JP2961079B2 - 燃料集合体の形状測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、原子炉に使用さ
れる燃料集合体の形状検査に適用される燃料集合体の形
状測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来より使用されている燃料集
合体の形状測定装置の一例を示す概略図である。燃料集
合体１５は、上部ノズル１６と下部ノズル１７との間
に、グリッド１８により複数の燃料棒１９を上方視略正
方形状に束ねてそれぞれ支持する構造を有している。こ
の燃料集合体１５はその上部が燃料取扱工具２０で保持
されて水中に吊り下げられるようにして立設されてお
り、グリッド１８は燃料集合体の１５の上下方向の複数
箇所に等間隔で設けられている。

【０００３】燃料集合体１５の近傍には、それに沿うよ
うに支柱２１が立設され、この支柱２１には燃料集合体
１５を撮像するテレビカメラ２が上下移動可能に設けら
れている。また、この支柱２１にはテレビカメラ２の上
下の移動位置を検出するためのエンコーダ４が取り付け
られ、テレビカメラ２の上下方向の位置が検出される。
テレビカメラ２の画像信号３はエンコーダ４の位置信号
５と共にディスプレイ２２に出力される。ディスプレイ
２２は、燃料集合体１５のグリッド１８部分を撮像した
ときの様子を示している。なお、２２ａは燃料集合体１
５の燃料棒１９部分を撮像したときの様子を示すもので
ある。

【０００４】以上の構成において、従来の形状測定装置
で燃料集合体１５の形状測定は以下のように行われる。
まず、画面内での距離を測定するために、イメージスケ
ール（図示しない）等を予めテレビカメラ２で測定して
おき、これとの対比において、画面上での距離が実寸法
で何ミリに相当するかを把握しておく。そして、燃料集
合体１５の全体の傾き（曲がり）は、ディスプレイ２２
に示される画面内で定められる、所定の上下方向の基準
線（以下、ｙ軸基準線という）からの各グリッド１８の
端部までの距離ｘを上記イメージスケールを用いて検査
員が目視測定により行う。

【０００５】次に、複数の燃料棒１９の間隔も同様にし
て、ディスプレイ２２ａに示される画像を用いて検査員
が目視測定を行う。また、燃料集合体１５の全体につい
て上述の測定を行う場合は、燃料集合体１５を水平面内
で回転させて各面について同様の測定を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料集合体の形
状測定装置は以上のように構成されているため、以下の
ような問題点がある。まず、各燃料棒の間隔やグリッド
の位置は検査員が画面上で目視測定によって行っている
ため、人的労力が大きくなり、また誤差が生じやすい。
また、テレビカメラの左右の揺れ、燃料集合体の揺れな
どが生じている場合は、真値の測定が困難となる。この
燃料集合体等の揺れにより生じる測定誤差（以下、ゆら
ぎという）は、その検出結果に基づいて、各燃料棒の位
置関係、例えば燃料棒の位置、間隔、曲がり等を把握す
るときに問題となる。したがって、上述したような揺れ
が発生しても燃料棒の間隔についてはその影響を受ける
ことなく測定が行われる必要があるが、従来はこのため
の対策が不十分であった。そこでこの発明は、上述の目
視測定を自動的に行うことができ、また揺れ等による誤
差影響を小さくできて信頼性を高めることができる燃料
集合体の形状測定装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、この発明の請求項１に係る燃料集合体の形状測定
装置は、上下方向に複数設けられたグリッドにより、複
数の燃料棒が支持され、水中において立設されてなる燃
料集合体１５の形状測定装置において、燃料集合体１５
に沿って上下方向に移動可能に設けられ、燃料集合体１
５を撮像する撮像手段２と、撮像手段２の移動位置を検
出する移動位置検出手段４と、撮像手段２により撮像さ
れた画像に基づいてグリッド１８の端部１８ａ位置を検
出するグリッド端部検出手段３２と、グリッド端部１８
ａ位置とグリッド１８における燃料棒１９の支持位置の
設計上の値に基づいて、各燃料棒１９のグリッド支持点
における基準位置Ｘｉｒを検出する燃料棒基準位置検出
手段３５と、撮像手段２により撮像された画像に基づい
てグリッド１８間の各燃料棒１９の位置ｘｉを検出する
燃料棒位置検出手段３３と、燃料棒基準位置検出手段３
５により検出された各燃料棒１９の基準位置Ｘｉｒと、
燃料棒位置検出手段３３により検出された各燃料棒１９
の位置ｘｉとに基づいて、各燃料棒１９の偏差ｄｉを検
出する偏差検出手段３６と、偏差検出手段３６により検
出された偏差ｄｉに基づいて、燃料棒位置検出手段３３
により検出された各燃料棒１９の位置ｘｉを補正する補
正手段４１とを備えたものである。

