專利名稱：可視管位置檢驗系統(tǒng)的制作方法
背景領域本發(fā)明涉及以光學方式確定通常用于核電站的蒸汽發(fā)生器的管端的物理位置。
用于核電站的蒸汽發(fā)生器通常具有加熱管隔板，數(shù)以千計的熱交換器管的端部以流體密封的方式固定在加熱管隔板中。來自核反應堆的熱初級流體流經(jīng)這些管與依次驅(qū)動用于產(chǎn)生電能的渦輪機的二次工作流體進行熱交換。由于初級流體是放射性的，因此在電站維修和保養(yǎng)脫機過程中要對加熱管隔板進行檢驗。在歷史上，對加熱管隔板和管端的檢驗需要技術(shù)人員進入蒸汽發(fā)生器來完成對管端的視覺檢驗，并使用各種檢驗裝置進行手工檢測來檢查產(chǎn)生裂縫、泄漏或其它損壞的加熱管。通?！叭　币褤p壞的加熱管來密封其管端以使損壞的管不再工作并避免發(fā)生泄漏。
最近，采用帶有特殊端部操縱裝置的計算機控制機械手來實現(xiàn)管端的視覺檢驗和進行維修。當代的機械手包括若干鉸接的關(guān)節(jié)以及各個關(guān)節(jié)之間不同長度的連桿。每個關(guān)節(jié)包括例如一個指令驅(qū)動的步進馬達或轉(zhuǎn)動致動器和相配合的角位置傳感器(例如光學編碼器)，所述傳感器與控制器相互配合來控制連接到關(guān)節(jié)上的連桿的角運動。機械手固定在蒸汽發(fā)生器內(nèi)并在系統(tǒng)停機過程中位于加熱管隔板的下方。端部操縱裝置組件安裝到機械手的端部，且通常帶有電視攝像機、一個或多個光源、檢驗工具(例如檢查破裂管的渦流裝置)和/或塞住管端的工具。通常，端部操縱裝置位于距加熱管隔板表面給定距離(也就是2-5cm或更長)的平面內(nèi)并在該平面內(nèi)運動。
控制機械手的計算機處于操縱者控制下，操縱者可利用簡單的操縱桿或通過精確測定目標X、Y指定管來移動端部操縱裝置使其穿過加熱管隔板。當機械手在一個已知初始位置進行位置校準或初始化并且在已知管徑和中心-中心間距的情況下，計算機可計算出從起始或初始位置到達目標X、Y位置的最佳路徑，在大多數(shù)情況下，在所需的目標管范圍內(nèi)來改變端部操縱裝置的位置。但是，機械手常常要承受彎曲力，特別是在機械手從其支承點處伸展達到最大程度的時候。因此，在伸出大約2米的位置處不經(jīng)意地偏移大約1度就會使端部操縱裝置定位在目標管以外的管范圍內(nèi)。
由于端部操縱裝置誤定位在加熱管位置而不是定位在所預期的目標管位置，這樣存在著安全隱患。特別是，端部操縱裝置會不經(jīng)意地定位在一個已知的管位置處，并接受指令將該已知的管塞住，而由于疏忽離開相鄰的當蒸汽發(fā)生器重新工作時處于使用狀態(tài)的損壞的“目標”管。
管理核工業(yè)的政府部門要求可獨立地檢驗管的位置以使端部操縱裝置定位在預期目標管端的可能性最大化。通常，管端可通過系統(tǒng)操縱者單獨地進行計算，當管端經(jīng)過可顯示固定在端部操縱裝置上的電視攝像機輸出信號的視頻監(jiān)視器時，操縱者就可計算出管端。但是，操縱者疲勞和疏忽時就會出現(xiàn)讀數(shù)錯誤并“遺漏”單獨讀數(shù)。
作為有代表性的現(xiàn)有技術(shù)用于保養(yǎng)核電站蒸汽發(fā)生器的機械手端部操縱裝置公開在US5751610、US5838882和US5878151中，這里作為參考進行引用。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種獨立管位置檢驗系統(tǒng)，通過處理端部操縱裝置上攝像機或其它攝像裝置的視頻輸出的連續(xù)幀來識別經(jīng)過攝像機視場的管端路徑，并在圖象由此運動經(jīng)過圖象幀時識別管端的速度、加速度和方向?？梢灶A測，幾種可能的目標是可以實現(xiàn)的。當實現(xiàn)了其中一個可能的目標時，適當?shù)卦龃蠡驕p小獨立的X、Y計數(shù)器值以跟蹤與機械手無關(guān)的管位置。
