Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Modul zum Inspi
zieren eines Brennelements in einem Kernreaktor mittels einer
Unterwasserkamera, die entlang der Außenfläche des Brennele
ments in deren Längsrichtung geführt wird. Ferner betrifft
die Erfindung ein Verfahren zum Inspizieren eines Brennele
ments, das in einem Kernreaktor von einem ersten Abstellplatz
auf einen zweiten Abstellplatz umgesetzt wird, wobei es beim
Umsetzen von einem Ende des Mastes einer Lademaschine angeho
ben, zusammen mit der Lademaschine verschoben und wieder ab
gesetzt wird, und beim Inspizieren jede seiner Außenseiten an
einem Prüfkopf vorbeigeführt wird, um eine Anomalie an der
Außenfläche des Brennelements aufzufinden.
Am Ende jedes Betriebszyklus des Reaktors wird der für den
nächsten Betriebszyklus geeignete Reaktorkern aus frischen
(unbestrahlen) Brennelementen und bereits bestrahlten, aber
wiederverwendbaren Brennelementen zusammengesetzt. Brennele
mente sind wiederverwendbar, wenn sie einerseits noch nicht
vollständig abgebrannt sind und keine Leckstellen in den
Hüllrohren besitzen, andererseits keine unzulässig dicken
Oxidschichten auf den Hüllrohren, Verbiegungen der Brennstäbe
und Abstandhalter, aufgefangene Fremdkörper, Beschädigungen
der Abstandhalter und ähnliche, äußerlich erkennbare Schäden
aufweisen. Deshalb werden die noch nicht abgebrannten Brenn
elemente zunächst in ein Lagergestell im Brennelement-Lager
becken des Kernkraftwerks oder einen anderen, vorübergehenden
Abstellplatz umgesetzt, einem "Sipping" oder einem ähnlichen
Verfahren zum Detektieren perforierter Brennstäbe unterworfen
und visuell auf äußerlich erkennbare Anomalien untersucht.
Anschließend werden sie wieder auf ihren betriebsmäßigen Ab
stellplatz, also die neue Position innerhalb des Kerns im Re
aktordruckbehälter, zurückgesetzt.
Zum Umsetzen wird die gleiche Brennelement-Lademaschine be
nutzt, mit der auch frische Brennelemente in den Reaktor
druckbehälter eingesetzt werden. Diese Lademaschine ist auf
einer Brücke, die oberhalb des Wasserspiegels verfahren wird,
verschiebbar und ergreift mittels eines tief in das Wasser
reichenden, teleskopartigen Armes das Brennelement, hebt es
an, verschiebt es von seiner alten Position auf die neue Po
sition und setzt es wieder ab, wobei das Brennelement aus
Strahlenschutzgründen stets im Wasser verbleibt.
Der Lademast einer üblichen Lademaschine in Druckwasser-Reak
toren weist am unteren Ende eine Zentrierglocke auf, die mit
tels Zentrierstiften, die z. B. in Zentrierbohrungen des La
gergestells oder der im Reaktordruckbehälter benachbarten
Brennelemente eingreifen, genau positionierbar ist und das
Brennelement vor Beschädigungen schützt, wenn es in diese
Glocke hineingehoben und von der Lademaschine verschoben
wird. Dabei wird also das Brennelement relativ zu Teilen des
Mastes bewegt. Eine derartige Lademaschine ist z. B. in der DE
14 67 176 beschrieben. Bei Siedewasser-Reaktoren besitzt das
Brennelement bereits einen schützenden Kasten, der allerdings
für die optische Inspektion des Brennstab-Bündels abgezogen
werden muß; auch hierbei ist eine Relativbewegung des Brenn
elementes zu einem entsprechenden Werkzeug erforderlich.
Diese äußerliche Inspektion der Brennelemente, die noch nicht
vollkommen abgebrannt sind, erfolgt bisher stichprobenartig
nur bei ausgewählten Brennelementen, um die Betriebspause des
Kernkraftwerks und die Strahlenbelastung des inspizierenden
Personals möglichst gering zu halten.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Inspektion im Interesse
kürzerer Betriebspausen zu beschleunigen, oder wenigstens
teilweise zu automatisieren, um das inspizierende Personal
einer geringeren Strahlenbelastung auszusetzen.
In einer ersten Ausführungsform wird gemäß dem Stand der
Technik eine Unterwasser-Videokamera benutzt, die in Längs
richtung des Brennelements an deren Außenfläche entlangge
führt wird, wobei erfindungsgemäß von der Kamera on-line eine
Folge einander überlappender Abschnitte auf der Außenfläche
des Brennelements der Videokamera erfaßt wird, woran sich bei
nicht-digitalen Videoaufnahmen eine Digitalisierung an
schließt, um die Aufnahmen in einer Recheneinrichtung automa
tisch mit abgespeicherten Abbildern zu vergleichen und minde
stens in den Fällen abzuspeichern, in denen dieser Vergleich
signifikante Abweichungen von den Abbildern intakter Brenn
element-Oberflächen ergibt.
Vorteilhaft wird eine Schwarzweißkamera verwendet, da die Vi
deokamera der hohen Strahlungsbelastung in der Nähe des
Brennelements ausgesetzt ist und in Farbkameras oder Licht
leitern, die Farbkameras mit dem aufzunehmenden Objekt ver
binden, wegen der Reaktorstrahlung Bildverluste auftreten.
