JP2005164301A - 原子炉用燃料棒自動検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉用燃料棒を検査員の能力や体調に検査結果が影響されることなく、正確でかつ効率良く外観検査することにある。
【解決手段】原子炉用燃料棒１の両端を固定し燃料棒を一定速度で回転させる燃料棒回転機構４と、燃料棒１の表面を映像化する映像化装置８と、この映像化装置８を一定速度で移動させ燃料棒１の全表面を走査させる移動機構５と、燃料棒回転機構４および映像化装置移動機構５を走査し、映像化装置８により連続的に撮像された輝度情報を整列させ燃料棒の全表面を画像化する展開画像化装置２２と、展開画像化装置により生成された画像から画像処理を施して原子炉用燃料棒１の表面を検査する画像検査装置２３と、燃料棒回転機構４及び映像化装置移動機構５を統括し管理する統括制御装置２０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子力発電設備向けに製造されている原子炉用燃料棒において、外表面の状態を非接触で検査する原子炉用燃料棒自動検査装置に関するものである。

原子炉用燃料棒は、長さ約４ｍの被覆管内に燃料ペレットを封入し、被覆管の両端に端栓を溶接したものである。この燃料棒は、幾つかの製造工程を経て作られるため、工程内に被覆管の外表面に傷をつけてしまう可能性がある。このような傷の有無は、安全性を確保するために厳正な検査を行う必要がある。

従来の原子炉用燃料棒の外観検査においては、検査員による目視検査や渦流法を用いた検査などが行われている。目視検査には、検査員の目で直接観察して判定を行う直接目視と、ＴＶカメラで撮影した映像をモニタ上に映し出して検査する間接目視の方法とがある。

一般的に目視検査では、検査を行う人間の観察力や判断力などに依存する割合が高いため、検査員の熟練度により検査結果にバラツキが生じてしまうことが指摘されている。また、同一検査員による目視検査においても、長時間による目視検査により疲労を伴う場合、検査結果に影響を及ぼす可能性がある。特に燃料棒のような長尺円筒形状の被検体を検査する場合、直接目視検査に要する時間および検査員の疲労の程度は甚大である。

このため、検査員の体調などにより検査結果が左右されてしまうことがあり、また、ＴＶカメラなどによる間接目視検査においても、微細な傷をモニタ上で視認できるように拡大撮影する必要があるため、直接目視と同様の問題が生じることとなる。

一方、渦流法を用いた検査方法は、ＪＥＡＧ４２０４により指針化されている。しかし、渦流法による検査では、金属表面の渦電流の変化、すなわちインピーダンス変化を捉える必要があるため、燃料棒表面にプローブ（センサ）を接触あるいは近接させて傷の有無を検査しなければならない。このため、燃料棒付近における空間的な制約が問題となる。

上述のように、従来の原子炉用燃料棒の外観検査における目視検査では、検査員の能力差や体調不良などの影響を受けたり、検査員に対する負担が増大したりするという問題があり、また渦流法による検査では、燃料棒付近における空間的な制約を受けるという問題がある。

さらに、使用済燃料棒においては放射線の放出があり、ＭＯＸ（混合酸化物）燃料については新燃料棒の時点で既に放射線の放出があるため、放射線被ばく防護の観点から検査員が近づくことができず、遠隔非接触で行える検査装置及び検査方法を考案する必要があった。

そこで、本発明は、原子炉用燃料棒の外観検査において、検査員の能力や体調に検査結果が影響されることなく正確でかつ効率良く検査することが可能な原子炉用燃料棒自動検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段により原子炉用燃料棒自動検査装置を構成する。

請求項１に対応する発明は、原子炉用燃料棒の外観を画像処理にて検査する自動検査装置において、前記原子炉用燃料棒の両端を支持し且つ該燃料棒を一定速度で回転させる燃料棒回転機構と、前記原子炉用燃料棒の表面を映像化する映像化装置と、この映像化装置を前記燃料棒の長手方向に一定速度で移動させる映像化装置移動機構と、前記映像化装置により連続的に撮像された前記原子炉用燃料棒の表面の輝度情報を取込んで整列させ原子炉用燃料棒の全表面を画像化する展開画像化装置と、この展開画像化装置により生成された画像を処理して前記燃料棒の表面を検査する画像検査装置と、前記各機構及び各装置を統括し管理する統括制御装置とを備えたものである。

