JP4156457B2 - Measuring method of outer diameter of object to be measured, outer diameter measuring device and outer peripheral surface grinding device - Google Patents
Measuring method of outer diameter of object to be measured, outer diameter measuring device and outer peripheral surface grinding device Download PDFInfo
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核燃料ペレットなどの略円筒または略円柱形状を有する被測定物について、外径を自動的に測定できるようにした被測定物の外径測定方法及び外径測定装置、そして測定した外径データに基づいて外周面の研削を制御できるようにした被測定物の外周面研削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば略円柱形状を有する核燃料ペレットの製造ラインにはおいては、焼結したペレットを規定の外径寸法に仕上げるため湿式センタレスグラインダーで研削している。ペレットは研削後に燃料棒内に挿入して核燃料として原子炉内で反応させるため、研削加工とその後の外径寸法検査を高精度に行う必要がある。
このような、従来のペレット外径寸法の測定手段では、製造ラインから製造されたペレットを抜き取り、ペレットを基準面に固定して外径測定器で平行面にペレットを挟んで外径寸法を測定している。或いは、乾燥したペレットを測定台に乗せて円柱軸を確保してから透過型レーザ外径測定器や反射型変位センサーを用いて外径寸法を測定する方法もある。
しかしながら、このような測定方法では、ペレットを透過できない環境下やペレットの中心軸が上下左右にずれる搬送手段上での測定が困難であるために、高速自動測定はできなかった。
ペレット外径の高速自動測定手段として、例えば下記特許文献1、2に記載されたものがある。特許文献1では、接触補助板でペレットを押さえた状態で位置検出データによりペレットまでの距離、高さからペレットの外径を測定している。また特許文献2では、フィーダで搬送するペレットを位置決めストッパで停止状態に保持し、レーザ式外径測定器で透過光を用いてペレットの外径を測定するようにしている。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−1996号公報
【特許文献2】
特許第3051049号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、核燃料ペレットは同軸状態を維持しながら高速で長時間にわたって多数個を搬送することが困難であり、測定手段として透過型レーザ外径測定器を用いる場合、ペレットに対して透過光が直角に入射しないで斜めに入射すると測定値が過大になる欠点がある。また、反射型変位センサーを用いる場合、ペレットの中心軸上を測定しているという保証がなく、測定値が過小になるおそれがあった。更に、接触式外径測定器を用いた場合、測定速度が遅いために高速測定ができず、接触によって測定器に接触する部分が摩耗する欠点もある。
しかも、ペレットの外径測定に用いる搬送手段として測定基準面をなす平面状の治具を用いる場合、研削時に濡れたペレットを載置させて滑らせると測定基準面が摩耗してしまい、測定誤差を生じるという不具合があった。そのため高速搬送しつつ外径測定を行う測定装置にペレット載置手段として測定基準面を用いることは実際には困難であった。
また、特許文献1では、湿式研削のためにペレットが濡れていても測定できるが、ペレットの傾きを防ぐための測定補助板、位置センサ、ストッパピン、排出ローラ等の専用品を必要としており、構成が複雑で高コストであった。しかも専用のハンドリングを必要とする欠点がある。特許文献2では、ペレットをレーザ光に直角に位置させることが不可欠であるが、ペレットを同一姿勢で搬送して測定することが困難であり、高速搬送による測定には適さない、という問題があった。また特許文献1、2はいずれもペレットを静止状態にして外径寸法を測定するために高速で自働測定することはできなかった。
【0005】
本発明は、このような実情に鑑みて、被測定物に傾きや位置ずれがあっても高速且つ非接触で外径を測定できるようにした被測定物の外径測定方法及び外径測定装置を提供することを目的とする。
また本発明の他の目的は、被測定物の研削を高精度に行えるようにした外周面研削装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明による被測定物の外径測定方法は、被測定物の円柱状または円筒状の外周面における径方向に対向する両側面に複数のラインレーザ光を鉛直方向に照射し、被測定物の両側面を撮影して、その撮影画像から被測定物の両側面に形成され複数のラインレーザ光について被測定物の水平方向に突出した凸曲線状をなす複数の投影ラインを抽出して、該複数の投影ラインからフィッティング曲線を求めて該フィッティング曲線の水平方向の最大突出点を両側面にそれぞれ突出する頂点として割り出し、該頂点に基づいて三次元位置を確定し、両側面においてそれぞれ複数の頂点を通る直線を両側面の側面外径ラインとしてそれぞれ確定し、両側面の側面外径ライン間の距離から被測定物の外周面の外径を演算するようにしたことを特徴とする。
