CN109313947A - 用于检验核反应堆部件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于检验的方法包括以下步骤：‑使用载架(40)将光学传感器(38)放置在待检验部件前面；‑使用所述光学传感器(38)获取所述部件的至少一个参考部分的至少一个第一图像，第一图像或每个第一图像是以第一放大率拍摄的；‑使用第一获取的图像或每个第一获取的图像重构所述部件的所述参考部分的三维模型；‑使用所述三维模型计算待检验区域相对于所述光学传感器(38)的位置；‑使用所述光学传感器(38)获取所述待检验区域的至少一个第二图像，所述待检验区域的第二图像或每个第二图像是以高于第一放大率的第二放大率拍摄的。

Description

用于检验核反应堆部件的方法和装置
【技术领域】
本发明一般而言涉及对核反应堆的部件检验。
【背景技术】
在核反应堆的某些维修操作期间，需要目视检验位于核反应堆的压力容器内部附近的部件的特定区域。
这些部件是例如容器底部入口，或用于使底部内部设备保持就位的装置的元件。
为此，可能的是使用使相机面向待检验的部件保持就位的载架。
载架的控制命令装置允许以往往为数个厘米的关于位置的误差来放置相机。为了能够检验部件的精确位置，必须重新校准相机的位置。为此，当所述部件具有一个时，例如使用部件的拐角。相机的位置相对于聚集在拐角上的三个表面中的每个表面而连续地调整。
这样的操作是耗时的。更进一步地，这牵涉载架在远程控制下的多次移动，这造成与容器内部其它设备零件碰撞的风险。
【发明内容】
在此上下文中，本发明目的在于提出一种不具有上述缺点的检验方法。
为此，根据第一方面，本发明涉及用于检验核反应堆部件的区域的方法，所述方法包括以下步骤：
-使用载架将光学传感器放置在待检验部件前面；
-使用所述光学传感器获取所述部件的至少一个参考部分的至少一个第一图像，第一图像或每个第一图像是以第一放大率拍摄的；
-使用第一获取的图像或每个第一获取的图像重构所述部件的所述参考部分的三维模型；
-使用所述三维模型计算待检验区域相对于所述光学传感器的位置；
-使用所述光学传感器获取所述待检验区域的至少一个第二图像，所述待检验区域的第二图像或每个第二图像是以高于第一放大率的第二放大率拍摄的。
因此，使用同一光学传感器既重新校准传感器相对于部件和待检验区域的位置并且也检验所述区域。
重新校准仅通过计算来完成，并且不需要载架的多次移动。
因此，加速了检验方法，并且降低了与反应堆的其它设备零件的干扰的风险。
所述方法可以进一步具有单独地考虑或根据任何技术上可能的组合而考虑的以下特征中的一个或多个:
-所述光学传感器包括相机，第一天图像或每个第一图像和第二图像或每个第二图像是使用所述相机获取的。
-所述相机包括变焦透镜和用于改变所述透镜的焦点的马达，可用来在用于获取至少一个第一图像的步骤与用于获取至少一个第二第一图像的步骤之间修改放大率；
-所述光学传感器包括光源，在用于获取至少一个第一图像的步骤期间，所述部件的所述参考部分由结构化光来照射；
-所述方法包括用于通过使用第二获取的图像或每个第二获取的图像，优选地通过光学模糊方法重构所述待检验区域的三维模型的步骤；以及
-所述核反应堆包括容器、内部设备和多个核燃料组合件，所述内部设备和所述核燃料棒在所述核反应堆的正常操作阶段期间布置在所述容器中，所示方法在所述核反应堆的停止阶段期间执行，所述部件位于容器内部并且例如是容器底部入口或用于使内部设备围绕所述容器的中心轴线沿圆周保持就位的装置的元件。
根据第二方面，本发明涉及用于检验核反应堆部件的区域的装置，所述装置包括光学传感器和被配置成将所述光学传感器放置在所述待检验部件前面的载架，所述光学传感器被配置成：
-获取所述部件的至少一个参考部分的至少一个第一图像，第一图像或每个第一图像是以第一放大率拍摄的；
-使用第一获取的图像或每个第一获取的图像重构所述部件的所述参考部分的三维模型；
-使用所述三维模型计算待检验区域相对于所述光学传感器的位置；
-获取所述待检验区域的至少一个第二图像，所述待检验区域的第二图像或每个第二图像是以高于第一放大率的第二放大率拍摄的。
所述装置特别适合于实施具有上述特征的检验方法。更进一步地，所述检验方法也特别适合于通过根据本发明的检验装置来实现。
