一种核燃料芯块端面尺寸测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种核燃料芯块端面尺寸测量方法及其装置，所述方法包括以下步骤：a、将待测芯块竖直放置，采用线激光垂直照射待测芯块的上端面，所述线激光落在待测芯块的上端面的投影线通过上端面的圆心；b、图像采集；c、图像预处理；d、图像分段拟合；e、像素尺寸定标；f、将待测芯块端面各部位的像素个数与像素尺寸标定值相乘获得测量数值。本发明专利技术方法具有无需移动芯块即可实现芯块端面尺寸测量，减小测量过程中的人为误差影响。采用亚像素定位方法，获得亚像素细分的图像，能够提高相机拍摄的精度，减小像素定位误差。本发明专利技术装置具有结构简单，操作方便，定位准确，适用范围广，有利于提高测量精度等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种核燃料芯块几何尺寸测量技术，尤其是一种核燃料芯块端面尺寸测量方法及其装置。
技术介绍
当前，能源短缺与环境污染是制约国民经济进一步发展的重要因素。核电是一种经济、清洁、安全、可靠的新能源，在环境污染问题和能源危机问题越来越严重的背景下，核电即将迎来发展新高峰。核电发展的重要制约因素是安全问题，核燃料芯块的参数控制在安全防护中处于核心地位。目前，国内外核电站广泛采用二氧化铀芯块作为核燃料元件，为保证反应堆安全运行，对核燃料元件制定了非常严格的质量指标。在诸多质量指标中，芯块的高度、直径、几何密度等参数占有非常重要的地位。这是因为，核燃料芯块的几何尺寸决定芯块和包壳管的结合状态，包壳和芯体的间隙以及芯棒在包壳中的位置对称性，将影响核燃料的导热和径向温度的分布以及辐照效应，同时，核燃料芯块的几何密度是影响热导率、反应性和抗震性至关重要的因素。芯块的几何尺寸对于核反应堆燃烧的安全和效率至关重要：直径过大，燃烧时芯块会挤破包壳管的管壁。芯块和包壳管的变形会极大减少核燃料的寿命，影响核反应效率和安全性。为了缓解这些PCI作用，改进芯块端部几何设计的相关研究已经广泛开展，常见的一种二氧化铀芯块的外形如图1所示，二氧化铀芯块整体呈圆柱状，其两端的端面具有倒角，且每个端面上还具有同轴设置的碟型凹陷部；芯块两端面的碟形凹陷部可以补偿中心部轴向辐照膨胀，而倒角可以补偿端部的径向辐照膨胀；但碟形凹陷部和倒角的尺寸需保持在一个合适的范围内，才能精确的补偿轴向和径向膨胀。所以，为了控制反应堆的传热和反应性以及便于更换元件，核燃料芯块的几何尺寸和几何密度必须控制在设计标准内。在目前核燃料芯块生产现场中，一般采用接触式测量的方式对芯块的碟形凹陷部的深度以及倒角的宽、高进行测量。该方式主要存在一下问题：1、接触测量中机械作用是绝对存在的，因而测量仪器或被测对象可能在测量过程中产生机械形变，在绝对测量时产生的误差较大，甚至可能划伤被测对象表面。2、接触式时测量仪器对于操作者的要求比较高，测量人员引入的人为误差较大。3、测量工位较多，测量效率低。为此，专利技术人曾申请了“一种圆柱体工件多参数同步检测装置”，其授权公告号为：CN101660897B，该装置能够实现高效、快速的对圆柱体工件的直径、高度、质量及几何密度的进行测量。但是，由于如图1所述的二氧化铀芯块的两端具有倒角以及碟型凹陷部。上述“一种圆柱体工件多参数同步检测装置”无法完成对该二氧化铀芯块两端的倒角尺寸特别是碟型凹陷部的尺寸进行测量，进而无法准确的获取芯块的几何密度。