CN212871107U - 一种燃料组件图像测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料组件测量技术领域，用于提高燃料组件测量的精确性和便捷性，具体涉及一种燃料组件图像测量装置，包括架设在移动小车平台上的测量系统，测量系统包括一个测量相机、定位相机、观察相机、外设独立光源和两个图像标定板，测量相机和定位相机装在一个工装平台上，保持同一个基准进行安装、调试、固定，观察相机设置在整个移动小车平台的上方，测量系统还包括设置在移动小车后方的靶标，测量相机、定位相机、观察相机、移动小车平台均通信连接尺寸测量控制柜；解决了现有的测量技术测量精确度较低的问题，该图像测量装置通过各相机之间的相互协同配合，使该装置在对燃料组件进行测量时定位更准确，提高了测量的数据的精确度。

Description

一种燃料组件图像测量装置

技术领域

本实用新型涉及燃料组件测量技术领域，用于提高燃料组件测量的精确性和便捷性，具体涉及一种燃料组件图像测量装置。

背景技术

燃料组件由几百根燃料棒按照一定间隔，按15×15或17×17排列并被固定成一束，主要由上下管座、格架、控制棒导向管和燃料棒组成。

燃料组件在经过一定的燃耗后，燃料组件在高度上会发生改变，且处于不同位置的组件承受中子辐射和相邻燃料棒束的挤压后，整个棒束也将会出现不同程度的变形，该变形表现为棒束组件的弯曲和组件的扭转，棒束组件的弯曲和组件的扭转将导致装料时无法正常将燃料组件装入燃料栅格中，而高度的变化同样会影响辐照稳定性和完整性，因此需要对燃料组件进行测量。

目前，激光三角测距及超声测距都是常用的燃料组件外形尺寸测量方法，但均仅应用于燃料组件竖直面的外形轮廓测量，而并不能实现燃料组件水下高度测量，目前针对水下燃料组件外形的测量技术还不够完善，测量的精确度较低。

实用新型内容

针对现有技术中针对水下燃料组件外形的测量技术还不够完善，测量的精确度较低的问题，本申请提出了一种燃料组件图像测量装置，该图像测量装置设置了测量相机、定位相机和观察相机，通过各相机之间的相互协同配合，使该装置在对燃料组件进行测量时定位更准确，提高了测量的数据的精确度。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种燃料组件图像测量装置，包括架设在移动小车三维平台上的测量系统，所述测量系统包括一个测量相机、定位相机、观察相机、外设独立光源和两个图像标定板，所述测量相机和所述定位相机装在一个工装平台上，保持同一个基准进行安装、调试、固定，所述观察相机设置在整个移动小车三维平台的上方，采用斜向下的方向拍摄燃料组件的大致区域，所述测量系统还包括设置在移动小车后方用作测量和定位参照标志物的靶标，所述测量相机、定位相机、观察相机、移动小车三维平台均通信连接尺寸测量控制柜。

本技术方案的工作原理和过程如下：整个系统在实际测量时，通过工作人员操作控制系统进行控制，通过控制移动小车三维平台，使整个移动小车三维平台可以沿整个水池上下移动，且移动小车三维平台具备前后、左右、上下、旋转运动调整功能，在移动小车三维平台上，从下往上依次为左右运动、前后运动、旋转运动、上下运动；架设在移动小车三维平台上的一个测量相机、一个定位相机、一个观察相机均可随移动小车三维平台一起移动；靶标安装在整个组件的背后，因此测量相机朝向燃料组件方向，定位相机朝向向后，对准靶标进行拍摄实现定位功能；观察相机在整个小车三维平台的上方，采用斜向下的方向拍摄燃料组件大致区域；测量相机采图包含燃料组件边缘或特征区域部分，定位相机采图包含靶标的有效范围，然后通过测量靶标和被测物得到相应尺寸值。

其中，测量相机可以选择德国Basler工业相机，外加防水防和辐照外罩，且该测量相机为数字相机，接口为GigE千兆网，为保证相机可靠性，对测量相机及定位相机作辐射防护及水下密封封装，通过设置防辐射外壳、直接减小摄像机受到辐射的剂量水平，同时对图像测量采用反射后成像的方式采集图像的光线，射线直接穿过反射镜不进行反射，减小射线直射摄像头，以提高相机的寿命。

其中，定位相机及镜头采用和测量相机完全相同的型号及配置。

其中，观察相机可以选择Mirion公司的防辐照相机，其型号为IST-REESR93。其主要特点包括：潜水深度可达200米、照明功率从0.7瓦到100瓦、抗辐照变色镜头焦距为12-72毫米，光圈f/1.8，具备缩放功能、设备观测范围为360°、完整的半球观测能力、广角观测。

