KR100303868B1 - 표면손상탐지장치 - Google Patents

Abstract

제1검사 시스템에 검사될 물체를 말단방향으로 차례대로 운반하는 수단, 제1검사 스테이션을 통과할때 물체의 말단을 검사하는 수단, 말단에서 측면방향으로 물체를 경사지게 하는 수단을 구비한 것으로서 제2검사 스테이션에 물체를 측면 방향으로 차례대로 운반하는 수단, 제2검사 스테이션을 통해 물체를 회전 및 측방향 통과시키는 수단, 제1검사 스테이션에서 검사한 말단으로 물체를 경사지게 하는 수단을 구비한 것으로서 제3검사스테이션에 물체를 차례대로 운반하는 수단, 또한 각 물체의 자유말단을 제3검사 스테이션 통과시 검사하는 수단을 포함한 원통형 물체의 표면손상을 탐지하는 장치를 발표한다.

Description

[발명의 명칭]

표면손상 탐지장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명을 구현하는 검사장치의 측면도.

제2도는 제1도의 선(II-U)을 따른 단면도.

제3도는 제2도의 배열 일부를 더 상세히 보여주는 확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 펠렛 3 : 컨베이어

5 : 지지구조물 7 : 제1검사 스테이션

8 : 검사 게이지 9 : 제2검사 스테이션

11 : 제3검사 스테이션 13,15 : 기울임 스테이션

16 : 센서 17,39 : 검사 게이지 헤드

19 : 신호처리장치 21 : 벨트

22 : 롤러 23 : 가이드 바아

25 : 레이저 장치 27 : 레이저 비임

29,33 : 탐지기 30 : 프레임

31 : 거울 35 : 검사 게이지

36 : 처리기 40 : 신호처리장치

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 핵연료 펠렛 같은 원통형 물체의 표면손상을 탐지하는 장치에 관계한다.

핵연료 펠렛같은 원통형 물체는 매우 엄격한 제조품질 조건을 충족시켜야 한다. 이러한 물체는 조작자의 취급없이 자동 생산경로에 의해 제조될 수 있으며, 이러한 경로에서 설비를 써서 표면 결함여부 확인을 위해 물체를 검사하는 것이 필요하다. 물체는 예컨대 소위 “agr”연료요소용 소결된 원통형 UO2(이산화 우라늄)펠렛일 수 있다. 이러한 펠렛은 연료 성능 향상을 위해 축방향 구멍을 가진다. 소결된 펠렛은 스텐레스강 클래딩 튜브에 삽입되고 튜브가 밀폐되어 연료핀 및 핀 집합체를 형성하고, 이것은 조립되어 연료요소를 형성한다. 클래딩튜브에 삽입하기 전 펠렛을 자동검사해야 한다.

본 발명에 따르면 제1검사 스테이션에 하나씩 차례로 단부가 연결되도록 물체를 운반하는 수단, 제1검사 스테이션 통과시 각 물체의 자유단부를 검사하는 수단, 제2검사 스테이션에 측부가 연결되게 하나씩 물체를 운반하는 수단(물체 단부로부터 측부까지 경사지게 하는 수단을 포함), 제2검사 스테이션을 통해 측부가 통과하도록 물체를 회전시키는 수단, 제2검사 스테이션을 통과할 때 각 물체의 곡면부를 검사하는 수단, 물체를 제3검사 스테이션에 차례로 운반하는 수단(제1검사 스테이션에서 검사되는 단부방향으로 물체를 경사지게 하는 수단을 포함), 또한 제3검사 스테이션을 통과할 때 각 물체의 자유단부를 검사하는 수단으로 구성된 표면손상탐지 장치를 제공한다.

공지기술과 달리 본 발명이 장치는 원통형 물체가 존재할 경우 공동속의 면을 제외한 모든 면을 운반수단으로 장치에 물체를 차례로 제공하여 연속조작으로 검사할 수 있게 한다.