請求項２に対応する発明は、原子炉用燃料棒の外観を画像処理にて検査する自動検査装置において、前記原子炉用燃料棒の両端を支持し且つ該燃料棒を一定速度で回転させる燃料棒回転機構と、この燃料棒回転機構で前記原子炉用燃料棒を回転させながら一定速度で長手方向へ移動させる燃料棒移動機構と、前記燃料棒回転機構及び前記燃料棒移動機構により走査される燃料棒の表面を固定位置より映像化する映像化装置と、この映像化装置により連続的に撮像された輝度情報を取込んで整列させ前記燃料棒の全表面を画像化する展開画像化装置と、この展開画像化装置により生成された画像を処理して前記燃料棒の表面を検査する画像検査装置と、前記各機構及び各装置を統括し管理する統括制御装置とを備えたものである。

請求項３に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記映像化装置は、原子炉用燃料棒の表面における１直線上又は矩形領域範囲内の反射光量を電気信号に変換するものである。

請求項４に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記展開画像化装置は、前記映像化装置で得られた直線上又は矩形領域範囲内の映像信号をデジタル値に変換し、前記回転機構および移動機構の制御情報をもとに変換したデジタル値を整列させ展開画像を生成するものである。

請求項５に対応する発明は、請求項１に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記統括制御装置は、前記燃料棒回転機構及び映像化装置移動機構と前記映像化装置による画像取込み命令とを同期制御させるものである。

請求項６に対応する発明は、請求項２に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記統括制御装置は、前記燃料棒回転機構及び燃料棒移動機構と前記映像化装置による取込み命令とを同期制御させるものである。

請求項７に対応する発明は、原子炉用燃料棒の外観を画像処理にて自動で検査する自動検査装置において、円錐ミラーにより反射された燃料棒の表面の像を映像化する映像化装置と、前記映像化装置を一定速度で移動させ燃料棒の所定範囲を走査させる映像化装置移動機構と、映像化装置移動機構の走査し前記映像化装置により連続的に撮像された輝度情報を整列させ燃料棒の全表面を画像化する展開画像化装置と、前記表面画像化装置により生成された画像から画像処理を施して原子炉用燃料棒の表面を検査する画像検査装置と、前記各機構及び各装置を統括し管理する統括制御装置とを備えたものである。

請求項８に対応する発明は、請求項７に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、原子炉用燃料棒の軸中心とカメラの光軸中心および円錐ミラー中心が同軸となるよう設置して燃料棒の表面を映像化するものである。

請求項９に対応する発明は、請求項１、請求項２、請求項７の何れかに対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記画像検査装置は、前記展開画像化装置で生成された展開画像に画像処理を施し、欠陥の有無を自動判別するものである。

請求項１０に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記映像化装置は、原子炉用燃料棒の表面の同一箇所を複数のセンサにより視差を持たせて計測するものである。

請求項１１に対応する発明は、請求項１０に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記展開画像化装置は、前記映像化装置で得られた映像信号をデジタル値に変換し、前記回転機構及び移動機構の制御情報をもとに変換したデジタル値を整列させて３次元展開画像を生成するものである。

請求項１２に対応する発明は、請求項１又は請求項２に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記映像化装置は、原子炉用燃料棒の表面までの距離情報を電気信号に変換するものである。

請求項１３に対応する発明は、請求項１２に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記展開画像化装置は、前記映像化装置で得られた距離情報をデジタル値に変換し、前記回転機構及び移動機構の制御情報をもとに変換したデジタル値を整列させて３次元展開画像を生成するものである。

請求項１４に対応する発明は、請求項１１又は請求項１３に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記画像検査装置は、前記展開画像化装置で生成された３次元画像に画像処理を施して、欠陥の有無を自動判別するものである。

請求項１５に対応する発明は、請求項７に対応する発明の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記展開画像化装置は、前記映像化装置で得られた矩形領域範囲内の映像信号をデジタル値に変換し、前記映像化装置移動機構の制御情報をもとに変換したデジタル値を整列させ展開画像を生成するものである。

本発明によれば、原子炉用燃料棒の外観検査において、検査員の能力や体調に検査結果が影響されることなく、正確でかつ効率良く検査することが可能となる。

以下、本発明による原子炉用燃料棒自動検査装置の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施形態を示す構成図である。

図１において、１は被検査対象となる原子炉用燃料棒（以下燃料棒と呼ぶ）で、この燃料棒１は、その長手方向の適宜箇所に存するガイド２を挿通され、且つ燃料棒１の両端の中心部に取付けられた回転軸１ａが支持体３に回転自在に支持されるとともに、一方の支持体３に駆動源として例えばパルスモータを設けた燃料棒回転機構（以下回転機構と呼ぶ）４に連結され、燃料棒１を一定速度で一方向に回転可能になっている。