进一步的，所述靶标的长度大于燃料组件的长度，宽度为80mm。

进一步的，所述靶标的图案为上下排列直径60mm的圆，线宽0.5mm，且成竖直排列，圆心距均为70mm；圆的中心有长度为40mm的竖线，线宽0.5mm；圆的竖线左边有边长为20mm的方框，在里面刻蚀序列数字。圆心连线可以作为识别弯曲度和扭曲度的基准参考线，圆的直径结合序列号则可以判断出此时的高度信息，结合计算便能求得例如燃料组件高度等信息。

进一步的，所述观察相机、测量相机、定位相机均设置有防辐射外壳和防水外壳。本申请在观察相机、测量相机、定位相机的外部均设置防辐射外壳和防水外壳，即可实现对相机的保护，避免相机在测量燃料组件的过程由于被辐射或进水导致对相机的损坏，从而实现了延长整个测量装置的使用年限的效果，降低了对该测量组件的维修成本。

进一步的，所述测量相机与定位相机平行安装。本申请通过将测量相机与定位相机平行安装在一个工装平台上，保持同一个基准进行安装调试固定，通过位置标定也能确定两台相机的角度偏差和位移偏差，由此便能通过定位相机拍摄靶标，确认测量相机的位置信息。

进一步的，所述图像标定板为采用陶瓷基材，表面做漫反射效果处理的棋盘格标定板。该图像标定板有效区域尺寸为50x 50mm，精度±0.01mm。

进一步的，所述测量相机和定位相机的镜头均选用千万像素级镜头，所述测量相机的镜头焦距选用25mm，所述定位相机的镜头焦距选用35mm。本申请中的镜头可以选用日本computar工业千万像素级镜头，由于单独配的独立工业镜头，因此成像质量能够保证。

综上所述，本实用新型相较于现有技术的有益效果是：

(1)本申请的图像测量装置设置了测量相机、定位相机和观察相机，通过各相机之间的相互协同配合，使该装置在对燃料组件进行测量时定位更准确，提高了测量的数据的精确度；

(2)本申请在观察相机、测量相机、定位相机的外部均设置防辐射外壳和防水外壳，即可实现对相机的保护，避免相机在测量燃料组件的过程由于被辐射或进水导致对相机的损坏，从而实现了延长整个测量装置的使用年限的效果，降低了对该测量组件的维修成本；

(3)本申请通过将测量相机与定位相机平行安装在一个工装平台上，保持同一个基准进行安装调试固定，通过位置标定也能确定两台相机的角度偏差和位移偏差，由此便能通过定位相机拍摄靶标，确认测量相机的位置信息。

附图说明

图1是本实用新型中一种燃料组件图像测量装置的结构示意图；

图2、图3是本实用新型中实施例1的测试标注图；

图4、图5是本实用新型中实施例2的测试标注图；

图6、图7是本实用新型中实施例3的测试标注图；

图8是本实用新型中实施例4中相机采图后经过图像处理技术处理之后的燃料棒结构示意图。

图中标记为：1-尺寸测量控制柜，2-燃料组件，3-测量相机，4-定位相机，5-靶标，6-移动小车三维平台。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合图1-8和具体的实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

参照图1-8，本实用新型提供一种燃料组件2图像测量装置，包括架设在移动小车三维平台6上的测量系统，测量系统包括一个测量相机3、定位相机4、观察相机、外设独立光源和两个图像标定板，测量相机3和所述定位相机4装在一个工装平台上，保持同一个基准进行安装、调试、固定，观察相机设置在整个移动小车三维平台6的上方，采用斜向下的方向拍摄燃料组件2的大致区域，测量系统还包括设置在移动小车三维平台6后方用作测量和定位参照标志物的靶标5，测量相机3、定位相机4、观察相机、移动小车三维平台6均通信连接尺寸测量控制柜1。

本技术方案的工作原理和过程如下：整个系统在实际测量时，通过工作人员操作控制系统进行控制，通过控制移动小车三维平台6，使整个移动小车三维平台6可以沿整个水池上下移动，且移动小车三维平台6具备前后、左右、上下、旋转运动调整功能，在移动小车三维平台6上，从下往上依次为左右运动、前后运动、旋转运动、上下运动；架设在移动小车三维平台6上的一个测量相机3、一个定位相机4、一个观察相机均可随移动小车三维平台6一起移动；靶标5安装在整个组件的背后，因此测量相机3朝向燃料组件2方向，定位相机4朝向向后，对准靶标5进行拍摄实现定位功能；观察相机在整个小车平台的上方，采用斜向下的方向拍摄燃料组件2大致区域；测量相机3采图包含燃料组件2边缘或特征区域部分，定位相机4采图包含靶标5的有效范围，然后通过测量靶标5和被测物得到相应尺寸值。