所述装置可以进一步表示单独地考虑或根据任何技术上可能的组合而考虑的以下特征中的一个或多个：
-所述光学传感器包括单个相机，其被配置成获取第一图像或每个第一图像和第二图像或每个第二图像；
-所述相机包括变焦透镜和用于改变所述透镜的焦点的马达(46)；
-所述光学传感器包括光源，其被配置成在用于获取至少一个第一图像的步骤期间以结构化光来照射所述部件的所述参考部分；以及
-所述光学传感器包括用于通过使用第二获取的图像或每个第二获取的图像，优选地通过光学模糊方法来重构所述待检验区域的三维模型的模块。
【附图说明】
参考各图，本发明的其它特征和优点将从以下供参考并且以非限制性方式提供的其详细描述而显现，在各图中：
-图1是核反应堆的罐的轴向横截面形式的简化图解；
-图2是类似于图1的视图，其中已拆卸容器盖和内部设备并且本发明的检验装置已定位；以及
-图3是根据本发明的检验方法的步骤的图示。
【具体实施方式】
根据本发明的方法和装置意图检验核反应堆部件的区域。所述核反应堆是例如压水反应堆，如图1中所示，具有900MW的级别。
根据本发明的方法和装置也适用于任何其它类型的反应堆，例如BWR，以及所有级别和类型的PWR反应堆。
反应堆1包括容器2，堆芯3定位于其中。堆芯3包括具有大体棱柱形状的多个核燃料组合件。容器具有中心轴线X，其为大致上垂直的。容器包括：大致圆柱形护罩4；半球形下部底部6，其封闭护罩4的下部端部；以及可拆卸盖8，其封闭护罩4的上部端部。
核反应堆1还包括定位在容器2内部的下部内部设备10(IIE)的零件和上部内部设备12的零件。下部内部设备10的零件包括：堆芯包壳14，其具有大体圆柱形状；以及堆芯支撑板16，其固定到堆芯包壳14的下部端部。堆芯包壳14相对于容器呈同轴布置。燃料组合件定位在堆芯包壳内部并且被按压在堆芯支撑板16上。堆芯包壳14封闭分区18，分区18在堆芯3的周边延伸并且被设计成使核燃料组合件保持就位。
上部内部设备12的零件包括上部堆芯板20，其通过弹簧搭设在堆芯3的组合件的上部部件上。下部和上部内部设备10、12的零件通过上部部件22悬挂在容器2内部，上部部件22紧固在护罩4的上部边缘上，略低于护罩4上的盖8的连接平面。
在所示出实例中，四个导引装置24分布在堆芯支撑板16周围，以便使下部内部设备10的零件围绕轴线X在圆周上并且相对于轴线X在径向上保持就位。然而，导引装置24允许下部内部设备10的零件相对于容器轴向移动，例如在差异膨胀的影响下。
在所示出实例中，每个导引装置24包括：轨26，其紧固在堆芯支撑板16的外周边边缘上；以及母部件28，其牢固地紧固在与轨26相对的容器的护罩4的内表面上。
如图1中所示出，母部件28通常包括导板30和大质量支撑件32，称为M支撑件，其牢固地紧固到容器的护罩4。导板30具有垂直于轴线X的U形截面，其朝向容器内部径向打开。在圆周上，U的两个分支的内面之间的分离略大于轨的两个侧面34之间的分离。
如图1中所示，核反应堆进一步包括穿过下部底部6的容器底部入口34。容器底部入口(VBE)例如意图用于将移动中子测量探头插入到反应堆堆芯中。
在核反应堆的正常操作阶段期间，堆芯3和内部设备10、12的零件布置在容器中。在此，正常操作阶段是指其中核反应堆产生蒸汽，容器被加压的阶段。
根据本发明的方法和检验装置意图在核反应堆的停止阶段期间实现。检验发生在打开容器2并且将堆芯3以及下部和上部内部设备10、12卸载到容器外部之后，如图2中所示出的那样。
根据本发明的方法和装置特别适合于检验容器底部入口34以及检验导引装置24的各种元件，特别是，母部件28，并且更具体来说导板30和M支撑件32。
然而，根据本发明的方法和装置也可用于检验位于容器1内部或容器1外部的其它元件。
如图2中所示，检验装置36包括光学传感器38和载架40，载架40被配置成将光学传感器38放置在待检验部件前面。
载架为任何适宜类型。例如，载架40是座架或机器人臂。通常，载架40由位于距容器一定距离处的驱动站42远程操作。
光学传感器38被配置成：
-获取待检验部件的至少一个参考部分的至少一个第一图像；
-使用第一获取的图像或每个第一获取的图像重构参考部分的三维模型；
-使用三维模型计算待检验区域相对于光学传感器38的位置；
-获取待检验区域的至少一个第二图像。
为此，光学传感器38包括被配置成获取第一图像或每个第一图像和第二图像或每个第二图像的单个相机43。
