СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ МАРКИРОВКИ АМПУЛ Российский патент 2015 года по МПК G06K1/12 G01N21/954 G21F5/08 

Изобретение относится к автоматизированным средствам идентификации узлов или элементов, преимущественно используемых для хранения и транспортировки отработанных тепловыделяющих сборок, в частности ампулы, в которую осуществляется загрузка пучка тепловыделяющих элементов (твэлов) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000.

В «сухое» хранилище отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) ампулы для отработавшей тепловыделяющей сборки (патент РФ №2353010, МПК G21F 5/008 от 19.03. 2008) с размещенными в них пучками тепловыделяющих элементов (далее по тексту - ампулы с ПТ) поступают в транспортном чехле, установленном внутри защитного контейнера. Транспортный чехол с загруженными ампулами извлекается из защитного контейнера и помещается в приемном гнезде камеры комплектации пеналов. В камере комплектации пеналов осуществляется перегрузка ампул с ПТ из транспортного чехла в герметичные пеналы хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2372678, МПК G21F 5/008 от 31.10.2008). Перегрузка ампул с ПТ осуществляется поштучно дистанционно электромеханическим некопирующим мостовым манипулятором. В процессе перегрузки с ампулы должна быть считана ее идентификационная маркировка (атрибутивный признак) - это является обязательным требованием НП-030-12 "Основные правила учета и контроля ядерных материалов".

Известна ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки (патент РФ №2353010, МПК G21F 5/008 от 19.03.2008), идентификационная маркировка которой представляет собой совокупность цифрового номера, наносимого на боковую поверхность крышки ампулы и на плоскую часть усеченного конуса, расположенного внутри крышки ампулы, а также n-разрядного двоичного кода, являющегося двоичным представлением цифрового номера и выполненного в виде круглых отверстий в боковой стенке крышки ампулы. Центральная линия нанесения двоичной кодовой последовательности расположена выше цифровой маркировки на боковой поверхности крышки ампулы. Отсчет начала двоичного кода осуществляется по стартовой метке, расположенной симметрично относительно цифрового номера маркировки на боковой поверхности. Двоичный код наносится по окружности на боковую поверхность крышки ампулы вырезанием или высверливанием круглых отверстий в точках, равномерно расположенных через 360/(n+1) градусов. Отверстия, являющиеся составной частью двоичного кода, имеют одинаковый диаметр, при этом наличие отверстия соответствует знаку «1», отсутствие отверстия соответствует знаку «0». Отверстие, являющееся стартовой меткой, имеет относительно больший диаметр.

В качестве прототипа выбран способ распознавания идентификационной маркировки на цилиндрической поверхности (патент РФ №2400812, МПК G06K 1/12 от 13.10.2008), заключающийся в переносе оптического излучения, отраженного с помощью зеркал от трех фрагментов цилиндрической поверхности, содержащей идентификационную маркировку, на неперекрывающиеся участки считывателя, выполненного в виде многоэлементного фоторегистратора, при этом каждый из фрагментов идентификационной маркировки охватывает участок дуги окружности чуть больше 120°, и последующего анализа полученного трехракурсного панорамного изображения, заключающегося в том, что на полученном трехракурсном изображении идентификационной маркировки в виде n-разрядного бинарного кода, символами которого служат сквозные круглые отверстия, выделяют три пары вертикальных границ каждого из трех ракурсов, по найденным границам формируют изображение, ограниченное областью нанесения бинарного кода, каждый из трех фрагментов обрабатывают морфологическим ориентирно направленным фильтром, сохраняющим фрагменты отверстий и подавляющим фон, производят математическую обработку трех отфильтрованных фрагментов изображения бинарного кода и с учетом стартового репера и заранее заданного шага n-разрядного бинарного кода строят развертку бинарного кода, пригодную для сравнения с исходной.

