[发明专利]一种核燃料包壳表面缺陷检测系统及方法

权利要求书

1.一种核燃料包壳表面缺陷检测系统，其特征在于，包括检测装置，所述检测装置包括底座(1)以及垂直设置在所述底座(1)上的支架(2)，所述支架(2)的一侧安装有呈环状的旋转机构(3)，所述旋转机构(3)包括位于内侧可转动设置的转动环，以及用于驱动所述转动环旋转的驱动装置，所述转动环的旋转轴心线沿水平方向设置；所述底座(1)上还设置有支撑座(4)，所述支撑座(4)位于所述支架(2)背离所述旋转机构(3)的一侧，且在所述转动环的旋转轴心线方向上，所述支架(2)和所述支撑座(4)上均具有沿所述转动环的旋转轴心线方向贯通设置的V形凹槽，使待检测包壳支撑在所述支架(2)和所述支撑座(4)的V形凹槽中时，待检测包壳的轴心线与所述转动环的旋转轴心线相重合；所述转动环的内侧安装有激光式线阵传感器(5)，所述激光式线阵传感器(5)的激光发射端沿径向方向正对支撑在所述支架(2)和所述支撑座(4)上的待检测包壳设置，使其发出的一字线激光能够重合地穿过所述转动环的旋转轴心线；还包括用于控制所述驱动装置以及用于采集并处理所述激光式线阵传感器(5)检测数据的上位机。

2.如权利要求1所述的核燃料包壳表面缺陷检测系统，其特征在于，所述驱动装置包括伺服电机以及减速齿轮组，所述转动环靠近所述减速齿轮组的一端为齿轮环，所述减速齿轮组的输入端与所述伺服电机相连，输出端与所述齿轮环相啮合。

3.如权利要求1所述的核燃料包壳表面缺陷检测系统，其特征在于，所述支撑座(4)的V形凹槽的两侧均设置有滚珠，使得架设在所述支撑座(4)的V形凹槽上的待检测包壳能够沿轴向方向滑动。

4.如权利要求1所述的核燃料包壳表面缺陷检测系统，其特征在于，所述支撑座(4)的高度可调节。

5.如权利要求1所述的核燃料包壳表面缺陷检测系统，其特征在于，所述底座(1)的底部设置有四个高度可调节的橡胶底座。

6.一种核燃料包壳表面缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取如权利要求1～5中任一权利要求所述的核燃料包壳表面缺陷检测系统；将待检测包壳支撑在所述支架(2)和所述支撑座(4)的V形凹槽中，使待检测包壳的焊接部位位于所述激光式线阵传感器(5)的激光发射端所正对的区域；

S2、通过上位机控制驱动装置带动转动环以设定速度旋转一周，使安装在转动环内侧的激光式线阵传感器随转动环一同绕待检测包壳的周向方向转动，完成对待检测包壳的焊接部位的外圆面的扫描检测，并获得焊接部位外圆面上各采样点在径向方向上的深度的二维数据矩阵，该二维数据矩阵中行方向上的深度数据与待检测包壳的周向方向上的采样点相对应，列方向上的深度数据与待检测包壳的轴向方向上的采样点相对应；

S3、上位机接收到激光式线阵传感器检测的数据后，进行数据处理，截取一个n行m列的最大有效数据矩阵A＝(a1,a2,……,am)，其中a1、a2、……am均为列向量，分别包含激光式线阵传感器每一次触发采样所得到的有效数据；

S4、对采样数据的偏心校正：采用最小二乘法对上述每一个列向量a1、a2、……am进行直线拟合，即，

y_x＝bx+a

其中，

校正角为θ＝arctanb，再采用矩阵旋转变换公式：

x'＝xcosθ-y_xsinθ

y_x'＝xsinθ+y_xcosθ

得到偏心校正后的新矩阵A’；其中y_x为每一个列向量a1、a2、……am中由上向下排序的第x个元素的值，x为1～n，为对应列向量中所有元素的排序编号的平均值，为对应列向量中所有元素值的均值；a为拟合直线方程的截距，b为拟合直线方程的斜率；y_x'为y_x在偏心校正后的新矩阵A’中的对应元素值；

S6、缺陷位置提取：将校正后的数据矩阵分成c*c的若干个数据块，将每个数据块的均值取代该数据块所在位置得到新的数据矩阵B，将矩阵B进行阈值分割提取缺陷位置数据矩阵，并将缺陷位置数据矩阵中的数据恢复为原始c*c的数据块，得到缺陷位置矩阵C；

S7、缺陷判别；缺陷位置矩阵C中的每一个元素为对应缺陷位置的采样点在包壳表面的深度值，根据该深度值的分布选取分度作深度值的区间统计，确定元素的众数区间，并取其中位数at，at表示缺陷部位的总体质量；

将矩阵中的每一列向量间隔作差，其中k、p、K和P均为正整数，得到矩阵：

对矩阵D进行阈值分割并计数为N，N代表缺陷部位的极端质量，将总体质量at和极端质量N分别与设定的阈值q1和q2相比较，当at≤q1且N≤q2时判断为合格，否则判定为不合格。

7.如权利要求6所述的 核燃料包壳表面缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S6前，还包括步骤S5，去除杂散数据点：采用3δ原则，对确定的范围(x_left,x_right)内的数据点进行正态分布统计，并计算其标准差及平均值，去除(u-3δ,u+3δ)以外的数据杂点，其中u为平均值。