Brevet FR2667433A1 — publié le 19920403

APPAREIL D'INSPECTION DES SURFACES PERIPHERIQUES DE PASTILLES DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE La présente invention concerne un appareil destiné à inspecter les surfaces périphériques des pastilles cylindriques de combustible nucléaire pendant que celles-ci tournent autour de leur axe. La production de pastilles de combustible nuclé- aire à base de dioxyde d'uranium nécessite un contrôle de qualité très rigoureux Il s'agit notamment de détec- ter au moyen d'un contrôle non destructif les défauts non décelables à l'inspection visuelle. Cependant, avec les appareils d'inspection clas- siques pour les surfaces périphériques des pastilles de combustible nucléaire, l'inspection et le tri des pas- tilles exigent beaucoup de temps. Un but de la présente invention consiste par conséquent à proposer un appareil d'inspection pour les surfaces périphériques des pastilles de combustible nu- cléaire permettant d'inspecter celles-ci automatiquement et de procéder à leur tri rapidement et sans erreur. Selon l'invention, il est proposé un appareil d'inspection des surfaces périphériques de pastilles de combustible nucléaire, comprenant: un ensemble de manipulation destiné à mainte- nir un nombre prédéterminé de pastilles de combustible nucléaire en alignement et à les faire tourner sur leur axe; un dispositif de saisie d'image disposé de façon contiguë à l'ensemble de manipulation et destiné à prélever des données d'image relatives aux surfaces périphériques des pastilles de combustible nucléaire; un dispositif d'évaluation relié de façon opérante au dispositif de saisie d'image pour analyser les données d'image émises par le dispositif de saisie d'image et émettre des signaux d'évaluation; et un ensemble de tri relié de façon opérante au dispositif d'évaluation pour séparer les pastilles dé- fectueuses des pastilles non défectueuses en fonction des signaux d'évaluation, l'ensemble de tri comprenant plusieurs éléments de tri disposés de façon contiguë à l'ensemble de manipulation de façon à correspondre res- pectivement aux pastilles de combustible nucléaire, et un système de commande relié de façon opérante au dispo- sitif d'évaluation et aux éléments de tri pour commander les éléments de tri en fonction des signaux d'évalua- tion. On va maintenant décrire l'invention plus en détail en se référant au dessin dans lequel: la figure 1 est une vue en élévation latérale schématique d'un appareil d'inspection selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale de l'appareil de la figure 1 selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est un schéma de principe mon- trant un dispositif d'évaluation de l'appareil de la figure 1; la figure 4 a jusqu'à la figure 4 d sont des vues schématiques montrant un dispositif de chargement de l'appareil de la figure 1; la figure 5 est une vue en élévation latérale d'un rouleau de grand diamètre en variante utilisé dans l'appareil de la figure 1; et la figure 6 est une vue en élévation latérale schématique d'un mécanisme de commande en variante pour l'ensemble de manipulation utilisé dans l'appareil de la figure 1. On va maintenant décrire des modes d'exécution de l'invention à titre d'exemples nullement limitatifs en se référant au dessin dans lequel les figures 1 à 3 représentent un mode de réalisation de l'appareil d'ins- pection des surfaces périphériques des pastilles de com- bustible nucléaire selon la présente invention L'appa- reil d'inspection comprend un ensemble de manipulation 2 servant à maintenir un nombre prédéterminé de pastilles de combustible nucléaire 1 en alignement tout en les faisant tourner sur leur axe, un dispositif de saisie d'image 3 servant à prélever les données d'image des surfaces périphériques la des pastilles 1, un dispositif d'évaluation 4 pour analyser les données d'image émises par le dispositif de saisie d'image 3 pour juger si les pastilles sont acceptables ou non et un ensemble de tri pour séparer les pastilles défectueuses des pastilles non défectueuses en fonction des signaux d'évaluation émis par le dispositif d'évaluation 4. L'ensemble de manipulation 2 comprend un dispo- sitif de chargement 6, un rouleau de petit diamètre 7 et un rouleau de grand diamètre 8 Le dispositif de chargement 6 comprend un vérin constitué d'un corps 6 a et d'une tige de piston 6 b ainsi que d'un élément de guidage 6 c présentant de façon générale une coupe trans- versale en forme de U, monté sur l'extrémité distale de la tige de piston 