可视管位置检验系统技术方案

一种独立管位置检验系统，其包括电视摄像机（１６），该电视摄像机固定在机械手（２０）的端部操纵装置（ＥＥ）上，机械手固定在蒸汽发生器（１０）中、处在加热管隔板（１２）的下方，以便于在机械手（２０）使端部操纵装置（ＥＥ）运动经过加热管隔板（１２）时可视地跟踪位置变化。加热管隔板（１２）和管端（１４）由一个或多个光源（１８）以一定的倾角进行照亮，从而在视场中形成所需的阴影。电视摄像机（１６）输出连续图象帧，这样连续帧像场中的物像移动就产生物理位移信息，这些信息可转化为速度和方向信息。检验系统所确定的位置变化与机械手（２０）保持的位置信息进行比较，任何的不相吻合意味着失去了跟踪轨迹的完整统一性，而需要系统重新进行校准。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景领域本专利技术涉及以光学方式确定通常用于核电站的蒸汽发生器的管端的物理位置。用于核电站的蒸汽发生器通常具有加热管隔板，数以千计的热交换器管的端部以流体密封的方式固定在加热管隔板中。来自核反应堆的热初级流体流经这些管与依次驱动用于产生电能的涡轮机的二次工作流体进行热交换。由于初级流体是放射性的，因此在电站维修和保养脱机过程中要对加热管隔板进行检验。在历史上，对加热管隔板和管端的检验需要技术人员进入蒸汽发生器来完成对管端的视觉检验，并使用各种检验装置进行手工检测来检查产生裂缝、泄漏或其它损坏的加热管。通常“塞住”已损坏的加热管来密封其管端以使损坏的管不再工作并避免发生泄漏。最近，采用带有特殊端部操纵装置的计算机控制机械手来实现管端的视觉检验和进行维修。当代的机械手包括若干铰接的关节以及各个关节之间不同长度的连杆。每个关节包括例如一个指令驱动的步进马达或转动致动器和相配合的角位置传感器(例如光学编码器)，所述传感器与控制器相互配合来控制连接到关节上的连杆的角运动。机械手固定在蒸汽发生器内并在系统停机过程中位于加热管隔板的下方。端部操纵装置组件安装到机械手的端部，且通常带有电视摄像机、一个或多个光源、检验工具(例如检查破裂管的涡流装置)和/或塞住管端的工具。通常，端部操纵装置位于距加热管隔板表面给定距离(也就是2-5cm或更长)的平面内并在该平面内运动。控制机械手的计算机处于操纵者控制下，操纵者可利用简单的操纵杆或通过精确测定目标X、Y指定管来移动端部操纵装置使其穿过加热管隔板。当机械手在一个已知初始位置进行位置校准或初始化并且在已知管径和中心-中心间距的情况下，计算机可计算出从起始或初始位置到达目标X、Y位置的最佳路径，在大多数情况下，在所需的目标管范围内来改变端部操纵装置的位置。但是，机械手常常要承受弯曲力，特别是在机械手从其支承点处伸展达到最大程度的时候。因此，在伸出大约2米的位置处不经意地偏移大约1度就会使端部操纵装置定位在目标管以外的管范围内。由于端部操纵装置误定位在加热管位置而不是定位在所预期的目标管位置，这样存在着安全隐患。特别是，端部操纵装置会不经意地定位在一个已知的管位置处，并接受指令将该已知的管塞住，而由于疏忽离开相邻的当蒸汽发生器重新工作时处于使用状态的损坏的“目标”管。管理核工业的政府部门要求可独立地检验管的位置以使端部操纵装置定位在预期目标管端的可能性最大化。通常，管端可通过系统操纵者单独地进行计算，当管端经过可显示固定在端部操纵装置上的电视摄像机输出信号的视频监视器时，操纵者就可计算出管端。但是，操纵者疲劳和疏忽时就会出现读数错误并“遗漏”单独读数。作为有代表性的现有技术用于保养核电站蒸汽发生器的机械手端部操纵装置公开在US5751610、US5838882和US5878151中，这里作为参考进行引用。专利技术概述本专利技术提供了一种独立管位置检验系统，通过处理端部操纵装置上摄像机或其它摄像装置的视频输出的连续帧来识别经过摄像机视场的管端路径，并在图象由此运动经过图象帧时识别管端的速度、加速度和方向。可以预测，几种可能的目标是可以实现的。当实现了其中一个可能的目标时，适当地增大或减小独立的X、Y计数器值以跟踪与机械手无关的管位置。当控制机械手的计算机表明端部操纵装置已到达指定目标管端时，独立计数器的位置坐标与指定位置坐标进行比较。如果位置相互吻合，就满足了单独检验的需求；相反，如果不相吻合，就发出机械手脱离跟踪的指示，且在机械手重新试着到达目标管之前，机械手重新进行校准或重新进行初始化。摄像装置通常采取这样的形式电视摄像机最好相对于加热管隔板成一定倾角(也就是45-55°)固定在端部操纵装置上，且光源也同样地进行固定，这样，通过光源产生可由图象处理软件进行识别的阴影效果，摄像机就可感测到透视投影场。