JP5036748B2 - 燃料集合体の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料集合体の検査方法に係り、特に、沸騰水型原子炉に用いられる水ロッドを含む燃料集合体の燃料棒相互間の間隔の寸法の測定に適用するのに好適な燃料集合体の検査方法関する。

ＵＯ_２を含む新燃料集合体の製造後においては、検査員の手作業により試験用治具などを用いて、その燃料集合体の燃料棒相互間の間隔が設定寸法以上になっているか判定する検査を行っている。

しかしながら、核燃料物質としてＭＯＸ（混合酸化物）燃料物質を用いて製造されたＭＯＸ燃料集合体では、新燃料集合体といえども、ＭＯＸ燃料物質から発せられる放射線によって作業員が被爆することが考えられる。ＭＯＸ燃料集合体製造後の燃料棒間隔の検査における作業員の被爆低減及び負担低減のために、燃料集合体検査装置が提案されている（例えば、特開２０００−９８８０号公報及び特開平１１−３３７６７９号公報参照）。

特開２０００−９８８０号公報及び特開平１１−３３７６７９号公報に記載された燃料集合体検査装置は、燃料棒間隔を測定する際に、燃料集合体背面より照明をあて、燃料棒の間を透過した光を燃料集合体前面に設置された撮像装置に入射している。この撮像装置は、入射した光に基づいて画像処理を行って燃料棒の間隔を示す画像情報を作成する。得られた画像情報を用いて最小の燃料棒間隔の寸法を測定し、燃料棒間隔が規定寸法以上にあるか否かが判定される。

特開２０００−９８８０号公報に記載された燃料集合体検査装置は、水ロッドの前面に配置された燃料棒の間隔を測定するために、燃料集合体の前面にも照明装置を配置している。この照明装置から照射した光を水ロッドで反射させ、その反射光を撮像装置に入射させて得られた画像情報を用いて最小の燃料棒間隔の寸法を測定する。

燃料集合体の燃料棒相互間に形成された間隔の寸法を測定する際に、レーザー光源から燃料棒に向って斜めにレーザー光を照射することが、特開平５−３４４９０号公報及び特開平７−７２２８５号公報に記載されている。これらの燃料棒間隔の寸法測定方法では、燃料棒からの反射光をカメラで撮像することによって、配置された燃料棒を把握し、燃料棒の間隔を測定している。

特開２０００−９８８０号公報 特開平１１−３３７６７９号公報 特開平５−３４４９０号公報 特開平７−７２２８５号公報

特開２０００−９８８０号公報に記載された燃料集合体検査装置では、太径水ロッドを有する燃料集合体において、太径水ロッドの前面に位置する燃料棒の間隔の寸法、及び太径水ロッドによって遮られない燃料棒配列の間隔の寸法をそれぞれ測定する場合に備えて、異なる照明装置を有している。すなわち、透過光用の照明装置及び反射光用の照明装置が設置されている。

特開平５−３４４９０号公報及び特開平７−７２２８５号公報に記載されたように、直進性の高いレーザー光を、曲面を形成する燃料棒に照射した場合には、燃料棒の外面での反射光が分散してしまう。このため、レーザー光の反射光は均一性を保てず、またエッジ付近の反射光をカメラで捉えることが困難である。レーザー光は直進性が高く、曲面を形成している燃料棒の外面で反射したレーザー光は、カメラ側には反射して来ない。したがって、燃料棒の間隔の寸法を精度良く測定することができない。

本発明の目的は、燃料集合体検査装置の構造を簡素化することができ、且つ燃料棒相互間の間隔寸法の測定精度をさらに向上させるこができる燃料集合体の検査方法を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、照明装置で生じた、拡散性を有するライン状の光を、燃料集合体の一側面側から、燃料棒のそれぞれに対して、下方に向って斜めに照射し、各燃料棒から反射される光を撮像装置によって撮影し、撮像装置によって撮影されたそれぞれの燃料棒の映像情報に基づいて燃料棒相互間の最小間隔寸法を求め、
燃料集合体の、その一側面とは１８０°反対側の他の側面から、他の照明装置で生じた、拡散性を有するライン状の光を他の側面側に存在する他の燃料棒のそれぞれに対して、下方に向って斜めに照射し、各他の燃料棒から反射される光を、他の撮像装置によって撮影し、他の撮像装置によって撮影されたそれぞれの他の燃料棒の映像情報に基づいて他の燃料棒相互間の間隔の寸法を求め、
燃料棒の撮影時において、燃料集合体に設けられた２つの燃料スペーサを、ライン状の光の照射方向と直交する方向に位置する一対の押付け部材によって挟んでいることにある。

