[發明專利]一種核燃料包殼表面缺陷檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201710174635.7
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106814074B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 高潮;郭永彩;胡克林
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 周輝

1.一種核燃料包殼表面缺陷檢測系統，其特征在于，包括檢測裝置，所述檢測裝置包括底座(1)以及垂直設置在所述底座(1)上的支架(2)，所述支架(2)的一側安裝有呈環狀的旋轉機構(3)，所述旋轉機構(3)包括位于內側可轉動設置的轉動環，以及用于驅動所述轉動環旋轉的驅動裝置，所述轉動環的旋轉軸心線沿水平方向設置；所述底座(1)上還設置有支撐座(4)，所述支撐座(4)位于所述支架(2)背離所述旋轉機構(3)的一側，且在所述轉動環的旋轉軸心線方向上，所述支架(2)和所述支撐座(4)上均具有沿所述轉動環的旋轉軸心線方向貫通設置的V形凹槽，使待檢測包殼支撐在所述支架(2)和所述支撐座(4)的V形凹槽中時，待檢測包殼的軸心線與所述轉動環的旋轉軸心線相重合；所述轉動環的內側安裝有激光式線陣傳感器(5)，所述激光式線陣傳感器(5)的激光發射端沿徑向方向正對支撐在所述支架(2)和所述支撐座(4)上的待檢測包殼設置，使其發出的一字線激光能夠重合地穿過所述轉動環的旋轉軸心線；還包括用于控制所述驅動裝置以及用于采集并處理所述激光式線陣傳感器(5)檢測數據的上位機。

2.如權利要求1所述的核燃料包殼表面缺陷檢測系統，其特征在于，所述驅動裝置包括伺服電機以及減速齒輪組，所述轉動環靠近所述減速齒輪組的一端為齒輪環，所述減速齒輪組的輸入端與所述伺服電機相連，輸出端與所述齒輪環相嚙合。

3.如權利要求1所述的核燃料包殼表面缺陷檢測系統，其特征在于，所述支撐座(4)的V形凹槽的兩側均設置有滾珠，使得架設在所述支撐座(4)的V形凹槽上的待檢測包殼能夠沿軸向方向滑動。

4.如權利要求1所述的核燃料包殼表面缺陷檢測系統，其特征在于，所述支撐座(4)的高度可調節。

5.如權利要求1所述的核燃料包殼表面缺陷檢測系統，其特征在于，所述底座(1)的底部設置有四個高度可調節的橡膠底座。

6.一種核燃料包殼表面缺陷檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、獲取如權利要求1～5中任一權利要求所述的核燃料包殼表面缺陷檢測系統；將待檢測包殼支撐在所述支架(2)和所述支撐座(4)的V形凹槽中，使待檢測包殼的焊接部位位于所述激光式線陣傳感器(5)的激光發射端所正對的區域；

S2、通過上位機控制驅動裝置帶動轉動環以設定速度旋轉一周，使安裝在轉動環內側的激光式線陣傳感器隨轉動環一同繞待檢測包殼的周向方向轉動，完成對待檢測包殼的焊接部位的外圓面的掃描檢測，并獲得焊接部位外圓面上各采樣點在徑向方向上的深度的二維數據矩陣，該二維數據矩陣中行方向上的深度數據與待檢測包殼的周向方向上的采樣點相對應，列方向上的深度數據與待檢測包殼的軸向方向上的采樣點相對應；

S3、上位機接收到激光式線陣傳感器檢測的數據后，進行數據處理，截取一個n行m列的最大有效數據矩陣A＝(a1,a2,……,am)，其中a1、a2、……am均為列向量，分別包含激光式線陣傳感器每一次觸發采樣所得到的有效數據；

S4、對采樣數據的偏心校正：采用最小二乘法對上述每一個列向量a1、a2、……am進行直線擬合，即，

y_x＝bx+a

其中，

校正角為θ＝arctanb，再采用矩陣旋轉變換公式：

x'＝xcosθ-y_xsinθ

y_x'＝xsinθ+y_xcosθ

得到偏心校正后的新矩陣A’；其中y_x為每一個列向量a1、a2、……am中由上向下排序的第x個元素的值，x為1～n，為對應列向量中所有元素的排序編號的平均值，為對應列向量中所有元素值的均值；a為擬合直線方程的截距，b為擬合直線方程的斜率；y_x'為y_x在偏心校正后的新矩陣A’中的對應元素值；

S6、缺陷位置提取：將校正后的數據矩陣分成c*c的若干個數據塊，將每個數據塊的均值取代該數據塊所在位置得到新的數據矩陣B，將矩陣B進行閾值分割提取缺陷位置數據矩陣，并將缺陷位置數據矩陣中的數據恢復為原始c*c的數據塊，得到缺陷位置矩陣C；

S7、缺陷判別；缺陷位置矩陣C中的每一個元素為對應缺陷位置的采樣點在包殼表面的深度值，根據該深度值的分布選取分度作深度值的區間統計，確定元素的眾數區間，并取其中位數at，at表示缺陷部位的總體質量；

將矩陣中的每一列向量間隔作差，其中k、p、K和P均為正整數，得到矩陣：

對矩陣D進行閾值分割并計數為N，N代表缺陷部位的極端質量，將總體質量at和極端質量N分別與設定的閾值q1和q2相比較，當at≤q1且N≤q2時判斷為合格，否則判定為不合格。

7.如權利要求6所述的 核燃料包殼表面缺陷檢測方法，其特征在于，所述步驟S6前，還包括步驟S5，去除雜散數據點：采用3δ原則，對確定的范圍(x_left,x_right)內的數據點進行正態分布統計，并計算其標準差及平均值，去除(u-3δ,u+3δ)以外的數據雜點，其中u為平均值。