また、５は燃料棒１の長手方向に平行な適宜の距離を存した位置に配設された映像化装置移動機構（以下移動機構と呼ぶ）で、この移動機構５は、中心軸線上に配置され、図示しない駆動源として備えられた例えばパルスモータにより回転する走査軸６と、この走査軸６の回転により軸方向に初期位置から最終位置までステップ移動可能な固定台座７から構成され、この固定台座７には燃料棒１の中心線上の像が採取可能に映像化装置８が取付けられている。この映像化装置８は、ＣＣＤからなる受光素子を一列に配置した光電変換器からなるラインカメラと光学レンズとから構成されている。

さらに、映像化装置８には図示しない照明装置が備えられ、燃料棒１の映像化する範囲を均一の照度で照射するようになっている。

一方、２６は画像処理計算機で、この画像処理計算機２６は、統括制御装置２０、Ａ／Ｄ変換器２１、展開画像生成装置２２、画像検査装置２３、表示装置２４及び外部記憶装置２５から構成されている。

上記統括制御装置２０は、回転機構４及び移動機構５を統括管理しながら駆動制御するものである。具体的には前記燃料棒回転機構の駆動開始、停止、等速回転を制御し、回転機構と前記映像化装置による取込み命令を同期制御するものである。また、Ａ／Ｄ変換器２１は、映像化装置８のラインカメラで撮像され、光電変換器より得られる電気信号をデジタル変換するものである。

また、上記展開画像生成装置２２は、Ａ／Ｄ変換器２１により変換されたデジタル値（輝度値）を格納するメモリを備え、統括制御装置２０に対して回転機構４及び移動機構５を駆動制御すべくタイミング指令を与えるとともに映像化装置８により連続的に撮像された輝度情報を整列させて燃料棒の全表面を画像化するものである。

さらに、上記画像検査装置２３は、展開画像生成装置２２により生成された画像に対し画像処理を施して燃料棒の表面を検査するものであり、表示装置２４は、この画像検査装置２３により画像処理された燃料棒の表面を表示し、外部記憶装置２５は、画像検査装置２３により画像処理された燃料棒の表面画像情報及び検査結果を記憶するものである。

次にこのように構成された原子炉用燃料棒自動制御装置の作用を述べる。

図１において、いま映像化装置８のラインカメラが回転する燃料棒１の中心線上の像を採取できる位置にあるものとする。

その状態で燃料棒１を回転機構４により一定方向に一定速度で１ピッチずつ回転させ、また移動機構５によりラインカメラを軸方向にステップ移動させながら、ラインカメラにより燃料棒１の中心線上の像を連続的に撮影する。このラインカメラで撮影された像は、ＣＣＤの受光素子を一列に配置した光電変換器より被写体の反射光量に応じた電気信号として出力される。この電気信号は画像処理計算機２６のＡ／Ｄ変換器２１に入力され、デジタル値（輝度値）に変換されて、展開画像生成装置２２に順次取込まれる。

この展開画像生成装置２２では、Ａ／Ｄ変換器２１により変換して得られる輝度値をもとに燃料棒１全体の展開画像を生成するが、この展開画像の生成手法としては、２通りの方法がある。

まず、第１の方法を図２により説明する。

最初に、図２（ａ）に示す燃料棒１に対して、図２（ｂ）に示すように時間Ｔ_０におけるＴ_０撮像位置３１ａ上の輝度値を取得し、メモリに格納する。メモリ格納後、統括制御装置２０からの次ライン取得指示により、回転機構４は、燃料棒１をライン高さ分だけ回転させる。続いて、時間Ｔ_１におけるＴ_１撮像位置３２ａ上の輝度値を取得し、同じくメモリに格納する。

この動作を燃料棒が１周する時間Ｔ_ｎまで繰り返し行う。Ｔ_０からＴ_ｎまでに取得した輝度値の幅方向を揃えるように整列させることで、図２（ｃ）に示すようなライン幅×１周分の画像、すなわちＡ_０撮像範囲３５ａの展開画像が生成される。

次にラインカメラをライン幅分、走査方向に移動した後、同様に燃料棒１を回転させて１ライン分の輝度値を取得し、１周分の輝度値に相当するＡ_１撮像範囲３６ａの展開画像を取得する。

