Abstract
In this paper, a deformation measurement technology of the nuclear fuel rod is proposed. The deformation measurement system include high definition CCD or CMOS image sensor, lens, semiconductor laser line beam marker, and optical & mechanical accessories. The basic idea of the deformation measurement is to illuminate the outer surface of the fuel rod with collimated laser line beam at an angle of 45 degrees or higher. The relative motion of the fuel rod in the horizontal direction causes the illuminated laser line beam to move vertically along the surface of the fuel rod. The resulting change of laser line beam position in the surface of the fuel rod is imaged as the parabolic beam in the high definition CCD or CMOS image sensor. From the parabolic beam pattern, the ellipse model is extracted. And the slope of the long and the short axis of the ellipse model is found. The crossing point between the saddle point of the parabolic beam and the long & short axis of the ellipse model is taken as the feature of the deformed fuel rod. The vertical offset between feature points before and after fuel rod deformation is calculated. From the experimental results, $50\;{\mu}m$ inspection resolution is acquired using the proposed method, which is three times enhanced than the conventional criterion ($150\;{\mu}m$) of the guide for the inspection of the nuclear fuel rod.
본 논문에서는 핵연료봉의 변형에 대한 고정도 검사방법을 제안한다. 핵 연료봉과 이를 관측하는 영상 센서의 광축을 수직으로 구성한다. 영상 센서의 광축을 기준으로 45도 또는 그보다 높은 각도로 레이저 라인빔을 연료봉 표면에 조사하면 연료봉의 수평 방향 변위가 영상 센서에서는 수직 방향 변위로 관측된다. 핵 연료봉 표면에 일정 각도로 입사된 레이저 라인빔이 영상 센서면에서는 일정 두께를 갖는 포물선 형태로 관측되게 된다. 센서 화면에 나타나는 일정 두께의 포물선을 영상처리하여 타원으로 모델링하고 타원의 장축과 단축의 기울기를 구한다. 포물선의 변곡점과 모델링한 타원의 장축과 단축이 교차하는 지점을 특징점으로 추출한다. 이와 같은 영상처리 알고리즘을 이용하여 핵 연료봉의 수평방향 변위에 따른 특징점 좌표의 수직방향 편차를 계산한다. 크러드가 형성된 핵연료봉 시편에 대해 고해상도 영상센서를 사용하여 실험한 결과 중성자 조사후 핵연료봉의 변형 검사기준인 $150{\mu}m$ 보다 3배 이상 개선된 $50{\mu}m$ 이하의 검사 정밀도를 달성하였다.