6 b Ce dispositif de chargement 6 est disposé sur l'extrémité d'une bande transporteuse 30 acheminant les pastilles de combustible nucléaire en alignement les unes sur les autres Le rouleau de petit diamètre 7 est disposé de façon contiguë au dispositif de chargement 6 et il est fixé de façon rotative sur un arbre 7 a qui est parallèle aux axes des pastilles 1. Comme cela est montré sur la figure 1, un support de bande 30 a de la bande transporteuse 30 comprend une por- tion en saillie disposée sur sa position d'extrémité de façon à s'étendre latéralement et le rouleau de petit diamètre 7 est implanté immédiatement au-dessous de la portion en saillie Le rouleau de grand diamètre 8 est implanté de façon contiguë au rouleau de petit diamètre 7 et il est monté sur un arbre 8 a permettant sa rota- tion L'arbre 8 a s'étendant parallèlement à l'arbre 7 a est relié à un dispositif d'entraînement 8 b par exemple a un moteur électrique de sorte que le rouleau de grand diamètre 8 peut être mis en rotation autour de l'arbre 8 a à une vitesse périphérique constante Ainsi, le rou- leau de petit diamètre 7 et le rouleau de grand diamètre 8 coopèrent de façon à définir entre eux une position d'inspection et les pastilles de combustible nucléaire alignées sont déplacées par le dispositif de chargement 6 jusqu'à la position d'inspection. Une paire de gorges d'éjection opposées diagona- lement 10 sont formées dans la surface périphérique extérieure du rouleau de grand diamètre 8 s'étendent longitudinalement par rapport à celui-ci Chaque gorge d'éjection 10 est dimensionnée de façon à recevoir toutes les pastilles 1 situées sur la position d'inspec- tion 9 Un châssis de guidage 11 destiné à empêcher la chute des pastilles de leur gorge 10 est agencé de façon à recouvrir environ la moitié de la surface périphérique du rouleau de grand diamètre 8. L'ensemble de tri 5, disposé immédiatement au- dessous du rouleau de grand diamètre 8, est constitué par une bande transporteuse d'évacuation 12, un bac de récupération 13, plusieurs éléments ou plaques de tri 14 montés de façon pivotante autour d'un axe 14 a et des actionneurs 15 comme par exemple des vérins (système de commande) reliés de façon opérante au dispositif d'éva- luation 4 Les plaques de tri 14 sont agencées entre la bande transporteuse d'évacuation 12 et le bac de récupé- ration 13 en relation longitudinalement espacée le long de l'arbre 8 a du rouleau de grand diamètre 8 de sorte que leur nombre correspond à celui des pastilles 1 ali- gnées Chaque actionneur 15 est relié de façon opérante à l'une des plaques de tri respectives 14 pour faire pivoter la plaque de sorte que les pastilles non défec- tueuses lb sont acheminées jusqu'à la bande transpor- teuse d'évacuation 12 tandis que les pastilles défec- tueuses lc sont recueillies dans le bac de récupération 13 La bande transporteuse d'évacuation 12 achemine les pastilles 1 sur une position prescrite au poste suivant. Le dispositif de saisie d'image 3 implanté juste au-dessus de la position d'inspection 9 au niveau de l'ensemble de manipulation 5, comprend une source lumi- neuse 16 et un capteur tel qu'un capteur de lignes 17. La source lumineuse 16 émet une lumière 16 a éclairant le nombre prescrit de pastilles 1 maintenues en position d'inspection 9 et la lumière 16 b réfléchie par les sur- faces périphériques des pastilles 1 est reçue par le capteur de lignes 17 qui émet des signaux vidéo à des- tination du dispositif d'évaluation 4. Le dispositif d'évaluation 4 relié de façon opérante au dispositif de saisie d'image 3 traite les signaux vidéo émis par le dispositif de saisie d'image 3 pour détecter les limites entre les pastilles contiguës 1 alignées et détecter les défauts sur la surface péri- phérique de chaque pastille 1; après quoi, il émet les signaux d'évaluation concernant les défauts De façon plus précise, comme cela est montré sur la figure 3, les signaux vidéo émis par le capteur de lignes 17 sont convertis par un convertisseur binaire 18 en signaux binaires basés sur les niveaux binaires préétablis. Ensuite, dans un dispositif d'obtention de données de projection 19 relié de façon opérante au convertisseur binaire 18, le nombre d'éléments d'image se trouvant dans une rangée correspondant à la direction circonfé- rentielle et ayant une des valeurs binaires est récapi- tulé par lignes complètes et mis en mémoire sous forme de données de projection Subséquemment, l'image effec- tive de la surface périphérique et les limites 25 des pastilles 1 alignées