JP4549931B2 - ミキシングベーン検査方法と検査装置 - Google Patents

Description

本発明は原子炉燃料集合体の燃料棒を支持するための支持格子上で斜めに曲げられたミキシングベーンを非接触で自動検査するミキシングベーン検査方法と検査装置に関する。

加圧水型原子炉に用いる燃料集合体は、上部ノズルと下部ノズルの間に複数の支持格子が所定間隔で配設され、計装用管及び複数の制御棒案内管が各支持格子と上部ノズル及び下部ノズルにそれぞれ固定されている。そして、各支持格子には多数の燃料棒が挿入されて、各格子空間内でディンプルとスプリングで挟持されている。
例えば図１６に示すように、各支持格子１は、薄板帯状のストラップ２、２を格子状に交差させて構成され、各格子空間３内には各ストラップ２に設けられたスプリング４とディンプル５とが対向して突出して、燃料棒６を支持するようになっている。
そして、少なくとも一部の支持格子１には、各ストラップ２の上端部に設けられたミキシングベーン（以下、ベーンという）８が、支持格子１の格子上面部から折り曲げられてそれぞれの格子空間３内に傾斜して突出し、原子炉稼働時に燃料集合体内を流れる冷却材を攪拌して燃料棒６を冷却するようになっている。そのため、炉内の燃料棒６の温度を制御するために、各ベーン８は冷却材を攪拌、混合して温度分布を一様化するように、所定の角度で傾斜し適当な流水間隔で保持されていることが要求される。

ところで、近年、ベーン８の形状は、支持格子１の核燃料冷却性能を高めるため、燃料捧６、６間に形成された冷却材の流路での流動混合性を向上させるための形状に変わりつつある。
例えば、特許文献１では、冷却材の圧力損失への影響が小さく、しかも優れた攪拌混合作用を呈するベーンが提案されている。この発明では、格子空間３内に折り曲げられたベーンは、ベーンの傾斜面の基点となる折り曲げ線Ｋ（図１７参照）を格子空間のコーナ側を高くしてベーンを傾斜させている。
ベーン８はその位置及び折り曲げ方向を冷却材の撹拌が一方方向に偏らないように左右に混在している。そのため、ベーン８は図１６の平面図に示すように８つの方向に折り曲げられている。

一方、特許文献２では、ベーンの傾斜面の基点となる折り曲げ線が支持格子の上面即ちストラップの上端縁に沿って位置し、格子空間内に所定角度で折り曲げられている。この場合には、傾斜しているベーンを上面からみた投影画像を平面画像として得て、この平面画像上でのベーンの投影距離（長さ）を計測し、その投影距離でベーンの傾斜角が許容誤差範囲内にあるか否かを判別している。
特開２０００−２８７７２号公報 特開平９−６１５７３号公報

しかし、特許文献１に記載された支持格子の上面に対して傾斜した折り曲げ線で折り曲げられたベーンの場合には、安定した冷却効果を得るために、特許文献２記載のベーンのように単に傾斜するベーンの平面画像での距離Ｘによって概略折り曲げ角度を検査して調整するだけでは不十分であった。
このような傾斜した折り曲げ線を有するベーンを用いて、より安定した冷却効果を得るためには、特許文献２に示すように平面画像から投影距離を計測するベーンの検査だけではなく、ベーンの傾斜角を含む寸法も測定して検査する必要がある。
このようなベーンの傾斜角を測定する方法として例えば下記３つの手段が考えられる。第一の手段は単眼カメラを用いるものであるが、ベーンについて二次元方向の寸法しか測定できず、傾斜角は代替え測定となる。第二の手段は複眼カメラを用いるものであるが、金属面や無地の面測定は測定精度が安定せず、高精度の測定が難しい。第三の手段はスポットレーザ変位計／共焦点立体測定器を用いるものであるが、高速で測定できない。
そのため、従来のベーン検査装置では、これら傾斜した折り曲げ線を有するベーンを設けた多数の格子空間を備える支持格子の傾斜角を含む寸法について高速で安定して実用的な全数検査をすることは困難であった。

本発明は、このような実情に鑑みて、斜めに曲げられたミキシングベーンの傾斜角を含む寸法や位置を高速で簡単に検査できるようにしたミキシングベーン検査方法と検査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、ミキシングベーンに歪みや変形があっても傾斜角を含む寸法、位置、表面歪みを測定できるようにしたミキシングベーン検査方法と検査装置を提供することである。

本発明によるミキシングベーン検査方法は、複数のストラップを交差させてなる支持格子の格子空間内に、ストラップから折り曲げたベーンが斜めに傾斜して突出してなる燃料集合体の支持格子において、複数のラインレーザ投光器から支持格子に対して所定角度でラインレーザ光を投光してベーン上に複数の投影線として照射させ、該ベーンを支持格子に対向する方向から第一撮像カメラで撮像し、得られた撮像画像から各投影線上における複数の三次元座標点を画像処理によりそれぞれ確定し、複数の三次元座標点から各投影線の近似直線を求め、ミキシングベーンが平面であるか否かを判別し、ベーンが平面と判別した場合に当該ベーンの傾斜角を含む寸法と位置を測定するようにしたことを特徴とする。 本発明によれば、格子空間内にそれぞれ斜めに曲げられたベーン上にラインレーザ光による複数の投影線が投射された画像が撮像され、この撮像画像からベーン表面における複数の投影線上の三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）を確定でき、これら三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）から近似直線を求めて対比することでベーンが平面か否かを判別できる。平面と判別した場合、これら三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）に基づいてベーンの傾斜角を測定でき、ベーンの傾斜角を含む寸法と位置が容易に測定できる。また、ベーンの境界を求めて、その立体形状を確定できる。
本発明によれば、一枚の撮像画像からベーン表面の平面性と立体形状の合理性を評価でき、ベーンの表面が測定に必要な精度で平面であるか否かを判断できる。製品の支持格子のほとんどのベーンがこのワンショット画像から測定できるレベルに有るため、製品の支持格子は単一の撮像画像で測定でき、迅速な検査を行える。そのため、簡単且つ高速な検査で、ベーンの平面性だけでなく、傾斜角と寸法と位置を算出できる。

