Page 48 - 无损检测2024年第七期

郑赛春，等：

管型核燃料元件芯体定位检测系统

卡盘模组x轴驱动电机同时驱动两个卡盘进行x轴
线方向的运动，在整个射线扫描、激光切割打码和打
孔过程中，两卡盘的相对位置不会发生改变。驱动
电机的轴向运动精度优于0. 02 mm，可以保证设备
的检测精度。
2.3 射线成像机构
管型燃料元件的射线成像机构由X射线机、平
板探测器和相应的运动机构组成，如图6所示。X射
图 3 管型燃料元件检测平台
线机和平板探测器仅可以在z轴方向上移动，在x轴
相对位置固定。检测开始时，平板探测器机构下降
至检测平台下方，避免对工件夹持机构的运动产生
干扰。当管型燃料元件到达射线扫描位置时，平板
探测器机构上升至合适的高度，到达位置后保持不
动并开始采集图像。采集完成后，平板探测器机构
再次下降到检测平台下方的固定位置。

图 4 检测系统实物

图 6 检测系统的射线成像机构
3 软件设计
图 5 管型燃料元件上下料机构
3.1 芯体轮廓和离散颗粒识别
程中元件跌落。检测开始时，先由机械臂移动光学
根据管型燃料元件的结构和制备工艺特点可
摄像头分别对上料架和下料架的所有工位进行扫查，
知，只需识别出燃料芯体在管型元件长度方向上的
该步骤可识别上料架的管型元件数量和对应的型号
头端和尾端位置即可计算出芯体长度，中间区域的
尺寸，并确保下料架有足够的空位来放置检测完的
燃料芯体默认为连续均匀分布。使用平板探测器对
元件。扫查结束后，机械臂头端夹具拾取上料架1号
元件的头端位置和尾端位置分别进行图像采集，利
工位的元件，并移至检测平台。检测结束后，机械臂
用专用的图像软件进行叠加积分处理，剔除无用信
头端夹具拾取检测平台上的元件，并移至下料架上。
息，使用中值滤波对采集后的图像进行降噪，最终得
2.2 工件夹持机构
到清晰的图像。其中，需要包含芯体的端头信息和
管型燃料元件的夹持机构安装于检测平台的x
元件包壳的端头信息。
轴线上，由左右卡盘、压力传感器、巡边传感器和驱 管型燃料元件芯体轮廓识别示意如图7所示。
动电机等组成。在机械臂拾取管型元件并移动至检 根据获得图像的灰度信息进行燃料芯体和金属包壳
测平台后，电机驱动左右卡盘移动，巡边传感器控制 管的区分，判断离散颗粒和芯体轮廓分别距离端头
卡盘最终停止并夹紧固定元件的位置。由于制备工 的长度值，取其最小值作为芯体的最远端，芯体距头
艺特殊，管型燃料元件的头尾两端芯体位置是定位 端值为芯体距元件头端的长度L 1 和芯体离散颗粒距
检测的关键，需要保证左右卡盘的位置不会影响到 头端的长度L 2 两者的最小值，即L 头端 =min（L 1 ， L 2 ）；
芯体两端头的射线扫描。机械臂撤离之后，压力传 同理得到芯体距尾端值。此时，取L作为燃料芯体
感器和夹持电机控制卡盘夹紧管型燃料元件。之后 的长度值， L=max(L 3 ， L 4 )-min(L 1 ， L 2 )。
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2024 年 第 46 卷 第 7 期
无损检测