JPH026782A - 燃料棒被覆管へのバーコード付与方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、核燃料棒の識別及び追跡可能性に関し、特に
、製造中及び使用中、個々の燃料棒を追跡可能にするよ
う燃料棒を識別もしくは同定できるようにするための方
法及び装置に関するものである。

九往茨朱圓１」 従来、種々の目的のために特定の核燃料棒を識別する様
々な技術が提案されてきた。例えば、米国特許第３，７
４７，９５９号明細書に記載の発明においては、対象物
の識別のために切欠きもしくは刻み目のような物理的な
マークが使用されている。米国特許第４，６３６，８４
６号明細書の発明では、照射を受けた後に原子炉から取
り出した各燃料棒を識別するために、該燃料棒に、原子
炉に装荷する前に文字コードの形態の印を刻印している
。

また、小売商品を識別するのに使用されるバーコードラ
ベルも核燃料棒の識別のために用いられていた。例えば
、米国特許節４，５８７，４０７号明細書においては、
特定の燃料棒に割り当てられた個々の識別番号のような
情報を含むバーコードラベルが燃料棒の被覆管に貼着さ
れている。バーコードは光学的に走査されて読み取られ
るようになっており、燃料棒に割り当てられた番号が測
定される。

このバーコードラベルは、燃料棒の製造中に同燃料棒を
追跡可能にするために使用されていた。同バーコードラ
ベルは製造工程の最初に手作業で貼着され、製造工程の
最後に手作業で取り除がれる。

従って、製造後にも個々の燃料棒を継続的に追跡可能に
するものではない。

バーコードの使用は、個々の燃料棒の同定及び追跡可能
性を確約するものと考えられる。しかし、バーコードを
ラベルに付与することには問題がある。即ち、ラベルは
、貼着するにしても除去するにしてもコストが掛がるし
、また、原子炉内での燃料棒の使用中に、貼着されたま
まにはなっていない。

現在まで、どの先行技術も、全面的に適する方法で個々
の燃料棒の追跡可能性を解決してはいない。従って、個
々の燃料棒をその製造中のどの段階においても追跡する
ことができるような、該燃料棒の識別もしくは同定に対
する総合的な解決策の必要性が存在する。

ル肌圓１１ 本発明は、上述の必要性を満たすように、個々の燃料棒
に識別の印を付けるための方法及び装置を提供する。即
ち、本発明の方法及び装置は、製造及び使用中のどの段
階においても個々の燃料棒の追跡可能性を許容するよう
な燃料棒識別に対する総合的な解決策を提供する。

この明細書に開示された方法及び装置の好適な実施例は
、上述の必要性を満たすように改良された幾つかの特徴
を持っている。燃料棒の追跡可能性に対する上述の総合
的解決策を与えるべく上述の幾つかの特徴は一緒に用い
られるようになっているが、容易に了解されるように、
これ等の特徴のあるものは別個に用いてもよい。

本発明は、製造中及び使用中のいずれの連続した諸段階
においても燃料棒の追跡を可能にする識別印を燃料棒に
付与するなめに、諸段階の個々の段階において、丈な、
諸段階のいつでも使用される方法及び装置に関するもの
である。

従って、本発明は、燃料棒の識別システムにおいて、燃
料棒に識別印を付与するための方法及び装置であって、
該方法及び装置は、（ａ）燃料棒を組み立てるために燃
料棒被覆管内に核燃料を装填しなり、同燃料棒被覆管の
両端に端栓を取着する前に、燃料棒被覆管にバーコード
を与え、（ｂ）このようにバーコードが付された燃料棒
被覆管に核燃料を装填すると共に、同燃料棒被覆管の両
端に端栓を取着した後、組み立てられた燃料棒の端栓の
一方に識別記号もしくは符号を付ける、作動ステップを
含んでいる。

