[发明专利]一种燃料芯块外形尺寸和外观缺陷的检测设备和方法

说明书

技术领域

本发明属于物料检测领域，具体涉及一种燃料芯块外形尺寸和外观缺陷的检测设备和方法，主要用于对MOX燃料芯块的检测。

背景技术

MOX燃料芯块是以UO₂粉末和PuO₂粉末为原料，通过机械混合、压制和烧结而成的陶瓷体，作为核燃料被广泛用于压水堆和快堆中。燃料芯块的尺寸过大会导致无法装管，尺寸过小和外观的缺陷的存在会因引起燃料棒包壳受热不均，导致包壳破损致使核事故的发生，正因为如此，在装管之前必须证明每一个MOX燃料芯块其外形尺寸和外观的完整性满足设计要求，并对所有芯块进行直径检查和100％外观缺陷检查，以确保顺利装管和反应堆运行安全运行。

国内核燃料领域的核燃料元件，为低富集度的UO₂芯块，其辐射水平较低，内照射危害较小，目前采用的是人工检查的方式。由于MOX芯块的强辐射性和Pu元素的剧毒性，需要一种专用设备在线自动完成MOX燃料芯块的直径和外观100％完整性检查，并且设备被要求必须安装在手套箱内使用，同时确保芯块在检测过程中不丢失，不因检测活动造成新的破损，同时利于检修和维护。

目前基于可见光的图像识别的测量技术，在核燃料元件生产线还没有应用先例，在其它行业也没有开展同时对产品尺寸和缺陷进行高精确定量测量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃料芯块外形尺寸和外观缺陷的检测设备，替代人工实现对燃料芯块自动完成直径和外观的完整性检查，且在检查过程中不丢失和造成新破损。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种燃料芯块外形尺寸和外观缺陷的检测设备，包括设置在手套箱内的机械装置和两套图像采集装置及设置在手套箱外的图像处理系统，所述机械装置包括自动给料和排序装置、自动上料装置、自动转运装置、翻转和旋转装置及定位装置；所述自动给料和排序装置用于将该燃料芯块送给自动上料装置；自动上料装置接收燃料芯快后上升将该燃料芯块输送给自动转运装置；自动转运装置接收燃料芯块后水平移动并将该燃料芯块输送翻转和旋转装置；翻转和旋转装置接收燃料芯块后按照一定的角度旋转，一套图像采集装置对旋转燃料芯块的外形尺寸和外侧面采集；图像采集装置完成采集后，翻转和旋转装置再将燃料芯块输送给自动转运装置，自动转运装置继续水平移动并将燃料芯块输送给定位装置，定位装置接收采集后的燃料芯块并将该燃料芯块径向定位，另一套图像采集装置对定好位的燃料芯块两端面进行图像采集；两套图像采集装置采集的图像均传输给图像处理系统，该图像处理系统用于对图像处理，并确定燃料芯块是否存在缺陷。

进一步，所述自动给料和排序装置包括振动盘和设置在振动盘上圆形振动器，圆形振动器的顶部设有螺旋形通道，所述螺旋形通道的出口设置输送槽，所述输送槽的下端设有振动块。

进一步，所述自动上料装置包括能够升降的槽型机构，所述槽型机构顶部设有平底槽，侧面从顶部向下开有大于燃料芯块直径小于输送槽宽度的通槽，所述槽型机构与自动给料和排序装置中的输送槽出口对应。

进一步，所述自动转运装置包括能够上、下、左、右四个位置移动的转运机构，所述转运机构的两端及中部设有能够张开和闭合的夹爪。

进一步，所述翻转和旋转装置包括能够在上下两个位置来回翻转的翻转机构、与翻转机构配合并在翻转机构的带动下能够旋转的旋转装置、设置在旋转装置内部能够左右开合的第一夹持机构，第一夹持机构的内侧面设有用于固定燃料芯块的伸缩式顶针；所述定位装置包括第二夹持机构及设置在第二夹持机构的下端的升降机构。

进一步，所述两套图像采集装置包括高分辨率的三个相机，其中一个相机用于完成燃料芯块外形尺寸和外侧面图像采集，另外两个相机用于完成燃料芯块端面图像采集。

本发明还提供一种燃料芯块外形尺寸和外观缺陷的检测方法，包括如下步骤：

1)利用自动给料和排序装置完成给料、利用自动上料装置完成上料、利用自动转运装置完成转运、利用翻转和旋转装置完成燃料芯块旋转；利用定位装置完成燃料芯块的径向定位；

2)利用两套图像采集装置分别对燃料芯块的外形尺寸和外侧面采集；

3)利用另一套图像采集装置对燃料芯块端面采集；

4)将两套图像采集装置采集到的图像分别传送给图像处理系统；

5)图像处理系统对图像处理，并区分燃料芯块好坏。

进一步，在步骤5)中，所述图像处理包括对外形尺寸的处理，其步骤如下：

1)轮廓提取，边界识别；

2)上下边界均值相减得到图像分块外径像素；