(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料棒端部の端栓に設けられているシール孔を溶接したナゲット部を検査するようにした燃料棒のシール溶接検査装置において、
前記燃料棒の端面を撮像する撮像手段と、撮像された該燃料棒端面画像から前記ナゲット部領域を検出するナゲット部境界認識手段と、前記燃料棒端面画像に対して燃料棒端面のシール孔を好適にシールすべき溶接最小領域を管理範囲マークとして仮想的に設定する管理範囲マーク設定手段と、該管理範囲マークが前記ナゲット部に含まれているか否かを比較評価する比較判別手段とが備えられたことを特徴とする燃料棒のシール溶接検査装置。
【請求項２】
前記燃料棒端面画像から該端面の境界を検出する燃料棒画像認識手段と、該端面の境界から燃料棒端面の中心位置を検出する燃料棒中心位置認識手段とが備えられていて、この中心位置の情報から前記管理範囲マーク設定手段で管理範囲マークが仮想的に設定されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシール溶接検査装置。
【請求項３】
前記燃料棒端面画像をメモリする多値画像メモリと、前記管理範囲マークをメモリするオーバレイメモリと、前記多値画像メモリにメモリされた燃料棒端面画像又はこの端面画像と管理範囲マークをディスプレイ表示するモニターとが、備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載のシール溶接検査装置。
【請求項４】
前記撮像手段は、同一方向に並べられて搬送される燃料棒の一方の端面に対向する位置に設けられ、この撮像手段に対向する燃料棒位置の近傍に、前記多値画像メモリに接続されたセンサーが配置されており、このセンサーが燃料棒を検出すると、前記撮像手段による燃料棒端面画像が多値画像メモリに取り込まれるように信号出力するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のシール溶接検査装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、軸線方向に前後移動して溶接手段に接近離間する燃料棒の前記軸線に対して直交する位置に設けられ、この燃料棒の所定後退位置の近傍には、この燃料棒が所定後退位置にあることを検出するセンサーが配置され、前記燃料棒の移動路には、倒立可能なミラーが設けられ、このミラーは、前記センサーが燃料棒を検出したときに起立して燃料棒端面の像を前記撮像手段に向けるとともに、それ以外のときには前記移動路から逃げるように構成され、前記センサーが燃料棒を検出すると、前記撮像手段による燃料棒端面画像が多値画像メモリに取り込まれるように信号出力するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のシール溶接検査装置。
【請求項６】
前記モニターで表示される燃料棒端面画像は、前記比較判別手段による評価が、前記管理範囲マークが前記ナゲット部に含まれていない部分があるとした場合には、他の画像と識別表示されるようにしたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のシール溶接検査装置。
【請求項７】
前記燃料棒端面画像と管理範囲マークとを画像圧縮する画像圧縮手段が更に備えられていて、この圧縮画像を順次圧縮多値画像メモリの所定の位置にメモリさせ、モニターに複数の圧縮画像が分割表示され得るようにしたことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のシール溶接検査装置。
【請求項８】
前記多値画像メモリは、各端面画像を随時読み出し可能に保存する補助記憶手段に接続されていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載のシール溶接検査装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のシール溶接検査装置で得られた前記ナゲット部についての情報を、シール孔を溶接してナゲット部をつくる溶接手段を制御する溶接制御手段にフィードバックして、最適な溶接結果が得られるように溶接パラメータを調整するようにしたことを特徴とするシール溶接検査装置。
【請求項１０】
燃料棒端部の端栓に設けられているシール孔を溶接したナゲット部を検査するようにした燃料棒のシール溶接検査方法において、
搬送される燃料棒の端面が、所定の位置で撮像手段によって撮像されて、多値画像メモリにその端面画像がメモリされ、
この端面画像の濃度値情報から燃料棒端面の境界とナゲット部の境界が検出され、この燃料棒端面の境界情報から端面画像の中心位置が検出され、
端面画像中のこの中心位置から、燃料棒端面のシール孔を好適にシールすべき溶接最小領域が管理範囲マークとして仮想的に設定され、
次いで、この管理範囲マークがナゲット部に含まれているか否かが比較評価されるようにしたことを特徴とする検査方法。