具体的には、燃料棒被覆管の端部にバーコードを付ける
本発明の方法及び装置の作動ステップは、燃料棒被覆管
をその１つの端部が作業装置の封止された室内に延入す
るように位置決めし、前記封止された室内に実質的にア
ルゴンと酸素の混合物からなる気体状雰囲気を維持し、
前記燃料棒被覆管の１つの端部の周面部分に直接に前記
バーコードを彫り込むことを含んでいる６彫り込みステ
ップは、燃料棒被覆管を回転させることと、それと同時
に、レーザービームを使用して燃料棒被覆管の端部の周
面部分にバーコードを直接エツチングすることとを含ん
でいる。

更に、彫り込みのステップは、被覆管の端部における複
数の離間した周面部分にバーコードを直接にレーザービ
ームによりエツチングすることを含んでおり、各バーコ
ードは円周方向に離間すると共にそれぞれ１２０°より
若干狭い範囲にわたって延びている。また、気体状雰囲
気を維持するステップは、アルゴンを４５−８５％以内
に、そして酸素を１５−５５％以内に保つことを含んで
いる。

組み立てられた燃料棒の端栓に記号もしくは符号を付け
る方法及び装置の他の作動ステップは、同組み立てられ
た燃料棒の端栓を支持する両端部の１つか作業装置内に
延入するように同組み立てられた燃料棒を位置決めする
ことと、所定の基準角度方向に燃料棒端部の端栓を配置
さぜるよう燃料棒を回すことと、第１の通路に沿ってレ
ーサービームを照射することによって燃料棒端部の１つ
の端栓の側面に識別記号を直接に刻み込むことと、第２
の通路に沿ってレーザービームを再び照射することによ
って燃料棒端部の１つの端栓の端面に濃縮度記号を直接
に刻み込むこととを含んでいる。

また、レーサービームは、レーザー装置を励起すること
によって第１の通路に沿い第１の位置に照射され、そこ
て端栓の側面に識別記号が直接にエツチングされ、また
、レーザー装置を励起することによって第２の位置に再
照射され、そこで端栓の端面に濃縮度記号が直接にエツ
チングされる。

本発明のこれ等の利点及びその他の利点は、本発明の好
適な実施例を示す添付図面に関する以下の詳細な説明を
読むことにより、当業者にとって容易に明らかとなろう
。

１帆外正厭ｌ戎週 以下の説明において、全図面を通し同じ参照符号は同一
もしくは対応の部分を表しており、また、「前方」、「
後方」、「左方ｊ、「右方」、「上方」、「下方」等の
方向を表す用語は説明の便宜上用いた表現であって、限
定的な意味に解釈すべきではない。

図面を参照すると、第１図〜第６図には、核燃料棒が総
括的に符号１０て示されており、この燃料棒１０に、そ
れを製造している間及びその後に原子炉で使用している
間の同燃料棒１０の追跡を可能にするため、燃料棒識別
システムの第７図及び第８図に符号１２で総括的に示さ
れた作業装置を使用して、マークもしくは印が適切に付
けられる。マークは作業装置１２によりレーザービーム
で付けられ読み取られる。図示の燃料棒１０は沸騰水型
原子炉（ＢＷＲ）で使用される型式のものであるが、本
発明の方法及び装置は、他の型式の原子炉用に設計され
た燃料棒に印を付ける場合にも明らかに使用可能である
。

作業装置１２を使用して付された印は、特定の連続番号
に対応する、幅が異なる一連の離間した黒縁からなるバ
ーコード１４と、同バーコード１４の連続番号の最後の
４桁、及び燃料棒１０に装填されている燃料の特定の濃
縮度をそれぞれ表す数字である記号１６．１８との形態
である。印は、作業装置１２を使用して２段階で燃料棒
１０に付与される。

第１段階においては、作業装置１２の諸構成要素によっ
て発生され案内されるレーザービームを使用して、燃料
棒１０の被覆管２０に核燃料を装填してからその両端に
上部端栓２２及び下部端栓２４を取り付けて燃料棒１０
として組み立てる前に、バーコード１４が被覆管２０の
表面に直接付与される。具体的には、後から詳細に説明
するように、また、第２図に示すように、レーザービー
ムを使用して被覆管２０の上端部（１つの端部）２８の
周面部分２６上にバーコード１４を直接エツチングもし
くは刻み込む。

