石曉偉

(中科華核電技術(shù)研究院 北京分院,北京 100086)

?

核電站安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)

石曉偉

(中科華核電技術(shù)研究院 北京分院,北京 100086)

借助于可平穩(wěn)移動(dòng)于垂直墻面的負(fù)壓吸附式爬壁機(jī)器人平臺(tái)，將兩臺(tái)分辨率不同的攝像機(jī)固定于機(jī)器人前端支架上；通過(guò)兩組相互獨(dú)立的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，分別實(shí)現(xiàn)控制爬壁機(jī)器人移動(dòng)和回傳攝像機(jī)所拍攝到的安全殼外壁視頻信息；無(wú)線回傳的視頻信息在本地上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)上經(jīng)過(guò)前期處理后進(jìn)行實(shí)時(shí)播放顯示，同時(shí)視頻處理軟件中的缺陷檢測(cè)算法模塊在后臺(tái)進(jìn)行圖像缺陷檢測(cè)，檢測(cè)到缺陷后，軟件平臺(tái)發(fā)送停止信號(hào)給機(jī)器人，同時(shí)視頻流切換到高清攝像機(jī)進(jìn)行高清照片拍攝，并將包含缺陷信息的高清照片發(fā)送至缺陷測(cè)量模塊，利用在缺陷測(cè)量模塊中所開(kāi)發(fā)的測(cè)量工具進(jìn)行安全殼外壁缺陷測(cè)量，最終測(cè)量所得到的缺陷參數(shù)會(huì)存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，方便后期瀏覽歷史數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)安全殼外壁缺陷的動(dòng)態(tài)變化情況。

核電站；安全殼；爬壁機(jī)器人；缺陷檢測(cè)；無(wú)損檢測(cè)

0 引言

核電站安全殼被稱(chēng)為保護(hù)核電機(jī)組的第三道屏障,用來(lái)保護(hù)反應(yīng)堆各系統(tǒng)部件，控制和限制放射性物質(zhì)從反應(yīng)堆擴(kuò)散出去，保護(hù)公眾免遭放射性物質(zhì)的傷害[1-2]。目前國(guó)內(nèi)已建的核電站大部分位于沿海地區(qū), 正常情形下要經(jīng)受氯離子含量很高的海風(fēng)的侵蝕和陽(yáng)光直射，同時(shí)要承受臺(tái)風(fēng)、地震等環(huán)境因素影響；這些環(huán)境因素的影響會(huì)導(dǎo)致混凝土表面碳化，引起鋼筋和預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)腐蝕，出現(xiàn)破損或裂縫，降低承載力，影響使用壽命。因此對(duì)核電站安全殼進(jìn)行定期的外觀檢查，對(duì)其外觀的缺陷進(jìn)行基本評(píng)定以及持續(xù)跟蹤和分析是十分必要的[3-4]。核電站安全殼檢測(cè)中最直觀的方式就是對(duì)核電站安全殼的外柱面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)檢測(cè)方法是通過(guò)人工目測(cè)，但考慮到安全殼過(guò)高、無(wú)抓扶物、人工攀爬不便和目測(cè)誤差過(guò)大等缺點(diǎn)，提出了用安全殼攀爬機(jī)器人攜帶攝像機(jī)進(jìn)行視頻檢測(cè)。攝像機(jī)以遍歷的方式分區(qū)域拍攝到安全殼外表面的圖像后，以無(wú)線形式發(fā)送至上位機(jī)，安裝在上位機(jī)的安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)回送數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)、分析和存儲(chǔ)，并向機(jī)器人發(fā)送控制指令。

1 安全殼缺陷檢測(cè)硬件系統(tǒng)平臺(tái)

硬件系統(tǒng)平臺(tái)是整個(gè)安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，整個(gè)安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)軟件依托該硬件平臺(tái)才可運(yùn)行。硬件系統(tǒng)平臺(tái)包括五部分：爬壁機(jī)器人系統(tǒng)，機(jī)器人無(wú)線通訊系統(tǒng)，高清攝像機(jī)，攝像機(jī)無(wú)線通訊系統(tǒng)和PC上位機(jī)。

1.1 爬壁機(jī)器人系統(tǒng)

