Brevet FR2721704A1 — publié le 19951229

FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION La présente invention, comme nous l'avons dit dans l'énoncé de ce mémoire descriptif, se rapporte à un système automatique permettant d'inspecter, sans entrer en contact avec eux, des objets tridimensionnels de grandes dimensions, afin de connaitre, sans risque et avec fiabilité, les caractéristiques dimensionnelles des déformations éventuelles que peuvent subir certains objets, comme les éléments combustibles des centrales nucléaires. Le système fait d'abord une acquisition d'images de l'objet à inspecter, à fort contraste, en utilisant de la lumière directionnelle et un appareil photographique étanche, de sorte que cette acquisition d'images de l'objet est effectuée de positions différentes autour de celui-ci. Les images obtenues reçoivent un traitement numérique, afin de déterminer les coordonnées des points d'intérêt, et de pouvoir calculer ainsi les mesures bidimensionnelles des surfaces plates de l'objet que l'on inspecte, à partir desque îles on calcule ensuite les mesures tridimensionnelles. ANTECEDENTS DE L'INVENTION Actuellement, certaines marques comme Westinghouse, Siemens et Visionic, entre autres, utilisent des systèmes d'inspection dimensionnelle des éléments combustibles de centrales nucléaires, du type PWR, qui se basent essentiellement sur l'acquisition directe de mesures sur moniteur, ainsi que sur l'utilisation de différents éléments mécaniques d'acquisition de mesures (jauges, calibres, éléments standard, etc) pour prendre différentes mesures. Evidemment, cette acquisition directe de mesures sur moniteur, ainsi que l'utilisation de différents éléments mécaniques, entraîne quelquefois des erreurs, avec les problèmes et les inconvénients qui en découlent, du point de vue de la connaissance précise des mesures effectuées. En définitive, la fiabilité et la qualité des inspections dimensionnelles des éléments combustibles des centrales nucléaires que fournissent les marques citées ci-dessus, sont évidentes, mais il faut y ajouter une lenteur considérable dans l'exécution de l'inspection elle-même, car il faut employer des éléments mécaniques pour l'acquisition de mesures. L'utilisation de techniques de vision artificielle, faisant l'objet de la présente demande, constitue une innovation qui améliore la qualité de l'inspection ainsi que la rapidité de son exécution. DESCRIPTION DE L'INVENTION Le système de l'invention est prévu pour effectuer automatiquement une inspection dimensionnelle des objets tridimensionnels, notamment des éléments combustibles appartenant aux centrales nucléaires du type PWR, sans que l'ensemble du système n'entre en contact avec l'élément combustible à inspecter. Ce système se base sur le traitement numérique des images, prises de différentes positions autour de l'élément combustible, ainsi que sur sa synchronisation avec un système mécanique pour le positionnement d'un système numérique d'acquisition de ces images, de sorte que les données visées constituent la référence pour le calcul des mesures bidimensionnelles et tridimensionnelles de l'élément combustible. Le système est conçu pour travailler dans des milieux extrêmement radioactifs, dans la piscine du circuit primaire des centrales nucléaires; en outre, sa structure est flexible, afin de permettre l'inspection de types différents d'éléments combustibles ainsi que diffé rents plans d'inspection pour chaque élément. Du point de vue de la structure, le système comprend un système mécanique pour son positionnement, un système d'illumination, un système numérique d'acquisition d'images, un système de traitement des images et d'extraction de données dimensionnelles. Le système mécanique est prévu pour positionner le système numérique d'acquisition d'images dans les positions définies par le plan d'inspection correspondant, de manière à déterminer la position absolue de chaque image par rapport à la base du système mécanique, qui est solidaire de l'élément combustible. L'objet ou l'élément combustible à inspecter pivote par rapport au système d'acquisition d'images Pour sa part, le système d'illumination est composé d'un jeu de projecteurs directionnels, qui permettent de rehausser visuellement (fort contraste ombre-partie illuminée) les bords des parties de l'élément combustible mesurés dans chaque image, suivant le plan d'inspection.On peut considérer comme rehaussées les parties suivantes: les bords verticaux des tiges; les bords horizontaux