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种测量精度高，测量速度较快的能够检测核燃料芯块端面倒角尺寸以及碟型凹陷部尺寸的核燃料芯块端面尺寸测量方法及其装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种核燃料芯块端面尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将待测芯块竖直放置，采用线激光垂直照射待测芯块的上端面，所述线激光落在待测芯块的上端面的投影线通过上端面的圆心；b、图像采集；利用相机沿斜向下方采集所述线激光落在待测芯块的上端面的投影线的图像；c、图像预处理；将采集到的图像进行预处理，所述预处理包括去噪、有效区域提取以及二值化；d、图像分段拟合；将预处理后的图像进行分段拟合，所述分段拟合包括直线拟合和圆弧拟合；e、像素尺寸定标；测定水平方向的实际尺寸Dx与对应的像素点个数Nx之间的比例dx；测定竖直方向的实际尺寸Dy与对应的像素点个数Ny之间的比例dy；f、获得测量数值；将待测芯块端面的倒角高度方向的像素点个数以及碟型凹陷部深度方向的像素点个数分别与dy相乘，分别得到倒角高度以及碟型凹陷部的深度；将待测芯块端面的倒角宽度的像素点个数以及碟型凹陷部直径方向的像素点个数分别与dx相乘，得到倒角宽度以及碟型凹陷部的直径。采用上述方法进行测量，可以一次采集到包含待测芯块端面的全部尺寸信息的图像，通过对图像进行预处理和分段拟合，可以检测出待测芯块端面各个分段尺寸所占的像素点个数，通过像素尺寸定标，即可计算出待测芯块端面尺寸的实际测量值。无需移动待测芯块即可实现待测芯块端面尺寸的测量，测量速度快，减小测量过程中的人为误差影响，提高测量精度。作为优化，所述步骤b中还包括对采集的图像进行光谱过滤。这样，能够对光谱进行过滤，防止其他波长的光线对采样结果进行干扰，有利于提高图像的采集精度，从而提高检测精度。一种核燃料芯块端面尺寸测量装置，其特征在于，包括水平设置的用于沿竖直方向定位待测芯块的测量平台；所述测量平台的上方竖直朝下设置有能够产生呈“一”字线激光的激光器，所述激光器所发射的激光在待测芯块的上端面的投影线能够过定位后的待测芯块的上端面的圆心；还包括图像采集装置，所述图像采集装置包括一个相机以及用于处理所述相机拍摄图像的图像处理模块，所述相机位于所述测量平台的上方，所述相机的镜头的中心线斜向下方且垂直于所述激光器所发射的激光在待测芯块的上端面的投影线；所述相机的倾斜角大于待测芯块的碟型凹陷部的底部中点与其边缘上的任一点的连线的倾斜角；所述图像处理模块连接到一个计算机测控装置，所述计算机测控装置包括数据处理模块以及显示器，所述数据处理模块用于将接收的数据进行转换计算出测量值，并显示在所述显示器上。使用时，将待测芯块竖直放置在测量平台上，启动激光器发射激光，照射在待测芯块的上端面上，并使激光在待测芯块上端面的投影线通过上端面的圆心，通过相机对待测芯块的上端面上的投影线进行拍照采样，并将采样照片送入图像处理模块进行处理，图像处理模块将处理后的图像送入数据处理模块中，数据处理模块对其进行数据转换，并得出待测芯块端面尺寸，显示在显示器上。所述相机的倾斜角大于待测芯块的碟型凹陷部的底部中点与其边缘上的一点边缘上的任一点的连线的倾斜角，这样，可以保证相机能够拍摄到包含碟型凹陷部的底部中点的图像，便于检测碟型凹陷部的深度。通过上述装置，可以实现对待测芯块的端面尺寸的快速测量，包括待测芯块的倒角尺寸以及碟型凹陷部尺寸。上述装置结构简单，操作方便。图像以及数据均能够自动处理，处理速度快；测量过程中，人为干扰因素少，测量精度高。作为优化，所述测量平台包括安装在其上表面的定位块，所述定位块的侧面上具有由上而下贯通设置的V型槽；所述测量平台位于所述定位块的V型槽正对的位置安装有一个支撑座，所述支撑座与所述定位块之间形成可供待测芯块竖直放置的空间；所述支撑座上具有一个能够沿水平方向朝所述V型槽伸出的抵柱，所述抵柱到所述测量平台的上表面的距离小于所述定位块的高度。使用时，将待测芯块竖直放置在支撑座与定位块之间，然后将抵柱朝向V型槽伸出，压在待测芯块上，使待测芯块固定在V型槽中。上述结构简单稳定、操作方便、抗扰动能力强，容易维护。