Недостатком данного способа является зависимость результатов распознавания маркировки от углового положения ампулы относительно считывающего устройства и зеркал, а именно: невозможность правильного автоматического распознавания кодов маркировки в случаях, когда отверстие стартовой метки расположено сбоку так, что его изображение занимает минимальную площадь одновременно при наблюдении с переднего и заднего ракурсов; невозможность правильного автоматического распознавания кодов маркировки в случаях, когда отверстие, являющееся составной частью двоичного кода и наблюдаемое с переднего ракурса, визуально совпадает с отверстием, наблюдаемым с заднего ракурса, что приводит к необходимости осевого вращения ампулы для подбора ее положения относительно считывателя, вследствие чего происходит существенное замедление процесса автоматического распознавания маркировки или отказ автоматического распознавания, что приводит к необходимости применения ручного метода ввода, при котором оператор визуально распознает положение отверстия стартовой метки, наличие (отсутствие) маркировочных отверстий на позициях номера и производит соответствующую корректировку и сравнение с визуально считанной цифровой маркировкой на боковой поверхности ампулы.

Задачей настоящего изобретения является создание способа распознавания описанной выше идентификационной маркировки в виде двоичного кода.

Технический результат заключается в реализации заявленной задачи, а также в обеспечении независимости результатов распознавания от угла поворота ампулы вокруг собственной оси.

Указанный технический результат достигается тем, что с помощью оптики и многоэлементного матричного регистратора получают круговое изображение внутренней части крышки ампулы, включая отверстие стартовой метки ампулы и отверстия на боковой поверхности, являющиеся составной частью двоичного кода. Затем выполняют анализ полученного изображения, заключающийся в поиске на изображении отверстий, вычислении их размеров и положений их центров. Затем на основании произведенных вычислений определяют центр окружности, на которой, или рядом с которой, с минимальными отклонениями лежат все центры отверстий, вычисляют параметры векторов, соединяющих центр окружности с центрами отверстий, производят сортировку вычисленных данных по признаку величины размера отверстия, выделяют отверстие максимального размера, соответствующее стартовой метке, а также выделяют параметры соответствующего этому отверстию вектора (вектора стартовой метки), что позволяет зафиксировать начало отсчета двоичной последовательности маркировки, после чего на основании полученных параметров векторов и с учетом параметров вектора стартовой метки восстанавливают угловое положение знаков «1», в остальных угловых позициях будут находиться знаки «0» и тем самым распознают кодовую последовательность двоичной маркировки ампулы.

Вычисление размеров отверстий и их сортировка позволяют выделить отверстие максимального размера, соответствующее стартовой метке.

Вычисление положений центров отверстий, определение окружности, на которой они лежат, а также вычисление параметров векторов, соединяющих центр окружности с центрами отверстий, позволяет восстановить положение отверстия стартовой метки (отверстия максимально размера), положение отверстий относительно стартовой метки и взаимное относительное расположение. Поскольку отверстия маркировки выполняются в точках, расположенных равномерно через 360/(n+1) градусов, то центры отверстий на изображении должны располагаться на окружности с таким же шагом. Зная параметры вектора стартовой метки, в частности его угла φ₀, и параметры m-го вектора отверстия, в частности его угла φ_m, выполняют определение позиционного положения отверстия, соответствующего знаку «1», по формуле

m=((φ_m-φ₀)∗(n+1))/360,

где

m - позиция знака «1» в n-разрядном двоичном коде;

φ_m - значение угла вектора m-го отверстия;

φ₀ - значение угла вектора стартовой метки;

n - разрядность двоичного кода маркировки.

Разность углов (φ_m-φ₀) при вычислениях приводится к диапазону 0…360 градусов. В остальных (n-m) позициях будут находиться знаки «0». Таким образом, выполненные вычисления позволяют распознать двоичный код маркировки.

Поворот ампулы относительно ее оси вращения не влияет на размеры и относительное расположение отверстий на изображении, поэтому результат распознавания не зависит от угла поворота ампулы.

Кроме того, на изображении внутренней части крышки ампулы выделяют часть изображения предпочтительно в виде кольца, которая может содержать в себе отверстия на боковой поверхности. Это позволяет сузить область поиска, тем самым повысить вероятность правильного обнаружения отверстий и, следовательно, повысить вероятность правильного распознавания маркировки.

Кроме того, на крышке ампулы размещают светоизолирующий чехол так, чтобы он не перекрывал отверстия кодовой последовательности и стартовой метки, внутрь чехла помещают оптику и многоэлементный матричный регистратор, крышку ампулы снаружи освещают светом от источников освещения в помещении или специальным кольцевым источником света, что приводит к получению регистратором трехзонного изображения маркировки в виде светлых изображений отверстий на темном фоне, отражений на плоскости внутри крышки ампулы проходящего через отверстия в боковой поверхности крышки ампулы света в виде светлых полос на темном фоне и отражений на конусовидной поверхности в центре крышки ампулы также в виде светлых полос на темном фоне. В процессе распознавания выделяют и используют одну из зон изображения маркировки или ее часть в виде кольца.

