СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ ТОПЛИВНОЙ ЗАГРУЗКИ КЕРМЕТНОГО СТЕРЖНЯ
METHOD OF PROCESSING OPTICAL IMAGE OF SPHERICAL PARTICLES OF FUEL COLUMN OF CERMET ROD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к технологии керметных тепловыделяющих элементов активных зон ядерных реакторов малой мощности, и может найти применение в автоматизированных и автоматических линиях на предприятиях изготовления твэлов.
Уровень техники
Одним из направлений в ядерной энергетики является использование твэлов, в которых тепловыделяющие сердечники набраны из топливных элементов в виде керметных стержней (см., например, Гаврилин С.С., Денискин В.П. и др. Новое поколение твэлов на основе микротоплива для ВВЭР. Атомная энергия. - 2004. - №96, вып.4. - с.280; Патент РФ №2313142 Керметный тепловыделяющий элемент водоводяного ядерного реактора / Гаврилин С.С., Денискин В.П. и др. Опубл. 20.12.2007. Бюл. №35.)
4
В отличие от твэлов, в которых сердечники набираются из топливных элементов в виде спрессованных таблеток относительно небольшой длины, керметные стержни представляют собой цилиндрическую циркониевую капсулу длиной около 50 мм с заключенным в ней ядерным топливом и матричным материалом (см., например, Патент РФ №2371789 Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора / Гаврилин С.С., Денискин В.П. и др. Опубл. 27.10.2009. Бюл. №30.). Топливная загрузка такого стержня реализуется объемно-весовым дозированием и представляет собой совокупность сферических частиц размером 0,4-0,6 мм при среднем количестве порядка 10.
Поскольку керметный стержень является своеобразным тепловыделяющим элементом, то возникает задача его всесторонней паспортизации, в том числе по гранулометрическому составу частиц, составляющих генеральную совокупность топливной загрузки стержня.
Применяемые для этой цели оптические способы, основанные на обработке изображений проекций частиц, предполагают их физическую дезагломерацию, например, помещением загрузки топливных частиц между двумя плоскими полупрозрачными проводящими электродами и приложением электрического поля напряженностью 30-50 кВ/см. При этом кулоновские силы полностью компенсируют силы сцепления частиц друг с другом и в этих условиях возникновение вторичных (слипшихся) частиц становится маловероятным (см., например, О.А.Мяздриков. Дифференциальные методы гранулометрии. М., Металлургия, с.39). Такой способ может быть применен для выборочного анализа, однако весьма сложен в аппаратном отношении, особенно с учетом требований автоматизации производства.
Известен способ обработки оптического изображения сферических частиц, в котором на изображение направляют круглое световое пятно изменяемого диаметра и сканируют им изображение, последовательно останавливаясь на каждой частице и меняя диаметр пятна, регистрируют его размер при совпадении пятна с изображением частицы (см., например, справочник под ред. П.Профоса «Измерения в промышленности», кн.3, Способы измерения и аппаратура, п.1.9.3.2 Микроскопический анализ. М., 1990).
Недостатком такого способа является необходимость присутствия оператора при решении задачи дезагломерации находящихся в поле зрения соприкасающихся и проекционно агломерированных частиц, что исключает возможность автоматизации производства.
С предлагаемым способом обработки оптического изображения сферических частиц топливной загрузки керметного стержня последний способ совпадает по операциям сканирования изображения круговым оптическим пятном, совмещения пятна с изображением каждой частицы и определения площадей их проекций.
По совокупности существенных признаков последний способ наиболее близок к предлагаемому и выбран в качестве прототипа.
Раскрытие изобретения
Решаемая задача - автоматизация обработки изображений сферических частиц топливной загрузки керметного стержня и паспортизация результатов обработки.
Данную задачу решает предлагаемый способ обработки оптического изображения сферических частиц топливной загрузки керметного стержня, который заключается в сканировании изображения круговым оптическим пятном, совмещении пятна с изображением каждой частицы и определении площадей их проекций.
