CN111259852A - 一种用于核电站组件编码的识别系统及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核电站组件编码的识别系统及识别方法，所述识别系统包括：针式打标装置，设置为在新组件的头部形成编码；新组件装载机，设置为对形成有编码的新组件进行转移，所述新组件装载机包括导向管和导向柱，新组件设于导向管内，并与导向管一同相对于导向柱移动，所述导向管具有第一开孔，所述导向柱具有第二开孔；安装于所述第二开孔内的识别装置和偏振光源，所述偏振光源能够通过第一开孔照射新组件的编码，所述识别装置能够通过第一开孔对编码进行识别，所述第二开孔具有倾角，使得识别装置具有安装角度；摄像装置，设置为拍摄乏组件的编码视频；图像处理装置，设置为对所述编码视频中的编码进行解码；以及监控装置。

Description

一种用于核电站组件编码的识别系统及识别方法

技术领域

本发明的实施例涉及核工程技术领域，特别涉及一种用于核电站组件编码的识别系统及识别方法。

背景技术

核反应堆中各类组件是维持链式反应和反应堆功率控制的重要元件，所有组件均有唯一的编号，组件的转移及操作十分重要。为了保证组件操作的正确性，有必要对组件编号进行识别。

然而，现有的压水堆和快堆等领域，对于组件的插拔操作以及运输过程，均未设置任何识别装置来对组件编号进行自动判断，由此极有可能因为人因失误而导致组件插拔错误和运输错误，从而造成损失甚至引发危险。

在快中子核反应堆中，新燃料库房中一般采用新组件装载机对新组件进行转移，新组件在新组件装载机中处于密闭黑暗环境并且处于运动状态，这对新组件编号的自动识别带来了困难。反应堆堆芯内的高温、高压、高放射性、强腐蚀性以及密闭环境使得堆芯内无法识别组件编号。乏组件的高放射性也给乏组件编号的自动识别带来了困难。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于核电站组件编码的识别系统及识别方法，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于核电站组件编码的识别系统，包括：针式打标装置，设置为在新组件的头部形成编码；新组件装载机，设置为对形成有编码的新组件进行转移，所述新组件装载机包括导向管和导向柱，新组件设于导向管内，并与导向管一同相对于导向柱移动，所述导向管具有第一开孔，所述导向柱具有第二开孔；安装于所述第二开孔内的识别装置和偏振光源，所述偏振光源能够通过第一开孔照射新组件的编码，所述识别装置能够通过第一开孔对编码进行识别，所述第二开孔具有倾角，使得识别装置具有安装角度；摄像装置，设置为拍摄乏组件的编码视频；图像处理装置，设置为对所述编码视频中的编码进行解码；以及监控装置，所述监控装置发送摄像装置进行拍摄的指令，接收识别装置的识别结果以及图像处理装置的解码结果，并将所述识别结果和所述解码结果与预设信息进行比较。

根据一些实施方式，所述第一开孔的位置根据所述第二开孔的位置以及所述新组件装载机的导向管位置确定。

根据一些实施方式，所述新组件的头部包括由多个槽分隔开的多个圆弧面，所述针式打标装置设置为在多个圆弧面的每一个上形成编码。

根据一些实施方式，所述系统还包括提升装置，所述提升装置设置为调整摄像装置的拍摄位置。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于核电站组件编码的识别方法，包括：利用针式打标装置在新组件的头部形成编码；利用新组件装载机对形成有编码的新组件进行转移，在转移过程中，利用设于导向柱的第二开孔内的偏振光源通过导向管的第一开孔照射所述编码，并且利用设于所述第二开孔内的识别装置以预定角度通过所述第一开孔对编码进行识别，以对正在操作的新组件进行确认；利用摄像装置拍摄乏组件的编码视频；以及利用图像处理装置对所述编码视频中的编码进行解码，并将解码结果发送给监控装置。

