(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子核燃料棒の端栓溶接部を含む領域をＸ線撮影し、
該Ｘ線撮影された画像の端栓溶接部の輝度と、該端栓溶接部以外の部分の輝度を求め、
該求められた輝度の差分を所定の閾値と比較して、該原子核燃料棒の端栓溶接部の良否を判定する
ことを特徴とする原子核燃料棒の検査方法。
【請求項２】
原子核燃料棒の端栓溶接部を含む領域をＸ線撮影し、
該Ｘ線撮影された画像の端栓溶接部の端面から深さ方向の輝度の積分値を求め該Ｘ線撮影された画像の端栓溶接部以外の部分の端面から深さ方向の輝度の相関値を求め、
該輝度の積分値と該輝度の相関値との差分を求め、
該差分の該深さ方向の平均値と所定の閾値とを比較して、該原子核燃料棒の端栓溶接部の良否を判定する
ことを特徴とする原子核燃料棒の検査方法。
【請求項３】
原子核燃料棒の端栓溶接部を含む領域をＸ線撮影した画像を読み取る撮像素子と、
該撮像素子のビデオ信号出力をデジタル画像信号に変換する画像処理装置と
該画像処理装置により変換されたデジタル画像信号から該Ｘ線撮影された画像の端栓溶接部の輝度と、該端栓溶接部以外の部分の輝度を求め、該求められた輝度の差分を所定の閾値と比較して、該原子核燃料棒の端栓溶接部の良否を判定する制御装置を
有して構成される原子核燃料棒の検査システム。
【請求項４】
原子核燃料棒の端栓溶接部を含む領域をＸ線撮影した画像を読み取る撮像素子と、
該撮像素子のビデオ信号出力をデジタル画像信号に変換する画像処理装置と
該画像処理装置により変換されたデジタル画像信号から該Ｘ線撮影された画像の端栓溶接部の端面から深さ方向の輝度の積分値を求め、該Ｘ線撮影された画像の端栓溶接部以外の部分の端面から深さ方向の輝度の相関値を求め、該輝度の積分値と該輝度の相関値との差分を求め、該差分の該深さ方向の平均値と所定の閾値とを比較して、該原子核燃料棒の端栓溶接部の良否を判定する制御装置を
有して構成される原子核燃料棒の検査システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子核燃料棒の検査方法及びシステムに関する。特に、原子炉に使用される燃料集合体の燃料棒の端栓のシール溶接部におけるタングステン巻き込み有無を検査する方法及び、これを用いた検査システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、一般的な原子核燃料棒（以下燃料棒という）を説明する一部縦断面図である。被覆管１の内部に酸化ウランペレット４が積層されている。被覆管１の上端及び下端はそれぞれ上部端栓２及び下部端栓３で封止されている。さらに、上部プレナム５内にはヘリウムガスが充填されている。
【０００３】
ここで、被覆管１と端栓２、３のシール部は溶接により接合されている。この溶接部の品質が良好であることが重要であり、溶接部における欠陥の一要因としてタングステンの巻き込みがある。
【０００４】
そこで、燃料棒の溶接部の品質検査において、このタングステン巻き込みの有無の判断が必要となる。これまでの溶接部におけるタングステンの巻き込みの有無判断は、専ら検査員の目視観察により行われてきた。
【０００５】
燃料棒にＸ線を照射してＸ線フィルムで撮像すると、燃料棒の溶接部にタングステンの巻き込みがあると、タングステンの巻き込み部分が白く感光される。すなわち、図９に示すように検査対象である燃料棒１０の端栓部にＸ線光源２０からのＸ線を照射し、これをＸ線フィルム３０で撮像する。
【０００６】
検査員は、品質の良好な燃料棒の溶接部に同様にしてＸ線を照射してＸ線撮像したＸ線フィルムの画像と、上記被検査対象の燃料棒１０の溶接部をＸ線撮像したＸ線フィルム１０の画像とを目視対照して、被検査対象の燃料棒１０の溶接部の良否を判定することを行なっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように検査員による目視観察により燃料棒１０の溶接部の良否判定を行なうことは、熟練の検査員の能力に依存する度合いが大きい。さらに、迅速な検査は困難であり、且つ一定基準の検査レベルを確保することが困難である。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、良否判定を自動化した燃料棒の検査方法及び検査システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成する本発明に従う燃料棒の検査方法及び検査システムの基本的特徴は、燃料棒の端栓溶接部を含む領域をＸ線撮影し、このＸ線撮影された画像の端栓溶接部の輝度と、端栓溶接部以外の部分の輝度を求める。
【００１０】
求められた輝度の差分を所定の閾値と比較して、燃料棒の端栓溶接部の良否を判定することにある。
【００１１】
更に、具体的形態例として、燃料棒の端栓溶接部を含む領域をＸ線撮影し、