當控制機械手的計算機表明端部操縱裝置已到達指定目標管端時，獨立計數(shù)器的位置坐標與指定位置坐標進行比較。如果位置相互吻合，就滿足了單獨檢驗的需求；相反，如果不相吻合，就發(fā)出機械手脫離跟蹤的指示，且在機械手重新試著到達目標管之前，機械手重新進行校準或重新進行初始化。
攝像裝置通常采取這樣的形式電視攝像機最好相對于加熱管隔板成一定傾角(也就是45-55°)固定在端部操縱裝置上，且光源也同樣地進行固定，這樣，通過光源產(chǎn)生可由圖象處理軟件進行識別的陰影效果，攝像機就可感測到透視投影場。通常，需要每個管端及其陰影的圖象的大約40％是由管端或管端的一部分所投影的。
當端部操縱裝置以30cm/秒的速度運動在加熱管隔板上時，攝像裝置就以已知的幀速(也就是32幀/秒或各幀之間的時間間隔為0.03135秒)攝下連續(xù)的圖象幀。每個幀內(nèi)可辨別的物像連續(xù)幀相互進行比較就可得出端部操縱裝置經(jīng)過加熱管隔板的運動速度和方向，并可得出使系統(tǒng)相對于初始位置讀數(shù)增大和/或減小X、Y計數(shù)器值，從而不依賴于由指令驅(qū)動的機械手而保持端部操縱裝置的運行軌跡。
攝像機以一定的傾角相對于加熱管隔板進行安裝使得攝像機接收到這樣的視場其中，管端呈現(xiàn)在透視畫面中，近處的管端看上去要大于遠處的管端，且管端看上去是在向遠處的沒影點會聚。測量連續(xù)圖象幀之間的視聚角就可得到端部操縱裝置和加熱管隔板平面之間的間距及其變化。視聚角可用于控制機械手的Z軸，以便于精確和最優(yōu)地控制端部操縱裝置與加熱管隔板平面之間的間距，從而使系統(tǒng)的位置跟蹤能力最大化。
附圖簡述下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。


圖1是示例性加熱管隔板的底部視圖，機械手固定在其中，且機械手可在X、Y平面內(nèi)運動，并可沿垂直于X、Y平面的Z軸運動；圖2是圖1所示機械手的視圖，其中，該機械手處于第一位置(實線所示)和兩個其它位置(虛線所示)；圖3是圖1所示加熱管隔板的側(cè)視圖，其中示出了加熱管隔板的管端和位于加熱管隔板下面的攝像機的位置，并以選定的角度從加熱管隔板底部一定視覺距離處仰視加熱管隔板；圖4顯示了所選的圖1所示管端的集合，其中示出了管之間的間距；圖5是以選定的視角所視的管端；圖6是三組管端與三組管端向一定距離的沒影點會聚的透視簡圖；圖7是映象系統(tǒng)檢驗機械手的X、Y位置的流程圖；以及圖8是通過作為圖6所示成象面內(nèi)視聚角函數(shù)的間距z(n)來控制端部操縱裝置的流程圖。
實施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明的單獨管位置檢驗系統(tǒng)工作于通常用于核電廠或普通礦物燃料電廠的蒸汽發(fā)生器10的加熱管隔板下方的安裝位置上。圖1是表示大量(數(shù)以千計)管端14(虛線所示)的示例性加熱管隔板12的局部示意圖。盡管不同的制造商其制造的加熱管形狀是不同的，但大多數(shù)加熱管隔板水平地與以選定的間距相互間隔地排列成重復矩陣圖形的管端對準。每個管端的位置是已知的，并可通過若干坐標來表示，在示例性實施例中是由X、Y坐標來表示。
正如所知，裝入并穿過加熱管隔板的管部分易于破損，且有時候會發(fā)生破裂。通常的修補方法是用在蒸汽發(fā)生器10恢復工作時可封住管子以免流體流出的堵塞物(未示出)來“塞住”管子的端部。