このようにしてＡ_０撮像範囲３５ａからＡ_ｎ撮像範囲３８ａまでの画像を合成し、燃料棒１の展開画像を生成する。このとき撮像範囲を燃料棒１の全体に設定することで、図２（ｄ）に示すような全体展開画像３９を得ることができる。

次に第２の方法を図３により説明する。

最初に、図３（ａ）に示す燃料棒１に対して、図３（ｂ）に示すように、まず時間Ｔ_０におけるＴ_０撮像位置３１ｂ上の輝度値を取得し、メモリに格納する。次に、燃料棒１をライン高さ分だけ回転させると同時にラインカメラを１画素分だけ走査方向に移動させ、時間Ｔ_１におけるＴ_１撮像位置３２ｂ上の輝度値をメモリに格納する。

このようにしてＴ_０までに取得した輝度値を１画素分ずつ移動させるように整列させることで、図３（ｃ）に示すようなライン幅×１周分の画像、すなわちＡ_０撮像範囲３５ｂの展開画像が生成される。この動作を燃料棒全域に亙って走査することで図３（ｄ）に示すような全体の展開画像３９を生成することができる。

このように上記第１の方法又は第２の方法により燃料棒１全体の展開画像が生成されると、画像検査装置２３ではこの展開画像に対して次のような画像処理が施される。

図４は、全体の画像処理手順を示すフローチャートであり、図５は画像処理過程での検査内容の画像を示すものである。

まず、展開画像生成処理Ｓ１においては、展開画像生成装置２２により前述の図２又は図３の手順で生成した全体展開画像３９に対して、図５（ａ）に示すように縦軸が０°から３６０°の周方向情報、横軸が燃料棒の長手方向情報として表現し、展開画像を画像検査装置２３に入力する。

次に、画像検査装置２３では、次のような画像処理により燃料棒外観の合否判定を行う。判定手順として、まず図５（ｂ）に示すようなクラックなどの欠陥の形状を強調するための微分処理Ｓ２を施す。微分結果から境界部のコントラストが閾値よりも高い部分を２値化処理Ｓ３で抽出し、図５（ｃ）に示すように形状計測処理Ｓ４で抽出した欠陥の面積５３、最大長５４およびパターン幅５５などの幾何学的な形状特徴を計測する。その計測結果により合否判定処理Ｓ５を行う。

このように第１の実施形態によれば、原子炉用燃料棒の全周表面像を展開画像に変換し、画像処理により自動的に欠陥を判別することが可能なので、検査の効率が向上するとともに検査員のスキルに依存しない検査結果を獲得することができる。

図６は本発明の第２の実施形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

前述した図１の構成は、燃料棒１を回転機構４により一定方向へ回転させ、映像化装置７を移動機構５により燃料棒１の長手方向に平行に移動させるようにしたが、本実施形態では、図６に示すように燃料棒１を一方向に回転させる回転機構４及びこの回転機構４全体を軸方向に移動させる移動機構９を設け、映像化装置８を燃料棒１の中心線上の像を採取可能な位置に固定して配置する構成としたものである。

すなわち、図６において、燃料棒１を一定速度で一定方向に回転させる回転機構４全体を回転機構固定台座１０に取付けると共に、この回転機構固定台座１０を走査軸１１に沿って移動させる燃料棒移動機構９に連結し、駆動源として設けられた例えばパルスモータの回転運動を直線運動に変換して回転機構固定台座１０を一定速度で軸方向に移動可能にしたものである。

従って、このような構成とすれば、制御棒１を回転機構４により回転させながら燃料棒移動機構９により長手方向に移動させることにより、映像化装置８のラインカメラで燃料棒１の中心線上の像を燃料棒１の全周及び全長に亙って採取することが可能となる。

そして、画像処理計算機２６により前述と同様に原子炉用燃料棒１の全周表面像を展開画像に変換し、画像処理することにより自動的に欠陥を判別することが可能となる。

従って、検査効率を向上させることができる共に、検査員のスキルに依存しない検査結果を獲得することができる。

次に本発明の第３の実施形態を説明するに、その構成は図１又は図６と同様なので、ここではその説明を省略し、原子炉用燃料棒自動検査装置の作用を図７及び図８により説明する。

図１又は図６において、いま映像化装置８のエリアカメラが回転する燃料棒１の中心線上の像を採取できる位置にあるものとする。

その状態で燃料棒１を一定方向に一定速度で1ピッチずつ回転させ、また映像化装置８のラインカメラ又は燃料棒１の長手方向にステップ移動させながら、エリアカメラにより燃料棒１の中心線上の像を連続的に撮影する。このエリアカメラで撮影された像は、ＣＣＤの受光素子を二次元的に配置した光電変換器より被写体の反射光量に応じた電気信号として出力される。この電気信号は画像処理計算機２６のＡ／Ｄ変換器２１に入力され、デジタル値（輝度値）に変換されて、展開画像生成装置２２に順次取込まれる。

