JPH04315949A - ペレット検査方法及び装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円筒形状のペレットを
表面欠陥について検査するための方法と装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】核燃料棒の製造において、濃縮酸化ウラ
ン又は天然酸化ウランのマトリックスから形成された核
燃料ペレットは、ジルコニウム合金から一般的に形成さ
れた細長い中空棒内に挿入される。

【０００３】この燃料棒は、端栓で端部が封止され、加
圧されている。燃料棒は、原子炉の炉心を形成すべく、
一定の配列で組み立てられている。亀裂や割れのような
ペレットの欠陥は、原子炉運転中に欠けをしばしば生じ
、この欠けは原子炉の運転に悪影響を及ぼす恐れがある
。例えば、原子炉運転中に、核燃料ペレットから分離し
た遊離欠けは、燃料棒内で、燃料棒の内壁面に隣接する
位置に停滞する可能性がある。原子炉運転中、分離した
欠けに包含される核分裂性物質は、核分裂反応を続け、
その分裂中に発生される熱が燃料棒側壁に高熱の局部領
域を形成する。その結果として、この局所的な高熱領域
は、その位置で燃料棒を劣化させ、棒側壁に破断を形成
し、燃料棒内の高圧ガスが漏れる恐れがある。このよう
な破断が生じた場合、原子炉の炉心は運転停止されなけ
ればならない。更に、ペレット表面に金属が介在する等
の他のペレット表面欠陥は、ウランの通常の核分裂反応
に悪影響を与えるので、好ましくない。従って、燃料ペ
レットは、製造中に、許容できない表面欠陥について検
査を受けなければならない。ペレットの肉眼検査方法は
ほぼ１００％の検査結果を有し、燃料棒を欠陥なく確実
に製造し、好ましい。

【０００４】幾つかの核燃料製造プラントにおいては、
燃料ペレットはマニュアルで検査されている。即ち、特
別服を着た検査員がペレットのトレイの一方の側を観察
する。ペレットはトレイの長手方向に並べられる。トレ
イは、ペレットを照らすための光源の下側に配置される
。ペレットは端部と端部が揃うように一塊にされ（スタ
ック化）、ペレットとペレットの境界部が、検査員によ
り端部欠陥及び表面不規則性が容易に見いだすことがで
きるよう、特に明るくされる。

【０００５】トレイの一側が観察された後、蓋がペレッ
トのトレイ上に配置され、そして、トレイが反転される
。ペレットの反対側を見うるようにするために、トレイ
の裏側が取り外される。検査員は前述と同様にペレット
を観察し、検査工程を終了する。

【０００６】この形式のマニュアル検査には幾つかの欠
点がある。即ち、危険な放射性塵埃が空気中に存在する
ことがあるため、検査員は、特別な防護服によりこの塵
埃から守られなければならない。更に、トレイを長時間
にわたり肉眼検査するのは、本来、目に悪く、長期間で
あると検査エラーをも生ずる。また、ウランペレットは
重く、ペレットを含むトレイの反転を繰り返すことは、
検査員を不快にする可能性がある。

【０００７】このように、マニュアル式のペレット検査
システムには危険性があるので、人間を必要とせずに自
動的に核燃料ペレットを検査することが望ましい。しか
し、多くの自動ペレット検査システムにも幾つかの問題
点がある。核燃料ペレットは非常に研磨性があるため、
材料取扱い装置のペレットと係合する面はすぐに摩耗す
る傾向がある。更に、取扱い中に小さな欠けが核燃料ペ
レットから分離した場合、それらは材料取扱い装置のベ
ルト、ローラ及び歯車に損傷を与えることがある。

【０００８】従来の自動ペレット検査装置の一つにおい
て、ペレットは端部と端部を突き合わせた状態でスタッ
ク化されて光が照射され、ペレット間の境界部が適当な
光学機器及びカメラにより分析される。ペレットをスタ
ック化することは、２個の隣接するペレット間の境界部
を特定してそれらのペレットを区別する必要があるので
、望ましいものではない。個々のペレットの長さがそれ
ぞれ異なっている場合、検査分析のために個々のペレッ
トを分ける方法は、縁部・縁部間境界部を見いだして個
々のペレットを分離させることによるものだけである。 縁部・縁部間境界部が特定されると同時に、ペレットの
表面全体を十分に検査しなければならず、ペレットに欠
陥があると判断された場合には、その欠陥ペレットを確
認して拒否するために、再度、縁部・縁部間境界部を検
査しなければならないことがある。この型式のシステム
は複雑である。また、ペレットは検査中にスタック化さ
れているので、移送及び検査中にペレットを適正に送っ
てスタック化するため、複雑な材料取扱い装置が必要と
なる。このような自動ペレット検査システムの例として
は、米国特許第４，４９６，０５６号明細書に開示され
たものがある。その明細書に述べられているように、個
々の核燃料ペレットは互いにスタック関係でペレット検
査エリアまで運ばれる。スタック化されたペレット間の
境界部は、ペレットの円筒形形状及び長さを特定すべく
分析される。これに関連する米国特許第４，５４９，６
６２号明細書に開示されるように、検査工程を実行する
ための装置は、スタック状態の複数のペレットの適正移
送ないしは配送を確保するために、複雑な構造となって
いる。

