CN111194469B - 用于核反应堆燃料管道组件的检查工具和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检查核反应堆内元件内表面的***和方法。该***包括检查工具、工具控制***和工作站，检查工具包括摄像机，工具控制***与检查工具通信以控制检查工具的旋转位置。工作站可以被配置为接收摄像头在检查工具的多个旋转位置中的每一个位置采集的图像数据并基于图像数据生成全景图。工作站还被配置为自动检测全景图内的至少一项缺陷以及生成和输出检查报告，检查报告包括全景图和关于所述至少一项缺陷的数据。

Description

用于核反应堆燃料管道组件的检查工具和方法

相关申请的交叉引用

本申请针对申请号为62/524,113、申请日为2017年6月23日、名称为《用于核反应堆燃料管道组件的检查工具和方法》的美国临时专利申请主张优先权，在此通过引用方式将该在先申请完整纳入本申请。

技术领域

本发明所述的具体实施方式涉及用于检查环形部件的方法和***，例如排管容器管板的孔或核反应堆燃料管道组件的波纹管。

背景技术

核反应堆的运行寿命是有限的。举例而言，第二代CANDU^TM型反应堆(“加拿大重水铀”)被设计为可运行约25至30年。此后，可以移除现有的燃料管道并安装新的燃料管道。作为核反应堆停用的备选方案，进行这种“换管”操作可以极大的延长反应堆的寿命。核反应堆换管操作包括移除大量的反应堆部件，还包括各种其它活动，例如关闭核反应堆、准备屏蔽室(vault)以及安装材料处理设备和各种平台和设备支持。移除操作也可以包括移除封闭塞及定位硬件组件、断开馈电组件、切断波纹管、移除终端配件、释放并移除排管***件以及切断和移除压力管及排管。

移除操作完成后，一般会进行检查和安装操作。举例而言，位于反应堆各端的管板可包括多个孔。所述多个孔中的每一个支撑跨越管板的燃料管道组件。当燃料管道组件被移除后，检查各个管板孔以确保移除燃料管道组件没有损坏管板孔并且管板孔已准备好用于***新的燃料管道组件。

发明内容

管板孔可人工(目测)检查，但该操作耗费时间、主观并可能导致对某个孔检查不够或过度检查。举例而言，由于核反应堆在运行时每天产生大约100万到200万美元的效益，换管过程中的任何延误都会转换成数以百万计美元的经济损失。因此，对于许多反应堆(包括上述的CANDU^TM型反应堆)而言，能够对与每个燃料管道组件相关联的管板孔高效的进行检查的先进检查工具作业是会受到欢迎的改进。

相应的，本发明所述的具体实施方式提供了用于检查管板孔的工具和方法，以在核反应堆内对管板孔原地目测检查的流程的许多部分进行精简并至少部分自动化。举例而言，一个具体实施方式提供了用于检查核反应堆内元件内表面的***。该***包括检查工具、工具控制***和工作站，检查工具包括摄像机，工具控制***与检查工具通信以控制检查工具的旋转位置。工作站可以被配置为接收摄像头在检查工具的多个旋转位置中的每一个位置获取的图像数据、基于图像数据生成全景图、自动检测全景图内的至少一项缺陷以及生成和输出检查报告，检查报告包括全景图和关于所述至少一项缺陷的数据。

本发明的一个方面提供了用于检查核反应堆内元件内表面的***。该***包括：检查工具，该检查工具包括用于获取元件内表面图像数据的摄像机；工具控制***，该工具控制***与检查工具通信并用于定位摄像头；和工作站。工作站可以被配置为：接收摄像头获取的图像数据、检测图像数据内的至少一项缺陷以及生成和输出检查报告，该检查报告包括接收到的图像数据和关于所述至少一项缺陷的数据。

本发明的另一个方面提供了用于检查核反应堆内元件内表面的方法。该方法包括：利用***所述元件内的检查工具的摄像机获取元件内表面的图像数据；检出已采集的图像数据内的至少一项缺陷；在已采集的图像数据内标记至少一项缺陷；及输出具有已标记的至少一项缺陷的已获取的图像数据。

通过下文的详细说明和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1是CANDU^TM型反应堆的立体图；

图2是CANDU^TM型核反应堆燃料管道组件的剖视图；

图3是根据本发明的一个具体实施方式的检查工具的立体图；

图4是图3所示的检查工具所包括的镜外壳的立体图；

图5示意性例举了根据本发明的一个具体实施方式的检查***，其包括图3所示的检查工具；

图6是展示了根据一个具体实施方式的图5的***所进行的检查管板的孔的方法的流程图；

图7展示了图3的检查工具所包括的摄像机收集的示例性图像数据；

图8展示了由图5的***基于图3的检查工具所包括的摄像机收集的图像数据生成的示例性全景图；

图9展示了用于检查核反应堆波纹管的检查工具所包括的摄像机收集的示例性图像数据；

图10展示了在图9的图像中识别出的示例性关注区域，扁平矩形条代表在图10的图像中识别出的环形关注区域；

图11展示了为波纹管的关注区域而生成的示例性全景图；

图12展示了适用于图11所示的全景图的渐变滤镜；

图13展示了从图像数据计算的示例性波纹管测定；

图14展示了被坐标***覆盖用于汇报的示例性全景图。

具体实施方式

在对本发明的具体实施方式进行详细说明前，应当理解，本发明不仅仅局限于其在下文所列举的或在附图中所示的部件的具体构建和设置中的应用。本发明能够通过别的具体实施方式来实现，也可以以各种方式来实施或实现。