第一图像或每个第一图像是以第一放大率拍摄的，第二图像或每个第二图像是以高于第一放大率的第二放大率拍摄的。
换句话说，意图允许相对于待检验区域重新校准光学传感器38的第一图像是以相对大的视场并且可选地在不同于适于获取第二图像的装置的位置中拍摄的。例如，每个获取的图像覆盖20×20mm2与1000×1000mm2之间，优选地在100×100mm2与500×500mm2之间并且例如等于约300×300mm2的部件的表面积。
提供用于待检验区域中的异常检测的(多个)第二图像是以近场获取的，以便允许精细检测。作为待检验区域的表面获取的每个图像在1×1mm2与10×10mm2之间，例如等于5×5mm2。
为了以同一相机获取第一图像和第二图像两者，所述相机43有利地包括变焦透镜44和用于改变透镜44的焦点的马达46。马达46被配置成使得能够改变用于获取图像的放大率并且也使得能够执行聚焦。
有利地，光学传感器38包括马达46的远程控制件48。此远程控制件48被配置成使得能够例如从控制站42调整透镜44的焦距。
光学传感器38有利地包括光源50，其被配置成在获取第一图像或每个第一图像期间以结构化光照射参考部分。
光源50因此被布置成将光图案投射在部件的参考部分上，所述光图案为任何适宜类型。例如，其包括平行线(具有不同的周期和相位的正旋曲线形或矩形)和/或棋盘和/或颗粒效果。
有利地，光学传感器38包括用于例如从控制站42远程控制光源50的模块52。
光学传感器38通常包括由处理器和与处理器相关联的存储器形成的信息处理单元54。由相机43获取的第一图像被发送到信息处理单元54并且存储在存储器中。
光学传感器38包括用于使用第一获取的图像或每个第一获取的图像重构部件的所述参考部分的三维模型的模块56。所述模块56通常为存储在存储器中并且可由处理器执行的软件。
此软件是已知的，并且例如由道姆(GOM)和史丹力光学公司(SteinbichlerOptotechnik)提供。
原理是，当光图案投射在三维表面上时，在从除投射方向以外的方向观察时，所述图案显现为变形。此变形图案可在(多个)第一图像上看见，并且用于重建参考部分的三维几何形状。
光学传感器38进一步包括被编程为计算待检验区域相对于光学传感器的位置的另一模块58。所述模块58通常为存储在单元54的存储器中并且可由处理器执行的软件。
模块58在存储器中包括部件的三维理论数字模型，其覆盖部件的参考部分和待表征区域。
模块58被编程为将由模型56重构的三维模型与用于参考部分的三维理论模型进行比较，并且通过计算从其推断光学传感器38相对于参考部分的位置。
模块58还被编程为通过使用先前计算的光学传感器38相对于参考部件的位置以及由理论三维模型提供的待检验区域相对于参考部件的位置来计算待检验区域相对于光学传感器的位置和定向。
此外，光学传感器38包括用于通过使用第二获取的图像重构待检验区域的三维模型的模块60。所述模块60通常为存储在单元54的存储器中并且可由处理器执行的软件。
(多个)获取的第二图像被发送到信息处理单元54并且存储在存储器中。
优选地，光学传感器38被配置成通过使用光学模糊技术重建所检验区域的三维模型。
光学模糊技术是已知的。
因此，光学传感器38包括分别被配置成实施以下操作的计算模块56和/或58和/或60：通过使用第一获取的图像或每个第一获取的图像重构部件的参考部分的三维模型；通过使用三维模型计算待检验区域相对于光学传感器的位置；以及通过使用第二获取的图像或每个第二获取的图像重构所述待检验区域的三维模型。
根据第一替代方案，应用称为DFF(聚焦深度)的三维重建方法。光学传感器38被配置成在获取第二图像期间具有恒定图像获取轴线。其被配置成获取数个第二图像，每次在图像之间沿着获取轴线偏移最大清晰度平面而不进行移动。接下来，模块60被编程为组合不同所捕获图像的清晰区并且重建待检验区域的三维浮凸。
根据另一替代方案，应用称为DRD(离焦深度)的三维重建方法。分析至少一个第二图像。通过分析第二图像或每个第二图像中的光学模糊水平而重建所检验区域的浮凸。在第二图像或每个第二图像中，一地带的模糊水平越高，相对于清晰地带在深度方向移位越大。通过了解光学传感器38的光学参数，可能确定与第二图像的每个像素相关联的待检验区域的点的深度。