また、各投影線の近似直線と立体形状の合理性からベーンが平面と判別できない場合には、ラインレーザ投光器のベーンに対する高さを変えてそれぞれ第一撮像カメラで撮像し、得られた複数の撮像画像に基づいてベーン上で位置が所定間隔でずれた複数の投影線を有する撮像画像を得て、複数の投影線上における複数の三次元座標点を画像処理によりそれぞれ確定し、複数の三次元座標点から最小二乗近似平面を算出して前記三次元座標点と対比してベーン表面の歪みや変形を算出して、傾斜角を含む寸法と位置を測定することを特徴とする。
ベーンに対するラインレーザ投光器の高さを変えて第一撮像カメラで順次撮像することで、ベーン上での各投影線が略平行な方向にずれた複数枚の投影画像を得られ、これら投影画像を画像処理によって各投影線が重ねられたベーンの撮像画像が得られ、この撮像画像から各投影線の三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）を演算して確定し、予め定めた基準画像データとの比較でベーンの歪みと変形を検出する。そして、ベーンの画像境界と投影線の各三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）から立体形状を確定し、ベーンの傾斜角を含む寸法、位置を測定する。

本発明によるミキシングベーン検査装置は、複数のストラップを交差させてなる支持格子の格子空間内に、ストラップから斜めに折り曲げたベーンが傾斜して突出してなる燃料集合体の支持格子において、支持格子の格子空間に対して所定角度で斜め方向にラインレーザ光を投光してベーン上に複数の投影線として照射させる複数のラインレーザ投光器と、当該ベーンを支持格子に対向する方向から撮像する第一撮像カメラと、該第一撮像カメラで得た撮像画像からベーン上の複数の投影線上の複数の点について画像処理により三次元座標点を確定する三次元座標点確定手段と、複数の三次元座標点から最小二乗近似式で各投影線の近似直線を求める演算手段と、投影線の三次元座標点と近似直線との比較評価によりベーンの表面が平面であるか否かを判定する判定手段とを有する画像処理手段とを備え、判定手段でベーンの表面が平面と判定された場合、ベーンの傾斜角を含む寸法と位置を測定するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、複数のラインレーザ投光器から支持格子の格子空間に対して異なる方向から所定角度で投光して水平ラインレーザ光をベーン上に投影線として照射させて第一撮像カメラで撮像し、得られたベーンを含む格子空間の撮像画像からベーン上の複数の投影線の複数の点について画像処理により二次元座標点（ｘ、ｙ）を求めて三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）を確定し、これら複数の三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）から最小二乗近似式で近似直線を求めて判別手段でベーンの平面状態を判別し、平面と判定された場合にベーンの傾斜角を含む寸法と位置を測定できる。

また判定手段でベーンの表面が平面と判定された場合、演算手段で当該ベーンの平面を求めると共にベーンの傾斜角度を測定し、撮像画像からベーンの画像境界を得て立体形状を確定し、ベーンの傾斜角を含む寸法と位置を測定することができる。
そのため、簡単且つ高速な検査で、ベーンの立体形状を確定して平面性と傾斜角と寸法と位置を算出できる。

また、ラインレーザ投光器を第一撮像カメラの光軸方向に相対移動させる駆動部を更に備え、判定手段でベーンの表面が平面でないと判定された場合、ラインレーザ投光器を駆動部によって光軸方向に順次移動させて投影線がずれたベーンを第一撮像カメラで順次撮像して複数の撮像画像を得て、画像処理手段の三次元座標点確定手段によって複数の撮像画像からベーン上の複数の投影線上の複数の点について画像処理により複数の三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）を確定し、これら複数の三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）から演算手段によってベーンの傾斜平面を求め、その傾斜角を含む寸法と位置、立体形状、表面歪みの少なくとも１つを測定するようにした。
本発明では、通常は単一の撮像画像で高速検査を行ってベーンの平面性を評価するが、単一の撮像画像でベーンの傾斜角を測定できるだけの平面であると判定できない場合または指示により詳細測定を求められた場合には、ベーンに対するラインレーザ投光器の高さを変化させて投影線をずらせた複数枚の撮像画像を撮像し、これらを画像処理によって１つのベーン上に複数の投影線を所定間隔で配列させた処理画像を得て、三次元座標確定手段でこれら投影線の三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）を確定して、これに基づいて最小二乗近似平面を求め、ベーンの立体形状を確定する。そして、複数の三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）と最小二乗近似平面との差からベーン表面の歪みや変形を抽出し、より精度の高いベーンの傾斜角を含む寸法、位置を測定することができる。

また、第一撮像カメラと同じ光軸を有していて格子空間とディンプルを含む撮像画像を撮像する第二撮像カメラを更に備え、画像処理手段によって、第二撮像カメラで得た撮像画像から仮想の燃料棒位置を確定し、当該仮想の燃料棒と第一撮像カメラで得た撮像画像から演算したベーンとの相互の位置関係に基づいて格子空間内における仮想流水間隔を測定するようにしてもよい。
高速検査モードまたは詳細検査モードによって撮像したベーンを画像処理によって確定し、第二撮像カメラで撮像した撮像画像でディンプルを基準として仮想の燃料棒とベーンを書き込み、演算して仮想流水間隔を求めることができる。
その際、第一撮像カメラの光路外に第二撮像カメラを配設し、第二撮影カメラの撮像光路はハーフミラーを介して第一撮像カメラの撮像光路と重なるように設定しておき、第一撮像カメラではベーンにピントを合わせ、第二の撮像カメラではディンプルにピントを合わせてそれぞれ撮像し、これらの撮像画像から仮想の燃料棒とベーンとの仮想流水間隔を測定するようにしてもよい。第一及び第二撮像カメラの各１回の撮影でも仮想流水間隔を測定できるので測定を高速化できる。