图1是CANDU^TM型反应堆6的反应堆堆芯的立体图。所述反应堆堆芯通常包含于屏蔽室中，屏蔽室是气密性密封的，用于辐射控制和防护。虽然本文为方便起见具体结合CANDU^TM型反应堆6来对本发明的各方面进行说明，但是本发明不仅仅局限于CANDU^TM型反应堆，在该特定领域外也可以使用。回到图1，被称为CANDU^TM型反应堆6排管容器10的大致为圆柱形的容器含有重水慢化剂。排管容器10具有环形壳14和位于第一端22及第二端24的管板18。管板18包括多个孔隙(下称“孔”)，每个孔均可容纳燃料管道组件28。如图1所示，多个燃料管道组件28从第一端22穿过排管容器10的管板18抵达第二端24。

在图示的具体实施方式中，一些具体实施方式的反应堆堆芯在反应堆堆芯各端22、24具有两个壁：由反应堆堆芯各端22、24处的管板18所定义的内壁以及位于反应堆堆芯各端22、24处管板18外侧一定距离的外壁64(通常被称为“端罩”)。晶格管65跨越管板18和端罩64之间的距离并位于配对孔中(即分别处于管板18和端罩64内)。

图2是图1所示的反应堆堆芯的一个燃料管道组件的剖视图。如图2所示，每个燃料管道组件28包括围绕燃料管道组件28其它部件的排管(“CT”)32。每个排管32跨越管板18之间的距离。并且，每个排管32的相对端都被容纳和密封于管板18的对应孔中。在一些具体实施方式中，排管滚动接头***件34用于将排管32固定在管板18的孔内。压力管(“PT”)36形成燃料管道组件28的内壁。压力管36用于向反应堆冷却剂提供管道和提供燃料棒束或组件40。举例而言，压力管36一般持有两个或多个燃料组件40并作为流经各个燃料组件40的反应堆冷却剂的管道。环形空间44由各个压力管36和与其对应的排管32之间的空隙来限定。环形空间44一般充有循环气体，例如干燥二氧化碳、氦、氮、空气或其混合物。排管32和压力管36之间设有一个或多个环形隔圈或夹紧盘簧48。环形隔圈保持压力管36和对应排管32之间的空隙，同时允许环形气体从环形隔圈48周围通过。

亦如图2所示，每个燃料管道组件28的每一端配有位于对应管板18外侧的端头配件50。在每个端头配件50的终端是封闭塞52。每个端头配件50还包括运料器组件54。运料器组件54通过运料器管59将反应堆冷却剂 运入压力管36或将反应堆冷却剂从压力管36移除(图1)。具体而言，对于单个燃料管道组件28，燃料管道组件28一端的运料器组件54作为入料器，而燃料管道组件28另一端的运料器组件54作为出料器。如图2所示，可以利用包括多个螺丝、垫片、密封件和/或其它类型连接器在内的偶联组件56将运料器组件54连接至端头配件50。晶格管65(如上文所述)套住端头配件50和包含燃料组件40的压力管36之间的连接。防护滚珠轴承66和冷却水环绕晶格管65外部，这提供了额外的辐射防护。

回到图2，定位硬件组件60和波纹管62也和每个端头配件50偶联。波纹管62允许燃料通道组件28轴向移动-这种能力对于燃料通道组件28随时间经受长度变化的情形是很重要的，这在许多反应堆中也是常见的。定位硬件组件60可用于将燃料通道组件28的端部设定为固定轴向位置的锁定结构，也可以设定为非锁定结构。定位硬件组件60还与端罩64相联。图示的定位硬件组件60中的每一个都包括杆，所述杆的末端被容纳在相应端罩64的孔中。在一些具体实施方式中，杆末端和端罩64中的孔是有螺纹的。再次说明，应当理解虽然图1和2展示了CANDU^TM型反应堆，本发明还可以应用于其它类型的反应堆，包括具有与图1和2所展示的部件相似部件的反应堆。

图3和4展示了根据一个具体实施方式的检查工具。检查工具100包括支承件102和端帽103。支承件102(或工具100的其它部件)可包括支承夹或用于将检查工具100安装在核反应堆的排管容器10附近的其它接口，如移动工作台。支承检查工具100的工作台或其它支承接口承载和支承检查工具100从排管容器10表面的一个晶格位点到另一个晶格位点(由上述的燃料管道组件28的位置所限定的反应堆6各侧上的位置)。在一些具体实施方式中，工作台能够沿x方向(例如在轨道上、在小车中等等)横向移动，或沿y方向轴向移动靠近或离开反应堆表面，或沿z方向垂直移动，或兼而有之。x轴、y轴和z轴已在图1中标出。在一些具体实施方式中，支承件102(或工具100的其它部件)还与工具控制***接通，工具控制***包括马达或用于控制检查工具100位置(如工具100的旋转(径向移动)、工具100的轴向移动、或其组合)的其它致动器。在一些具体实施方式中，工具控制***可包括马达或用于控制工具100的摄像机112的位置(如摄像机112的旋转或旋转位置(径向移动)、摄像机112的轴向位置或轴向移动、或其组合)的其它致动器。工具控制***可控制摄像机112或工具100相对于可能要检查的核反应堆6的元件的轴的径向位置(如旋转位置) 。工具控制***可控制摄像机112或工具100相对于可能要检查的核反应堆6的元件的轴向位置(如沿着元件的纵向轴移动摄像机112或工具100至期望的轴向位置)。

