Brevet FR2702558A1 — publié le 19940916

La présente invention concerne la mesure d'objets à l'aide d'un système optique de mesure Plus précisément, l'invention concerne un procédé de mesure des longueurs des barres de combustible nucléaire usé afin que la masse des barres puisse être déterminée. Au cours du retraitement du combustible nucléaire usé, il est important pour des raisons d'inventaire et de comptabilité, que la quantité de combustible usé à retrai- ter soit calculée avec précision Ceci nécessite un système permettant l'obtention de la masse des barres de combus- tible usé à retraiter. Dans une application particulière, la mesure de la masse des barres combustibles s'effectue dans une cave de désassemblage dans laquelle un revêtement métallique est retiré des éléments de combustible pour la formation de barres de combustible convenant à un retraitement ulté- rieur Etant donné les conditions hostiles régnant dans la cave, les systèmes de pesée directe des barres de combus- tible présentent de nombreux inconvénients Par exemple, les éléments d'un tel système sont soumis aux conditions difficiles dues au rayonnement, à la chaleur, aux chocs mécaniques et à l'eau, à l'intérieur de la cave Ces systèmes ont donc tendance à avoir une faible durée de fonctionnement et nécessitent des entretiens et mainte- nances fréquents Etant donné le défaut d'accessibilité et le risque d'exposition au rayonnement associé à la manuten- tion des éléments du système de pesée dans la cave, les systèmes de pesée directe ne donnent pas satisfaction. Un premier type connu de système de pesée directe comporte un dispositif de pesée dans lequel une plate-forme de pesée est supportée par des jauges dynamométriques à semi-conducteur placées dans la cave de désassemblage Bien qu'un tel système ne puisse donner des résultats précis, il ne s'est pas révélé satisfaisant, car les jauges dynamomé- triques ne peuvent pas supporter les charges dues aux chocs mécaniques ni les champs élevés de rayonnement existant dans la cave, et elles ont donc tendance à présenter une panne après une courte période. La présente invention concerne un procédé de mesure de la dimension linéaire d'un objet, ce procédé comprenant les étapes suivantes: l'obtention d'une première image optique, cette image correspondant à une surface de sup- port, la numérisation de la première image optique et la mémorisation de la première image optique sous forme de valeurs de niveaux de gris, l'obtention d'une seconde image optique, cette image représentant un objet à mesurer lorsqu'il est placé sur la surface du support, la numérisa- tion de la seconde image optique et la mémorisation de la seconde image optique numérisée sous forme de valeurs de niveaux de gris, et le traitement des deux images numéri- sées et mémorisées pour l'obtention d'une différence entre les valeurs des niveaux de gris, entre la première et la seconde image numérisée, afin que la dimension linéaire nécessaire de l'objet soit déterminée. Pour remédier aux inconvénients précités de la technique antérieure, l'invention concerne un système de mesure ne nécessitant pas une pénétration, tel que défini précédemment et qui mesure optiquement les longueurs des objets tels que des barres de combustible Une fois obtenue la longueur d'une barre de combustible, le système peut calculer la masse de la barre à l'aide d'une valeur connue de la masse par unité de longueur du matériau combustible. Un avantage de la présente invention est qu'elle constitue un ensemble de pesée indirecte sans pénétration pour barres de combustible nucléaire usé, et aucun des éléments du système n'est placé dans les conditions hos- tiles de la cave de désassemblage En conséquence, le système de mesure a une durée de fonctionnement supérieure à celle des systèmes de pesée directe et ne nécessite qu'un entretien et une maintenance qui sont minimaux. La présente invention a aussi pour avantage le fait que, après montage et étalonnage du système, il ne néces- site plus aucune saisie par un opérateur. Dans un mode de réalisation préféré, la dimension linéaire est la longueur d'une barre de combustible nucléaire usé. La surface de support fait de préférence partie d'un plateau destiné à loger les barres de combustible nucléaire usé. La première et la seconde image optique numérisée sont conservées chacune sous forme de plusieurs colonnes, chaque colonne comprenant plusieurs éléments d'image ayant une valeur d'un niveau de gris, la différence entre les valeurs des niveaux de gris de colonnes correspondantes de la première et de la seconde image optique étant déterminée sous forme de la valeur quadratique moyenne. De préférence, une valeur quadratique moyenne est sélectionnée comme valeur de seuil, celle-ci étant choisie de manière que les valeurs quadratiques supérieures à la valeur de seuil soient représentatives de la présence d'une barre de combustible et que les valeurs quadratiques moyennes inférieures à la valeur de seuil soient