【０００９】米国特許第４，４４８，６８０号明細書に
開示された別の複雑なペレット検査装置においては、核
燃料ペレットは所定配列で設置されたステーションに移
送され、各ステーションにおいて、ペレットの直径、長
さ及び表面欠陥が検出される。表面欠陥検出ステーショ
ンでは、収束ビームが回転スキャニングプリズムにより
燃料ペレットに照射される。欠陥は、交互の明暗領域を
検出することで発見される。しかしながら、この型式の
システムは金属含有等の欠陥の分析には信頼性に欠ける
。尚、この金属含有の場合、ペレット表面上のその点は
、その周囲の面よりも明るく見えるのが一般的である。 更に、このシステムは複雑なペレット取扱いシステムを
必要とする。

【００１０】

【発明の概要】本発明の装置及び方法は、円筒形状のペ
レットを表面欠陥について検査するものである。本発明
の方法及び装置においては、ペレットの周面上の少なく
とも１つの軸線方向に延びる直線状部分が光学的に検知
される。そして、ペレットの周面における光学的に検知
された部分を示す１組の離散的デジタル値が発生される
。これらの離散的デジタル値は所定の基準値と比較され
、前記ペレットの周面上の隣接部分を示すデジタル値（
以下、「隣接値」ともいう）の複数群であって、前記所
定の基準値よりも大きな又は小さなものを確認する。 ペレットの周面全体は、ペレットの周面上の軸線方向に
延びる個々の部分をそれぞれ示す一連の複数組の離散的
デジタル値として検出される。この後、ペレットの画像
が形成される。好ましくは、所定の基準値は、上しきい
値を画成する上限と、下しきい値を画成する下限とを有
するデジタル値範囲とするのが良い。下限以下の値は、
割れや欠けのような暗い表面欠陥として処理される。上
限を越える値は金属含有として処理される。

【００１１】検査中、ペレットは回転されて一定時間ご
とに光学的に検知され、一連の複数組の離散的デジタル
値を得る。検知中、ペレットは検査ステーションを軸線
方向に移動される。所定基準値よりも小さな値を有する
隣接デジタル値の領域面積が算出され、その算出面積が
所定面積よりも大きい場合には、そのペレットが拒否、
即ち不合格とされる。また、所定基準値よりも大きな値
を有する隣接デジタル値の領域面積が算出され、その算
出面積が所定面積よりも大きい場合にも、そのペレット
は拒否される。

【００１２】制御手段は、ペレットの表面を示すライン
スキャンカメラからの信号を受信するための受信手段を
有する。比較手段は、ラインスキャンカメラから受けた
信号を比較して、ペレットの周面上の隣接部分を示すデ
ジタル値群であって、所定の基準値以上又は以下の値を
有するものを確認ないし特定する。拒否手段は、ペレッ
トが欠陥ありと判断された後にペレットを拒否するよう
、制御手段に応答する。

【００１３】欠陥についての縁部分析は、ペレットの全
周面を一連の複数組の離散的デジタル値として検知し、
前述したようにペレットの画像を形成し、ペレットの縁
部に対応するデジタル値を確認することによって、行わ
れる。ペレットの縁部により囲まれた領域の面積が算出
される。この算出された面積が所定値よりも大きい場合
、そのペレットは拒否される。

【００１４】未知の燃料ペレットを検査する前に、装置
は、既知ペレットの周面を光学的に検知すると共に、既
知ペレットの光学的に検知された面を示す二次元配列の
デジタル値を有する二次元デジタル画像を形成すること
によって、まずキャリブレートされる。そして、最初の
二次元デジタル画像におけるデジタル値についての平均
値が決定される。この平均値が所定の基準値を確立する
ために用いられる。この後に、未知ペレットのデジタル
値が所定基準値と比較されるのである。

【００１５】本発明の装置は、ペレット表面を軸線方向
にスキャン（精査）するために検査ステーションに配置
されたラインスキャンカメラ手段と、検査ステーション
を通過するようペレットを軸線方向に移送すると共に、
その長手方向軸線を中心にしてペレットを回転させる手
段とを備えている。移送・回転手段は、ほぼ水平に配置
され互いに平行に長手方向に延びる第１及び第２のペレ
ット支持ロールを備えている。ロールは、移送されるべ
きペレットの直径よりも小さな距離で互いに横方向に離
隔される。この間隔によって、ペレットはその間から落
下することなく、２本のペレット支持ロール上で支持さ
れる。ペレット支持ロールを互いに対して外方且つ上方
に回転させるために、駆動手段がペレット支持ロールに
連結されている。ペレットと係合し、このペレットをペ
レット支持ロール間で移動させるための手段が、互いに
離隔されたロール間に配置されている。ペレットと係合
しこれを移動させるためにペレット支持ロール間に配置
された移動手段は、ペレット支持ロールの一方のすぐ下
側に配置された長手方向に延びる無端ループ状ペレット
移送チェーンを備えている。このペレット移送チェーン
は、互いに一定間隔をおき横方向に延びる複数のアーム
を備え、このアームはドグを有している。無端ループ状
ペレット移送チェーンは、チェーンの駆動中にドグがロ
ール間を移動して、ロール上で支持されたペレットと係
合してこれを長手方向に移動させるように配置される。 また、この装置はペレット送出しエリアを備え、この送
出しエリアは、ロールからのペレットを受けるために、
ペレット支持ロールの端部に隣接して配置された下方に
延びるシュートを有する。拒否手段は、ペレットを前記
シュートから横方向に押し出すために、シュートに隣接
して配置された押出手段を有している。