【請求項１１】
前記管理範囲マークを含む端面画像がモニターに、単一で表示され、或いは画像圧縮されて複数画像が同時にマルチ表示されるようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の検査方法。
【請求項１２】
前記モニターで表示される燃料棒端面画像は、前記管理範囲マークが前記ナゲット部に含まれていない部分があるとした場合には、他の画像と識別されて表示されるようにしたことを特徴とする請求項１１に記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料棒端栓のシール孔を密封した溶接部（ナゲット部）の、異常の有無を検査するためのシール溶接検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に核燃料集合体に組み込まれる燃料棒にあっては、被覆管の内部に燃料ペレットが収納され、その後、この被覆管の両端面に端栓が挿入されて、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接等により、被覆管端面と端栓とが接合されるようになっている（周溶接）。
又、これら端栓の一方には、端栓接合後に燃料棒の内部に不活性ガスを充填封入するためのガス封入孔がシール孔として形成されており、加圧された不活性ガスが燃料棒に充填された後に、このシール孔がＴＩＧ溶接等によって加熱溶融された端栓母材で封止されるようになっている（シール溶接）。
【０００３】
図１２及び図１３に、シール溶接のための燃料棒１のＴＩＧ溶接状態と溶接後の燃料棒端面の一例が示されている。
即ち、燃料棒１の被覆管２の端面２ａに、その円形端面中央部にシール孔３が穿設された端栓４がＴＩＧ溶接等で周溶接されている。この端栓４は、接合後の燃料棒端面１ａを構成し、その円形端面外周側領域は外側に傾斜したリング状の外周部４ａとされ、その中央側は円形平面の中間部４ｂとされて、その中央にシール孔３が穿設されている。
そして、不活性ガスの充填後に、ＴＩＧ溶接によって端栓４がシール溶接される。この端栓４のシール孔封止のため溶融固化した状態の部位を、ナゲット部５と呼ぶ。
このナゲット部５がシール孔３を確実に封止しているためには、ナゲット部５は、図１３に示すようにシール孔３とほぼ同心状の半径ｒの円板状で、シール孔３とその周囲の中間部４ｂのリング状の所定範囲とを覆っている必要がある。
【０００４】
このナゲット部５によるシール孔３の封止が完全でないと、シール異常のために、原子炉稼動時にリークが発生する恐れがある。そのため、燃料棒端栓４のシール溶接が行われた後、シールが確実に行われていることを確認する燃料棒のシール溶接の検査が行われている。この検査で、ナゲット部５の位置及び大きさが適当な範囲にあるか否かを確認するようになっている。
従来、この燃料棒のシール溶接の検査は同芯円状の最小ナゲット管理範囲線が入ったルーペを使い、検査員の目視で行われいる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＭＯＸ（ミックスドオキサイド，混合酸化物燃料）等、放射能の高い原材料を使用する燃料集合体の組立工程において、ルーペで検査員がシール溶接の検査をすることは、被爆防止の観点から好ましくない。また、燃料棒１本１本を検査するためには、検査員がその検査工程に常時はりついておらなければならず、コストの増大を招き、好ましくない。又、溶接工程を自動化して、よりよい自動製造工程を確保するには、これらのシール部の情報をフィードバックし、常に最適な溶接結果が得られるように電極位置等を調整することが必要である。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みて、検査員が燃料棒の近傍で目視による検査をすることなく、シール部の異常の有無を検知でき、しかも迅速かつ連続的に検査できて検査効率を大幅に向上できるようにした、燃料棒のシール溶接検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
又、本発明の他の目的は、検査装置で得られたシール部の情報をシール溶接装置にフィードバックして、最適な溶接条件を設定できるようにした燃料棒のシール溶接装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による燃料棒のシール溶接検査装置は、燃料棒端部の端栓に設けられているシール孔を溶接したナゲット部を検査するようにした燃料棒のシール溶接検査装置において、
燃料棒の端面を撮像する撮像手段と、撮像された燃料棒端面画像からナゲット部領域を検出するナゲット部境界認識手段と、燃料棒端面画像に対して燃料棒端面のシール孔を好適にシールすべき溶接最小領域を管理範囲マークとして仮想的に設定する管理範囲マーク設定手段と、この管理範囲マークがナゲット部に含まれているか否かを比較評価する比較判別手段とが備えられたことを特徴とするものである。
