CN107170499A - 一种核燃料检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种核燃料检测装置，包括检测模块、周向及横向移载模块和安装模块；检测模块包括外观检测装置和三维监测装置，外观检测装置包括相机组件和光源组件。本发明还提供一种核燃料检测方法，根据操作指令确定核燃料待检测部位、调整光源角度和反光镜俯仰角度；相机拍摄核燃料待测部位；相机将具体影像经过处理后显示在终端上；光栅投影设备作为光源，由光栅投影在核燃料上；将核燃料的实际3D外形图像及数据分析结果显示在终端上。通过此设计，本发明起到全范围测量燃料组件和燃料棒的三维几何尺寸数据和变形情况，且能够在线监控的作用，更能提供核安全保障。

Description

一种核燃料检测装置和方法

技术领域

本发明涉及核燃料的技术领域，尤其涉及一种核燃料检测装置和方法。

背景技术

核燃料是核电站核心部件，其完整性和破损率直接与核电厂的安全性和经济性密切相关。根据国家核安全局相关规定，为保证核电站的稳定安全运行，故每在一个燃料循环周期间隔，必须对核燃料组件进行定期检查。

目前，国内核燃料水池的核燃料组件检查总体上以例行检查为主，检测项目较少，建立的水下检查技术和经验还不完整，因此，在检查过程中存在如下技术问题：

1、检测设备不够先进，不能全范围测量燃料组件和燃料棒的三维几何尺寸和变形情况，不能同时对核燃料组件之外圈燃料棒的氧化膜厚度和直径进行测量，故测量测量范围有限，测量效率低；

2、检测过程中存在机械定位和安全保障差的缺陷；

3、检测精度相对较低；检测时间较长；

4、核燃料检测过程不能在线监控，无法有效地防止意外发生，以保护核燃料。

因此，亟需一种核燃料检测装置和方法来克服上述的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核燃料检测装置，能够全范围测量核燃料的三维几何尺寸和变形情况，且能够在线监控，提高检测精度和检测效率，降低操作人员辐照剂量。

为了实现上述目的，本发明提供一种核燃料检测装置，包括检测模块、周向及横向移载模块和安装模块；所述检测模块，包括外观检测装置和三维监测装置，所述外观检测装置包括用于检测核燃料的外观的相机组件及为所述相机组件提供光线亮度的光源组件；所述相机组件包括相机、支撑所述相机的相机支撑架、反光镜及支撑所述反光镜的反光镜支撑架；所述光源组件包括光源和安装在所述安装模块上的光源支撑架；所述三维检测装置包括三维检测仪器和支撑所述三维检测仪器的三维检测仪器支撑架；所述三维检测仪器包括光栅投影设备及两个电荷耦合器件相机；所述周向及横向移载模块，包括安装在旋转平台上的底座板、周向及横向机械手以及转接底板；所述安装模块，包括用于设置所述反光镜支撑架及所述相机支撑架的安装平台，所述安装平台通过开设通孔与具有通孔的相机支撑架固定件连接，所述反光镜基座通过固定连接设置于所述相机支撑架上，所述旋转平台与所述安装平台通过旋转平台驱动机构连接。

进一步地，所述核燃料为核燃料单棒。

进一步地，所述核燃料为核燃料组件。

进一步地，所述三维检测仪器支撑架安装在所述周向及横向移载模块的转接底板上。

进一步地，所述核燃料检测装置完全淹没于装有高硼冷却水池中。

进一步地，所述反光镜设置于所述相机的正下方且俯仰角度可调。

进一步地，所述反光镜支撑架、相机支撑架、相机外表面以及三维检测仪器支撑架分别包胶。

进一步地，所述相机支撑架包括至少有两根支撑杆和相机支撑架基板。

进一步地，所述相机与所述相机支撑架通过螺栓连接。

进一步地，包括控制模块，所述控制模块包括用于控制所述光源相对于所述光源支撑架转动的第一驱动组件、用于控制设置于所述反光镜俯仰转动的第二驱动组件以及用于控制周向及横向移载模块周向及横向移动的第三驱动组件。