根据一些实施方式，所述新组件的头部包括由多个槽分隔开的多个圆弧面，利用针式打标装置在所述多个圆弧面的每一个上形成编码。

根据一些实施方式，所述方法还包括：利用提升装置调整摄像装置的拍摄位置。

在根据本发明的实施例的用于核电站组件编码的识别系统中，通过设置针式打标装置，可以在新组件上形成永久凹痕，实现工件的永久追溯性，同时，针刻打标的方式可以保证编码具有一定的深度、良好的清晰度和耐腐蚀能力，识别率高且不会污染反应堆的冷却剂；通过设置识别装置和偏振光源，可以在新组件装载机的黑暗环境中对处于运动状态的新组件的编码进行自动识别，以确认正在操作的新组件是否正确，从而在不影响现有工艺过程的情况下提高组件操作的可靠性；通过将识别装置设置为具有安装角度，可以增强编码与组件表面之间的对比度，从而达到更好的识别效果；通过设置摄像装置和图像处理装置，可以对乏组件的编码进行获取及解码操作，实现乏组件的跟踪、记录和管理，能够更全面、可靠地掌握组件信息。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于核电站组件编码的识别系统的示意图；

图2示出了图1的识别系统的新组件装载机的结构示意图；

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的新组件的结构示意图；

图4示出了图3的新组件的头部的示意图；

图5示出了图1的识别系统的针式打标装置形成的编码的示意图；

图6示出了图1的识别系统的识别装置的安装角度的示意图；

图7示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于核电站组件编码的识别方法的流程图；以及

图8示出了乏组件编码识别的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。

在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于核电站组件编码的识别系统100的示意图，图2示出了图1的识别系统的新组件装载机的结构示意图。如图1-2所示，识别系统100包括针式打标装置20，设置为在新组件的头部形成编码；新组件装载机30，设置为对形成有编码的新组件进行转移，新组件装载机30包括导向管31和导向柱32，新组件设于导向管31内，并与导向管31一同相对于导向柱32移动，导向管31具有第一开孔33，导向柱32具有第二开孔34；安装于第二开孔34内的识别装置41和偏振光源42，偏振光源42能够通过第一开孔33照射新组件的编码，识别装置41能够通过第一开孔33对编码进行识别，第二开孔34具有倾角，使得识别装置41具有安装角度；摄像装置51，设置为拍摄乏组件的编码视频；图像处理装置52，设置为对所述编码视频中的编码进行解码；以及监控装置60，监控装置60发送摄像装置51进行拍摄的指令，接收识别装置41的识别结果以及图像处理装置52的解码结果，并将所述识别结果和所述解码结果与预设信息进行比较。

在根据本发明的实施例的用于核电站组件编码的识别系统中，通过设置针式打标装置20，可以在新组件上形成永久凹痕，实现工件的永久追溯性，同时，针刻打标的方式可以保证编码具有一定的深度、良好的清晰度和耐腐蚀能力，识别率高且不会污染反应堆的冷却剂；通过设置识别装置41和偏振光源42，可以在新组件装载机30的密闭黑暗环境中对处于运动状态的新组件的编码进行自动识别，以确认正在操作的新组件是否正确，从而在不影响现有工艺过程的情况下提高组件操作的可靠性；通过将识别装置41设置为具有安装角度，可以增强编码与组件表面之间的对比度，从而达到更好的识别效果；通过设置摄像装置51和图像处理装置52，可以对乏组件的编码进行获取及解码操作，实现乏组件的跟踪、记录和管理，能够更全面、可靠地掌握组件信息。

核电站组件包括新组件和乏组件，其中，进入核反应堆之前的组件称为新组件，从核反应堆出来的组件称为乏组件。核电站组件的种类例如可以包括燃料组件、控制棒组件等。图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的新组件10的结构示意图，图4示出了图3的新组件10的头部11的示意图。如图3-4所示，以燃料组件为例，新组件10包括头部11、燃料段12以及管脚段13。新组件10整体呈圆柱状，头部11包括由多个槽分隔开的多个圆弧面。参照图4，在头部11的圆柱面上开有六个槽，六个槽等分圆柱面，形成六个圆弧面。

在核反应堆中，新组件10的种类和数量繁多，每个新组件10上均设有唯一的编号。在本发明的实施例中，通过自动识别技术来识别并核对进入反应堆的新组件是否正确，以及跟踪、记录从反应堆出来的乏组件。明码标记的编号为八位数字编号，其不具有纠错功能，识读率低，一位数字被挡住或污损，整个编号就无法识别，不适用于核电站组件编号的自动读取，因此需要将现有的编号标记转换为编码标记，以提高编码的读取率和可靠性。编码包括一维编码和二维编码，两者均具有纠错功能。具体地，二维编码包括DM码和QR码。本发明对一维编码和二维编码(DM码和QR码)的数据类型、数据数量、安全可靠性、识读率、纠错能力等进行了比较分析，结果如表1所示。