采用上述结构定位待测芯块的定位精度高，装夹定位速度快。作为优化，所述支撑座上具有一个正对所述定位块的V型槽设置的螺纹孔，所述抵柱外表面上具有与所述支撑座的螺纹孔相配合的螺纹，所述抵柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核燃料芯块端面尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将待测芯块竖直放置，采用线激光垂直照射待测芯块的上端面，所述线激光落在待测芯块的上端面的投影线通过上端面的圆心；b、图像采集；利用相机沿斜向下方采集所述线激光落在待测芯块的上端面的投影线的图像；c、图像预处理；将采集到的图像进行预处理，所述预处理包括去噪、有效区域提取以及二值化；d、图像分段拟合；将预处理后的图像进行分段拟合，所述分段拟合包括直线拟合和圆弧拟合；e、像素尺寸定标；测定水平方向的实际尺寸Dx与对应的像素点个数Nx之间的比例dx；测定竖直方向的实际尺寸Dy与对应的像素点个数Ny之间的比例dy；f、获得测量数值；将待测芯块端面的倒角高度方向的像素点个数以及碟型凹陷部深度方向的像素点个数分别与dy相乘，分别得到倒角高度以及碟型凹陷部的深度；将待测芯块端面的倒角宽度的像素点个数以及碟型凹陷部直径方向的像素点个数分别与dx相乘，得到倒角宽度以及碟型凹陷部的直径。

【技术特征摘要】
1.一种核燃料芯块端面尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将待测芯块竖直放置，采用线激光垂直照射待测芯块的上端面，所述线激光落在待测芯块的上端面的投影线通过上端面的圆心；
b、图像采集；利用相机沿斜向下方采集所述线激光落在待测芯块的上端面的投影线的图像；
c、图像预处理；将采集到的图像进行预处理，所述预处理包括去噪、有效区域提取以及二值化；
d、图像分段拟合；将预处理后的图像进行分段拟合，所述分段拟合包括直线拟合和圆弧拟合；
e、像素尺寸定标；测定水平方向的实际尺寸Dx与对应的像素点个数Nx之间的比例dx；测定竖直方向的实际尺寸Dy与对应的像素点个数Ny之间的比例dy；
f、获得测量数值；将待测芯块端面的倒角高度方向的像素点个数以及碟型凹陷部深度方向的像素点个数分别与dy相乘，分别得到倒角高度以及碟型凹陷部的深度；将待测芯块端面的倒角宽度的像素点个数以及碟型凹陷部直径方向的像素点个数分别与dx相乘，得到倒角宽度以及碟型凹陷部的直径。
2.如权利要求1所述的核燃料芯块端面尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤b中还包括对图像的亚像素细分；图像采集过程中，相机成像单元在其自身平面的X方向和Y方向分别进行多次微距位移，并将每次位移后采集的图像进行组合，获得亚像素细分的图像。
3.如权利要求1所述的核燃料芯块端面尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤b中还包括对采集的图像进行光谱过滤。
4.一种核燃料芯块端面尺寸测量装置，其特征在于，包括水平设置的用于沿竖直方向定位待测芯块的测量平台（1）；所述测量平台（1）的上方竖直朝下设置有能够产生呈“一”字线激光的激光器（2），所述激光器（2）所发射的激光在待测芯块的上端面的投影线能够过定位后的待测芯块的上端面的圆心；还包括图像采集装置（3），所述图像采集装置（3）包括一个相机（31）以及用于处理所述相机（31）拍摄图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：高潮，郭永彩，扶新，廖宾，邓话，王涛，王友良，陈晓香，
申请(专利权)人：重庆大学，中核建中核燃料元件有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50