爬壁機(jī)器人是移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要分支,它把地面移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)與吸附技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái),可在垂直壁面上附著爬行,并能攜帶工具完成一定的作業(yè)任務(wù),大大擴(kuò)展了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。自1966年日本研制出第一個(gè)爬壁機(jī)器人以來(lái),這一領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)出一大批豐碩的成果,特別是20世紀(jì)90年代以來(lái),國(guó)內(nèi)外在爬壁機(jī)器人領(lǐng)域中的發(fā)展尤為迅速。仿生學(xué)、微機(jī)電一體化、新型驅(qū)動(dòng)器、高分子材料等新技術(shù)、新理論的應(yīng)用極大地推動(dòng)了爬壁機(jī)器人的發(fā)展,使其功能越來(lái)越強(qiáng)大。

爬壁機(jī)器人按爬壁機(jī)構(gòu)劃分可以分成6大類(lèi)：真空吸附型、微針吸附型、抓握型、范德華力仿生吸附型、靜電力吸附型以及磁力吸附型[5-8]。其中真空吸附型結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是穩(wěn)定性比較差，適應(yīng)范圍僅限于光滑墻面。微針型和抓握型都適合于粗糙墻面，特別是抓握型必須要有足夠大的表面裂紋或抓附物。粘附劑吸附型雖然較為穩(wěn)定，但是技術(shù)尚未成熟，目前還無(wú)法保證機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間的工作質(zhì)量。靜電吸附型的前期準(zhǔn)備工作較為復(fù)雜，而且運(yùn)行速度較慢。磁力吸附型只適用于導(dǎo)磁墻面[9]。

安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)要求爬壁機(jī)器人所攜帶的攝像機(jī)平穩(wěn)無(wú)晃動(dòng)且距拍攝平面距離保持固定不變。綜合考慮各種爬壁機(jī)器人的特點(diǎn)和實(shí)際安全殼的外壁特性，最終選用真空吸附型爬壁機(jī)器人，這種機(jī)器人具有一定的負(fù)重能力，且依靠真空吸附裝置與轉(zhuǎn)向移動(dòng)輪可保證所攜帶攝像機(jī)平穩(wěn)無(wú)晃動(dòng)且距安全殼外壁距離固定不變。

1.2 機(jī)器人無(wú)線通訊系統(tǒng)

在安全殼爬壁機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中，操作人員可利用手持式的無(wú)線通訊系統(tǒng)來(lái)控制機(jī)器人的移動(dòng)軌跡。機(jī)器人無(wú)線通訊系統(tǒng)包括安裝在機(jī)器人本體上的一個(gè)無(wú)線通訊模塊和本地的手持式無(wú)線通訊終端。安裝在機(jī)器人本體上的無(wú)線通訊模塊與本地手持式無(wú)線通訊終端之間進(jìn)行控制指令和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的無(wú)線收發(fā)傳輸，機(jī)器人本體上的無(wú)線通訊模塊將接收的指令傳送給機(jī)器人控制模塊，機(jī)器人控制模塊將監(jiān)測(cè)到的機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)如高度、角度和氣壓等信息發(fā)送給無(wú)線通訊模塊，再以無(wú)線方式發(fā)送給本地手持式無(wú)線通訊終端。本地?zé)o線通訊終端本身就可以借助其上的手柄和按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的搖控，同時(shí)該通訊終端通過(guò)一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口線與上位機(jī)相聯(lián)，通過(guò)該串口線本地?zé)o線通訊終端還可將接收到的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)送給上位機(jī)，而上位機(jī)的監(jiān)控軟件界面上有機(jī)器人轉(zhuǎn)向移動(dòng)控制模塊，操作人員也可通過(guò)上位機(jī)的該模塊向無(wú)線通訊終端發(fā)送前進(jìn)、后退、左移、右移和停止等控制命令，無(wú)線通訊終端再將這些控制指令以無(wú)線方式發(fā)送給安裝在機(jī)器人本體上的無(wú)線通訊模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了本地控制系統(tǒng)與爬墻機(jī)器人之間的無(wú)線通訊。

1.3 高清攝像機(jī)