この展開画像生成装置２２では、Ａ／Ｄ変換器２１により変換して得られる輝度値をもとに燃料棒１全体の展開画像を生成するが、この展開画像の生成手法としては、２通りの方法がある。

まず、第１の方法を図７により説明する。

最初に、図７（ａ）に示す燃料棒１に対して、図７（ｂ）に示すように時間Ｔ_０におけるＴ_０撮像位置３１ｃ上の輝度値を取得し、メモリ格納する。メモリ格納後、統括制御装置２０からの次エリア取得指示により、回転機構４は、燃料棒１をエリア高さ分だけ回転させる。続いて、時間Ｔ_１におけるＴ_１撮像位置３２ｃ上の輝度値を取得し、同じくメモリに格納する。

この動作を燃料棒が１周する時間Ｔ_ｎまで繰り返し行う。Ｔ_０からＴ_ｎまでに取得した輝度値の幅方向を揃えるように整列させることで、図７（ｃ）に示すようなエリア幅×１周分の画像、すなわちＡ_０撮像範囲３５ｃの展開画像が生成される。

次にエリアカメラをライン幅分、走査方向に移動した後、同様に燃料棒１を回転させて１エリア分の輝度値を取得し、１周分の輝度値に相当するＡ_１撮像範囲３６ｃの展開画像を取得する。

このようにしてＡ_０撮像範囲３５ｃからＡ_ｎ撮像範囲３８ｃまでの画像を合成し、燃料棒１の展開画像を生成する。このとき撮像範囲を燃料棒１の全体に設定することで、図７（ｄ）に示すような全体展開画像３９を得ることができる。

次に第２の方法を図８により説明する。

最初に、図８（ａ）に示す燃料棒１に対して、図８（ｂ）に示すように、時間Ｔ_０におけるＴ_０撮像位置３１ｄ上の輝度値を取得した後、燃料棒１をエリア高さ分だけ回転させると同時にエリアカメラを１画素分だけ走査方向に移動させ、時間Ｔ_１におけるＴ_１撮像位置３２ｄ上の輝度値をメモリに格納する。

この動作を燃料棒全体まで走査することで全体の展開画像を生成することができる。図７又は図８の手順により生成された展開画像は、第１の実施形態と同様に図４の処理手順により図５に示す画像検査を実施し、合否判定を行う。

この第３の実施形態によれば、前記第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、空間の２次元的な輝度情報を一度に取得することが可能なので、より効率的に展開画像が生成でき、燃料棒検査の高速化を図ることができる。

図９は本発明による原子炉用燃料棒自動検査装置の第４の実施形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

本実施形態は、図９に示すように固定台座７に２台の映像化装置８ａ，８ｂを設置し、これらにステレオ視カメラおよび光学レンズを適用し、これに対応して画像処理計算機２６に２台のＡ／Ｄ変換器２１ａ，１ｂが設けられる以外は図１と同様に構成されるので、ここではその説明を省略する。

次にこのように構成された原子炉用燃料棒自動検査装置の作用を述べる。

図９において、いま２台の映像化装置８のステレオ視カメラが回転する燃料棒１の中心線上の像を採取できる位置にあるものとする。この場合、ステレオ視カメラは、２台のラインカメラもしくは２台のエリアカメラを光軸中心が同一箇所を捕らえるように設置されている。

この状態で燃料棒１を回転機構４により一定方向に一定速度で１ピッチずつ回転させ、また移動機構５によりステレオ視カメラを燃料棒１の長手方向にステップ移動させながら、燃料棒１の中心線上の像を連続的に撮影する。

このステレオ視カメラで撮影された像は、各々ＣＣＤの受光素子を一列もしくは二次元的に配置した光電変換器より被写体の反射光量に応じた電気信号として出力される。この電気信号は画像処理計算機２６のＡ／Ｄ変換器２１に入力され、デジタル値（輝度値）に変換されて、展開画像生成装置２２に順次取込まれる。