représen- tatives de la surface de support. Dans un mode de réalisation préféré, les deux images numérisées et mémorisées sont traitées par un algorithme qui se déplace dans les colonnes et traite chaque colonne à son tour, le nombre de colonnes ayant une valeur quadra- tique moyenne supérieure à la valeur de seuil étant une mesure de la longueur de la barre de combustible. L'algorithme est de préférence adapté à l'exécution d'un test de formation de la moyenne sur les premières des colonnes qui indiquent une valeur quadratique moyenne supérieure à la valeur de seuil et sur plusieurs colonnes suivant la première colonne, le résultat du test indiquant si la valeur quadratique moyenne de la première colonne représente ou non une extrémité de la barre de combustible. Le test de formation de la moyenne peut être exécuté sur la première colonne et sur les neuf colonnes suivantes successives. De préférence, l'algorithme est aussi adapté afin que, après l'établissement de la première extrémité de la barre de combustible, il exécute un test de formation de la moyenne sur une colonne suivante indiquant une valeur 5 quadratique moyenne inférieure à la valeur de seuil et sur plusieurs colonnes successives suivantes, le résultat du test indiquant si la valeur quadratique moyenne de la colonne suivante représente ou non l'autre extrémité de la barre de combustible. Le test de formation de la moyenne peut être exécuté sur ladite colonne suivante et les neuf colonnes suivantes qui se succèdent. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'une cave de désassemblage; la figure 2 est un diagramme synoptique d'un système de mesure optique; la figure 3 a est un graphique idéalisé représentant les différences quadratiques moyennes entre les images de la barre de combustible et d'une surface de support; la figure 3 b est une image binaire du graphique représenté sur la figure 3 a, résultant de l'application d'une valeur de seuil; la figure 4 a est un exemple graphique représentant les différences des valeurs quadratiques moyennes entre les images d'une barre de combustible et d'une surface de support; et la figure 4 b est une image binaire du graphique représenté sur la figure 4 a, résultant de l'application d'une valeur de seuil. On se réfère à la figure 1; une cave 1 de désassem- blage d'éléments de combustible, représentée sous forme schématique, est munie d'un appareillage de désassemblage (non représenté) destiné à retirer le revêtement métallique des éléments de combustible afin que les barres de combus- tible obtenues puissent subir un retraitement ultérieur. Après dénudage, les barres de combustible sont chargées dans un magasin à partir duquel elles sont transmises à une installation de retraitement de combustible usé Etant donné les conditions radioactives régnant dans la cave 1, celle-ci est construite avec quatre murs 2 de protection contre le rayonnement et un toit 3 de protection contre le rayonnement. Avant que les barres dénudées de combustible ne soient transmises à l'installation de retraitement, il faut obtenir la masse de ces barres, pour des raisons de compta- bilité et d'inventaire Ce résultat est déterminé par un système optique de mesure des longueurs des barres de combustible, puis de calcul de la masse de chaque barre de combustible à l'aide d'un paramètre connu de masse par unité de longueur Le système comprend une caméra 4 de télévision en circuit fermé, installée dans le toit 3 de la cave 1 La caméra 4 est de préférence une caméra monochrome à semi-conducteur destinée à fonctionner de manière satis- faisante dans des conditions de faible éclairement. Pendant l'utilisation, les barres de combustible usé à mesurer sont placées sur une surface de support qui fait partie d'un plateau 5 de pesée placé dans le champ de vision de la caméra 4 L'éclairement permettant l'observa- tion des opérations à l'intérieur de la cave 1 et l'éclai- rement des barres de combustible et du plateau de pesée sont assurés par un certain nombre de lampes 6 à vapeurs de sodium à haute pression, montées dans les murs 2 de la cave. La position, le champ de vision, le contraste et la focalisation de la caméra 4 sont commandés par une unité 7 de commande placée à un endroit distant de la cave de désassemblage comme indiqué sur la figure 2 L'unité 7 de commande comprend une unité d'alimentation pour la caméra 4 Les images provenant de la caméra 4 sont conservées sous forme numérisée par une carte de mémorisation d'images vidéo de type monochrome installée dans un ordinateur 8 du système de mesure Un disque dur incorporé à l'ordinateur 8 est utilisé pour la mémorisation des informations relatives aux résultats, défauts et événements et aux images utili- 5 sées pour la détermination des longueurs des barres de combustible. L'ordinateur 8 comporte une unité 9 d'affichage vidéo destinée à indiquer des informations relatives à l'état actuel du système de mesure, et des instructions et10 menus destinés à être utilisés pendant les procédures