Bevorzugt wird der von der Kamera erfaßte Abschnitt von einem
Unterwasser-Scheinwerfer beleuchtet. Aus Lage und Intensität
der Reflexe können dann der Grad einer Verbiegung und die
Dicke von Oxidschichten bzw. Mengen anderer Ablagerungen ab
geschätzt werden. Außerdem ist vorteilhaft, die Optik der Vi
deokamera automatisch auf die vorbeibewegte Außenfläche zu
fokussieren, bevor ein Abbild aufgenommen wird, das für den
automatischen Vergleich vorgesehen ist. Für diesen Vergleich
kann daher auch bei stark verbogenen Brennelementen ein
scharfes Abbild zur Verfügung gestellt werden.
Die Videotechnik, die Rechengeschwindigkeit üblicher Rechen
anlagen und die Hardware und Software einer automatischen
Bilderfassung bzw. Mustererkennung sind soweit entwickelt,
daß das Verfahren on-line durchgeführt werden kann. Das Ver
gleichen und Abspeichern eines Bildes ist also bereits been
det, bevor das nächste Bild verglichen wird. Der Fachmann
kann alle hierfür nötigen Hardware-Komponenten und Software-
Komponenten aus dem Handel beziehen und von den Lieferanten
an seine Bedürfnisse anpassen lassen.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, die
Außenfläche des Brennelements simultan auch mindestens an ei
ner zweiten Videokamera vorbeizubewegen und die von den Vi
deokameras aufgenommenen Abbilder in einer gemeinsamen Re
cheneinrichtung mit abgespeicherten Bildern zu vergleichen
und gegebenenfalls abzuspeichern. Insbesondere wird das
Brennelement zunächst in einer Richtung an der Kamera-Anord
nung vorbeibewegt, dann relativ zur Kamera-Anordnung gedreht
und anschließend in der entgegengesetzten Richtung erneut an
der Kamera-Anordnung vorbeibewegt.
Ein Brennelement kann also z. B. nach Beendigung eines Be
triebszyklus auf seinem bisherigen, betriebsmäßigen Abstell
platz im Reaktordruckbehälter von der Lademaschine ergriffen
und angehoben werden, wobei ein an den Mast der Lademaschine
angekoppelter Inspektionsmodul mit einer entsprechenden Ka
mera-Anordnung bereits einen Teil der Brennelement-Außenflä
che inspiziert. Nachdem die Lademaschine mit dem Brennele
ment, das zusammen mit dem Modul am Mast der Lademaschine ge
halten ist, auf seinen neuen Abstellplatz im Lagerbecken ver
schoben ist, wird es dann durch die Kamera-Anordnung des Mo
duls hindurch auf dem neuen Abstellplatz abgesetzt und dabei
wird der Rest der Brennelement-Außenfläche inspiziert. Für
die Inspektion ist also nicht mehr Zeit erforderlich, als
ohnehin für das Umsetzen des Brennelements benötigt wird.
Außerdem erfolgt die Inspektion automatisch und das Bedie
nungspersonal braucht sich nur auf die ordnungsgemäße Bedie
nung der Lademaschine zu konzentrieren; es entfällt der zu
sätzliche Einsatz von Bedienungspersonal, das bisher die Ab
bilder der Videokamera individuell und konzentriert inspizie
ren muß.
Es ist aber auch möglich, den Modul fest zu installieren,
z. B. an einer eigenen Inspektionsstation, und die Inspektion
durchzuführen, nachdem das Brennelement bereits von der Lade
maschine ergriffen und aus dem Reaktordruckbehälter entfernt
und zum Modul transportiert ist. Das am Mast hängende Brenn
element wird dann dort zunächst abgesenkt und an der Kamera-
Anordnung vorbeigeführt, gedreht und wieder angehoben, wobei
es in seiner ganzen Länge sowohl beim Absenken als auch beim
Anheben an der Kamera-Anordnung vorbeigeführt wird. Dann ist
die gesamte seitliche Außenfläche des Brennelements inspi
ziert. Wird durch den automatischen Vergleich der aufgenomme
nen Abbilder festgestellt, daß sich zumindest einzelne Berei
che seiner Außenfläche signifikant von den Außenflächen wie
derverwendbarer Brennelemente unterscheiden, so kann das Be
dienungspersonal die abgespeicherten, signifikant unter
schiedlichen Abbilder abrufen und individuell überprüfen. Zu
diesem Zeitpunkt befinden sich das Brennelement und der Mast
der Lademaschine wieder in der gleichen Position, wie zu Be
ginn der Inspektion. Falls dies erforderlich ist, kann das
Brennelement also sofort in eine entsprechende Reparatursta
tion weitertransportiert werden; andernfalls kann es zur spä
teren Weiterverwendung sofort in ein entsprechendes Fach des
Brennelement-Lagergestelles abtransportiert werden.
Das Inspektionsmodul kann zusätzlich mit anderen optischen
Meßeinrichtungen (z. B. zur Laserprofilometrie oder zur Ana
lyse von Streulicht) bestückt werden. Ebenso bietet sich eine
zusätzliche Untersuchung mit Ultraschall an. Da sich der
Schall im entionisierten und borierten Wasser des Kernkraft
werks sehr gut fortsetzt, ist auch die akustische Holographie
oder eine andere Methode der berührungslosen Materialprüfung
geeignet, die Wiederverwendbarkeit des Brennelements zu prü
fen. Insbesondere sind Methoden geeignet, die mit keramischen
Sendern und Abtastwandlern arbeiten, da diese eine hohe
Strahlenfestigkeit besitzen.