このＸ線撮影された画像の端栓溶接部の端面から深さ方向の輝度の積分値を求め前記Ｘ線撮影された画像の端栓溶接部以外の部分の端面から深さ方向の輝度の相関値を求め、これら輝度の積分値と輝度の相関値との差分を求める。
【００１２】
そして、前記差分の該深さ方向の平均値と所定の閾値とを比較して、燃料棒の端栓溶接部の良否を判定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に従い説明する。なお、図において同一又は類似のものには同一の参照数字又は、参照記号を付して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の燃料棒の検査方法を適用する検査システムの構成例を示す図である。図９において説明したようにＸ線光源２０によりＸ線照射して撮影されたＸ線フィルム３０は、シャーカステン２１に搭載されている。図１（Ｂ）は、その正面を示す図である。
【００１５】
図１（Ａ）において、撮影済のＸ線フィルム３０の画像が、ＣＣＤカメラ２２等の撮像素子により読取られ、ビデオ信号に変換される。ＣＣＤカメラ２２からのビデオ信号出力は、画像処理装置２３に入力しデジタル画像信号にＡ／Ｄ変換される。
【００１６】
デジタル画像信号は、パーソナルコンピュータ又は専用の検査処理装置２４に入力される。なお、専用の制御装置である場合は、画像処理装置２３の機能も一体に取り込んで構成することが有利である。また、パーソナルコンピュータ又は専用の検査処理装置２４を、以下単に検査処理装置２４として記述する。
【００１７】
検査処理装置２４において、本発明の特徴とする比較処理について自動処理が行われる。
【００１８】
即ち、本発明の比較処理を概念的に説明すると、上記Ｘ線フィルム３０の画像における溶接部の輝度と、溶接部以外の部分の輝度との差を求め、これを閾値と比較して、燃料棒の合否を判定するものである。
【００１９】
ここで、上記被検査対象の燃料棒を図９に説明したようにＸ線光源２０からＸ線を照射してＸ線撮影を行う場合、Ｘ線光源２０からのＸ線レベルが長手方向で不均一であること、更に、Ｘ線撮影の都度、Ｘ線光源２０に対し被検査対象の燃料棒１０の置かれる角度に相違が生じることが問題となる。本発明の実施例では、更にかかる問題を考慮して比較処理による検査を行うようにしている。
【００２０】
図２は、燃料棒１０の上部端栓の断面図の一例である。図２において、斜線領域１０1が、溶接部である。Ｘ線撮像範囲が領域１０2で示される。さらに、後に説明するように、検査処理装置２４において、画像処理装置２３からのデジタル画像信号によって表される画像が矢印１０3，１０4に沿って走査される。
【００２１】
図３は、上記図１のシステムの処理フローである。この処理フローの主要部（ステップＳ２からＳ６までの処理）は、検査処理装置２４のメモリに格納される制御プログラムを、ＣＰＵが実行することにより実現される。
【００２２】
先ず、図１のシステムにおいて、図２に示した燃料棒１０の上部端栓のＸ線撮影が行われる（ステップＳ１）。次いで、Ｘ線撮影済みのＸ線フィルムがＣＣＤカメラ２２により撮像される（ステップＳ２）
図４は、燃料棒１０の上部端栓をＸ線撮影したＸ線フィルム３０をＣＣＤカメラ２２で撮像して得られた画像の二例（Ａ）、（Ｂ）を示す図である。図４の画像において、白く見える部分がタングステンが巻き込まれて輝度が高くなっている領域である。
【００２３】
ＣＣＤカメラ２２により撮像され、画像処理装置２３によりデジタル信号に変換された画像信号は、検査処理処理装置２４に入力される。
【００２４】
検査処理処理装置２４において、溶接部１０1の領域の溶接部表面から１．５ｍｍの深さまでの対応する画像信号を走査する（図２の矢印１０4参照）。この画像信号走査により得られる画像信号の輝度成分を積分し、その積分値Ｉ1を求める（ステップＳ３）。
【００２５】
さらに、図２に示されるＸ線撮像範囲１０2で溶接部１０1の領域を除いた範囲において、所定深さ例えば、５ｍｍまでを走査し（図２の矢印１０3参照）、画像信号の輝度成分を求める。この走査により得られた画像信号の輝度成分からＸ方向の相関式を求める（ステップＳ４）。ここで、Ｘ方向は、矢印、１０3、１０4の向いている方向である。
【００２６】
図５は、Ｘ線撮像範囲１０2の溶接部１０1の領域を除いた範囲を、図２の矢印１０3に沿って走査して得られた画像信号の輝度成分の例である。横軸は、Ｘ方向即ち、図２に示すＸ線撮影領域１０2の上端部からの深さ方向であり、縦軸は、輝度の大きさを表している。図における黒点は、Ｘ線方向の位置２００〜３５０の範囲では省略されているが、走査されたサンプル点に対応する輝度の大きさに対応して置かれた点である。
【００２７】
したがって、このサンプル点の輝度をなぞっていくと４次の相関曲線が示される。この４次の曲線を表す相関式は、複数のサンプル点輝度を基に計算される。図５の例では、次式のように表される。
【００２８】
ｙ＝−2×10-6＋0.0023ｘ3−0.9628x2+173.61x+473.95