【００１６】以上、本発明の目的と利点の一部について
説明したが、その他の目的と利点は、以下の添付図面に
沿っての説明から明らかとなろう。

【００１７】

【詳細な説明】

図１〜図４を参照すると、円筒形状のペレットＰ（核燃
料ペレットとして示している）を表面欠陥について検査
するための検査装置１０が示されている。 この検査装置１０は一般的には移送手段１２を含んでお
り、この移送手段１２は、核燃料ペレットＰを長手方向
軸線に沿って回転させ、且つ、同核燃料ペレットＰをペ
レット供給エリア１３ａから検査ステーション１４を経
てペレット送出しエリア１３ｂまでの所定の移動経路に
沿って軸線方向に移送させるるようになっている。検査
ステーション１４に隣接する位置には、ラインスキャン
カメラ１６が配置され、ペレットＰの表面を軸線方向に
精査する。プロセッサー１８の形態の制御手段は、ペレ
ットＰの表面に対応するラインスキャンカメラ１６から
の信号を受信するための受信手段と、比較手段とを備え
、この比較手段は、ラインスキャンカメラ１６から受信
した信号を比較して、所定の基準値よりも大きな或は小
さな値を有し且つペレットの表面上の隣接部分を示すデ
ジタル値のグループ（デジタル値群）を確認する（図３
）。また、拒否手段２０がペレット送出しエリア１３ｂ
に配置されており、欠陥のあるペレットを拒否するよう
プロセッサー１８に応答する。

【００１８】本発明に従った検査装置及び方法は、色々
な種類のペレットを検査するのに適用され得るが、ここ
では、核燃料ペレットの好適な検査作業についてのみ説
明する。核燃料ペレットＰは、一般的には、２タイプの
材料、即ち濃縮酸化ウラン又は天然酸化ウランから結合
マトリックスに形成されている。燃料ペレットＰは円筒
形状であり、７．６２〜１０．１６ｍｍ（０．３０〜０
．４０ｉｎ．）の範囲内の直径を有する。長さは、７．
６２〜１５．２４ｍｍ（０．３〜０．６ｉｎ．）の間で
あるのが一般的である。重量は約４．５３〜１３．６１
ｇ（０．０１〜０．０３ｌｂ．）である。

【００１９】種々のペレット欠陥は、原子炉運転に悪影
響を及ぼす可能性があるので、許容できない。例えば、
毛割れは、原子炉運転中に拡大して、後にペレットから
分離する欠けを形成する恐れがある。この欠けは燃料棒
の内面に付着し、高熱領域を形成する可能性がある。か
かる場合、その領域で燃料棒を劣化させ、燃料棒を破損
し得る。本発明に従って検出されるペレット欠陥の幾つ
かは、後述するが、端部欠け、側部欠け、亀裂（割れ）
を含んでいる。これらの欠陥の多くは、ペレットの取扱
い工程中に生ずるのが一般的である。亀裂は、少なくと
も０．２５４ｍｍ（１０ｍｉｌ）の幅寸法（周方向）と
、幅寸法の少なくとも１０倍の長さとを有する表面割れ
と定義することができる。長手方向の亀裂は、ペレット
端面の平面に３０度以上の角度で延びるものをいう。

【００２０】図１に示すように、ペレット移送手段１２
は、支持フレーム２２に配置されたハウジング２４内に
収容されている（図４）。ハウジング２４は、燃料ペレ
ットＰの移送及び検査中に発生するウランダスト及び他
の汚染物質からオペレータをある程度保護することがで
きる。 また、ペレット移送手段１２は、ハウジング２４内に配
置された主支持テーブル２６を含んでいる。水平に置か
れ互いにほぼ平行となるよう長手方向に延びる第１及び
第２のペレット支持ロール２８，２９が、主支持テーブ
ル２６に配置され、軸受マウント３０によってそこに回
転可能に支持されている。図１に示すように、移送され
る燃料ペレットＰがこれらのペレット支持ロール２８，
２９間で確実に載置されるように、これらのロール２８
，２９はペレットＰの直径よりも小さい距離で横方向に
間隔が置かれている。燃料ペレットＰは非常に研磨性が
高く、一定量のダストを発生させる傾向があるので、ペ
レット支持ロール２８，２９及びその他の取扱い構成要
素は耐久性のある材料から作られる。ペレット支持ロー
ル２８，２９は、表面摩耗を最小とすべく、４４０硬化
ステンレス鋼から製造されるのが好ましい。また、ロー
ル２８，２９は、直径が１５．８８ｍｍ（０．６２５ｉ
ｎ．）で、長さが６１．０〜７６．２ｃｍ（２４〜３０
ｉｎ．）であるのが好ましい。