因此，本發(fā)明在加熱管隔板12的下方設置了一個通常形式的機械手，并用標號20表示。在所示實施例的情況下，機械手20包括固定在結(jié)構(gòu)件(未示出)上的底座和多個鉸接連桿L1、L2和L3。連桿L1通過關(guān)節(jié)J1與底座相連，并通過另一個關(guān)節(jié)J2與第二連桿L2相連。同樣地，連桿L2通過關(guān)節(jié)J3與第三連桿L3相連。每個關(guān)節(jié)包括旋轉(zhuǎn)致動器，所述旋轉(zhuǎn)致動器可通過接受控制器(未示出)的指令來控制關(guān)節(jié)的角位置。根據(jù)機械手制造商的不同，旋轉(zhuǎn)致動器可采用由指令驅(qū)動的步進馬達或普通的控制回路，并通過其由角位置指示器、例如光軸編碼器向控制器提供角位置信號，隨后控制器將旋轉(zhuǎn)致動器驅(qū)動到所需的位置。因此，可控制機械手20接近大多數(shù)(如果不是所有的)管端14來進行檢查、操作或修理。
盡管圖1和2未具體示出，機械手20包括一個沿Z軸朝向和離開加熱管隔板12表面的自由度。根據(jù)機械手制造商的不同，朝向和離開加熱管隔板12的Z軸方向的運動可通過流體缸(液壓的或氣動的)或電致動器(也就是馬達驅(qū)動的螺旋傳動裝置或直線致動器)來實現(xiàn)。
端部操縱裝置EE安裝在連桿L3的末端，且通常包括可完成所需的對管端14的檢查、操作或修理工作的工具。如上述美國專利US5878151所描述的，端部操縱裝置EE可包括渦流檢查裝置、導銷、管端對準燈、各種工具以及可向遠處系統(tǒng)操縱器輸出視頻信號的電視攝像機。通常，端部操縱裝置EE和/或其上所帶的工具可接受指令而沿Z軸向管端運動和離開管端。
如圖2所示，機械手20可在X、Y平面內(nèi)從初始或起始位置(實線)向后面的位置運動，從而將端部操縱裝置EE重新定位在特定的管端14上。機械手20可通過操縱者控制的操縱桿發(fā)出的適當指令或通過將目標X、Y坐標輸入控制器(未示出)從而使機械手20向目標管端14運動?？刂破魍ǔ？捎嬎愠鰪默F(xiàn)在的位置到目標位置的最短的或最直接的路徑。在一些情況下，由于加熱管隔板12下方的空間內(nèi)結(jié)構(gòu)支承的干涉，機械手20并不能實現(xiàn)其最短的或最直接的路徑。在這些情況下，將禁止路徑編入控制器以避免意外的事故發(fā)生。在圖2的情況下，通過首先將端部操縱裝置EE沿Y軸向上移動選定的距離，然后再使端部操縱裝置EE沿X軸向右移動到第一虛線位置，端部操縱裝置EE就可從其初始實線位置運動到第一虛線位置。相反，通過首先將端部操縱裝置EE沿X軸向右移動選定的距離，然后再使端部操縱裝置EE沿Y軸向上移動到第一虛線位置，端部操縱裝置EE就可從其初始實線位置運動到第一虛線位置。另外，端部操縱裝置EE也可沿最短路徑直線移動。在優(yōu)選實施例中，機械手20可以約30cm/秒的速度移動端部操縱裝置EE(及其電視攝像機)。通常，最好起始和結(jié)束的加速圖線是對數(shù)式的，也就是以很慢的起始速度逐漸加速到最大速度。對數(shù)加速和減速圖線增大了圖象處理裝置(后面將進行描述)不失去記錄的概率。
圖3是圖1所示加熱管隔板12的側(cè)視平面圖，如圖所示，在這種加熱管隔板12中，管端12與加熱管隔板表面齊平。端部操縱裝置EE包括一臺電視攝像機16，該攝像機與加熱管隔板12平面成一定角度，最好大約是45-55°。如平行的箭頭所表示的，一個(或多個)光源18設置在電視攝像機16上或設置在其附近，以照亮所觀察的范圍。由于電視攝像機16固定在端部操縱裝置EE上，因此電視攝像機16隨著機械手20的運動其視點是可轉(zhuǎn)動的，并具有不同的轉(zhuǎn)動視角，如圖3右側(cè)的虛線所示。
如圖3及上面所描述的，Z軸致動器24與機械手20相連，并可控制該致動器24使端部操縱裝置EE向加熱管隔板12平面運動或離開上述平面。通常，端部操縱裝置EE最好在距加熱管隔板12表面距離為z(n)的平面內(nèi)運動。最佳間距根據(jù)與端部操縱裝置EE相關(guān)聯(lián)的工具和裝置來確定，通常為2-5cm。通過向Z軸致動器24發(fā)出指令使端部操縱裝置EE向著或離開加熱管隔板12表面運動來使間距產(chǎn)生變化量(Δz)，并因此而保持最佳的間距z(n)。