d'établissement et d'étalonnage Les images prises par la caméra 4 sont affichées sur un moniteur 10 Une imprimante 11 connectée à l'ordinateur 8 peut être utilisée pour l'obtention d'épreuves des résultats de mesure. Le système optique de mesure est sous la commande générale d'un ordinateur 12 de commande de désassemblage qui forme une interface avec le système par l'intermédiaire de l'ordinateur 7 du système de mesure L'ordinateur 12 de commande de désassemblage commande les opérations de dénudage du revêtement métallique des éléments de combus- tible, ainsi que la transmission et la distribution des barres de combustible échangées avec le système de mesure. L'ordinateur 12 de commande de désassemblage forme une interface avec le système de mesure afin que les barres de combustible soient mesurées au moment convenable et per- mettent la transmission des valeurs de la masse calculée à l'ordinateur de commande. Avant la mesure réelle d'une barre de combustible, il est nécessaire de préparer et d'étalonner le système optique de mesure à l'aide d'une barre d'étalonnage de longueur connue L'opération de préparation comprend le fonctionnement de l'unité 7 de commande de caméra de manière qu'elle positionne la caméra 4 en position telle que le plateau 5 de pesée se trouve dans le champ de vision de la caméra La région intéressante voulue est indiquée sur le moniteur 10 par une région rectangulaire de l'image, par exemple recouvrant sept-cent vingts éléments d'image en direction horizontale et quarante en direction verticale. Grâce au fonctionnement de l'unité 7 de commande de caméra pour l'ajustement de la focalisation et du contraste de la caméra 4, une image nette du plateau de pesée 5 est repré- sentée horizontalement sur l'écran du moniteur 10. Lors de la mesure réelle de la longueur d'une barre de combustible, un algorithme de mesure est utilisé par le logiciel de l'ordinateur afin qu'il localise les extrémités de la barre de combustible dans les images conservées dans la carte à mémoire Cet algorithme donne la longueur de la barre de combustible sous forme d'un nombre d'éléments d'image ou de colonnes occupés par la barre de combustible dans la carte à mémoire Pour que cette valeur soit trans- formée en une longueur absolue de la barre de combustible, il faut que le système de mesure soit étalonné avec une barre d'étalonnage de longueur connue. Si la caméra n'est pas placée juste au-dessus du plateau 5 de pesée, le facteur d'étalonnage liant la longueur absolue de la barre au nombre d'éléments que l'image occupe n'est pas constant sur toute la longueur du plateau Dans une telle position, la procédure d'étalonnage nécessite la détermination de deux constantes d'étalonnage. La procédure d'étalonnage est exécutée, après alignement satisfaisant de la caméra 4, par prise de trois images, l'une représentant la surface de support d'un plateau vide , une autre celle de la barre d'étalonnage placée à une distance spécifiée d'une première extrémité du plateau de support, et une autre représentant la barre d'étalonnage placée à une distance spécifiée de l'autre extrémité du plateau de pesée Chaque image est mémorisée sous forme numérisée dans la carte à mémoire installée dans l'ordina- teur 8 du système de mesure Pour chacune des deux images de la barre d'étalonnage, l'algorithme de mesure est utilisé par le logiciel de l'ordinateur pour la détermina- tion de la position des extrémités des barres sous forme de nombre de colonnes ou d'éléments d'image dans l'image Les numéros de colonnes correspondant aux extrémités gauche et droite de la barre d'étalonnage sont affichés sur l'unité 9 d'affichage vidéo Les positions des extrémités de la barre d'étalonnage, lorsqu'elle est à l'une ou l'autre extrémité du plateau, sont alors utilisées, avec la longueur connue de la barre d'étalonnage, pour la détermination des deux constantes d'étalonnage Ces constantes sont conservées dans le disque dur de l'ordinateur sous forme de valeurs par défaut Lors du réarmorçage ultérieur de l'ordinateur, les constantes mémorisées d'étalonnage par défaut sont transmises à l'algorithme de mesure. Pour la mesure d'une barre dénudée de combustible avant sa transmission à l'installation de retraitement de combustible usé, le système de mesure fonctionne de la manière suivante L'ordinateur 12 de commande de désassem- blage transmet un signal à l'ordinateur 8 du système de mesure, indiquant que le plateau 5 est vide Après récep- tion de ce signal, la caméra reçoit des instructions de plus d'une image du plateau vide 5, l'image étant conservée sous forme numérisée dans la carte à mémoire d'image de l'ordinateur A l'aide d'un algorithme de "plateau vide", le logiciel de l'ordinateur compare l'image actuelle à l'image d'un plateau vide, obtenue pour une barre précé- dente de combustible Les différences quadratiques moyennes entre les deux images sont alors calculées pour chaque colonne de quarante éléments d'image Ces différences quadratiques moyennes sont