【０００８】また、この発明の請求項２に記載の燃料集
合体の形状測定装置は、グリッド端部検出手段３２によ
り検出される複数のグリッド１８の端部１８ａ位置の偏
差を求めることにより燃料集合体の傾きを検出する傾き
検出手段３４をさらに備えたものである。

【０００９】

【作用】この発明の請求項１に係る燃料集合体の形状測
定装置によれば、画像信号に基づいて、直接求めれられ
る燃料棒の位置と、画像信号に基づいて求めれたグリッ
ド端部とグリッドの設計値とにより求められた燃料棒の
基準位置とを比較し、その偏差に基づいて上記燃料棒の
位置を補正することで、ゆらぎの影響を削減することが
できる。また、燃料棒の位置を自動測定することができ
る。

【００１０】この発明の請求項２に係る燃料集合体の形
状測定装置によれば、複数のグリッド端部を検出し、そ
れら端部の偏差を検出することにより燃料集合体の傾き
を自動的に検出することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下にこの発明の好ましい実施の形態に
ついて図に従って説明する。図１は、この発明に係る燃
料集合体の形状測定装置を示す概略図である。図１にお
いて、図６と同一符号は図６に説明したものと同一対象
を示す。そして、１はテレビカメラ２からの画像信号
３、エンコーダ４からの位置信号５、および基準座標信
号６を入力して、必要な変位および形状を求める画像処
理装置である。テレビカメラ２は支柱に沿って上方より
下方に移動し、その適所複数箇所において、燃料集合体
の各部を撮像する。以上の構成において、テレビカメラ
２は請求項１の撮像手段を構成している。なお、テレビ
カメラ２の横方向視野の広さは横方向に並ぶ燃料棒の数
本（全体の一部であるＮ本）が画面内に入るように設定
され、後述する一画面での画像処理はこの視野を有する
画面において、支柱２１に沿う上下移動位置の適所毎に
行われる。

【００１２】基準座標信号６は、画像信号上（ディスプ
レイ上）での基準となる実際の寸法（例えばミリ単位）
を設けるもので、予め寸法の明白なもの（スケール、あ
るいはグリッド端部の高さ）を測定した結果に基づく基
準信号である。

【００１３】図２は画像処理装置１の構成を示すブロッ
ク図である。図２において、３０は、画像信号３、位置
信号５、および基準座標信号６を入力し、テレビカメラ
の画像信号３を位置信号５、基準座標信号６と対応付け
てメモリ３１に記憶させる前処理回路である。位置信号
５はテレビカメラ２の上方から下方への移動位置に対応
する信号を示す。３２はメモリ３１からの出力に基づい
てグリッド端部を検出するグリッド端部検出手段、３３
はメモリ３１からの出力に基づいて燃料棒位置を検出す
る燃料棒位置検出手段、３４はグリッド端部検出手段３
２の出力に基づいて燃料集合体１５の高さ方向に複数配
設されるグリッド１８の偏差を求めるグリッド位置偏差
検出手段、３５はグリッド端部検出手段３２の出力と既
知であるグリッドの設計値に基づいて、後述するように
燃料棒基準位置を検出する燃料棒基準位置検出手段であ
る。

【００１４】そして、３６は燃料棒基準位置検出手段３
５と燃料棒位置検出手段３３の出力に基づいて燃料棒の
偏差を検出する燃料棒偏差検出手段、３７は燃料棒偏差
検出手段３６の出力に基づいてテレビカメラ２や燃料集
合体１５の揺れ等に基づく誤差（以下、ゆらぎという）
を検出するゆらぎ検出手段、３８は燃料棒位置検出手段
３３とゆらぎ検出手段３７の出力からゆらぎを補正する
ための減算手段ある。そして、３９はゆらぎ補正された
燃料棒位置から曲がりを検出する燃料棒曲がり検出手
段、４０はグリッド位置偏差とゆらぎ補正された燃料棒
位置を表示するためのディスプレイである。