第５図に示すように、バーコード１４は被覆管２０の３
つの周面部分２６上に直接エツチングすることが好まし
く、各バーコードＩ４は、円周方向に離間すると共に、
１２０°よりも若干率さい領域をカバーしている。

第２段階においては、ペレット（図示せず）を積み重ね
た積重体の形態の核燃料を被覆管２０内に装填し、既に
バーコード１４がエツチングされている燃料棒被覆管２
０の両端部に上部端栓２２、下部端栓２４を取着し、上
部端栓２２にあるカス抜き六３０（第２図〜第４図に図
示）を溶接で閉じた後、作業装置１２において再びレー
ザービームを使用することにより、識別記号１６と濃縮
度記号１８とが、第３図及び第６図に示すように、組み
立てられた燃料棒１０の上部端栓２２の側面３２と端面
３４とにそれぞれエツチングもしくは刻み込まれる。上
部端栓２２にはこのように印もしくはマークが付けられ
るので、この燃料棒１０を他の燃料棒と共に原子炉内の
燃料集合体に装入している間、同燃料棒にある印を上方
から観察することができる。

第７図〜第１３図を参照すると、レーザー装置によりマ
ークを付は読み取る作業装置１２の外面（第７図及び第
８図）と、本発明の方法を実施するように動作可能な本
発明の装置を構成する同作業装ＷｌＺ内の諸構成要素（
第９図〜第１３図）とが図示されている６基本的には、
作業装置１２は、出入扉４０を有する封止された室３８
を支持するなめ床上に支持されたフレーム構造３６と、
制御パネル４２と、位置決め機構（位置決め装置）４４
とを有する。具体的に述べると、第９図〜第１３図に示
すように、位置決め機構４４は駆動ベルト５０を介して
ステップモータ４８により駆動される回転チャック（位
置決め装置）４６を含んでおり、該回転チャック４６は
、最初に燃料棒被覆管２０を掴持し、次いで組み立てら
れた燃料棒１０を掴持するようになっている。また、作
業装置１２は、フレーム構造３６上に、レーザー式バー
コード読み取り装置５２と、レーザービーム５６を発生
するレーザー装置（彫込み装置）５４と、レーザー装置
５４からのレーザービームを燃料棒１０に指向させるミ
ラー装置（彫込み装置）５８とを支持している。回転チ
ャック４６が燃料棒１０を水平のＸ軸に沿って配置させ
ていると考えると、バーコード読み収り装置５２及びレ
ーサー装置５４は、水平なＹ軸及び垂直なＺに沿って燃
料棒１ｏに関して且つ互いに関して傾斜して配設される
ことになる。更に、作業装置１２のフレーム構造３６は
、封止された室内に回転チャック４６によって位置決め
された時の燃料棒１０の上端部２８の近くに同上端部２
８とほぼ同様に延びる反射部材６０を支持している。こ
の反射部材６０は、バーコード読み取り装置５２とは反
対側の燃料棒１０の側方に配置されて、１対の拡散面６
０Ａ、６０Ｂを画成している。該拡散面６０Ａ、６０Ｂ
は、第１６八図に示すようにバーコード読み取り装置５
２と燃料棒１０との間に延在する水平軸Ｘに対して約３
０”で互いに逆方向に傾斜していることが好ましい。

付は加えておくと、図には示していないが、作業装置１
２はコンピュータを有し、このコンピュータがステップ
モータ４８と、バーコード読み取り装置５２と、レーザ
ー装置５４とに電気的に接続されていて、それ等の動作
を互いに関連して制御するようになっている。第１５図
及び第１８図に示すように、同コンピュータに電気的に
接続されてブラケット６４に装着されたセンサ６２は、
モータ４８、読み取り装置５２及びレーザー装置５４の
動作を制御する際にコンピュータを支援するため、燃料
棒１０（又は被覆管２０）の運動を検出するのに使用さ
れる。作業装置１２に支持されたブラケット６４は、上
部端栓２２の細長い小径端部２２八を受は入れる支持リ
ング６６を有する。図示しないか、支持リング６６は、
その表面上にプロチュバランス（ｐｒｏｔｕｂｅｒａｎ
ｃｅ）を有し、これは、上部端栓２２の側面３２に識別
記号１６をエツチングするため同上部端栓２２が正しく
位置決めされた時に、この上部端栓２２に画成された第
３図に示す切欠き２２Ｂと整合することがてきる。コン
ピュータの記憶装置には、作業装置１２によりこれから
処理される燃料棒の全てについての濃縮度記号１８に一
致する一連の数字もしくは番号の表が搭載されている。