本发明的工具100和相关方法可以作为核反应堆换管过程的一部分。基于检查结果和被***件，被***件可以作为换管过程的一部分被移除或替换，或者在原位对部件进行一个或多个操作以作为换管流程的一部分。检查工具100和相关方法也可以用于其它流程，包括核反应堆6的制造、安装或维护中，而不管是否正在进行换管。为方便讨论，其余的讨论涉及对管板18的孔的检查，但是工具100和相关检查方法的范围不限于管板18。举例而言，工具100可以类似的用于检查核反应堆6的其它元件，例如晶格管65、波纹管62和端罩孔64的内表面，以及核反应堆6中难以检查的其它内表面。

如图3和4所示，支承件102和端帽103可以为圆柱形，以放置于圆柱形管板孔内。但是，在其它具体实施方式中，支承件102、端帽103或这二者可以为其它形状或结构。例举的端帽103包括凹陷104。镜外壳105安装在凹陷104内，并包括镜106。镜106可相对于沿着支承件102和端帽103的长度方向延伸的纵向A轴具有倾斜取向，例如相对于A轴成约45度角。镜106可由架108保持在适当位置。在一些具体实施方式中，镜外壳105还包括由马达(未示出)驱动的机构，以调整镜106相对于A轴的位置(倾斜或枢轴方向)。在该具体实施方式中，镜外壳105和/或架108可包括锁定机构-例如机械锁-以防止镜106移动。或者，在一些具体实施方式中，镜106以固定角度固定在壳105内。

如图3和4所示，镜外壳105包括开口，以允许光进入凹陷104抵达镜106。虽然图3和4未示出，在一些具体实施方式中，(由玻璃、丙烯酸、塑料或其它透明材料制成的)透明窗被放置在端帽103内以至少部分围住凹陷104。窗可在工具100使用时保护镜外壳105免于碎屑和损坏，同时仍允许光抵达镜106。凹陷104还可以包括其它部件，例如真空管110，其可用于在检查过程中移除灰尘或其它碎屑。真空管110可贯穿或围绕凹陷104上的任意封罩或窗延伸，从而在真空管110的内部和工具100周围的外部环境之间实现流体连通。凹陷104还可以包括被配置为发射可见光的至少一个光源(未示出；例如准直光源、灯泡、发光二极管等) 。在一些具体实施方式中，光源被定位以将光引导至凹陷104外。光源发出的光可以被镜106反射以将光引导至凹陷104外。

工具100包括摄像机112，其被放置于镜外壳105内或与镜外壳105相邻放置 ，例如端帽103或支承件102内(参见图4示例)。摄像机112可获取孔的内表面的图像数据。摄像机112相对于镜106沿A轴朝向内侧放置。摄像机112被定向以朝向端帽103的轴向端沿A轴获取图像，在使用中摄像机112被***管板18或其它被检查的核反应堆部件的孔中。摄像机112可以为数码相机，其可以***作以通过光学传感器获取静止图像、连续视频图像或其组合。摄像机112可以为彩色相机、黑白相机、红外相机或其它合适类型的相机。摄像机112将获取的图像存储至电子数据存储装置，例如可移除存储卡或摄像机112的内置存储器。获取的图像还可以通过网络被传输至外部存储装置。可在摄像机112前方放置一个或多个透镜以聚焦或操控到达摄像机112的光。摄像机112还可以通过例如自动或手动控制的光圈或通光孔调整来曝光。该光圈还可以通过机器视觉软件(下述)来控制。在一些具体实施方式中，摄像机112还包括被配置为将光发射出凹陷104的至少一个光源。该光源可以替代上文所述位于凹陷104内的单独光源来使用，也可以和该单独光源一起使用。另外，在一些具体实施方式中，检查工具100包括位于其它位置的一个或多个其他灯，例如位于端帽103、支承件102或此二者的外表面上。

在一些具体实施方式中，摄像机112被定向以沿与 A轴不平行的轴获取图像。举例而言，摄像机112被定向以沿与A轴基本垂直的轴获取图像。在该实施例中，摄像机112可以被定向以通过检查工具100所限定的开口(例如端帽103内限定的开口)获取图像 。工具控制*** 可包括用于控制摄像机112的位置(如摄像机112的旋转或旋转位置(径向移动)、摄像机112的轴向位置或轴向移动或其组合)的马达或其它致动器。工具控制***可控制摄像机112相对于可能要检查的核反应堆6的元件的轴的径向位置(例如将摄像机112相对于元件的纵向轴旋转至期望的旋转位置) 。工具控制***可控制摄像机112相对于可能要检查的核反应堆6的元件的轴向位置(如沿着元件的纵向轴移动摄像机112至期望的轴向位置)。摄像机112可在第一位置获取图像数据，摄像机112的位置可以从第一位置被轴向或旋转变更至第二位置，摄像机112可在第二位置获取图像数据。

例举的具体实施方式的镜106被定位以朝向摄像机112反射光。举例而言，当摄像机112如上文所述被定向以沿A轴获取图像时，镜106可以与A轴成45度角放置，从而在端帽103位于管板孔内时为摄像机112提供管板孔的大致直角视图。在一些具体实施方式中，工具100可以在摄像机112被定向以通过检查工具100所限定的开口获取图像时不包括镜106。

