用于在光学失真介质中测量表面特性的方法技术

提供了一种用于测量物体的至少一部分的表面特性的方法，包括：提供光源；在物体的至少一部分上生成第一干涉图案；捕获第一干涉图案的图像；偏移光源的相位以生成第二干涉图案；捕获第二干涉图案的图像；从干涉图案中滤除失真；基于图像提取物体的至少一部分的包裹相位；展开物体的至少一部分的包裹相位以生成展开相位；识别到物体的至少一部分的计算深度图距离；以及将理想部分拟合到物体的至少一部分的计算深度图，以测量表面特性。以测量表面特性。以测量表面特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在光学失真介质中测量表面特性的方法
[0001]本实施例涉及一种用于在光学失真介质中测量表面特性的方法。
[0002]工业表面可能在使用期间腐蚀、积聚不想要的材料、变形和/或以其他方式改变。这些改变可能会对例如成本、效率和安全性提出挑战。诸如厚度、曲率、粗糙度、裂缝等之类的表面特性的测量可以允许跟踪、分析和/或减轻。
[0003]在不利的环境中进行这样的测量可能是具有挑战性的。例如，核反应堆燃料上的腐蚀产物沉淀物(通常称为“积垢”)可能限制功率和/或导致燃料包壳腐蚀。知道积垢的厚度和形态(例如，孔隙率和/或成分)可以帮助估计这些事件的风险并指导操作选择。
[0004]由于恶劣的(水下、受辐照)环境以及干扰潜在易碎表面的后果，积垢可能特别难以测量。这可能会阻碍传统检查技术、这样的触针轮廓测量法。涡流研究可能偶尔进行，但由于燃料包壳氧化物而昂贵和/或复杂。
[0005]传统的光学技术可能会遭受由于环境温度梯度导致的折射率的不受控制的改变。例如，具有积垢的水下燃料棒可能产生大量热量，这会导致对流，该对流可能引起图像失真。另外，水吸收可见范围之外的波长。此外，表面反射率和散射可能跨正被分析的表面而不可预测地变化。
[0006]测量在诸如核燃料棒之类的物体上的积垢和/或氧化物集结(buildup)的沉积，涉及测量从约10至约100微米(约0.3至约4密耳)的可变厚度。通常在物体上发现的积垢和金属氧化物可以具有可变的密度，诸如对于核燃料棒而言为约4.0g/cm3。此外，这种集结可能包含直径为约0.0018mm的通道(chimney)和占集结的体积约40％至约60％的孔隙率。
[0007]此外，测量特别是核燃料棒上的积垢和/或氧化物沉积可能涉及对用过的燃料进行测量，该用过的燃料通常储存在水下约10米且处于约2atm的压力下的乏燃料池中。池中的温度变化，对于作为整体的池而言，其具有为约25℃至约30℃的平均温度，但其中水在燃料附近显著变得更暖。这种温度梯度可能由于对流而引起显著的流动，这甚至可能导致局部湍流。安全性和实用性可能要求在特定情况下避免与燃料接触，并将暴露于电离辐射减至最低程度。
[0008]存在许多在学术文献中描述并在工业中应用的用于物体的表面测量的光学技术。这些技术包括干涉测量法、锥光测量法、条纹轮廓测量法、偏振测定法、结构光和立体视觉、散斑相关性、立体摄影测量法、光度立体、离焦深度、反卷积显微术、光度测定、3D扫描(包括飞行时间和三角测量)、散射和共焦技术。
[0009]所有光学技术都在工作距离、景深以及横向、轴向和时间分辨率之间呈现出基本的权衡。这些起因于基本的物理限制，特别是衍射。例如，在一定距离处的显微镜减小景深，并且扫描技术(无论是锥光、低相干性、三角测量还是离焦深度)用空间分辨率换取时间分辨率，从而对扫描期间的目标移动变得敏感。困难在于，当在失真介质中处于一定距离处时，实现移动目标的适当同时的空间和时间分辨率两者。
[0010]已经尝试了用于减少由于大气湍流引起的失真的天文技术，包括幸运成像(lucky imaging)、散斑成像以及自适应光学，但是这些技术对于近距离物体而言不是最佳的。
[0011]所需要的是一种在水下环境中测量物体的至少一部分的表面特性的方法，该方法
可能涉及可变的和改变的折射率，并且与其中天文技术可能是最佳的情况相比，其中物体可能相对接近。将数据的偏差与目标的理想模型进行比较使数据在操作上有用。例如，拟合半径和原始燃料棒规格之间的差异是对组合的氧化物和积垢厚度的直接估计，这是核电站操作直接关注的。由于噪声和来源于由于热对流引起的折射率的变化的失真，本实施例允许以比本领域中以其他方式可实现的更大的空间或时间分辨率来测量表面。
[0012]参考附图公开了本主题的实施例，并且本主题的实施例仅用于说明目的。本主题在其应用方面不限于附图中所示的构造的细节或部件的布置。除非另外说明，否则相同的参考标号用于指示相同的部件。
[0013]图1是本主题的说明性实施例的流程图。
[0014]图2是示出积垢在物体上的沉积改变物体的厚度的示意性截面图。
[0015]图3是示出从物体上去除积垢改变物体的厚度的示意性截面图。
[0016]图4是示出可能导致粗糙的积垢在物体上的沉积改变物体的厚度的示意性截面图。
[0017]图5是示出积垢在物体上的沉积改变物体的厚度并且可能显露缺陷的示意性截面图。
[0018]图6是本主题的说明性实施例的俯视图。
[0019]图7是示出根据实施例测量的十个销(pin)的计算半径与标称半径的关系的图表。