【００２１】第１のペレット支持ロール２８は、このロ
ール２８に軸線方向に連結された第１のロール駆動モー
タ３２によって駆動される（図３）。また、第２のロー
ル駆動モータ３４が第２のペレット支持ロール２９から
ずれた位置に配置されており、このモータ３４は、モー
タ軸とペレット支持ロール２９の端部とを相互連結する
伝動・支持ロール駆動チェーン３５を含んでいる。両モ
ータ３２，３４は、プロセッサー１８により制御される
ステップモータである。 図示するように、ペレット支持ロール２８，２９は、ほ
ぼ等しい長さであり、ペレット供給エリア１３ａからペ
レット送出しエリア１３ｂまでの所定の移動経路の一部
を形成している。

【００２２】運転中、両ロール２８，２９は、上方に、
そして互いに対して外方に駆動され、その結果、上向き
の力がペレットに作用され、ペレットから分離された欠
けがロール間で下方に押しやられてペレット移送装置の
他の構成要素内に入りこむ可能性を回避することができ
る。 更に、ロール２８，２９の一方は、移送中にペレットを
純回転させるため、他方のロールの速度の２倍で駆動さ
れる。更にまた、ペレットはロール２８，２９の全長に
わたりロール２８，２９上を移動され、且つ、これらの
ロール２８，２９は回転しているので、ロール２８，２
９上の摩耗は均質となる。

【００２３】ペレット移送手段１２は、ペレットを移動
経路に沿って軸線方向に移動し検査ステーション１４を
通過させるために、第１のペレット支持ロール２８の僅
か下側に隣接して配置された長手方向に延びる無端ロー
プ状ペレット移送チェーン４０を含んでいる（図３）。 このペレット移送チェーン４０は、好ましくはステンレ
ス鋼から形成され、９．５２５ｍｍ（０．３７５ｉｎ．
）ピッチのリンクを有する。図示するように、ペレット
移送チェーン４０は、ペレットダスト及び落下する欠け
による汚染を防止するために、ロール２８，２９のペレ
ット移動経路の直下からずらされている。また、プロセ
ッサー１８により制御されるペレット駆動用ステップモ
ータ４２が支持フレーム２２の下部部分に配置されてお
り、このモータ４２は、ペレット移送チェーン４０のス
プロケット（詳細には図示しない）と連結する駆動チェ
ーン４４を有している。ステップモータ４２は一定時間
ごとに正確にチェーンを動作させることができる。

【００２４】ペレット移送チェーン４０は、ペレット支
持ロール２８，２９に向かって延びる横向きのアーム４
６を有している。各アーム４６は、ステンレス鋼ワイヤ
から製造された移送ドグ４８を含んでおり、このドグ４
８は各ワイヤの端部にろう付けされた硬化ステンレス鋼
平坦端部を有し、ペレット移送チェーンリンクがペレッ
ト移送チェーン４０の上部経路に位置している時に、２
つのペレット支持ロール２８，２９間を上方に延びる。 移送ドグ４８はリンクにひとつ置きに取り付けられ、互
いの中心間距離が１９．０５ｍｍ（０．７５ｉｎ．）と
なるように配置されている。また、移送ドグ４８は、長
さが１５．２４ｍｍ（０．６ｉｎ．）までの範囲のより
長いペレットも受け入れることができる。種々のペレッ
トによる径の違いを許容するために、チェーンは、約２
．５４ｍｍ（０．１０ｉｎ．）の範囲で高さ調整可能な
溝付きのオイライトトラック内に配置されるのが好まし
い。ペレット移送チェーン４０の張力は、駆動端部にお
けるばね付勢式スプロケット（図示しない）によって維
持される。

【００２５】ペレット供給エリア１３ａにおいて、ペレ
ット移送チェーン４０が回転しているペレット支持ロー
ル２８，２９間で循環駆動している時に、ペレットは互
いに離隔された２つの隣合う移送ドグ４８間に送り込ま
れる。ペレット供給エリア１３ａにおいて、振動箱フィ
ーダー５０が核燃料ペレットを供給トラック５２上に送
り出す。供給トラック５２はロール２８，２９間の適所
に一定角度で下方に延びている。ペレット移送チェーン
４０の進行毎に、移送ドグ４８がペレットと係合してペ
レット支持ロール２８，２９間でペレットを押動させる
ため、ペレットはマガジン型配列で供給トラック５２上
を送られる。図４に示すように、供給トラック５２の端
部部分は、ペレット研磨装置（図示しない）等のハウジ
ング２４の外部の位置から、ハウジング２４を通って延
びている。

【００２６】ペレット送出しエリア１３ｂは、下方に延
びるペレット送出しトラック５４を備えており、これは
第１及び第２のペレット支持ロール２８，２９の端部に
配置されている。トラック５４は、ハウジング２４を貫
通して下方に延び、種々の重量のペレットＰを受け入れ
るため、調整可能な支柱５５によって降下傾斜を調整で
きるようになっている。ペレット送出しトラック５４は
ステンレス鋼から作られるのが好ましい。また、プロセ
ッサー１８に接続された拒否ソレノイド５６は、プロセ
ッサー１８からの命令に従って、ステンレス鋼から成る
「キッカー５８」を作動させ、拒否されたペレット（不
合格ペレット）を拒否ビン６０内に移す。不合格ペレッ
トは、不合格ペレットトラック６１上を転動して、ペレ
ット送出しトラック５４の側部に配置された拒否ビン６
０内に入る（図４）。