本発明では、被測定物の両側面にラインレーザ光を照射すると、その両側面上の投影ラインは被測定物の側面形状に沿って湾曲するために、投影ラインを含む撮影画像から投影ラインを抽出して、その投影ラインから両側面に突出する頂点をそれぞれ割り出すことで被測定物の外径を演算できる。そのため、被測定物が基準面に載置されていなくて上下左右に傾斜していても外径を正確に測定できる。
【0007】
また、投影ラインから得たフィッティング曲線の水平方向の最大突出点は頂点を示すために、確実に頂点を得ることができる。また、ラインレーザ光は、被測定物の基準中心軸線を含む(水)平面上に鉛直に位置するように配設し且つ被測定物の搬送方向に対して鋭角または鈍角をなすように傾斜した角度に配設すれば、被測定物の両側面に得られた外径ラインは最も突出することになり、外径ライン間の距離を外径として得られる。
【0008】
本発明による被測定物の外周面研削方法では、被測定物は研削装置で外周面を研削した後で外径を測定するようになっており、請求項1に記載の被測定物の外径測定方法で得られた外径のデータを研削装置にフィードバックして外周面の研削を調整するようにしたことを特徴とする。
被測定物の外径測定方法で得られた外径のデータから、研削された外径の歪みやストレート度合い等を検出して研削装置にフィードバックさせることで、研削装置による研削特性を即座に調整できる。
【0009】
本発明による被測定物の外径測定装置は、被測定物の円柱状または円筒状の外周面における径方向に対向する両側面にそれぞれ配設された複数のラインレーザ投光器と、複数のラインレーザ光が鉛直方向に照射された被測定物の両側面をそれぞれ撮影する撮影手段と、該撮影手段で得られた撮影画像から被測定物の両側面に沿って形成された複数のラインレーザ光について被測定物の水平方向に突出する凸曲線状をなす複数の投影ラインを抽出する抽出手段と、複数の投影ラインからフィッティング曲線を求めて該フィッティング曲線から水平方向の最大突出点を求めて両側面にそれぞれ突出する頂点として算出する割り出し手段と、フィッティング曲線の頂点から両側面の三次元位置を確定してそれぞれ複数の頂点を通る直線を両側面の側面外径ラインとしてそれぞれ確定し、両側面の側面外径ライン間の距離から被測定物の外周面の外径を演算する外径演算手段とを備えたことを特徴とする。
被測定物の両側面にラインレーザ光を照射し、その両側面上の投影ラインが被測定物の側面形状に沿って湾曲した被測定物の両側面を撮影手段でそれぞれ撮影し、抽出手段で撮影画像から投影ラインのみを抽出したあとで、割り出し手段によって投影ラインから最適のフィッティング曲線を求めて、その頂点を割り出す。そして、両側面の複数のフィッティング曲線の頂点間の距離から被測定部の外径を求めることができる。そのため、被測定物が上下方向や左右方向に傾斜していても対向する両側面に突出する複数の頂点を検出することで、確実に外径を得られる。
そのために、特にラインレーザ光の光軸が被測定物の基準中心軸線を含む(水)平面上に位置するようにラインレーザ投光器を配設するのが好ましい。更に好ましくは、ラインレーザ光が(水)平面に対して垂直で被測定物の搬送方向に対して鋭角または鈍角をなすように傾斜した角度で投影するように配設してもよい。
【0010】
本発明による被測定物の外周面研削装置は、被測定物の外周面を研削する研削装置と、研削装置で研削された被測定物の外径を測定する上述した外径測定装置とを備え、外径測定装置の外径演算部で得られた被測定物の外径のデータを研削装置にフィードバックして被測定物の研削を調整するようにしたことを特徴とする。
被測定物の外径測定装置で得た外径のデータから、研削された外径の歪みやストレート度合い等を検出してフィードバックさせることで、研削特性を調整できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1乃至図10により説明する。
図1及び図2において、外径測定装置1はペレット研削装置2(研削装置)に続いて設けられている。ペレット研削装置2は例えば湿式センタレスグラインダを内蔵しており、この研削装置2で冷却水をかけながら研削されたペレットPは、ラダーチェーン3で外径測定装置1へ高速搬送されてペレットPの外径寸法が自動的に測定されることになる。
ラダーチェーン3は図2に示すように縦断面視凹部形状のラダーチェーンガイド4の凹部4a内に摺動可能に載置され、ペレット研削装置2から外径測定装置1までペレットPを搬送する。そして、ラダーチェーン3は無端状をなしていてラダーチェーンガイド4の両側に設けた一対のホイール(図示せず)に巻回された状態で周回運動することになる。ラダーチェーンガイド4には凹部4aから下方に連通するドレイン穴5が穿孔されており、ドレイン穴5を通してペレットPの研削に用いペレットPに付着していた冷却水が回収される。
【0012】
外径測定装置1は外径測定部6と測定制御部7とで構成されている。外径測定部6はラダーチェーン3の両側に設けられている。ラダーチェーン3の一方の側部にはラダーチェーン3上のペレットPの一方の側面(外周面)を撮影するエリアカメラ8A(撮影手段)が設けられている。エリアカメラ8Aは先端にテレセントリックレンズ9Aを装着しており、その撮影光軸Loはラダーチェーン3に略直交するように配設されている。
エリアカメラ8Aの両側にはラインレーザ投光器10A、10Bが配設され、そのラインレーザ光La、Lbの光軸が撮影光軸Loに対して適宜角度、例えば45°の等角度をなすように位置している。しかも、各ラインレーザ光La、Lbはエリアカメラ8Aの撮影光軸Lo上にペレットPが搬送された時点でペレットPの周側面P1(外周面)を照射するようにラインレーザ投光器10A、10Bが位置している。
【0013】