进一步地，所述第二驱动组件包括蜗轮和与所述蜗轮相啮合的蜗杆，所述蜗杆固定连接在所述反光镜基座的一侧，所述蜗轮固定于所述反光镜基座上，所述蜗杆与反光镜固定连接，所述反光镜基座固定安装在所述相机支撑架基板上。

与现有技术相比，所述核燃料检测装置通过外观检测装置中光源组件、相机组件的配合，可以起到检测核燃料外观缺陷的作用。所述三维检测装置和周向及横向移载模块的配合，可以起到全范围测量燃料组件和燃料棒的三维几何尺寸和变形情况，且能够在线监控的作用。在摄像头上添加耐辐射膜可以减少摄像头的受辐射量，起到防老化的作用。添加反光镜的作用是增加光程，起到减少摄像头的受辐射量，起防老化的作用，还能起到提高检测精度的作用。所述三维检测装置可以起到设置在所述装有高硼水池中，能正常工作且不会受高硼水浓度变化而影响其正常工作的作用。所述高硼冷却水的作用是减少核辐射量和冷却核燃料。

本发明的目的在于提供一种核燃料检测方法，包括以下步骤：

接收操作指令，根据所述操作指令确定核燃料待检测部位；上下移动核燃料单棒或者燃料组件的轴向位置，达到待测目标位置后，调整光源角度，使光源照射所述核燃料待检测部位，调整反光镜俯仰角度，使相机所拍摄到的核燃料待检测部位处于反光镜中心；所述相机拍摄所述核燃料待测部位；所述相机将所述具体影像发送到第一处理组件；所述第一处理组件将所述具体影像通过显示模块显示在终端上；所述光栅投影设备作为光源，由光栅投影在核燃料上；通过加以光栅的粗细变化和所述周向及横向移载模块周向及横向移动的配合，以及所述三维检测仪器通过与所述旋转平台绕安装平台转动的配合，由所述的电荷耦合器件相机撷取点源数据；通过将所述撷取的电源数据传输给与三维检测仪器连接的第二处理组件，得到所述核燃料的实际3D外形并进行数据分析获得数据分析结果；被测对象先是核燃料单棒和核燃料组件的标准样件，后是测量运行使用过的核燃料单棒和核燃料组件，将所述核燃料的实际3D外形图像及所述数据分析结果显示在终端上。

进一步地，所述核燃料为核燃料单棒。

进一步地，所述核燃料为核燃料组件。

进一步地，所述三维检测仪器通过旋转平台和周向及横向移载模块移动来打出不同位置的光点。

与现有技术相比，所述核燃料检测装置通过外观检测装置中光源组件、相机组件的配合，可以起到检测核燃料外观缺陷的作用。所述三维检测装置和周向及横向移载模块的配合，以及所述三维检测装置和旋转平台的配合，可以起到全范围测量燃料组件和燃料棒的三维几何尺寸和变形情况，且能够在线监控的作用。在摄像头上添加防辐射膜可以减少摄像头的受辐射量，起到防老化的作用。添加反光镜的作用是增加光程，起到减少摄像头的受辐射量，起防老化的作用，还能起到提高检测精度的作用。所述三维检测装置可以起到设置在所述装有高硼水池中，能正常工作且不会受高硼水浓度变化而影响其正常工作的作用。所述高硼冷却水的作用是减少核辐射量。

与现有技术相比，所述核燃料检测方法通过光源照射在被检测核燃料的具体位置，再调整反光镜的俯仰角度，起到获取核燃料的外观缺陷的作用；另外所述核燃料检测方法通过旋转平台及周向及横向移载模块带动三维检测组件的移动来获取待检测区域的特征鲜明的轮廓面三维数据和图像，起到精确测量燃料组件和燃料棒的三维几何数据且能够在线监控的作用，获得核燃料弯曲、扭转等各种变形情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的核燃料组件检测设备的立体示意图；