à la fin des tiges; les bords intérieurs des têtes; le bord extérieur de la tête supérieure; le point extrême supérieur du ressort de la tête supérieure; les bords verticaux des extrêmes droit et gauche des grilles; les bords verticaux des extrêmes droit et gauche des deux têtes. Quant au système numérique d'acquisition d'images, il comprend un appareil photographique étanche tolérant des radiations très élevées, une optique àparamètres variables (distance focale, iris et mise au point), ainsi que le codage numérique de l'image et de la mémoire d'un système de traitement d'images. Le système d'illumination directionnelle est monté symétriquement par raport au système numérique d'acquisition d'images. Quant au traitement des images, le système utilise des techniques de pré-traitement numérique d'images (filtrage, segmentation par seuil et détection des bords) ainsi que les connaissances de la structure physique des éléments combustibles, pour obtenir des mesures relatives par rapport à l'image des points de celle-ci, définies dans le plan d'inspection. Quant à l'extraction des données dimensionnelles, le système effectue le traitement des mesures de points d'images correspondant à chaque image (fournies par le système de traitement des images) en même temps que les mesures absolues de la position de ces images (fournies par le système mécanique), et obtient les mesures bidimensionnelles et tridimensionnelles de l'élément combustible définies sur le plan d'inspection. Ces mesures peuvent correspondre à: - la distance entre les canaux, - la séparation entre les barres périphériques des têtes, - le degré perpendiculaire ou le déplacement, - le cambrement ou le flambage, - la torsion, - la longueur des barres périphériques, - la longueur de l'élément combustible, - la largeur latérale de la grille, - la hauteur de la tête supérieure. De la même manière que les mesures ci-dessus, d'autres mesures peuvent être prises, qui seraient également établies dans le plan d'inspection correspondant, de sorte que préalablement au fonctionnement automatique du système, il soit nécessaire de définir le type d'élément combustible et le plan dimensionnel souhaité, ainsi que l'emplacement de l'élément combustible dans la zone d'inspection du système, qui exécute les phases de fonctionnement suivantes: 1.- Réglage des paramètres optiques du système numérique d'acquisition d'images. 2.- Calibrage dimensionnel des images traitées numériquement. On utilise pour cela une structure de calibrage des dimensions connues, positionnée près de l'élément combustible, on en acquiert l'image, on la traite numériquement puis on en tire le rapport dimensionnel existant entre des points de l'image et des points de l'élément combustible. 3.- Le système mécanique déplace le système d'illumination et d'acquisition d'images aux positions déterminées, à partir du plan d'inspection de l'élément combustible. 4.- Acquisition des images numériques aux positions d'inspection, en utilisant pour cela le système d'illumination directionnelle défini suivant le plan d'inspection. 5.- Traitement numérique des images, pour obtenir les mesures physiques des points de l'élément combustible qui correspondent aux points de l'image définis dans le plan d'inspection. Ces mesures se rapportent à la position du système d'acquisition, qui est solidaire du système mécanique. 6.- A partir des mesures précédentes et de la position du système mécanique, connues aux positions d'inspection, on tire les mesures bidimensionnelles correspondant à la face inspectée. 7.- A partir des mesures bidimensionnelles obtenues sur les quatre faces de l'élément combustible, on obtient toutes les données bidimensionnelles et tridimensionnelles de l'élément combustible, spécifiées sur le plan d'inspection. DESCRIPTION DES DE88IN8 Pour compléter la description que nous en ferons ensuite, et dans le but de favoriser une meilleure compréhension des caractéristiques de l'invention, le présent mémoire descriptif est accompagné d'un ensemble de dessins, destinés à faciliter la compréhension des innovations et des avantages du système automatique d'inspection exécuté conformément à l'objet de l'inven tion. Figure 1.- Elle montre un schéma général de l'ensemble du système, ainsi qu'un élément combustible appartenant à une centrale nucléaire que l'on prétend inspecter. Figure 2.- Détail en perspective, représenté de façon schématique, de l'élément combustible à inspecter, monté sur le support et la colonne de guidage du module d'inspection visuelle. Figure 3.