JP2502159B2 - 核燃料ペレットの周面検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、核燃料ペレットをその軸線を中心として
回転させつつ、その核燃料ペレットの周面形状を検査す
る核燃料ペレットの周面検査装置に関する。

［従来の技術］ 円柱状に成形される二酸化ウランの核燃料ペレット
は、その製造工程において厳密な品質管理が要求され
る。

特に、外観検査では発見できない表面の欠陥について
は、その有無を非破壊によって検査する必要がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来より、核燃料ペレットの外観検査の検査方法とし
て、レーザー反射方式等による方法が提案されている。
例えば、一点スキャン型として、核燃料ペレットをスパ
イラルに送りながら、レーザ光の反射強度を検出するタ
イプのものがある。

しかし、いずれの検査装置にあっても実用化できるほ
どのS/Nと検査速度が期待できなかった。

この発明は、核燃料ペレットの周面を高い精度で自動
的に検査することができる検査装置を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ （１）第１請求項に記載の核燃料ペレットの周面検査装
置は、 所定の周面検査位置において、核燃料ペレットをその
軸線を中心として回転させつつ、その核燃料ペレットの
周面形状を検査する核燃料ペレットの周面検査装置であ
って、 核燃料ペレットの径方向外方から核燃料ペレットの周
面に向かってレーザ光を照射するアレーレーザ光投光部
と、 核燃料ペレットからの反射光を入射し、レーザ光照射
点の位置に対応する位置検出信号を出力する第１のアレ
ーセンサと、 核燃料ペレットからの乱反射光を入射し、レーザ光照
射点の明るさに対応する光量検出信号を出力する第２の
アレーセンサと、 核燃料ペレットからの正反射光を入射し、レーザ光照
射点における核燃料ペレットの表面状態に対応する正反
射光量検出信号を出力する第３のアレーセンサと、 核燃料ペレットの回転に応じて前記第1,第2,第３のア
レーセンサの検出信号を取り込み、それらの検出信号を
核燃料ペレットの周面展開データとして格納するメモリ
と、 前記メモリに格納された核燃料ペレットの周面展開デ
ータに基づいて、核燃料ペレットの周面上の欠陥を検出
する検出部とを具備してなることを特徴とする。

（２）第２請求項に記載の核燃料ペレットの周面検査装
置は、 所定の周面検査位置において、核燃料ペレットをその
軸線を中心として回転させつつ、その核燃料ペレットの
周面形状を検査する核燃料ペレットの周面検査装置であ
って、 複数の核燃料ペレットを前記所定の周面検査位置に列
状に導入する搬入装置と、 列状の複数の核燃料ペレットの径方向外方からそれら
複数の核燃料ペレットの周面に向かってレーザ光を照射
するアレーレーザ光投光部と、 列状の複数の核燃料ペレットからの反射光を入射し、
レーザ光照射点の位置に対応する位置検出信号を出力す
る第１のアレーセンサと、 列状の複数の核燃料ペレットからの乱反射光を入射
し、レーザ光照射点の明るさに対応する光量検出信号を
出力する第２のアレーセンサと、 列状の複数の核燃料ペレットからの正反射光を入射
し、レーザ光照射点における核燃料ペレットの表面状態
に対応する正反射光量検出信号を出力する第３のアレー
センサと、 列状の複数の核燃料ペレットの回転に応じて前記第1,
第2,第３のアレーセンサの検出信号を取り込み、それら
の検出信号を列状の複数の核燃料ペレットの周面展開デ
ータとして格納するメモリと、 前記メモリに格納された核燃料ペレットの周面展開デ
ータに基づいて、核燃料ペレットの境界位置と列状の複
数の核燃料ペレットの周面上の欠陥とを検出する検出部
と、 不合格ペレットの境界位置データから選別板を選択的
に動作させ不合格ペレットを分離する選別部を具備して
なることを特徴とする。

［作用］ この発明の核燃料ペレットの周面検査装置は、核燃料
ペレットを回転させつつ、その周面にレーザ光を照射し
て、そのレーザ光照射点の位置、乱反射の光量、および
正反射の光量を検出し、そしてこれらの３種類の検出デ
ータからペレットの表面形状を検査することにより、ペ
レットの表面欠陥を精度よく抽出して、信頼性を高め
る。

また、列状に並べた複数のペレットを一括して回転さ
せることによって、低速ハンドリングで多数のペレット
の周面検査を可能とする。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図において、１は検査対象の核燃料ペレットであり、
本実施例の場合は、搬入ベルト２によって第２図中の右
方から１列に搬入した核燃料ペレット（以下、単に「ペ
レット」という）１を、所定数（本例の場合は23個）一
括して周面検査位置に搬入して、それらを同時に周面検
査するようになっている。