光源18成一定傾角布置，從而使得在視場內(nèi)存在所需的陰影。通常如下所述，最好攝像機16視場內(nèi)的每個管端14具有至少為管端及其投影圖象40％的相關(guān)陰影。由于處于使用狀態(tài)的加熱管隔板12通常在其表面上具有稍發(fā)白的或淺色的表面沉積物和/或稍發(fā)白的反光硼沉積物，因此電視攝像機16視場內(nèi)存在的陰影提供了有助于計算出在鄰接影像幀之間通過或移動的距離、速度和移動方向的高對比度的裝置和邊緣。當端部操縱裝置EE運動到加熱管隔板12下方時，該信息可用于提供連續(xù)的X、Y位置數(shù)目。
如圖3所示，電視攝像機16向影像記錄裝置100輸出視頻信號，在優(yōu)選實施例中，該影像記錄裝置100每秒可記錄32幀影像。當端部操縱裝置EE運動時，第一幀上的特征就轉(zhuǎn)移到下一個相鄰的幀上。知道了相鄰幀之間的影像要素移動距離以及幀與幀之間的時間間隔(也就是0.03125秒)，就可確定幀與幀之間的移動距離值以及相關(guān)的移動速度和方向。在圖3所示實施例的情況下，在裝置102中進行特征識別和確定幀間的位移量，在裝置104中計算影像位移并在裝置106中進行附加處理。輸出信號提供給X、Y計數(shù)器，總的用標號108表示，增加或減少的量就提供了X、Y坐標值和端部操縱裝置EE位置的連續(xù)讀數(shù)信號。顯然，X、Y計數(shù)器的輸出與機械手控制器所用的任何值都是無關(guān)的。
圖3的處理過程在單獨的功能塊或裝置中進行，顯然，該處理過程可通過微程序語言或軟件控制的硬件設備、程序控制的微處理器或計算機、專用集成電路或者是它們的組合來實現(xiàn)。
商品化的圖象記錄和處理裝置已為人所知，在優(yōu)選實施例的情況下，最好是采用美國Cognex公司生產(chǎn)的單圖象激勵器(One VisionDrive)Natick MA 01760裝置。該裝置包括PC兼容插入板(也就是ISA或PCI兼容)和相關(guān)的硬件和軟件，所述的硬件和軟件可“調(diào)試”成能識別記錄圖象幀中的特征或物像并程序可控地估量連續(xù)圖象幀視場內(nèi)的特征或物像的運動。因而，Cognex插板可設計為具有圖3所示的功能和下面圖7、8所表述的圖象處理過程。
如圖4所示，所述實施例的管端14呈矩形形狀X、Y排列，管中心與管中心的間距是P。管徑和間距P根據(jù)制造商的不同而不同，通常管端的直徑大約是13-15fmm。而中心到中心的間距P大約是3.5-4.0cm，有代表性的是3.8cm。當以與水平位置成45-55°角觀察時，管端14看上去呈圖5所示的平面上大小間隔相同的橢圓形。但是，當通過電視攝像機16觀察一組管端14的子集(如三乘三的范圍)時，管端看上去呈以視聚角α從近到遠向滅影點會聚的橢球體，從而呈現(xiàn)出圖6所示的典型透視圖。
加熱管隔板12所呈現(xiàn)的視場是非常均勻的，當然也存在一定的不均勻性。特別是，暴露于電視攝像機16前的加熱管隔板12的表面可根據(jù)蒸汽發(fā)生器10的特定結(jié)構(gòu)及其工作狀態(tài)和維修歷史而有所改變。例如，有些加熱管隔板12的制造商使管端14與加熱管隔板12的表面平齊，而有些制造商則將管端14超出加熱管隔板12表面給定的距離進行設置，從而管端14看上去是從加熱管隔板12的表面伸出的。另外，硼(通常加入初級流體作為緩和劑)常常是沉積在系統(tǒng)原有側(cè)面的暴露表面上。而且，其它材料可沉積在表面上。最后，根據(jù)蒸汽發(fā)生器10的使用情況，可預先將整體管端14范圍內(nèi)的一些管端14“塞住”或蓋住而不再使用這些管。所用的特定塞子可包括安裝時與管端平齊的和從管端伸出給定距離的塞子。
使用傾斜光線(大約為45-55°)可在視場內(nèi)形成陰影。例如，在管端14與加熱管隔板12表面平齊的情況下，每個管端14的近緣在遠端內(nèi)壁面上投射有陰影。在管端14在加熱管隔板12表面之上伸出一較短距離或者塞子已插入管端的情況下，每個管端和塞子也投射有“半月”形的陰影。最后，如果硼的沉積物在暴露表面上形成堆積物，例如鐘乳石狀的構(gòu)造物，這些堆積構(gòu)造物同樣也有同樣的投影機會。