Mit solchen Techniken kann jede Kamera einzelne Abschnitte
der Brennelement-Außenfläche erfassen und ebenfalls eine Fol
ge von Bildern bzw. Mustern aufnehmen, die für einen automa
tischen Mustervergleich geeignet sind. Diese Techniken können
daher nicht nur zur zusätzlichen Prüfung des Brennelements
angewandt werden, sondern gegebenenfalls auch die videogra
phische Inspektion ersetzen.
Dies führt zu einer Variante der Erfindung, bei der jede Au
ßenseite des Brennelements beim Inspizieren an einem Prüfkopf
vorbeigeführt wird, um eine Anomalie an der Oberfläche des
Brennelements aufzufinden, und wobei dieses Verfahren damit
kombiniert wird, daß das Brennelement ohnehin auf einem er
sten Arbeitsplatz von einem Ende eines Mastes der Ladema
schine angehoben, zusammen mit der Lademaschine vom ersten
Abstellplatz zu einem zweiten Abstellplatz verschoben und
dort anschließend wieder abgesetzt wird.
Erfindungsgemäß werden bei dieser zweiten Variante bereits
beim Anheben oder Absenken mehrere Seiten des Brennelements
jeweils an einem eigenen Prüfkopf vorbeigeführt, der jeweils
einen Abschnitt der Seite erfaßt und in ein Muster umsetzt.
Für jeden Prüfkopf bildet eine Recheneinrichtung (vorteilhaft
eine allen Prüfköpfen gemeinsame Recheneinrichtung) on-line
eine Folge von Mustern einander überlappender Abschnitte. Bei
vielen Prüfköpfen, insbesondere Schwarzweißkameras mit Ana
logtechnik, ist der Recheneinrichtung (z. B. einem handelsüb
lichen Personal Computer) eine Digitalisierungseinrichtung
vorgeschaltet, z. B. eine Digitalisierungskarte. Die Rechen
einrichtung vergleicht jedes Muster der Folge automatisch in
abgespeicherten Mustern, die Abschnitte normaler und anorma
ler Oberflächen eines Brennelements entsprechen. Insbesondere
erfolgt auch dieser Mustervergleich on-line, d. h. der Ver
gleich eines Musters einer Folge ist bereits abgeschlossen,
bevor das nächste Muster mit den abgespeicherten, digitali
sierten Mustern verglichen wird.
Die Bildfrequenz der üblichen Kameras ist jedoch so hoch, daß
nicht jedes Videobild einem On-line-Vergleich unterworfen
werden kann.
Bei Prüfköpfen, deren Ausgangssignale mit einer hohen Umset
zungsfrequenz oder sogar kontinuierlich bereitgestellt wer
den, ruft im erfindungsgemäßen On-line-Verfahren vielmehr die
Recheneinrichtung die am Ausgang der Prüfköpfe (bzw. der zwi
schengeschalteten Digitalisierungseinrichtungen) anstehenden,
momentanen (aktuellen) Meßsignale ("Muster") nur zu Zeitpunk
ten ab, die mit dem in der Recheneinrichtung ablaufenden Mu
stervergleich synchronisiert sind.
Für jeden Prüfkopf entspricht also die zeitliche Folge der zu
diesen Zeitpunkten abgerufenen Muster einer räumlichen Folge
von Abschnitten, die auf der betreffenden Brennelement-Außen
fläche zu diesen Zeitpunkten von dem Prüfkopf erfaßt werden.
Um eine lückenlose Erfassung der Brennelement-Außenfläche si
cherzustellen, müssen sich jeweils zwei aufeinanderfolgende
Abschnitte dieser Folge überlappen, d. h. das Brennelement
darf nicht zu schnell bewegt werden bzw. bei den hohen Bild
geschwindigkeiten von Videokameras wird jeweils eine größere
Anzahl von Aufnahmen ausgelassen. Bei den heute verfügbaren
Rechnergeschwindigkeiten bedeutet dies jedoch praktisch keine
Beschränkung für die Lademaschine, die ohnehin die empfindli
chen Brennelemente nicht mit zu hohen Geschwindigkeiten anhe
ben oder absetzen darf.
Eine normale Lademaschine verfährt das Brennelement etwa mit
einer Geschwindigkeit von 10 m/min, wobei eine Videokamera
pro cm etwa 30 bis 40 Bilder erzeugt. Wegen der besseren
Strahlenfestigkeit werden vorteilhaft Schwarzweißkameras ver
wendet, wobei die Digitalisierung und der Mustervergleich in
der Recheneinrichtung durch einfache und schnelle Programme
möglich ist und außerdem Schwarzweißbilder der Oberfläche
praktisch die gleiche Genauigkeit beim Inspizieren bieten wie
Farbaufnahmen. Üblicherweise erfaßt ein Videobild etwa einen
Abschnitt von 5 cm Länge (in Längsrichtung des Brennele
ments), so daß nur jedes 75. Bild benötigt wird, um die Au
ßenfläche des Brennelements auf seiner ganzen Länge zu inspi
zieren. Sofern keine Kameras verwendet werden, die bereits
selbst eine automatische Fokussierung auf das vorbeibewegte
Objekt vornehmen, oder sofern insbesondere eine solche auto
matische Fokussierung abgeschaltet ist, reicht die Rechenge
schwindigkeit der verfügbaren Rechner aus, um die entspre
chende Scharfstellung der Kamera-Optik vor jedem Bild, das
vom Rechner abgerufen wird, durch den Rechner selbst auf das
Brennelement zu fokussieren.
