面向核电站反应堆开口销探伤的视觉定位引导系统研究

作     者：肖丁寅 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毛建旭;段峰

授予年度：2023年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：核电站反应堆 开口销探伤 视觉引导 椭圆检测 路径规划 

摘      要：核电作为一种高效清洁能源,在节能减排中贡献突出,已经深入我们的日常生活。目前在役的压水堆核电站是我国核电站所用反应堆的主力军。压水堆核电站随着燃料燃耗的不断加深,在每个燃料循环的寿期末,必须停机停堆换料检修。为了提高在检修时的安全性与效率,本文针对每次检修时必须探伤的开口销组件,设计了一套核电站反应堆开口销视觉定位引导系统。 本文根据开口销探伤引导的作业需求,针对环境限制与现有设备的不足,提出了能够稳定快速进行多开口销引导定位的视觉系统设计方案,对探伤设备的运动机构、视觉系统、控制系统进行了结构设计,研制并实现了一款能够实现开口销引导定位探伤的系统样机,并通过多次定位测量实验证明了其有效性。 为了解决在水下定位时开口销纹理弱并且各组件相似难以区分的问题,本文提出了一种融合边缘特征与灰度直方图的开口销筛选方法,首先通过开口销的几何结构从边缘图像进行粗筛,确定可能存在开口销的候选区域;然后通过分析不同组件的反射效果,对比分析灰度直方图区间占比,从候选区域中确定待测开口销。实验结果表明,该方法能够准确的从节流孔、排气孔、检修孔等相似组件中将开口销筛选出来。 为了提高开口销定位精度,准确的定位开口销销孔边缘轮廓,本文提出了一种改进的基于区域效应的开口销检测方法。方法采用二次曲线穿过销孔边缘点,由于该边缘点的灰度值处于边缘两侧灰度值之间,通过计算边缘处曲线上的灰度值推算出二次曲线的参数,获取边缘点的亚像素坐标。实验结果表明本文所提方法的开口销平面定位精度平均误差小于0.1 mm,能够准确的引导超声波探头插入到开口销中。 为了避免探伤时漏检系统覆盖区域内的开口销,本文设计了一种基于几何分析的多开口销坐标定位算法,首先根据上堆芯板的结构建立了多开口销几何模型,然后基于区域生长的方式查找到系统覆盖范围内所有开口销坐标。同时,为了保证探伤作业的效率,结合模拟退火算法进行多开口销的探伤路径规划,能够以最短路径完成多个开口销的探伤引导任务。 最后,结合核电站开口销探伤作业需求,本文设计了一套用于开口销探伤的视觉定位引导软件系统,详细介绍了系统的相机光源控制模块、视觉引导定位算法模块、运动控制模块的设计与实现,能够在不同环境下辅助作业人员快速完成开口销探伤作业。