周面検査位置は対の回転ローラ3,4の相互間の位置に
定められており、導入装置５によって、搬送ベルト２に
より搬送されてきた所定数のペレット１が１列のまま、
まとめて回転ローラ3,4の間に搬入される。その導入装
置５は、第１図に表すような断面逆Ｕ字状でかつ長尺な
移動体６を備えていて、その移動体６を第１図中の軌跡
Ｌに沿って繰り返し移動させることによって、所定数の
ペレット１を一括して搬入するようになっている。

すなわちこの移動体６は、搬入ベルト２の上方位置に
て下降することにより、その搬入ベルト２上における所
定数のペレット１を一括して囲む。そして、そのまま第
１図中の左方に移動することによって、所定数のペレッ
ト１を搬入ベルト２上から回転ローラ3,4の上に移す。
その際ペレット１は、搬入ベルト２の下方から回転ロー
ラ3,4の上方に延在するプレート７上に載って移動す
る。その後、上昇してから第１図中の右方に移動して、
再び搬入ベルト２の上方位置に復帰する。以下、同様の
動作を繰り返すことによって、所定数単位のベルト２に
より搬送されてくるペレット１を回転ローラ3,4の間に
導入する。

回転ローラ3,4は、軸線を水平にして平行に備えられ
ており、一方の回転ローラ３は円柱状であり、他方の回
転ローラ４は、その長手方向に沿って延在する切欠き部
4a（第１図参照）が形成された円柱状となっている。そ
の切欠き部4aは、回転ローラ3,4の間における所定数の
ペレット１が、第１図中の２点鎖線のように一括して入
り込む大きさとなっている。回転ローラ3,4のそれぞれ
の一端には従動歯車８（第２図参照）が取り付けられて
おり、これらの従動歯車８の間には、図示しない駆動歯
車が噛み合わされている。その駆動歯車は、駆動モータ
９によって回転駆動されることにより、回転ローラ3,4
を第１図中矢印の同方向に同速駆動する。

他方の回転ローラ４の下方位置には、搬送ベルト10,1
1が備えられている。これらの搬送ベルト10は第２図中
の右方から左方に向かって搬送ベルト11は左方から右方
に向かってペレット１を搬出するものであって、一方の
搬送ベルト10は検査を合格したペレット１を搬出し、他
方の搬送ベルト11は検査不合格のペレット１を搬出す
る。これらの搬送ベルト10,11の間には、点Ｐを中心と
して揺動可能な多数の選別板12が、回転ローラ４の軸線
方向に沿って多数備えられている。この選別板12は幅の
狭い板であって、回転ローラ４の切欠き部4aから落ちて
くるペレット１の１個分の長さ当たりに10程度ずつ備え
られている。本例の場合は、23個のベレット１を対象と
するため、合計230程度の数となっている。

個々の選別板12には、アクチュエータ13が個別に連結
されており、個別に揺動されるようになっている。そし
て、例えば特定の１個のペレット１に対応する10程度の
選別板12が第１図中の実線のように左方に揺動した場合
には、そのペレット１が左方の搬送ベルト10の上に落
ち、一方、それらの選別板12が第１図中の２点鎖線のよ
うに右方に揺動した場合には、そのペレット１が右方の
搬送ベルト11の上に落ちるようになっている。したがっ
て、選別板12を選択して動作させることによって、個々
のペレット１を、搬送ベルト10,11のいずれか一方に選
択的に移すことができる。なお、第１図中において符号
14は、ペレット１のガイド機能を果たすガードである。

回転ローラ3,4の上方位置には、アレー型の変位・光
量アレーセンサ20が備えられている。この変位・光量ア
レーセンサ20には、回転ローラ3,4の間における所定数
のペレット１の周面に対して径方向からレーザ光を照射
するアレーレーザ光投光部21と、ペレット１の周面から
の反射光を集光する結像レンズ22と、この結像レンズ22
を通して反射光を入射する光点位置およびその光量のア
レーセンサ23と、ペレット１の周面からの正反射光をハ
ーフミラー24とミラー25を通して受光する受光素子26が
組み込まれている。

光点位置アレーセンサ23には、次のような第1,第２の
２つのアレーセンサとしての機能がある。

第１のアレーセンサとしての機能 ペレット１表面におけるレーザ光の反射位置に対応す
る受光位置の変化から、ペレット１の表面におけるレー
ザ光照射点の深さ方向の位置を検出して、ペレット１の
位置検出信号S1を出力する機能。

