CN108548504B - 一种mox燃料芯块端面缺损面积的检测装置和检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核燃料元件检测技术领域，涉及一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置和检测方法。所述检测装置包括相机、第一光源、第二光源、图像采集装置、图像处理装置、控制系统，相机用于拍摄其正对的燃料芯块的端面图像；第一光源、第二光源分别位于相机的两侧，用于分别或同时开启为相机拍摄提供光源；图像采集装置根据相机拍摄的图像，完成图像采集；图像处理装置对图像采集装置采集的图像进行处理，并计算得到MOX燃料芯块端面缺损面积；控制系统用于控制燃料芯块的上下料，第一光源、第二光源的开关，以及相机的拍摄。利用本发明的检测装置和方法，能够自动、高效、高精度的用于MOX燃料芯块端面缺损面积的计算与判别，并不受其反光性能的影响。

Description

一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置和检测方法
技术领域
本发明属于核燃料元件检测技术领域，涉及一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置和检测方法。
背景技术
MOX燃料芯块是以UO2粉末和PuO2粉末为原料，通过机械混合、压制和烧结而成的陶瓷体，其作为核燃料被广泛用于压水堆和快堆中。燃料芯块外观缺陷的存在会引起燃料棒包壳受热不均，导致包壳破损，致使核事故的发生。正因为如此，在装管之前必须证明每一个MOX燃料芯块外观的完整性满足设计要求，并对所有芯块进行100％外观缺陷检查，以确保顺利装管和反应堆安全运行。其中，端面缺损是燃料芯块中最常见的一种外观缺陷，是芯块外观缺陷检查中最重要的一环。
目前国外的芯块外观自动检查技术极大地依赖于MOX芯块端面的反光性能，对于端面反光性能较差的芯块不具有较好的自动识别的能力。而国内核燃料领域的主要核燃料元件目前为低富集度的UO2芯块，其辐射水平较低，内照射危害较小，因而主要采用的是人工检查的方式，但效率低下。另一方面，由于MOX芯块的强放射性和Pu元素的剧毒性，整个检测流程必须放在手套箱内进行。目前虽然有基于可见光的MOX芯块端面缺损图像的检测方法专利，但其不能对缺损面积进行自动计算，且产能仅为5个/min，不能满足工业生产线的需求。
因此，需要一种自动、高效、高精度的检测方法来完成MOX燃料芯块端面缺损面积计算与判别，同时不受燃料MOX芯块端面反光性能的影响。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置，以能够自动、高效、高精度的用于MOX燃料芯块端面缺损面积的计算与判别，并不受MOX燃料芯块端面反光性能的影响。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置，所述的检测装置包括相机、第一光源、第二光源、图像采集装置、图像处理装置、控制系统，
所述的相机用于拍摄其正对的燃料芯块的端面图像；
所述的第一光源、第二光源分别位于所述的相机的两侧，用于分别或同时开启为所述的相机拍摄提供光源；
所述的图像采集装置根据所述的相机拍摄的图像，完成图像采集；
所述的图像处理装置对所述的图像采集装置采集的图像进行处理，并计算得到MOX燃料芯块端面缺损面积；
所述的控制系统用于控制所述的燃料芯块的上下料，所述的第一光源、第二光源的开关，以及所述的相机的拍摄。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置，其中所述的检测装置还包括用于放置所述的燃料芯块的支撑架，所述的支撑架在所述的控制系统的控制下带动所述的燃料芯块进行上下料。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置，其中所述的相机包括分别位于其中部和前部并彼此连接的远心镜头相机支撑架和远心镜头相机部件，分别用于使所述的远心镜头相机部件正对所述的燃料芯块端面和对所述的燃料芯块的端面进行图像采集。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置，其中：
所述的第一光源包括分别位于其中部和前部的第一光源支撑架和第一光源部件，分别用于使所述的第一光源部件位于所述的相机的一侧和为所述的相机拍摄提供光源；
所述的第二光源包括分别位于其中部和前部的第二光源支撑架和第二光源部件，分别用于使所述的第二光源部件位于所述的相机的另一侧和为所述的相机拍摄提供光源。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置，其中所述的第一光源开启时所述的第二光源关闭，所述的第二光源开启时所述的第一光源关闭。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置，其中所述的检测装置为模块化的检测装置。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置，其中所述的检测装置可置于手套箱内进行操作、维修和更换。