この展開画像生成装置２２では、Ａ／Ｄ変換器２１ａ，２２ｂによりそれぞれ変換して得られる輝度値をもとに燃料棒１全体の展開画像を生成する。

このように燃料棒１全体の展開画像が生成されると、画像検査装置２３ではこの展開画像に対して次のような画像処理が施される。

図１０は、全体の画像処理手順を示すフローチャートであり、図１１は画像処理過程での検査内容を示す画像を示すものである。

まず、展開画像生成処理Ｓ１ａ及びＳ１ｂにおいては、展開画像生成装置２２により生成した全体展開画像６０ａ，６０ｂに対して、図１１（ａ）に示すように縦軸が０°から３６０°の周方向情報、横軸が燃料棒の長手方向情報として表現し、各カメラの視点による展開画像をメモリに格納する。

次に画像検査装置２３では、対応点検索処理Ｓ６により２枚の展開画像間における被写体像の対応位置を検索する。この場合、検索方法としては、一方の画像内に小領域テンプレートを設定し、もう一方の画像内でテンプレートと類似度の高い領域を検索する方法等がある。また、類似度を演算する方法として、輝度総差分値、正規化相関値もしくは相互相関値などを用いる方法等がある。この類似度が高い座標位置を対応点として求め、テンプレート位置を指定画素ずつ走査して、画像全体の対応点を計測する。

次に深さ情報演算処理Ｓ７では、図１１（ｂ）に示すように２枚の画像の対応点と各カメラの配置情報から、３画測量の原理により深さ情報に換算する。

形状計測処理Ｓ４では、図１１（ｂ）に示すように各箇所の３次元位置情報から立体モデル６３の作成と最大深さ６４を計測し、合否判定処理Ｓ５にて燃料棒外観の合否判定を行う。

このように第４の実施形態によれば、前述した第１の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、燃料棒の３次元的な表面情報を取得することが可能となるので、より人間の判断に近い高精度な検査結果を獲得することができる。

図１２は本発明による原子炉用燃料棒自動検査装置の第５の実施形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

本実施形態は、図１２に示すように固定台座７に映像化装置に代えて距離計測装置１２を設置する以外は図１と同様に構成されるので、ここではその説明を省略する。

上記距離計測装置１２は、例えばレーザ光などを用いて被検体までの距離を計測可能なものである。

次にこのように構成された原子炉用燃料棒自動検査装置の作用を述べる。

図１２において、いま距離計測装置１２が回転する燃料棒１の中心線上の像を採取できる位置に設置されているものとする。

その状態で燃料棒１を回転機構４により一定方向に一定速度で１ピッチずつ回転させ、また移動機構５により距離計測装置１２を燃料棒１の長手方向にステップ移動させながら、燃料棒１の中心線上までの距離を連続的に測定する。

この距離計測装置１２により測定された距離情報は電気信号に変換され、画像処理計算機２６のＡ／Ｄ変換器２１に入力され、このＡ／Ｄ変換器２１により電気信号がデジタル値（輝度値）に変換されて、展開画像生成装置２２に順次取込まれる。

この展開画像生成装置２２では、Ａ／Ｄ変換器２１ａ，２２ｂによりそれぞれ変換して得られる輝度値をもとに燃料棒１全体の距離情報展開画像を生成する。

このように燃料棒１全体の距離情報展開画像が生成され、画像検査装置２３に入力されると、この画像検査装置２３ではこの距離情報展開画像に対して次のような画像処理が施される。

図１３は、全体の画像処理手順を示すフローチャートであり、図１４は画像処理過程での検査内容を示す画像を示すものである。

まず、距離情報展開画像生成処理Ｓ８においては、展開画像生成装置２２により生成した距離情報よる全体の展開画像７０に対して、図１４（ａ）に示すように縦軸が０°から３６０°の周方向情報、横軸が燃料棒の長手方向情報として表現し、図１４（ｂ）に示すような距離計測装置１２による各箇所の距離情報展開画像をメモリに格納する。

次に画像検査装置２３では、形状計測処理Ｓ４により図１４（ｃ）に示すように各箇所の被検体までの距離情報から立体モデル７３の作成と最大深さ７４を計測し、合否判定処理Ｓ５にて燃料棒外観の合否判定を行う。

このような第５の実施形態によれば、前述した第３の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、発振したレーザ光の反射量から深さを判断するので、検査環境下における照明などの影響を低減させることができる。

図１５は本発明による原子炉用燃料棒自動検査装置の第６の実施形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

本実施形態は、図１５に示すように燃料棒１を図示しない固定部材により固定し、且つ燃料棒１と同一直線上に適宜の距離を存して移動機構５を配置し、この移動機構５に図示しない例えばパルスモータにより走査軸６に沿って制御棒１の長手方向と同一線上を直線移動可能な固定台座７に、ＣＣＤからなる受光素子を配置した光電変換器からなるエリアカメラと光学レンズ及び円錐ミラー１３を備えた映像化装置８を取付けるようにしたものである。