sont détectées en fonction des données de projection et une fenêtre est déterminée par un dispositif de détermination de fenêtre 20 relié au dispositif d'obtention de données de projection 19. Les signaux vidéo émis par le capteur de lignes 17 sont de plus introduits dans un convertisseur d'image bidimensionnelle 21 et sont convertis en images numéri- ques bidimensionnelles La fenêtre déterminée par le dispositif de détermination de fenêtre 20 est superposée à ces images numériques au moyen d'une porte 22 et les données 23 concernant les surfaces périphériques déve- loppées qui sont obtenues en fonction du niveau de lumi- nance des signaux vidéo, sont émises à destination d'un dispositif d'évaluation 24. Après quoi, dans le dispositif d'évaluation 24, sont évaluées les données de surface périphérique déve- loppée 23 et les données 26 concernant les pastilles défectueuses et celles concernant les pastilles non défectueuses sont obtenues sélectivement. On va maintenant décrire ci-après le procédé d'inspection faisant appel à l'appareil d'inspection décrit ci-dessus Dans l'explication, les images du capteur de lignes 17 comprennent 1024 lignes et 1024 éléments d'image par ligne. Tout d'abord, le rouleau de grand diamètre 8 est mis en rotation à une vitesse périphérique cons- tante dans le sens de la flèche montrée à la figure 1. Ensuite, on fait sortir la tige de piston 6 b du dispo- sitif de chargement 6 et les pastilles 1 sont acheminées par l'élément de guidage 6 c vers la position d'inspec- tion 9 lorsqu'une des gorges d'éjection 10 du rouleau de grand diamètre 8 a franchi la position d'inspection 9. Les pastilles 1 ainsi déplacées sur la position d'ins- pection 9 se mettent en rotation sur leur propre axe. Lorsque la rotation des pastilles 1 se stabilise, le capteur de lignes 17 capte la lumière 16 b réfléchie par les pastilles 1 tandis que la lumière 16 a émise par la source lumineuse 16 éclaire les pastilles 1 et il émet des signaux vidéo sur les surfaces périphériques des pastilles 1 à destination du dispositif d'évaluation 4. Dans l'opération ci-dessus les pastilles 1 effectuent au moins une rotation. Ensuite, les signaux vidéo sont convertis par le convertisseur binaire 18 en signaux binaires en fonc- tion des niveaux binaires présélectionnés et dans le dispositif d'obtention de données de projection 19, le nombre d'éléments d'image se trouvant dans une rangée correspondant à la direction circonférentielle des pas- tilles et ayant l'une des valeurs binaires est récapi- tulé par lignes entières et il est mis en mémoire en tant que données de projection Ensuite, les limites 25 des pastilles 1 disposées en ligne sont détectées en fonction des données de projection et une fenêtre est déterminée par le dispositif de détermination de fenêtre 20. De plus, les signaux vidéo sont également émis à destination du convertisseur d'image bidimensionnelle 21 o ils sont convertis en images numériques bidimen- sionnelles La fenêtre déterminée par le dispositif de détermination de fenêtre 20 est superposée à ces images numériques au moyen de la porte 22 et ainsi les données 23 relatives aux surfaces périphériques développées qui sont obtenues en fonction du niveau de luminance des signaux vidéo, sont émises à destination du dispositif d'évaluation 24 Après quoi, dans le dispositif d'éva- luation 24, sont évaluées les données de surface péri- phérique développée 23 et les défauts éventuels sur les pastilles sont détectés. Ensuite, les actionneurs 15 qui correspondent aux pastilles non défectueuses lb sont commandés en fonction des signaux d'évaluation émis par le dispositif d'évaluation 24 et les plaques de tri 14 correspondant aux pastilles non défectueuses lb pivotent sur leur arbre 14 a sur la position indiquée par la ligne en traits pleins sur la figure 1, tandis que les plaques de tri correspondant aux pastilles défectueuses lc pivotent sur les arbres sur la position indiquée par la ligne en tirets. Lorsque le rouleau de grand diamètre 8 effectue un demi-tour et que la gorge d'éjection 10 se trouve exactement au-dessous des pastilles 1, toutes les pas- tilles 1 sont réceptionnées ensemble dans la gorge 10 A mesure que le rouleau de grand diamètre 8 poursuit sa rotation, les pastilles 1 sont amenées par celui-ci et tombent respectivement sur les plaques de tri corres- pondantes 14 Ainsi, les pastilles non défectueuses lb sont guidées par les plaques de tri 14 comme cela est indiqué par la ligne en traits pleins à la figure 1 jusque dans la bande transporteuse