簡略に説明すると、コンピュータは、被覆管２０を有す
る燃料棒１０に割り当てられた連続番号を表す正しいバ
ーコード１４を同被覆管２０に先ずエツチングするよう
に、レーザー装置の動作を制御する。

次いて、燃料棒１０を組み立てた後に、読み取り装置２ ｉｉｆ５２は、拡散面６０Ａ又はｆｌｌＯＢを紅白して
バーコード１４から同読み取り装置５２に反射したレー
ザー光を読む。コンピュータは、レーザー装置５４に指
令して、読み取り装置ｆ５２により読み取られた連続番
号の最終４桁を上部端栓の側面３２にエツチングさせ、
次ぎに、この連続番号をその記憶装置内のものと突き合
わせて、上部端栓の端面３４にエツチングする正しい濃
縮度記号を選択する。

上述したように燃料棒１０に印を付ける第１段階におい
ては、バーコード１４は燃料棒被覆管２ｏ上にレーザー
ビームによりエツチングされ、その後から被覆管２０に
核燃料が装填され、被覆管２ｏの両端に端栓２２．２４
が取り付けられて、燃料棒１０の組み立てが終了する。

第１４図及び第１５図を参照すると、燃料棒被覆管２０
は、作業装置１２の封止された室３８内にその上端部２
８を延入させて、回転チャック４６（第１２図及び第１
３図に示す）により位置決めされている。封止された室
３８内には、アルゴンと酸素の混合物からなる気体状雰
囲気が維持されている。

空気の雰囲気内でレーザービームによるエッチンりが行
われると、エツチングされる金属製の周面部分２６の酸
化作用が促進されるので、それを避けるために、この金
属製の表面部分が２６０’Ｃ（５００°Ｆ）以上の温度
である間、４５〜８５％の範囲内のアルゴンと１５〜５
５％の範囲内の酸素の混合物からなる雰囲気を維持しな
ければならない。雰囲気の成分をこれ等の範囲内に制御
する必要がある理由は、アルゴンの含量が多すぎると読
み取り可能なバーコード１４が得られず、反対に酸素の
含量が多すぎると表面の酸化が過度になり、その後金属
の耐食性が低下する可能性があるからである。

第１４図に示すように、被覆管２０を回転チャック４６
により上述のように位置決めしたら、レーザー装置５４
によって発生されたレーザービーム５６をミラー装置５
８のうち２つのミラー５８Δ及び５８Ｂによって被覆管
の上端部２８にある周面部分２６に指向させる。コンピ
ュータは、第５図に示したように、被覆管上端部の円周
方向に離間した３つの周面部分２６に直接にバーコード
をエツチングもしくは彫り込むために、回転チャック４
６の回転とレーザー装置５４の動作とを同期させる。

コンピュータが完了信号を受信すると直ぐ、被覆管２０
は取り除くことができ、別の被覆管が作業装置１２内に
装入されて、マーク付けの第１段階が繰り返される。

上述したような燃料棒１０へのマーク付けの第２段階に
おいては、上部端栓２２に識別記号１６及び濃縮度記号
１８がレーザービームによりエツチングされる。それ等
の作業は、核燃料を被覆管２０内に装填しその両端に端
栓２２．２４を取り付けて、燃料棒１０の組み立てが終
了してから行われる。