この場合、固定した燃料棒１の軸中心と光軸が同一となるようにエリアカメラが設置され、また円錐ミラー１３はその中心部に有する穴部に燃料棒１を挿通させて設けられ、図示しない支持部材を介して装置本体に軸方向に移動可能に支持されている。

次にこのように構成された原子炉用燃料棒自動制御装置の作用を述べる。

図１５において、いま固定した燃料棒１の軸中心と光軸が同一となるようにエリアカメラが設置され、更に燃料棒１の軸中心と円錐ミラー１３の中心を合わせ、円錐ミラー１３に写った燃料棒外表面像がエリアカメラで取得できるように焦点位置や絞り調整が行われているものとする。

この状態で、移動機構５によりエリアカメラを燃料棒１の中心軸と同一軸線方向に移動させながら、エリアカメラにより燃料棒１の外表面像を連続的に撮影する。このエリアカメラで撮影された燃料棒１の外表面像は、光電変換器より被写体の反射光量に応じた電気信号として出力される。この電気信号は画像処理計算機２６のＡ／Ｄ変換器２１に入力され、デジタル値（輝度値）に変換されて、展開画像生成装置２２に順次取込まれる。

図１６は画像処理過程での検査内容を示す画像を示すものである。

図１６（ａ），（ｂ）において、時間Ｔ_０における燃料棒外表面像４１上の輝度値を取得してメモリに格納する。しかし、このようにして取得された像４０は、円錐ミラー１３の内側と外側で空間分解能が異なるため、歪みを含んだ像となる。

そこで、円錐ミラー１３の内側と外側の分解能を一致させるように射影変換処理を施し、Ａ_０撮影範囲３５ｅの展開画像を生成する。この展開画像の生成後、統括制御装置２０からの次エリア取得指示により、映像化移動機構５は、映像化装置８を展開幅分だけ移動させ、Ａ_１撮影範囲３６ｅの展開画像を生成する。この動作を必要な範囲、例えばＡ_ｎ撮影範囲３８ｅまで繰り返して行う。この手順により図１６（ｃ）に示すように燃料棒の全体展開画像３９を生成する。そして、図１３の手順により生成された展開画像は、第１の実施形態と同様に図４の処理手順により画像検査を実施して合否判定を行う。

この第５の実施形態によれば、前記第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、円錐ミラーの適用により周方向の輝度情報を一度に取得することが可能となるので、より効率的に展開画像が生成でき、燃料棒検査の高速化を図ることができる。

本発明による原子炉用燃料棒自動検査装置の第１の実施形態を示す構成図。 同実施形態における展開画像生成装置における第１の展開画像生成方法を説明するための図。 同実施形態における展開画像生成装置による第２の展開画像生成方法を説明するための図。 同実施形態において、全体の画像処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において、画像処理過程での検査内容の画像を示す図。 本発明による原子炉用燃料棒自動検査装置の第２の実施形態を示す構成図。 本発明の第３の実施形態における展開画像生成装置による第１の展開画像生成方法を説明するための図。 同じく展開画像生成装置による第２の展開画像生成方法を説明するための図。 本発明による原子炉用燃料棒自動検査装置の第４の実施形態を示す構成図。 同実施形態において、全体の画像処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において、画像処理過程での検査内容の画像を示す図。 本発明による原子炉用燃料棒自動検査装置の第５の実施形態を示す構成図。 同実施形態において、全体の画像処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において、画像処理過程での検査内容の画像を示す図。 本発明による原子炉用燃料棒自動検査装置の第６の実施形態を示す構成図。 同実施形態において、画像処理過程での検査内容を示す画像を示す図。

符号の説明

１…原子炉用燃料棒、２…ガイド、３…支持体、４…燃料棒回転機構、５…映像化装置移動機構、６…走査軸、７…固定台座、８，８ａ，８ｂ…映像化装置、９…燃料棒移動機構、１０…回転機構固定台座、１１…走査軸、１２…距離計測装置、１３…円錐ミラー、２０…統括制御装置、２１、２１ａ、２１ｂ…Ａ／Ｄ変換器、２２…展開画像生成装置、２３…画像検査装置、２４…表示装置、２５…外部記憶装置、２６…画像処理計算機。

Claims (15)