為保證視頻的流暢性，同時(shí)兼顧缺陷檢測(cè)時(shí)圖像信息盡量清晰，高清攝像機(jī)一共分兩組，一組分辨率稍低，分辨率和幀率可達(dá)到1 024×768(ROI)和38.7 FPS，專(zhuān)門(mén)傳輸視頻流信息，另外一組分辨率較高，分辨率和幀率可達(dá)到2 592×1 944和14 FPS，專(zhuān)門(mén)用于拍攝高清的缺陷區(qū)域照片。爬壁機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中回傳低分辨率高幀率的視頻信息，保證操作人員觀查流暢視頻，同時(shí)也兼顧軟件系統(tǒng)中缺陷檢測(cè)模塊可利用該視頻流中的圖像信息檢測(cè)到缺陷。缺陷檢測(cè)模塊可自動(dòng)檢測(cè)視頻信息中的缺陷，檢測(cè)到缺陷后就發(fā)送停止命令給機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)，上位機(jī)軟件會(huì)切換視頻流至高清攝像機(jī)，由操作人員進(jìn)行拍照捕獲高清圖像，以便啟用軟件系統(tǒng)中的缺陷測(cè)量模塊來(lái)進(jìn)行缺陷類(lèi)型判定和缺陷信息測(cè)量。在機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中，操作人員隨時(shí)可手動(dòng)控制機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行視頻流切換和拍照等。

1.4 攝像機(jī)無(wú)線通訊系統(tǒng)

攝像機(jī)無(wú)線通訊系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)傳送機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中攝像機(jī)所拍攝的安全殼圖像信息，所傳送的視頻流數(shù)據(jù)量較大，且要求實(shí)時(shí)流暢，故獨(dú)立于機(jī)器人無(wú)線通訊模塊，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)建立一個(gè)視頻無(wú)線通訊系統(tǒng)，這樣既保證了視頻流暢傳輸，同時(shí)也確保任何時(shí)間可以實(shí)時(shí)控制機(jī)器人的移動(dòng)或停止。攝像機(jī)無(wú)線通訊系統(tǒng)由安裝在機(jī)器人上的高速路由器和固定在地面上的無(wú)線接收終端組成，地面無(wú)線接收終端又通過(guò)USB口與上位機(jī)相連接。安裝在機(jī)器人上的無(wú)線路由器為2.4 G/5 G雙頻高速路由器，提前可通過(guò)一臺(tái)PC機(jī)和網(wǎng)線與該路由器相連來(lái)進(jìn)行一些設(shè)定，如建立一個(gè)局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng)和接入密鑰均可提前設(shè)定，若未指定密鑰則任何無(wú)線終端均可搜索并連接至該局域網(wǎng)。高速雙頻路由器可同時(shí)接入4個(gè)攝像機(jī)視頻信息，安裝在機(jī)器人上的兩臺(tái)攝像機(jī)通過(guò)網(wǎng)線與該路由器相連接，并將視頻信息通過(guò)提前設(shè)定的局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸。地面無(wú)線接收終端實(shí)際為一個(gè)無(wú)線網(wǎng)卡，該網(wǎng)卡通過(guò)USB口與上位機(jī)連接在一起，通過(guò)設(shè)定該無(wú)線網(wǎng)卡連接至機(jī)器人所攜帶的路由器建立的視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)中，這樣即可實(shí)現(xiàn)視頻流的快速網(wǎng)絡(luò)化傳輸至上位機(jī)，以便上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)的缺陷檢測(cè)、測(cè)量和控制。

1.5 上位機(jī)

硬件平臺(tái)除了以上所述各系統(tǒng)外，還需要一臺(tái)PC機(jī)，該上位PC機(jī)用來(lái)安裝所開(kāi)發(fā)的安全殼缺陷檢測(cè)軟件系統(tǒng)，提取視頻流和發(fā)送接收機(jī)器人控制信息。為保證視頻處理速度以及操作流暢等，在試驗(yàn)過(guò)程中建議選用配置不要太低的PC機(jī)，為了使相機(jī)達(dá)到最理想的效果，推薦電腦最低配置如下：使用雙核2.0 G以上的CPU配置，配置1 GB以上的電腦內(nèi)存，盡量使用有獨(dú)立顯卡的PC機(jī)，以便獲得更加流暢的顯示效果。攝像機(jī)無(wú)線通訊系統(tǒng)中固定在地面上的無(wú)線接收終端實(shí)際為一臺(tái)無(wú)線網(wǎng)卡，當(dāng)選用的PC機(jī)為一臺(tái)筆記本等具有無(wú)線網(wǎng)卡的上位機(jī)，在使用過(guò)程中為防止本地PC機(jī)上原有無(wú)線網(wǎng)卡與外接的無(wú)線接收終端之間沖突，可先禁用上位機(jī)上的無(wú)線網(wǎng)卡，僅使能外置無(wú)線接收終端為當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)卡，這樣無(wú)線視頻傳輸會(huì)更加流暢，且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定。