ここで、上記相関式により表される輝度特性は、図２において溶接部１０1以外の領域から得られたものである。したがって、タングステン巻き込みによる影響は含まれていない。Ｘ線光源２０の不均一性及び、被検査対象の燃料棒１０の置かれた角度に依存するだけである。
【００２９】
一方、かかる、Ｘ線光源２０の不均一性及び、被検査対象の燃料棒１０の置かれた角度に依存する特性は、溶接部１０1の領域にも同様に現れているはずである。したがって、本発明の実施例では、溶接部１０1の領域において、かかるＸ線光源２０の不均一性及び、被検査対象の燃料棒１０の置かれた角度に依存する特性分を補正し、タングステン巻き込みレベルを精度よく測定できるようにしている。
【００３０】
すなわち、図３に戻ると、上記図５の相関式で得られる所定Ｘ方向位置の輝度の大きさと、先にステップＳ３で求めた溶接部１０1の領域の輝度の積分値との残差の平均値を求める（ステップＳ５）。
【００３１】
図６は、図４（Ａ）のＸ線撮像サンプルにおける上記図５の相関式で得られるＸ方向の所定位置の輝度の大きさと、溶接部１０1の領域の輝度の積分値との残差を１．５ｍｍの深さ分までプロットしたグラフである。
【００３２】
このグラフに示される１．５ｍｍの深さ分までプロットされた残差の平均値を求めると＋９１６．５の大きさである。
【００３３】
一方、図７は、図４（Ｂ）のＸ線撮像サンプルにおける上記図５の相関式で得られるＸ方向の所定位置の輝度の大きさと、溶接部１０1の領域の輝度の積分値との残差を１．５ｍｍの深さ分までプロットしたグラフである。
【００３４】
このグラフに示される１．５ｍｍの深さ分までプロットされた残差の平均値を求めると−１３５．８の大きさである。
【００３５】
次いで、所定の大きさの残差の平均値を閾値とし、この閾値と上記最終的に測定された平均値を比較する（ステップＳ６）。この比較により、被検査対象の燃料棒１０の上記平均値が閾値内であれば良品、閾値外であれば不良品と判定する。
【００３６】
したがって、閾値を大きさ｜２００｜と設定すると、図４において、図４（Ａ）のサンプルの平均値は｜２００｜を超えているので、不合格品、図４（Ｂ）のサンプルの平均値は大きさ｜２００｜以内であるので、合格品と判定される。
【００３７】
【発明の効果】
以上図面に従い説明したように、本発明に従う燃料棒の検査方法及び検査システムの特徴は、燃料棒の端栓溶接部を含む領域をＸ線撮影し、このＸ線撮影された画像の端栓溶接部の輝度と、端栓溶接部以外の部分の輝度を求める。
【００３８】
そして、求められた輝度の差分を所定の閾値と比較して、燃料棒の端栓溶接部の良否を判定することにある。
【００３９】
したがって、燃料棒の良否検査を自動化することが可能である。さらに、
比較参照値として端栓溶接部以外の部分の輝度を用いているので、別に正常な燃料棒の端栓溶接部の画像を用意する必要がない。
【００４０】
さらに、具体的形態例として、このＸ線撮影された画像の端栓溶接部の端面から深さ方向の輝度の積分値を求め、前記Ｘ線撮影された画像の端栓溶接部以外の部分の端面から深さ方向の輝度の相関値を求め、これら輝度の積分値と輝度の相関値との差分を求める。
【００４１】
したがって、前記差分の該深さ方向の平均値と所定の閾値とを比較して、燃料棒の端栓溶接部の良否を判定する際に、燃料棒の端栓溶接部を含む領域をＸ線撮影における、Ｘ線光源の発光レベルの不均一性及び、Ｘ線光源に対する燃料棒の置かれる角度等の影響を除くことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料棒の検査方法を適用する検査システムの構成図である。
【図２】燃料棒１０の上部端栓の断面図の一例である。
【図３】上記図１のシステムの処理フローである。
【図４】燃料棒１０の上部端栓をＸ線撮影したＸ線フィルムをＣＣＤカメラ２２で撮像された画像の二例（Ａ）、（Ｂ）を示す図である。
【図５】Ｘ線撮像範囲１０2の溶接部１０1の領域を除いた範囲を、図２の矢印１０3に沿って走査して得られた画像信号の輝度成分の例である。
【図６】図４（Ａ）のＸ線撮像サンプルにおける上記図５の相関式で得られるＸ方向の所定位置の輝度の大きさと、溶接部１０1の領域の輝度の積分値との残差を１．５ｍｍの深さ分までプロットしたグラフである。
【図７】図４（Ｂ）のＸ線撮像サンプルにおける上記図５の相関式で得られるＸ方向の所定位置の輝度の大きさと、溶接部１０1の領域の輝度の積分値との残差を１．５ｍｍの深さ分までプロットしたグラフである。
【図８】一般的な燃料棒を説明する一部縦断面図である。
【図９】燃料棒のＸ線撮像の手順を説明する図である。
【符号の説明】
１０  燃料棒
２０  Ｘ線光源
３０  Ｘ線フィルム
２１  シャーカステン
２２  ＣＣＤカメラ
２３  画像処理装置
２４  検査処理装置
【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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