CN109975303B - 一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置及方法 - Google Patents

一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及管道及格架类机器人应用技术领域，具体公开了一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置及方法。该装置中PMC操作平台安装在PMC行车上，并在PMC操作平台上布置有检测终端和检测控制器，在PMC行车上安装的行车吊钩上吊有燃料件抓具，通过燃料抓具携带检测机构移动至位于乏燃料水池中的燃料格架，检测控制器通过电缆与检测机构相连接，用于控制检测机构对燃料格架进行孔洞定位测量和内壁检测。该装置无需人到乏池进行定位操作，可通过图像自动定位可快速矫正PMC行车与燃料格架口位置偏差，定位效率及精度高；内壁锈蚀自动识别完成内壁锈蚀的检测，并可完成锈蚀位置的确定，便于检修；在高辐射环境下减小了人员辐射剂量，大大保护了人员安全。

Description

一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置及方法
技术领域
本发明属于管道及格架类机器人应用技术领域，具体涉及一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置及方法。
背景技术
核电站乏燃料水池(乏池)燃料储存格架是用于储存燃料组件的装置，自身为细长形结构(225 x 225 x 4285mm)。压水堆核电站均设置有燃料贮存格架，其中乏燃料贮存格架放置在乏燃料水池用以贮存反应堆卸出的乏燃料组件。
在核电站乏燃料水池(乏池)燃料储存格架调试阶段：核燃料操作系统(PMC)需要使用模拟燃料组件对乏燃料吊车及装卸料机涉及的所有格架进行精确定位及标定操作。相关操作目前安排在乏池排水后干态情况下人工进入堆腔(或乏池)进行一一通过目视查看模拟燃料组件与堆芯围板或者乏燃料存储格架间的间隙进行调整，存在效率低、精度有限、易引入异物的风险。
由于乏燃料放射性活度大、衰变热大，并含有相当量的可裂变材料，且乏池充满硼酸。受此影响，格架在核电站全寿命期间存在腐蚀风险。因此需要定期对其内壁进行锈蚀检测。由于其细长结构及水下辐射环境对检测提出了巨大挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置及方法，可提升工程质量并缩短建设期间PMC调试周期、降低成本，同时应用于核电站格架缺陷检查的在役服务。
本发明的技术方案如下：一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置，该装置包括PMC行车、PMC操作平台、检测终端以及检测机构，其中，PMC操作平台安装在PMC行车上，并在PMC操作平台上布置有检测终端和检测控制器，在PMC行车上安装的行车吊钩上吊有燃料件抓具，通过燃料抓具携带检测机构移动至位于乏燃料水池中的燃料格架，检测控制器通过电缆与检测机构相连接，用于控制检测机构对燃料格架进行孔洞定位测量和内壁检测。
所述的检测机构上部分为燃料组件上管座结构，下部分结构为两节连接杆结构，并在连接杆最下端设有摄像头组件及灯光组件。
所述的摄像头组件中心与检测机构上部分燃料组件上管座部件中心同轴；所述的摄像头为全景摄像头，不低于200万像素。
所述的检测机构及其上安装的摄像头组件的总体长度与燃料组件长度一致。
所述的检测终端中具有图像定位测量模块，其可以测量出燃料格架口的物理中心位置坐标，并计算与摄像机即PMC行车中心坐标值之差，并反馈给PMC控制中心进行坐标修正，从而矫正PMC吊具位移至燃料格架口正上方；同时，定位测量模块可按燃料格架编号进行数据存储，其可自动识别燃料格架内壁锈蚀形状，并测出其与燃料格架口的垂直距离。
所述的检测控制器通过电缆与检测机构连接，通过检测控制器可控制摄像头照明灯光亮度、相机曝光时间以及相机信号增益。
一种用于孔洞定位测量和内壁检测的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、利用执行机构将检测机构移动至被检目标口处，并利用目标轮廓特征点的坐标提取进行坐标矫正，并完成定位检测；
步骤2、利用执行机构将检测机构移入目标内，计算获得目标位置信息，并进行图像矫正存储。
所述步骤1具体包括：
步骤1.1、利用执行机构将检测机构中的摄像头定位在孔或格架口目标正前方；
步骤1.2、进行目标图像采集，并进行图像矫正；
步骤1.3、对矫正后的图像进行目标轮廓特征点坐标提取，并获得目标轮廓中心点坐标与执行机构坐标的差值；
步骤1.4、将差值反馈至检测控制器进行坐标矫正，完成定位检测。
所述步骤2具体包括：
步骤2.1、利用执行机构将检测机构中的摄像头移入孔或格架内；
步骤2.2、记录执行机构位移速度和进入时间，并在到达目标位置后，根据速度和时间获得位移距离；
步骤2.3、采集并对目标位置图像进行矫正，并对内壁目标图像进行边缘检测；
利用Canny算子对目标图像边缘进行轮廓提取；