comparées à un seuil de valeur arbitraire pour la détermination du fait que le plateau est suffisamment propre pour que la procédure de mesure puisse se poursuivre. Lorsque le système de mesure détermine que la surface de support du plateau de mesure est propre, la caméra 4 prend une image du plateau vide 5 L'image est numérisée et mémorisée par la carte à mémoire de l'ordina- teur du système de mesure Le barre de combustible qui doit être mesurée est alors placée sur le plateau 1, et l'ordi- nateur 12 de commande de désassemblage transmet à l'ordina- teur 8 du système de mesure afin que le fonctionnement de la caméra 4 commence par prise d'une image de la barre de combustible Cette image est numérisée et mémorisée dans la carte à mémoire. Le logiciel de l'ordinateur 8 applique alors l'algo- rithme de mesure aux deux images numérisées et mémorisées afin que les extrémités de la barre de combustible soient localisées Ces images sont représentées par une matrice de valeurs de niveaux de gris pour chaque élément d'image dans la région intéressante Chaque matrice contient 720 x 40 éléments, chaque élément d'image ayant une valeur de niveau de gris comprise entre 0, indiquant la couleur noire, et 255, indiquant la couleur blanche L'algorithme de mesure calcule les différences entre les deux images numérisées, colonne par colonne Ainsi, pour chacun des 720 x 40 éléments d'image, les différences quadratiques moyennes des valeurs de niveau de gris des éléments d'image correspon- dants des deux images sont déterminées Lorsque la diffé- rence entre deux éléments d'image correspondants est positive, elle indique que l'élément d'image contenu dans l'image de la barre de combustible est plus clair que l'élément d'image correspondant de l'image de la surface du plateau Lorsque la différence est négative, l'élément d'image de l'image de la barre de combustible est plus sombre que l'élément d'image correspondant de l'image du plateau. Pour que la longueur de la barre de combustible ne puisse pas être surestimée à cause des ombres sombres formées aux extrémités de la barre, les différences néga- tives inférieures à une valeur spécifiée sont négligées. Par exemple, on a constaté qu'une différence inférieure à -10 réduisait l'effet des ombres tout en permettant à l'algorithme de reconnaître des marques légèrement plus sombres sur la barre de combustible. La figure 3 a représente un graphique idéalisé indiquant la valeur quadratique moyenne de x en fonction du numéro x de colonne pour les différences quadratiques moyennes entre les images de la barre de combustible et du plateau de pesée Les extrémités de la barre de combustible sont indiquées par une montée nette, puis une descente ultérieure de la valeur quadratique moyenne x Pendant l'utilisation, l'algorithme établit une valeur de seuil au- delà de laquelle la présence d'une barre de combustible est indiquée Par exemple, comme l'indique la figure 3 a, cette valeur peut être égale à cinq, mais elle peut être modifiée afin qu'elle corresponde aux conditions actuelles d'éclai- rement dans la cave de désassemblage Ainsi, une colonne quelconque, ayant une valeur quadratique moyenne supérieure au seuil, est mise à 1 et les colonnes ayant une valeur quadratique moyenne inférieure à ce seuil sont mises à O comme indiqué par l'image binaire du graphique idéalisé de la figure 3 b. La figure 4 a représente un exemple de graphique donnant les différences quadratiques moyennes entre les images de la barre de combustible et du plateau de pesée. La figure 4 b représente l'image binaire correspondante dans laquelle une valeur de seuil égale à 5 a été appliquée. Pendant l'utilisation, l'algorithme recherche parmi les colonnes en se déplaçant successivement de la colonne O à la colonne 719 La première colonne mise à 1 peut corres- pondre soit à l'extrémité gauche L de la barre de combus- tible, soit à un point de données parasites A dû à une autre cause, par exemple de l'eau sur le plateau Si la valeur 1 est due à une première extrémité de la barre de combustible, les colonnes suivantes sont aussi à 1 Cepen- dant, si la valeur 1 est due à une cause parasite, il est probable qu'une certaine proportion des colonnes suivantes est à une valeur O Pour déterminer si la valeur 1 repré- sente l'extrémité de la barre combustible ou un point parasite, l'algorithme effectue un test de formation de la moyenne Ce test comprend le calcul de la moyenne de la première colonne à 1 et des neuf colonnes suivantes Si la moyenne résultante est inférieure à 1, elle indique que les dix colonnes testées ne sont pas toutes à 1, et on suppose que le résultat de la colonne du point A est due à une il cause parasite La recherche se poursuit et l'algorithme localise alors la colonne correspondant à l'extrémité gauche L de la barre de combustible. L'algorithme continue sa recherche dans les colonnes pour déterminer la colonne suivante qui est à zéro Dans ce cas encore, il est possible que la colonne suivante mise à zéro soit