措置作業では、燃料と炉内構造物とが溶融混合凝固した燃料デブリなどを取出し対象とする必要がある。この燃料デブリは、米国・スリーマイル島原子力発電所2号機での知見から、形状不定、高硬度、多孔質、多成分などの特徴を持つと考えられ、これを的確に取出すことのできる工法を確立する必要がある。本報では、高出力・高出力密度、局所加工性、遠隔操作性に優れ、更には靭性によらず溶断・破砕を行うことが可能なレーザー光を熱源とした切断工法を対象とし、燃料デブリの取出しに必要となる要素技術を開発することを目標とした研究計画を策定するとともに、これに基づいた2013年度(平成25年度)の研究成果について記載した。

報告書

レーザー光を用いた燃料デブリ・炉内構造物取出しに向けた研究,1; 研究計画及び平成24年度研究成果

村松 壽晴; 山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大

JAEA-Research 2013-024, 49 Pages, 2013/08

JAEA-Research-2013-024.pdf:6.63MB

福島第一原子力発電所の廃止措置作業では、燃料と炉内構造物とが溶融混合凝固した燃料デブリなどを取出し対象とする必要がある。この燃料デブリは、米国・スリーマイル島原子力発電所2号機での知見から、形状不定、高硬度、多孔質、多成分などの特徴を持つと考えられ、これを的確に取出すことのできる工法を確立する必要がある。本報では、高出力・高出力密度、局所加工性、遠隔操作性に優れ、さらには靭性によらず溶断・破砕を行うことが可能なレーザー光を熱源とした切断工法を対象とし、燃料デブリの取出しに必要となる要素技術を開発することを目標とした研究計画を策定するとともに、これに基づいた2012年度(平成24年度)の研究成果について記載した。

口頭

レーザー切断技術の標準化に向けた研究開発,5; 狭隘部内アシストガスの流動特性評価

羽成 敏秀; 杉原 健太; 小川 剛充; 村松 壽晴

no journal, , 

レーザー切断はレーザー光の熱エネルギーで切断対象を溶融し、溶融金属をアシストガスにより排出する工法である。このため、レーザーの照射条件だけでなく、アシストガスの噴射条件も合わせて適切化する必要がある。切断溝深部での溶融金属の排出過程にはアシストガスの運動量、溶融金属の粘性や表面張力といった流体物性が大きく寄与していると考えられている。本研究では溶融金属排出制御による切断能力の向上を目的とし、噴射距離(スタンドオフ)が切断溝内でのアシストガス噴流の中心流速に及ぼす影響を評価する模擬試験を行った。L=14mmはそれ以下のスタンドオフと比較して、狭隘部流入直後から噴流中心流速は小さく、ほぼ線形に減少していく様子が確認できた。これより、スタンドオフを大きくとりすぎると、狭隘部内へのアシストガスの流入量が減少し、溶融金属の排出の効率が低下するものと考えられる。

口頭

レーザー切断技術の標準化に向けた研究開発,7; 切断溝幅がアシストガス流入量に及ぼす影響の評価

羽成 敏秀; 杉原 健太; 村松 壽晴; 山下 真範*; 榊原 潤*

no journal, , 

原子力機構では、レーザーを用いた厚板鉄鋼材料切断技術の高度化を目指して研究を進めている。本報では、切断溝を模擬したアクリル製スリット内の流速場をPIVにより計測し、スリット間隙などがアシストガスのスリット内への流入に及ぼす影響の定量化を目的として、影響を及ぼす因子の評価を行った。計測により得られた流速から求められた運動量とノズル出口部運動量の比はノズル径がスリット間隙と同程度か大きい場合、間隙の増加によって増加し、アシストガス噴流軸と間隙とのずれの増加によって減少することが確認できた。また、スタンドオフを変化させても、運動量比はほとんど変化しなかった。これはスタンドオフが噴流のポテンシャルコア領域の長さに対して短く、スリット内への流入量があまり変化しないためと考えられる。

口頭

レーザー切断技術の標準化に向けた研究開発,6; 厚板金属のレーザー切断における照射熱量に対する切断可能板厚の評価

杉原 健太; 羽成 敏秀; 村松 壽晴

no journal, , 

厚板鋼材に対するレーザー切断条件の適切化・制御に向けて、これまでに原子炉廃止措置に向けたレーザー切断の適用性確認試験を実施し、さまざまな加工パラメータにおける切断の可否を評価してきた。切断が失敗したほとんどのケースでは、切断溝内部で溶融金属が凝固し、溶融金属の排出経路が塞がれていた。切断可能板厚評価において、レーザー照射条件と溶融金属挙動の影響を切り分けるために、本報告では溶融金属が切断溝に詰まらない条件で試験を実施して切断可能板厚のレーザー照射熱量依存性を評価した。レーザー出力3ケース(1.84, 3.73, 5.63kW)、加工速度5ケース(15$$sim$$360mm/min)で切断試験を実施し、切断深さを単位切断長さあたりのレーザー照射熱量をもとに評価した。照射熱量が多いほど深く溝が掘れていた。また、同じ熱量であってもレーザー出力が高い方が深く切断できており、低出力で加工する場合には熱伝導によるエネルギーロスが大きくなる。以上の結果から、切断可能板厚を大きくするためには熱伝導によるエネルギーロスを減らし、高出力のレーザーを用いて短時間に切断することが重要であると結論づけられる。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,1; 研究開発計画の概要