照明装置で生じたライン状の光を、燃料集合体の一側面側から、燃料棒のそれぞれに対して、下方に向って斜めに照射しているので、撮像装置によって撮影した各燃料棒の映像情報に基づいて、撮像装置から複数列の各燃料棒の画像を識別することができる。このため、燃料棒相互間の間隔の寸法を精度良く測定することができる。

また、燃料集合体の一側面側から、１つの照明装置で生じたライン状の光を斜めに照射することによって、水ロッドの前面に位置して水ロッドによって遮られる燃料棒相互間の第１隙間、及び水ロッドによって遮られない燃料棒相互間の第２隙間のそれぞれの寸法を測定することができる。このため、本実施例は、第１隙間及び第２隙間のそれぞれの寸法を測定する際に、別々の照明装置を用いる必要がないので、燃料集合体検査装置の構造を簡素化することができる。

本発明によれば、燃料集合体検査装置の構造を簡素化することができ、且つ燃料棒相互間の間隔の寸法の測定精度をさらに向上させるこができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の燃料集合体の検査方法に用いられる燃料集合体検査装置の構成図である。 図１のII−II断面図である。 図１に示す移動装置の構成図である。 実施例１で燃料集合体の検査を実施している状態を示す説明図である。 実施例１で得られた隣り合う燃料棒の画像情報の表示例を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例２の燃料集合体の検査方法に用いられる燃料集合体検査装置の構成図である。 図６のVII−VII断面図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の燃料集合体の検査方法を、以下に説明する。まず、本実施例の燃料集合体の検査方法に用いる燃料集合体検査装置を、図１、図２および図３に基づいて説明する。

この燃料集合体検査装置１は、昇降装置５、移動装置９、撮像装置（カメラ）１０及び照明装置１１を備えている。一対のガイドレール４を設けたマスト３が、基台２に垂直に取り付けられる。ガイドレール４は上下方向に伸びている。燃料集合体受け部材１５が、マスト３から離れた位置で基台２の上面に設けられる。昇降装置５がマスト３に上下方向（Ｚ方向）に移動可能に取り付けられる。昇降装置５はマスト３に設けられたガイドレール４に沿って上下動する。一対のガイドレール８が上面に設けられたレール保持部材７が、昇降装置５の上面に設置される。ガイドレール８は、水平方向に配置されてガイドレール４と直交する方向（Ｙ方向）に伸びている。

移動装置９がレール保持部材７の上面に設置される。移動装置９は、図３に示すように、モータ１７及びネジ棒２０を有する。モータ１７がレール保持部材７に設置され、ネジ棒２０も両端部を保持する軸受け（例えば、ベアリング）２１Ａ，２１Ｂによってレール保持部材７に取り付けられる。モータ１７の回転軸に取り付けられた歯車１８が、ネジ棒２０に取り付けられた歯車１９に噛み合っている。移動体１６がガイドレール８上に移動可能に設置される。撮像装置１０及びライン状の光（例えば、ハロゲン光及びＬＥＤなど）を発生する照明装置１１が移動体１６に設けられる。照明装置１１は、ライン状の光を斜め下向き照射するように移動体１６に傾けて取り付けられる。撮像装置１０は画像処理装置２３に接続され、画像処理装置２３は表示装置２１に接続される（図４参照）。