そして、ラインレーザ投光器10A、10Bから射出するラインレーザ光La,Lbは鉛直方向に延びる直線状をなしていて、ペレットPの周側面P1に照射されるとその円筒状の表面形状に沿って略円弧状の投影ラインLa1、Lb1を形成する。投影ラインLa1、Lb1は互いに内向きに凸曲線を描くように略x字状に交差している(図3、4、5参照)。この投影ラインLa1、Lb1がエリアカメラ8Aで撮影されて画像データとして取り込まれる。
これらエリアカメラ8A及びラインレーザ投光器10A、10Bと同一部材がラダーチェーン3を挟んで反対側にも例えば線対称に配設されており、反対側のこれら部材はテレセントリックレンズ9Bを備えたエリアカメラ8B、ラインレーザ投光器10C、10Dとして構成されている。ラインレーザ投光器10C、10Dから射出する鉛直のラインレーザ光Lc,Ldは、ペレットPの周側面P1に照射されて略円弧状の投影ラインLc1、Ld1を形成する(図4、5参照)。
そして、ラダーチェーン3上に載置されたペレットPが仮想的にラダーチェーン3の搬送方向と平行に配設されているとして、その中心軸を基準中心軸線Oとする。そして、基準中心軸線Oを含む水平面を想定した場合、この水平面上に各ラインレーザ光の光軸が位置するように各ラインレーザ投光器10A、10B、10C、10Dを配設する。
【0014】
各ラインレーザ投光器10A〜10Dは、測定制御部7のレーザパワー制御部13に電気的に接続されており、レーザパワー制御部13によって各投光器10A〜10Dから投光されるレーザ光を鉛直のライン状投光線に制御する。また測定制御部7には、エリアカメラ8A,8Bで撮影した画像を入力する画像入力部14と、入力画像を解析してペレットPの外径を演算する演算制御部15とが設けられている。そして演算制御部15で算出された外径データはデータ出力部16からペレット研削装置2へフィードバックされ、ペレット研削装置2で研削加工するペレットPの外径研削を制御する。
また、演算制御部15は、撮影画像から例えば二本の投影ラインLa1,Lb1またはLc1,Ld1を抽出する抽出手段20と、抽出された凸曲線状の投影ラインの凸曲ピーク付近の曲線部分について水平ライン投光線中心を割り出して最適フィッティング曲線を算出する第一割り出し手段21と、最適フィッティング曲線から極大点を頂点として算出する第二割り出し手段22と、ペレットPの両側面において各二つの投影ラインからそれぞれ算出した頂点に基づいて三次元位置を確定して外径測定ラインを得ることでペレットPの外径を演算する外径演算手段23とを備えている。第一割り出し手段21と第二割り出し手段22は割り出し手段を構成する。
【0015】
次にエリアカメラ8A,8Bで得られる撮影画像について説明する。
ペレット研削装置2からラダーチェーン3に所定間隔で載置されて搬送されるペレットPは、必ずしも基準中心軸線Oと同軸に並べられて同一直線状に安定して搬送されるというものではなく、図3に示すようにペレットPの中心軸は基準中心軸線Oに対して左右方向や上下方向に少し傾いたりして搬送される。
図4において、(1)〜(8)はラダーチェーン3上に載置され搬送されるペレットPの撮影時の姿勢を示す画像であり、それぞれ異なる姿勢を示している。図4(a)はエリアカメラ8Bで撮影した各ペレットPの側面画像、(b)は上面図、(c)はエリアカメラ8Aで撮影した各ペレットPの側面画像である。尚、図4(a)と(c)でペレットPの側面の一方の境界線がないのは撮影時にラダーチェーン3やラダーチェーンガイド4に隠れて写らないためである。
(1)に示すペレットPは計測時の基準位置にあり、中心軸が基準中心軸線Oと一致しており、各エリアカメラ8Aまたは8Bの光軸はペレットPの中心軸の中央に照射される。そして各々ラインレーザ投光器10A、10Bまたは10C、10Dのラインレーザ光La、LbまたはLc、Ldは、ペレットPの側面上で略円弧状の投影ラインLa1、Lb1またはLc1、Ld1として投影され、投影ラインLa1及びLb1と投影ラインLc1及びLd1は互いに中心軸に対して線対称であり、しかも中心軸に直交する垂線に対して線対称でもある。
図4の(2)は中心軸がずれずに(1)のペレットPに対して外径が例えば0.2mm大きい場合、(3)は同じく外径が0.2mm小さい場合の画像である。図4(4)と(5)は基準中心軸線O方向に例えば+0.1mmずれた場合、−0.1mmずれた場合の画像である。図4(6)はペレットPの中心軸が基準中心軸線Oに対して水平方向に5°傾斜した場合の画像、図4(7)は中心軸が基準中心軸線Oに対して上下方向に5°傾斜した場合の画像、図4(8)は中心軸が基準中心軸線Oに対して上下左右方向にそれぞれ5°傾斜した場合の画像である。
【0016】
次にペレットPの撮影画像に基づいてペレットPの外径を測定する方法について説明する。
本実施の形態では、図4(8)、図5に示すペレットPの撮影画像に基づいてペレットPの外径を測定する方法を図6の工程図に沿って説明する。
研削後のペレットPが上下左右に傾斜した状態でラダーチェーン3に載置されて外径測定装置1の外径測定部6に高速搬送されると、各ラインレーザ投光器10A〜10Dからラインレーザ光がペレットPに照射され、エリアカメラ8A,8BでそれぞれペレットPの両側面が撮影される。
ここでは、エリアカメラ8Aによる撮影画像について説明すると、エリアカメラ8Aで撮影された画像は測定制御部7の画像入力部14へ入力され(ステップ100)、演算制御部15で解析処理される。演算制御部15でペレットPの撮影画像を認識する(ステップ101)ことで外径測定処理をスタートさせる(ステップ102)。
【0017】