如上文所述，检查工具100可与工具控制***接通，工具控制***可控制摄像机112或检查工具100的移动和定位。举例而言，图5示意性例举了根据一个具体实施方式的检查***200。例举的***200包括检查工具100、工具控制***202和工作站203。检查工具100和工具控制***202可无线通信或通过有线连接通信。举例而言，在一些具体实施方式中，检查工具100与工具控制***202通过与核反应堆6相关联的监视控制和数据获取(SCADA)网络204通信。如图5所示，工具控制***202可包括电子处理器，例如可编程逻辑控制器(PLC)、微处理器 、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(例如现场可编程门阵列) 或被配置为接收输入、处理数据(包括接收的输入数据)和输出数据的其它合适的电子装置。工具控制***202可包括其它部件，如存储可执行指令或其它数据的非暂时性计算机可读介质或用于与一个或多个网络或数据或控制线或总线通信的一个或多个通信接口。举例而言，在一些具体实施方式中，工具控制***202包括用于与SCADA网络204通信的网络接口卡(NIC) 。在一些具体实施方式中，工具控制***202还可包括用于从用户接收输入或向用户提供输出的一个或多个人机接口(HMIs)，例如键盘、小键盘、按钮、杆、触摸屏、扬声器、显示器等。

如图5所示，工具控制***202与检查工具100所包括的本地工具控制器206通信。本地工具控制器206作为工具控制***202与一个或多个马达、致动器或被配置为改变摄像机112或检查工具100的位置的其它部件之间的接口。举例而言，如图5所示，检查工具100可包括径向马达208。径向马达208控制摄像机112或检查工具100的径向(旋转)位置(例如1度的增加量) 。虽然图5例举的径向马达208是包括在检查工具100中的，但是在一些具体实施方式中，径向马达位于检查工具100的外部。在一些具体实施方式中，检查工具100包括或使用其它马达，包括例如轴向马达。本地工具控制器206还可以向工具控制***202提供反馈，例如摄像机112或检查工具100的当前轴向位置或旋转位置。举例而言，径向马达208可与(轴向或旋转)编码器关联，编码器感测轴向马达或径向马达208的位置并将感测到的位置转换为电子信号。本地工具控制器206可从编码器接收该信号并将该信号转发给工具控制***202。下文将更详细的说明工具控制***202可以将编码器信号转发给工作站203。虽然图5未示出，本地工具控制器206与工具控制***202类似，可包括电子处理器、非暂时性计算机可读介质、通信接口或其组合。

工作站203可包括计算装置，例如个人电脑、笔记本电脑、平板电脑、计算机终端或其它电子装置。举例而言，如图5所示，工作站203包括电子处理器210(例如PLC、微处理器、ASIC、可编程逻辑装置或被配置为处理数据的其它合适的电子装置)、存储装置212和通信接口214。在一些具体实施方式中，工作站203还包括HMI 216。电子处理器210、存储装置212、通信接口214和HMI 216通过一个或多个通信线或总线、无线方式或综合这些方式通信偶联。应当理解，在其它结构中，工作站203包括相对于比图5例举的部件更多的、更少的或不同的部件，例如多个存储装置212或多个HMI 216。

存储装置212可包括存储程序指令和数据的非暂时性计算机可读的存储介质。电子处理器210被配置为从存储装置212取回指令并执行指令进行一系列的功能，包括本发明所述的方法。HMI 216从用户(例如管理反应堆6换管流程的操作者或其它人员)接收输入并向用户提供输出。HMI 216可包括键盘、小键盘、麦克风、摄像机、光标控制装置(例如鼠标、操纵杆、轨迹球、触摸板等)、显示器(例如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、触摸屏)、扬声器等。

工作站203通过通信接口214与工具控制***202(例如通过SCADA网络204)通信。在一些具体实施方式中，通信接口214包括用于与工具控制***202无线通信的无线收发器，例如用于通过通信网络(例如互联网、局域网、Wi-Fi、蓝牙或其组合)通信的射频(RF)收发器。作为替代或补充，通信接口214可包括用于接收电缆(例如以太网电缆)的端口，用于(通过专用有线连接或通信网络)与工具控制***202通信。下文将更详细的说明工作站203可(例如通过SCADA网络204)与工具控制***202通信以发出指令(信号)以改变摄像机112或检查工具100的位置。工具控制***202将这些指令传达至上述的本地工具控制器206。工作站203还可通过SCADA网络204与工具控制***202通信以接收摄像机112或检查工具100的轴向位置或旋转位置，其可包括来自上述的编码器的信号。在一些具体实施方式中，工作站203为了安全和控制目的通过握手算法向工具控制***202验证自身。

如图5所示，例举的工作站203还与检查工具100通信。在一些具体实施方式中，工作站203通过与工具控制***202通信相同的通信接口214与检查工具100通信。在其他实施方式中，工作站203包括用于与检查工具100通信的单独通信接口。举例而言，工作站203可通过视频观察***(VOS)网络220与检查工具100通信，并因此可包括用于通过此类型网络通信的专用NIC。

在例举的具体实施方式中，工作站203通过VOS网络220与检查工具100通信以获取工具100所包括的摄像机112收集的图像数据。举例而言，如图5所示，检查工具100可包括本地摄像机控制器222，其作为摄像机112和VOS网络220之间的接口。虽然未在图5中示出，本地摄像机控制器222可与工具控制***202类似地包括电子处理器、非暂时性计算机可读介质、通信接口或其组合。下文将会更详细的说明在一些具体实施方式中，工作站203还与本地摄像机控制器222通信以发出指令(信号)来控制摄像机112，例如摄像机112的轴向位置或旋转位置、开启或关闭摄像机112，或是改变摄像机112的设定，如曝光。

图6例举了利用***200检查管板孔的方法300。方法300包括将检查工具100***管板孔(块302)。该流程使用一个或多个自动化平台、工作台或其组合来进行，所述一个或多个自动化平台、工作台或其组合将检查工具100放置于管板18的前方并使检查工具100轴向延伸使得 端帽103(凹陷104)被放置于管板孔内。