燃料集合体把持装置６が、燃料集合体検査装置１に設けられている。この燃料集合体把持装置６は、一対の支持部材１２Ａ，１２Ｂ、シリンダ装置１３Ａ，１３Ｂ及び押付け板（押付け部材）１４Ａ，１４Ｂを有している。押付け板１４Ａ，１４Ｂは上下方向に伸びている。一対の支持部材１２Ａ，１２Ｂは、ガイドレール８が伸びる方向（Ｙ方向）において互いに離れた状態で昇降装置５に取り付けられている。これらの支持部材はマスト３から遠ざかるように伸びている。シリンダ装置１３Ａは支持部材１２Ａの上面に設置される。押付け板１４Ａは、シリンダ装置１３Ａに設けられたピストンロッド２２Ａに取り付けられる。シリンダ装置１３Ｂは支持部材１２Ｂの上面に設置される。押付け板１４Ｂは、シリンダ装置１３Ｂに設けられたピストンロッド２２Ｂに取り付けられる。

燃料集合体検査装置１によって検査されるＭＯＸ燃料集合体２６は、下部タイプレート（図示せず）、上部タイプレート（図示せず）、８行８列に配置された複数の燃料棒２７、水ロッド２８及び燃料スペーサ２９を有する（図２参照）。下部タイプレートはこれらの燃料棒２７の下端部を支持し、上部タイプレートはこれらの燃料棒２７の上端部を支持する。水ロッド２８は燃料棒２７間に配置され、水ロッド２８の下端部及び上端部も下部タイプレート及び上部タイプレートによって支持される。水ロッド２８の横断面積は、４本の燃料棒２７が配置できる領域を占有できる大きさである。燃料集合体２６の軸方向に配置された複数の燃料スペーサ２９は、それらの燃料棒２７を束ね、燃料棒２７の相互間に形成された間隔の寸法を設定寸法に保持する。

燃料集合体検査装置１を用いた本実施例の燃料集合体の検査方法を、以下に具体的に説明する。この検査方法は、製造後のＭＯＸ燃料集合体２６に適用される。撮像装置１０が燃料棒２７相互間に形成された間隔の寸法を検査する位置に到達するまで、昇降装置５をガイドレール３に沿って上昇させる。撮像装置１０が所定の高さに到達したとき、昇降装置５の上昇を停止する。検査対象のＭＯＸ燃料集合体２６が基台２に垂直に置かれている。このＭＯＸ燃料集合体２６は、燃料集合体把持装置６で把持される。すなわち、シリンダ装置１３Ａ，１３Ｂを操作して押付け板１４Ａ，１４Ｂを、基台２上に置かれたＭＯＸ燃料集合体２６の両側面、すなわち、軸方向に配置された２つの燃料スペーサ２９の両側面に接触させる。ＭＯＸ燃料集合体２６は押付け板１４Ａ，１４Ｂによって挟まれて把持される。ＭＯＸ燃料集合体２６の歪が、押付け板１４Ａ，１４ＢでＭＯＸ燃料集合体２６を挟むことによって矯正される。

撮像装置１０及び照明装置１１が、ＭＯＸ燃料集合体２６の一側面の最も端の位置に位置決めされる。この位置決めは移動装置９によって行われる。モータ１７が駆動される。モータ１７の回転力は、歯車１８，１９を介してネジ棒２０に伝えられ、ネジ棒２０が回転する。ネジ棒２０に形成されたネジと噛み合っている移動体１６が、ネジ棒２０の回転によってＹ方向に移動する。この移動体１６の移動によって、撮像装置１０及び照明装置１１が上記した最も端の位置に位置決めされる。

上記の位置決めが終了した後、照明装置１１で生じたライン状の光がＭＯＸ燃料集合体２６に照射される。照明装置１１が上記したように傾いているので、照明装置１１から放出されたライン状の光が、上方から下方に向って斜めに、ＭＯＸ燃料集合体２６の各燃料棒２７に当てられる。ライン状の光の照射によって各燃料棒２７から反射される光が、撮像装置１０によって撮影される。撮像機器１０で各燃料棒２７からの反射光を撮影した時に、各列の燃料棒２７、すなわち、撮像装置１０から、一列目の燃料棒２７Ａ、二列目の燃料棒２７Ｂ、三列目の燃料棒２７Ｃ及び四列目の燃料棒２７Ｄの各反射光が重ならないような角度で、照明装置１１が傾いて設置され、その角度で斜めにライン状の光が照射される。