본 발명은 핵연료 펠렛의 자동검사에 특히 유리하다. 펠렛은 공지된 형태로서 중공형 또는 꽉찬 원통형 몸체를 갖는다. 단부는 평면이거나 볼록한 곡선형이다. 펠렛은 AGR이나 LWR형 핵반응기에서 사용할 수 있다. 펠렛은 하나이상의 첨가제인 니오비아나 가돌리니아 등의 첨가제가 도핑된 산화우라늄을 포함할 수 있다. 혹은, 펠렛은 우라늄 및 플루토늄 산화물의 혼합물로 된 MOX(혼성 산화물 연료)를 포함할 수 있다. 이 경우, 펠렛은 외부오염을 방지할 수 있도록 산화 플루토늄을 한정시키는 글로브박스 같은 용기내에 담는다. 본 발명의 장치 기소는 용기밖에 위치될 수 있다. 용기는 펠렛을 검사할 수 있도록 용기 안과 밖으로 광학적 복사에너지가 통과할 수 있도록 하는 고급유리로 제조된 창을 포함할 수 있다. 소수의 펠렛만이 검사를 위해 용기내에 있을 필요가 있기 때문에 항상 창이 복사차폐물로서 작용할 필요는 없다. 종래의 중성자 및 감마 방사선 차폐재료가 검사할 펠렛이 담긴 용기밖에 위치된 장치 기소둘레에 제공될 수 있다.

물체를 제1및 제2검사 스테이션 사이에서 경사지게 하는 수단은 운반 트랙상에서 물체 축 위치를 수직에서 수평으로 바꾸는 스텝을 포함하는 제1경사 스테이션을 포함한다. 제2 및 제3검사 스테이션 사이에서 물체를 경사지게 하는 수단은 운반 트랙상에서 물체 축위치를 수평에서 수직으로 바꾸는 스텝을 포함하는 제2경사 스테이션을 포함한다. 제1경사 스테이션 뒤의 운반 트랙은 제1경사 스테이션 뒤 수직으로 남아있는 물체를 차단하는 차단 브릿지를 포함한다.

곡면 검사수단을 제2검사 스테이션에 있을 때 물체를 따라 광학적 비임을 주사하는 수단과 주사광선으로 검사된 원통형 물체를 병진 및 회전시킴으로써 주사광선의 반사된 비임을 탐지하는 제1탐지수단을 포함한다.

광학적 비임은 가시광선 또는 다른 스펙트럼을 갖는 레이저 비임이다.

사용 중 제1탐지수단으로 탐지되는 신호는 결함이 검사면에 존재할 경우 입사 광선의 산란 때문에 크게 감소하며 이러한 감소현상은 표면결함의 존재여부에 대해 정보를 제공한다. 결함은 파편, 균열 또는 긁힘이나 얼룩일 수 있으며 제조시에 매끄럽지 못한 거친표면일 수 있다 길이, 나비 또한 표면적같은 결함의 크기는 탐지된 신호의 감소(물체 회전시 주기적으로 나타나는)기간을 모니터링하여 측정될 수 있다. 이 주기값은 디지털화되어서 신호처리기에서 하나이상의 비교값과 비교됨으로써 결함크기나 면적중 하나이상이 예정된 한계치를 초과하는지 결정할 수 있다.

곡면 검사수단은 또한 물체상에 입사하지 않을 때 투과되는 광선을 탐지하는 제2탐지기를 포함할 수 있다. 투과광은 하나이상의 거울로 제2탐지기를 향하도록 할 수 있다. 제2탐지기로 신호를 탐지하는 주사광선이 물체 단부 너머의 위치에서 검사 물체 경로를 가로지름을 나타낸다. 주사광선이 물체에 입사될 때 신호가 크게 감소하며 물체에 의한 그림자를 나타낸다. 신호감소기간의 모니터링은 물체위치와 길이를 측정할 수 있게 한다. 신호감소 기간은 신호처리기 내에서 디지털값으로 전환되고 예정된 기준값과 비교된다. 측정된 기간이 너무 길거나 짧으면 물체가 부정확한 길이를 갖거나 말단면 즉 말단과 곡면에 걸쳐 결함을 갖는 것을 가리킨다. 또한 제1탐지기가 탐지한 신호기간과 제2탐지기가 탐지한 신호기간 사이의 차이를 측정할 필요가 있다. 차이가 너무 크면(물체 회전시 변화) 물체는 불량이다. 제1탐지기와 제2탐지기의 출력을 처리하는 신호처리기는 단일 공통 처리기이다. 처리기는 검사물체가 부적합한 표면결함을 가지는지 여부를 나타내는 “불합격” 또는 “통과” 신호를 발생한다.