重要的是，光源和電視攝像機16的鏡頭相互對準從而使電視攝像機16可“看到”光源在視場內(nèi)所投射的任何陰影。陰影及其邊緣提供了用于調(diào)試圖象處理系統(tǒng)的圖象結(jié)構(gòu)，這在下面將進行說明。
圖7表述了典型的優(yōu)選處理過程。當系統(tǒng)啟動過程中進行初始化并設定工作參數(shù)時，圖象處理軟件根據(jù)制造商的特殊約定“調(diào)試”成可識別一個管端和管端的一個確定區(qū)域(即一個n×m的管端列陣)。軟件調(diào)試對于每個要檢查、保養(yǎng)和維修的加熱管隔板來說是特定的。此后，在機械手20接受指令運動到一個新的位置之前，將初始位置儲存在X、Y計數(shù)器108中。運行程序，同時機械手20在加熱管隔板12下方的X、Y平面附近運動，并通過軟件從每個圖象幀內(nèi)的非陰影和陰影物像或特征而確定假想的橢圓形管端。最好每個橢圓的短軸和長軸通過單值分解法來進行確定，以便于確定每個橢圓的中心。當確定橢圓中心時，橢圓形管端就轉(zhuǎn)變?yōu)閳A形的正投影。橢圓形管端通過變換而轉(zhuǎn)換為假想的圓形管端后，利用連續(xù)幀中影像特征的移動來計算幀間的速度、加速度和方向。因而，如果影像特征“看上去”在連續(xù)幀之間移動1cm，就可利用對應于移動量的距離信息來不斷更新X、Y計數(shù)器。由于機械手20只是偶爾以直線的方式移動端部操縱裝置，可利用感覺出的角轉(zhuǎn)動或角位移值來將位移量分解成X、Y值。在該點處，用新位置信息來使X、Y計數(shù)器得以增大或減小(也就是更新計數(shù)器)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，系統(tǒng)根據(jù)已知的速度、加速度和方向信息來計算幾條可能的路徑，并根據(jù)實際的路徑來更新X、Y位置計數(shù)器。端部操縱裝置的速度可通過幀間運動量和相鄰幀間經(jīng)過的持續(xù)時間(0.03125秒)來確定。機械手在受外部因素干擾的情況下，路徑預測提供了一種可保證可靠工作的測量數(shù)據(jù)。在流程的某些點、包括端部操縱裝置EE名義上到達目標位置的點處，對上述圖象處理系統(tǒng)單獨跟蹤的X、Y位置與機械手20所提供的X、Y位置信息之間進行比較。如果位置“相吻合”，機械手和圖象跟蹤系統(tǒng)相一致表明定位或跟蹤的完整統(tǒng)一性毫無損失。相反，不相吻合則表明跟蹤失敗且需要系統(tǒng)重新進行初始化。通過使端部操縱裝置EE返回到已知的起始位置，記錄X、Y坐標并重新使端部操縱裝置運動就可使系統(tǒng)重新初始化，實際上，系統(tǒng)的重新初始化時間小于60秒。如圖7左上方虛線路徑所示，也可通過返回到調(diào)試步驟來使系統(tǒng)重新初始化。
圖象處理路徑跟蹤X、Y位置的準確度依賴于間距z(n)和端部操縱裝置EE運動的X、Y平面。理想情況下，加熱管隔板12的表面應當位于一個平坦的平面上，機械手20應在距離加熱管隔板12最優(yōu)距離值z(n)的一個平坦X、Y平面上移動端部操縱裝置EE。實際上，加熱管隔板12在使用數(shù)年后外形尺寸會有變形，且當機械手各個關(guān)節(jié)處于其最大伸展位置時，機械手20會彎曲或下垂。實際間距與所需的名義間距z(n)之間具有一定量Δz的變化。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，通過動態(tài)地控制Z軸致動器24使端部操縱裝置EE根據(jù)來自于連續(xù)圖象幀的誤差信號而向加熱管隔板12運動和離開加熱管隔板12，從而使間距z(n)保持在所需的誤差范圍內(nèi)。如圖6所示，攝像機感覺到的3×3管端列陣圖象表示為一組橢圓形物體，其中，近處物體比遠處物體要大和寬，且物體看起來象透視圖中所示地以角度α向遠處沒影點會聚。如圖6虛線所示，視聚角α作為電視攝像機16觀察下的加熱管隔板12局部表面區(qū)域與端部操縱裝置EE之間間距的函數(shù)而變化。