第２のアレーセンサとしての機能 ペレット１の表面におけるレーザ光照射点の明るさ、
つまり乱反射光量を検出して、光量検出信号S2を出力す
る機能。

一方、受光素子26には、次のような第３のアレーセン
サとしての機能がある。

第３のアレーセンサとしての機能 ペレット１の表面における正反射光の光量を検出し
て、正反射光の光量検出信号S3を出力する機能。

変位・光量アレーセンサ20は、ペレット１の並び方向
に延在しており、上記アレーセンサ23および受光素子26
を、変位・光量アレーセンサ20の長手方向に多数近接し
て備えている。例えば、全長256mmの変位・光量アレー
センサ20において、それらを0.05mmピッチで多数備えて
いる。これにより、回転ローラ3,4上における複数のペ
レット１の周面が検出対象となる。

変位・光量アレーセンサ20から出力された検出信号S
1,S2,S3は、それぞれディジタル信号に変換されてから
第1,第2,第３のフレームメモリ31,32,33（第３図参照）
に取り込まれる。これらのフレームメモリ31,32,33は、
回転ローラ3,4上における複数のペレット１の１回転分
の周面展開データを取り込む。そのため、変位・光量ア
レーセンサ20とフレームメモリ31,32,33には、アレーセ
ンサ駆動部34から共通の走査信号が入力されると共に、
アレーセンサ駆動部34のスタート信号が入力されるよう
になっており、検出信号S1,S2,S3は、回転ローラ3,4の
回転と同期しかつ回転ローラ3,4上のペレット１の並び
方向に沿う繰り返しの走査タイミングでサンプリングさ
れ、このデータをフレームメモリーに記すことになる。

フレームメモリ31,32,33に格納されたペレット１の周
面展開データは、検査部35により解析される。この検査
部35には、次のような２つの機能がある。

フレームメモリ31,32,33の格納データから、回転ロー
ラ3,4上における複数のペレット１の境界位置を検出す
る。

フレームメモリ31,32,33の格納データから、回転ロー
ラ3,4上における複数のペレット１の周面形状を検出す
る。

検出部35はの機能による各ペレット周面展開画像の
境界部を検知して各ペレットの検査対象部を切り出す。
この切り出された各ペレットの周面展開画像より欠陥が
抽出され、その特徴量が各フレームデータから解析され
周面、形状として認識される。この複数のペレット１の
周面形状のデータに基づいて、合否判定をする。そし
て、不合格と判定されたペレットは検出部35が先に検出
したペレット１の境界位置のデータに基づいて、アクチ
ュエータ制御部37が選別板12の個々に連結された複数の
アクチュエータ13を制御するようになっている。

次に、作用について説明する。

まず、駆動モータ９が回転ローラ3,4を回転駆動す
る。回転ローラ４の切欠き部4aが第１図中の上方に位置
して、ペレット１から回転方向寄りに離れているタイミ
ングに合わせ、搬入装置５が所定数のペレット１を回転
ローラ3,4上の周面検査位置に導入する。回転ローラ４
は、回転しており複数のペレット１は第１図中の矢印方
向に自転する。ペレットの回転が安定した後に出力され
るスタート信号が出力する。

スタート信号が入力されるによって、アレーセンサー
駆動部34が変位・光量アレーセンサ20を駆動し、フレー
ムメモリ31,32,33がデータの格納を開始し、最終的に複
数のペレット１の１回転分の周面展開データを格納す
る。

検査部35は、フレームメモリ31,32,33の格納データに
基づいて、複数のペレット１の境界位置を検出し、それ
らのペレット１の形状と表面状態を検出する。これらの
検出に際しては、フレームメモリ31,32,33に格納された
３種類のデータ、つまり、レーザ光照射点の位置表面深
さ、乱反射の光量、および正反射の光量の検出データを
解析するため、精度のよい周面検査となる。

このような検査結果から、判定部36が各ペレット１の
境界部を検出し、各ペレット表面展開データから各ペレ
ットの合否を判定する。アクチュエータ制御部37は、不
合格と判定されたペレットと、ペレット１の境界位置の
検出データから、不合格のペレット１の位置を出し、そ
のペレット１に対応するアクチュエータ13を伸長作動さ
せる。これにより、不合格のペレット１に対応する選別
板12が第１図中の２点鎖線の位置に揺動し、合格のペレ
ット１に対応する他の選別板12は同図中の実線の揺動位
置となる。