각 물체를 회전시켜 측부가 제2검사 스테이션을 통과하게 하는 수단은 연속 벨트와 두 개의 이격된 가이드 즉 로울러위로 벨트를 이동시키는 수단을 포함하며, 하나의 가이드는 다른 가이드보다 높은 수직위치에 있음으로써 벨트 상부표면이 수직축 및 수평축에 대해 경사지게 되며, 가이드바아가 벨트 상부면 쪽으로 가까이 가로지름으로써 물체가 가이드 바아 바로 위에서 벨트상에 위치될 때 가이드 바아와 접촉하는 벨트를 가로질러 벨트 이동에 위해 자신의 축둘레로 회전된다. 이러한 횡단운동은 벨트각도에 의해 생긴다.

제1검사 스테이션과 제3검사 스테이션에서 각 물체의 자유말단을 검사하는 수단은 게이지와 물체 사이 간격을 양적으로 감지하는 게이지를 포함한다(GB 2145231). 말단면 결함의 존재 때문에 간격이 증감되는 경우 탐지된 신호가 감소하거나 증가한다. 따라서 게이지는 물체의 결함없는 말단면의 경우 얻을 수 있는 정상치로부터 탐지신호의 편차를 모니터링함으로써 결함의 깊이 또한 길이, 나비 및 면적을 측정할 수 있다. 게이지는 상술한 신호처리기와 유사한 방식으로 하나이상의 기준신호와 탐지된 결함 크기를 나타내는 신호를 비교하고 “통과” 또는 “불합격”신호를 발생한다. 검사물체 표면상에 허용할 수 없는 결함이 제1, 2 및 3검사 스테이션중 하나에서 탐지될 경우 물체를 검사수단의 신호처리기에서 나온 “불합격”신호 제어하에서 공압적으로 작동되는 푸셔를 포함한 방출 스테이션(검사 스테이션 다음에 존재하는)에서 제거할 수 있는데, 푸셔는 결함있는 물체를 방출 트랙상에 밀어내도록 배열한다.

장치는 검사 스테이션에 대해 알려진 크기의 표면결함을 가진 물체를 제시함으로써 보정될 수 있다.

제1,2 및 3검사 스테이션은 각각 말단면을 검사하는 수단, 예컨대 광학근접 센서 근처에 있는 물체존재를 탐지하는 수단을 포함하며 물체가 검사 스테이션에 있을 때만 활성화되도록 검사수단에 출력신호를 제공한다.

물체의 자유말단을 검사하는 수단은 이와 다른 종류의 장치도 있다.

(EP 특허출원 588624A). 이 장치는 물체 말단면을 조사하는 수단, 물체축에 평행한 말단면에 의해 반사된 복사에너지 탐지기, 또한 탐지기에 직접 반사되는 말단면 비율을 계산하는 계산기로 구성된다.

말단면이 표면조직에 따라 탐지기에 복사에너지를 반사하는 장치원리가 발표된다(EP 588624A). 표면이 매끄러운 결함없는 표면이면 표면에 의한 복사에너지 반사는 반사면에 수직인 축에 가깝다. 말단면이 균열이나 파편 같은 결함을 포함하면 결함에 의한 복사에너지 반사가 확산되므로 광세기가 적어진다. 물체의 축상에 탐지수단을 위치시킴으로써 결함에 의해 낮은 세기의 반사도를 가질 수 있다. 조사수단은 링형광원을 포함하고, 링의 중심은 물체축과 일치하고 반사된 복사에너지에 투명하여 탐지기에 대해 반사된 빛이 링형 광원을 장애없이 통과할 수 있다. 조사수단은 다수의 링형광원으로 구성되고 각 링형광원은 축을 따라 상이한 위치에서 물체축과 일치하는 링중심을 갖는다. 탐지기에 도달하는 빛은 모든 링형광원을 장애없이 통과해야 한다. 탐지기는 전자 영상 광-탐지기를 구비하거나 또는 무-영상 광탐지기를 구비할 수 있다. 무-영상 광탐지기에서 출력신호는 탐지기에 입사되는 빛과 물체 단부에서 나와 광-탐지기에 의해 수신된 빛의 총량에 비례한다. 영상 광탐지기의 경우 탐지기에서 나온 출력신호는 물체면의 여러면으로부터 탐지기가 탐지한 반사된 복사에너지 세기를 나타내는 성분으로 구성된다.