图2是本发明实施例提供的核燃料棒检测设备的立体示意图；

图3是本发明实施例提供的外观检测设备的立体示意图；

图4是本发明实施例提供的三维检测设备的立体示意图；

图5是本发明实施例提供的检测模块的立体示意图；

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，本发明实施例的一种核燃料检测装置100，包括：检测模块；周向及横向移载模块；安装模块；

检测模块，包括外观检测装置4和三维监测装置5，所述外观检测装置4包括用于检测核燃料的外观的相机组件41及为所述相机组件41提供光线亮度的光源组件42；所述相机组件41包括相机411、支撑所述相机411的相机支撑架412、反光镜413及支撑所述反光镜413的反光镜支撑架414；所述光源组件42包括光源421和安装在安装模块上的光源支撑架422；所述三维检测装置5包括三维检测仪器51和支撑所述三维检测仪器51的三维检测仪器支撑架52；所述三维检测仪器51包括光栅投影设备511及两个工业级的电荷耦合器件相机512；

周向及横向移载模块8，包括安装在旋转平台6上的底座板81、周向及横向机械手82以及转接底板83；

安装模块，包括用于设置所述反光镜支撑架414及所述相机支撑架412的安装平台7，所述安装平台通过开设通孔与具有通孔的相机支撑架固定连接，所述反光镜基座415通过固定连接设置于所述相机支撑架414上；

与现有技术相比，所述核燃料检测装置100通过所述相机组件41及为所述相机组件41提供光线亮度的光源组件42的配合，所述相机组件41与所述光源组件42并排设置在安装平台7的同一侧，可实时检测核燃料外观的缺陷。通过所述相机组件41中所述相机411与所述反光镜413的配合，可增加核辐射的光程，减少核辐射量，起到保护所述相机41并提高检测精度的作用。通过所述三维检测装置5与所述周向及横向移载模块8的配合，且通过所述三维检测装置5在所述旋转平台6的配合，可以起到全范围测量核燃料的三维几何尺寸和变形情况，且能够在线监控的作用。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，所述核燃料为核燃料单棒900。所述核燃料单棒900安装在安装平台7上。在具体实施例中，所述核燃料单棒900安装在安装平台7上是本领域的常规设计，这里不再详述其结构和具体实施方式。

进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，所述核燃料为核燃料组件1000。所述核燃料组件1000安装在安装平台7上。在具体实施例中，所述核燃料组件1000安装在安装平台7上是本领域的常规设计，这里不再详述其结构和具体实施方式。

进一步地，请参阅图1至图3，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，所述三维检测仪支撑架52安装在所述周向及横向移载模块8的转接底板83上。通过设置在所述周向及横向移载模块8的转接底板83上，可以起到将所述三维检测仪5移动的作用。所述三维检测仪5移动时，通过所述光栅投影设备511在核燃料上打出粗细变化的光栅，可以得到核燃料的实际3D外形。

所述核燃料检测装置100完全淹没于装有高硼冷却水池(结构未图示)中。通过将所述核燃料置于装有高硼冷却水池中，起到减少核辐射量的作用，从而延缓实验设备的老化时间。

进一步地，请参阅图1至图4，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，所述反光镜413设置于所述相机411的正下方且俯仰角度可调。通过可调整所述反光镜413的俯仰角度来确定所要检测的核燃料的外观的具体位置。

进一步地，请参阅图1至图3，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，所述反光镜支撑架414、相机支撑架412、相机外表面以及三维检测仪器支撑架52分别包胶。通过对所述反光镜支撑架414、相机支撑架412、相机外表面以及三维检测仪器支撑架52分别包胶，起到减少辐射的作用，延缓所述反光镜支撑架414、相机支撑架412、相机外表面以及三维检测仪器支撑架52的老化时间。