步骤2.4、对目标边缘轮廓内像素进行像素颜色填充，记录填充后的图像，完成内壁检测识别。
所述步骤1.3具体包括：
步骤1.3.1、对燃料格架口图像提取坐标，获得目标轮廓中心点坐标理论值与执行机构坐标实际值的差值；
设相机中心点为O(0,0)，所要计算获得中心点为P；
图像矫正后提取燃料格架方形口四个角坐标值为A(XA，YA)、B(XB，YB)、C(XC，YC)、D(XD，YD)；图像比例尺系数方口边长a，则可以求出P(XP，YP)
则可以计算出P与O的偏差值(ΔX，ΔY):
步骤1.3.2、对圆形孔洞口图像提取坐标，获得目标轮廓中心点坐标理论值与执行机构坐标实际值的差值；
设相机中心点为O(0,0)，所要计算获得中心点为P；
图像矫正后提取圆孔上面坐标值A(XA，YA)、B(XB，YB)、C(XC，YC)。图像比例系数为圆孔半径/>则可列出P(XP，YP)的方程式：
进而求出P(XP，YP)的唯一解；则可以计算出P与O的偏差值(ΔX,ΔY):
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置及方法，无需人到乏池进行定位操作，可通过图像自动定位可快速矫正PMC行车与燃料格架口位置偏差，定位效率及精度高，大大缩减了施工时间；内壁锈蚀自动识别完成内壁锈蚀的检测，并可完成锈蚀位置的确定，便于检修；在高辐射环境下减小了人员辐射剂量，大大保护了人员安全。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置示意图；
图中：1、PMC行车；2、PMC操作平台；3、检测终端；4、检测控制器；5、电缆；6、行车吊钩；7、燃料组件抓具；8、检测机构；9、燃料格架；10、升降平台；11、乏燃料水池。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置，包括PMC行车1、PMC操作平台2、检测终端3以及检测机构8，其中，PMC操作平台2安装在PMC行车1上，并在PMC操作平台2上布置有检测终端3和检测控制器4，在PMC行车1上安装的行车吊钩6上吊有燃料件抓具7，通过燃料抓具7携带检测机构8移动至位于乏燃料水池11中的燃料格架9，检测控制器4通过电缆5与检测机构8相连接，用于控制检测机构8对燃料格架9进行孔洞定位测量和内壁检测；检测机构8上部分为燃料组件上管座部件，其下部为两节连接杆结构，并在连接杆最下端安装有摄像头组件及灯光组件；包括摄像头在内的整个检测机构8总长与燃料组件长度一致，在4200mm范围左右，摄像头组件中心与燃料组件上管座部件中心同轴；摄像头位于检测机构8的底部，采用全景摄像头，不低于200万像素，可同时对燃料组件内壁及底部进行检测；检测控制器4通过电缆5与检测机构8连接，通过检测控制器4可控制摄像头照明灯光亮度、相机曝光时间以及相机信号增益；检测终端3中具有图像定位测量模块，其可以测量出燃料格架口的物理中心位置坐标，并计算与摄像机即PMC行车中心坐标值之差，并反馈给PMC控制中心进行坐标修正，从而矫正PMC吊具位移至燃料格架口正上方；同时，定位测量模块可按燃料格架编号进行数据存储，其可自动识别燃料格架内壁锈蚀形状，并测出其与燃料格架口的垂直距离。
一种用于孔洞定位测量和内壁检测的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、利用执行机构将检测机构移动至被检目标口处，并利用目标轮廓特征点的坐标提取进行坐标矫正，并完成定位检测；
步骤1.1、利用执行机构将检测机构中的摄像头定位在孔或格架口目标正前方；
步骤1.2、进行目标图像采集，并进行图像矫正；
步骤1.3、对矫正后的图像进行目标轮廓特征点坐标提取，并获得目标轮廓中心点坐标与执行机构坐标的差值；
步骤1.3.1、对燃料格架口图像提取坐标，获得目标轮廓中心点坐标理论值与执行机构坐标实际值的差值；
设相机中心点为O(0，0)，所要计算获得中心点为P；
图像矫正后提取燃料格架方形口四个角坐标值为A(XA，YA)、B(XB，YB)、C(XC，YC)、D(XD，YD)；图像比例尺系数方口边长a，则可以求出P(XP，YP)
则可以计算出P与O的偏差值(ΔX，ΔY)：
步骤1.3.2、对圆形孔洞口图像提取坐标，获得目标轮廓中心点坐标理论值与执行机构坐标实际值的差值；
设相机中心点为O(0，0)，所要计算获得中心点为P；
图像矫正后提取圆孔上面坐标值A(XA，YA)、B(XB，YB)、C(XC，YC)。图像比例系数为圆孔半径/>则可列出P(XP，YP)的方程式：
进而求出P(XP，YP)的唯一解；则可以计算出P与O的偏差值(ΔX，ΔY)：
步骤1.4、将差值反馈至检测控制器进行坐标矫正，完成定位检测；
步骤2、利用执行机构将检测机构移入目标内，计算获得目标位置信息，并进行图像矫正存储；
步骤2.1、利用执行机构将检测机构中的摄像头移入孔或格架内；
步骤2.2、记录执行机构位移速度和进入时间，并在到达目标位置后，根据速度和时间获得位移距离；
步骤2.3、采集并对目标位置图像进行矫正，并对内壁目标图像进行边缘检测；
利用Canny算子对目标图像边缘进行轮廓提取；
步骤2.4、对目标边缘轮廓内像素进行像素颜色填充，记录填充后的图像，完成内壁检测识别。