当检查工具100被适当地置于孔内后，摄像机112被定位并在检查工具100的当前位置(例如当前轴向位置和旋转位置)处收集孔的内表面的图像数据(块304)。在一些具体实施方式中，工具100的起始位置可以为工具100一开始被***孔时检查工具100的位置(可以在***前设定)。在其它具体实施方式中，工作站203可在工具100被***孔之前或之后(通过工具控制***202)将检查工具100置于预定起始位置(例如预定起始轴向位置和旋转位置)。在一些具体实施方式中，摄像机112可以被放置在轴向或旋转位置以获取孔内表面的图像数据。

工作站203(例如通过VOS网络220)接收摄像机112收集的图像数据(块306)。图7例举了摄像机112收集的图像数据307的示例。工作站203将接收到的图像数据与摄像机112或检查工具100的位置(例如摄像机112或检查工具100的轴向位置或旋转位置)相关联(块308)。举例而言，如上文所述，工作站203可从工具控制***202接收摄像机112或检查工具100的旋转位置，工作站203将该旋转位置与摄像机112在摄像机112或检查工具处于该位置时收集的图像数据相关联。具体而言，工作站203可将图像数据和轴向位置或旋转位置一起存入映射表或数据表中，或将轴向位置或旋转位置添加入图像数据的元数据中。工作站203可被配置为将图像数据与接收到的编码器数据或编码器数据所代表的轴向旋转或旋转位置相关联。举例而言，工作站203可被配置为将接收到的编码器数据转换为来自预定起始位置的摄像机112或检查工具100的轴向位置或旋转位置。在别的具体实施方式中，作为将(由编码器数据限定的)实际轴向或旋转位置与接收到的图像数据相关联的替代或补充，工作站203可将预期轴向或旋转位置与接收到的图像数据相关联。举例而言，通过追踪发送至工具控制***202的已发出移动指令(例如轴向移动指令或旋转指令)，工作站203可确定来自已知起始位置的检查工具100的当前期望轴向或旋转位置。在这些情况下，工作站203仍可接收编码器数据来验证工具100的轴向移动或旋转移动。

在将接收到的图像数据与工具100的轴向位置或旋转位置关联之前或之后，工作站203处理接收到的图像数据(块310)。在一些具体实施方式中，工作站203(电子处理器210)随着工具100被移动(例如轴向移动或旋转)而执行(存储在存储装置212中的)机器视觉软件处理图像数据来追踪工具100的移动并验证移动的距离(移动的轴向距离或圆周距离)。该信息可被用于调整发送至工具控制***202的、用于后续移动的移动指令(例如轴向移动指令或旋转指令)。举例而言，工作站203可将图像中所包括的特征随摄像机112或检查工具100旋转在摄像机视野中的移动与编码器所表明的移动角度进行对比。根据该对比，工作站203可控制摄像机112或检查工具100在后续移动中以更大或更小的角度旋转，以如下文所述保持图像扫描宽度 并辅助接合或拼接图像。

在一些具体实施方式中，摄像机112将摄像机112或工具100的当前位置(例如当前旋转位置)的单个图像发送至工作站203。在别的具体实施方式中，摄像机112将摄像机112或工具100的当前位置(例如当前旋转位置)的多个图像发送至工作站203。在摄像机112发送多个图像时，工作站203可将图像数据平均化以生成单个平均图像。对图像进行平均化可包括发现(系列采集的)多个图像的平均像素值。平均化可以辅助减轻图像中的噪点。作为替代或补充，工作站203可基于各个图像的质量(例如亮度、对比度、噪点、伪影、失真、眩光等)选定多个图像中的一个作为代表性图像。

无论摄像机112是发送一个还是多个图像，工作站203还可以处理接收到的图像数据来检测并拒绝存在一个或多个质量问题的图像(块314)。举例而言，工作站203可确定接收到的图像数据是否具有期望的格式或图案以确保摄像机112收集的是孔内表面的图像，而不是管板的其它部件或反应堆的其它部分的图像。工作站203可在图像未采集关于审评中的特定部件的数据时拒绝图像。工作站203还可以评估图像是否具有适当曝光并拒绝未适当曝光的图像。类似的，工作站203可处理接收到的图像来检测和拒绝空白图像、损坏图像、像素值缺失的图像或具有其它伪影或噪点的图像。当工作站203拒绝接收到的图像时，工作站203可指示摄像机112收集摄像机112或工具100当前位置(例如旋转位置)的额外图像数据 。在一些具体实施方式中，工作站203采取一个或多个行动来改善摄像机112收集的后续图像的质量。举例而言，工作站203可向本地摄像机控制器222发送指令(信号)以改变摄像机112的设定(位置、曝光度、聚焦等)、检查工具100所包括的光源的设定或此二者的设定。在其他具体实施方式中，摄像机设定可在检查方法300开始时被锁定，以防止会被错误认定为孔内缺陷的图像数据差异。

在一些具体实施方式中，在处理接收到的图像数据以检测缺陷后，而且摄像机112或检查工具100尚未被定位以采集额外的图像数据时(例如在摄像机112或检查工具100尚未旋转预定角度(例如360度)时)(块318)，工作站203向工具控制***202发出指令(信号)以将摄像机112或工具100定位至另一个位置，例如将摄像机112或检查工具100从第一旋转位置旋转至第二旋转位置(块316)。孔内表面的图像数据可由摄像机112在第一位置采集，摄像机112可被旋转至第二位置，再由摄像机112在第二位置采集孔内表面的图像数据。举例而言，工作站203可以预定增加量(例如1度到10度)旋转检查工具100直至孔内表面的360度图像数据被采集，或者在其它一些具体实施方式中直至孔内表面的360度的期望子集度数的图像数据被采集。在其他具体实施方式中，工作站203可通过连续移动(constantmovement)来旋转检查工具100。如图6所示，在每一个旋转位置，工作站203如上文所述处理接收到的图像数据。摄像机112可在多个位置(例如多个旋转位置)采集图像数据，并且工作站203可被配置为接收摄像机112在多个位置(例如多个旋转位置)采集的图像数据。