2 安全殼缺陷檢測(cè)軟件系統(tǒng)

安全殼缺陷檢測(cè)軟件系統(tǒng)總體上可分為6個(gè)大的功能模塊，這6大功能模塊分別為：接收和發(fā)送驅(qū)動(dòng)模塊，底層通訊模塊，上位機(jī)界面模塊，后臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)和11個(gè)子功能模塊。11個(gè)子功能模塊又包括控制模塊、定位模塊、視頻系統(tǒng)、圖像系統(tǒng)、工具模塊、菜單模塊、EXCEL模塊、檢索模塊、CAD模塊、存儲(chǔ)模塊和算法模塊等。

2.1 發(fā)送接收驅(qū)動(dòng)模塊及底層通訊模塊

發(fā)送接收驅(qū)動(dòng)模塊與底層通訊模塊相配合使用，所接收到的原始視頻流信息、機(jī)器人回送的位置高度信息和發(fā)送給機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制指令信息等通過(guò)底層通訊模塊再經(jīng)由發(fā)送接收驅(qū)動(dòng)模塊與外部無(wú)線通訊硬件進(jìn)行通訊，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)。

2.2 上位機(jī)界面模塊及子功能模塊

安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中，主運(yùn)行界面一直處于播放攝像機(jī)所傳輸回來(lái)的視頻流狀態(tài)，同時(shí)主運(yùn)行界面還包括機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)控制，機(jī)器人遙控串口通訊設(shè)置，機(jī)器人無(wú)線回送信息實(shí)時(shí)顯示等功能，上位機(jī)主界面如圖1所示。

圖1 安全殼缺陷檢測(cè)軟件系統(tǒng)主界面視圖

多個(gè)子功能模塊與監(jiān)控主界面配合使用，控制模塊負(fù)責(zé)將人工或計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制命令進(jìn)行整合傳遞；定位系統(tǒng)功能是確定機(jī)器人當(dāng)前的位置信息并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)坐標(biāo)，同時(shí)將坐標(biāo)信息發(fā)送給相關(guān)模塊進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)；視頻系統(tǒng)的功能是將無(wú)線傳送至上位機(jī)的視頻信息進(jìn)行編解碼，并轉(zhuǎn)換成可視別的視頻流進(jìn)行顯示；圖像模塊功能是將帶有安全殼裂縫和破損的視頻畫(huà)面進(jìn)行拍照并放大，然后進(jìn)一步深入分析的子功能模塊；工具模塊是指附帶的各種工具，如裂縫尺、寬度尺、視頻播放控件、曲線、直線，面積等小工具的集合；菜單模塊是指附加的各個(gè)功能菜單，菜單模塊一般與各種控制和轉(zhuǎn)換指令結(jié)合；EXCEL模塊是指將裂縫長(zhǎng)度、寬度、位置坐標(biāo)、時(shí)間等信息進(jìn)行整合的一個(gè)模塊，可自動(dòng)生成易識(shí)別的EXCEL數(shù)據(jù)格式；檢索模塊負(fù)責(zé)整個(gè)缺陷檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)總的數(shù)據(jù)檢索服務(wù)和數(shù)據(jù)調(diào)配服務(wù)，相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)接口；CAD系統(tǒng)是指在完成或部分完成安全殼缺陷檢測(cè)任務(wù)時(shí)，可以自動(dòng)將安全殼外柱面上的裂縫和破損信息進(jìn)行二維圖形重繪的功能模塊，便于安全殼檢查和歷史數(shù)據(jù)查看；存儲(chǔ)系統(tǒng)是指整個(gè)缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分發(fā)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)變量等的存儲(chǔ)與分配；算法模塊是指安全殼外柱面圖像算法，裂縫尺度對(duì)比算法，圖像重繪算法等算法，用于在圖像和視頻流中檢測(cè)出裂縫或破損信息的方法。安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)功能如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)功能框圖