Claims (5)

1.一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置，其特征在于：该装置包括PMC行车(1)、PMC操作平台(2)、检测终端(3)以及检测机构(8)，其中，PMC操作平台(2)安装在PMC行车(1)上，并在PMC操作平台(2)上布置有检测终端(3)和检测控制器(4)，在PMC行车(1)上安装的行车吊钩(6)上吊有燃料件抓具(7)，通过燃料抓具(7)携带检测机构(8)移动至位于乏燃料水池(11)中的燃料格架(9)，检测控制器(4)通过电缆(5)与检测机构(8)相连接，用于控制检测机构(8)对燃料格架(9)进行孔洞定位测量和内壁检测；所述的检测终端(3)中具有图像定位测量模块，其可以测量出燃料格架口的物理中心位置坐标，并计算与摄像机即PMC行车中心坐标值之差，并反馈给PMC控制中心进行坐标修正，从而矫正PMC吊具位移至燃料格架口正上方；同时，图像定位测量模块可按燃料格架编号进行数据存储，其可自动识别燃料格架内壁锈蚀形状，并测出其与燃料格架口的垂直距离；所述的检测机构(8)上部分为燃料组件上管座结构，下部分结构为两节连接杆结构，并在连接杆最下端设有摄像头组件及灯光组件；所述的摄像头组件中心与检测机构(8)上部分燃料组件上管座部件中心同轴；所述的摄像头为全景摄像头，不低于200万像素，可同时对燃料组件内壁及底部进行检测。
2.根据权利要求1所述的一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置，其特征在于：所述的检测机构(8)及其上安装的摄像头组件的总体长度与燃料组件长度一致。
3.根据权利要求1所述的一种用于孔洞定位测量和内壁检测的装置，其特征在于：所述的检测控制器(4)通过电缆(5)与检测机构(8)连接，通过检测控制器(4)可控制摄像头照明灯光亮度、相机曝光时间以及相机信号增益。
4.一种如权利要求1所述用于孔洞定位测量和内壁检测装置的检测方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：
步骤1、利用执行机构将检测机构移动至被检目标口处，并利用目标轮廓特征点的坐标提取进行坐标矫正，并完成定位检测；
步骤1.1、利用执行机构将检测机构中的摄像头定位在孔或格架口目标正上方；
步骤1.2、进行目标图像采集，并进行图像矫正；
步骤1.3、对矫正后的图像进行目标轮廓特征点坐标提取，并获得目标轮廓特征点坐标与执行机构坐标的差值；
步骤1.4、将差值反馈至检测控制器进行坐标矫正，完成定位检测；
步骤2、利用执行机构将检测机构移入目标内，计算获得目标位置信息，并进行图像矫正存储；
步骤2.1、利用执行机构将检测机构中的摄像头移入孔或格架内；
步骤2.2、记录执行机构位移速度和进入时间，并在到达目标位置后，根据速度和时间获得位移距离；
步骤2.3、采集并对目标位置图像进行矫正，并对内壁目标图像进行边缘检测；
利用Canny算子对目标图像边缘进行轮廓提取；
步骤2.4、对目标边缘轮廓内像素进行像素颜色填充，记录填充后的图像，完成内壁检测识别。
5.根据权利要求4所述的一种用于孔洞定位测量和内壁检测的方法，其特征在于：所述步骤1.3具体包括：
步骤1.3.1、对燃料格架口图像提取坐标，获得目标轮廓中心点坐标理论值与执行机构坐标实际值的差值；
设相机中心点为O(0，0)，所要计算获得中心点为P；
图像矫正后提取燃料格架方形口四个角坐标值为A(XA，YA)、B(XB，YB)、C(XC，YC)、D(XD，YD)；图像比例尺系数方口边长a，则可以求出P(XP，YP)
则可以计算出P与O的偏差值(ΔX，ΔY)：
步骤1.3.2、对圆形孔洞口图像提取坐标，获得目标轮廓中心点坐标理论值与执行机构坐标实际值的差值；
设相机中心点为O(0，0)，所要计算获得中心点为P；
图像矫正后提取圆孔上面坐标值A(XA，YA)、B(XB，YB)、C(XC，YC)；图像比例系数为圆孔半径/>则可列出P(XP，YP)的方程式：
进而求出P(XP，YP)的唯一解；则可以计算出P与O的偏差值(Δx，ΔY)：
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