当摄像机112或检查工具100已经被移动至多个位置(例如旋转预定的度数，如360度(块318))，工作站203将接收到的图像接合或拼接在一起以生成处理后图像，其可对应于核反应堆内元件(如孔)内表面。在一些具体实施方式中，工作站203将摄像机112采集的多个图像接合或拼接在一起以生成处理后图像数据，其可对应于孔内表面。在一些具体实施方式中，工作站203将接收到的摄像机112或工具100各个位置(例如摄像机112或工具100的各个旋转位置)的图像数据接合或拼接在一起以生成处理后图像数据，例如全景图(块320)。该流程可包括利用与接收到的图像数据一起存储的位置信息(例如轴向或旋转信息)将图像数据接合或拼接在一起，同时导致接收到的数据内视场重叠。在一些具体实施方式中，工作站203仅在接收到摄像机112或工具100的各个位置的图像数据后(例如检查工具100完全旋转后) ，才生成可对应于孔内表面(例如全景图)的 处理后的图像。但是，在其他具体实施方式中，在摄像机112或工具100的各个位置的图像数据被收到或在摄像机112或工具100的各个位置的图像数据被收到后，工作站203生成并继续生成或扩展处理后图像(例如全景图) ，使得处理后图像(例如全景图)可以显示(并检测、标记及追踪缺陷)在摄像机112或工具100各种位置。

在接收到来自摄像机112的图像数据(例如摄像机112采集的一个图像)后，或在将来自多个图像的数据接合或拼接并生成可对应于孔内表面的处理后图像后，工作站203在图6的块322基于处理后图像自动检测孔中的一个或多个缺陷(例如图7所示的图像数据307中所示的缺陷312)。在一些具体实施方式中，工作站203被配置为从多个图像生成处理后的图像，多个图像中的每个图像都是孔内表面单独区域的相应图像，并且在至少一个区域中检测至少一个缺陷。在一些具体实施方式中，工作站203被配置为从每个图像都是孔内表面单独区域的图像、并且利用摄像机112在多个旋转位置采集的多个图像生成处理后图像并检测所述区域中至少一个区域中的至少一个缺陷。举例而言，图8例举了全景图像330，其包括检测到的缺陷332、334和336。工作站203可检测处理后图像内至少一个缺陷。工作站203可以各种方式检测缺陷。一个例子是工作站203可将接收到的图像数据与代表无缺陷的孔内表面的图像数据进行对比，其中图像数据之间的差异(增加或缺失的线条或像素值差异)被识别为缺陷。

另一个实施例是工作站203可将一个或多个滤镜应用于摄像机112采集的图像数据以检测缺陷。举例而言，工作站203可将渐变滤镜(以一个或多个不同方向)应用于接收到的图像数据来生成二进制图像并高亮标记潜在的缺陷。渐变滤镜确定预定方向的像素值之间的变化幅度。相应的，通过应用渐变滤镜生成的二进制图像识别像素值发生变化的区域(为暗(黑)域或亮(白)域)，其可以指明可由均质材料制成的孔内表面的缺陷。具体而言，渐变滤镜通过方向敏感滤镜(例如东西方向滤镜)来扫过图像以移除背景并高亮标记缺陷(例如垂直跨越缺陷)。

工作站203可存储检测到的缺陷的坐标。举例而言，工作站203可被配置为利用像素尺寸和孔尺寸之间的预定比例将接收到的图像数据中代表检测到的缺陷的像素转换为孔内表面内的坐标。在一些具体实施方式中，工作站203还(通过HMI 216)显示接收到的图像数据或处理后图像(如全景图)，并在接收到的图像数据或处理后图像中标记检测到的缺陷(例见图8)。工作站203可被配置为检测或标记满足或超过一个或多个可配置阈值的缺陷，所述一个或多个可配置阈值可涉及尺寸、深度、位置等。举例而言，工作站203可被配置为仅检测(任何方面)大于0.010英寸的缺陷。相应的，工作站203可被配置为忽略小缺陷或不显著的缺陷。

一些具体实施方式中，工作站203可被配置为在从摄像机112采集的多个图像进行接合前或在生成处理后图像(例如全景图)前利用与上文所述的检测流程相似的流程检测接收到的图像数据中的缺陷。相应的，在检查方法300过程中，工作站203可为使用者实时或接近实时的显示可用检查结果(包括任何检测到的缺陷)。另外，在一些具体实施方式中，工作站203可被配置为随着图像数据被接收到就从多个图像接合数据以生成可对应孔内表面的处理后图像，而不是等到所有图像数据都已收到时(例如不用等到360度完整图像数据都已收到时) 。同样的，该处理允许使用者在检查结果可用时接收检查结果。

基于可对应于孔内表面的处理后数据(例如全景图)或单独接收的图像数据，工作站203还可被配置为进行一个或多个测量，例如高度、宽度、或管板孔直径、管板孔周长等。工作站203通过对像素数量计数并将像素数量乘以换算因数来对测量进行计算以确定以工程单位表示的实际测量结果。工作站203还可确定管板孔的其它特征，例如表面颜色、材质、材料等。工作站203可(为了将该信息包括在下文所述的报告中)将该信息存储在任何期望的信息集合中以在图像中显示。