上述のように、本発明に係るミキシングベーン検査方法と装置は、１回の撮像による高速検査モードによって自動的に高速にベーンの傾斜角を含む寸法と位置を検査でき、そのためにベーンの全数検査を実用的レベルで行うことができる。
また、高速検査モードの検査によってベーンの平面度が悪いと判定された場合、または詳細検査指示がある所の測定には、投影線の位置をずらした複数回の撮像による詳細測定によってベーンの歪みや変形等をも自動的に測定できる。
また、本発明はベーン傾斜角修正のためのベーンの実態把握にも使える。この測定によりベーンの傾斜角や寸法や位置等の情報を抽出でき、これらの情報からベーンの形成状態が明瞭に分かり、補正すべきベーンの傾斜角等を立体的に算出できる。また、この情報を製造段階にフィードバックしてベーンの製造精度を向上させることができる。

次に本発明の実施の形態によるベーン検査装置について添付の図１乃至図１５を参照して説明する。図１は本発明の実施形態によるベーン検査装置の正面図、図２はＡ−Ａ線断面図、図３はラインレーザ投光器セットの正面図、図４は平面図、図５は高速検査モードによる格子空間の撮像状態平面図、図６は詳細検査モードによる格子空間の平面図、図７は高速検査モードのフロー図、図８は高速検査モードにおけるベーンの再構成画像を示す図、図９はベーンの立体形状を示す図，図１０はその測定結果の図、図１１は詳細検査モードのフロー図、図１２は詳細検査モードにおけるベーンの再構成画像を示す図、図１３は立体形状を示す図、図１４は画像処理で得られたベーンと仮想燃料棒との間の仮想流水間隔を示す格子空間の平面図、図１５は画像処理手段の要部ブロック図である。
以下、実施の形態によるベーン検査装置について説明する。本実施形態で検査対象となる多数のベーン８は図１６に示すものと同一であり、各ベーン８は概略同一形状であり、格子空間内への取り付け位置に応じて例えばベーン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈとして異なる符号で識別されている。そして、各ベーン８は図１７に示すように折り曲げ線Ｋで曲げられて格子空間３内に突出することになる。そして格子空間３内で燃料棒６がディンプル５とスプリング４とで挟持された状態で、燃料棒６とベーン８との間隙に流水空間１０が形成される。
図１６に示す例では、支持格子１の各格子空間３内で二つのベーン８が対向するストラップ２、２から対角方向の角部にそれぞれ傾斜して突出しており、平面視で格子空間３内にオーバーラップしている。

図１及び図２に示すベーン検査装置２０はこのような支持格子１のベーン８の傾斜角及び寸法を測定・検査するものである。ベーン検査装置２０において、水平な基板２１上に垂直方向に支持板１９が連結されている。基板２１上には、Ｘステージ２２がＸ軸方向に移動可能に設けられ、Ｘステージ２２の上にはＹステージ２３がＹ軸方向に移動可能に設けられている。これらＸステージ２２とＹステージ２３とでＸ−Ｙ軸ステージ１８を構成する。Ｘ軸とＹ軸は基板２１の平面内での互いに直交する方向を示すものである。そして、Ｙステージ２３上には、検査対象である支持格子１を載置するための固定台２４が設けられている。
固定台２４の下側には支持格子１を透過照明するための透過照明器２５がＹステージ２３及び固定台２４に干渉しないように取り付けられている。固定台２４上の支持格子１を挟んで透過照明器２５に対向する上方の位置には第一撮像カメラ２７（撮像カメラ）が設けられている。

また、支持格子１と第一撮像カメラ２７との間には、支持格子１の上面（水平面）に対して例えば４５°の傾斜角で格子空間３内の２つのベーン８，８にラインレーザ光を照射するラインレーザ投光器セット２８が設けられている。図３及び図４に示すように、このラインレーザ投光器セット２８は４つのラインレーザ投光器（以下、単に投光器という）２９とこれら投光器２９をそれぞれ支えるステージ３０とを備えている。
ラインレーザ投光器セット２８は、測定時に平面視における中心を測定対象の格子空間３の中心Ｏと一致させるように配設される。しかもラインレーザ投光器セット２８，格子空間３の各中心は第一撮像カメラ２７の光軸Ｏ１と重なるものとする。
ステージ３０は略四角形枠形状とされ、それぞれの枠部３０ａ〜３０ｄの中央には投光器２９が水平面に対して略４５°の傾斜状態で取り付けられ、これらの投光器２９は例えば符号２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄが付与されている（図４参照）。そして、各投光器２９ａ〜２９ｄから投射されたラインレーザ光３１をそれぞれ符号３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄで示すものとすると、各ラインレーザ光３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄはそれぞれの投光器２９ａ〜２９ｄを支持する各枠部３０ａ〜３０ｄと略平行なライン状のレーザ光線として格子空間３の中心Ｏに向けて放射される。
これらラインレーザ光３１ａ〜３１ｄは、例えば図５に示すように２本のラインレーザ光３１ａ、３１ｂが格子空間３内の一方のベーン８ａに照射されてその表面８ａｂに投影線３１Ａ、３１Ｂとして投影され、他の２本のラインレーザ光３１ｃ、３１ｄが格子空間３内の他方のベーン８ｂの表面８ａｂに照射されて投影線３１Ｃ，３１Ｄとして投影される。