表1一维编码、二维编码(DM码和QR码)分析比较

根据以上比较，以上编码方式均满足8位数字编码的要求；二维编码相较于一维编码，具有信息量大、安全可靠、识读率高、纠错能力强等优点。对于DM码和QR码，两者都有很强的纠错能力，但DM码在编码破损的表现更为出色，有些条码只需读取资料的20％即可精确辨读；同时，DM码的尺寸可任意调整，最大可到14平方英寸，最小可到0.0002平方英寸，这个尺寸也是目前一维编码与二维编码中最小的。因此，本发明的编码形式优选采用DM码。进一步地，本发明选用的DM码类型为ECC200。ECC200利用Reed-Solomon算法产生多项式计算错误纠正码，是性能优良的纠错码，它具有纠正突发错误和随机错误的能力，而纠正突发错误更为有效，在线性分组码中它的纠错能力和编码效率是最高的。

组件的外表面材料一般为不锈钢，外形为圆柱面，应用于辐射环境中。组件外表面的材料、形状和应用环境三者对在组件上形成编码的方式做出了限制和要求。现有的加工永久性标记的方法一般采用直接零件标记技术DPM(Direct Part Marking)，是将可机器识读的编码直接标记在产品或零件表面上的技术。DPM技术可以分为：

激光直接标记技术(Laser Marking)，激光与材料相互作用，材料热影响区温度短时间内迅速上升，使被加工材料表面产生熔化、烧蚀甚至汽化等，从而形成标记；

电化学刻蚀技术(Electro-Chemical Etching)，利用电子/化学反应，将预先设计和打印的模板印在材料上；

喷墨标记技术(Ink Jet Marking)，DPM的喷墨打印机与常见的PC打印机原理相同，它可以精确地将墨滴喷射到材料表面；

机械点针标记技术(Dot Peen)，利用碳化物或金刚石笔尖以气动或机电方式打击材料表面，形成永久凹痕，目前二维编码的打标工艺为电磁点针打标。

本发明对四种DPM标记技术进行对比分析，结果如表2所示。

表2 DPM标记技术分析

根据以上分析，以上四种标记技术均能满足在金属材质上打码，但电化学标记打码速度较慢，且与金属产生化学反应，不适于用作新组件的标记技术；喷墨标记抗磨损能力弱，也不适于用作新组件的标记技术。

本发明对激光标记技术和点针标记技术的标记效果分别进行试验，发现使用激光标记技术达到100μm以上的编码深度时存在标记时间过长(约300s)以及工件熔融、编码质量差的问题；而使用点针标记技术得到的编码清晰、标记时间短。此外，组件要在堆芯冷却剂里长时间浸泡，冷却剂的高温和强腐蚀性会对编码进行加热并会导致发生化学腐蚀反应。本发明模拟堆芯的高温和强腐蚀性环境对组件编码进行浸泡试验，将点针标记和激光标记的两种试验样品放在模拟的高温和强腐蚀性液体中持续加热240小时，取出并清洗后，发现点针标记的样品仅表面变乌、失去金属光泽；而激光标记的样品不仅表面变乌、失去金属光泽，而且编码对比度差、边缘区域已磨损、黑色区域被还原腐蚀，即激光标记会在金属表面形成不稳定的氧化物，金属氧化物在高温强腐蚀性液体中很快被还原，从而给堆芯冷却剂带来氧与金属杂质的污染，影响堆芯冷却剂的纯净度。

可见，针刻标记的二维编码比激光标记的二维编码的耐腐蚀性能更好，读取率也相应更高，本发明采用针刻标记方式，即采用针式打标装置20形成编码。

具体地，本发明的针式打标装置20设置为在新组件的头部形成DM码。

由于新组件在新组件装载机30内运动时，新组件的头部最先暴露在识别装置41的视野范围内，因此可最先对编码进行识别，识别装置41将识别结果发送至监控装置60，与监控装置60存储的预设信息进行比较，以判断抓取的新组件是否正确；并且，新组件装载机30采用钢丝绳驱动抓取装置带着新组件在导向管31内上下移动，钢丝绳连接是一种柔性连接，这使得组件会偏离轴线左右晃动，而组件头部比组件管脚段的晃动幅度要小，将编码设于头部更有利于编码的稳定识别；此外，新组件头部的辐照剂量最小，对识别装置41的辐照损伤最小。因此，本发明的针式打标装置20设置为在新组件的头部形成编码。