Gemäß den bekannten Verfahren und Rechnerprogrammen zum digi
talisierten Mustervergleich bringt der Rechner das digitali
sierte Bild der Kamera (allgemeiner: das digitale, von einem
Prüfkopf erzeugte Muster) nacheinander mit den gespeicherten
Bildern virtuell zur maximalen Deckung und bewertet es bezüg
lich signifikanter Abweichungen.
Die von den Kameras erzeugten Videobilder (allgemeiner: die
von den Prüfköpfen erzeugten Muster) können dem Inspektions
personal auf einem Monitor angezeigt werden. Vorteilhaft ist
es, wenn diese Muster aber zumindest gespeichert werden, um
vom Inspektionspersonal bei Bedarf abgerufen zu werden. Es
ist nämlich nicht erforderlich, auch alle unauffälligen Vi
deobilder bzw. Muster abzuspeichern. Solche Aufnahmen würden
die Videobänder bzw. das Speichermaterial unnötig füllen und
sogar erforderlich machen, die Bewegung des Brennelements und
die erfindungsgemäße On-line-Inspektion zu unterbrechen, wenn
ein volles Speichermedium gegen ein neues ausgewechselt wer
den muß. Vielmehr werden nach einer Weiterbildung der Erfin
dung die vom Prüfkopf erfaßten Muster nach dem Vergleich ab
gespeichert, wobei Muster übergangen werden, die nur mit ei
nem oder mehreren abgespeicherten Mustern normaler Oberflä
chen praktisch übereinstimmen. Mit anderen Worten: Ein Muster
(Videobild) wird nur dann gespeichert, wenn es mit mindestens
einem abgespeicherten Muster (Videobild) einer anormalen
Oberfläche übereinstimmt oder wenn es mit keinem abgespei
cherten Muster einer normalen Oberfläche übereinstimmt. Die
ser letzte Fall tritt z. B. auf, wenn sich Fremdkörper an ei
ner Stelle des Brennelements verfangen haben, an der die ab
gespeicherten Bilder sowohl normaler Oberflächen wie anorma
ler Oberflächen keinen solchen Fremdkörper aufweisen.
In einfachen Fällen kann die volle Breite einer Brennelement-
Seite durch ein in einem einzigen Prüfkopf erzeugtes Muster
erfaßt werden. Das Inspizieren kann außerdem auch dann mit
hoher Zeitersparnis vorgenommen werden, wenn es nur beim An
heben auf dem ersten Abstellplatz (z. B. im Reaktordruckbehäl
ter) bzw. nur beim Absenken auf dem zweiten Abstellplatz
(z. B. im Lagergestell) vorgenommen wird, also nur an einem
der Abstellplätze entsprechende Prüfköpfe vorhanden und auf
der für das jeweilige Brennelement vorgesehen Position ge
bracht werden müssen. In diesem Fall entspricht die Anzahl
der Prüfköpfe, an denen das Brennelement gleichzeitig vorbei
bewegt wird, der Anzahl der Seitenflächen des Brennelements.
Bei gleicher Größe der von den Prüfköpfen erfaßten Abschnitte
kann die Anzahl der Prüfköpfe - oder bei gleicher Anzahl die
Größe der erfaßten Abschnitte - verringert werden, wenn das
Brennelement sowohl beim Anheben als auch beim Absetzen je
weils an mehreren Prüfköpfen vorbeigeführt wird, sofern si
chergestellt ist, daß am Schluß alle Seiten des abgesetzten
Brennelements vollständig von Prüfköpfen erfaßt sind.
Das Brennelement kann also sowohl beim Anheben auf dem einen
Abstellplatz als auch beim Absetzen auf dem anderen Platz je
weils an den gleichen Prüfköpfen vorbeigeführt werden, wobei
zwischen diesen beiden Vorgängen die relative Lage des Brenn
elements zu den Prüfköpfen verändert wird. Die gleiche Zeit
ersparnis wird aber auch durch ein On-line-Verfahren er
reicht, bei dem zwei Gruppen von Prüfköpfen verwendet werden,
nämlich eine Gruppe, die am ersten Abstellplatz positioniert
ist, und eine Gruppe, die am zweiten Abstellplatz positio
niert ist.
Insbesondere ist es für eine vollständige Inspektion der gan
zen seitlichen Außenfläche des Brennelements vorteilhaft,
wenn von jeder Seite des Brennelements zwei Folgen einander
überlappender Abschnitte von den Prüfköpfen erfaßt werden,
wobei praktisch die Hälfte der gesamten seitlichen Außenflä
che beim Anheben und die andere Hälfte beim Absetzen inspi
ziert wird. In diesem Fall braucht ein Prüfkopf (eine Video
kamera) nicht die ganze Breite der Seite, auf die er gerich
tet ist, zu erfassen, sondern nur etwas mehr als die Hälfte
dieser Seite. Dies erhöht die Auflösung des gebildeten Mu
sters und erleichtert den Mustervergleich. Sofern die Prüf
köpfe, die beim Anheben auf dem ersten Abstellplatz benutzt
werden, zusammen mit dem Brennelement zum zweiten Abstell
platz transportiert und dort auch beim Absenken verwendet
werden, entspricht die Anzahl der verwendeten Prüfköpfe der
Zahl der Seitenflächen des Brennelements, wobei das Brennele
ment sowohl beim Anheben wie beim Absetzen an allen Prüfköp
fen gleichzeitig vorbeibewegt wird.