【００１５】以下に、図３に従って、燃料棒位置検出手
段３３による燃料棒の位置検出について説明する。図３
（ａ）に示すように、並設された燃料棒１９ａ〜１９ｄ
をテレビカメラ２で撮像し、画像信号３より得られる画
像データをあるＸ軸でサンプリングすると共に、輝度レ
ベルを横方向の位置Ｙの関数とすると（ｂ）のような波
形が得られる。この場合、位置測定の基準位置は画面内
の所定位置に定める。

【００１６】この波形は、（ｂ）より明らかなように、
そのままでは不規則なでこぼこの成分を含むので、これ
を次式のようにフーリエ変換する。

【００１７】Ａ₁ｓｉｎ（Ｘ＋Ｃ₁）＋Ａ₂ｓｉｎ（２Ｘ
＋Ｃ₂）＋Ａ₃ｓｉｎ（３Ｘ＋Ｃ₃）＋・・・・

【００１８】このうち高周波成分、Ａ₂ｓｉｎ（２Ｘ＋
Ｃ₂）＋Ａ₃ｓｉｎ（３Ｘ＋Ｃ₃）＋・・・・を無視する
とＡ₁ｓｉｎ（Ｘ＋Ｃ₁）のみとなる。これを示すのが
（ｃ）である。燃料棒１９ａ〜１９ｄの太さは既知なの
で、ディスプレイ上における燃料棒の太さに対応する距
離は、基準座標信号６を用いて計算で求めることができ
る。そして、Ａ₁ｓｉｎ（Ｘ＋Ｃ₁）の関数から、（ｃ）
のように燃料棒１９ａ〜１９ｄの太さの部分に対応する
輝度の高い部分を割り出すことで、燃料棒１９ａ〜１９
ｄの端部の識別が可能となり、輪郭線の同定が可能とな
る。燃料棒１９ａ〜１９ｄの中心位置は燃料棒１９ａ〜
１９ｄを挟む両端位置の中心部であるから、この両端の
位置から中心部の位置、すなわち各燃料棒１９ａ〜１９
ｄの中心位置ｘ₁，ｘ₂，ｘ₃，ｘ₄が求まる。このように
して、燃料棒位置検出手段３３は燃料棒の位置を求める
と共に、隣り合う燃料棒１９ａ〜１９ｄの中心位置間の
距離から各燃料棒直径を差し引くことで燃料棒間隔を求
める。なお、これらの検出値には、前述したゆらぎが含
まれると仮定され、後述する補正がなされる。

【００１９】次に、図４に従って、グリッド端部検出手
段３２と燃料棒基準位置検出手段３５による、それぞれ
グリッド端部検出と燃料棒基準位置検出について説明す
る。この場合も、基準位置は図３の燃料棒位置と同じ、
画面内の所定位置が定められるが、この所定位置は、例
えば、後述するように、検出されるグリッド端部とする
こともできる。

【００２０】まず、グリッド端部の検出については、図
４に示すように、燃料棒１９ａ〜１９ｄのグリッド１８
による支持部分をテレビカメラ２で撮像し、画像信号３
より得られる画像データをあるＸ軸でサンプリングす
る。グリッド１８はテレビカメラ２に明るく写るので、
このとき輝度はグリッド１８の端部１８ａで急激に高く
なる。このため、Ｘ軸方向に輝度レベルの差分を計算す
ると、グリッド端部１８ａのみが高い値を示し、この変
化点を用いてグリッド端部１８ａを検出することが可能
となる。グリッド端部検出手段３２はこのようにしてグ
リッド端部１８ａを検出する。

【００２１】次に、燃料棒基準位置検出について説明す
る。ここで燃料棒基準位置とは、グリッド位置（グリッ
ドの支持部分）における燃料棒の中心位置のことであ
る。燃料棒１９ａ〜１９ｄはグリッド１８で固定されて
いるので、この部分において、グリッド端部１８ａに対
する燃料棒中心位置１０ａ〜１０ｄは設計値と同じであ
る。なお、燃料棒はグリッド支持部分においてはグリッ
ド端部に囲まれて画面上視認することはできない。