また、図１及び図２において、ラインレーザ投光器セット２８は支持板１９に固定された駆動部３３によって上下動可能に支持されている。駆動部３３は駆動機構３３ａを介してステージ３０を上下動させるものであり、駆動部３３によってラインレーザ投光器セット２８を上下動させることで、各ベーン８，８に投影される投影線３１Ａ，３１Ｂ、３１Ｃ，３１Ｄの位置をずらすことができる。
上述した第一撮像カメラ２７は、このような格子空間３内のベーン８，８を撮像するものである。光軸Ｏ１上にはハーフミラー３４が設けられており、ハーフミラー３４の横方向には第二撮像カメラ３５が支持板１９に取り付けられている。そのため、第二撮像カメラ３５の撮影光路の光軸Ｏ２はハーフミラー３４で略直角に折り曲げられて光軸Ｏ１と重なって被写体である格子空間３へ向かうことになる。
第一及び第二撮像カメラ２７，３５はそれぞれテレセントリックな撮像レンズ２７ａ、３５ａを先端に取り付けている。

また、ラインレーザ投光器セット２８において、略四角枠形状のステージ３０の内側には、撮像対象の格子空間３を照射するためのリング照明器３７が設けられている。リング照明器３７は、支持板１９に取り付けられた筒状部３８の下端に支持されている。そして、リング照明器３７と筒状部３８は第一撮像カメラ２７の撮影光束と干渉しないような内径寸法で略同軸に形成されている。
第一撮像カメラ２７で撮像された撮像画像は図５に示すようなストラップ２とベーン８を含む一つの格子空間３が鉛直方向から撮像された画像となる。第一撮像カメラ２７で得た撮像画像データと、Ｘ−Ｙ軸ステージ１８で得た位置データと、駆動部３３で得た支持格子１に対する投光器２９の高さデータとが１組の測定データとして出力され、画像処理手段３９に入力して画像処理し、ベーン８の測定・検査を行う。画像処理手段３９に入力した撮像画像や画像処理結果については、ディスプレイ４０によって表示できる。

画像処理手段３９は、図１５に示すように第一撮像カメラ２７で撮像したベーン８を含む撮像画像の向きを確定して再構成してベーン８の画像境界を確定する画像再構成手段５０と、撮像画像からベーン８上の投影線３１Ａ〜３１Ｄの二次元座標（ｘ、ｙ）を抽出し、投光器２９の高さ及びラインレーザ光３１の投射角に基づきｚ画素（高さ）を含む三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）を確定する三次元座標点確定手段５１と、三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）から最小二乗一次近似式で近似直線を求めたり、三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）から最小二乗近似平面を求めてベーン８の歪みや変形を演算する演算手段５２と、メモリ５３及びメモリ５５とを備えている。更に、高速検査モードにおいて三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）と近似直線を対比してベーン８が平面と見なせるか否かを判別する等の判定手段５４とを備えている。
また、画像処理手段３９では、上述したベーン８の画像データと第二撮像カメラ３５で撮像した格子空間３内のディンプル５、５を含む第二画像ｂとを画像処理して仮想燃料棒６Ａや仮想流水間隔４８ａ、４８ｂを演算する手段を備えている。

ここで、ベーン８、８に投影される各２本のラインレーザ光３１ａ〜３１ｄの投影線３１Ａ及び３１Ｂと３１Ｃ及び３１Ｄはベーン８の表面８ａｂでそれぞれ角度を持って交差投影される。そして、ベーン８の表面８ａｂが測定に耐えられるレベルの平面と見なせれば、ラインレーザ投光器セット２８を上下動させずに、最適な固定高さ位置でベーン８の傾斜角、寸法及び複数のベーン８，８の位置関係をワンショットの画像から測定できる。このような測定による検査を高速検査モードという。
一方、ベーン８に捩れや曲がり等があると、ベーン８を平面として測定する高速検査モードの測定だけでは傾斜角や寸法の測定精度が不十分であるため、より詳細な検査を必要とする。このような場合には、ラインレーザ投光器ユニット２８を駆動部３３によって鉛直上下方向に一定距離(ステップ)づつ移動させ、各ステップ毎に第一撮像カメラ２７で格子空間３を撮影する。ステージ３０の高さを変えることで、各ベーン８についてラインレーザ光３１の投影線３１Ａ〜３１Ｄが順次異なる位置に照射された複数枚の画像を撮像できる。そして、これら複数の撮像画像における投影線３１Ａ〜３１Ｄを画像処理によって重ねたベーン８の撮像画像を得ることで、図６に示すように網目状の投影線３１Ａ〜３１Ｄが順次投影されたベーン８の処理画像を得て、ベーン８の表面歪み、より高精度な傾斜角及び寸法を測定する。このような詳細な検査を詳細検査モードという。

本実施の形態によるベーン検査装置２０は上述の構成を備えており、次にベーン検査装置２０の機器動作制御プログラムに基づいて、ベーンの検査方法を図７及び図１１に示すフローチャートを中心に説明する。
最初に高速検査モードによるベーン測定方法について図７に示すフローチャートに沿って説明する。
先ず、図１及び図２に示すように、測定対象である支持格子１をＸ−Ｙ軸ステージ１８の固定台２４にセットする。そして、Ｘステージ２２、Ｙステージ２３を適宜移動させて、検査対象となる格子空間３を所定高さ位置（初期位置）に保持されているラインレーザ投光器セット２８と同軸の位置に持ち来たし静止させる（ステップ１０１）。
このような状態から、図３及び図４に示すように、４基の投光器２９ａ〜２９ｄからのラインレーザ光３１ａ〜３１ｄを検査対象の格子空間３に照射すると（ステップ１０２）、各ラインレーザ光３１ａ〜３１ｄは各投光器２９ａ〜２９ｄがそれぞれ支持されているステージ３０の枠部３０ａ〜３０ｄと略平行な方向に線状に拡がって格子空間３の中心Ｏをめざす。例えば隣り合う２基の投光器２９ａ、２９ｂから射出する２本のラインレーザ光３１ａ、３１ｂは、図５に示す傾斜状態の一方のベーン８ａに照射され、ベーン８ａの表面８ａｂ上で投影線３１Ａ、３１Ｂとして投影される。また、他の投光器２９ｃ、２９ｄから照射されるラインレーザ光３１ｃ、３１ｄは他方のベーン８ｂの表面８ａｂに投影線３１Ｃ，３１Ｄを投影する。
そして、各２本のラインレーザ光の投影線３１Ａ，３１Ｂ、３１Ｃ，３１Ｄが照射された二つのベーン８ａ、８ｂを含む格子空間３を真上の第一撮像カメラ２７により１ショットで撮影する（ステップ１０３）。撮像画像とラインレーザ投光器セット２８の高さ位置とＸ−Ｙ軸ステージ１８のＸ，Ｙ軸方向位置は画像処理手段３９のメモリ５５に記憶される。格子空間３を明瞭に撮像するため透過照明部２５とリング照明器３７の照明はそれぞれ適度な明るさに設定する。

