[發明專利]一種核燃料芯塊端面尺寸測量方法及其裝置

有效

• 申請號: 201610026857.X
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105674886B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 高潮;郭永彩;扶新;廖賓;鄧話;王濤;王友良;陳曉香
• 申請（專利權）人: 重慶大學;中核建中核燃料元件有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/22;G01B11/08
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 伍倫辰,趙英

技術領域

本發明涉及一種核燃料芯塊幾何尺寸測量技術，尤其是一種核燃料芯塊端面尺寸測量方法及其裝置。

背景技術

當前，能源短缺與環境污染是制約國民經濟進一步發展的重要因素。核電是一種經濟、清潔、安全、可靠的新能源，在環境污染問題和能源危機問題越來越嚴重的背景下，核電即將迎來發展新高峰。核電發展的重要制約因素是安全問題，核燃料芯塊的參數控制在安全防護中處于核心地位。

目前，國內外核電站廣泛采用二氧化鈾芯塊作為核燃料元件，為保證反應堆安全運行，對核燃料元件制定了非常嚴格的質量指標。在諸多質量指標中，芯塊的高度、直徑、幾何密度等參數占有非常重要的地位。這是因為，核燃料芯塊的幾何尺寸決定芯塊和包殼管的結合狀態，包殼和芯體的間隙以及芯棒在包殼中的位置對稱性，將影響核燃料的導熱和徑向溫度的分布以及輻照效應，同時，核燃料芯塊的幾何密度是影響熱導率、反應性和抗震性至關重要的因素。芯塊的幾何尺寸對于核反應堆燃燒的安全和效率至關重要：直徑過大，燃燒時芯塊會擠破包殼管的管壁。芯塊和包殼管的變形會極大減少核燃料的壽命，影響核反應效率和安全性。為了緩解這些PCI作用，改進芯塊端部幾何設計的相關研究已經廣泛開展，常見的一種二氧化鈾芯塊的外形如圖1所示，二氧化鈾芯塊整體呈圓柱狀，其兩端的端面具有倒角，且每個端面上還具有同軸設置的碟型凹陷部；芯塊兩端面的碟形凹陷部可以補償中心部軸向輻照膨脹，而倒角可以補償端部的徑向輻照膨脹；但碟形凹陷部和倒角的尺寸需保持在一個合適的范圍內，才能精確的補償軸向和徑向膨脹。所以，為了控制反應堆的傳熱和反應性以及便于更換元件，核燃料芯塊的幾何尺寸和幾何密度必須控制在設計標準內。

在目前核燃料芯塊生產現場中，一般采用接觸式測量的方式對芯塊的碟形凹陷部的深度以及倒角的寬、高進行測量。該方式主要存在一下問題：1、接觸測量中機械作用是絕對存在的，因而測量儀器或被測對象可能在測量過程中產生機械形變，在絕對測量時產生的誤差較大，甚至可能劃傷被測對象表面。2、接觸式時測量儀器對于操作者的要求比較高，測量人員引入的人為誤差較大。3、測量工位較多，測量效率低。

為此，發明人曾申請了“一種圓柱體工件多參數同步檢測裝置”，其授權公告號為：CN101660897B，該裝置能夠實現高效、快速的對圓柱體工件的直徑、高度、質量及幾何密度的進行測量。但是，由于如圖1所述的二氧化鈾芯塊的兩端具有倒角以及碟型凹陷部。上述“一種圓柱體工件多參數同步檢測裝置”無法完成對該二氧化鈾芯塊兩端的倒角尺寸特別是碟型凹陷部的尺寸進行測量，進而無法準確的獲取芯塊的幾何密度。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種測量精度高，測量速度較快的能夠檢測核燃料芯塊端面倒角尺寸以及碟型凹陷部尺寸的核燃料芯塊端面尺寸測量方法及其裝置。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

一種核燃料芯塊端面尺寸測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、將待測芯塊豎直放置，采用線激光垂直照射待測芯塊的上端面，所述線激光落在待測芯塊的上端面的投影線通過上端面的圓心；

b、圖像采集；利用相機沿斜向下方采集所述線激光落在待測芯塊的上端面的投影線的圖像；

c、圖像預處理；將采集到的圖像進行預處理，所述預處理包括去噪、有效區域提取以及二值化；

d、圖像分段擬合；將預處理后的圖像進行分段擬合，所述分段擬合包括直線擬合和圓弧擬合；

e、像素尺寸定標；測定水平方向的實際尺寸Dx與對應的像素點個數Nx之間的比例dx；測定豎直方向的實際尺寸Dy與對應的像素點個數Ny之間的比例dy；

f、獲得測量數值；將待測芯塊端面的倒角高度方向的像素點個數以及碟型凹陷部深度方向的像素點個數分別與dy相乘，分別得到倒角高度以及碟型凹陷部的深度；將待測芯塊端面的倒角寬度的像素點個數以及碟型凹陷部直徑方向的像素點個數分別與dx相乘，得到倒角寬度以及碟型凹陷部的直徑。

采用上述方法進行測量，可以一次采集到包含待測芯塊端面的全部尺寸信息的圖像，通過對圖像進行預處理和分段擬合，可以檢測出待測芯塊端面各個分段尺寸所占的像素點個數，通過像素尺寸定標，即可計算出待測芯塊端面尺寸的實際測量值。無需移動待測芯塊即可實現待測芯塊端面尺寸的測量，測量速度快，減小測量過程中的人為誤差影響，提高測量精度。