영상 광-탐지기(EP 588624A)의 경우, 계산기는 탐지기가 제공한 출력신호를 분석하는 신호처리기를 포함할 수 있다. 처리기는 모든 신호성분크기를 합산하고 예정된 기준레벨과 합산값을 비교한다. 계산기는 탐지기가 제공한 출력신호를 분석하는 영상처리기이다. 처리기는 예정된 기준 레벨과 출력 성분크기를 비교한다. 그 후 처리기는 기준값 이상 및 이하인 신호크기(영상세기)를 가진 픽셀 또는 성분의 수를 계수한다. 기준값 이상의 픽셀 개수는 손상되지 않은 물체 면적을 나타낸다.

본 발명에 따른 장치 사용시 물체의 주요부위는 공지된 운반트랙면(UK 특허 GB 223998B)을 가진 운반기인 큐션 전달(RTM)운반기상에 있다. 운반면은 제2경사 스테이션 이후에 또한 제1경사 스테이션 이전에 편평하고 V-형이나 U-형 섹션이어서 제1및 제2경사 스테이션 사이 영역에서 물체를 안내한다.

각 검사 스테이션 이전에 운반트랙상에 큐(queue) 감지장치가 있다. 큐 감지기는 물체가 검사지대를 통과할 때 검사되는 물체간 상호 간섭이 없도록 일정한 거리로 물체를 방출하는 장치를 가질 수 있다.

제1및 3 검사 스테이션입구에서 물체가 정확한 측부위치(운반 트랙의 축에 대해)에 있도록 운반트랙은 물체를 기준면에 대해 바이어스시킬 수 있다.

본 발명의 구체예는 첨부도면과 함께 설명한다:

agr 연료용 원통형 U02 소결 펠렛(1)에 대해 도시된 장치로 표면결함 여부를 검사한다. 펠렛(1)은 쿠션 전달(RTM) 상부면을 가진 컨베이어(3)상에 전달된다. 컨베이어(3)는 지지구조물(5)상에 설치된다. 컨베이어(3)는 펠렛(1)을 제1검사스테이션(7), 제2검사 스테이션(9) 및 제3검사 스테이션(11)으로 연속전달한다. 컨베이어(3)상의 계단형 경사 스테이션(13)(15)은 펠렛(1)축의 위치를 수직에서 수평으로 다시 수평에서 수직으로 변화시킨다.

제1검사 스테이션(7)은 펠렛(1)의 한단면을 검사하는 단부 검사 게이지(8)를 포함한다. 광학 접근 감지기(16)는 펠렛(1) 존재여부를 감지하고 검사를 위해 게이지(8)를 활성화시킨다. 게이지(8)는 공지이다(GB 2145231). 검사 게이지 헤드(17)는 펠렛이 헤드(17)를 통과할 때 전기용량에 의해 헤드(17)와 펠렛(1)의 검사면간 간격(1mm 정도)을 측정한다. 펠렛 표면이 결함을 포함하면 측정된 전기용량은 예정치에서 벗어나고 편차는 신호처리유닛(19)에 의해 기록 및 디지털화된다. 결함이 탐지되고 결함 크기가 저장된 기준값에 비해서 허용할 수 없다고 밝혀지면, 유닛(19)은 방출 스테이션(21)에 출력 신호를 제공하고, 공압식 푸셔(도시안된)는 펠렛을 주컨베이어(3)상의 방출 트랙상에 밀어낸다.