其中，测量相机3可以选择德国Basler工业相机，外加防水防和辐照外罩，且该测量相机3为数字相机，接口为GigE千兆网，为保证相机可靠性，对测量相机3及定位相机4作辐射防护及水下密封封装，通过设置防辐射外壳、直接减小摄像机受到辐射的剂量水平，同时对图像测量采用反射后成像的方式采集图像的光线，射线直接穿过反射镜不进行反射，减小射线直射摄像头，以提高相机的寿命。

其中，定位相机4及镜头采用和测量相机3完全相同的型号及配置。

其中，观察相机可以选择Mirion公司的防辐照相机，其型号为IST-REESR93。其主要特点包括：潜水深度可达200米、照明功率从0.7瓦到100瓦、抗辐照变色镜头焦距为12-72毫米，光圈f/1.8，具备缩放功能、设备观测范围为360°、完整的半球观测能力、广角观测。

靶标5的长度大于燃料组件2的长度，宽度为80mm。

靶标5的图案为上下排列直径60mm的圆，线宽0.5mm，且成竖直排列，圆心距均为70mm；圆的中心有长度为40mm的竖线，线宽0.5mm；圆的竖线左边有边长为20mm的方框，在里面刻蚀序列数字。圆心连线可以作为识别弯曲度和扭曲度的基准参考线，圆的直径结合序列号则可以判断出此时的高度信息，结合计算便能求得例如燃料组件2高度等信息。

观察相机、测量相机3、定位相机4均设置有防辐射外壳和防水外壳。本申请在观察相机、测量相机3、定位相机4的外部均设置防辐射外壳和防水外壳，即可实现对相机的保护，避免相机在测量燃料组件2的过程由于被辐射或进水导致对相机的损坏，从而实现了延长整个测量装置的使用年限的效果，降低了对该测量组件的维修成本。

测量相机3与定位相机4平行安装。本申请通过将测量相机3与定位相机4平行安装在一个工装平台上，保持同一个基准进行安装调试固定，通过位置标定也能确定两台相机的角度偏差和位移偏差，由此便能通过定位相机4拍摄靶标5，确认测量相机3的位置信息。

图像标定板为采用陶瓷基材，表面做漫反射效果处理的棋盘格标定板。该图像标定板有效区域尺寸为50x 50mm，精度±0.01mm。

测量相机3和定位相机4的镜头均选用千万像素级镜头，测量相机3的镜头焦距选用25mm，定位相机4的镜头焦距选用35mm。本申请中的镜头可以选用日本computar工业千万像素级镜头，由于单独配的独立工业镜头，因此成像质量能够保证。

实施例1

组件长度、棒长度、上下管座间隙测量过程及精度：

参照图2，测量相机3通过记录观察①和④的位置，通过图像处理的方法，自动检测到组件管座围板的的上下边沿位置，并结合采集的靶标5图像，找到在纵向方向对应的高度位置，再将两个尺寸相减后，得到测量组件的高度值，最后结合相机姿态校正，计算出的校正数值，即为组件的长度尺寸。

参照图3，其组件长度尺寸为L3，通过上述方法便能直接求得组件长度尺寸L3。

同燃料组件2长度尺寸测量方法相同，测量相机3通过记录观察②和③的位置，自动检测到棒顶端头和棒底端头的位置，并结合采集的靶标5的图像，找到在纵向方向对应的刻度位置，再将两个尺寸相减后得到测量棒的高度值，再结合相机姿态校正，计算得出的校正数值，即为棒的长度尺寸；其棒长度尺寸为L2，通过上述方法便能直接求得棒长度尺寸L2，由于该尺寸比较小，通过测量相机3直接采图获取图像后直接测量计算其间隙尺寸。

测量相机3通过记录观察①和②的位置以及③和④的位置，分别自动检测到棒顶/底端头和管座围板上/下沿的位置，且所有处理可以再一张图像上处理得出结果。

燃料组件2长度：测量精度为0.2mm。

燃料棒长度：测量精度为0.2mm。

下管座间隙：测量精度为0.2mm。

上管座间隙：测量精度为0.2mm。

实施例2

组件弯曲度测量过程及精度：

组件在长度方向的弯曲度，如图4所示，如果组件在Z轴方向存在弯曲时，被测棒与靶标5中的垂直标准线在Z轴方向的距离Xn会存在变化，这种变化程度就表明了被测棒(或组件)的弯曲度。