进一步地，请参阅图1至图4，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，所述相机支撑架412包括至少有两根支撑杆和相机支撑架基板4121。通过设置至少两根支撑杆安装固定在所述相机支撑架基板4121上，能够起到固定所述相机支撑架412，并通过所述相机支撑架412固定所述相机411的作用。

进一步地，请参阅图1至图4，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，所述相机411与所述相机支撑架412通过螺栓连接。在所述相机支撑架412设置有孔洞，用于通过螺栓连接所述相机411与所述相机支撑架412。螺栓连接便于安装和拆卸所述相机411。

进一步地，作为发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，包括控制模块，所述控制模块包括用于控制所述光源421相对于所述光源支撑架422转动的第一驱动组件、用于控制设置于所述反光镜413俯仰转动的第二驱动组件以及用于控制周向及横向移载模块8周向及横向移动的第三驱动组件；

进一步地，请参阅图1至图4，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，所述第二驱动组件包括蜗轮417和与所述蜗轮417相啮合的蜗杆418，所述蜗杆418固定连接在所述反光镜基座415的一侧，所述蜗轮417固定于所述反光镜基座415上，所述蜗杆418与反光镜415固定连接，所述反光镜基座415固定安装在所述相机支撑架基板4121上。

本发明还提供的一种核燃料检测方法，作为发明提供的一种核燃料检测方法的一种具体实施方式，采用上述的核燃料检测装置，接收操作指令，上下移动核燃料单棒或者燃料组件的轴向位置，达到待测目标位置后，根据所述操作指令确定核燃料待检测部位；调整光源421角度，使光源421照射所述已确定出的核燃料待检测部位，调整反光镜413俯仰角度，使相机411所拍摄到的核燃料的影像的具体位置处于反光镜413中心；所述相机411拍摄所述核燃料待测部位；所述相机411将所述具体影像发送到第一处理组件；所述第一处理组件将所述具体影像通过显示模块显示在终端上；所述光栅投影设备511作为光源，由光栅投影在核燃料上；通过加以光栅的粗细变化和所述周向及横向移载模块8周向及横向移动的配合，以及所述三维检测仪器41与所述旋转平台6绕安装平台7转动的配合，由所述的电荷耦合器件相机512撷取点源数据；通过将所述撷取的电源数据传输给与三维检测仪器连接的第二处理组件，得到所述核燃料的实际3D外形并进行数据分析获得数据分析结果；将所述核燃料的实际3D外形及所述数据分析结果显示在终端上。采用非接触检测装置，避免对核燃料表面的接触，通过被测核燃料件上的特定参考点当作检测装置在空间中定位及校准，系统进行全自动拼接，实现被测核燃料360高精度测量。并且能够在获取表面三维数据的同时，获取核燃料的三维图像，不仅高效快速检测获取核燃料组件的变形情况，还能视觉检测核燃料组件和燃料棒表面损伤缺陷，通过计算机建模成像，分析软件进行被测组件与标准样件的全方位数据比对，分析得出外围燃料棒的直径、燃料组件的长度、燃料棒长度、燃料组件的格架宽度、扭转度、弯曲度等关键数据的差异和变形数据，起到全范围实时监测和决策核燃料是否继续入堆使用的作用。

进一步地，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，所述核燃料为核燃料单棒。

进一步地，作为本发明提供的一种核燃料检测装置的一种具体实施方式，所述核燃料为核燃料组件。

进一步地，作为本发明提供的一种核燃料检测方法的一种具体实施方式，所述光栅投影设备511通过周向及横向移载模块8周向及横向移动改变所述光栅投影设备位置。通过周向及横向移载模块8和所述光栅投影设备511的配合，在核燃料上打出若干光源位置不一的光点，起到获得更详细的所述核燃料的实际3D外形的作用，同时起到获得详细的所述数据分析结果的作用。

进一步地，作为本发明提供的一种核燃料检测方法的一种具体实施方式，所述光栅投影设备511通过所述旋转平台6绕安装平台7转动改变所述光栅投影设备位置，所述旋转平台6与所述安装平台7通过旋转平台驱动机构61连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的范围和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种核燃料检测装置，其特征在于,包括检测模块、周向及横向移载模块和安装模块；