【００２２】従って、グリッド端部検出手段３２により
グリッド端部１８ａが求められると、既知の設計値より
燃料棒の中心位置を求めることができる。すなわち、燃
料棒基準位置検出手段３５は、画像信号より求められる
グリッド端部１８ａに各燃料棒１９ａ〜１９ｄの支持位
置に関する各設計値（既知の値）を加算することにより
各燃料棒１９ａ〜１９ｄそれぞれの中心位置１０ａ〜１
０ｄを燃料棒の基準位置Ｘｉｒとして求める。この基準
位置Ｘｉｒは、上述した画面内の所定位置（Ｙ軸）から
の距離を意味し、このＹ軸はグリッド端部とすることも
できる。なお、グリッド端部１８ａの検出値にはゆらぎ
成分は含まれていないものと仮定する。

【００２３】こうして燃料棒位置ｘｉと燃料棒基準位置
Ｘｉｒが求まると、燃料棒偏差検出手段３６は、各燃料
棒について、燃料棒偏差ｄｉを次式の減算により求め
る。

【００２４】ｄｉ＝ｘｉ−Ｘｉｒ

【００２５】この燃料棒偏差ｄｉは、各グリッド間（ス
パン）における各燃料棒の画像信号から求められる位置
と、上述したグリッド支持部分における位置との偏差で
あり、ゆらぎ成分とスパンにおける燃料棒の曲がり成分
が含まれ得る。そしてこの値が各燃料棒において符号が
同じならばゆらぎの影響を受けていると判定する。

【００２６】各燃料棒偏差が求まると、ゆらぎ検出手段
３７はそれぞれの平均値を次式で求めることで、ゆらぎ
ｆを検出する。この平均により、各燃料棒の曲がり成分
は相殺されて除去され（相隣接する各燃料棒は樽型状、
もしくは糸巻き状をなしていることを仮定している）、
ゆらぎのみが平均値として求まる。

【００２７】ｆ＝Σｄｉ／Ｎ ここで、加算はＮ本（１画面に写っている燃料棒の本
数）の燃料棒（ｉ＝１〜Ｎ）について行う。

【００２８】以上のように、偏差の平均をとることによ
り、ゆらぎｆが求まると、減算手段３８は各燃料棒位置
ｘｉからゆらぎｆを減算して、画像信号から求められた
燃料棒位置ｘｉを補正する。以上の構成において、ゆら
ぎ検出手段３７と減算手段３８は請求項１の補正手段を
構成し、エンコーダ４は請求項１の移動位置検出手段を
構成している。

【００２９】燃料棒曲がり検出手段３９は、ゆらぎｆが
減じられた燃料棒位置ｘｉ´のテレビカメラ移動方向に
おける変位を求めることで各燃料棒の曲がりを検出す
る。また補正された燃料棒位置ｘｉ´はグリッド位置偏
差検出手段３４により求められたグリッド偏差と共に、
ディスプレイ４０上に表示される。なお、このグリッド
偏差はテレビカメラ２を燃料集合体１５に沿って上方か
ら下方に移動させつつ検出した複数のグリッド１８の各
端部の変位を示すもので、燃料集合体１５全体の傾きを
示すものである。以上の構成において、グリッド位置偏
差検出手段３４は請求項２の傾き検出手段を構成してい
る。

【００３０】図５はディスプレイ４０に表示される燃料
棒とグリッドを示す図であり、図５（ａ）はゆらぎ補正
を行う前の状態を示す図、図５（ｂ）は補正された状態
を示す図である（各燃料棒の中心線１０のみを示す）。
図において、１０は燃料棒の中心線を示し、１１は燃料
棒の外縁（輪郭）を示している。これら図より明らかな
ように、補正前では各グリッド１８を境にして、各燃料
棒の中心線１０および輪郭１１は大きく波打っている。
これに対して、補正後では、各グリッドに対して燃料棒
は連続しており、中心線の波打ちも小さくなっているこ
とが分かり、ゆらぎの影響が削減されたことが理解でき
る。なお、図では中心線のみ示しているが、これより、
燃料棒の間隔、輪郭、曲がりも同様にゆらぎが削減され
て正確に求められることが理解される。