【００２７】前述したように、ラインスキャンカメラ１
６は、ペレット検査ステーション１４に配置され、ペレ
ット表面を軸線方向に精査する。ラインスキャンカメラ
１６は、円筒形のペレットが回転すると、１枚のペレッ
ト画像を得る。ペレットの多数枚の表面画像を得ること
によって、ペレットの周面の完全なマップが形成される
。本発明では、多数の商業的に入手可能なラインスキャ
ンカメラを利用できる。特に、フェアチャイルド・カム
（Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ　ＣＡＭ）１５００Ｒラインスキ
ャンカメラ又はフェアチャイルド・カム１８３０ライン
スキャンカメラが利用可能であることは分かっている。 これらのカメラは、１列に配列された２０４８個のセン
サセルを有し、カメラセンサセルの長さを調整するよう
大きなフォーマットレンズを備えている。レンズは、接
写範囲で燃料ペレットの画像を取り込むと共に画像の線
形性を維持するよう、小焦点距離であるのが好ましい。 ラインスキャンカメラ１６は、その視野ラインがペレッ
ト支持ロール２８，２９で支持されたペレット上に位置
するように、テーブル２６上で位置調整することができ
る。

【００２８】核燃料ペレットが移送経路に沿って移動す
る場合に、蛍光光源６２が検査のためにペレットを照ら
す。この蛍光光源６２は、検査ステーション１４の位置
で、ペレット移送経路の上方に配置されている（図１，
図３及び図４）。高周波数の蛍光光源ドライバ（約６０
，０００Ｈｚ）は、マークロン（Ｍｅｒｃｒｏｎ）から
入手することができ、６０Ｈｚの電源により一般的に駆
動される通常の蛍光灯を作動させる。高周波数蛍光光源
ドライバは、数種のサイクルの照明がラインイメージ取
込み中にラインスキャンカメラ１６によって調整される
のを可能とし、その照明が極めて均一となるようにする
。メルクロン（Ｍｅｒｃｒｏｎ）のドライバはフォトセ
ル・フィードバック回路を有しており、この回路は蛍光
灯の平均光線出力を監視して、一定の光線出力を維持す
べく駆動電流を自動的に増減する。 この場合、単一の２４インチＴ−１２ＶＨＯ電球が使用
できると期待されている。

【００２９】運転中において、ラインスキャンカメラ１
６は、ペレットの周面の軸線方向に延びる直線状部分を
スキャニングすることにより、ペレット表面の全体を光
学的に検知する。ラインスキャンカメラ１６は、ペレッ
トがカメラの視野ライン内に入ると、当該ペレットを連
続的に検知する。図７においては、軸線方向に移動し且
つ回転しているペレットの連続的走査線が走査線Ａ，Ｂ
，Ｃとして示されている。ペレットは、１秒間に３〜７
個、好ましくは７個の割合で進められ、一方、ペレット
の回転の割合は、５個のペレットの移送に対して１回転
の割合である。ペレット支持ロール２８，２９の回転は
プロセッサー１８によってチェーン４０の進行速度と同
期される。以下で詳細に説明するように、プロセッサー
１８は、ペレットの表面に対応するラインスキャンカメ
ラ１６からの信号を受信し、所定の基準値とその信号と
を比較して所定の基準値以上或は以下の値を有するデジ
タル値群を確認する。

【００３０】プロセッサ・ハードウェアは商業的に入手
可能なものである。データ・キューブ・インコーポレイ
テッド（Ｄａｔａ　Ｃｕｂｅ，　Ｉｎｃ．）により提供
されたマックスビデオ（Ｍａｘ　Ｖｉｄｅｏ）関連のモ
ジュラー型ＶＭＥボードとして知られている高速画像処
理ハードウェアが好ましい。 マックスビデオ関連のこのボードは、画像の取込み、画
像の記憶、ピクセル（画素）処理、隣接部処理、探索テ
ーブル、ヒストログラミング、画像表示の特徴抽出を行
うことができる。画像データはマックスビデオ・バスを
介してボード間を伝送され、これらは、注視領域同期タ
イミング（ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ　ｓ
ｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ　ｔｉｍｉｎｇ）をもって１秒
に１０００万ピクセルで機能するデジタルケーブルであ
る。各マックスビデオ・ボードの制御は、バス上のメモ
リマップレジスタによって行われる。

【００３１】ペレットの表面上の隣接部分に対応するデ
ジタル値の複数群であって、所定の基準値よりも大きく
或は小さな値を有するものを確認するために用いられる
他の購入可能なハードウェアには、ＡＰＡ−５１２ボー
ド（５１２×４８５画像のエリア・パラメータ・アクセ
ルレータ）がある。このタイプのボードは、ビジョン・
セキュリティ・インコーポレイテッド（Ｖｉｓｉｏｎ　
Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，　Ｉｎｃ．）から入手可能であり、
データ・キューブ・インコーポレイテッドの高速画像処
理ハードウェアについてのマックスビデオ仕様とコンパ
チブルである。ＡＰＡ−５１２ボードの速度限界のため
に、最大垂直ディメンションは４６０ラインである。作
動させると、回転するペレットのラインスキャンイメー
ジが取り込まれて記憶され、ペレットの長さが水平に表
され且つペレットの周が垂直に表される画像となる。ペ
レットは軸線方向に移動しているので、画像は傾斜形状
となる（図８）。この画像は整直化（直方化）すること
ができる。１ペレットの１回転の始点及び終点で重なり
合う潜在的欠陥を続けて結合させることができるように
、１０回の余分なラインスキャンが回転ペレットに対し
て行われる場合、ペレットの１回転についてのラインス
キャンの最大数は４５０である。ペレットの最大径は１
０．１６ｍｍ（０．４ｉｎ．）である場合、１ピクセル
の最小レプリゼンテーションは７１．１２×１０−３ｍ
ｍ（２．８ｍｉｌ）である。