如圖8所示，間距作為在每個幀中所感覺到的視聚角α的函數(shù)而增大或減小。通過圖象處理軟件(其可找到上述所觀察到的橢圓的中心)可獲得視聚角α，并將視聚角與根據(jù)最優(yōu)間距z(n)(也就是2-5cm)確定的經(jīng)驗值進行比較。如果所觀察的視聚角α值在最優(yōu)范圍之外，Z軸控制器24就工作而使端部操縱裝置EE離開或朝向加熱管隔板12運動，從而驅(qū)動端部操縱裝置EE向著并到達最優(yōu)間距z(n)。對于每個圖象幀而言，系統(tǒng)可用作一個典型的反饋回路。在所有的時間內(nèi)，端部操縱裝置EE保持在最優(yōu)間距z(n)或其附近，而不管加熱管隔板12平面內(nèi)的變化和機械手20能力的變化以使端部操縱裝置EE保持在所需的X、Y平面內(nèi)。
在定量確定視聚角α之間比較值的同時，也可定性地進行比較，也就是，作出判斷是否圖象幀內(nèi)所觀察的視聚角α僅僅是大于或小于所需的最優(yōu)值并指令Z軸致動器24驅(qū)動機械手20和端部操縱裝置EE以預定的間隔或增量朝向(或離開)加熱管隔板12運動。使用這種定性技術(shù)，驅(qū)動端部操縱裝置EE向最優(yōu)間距z(n)運動而很少考慮反饋回路增益系數(shù)、可能的過調(diào)量或回路回復。
盡管間距z(n)的控制已在使整個機械手20朝向或離開加熱管隔板12表面運動的致動器24的文章部分中給予了描述，但顯然，Z軸控制器可安裝在端部操縱裝置EE上，并只使攝像機16、光源18和任何相關(guān)的器具朝向和離開加熱管隔板12表面運動，從而保持最優(yōu)間距z(n)。
工業(yè)適用性本發(fā)明適用于核發(fā)電廠和非核發(fā)電廠蒸汽發(fā)生器的加熱管隔板和管端的保養(yǎng)維護中。
顯然，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求書及其法律等同體所確定的范圍的情況下，本領域技術(shù)人員可對本發(fā)明的獨立管位置檢驗系統(tǒng)作出各種不同的變化和改型。
權(quán)利要求
1．一種用于檢查和保養(yǎng)蒸汽發(fā)生器(10)中加熱管隔板的管位置檢驗系統(tǒng)，這種蒸汽發(fā)生器具有多個位于加熱管隔板(12)中的管端(14)和一個機械手(20)，所述加熱管隔板按照預定的坐標系進行布置，所述機械手用于將靠近加熱管隔板(12)表面的端部操縱裝置(EE)移動到連續(xù)的管端位置，其特征在于具有連接在機械手(20)上的攝像裝置(16)，當機械手(20)移動端部操縱裝置(EE)經(jīng)過加熱管隔板(12)表面時，攝像裝置拍攝下連續(xù)的圖象幀；用于照亮加熱管隔板(12)的光源(18)，以便于在攝像裝置(16)視場范圍內(nèi)產(chǎn)生陰影效果；圖象處理裝置(104、106)，用于處理攝像裝置(16)所拍攝的連續(xù)圖象以識別物像從幀到相鄰幀的相對移動；以及位置坐標記錄器(108)，用于記錄圖象處理裝置(104、106)的位移變化，以便于跟蹤端部操縱裝置(EE)坐標的變化。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的管位置檢驗系統(tǒng)，其特征在于機械手(20)包括與位置坐標記錄器(108)分離開的位置坐標指示器，還具有一個比較器，用于比較圖象處理裝置和機械手(20)的位置坐標值以便于判定機械手(20)的軌跡完整性。