検査対象の格子空間３にあるベーン８は図１６に示すように、ベーン８ａ、８ｂ以外にベーン８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈの８方向に傾斜状態で配設されている。これら８種類、４対のベーン８、８のいずれかに対して４方向からのラインレーザ光３１により各２本の投影線３１Ａ〜３１Ｄが投影される。 なお、ベーン８ａ〜８ｄと異なる対角方向に設けた図１６に示すような傾斜状態のベーン８ｅ、８ｆ（そして８ｇ、８ｈ）に対しては、例えば隣り合う２基の投光器２９ａ、２９ｄから射出する２本のラインレーザ光３１ａ、３１ｄが一方のベーン８ｅに照射され、ベーン８ｅの表面８ａｂ上で投影線３１Ａ、３１Ｄとして交差して投影される。他の投光器２９ｂ、２９ｃから照射されるラインレーザ光３１ｂ、３１ｃは他方のベーン８ｆの表面８ａｂに投影線３１Ｂ，３１Ｃを交差状態で照射する。
画像処理手段３９では、図５に示す撮像画像中の格子空間３を画像認識プログラムで割り出し、格子空間３を囲む４方向のストラップ２と８方向のいずれか二枚のベーン８を認識してその境界を割り出す。図５に示すベーン８ａ、８ｂの配置を例にとると、２つのベーン８ａ、８ｂを認識して向きを確定する（ステップ１０４）。画像再構成手段５０において、２つのベーン８ａ、８ｂの画像を個別に切り取って図８に示す再構成画像として８方向のいずれかをなすベーン８の向きを同一方向に正規化する（ステップ１０５）。これによって向きの異なる二枚のベーン８ａ、８ｂ（そして他の６種類のベーン８ｃ、８ｄ、８ｅ，８ｆ、８ｇ、８ｈ）を同一アルゴリズムで計測できる。
そして、三次元座標点確定手段５１では、図８の再構成画像からベーン８ａを認識し、ベーン８ａの画像境界４５を検知し確定する（ステップ１０６）。そのベーン画像境界４５の範囲でＸ軸方向に縦線「Ｘｉ」を走査させ、二本の投影線３１Ａ、３１Ｂを順次検知し、縦線Ｘｉとの交差点を投影線３１Ａ，３１Ｂの二次元座標点（ｘ、ｙ）として確定する（ステップ１０７）。次に、予め設定された投光器２９の高さ位置から投影線３１Ａ，３１Ｂの各二次元座標点（ｘ、ｙ）の高さ（ｚ軸方向位置）を計算し、三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）を確定する（ステップ１０８）。
この場合、投光器２９ａ、２９ｂからのラインレーザ光３１ａ、３１ｂは支持格子１の上面（水平面）に対して平行で一定（例えば４５°）の角度に照射されているから、各投影線３１Ａ，３１Ｂの水平面内の各二次元座標点（ｘ、ｙ）から高さ方向の位置ｚを算出できる。演算手段５２で、これらの三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）から、二本の投影線３１Ａ，３１Ｂの近似直線３１Ａ′，３１Ｂ′を最小二乗一次近似式で求める。

最小二乗一次近似式で得た各近似直線３１Ａ′，３１Ｂ′と投影線３１Ａ，３１Ｂ上の各三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）との差の大きさと分布及び近似直線の交わりを評価し、判定手段５４で各ベーン８ａの表面を平面と認定する妥当性を判別する（ステップ１０９）。その差が（メモリ５３に記憶させた）予め設定した基準値との比較で妥当性が低いと判定した場合はベーン８ａの表面を平面と認定するには無理があるので、後述する詳細検査モードで詳細測定を行わせる（ステップ１１９）。
妥当性が高いと判定した場合にはベーン８ａの表面８ａｂを平面と見なし、二本の投影線３１Ａ，３１Ｂの三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）から、ベーン８ａの表面（投影面）を平面として、演算手段５２において最小二乗法近似式でベーン８ａ（８ｂ）の平面〔ｙ＝ａｘ＋ｂｚ＋ｃ〕を計算し、測定結果上の平面とする（ステップ１１０）。