d'évacuation 12, tandis que les pastilles défectueuses lc sont guidées par les plaques de tri 14 comme cela est montré par la ligne en traits mixtes, jusque dans le bac de récupéra- tion 13. Ensuite, les opérations ci-dessous sont répétées et l'inspection des surfaces périphériques des pastilles 1 reprend pour chaque nombre prescrit de pastilles. Dans ce qui précède, comme cela apparaît le mieux sur les figures 4 a à 4 d, pendant que les pastilles 1 situées sur la position d'inspection 9 subissent le contrôle, les pastilles suivantes 1 à contrôler sont acheminées dans l'élément de guidage 6 c du dispositif de chargement 6 Lorsque la bande transporteuse 30 est im- mobilisée, les pastilles inspectées 1 sont reçues par la gorge d'éjection 10 du rouleau de grand diamètre 8 et simultanément la tige de piston 6 b du dispositif de chargement 6 sort et ainsi, les pastilles 1 sont guidées sur la bande transporteuse 30 par l'élément de guidage 6 c sur la position d'inspection 9 Lorsque les pastilles 1 sont chargées sur les rouleaux 7 et 8, la tige de pis- ton 6 b rentre et la bande transporteuse 30 se met en route et les opérations ci-dessus sont répétées. Comme cela a été décrit ci-dessus, les images des surfaces périphériques des pastilles acheminées en alignement sont captées par le dispositif de saisie d'image 3 pendant la rotation des pastilles 1 et les signaux vidéo émis par le dispositif de saisie d'image 3 sont introduits dans le dispositif d'évaluation 4 dans lequel sont évalués les défauts des pastilles 1 Les actionneurs 15 sont commandés en fonction des signaux de sortie provenant du dispositif d'évaluation 4 faisant pivoter les plaques de tri 14 et les pastilles non défectueuses sont guidées par les plaques de tri vers la bande transporteuse d'évacuation 12 tandis que les pastilles défectueuses sont guidées sur le bac de récu- pération 13 Par conséquent, l'inspection des surfaces périphériques des pastilles de combustible nucléaire et l'opération de tri des pastilles inspectées peuvent s'effectuer rapidement permettant ainsi d'améliorer sensiblement l'efficacité de l'inspection. De plus, avec le dispositif d'évaluation 4 pré- cité, on peut rapidement détecter les limites du nombre prescrit de pastilles 1 acheminées en alignement et la décision d'acceptation ou de rejet des pastilles de combustible nucléaire 1 est prise rapidement et sans erreur. En outre, étant donné que l'ensemble de manipu- lation 2 comprend le rouleau de petit diamètre 7 disposé de façon contiguë au dispositif de déchargement 6, les pastilles 1 mises en mouvement à partir du dispositif de chargement 6 franchissent le rouleau de petit diamètre 7 et sont amenées en douceur sur la position d'inspection 9 sans subir aucun choc. Il demeure évident à la lumière des enseigne- ments ci-dessus que de nombreuses modifications et variantes peuvent être apportées à la présente inven- tion Par exemple, dans le mode de réalisation précédent le nombre de gorges d'éjection 10 est de deux Toute- fois, comme cela est montré sur la figure 5, on peut modifier le rouleau de grand diamètre 8 de façon à disposer trois gorges d'éjection 10 a ou davantage en relation espacée de façon uniforme circonférentielle- ment De plus, non seulement le rouleau de grand diamè- tre 8 mais également le rouleau de petit diamètre 7 peuvent être commandés par un mécanisme d'entraînement approprié dans le même sens et à une vitesse périphéri- que identique La figure 6 décrit des agencements d'en- grenage pour ce type de mécanisme de commande 31 Le mécanisme 31 comprend un engrenage de grand diamètre 32 monté à demeure sur l'arbre 8 a pour le rouleau de grand diamètre 8, un engrenage de petit diamètre 33 monté à demeure sur l'arbre 7 a pour le rouleau de petit diamètre 7, un engrenage d'entraînement 34 en prise avec les engrenages 32 et 33 et monté sur un arbre d'entraînement 35 et un moyen de commande tel qu'un moteur pour la mise en rotation de l'arbre de commande 35. il REVENDICATIONS 1 Appareil pour l'inspection de surfaces péri- phériques de pastilles de combustible nucléaire ( 1), caractérisé en ce qu'il comprend: un ensemble de manipulation ( 2) servant à maintenir un nombre prédéterminé de pastilles de combus- tible nucléaire ( 1) en alignement tout en les faisant tourner sur leur axe; un dispositif de saisie d'image ( 3) disposé de façon contiguë à l'ensemble de manipulation ( 2) ser- vant à prélever les données d'image des surfaces péri- phériques des pastilles de combustible nucléaire ( 1); un dispositif