压水堆燃料辐照后燃料棒棒间距数据机器视觉测量方法研究

李伟才; 刘鹏亮; 王从政; 郭严

doi:10.13832/j.jnpe.2022.04.0053

压水堆燃料辐照后燃料棒棒间距数据机器视觉测量方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0053

1.
中广核研究院有限公司，广东深圳，518031
2.
中国科学院光电技术研究所，成都，610209

详细信息

作者简介:
李伟才（1975—），男，高级工程师，现主要从事燃料组件设计及性能分析方面的研究，E-mail: liweicai@cgnpc.com.cn

中图分类号: TL352.2⁺8
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出版历程
- 收稿日期: 2021-07-06
- 录用日期: 2022-01-26
- 修回日期: 2021-09-24
- 网络出版日期: 2022-08-11
- 刊出日期: 2022-08-04

Research on Machine Vision Measurement Method of Rod Spacing Data for PWR Fuel after Irradiation

1.
China Nuclear Power Technology Research Institute, Shenzhen, Guangdong, 518031, China
2.
Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Science, Chengdu, 610209, China

摘要

摘要: 针对辐照后燃料棒棒间距数据获取和处理困难的问题，基于燃料棒几何特性及其在压水堆燃料组件中的排列方式，本文提出一种基于机器视觉的高效、可靠的燃料棒棒间距数据测量方法。该方法首先采用Retinex算法对水下燃料棒的采集图像进行增强预处理；然后，针对燃料棒阵列的前后成像干扰问题，采取边缘增强和逐行灰度特征处理方法实现待测燃料棒与背景燃料棒的有效分离，并进一步提升图像清晰度；最后，对燃料棒图像的单行灰度值进行二次曲线拟合，获得各个燃料棒的亚像素边缘点坐标。乏燃料组件的现场实验验证结果表明，该方法可一次性实现16个燃料棒棒间距测量，且测量精度达±0.32 mm，可为燃料性能分析提供高效、可靠的数据支持。
- 压水堆 /
- 燃料棒 /
- 棒间距 /
- 机器视觉测量
Abstract: To address the difficulty of obtaining and processing fuel rod spacing data after irradiation, based on the geometric characteristics of fuel rods and their arrangement in PWR fuel assemblies, this paper proposes an efficient and reliable method for measuring fuel rod spacing data based on machine vision. The method first uses Retinex algorithm to enhance the preprocessing of the collected images of underwater fuel rods; then, for the front and rear imaging interference problem of the fuel rod array, edge enhancement and line-by-line grayscale feature processing methods are used to effectively separate the fuel rods to be tested from the background fuel rods, and further improve the image clarity; finally, the single-row gray value of the fuel rod image is fitted with quadratic curve to obtain the sub-pixel edge point coordinates of each fuel rod. The field experimental verification results of spent fuel assemblies show that this method can realize the rod spacing measurement of 16 fuel rods at one time, and the measurement accuracy is up to ±0.32 mm, which can provide efficient and reliable data support for fuel performance analysis.
- Pressurized water reactor (PWR) /
- Fuel rod /
- Rod spacing /
- Machine vision measurement

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图 1 压水堆燃料棒间距测量系统

Figure 1. Measuring System for Fuel Rod Spacing of PWR

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图 2 受环境干扰的核燃料棒图像

Figure 2. Images of Nuclear Fuel Rod Disturbed by Environment　　　　　　

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图 3 Retinex算法原理图

Figure 3. Retinex Algorithm Diagram

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图 4 燃料组件中棒间距测量位置

Figure 4. Measurement Position of Rod Spacing in Fuel Assembly

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图 5 图像处理过程

Figure 5. Image Processing Process

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图 6 增强结果比较图

Figure 6. Comparison of Enhancement Results

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表 1 燃料棒间距测量数据单位：像素

Table 1. Fuel Rod Spacing Measurement Data

测量截面	间距左坐标	间距右坐标	间距（右−左）
上部	198.05	215.48	17.43
中部	194.64	212.75	18.11
下部	193.08	209.99	16.91

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表 2 单视场燃料棒棒间距测量数据 mm

Table 2. Fuel Rod Spacing Measurement Data in Single View

棒间距编号	上部测量截面			中部测量截面			下部测量截面
棒间距编号	本文测量值	高精度参考值	差值	本文测量值	高精度参考值	差值	本文测量值	高精度参考值	差值
1	3.05	3.00	0.05	3.17	3.01	0.16	2.96	3.00	−0.04
2	3.02	3.02	0	3.20	3.02	0.18	3.11	3.02	0.09
3	3.01	2.97	0.04	3.31	2.99	0.32	3.09	2.98	0.11
4	2.77	3.05	−0.28	2.85	3.08	−0.23	3.04	3.08	−0.04
5	2.92	3.10	−0.18	3.36	3.15	0.21	3.21	3.16	0.05
6	3.18	3.20	−0.02	3.33	3.20	0.13	3.16	3.21	−0.05
7	3.10	2.91	0.19	2.98	2.91	0.07	3.00	2.92	0.08
8	3.29	3.33	−0.04	3.23	3.33	−0.10	3.05	3.34	−0.29
9	3.13	2.95	0.18	3.01	2.96	0.05	2.94	2.96	−0.02
10	3.16	3.27	−0.11	3.16	3.27	−0.11	3.00	3.26	−0.26
11	3.03	2.91	0.12	3.10	2.91	0.19	3.13	2.91	0.22
12	3.09	3.11	−0.02	3.03	3.12	−0.09	2.97	3.11	−0.14
13	2.87	2.72	0.15	2.97	2.72	0.25	2.84	2.73	0.11
14	3.20	3.36	−0.16	3.13	3.37	−0.24	3.14	3.37	−0.23
15	3.27	3.00	0.27	3.05	3.00	0.05	3.06	3.01	0.05
16	3.15	3.11	0.04	3.41	3.12	0.29	3.27	3.12	0.15

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