제1검사 스테이션(7)에서 검사한 후 거부되지 않은 펠렛(1)은 경사스테이션(13)에 의해 축이 수평이 되도록 기울여진다. 이후에 각 펠렛(1)의 측부 곡선부가 검사되도록 펠렛(1)이 제2검사 스테이션(9)에 보내진다. 제2검사 스테이션(9)에서 각 펠렛은 제1도에서 보는 것같이 우측에서 좌측으로 스테이션을 통과하며 축둘레를 회전한다. 각 펠렛(1)은 프레임(30)상에 지지되는 로울러(22a),(22b)위를 통과하는 연속이동 벨트(21)에 보내진다. 제2도와 제3도에서 보는 것같이, 로울러(22b)는 로울러(22a)보다 높은 위치에 있으므로 벨트(21)는 수평면에 대해 30° 각도(제3도에서 H로 표시된)인 표면(제3도에서 S로 표시된)을 따라 이동한다. 가이드 바아(23)는 제3도에 도시된 대로 벨트(21)상부 표면(21a)에 근접하여 위치함으로써 펠렛(1)이 가이드바아(23)에 대해 미끄러지고 벨트(21)를 파괴함으로써 벨트(21)를 횡단하게 된다.

제2검사 스테이션은 병진 및 회전운동하는 펠렛(1) 경로를 따라 입사 레이저광(27)을 주사하도록 구조물(5)(제1도 참조)상에 설치되는 주사레이저 장치(25)를 포함한다. 레이저광선(27)은 펠렛(1)길이보다 더 큰 제1도의 점선(28a)과 (28b)의 위치사이에 연장된다. 광선(27)이 펠렛(1)에 입사되지 않으면 투과 광선(27a)으로 전달되고 이후로 투과된 광선탐지기(29)에 의해 탐지된다(제2도 참조).

탐지기(29)에서 탐지한 신호는 펠렛 길이와 위치를 탐지할 수 있도록 한다. 펠렛(1)이 너무 길거나 짧으면 방출된다. 탐지기(29)에서 신호가 발생되지 않으면 탐지기는 음영을 관찰하고, 광선(27)은 펠렛(1)에서 반사된 광선(27b)으로서 반사된다. 펠렛(1)의 말단과 측면에서 “말단 캡”을 포함할 경우, 탐지기(29)출력을 탐지기(33)출력과 비교하여 얻은 측정길이가 벨트상에서 회전하는 동안 기준으로부터 변화되었음을 나타내고 펠렛은 결함있는 것으로 기록된다. 펠렛(1)이 곡면상에 긁힘이나 다른 결함을 가질 경우 레이저광(27)이 결함에 의해 산란되고 반사광 탐지기(33)가 탐지한 신호는 크게 감소한다. 결함크기는 탐지기(33)출력을 처리기(36)에 보내고 펠렛(1)이 병진 및 회전하는 동안 광선(27) 산란기간 값을 디지털화하고 디지털값을 예정 기준값과 비교함으로써 측정될 수 있다. 예정길이와 예정면적보다 큰 것 간주되는 곡면 결함은 허용할 수 없는 것으로 간주된다. 처리기(36)에서 나온 출력으로 제어되는 거부 스테이션(도면에 없음)은 제3검사 스테이션(11)에서 검사하기 전 결함있는 펠렛(1)을 분리한다. 이 거부 스테이션은 작동시 분리할 수 있는 덮개로 덮인 가이드 바아(23)에 개구부를 갖춘다.

제2검사 스테이션(9)에서 검사한 후 거부되지 않은 펠렛(1)은 단부(이들이 제1스테이션(7)에서 검사되는 단부와 반대되는)검사된다. 즉 이들 축은 경사 스테이션(15)에 의해 수직으로 된다. 펠렛(1)은 게이지(8)와 동일하게 감지기(16)와 유사한 광학 근접 감지기(37), 헤드(17)와 유사한 전기용량 검사 게이지 헤드(39) 또한 유닛(19)과 유사한 신호 처리유닛(40)을 구비한 검사 게이지(35)를 포함하는 제3검사 스테이션(11)에 존재한다. 허용할 수 없는 결함이 유닛(40)에 의해 탐지될 때, 유닛(40)은 거부스테이션(41)에서 장치(거부 스테이션(21)과 유사한)를 작동시킨다. 최종적으로, 허용가능한 펠렛(1)이 컨베이어(3) 말단(제1도에서 보는 것같이 좌측에)도달하고 그 후 버퍼 저장기 또는 제조 경로의 다음 단계로 전달된다.