本发明的第二个目的是提供利用如上所述检测装置进行MOX燃料芯块端面缺损面积的检测方法，以能够自动、高效、高精度的用于MOX燃料芯块端面缺损面积的计算与判别，并不受MOX燃料芯块端面反光性能的影响。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供利用如上所述检测装置进行MOX燃料芯块端面缺损面积的检测方法，所述的检测方法包括如下步骤：
(1)通过所述的控制系统控制所述的燃料芯块移动进行上下料，并同时控制所述的第一光源、第二光源和相机对所述的相机正对的所述的燃料芯块进行端面图像拍摄；
(2)所述的图像采集装置采集所述的相机拍摄的图像并将其传递给所述的图像处理装置；
(3)所述的图像处理装置对所述的图像采集装置采集的图像进行处理，并计算得到MOX燃料芯块端面缺损面积。
在一种优选的实施方案中，本发明提供利用如上所述检测装置进行MOX燃料芯块端面缺损面积的检测方法，其中步骤(1)中每个所述的燃料芯块由所述的相机拍摄两张端面图像，拍摄时所述的第一光源、第二光源轮流开启；步骤(3)中计算得到MOX燃料芯块端面缺损面积的程序如下：
1)将所述的图像采集装置采集的每个所述的燃料芯块的两张图像叠加并分段求中心线，根据每段中心线的走向及相邻距离对中心线进行连接，剔除掉走向不一致的中心线；
2)判断中心线条数，假如中心线条数小于特定条数，则直接将待检对象判定为不合格；假如中心线条数不小于特定条数，则根据完整区域减去正确的中心线区域得出没有线条的黑色条纹区域；
3)对正确的中心线进行直线拟合，根据拟合后直线的斜率将斜率不满足要求的直线剔除，而将斜率满足要求的直线进行排列并根据直线与直线之间的距离对直线进行连接得到模板线；
4)根据直线的位置区域对模板线进行补齐，并根据模板线找拐点，根据拐点画出拐点区域并于之前没有直线的区域合并，最后给出端面的缺陷区域，并计算缺损面积与所占的比例。
在一种更加优选的实施方案中，本发明提供利用如上所述检测装置进行MOX燃料芯块端面缺损面积的检测方法，其中程序2)中所述的特定条数为10条。
本发明的有益效果在于，利用本发明的MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置和检测方法，能够自动、高效、高精度的用于MOX燃料芯块端面缺损面积的计算与判别，并不受MOX燃料芯块端面反光性能的影响。
本发明提供了一种自动高效检测MOX燃料芯块端面缺损面积的装置和方法，其中模块化的机构保证了测量的重复性；支撑架的凹槽结构保证了燃料芯块在每次采集图像时稳定不动；控制系统保证了两光源轮流开启和关闭，以及相机的采集；结构光的检测原理使检测方法不受MOX燃料芯块端面反光性能的影响。经现场实际测试结果表明，本发明对MOX燃料芯块端面缺损面积比的检测精度为0.1％，检测速度不低于40个/min，且能自动计算出缺损面积并根据指标给出芯块的判定结论。
附图说明
图1为示例性的本发明的MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置的组成结构图。
图2为利用图1所示的检测装置进行MOX燃料芯块端面缺损面积计算处理的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
示例性的本发明的MOX燃料芯块端面缺损面积的检测装置的组成结构如图1所示，包括支撑架2、相机7、第一光源10、第二光源11、图像采集装置、图像处理装置、控制系统(图像采集装置、图像处理装置、控制系统均在图1中未示出)。该检测装置为模块化的检测装置，并可置于手套箱内进行操作、维修和更换。
放置燃料芯块1的支撑架2在控制系统的控制下带动燃料芯块1进行上下料。
相机7用于拍摄其正对的燃料芯块1的端面图像。相机7包括分别位于其中部和前部并彼此连接的远心镜头相机支撑架3和远心镜头相机部件6，分别用于使远心镜头相机部件6正对燃料芯块1端面和对燃料芯块1的端面进行图像采集。
第一光源10、第二光源11分别位于相机7的两侧，用于分别开启时为相机7拍摄提供光源，即第一光源10开启时第二光源11关闭，第二光源11开启时第一光源10关闭。第一光源10包括分别位于其中部和前部的第一光源支撑架4和第一光源部件8，分别用于使第一光源部件8位于相机7的一侧和为相机7拍摄提供光源；第二光源11包括分别位于其中部和前部的第二光源支撑架5和第二光源部件9，分别用于使第二光源部件9位于相机7的另一侧和为相机7拍摄提供光源。
图像采集装置(即工业面阵相机和光源，由其计算机系统完成图像的处理和动作指令的发出)根据相机7拍摄的图像，完成图像采集。
图像处理装置对图像采集装置采集的图像进行处理，并计算得到MOX燃料芯块端面缺损面积。
控制系统用于控制燃料芯块1的上下料，第一光源10、第二光源11的开关，以及相机7的拍摄。
上述示例性的检测装置示例性的进行MOX燃料芯块端面缺损面积的检测方法的操作步骤如下。
(1)检测装置的初始化
第一光源10和第二光源11关闭，相机7处于待机状态。
(2)实施测量
将待测燃料芯块1放置于支撑架2上，在控制系统的控制下由支撑架2将燃料芯块1送到位，以保证燃料芯块1的端面位于检测工位的视场与景深范围内。
燃料芯块1到位后，控制系统的PLC控制信号控制第一光源10开启、第二光源11关闭，然后相机7采集第一幅端面图像，同时将第一幅端面图像送入图像处理装置的计算机系统。