先ず図7に示すように抽出手段20で画像処理によって投影ラインLa1、Lb1を抽出し(ステップ103)、次いで第一割り出し手段21で投影ラインLa1を形成する左側に凸をなす曲線部分のピーク付近の画像を拡大して、各水平方向ライン上の明るさ分布をとると、投影ラインLa1(投光線)の長手方向に沿って、投影ラインLa1にそれぞれ直交する水平方向ラインをなす山形の明るさ分布が複数得られる(図8参照)。割り出した各水平ラインの明るさ分布から投光線中心でとってプロットすると図9に示す投光線中心の略ライン状プロット画が得られる。このデータから異常値を排除して、図10に示す、凸頂点が1つの山形最適フィッティング曲線La1′、Lb1′が得られる。
第二割り出し手段22で、図10に示す最適フィッティング曲線La1′の頂点として極大点を算出して、予め算出された校正係数で三次元位置を確定することで投影ラインLa1の極大点paを確定できる。同様の手順で投影ラインLb1の極大点pbを確定する。
これら極大点pa、pbはペレットPの円筒周面形状の一方の側面に投影した投影ラインLa1、Lb1の最大値であるから、ペレットPの側面における水平方向の最大突出点として確定される。外径演算手段23において、この2点pa,pbを通る直線を一方の側面外径ラインp1として確定する。そして、対向するエリアカメラ8B側においても、同様にラインレーザ光Lc,LdをペレットPの円筒周面形状の側面に投影した投影ラインLc1、Ld1の撮影画像から、2つの極大点pc、pdを特定してペレットPの他方の側面における水平方向の最大突出点として確定でき、この2点pc,pdを通る直線を他方の側面外径ラインp2として確定できる。尚、図では、極大点pc、pdは省略されている。
そして、2つの側面外径ラインp1、p2間の距離DをペレットPの外径として算出できる。
【0018】
このようにしてペレットPをラダーチェーン3で高速搬送しながら静止させることなく外径寸法を非接触で高速に測定する。ペレットPはペレット研削装置2で研削された後にラダーチェーン3に載置されて外径測定装置1へ搬送されるが、ラダーチェーン3上のペレットPは中心軸回りの向きが一定しない。これらペレットPの外径寸法を複数、例えば20点測定すると、ペレットPの平均外径を計算でき、また水平方向の外径形状の歪み具合や直線状の度合いを算出できる。そして、外径測定部6で得られたペレットPの測定外径が設定された許容範囲内であれば、次工程に搬送されて燃料棒内に充填されることになる。ペレットPの測定外径が許容範囲外である場合には、そのペレットP1は異常品選別部で搬送ラインから除外され排出される。
例えば20個等の複数のペレットPの水平方向の外径やこの外径の歪み具合やストレート度合いを統計的に畳み込み演算処理することで、ペレット研削装置2の研削実態を監視できる。そして、ペレットPの研削実態のデータをデータ出力部16からペレット研削装置2の研削調整部25へフィードバックすることで研削装置2の湿式センタレスグラインダを制御してペレットPの外径研削を調整し、研削精度を安定して維持することができる。
【0019】
上述のように本実施の形態による外径測定装置1によれば、ペレットPをラダーチェーン3に載置して高速搬送しながら静止させずに外周面P1の外径を非接触で高速測定でき、そのために全数計測できる。しかも、基準面を備えた特定の搬送機を用いることなく、正確な基準面や測定軸や透過エリアの確保など必要なく、順次搬送するペレットPの各中心軸が上下左右方向にずれていても外径測定装置1自身でペレットPを認識して測定できる。ペレットPの通常の搬送ブレや傾きを認識して補正し測定できる。
【0020】
しかも、多数の画素から最適フィッテング曲線を求めて曲線の頂点位置割り出しを行うので面の平均的な分解能が高く誤差の少ない高精度な外径測定を行える。
しかも、測定で得た外径データを統計による外径特徴量として研削装置2の研削調整部25へフィードバックすることでペレットPの外周面P1に対する研削量や研削位置等を随時調整して、より高精度な研削を行える。
また、撮影画像によりペレットPの欠け等の異常部も検知可能なので、欠陥のある異常ペレットを排出して、フィードバックデータ中に誤った外径評価を含ませて異常な研削制御をすることを防止できる。また、ペレット研削装置2のトラブルもペレットPに現れることで外径測定装置1で検知できるため、異常研削時の稼働停止や異常状態の連絡等を最適に行う装置に設定できる。
【0021】
尚、本実施の形態では、ラインレーザ投光器10A,10Bや10C,10Dをエリアカメラ8Aや8Bの光軸Loに対して等角度をなすように配設したが、異なる角度であってもよい。
また、一方のラインカメラ8Aまたは8B側に配設するラインレーザ投光器を二基づつに設定したが三基以上配設するようにしてもよく、この場合には側面外径ラインp1、p2を設定する最適フィッティング曲線の極大点を3点以上設定できるために、側面外径ラインp1、p2をより高精度に確定できる。
また、上述の実施の形態ではペレットを搬送状態で外径測定するようにしたが、停止状態で外径測定してもよく、この場合には測定効率は若干低下するが、一層高精度な測定を行える。また、ペレットPの外径測定時にペレットPを載置する搬送部材としてラダーチェーンに限定されることなく他の適宜のものを採用できる。
尚、本発明は、核燃料ペレットPの外径測定だけでなく、その他の円柱状または円筒状、或いは楕円形状、その他の適宜の外周面形状を有する被測定物の外周面の外径を含む対向する外周面間距離の測定に用いることができる。
【0022】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る外径測定方法及び装置は、被測定物が基準面に載置されていなくても、搬送ぶれや上下左右方向の傾きを認識して補正し外径を高速且つ非接触で正確に測定できる。