考虑到识别装置41的安装位置是固定的，而新组件上的编码的位置相对于识别装置41的方位不确定，为了增加编码识别的冗余度和可靠性，本发明的针式打标装置20设置为在新组件的头部11的多个圆弧面的每一个上形成编码。

图5示出了图1的识别系统的针式打标装置20形成的编码21的示意图，如图5所示，编码21的图案由针式打标装置20点针打标形成的多个点构成。

编码21的识别效果取决于编码的尺寸以及深度，编码太深且尺寸太小，导致编码太密集，不易识别；编码太浅且尺寸太大，导致编码太稀疏，也不易识别。同时，编码的标记位置为新组件头部的圆弧面，编码标记尺寸越大，受到弧面弯曲的影响越大，编码越不易被识别；但编码尺寸越小，在相同污染程度下，编码部分被污染的比例就越大，影响后续的识别效果。

此外，识别装置41的识别角度也会对识别效果产生影响，当识别装置41的镜头以一定角度面对编码而非正对编码时，可以加强编码与新组件表面之间的对比度，从而达到良好的识别效果。图6示出了图1的识别系统100的识别装置41的安装角度的示意图，如图6所示，识别装置41相对于水平方向成角度α安装，安装角度决定了识别装置41的识别角度，识别装置41的镜头正对方向与水平方向之间也成角度α。识别装置41的安装角度α又由导向柱32的第二开孔34的倾角决定。

可见，编码尺寸、编码深度值以及识别装置41的安装角度是决定编码识别效果的关键。

新组件装载机30是新组件工艺运输的主要设备，其功能是抓取和插入新组件，例如可以用于将新组件从新组件运输容器转移到通规(一种用于检查新组件是否合格的设备)内。新组件装载机从新组件运输容器中抓取组件过程中自动识别一次新组件编码，从而最早识别新组件编号。以便判断从新组件运输容器内抓取的组件编号是否与换料计划表中的一致。

新组件装载机30包括导向柱32以及设于导向柱32内的导向管31，由钢丝绳控制的抓取装置抓取和插入新组件，新组件在导向管31内与导向管一起沿竖直方向上下运动，新组件导向柱32固定在机械设备上，并能以一定的弧度水平旋转运动。

第二开孔34可以贯穿导向柱32一侧的侧壁；为识别装置41配置偏振光源42，能够在导向柱32的黑暗环境中为编码的识别提供照明。第一开孔33的位置可以根据第二开孔34的位置以及新组件装载机30的导向管位置确定，使得当新组件的编码进入识别装置41的视野范围时，第一开孔33可以将编码暴露出来，避免导向管管壁的阻挡。第二开孔34外可以罩设辐射防护装置，用以减小辐射造成的损害。

乏组件从反应堆出来以后将进入接收水池，乏组件经过清洗后被放至接收水池后，此时乏组件表面已经无冷却剂粘连，并且水池温度较低、水体无杂质且清澈、光照可控。而且这是乏组件出堆后的首次识别，因此在乏组件接收水池内适合安装乏组件编码识别设备。摄像装置51安装在接收水池内对乏组件的编码进行实时拍摄，并将所拍摄的编码视频发送至图像处理装置52，图像处理装置52安装有解码软件，用于对编码视频中的编码进行解码，并将解码结果发送给监控装置60用于与预设信息进行比较，以确定已经出堆的乏组件信息，判断当前进入接收水池的乏组件是否正确。所述预设信息可以是换料计划中的组件编号。

本发明的编码识别系统100还可以包括提升装置，所述提升装置设置为调整摄像装置51的拍摄位置。摄像装置51可以通过云台与提升装置连接，通过控制提升装置的水平移动、竖直移动以及云台的旋转，能够将摄像装置51调整到合适的位置。本发明的编码识别系统100还可以包括摄像装置控制器53，用于接收监控装置60的指令以对摄像装置51进行控制，同时接收摄像装置51拍摄的编码视频，并将编码视频发送给图像处理装置52。提升装置由人工控制，摄像装置51的云台经由摄像装置控制器53进行远程控制，以将摄像装置51调整为距离乏组件编码的位置最优；同时也可以通过提升装置将摄像装置51带出接收水池，方便摄像装置51的维保。