在生成可对应于孔内表面的处理后图像(如全景图)(在块320)并从接收到的图像数据或处理后图像检出任何缺陷(在块322)后，工作站203生成一份或多份检查报告(在块338)。生成的检查报告可包括接收到的图像数据(带有被标记的任意检出缺陷)，例如摄像机112或工具100的一个或多个位置 的单独图像数据、可对应于孔内表面并对来自摄像机112采集的多个图像的数据进行拼接生成的处理后数据，或二者兼有。举例而言，在一些具体实施方式中，检查报告包括与各个检出缺陷相关联的图像数据。 在一些具体实施方式中，报告还包括关于检出缺陷的其它细节，例如位置(坐标)、尺寸、形状、深度、朝向(垂直或水平)、角度、类别或类型等。对管板孔进行的任何测定都可以被包括在检查报告中。检查报告可进一步提供一个或多个总结，例如每个晶格位点检出的可能缺陷的数量。检查报告还可包括检查数据，例如开始时间、结束时间、经过时间等。另外，在一些具体实施方式中，可以向图像增加坐标***以标出图像的位置(钟点位置或角位置)。之后坐标***可用于汇报缺陷位置。

在一些具体实施方式中，报告还可包括检查结果，例如“合格”或“不合格”。举例而言，基于检出缺陷的数量、尺寸、类型等，工作站203可被配置为自动认定用于换管的孔是“合格”还是“不合格”。这种类型的自动分类在一些情况下减少或消除了人工复查的必要性。举例而言，在一些具体实施方式中只有“不合格”的检查需要进行人工复查。

工作站203生成的检查报告可本地存储在工作站203(存储装置212)并可例如通过显示器、打印机等输出于HMI 216上。作为替代或补充，工作站可将检查报告发送至可由一个或多个装置访问的外部存储位置，例如提供离线复查和检查审核的远程观察站 。可对管板孔中的每一个或一部分管板孔重复上述检查方法300，这样生成的检查报告仅用于排管容器一侧上的孔或管板18上的一个象限内或一圈孔中的孔。在一些具体实施方式中，来自(一个或多个管板18的)一个或多个孔的检查结果还可以被组合在一个报告中。

因此，本文所述的具体实施方式提供了自动化检查方法，其同时允许对核反应堆部件(例如管板18中的孔)进行实时分析和使用例如机器视觉软件进行离线分析。该检查的自动化性质使得检查可以更高效的进行(减少临界通路时间(critical path time))，同时减少误差或不匹配情况。

如上文所述，本申请所述的检查流程和/或工具不限于检查管板孔，而是可以被用于检查核反应堆的其它内表面。举例而言，摄像机可用于收集波纹管62的内表面的图像，这些图像可以被拼合或拼接在一起并且如上文所述进行处理以检测波纹管62中的缺陷。另外，在摄像机无法采集跨越内表面整个宽度的图像时，摄像机112或支撑摄像机112的工具100可以同时如上文所述的被旋转并轴向伸缩以收集内表面多个跨度的图像数据，这些图像数据可以被拼合或拼接在一起(例如轴向拼接)并接受相应处理。

举例而言，对于波纹管检查，摄像机可用于获取多个z轴轴向位置中每一个的图像数据。图9例举了使用摄像机112在一个轴向位置获取的波纹管内表面的样图400。在工作站203接收特定轴向位置的多个图像的情况下，工作站203可如上文所述对图像进行平均化以生成单一平均化图。工作站203“打开”图像以获取各个轴向位置从而限定至少一个关注区域。举例而言，工作站203可限定波纹管的外径和波纹管的内径。各个区域可被图像内的最小直径、最大直径、起始角度、结束角度和中心点限定。举例而言，图10示例了由最大直径403和最小直径404限定的波纹管62的外径402。在限定了一个或多个关注区域后，工作站203可适用极函数来描述任何被限定的关注区域并将任何关注区域重新构建为扁平矩形条。举例而言，图10示例了代表波纹管62的内径402的扁平矩形条406。

在工作站203接收了各个轴向位置的图像数据后，工作站可将(从不同轴向位置获取的)矩形条首尾拼接在一起以生成可以完全重现波纹管62的处理后图像(如全景图)。举例而言，图11例举了波纹管62内径一段的示例性全景图408 。工作站203如上文所述从通过拼接来自摄像机112采集的多个图像的数据生成的处理后图像中(例如通过施加一个或多个渐变滤镜)检出缺陷。图12例举了施加渐变滤镜(东西滤镜)前(410)后(412)的全景图408。如图12所示，过滤后图像中的白色区域可代表可能的缺陷。工作站203还可以计算波纹管的各种测定，例如凸缘面积和整体长度(见图13)。所有这些信息都可以被包括在上述的检查报告中。举例而言，图14例举了与由全景图的轴向和时钟(径向)位置限定的坐标***重叠的波纹管62全景图430。

还应当注意的是上文描述和附图图示的具体实施方式仅以实施例的方式提供，不是为了限制本发明的理念和原则。对此，本领域的普通技术人员应当理解要素、配置和结构的各种变化都是可能的，并且不会背离权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (34)

1.用于检查核反应堆内元件内表面的***，其特征在于：

所述***包括检查工具、工具控制***和工作站；

所述检查工具包括用于采集所述元件内表面图像数据的摄像机；

所述工具控制***与所述检查工具通信并用于定位所述摄像机；

所述工作站被配置为接收所述摄像机 采集的图像数据，其中，所述图像数据包括所述摄像机采集的多个图像和多个图像的位置信息，

将来自所述摄像机采集的多个图像的数据拼接以生成处理后图像，

检出图像数据内的至少一项缺陷以及，

生成和输出检查报告，所述检查报告包括接收到的图像数据和关于所述至少一项缺陷的数据。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述工作站被配置为：