【００３２】２．８ｍｉｌ／ｐｉｘｅｌの解像度におい
て、ペレットが１５．２４±１２．７ｍｍ（０．６±０
．５０ｉｎ．）の最大長さである場合、１：１のピクセ
ルアスペクト比を保つために、２３３の水平ピクセルが
必要である。これにより、垂直ピクセルは約４５０で水
平ピクセルは２３３となり、１つのペレット画像につき
全部で約１０５，０００個のピクセルが得られる。 １秒間に１０００万ピクセルの割合で伝送する購入可能
なマックスバス・ピクセル処理パイプライン及びマック
スビデオ・ボードを用いた場合、処理速度の問題はない
。１秒間に７個のペレットを移送するという最大移送速
度の場合、１個のペレットにつき１４３ミリ秒与えられ
る。

【００３３】隣合うペレットは１９．０５ｍｍ（０．７
５ｉｎ．）の中心間距離で互いに離隔されているので、
即ち、移送ドグ４８がペレット移送チェーン４０上で互
いに１９．０５ｍｍ（０．７５ｉｎ．）の間隔をもって
離隔されているので、２．８ｍｉｌ／ｐｉｘｅｌの解像
度では、ラインスキャンカメラの視野において各ペレッ
トについて割り当てられた２６８個のピクセルを必要と
する。５個のペレットが移送される間に１回転の割合で
ペレットが回転する場合、ペレットの全長について１回
転で各点でデジタル化されるように、視野はペレット６
個分に設定される。従って、全部で２６８の６倍、即ち
、視野に対して１，６０８個のピクセルが必要とされる
。 従って、２，０４８センサセルを有するラインスキャン
カメラは十分に機能を果たす。１秒間に７個のペレット
を移送する最大移送速度、５個のペレットが移送される
間に１回転する最小回転数、１５．２４ｍｍ（０．６ｉ
ｎ．）にπをかけた長さ、即ち約４８．３ｍｍ（１．９
ｉｎ．）の最大ペレット外周長さ、及び、７１．１２×
１０−３ｍｍ（２．８ｍｉｌ）の最小ピクセル解像度に
よって、９４３ライン／秒の最大ラインスキャン率、若
しくは、一ラインスキャンにつき１．０６１ミリ秒の最
小露光インターバルがもたらされる。９４３ライン／秒
の最大率で２，０４８画素のラインスキュンカメラを作
動させるには、約２００万ピクセル／秒のオーダーのピ
クセル伝送速度が必要とされる。この伝送速度は、前述
した所望の購入可能なハードウェアの性能で十分である
。

【００３４】

【使用方法】本方法は、まず、図５のフローチャートの
ブロック６４で示すように、既知のペレットでキャリブ
レートされる。このキャリブレート処理によれば、この
既知のペレットの周面がブロック６６で光学的に検知さ
れる。次いで、ブロック６８にて、既知ペレットの光学
的に検知された面を示すデジタル値の二次元列を有する
二次元デジタル画像が形成される。ブロック７０では、
ペレットの表面全体にわたる平均値、即ちビデオグレイ
レベルを決定する。このビデオグレイレベルから所定の
基準値がブロック７２で確立される。所定の基準値は、
既知の許容可能なペレットの許容可能平均ビデオグレイ
レベルに一致する値の範囲とすることができる。この範
囲内にある低い値は下しきい値を画定し、このしきい値
はビデオレベルの暗部を設定する。よって、後において
、このしきい値よりも低い値は、ペレットの周面よりも
多くの光を吸収する傾向があり、従って既知の良好なペ
レットの平均グレイレベルよりも暗い割れのような暗い
領域に対応する潜在的な割れや欠け等の欠陥として、処
理される。この範囲内にある比較的高い値は上しきい値
を画定し、この値はビデオグレイレベル内では明るい。 このしきい値よりも高い値は、ペレットの周面よりも明
るい光を反射する傾向がある金属含有部の可能性がある
ものとして処理される。更に、このシステムは、１個以
上、例えば１０個の既知の良好なペレットでキャリブレ
ートされ、これらの値に基づいて平均値を求めても良い
。

【００３５】キャリブレートの後、未知の燃料ペレット
がペレット供給エリア１３ａからペレット支持ロール２
８，２９に送られる。ペレット支持ロール２８，２９の
回転とペレット移送チェーン４０の進行を制御するステ
ップ式ロール駆動モータ３２，３４，４２がプロセッサ
ー１８により作動されて、ペレットは１秒間に７個ずつ
という好ましい割合で進められる。また、ペレットが５
個移動するごとにペレット自体も１回転するように、ペ
レット支持ロール２８，２９が回転される。１秒間に７
個のペレットが進められ、また、これらのペレットは前
述したように１９．０５ｍｍ（０．７５ｉｎ．）の中心
間距離で互いに離間されている。従って、ペレット移送
チェーン４０が、１秒に７個のペレットを移動させる割
合で動作し、且つ、ペレットが５個のペレットの移動の
間に１回転する場合、ペレットがラインスキャンカメラ
１６の視野内にいる全時間は５／７秒、即ち７１２ミリ
秒である。