なお、ＭＯＸ燃料集合体２６の燃料棒配列において、撮像装置１０が移動する方向、すなわち、Ｙ方向に平行な燃料棒配列を、便宜的に、列と言い、撮像装置１０の移動方向と直交する方向、すなわち、Ｘ方向に平行な燃料棒配列を、便宜的に、行と言う。照明装置１１から放出されたライン状の光は、複数行の燃料棒２７に照射される。

斜めに照射されたライン状の光が燃料棒２７の曲面及びエッジで反射して、撮像装置１１に入射される。ライン状の光が照射されているときに撮像装置１１で撮影された各燃料棒２７の映像が、画像処理装置２３に入力される。画像処理装置２３は、撮影された各燃料棒２７の映像情報を用いて画像処理を行う。この画像処理によって得られた各燃料棒２７の画像情報が、画像処理装置２３から表示装置２１に出力され、表示装置２１に表示される（図５参照）。表示装置２１に表示された画像は、図５に示すように、燃料棒２７の部分が白くなり、燃料棒２７の相互間の隙間、及び燃料棒２７の、ライン状の光が当たっていない部分が黒くなる。

表示装置２１の画面２３の横方向における中央の位置をＣとする（図５参照）。画面２３において中央の位置Ｃから左側の領域で、画面２３に表示された燃料棒の画像で位置Ｃに最も近い部分を、左側のエッジ部Ｘ１とする。画面２３において中央の位置Ｃから右側の領域で、画面２３に表示された燃料棒の画像で位置Ｃに最も近い部分を、右側のエッジ部Ｘ２とする。エッジ部Ｘ１とエッジ部Ｘ２の幅が、撮像装置１０から四列目までに配置された各燃料棒２７の配列における、燃料棒最小間隔寸法となる。

エッジ部Ｘ１及びＸ２は、画面２３に表示された画像において、位置Ｃに最も近い位置で輝度が０になる位置である。燃料棒２７相互間に形成された間隔に対する画像の輝度は、０である。表示された画像で白くなっている部分（燃料棒２７の部分）の輝度は０よりも大きくなっている。隣り合う燃料棒２７の相互間に形成された間隔の寸法は、予め測定しておいた一画素分の寸法を用いて算出する。すなわち、その間隔の寸法は、エッジ部Ｘ１とエッジ部Ｘ２の間の画素数（Ｘ２−Ｘ１）に上記の一画素分の寸法を掛けることによって算出される。得られた寸法が、撮像装置１０で撮影した位置（ＭＯＸ燃料集合体２６の一側面の最も端の位置）での燃料棒２７相互間の燃料棒最小間隔寸法となる。

ＭＯＸ燃料集合体２６の一側面の最も端の位置での燃料棒隙間寸法の測定が終了した後、移動体１６が移動装置９によってＹ方向に移動される。この移動体１６の移動は、撮像装置１０及び照明装置１１を、ＭＯＸ燃料集合体２６の一側面の中央部に向って移動させることによって行われる。ＭＯＸ燃料集合体２６の一側面の、Ｙ方向での異なる位置で、照明装置１１から斜めにライン状の光を各燃料棒２７に照射する。撮像装置１０は、各燃料棒２７からの反射光を入射し、各燃料棒２７を撮影する。上記したように、画像処理装置２３で入力した映像情報に対する画像処理が行われ、得られた画像情報が表示装置２１に表示される。撮像装置１０が撮影をした位置での燃料棒最小間隔寸法が求められる。このように、ＭＯＸ燃料集合体２６の軸方向のある位置において、ＭＯＸ燃料集合体２６の一側面で、燃料棒配列の１つの端から他の端に掛けて燃料棒最小間隔寸法の測定が順次行われる。

軸方向のその位置での燃料棒最小間隔寸法の測定が終了した後、ＭＯＸ燃料集合体２６の軸方向の他の位置まで昇降装置５を上昇させる。そして、軸方向の他の位置において、ＭＯＸ燃料集合体２６の一側面での燃料棒最小間隔寸法の測定を実施する。ＭＯＸ燃料集合体２６の一側面での燃料棒最小隙間寸法の測定が終了すると、必要に応じて、基台１５上でＭＯＸ燃料集合体２６を９０°回転させ、他の側面における燃料棒最小間隔寸法の測定を同様に実施する。