d'évaluation ( 4) relié de façon opérante au dispositif de saisie d'image ( 3) pour analy- ser les données d'image émises par le dispositif de saisie d'image ( 3) pour juger si les pastilles ( 1) sont acceptables ou non et pour émettre des signaux d'évalua- tion; et un ensemble de tri ( 5) relié de façon opéran- te au dispositif d'évaluation ( 4) pour séparer les pas- tilles défectueuses des pastilles non défectueuses en fonction des signaux d'évaluation émis par le dispositif d'évaluation ( 4), cet ensemble de tri ( 5) comprenant plusieurs éléments de tri agencés de façon contiguë à l'ensemble de manipulation ( 2) de façon à correspondre aux pastilles de combustible nucléaire ( 1) respective- ment et un système de commande relié de façon opérante au dispositif d'évaluation ( 4) et aux éléments de tri pour commander les éléments de tri en fonction des signaux d'évaluation. 2 Appareil d'inspection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de manipulation ( 2) comprend un rouleau de petit diamètre ( 7) disposé de façon rotative autour de son axe, un rouleau de grand diamètre ( 8) disposé de façon contiguë au rouleau de petit diamètre ( 7) de façon à être rotatif autour d'un axe parallèle à l'axe du rouleau de petit diamètre ( 7), ce rouleau de petit diamètre ( 7) et ce rouleau de grand diamètre ( 8) coopérant pour définir entre eux une posi- tion d'inspection, le rouleau de grand diamètre ( 8) com- prenant au moins une gorge d'éjection ( 10) destinée à recevoir et à supporter plusieurs pastilles de combus- tible nucléaire ( 1), la gorge d'éjection ( 10) étant formée dans une surface périphérique du rouleau de grand diamètre ( 8) et s'étendant axialement par rapport à celui-ci. 3 Appareil d'inspection selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un système de commande relié de façon opérante au rouleau de petit diamètre ( 7) et au rouleau de grand diamètre ( 8) pour la mise en rotation du rouleau de petit diamètre et du rou- leau de grand diamètre dans un sens identique à une vitesse périphérique identique constante. 4 Appareil d'inspection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande comprend plusieurs actionneurs ( 15) montés de façon à correspon- dre respectivement à plusieurs plaques de tri ( 14). Appareil d'inspection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de saisie d'image ( 3) comprend une source lumineuse ( 16) disposée de façon contiguë à la position d'inspection pour éclairer plu- sieurs pastilles de combustible nucléaire ( 1) situées sur la position d'inspection, un capteur ( 17) destiné à recevoir la lumière réfléchie par les différentes pas- tilles de combustible nucléaire et pour émettre des signaux vidéo à destination du dispositif d'évaluation ( 4). 6 Appareil d'inspection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'évaluation ( 4) comprend: un convertisseur binaire ( 18) servant à con- vertir les données d'image en signaux binaires prééta- blis; un dispositif d'obtention de données de pro- jection ( 19) relié de façon opérante au convertisseur binaire ( 18) pour l'obtention et la mémorisation de données de projection, ces données de projection étant le nombre d'éléments d'image se trouvant dans une rangée correspondant au sens circonférentiel et comportent une des valeurs binaires; un convertisseur d'image bidimensionnelle ( 21) destiné à convertir les données d'image à partir du dispositif de saisie d'image ( 3) en images numériques bidimensionnelles; un dispositif de détermination de fenêtre ( 20) relié au dispositif d'obtention de données de pro- jection pour déterminer une fenêtre; une porte ( 22) pour recouvrir la fenêtre déterminée dans le dispositif de détermination de fenê- tre sur les images numériques bidimensionnelles; et un circuit d'évaluation ( 24) servant à juger la présence de défauts sur les pastilles de combustible nucléaire ( 1) en fonction des données émises par la porte ( 22) et pour produire des signaux d'évaluation. 7 Appareil d'inspection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rouleau de grand diamètre ( 8) comprend plusieurs gorges d'éjection ( 10) uniformé- ment espacées entre elles sur la circonférence. 8 Appareil d'inspection selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un châssis de guidage pour empêcher la chute des pastilles ( 1) logées dans les gorges d'éjection ( 10), le châssis de guidage étant disposé de façon contiguë au rouleau de grand diamètre ( 8) de façon à recouvrir environ la moi- tié de sa surface périphérique.