第１６図、第１６八図及び第１６Ｂ図を参照すると、燃
料棒１０は、その上端部２８にレーザービームによりエ
ツチングされたバーコードの読み取り準備のため、回転
チャック４６（第１２図及び第１３図に図示）によって
、同上端部２８が作業装置１２内に延入し、反射部材６
０の近くに配設されて、同反射部材６０と読み取り装置
５２との間に整列した状態で図示されている。コンピュ
ータは、中心線もしくはＸ軸と拡散面６０Ｂまで延びる
線りどの間を第１６Ｂ図において左右に読み取り装置５
２を振動させるモータ６８の動作を制御する。読み取り
装Ｗ５２は、バーコードがエツチングされている燃料棒
１０の光沢面から直接ではなく、拡散面６０Ｂから反射
された光を読み取る。燃料棒１０に伝送された光の一部
（約２５％）のみが３０°±１°の角度で変位した拡散
面６０Ｂ図から反射して読み取り装置５２に戻る。

それ自体は商業的に入手しうるバーコード読み取り装置
５２は、バーコードを解釈して電気信号をデコーダ（図
示せず）に送るのに使用されるＨｅ−Ｎｅ光を発射する
。デコーダはこの電気信号をディジタル化する。これは
、金属の反射性のため、光沢面上のバーコードを読み取
っている時には可能ではない。反射されて読み取り装置
のインタープリタ−に戻るレーザービームが多すぎると
、同インタープリタ−は電気信号が受信され翻訳もしく
は解釈されるのを阻止する。燃料棒の背後にある拡散面
は強い信号が読み取り装置によって受信されるのを許容
する。何故なら、読み取り装置は、次に拡散バックグラ
ウンドへのバーコードの反射を観測して、インタープリ
タ−には白い表面上のブラックコードのように感じられ
る信号を受信するからである。拡散バックグラウンドが
、元のレーザービームを反射して読み取り装置５２に戻
し、電気信号が受信されるのを阻止することはない。代
わりに、レーザービームの拡散は読み取り装置により反
射され受は取られる光の量を減少させる。

−旦、バーコードの読み取りが完了すると、燃料棒１０
は、上部端栓２２を作業装Ｎ１２内で所定の基準角度方
向に位置決めすべく、同上部端栓２２にある切欠き２２
Ｂが支持リング６６上のプロチュバランス（図示せず）
に整合するように回転される。この時までに、コンピュ
ータは、読み取り装置５２によって読み取られたバーコ
ードがら決定された燃料棒の連続番号に合わせて同コン
ピュータの記憶装置の表中の連続番号及び濃縮度番号を
見付けてしまっている。次に、コンピュータは、この情
報を使用して、第６図に示したように、上部端栓２２の
側面３２上に連続番号の最後の４桁を直接エツチングす
るように、レーザー装置５４を制御する。即ち、レーザ
ー装置５イからのレーサービーム５６をミラー装置５８
の一対のミラー５８八及び５８Ｂによって燃料棒端栓２
２に指向させる。次に、ミラー装置５８に関するレーザ
ー装置５４の位置を変えて、今度は、レーザービーム５
Ｇがミラー５８八をバイパスしてミラー５８Ｃに当なり
、上部端栓２２の外側端面３４に指向するようにする。

この段階で、コンピュータはレーザー装置５４を制御し
、第３図に示したように、燃ｆｌ棒の端栓２２の端面３
４に直接に濃縮度記号１８を刻み込むかもしくはエツチ
ングするようにする。

