Регистрация / Вход
Прислать материал

14.604.21.0086

Аннотация скачать
Общие сведения
Номер
14.604.21.0086
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук
Название доклада
Высокоскоростные оптико-электронные технологии контроля геометрии компонентов перспективных тепловыделяющих сборок
Докладчик
Завьялов Петр Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка оптико-электронных технологий высокоскоростного контроля компонентов перспективныхтепловыделяющих сборок с целью повышения безопасности, надежности и экономичности ихпроизводства и эксплуатации.
Разработка методов и подходов с улучшенными показателями по производительности, точности инадежности для производственного контроля компонентов перспективных ТВС.Разработка экспериментальных стендов и макетов, реализующих разработанные методы контролякомпонентов ТВС (реальной продукции и еѐ имитаторов).
Разработка и создание прототипов базовых узлов измерительных систем.
Разработка алгоритмов обработки изображений и измерительной информации, обладающих высокойнадежностью, достоверностью и быстродействием.
Проведение экспериментальных исследований и производственных испытаний совместно синдустриальным партнѐром разработанных аппаратных и программных средств, а также прототиповбазовых измерительных модулей.
Актуальность и новизна исследования
Для обеспечения эффективности и надежности АЭС все элементы ТВС при производстве подвергаются 100 % контролю, который постоянно улучшается. В связи с этим совершенствование контроля геометрии элементов ТВС - топливных таблеток (ТТ), дистанционирующих решеток (ДР) и оболочек ТВЭЛ является важным направлением в повышении эффективности и безопасности работы АЭС.
В настоящее время контроль внешнего вида ТТ производится автоматически оптико-электронными системами. Однако в них отсутствует предварительный контроль на обнаружение колотых ТТ, что приводит к заклиниванию оборудования. Кроме того в них требуется совершенствование ПО для контроля торцевой поверхности. Существующие системы контроля ТТ не позволяют контролировать глубину дефектов, что является отклонением от требований ТУ. Поэтому задача по контролю внешнего вида ТТ с измерением глубины дефектов является актуальной, и как показали патентные исследования, новой.
Контроль оболочек ТВЭЛ на наличие поверхностных дефектов на данный момент производится токовихревым методом, который обеспечивает только обнаружение дефектов. Обмер обнаруженных дефектов производится на отдельном оборудовании с низкой производительностью. Поэтому требуется оборудование, обеспечивающее одновременно обнаружение и измерение дефектов.
Для выборочного контроля размеров ДР в КТИ НП создана установка «Решетка», не имеющая аналогов в мире. Однако из-за низкой производительности она используется для контроля и регулирования техпроцесса. Сплошной контроль ДР производится контактными методами, имеющими ряд серьезных недостатков. Поэтому требуется разработка высокопроизводительной системы контроля ДР, обеспечивающей 100 % контроль продукции.
Описание исследования

Исследован алгоритм обработки изображений для контроля внешнего вида торцевых поверхностей ТТ. Для бинаризации границ дефектов на торце был использован алгоритм Сауволы, в котором порог бинаризации адаптивно вычисляется в бегущем окне, косвенно учитывая кроме перепадов яркости также и фактуру текущего участка изображения за счет учета дисперсии яркостей в окне. Исследован новый алгоритм обработки изображений при выявлении ТТ с грубыми дефектами. Алгоритм прошел успешные испытания на имитаторах и реальных ТТ.

Для контроля геометрии ДР разработан и исследован метод структурного освещения на основе дифракционных оптических элементов (мультикольцевых фокусаторов). Для вычисления положения полос освещения используется модифицированный метод, основанный на радиальном сканировании изображения. Сортировка и фильтрация данных сканирования позволила повысить точность измерений. Для контроля ячеек ДР разработан специализированный объектив для контроля отверстий, имеющий большую кривизну поля в пространстве предметов и позволяющий строить плоские изображения протяженных отверстий.  

Для контроля топливных таблеток с измерением глубины дефектов предложен и исследован модифицированный метод светового сечения, в котором для освещения объекта используется дифракционный фокусаторв в дугу окружности. За счет особой конфигурации освещающего пучка предложенный метод обладает высоким быстродействием за счет существенного уменьшения площади получаемых изображений. Для получения измерительной информации вычисляется 3D форма имеющихся на ТТ дефектов. Исследованы пороговые алгоритмы обработки изображений позволяющие определить глубину, размеры дефекта в плоскости порога, длину трещин, площадь дефектов. Решение о годности ТТ принимается в соответствии с нормами Атласа допустимых отклонений размеров дефектов.

Для контроля внешнего вида оболочек ТВЭЛ исследован телевизионный метод контроля. Принцип обнаружения дефекта основан на неоднородности регистрируемой интенсивности в зоне дефекта. Так же показателем наличия дефекта служит величина пространственной дисперсии интенсивности.

Результаты исследования

На основе проведенных теоретических  и экспериментальных исследований оптико-электронных методов контроля геометрии компонентов тепловыделяющих сборок разработаны экспериментальные образцы новых высокопроизводительных систем.

Высокоскоростная система контроля дистанционирующих решеток отличается от существующего аналога большой производительностью и повышенной точностью.

Система контроля внешнего вида топливных таблеток с определением глубины поверхностных дефектов. В системе реализован метод светового сечения. На используемый метод контроля подана заявка на патент. Экспериментальный образец системы прошел испытания. По результатам исследований и испытаний системы оформлено ТЗ на ОКР.

Система контроля оболочек ТВЭЛ разрабатывалась для замены существующей системы контроля оболочек ТВЭЛ на наличие дефектов поверхности, работающей на предприятии Индустриального партнера (ПАО «НЗХК»), в которой используется  метод вихревых токов. Экспериментальный образец прошел испытания. Разработано ТЗ на проведение ОКР.

По результатам исследования телевизионного метода контроля разработана система предварительного контроля ТТ. Также разработаны программные средства обработки изображений торцевых поверхностей ТТ для обнаружения дефектов поверхности в темпе производственной линии. Разработанные аппаратные и программные средства обработки изображений испытаны на имитаторах и на реальной продукции. Результаты рекомендованы для внедрения.

Практическая значимость исследования
Полученные результаты будут использованы, прежде всего, в атомной отрасли России, а также в других отраслях промышленности – в ракетно-космической, оптико-механической, горно-добывающей, нефтегазовой, машиностроительной, металлургической, приборостроительной, на транспорте, на предприятиях энергетического и оборонно-промышленного комплекса и др. Разработанные методы и системы могут быть эффективно использованы для трёхмерного бесконтактного контроля огромной номенклатуры изделий в технологических линиях их производства. Их применение позволит заметно улучшить качество выпускаемой продукции благодаря автоматизации контрольно-измерительных операций и исключению субъективного фактора при контроле, своевременной отбраковке изделий. На основании многолетнего опыта использования в атомной отрасли оптико-электронных средств контроля, разработанных в КТИ НП, можно прогнозировать с большой долей вероятности, что внедрение на её предприятиях результатов ПНИ обеспечит дальнейшее повышение надёжности и безопасности тепловыделяющих сборок при их производстве и эксплуатации на АЭС, а также улучшит условия работы персонала на особо опасном производстве сборок для БН-реакторов, где необходимо максимально исключать контакт персонала с изделиями.