【0023】
また、本発明による被測定物の外周面研削装置では、被測定物の外径測定で得られた外径データを研削装置にフィードバックして被測定物の外周面の研削を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態によるペレットの外径測定装置の説明図である。
【図2】 図1に示す外径測定装置の正面図である。
【図3】 ペレット搬送用のラダーチェーンを示すもので(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図4】 (1)〜(8)による異なる姿勢のペレットに投影された投影ラインを示す図で、(a)は一方の側面画像の図、(b)は上面図、(c)は他方の側面画像の図である。
【図5】 図4(8)に示すペレットの拡大図で(a)は側面画像の図、(b)は上面図、(c)は側面画像の図である。
【図6】 外径測定装置の外径計測処理手順を示す工程図である。
【図7】 傾斜状態のペレットの一方の側面に照射された投影ラインの画像である。
【図8】 投影ライン画像の凸曲部における一水平ライン上の明るさ分布図である。
【図9】 投影ラインの凸曲部における水平ラインの投光線中心をプロットした図である。
【図10】 水平ラインの投光線中心データから得た最適フィッティング曲線を示す図である。
【符号の説明】
1 外径測定装置(外周面間距離測定装置)
2 ペレット研削装置(研削装置)
3 ラダーチェーン(搬送部材)
6 外径測定部
7 測定制御部
8A、8B エリアカメラ(撮影手段)
10A、10B,10C,10D ラインレーザ投光器
15 演算制御部
20 抽出手段
21 第一割り出し手段(割り出し手段)
22 第二割り出し手段(割り出し手段)
La,Lb,Lc,Ld ラインレーザ光
La1,Lb1,Lc1,Ld1 投影ライン
La1′,Lb1′,Lc1′,Ld1′ 最適フィッティング曲線
P ペレット(被測定物)
P1 外周面
pa、pb、pc、pd 極大点(頂点)
p1、p2 外径測定ライン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an outer diameter measuring method, an outer diameter measuring device, and an outer diameter measuring device that can automatically measure the outer diameter of a measuring object having a substantially cylindrical or substantially cylindrical shape such as nuclear fuel pellets. The present invention relates to an outer peripheral surface grinding apparatus for an object to be measured, which can control grinding of an outer peripheral surface based on diameter data.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a nuclear fuel pellet production line having a substantially cylindrical shape, for example, a sintered centerless grinder is ground to finish the sintered pellet to a specified outer diameter. Since the pellet is inserted into the fuel rod after grinding and reacted in the nuclear reactor as nuclear fuel, it is necessary to perform grinding and subsequent inspection of the outer diameter with high accuracy.
In such a conventional pellet outer diameter measuring means, the pellet manufactured from the production line is extracted, the pellet is fixed to the reference surface, and the outer diameter is measured by sandwiching the pellet on the parallel surface with an outer diameter measuring instrument. is doing. Alternatively, there is a method in which the dried pellets are placed on a measuring table to secure a cylindrical axis, and then the outer diameter is measured using a transmission laser outer diameter measuring device or a reflective displacement sensor.