[0020]本实施例涉及一种用于测量物体的至少一部分的表面特性的方法；包括提供至少一个光源；引导来自光源的光以在物体的至少一部分上生成第一干涉图案；捕获第一干涉图案的至少一个第一图像；偏移至少一个光源的相位以生成第二干涉图案；捕获第二干涉图案的至少一个第二图像；从第一干涉图案和/或第二干涉图案中滤除失真；基于至少一个第一图像和至少一个第二图像，提取物体的至少一部分的包裹相位；展开物体的至少一部分的包裹相位以生成展开相位；基于展开相位识别从固定点到物体的至少一部分的计算深度图距离；以及将理想部分拟合到物体的至少一部分的计算深度图以测量表面特性。如本文中所使用的，“基于”可以意指“利用从
……
导出的数据”。在某些实施例中，可以按照所述顺序执行方法步骤，或者可以根据需要改变顺序，只要方法依然能够获得期望的结果即可。
[0021]根据某些实施例，提供至少一个光源可以包括提供单色光源。单色光源可以是激光器。激光器可以是多线激光器。根据某些实施例，激光器可以投射从波长为约390nm至波长为约700nm的单色光。根据一些实施例，光源可以投射从波长为约420nm到波长为约480nm的光。根据一些实施例，光源可以投射处于波长为约450nm的光。至少一个光源可以以这样的方式定位，以便在包含物体的至少一部分的体积上投射可调节相位的干涉图案。
[0022]根据某些实施例，引导来自光源的光以在物体的至少一部分上生成第一干涉图案可以包括引导来自至少一个光源的光通过光栅、掩模或将光与参考光束相结合，以便在包含物体的至少一部分的体积上生成第一干涉图案。物体的至少一部分可以与第一干涉图案的至少两个衍射级重叠。根据某些实施例，可以在生成第一干涉图案时利用不同的波长和偏振。
[0023]物体的至少一部分可以至少部分地浸没在液体介质中，其中可选的是液体介质包括水。物体的至少一部分可以是基本上圆柱形的、基本上球形的、基本上矩形的长方体或在至少一个表面上是平坦的。根据某些实施例，在光学失真介质中的表面特性的定量测量可
以包括以下各项中的至少一项：确定物体的至少一部分的厚度改变；确定物体的至少一部分的孔隙率；确定物体的至少一部分的成分；或其组合。根据某些实施例，物体可以是核燃料棒或蒸汽发生器管或导管。
[0024]根据某些实施例，方法可以包括以下特征：光栅与物体限定在其之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量物体的至少一部分的表面特性的方法，包括：提供至少一个光源；引导来自所述至少一个光源的光，以在所述物体的所述至少一部分上生成第一干涉图案；捕获所述第一干涉图案的至少一个第一图像；偏移所述至少一个光源的相位，以生成第二干涉图案；捕获所述第二干涉图案的至少一个第二图像；从所述第一干涉图案和/或所述第二干涉图案中滤除失真；基于所述至少一个第一图像和所述至少一个第二图像，提取所述物体的所述至少一部分的包裹相位；展开所述物体的所述至少一部分的所述包裹相位，以生成展开相位；基于所述展开相位来识别到所述物体的所述至少一部分的计算深度图距离；以及将理想部分拟合到所述物体的所述至少一部分的所述计算深度图，以测量所述表面特性。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过引导所述光通过光栅、通过掩模观察来自所述至少一个光源的光、或将所述光与参考光束相结合，来生成所述第一干涉图案和/或第二干涉图案。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法依次包括：提供至少一个光源；引导来自所述光源的光通过光栅并引导到所述物体上，以在所述物体的所述至少一部分上生成第一干涉图案；捕获所述第一干涉图案的至少一个第一图像；偏移所述至少一个光源的所述相位以生成第二干涉图案；捕获所述第二干涉图案的至少一个第二图像；从所述第一干涉图案和/或所述第二干涉图案中滤除失真；基于所述至少一个第一图像和所述至少一个第二图像，提取所述物体的所述至少一部分的包裹相位；展开所述物体的所述至少一部分的所述包裹相位；基于所述包裹相位识别到所述物体的所述至少一部分的计算深度图距离；以及将理想部分拟合到所述物体的所述至少一部分的所述计算深度图，以测量所述表面特性。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述物体至少部分地浸没在液体介质中，可选地其中所述液体介质包括水。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述物体是基本上圆柱形的、基本上球形的、或在至少一个表面上基本上平坦的，并且其中所述测量表面特性包括确定物体的至少一部分的厚度改变。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述物体是基本上圆柱形的。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述物体是至少一个核燃料棒或蒸汽发生器管或导管。
8.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：电力研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：