第一幅端面图像采集完成后，控制系统的PLC控制信号控制第二光源11开启、第一光源10关闭，然后相机7采集第二幅端面图像，同时将第二幅端面图像送入图像处理装置的计算机系统。
由图像处理装置的计算机系统对上述采集到的两幅端面图像进行处理，该燃料芯块1的端面缺损面积测量结论由计算机系统在下一测量循环前给出。
支撑架2在控制系统的控制下动作使已采集图像完成的燃料芯块1下料，同时将下一个待检燃料芯块1上料，以继续下一个测量循环。
(3)燃料芯块1端面缺损面积计算程序
示例性的燃料芯块1端面缺损面积计算流程如图2所示，具体包括如下程序：
1)将图像采集装置采集的每个燃料芯块1的两张图像叠加并分段求中心线，根据每段中心线的走向及相邻距离对中心线进行连接，剔除掉走向不一致的中心线；
2)判断中心线条数，假如中心线条数小于10条，则直接将待检对象判定为不合格；假如中心线条数不小于10条，则根据完整区域减去正确的中心线区域得出没有线条的黑色条纹区域；
3)对正确的中心线进行直线拟合，根据拟合后直线的斜率将斜率不满足要求的直线剔除，而将斜率满足要求的直线进行排列并根据直线与直线之间的距离对直线进行连接得到模板线；
4)根据直线的位置区域对模板线进行补齐，并根据模板线找拐点，根据拐点画出拐点区域并于之前没有直线的区域合并，最后给出端面的缺陷区域，并计算缺损面积与所占的比例。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种MOX燃料芯块端面缺损面积的检测方法，其特征在于，所述的检测方法利用的检测装置包括相机、第一光源、第二光源、图像采集装置、图像处理装置、控制系统，
所述的相机用于拍摄其正对的燃料芯块的端面图像；
所述的第一光源、第二光源分别位于所述的相机的两侧，用于分别或同时开启为所述的相机拍摄提供光源；
所述的图像采集装置根据所述的相机拍摄的图像，完成图像采集；
所述的图像处理装置对所述的图像采集装置采集的图像进行处理，并计算得到MOX燃料芯块端面缺损面积；
所述的控制系统用于控制所述的燃料芯块的上下料，所述的第一光源、第二光源的开关，以及所述的相机的拍摄，
所述的检测方法包括如下步骤：
(1)通过所述的控制系统控制所述的燃料芯块移动进行上下料，并同时控制所述的第一光源、第二光源和相机对所述的相机正对的所述的燃料芯块进行端面图像拍摄；
(2)所述的图像采集装置采集所述的相机拍摄的图像并将其传递给所述的图像处理装置；
(3)所述的图像处理装置对所述的图像采集装置采集的图像进行处理，并计算得到MOX燃料芯块端面缺损面积，
其中步骤(1)中每个所述的燃料芯块由所述的相机拍摄两张端面图像，拍摄时所述的第一光源、第二光源轮流开启；步骤(3)中计算得到MOX燃料芯块端面缺损面积的程序如下：
1)将所述的图像采集装置采集的每个所述的燃料芯块的两张图像叠加并分段求中心线，根据每段中心线的走向及相邻距离对中心线进行连接，剔除掉走向不一致的中心线；
2)判断中心线条数，假如中心线条数小于特定条数，则直接将待检对象判定为不合格；假如中心线条数不小于特定条数，则根据完整区域减去正确的中心线区域得出没有线条的黑色条纹区域；
3)对正确的中心线进行直线拟合，根据拟合后直线的斜率将斜率不满足要求的直线剔除，而将斜率满足要求的直线进行排列并根据直线与直线之间的距离对直线进行连接得到模板线；
4)根据直线的位置区域对模板线进行补齐，并根据模板线找拐点，根据拐点画出拐点区域并于之前没有直线的区域合并，最后给出端面的缺陷区域，并计算缺损面积与所占的比例。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的检测装置还包括用于放置所述的燃料芯块的支撑架，所述的支撑架在所述的控制系统的控制下带动所述的燃料芯块进行上下料。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的相机包括分别位于其中部和前部并彼此连接的远心镜头相机支撑架和远心镜头相机部件，分别用于使所述的远心镜头相机部件正对所述的燃料芯块端面和对所述的燃料芯块的端面进行图像采集。
4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：
所述的第一光源包括分别位于其中部和前部的第一光源支撑架和第一光源部件，分别用于使所述的第一光源部件位于所述的相机的一侧和为所述的相机拍摄提供光源；
所述的第二光源包括分别位于其中部和前部的第二光源支撑架和第二光源部件，分别用于使所述的第二光源部件位于所述的相机的另一侧和为所述的相机拍摄提供光源。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的第一光源开启时所述的第二光源关闭，所述的第二光源开启时所述的第一光源关闭。
6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的检测装置为模块化的检测装置。
7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的检测装置可置于手套箱内进行操作、维修和更换。
8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：程序2)中所述的特定条数为10条。
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