1. 原子炉用燃料棒の外観を画像処理にて検査する自動検査装置において、前記原子炉用燃料棒の両端を支持し且つ該燃料棒を一定速度で回転させる燃料棒回転機構と、前記原子炉用燃料棒の表面を映像化する映像化装置と、この映像化装置を前記燃料棒の長手方向に一定速度で移動させる映像化装置移動機構と、前記映像化装置により連続的に撮像された前記原子炉用燃料棒の表面の輝度情報を取込んで整列させ原子炉用燃料棒の全表面を画像化する展開画像化装置と、この展開画像化装置により生成された画像を処理して前記燃料棒の表面を検査する画像検査装置と、前記各機構及び各装置を統括し管理する統括制御装置とを備えたことを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
2. 原子炉用燃料棒の外観を画像処理にて検査する自動検査装置において、前記原子炉用燃料棒の両端を支持し且つ該燃料棒を一定速度で回転させる燃料棒回転機構と、この燃料棒回転機構で前記原子炉用燃料棒を回転させながら一定速度で長手方向へ移動させる燃料棒移動機構と、前記燃料棒回転機構及び前記燃料棒移動機構により走査される燃料棒の表面を固定位置より映像化する映像化装置と、この映像化装置により連続的に撮像された輝度情報を取込んで整列させ前記燃料棒の全表面を画像化する展開画像化装置と、この展開画像化装置により生成された画像を処理して前記燃料棒の表面を検査する画像検査装置と、前記各機構及び各装置を統括し管理する統括制御装置とを備えたことを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記映像化装置は、原子炉用燃料棒の表面における１直線上又は矩形領域範囲内の反射光量を電気信号に変換することを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
4. 請求項１又は請求項２記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記展開画像化装置は、前記映像化装置で得られた直線上又は矩形領域範囲内の映像信号をデジタル値に変換し、前記回転機構および移動機構の制御情報をもとに変換したデジタル値を整列させ展開画像を生成することを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
5. 請求項１記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記統括制御装置は、前記燃料棒回転機構及び映像化装置移動機構と前記映像化装置による画像取込み命令とを同期制御させることを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
6. 請求項２記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記統括制御装置は、前記燃料棒回転機構及び燃料棒移動機構と前記映像化装置による取込み命令とを同期制御させることを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
7. 原子炉用燃料棒の外観を画像処理にて自動で検査する自動検査装置において、円錐ミラーにより反射された燃料棒の表面の像を映像化する映像化装置と、前記映像化装置を一定速度で移動させ燃料棒の所定範囲を走査させる映像化装置移動機構と、映像化装置移動機構の走査し前記映像化装置により連続的に撮像された輝度情報を整列させ燃料棒の全表面を画像化する展開画像化装置と、前記表面画像化装置により生成された画像から画像処理を施して原子炉用燃料棒の表面を検査する画像検査装置と、前記各機構及び各装置を統括し管理する統括制御装置とを備えたことを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
8. 請求項７記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、原子炉用燃料棒の軸中心とカメラの光軸中心および円錐ミラー中心が同軸となるよう設置して燃料棒の表面を映像化することを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
9. 請求項１、請求項２、請求項７の何れかに記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記画像検査装置は、前記展開画像化装置で生成された展開画像に画像処理を施し、欠陥の有無を自動判別することを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
10. 請求項１又は請求項２記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記映像化装置は、原子炉用燃料棒の表面の同一箇所を複数のセンサにより視差を持たせて計測することを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
11. 請求項１０記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記展開画像化装置は、前記映像化装置で得られた映像信号をデジタル値に変換し、前記回転機構及び移動機構の制御情報をもとに変換したデジタル値を整列させて３次元展開画像を生成することを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
12. 請求項１又は請求項２記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記映像化装置は、原子炉用燃料棒の表面までの距離情報を電気信号に変換することを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
13. 請求項１２記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記展開画像化装置は、前記映像化装置で得られた距離情報をデジタル値に変換し、前記回転機構及び移動機構の制御情報をもとに変換したデジタル値を整列させて３次元展開画像を生成することを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
14. 請求項１１又は請求項１３記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記画像検査装置は、前記展開画像化装置で生成された３次元画像に画像処理を施して、欠陥の有無を自動判別することを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。
15. 請求項７記載の原子炉用燃料棒自動検査装置において、前記展開画像化装置は、前記映像化装置で得られた矩形領域範囲内の映像信号をデジタル値に変換し、前記映像化装置移動機構の制御情報をもとに変換したデジタル値を整列させ展開画像を生成することを特徴とする原子炉用燃料棒自動検査装置。

Images