However, in such a measurement method, it is difficult to perform high-speed automatic measurement because it is difficult to perform measurement in an environment where the pellet cannot pass through or on a conveying means in which the central axis of the pellet is shifted vertically and horizontally.
Examples of high-speed automatic measurement means for pellet outer diameter include those described in
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-1996 [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3051049 gazette
[Problems to be solved by the invention]
However, it is difficult to transport many nuclear fuel pellets over a long period of time while maintaining a coaxial state. When a transmission type laser outer diameter measuring instrument is used as a measuring means, the transmitted light is perpendicular to the pellet. There is a drawback that the measured value becomes excessive when it is incident obliquely without incident. Further, when using a reflective displacement sensor, there is no guarantee that the measurement is performed on the central axis of the pellet, and the measurement value may be too small. Furthermore, when a contact-type outer diameter measuring device is used, there is a drawback that high-speed measurement cannot be performed because the measurement speed is low, and a portion that contacts the measuring device is worn by contact.
In addition, when using a flat jig that forms the measurement reference surface as the conveying means used to measure the outer diameter of the pellet, if the wet pellet is placed and slid during grinding, the measurement reference surface will be worn, resulting in measurement errors. There was a problem that caused. Therefore, it was actually difficult to use the measurement reference surface as the pellet placing means in the measuring apparatus that measures the outer diameter while conveying at high speed.
Further, in Patent Document 1, measurement is possible even when the pellets are wet due to wet grinding, but dedicated products such as a measurement auxiliary plate, a position sensor, a stopper pin, and a discharge roller for preventing the inclination of the pellets are required. The configuration was complicated and expensive. In addition, there is a drawback that requires special handling. In
[0005]
In view of such circumstances, the present invention provides a method for measuring an outer diameter of an object to be measured and an outer diameter measuring apparatus capable of measuring the outer diameter at high speed and in a non-contact manner even when the object to be measured is tilted or displaced. The purpose is to provide.
Another object of the present invention is to provide an outer peripheral surface grinding apparatus which can perform grinding of an object to be measured with high accuracy.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the method for measuring the outer diameter of an object to be measured according to the present invention, a plurality of line laser beams are irradiated in the vertical direction on both side surfaces opposite to each other in the radial direction on the columnar or cylindrical outer peripheral surface of the object to be measured. Photographing both side surfaces, extracting a plurality of projection lines forming convex curves protruding in the horizontal direction of the object to be measured with respect to a plurality of line laser beams formed on both sides of the object to be measured from the captured image, A fitting curve is obtained from a plurality of projection lines, the maximum horizontal projection point of the fitting curve is determined as a vertex projecting on both sides, and a three-dimensional position is determined based on the vertex, and a plurality of vertices on each side. The straight line passing through is determined as side outer diameter lines on both sides, and the outer diameter of the outer peripheral surface of the object to be measured is calculated from the distance between the side outer diameter lines on both sides.
In the present invention, when the line laser beam is irradiated to both side surfaces of the object to be measured, the projection lines on both side surfaces are curved along the side surface shape of the object to be measured. extracted and can be calculated outside diameter of the object vertices projecting sides from the projection line be determined respectively. Therefore, the outer diameter can be accurately measured even when the object to be measured is not placed on the reference plane and is inclined vertically and horizontally.
[0007]
Further, since the maximum protruding point in the horizontal direction of the fitting curve obtained from the projection line indicates the apex , the apex can be obtained with certainty. Further, the line laser beam is disposed so as to be positioned vertically on the (water) plane including the reference center axis of the object to be measured, and is inclined so as to form an acute angle or an obtuse angle with respect to the conveyance direction of the object to be measured. If arranged at an angle, the outer diameter lines obtained on both side surfaces of the object to be measured will protrude most , and the distance between the outer diameter lines can be obtained as the outer diameter.
[0008]
In the outer peripheral surface grinding method of an object to be measured according to the present invention, the outer diameter of the object to be measured is measured after the outer peripheral surface is ground by a grinding device, and the outer diameter of the object to be measured according to claim 1. The outer diameter data obtained by the measurement method is fed back to the grinding device to adjust the grinding of the outer peripheral surface.
Grinding characteristics of the grinding device can be adjusted immediately by detecting the outer diameter data obtained by the method of measuring the outer diameter of the object to be measured, and detecting the distortion and straightness of the ground outer diameter and feeding back to the grinding device. it can.