由于乏组件具有特别大的放射性(γ辐照)，因此需要计算出摄像装置51在一定时间所承受的辐照剂量，通过γ辐照试验，确定摄像装置51在此段时间内能否可靠工作。如果不能工作，可以通过加装辐射防护装置来降低其承受的辐照量，从而延长其可靠工作时间。

图7示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于核电站组件编码的识别方法的流程图，如图7所示，所述编码识别方法可以包括以下步骤：

S1，利用针式打标装置在新组件的头部形成编码；

S2，利用新组件装载机对形成有编码的新组件进行转移，在转移过程中，利用设于导向柱的第二开孔内的偏振光源通过导向管的第一开孔照射所述编码，并且利用设于所述第二开孔内的识别装置以预定角度通过所述第一开孔对编码进行识别，以对正在操作的新组件进行确认；

S3，利用摄像装置拍摄乏组件的编码视频；以及

S4，利用图像处理装置对所述编码视频中的编码进行解码，并将解码结果发送给监控装置。

通过以上步骤，可以在核电站组件的运输过程中真实且自动地识别当前操作的新组件的编码以及进入接收水池的乏组件的编码，并给监控装置发送真实的组件编号，用于组件信息的记录、判别和管理。通过新组件和乏组件编号的识别，能够更全面、可靠地掌握组件信息，提高组件操作的可靠性。

图8示出了乏组件编码识别的示意图，如图8所示，摄像装置51接收摄像装置控制器53的指令，实时拍摄乏组件16的编码视频，并将编码视频发送给摄像装置控制器53；摄像装置控制器53进一步将编码视频发送给图像处理装置52，图像处理装置52对编码视频中的编码进行解码，并将解码得到的组件编号发送给监控装置60，同时监控装置60可将指令发送给摄像装置控制器53。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚地示出各个部件的细节，附图中的各个部件并不是按比例绘制的，所以附图中的各个部件的比例也不应作为一种限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (7)

1.一种用于核电站组件编码的识别系统，包括：

针式打标装置，设置为在新组件的头部形成编码；

新组件装载机，设置为对形成有编码的新组件进行转移，所述新组件装载机包括导向管和导向柱，新组件设于导向管内，并与导向管一同相对于导向柱移动，所述导向管具有第一开孔，所述导向柱具有第二开孔；

安装于所述第二开孔内的识别装置和偏振光源，所述偏振光源能够通过第一开孔照射新组件的编码，所述识别装置能够通过第一开孔对编码进行识别，所述第二开孔具有倾角，使得识别装置具有安装角度；

摄像装置，设置为拍摄乏组件的编码视频；

图像处理装置，设置为对所述编码视频中的编码进行解码；以及

监控装置，所述监控装置发送摄像装置进行拍摄的指令，接收识别装置的识别结果以及图像处理装置的解码结果，并将所述识别结果和所述解码结果与预设信息进行比较。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一开孔的位置根据所述第二开孔的位置以及所述新组件装载机的导向管位置确定。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述新组件的头部包括由多个槽分隔开的多个圆弧面，所述针式打标装置设置为在多个圆弧面的每一个上形成编码。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括提升装置，所述提升装置设置为调整摄像装置的拍摄位置。

5.一种用于核电站组件编码的识别方法，包括：

利用针式打标装置在新组件的头部形成编码；

利用新组件装载机对形成有编码的新组件进行转移，在转移过程中，利用设于导向柱的第二开孔内的偏振光源通过导向管的第一开孔照射所述编码，并且利用设于所述第二开孔内的识别装置以预定角度通过所述第一开孔对编码进行识别，以对正在操作的新组件进行确认；

利用摄像装置拍摄乏组件的编码视频；以及

利用图像处理装置对所述编码视频中的编码进行解码，并将解码结果发送给监控装置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述新组件的头部包括由多个槽分隔开的多个圆弧面，利用针式打标装置在所述多个圆弧面的每一个上形成编码。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：利用提升装置调整摄像装置的拍摄位置。

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