又、燃料棒端面画像から端面の境界を検出する燃料棒画像認識手段と、この端面の境界から燃料棒端面の中心位置を検出する燃料棒中心位置認識手段とが更に備えられていて、この中心位置の情報から管理範囲マーク設定手段で管理範囲マークが仮想的に設定されるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
又、燃料棒端面画像をメモリする多値画像メモリと、管理範囲マークをメモリするオーバレイメモリと、多値画像メモリにメモリされた燃料棒端面画像を又はこの端面画像と管理範囲マークを重ねてディスプレイ表示するモニターとが更に備えられていることを特徴とする。
撮像手段は、同一方向に並べられて搬送される燃料棒の一方の端面に対向する位置に設けられ、この撮像手段に対向する燃料棒位置の近傍に、多値画像メモリに接続されたセンサーが配置されており、このセンサーが燃料棒を検出すると、撮像手段による燃料棒端面画像が多値画像メモリに取り込まれるように信号出力するようにしたことを特徴とする。
撮像手段は、軸線方向に前後移動して溶接手段に接近離間する燃料棒の前記軸線に対して直交する位置に設けられ、この燃料棒の所定後退位置の近傍には、この燃料棒が所定後退位置にあることを検出するセンサーが配置され、前記燃料棒の移動路には、倒立可能なミラーが設けられ、このミラーは、前記センサーが燃料棒を検出したときに起立して燃料棒端面の像を前記撮像手段に向けるとともに、それ以外のときには前記移動路から逃げるように構成され、前記センサーが燃料棒を検出すると、前記撮像手段による燃料棒端面画像が多値画像メモリに取り込まれるように信号出力するようにしたことを特徴とする。
モニターで表示される燃料棒端面画像は、比較判別手段による評価が、管理範囲マークがナゲット部に含まれていない部分があるとした場合には、他の画像と識別されて表示されるようにしたことを特徴とする。
燃料棒端面画像と管理範囲マークとを画像圧縮する画像圧縮手段が更に備えられていて、この圧縮画像は圧縮多値画像メモリに順番に指定された位置にメモリされ、モニターに圧縮画像を表示する際、複数の圧縮された端面画像が同時に分割表示されるようにしたことを特徴とする。
多値画像メモリは、各端面画像を随時読み出し可能に保存する補助記憶手段に接続されていることを特徴とする。
又、本発明によるシール溶接装置では、上述の請求項１乃至７のいずれかに記載のシール溶接検査装置で得られたナゲット部についての情報を、シール孔を溶接してナゲット部をつくる溶接手段を制御する溶接制御手段にフィードバックして、最適な溶接結果が得られるように溶接パラメータを調整するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明による燃料棒のシール溶接検査方法は、燃料棒端部の端栓に設けられているシール孔を溶接したナゲット部を検査するようにした燃料棒のシール溶接検査方法において、
搬送される燃料棒の端面が、所定の位置で撮像手段によって撮像されて、多値画像メモリにその端面画像がメモリされ、
この端面画像の濃度値情報から燃料棒端面の境界とナゲット部の境界が検出され、この燃料棒端面の境界情報から端面画像の中心位置が検出され、
端面画像中のこの中心位置から、燃料棒端面のシール孔を好適にシールすべき溶接最小領域が管理範囲マークとして仮想的に設定され、
次いで、この管理範囲マークがナゲット部に含まれているか否かが比較評価されるようにしたことを特徴とする。
又、管理範囲マークを含む端面画像がモニターに、単一で表示され、或いは画像圧縮されて複数画像が同時にマルチ表示されるようにしたことを特徴とするものである。
又、モニターで表示される燃料棒端面画像は、管理範囲マークがナゲット部に含まれていない部分があるとした場合には、他の画像と識別されて表示されるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
燃料棒端面が撮像され、この燃料棒端面画像からナゲット部領域が検出され、そして、燃料棒端面画像に対して燃料棒端面のシール孔をシールすべき管理範囲マークが設定されると、この管理範囲マークがナゲット部に含まれているか否かが比較判別手段で比較評価され、ナゲット部によるシール異常の有無が遠隔操作で非接触で判定されることになり、しかも自動的にかつ連続的に判定できる。
又、燃料棒端面画像から端面の境界が燃料棒画像認識手段で検出され、この端面の境界から燃料棒中心位置認識手段で燃料棒端面の中心位置が検出されるようになっており、この中心位置の情報から管理範囲マークが仮想的に設定される。
【００１１】
又、多値画像メモリで一旦メモリされた燃料棒端面画像は、オーバレイメモリでメモリされた管理範囲マークと重ねられて、或いは単独でモニターに表示されることで、最終的に目視検査や視認ができる。
撮像手段は、同一方向に並べられて搬送される燃料棒を順次撮像し、しかもこれらの燃料棒がセンサーで順次検出されると、燃料棒端面画像は順次多値画像メモリに取り込まれる。