【００３６】ラインスキャンカメラ１６は、図５のブロ
ック７４に示すように、円筒形のペレットが回転してい
る際に、当該ペレットの「スライス部」ないしは直線状
部分を読み込む。ブロック７６では、光学的に検知され
た直線状部分を示す１組の離散的デジタル値が形成され
る。次いで、ブロック８０に示すように、ペレットの周
面全体が、ペレット周面の完全な「表面マップ」を形成
するための１組のデジタル値として読み取られ、１つの
画像が形成される。ペレットはラインスキャンカメラの
視野内を移動するので、モニター上では、ペレット表面
の画像は傾斜して見える。必要ならば、プロセッサー１
８のソフトウェアがその画像を直方化することもできる
。

【００３７】画像処理システムのタイミング面には、３
つの変数、即ちペレット回転速度、検査されるペレット
の寸法及び各ペレットの移送速度がある。前述したよう
に、完全に回転されたペレットの画像を得るために必要
とされる時間は、ペレットの１回転につき移送されるペ
レットの数を、１秒間に移動するペレットの数で割った
値である。従って、１秒間に７個のペレットが移動する
好適なペレット移送速度であり、且つ、５個のペレット
が移送される間に１回転するペレット回転速度である場
合に、ペレットがカメラ１６の視野内にいる全時間は７
１４ミリ秒である。しかし、ペレット画像は、移送速度
が１／７秒、即ち１４３ミリ秒と同じ速度で処理できる
。

【００３８】完全に回転されたペレットの画像を含むピ
クセルは、一定範囲内にあることは知られており、ペレ
ットのピクセル（周囲のバックグラウンドピクセルを含
む）は、注視領域タイミング制限の選択によって、矩形
状態で移送される。データは、ハードウェア・ボード上
でピクセル情報の処理を行うため、３本の並列パイプラ
インを伝送される。情報の処理は連続的に行うことがで
きるが、速度は並列処理によって与えられるものである
ことは理解されよう。並列の処理パイプラインのうちの
２本は図５に示されており、その一方は、ブロック８０
からブロック８６に続くもので示され、他方は、ブロッ
ク８０からブロック９４に下方に進むものとして示され
ている。 完全に回転されたペレットの画像を含むピクセルは傾斜
状態で記憶され、その画像は必要な場合にブロック８２
で直方化される。

【００３９】図６で符号１で示す第１のパイプラインに
おいて、ピクセルは、後にビデオ表示モニター８４に表
示するために記憶される。符号２で示す第２の処理パイ
プラインにおいて、図５及び図６のブロック８６に示す
ように、ペレットの左縁部と右縁部の座標を特定するた
め、ペレットのバイナリ画像が、バックグラウンドビデ
オレベルを越えてスレッショルディング処理することに
より得られる。ピクセルは記憶され、ペレットの正確な
寸法が計算される。左縁部及び右縁部の点に対して、１
本の垂直ラインが前記座標に付けられ、左縁部及び右縁
部のラインの水平座標が、ペレット画像抽出するための
関連領域座標を確立し、これは第３のパイプラインで用
いられる。縁部の検出は、後におけるペレットの確認の
ために重要である。ペレットがペレット移送チェーン４
０上に位置されていることが確認された場合、プロセッ
サ１８がチェーン４０の進行を制御すると共に、ライン
スキャンカメラ１６の視野からペレット送出しエリアを
経てキッカー５８に隣接する位置への動きを積極的に追
跡しているので、ペレット送出しエリア及び拒否手段に
対するその位置は分かっている。左右の縁部が特定され
たならば、ペレットの縁部により囲まれた領域の面積が
図５のブロック８８で特定される。この面積はブロック
９０において所定値と比較され、所定値を越えている場
合には、ペレットは拒否、即ち不合格とされる。非常に
大きな囲み領域の面積は、縁部の割れや欠け、その他の
許容できない欠陥があることを示すものである。面積の
許容できない限界値をあらかじめ設定し、燃料ペレット
の最終使用者の条件に基づくようにすることもできる。 非常に大きな面積は、縁部が欠けのような欠陥を有して
いることに相当する。