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的管位置檢驗系統(tǒng)，其特征在于具有控制功能，以便于在觀測下使攝像裝置(16)保持距加熱管隔板(12)的表面給定的最優(yōu)間距z(n)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的管位置檢驗系統(tǒng)，其特征在于，控制功能是這樣實現(xiàn)的觀測圖象幀內(nèi)各目標物之間的視聚角(α)，將所觀測的視聚角(α)與最優(yōu)值進行比較，并使端部操縱裝置(EE)向最優(yōu)間距z(n)移動。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的管位置檢驗系統(tǒng)，其特征在于機械手(20)包括一個致動器(24)，該致動器可使端部操縱裝置(EE)向加熱管隔板(12)表面移動或使其移動離開加熱管隔板(12)表面。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的管位置檢驗系統(tǒng)，其特征在于攝像裝置(16)是電視攝像機。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的管位置檢驗系統(tǒng)，其特征在于光源(18)相對于加熱管隔板(12)的平面約成45-55°角。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的管位置檢驗系統(tǒng)，其特征在于攝像裝置(16)相對于加熱管隔板(12)的平面約成45-55°角。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的管位置檢驗系統(tǒng)，其特征在于光源(18)產(chǎn)生陰影效果，其中，在像場中，陰影是每個陰影形成構(gòu)件及其陰影的圖象的至少40％。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的管位置檢驗系統(tǒng)，其特征在于光源(18)固定在攝像裝置(16)上。
11．一種用于檢查和保養(yǎng)蒸汽發(fā)生器(10)之加熱管隔板(12)的管位置檢驗方法，這種蒸汽發(fā)生器具有多個位于加熱管隔板(12)中的管端(14)和一個機械手(20)，所述加熱管隔板按照預定的坐標系進行布置，所述機械手用于將靠近加熱管隔板(12)表面的端部操縱裝置(EE)移動到連續(xù)的特定管端位置處，其特征在于照亮加熱管隔板(12)以便于在此產(chǎn)生陰影效果；拍攝由機械手(20)運動而形成的加熱管隔板(12)的連續(xù)圖象幀；處理攝像裝置(16)所拍攝的連續(xù)圖象以識別物像從幀到相鄰幀的相對移動；以及更新位置坐標記錄器，該位置坐標記錄器用于記錄物像從幀到相鄰幀的相對移動所產(chǎn)生的位移變化。
12．根據(jù)權(quán)利要求6所述的管位置檢驗方法，其特征在于，所述處理步驟是通過將圖象內(nèi)任何感測到的橢圓形物像轉(zhuǎn)化為圓形物像。
13．一種用于檢查和保養(yǎng)蒸汽發(fā)生器(10)中加熱管隔板的端部操縱裝置(EE)定位系統(tǒng)，這種蒸汽發(fā)生器具有多個位于加熱管隔板(12)中的管端(14)和一個機械手(20)，所述加熱管隔板按照預定的坐標系進行布置，所述機械手用于將靠近加熱管隔板(12)表面的端部操縱裝置(EE)移動到連續(xù)的特定管端位置，其特征在于具有連接在機械手(20)上的攝像裝置(16)，當機械手(20)移動端部操縱裝置(EE)經(jīng)過加熱管隔板(12)表面時，攝像裝置拍攝下連續(xù)的圖象幀，所設置的攝像裝置(16)可向圖象幀提供圖象幀內(nèi)目標物的透視影像，透視影像是這樣的即目標物看上去是在向遠處沒影點會聚；用于照亮加熱管隔板(12)的光源(18)，以便于在攝像裝置(16)的視場范圍內(nèi)產(chǎn)生陰影效果；圖象處理裝置(104、106)，用于處理攝像裝置(16)所拍攝的連續(xù)圖象以識別物像從幀到相鄰幀的視聚角；以及一個致動器，用于實現(xiàn)端部操縱裝置(EE)向著或離開加熱管隔板(12)的運動，以便于保持最優(yōu)的間距z(n)，該間距z(n)是視聚角的函數(shù)。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的端部操縱裝置(EE)定位系統(tǒng)，其特征在于光源(18)相對于加熱管隔板(12)的平面約成45-55°角。
