CN207232034U - 一种核燃料生坯裂纹检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种核燃料生坯裂纹检测装置，包括底座，底座上设有若干沿周向分布的立柱；立柱下端垂直固定在底座上；立柱所围成的区域中央设有用于放置核燃料生坯的托盘；每个立柱上通过升降机构连接有一个水平支架；每个水平支架上安装有一个朝向托盘方向的摄像头，使得摄像头环绕托盘分布；所有摄像头的水平视角总和不小于360°。本实用新型能够实现一次性360度静态采集，采集效率高，采集到的图像质量好，大大提高裂纹检测效率。

Description

一种核燃料生坯裂纹检测装置

技术领域

本实用新型属于核工业以及机器视觉技术领域。

背景技术

随着化石能源的日益消耗，且随之而来的空气污染和温室效应等环境问题也愈演愈烈，各国都纷纷加大对新型清洁能源的发展，其中核能便是其中之一。

核燃料芯块作为核电制备的重要元件，其各项指标需要严格把控。核燃料生坯是核燃料芯块制备过程中形成的圆柱形元件。核燃料芯块由铀混合物粉末烧结而成。一般制备流程：将合乎要求的二氧化铀粉末及添加剂放入混合转筒中均匀混合，然后经压机压制成生坯。过程繁复，难免会产生裂纹。

目前针对核燃料生坯裂纹的检测基本靠人工肉眼识别，存在人工判别差异大，漏检，效率低下，准确性差等缺点。因此，如何设计出代替人工进行生坯裂纹检测的装置，是一个亟待解决的问题，机器视觉是一个代替人眼进行裂纹识别的优良选择，但是，要利用机器视觉代替人眼，必须首先要能够很好的采集到生坯裂纹的图像。然而核燃料生坯的尺寸较小，直接人工进行图像采集存在抖动、对焦模糊等技术问题，并且需要摄像头与核燃料生坯之间进行相对旋转才能采集到覆盖核燃料生坯整个圆柱面的图像，严重影响到图像采集的质量以及后期图像处理的对准精度。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种核燃料生坯裂纹检测装置，解决现有技术中通过人工方式所采集核燃料生坯的图像质量较差的技术问题，能够实现一次性360度静态采集，采集效率高，采集到的图像质量好。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：一种核燃料生坯裂纹检测装置，包括底座，底座上设有若干沿周向分布的立柱；立柱下端垂直固定在底座上；立柱所围成的区域中央设有用于放置核燃料生坯的托盘；每个立柱上通过升降机构连接有一个水平支架；每个水平支架上安装有一个朝向托盘方向的摄像头，使得摄像头环绕托盘分布；所有摄像头的水平视角总和不小于360°。

优选的，所述立柱为4根，相邻立柱之间沿升降台周向分布的夹角为90°；每个摄像头的视角均大于90°。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的核燃料生坯裂纹检测装置十分适用于圆柱形生坯裂纹的检测，通过设置多个摄像头对生坯进行拍摄，能够拍摄出覆盖整个生坯圆柱面的图像，从而能够对整个圆柱面上的裂纹进行检测，是实现一次性360°无死角检测的前提。

2、本实用新型在对生坯进行拍摄的过程中无需旋转生坯，通过静态拍摄的方式采集图像以及视频，与单个摄像头拍摄相比，在采集图像时，避免摄像头视角与生坯旋转角度之间的误差所引起的定位误差，提高检测质量；在采集视频时，避免丙酮溶液晃动对后期观察气泡的干扰。

3、每个摄像头的视角总和不小于360°，能够避免漏检。每个摄像头6 的视角均大于90°，这样，相邻摄像头之间的视角具有重合，相邻摄像头拍摄出的图像之间具有重合区域，以重合区域作用图像之间的一致性匹配区域，能够在进行图像拼接时能够提高图像配准的精度。

附图说明

图1是本具体实施方式中核燃料生坯裂纹检测装置的结构示意立体图；

图2是本具体实施方式中核燃料生坯裂纹检测装置的平面俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1至图2，一种核燃料生坯裂纹检测装置，包括底座1，底座1上设有若干沿周向分布的立柱3；立柱3下端垂直固定在底座1上；立柱3所围成的区域中央设有用于放置核燃料生坯的托盘4；每个立柱3上通过升降机构9 连接有一个水平支架8；每个水平支架8上安装有一个朝向托盘4方向的摄像头6，使得摄像头6环绕托盘分布；所有摄像头6的水平视角总和不小于360°。