[0009]
An apparatus for measuring an outer diameter of an object to be measured according to the present invention includes a plurality of line laser projectors disposed on both side surfaces opposed to each other in a radial direction on a columnar or cylindrical outer peripheral surface of the object to be measured, and a plurality of line lasers. a photographing means for photographing the both side surfaces of the object to be measured irradiated with the light in the vertical direction, the plurality of line laser light formed along both sides of the object from the obtained captured image in the photographing means Extraction means for extracting a plurality of projection lines that form a convex curve projecting in the horizontal direction of the object to be measured, and both sides by obtaining a fitting curve from the plurality of projection lines and obtaining a horizontal maximum projection point from the fitting curve side of the indexing means for calculating a vertex projecting respectively, a straight line both sides through a plurality of vertices from the vertex to confirm the three-dimensional position of both sides of the fitting curve in Each determined as the external diameter of the line, characterized by comprising an outer diameter calculating means for calculating the outer diameter of the outer peripheral surface of the object to be measured from the distance between the side surfaces outside diameter line on each side.
The line laser beam is irradiated to both sides of the object to be measured, and both sides of the object to be measured whose projection lines on both sides are curved along the shape of the side of the object to be measured are respectively photographed by the photographing means, and extracted by the extracting means. After extracting only the projection line from the photographed image, an optimum fitting curve is obtained from the projection line by the indexing means, and its vertex is determined. And the outer diameter of a to-be-measured part can be calculated | required from the distance between the vertices of several fitting curves of both sides. Therefore, even if the object to be measured is inclined in the vertical direction or the horizontal direction, the outer diameter can be reliably obtained by detecting a plurality of vertices protruding on opposite side surfaces.
For this purpose, it is preferable to dispose the line laser projector so that the optical axis of the line laser beam is located on a (water) plane including the reference center axis of the object to be measured. More preferably, the line laser beam may be disposed so as to project at an angle that is perpendicular to the (horizontal) plane and is acute or obtuse with respect to the conveyance direction of the object to be measured.
[0010]
An outer peripheral surface grinding apparatus for an object to be measured according to the present invention includes a grinding apparatus for grinding an outer peripheral surface of an object to be measured, and the above-described outer diameter measuring apparatus for measuring an outer diameter of the object to be measured ground by the grinding apparatus. The outer diameter data of the object to be measured obtained by the outer diameter calculation unit of the outer diameter measuring device is fed back to the grinding device to adjust the grinding of the object to be measured.
Grinding characteristics can be adjusted by detecting and feeding back the distortion of the ground outer diameter, the degree of straightness, and the like from the outer diameter data obtained by the outer diameter measuring device of the object to be measured.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 and 2, the outer diameter measuring device 1 is provided after the pellet grinding device 2 (grinding device). The
As shown in FIG. 2, the
[0012]
The outer diameter measuring device 1 includes an outer
[0013]
The line laser beams La and Lb emitted from the
The same members as those of the
Then, assuming that the pellets P placed on the
[0014]
Each of the
Further, the
[0015]
Next, captured images obtained by the
The pellets P that are placed and conveyed on the
In FIG. 4, (1) to (8) are images showing postures at the time of photographing the pellets P placed and transported on the
The pellet P shown in (1) is at the reference position at the time of measurement, the center axis coincides with the reference center axis O, and the optical axis of each
(2) of FIG. 4 is an image when the outer diameter is larger by 0.2 mm, for example, than the pellet P of (1) without shifting the central axis, and (3) is an image when the outer diameter is also smaller by 0.2 mm. FIGS. 4 (4) and 4 (5) are images when the position is shifted by, for example, +0.1 mm or −0.1 mm in the reference central axis O direction. 4 (6) shows an image when the central axis of the pellet P is inclined by 5 ° in the horizontal direction with respect to the reference central axis O, and FIG. 4 (7) shows the
[0016]
Next, a method for measuring the outer diameter of the pellet P based on the photographed image of the pellet P will be described.
In the present embodiment, a method for measuring the outer diameter of the pellet P based on the photographed image of the pellet P shown in FIGS. 4 (8) and 5 will be described with reference to the process chart of FIG.
When the pellet P after grinding is placed on the
Here, the image captured by the
[0017]
First, as shown in FIG. 7, the
The
Since these local maximum points pa and pb are the maximum values of the projection lines La1 and Lb1 projected onto one side surface of the cylindrical circumferential surface shape of the pellet P, they are determined as the maximum horizontal protruding point on the side surface of the pellet P. In the outer diameter calculating means 23, a straight line passing through the two points pa and pb is determined as one side outer diameter line p1. Similarly, on the facing
The distance D between the two side surface outer diameter lines p1 and p2 can be calculated as the outer diameter of the pellet P.
[0018]
In this way, the outer diameter is measured at high speed in a non-contact manner without causing the pellet P to stand still while being conveyed by the
For example, the grinding actual condition of the
[0019]
As described above, according to the outer diameter measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the outer diameter of the outer peripheral surface P1 can be measured at high speed without contact without placing the pellet P on the
[0020]
In addition, since the optimum fitting curve is obtained from a large number of pixels and the vertex position of the curve is determined, it is possible to measure the outer diameter with high accuracy and high accuracy with a high average surface resolution.