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)和后臺(tái)服務(wù)模塊

安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)由很多個(gè)功能子系統(tǒng)構(gòu)成，各個(gè)子系統(tǒng)之間可共享數(shù)據(jù)和信息，同時(shí)各子系統(tǒng)間還會(huì)有控制和計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞。后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)是指協(xié)調(diào)各子模塊之間的服務(wù)程序，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯與運(yùn)行順序，協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)暫存，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠正常有序的運(yùn)行。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)調(diào)用的倉(cāng)庫(kù)，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)大部分?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)分類(lèi)管理等任務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)又可分為兩個(gè)子系統(tǒng)：安全殼檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和用戶(hù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)大量安全殼缺陷檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理；用戶(hù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)使用用戶(hù)的管理，包括用戶(hù)建立刪除，用戶(hù)基本信息存儲(chǔ)管理，用戶(hù)級(jí)別和相應(yīng)權(quán)限分配等。

2.4 缺陷檢測(cè)和測(cè)量

缺陷檢測(cè)模塊是利用基于圖像的物體表面缺陷檢測(cè)技術(shù)[9]，該模塊負(fù)責(zé)從回傳的視頻流中監(jiān)測(cè)圖像幀中是否存在裂縫、孔洞和蝕斑等缺陷信息，缺陷檢測(cè)模塊將圖像進(jìn)行灰度變換、濾波、邊沿提取、輪廓處理等步聚得到缺陷信息的輪廓[10]，再根據(jù)實(shí)際圖像中缺陷信息設(shè)定裂縫孔洞蝕斑的判定閾值依據(jù)[11]，最終判定出當(dāng)前圖像是否存在缺陷，同時(shí)置位缺陷存在標(biāo)志位[12]。

缺陷測(cè)量模塊是在缺陷檢測(cè)模塊檢測(cè)到缺陷信息后，對(duì)檢測(cè)到缺陷的圖像進(jìn)行拍照捕獲合格照片，再將合格照片進(jìn)行等比例壓縮處理等過(guò)程導(dǎo)入到缺陷測(cè)量界面中，然后在缺陷測(cè)量界面模塊中調(diào)用裂縫長(zhǎng)度尺、寬度尺和面積尺等工具自動(dòng)測(cè)量出裂縫長(zhǎng)度、寬度和面積等缺陷信息并顯示在相應(yīng)信息框中，缺陷測(cè)量流程如圖3所示。

圖3 缺陷測(cè)量流程框圖

3 試驗(yàn)環(huán)境搭建及試驗(yàn)結(jié)果

在對(duì)所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的安全殼缺陷測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行前期的試驗(yàn)和驗(yàn)證并滿(mǎn)足要求后，將所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)際環(huán)境中包括公司所在的中電信息大廈室內(nèi)地面和墻面，大連理工大學(xué)創(chuàng)新園大廈試驗(yàn)室內(nèi)地面，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院試驗(yàn)樓外墻面，福建寧德核電站安全殼外表面和遼寧紅沿河核電站安全殼外表面，試驗(yàn)對(duì)像環(huán)境涵蓋了各種實(shí)際建筑物表面情況。檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 缺陷檢測(cè)試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)表

表1中所有檢測(cè)區(qū)域?qū)嶋H存在的缺陷信息是提前由人工檢測(cè)確認(rèn)的，先選定特定區(qū)域，然后根據(jù)實(shí)際情況由多人對(duì)選定區(qū)域中缺陷進(jìn)行判定，并將判定結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定確認(rèn)。缺陷包括裂縫、孔洞、破損和近似圓形蝕斑等。由于受到光線及實(shí)際環(huán)境中干擾因素影響，不同區(qū)域的檢測(cè)率會(huì)有差異，但總體的缺陷檢出率可達(dá)到95%以上。