本实用新型的核燃料生坯裂纹检测装置十分适用于圆柱形生坯裂纹的检测，通过设置多个摄像头6对生坯进行拍摄，能够拍摄出覆盖整个生坯圆柱面的图像，是实现一次性360°图像采集的前提，并且所有摄像头6的视角总和不小于360°还能避免漏检。

本具体实施方式中，所述立柱3为4根，相邻立柱之间的夹角为90°；每个摄像头6的视角均大于90°，这样，相邻摄像头之间的视角具有重合，相邻摄像头拍摄出的图像之间具有重合区域，以重合区域作用图像之间的一致性匹配区域，能够在进行图像拼接时能够提高图像配准的精度。

本具体实施方式中，所述托盘4通过悬挂装置悬挂在立柱3上；托盘4 正下方设有升降台2，升降台2下端固定在底座1上。托盘4悬挂在升降台2 正上方，这样在利用本装置进行裂纹检测时，放置在升降台2上的透明容器7 在上升过程中不会与托盘4发生运动干涉，使得裂纹检测能够顺利进行。

本具体实施方式中，所述悬挂装置包括连接在任一个立柱3上的朝向托盘方向延伸的水平拉杆31；水平拉杆31上连接有位于托盘正上方的顶板5，托盘4通过竖向拉杆或拉索悬挂在顶板5上。

本具体实施方式中，所述顶板5上设有朝托盘4方向照射的光源。这样，光源能够照亮托盘4上的核燃料生坯，保证在对生坯进行图像和视频采集时具有足够的亮度，提高图像以及视频的清晰度。

本具体实施方式中，所述托盘4中央设有用于放置核燃料生坯的沉槽；所述托盘4上设有若干通孔。托盘4上的沉槽能够对核燃料生坯进行定位，并能防止其倾倒；托盘4上的通孔能够在丙酮溶液浸没核燃料生坯时，减小托盘4对丙酮溶液的阻力，使浸没过程更加顺畅，加快浸没速度。

本具体实施方式中，所述水平支架8包括水平横杆，水平横杆水平滑动连接在升降机构9上，水平横杆通过定位机构在升降机构9上进行定位，这样能够通过滑动水平横杆来调节摄像头与核燃料生坯之间的距离，使得摄像头6的焦距调节更加方便快速。水平横杆上设有用于安装摄像头的安装座，安装座通过角度调节结构81连接在水平横杆上，通过角度调节机构81能调节摄像头6的俯仰角度，从而使得摄像头能够对准核燃料生坯的中心，减少图像发生透视变形的现象。

本具体实施方式中，所述升降机构9为能够沿立柱3滑动的滑块，滑块通过定位销在立柱3上进行定位；水平支架8的水平横杆贯穿所述滑块，并与滑块形成滑动连接，水平横杆也通过定位销在升降机构上进行定位。这样，结构简单，方便调节。

采用本具体实施方式的核燃料生坯裂纹检测装置的裂纹检测方法，摄像头可以是无线摄像头也可以是有线摄像头，摄像头采集到的图像和视频能够实时传输到电脑中，包括以下步骤：

步骤1：将核燃料生坯放置在托盘中央；

步骤2：通过升降机构调节水平支架的高度，使得水平支架上的摄像头能够对准托盘上的核燃料生坯；

步骤3：调节摄像头的焦距，使得成像清晰；

步骤4：启动各个摄像头对核燃料生坯进行拍照，得到图像集合 P＝{P₁,...P_i,...,P_n}，其中，n为摄像头的个数，P_i为第n个摄像头所拍摄到的图像；

步骤5：在升降台上放置盛有丙酮溶液的透明容器，启动升降台，使得透明容器带着丙酮溶液不断上升，直到上升到将核燃料生坯完全浸没在丙酮溶液中；

步骤6：静置丙酮溶液，将各个摄像头切换到录像模式，对丙酮溶液中的核燃料生坯进行视频录制，得到视频集合Q＝{Q₁,...,Q_i,...,Q_n},其中，n为摄像头的个数，Q_i为第n个摄像头所拍摄到的视频；

