레이저 비전 센서를 이용한 원자로 CRDM 보수 용접 자동화 시스템 개발

Abstract

원자로 CRDM(Control Rod Drive Mechanism)은 원자로가 핵분열을 하는 동안 핵분열의 핵심인 중성자 속을 조절하는 장치이다. 원자로에서 발생되는 열은 CRDM노즐부에 결함을 발생하게 한다. 이러한 결함은 원자로 성능에 치명적일 수 있기 때문에 이를 보수해야 한다. 원자로 CRDM 노즐부는 방사능의 위험으로 사람이 용접하는 것은 불가능하다. 따라서, 무인 보수 용접 자동화 시스템이 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 사람의 눈을 대신하여 용접부를 계측하고, 용접 경로를 교시할 수 있는 CRDM 전용 레이저 비전 센서를 개발하였다. CRDM 전용 레이저 비전 센서는 여러 설계 파라미터들을 최적화 해야만 한다. 그것은 센서가 설치될 용접 로봇의 설치 제한 조건과 용접 로봇과의 운동 구속 조건, 원자로 내의 각각의 CRDM 노즐 위치에 따른 공간 제한 조건 등에 의해 많은 제한을 받기 때문이다. CRDM 전용 레이저 비전 센서의 설계는 센서 모델링 및 시스템 모델링을 통해 설계 변수들의 범위를 수식화하고, 최적화하여 센서를 제작하였다. 돔 형태의 원자로 내부에는 CRDM 노즐들이 격자형태로 매달려 있다. 이 노즐들의 용접부는 높이에 따라 각기 다른 경사각을 가진다. 이러한 경사각을 가지는 용접 그루브를 모두 관측할 수 있도록 Double Laser를 사용하여 모든 경사각에 대해 용접 그루브를 인식할 수 있도록 하였다. CRDM 노즐부 보수 용접은 EDM 가공으로 결함부를 가공한 후, 이를 보수 용접한다. 여기에 레이저를 조사하면 가공된 곳에 반사광이 나타난다. 이것은 센서를 통해 획득되는 영상 정보에 외란으로 작용한다. 이를 효과적으로 빠르게 제거하기 위해 전용 화상처리 알고리즘을 개발하였다. 제작된 센서는 그루브 경사각 0°, 38°를 가지는 시편에 개발된 프로그램으로 용접실험을 수행하여 그 성능을 검증하였다.; CRDM(Control Rod Drive Mechanism) a Nuclear reactor regulates a neutron velocity during nuclear fission. Produced heat during fission generates some defects at CRDM nozzle part. These defects bring about deadly effects for nuclear reactor ability. Thus, it is in want of repair welding. CRDM nozzle part a nuclear reactor impossible direct welding by persons because of radioactivity. Accordingly, repair welding must an unmanned automatic system. In this thesis for this factor, it developed private Laser Vision Sensor for CRDM nozzle repair welding because of should measure nozzle welding part instead of human eyes. Private laser vision sensor for a CRDM nozzle must optimize many design parameters. Because it is limited that sensor restricted installation condition with robot, reactor space conditions and sensor moving condition between each nozzle. Procedure sensor design classifies highly two steps. First step is that find numerical range for design parameters through the sensor modeling and system modeling. Second step is optimizing this parameter range. With optimized parameter, finally it made of private CRDM nozzle sensor. Inner reactor of dome shapes each nozzle dangle from the ceiling. Each welding groove for dangled nozzles has inclination angles by height of dome. Thus, to measure all groove with inclination angle each nozzle part used the double laser source. CRDM nozzle welding part processed EDM working, after it repairs welding. To throw a laser light on processing part appears reflection shadow in work piece. These shadow applied noise on image information. Accordingly, to effective remove noise we developed private image processing algorithms. Made sensor verifies ability through welding experiments such as work pieces with inclination angle 0˚, 38˚.