15．根據(jù)權(quán)利要求13所述的端部操縱裝置(EE)定位系統(tǒng)，其特征在于攝像裝置(16)相對于加熱管隔板(12)的平面約成45-55°角。
16．根據(jù)權(quán)利要求13所述的端部操縱裝置(EE)定位系統(tǒng)，其特征在于光源(18)產(chǎn)生陰影效果，其中，在像場中，陰影是每個陰影形成構(gòu)件及其陰影的圖象的至少40％。
17．根據(jù)權(quán)利要求13所述的端部操縱裝置(EE)定位系統(tǒng)，其特征在于光源(18)固定在攝像裝置(16)上。
18．一種用于檢查和保養(yǎng)蒸汽發(fā)生器(10)之加熱管隔板的端部操縱裝置(EE)定位方法，這種蒸汽發(fā)生器具有多個位于加熱管隔板(12)中的管端(14)和一個機械手(20)，所述加熱管隔板按照預定的坐標系進行布置，所述機械手用于將靠近加熱管隔板(12)表面一最優(yōu)間距z(n)的端部操縱裝置(EE)移動到連續(xù)的特定管端位置，其特征在于照亮加熱管隔板(12)以便于在此產(chǎn)生陰影效果；拍攝由機械手(20)運動而形成的加熱管隔板(12)的連續(xù)圖象幀，以相對于加熱管隔板(12)表面成一定角度所拍攝的連續(xù)圖象幀提供了透視影像，其中，圖象幀內(nèi)的目標物看上去是在向遠處的沒影點會聚；處理攝像裝置(16)所拍攝的連續(xù)圖象以識別圖象幀內(nèi)目標物的視聚角；以及在觀測下，使攝像裝置(16)距加熱管隔板(12)表面保持給定的最優(yōu)間距z(n)，該間距z(n)是圖象幀內(nèi)目標物視聚角的函數(shù)。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的端部操縱裝置(EE)定位方法，其特征在于控制功能是這樣實現(xiàn)的測量圖象幀內(nèi)目標物之間的視聚角(α)，將所測的視聚角(α)與最優(yōu)值進行比較，并使端部操縱裝置(EE)向最優(yōu)間距z(n)移動。
20．根據(jù)權(quán)利要求18所述的端部操縱裝置(EE)定位方法，其特征在于機械手(20)包括一個致動器(24)，該致動器可使端部操縱裝置(EE)向加熱管隔板(12)表面移動或使其移動離開加熱管隔板(12)表面。
全文摘要
一種獨立管位置檢驗系統(tǒng),其包括電視攝像機(16),該電視攝像機固定在機械手(20)的端部操縱裝置(EE)上,機械手固定在蒸汽發(fā)生器(10)中、處在加熱管隔板(12)的下方,以便于在機械手(20)使端部操縱裝置(EE)運動經(jīng)過加熱管隔板(12)時可視地跟蹤位置變化。加熱管隔板(12)和管端(14)由一個或多個光源(18)以一定的傾角進行照亮,從而在視場中形成所需的陰影。電視攝像機(16)輸出連續(xù)圖象幀,這樣連續(xù)幀像場中的物像移動就產(chǎn)生物理位移信息,這些信息可轉(zhuǎn)化為速度和方向信息。檢驗系統(tǒng)所確定的位置變化與機械手(20)保持的位置信息進行比較,任何的不相吻合意味著失去了跟蹤軌跡的完整統(tǒng)一性,而需要系統(tǒng)重新進行校準。
文檔編號B25J9/16GK1309598SQ9980861
公開日2001年8月22日 申請日期1999年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月15日
發(fā)明者J·S·卡茨, L·T·菲茨吉邦斯, Z·甘 申請人:Ce核電力有限公司