Ablagerungen auf den Oberflächen der Brennstäbe, Fremdkörper,
verbogene Abstandhalter und ähnliche Anomalien verändern be
sonders solche Muster, die starke optische oder akustische
Reflexe enthalten. Vorteilhaft wird daher jedem Prüfkopf ein
auf das Brennelement gerichteter optischer oder akustischer
Strahler zugeordnet, wobei der Prüfkopf besonders auf die
Strahlung dieses Strahlers abgestimmt ist, also ein Muster
der entsprechenden, vom Brennelement ausgehenden Strahlung
aufnimmt.
Für die Durchführung der beschriebenen Verfahrensvarianten
ist ein Modul geeignet, der einen am Brennelement entlang
führbaren Prüfkopf zur Erzeugung einer Folge von sich über
lappenden, jeweils einen Abschnitt einer Seite des Brennele
ments erfassenden Mustern, eine Speichereinrichtung zum Ab
speichern digitaler Muster von Abschnitten normaler Oberflä
chen und anormaler Oberflächen von Brennelementen, eine in
den Prüfkopf integrierte oder an den Prüfkopf angeschlossene
Digitalisierungseinrichtung und eine Recheneinrichtung zum
Vergleich von jeweils einem aus der Digitalisierungseinrich
tung abgerufenen Muster mit abgespeicherten Mustern enthält.
Vorteilhaft ist auch ein weiterer Speicher vorhanden, in dem
Muster, die aufgrund des Vergleichs ausgewählt sind, abge
speichert werden können. Insbesondere ist als Prüfkopf eine
Videokamera, insbesondere eine Schwarzweißkamera und vorteil
haft eine Kamera mit einer automatisch fokussierenden oder
fokussierbaren Optik, und ein der Kamera zugeordneter Schein
werfer vorgesehen.
Bevorzugt sind auf dem Modul mehrere Prüfköpfe so angeordnet,
daß mindestens die Hälfte der gesamten seitlichen Außenfläche
des Brennelements erfaßbar ist, wenn das Modul einmal entlang
des Brennelements bewegt wird. Nach einer Weiterbildung ist
die relative Lage der Prüfköpfe auf dem Modul derart verän
derlich, daß die andere Hälfte der seitlichen Außenfläche des
Brennelements erfaßbar wird, wenn das Brennelement in der
veränderten Lage an den Prüfköpfen vorbeigeführt wird.
Dabei ist es allgemein vorteilhaft, wenn der Modul einerseits
unten an den Mast einer Brennelement-Lademaschine des Kern
kraftwerks ankuppelbar und andererseits oben auch auf Brenn
elementen, die im Reaktordruckbehälter des Kernkraftwerks ne
ben dem zu inspizierenden Brennelement sitzen, derart posi
tionierbar, daß das zu inspizierende Brennelement von der
Brennelement-Lademaschine aus dem Reaktordruckbehälter und
durch den Modul hindurch am Prüfkopf vorbeigeführt werden
kann.
In Fig. 1 ist ein Modul mit zwei fest montierten Prüfköpfen,
in Fig. 2 ein Schema für den automatischen Mustervergleich,
in Fig. 3 ein Schema für simultanes Umsetzen und Inspizieren
und in Fig. 4 ein Inspektionsmodul für Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den Rahmen im Kopf FH eines Druckwasser-Brenn
elementes FA, das unter dem Wasserspiegel WP im Brennelement-
Lagerbecken des Kernkraftwerks am unteren Ende eines Ladema
schinen-Mastes (nicht dargestellt) hängt und durch einen
ringförmigen Inspektionsmodul MI hindurch mittels des Mastes
abgesenkt und wieder angehoben wird.
Fig. 1 betrifft aber z. B. auch den Fall, daß ein Siedewas
ser-Brennelement in einer Arbeitsstation abgestellt ist, in
der von dem Brennelement der Brennelement-Kasten abgezogen
worden ist, um Zugang zu den Brennstäben und Abstandhaltern
zu schaffen; in diesem Fall hängt dann der Inspektionsmodul
MI, der das Brennelement ringförmig umfaßt, am Ende des Lade
maschinen-Mastes und wird angehoben und wieder abgesenkt.
Der Modul MI besitzt zwei als Schwarzweißvideokameras ausge
bildete Prüfköpfe VC1 und VC2, denen jeweils zwei Scheinwer
fer HL zugeordnet sind. Die beiden Prüfköpfe (Videokameras)
VC1, VC2 sind in diesem Fall auf die gegenüberliegenden Sei
ten FS1 und FS2 des Brennelements gerichtet und erfassen je
weils einen Bereich der vollen Breite dieser Seiten und einer
Höhe von 5 bis 8 cm. Sobald mittels des Lademastes das Brenn
element vollständig aus dem Rahmen MR entfernt ist, der die
Videokameras und Scheinwerfer trägt, wird das Brennelement um
90° gedreht, wobei mit den Konturen VC1', VC2' und HL' die
relative Lage der Kameras und Scheinwerfer zu dem gedrehten
Brennelement dargestellt ist. Wird nun wieder das Brennele
ment in den Rahmen MR eingesetzt, so sind nunmehr auch die
beiden anderen Außenflächen FS3 und FS4 mittels der gleichen
Prüfköpfe (Videokameras) VC1 und VC2 - letztlich also die ge
samte seitliche Außenfläche des Brennelements FA - inspizier
bar.
Während das Brennelement FA durch den Rahmen MR des Moduls MI
hindurch bewegt wird, nehmen die Videokameras fortlaufend Ab
bilder der Oberfläche auf. Die entsprechenden Videosignale
VS1 und VS2 werden einer Digitalisierungseinrichtung DD in
einer digitalen Rechenanlage DR einerseits einem Fernseh
schirm bzw. Monitor MON zugeführt und angezeigt, andererseits
nach einem Programm zum automatischen, digitalen Musterver
gleich bearbeitet, das in einem Programmspeicher PR abgespei
chert ist.
