СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ МАРКИРОВКИ АМПУЛ
METHOD OF RECOGNISING AMPOULE IDENTIFICATION MARK

Изобретение относится к автоматизированным средствам идентификации узлов или элементов, преимущественно используемых для хранения и транспортировки отработанных тепловыделяющих сборок, в частности ампулы, в которую осуществляется загрузка пучка тепловыделяющих элементов (твэлов) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000.
В «сухое» хранилище отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) ампулы для отработавшей тепловыделяющей сборки (патент РФ №2353010 МПК G21F 5/008 от 19.03.2008), с размещенными в них пучками тепловыделяющих элементов (далее по тексту - ампулы с ПТ) поступают в транспортном чехле, установленном внутри защитного контейнера. Транспортный чехол с загруженными ампулами извлекается из защитного контейнера и помещается в приемном гнезде камеры комплектации пеналов. В камере комплектации пеналов осуществляется перегрузка ампул с ПТ из транспортного чехла в герметичные пеналы хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2372678, МПК G21F 5/008, от 31.10.2008). Перегрузка ампул с ПТ осуществляется поштучно дистанционно электромеханическим некопирующим мостовым манипулятором. В процессе перегрузки с ампулы должна быть считана ее идентификационная маркировка (атрибутивный признак) - это является обязательным требованием НП-030-12 "Основные правила учета и контроля ядерных материалов".
Известна ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки (патент РФ №2353010 МПК G21F 5/008 от 19.03.2008), идентификационная маркировка которой представляет собой совокупность цифрового номера, наносимого на боковую поверхность крышки ампулы и на плоскую часть усеченного конуса, расположенного внутри крышки ампулы, а так же n-разрядного двоичного кода, являющегося двоичным представлением цифрового номера и выполненного в виде круглых отверстий в боковой стенке крышки ампулы. Центральная линия нанесения двоичной кодовой последовательности расположена выше цифровой маркировки на боковой поверхности крышки ампулы. Отсчет начала двоичного кода осуществляется по стартовой метке, расположенной симметрично относительно цифрового номера маркировки на боковой поверхности. Двоичный код наносится по окружности на боковую поверхность крышки ампулы вырезанием или высверливанием круглых отверстий в точках, равномерно расположенных через 360/(n+1) градусов. Отверстия, являющиеся составной частью двоичного кода, имеют одинаковый диаметр, при этом наличие отверстия соответствует знаку «1», отсутствие отверстия соответствует знаку «0». Отверстие, являющееся стартовой меткой, имеет относительно больший диаметр.
В качестве прототипа выбран способ распознавания идентификационной маркировки на цилиндрической поверхности (патент РФ №2400812 МПК G06K 1/12 от 13.10.2008) заключающийся в переносе оптического излучения, отраженного с помощью зеркал от трех фрагментов цилиндрической поверхности, содержащей идентификационную маркировку, на неперекрывающиеся участки считывателя, выполненного в виде многоэлементного фоторегистратора, при этом каждый из фрагментов идентификационной маркировки охватывает участок дуги окружности чуть больше 120°, и последующего анализа полученного трехракурсного панорамного изображения, заключающегося в том, что на полученном трехракурсном изображении идентификационной маркировки в виде n-разрядного бинарного кода, символами которого служат сквозные круглые отверстия, выделяют три пары вертикальных границ каждого из трех ракурсов, по найденным границам формируют изображение, ограниченное областью нанесения бинарного кода, каждый из трех фрагментов обрабатывают морфологическим ориентирно направленным фильтром, сохраняющим фрагменты отверстий и подавляющим фон, производят математическую обработку трех отфильтрованных фрагментов изображения бинарного кода и с учетом стартового репера и заранее заданного шага n-разрядного бинарного кода строят развертку бинарного кода, пригодную для сравнения с исходной.
Недостатком данного способа является зависимость результатов распознавания маркировки от углового положения ампулы относительно считывающего устройства и зеркал, а именно: невозможность правильного автоматического распознавания кодов маркировки в случаях, когда отверстие стартовой метки расположено сбоку так, что его изображение занимает минимальную площадь одновременно при наблюдении с переднего и заднего ракурсов; невозможность правильного автоматического распознавания кодов маркировки в случаях, когда отверстие, являющееся составной частью двоичного кода и наблюдаемое с переднего ракурса, визуально совпадает с отверстием, наблюдаемым с заднего ракурса, что приводит к необходимости осевого вращения ампулы для подбора ее положения относительно считывателя, вследствие чего происходит существенное замедление процесса автоматического распознавания маркировки или отказ автоматического распознавания, что приводит к необходимости применения ручного метода ввода, при котором оператор визуально распознает положение отверстия стартовой метки, наличие (отсутствие) маркировочных отверстий на позициях номера и производит соответствующую корректировку и сравнение с визуально считанной цифровой маркировкой на боковой поверхности ампулы.