そして演算手段５２において、ベーン８ａの撮像画像から検知したベーン８ａの画像境界４５と、表面８ａｂの測定結果の平面と、ベ−ン８ａの厚さ（ｔとする）とから、ベーン８ａの立体形状を計算する。これを図９の（ａ）と（ｂ）で示す様にベーン８ａ、８ｂの立体形状の正面図、側面図としてディスプレイ４０に表示する（ステップ１１１）。
これを図８の再構成画像クラスに逆変換して判定手段５４で比較することで、ベーン８ａの表面を平面と見なした不合理性が出ていないかを評価し（ステップ１１２）、不合理性が見られるときは後述する詳細検査モードでの詳細測定を行わせ（ステップ１１９）、この結果を反映して、必要に応じてベーン８ａの表面を平面と認定する妥当性を評価するステップ１０９の判別パラメータを修正する。準備期段階では、強制的に詳細検査モードでの詳細測定を行わせ（ステップ１１９）、このデータベースを十分に集め、これを元にベーン８ａの表面を平面とする妥当性を評価する判別パラメータを構築しておく。
判定手段５４での評価結果が良好なら、これらのデータから図１０に示す立体形状のベーン８ａについて、演算手段５２によってベーン８ａの折り曲げ角度α１、折り曲げ角度β１、曲り幅Ｌ、最大高さＨを算出して評価し、出力する。また、Ｘ−Ｙ軸ステージ１８の移動量を元に支持格子１の格子空間３の間隔及び配置についても測定する。これらの測定値を確定する（ステップ１１３）。
この検知及び測定されたデータを逆変換して、格子空間３の撮像画像上に上書きすると、図５と同様の構成となる。
そして、Ｘ−Ｙ軸ステージ１８をＸ-Ｙ方向に移動して次に検査すべき格子空間３をラインレーザ投光器セット２８と同軸の位置に移動させて、上述の処理を繰り返す。

次に高速検査モードのステップ１０９またはステップ１１２において、高速検査モードによるベーン測定ではベーン８を平面として取り扱うことに妥当性がないと判断された場合、または詳細検査を指示された場合、詳細検査モードの検査を行う（ステップ１１９）。この詳細検査モードによるベーン測定方法について図１１に示すフローチャートに沿って説明する。
詳細検査モードでは、判定手段５４の判別結果に基づいて、ラインレーザ投光器セット２８を駆動部３３によって上下方向に所定距離毎にステップ移動させる。それぞれ１ステップ上下動した位置で、ラインレーザ光３１ａ、３１ｂと３１ｃ、３１ｄが照射されたベーン８ａ、８ｂを含む検査対象の格子空間３を第一撮像カメラ２７で撮像する（ステップ１２０）。１ステップ毎の各撮像画像で、ステージ３０の高さが異なるために、各ベーン８ａ、８ｂ上に映った投影線３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ，３１Ｄの位置が略等間隔にずれた画像になる。
これらの各撮像画像はステージ３０の高さ及びＸ−Ｙ軸ステージ１８の位置と対応づけられて画像処理手段３９のメモリ５５に書き込まれる。この場合、ステージ３０のステップ（上下動）の間隔は小さい方が多くの枚数を撮像でき、ベーン８ａ、８ｂの表面歪み及び変形の測定ポイントが撮像画像の枚数に比例して増え、細かい測定ができる。しかしながら、その場合、測定時間は増大していくので、要求される測定精度に合った適宜のステップ間隔を設定して検査速度を制御する。

そして、ステージ３０の高さを変えて得た複数の撮像画像について、画像処理手段３９で順次図７に示す高速検査モードのステップ１０５〜１０８と同様の処理を行う（ステップ１２１）。
これによって、全ての撮像画像について、ベーン８の再構成画像を切り出して、各二本の投影線３１Ａ、３１Ｂと３１Ｃ、３１Ｄを確定する。三次元座標点確定手段５１において、撮像した投影線３１Ａ〜３１Ｄが映っている全ての撮像画像からベーン８上における投影線３１Ａ〜３１Ｄを抽出して、縦線Ｘｉとの関係で投影線３１Ａ〜３１Ｄの画素位置の二次元座標点（ｘ、ｙ）を確定する。図１２は再構成画像中のベーン８ａ上に複数の撮像画像中の各投影線３１Ａ、３１Ｂを書き込んだ合成撮像画像である。これにより、ベーン８ａ（８ｂ）で、一方の投影線３１Ａに基づく近似直線がＮｆ本、他方の投影線３１Ｂに基づく近似直線がＮｓ本、それぞれ確定する。これをベーン８の再構成画像から元の位置に逆計算して格子空間３の撮像画像のベーン８ａ、８ｂにプロットした画像が図６である。

そして、三次元座標点確定手段５１において、各画像毎に図８に準じた再構成画像からベーン８ａの測定面内で、それぞれ抽出した投影線３１Ａ〜３１Ｄの各二次元座標点（ｘ、ｙ）を使い、ラインレーザ光３１ａ、３１ｂの投影角と各画像撮影時のステージ３０の高さから各二次元座標点（ｘ、ｙ）でのベーン８ａの測定面の高さｚを計算し、ラインレーザ光３１ａ〜３１ｄの投影線３１Ａ〜３１Ｄの全画素の位置を三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）として確定する（ステップ１２１）。
演算手段５２で、これら全画像の全三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）から最小二乗近似平面を求め、ベーン８の立体形状を確定する（ステップ１２２）。そして、最小二乗近似平面と全投影線３１Ａ〜３１Ｄの全画素の三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）との差を求める（ステップ１２３）。これによってベーン８の歪みと変形を抽出して測定する（ステップ１２４）。

図１２に示すベーン８ａの再構成画像で、ベーン８の表面８ａｂと先端側面で投影線３１Ａ、３１Ｂが屈曲している。ベーン８の先端側面はベーン８の表面８ａｂに直角にできているので、ベーン８の表面８ａｂの角度が決定すると厚さｔを計算できる。この厚さデータを入れると図１３（ａ）、（ｂ）に示すベーン８の正面図と側面図からなる立体図を作成できる（ステップ１２５）。上述したベーン８の全画素の三次元座標点（ｘ、ｙ、ｚ）と最小二乗近似平面との差を演算して得られたベーン８の表面８ａｂの歪みと変形を図１３に示す立体図に乗せると歪み及び変形の乗った実態図が得られる。また、撮像画像に正規化の逆計算をして貼り付けると図６の画像となる。
なお、歪みや変形のない理想形状寸法のベーン８を設計基準モデルとして予め設定してメモリ５３に記憶しておき、これを図１２の再構成画像及び図１３の立体図に重ねてその差を算出することにより、設計基準モデルに対する測定したベーン８のズレ量を測定できる。
また、上述の高速検査モードと詳細検査モードはベーン８ａ、８ｂを有する格子空間３について説明したが、他の配置姿勢を備えたベーン８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈについても同様の手法を用いて測定・検査する。