燃料棒がセンサーで検出されるとミラーが起立して燃料棒端面の像を撮像手段に向け、燃料棒が前後移動する際にはミラーは燃料棒の移動路から逃げる。
モニターで表示される燃料棒端面画像は、ナゲット部に異常が検出されると、他の画像と識別されて表示されることで、検査員が容易に確認できる。
燃料棒端面画像と管理範囲マークとが、画像圧縮手段で画像圧縮されて、モニターにマルチ表示されるから、多くの燃料棒端面の異常の有無を同時に確認し、迅速に目視検査できる。
又、多値画像メモリで一旦メモリされた燃料棒端面画像は、補助記憶手段に保存する事ができるから、これらの画像メモリをまとめて又は続けて読み出してモニターに表示することで、効率的な検査をすることができる。
本発明によるシール溶接装置では、溶接手段で得られたナゲット部についての情報として、ナゲット部（ビード）の位置、大きさ、形状等の情報が、溶接制御手段にフィードバックされ、溶接制御手段で溶接パラメータである溶接電極の位置や距離のズレ等を修正することで、最適な溶接結果が得られるように溶接手段が作動制御される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態を図１乃至図９によって説明するが、上述の従来技術と同様な部分については同一の符号を用いてその説明を省略する。
図１は搬送される燃料棒とシール溶接装置とシール溶接検査装置とを示す平面図、図２は溶接制御手段の概略構成図、図３はシール溶接検査装置の概略構成図、図４はシール溶接検査装置の制御手段のブロック図、図５はディスプレイ画面上の燃料棒端面の画像とナゲット部管理範囲マークを示す図、図６は図５に示すような各端面の画像を１／２５に圧縮して配列したモニター表示画面を示す図、図７はＣＣＤカメラで撮像された燃料棒端面画像を示す図、図８は端面画像の光量の濃度値をＹ軸方向の中央断面で示す分布図、図９は端面画像にナゲット部管理範囲マークが付加されたモニター画像である。
【００１３】
図１において、端栓４が周溶接された燃料棒１は、例えば２５本を１つのユニットとして、搬送板７上に同一方向に１本づつ並べられて載置され、シール孔３を有する端栓４の端面１ａが同一方向に並べられて、搬送手段である搬送ベルト８によって搬送される。これらの端栓４は、シール溶接装置６０において、溶接制御手段５０で溶接位置や距離等の溶接条件が調整される溶接手段４０によって、シール孔３がシール溶接されるようになっている。
図２に示すように、溶接制御手段５０は、ＣＰＵシステム制御部５１と、ＴＩＧ溶接電圧・電流制御部５２と、電極位置制御部５３とを備え、この電極位置制御部５３は、位置制御駆動部Ｋを介して上下左右前後に電極位置を制御可能となっている（符号５３ａ，５３ｂ，５３ｃ）。そして、この溶接制御手段５０は、シール溶接検査装置２０により得られたナゲット情報をナゲット情報入力部５４により入力し、その情報に基づいてＣＰＵシステム制御部５１が、ＴＩＧ溶接電圧・電流制御部５２および電極位置制御部５３を適宜実行させるようになっている。
シール溶接後に順次搬送されて所定の検査位置に移動した１つの燃料棒１の端栓４に対向する位置に、撮像プローブ１０が設けられている。そして、図３において、撮像プローブ１０はＣＣＤカメラ１０ａのレンズ１０ｂの回りに燃料棒端面１ａを照明するための、ＬＥＤ等からなる複数の照明ランプ１０ｃが取り付けられて、外光が入らないような遮光フード１１がついている。又、ＣＣＤカメラ１０ａにほぼ対向する燃料棒移動領域の下方（上方でもよい）に、例えば発光素子と受光素子からなるセンサー１２が設けられ、この燃料棒１がＣＣＤカメラ１０ａに対面する検査位置に移送させられたことを、検出できるようになっている。
【００１４】
図３に示す燃料棒端面のシール溶接検査装置２０において、ＣＣＤカメラ１０ａはカメラ制御部１３を介してパソコン１５に接続されていて、撮像された燃料棒１の端面画像がパソコン１５内部の後述する多値画像メモリ２３Ａに入力され得るようになっている。又、センサー１２はセンサー用アンプ１６を介してパソコン１５に接続されており、センサー１２からの燃料棒１の検知信号がパソコン１５に入力されると、ＣＣＤカメラ１０ａで撮像されている燃料棒１の端面の画像がパソコン１５の多値画像メモリ２３Ａに取り込まれて、メモリされるようになっている。これら画像は必要に応じて燃料棒位置あるいは番号に対応して、後述の補助記憶手段３６に記録される。
又、パソコン１５はモニター１７に接続されており、パソコン１５の多値画像メモリ２３Ａに記憶されている燃料棒端面画像はそのままモニター表示され、或いは後述するように１／２５に圧縮された圧縮多値画像メモリ２３Ｃから、モニター１７にマルチ表示されるようになっている。照明ランプ１０ｃは照明用電源１８に接続されるとともに、パソコン１５によって制御され、撮像時に点灯するようになっている。
【００１５】
図４はパソコン１５によるシール溶接検査装置２０の制御手段を示すものである。