所述检测模块，包括外观检测装置和三维监测装置，所述外观检测装置包括用于检测核燃料的外观的相机组件及为所述相机组件提供光线亮度的光源组件；所述相机组件包括相机、支撑所述相机的相机支撑架、反光镜及支撑所述反光镜的反光镜支撑架；所述光源组件包括光源和安装在所述安装模块上的光源支撑架；所述三维检测装置包括三维检测仪器和支撑所述三维检测仪器的三维检测仪器支撑架；所述三维检测仪器包括光栅投影设备及两个电荷耦合器件相机；

所述周向及横向移载模块，包括安装在旋转平台上的底座板、周向及横向机械手以及转接底板；

所述安装模块，包括用于设置所述反光镜支撑架及所述相机支撑架的安装平台，所述安装平台通过开设通孔与具有通孔的相机支撑架固定件连接，所述反光镜基座通过固定连接设置于所述相机支撑架上。

2.如权利要求1所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，所述核燃料为核燃料单棒。

3.如权利要求1所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，所述核燃料为核燃料组件。

4.如权利要求1所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，所述三维检测仪器支撑架安装在所述横向移载模块的转接底板上。

5.如权利要求1所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，所述核燃料检测装置置完全淹没于装有高硼冷却水池中。

6.如权利要求1所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，所述反光镜设置于所述相机的正下方且俯仰角度可调。

7.如权利要求1所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，所述反光镜支撑架、相机支撑架、相机外表面以及三维检测仪器支撑架分别包胶。

8.如权利要求1或7所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，所述相机支撑架包括至少有两根支撑杆和相机支撑架基板。

9.如权利要求1所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，所述相机与所述相机支撑架通过螺栓连接。

10.如权利要求1所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块包括用于控制所述光源相对于所述光源支撑架转动的第一驱动组件、用于控制设置于所述反光镜俯仰转动的第二驱动组件以及用于控制周向及横向移载模块周向及横向移动的第三驱动组件。

11.如权利要求1所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，所述第二驱动组件包括蜗轮和与所述蜗轮相啮合的蜗杆，所述蜗杆固定连接在所述反光镜基座的一侧，所述蜗轮固定于所述反光镜基座上，所述蜗杆与反光镜固定连接，所述反光镜基座固定安装在所述相机支撑架基板上。

12.一种核燃料检测方法，采用如权利要求1至11中任一项所述的一种核燃料检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

接收操作指令，根据所述操作指令确定核燃料待检测部位；

调整光源角度，使光源照射所述核燃料待检测部位，调整反光镜俯仰角度，使相机所拍摄到的核燃料的影像的具体位置处于反光镜中心；

所述相机拍摄所述核燃料待测部位；

所述相机将所述具体影像发送到第一处理组件；所述第一处理组件将所述具体影像通过显示模块显示在终端上；

所述光栅投影设备作为光源，由光栅投影在核燃料上；

通过加以光栅的粗细变化和所述周向及横向移载模块周向及横向移动的配合，以及所述三维检测仪器通过与所述旋转平台绕安装平台转动的配合，由所述的电荷耦合器件相机撷取点源数据；

通过将所述撷取的电源数据传输给与三维检测仪器连接的第二处理组件，得到所述核燃料的实际3D外形并进行数据分析获得数据分析结果；

将所述核燃料的实际3D外形及所述数据分析结果显示在终端上。

13.如权利要求12所述的一种核燃料检测方法，其特征在于，所述核燃料为核燃料单棒或核燃料组件。

14.如权利要求12所述的一种核燃料检测方法，其特征在于，所述光栅投影设备通过所述旋转平台绕安装平台转动改变所述光栅投影设备位置。

15.如权利要求12所述的一种核燃料检测方法，其特征在于，所述光栅投影设备通过周向及横向移载模块周向及横向移动改变所述光栅投影设备位置。