2
В соответствии с настоящим изобретением диаметр пятна выбирают меньше нижней границы диапазона диаметров изображения частиц при условии перекрытия пятном областей соприкосновения частиц, выделяют из изображения области, в которых площадь пересечения сканирующего пятна с изображениями частиц равна площади сканирующего пятна, определяют площади выделенных областей, а площадь проекции каждой частицы определяют из соотношения S=(D+d)π/4, где S - площадь проекции частицы, D - диаметр выделенной области в изображении частицы, d - диаметр сканирующего пятна.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Пусть сканирующее пятно коснулось изображения некоторой частицы. Значение площади их пересечения, отнесенное к центру сканирующего пятна, равно нулю. По мере продвижения сканирующего пятна к центру изображения частицы значение площади пересечения растет, достигая значения площади сканирующего пятна при нахождении его внутри изображения частицы. Выделяемая таким образом область характеризуется диаметром, равным разности диаметров частицы и сканирующего пятна, причем все частицы загрузки имеют выделенные области в силу выбора диаметра сканирующего пятна. Дезагломерация касающихся частиц при этом обеспечена тем, что площадь пересечения сканирующего пятна при его пересечении с проекциями двух или более частиц меньше его площади. Поскольку выделенные области изолированы друг от друга, то расчет их площадей является стандартной задачей любой программы гранулометрического анализа и не представляет затруднений (см., например, автоматизированную систему анализа изображений SIAMS 700, ООО «СИАМС», 630002, Екатеринбург, а/я 50). Окончательно для определения площади изображения частицы вычисляется площадь круга, диаметр которого равен сумме диаметра сканирующего пятна и диаметра выделенной в этой частице области.
Ограничение на диаметр сканирующего пятна снизу обеспечивает разделение проекционных агломератов, образованных касающимися частицами различных диаметров при отношении максимального диаметра к минимальному менее 1,5.
В силу своих отличий от известных предлагаемый способ обработки не требует присутствия оператора при анализе оптического изображения сферических топливных частиц, позволяет разделять изображения касающихся частиц и проекционных агломератов, что обеспечивает возможность автоматизации производства твэлов с сердечниками из керметных стержней с повышением достоверности анализа параметров топливной загрузки.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан фрагмент негативного изображения оптической проекции сферических частиц.
На фиг.2 приведен результат сканирования изображения фиг.1 с разделенными образами частиц.
Фиг.3 показывает гистограмму распределения частиц фиг.1 по площадям экваториального сечения, рассчитанным в пиксельной мере.
Осуществление изобретения
Сферические частицы в количестве около 1500 шт. помещались на рабочем стекле сканера типа HP SCANJET 3670 и оцифровывались на поле размером 1024×4096 пикселей при диапазоне оцифровки размеров отдельных частиц 40-50 пикселей. Негативное изображение оцифрованной проекции приведено на фиг.1.
Изображение, показанное на фиг.2, получено при сканировании изображения фиг.1 кругом диаметром 30 пикселей. Образы отдельных частиц уменьшены, поскольку выделяются только области, в которых сканирующее пятно целиком размещается внутри изображения частицы. Этот результат получен применением операции свертки изображения фиг.1 с изображением сканирующего круга и выделением из сверточного образа областей, где значение свертки равно площади сканирующего круга. Указанные операции математически реализуют операции заявляемого способа.
На фиг.3 приведена гистограмма распределения частиц по площадям их проекций. Как указывалось, для этого вычисляется площадь круга, диаметр которого равен сумме диаметра сканирующего пятна и диаметра выделенной в этой частице области. Погрешность в определении площадей отдельных частиц 1,5-3%.
Таким образом, обработка оптического изображения сферических частиц не требует присутствия оператора при анализе изображения загрузки с соприкасающимися или проекционно агломерированными частицами, что обеспечивает возможность автоматического и достоверного анализа и паспортизации загрузок, насчитывающих тысячи частиц.