通常，需要每个管端及其阴影的图象的大约40％是由管端或管端的一部分所投影的。当端部操纵装置以30cm/秒的速度运动在加热管隔板上时，摄像装置就以已知的帧速(也就是32帧/秒或各帧之间的时间间隔为0.03135秒)摄下连续的图象帧。每个帧内可辨别的物像连续帧相互进行比较就可得出端部操纵装置经过加热管隔板的运动速度和方向，并可得出使系统相对于初始位置读数增大和/或减小X、Y计数器值，从而不依赖于由指令驱动的机械手而保持端部操纵装置的运行轨迹。摄像机以一定的倾角相对于加热管隔板进行安装使得摄像机接收到这样的视场其中，管端呈现在透视画面中，近处的管端看上去要大于远处的管端，且管端看上去是在向远处的没影点会聚。测量连续图象帧之间的视聚角就可得到端部操纵装置和加热管隔板平面之间的间距及其变化。视聚角可用于控制机械手的Z轴，以便于精确和最优地控制端部操纵装置与加热管隔板平面之间的间距，从而使系统的位置跟踪能力最大化。附图简述下面将结合附图对本专利技术进行详细描述。附图说明图1是示例性加热管隔板的底部视图，机械手固定在其中，且机械手可在X、Y平面内运动，并可沿垂直于X、Y平面的Z轴运动；图2是图1所示机械手的视图，其中，该机械手处于第一位置(实线所示)和两个其它位置(虚线所示)；图3是图1所示加热管隔板的侧视图，其中示出了加热管隔板的管端和位于加热管隔板下面的摄像机的位置，并以选定的角度从加热管隔板底部一定视觉距离处仰视加热管隔板；图4显示了所选的图1所示管端的集合，其中示出了管之间的间距；图5是以选定的视角所视的管端；图6是三组管端与三组管端向一定距离的没影点会聚的透视简图；图7是映象系统检验机械手的X、Y位置的流程图；以及图8是通过作为图6所示成象面内视聚角函数的间距z(n)来控制端部操纵装置的流程图。实施本专利技术的最佳方式本专利技术的单独管位置检验系统工作于通常用于核电厂或普通矿物燃料电厂的蒸汽发生器10的加热管隔板下方的安装位置上。图1是表示大量(数以千计)管端14(虚线所示)的示例性加热管隔板12的局部示意图。尽管不同的制造商其制造的加热管形状是不同的，但大多数加热管隔板水平地与以选定的间距相互间隔地排列成重复矩阵图形的管端对准。每个管端的位置是已知的，并可通过若干坐标来表示，在示例性实施例中是由X、Y坐标来表示。正如所知，装入并穿过加热管隔板的管部分易于破损，且有时候会发生破裂。通常的修补方法是用在蒸汽发生器10恢复工作时可封住管子以免流体流出的堵塞物(未示出)来“塞住”管子的端部。因此，本专利技术在加热管隔板12的下方设置了一个通常形式的机械手，并用标号20表示。在所示实施例的情况下，机械手20包括固定在结构件(未示出)上的底座和多个铰接连杆L1、L2和L3。连杆L1通过关节J1与底座相连，并通过另一个关节J2与第二连杆L2相连。同样地，连杆L2通过关节J3与第三连杆L3相连。每个关节包括旋转致动器，所述旋转致动器可通过接受控制器(未示出)的指令来控制关节的角位置。根据机械手制造商的不同，旋转致动器可采用由指令驱动的步进马达或普通的控制回路，并通过其由角位置指示器、例如光轴编码器向控制器提供角位置信号，随后控制器将旋转致动器驱动到所需的位置。因此，可控制机械手20接近大多数(如果不是所有的)管端14来进行检查、操作或修理。尽管图1和2未具体示出，机械手20包括一个沿Z轴朝向和离开加热管隔板12表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检查和保养蒸汽发生器（１０）中加热管隔板的管位置检验系统，这种蒸汽发生器具有多个位于加热管隔板（１２）中的管端（１４）和一个机械手（２０），所述加热管隔板按照预定的坐标系进行布置，所述机械手用于将靠近加热管隔板（１２）表面的端部操纵装置（ＥＥ）移动到连续的管端位置，其特征在于具有： 连接在机械手（２０）上的摄像装置（１６），当机械手（２０）移动端部操纵装置（ＥＥ）经过加热管隔板（１２）表面时，摄像装置拍摄下连续的图象帧； 用于照亮加热管隔板（１２）的光源（１８），以便于在摄像装置（１６）视场范围内产生阴影效果； 图象处理装置（１０４、１０６），用于处理摄像装置（１６）所拍摄的连续图象以识别物像从帧到相邻帧的相对移动；以及 位置坐标记录器（１０８），用于记录图象处理装置（１０４、１０６）的位移变化，以便于跟踪端部操纵装置（ＥＥ）坐标的变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS卡茨，LT菲茨吉邦斯，Z甘，
申请(专利权)人：CE核电力有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]