Die für das Programm vorgesehenen Vergleichsmuster sind in
einer Speichereinrichtung ST gespeichert. Hierfür sind meh
rere Vergleichsbilder vorgesehen, die vom gleichen Modul un
ter gleichen Lichtverhältnissen an einem baugleichen, fabrik
neuen (also unkorrodierten) Brennelement an verschiedenen Po
sitionen des Brennelements aufgenommen wurden. Weitere, im
Speicher ST abgespeicherte Programmbilder sind an Brennele
menten aufgenommen, die wegen hoher Korrosion, Deformationen
an den Brennstäben der Abstandhalter oder sogar abgebrochenen
Teilen bei früheren Inspektionen ausgewechselt wurden. Die
abgespeicherten Abbilder sind nach Komponenten geordnet (z. B.
"Abstandhalter mit Brennstäben", "Brennstäbe ohne Abstandhal
ter" . . .).
Gemäß Fig. 2 kann von einem Programm zur automatischen Bil
derkennung und zum automatischen Mustervergleich jede Video
aufnahme VA, die durch eine Digitalisierung DD digitalisiert
wurde, in einem Schritt ENTER on-line eingelesen werden und
automatisch nach vorgegebenen Kriterien auf Bildschärfe kon
trolliert werden (Abfrage "FOCUS?"). gegebenenfalls wird ein
Befehl "OPT" zur Nachstellung der Kameraoptik gegeben und das
Programm durch Einlesen einer mit der veränderten nachge
stellten Optik aufgenommenen Videoaufnahme erneut gestartet
werden.
In einer ersten Vergleichsstufe "COMP1" wird anhand charakte
ristischer Geometrie-Parameter die digitalisierte, scharfe
Videoaufnahme jeweils mit einem gespeicherten Abbild der ein
zelnen Komponenten verglichen, bis an der Stufe "NEXT" ein
aus dem Speicher ausgelesenes Abbild für den automatischen
Bildvergleich eingegeben wird, das der von der Videoaufnahme
erfaßten Komponente entspricht. Unter Umständen ist es erfor
derlich, den Bildausschnitt zu verschieben, die Vergrößerung
zu verändern, oder eine ähnliche Bildbearbeitung vorzunehmen,
um die Aufnahme und das gespeicherte Abbild virtuell zur
maximalen Deckung zu bringen. Die bei der Bildbearbeitung
vorgenommene Änderung, mit der die maximale Kongruenz im
Schritt "CONGR" erzeugt wurde, kann als Datensatz in einem
Meßprotokoll "PROT" dokumentiert werden.
In einem Vergleichsschritt "COMP2" wird die Aufnahme nachein
ander mit jeweils einem aus dem Speicher abgerufenen Abbild
der betreffenden Komponente verglichen. Ergeben sich charak
teristische Übereinstimmungen mit Abbildern anormaler Ober
flächen, so wird die Aufnahme - zusammen mit einer Kennzeich
nung für den aufgenommenen Abschnitt des Brennelements - im
Schritt "STORE" in den Ergebnisspeicher geladen und die Aus
wertung der nächsten Videoaufnahme begonnen. Stimmt aber die
digitalisierte Aufnahme nur mit wenigstens einem gespeicher
ten Abbild einer normalen Oberfläche überein, so wird sie im
Schritt "COMP3" darauf geprüft, ob sie zusätzliche Einzelhei
ten (z. B. einen im Brennelement hängenden Fremdkörper) ent
hält, die eine Abweichung von den gespeicherten Abbildern
normaler Oberflächen darstellt. Auch in diesem Fall wird die
Aufnahme über den Programmteil "STORE" in den Ergebnisspei
cher geladen.
Ist aber keine Anomalie erkannt, so kehrt das Programm zum
Schritt "ENTER" zurück.
Sind auf diese Weise alle vier Seiten des Brennelements in
spiziert und der Ergebnisspeicher SR ist noch immer leer, so
wird dies am Monitor MON angezeigt, und die Lademaschine kann
mit dem daran hängenden Brennelement, z. B. über das Brennele
ment-Lagergestell, verfahren werden, um das Brennelement für
die spätere Wiederverwendung dort abzustellen. Sind im Ergeb
nisspeicher SR jedoch Abbilder gespeichert, weil sie nicht
eindeutig einem intakten Brennelement zugeordnet werden kön
nen, so kann das Inspektionspersonal diese Abbilder an einem
entsprechenden Ausgang SE des Ergebnisspeichers SR abrufen
und am Monitor individuell und beliebig lange betrachten. Das
Brennelement kann je nach Bedarf einer Reparaturstation, ei
nem Sammelplatz für unbrauchbare Brennelemente, oder dem La
gergestell für die wiederverwendbaren Brennelemente zugeführt
werden.