改变所述摄像机相对于所述元件的轴的旋转位置或相对于所述元件的轴的轴向位置；

随着所述摄像机位置改变处理图像数据；

将图像数据中包括的特征的移动与编码器表明的轴向和旋转位置数据进行对比；

控制摄像机的后续移动以保持图像扫描宽度。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述工具控制***控制所述摄像机相对于所述元件的轴的旋转位置。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述工具控制***控制所述摄像机相对于所述元件的轴向位置。

5.根据权利要求2所述的***，其特征在于：所述工作站被配置为从多个图像生成所述处理后图像，所述多个图像中的每一个都是所述元件的内表面的单独区域的图像，所述工作站被配置为检出至少一个所述区域中的至少一项缺陷。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于：所述工作站被配置为从多个图像生成所述处理后图像，所述多个图像中的每一个是由所述摄像机在多个旋转位置采集的所述元件的内表面的单独区域的图像，所述工作站被配置为检出至少一个所述区域中的至少一项缺陷。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述关于所述至少一项缺陷的数据包括所述至少一项缺陷沿着所述内表面的位置。

8.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述关于所述至少一项缺陷的数据包括基于所述图像数据中包括的像素尺寸和所述内表面尺寸之间比例的所述至少一项缺陷的尺寸。

9.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为在所述接收到的图像数据内标记所述至少一项缺陷。

10.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为当所述至少一项缺陷的大小超出可配置大小阈值时在所述接收到的图像数据内标记所述至少一项缺陷。

11.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为基于所述至少一项缺陷对所述元件的检查进行分类。

12.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述元件为管板孔。

13.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为处理接收到的由摄像机采集的图像数据，以确定是否要拒绝所述接收到的图像数据。

14.根据权利要求13所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为在所述工作站拒绝所述接收到的图像数据时指示所述摄像机采集额外图像数据。

15.根据权利要求13所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为在所述工作站未拒绝所述接收到的图像数据时指示所述工具控制***旋转所述摄像机至后续旋转位置。

16.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为确定所述摄像机的旋转位置，并将所述旋转位置与所述摄像机位于所述旋转位置时采集的图像数据相关联。

17.根据权利要求3所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为基于编码器的信号确定所述摄像机的旋转位置，所述编码器感测与所述摄像机关联的径向马达的物理位置。

18.根据权利要求6所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为当所述摄像机针对所述多个旋转位置中的一个采集了超过一个图像时，对所述摄像机采集的所述多个旋转位置中的一个的图像进行平均化。

19.根据权利要求6所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为处理由所述摄像机在所述多个旋转位置采集的图像数据以检出所述至少一项缺陷。

20.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为通过对所述图像数据施加渐变滤镜来检出所述接收到的图像数据中的所述至少一项缺陷。

21.根据权利要求6所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为在显示器上实时输出所述检查工具的所述多个旋转位置中的至少一个的图像数据。

22.根据权利要求21所述的***，其特征在于：所述工作站还被配置为在输出至所述显示器上的所述图像数据中标记检出的缺陷。

23.根据权利要求3所述的***，其特征在于：所述工作站被配置为检出特征随着所述摄像机旋转在所述接收到的图像数据上的运动。

24.用于检查核反应堆内元件内表面的方法，其特征在于：

所述方法包括：

利用***所述元件内的检查工具的摄像机获取所述元件内表面的图像数据，其中，所述图像数据 包括所述摄像机采集的多个图像和多个图像的位置信息；

将来自所述摄像机采集的多个图像的数据拼接以生成处理后图像；

检出已采集的图像数据内的至少一项缺陷；

在所述已采集的图像数据内标记所述至少一项缺陷；及

输出具有已标记的至少一项缺陷的所述已采集的图像数据。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：

改变所述摄像机相对于所述元件的轴的旋转位置或相对于所述元件的轴的轴向位置；

随着所述摄像机位置改变处理已采集的图像数据；

将已采集的图像数据中包括的特征的移动与编码器提供的轴向和旋转位置数据进行对比；

控制摄像机的后续移动以保持图像扫描宽度。

26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述方法包括围绕所述元件的纵向轴将所述摄像机旋转至期望的旋转位置。

27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述方法包括沿着所述元件的纵向轴将所述摄像机移动至期望的摄像机轴向位置。

28.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述方法包括从多个图像生成所述处理后图像，所述多个图像中的每一个都是所述元件的内表面的单独区域的图像，工作站被配置为检出至少一个所述区域中的至少一项缺陷。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于：所述方法包括从多个图像生成所述处理后图像，所述多个图像中的每一个是由所述摄像机在多个旋转位置采集的所述元件的内表面的单独区域的图像，所述工作站被配置为检出至少一个所述区域中的至少一项缺陷。

30.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述方法包括用所述摄像机在多个位置采集所述元件内表面的图像数据。

31.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述方法包括用所述摄像机在多个旋转位置采集所述元件内表面的图像数据。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于：所述方法包括用所述摄像机在第一旋转位置采集所述元件内表面的图像数据、将所述摄像机旋转至第二旋转位置以及用所述摄像机在所述第二旋转位置采集所述元件内表面的图像数据。

33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于：所述方法包括将所述摄像机旋转到预定角度以在所述多个旋转位置中的每一个旋转位置采集图像数据。

34.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述方法包括对所述已采集的图像数据的至少一部分施加渐变滤镜以检出所述已采集的图像数据内的所述至少一项缺陷。

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