コンピュータが完了信号を受信したら直ぐ、燃料棒１０
を取り出し、マーク付けの第２段階を繰り返すべく、別
の燃料棒を作業装置１２内に装入することができる。

本発明とその特有の効果とが上述の説明から理解されな
であろう。また、明らかなように、本発明の精神及び範
囲から逸脱したり、本発明の重要な効果の全てを犠牲に
することなく、本発明の形態、構成及び配列に種々の改
変をなすことができ、上に述べた形態は本発明の単なる
好適なもしくは例示的な実施例であるに過ぎない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理に従って識別印を付することか
できる核燃料棒を長手方向に短縮した形態で示す側面図
、第２図は、本発明の原理に従って第１図の核燃料棒の
上端部にエツチングされたバーコードの形態の識別印を
示す部分拡大図、第３図は、燃料棒内に装填された核燃
料の濃縮度を識別すべく燃料棒の上部端栓の端面にエツ
チングされた記号を示すため、第２図の３−３線に沿っ
た燃料棒の頂部平面図、第４図は、第２図の４−４線に
沿う燃料棒の上部端栓の断面図、第５図は、第２図の５
−５線に沿う燃料棒の上端部の断面図、第６図は、第３
図の６−６線に沿う燃料棒の上部端栓の部分側面図、第
７図は、本発明の方法を実施するための装置を用いてレ
ーザーによりマークを付与する作業装置の外観を示す正
面図、第８図は、第７図の作業装置の外観の側面図、第
９図は、第７図の作業装置の諸構成要素を簡略な形態で
示す頂部平面図、第１０図は、第９図の１０−１０線に
沿つて見た作業装置の側面図、第１１図は、第９図の１
１−１１線に沿って見た作業装置の別の側面図、第１２
図は、第９図よりも詳細に諸構成要素を大きなスケール
て示す、第７図の作業装置の頂部平面図、第１３図は、
第１０図よりも詳細に諸構成要素を大きなスケールで示
す、第１２図の作業装置の側面図、第１４図は、燃料棒
被覆管内への核燃料の装填前に同被覆管にバーコードを
エツチングする本発明の装置を構成する作業装置の諸構
成要素によって行われる本発明の方法の作動ステップを
説明するための側面断面図、第１５図は、第１４図の１
５−１５線に沿って示す断面図、第１６図は、核燃料か
装填され端栓が取り付けられた燃料棒のバーコードを読
み取って同燃料棒を識別もしくは同定する本発明の方法
の作動ステップを説明するための部分立面図、第１６八
図及び第１６Ｂ図は、本発明の特徴を有する方法及び装
置の作動ステップを説明するための概略側面図及び概略
斜視図、第１７図は、燃料棒に核燃料を装填し端栓を取
り付けた後に同端栓の側面及び端面に識別記号及び濃縮
度記号をエツチングする本発明の装置を構成する作業装
置の諸構成要素によって遂行される本発明の方法の作動
ステップを説明するための断面図、第１８図は、第１７
図の１８＝１８線に沿って示す断面図である。 １０・・・核燃料棒　　　　　１２・・・作業装置１４
・バーコード　　　　２ｏ・・被覆管２６・被覆管の周
面部分 ２８・・・被覆管の１つの端部（上端部）３８・・・封
止された室 ４４・・・位置決め装置（位置決め機構）４６・・・位
置決め装置（回転チャック）５４・・・彫込み装置（レ
ーザー装Ｗ）５８・・彫込み装置（ミラー装置） 出願人　　ウェスチングハウス・エレクＦＩＧ。 ア ＦＩＧ。 ＦＩＧ。 ＋６Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）核燃料棒の識別システムにおいて、同核燃料棒の被
   覆管にバーコードを付与する方法であって、 （ａ）前記被覆管をその１つの端部が作業装置の封止さ
   れた室内に延入するように位置決めし、 （ｂ）前記封止された室内に実質的にアルゴンと酸素の
   混合物からなる気体状雰囲気を維持し、 （ｃ）前記被覆管の１つの端部の周面部分に直接に前記
   バーコードを彫り込む、 燃料棒被覆管へのバーコード付与方法。 ２）核燃料棒の識別システムにおいて、同核燃料棒の被
   覆管にバーコードを付与する装置であって、 （ａ）実質的にアルゴンと酸素の混合物からなる気体状
   雰囲気を収容した封止された室を有する作業装置と、 （ｂ）前記被覆管をその１つの端部が作業装置の封止さ
   れた室内に延入するように位置決めする位置決め装置と
   、 （ｃ）前記被覆管の１つの端部の周面部分に直接に前記
   バーコードを彫り込む彫込み装置と、を備える燃料棒被
   覆管へのバーコード付与装置。