また、撮像画像に基づくベーン８の角度測定プログラムでは、高速検査モードにより、または高速検査モード及び詳細検査モードで撮像した撮像画像からベーン８の表面８ａｂを測定する。得られたデータから画像処理手段３９で図１０に示すベーン８ａの立体形状を描き、折り曲げ角度α１、折り曲げ角度β１、曲り幅Ｌ、最大高さＨを演算手段５２で算出し、出力する。そして、 ベーン８の傾斜角度をディスプレイ４０で表示する。
また、詳細検査モードにおいても、同様にして画像処理手段３９で得られたベーン８の詳細なデータから高速検査モードに対応した、折り曲げ角度α１、折り曲げ角度β１、曲り幅Ｌ、最大高さＨ等を演算手段５２で算出して表示できる。

上述したベーン検査装置２０によるベーン検査方法によれば、各ベーン８について高速検査モードで表面８ａｂが平面と判定された場合には、非接触且つ高速で各ベーン８の傾斜角、寸法、位置を１ショットの撮像画像に基づいて高速で測定・検査できる。
それ以外の場合には更に詳細検査モードを用いることで、ベーン８の表面を全面に渡る多数の表面データにより、捻れや歪み、傾斜角、寸法、位置等を非接触でより高精度に測定・検査できる。これにより、不良品を排除できて信頼性の高い検査が高速でできる。
しかも、これらの測定結果からより詳しい製品データを製造工程にフェードバックでき、より安定した信頼性が高い製品を作ることができ、製品も保証できる。

次に、上述の実施の形態における高速検査モードまたは詳細検査モードによって得られたベーン８に関連して、格子空間３内に仮想設置した仮想燃料棒６Ａとベーン８との間隙に形成される仮想流水間隔の測定について、図１、図２及び図１４により説明する。
図１において、第一撮像カメラ２７で格子空間３のベーン８ａ、８ｂに焦点を合わせて撮像し、測定・検査を行うと同時に、第二撮像カメラ３５では、ハーフミラー３４を介して格子空間３内のディンプル５に焦点を合わせて撮像する。この場合、第二撮像カメラ３５は第一撮像カメラ２７と同一の光軸を有し、同じ倍率で撮像する。しかも、必要な絞りでテレセントリックに撮像できるように調整しておく。必要なら、第二撮像カメラ３５と第一撮像カメラ２７の撮像画像の位置関係を校正しておく。
このとき、透過照明部２５で格子空間内のディンプル５を下方から必要な明るさの透過光で照明する。また支持格子１の上方からはリング照明器３７で格子空間３内を必要な明るさで照明する。

第二撮像カメラ３５で得た撮像画像データは画像処理手段３９に入力され、撮像画像から格子空間３内の二カ所のディンプル５、５が画像処理手段３９で認識される。そして、画像処理手段３９では、図１４に示すように、認識したディンプル５、５の位置を基準として仮想燃料棒６Ａをスプリング４、４との間に挟持させた場合にディンプル５、５上に仮想燃料棒６Ａが接する仮想接触点５ａ、５ｂを割り出し、仮想燃料棒６Ａの画像における仮想中心Ｏｎを求める。次にこの二つの仮想接触点５ａ、５ｂに接する仮想燃料棒６Ａの中心Ｏｎと外周線Ｒを、撮像画像を表示用に複製した第二画像ｂに書き出す。
他方、上述の実施の形態で説明したように、第一撮像カメラ２７で撮像され、画像処理手段３９で画像処理されたベーン８ａ、８ｂの立体図とストラップ２の境界（格子空間３の境界）とを図５または図６の所定位置に戻して鉛直方向から見たベーン８ａ、８ｂの平面形状８ａ′、８ｂ′を位置合わせて第二画像ｂに書き込む。

そして、第二画像ｂの座標系における仮想燃料棒６Ａの仮想中心Ｏｎと外周線Ｒとベーン８ａ′、８ｂ′の仮想燃料棒６Ａ側の境界とを計算し、仮想燃料棒６Ａとベーン８ａ′、８ｂ′との間隙である仮想流水間隔４８ａ、４８ｂを認識し、その最大値、最小値、平均値及び長さを求める。この仮想流水間隔４８ａ、４８ｂの最大値、最小値を含めて、妥当性を評価し、出力する。このような第二画像をディスプレイ４０に表示する。その際、第二画像ｂに、二つの仮想流水間隔４８ａ、４８ｂのエリアを色で識別してもよい。

第一及び第二撮像カメラ２７，３５のそれぞれまたは同時の各１回の撮影で仮想流水間隔を測定できるので測定を高速化できる。測定精度または撮像明るさ条件が許せば、第一撮像カメラ２７の被写界深度を深くして撮像し、この画像からディンプル５とベーン８の位置データを割り出して測定することも可能となる。
また、より精度良く測定する時は、詳細測定時などに、第二撮像カメラ３５の駆動部３５ｂで第二撮像カメラ３５を駆動して格子空間３内の深さ方向の各の部材（ディンプル５やスプリング４）の撮像をすることで、より高精度な測定ができる。より時間が許せば、ベーン８の詳細測定後、第一撮像カメラ２７の駆動部２７ｂで第一撮像カメラ２７を駆動して格子空間３内の深さ方向の各部材（ディンプル５やスプリング４）の撮像をも同一カメラで撮像することで、より精度の高い測定もできる。
通常、これら各カメラ２７、３５の駆動部２７ｂ、３５ｂは調整や特別測定に用いられる。