Задачей настоящего изобретения является создание способа распознавания описанной выше идентификационной маркировки в виде двоичного кода.
Технический результат заключается в реализации заявленной задачи, а также в обеспечении независимости результатов распознавания от угла поворота ампулы вокруг собственной оси.
Указанный технический результат достигается тем, что датчик, различающий отверстие в металле от сплошного металла, перемещают по окружности вдоль боковой стенки крышки ампулы с наружной или внутренней стороны, предпочтительно на уровне линии расположения центров отверстий маркировки. Сигнал от датчика, при необходимости, нормируют и выполняют бинаризацию, в результате чего получают развертку нанесенной маркировки. Развертка представляет собой последовательность, состоящую из L двоичных отсчетов
L=360/R, где
360 - угловая величина дуги окружности в градусах,
R - разрешающая способность датчика, выраженная в градусах.
0
0
1
1
0
1
0
1
1
Отверстие стартовой метки диаметром D на развертке имеет длину l отсчетов, а отверстие диаметром D, соответствующее знаку «1» в бинарном коде маркировки, имеет длину l отсчетов. Поскольку D>D, то выполняется и условие l>l, при надлежащем выборе разрешающей способности R датчика, для которой должно выполняться условие R<<l.
0
1
Затем на развертке определяют положение стартовой метки по ее размеру l, от центра стартовой метки, или от другой точки, отстоящей от центра стартовой метки на расстояние меньше чем l/2, через расстояние
S=L/(n+l), где
L - длина развертки,
n - разрядность двоичного кода маркировки,
выполняют последовательное считывание битов двоичного кода маркировки, тем самым производят ее распознавание.
Поворот ампулы относительно ее оси вращения не влияет на результат построения развертки, поэтому результат распознавания не зависит от угла поворота ампулы.
Кроме того, в качестве датчика используют оптопару с открытым оптическим каналом, передатчик и приемник которой располагают по одну сторону боковой стенки крышки ампулы так, чтобы излученный передатчиком свет отражался от поверхности металла и попадал в приемник; от отверстия в металле не произойдет отражения света, соответственно, приемник его не получит.
Кроме того, в качестве датчика используют оптопару с открытым оптическим каналом, передатчик и приемник которой располагают по разные стороны боковой стенки крышки ампулы так, чтобы излученный передатчиком свет прямо попадал в приемник. Излученный передатчиком свет будет проходить через отверстие в металле и попадать в приемник и, соответственно, будет перекрываться сплошной поверхностью металла. Это позволит избежать зависимости сигнала, формируемого датчиком, от качества (чистоты) поверхности крышки ампулы.
Кроме того, для снижения неблагоприятного воздействия ионизирующего излучения, передатчик и приемник оптопары помещают в защитный кожух, а свет передают и принимают с помощью световодов, например оптоволокна.
Кроме того, в качестве датчика используют конденсатор, первой обкладкой которого является крышка ампулы, а вторая выполнена в виде пластины относительно небольшого, по сравнению с диаметром отверстия маркировки, размера, перемещающаяся рядом с отверстиями. Емкость такого конденсатора будет различной при расположении пластины второй обкладки конденсатора напротив сплошной поверхности металла и напротив отверстия, что позволит определять наличие отверстия по изменению величины емкости. Это дает еще один вариант выполнения датчика.
Кроме того, в качестве датчика используют конденсатор, первая обкладка которого при перемещении постоянно находится рядом со сплошной поверхностью металла крышки, а вторая обкладка проходит рядом с отверстиями. Емкость такого конденсатора будет различной при расположении второй обкладки напротив сплошной поверхности металла и напротив отверстия, что позволит определять наличие отверстия по изменению величины емкости. Такое исполнение конденсатора позволит отказаться от подключения контакта к крышке ампулы для измерения емкости конденсатора датчика и получить более стабильный результат.
Кроме того, для обнаружения отверстий используют индуктивный датчик, действие которого основано на вихревых потерях в металле. Это дает еще один вариант выполнения датчика.
Кроме того, для перемещения датчика используют двигатель, ротор которого при построении развертки располагают соосно ампуле, а датчик прикрепляют к ротору. Это позволяет получить более стабильные результаты, поскольку датчик всегда находится на одном расстоянии от боковой поверхности крышки ампулы.