4 結(jié)論

所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的安全殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)以負(fù)壓吸附式爬墻機(jī)器人為平臺(tái)基礎(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)與通訊，模式識(shí)別，圖像處理和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等，可以快速檢測(cè)出安全殼表面存在的缺陷信息，并將缺陷信息進(jìn)行測(cè)量計(jì)算和存儲(chǔ)管理。通過(guò)多次試驗(yàn)可知該系統(tǒng)對(duì)缺陷檢出率可達(dá)95%以上，同時(shí)該系統(tǒng)可使用且不限于核電站安全殼的各種不同的平整物體表面，如橋梁柱體、平整大壩基建、城墻等人工不易達(dá)到的建筑物表面，對(duì)待檢測(cè)表面實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多座核電站的安全殼缺陷檢測(cè)，在目前世界上核電站安全殼缺陷無(wú)損自動(dòng)檢測(cè)方面尚屬首例。該系統(tǒng)可通過(guò)稍做修改應(yīng)用于其他行業(yè)中，對(duì)任何物體表面進(jìn)行缺陷或標(biāo)識(shí)檢測(cè)。目前在使用過(guò)程中該系統(tǒng)也存在一定不足，如攝像機(jī)對(duì)光線過(guò)于敏感，在強(qiáng)光照等干擾環(huán)境中檢測(cè)率會(huì)降低，誤報(bào)率增加等，當(dāng)墻面或地面弧度過(guò)大時(shí)無(wú)法吸附，有障礙的平面無(wú)法檢測(cè)，不同檢測(cè)環(huán)境下圖像處理算法閾值等要稍做調(diào)整等等，在以后的工作和設(shè)計(jì)中可針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)一步修改和完善。

[1] 夏祖諷,王明彈,黃小林,等.百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠安全殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].核動(dòng)力工程, 2002 (S1).

[2] 孫造占,劉素娟,林松濤,等.預(yù)應(yīng)力安全殼強(qiáng)度監(jiān)測(cè)方法探討[J]. 核科學(xué)與工程, 2002(02).

[3] 江邦治.反應(yīng)堆安全殼的局部泄漏率試驗(yàn) [J].核動(dòng)力工程,1991(04).

[4] 周文權(quán),曲小朋,孟凡彬.核電站安全殼整體密封性試驗(yàn)方法[J]. 核動(dòng)力工程,1997(02).

[5] 潘沛霖,韓秀琴,趙言正,等.日本磁吸附爬壁機(jī)器人的研究現(xiàn)狀[J].機(jī)器人,1994，6(6).

[6] 黃文攀,戴永雄,范茂飛,等.爬墻機(jī)器人研究與制作[J].淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(2).

[7] 劉淑霞,王 炎,徐殿國(guó)，等.爬壁機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用[J].機(jī)器人,1999，21(2).

[8] 肖 立,佟仕忠,丁啟敏,等.爬壁機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].自動(dòng)化博覽,2005(1):85-88.

[9] Xu D J,Gao X S,Wu X B,et al.Critical suction characteristic analyses of a wall climbing robot[J]. Journal of Beijing Institute of Technology,2007, 16(2).

[10] 曹 申,羅意平.基于圖像處理的手機(jī)軟板缺陷自動(dòng)檢測(cè)方法[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2007,15(4).

[11] 熊建平.基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的墻地磚表面缺陷檢測(cè)[J].電子測(cè)量技術(shù),2015,38(5).

[12] 李新科,高 潮,郭永彩,等.利用改進(jìn)的SIFT算法檢測(cè)橋梁拉索表面缺陷[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2015,40(1).

Research and Design of Nuclear Power Plant Containment Defect Detection System

Shi Xiaowei

(China Nuclear Power Technology Research Institute Beijing Division, Beijing 100086，China)

With the help of the negative pressure adsorption climbing robot platform which can move on the vertical wall smoothly, two cameras of different resolution are fixed on the front holder of the robot. Two independent wireless communication networks are designed for the defect detection system, one is used for robot movement controlling, and the other one is used for transmitting video information of the wall. The video information of the nuclear plant containment is sent back to the software monitoring platform installed on local PC, the video is pre-processed by the monitoring platform for real-time playing, and meanwhile the video information is transferred to the defect detection algorithm module. Once defect is detected, a stop signal is sent to the robot by the software monitoring platform wirelessly, and the input video stream is switched to the high definition camera, and a high definition picture which contains the defect information is snapped and sent to the defect measure module. Using the measure tools in the measure module, defect data of the containment will be measured and then stored into the backend database. The backend defect database is very helpful for browsing history data and monitoring dynamic change of the containment defect.

nuclear plant; containment; wall climbing robot; defect detection; nondestructive detection(NDD)

2015-11-27；

2016-01-05。

青峰計(jì)劃項(xiàng)目(R-2014BJYK0004)。

石曉偉(1985-)，男，河南平頂山人，碩士研究生，主要從事核電站儀控電氣方向的研究。

1671-4598(2016)06-0049-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.06.014

TL363

A