本実施形態によるシール溶接検査装置２０では、照明光や測定対象の変動にも対応できるように二値化処理は行わずに、端面１ａ、シール孔３、ナゲット部５を画像認識させ、ナゲット部管理範囲マークをオーバレイ表示して、ナゲット部５がこのナゲット部管理範囲を満たしているか否かを解析することで、シール部の異常の有無を検知するようにしている。
図４に示すパソコン１５内の画像処理及びメモリ手段において、画像取り込み指令手段２２では、センサー１２で燃料棒１がＣＣＤカメラ１０ａに対面する位置に移動したことが検出されると、Ｉ／Ｏ手段１４を介して検出信号が入力され、照明ランプ１０ｃが点灯された後にＣＣＤカメラ１０ａによる燃料棒端面１ａの画像信号が多値画像メモリ２３Ａ内に取り込まれるよう、指令信号を出力するようになっている。多値画像メモリ２３Ａは、これら燃料棒端面画像を画像入力手段２３ａを介して多値でメモリし、そして、画像出力手段２３ｂを介してモニター１７に出力するものである。又、多値画像メモリ２３Ａに入力された画像は、位置又は番号で識別されて、光磁気デスク等の補助記憶手段３６にセーブされ、適宜読み出される。
【００１６】
この多値画像メモリ２３Ａに取り込まれた燃料棒端面画像に基づいて画像解析を行うために、燃料棒端面１ａの境界領域（本実施形態では、端栓４の外周部４ａの外周稜線の領域）を検出する燃料棒画像認識手段２４が設けられている。
この燃料棒画像認識手段２４では、燃料棒端面１ａの画像から、その受光量に基づいて例えば図８に示すような、Ｘ−Ｙ軸方向の濃度値分布をそれぞれＹ軸方向とＸ軸方向に順次求め、Ｙ，Ｘ軸方向の各境界領域を求めるようにして、画像中における燃料棒端栓４の（円形の）境界を全周に亘って得るようにしている。そして、燃料棒画像認識手段２４では、これらＸ−Ｙ方向の境界領域から燃料棒のタイプを検出することもできるようになっている。
又、燃料棒画像認識手段２４に接続された燃料棒中心位置認識手段２５では、この境界データから、燃料棒端栓４の中心位置ｘを検出するようになっている。
【００１７】
又、燃料棒中心位置認識手段２５は、ナゲット部管理範囲マーク設定手段２７とナゲット部境界認識手段２８に接続されている。
端栓４の中心位置ｘの画素データはシール孔３の中心を示しているので、ナゲット部管理範囲マーク設定手段２７では、端栓４の中心位置ｘの座標データと燃料棒画像認識結果から所定の径相当の円のナゲット部最小管理範囲マークＭを仮想的に設定する（図５、図９参照）。そして、ナゲット部境界認識手段２８では、ナゲット部５の全周の境界を、光量の濃度値が変化する位置を一周たどって検出するようになっている。
ここで、ナゲット部最小管理範囲マークＭとは、図５に示されているように、端栓４の表面においてシール孔３を溶かし込んだナゲットが存在すべき好適な範囲を、適宜の最小径で設定したものであって、シール孔３の中心からその周縁を越えて端栓４の中間部４ｂ表面上の適当な均等幅に亘る円形領域として、設定されている。このマークＭはオーバレイメモリ２３Ｂにメモリされ、多値画像メモリ２３Ａの端面画像とオーバレイされてモニター表示されるようになっている。
又、ナゲット部境界認識手段２８で検出されたナゲット部５の境界５ａのデータから、ナゲット部５を表示する画素数を求めて校正してその面積を演算するナゲット部面積演算手段２９と、ナゲット部５の境界データからナゲット部５の重心位置を演算校正して燃料棒中心位置認識手段２５で求めた燃料棒中心位置ｘからのズレ量を演算するナゲット部ズレ量演算手段３０とが、設けられている。
【００１８】
又、ナゲット部管理範囲マーク設定手段２７とナゲット部境界認識手段２８は比較判別手段３２に接続されており、この手段３２にナゲット部管理範囲マーク情報とナゲット部境界情報とが入力されて、このマークＭがナゲット部５によって満たされているか否かで、シール部の異常の有無が比較評価されるようになっている。
そして、データセーブ手段３４ａには、燃料棒中心位置認識手段２５、ナゲット部境界認識手段２８、ナゲット部面積演算手段２９、ナゲット部ズレ量演算手段３０、及び比較判別手段３２が接続されており、ナゲット部の評価結果等の各種情報がセーブされ、そしてデータ出力手段３４ｂによって、オーバレイメモリ２３Ｂを通してモニター１７に表示、および他へ通信し、または図示しないプリント手段に出力可能になっている。
又、溶接手段４０による溶接時にできたナゲット部５についての情報として、該ナゲット部（ビード）の位置、大きさおよび形状等の情報が、シール部情報送信手段３７から溶接制御手段５０に送信されるようになっている。そして、この溶接制御手段５０は、溶接パラメータである溶接電極の位置や距離のズレ等を適宜修正して最適な溶接結果が得られるよう、溶接手段４０を作動制御するようになっている。