【００４０】第３の並列処理パイプラインにおいて、各
ピクセルの値は、図５及び図６のブロック９４で示すよ
うに、所定の基準値と比較される。所定基準値よりも大
きな或は小さなこれらの値は、「ヒット（ｈｉｔｓ）」
として処理される。得られたペレット画像において、各
ピクセルから算出された平均ペレットグレイレベルが減
じられ、一つの値として記憶される。基準値よりも大き
く或はは小さな隣接デジタル値群がブロック９６で確認
され、隣接デジタル値の領域面積を含む寸法が、ブロッ
ク９８で、所定の面積及び寸法と比較される。所定の基
準値よりも小さな隣接値は相互に処理され、特定された
面積は割れや欠け、亀裂の面積に対応する。算出された
面積が所定面積を越え、許容できない欠陥寸法に対応し
ている場合、そのペレットは不合格とされる。その後、
ペレットが移動されている時に、そのペレットがキッカ
ー５８に隣接したならば、拒否信号が自動的に拒否ソレ
ノイドに発生され、キッカー５８はそのペレットをトラ
ックから拒否ビン６０内に押し込むよう作動される。更
に、毛割れに関して、割れの長さ、即ち隣接値の直線状
寸法が所定の寸法よりも長い場合、毛割れは所望値より
も長いので、そのペレットは不合格とされる。所定基準
値を越える隣接値の場合にも同様な分析がなされ、これ
は明るい領域、即ち金属を含有していることを示す。隣
接値の面積が所定面積を越えた場合、前述したように、
そのペレットは不合格とされる。

【００４１】処理中、カメラ１６の視野から出た最後の
ペレットの画像が、ビデオ表示モニター上で示される（
好ましくは直方化されたもの）。過去の分ごと、時間ご
と、シフト及び月ごとにわたるその時点の拒否率を記録
するために、オーバーレイ・グラフィク法を用いること
ができる。次のペレットがカメラの視野を出たという割
込み信号が発生するまで、画像は、約１４３ミリ秒（１
秒に７個のペレットが移動する最大移動速度）の間、デ
ィスプレイ上に残る。ラインスキャン画像は連続的に得
られる。

【００４２】特定の顧客の燃料条件に従って、所定の基
準値、寸法及び面積が必要に応じて変更される。以下の
基準は、核燃料ペレットの拒否について用いられ得る許
容可能な範囲の一例である。周方向の割れ、即ち、ペレ
ットの端部に平行な割れは、その幅が０．１５２４ｍｍ
（０．００６ｉｎ．）を越え、長さが０．５０８ｍｍ（
０．０２０ｉｎ．）以上である場合、拒否される。ペレ
ットの端部に直角の長手方向の割れは、その幅が０．１
５２４ｍｍ（０．００６ｉｎ．）を越え、長さが２．５
４ｍｍ（０．１００ｉｎ．）を越えた場合、許容できな
い。ペレットの端部まで延びるサムネイル割れは、０．
１５２４ｍｍ（０．００６ｉｎ．）を越える幅及び０．
３８１ｍｍ（０．０１５ｉｎ．）を越える長さを有する
場合、許容できない。ペレット表面が０．３２２６ｍｍ
２（０．０００５ｉｎ．２）以上の小穴又は欠けを有す
る場合、そのペレットは不合格とすべきである。

【００４３】以上、本発明の好適な実施例について述べ
た図面及び明細書において、特定の用語を用いているが
、それらは一般的な説明的な感覚で用いているに過ぎず
、限定することを目的としていない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従ったペレット移送装置を示す概略斜
視図である。

【図２】ペレット支持ロールの回転方向を示す概略説明
図である。

【図３】本発明によるペレット移送装置の平面図であり
、ペレット支持ロールに対する種々の構成要素の位置関
係を示す図である。

【図４】ペレット移送装置と、ハウジングと、該ハウジ
ングを支持するフレームとを示す側面図である。

【図５】本発明に従ったペレットの表面欠陥を検査する
方法を示すフローチャート図である。

【図６】ハードウェアで実行されるピクセル処理パイプ
ラインを示すフローチャート図である。

【図７】ペレットの軸線方向に延びる直線状部分の光学
的検知を示す概略説明図である。

【図８】本発明に従った方法及び装置により得られた画
像の概略図であり、ペレットの欠陥の存在を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０　　　　検査装置 １２　　　　ペレット移送手段 １４　　　　検査ステーション １６　　　　ラインスキャンカメラ １８　　　　プロセッサー ２８，２９　　　　ペレット支持ロール４０　　　　ペ
レット移送チェーン ５８　　　　キッカー ６０　　　　拒否ビン ６２　　　　蛍光光源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　円筒形状のペレットの表面欠陥につい
   ての検査を行う方法において、ペレットの周面の少なく
   とも１つの軸線方向に延びる直線状部分を光学的に検知
   することと、前記ペレットの周面における光学的に検知
   された部分を示す１組の離散的デジタル値を発生させる
   ことと、前記１組の離散的デジタル値を所定の基準値と
   比較して、前記ペレットの周面上の隣接部分を示すデジ
   タル値群であって、前記所定の基準値よりも大きな又は
   小さなものを確認することと、から成るペレット検査方
   法。
2. 【請求項２】　　円筒形状のペレットの表面欠陥につい
   ての検査を行う装置において、ペレットの周面の少なく
   とも１つの軸線方向に延びる直線状部分を光学的に検知
   する光学的検知手段と、前記ペレットの周面における光
   学的に検知された部分を示す１組の離散的デジタル値を
   発生させるために、前記光学的検知手段に応答するデジ
   タル値発生手段と、前記１組の離散的デジタル値を所定
   の基準値と比較して、前記ペレットの周面上の隣接部分
   を示すデジタル値群であって、前記所定の基準値よりも
   大きな又は小さなものを確認するために、前記デジタル
   値発生手段に応答する手段と、から成るペレット検査装
   置。