- Vue de face du module d'inspection visuelle ou du système mécanique qui fait partie du système de l'invention lui-même. Figure 4.- C'est une représentation suivant une perspective générale du module représenté sur la figure précédente. Les figures 5 à 13.- Elles montrent les différentes manières d'acquérir les mesures correspondant à des points précis et/ou à des parties de l'élément combustible à inspecter. Ainsi, la figure 5 correspond à la distance entre les canaux; la figure 6, à la séparation des barres périphériques et des têtes; la figure 7, au degré perpendiculaire et au déplacement; la figure 8, au cambrement et au flambage; la figure 9, à la torsion; la figure 10, à la longueur des barres périphériques; la figure 11, à la longueur de l'élément; la figure 12, à la largeur latérale de la grille, et la figure 13, à la hauteur de la tête supérieure. DESCRIPTION DE LA KANIERE PREFEREE POUR 8A RIALISATION A la vue des figures décrites, et notamment de la figure 1, on peut observer que le système de l'invention, prévu pour l'inspection d'un élément combustible 1 appartenant à une centrale nucléaire, comprend un système mécanique 2 pour le positionnement d'un système d'illumination 3, et un système numérique d'acquisition d'images 4, et qu'il est relié à un ordinateur 5 de traitement d'images et d'extraction de données dimensionnelles, et à un récepteur vidéo 6, ainsi qu'à une carte 5' d'acquisition d'images. Et bien, le système mécanique comprend une colonne 7 en acier sur laquelle se déplace un positionneur 8, auquel sont reliés le système d'illumination 3 et le système d'acquisition d'images 4, avec cette particularité que cette colonne 7 comprend des guides 9 permettant le déplacement du positionneur 8, et que l'élément combustible à inspecter 10 est monté verticalement sur un support 11, situé sur un mât d'appui 12, et que cet élément combustible 10 est fixé au moyen d'un collier 13. Le positionneur 8 se déplace dans le sens ascendant et descendant le long de la colonne 7, sur laquelle il est monté, en même temps que le support 14 des projecteurs 3 constituant le système d'illumination et l'appareil photographique 4 constituant le système numérique d'acquisition d'images, appareil photographique étanche et tolérant des radiations très élevées, se déplace tant dans le sens de l'éloignement et dans celui du rapprochement, par rapport à l'élément 10 de combustible que l'on veut inspecter, que dans le sens transversal, c'est à dire vers la droite ou vers la gauche, du fait que ce support 14 est monté sur un chariot 15 avec des détecteurs extrêmes 16, qui limitent le rapprochement et/ou l'éloignement maximum de l'ensemble par rapport àl'élément 10 à inspecter, et dont le chariot est à son tour monté sur un support 17, sur lequel il se déplace, ce qui détermine que l'ensemble du support du système d'illumination et de l'appareil photographique d'acquisition d'images se déplace, comme nous le disions, tant dans le sens du rapprochement et/ou de l'éloignement, par rapport à l'élément combustible, que dans le sens transversal, c'est-à-dire, d'un côté et de l'autre de cet élément. Le positionneur 8, dans son ensemble, positionne le système d'illumination 3 et le système numérique d'acquisition d'images 4, aux positions déterminées par le plan d'inspection correspondant, ce qui détermine la position absolue de chaque image par rapport à la base du système mécanique, solidaire de l'élément combustible. Comme nous l'avons déjà dit, le système d'illumination 3 est formé d'un jeu de projecteurs directionnels à allumage contrôlé, qui permettent le rehaussement visuel (fort contraste ombre-partie illuminée) des bords des parties de l'élément combustible mesurés dans chaque image, suivant le plan d'inspection, et dont les parties rehaussées peuvent être: les bords verticaux des tiges; les bords intérieurs des têtes; le bord extérieur de tête supérieure; le point extrême supérieur du ressort de la tête supérieure; les bords verticaux des extrêmes droit et gauche des grilles; et les bords verticaux des extrêmes droit et gauche des deux têtes. Pour sa part, le système numérique d'acquisition d'images, comme nous l'avons également dit, est constitué d'un appareil photographique 4, d'une optique à paramètres variables et du codage numérique de l'image en mémoire d'un système de traitement d'images; la caractéristique essentielle de ce système est son étanchéité et sa tolérance à des radiations très élevées. Les