测量相机3通过采集燃料组件2边缘的燃料棒，检测燃料棒到靶标5中圆心连线的距离，通过以此来进行尺寸测量之后，换算得到弯曲度。

此时采用测量相机3采集组件和靶标5图像，由于弯曲度是对整个燃料组件2的状态进行评价，因此并不需要对于每一点上很精确的测量，热水的扰动对最后整体评价弯曲度并没有影响。

其具体的计算过程如下所示：

如下图所示，通过检测方案得到一组∑X(1..n)，Y(1..n)的测量数据，然后再由X1和Xn建立起一个直线方程，其后便能找到如图5所示的极值点X6的偏移量S不直度，即弯曲度。

同样通过误差消除措施，对测量误差进行消除或减小处理。

测量精度：0.2mm。

实施例3

组件扭曲度测量过程及精度：

组件扭曲度表征组件沿组件轴中心线的扭转程度，由于上管座与下管座在辐照过程中自身不发生形变，所以组件的扭曲一般是由棒、定位格架及导向管引起的，在实际测量过程中只需要计算出上管座与下管座之间的相对扭曲度便可表征整个组件的扭曲程度。

测量相机3通过采集燃料组件2上下两底座端面的边缘位置，配合检测到靶标5的投影距离，通过以此来进行尺寸测量之后，换算得到扭曲度。

在对整个燃料组件2进行扭摆度测量时，如图6所示，关键是在于测量出X1X2的值，和X3X4的值，此δ无限趋近45°时，其ROI区域到相机的工作距离达到极大值，即L/2。

测量相机3安装平台的三维可调机构的小车上设计的调整相机功能的运动机构，具备前后运动范围≥L/2行程的可调距离。

其具体的计算过程如下所示：

上下管座之间的扭曲度(δ)＝上管座扭曲度(δ上)-上管座扭曲度(δ下)

计算公式为

上管座扭曲度(δ上)＝Arcsin((X2-X1)/L)；

下管座扭曲度(δ下)＝Arcsin((X4-X3)/L)；

扭曲度(δ)＝Arcsin((X2-X1)/L)-Arcsin((X4-X3)/L)；

最终得到整个组件的扭曲度δ。

同样通过误差消除措施，对测量误差进行消除或减小处理。

测量精度：0.2mm。

组件扭曲度测量原理图如图7所示。

实施例4

燃料棒间隙测量过程及精度：

如图8所示，测量相机3采图之后，基于图像处理技术找到图像中燃料棒的边缘，利用形态学分析找到棒体本身和间隙本身，对应查找组成间隙的两条燃料棒边缘距离，该方式直接通过图像测量间距尺寸，不需要外界靶标5做参照。

其中，燃料棒间距可以通过相机正对燃料棒直接拍摄，其像素比例关系可以直接通过标定板进行标定。

测量精度：0.2mm。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种燃料组件图像测量装置，其特征在于，包括架设在移动小车三维平台(6)上的测量系统，所述测量系统包括一个测量相机(3)、定位相机(4)、观察相机、外设独立光源和两个图像标定板，所述测量相机(3)和所述定位相机(4)装在一个工装平台上，保持同一个基准进行安装、调试、固定，所述观察相机设置在整个移动小车三维平台(6)的上方，采用斜向下的方向拍摄燃料组件(2)的大致区域，所述测量系统还包括设置在移动小车后方用作测量和定位参照标志物的靶标(5)，所述测量相机(3)、定位相机(4)、观察相机、移动小车三维平台(6)均通信连接尺寸测量控制柜(1)。

2.根据权利要求1所述的一种燃料组件图像测量装置，其特征在于，所述靶标(5)的长度大于燃料组件(2)的长度，宽度为80mm。

3.根据权利要求1所述的一种燃料组件图像测量装置，其特征在于，所述靶标(5)的图案为上下排列直径60mm的圆，线宽0.5mm，且成竖直排列，圆心距均为70mm；圆的中心有长度为40mm的竖线，线宽0.5mm；圆的竖线左边有边长为20mm的方框，在里面刻蚀序列数字。

4.根据权利要求1所述的一种燃料组件图像测量装置，其特征在于，所述观察相机、测量相机(3)、定位相机(4)均设置有防辐射外壳和防水外壳。

5.根据权利要求1所述的一种燃料组件图像测量装置，其特征在于，所述测量相机(3)与定位相机(4)平行安装。

6.根据权利要求1所述的一种燃料组件图像测量装置，其特征在于，所述图像标定板为采用陶瓷基材，表面做漫反射效果处理的棋盘格标定板。

7.根据权利要求1所述的一种燃料组件图像测量装置，其特征在于，所述测量相机(3)和定位相机(4)的镜头均选用千万像素级镜头，所述测量相机(3)的镜头焦距选用25mm，所述定位相机(4)的镜头焦距选用35mm。

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