又、多値画像メモリ２３Ａから出力された画像情報とナゲット部管理範囲マーク設定手段２７で設定された管理範囲マークＭは、画像圧縮手段３５で１／２５に圧縮加工されて、圧縮多値画像メモリ２３Ｃの所定の位置に入力されるようになっている。しかも、この各燃料棒端面１ａの圧縮画像は、搬送板７に載置された２５本の燃料棒１の圧縮画像を１つのユニットとして、モニター１７のモニター画面を２５分割することで、同時にマルチモニター表示できるようになっている（図６参照）。これらの表示は、自動及び手動で切り換えられるようになっている。
【００１９】
本実施形態は上述のように構成されており、次に燃料棒端面のシール部の検査方法を説明する。
組み立てられ、載置板７上に平行に並べられた燃料棒１は、搬送ベルト８で搬送されて、シール溶接装置６０の溶接手段４０で端栓４のシール孔３が順次シール溶接される。そして、この燃料棒１は再び載置板７上に戻され、搬送ベルト８で搬送される。１つのユニットの先頭の燃料棒１がシール溶接検査装置２０のＣＣＤカメラ１０ａに対面する位置に到達すると、センサー１２で検出され、この検出信号がパソコン１５内のＩ／Ｏ手段１４から照明点灯信号を出力し、照明安定の送れ時間（０．３秒）の経過後、画像取り込み指令手段２２に入力される。
すると、画像取り込み指令手段２２から多値画像メモリ２３Ａに画像取り込み命令信号が出力され、ＣＣＤカメラ１０ａで撮像された端栓４の画像信号が画像入力手段２３ａから多値画像メモリ２３Ａに取り込まれ、メモリされる。この画像は位置又は番号で識別され、補助記憶手段３６にセーブされる。
ここで、撮像された端面画像は、例えば図７に示すものとなり、端栓４の傾斜した外周面４ａとナゲット部５はＣＣＤカメラ１０ａで受光される反射光量が比較的少ないために、比較的暗く、端栓４のナゲット部５のない中間部４ｂ周辺領域が受光量が多くて明るくなる。
そして、燃料棒１の搬送に応じて２５本の燃料棒１の端面画像が、順次、センサー１２で検出されて多値画像メモリ２３Ａに取り込まれる。
【００２０】
多値画像メモリ２３Ａ内にメモリされた各端面画像は、燃料棒画像認識手段２４で燃料棒１のシール孔３を有する端栓４の外周領域が認識される。
そのため、画素座標で見てＹ軸又はＸ軸方向には、濃度値中央断面分布が図８のように現われることで、端栓４の境界が認識され、この濃度値分布を直角方向に順次求めることで、端栓４の全周の境界が認識され、Ｙ−Ｘ軸方向の各境界分布が認識される。
そして、更に、燃料棒中心位置認識手段２５で、そのＸ−Ｙ軸方向の境界情報から、円近似最小二乗法により端栓４の中心位置ｘ及び外径画素数が算出され、画像補正係数も算出される。
次いで、この中心位置ｘから、予め設定された補正された半径寸法による円形領域のナゲット部最小管理範囲マークＭが、ナゲット部管理範囲マーク設定手段２７によって仮想的に設定され、このマークＭ情報はオーバレイメモリ２３Ｂにメモリされる。中心位置ｘはシール孔３の中心でもある。
ナゲット部境界認識手段２８でナゲット部５の境界５ａが、端栓中間部４ｂとの濃度差によって識別され（図８参照）、それをたどっていくことにより全周に亘って検出される。
【００２１】
ナゲット部最小管理範囲マークＭとナゲット部５の境界５ａの情報は、比較判別手段３２に入力されて、ナゲット部最小管理範囲マークＭがナゲット部５の境界５ａの内部に含まれているか否かが判定される。
比較判別手段３２では、ナゲット部管理範囲マークＭがナゲット部の境界５ａの内部に含まれている場合（図９参照）には、シール孔３はＴＩＧ溶接によって十分に溶接されて完全にシールされているとして、良品の評価がなされる。又、ナゲット部最小管理範囲マークＭが完全にナゲット部５で覆われていない場合（図５参照）には、シールが異常であるとして、不良品の評価がなされる。
この評価結果は、ナゲット部５の境界５ａの情報と共に、データセーブ手段３４ａに入力される。
【００２２】
又、多値画像メモリ２３Ａの端面画像とナゲット部最小管理範囲マークＭ画像とは、画像圧縮手段３５に入力され、１／２５に画像圧縮される。そして、圧縮画像でも見やすいように、ナゲット部５やナゲット部最小管理範囲マークＭが画像強調されて、圧縮画像用の圧縮多値画像メモリ２３Ｃで順番による所定の位置にメモリされ、モニタ１７に表示される。
尚、ナゲット部境界認識手段２８で検出されたナゲット部５の境界５ａの情報から、ナゲット部面積演算手段２９で、ナゲット部５の画素数を求め、これを校正して面積が演算されると共に、ナゲット部ズレ量演算手段３０で、端栓４の中心位置ｘとナゲット部５の重心位置とのズレ量が演算される。ナゲット部５の面積情報と中心位置ｘからのズレ量及び方向の情報はオーバーレイメモリ２３Ｂでモニタ１７に表示されると共に、データセーブ手段３４ａ及び溶接制御手段５０へ送られる。又、ナゲットの形状として、長軸の方向と長さおよび幅が求められ、同様に送られる。
溶接制御手段５０へ送られたこれらの情報は、ナゲット部５が最適範囲からズレている場合や、燃料棒端栓４の溶接領域からのズレや大きさ異常がある場合に、これをカバーしたり修正したりするように、溶接手段４０の溶接電極位置を設定し直す情報としてフィードバックされ、溶接条件解析データ及び制御のパラメータ修正データとして用いられる。
【００２３】