Das bisher geschilderte Verfahren inspiziert die gesamte Au
ßenfläche des Brennelements in zwei Schritten, nämlich beim
Absenken und Anheben des Brennelements auf der Inspektions
station. Da Schäden an Brennelementen äußerst selten sind,
werden fast alle inspizierten Brennelemente anschließend noch
einmal abgesenkt, um sie nämlich auf ihrem vorübergehenden
Abstellplatz zu lagern, bis sie in den Reaktordruckbehälter
zurückgesetzt werden können. Es kann daher einfacher sein,
das vom Reaktordruckbehälter kommende Brennelement nur einmal
abzusenken, nämlich nur auf dem vorübergehenden Abstellplatz,
auf dem es für seine Wiederverwendung warten muß. In diesem
Fall ist ein Modul vorgesehen, der auch auf den Positionen
VC1' und VC2' jeweils einen Prüfkopf (Videokamera) besitzt,
dessen Signale ebenfalls in der Rechenanlage DR einem Muster
vergleich unterworfen werden. Dieser Modul kann auf dem vor
übergehenden Abstellplatz angeordnet sein. In diesem Fall
wird also ebenfalls die ganze Breite einer Seite von einem
daran vorbeibewegten Prüfkopf erfaßt, jedoch ist jeder Seite
ein eigener Prüfkopf zugeordnet.
In Fig. 3 ist ebenfalls die Zahl der Seiten eines Brennele
ments gleich der Zahl der Prüfköpfe, jedoch erfaßt ein Prüf
kopf - bis auf geringfügige Überlappungen - nur die halbe
Breite einer Seite. Bei einer einmaligen Relativbewegung
zwischen dem Inspektionsmodul und dem Brennelement (z. B. beim
Absenken des Brennelements durch einen ortsfesten Modul oder
beim Anheben des Moduls auf einem ortsfesten Brennelement)
kann daher praktisch nur die Hälfte der gesamten Außenfläche
des Brennelements inspiziert werden. Die andere Hälfte wird
inspiziert, indem die relative Ausrichtung der Prüfköpfe auf
die Brennelement-Seiten verändert (z. B. durch eine Drehung
von Brennelement oder Modul oder durch ein Schwenken der
Prüfköpfe auf dem Rahmen des Moduls) und die relative Längs
bewegung von Brennelement und Modul in umgekehrter Richtung
wiederholt wird. Auch diese zweistufige Inspektion mit dem
entsprechenden Modul kann unter Wasser in der Inspektionssta
tion vorgenommen werden, auf die sich das Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 bezieht. Sie kann aber auch so vorgenommen wer
den, daß die erste Stufe mit der ersten Relativbewegung zwi
schen Modul und Brennelement im Reaktordruckbehälter und die
zweite Stufe mit der entgegengesetzten Relativbewegung von
Brennelement und Modul z. B. im Lagerbecken erfolgt. Dabei
kann für jede Stufe ein eigener Inspektionsmodul benutzt wer
den, der dann z. B. im Reaktordruckbehälter bzw. im Lager
becken verbleibt und nur jeweils von einer Brennelement-Posi
tion auf die nächste umgesetzt wird. Dies ist vor allem vor
teilhaft, wenn die räumlichen Verhältnisse beengt sind und
dem Transport des Moduls mit seinen empfindlichen Prüfköpfen
Hindernisse im Wege stehen.
Entsprechend befindet sich ein Brennelement 1 im linken Teil
der Fig. 3 im Reaktordruckbehälter auf seinem betriebsmäßi
gen Abstellplatz, nämlich dem Raum 2 zwischen benachbarten
Brennelementen 4. Auf jedem der Abstellplätze findet eine In
spektion statt, bei der jeweils etwa die Hälfte der gesamten
Außenfläche des Brennelements inspiziert wird. In beiden Stu
fen ist das Brennelement in einen ringförmigen Inspektionsmo
dul eingesetzt, von dem Fig. 1 nur die als Prüfköpfe dienen
den Videokameras in der jeweiligen Betriebsposition zeigt.
Fig. 3 kann also den Fall betreffen, daß die Videokameras im
linken Teil zu einem anderen Modul gehören und mit einer an
deren Rechenanlage verbunden sind als die Videokameras im
rechten Teil, wobei dann die Brennelement-Lademaschine nur
das Brennelement vom Reaktordruckbehälter zum Lagerbecken um
setzt.
Fig. 3 zeigt aber schematisch auch das untere Ende des Lade
mastes 6 während des Transports des Brennelements 1 vom Reak
tordruckbehälter zum Lagerbecken, wobei der schematisch ange
deutete Inspektionsmodul 10 zusammen mit dem Brennelement um
gesetzt wird. Die Tastköpfe 14 (Videokameras) des linken
Teils der Fig. 2 sind also dieselben Tastköpfe wie in dem
rechten Teil der Fig. 2. Lediglich ihre Lage innerhalb des
Moduls ist verändert, d. h. die Prüfköpfe sind um 90° um eine
Ecke des Brennelements in die Positionen 14" geschwenkt.
Beim üblichen Umsetzen des Brennelements muß der Lademast je
weils über der Position des Brennelements 1 auf den benach
barten Brennelementen im Reaktordruckbehälter bzw. dem Lager
gestell im Lagerbecken aufgesetzt werden. Hierzu besitzt er
z. B. (nicht dargestellte) Zentrierstifte, die in Zentrierboh
rungen 8 eingreifen, die gemäß Fig. 3 auf der Oberseite des
Lagergestells 3 bzw. auf den Köpfen 9 der dem betreffenden
Brennelement 1 benachbarten Brennelemente 4 erkennbar sind.
In der Fig. 3 ist dargestellt, daß an das untere Ende des 1
Lademastes 6 ein Inspektionsmodul 10 angekoppelt ist, der
mittels entsprechender Zentrierstifte 12 ebenfalls in die
Zentrierbohrungen 8 eingesetzt werden kann.