村松 壽晴; 山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.

no journal, , 

燃料と炉内構造物が溶融混合再凝固した燃料デブリの取出しに求められる工法に対しては、(1)任意形状を持つ燃料デブリに対応できること、(2)靭性の高い金属の溶断に加え、靭性の低い高硬度セラミックス(HV 1300)にも対応できること、(3)熱伝導過程を阻害するキャビティーを有するポーラス体燃料デブリにも対応できること、(4)核燃料物質、炉内構造物及びそれらの酸化物から成る多成分燃料デブリにも対応できることなどが要求される。原子力機構では、これらを可能とする取出し工法の一つとして、レーザー光を用いた溶断・破砕技術に着目し、工学的観点からこれを実現するための研究を進めている。本報では、研究開発目標及び計画の概要について紹介する。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,3; レーザー光パルス照射によるセラミックス破砕特性

松永 幸大; 羽成 敏秀; 山田 知典; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、福島第一原子力発電所の炉容器下部に堆積していると考えられる燃料デブリ及び炉内構造物の取り出し技術の開発を行っている。本報告では、レーザーパルス照射による取り出しを想定し、照射時間などに対するセラミックスの破砕特性を実験的に確認した結果について紹介する。試験では、燃料デブリの主要成分であるジルコニア(1300HV)と、同程度の硬さを有するアルミナ(1550HV)のペレット(約$$phi$$8.7mm, 高さ10mm)を模擬体として用いた。この模擬体に対し、スポット径1.56mm, 入熱密度13W/cm$$^{2}$$, 26W/cm$$^{2}$$のレーザー光を垂直にパルス照射して、これによる破砕片数を整理した。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,4; x-y-z 3軸ロボットによる溶断・破砕にかかわる基礎特性

武部 俊彦; 松永 幸大; 羽成 敏秀; 山田 知典; 村松 壽晴

no journal, , 

TIM-2の事故復旧作業の知見より、炉内には溶融した燃料と炉内構造物が冷え固まって生成された燃料デブリが存在していることが示されている。本報告では、レーザー加工ヘッドを搭載したx-y-z3軸ロボットを用いて、燃料デブリの持つ性状の不均一性(材質の異なる領域が空間的に分散している性質)に対する溶断・破砕特性の評価結果を報告する。

口頭

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,2; レーザー光連続照射による金属溶断特性及びアシストガス噴流特性

羽成 敏秀; 松永 幸大; 武部 俊彦; 山田 知典; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、福島第一原子力発電所の炉容器下部に堆積していると考えられる燃料デブリ及び炉内構造物の取出し技術の確立を目指した研究開発を行っている。TMI-2の知見から燃料デブリには金属としての性質を持つ領域も存在する可能性が示唆されており、燃料デブリの取出しには厚板鋼材に対する溶断性能も重要となる。本報告では、溶断溝の壁面粗さがアシストガスの流動特性に与える影響を調査した。溶断試験結果より、溶断溝内のドラグラインがアシストガスの流動特性に与える影響が重要であると考えられ、その流動特性を定量化するために溶断試験片を用いた流動場の計測をPIVにより行った。計測したアシストガスの中心流速分布を壁面が滑らかなアクリル製流路の結果と比較すると、溝入口付近では中心流速はほぼ同程度であるが、溝深さ30mmで約30%減少した。今後は、溶断溝幅と摩擦損失との関係を定量化し、溶断条件に応じたアシストガスの適切な条件を検討する必要がある。

口頭

Influence of kerf widths to an assist gas flow in laser cutting

羽成 敏秀; 村松 壽晴; 山下 真範*; 榊原 潤*

no journal, , 

Laser cutting technology has a characteristic of generating low waste volume, and is expected to be applied to reactor decommissioning. Ejection of molten metal from deep in a kerf has been a challenge for the technique. As a kerf is narrow, an assist gas flow decays with increasing kerf depth. Therefore thermohydraulic interaction between the assist gas and the molten metal plays an important role in kerf formation. In order to quantify the influence of the assist gas flow to the kerf width, we evaluated several parameters such as kerf width, working distance and flow rate. Flow field of the assist gas in a mock-up is investigated using PIV. Pressure loss of the assist gas flow decreased with increasing kerf width, and so the assist gas became easier to reach deep in the kerf. This indicated that kerf width is an important parameter in the laser cutting process.

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