例如，通过测量图像中的对比度来测量图像中的光学模糊水平。低对比度指示图像的不清晰区，而高对比度指示图像的清晰区。
有利地，将纹理化光图案投射在待检验区域上，以便增加对比度并且改善光学模糊分析的精确度。像以前一样，此光图案例如包括平行线、条纹或棋盘。
根据另一替代方案，使用根据编号FR 2,995,438公布的申请案中描述的方法来重建待检验区域的三维模型。
替代地，模块56、58和60被制成可编程逻辑组件，诸如FPGA(现场可编程门阵列)的形式或者专用集成电路，诸如ASIC(特定应用集成电路)的形式。
应注意，载架40和光学传感器38均适合于在水下使用。
现在将描述根据本发明的检验方法。
如图3中所示，此方法至少包括以下步骤：
-S10：使用载架40将光学传感器38放置在待检验部件前面；
-S12：使用光学传感器38获取部件的至少一个参考部分的至少一个第一图像，所述第一图像是以第一放大率拍摄的；
-S14：使用第一获取的图像或每个第一获取的图像重构部件的所述参考部分的三维模型；
-S16：使用三维模型计算待检验区域相对于光学传感器38的位置；
-S18：在可选地移动光学传感器38之后，使用光学传感器38获取待检验区域的至少一个第二图像，待检验区域的第二图像或每个第二图像是以高于第一放大率的第二放大率拍摄的。
载架40通常为上文描述的类型。其使得能够以相对于待检验部件数个厘米的位置误差来布置光学传感器38。优选地，光学传感器38定位在部件的突出部分前面，例如，边沿或拐角。
光学传感器38通常为上文描述的类型。
在步骤S12中，从控制站42远程控制待用于获取第一图像或每个第一图像的放大率。第一放大率取决于参考部分的大小。如上所述，在获取第一图像或每个第一图像期间，部件的参考部分通常是由结构化光照射。结构化光包括例如平行线、棋盘、条纹等的图案。
图案是基于待照射部件的参考部分的形状而选取的。
(多个)第一图像是以中场获取的，获取的图像或每个获取的图像覆盖在20×20mm2与1000×1000mm2之间，优选地在100×100mm2与500×500mm2之间，以及等于约300×300mm2的参考部分的表面积。
通常，从控制站42触发第一图像或每个第一图像的获取。
(多个)第一图像被发送到信息处理单元54并且存储在所述单元的存储器中。
通过计算重构部件的参考部分的三维模型。如先前所指示，当从除投射方向以外的方向观察时，投射在参考部分上的光图案显现为变形。此变形的图案可在第一图像或每个第一图像中看见。(多个)所述图像用于重建部件的参考部分的几何形状。
替代地，使用其它三维重构技术，诸如，用于计算光的飞行时间(TOF)的技术或者使用在待重建表面上投射并且扫描的光线的三角测量技术。
为了计算待检验区域相对于光学传感器38的位置，使用部件的理论三维模型，从而至少覆盖参考部分和待检验区域。
首先，通过使用先前重构的三维模型和部件的理论三维模型来评估光学传感器相对于参考部分的位置。然后，使用先前计算的参考部分相对于光学传感器的位置以及针对理论三维模型给出的待检验区域相对于参考部分的位置，计算待检验区域相对于光学传感器的位置。
在开始用于获取(多个)第二图像的步骤S18之前，从控制站42修改由光学传感器获取的图像的放大率。更具体来说，通过从控制站42致动马达46修改透镜44的焦距，使得以第二放大率拍摄第二图像或每个第二图像。第二放大率取决于待检验区域的大小。
在获取步骤S18期间，基于实现的图像的利用的类型获取一个或数个第二图像。所述图像被发送到信息处理单元54并且存储在所述单元的存储器中。
有利地，方法包括用于通过使用(多个)获取的第二图像三维重建待检验区域的步骤S20。
此三维重建方法通常使用光学模糊方法。此方法使得可能在近场中表征小于十分之一毫米的表面异常。近场是指每个获取的第二图像覆盖在1×1mm2与10×10mm2之间的待检验区域的表面的事实。
使用第二图像或每个第二图像，通过计算重构待检验区域的三维模型。该重构是使用称为DFF(聚焦深度)的三维重构方法或者称为DFD(离焦深度)的三维重构方法或者根据编号FR 2,995,438公布的三维重建方法而完成的。
替代地，借助用于获取一个或多个第一图像的相机以及用于获取第二图像或每个第二图像的不同于第一个相机的另一相机而实现本发明。有利地，每个相机具有其自己的照明装置。替代地，光学传感器具有两个相机和单个照明装置。