Кроме того, для сокращения времени распознавания маркировки, управление перемещением датчика, анализ полученного от него сигнала выполняют автоматически с помощью счетно-решающего устройства.
Кроме того, для получения высокой повторяемости результатов построения развертки и распознавания используют шаговый двигатель.
Кроме того, для повышения точности построения развертки и улучшения повторяемости результатов ротор двигателя кинематически соединяют с кодирующим устройством (энкодером), преобразующим угол поворота в физическую величину или код, а информацию об угле поворота ротора используют при построении развертки.
На фиг. 1 приведен вид части крышки ампулы с нанесенной маркировкой в виде цифрового номера и отверстий, содержащих представление этого номера в виде двоичного кода, где 1 - относительно большее по размеру отверстие стартовой метки, 2 - относительно меньшее по размеру отверстие, соответствующее знаку «1» двоичного кода маркировки, 3 - часть крышки ампулы.
На фиг. 2 приведена схема реализации предложенного способа распознавания двоичной маркировки, где 4 - датчик, различающий отверстие в металле от сплошного металла, 5 - чувствительная зона датчика, 6 - двигатель, 7 - ротор двигателя, 8 - элементы крепления датчика к ротору двигателя, 9 - блок управления двигателем, 10 - блок обработки сигнала датчика, 11 - счетно-решающее устройство.
0
1
0
1
На фиг. 3 показана графическая модель алгоритма распознавания маркировки для восьмибитного двоичного кода 01010011, где L - длина развертки маркировки, D - диаметр отверстия стартовой метки, D - диаметр отверстия соответствующего знаку «1» в бинарном коде маркировки, l - длина стартовой метки на развертке, l - длина отметки знака «1» на развертке, S - шаг размещения битов маркировки на развертке, R - дискрет разрешающей способности датчика.
На фиг. 4 приведена схема реализации предложенного способа распознавания двоичной маркировки с использованием в качестве датчика оптопары с открытым оптическим каналом, работающей на отражение от боковой стенки крышки ампулы, где 12 - приемник оптопары, 13 - передатчик оптопары.
На фиг. 5 приведена схема реализации предложенного способа распознавания двоичной маркировки с использованием в качестве датчика оптопары с открытым оптическим каналом, работающей на просвет.
На фиг. 6 приведена схема реализации предложенного способа с использованием в качестве датчика конденсатора, первой обкладкой которого является крышка ампулы, где 14 - соединение с первой обкладкой конденсатора (крышкой ампулы), 15 - вторая обкладка конденсатора.
На фиг. 7 приведена схема реализации предложенного способа с использованием в качестве датчика конденсатора, первая обкладка которого постоянно находится над сплошной поверхностью металла крышки ампулы, а вторая перемещается рядом с отверстиями маркировки, где 16 - первая обкладка конденсатора, 15 - вторая обкладка конденсатора.
На фиг. 8 приведена схема реализации предложенного способа с использованием индуктивного датчика, где 17 - корпус датчика, 18 - зона датчика, чувствительная к металлу.
На фиг. 9 приведена схема реализации предложенного способа с использованием энкодера и индуктивного датчика, где 19 - энкодер, кинематически связанный с ротором двигателя.
0
1
0
1
Датчик 4 (фиг. 2), различающий отверстие в металле от сплошного металла чувствительной зоной 5, перемещают по окружности вдоль боковой стенки крышки ампулы 3, предпочтительно на уровне линии расположения центров отверстий 1, 2. Перемещение датчика осуществляется с помощью двигателя 6, ротор 7 которого располагают соосно ампуле. Двигатель подключают к блоку управления 9. Электрический сигнал от датчика, показывающий присутствие металла вблизи чувствительной зоны, нормируют и бинаризируют в блоке обработки 10, в результате чего получают развертку нанесенной маркировки (фиг. 3) в виде M=L/R отсчетов двоичной последовательности, образующих последовательность импульса l, относительно большей длительности, эквивалентного стартовой метке, и импульсов l, эквивалентных знаку «1» в бинарном коде маркировки. С помощью счетно-решающего устройства 11 через блок 9 управляют вращением двигателя и выполняют анализ развертки, полученной в блоке обработки 10. В процессе анализа на развертке сначала по длительности импульса l определяют положение стартовой метки, затем, от ее центра, или другой точки, отстоящей от центра стартовой метки на расстояние меньше чем l/2, через интервал S производят последовательное считывание битов двоичного кода маркировки, тем самым выполняют ее распознавание.