projecteurs directionnels sont montés de telle sorte qu'ils forment un angle par rapport à l'axe optique de l'appareil photographique. Pour le traitement des images, on utilise des techniques de pré-traitement numérique d'images (filtrage, segmentation par seuil et détection de bords) ainsi que les connaissances de la structure physique des éléments combustibles, pour obtenir des mesures relatives, par rapport aux points de celui-ci, définies dans le plan d' inspection. L'extraction de données dimensionnelles s'appuie sur le traitement des mesures de points d'images liées à chaque image (fournies par le système de traite ment d'images) et sur les mesures absolues de position d'images (fournies par le système mécanique), pour obtenir les mesures bidimensionnelles et tridimensionnelles de l'élément combustible définies dans le plan d'inspection, de sorte que ces mesures peuvent être n'importe lequel des sous-ensembles disposés ci-après, avec leurs précisions respectives, montrés sur les figures 5 à 13. Dans ce sens, sur la figure 5, on peut observer la façon de s'y prendre pour l'acquisition de mesures correspondant à la distance entre les canaux, où les projecteurs directionnels 3 du système d'illumination sont allumés et dûment situés par rapport à l'appareil photo 4, de sorte que sur cette figure on peut observer les barres 18 de l'élément combustible, ainsi que les points d'intérêt 19 entre lesquels sont acquises les mesures, et qui correspondent à la distance de la séparation entre des barres périphériques consécutives 18, pour chaque face de celles-ci; cette figure schématique montre la tête supérieure 20 et la grille 21. La figure 6 montre la manière de mesurer la séparation entre les barres périphériques 18 et les têtes correspondantes, même si dans ce cas la tête inférieure 20 n'a pas été représentée, mais seulement la tête supérieure, de sorte que pour effectuer les acquisitions de mesures ou la séparation entre les barres périphériques 18 et la tête supérieure 20, c'est seulement les deux projecteurs supérieurs qui s'allument, tandis que pour mesurer la distance entre la tête inférieure et les barres 18, c'est seulement les deux projecteurs supérieurs de l'ensemble de projecteurs utilisés dans chaque cas qui s'allument. Les points d'intérêt sont notés ici avec le numéro 22 et indiquent logiquement la séparation entre les extrêmes des barres 18 et la tête correspondante 20, l'acquisition de mesures étant effectuée pour chacune des faces. La figure 7 montre la façon de mesurer le degré perpendiculaire ou le déplacement, de sorte que pour chacune des faces, les points moyens des extrêmes de la tête supérieure 20 seront mesurés par rapport à la ligne théorique, qui traverse le point moyen de l'extrême correspondant à la tête inférieure et qui est perpendiculaire à la base d'appui de cette tête, ce déplacement étant la moyenne des deux moyennes obtenues pour des faces adjacentes. Les points d'intérêt sont notés ici avec le numéro 23. La figure 8 montre la manière d'acquérir les mesures de cambrement ou de flambage; pour chacune des faces est effectuée l'acquisition de mesures des déplacements correspondant aux points moyens des extrêmes de chaque grille 21, points d'intérêt notés avec le numéro 24; cette acquisition de mesures des déplacements des points moyens de la tête inférieure et supérieur est effectuée suivant le déplacement exprimé, qui est la mesure des deux moyennes obtenues pour des faces adjacentes. La figure 9 montre la manière de mesurer la torsion, de sorte que pour chaque face, cette torsion est déterminée comme la différence des deux distances trouvées dans le cas de flambage, et des distances trouvées en cas de déplacement de la tête supérieure; les points d'intérêt sont notés avec les numéros 23 et 24 et correspondent à ceux montrés sur les figures 7 et 8, respectivement. La figure 10 montre la manière de mesurer la longueur des barres périphériques; pour chacune des faces sont mesurées les distances entre l'extrême supérieure et l'extrême inférieure de chaque tige ou barre 18; les points d'intérêt sont notés avec le numéro 25, tant aux extrêmes inférieures de ces barres qu'aux tiges 18. La figure 11 montre la manière de mesurer la longueur de l'élément, de sorte que pour chaque face, deux distances de longueur de l'élément sont mesurées; l'une correspond à la distance qui va de la partie inférieure des pattes d'appui de la tête inférieure, à la base inférieure de la tête supérieure, mesurée au centre de celle-ci, et