このようにして、１つのユニットの２５本の燃料棒１がそれぞれ撮像され、かつ画像処理され、多値画像メモリ２３Ａや圧縮多値画像メモリ２３Ｃや補助記憶手段３６にメモリされると共に、燃料棒それぞれのナゲット部の良・不良が比較判別される。
そして、得られた２５本分の燃料棒１の情報は、図示しない操作手段が検査員に操作されることで、図６に示されるように、モニター１７で圧縮画像として同時にマルチ表示される。しかも、比較判別手段３２による各端面画像の評価結果に基づき、不良品と判定された燃料棒１については、データ出力手段３４ｂからの良否評価情報に基づいて、モニター１７で他の画像と識別表示される等して、容易に識別できるように表示される。識別表示の手法としては、例えばその端面画像の枠が他の色、例えば赤色で囲われて表示されることが行われる。
また、この圧縮画像群から注目した画像の詳細を観察しようとしたら、その画面を指定するだけで、その拡大画像を補助記憶手段３６から呼び出し、燃料棒画像認識手段２４等を起動させて画像判定処理を行い、管理範囲マークＭがオーバレイされて表示される。
【００２４】
このようにして、２５本の燃料棒の端栓４のシール部の異常の有無が自動的に認識されて、評価判別され、更にモニター１７上に表示されることで目視による最終判定を行うことができる。
【００２５】
以上のように、本実施形態によれば、燃料棒端面のシール溶接のナゲット部５のシール異常の有無を自動的に、かつ例えば燃料棒２５本単位で連続的に行うことができ、しかも搬送工程において燃料棒１が搬送されている間に端面１ａの撮像が行え、迅速で効率的な検査ができることになる。その上、検査に際して、燃料棒を検査員がルーペで目視検査をしたりする必要がなく、遠隔位置で非接触で行うことができるから、検査員の被爆をなくすことができる。又、各端面画像を補助記憶手段３６等の補助メモリにファイルしておけば、まとめて検査することもできる。
又、このシール溶接検査装置２０を、端栓４のシール孔３のシール溶接装置６０に連結して、ナゲット情報を溶接制御手段５０にフィードバックすることで、電極ズレ等による溶接への影響をタイムリーに緩和できて、シール部の溶接不良を最小限に抑制できる。また常に最適な溶接状態を維持できるように、溶接手段４０の細かい溶接条件の制御を可能にする。これは、ナゲット部面積演算手段２９やナゲット部ズレ量演算手段３０からのズレ量情報等を溶接パラメータの修正データとして利用し、溶接電極の位置や距離などの修正を行い、または溶接電極の交換をタイムリーに行い、より一層正常な溶接を行うことができるからである。
【００２６】
尚、モニター１７上に寸法線を併せて表示することにより、目視による判定が一層容易になる。
【００２７】
上述した実施形態では、図１に示すように、溶接手段４０とシール溶接検査装置２０とをそれぞれ独立に並列させて作動させるため、シンプルで高速なシステムを実現することができる。なお、本実施形態では上記利点がある一方、同期性の点では、燃料棒１にして９本分（溶接手段４０から撮像プローブ１０の位置まで）の遅れが生じる。この遅れは、使用する溶接手段４０が比較的安定している場合には、それほど問題とならないが、使用する溶接手段４０が不安定な場合やナゲット部５の情報を遅れなくフェードバックして溶接を安定させようとする場合には、図１０および図１１に示すシステムを採用すればよい。
【００２８】
すなわち、図１０および図１１に示す第二の実施形態は、ナゲット部５の情報のフェードバックを１本毎に行うものであり、溶接手段４０およびシール溶接検査装置２０の動作をリンクさせ、相互シーケンシャルシステムとするものである。
これらの図に示すように、撮像プローブ１０は、溶接位置の上方に下向きに配設され、この撮像プローブ１０が燃料棒端面１ａを撮像可能なように、反射ミラー１９ａが支点１９ｄにより４５度の角度で保持されている。この反射ミラー１９ａは、駆動機１９ｃによりミラー駆動カム１９ｂが作動することにより、燃料棒１が溶接手段４０に向けて軸方向移動を行う際に、干渉しないよう待避するようになっている。
燃料棒１は、反射ミラー１９ａが待避した後、溶接手段４０に向けて軸方向に移動し、シール溶接された後、所定位置まで戻される。燃料棒１が前記所定位置まで戻されていることは、センサ１２ａ，１２ｂにより確認され、その後、反射ミラー１９ａは４５度に戻される。そして、照明ランプ１０ｃを点灯させた後、シール溶接された端面１ａの画像がＣＣＤカメラ１０ａにより撮像され、そのデータは画像メモリ２３Ａに取り込まれる。
上記実施形態によれば、端面１ａの画像から計測されたナゲット部５の情報を１本毎にタイムリーに溶接制御手段５０に送ることができ、この情報を即座にフェードバックして、次の溶接の補正制御を行うことが可能となる。
【００２９】
上述の第一、第二の実施形態では、２５本の燃料棒１を１つのユニットとして検査、表示等するようにしたが、これに限定されることなく適宜本数を１つのユニットとしてよく、或いはユニット化することなく、１本づつ連続的に搬送して順次端栓４のシール部を撮像して、順次異常を検知するようにしてもよいことはいうまでもないことである。