Der Modul 10 trägt vier Unterwasser-Videokameras 14, denen
jeweils ein Unterwasser-Scheinwerfer 16 zugeordnet ist. Diese
vier Videokameras 14 sind jeweils auf die halbe Breite einer
der vier Außenflächen 18 des Brennelements 1 gerichtet; sie
erfassen also nur die Hälfte der gesamten Außenfläche des
Brennelements. Die andere Hälfte wird auf dem anderen Ar
beitsplatz inspiziert, in diesem Fall von den Kameras auf den
erwähnten Positionen 14".
Um das Brennelement auf dem ersten Abstellplatz anzuheben,
ist also der Lademast 6 über den Modul 10 auf den benachbar
ten Brennelementen aufgesetzt und das Brennelement 1 wird an
den Kameras vorbei mit einer Geschwindigkeit in den Mast an
gehoben, die normalerweise etwa 10 m/min beträgt. Während das
Brennelement also um 1 cm angehoben wird, nimmt jede Kamera
jeweils etwa 20 Bilder einer vorbeibewegten Seiten des Brenn
elements mit den darauf entstehenden Reflexionen des Schein
werfer-Lichtes auf. Diese Abbilder werden an einen Rechner
20, z. B. je einen handelsüblichen Personal Computer für jede
Kamera, weitergegeben, der über dem Wasserbecken und somit
außerhalb des Strahlungsbereiches der Brennelemente liegt.
Vorteilhafter ist die Verwendung einer schnelleren und lei
stungsfähigeren Rechenanlage, an die alle Kameras gleichzei
tig angeschlossen sind.
Jedes Videobild einer Kamera erfaßt einen Bereich von etwa 5
cm Höhe des Brennelements. Wird daher nur die letzte von je
weils 75 Aufnahmen einer Videokamera eingelesen und ausgewer
tet, so kann das Brennelement auf seiner ganzen Länge mit ei
ner hinreichenden Überlappung der aufgenommenen Abbilder in
spiziert werden.
Die Rechenanlage 20 besitzt an seinem Eingang für die Video
signale eine Digitalisierungseinrichtung 22, z. B. eine han
delsübliche Digitalisierungskarte für einen Personal Compu
ter. Ein Synchronisierungsteil 23 synchronisiert die Rech
nereingänge, die Digitalisierung, die Videoaufnahmen und de
ren Darstellung auf einem Bildschirm 25.
In einem Speicher 26 der Recheneinrichtung 20 ist ein Ver
gleichsprogramm mit einer Auswahl von digitalisierten Abbil
dern gespeichert, die teils Aufnahmen eines normalen, wieder
verwendbaren Brennelements, teils Aufnahmen von anormalen
Brennelementen, z. B. mit beschädigten Abstandhaltern und/oder
mit korrodierten Hüllrohren, wiedergeben. Dieses Programm
führt automatisch einen Vergleich der aufgenommenen und digi
talisierten Abbilder mit den gespeicherten Abbildern durch.
Dazu wird - z. B. gemäß Fig. 2 - auf eine Weise, wie sie in
der Technik der automatisierten Mustererkennung üblich ist,
das digitalisierte, von einer Kamera aufgenommene Abbild
nacheinander mit gespeicherten Abbildern virtuell zur Deckung
gebracht. Sind die Bilder nicht vollkommen deckungsgleich, so
werden die auftretenden Abweichungen bewertet. Identifizierte
Abweichungen von Abbildern normaler Oberflächen werden in ei
nem Ergebnisspeicher 28 gespeichert. Aufnahmen ohne Anomalien
werden bevorzugt im Rechner gelöscht, ohne gespeichert zu
werden.
Um beim Transport den am Mast 6 angekoppelte Modul 10 mit den
Videokameras zu schützen, ist vorteilhaft das Gestell 32 (in
Fig. 3 nur schematisch angedeutet), das die Scheinwerfer und
Videokameras trägt, zusammenklappbar. Die Kameras und Schein
werfer können in das Innere des Mastes 6 geschwenkt werden
und sind geschützt, sobald das Brennelement 1 ganz vom Mast 6
aufgenommen ist und zusammen mit dem Mast vom Reaktordruckbe
hälter in das Lagerbecken umgesetzt wird.
Ein Modul kann gemäß Fig. 4 mit einer Bodenplatte 40 verse
hen sein, die auf den benachbarten Brennelementen im Reaktor
druckbehälter und z. B. auf dem Brennelement-Lagergestell im
Lagerbecken aufgesetzt werden und eine Deckenkonstruktion mit
Trägern 41 zum Ankoppeln an den Mast der Lademaschine tragen
kann. Auf Führungsschienen 42 sind die Sockel 43 von Videoka
meras 44 mit zugeordneten Scheinwerfern 45 verfahrbar.
Zum Verfahren der Sockel 43, Videokameras 44 und Scheinwerfer
45 dient ein Transportband bzw. eine Kette 46, die über Um
lenkrollen 47 läuft und mittels eines Motors 48 alle Kameras
44 gleichzeitig um etwa die halbe Breite einer Brennelement-
Seite verschiebt. Die entsprechende Position 43' der Sockel
43 ist mit durchbrochenen Linien dargestellt und durch An
schläge an den Trägern 41 definiert.
Zum Scharfstellen der jeweiligen Kamera-Optik dient in diesem
Fall jeweils ein Motor 49, mit dem der ganze Sockel 43 senk
recht zu den Führungsschienen 42 bewegt werden kann, um den
Abstand des Kameraobjektivs zu verändern.
Mit der Erfindung ist es möglich, die Inspektion des Brenn
elements rasch und mit geringem Personaleinsatz durchzufüh
ren.