펠렛(1)을 운반, 수거 또는 저장하는 장치는 대기압 조절 및 부유하는 방사능 물질을 포집하기 위한 여과 시스템을 갖춘 안전 시설내에 포함된다.

Claims (11)

1. 제1검사 스테이션에 검사될 물체를 말단방향으로 차례대로 운반하는 수단, 제1검사 스테이션을 통과할 때 물체의 말단을 검사하는 수단, 말단에서 측면방향으로 물체를 경사지게 하는 수단을 구비한 것으로서 제2검사 스테이션에 물체를 측면 방향으로 차례대로 운반하는 수단, 물체 측부가 제2검사 스테이션을 통과하는 동안 물체를 회전시키는 수단, 제1검사 스테이션에서 검사되는 말단방향으로 물체를 경사지게 하는 수단을 구비한 것으로서 제3검사 스테이션에 물체를 차례대로 운반하는 수단, 또한 각 물체의 자유말단을 제3검사 스테이션 통과시 검사하는 수단을 포함한 원통형 물체의 표면손상을 탐지하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 제1 및 2검사 스테이션 사이에서 물체를 경사지게 하는 수단은 운반수단 상에 있는 것으로 물체의 축위치를 수직에서 수평으로 변화시키는 스텝을 구비하는 제1경사 스테이션과 제2 및 3검사 스테이션 사이에서 물체를 경사지게 하는 수단은 운반수단 상에 있는 것으로서 물체축 위치를 수평에서 수직으로 변화시키는 스텝을 구비하는 제2경사 스테이션을 구비하는 것을 특징으로 하는 탐지장치.
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 곡면 검사수단은 제2검사 스테이션에 있을 때 물체를 따라 광학적 비임을 주사하는 수단과 주사광선에 의해 검사된 원통형 물체를 병진 및 회전운동시켜 얻은 반사광을 탐지하는 제1탐지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지장치.
4. 제1항에 있어서, 곡면 검사수단은 주사광선이 물체에 입사하지 않을 때 투과된 광선을 탐지하기 위한 제 2 탐지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지장치.
5. 제4항에 있어서, 제2탐지기에 투과광선을 안내하는 하나이상의 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지장치.
6. 제3항에 있어서, 기준신호와 제1탐지기로 탐지한 신호를 비교하는 신호처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지장치.
7. 제4항에 있어서, 신호처리기가 제 2 탐지기에 의한 신호를 기준신호와 비교함을 특징으로 하는 탐지장치.
8. 제1항에 있어서, 물체 측부가 제2검사 스테이션을 통과하는 동안 물체를 회전시키는 수단은 연속 벨트와 두 개의 이격된 것으로서 하나는 다른것보다 더 높은 수직위치에 있어 벨트의 상부면이 수직 및 수평축에 대해 경사진 가이드 위에 벨트를 이동시키는 수단, 또한 벨트 상부면에 근처로 활주하는 가이드 바아를 포함함으로써 물체가 가이드 바아 바로 위에서 벨트상에 위치하면 벨트 이동에 의해 축이 회전되는 동안 물체가 가이드 바아와 접촉하는 벨트를 가로지름을 특징으로 하는 탐지장치.
9. 제1항에 있어서, 제1검사 스테이션과 제3검사 스테이션에서 각 물체의 자유말단을 검사하는 수단은 물체가 통과할 때 게이지와 물체 사이의 간격을 전기용량에 의해 감지하는 게이지를 포함함을 특징으로 하는 탐지장치.
10. 제1항에 있어서, 제1검사 스테이션과 제3검사 스테이션에서 각 물체의 자유말단을 검사하는 수단은 물체 말단면을 조사하는 수단, 물체 축에 평행한 말단면에서 반사된 복사에너지를 탐지하는 탐지기 또한, 탐지기에 대해 복사에너지를 반사시킨 말단면의 비율을 계산하는 계산기를 포함함을 특징으로 하는 탐지장치.
11. 제1항에 있어서, 제1, 2 또한 3검사 스테이션중 하나 이상이 검사 스테이션 근처에 물체가 존재함을 탐지하는 수단을 포함하고, 탐지수단을 검사수단을 활성화시킬 출력신호를 제공함으로써 물체가 검사스테이션에 있을때만 검사수단이 활성화됨을 특징으로 하는 탐지장치.