又、燃料棒端面画像は、必ずしもマルチモニター表示される必要はなく、１つ１つの燃料棒端面の画像が個別にモニター１７に表示され、目視検査されるようにしてもよい。
又、燃料棒端部に位置する端栓４の端面は、必ずしも外周側に傾斜したリング状の外周部４ａが形成されていなくてもよく、端栓４の端面が被覆管２と同一径の円柱型であれば、円形の端栓の端面４ｂ全体がＣＣＤカメラ１０ａで撮像され、境界領域が検出されることになる。
【００３０】
【発明の効果】
上述のように、本発明による燃料棒のシール溶接検査装置は、燃料棒端面を撮像する撮像手段と、撮像された燃料棒端面画像からナゲット部領域を検出するナゲット部境界認識手段と、燃料棒端面画像に対して燃料棒端面のシール孔をシールすべき領域を管理範囲マークとして設定する管理範囲マーク設定手段と、管理範囲マークがナゲット部に含まれているか否かを比較評価する比較判別手段とが備えられているから、燃料棒端栓のナゲット部のシール異常の有無を自動的にかつ連続的に検査することができ、迅速で効率的な検査ができることになる。その上、検査に際して、遠隔で非接触で行うことができるから、検査の際の被爆をなくすことができる。
【００３１】
又、燃料棒端面画像をメモリする多値画像メモリと、管理範囲マークをメモリするオーバレイメモリと、多値画像メモリにメモリされた燃料棒端面画像又はこの端面画像と管理範囲マークをディスプレイ表示するモニターとをディスプレイ表示するモニターとが備えられているから、最終的にモニター上で目視確認することができる。
又、モニターで表示される燃料棒端面画像は、比較判別手段による評価が不良品であるとした場合には、他の画像と識別表示されるから、モニター上でシール部に異常のある燃料棒を容易に確認できる。
又、燃料棒端面画像と管理範囲マークとを画像圧縮する画像圧縮手段が備えられていて、この圧縮画像はモニターに複数同時に分割表示されるようにしたから、多くの燃料棒を同時に目視検査できて、一層検査効率がよくなる。また、必要に応じて、１つの圧縮画像を拡大した状態で管理範囲マークと共にモニター表示することもできる。
又、各端面画像を補助記憶手段にファイルしておけば、順次再生してまとめて検査することもできる。
本発明によるシール溶接装置は、上述した請求項１乃至７のいずれかのシール溶接検査装置を、溶接制御手段に連結して、ナゲット部の情報を溶接制御手段にフィードバックすることで、溶接手段の溶接電極位置や距離等の溶接のパラメータを修正して、電極ズレ等による溶接への影響をタイムリーに緩和できて、シール部の溶接不良を最小限に抑制できる。また常に最適な溶接状態を維持できるように、溶接手段の細かい溶接条件の制御を可能にし、例えば溶接電極の位置や距離などの修正や、溶接電極の交換等をタイムリーに行い、より一層正常な溶接を行うことができる。
又、本発明による燃料棒のシール溶接検査方法によっても同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態において、搬送される燃料棒とシール溶接装置と検査装置とを示す平面図である。
【図２】溶接制御手段の概略構成図である。
【図３】シール溶接検査装置の概略構成図である。
【図４】シール溶接検査装置の制御手段のブロック図である。
【図５】モニター画面上での燃料棒端面の画像とナゲット部管理範囲マークを示す図であって、ナゲット部が不良品のものである。
【図６】図４に示すような各燃料棒端面の画像を１／２５に圧縮して、１つのユニット分の画像を同時に分割表示したマルチモニター画面を示す図である。
【図７】ＣＣＤカメラで撮像された燃料棒端面画像を示す図である。
【図８】Ｙ軸方向の中央断面における端面画像の光量の濃度値を示す分布図である。
【図９】燃料棒の端面画像にナゲット部管理範囲マークが付加された画像であって、ナゲット部が良品のものである。
【図１０】第二の実施形態において、搬送される燃料棒とシール溶接装置と検査装置とを示す平面図である。
【図１１】シール溶接検査装置の概略構成図である。
【図１２】燃料棒端面の端栓のシール孔をＴＩＧ溶接している状態を示す図である。
【図１３】シール孔が溶接されたナゲット部を含む燃料棒端面画像を示す図である。
【符号の説明】
１  燃料棒
３  シール孔
４  端栓
５  ナゲット部
１０  ＣＣＤカメラ
１２  センサ
１２ａ  センサ
１２ｂ  センサ
１７  モニター
１９ａ  ミラー
２０  シール溶接検査装置
２３Ａ  多値画像メモリ
２３Ｃ  圧縮多値画像メモリ
２４  燃料棒画像認識手段
２５  燃料棒中心位置認識手段
２７  ナゲット部管理範囲マーク設定手段
２８  ナゲット部境界認識手段
３２  比較判別手段
３５  画像圧縮手段
４０  溶接手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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