本発明の実施形態によるベーン検査装置の正面図である。 図１に示すベーン検査装置のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すラインレーザ投光器セットの拡大正面図である。 ラインレーザ投光器セットの拡大平面図である。 高速検査モードで、格子空間のベーンに２本の投影線が投影された状態を示す図である。 詳細検査モードで、格子空間のベーンに異なる高さ位置から投影された投影線を画像処理で合成した図である。 高速検査モードの処理フローを示す図である。 高速検査モードにおけるベーンの再構成画像を示す図である。 画像処理手段で再構成したベーンの立体形状を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 ベーンの立体形状で示す測定結果の図である。 詳細検査モードの処理フローを示す図である。 詳細検査モードにおけるベーンの再構成画像を示す図である。 画像処理手段で再構成したベーンの立体形状を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 画像処理によって得られたベーンと仮想燃料棒との間の仮想流水間隔を示す格子空間の平面図である。 画像処理手段の要部ブロック図である。 支持格子の格子空間を示す図である。 図１６に示すベーンの（ａ）正面図と（ｂ）側面図である。

符号の説明

１ 支持格子
２ ストラップ
３ 格子空間
５ ディンプル
６Ａ 仮想燃料棒
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ ミキシングベーン（ベーン）
１８ Ｘ−Ｙ軸ステージ
２０ ベーン検査装置
２７ 第一撮像カメラ
２８ ラインレーザ投光器セット
２９ 投光器
３３ 駆動部
３０ ステージ
３５ 第二撮像カメラ
３９ 画像処理手段

Claims (6)

1. 複数のストラップを交差させてなる支持格子の格子空間内に、前記ストラップから折り曲げたミキシングベーンが斜めに傾斜して突出してなる燃料集合体の支持格子において、 複数のラインレーザ投光器から前記支持格子に対して所定角度でラインレーザ光を投光して前記ミキシングベーン上に複数の投影線として照射させ、
   該ミキシングベーンを前記支持格子に対向する方向から第一撮像カメラで撮像し、得られた撮像画像から前記各投影線上における複数の三次元座標点を画像処理によりそれぞれ確定し、
   前記複数の三次元座標点から各投影線の近似直線を求め、前記ミキシングベーンが平面であるか否かを判別し、
   前記ミキシングベーンが平面と判別した場合に当該ミキシングベーンの傾斜角を含む寸法と位置を測定するようにしたことを特徴とするミキシングベーン検査方法。
2. 前記各投影線の近似直線から前記ミキシングベーンが平面と判別できない場合には、前記ラインレーザ投光器の前記ミキシングベーンに対する高さを変えてそれぞれ前記第一撮像カメラで撮像し、
   得られた複数の撮像画像に基づいて前記ミキシングベーン上で位置がずれた複数の投影線を有する撮像画像を得て前記複数の投影線上における複数の三次元座標点を画像処理によりそれぞれ確定し、
   前記複数の三次元座標点から最小二乗近似平面を算出して前記三次元座標点と対比してベーン表面の歪みや変形を算出して、傾斜角を含む寸法と位置を測定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のミキシングベーン検査方法。
3. 複数のストラップを交差させてなる支持格子の格子空間内に、前記ストラップから斜めに折り曲げたミキシングベーンが傾斜して突出してなる燃料集合体の支持格子において、 前記支持格子の格子空間に対して所定角度で斜め方向にラインレーザ光を投光して前記ミキシングベーン上に複数の投影線として照射させる複数のラインレーザ投光器と、
   前記ミキシングベーンを前記支持格子に対向する方向から撮像する第一撮像カメラと、 該第一撮像カメラで得た撮像画像から前記ミキシングベーン上の複数の投影線上の複数の点について画像処理により三次元座標点を確定する三次元座標点確定手段と、前記複数の三次元座標点から最小二乗近似式で各投影線の近似直線を求める演算手段と、前記投影線の三次元座標点と近似直線との比較評価により前記ミキシングベーンの表面が平面であるか否かを判定する判定手段とを有する画像処理手段とを備え、
   前記判定手段で前記ミキシングベーンの表面が平面と判定された場合、ベーンの傾斜角を含む寸法と位置を測定するようにしたことを特徴とするミキシングベーン検査装置。
4. 前記判定手段で前記ミキシングベーンの表面が平面と判定された場合、前記演算手段で当該ミキシングベーンの平面を求めると共に前記ミキシングベーンの傾斜角度を測定し、前記撮像画像から前記ミキシングベーンの画像境界を得て立体形状を確定して、前記ミキシングベーンの傾斜角を含む寸法と位置を測定するようにした請求項３に記載のミキシングベーン検査装置。
5. 前記ラインレーザ投光器を前記第一撮像カメラの光軸方向に相対移動させる駆動部を更に備え、
   前記判定手段で前記ミキシングベーンの表面が平面でないと判定された場合、前記ラインレーザ投光器を前記駆動部によって光軸方向に順次移動させて投影線がずれた前記ミキシングベーンを前記第一撮像カメラで順次撮像して複数の撮像画像を得て、前記画像処理手段の三次元座標点確定手段によって複数の前記撮像画像から前記ミキシングベーン上の複数の前記投影線上における複数の三次元座標点を確定し、
   当該複数の三次元座標点から前記演算手段によってミキシングベーンの傾斜平面を求め、その傾斜角を含む寸法と位置、立体形状、表面歪みの少なくとも１つを測定するようにした請求項３または４に記載のミキシングベーン検査装置。
6. 前記第一撮像カメラと同じ光軸を有していて前記格子空間とディンプルを含む撮像画像を撮像する第二撮像カメラを更に備え、
   前記画像処理手段によって、前記第二撮像カメラで得た撮像画像から仮想の燃料棒位置を確定し、当該仮想の燃料棒と前記第一撮像カメラで得た撮像画像から演算した前記ミキシングベーンとの相互の位置関係に基づいて格子空間内における仮想流水間隔を測定するようにした請求項３乃至５のいずれかに記載のミキシングベーン検査装置。

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