l'autre correspond à la distance qui va des pattes d'appui de la tête inférieure à la base de fixation du ressort 26, prévu dans la tête supérieure. Les points d'intérêt sont notés avec le numéro 28 sur cette figure 12. Finalement la figure 13 montre l'acquisition de mesures de la hauteur de la tête supérieure 20, de sorte que pour chaque face, deux distances sont mesurées pour la hauteur de cette tête supérieure 20: l'une correspond à la distance entre la base inférieure de la tête supérieure et la base d'appui des ressorts 26, et l'autre, à la distance entre la base inférieure de cette tête 20 et le point le plus haut du ressort; les points d'intérêt sont notés avec le numéro 29 et correspondent aux distances que l'on vient de citer. REVENDICATIONS 1.- SYSTEME AUTOMATIQUE D'INSPECTION D'OBJETS TRIDIMENSIONNELS DE GRANDES DIMENSIONS spécialement applicable dans le domaine des centrales nucléaires, pour effectuer une série de mesures des éléments combustibles, sans entrer en contact avec ceux-ci, avec la définition préalable du type d'élément combustible àinspecter et du plan d'inspection dimensionnel souhaité; capable de travailler dans des milieux extrêmement radioactifs, dans la piscine du circuit primaire de la centrale nucléaire; caractérisé essentiellement en ce qu'il comprend un système mécanique (2) de support et de positionnement contrôlé d'un système d'illumination directionnelle (3) monté symétriquement par rapport à un système (4) numérique d'acquisition d'images de l'objet ou de l'élément combustible (1) à inspecter, qui pivote par rapport au système d'acquisition d'images cité, afin de permettre l'acquisition d'images de cet objet ou de cet élément combustible de différentes positions autour de lui; ces images étant contrôlées et traitées numériquement, pour obtenir des mesures relatives de l'objet ou de l'élément combustible, par rapport aux positions des images; le système comprenant un ordinateur (5), ainsi qu'un récepteur vidéo (6) et une carte (5') d'acquisition d'images traitées numériquement, qui sont reliés; le système d'illumination (3) étant prévu pour permettre un rehaussement visuel des bords anguleux de l'objet ou de l'élément combustible (1), qui sont mesurés dans chaque image, suivant le plan d'inspection établi; et comprenant aussi une structure de calibrage des dimensions connues, positionnée à côté de l'objet ou de l'élément combustible, pour le calibrage dimensionnel des images préalablement traitées numériquement, en vue d'obtenir les coordonnées des images par rapport à des mesures réelles. 2.- SYSTEME AUTOMATIQUE D'INSPECTION D'OBJETS TRIDIMENSIONNELS DE GRANDES DIMENSIONS, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système mécanique (2) de support et de positionnement du système d'illumination (3) et du système (4) d'acquisition d'images, est constitué à partir d'une colonne verticale (7) en acier, avec des guides (9) pour permettre le déplacement, tant dans le sens vertical ascendant/descendant que dans le sens transversal droite/gauche, et pour permettre le positionnement du système d'illumination et du système d'acquisition d'images aux positions déterminées par le plan d'inspection, de sorte que la position absolue de chaque image soit déterminée par rapport à la base du système mécanique; le système d'illumination et le système d'acquisition étant montés de manière statique sur un support (14), placé sur un positionneur qui se déplace (8). 3.- SYSTEME AUTOMATIQUE D'INSPECTION D'OBJETS TRIDIMENSIONNELS DE GRANDES DIMENSIONS, suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d'illumination (3) est constitué d'un jeu de projecteurs directionnels à allumage contrôlé, tandis que le système (4) d'acquisition d'images comprend un appareil photographique étanche et tolérant des radiations très élevées; en comprenant aussi une optique à paramètres variables et des moyens de traitement numérique de l'image en mémoire d'un système de traitement d'images; les projecteurs directionnels étant montés de telle sorte qu'ils forment un angle par rapport à l'axe optique de l'appareil photographique. 4.- SYSTEME AUTOMATIQUE D'INSPECTION D'OBJETS TRIDIMENSIONNELS DE GRANDES DIMENSIONS, suivant les revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (14) auquel sont fixés les projecteurs d'illumination (3) et la chambre (4) d'acquisition d'images, est monté de sorte qu'il puisse se déplacer vers l'avant et vers l'arrière, par rapport au positionneur (8), dans lequel est placé ce support (14).