due à des données parasites, comme indiqué au point B, du fait par exemple d'une marque portée par la barre de combustible L'algorithme effectue un autre test de formation de la moyenne par calcul de la moyenne de la colonne qui est O et des neuf colonnes suivantes et le résultat de la colonne du point B est éliminé La recherche se poursuit et l'algorithme localise convenablement l'extrémité droite R de la barre de combustible. D'après les numéros de colonnes correspondant à L pour l'extrémité gauche de la barre de combustible et à R pour l'extrémité droite de la barre de combustible, l'ordi- nateur calcule la longueur absolue de la barre à l'aide d'une équation d'étalonnage dans laquelle les facteurs d'étalonnage sont incorporés Ainsi, l'utilisation de la longueur de la barre combustible exprimée en mètres, tirée de l'algorithme, et d'une valeur connue de la masse par mètre permet à l'ordinateur de calculer automatiquement la masse de la barre de combustible, exprimée en kilogrammes. La masse calculée est transmise à l'ordinateur de commande de désassemblage et, le cas échéant, l'imprimante peut donner une copie de la date, de l'heure et de la masse de la barre de combustible. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel, et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Procédé de mesure de la dimension linéaire d'un objet, caractérisé par les étapes suivantes: l'obtention d'une première image optique qui correspond à une surface 5 de support, la numérisation de la première image optique et la mémorisation de cette première image sous forme de valeurs de niveaux de gris, l'obtention d'une seconde image optique qui représente un objet à mesurer lorsqu'il est placé sur la surface de support, la numérisation de la seconde image optique et la mémorisation de la seconde image optique numérisée sous forme de valeurs de niveaux de gris, et le traitement de deux images numérisées et mémori- sées pour l'obtention d'une différence entre les valeurs des niveaux de gris, entre la première et la seconde image numérisée, de manière que la dimension linéaire nécessaire de l'objet soit déterminée. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension linéaire à mesurer est la longueur d'une barre de combustible nucléaire usé. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface de support fait partie d'un plateau ( 5) destiné à recevoir la barre de combustible nucléaire usé à mesurer. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé par des étapes de mémorisation de la première et de la seconde image numérisée sous forme de plusieurs colonnes, chaque colonne contenant plusieurs éléments d'image ayant une valeur de niveau de gris, et de détermination de la diffé- rence entre les valeurs de niveaux de gris de colonnes correspondantes de la première et de la seconde image optique, sous forme d'une valeur quadratique moyenne. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par l'étape de sélection d'une valeur quadratique moyenne comme valeur de seuil, la valeur de seuil étant sélectionnée afin que les valeurs quadratiques moyennes supérieures à la valeur de seuil soient représentatives de la présence d'une barre de combustible, et que les valeurs quadratiques moyennes inférieures à la valeur de seuil soient représen- tatives de la surface de support. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux images numérisées et mémorisées sont traitées avec un algorithme qui se déplace parmi les colonnes et traite chaque colonne à son tour, le nombre de colonnes ayant une valeur quadratique moyenne supérieure à la valeur de seuil étant une mesure de la longueur de la barre de combustible.10 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'algorithme est destiné à exécuter un test de formation de moyenne sur la première des colonnes indiquant une valeur quadratique moyenne supérieure à la valeur de seuil et sur plusieurs colonnes successives suivant la première colonne, le résultat du test indiquant si la valeur quadratique moyenne de la première colonne repré- sente ou non une première extrémité de la barre de combustible. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'algorithme est destiné à l'exécution du test de formation de la moyenne sur la première colonne et les neuf colonnes successives suivantes. 9 Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'algorithme est destiné, après l'établissement de la première extrémité de la barre de combustible, à exécuter un test de formation de moyenne sur une colonne suivante indiquant une valeur quadratique moyenne inférieure à la valeur de seuil et sur plusieurs colonnes successives suivantes, le résultat du test indi- quant si la valeur quadratique moyenne de la colonne suivante représente ou non l'autre extrémité de la barre de combustible. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'algorithme est destiné à exécuter le test de formation de la moyenne sur la colonne suivante et les neuf colonnes successives qui la suivent.