Claims (11)

1.一种用于检验核反应堆部件的区域的方法，所述方法包括以下步骤：
-使用载架(40)将光学传感器(38)放置在待检验部件前面；
-使用所述光学传感器(38)获取所述部件的至少一个参考部分的至少一个第一图像，第一图像或每个第一图像是以第一放大率拍摄的；
-使用第一获取的图像或每个第一获取的图像重构所述部件的所述参考部分的三维模型；
-使用所述三维模型计算待检验区域相对于所述光学传感器(38)的位置；
-使用所述光学传感器(38)获取所述待检验区域的至少一个第二图像，所述待检验区域的第二图像或每个第二图像是以高于第一放大率的第二放大率拍摄的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述光学传感器(38)包括相机(43)，第一图像或每个第一图像和第二图像或每个第二图像是使用所述相机(43)获取的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述相机(43)包括变焦透镜(44)和用于改变所述透镜(44)的焦点的马达(46)，用来在用于获取至少一个第一图像的步骤与用于获取至少一个第二第一图像的步骤之间修改放大率。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述光学传感器(38)包括光源(50)，在用于获取至少一个第一图像的步骤期间，所述部件的所述参考部分由结构化光来照射。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述方法包括用于通过使用第二获取的图像或每个第二获取的图像，优选地通过光学模糊方法来重构所述待检验区域的三维模型的步骤。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述核反应堆(1)包括容器(2)、内部设备(10、12)和多个核燃料组合件，所述内部设备(10、12)和所述核燃料组合件在所述核反应堆(1)的正常操作阶段期间放置在所述容器(2)中，所述方法在所述核反应堆(1)的停止阶段期间执行，所述部件位于所述容器(2)内部并且例如是容器底部入口(34)或用于使内部设备(10、12)围绕所述容器(2)的中心轴线沿圆周保持就位的装置(24)的元件。
7.一种用于检验核反应堆部件(1)的区域的装置，所述装置(36)包括光学传感器(38)和被配置成将所述光学传感器(38)放置在所述待检验部件前面的载架(40)，所述光学传感器(38)被配置成：
-获取所述部件的至少一个参考部分的至少一个第一图像，第一图像或每个第一图像是以第一放大率拍摄的；
-使用第一获取的图像或每个第一获取的图像重构所述部件的所述参考部分的三维模型；
-使用所述三维模型计算待检验区域相对于所述光学传感器(38)的位置；
-获取所述待检验区域的至少一个第二图像，所述待检验区域的第二图像或每个第二图像是以高于第一放大率的第二放大率拍摄的。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述光学传感器(38)包括单个相机(48)，其被配置成获取第一图像或每个第一图像和第二图像或每个第二图像。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于所述相机(43)包括变焦透镜(44)和用于改变所述透镜(44)的焦点的马达(46)。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于所述光学传感器(38)包括光源(50)，其被配置成在用于获取至少一个第一图像的步骤期间以结构化光来照射所述部件的所述参考部分。
11.根据权利要求7到10中任一项所述的装置，其特征在于所述光学传感器(38)包括用于通过使用第二获取的图像或每个第二获取的图像，优选地通过光学模糊方法来重构所述待检验区域的三维模型的模块。
CN201780037668.5A 2016-06-22 2017-06-21 用于检验核反应堆部件的方法和装置 Active CN109313947B (zh)

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