ペレット１が１回以上回転して、回転ローラ４の切欠
き部4aがペレット１の下に位置すると、その切欠き部4a
内に複数のペレット１が一括して入り込み、それらのペ
レット１が回転ローラ４と共に回転する。そして、それ
らのペレット１は選別板12の上に落下し、個別に対応す
る選別板12の揺動位置に応じて搬送ベルト10,11のいず
れかの上に落ちる。つまり、合格のペレット１は第１図
中実線のように搬送ベルト10の上に落ち、不合格のペレ
ット１は同図中２点鎖線のように搬送ベルト11の上に落
ちる。搬送ベルト10,11は、不合格と合格のペレット１
を別々に搬出する。

以降、同様の動作を繰り返すことにより、所定数単位
毎にペレット１の周面を検査して合否を判定する。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の核燃料ペレットの周
面検査装置は、核燃料ペレットを回転させつつ、その周
面のレーザ光を照射して、そのレーザ光照射点の位置、
乱反射の光量、および正反射の光量を検出し、そしてこ
れらの３種類の検出データから、複数ペレットの各表面
部を認識し表面形状を検査する構成であるから、ペレッ
トの表面欠陥を精度よく抽出して、信頼性を高めること
ができる。

また、列状に並べた複数のペレットを一括して回転さ
せることによって、低速ハンドリングで多数のペレット
の周面検査を実施することができて、検査効率がよい。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を説明するための図であっ
て、第１図は要部の概略側面図、第２図は要部の平面
図、第３図はブロック構成図である。 １……核燃料ペレット、 ２……搬入ベルト、3,4……回転ローラ、 ５……導入装置、10,11……搬送ベルト、 12……選別板、13……アクチュエータ、 20……変位・光量アレーセンサ、 21……アレーレーザ光投光部、 23……光点位置アレーセンサ、 26……受光アレーセンサ、 31,32,33……フレームメモリ、 35……検出部（表面データ解析部）。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の周面検査位置において、核燃料ペレ
   ットをその軸線を中心として回転させつつ、その核燃料
   ペレットの周面形状を検査する核燃料ペレットの周面検
   査装置であって、 核燃料ペレットの径方向外方から核燃料ペレットの周面
   に向かってレーザ光を照射するアレーレーザ光投光部
   と、 核燃料ペレットからの反射光を入射し、レーザ光照射点
   の位置に対応する位置検出信号を出力する第１のアレー
   センサと、 核燃料ペレットからの乱反射光を入射し、レーザ光照射
   点の明るさに対応する光量検出信号を出力する第２のア
   レーセンサと、 核燃料ペレットからの正反射光を入射し、レーザ光照射
   点における核燃料ペレットの表面状態に対応する正反射
   光量検出信号を出力する第３のアレーセンサと、 核燃料ペレットの回転に応じて前記第1,第2,第３のアレ
   ーセンサの検出信号を取り込み、それらの検出信号を核
   燃料ペレットの周面展開データとして格納するメモリ
   と、 前記メモリに格納された核燃料ペレットの周面展開デー
   タに基づいて、核燃料ペレットの周面上の欠陥を検出す
   る検出部とを具備してなることを特徴とする核燃料ペレ
   ットの周面検査装置。
2. 【請求項２】所定の周面検査位置において、核燃料ペレ
   ットをその軸線を中心として回転させつつ、その核燃料
   ペレットの周面形状を検査する核燃料ペレットの周面検
   査装置であって、 複数の核燃料ペレットを前記所定の周面検査位置に列状
   に搬入する導入装置と、 列状の複数の核燃料ペレットの径方向外方からそれら複
   数の核燃料ペレットの周面に向かってレーザ光を照射す
   るアレーレーザ光投光部と、 列状の複数の核燃料ペレットからの反射光を入射し、レ
   ーザ光照射点の深さの位置に対応する位置検出信号を出
   力する第１のアレーセンサと、 列状の複数の核燃料ペレットからの乱反射光を入射し、
   レーザ光照射点の明るさに対応する光量検出信号を出力
   する第２のアレーセンサと、 列状の複数の核燃料ペレットからの正反射光を入射し、
   レーザ光照射点における核燃料ペレットの表面状態に対
   応する正反射光量検出信号を出力する第３のアレーセン
   サと、 列状の複数の核燃料ペレットの回転に応じて前記第1,第
   2,第３のアレーセンサの検出信号を取り込み、それらの
   検出信号を列状の複数の核燃料ペレットの周面展開デー
   タとして格納するメモリと、 前記メモリに格納された核燃料ペレットの周面展開デー
   タに基づいて、核燃料ペレットの境界位置と列状の複数
   の核燃料ペレットの周面上の欠陥とを検出する検出部
   と、 不合格ペレットの境界位置データから選別板を選択的に
   動作させて不合格ペレットを分離する選別部を具備して
   なることを特徴とする核燃料ペレットの周面検査装置。