步骤7：将视频集合Q以及图像集合P传输到电脑中，首先逐帧观看视频集合Q中的每个视频，判断视频内容中是否存在产生气泡的画面；若否，表示核燃料生坯无裂纹；若有，则进入步骤8；

步骤8：将图像集合P中的各幅图像进行图像拼接，形成核燃料生坯圆柱面的二维展开图像I；

步骤9：采用裂纹识别算法对二维展开图像I中的裂纹进行识别，并在图像I上标记出裂纹所在区域；

步骤10：对识别出的各个裂纹进行标记，依次标记为a₁,a₂,...,a_n；

步骤11：采用最小矩形法绘制各个裂纹的外部轮廓，并记录各个外部轮廓的长度值和宽度值；

步骤12：根据外部轮廓的长度值和宽度值计算对应裂纹的长度和宽度，从而实现对裂纹的定量分析。

本具体实施的裂纹检测方法不仅能判断出是否存在裂纹，还能定位出裂纹的位置，并且还能对裂纹的大小进行定量分析，整个过程连贯性好，检测效率高。

本具体实施方式中，裂纹识别算法包括以下步骤：

步骤901：对二维展开图像I进行二值化，然后进行图像增强，得到增强图像f(x,y)，增强图像f(x,y)是一幅M×N的图像；

步骤902：计算增强图像f(x,y)的均值u和标准差σ，分别按如下公式：

步骤903：设置控制界限为[u-kσ,u+kσ]，其中，k为图像控制因子， k∈{2,3,4}；本具体实施方式中，所述图像控制因子k＝3；

步骤904：遍历二维展开图像I中的像素点集合，将每一个像素点的灰度值与控制界限进行比较，若像素点落在控制界限内，则判断该像素点为背景点；若像素点落在控制界限外，则判断该像素点为裂纹点，裂纹点的集合形成裂纹，从而完成裂纹识别。

Claims (8)

1.一种核燃料生坯裂纹检测装置，其特征在于：包括底座，底座上设有若干沿周向分布的立柱；立柱下端垂直固定在底座上；立柱所围成的区域中央设有用于放置核燃料生坯的托盘；每个立柱上通过升降机构连接有一个水平支架；每个水平支架上安装有一个朝向托盘方向的摄像头，使得摄像头环绕托盘分布；所有摄像头的水平视角总和不小于360°。

2.根据权利要求1所述的核燃料生坯裂纹检测装置，其特征在于：所述立柱为4根，相邻立柱之间的夹角为90°；每个摄像的视角均大于90°。

3.根据权利要求1所述的核燃料生坯裂纹检测装置，其特征在于：所述托盘通过悬挂装置悬挂在立柱上；托盘正下方设有升降台，升降台下端固定在底座上。

4.根据权利要求3所述的核燃料生坯裂纹检测装置，其特征在于：所述悬挂装置包括连接在任一个立柱上的朝向托盘方向延伸的水平拉杆；水平拉杆上连接有位于托盘正上方的顶板，托盘通过竖向拉杆或拉索悬挂在顶板上。

5.根据权利要求4所述的核燃料生坯裂纹检测装置，其特征在于：所述顶板上设有朝托盘方向照射的光源。

6.根据权利要求1所述的核燃料生坯裂纹检测装置，其特征在于：所述托盘中央设有用于放置核燃料生坯的沉槽；所述托盘上设有若干通孔。

7.根据权利要求1所述的核燃料生坯裂纹检测装置，其特征在于：所述水平支架包括水平横杆，水平横杆水平滑动连接在升降机构上，水平横杆通过定位机构在升降机构上进行定位；水平横杆上设有用于安装摄像头的安装座，安装座通过角度调节结构连接在水平横杆上。

8.根据权利要求7所述的核燃料生坯裂纹检测装置，其特征在于：所述升降机构为能够沿立柱滑动的滑块，滑块通过定位销在立柱上进行定位；水平支架的水平横杆贯穿所述滑块，并与滑块形成滑动连接，水平横杆也通过定位销在升降机构上进行定位。