本実施例は、ライン状の光を発生する照明装置１１を用いてこのライン状の光を、間隔の寸法を測定する各燃料棒に対して斜めに照射しているので、撮像装置１０に面している一列目の燃料棒２７、この燃料棒２７の隣りの二列目の燃料棒２７、さらに、三列目の燃料棒２７及び四列目の燃料棒２７のそれぞれ位置を、各列のそれぞれの燃料棒２７を撮像装置１０で撮影することによって識別することができる。これは、（１）各列の燃料棒２７に斜めに照射されたライン状の光の、各列の燃料棒２７からの反射光に基づいて撮像装置１０で撮影された各列の燃料棒２７の映像を分離することができること、（２）拡散性の高いライン状の光を照射することによって、各列の曲面を有する燃料棒２７からの反射光を撮像装置１０で均一に捉えることができること、及び（３）ライン状の光を斜めに照射することによって、各列の燃料棒２７のエッジ周辺の反射光を効率良く撮像装置１０に入射することができることに起因している。

このため、本実施例は、ＭＯＸ燃料集合体２６の燃料棒最小間隔寸法を精度良く測定することができる。

ライン状の光を斜めに照射する照射装置１１を設けているので、燃料集合体検査装置１の構造を簡素化することができる。そのような照射装置１１を設けることによって、この照明装置１１から照射されるライン状の光を用いて、水ロッド２８の前面に位置して水ロッド２８によって遮られる複数行の燃料棒配列での燃料棒相互間に形成された間隔（図２に示すＡ部の燃料棒配列における燃料棒相互間に形成された間隔）、及び水ロッド２８によって遮られない複数行の燃料棒配列での燃料棒相互間に形成された間隔（図２に示すＢ部の燃料棒配列における燃料棒相互間に形成された間隔）のそれぞれの寸法を測定することができる。このように、本実施例は、Ａ部及びＢ部のそれぞれの燃料棒配列における燃料棒相互間に形成された間隔の寸法を測定する際に、別々の照明装置を用いる必要がないので、燃料集合体検査装置１の構造を簡素化することができる。

本実施例では、撮像装置１０で各燃料棒２７を撮影する際に、軸方向に配置された２つの燃料スペーサ２９の、１８０°反対側に位置する両側面を押付け板１４Ａ，１４Ｂで挟んでいるので、ＭＯＸ燃料集合体２６のゆがみを矯正することができる。このため、燃料棒２７相互間に形成された間隔の寸法を精度良く求めることができる。

本発明の他の実施例である実施例２の燃料集合体の検査方法を、以下に説明する。まず、本実施例の燃料集合体の検査方法に用いる燃料集合体検査装置を、図６に基づいて説明する。本実施例で用いる燃料集合体検査装置１Ａは、実施例１で用いた燃料集合体検査装置１にレール保持部材７Ａ、移動装置９Ａ、撮像装置（カメラ）１０Ａ及び照明装置１１Ａを付加した構成を有する。レール保持部材７Ａが、レール保持部材７から離れた位置で支持部材１２Ａ，１２Ｂに取り付けられる。一対のレール８Ａが、レール８と平行になるように、レール保持部材７Ａの上面に設置される。移動装置９と同じ構成を有している移動装置９Ａもレール保持部材７Ａの上面に設置される。移動体１６Ａが、レール８Ａに移動可能に設置され、移動装置９Ａのネジ棒２０と噛み合っている。撮像装置１０Ａ及び照明装置１１Ａが移動体１６Ａに設けられる。照明装置１１Ａは、照明装置１１と同様に上方から下方に向って斜めにライン状の光を照射するように、傾いている。

基台１５上に置かれた検査対象のＭＯＸ燃料集合体２６は、レール保持部材７とレール保持部材７Ａの間に配置される。このＭＯＸ燃料集合体２６は、燃料集合体把持装置６で把持される。照明装置１１から斜め下方に照射したライン状の光の各燃料棒２７からの反射光を撮像装置１０によって撮影し、この映像に基づいて燃料棒最小隙間寸法を測定することが、実施例１と同様に行われる。