【００３１】以上のような測定が燃料集合体１５の一つ
の面に対して上下移動間で複数行われると、次に燃料集
合体は９０度回転され、以下同様にして、全ての面につ
いて測定が行われる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、この発
明の請求項１に係る燃料集合体の形状測定装置によれ
ば、燃料集合体に沿って上下方向に移動可能に設けら
れ、上記燃料集合体を撮像する撮像手段と、上記撮像手
段の移動位置を検出する移動位置検出手段と、上記撮像
手段により撮像された画像に基づいて上記グリッドの端
部位置を検出するグリッド端部検出手段と、上記グリッ
ド端部位置と上記グリッドにおける上記燃料棒の支持位
置の設計上の値に基づいて、上記各燃料棒のグリッド支
持点における基準位置を検出する燃料棒基準位置検出手
段と、上記撮像手段により撮像された画像に基づいて上
記グリッド間の上記各燃料棒の位置を検出する燃料棒位
置検出手段と、上記燃料棒基準位置検出手段により検出
された上記各燃料棒の基準位置と、上記燃料棒位置検出
手段により検出された上記各燃料棒の位置とに基づい
て、上記各燃料棒の偏差を検出する偏差検出手段と、上
記偏差検出手段により検出された上記偏差に基づいて、
上記燃料棒位置検出手段により検出された上記各燃料棒
の位置を補正する補正手段とを備えたため、ゆらぎの誤
差を削減して燃料棒の位置、間隔、曲がりを精度良く検
出することができ、高い信頼性の下で燃料集合体の形状
を自動計測することができるという効果を奏する。

【００３３】また、この発明の請求項２に係る燃料集合
体の形状測定装置によれば、上記グリッド端部検出手段
により検出される上記複数のグリッドの端部位置の偏差
を求めることにより燃料集合体の傾きを検出する傾き検
出手段をさらに備えたため、燃料集合体の傾きを自動計
測することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明における燃料集合体の形状測定装置
を示す概略図である。

【図２】 この発明における画像処理装置を示すブロッ
ク図である。

【図３】 燃料棒の位置検出を示す説明図である。

【図４】 燃料棒基準位置を示す説明図である。

【図５】 補正前後のディスプレイの表示を示す図であ
る。

【図６】 従来の燃料集合体の形状測定装置を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 画像処理装置、２ テレビカメラ、３ 画像信号、
４ エンコーダ、５位置信号、６ 基準座標信号、１
０、１０ａ〜１０ｄ 燃料棒中心線、１１ 燃料棒輪
郭、１５ 燃料集合体、１８ グリッド、１８ａ グリ
ッド端部、１９、１９ａ〜１９ｄ 燃料棒、３０ 前処
理回路、３１ メモリ、３２ グリッド端部検出手段、
３３ 燃料棒位置検出手段、３４ グリッド位置偏差検
出手段、３５ 燃料棒基準位置検出手段、３６ 燃料棒
偏差検出手段、３７ ゆらぎ検出手段、３８ 減算手
段、３９ 燃料棒曲がり検出手段、４０ ディスプレ
イ、４１補正手段。

フロントページの続き (72)発明者 松岡 寿浩 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (56)参考文献 特開 平７−55988（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−265685（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−301798（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−83110（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−111796（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−28703（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G21C 17/06 GDP

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下方向に複数設けられたグリッドによ
   り、複数の燃料棒が支持され、水中において立設されて
   なる燃料集合体の形状測定装置において、 上記燃料集合体に沿って上下方向に移動可能に設けら
   れ、上記燃料集合体を撮像する撮像手段と、 上記撮像手段の移動位置を検出する移動位置検出手段
   と、 上記撮像手段により撮像された画像に基づいて上記グリ
   ッドの端部位置を検出するグリッド端部検出手段と、 上記グリッド端部位置と上記グリッドにおける上記燃料
   棒の支持位置の設計上の値に基づいて、上記各燃料棒の
   グリッド支持点における基準位置を検出する燃料棒基準
   位置検出手段と、 上記撮像手段により撮像された画像に基づいて上記グリ
   ッド間の上記各燃料棒の位置を検出する燃料棒位置検出
   手段と、 上記燃料棒基準位置検出手段により検出された上記各燃
   料棒の基準位置と、上記燃料棒位置検出手段により検出
   された上記各燃料棒の位置とに基づいて、上記各燃料棒
   の偏差を検出する偏差検出手段と、 上記偏差検出手段により検出された上記偏差に基づい
   て、上記燃料棒位置検出手段により検出された上記各燃
   料棒の位置を補正する補正手段と、 を備えたことを特徴とする燃料集合体の形状測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の燃料集合体の形状測定
   装置において、 上記グリッド端部検出手段により検出される上記複数の
   グリッドの端部位置の偏差を求めることにより燃料集合
   体の傾きを検出する傾き検出手段をさらに備えたことを
   特徴とする燃料集合体の形状測定装置。