In addition, the outer diameter data obtained by the measurement is fed back to the
In addition, abnormal parts such as chipping of the pellet P can be detected from the photographed image, so that defective abnormal pellets are discharged and abnormal grinding control is not included by including an incorrect outer diameter evaluation in the feedback data. it can. Further, since troubles in the
[0021]
In the present embodiment, the
In addition, although two line laser projectors are arranged on one
Further, in the above-described embodiment, the outer diameter is measured while the pellet is being conveyed. However, the outer diameter may be measured in a stopped state, and in this case, the measurement efficiency is slightly reduced, but more accurate measurement is possible. Can be done. In addition, the transport member on which the pellet P is placed when measuring the outer diameter of the pellet P is not limited to the ladder chain, and other appropriate members can be adopted.
The present invention is not limited to the measurement of the outer diameter of the nuclear fuel pellet P, but includes the outer diameter of the outer peripheral surface of the object to be measured having other columnar shape, cylindrical shape, elliptical shape, or other appropriate outer peripheral shape. It can be used to measure the distance between the outer peripheral surfaces.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, the outer diameter measuring method and apparatus according to the present invention recognizes and corrects the movement blur and the inclination in the vertical and horizontal directions and increases the outer diameter even when the object to be measured is not placed on the reference surface. And it can measure accurately without contact.
[0023]
Moreover, in the outer peripheral surface grinding apparatus of the measured object according to the present invention, the outer diameter data obtained by measuring the outer diameter of the measured object can be fed back to the grinding apparatus to adjust the grinding of the outer peripheral surface of the measured object. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of a pellet outer diameter measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the outer diameter measuring apparatus shown in FIG.
3A and 3B show a ladder chain for conveying pellets, where FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a side view.
4A and 4B are diagrams showing projection lines projected on pellets of different postures according to (1) to (8), where (a) is a view of one side image, (b) is a top view, and (c) is the other side. FIG.
5 (a) is an enlarged view of the pellet shown in FIG. 4 (8), (a) is a side image, (b) is a top view, and (c) is a side image. FIG.
FIG. 6 is a process diagram showing an outer diameter measurement processing procedure of the outer diameter measuring apparatus.
FIG. 7 is an image of a projection line irradiated on one side surface of an inclined pellet.
FIG. 8 is a brightness distribution diagram on one horizontal line in a convex curve portion of a projection line image.
FIG. 9 is a diagram plotting the projection center of a horizontal line at a convex curve portion of a projection line.
FIG. 10 is a diagram showing an optimum fitting curve obtained from projection center data of a horizontal line.
[Explanation of symbols]
1 Outer diameter measuring device (peripheral surface distance measuring device)
2 Pellet grinding equipment (grinding equipment)
3 Ladder chain (conveying member)
6 outer
10A, 10B, 10C, 10D
22 Second indexing means (indexing means)
La, Lb, Lc, Ld Line laser beams La1, Lb1, Lc1, Ld1 Projection lines La1 ′, Lb1 ′, Lc1 ′, Ld1 ′ Optimal fitting curve P Pellet (object to be measured)
P1 outer peripheral surface pa, pb, pc, pd local maximum point (vertex)
p1, p2 outer diameter measurement line
Claims (3)
複数のラインレーザ光が鉛直方向に照射された被測定物の両側面をそれぞれ撮影する撮影手段と、
該撮影手段で得られた撮影画像から被測定物の両側面に沿って形成された複数のラインレーザ光について被測定物の水平方向に突出する凸曲線状をなす複数の投影ラインを抽出する抽出手段と、
前記複数の投影ラインからフィッティング曲線を求めて該フィッティング曲線から水平方向の最大突出点を求めて前記両側面にそれぞれ突出する頂点として算出する割り出し手段と、
前記フィッティング曲線の頂点から前記両側面の三次元位置を確定してそれぞれ複数の前記頂点を通る直線を両側面の側面外径ラインとしてそれぞれ確定し、前記両側面の側面外径ライン間の距離から前記被測定物の外周面の外径を演算する外径演算手段と
を備えた被測定物の外径測定装置。A plurality of line laser projectors respectively disposed on both side surfaces facing the radial direction of the columnar or cylindrical outer peripheral surface of the object to be measured;
Imaging means for imaging both side surfaces of the object to be measured irradiated with a plurality of line laser beams in the vertical direction ,
Extraction that extracts a plurality of projected lines that form a convex curve projecting in the horizontal direction of the object to be measured for a plurality of line laser beams formed along both side surfaces of the object to be measured from the photographed image obtained by the photographing means Means,
Indexing means for obtaining a fitting curve from the plurality of projection lines and obtaining a maximum projecting point in the horizontal direction from the fitting curve and calculating as a vertex projecting on both side surfaces ;
The three-dimensional positions of the both side surfaces are determined from the vertices of the fitting curve, and straight lines passing through the plurality of vertices are respectively determined as side surface outer diameter lines on both side surfaces, and from the distance between the side surface outer diameter lines on the both side surfaces. An outer diameter measuring device for an object to be measured, comprising: an outer diameter calculating means for calculating an outer diameter of an outer peripheral surface of the object to be measured.
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