照明装置１１Ａは、ＭＯＸ燃料集合体２６の、撮像装置１０で撮影される一側面（側面Ｉ）とは１８０°反対側の他の側面（側面II）に、ライン状の光を照射する（図７参照）。このライン状の光は、他の側面側の各燃料棒２７に対して、下方に向って斜めに照射される。撮像装置１０Ａは、他の側面側の各燃料棒２７からの反射光を入射し、これらの燃料棒２７を撮影する。撮像装置１０Ａで撮影した映像情報は、撮像装置１０で撮影した映像情報と同様に、画像処理装置２３に入力される。本実施例において、画像処理装置２３は、撮像装置１０で撮影した側面Ｉ側の各燃料棒２７の映像情報に基づいてこれらの燃料棒の第１画像情報を生成し、撮像装置１０Ａで撮影した側面II側の各燃料棒２７の映像情報に基づいてこれらの燃料棒の第２画像情報を生成する。第１及び第２画像情報は、表示装置２１に表示される。

本実施例は、撮像装置１０及び照明装置１１を用いて、側面Ｉにおいて、Ａ部及びＢ部のそれぞれの燃料棒配列における燃料棒相互間の隙間を測定することができると共に、撮像装置１０Ａ及び照明装置１１Ａを用いて、側面IIにおいて、Ａ部及びＢ部のそれぞれの燃料棒配列における燃料棒相互間の隙間を測定することができる。

本実施例も、実施例１で生じる効果、すなわち、燃料集合体検査装置の構造の簡素化、及び燃料棒の間隔の測定精度のさらなる向上を得ることができる。さらに、本実施例は、下方に向って斜めにライン状の光を、側面Ｉ及びIIに照明装置１１，１１Ａによって同時に照射することができるので、両側面に配置された各燃料棒２７を撮像装置１０，１０Ａを用いて同時に撮影することができる。このため、ＭＯＸ燃料集合体２６の燃料棒相互間の間隔の計測を短時間で終了することができる。

実施例１及び２は、ＭＯＸ燃料集合体２６ではなく、ウランを含んでプルトニウムを含まない燃料集合体の燃料棒間隔の測定にも適用することができる。

本発明は、原子炉に装荷される燃料集合体の燃料棒相互間の間隔の測定に適用することができる。

１，１Ａ…燃料集合体検査装置、３…マスト、５…昇降装置、６…燃料集合体把持装置、９，９Ａ…移動装置、１０，１０Ａ…撮像装置、１１，１１Ａ…照明装置、１２Ａ，１２Ｂ…支持部材、１３Ａ，１３Ｂ…シリンダ装置、１４Ａ，１４Ｂ…押付け板、１６…移動体、１７…モータ、２０…ネジ棒、２６…ＭＯＸ燃料集合体、２７…燃料棒、２８…水ロッド、２９…燃料スペーサ。

Claims (1)

1. 燃料棒、及び前記燃料棒の外径よりも外径が大きな水ロッドを含む燃料集合体の前記燃料棒相互間の間隔の寸法を求める燃料集合体の検査方法において、
   照明装置で生じた、拡散性を有するライン状の光を、前記燃料集合体の一側面側から、前記一側面側に存在する前記燃料棒のそれぞれに対して、下方に向って斜めに照射し、各前記燃料棒から反射される光を撮像装置によって撮影し、前記撮像装置によって撮影されたそれぞれの前記燃料棒の映像情報に基づいて燃料棒相互間の間隔の寸法を求め、
   前記燃料集合体の、前記一側面とは１８０°反対側の他の側面から、他の照明装置で生じた、拡散性を有するライン状の光を前記他の側面側に存在する他の前記燃料棒のそれぞれに対して、下方に向って斜めに照射し、各前記他の燃料棒から反射される光を、他の撮像装置によって撮影し、前記他の撮像装置によって撮影されたそれぞれの前記他の燃料棒の映像情報に基づいて他の燃料棒相互間の間隔の寸法を求め、
   前記燃料棒の撮影時において、前記燃料集合体に設けられた２つの燃料スペーサを、前記ライン状の光の照射方向と直交する方向に位置する一対の押付け部材によって挟んでいることを特徴とする燃料集合体の検査方法。

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