Кроме того, для повышения достоверности результатов распознавания проводят анализ результатов распознавания кодовой последовательности двоичной маркировки, полученных для различных зон или кольцевых участков исходного изображения и принимают решение о достоверности распознания кодовой последовательности на основании результатов этого анализа.

Кроме того, для упрощения выделения отверстий на крышку ампулы помещают светоизолирующий, слабоотражающий чехол, предпочтительно черного цвета, так, чтобы он полностью перекрывал снаружи крышки ампулы отверстия кодовой последовательности и стартовой метки. Внутрь светоизолирующего чехла помещают оптику, многоэлементный матричный регистратор и осветитель и тем самым получают контрастные темные изображения отверстий на светлом фоне, что облегчает поиск отверстий.

Кроме того, для снижения требований к оптике по величине угла зрения внутрь крышки ампулы и соосно ей помещают зеркало в виде конусообразной поверхности, передающее вид отверстий в оптику.

Кроме того, для снижения неблагоприятного воздействия ионизирующего излучения многоэлементный матричный регистратор помещают в защитный кожух, а изображение от оптики к регистратору передают с помощью одного или нескольких зеркал.

Кроме того, для снижения неблагоприятного воздействия ионизирующего излучения оптику и многоэлементный матричный регистратор помещают в защитный кожух, а изображение внутренней поверхности крышки ампулы, включая отверстия на боковой стенке, передают к оптике и регистратору с помощью одного или нескольких зеркал.

Кроме того, для сокращения времени распознавания маркировки анализ изображения выполняется автоматически с помощью счетно-решающего устройства.

На фиг. 1 приведен вид части крышки ампулы с нанесенной маркировкой в виде цифрового номера и отверстий, содержащих представление этого номера в виде двоичного кода, где 1 - относительно большее по размеру отверстие стартовой метки, 2 - относительно меньшее по размеру отверстие, соответствующее знаку «1» двоичного кода маркировки, 3 - часть крышки ампулы.

На фиг. 2 приведена схема реализации предложенного способа распознавания двоичной маркировки, где 4 - оптика для переноса изображения внутренней части крышки ампулы на матричный регистратор, 5 - матричный регистратор, 6 - счетно-решающее устройство.

На фиг. 3 показана графическая модель алгоритма распознавания маркировки для девятибитного двоичного кода 001110101, соответствующего десятичному номеру 117, где С₀ - центр изображения отверстия относительно большего размера, соответствующего индексной метке, С₁…С₅ - центры изображений отверстий относительно меньшего размера, соответствующие знаку «1» двоичного кода маркировки, О - центр окружности, на которой или рядом с которой с минимальными отклонениями лежат центры С₀…С₅, V₀…V₅ - векторы, построенные из точки О к точкам С₀…С₅. При соосном размещении крышки ампулы, оптики и матричного регистратора центры изображений отверстий должны располагаться на окружности близко к точкам, равномерно расположенным через 360/(n+1) градусов, где n - разрядность двоичного кода.

На фиг. 4 приведена схема реализации предложенного способа с использованием светозащитного чехла, не перекрывающего отверстия маркировки, где 7 - светозащитный чехол, 8 - источники освещения в помещении, 9 - кольцевой источник света.

На фиг. 5 приведен снимок, полученный при реализации схемы фиг. 4, где 10 - изображения отверстий, 11 - отражения света, проходящего через отверстия в боковой поверхности крышки ампулы на плоскости внутри крышки ампулы, 12 - отражения света, проходящего через отверстия в боковой поверхности крышки ампулы, на конусовидной поверхности в центре крышки ампулы.

На фиг. 6 приведена схема реализации предложенного способа с использованием светозащитного чехла, перекрывающего отверстия маркировки, где 13 - светозащитный чехол, 14 - источники света внутри светозащитного чехла.

На фиг. 7 приведена модель изображения, получаемого при реализации схемы фиг. 6.

На фиг. 8 приведена схема реализации предложенного способа с использованием зеркала в виде конусообразной поверхности, где 15 - конусовидное зеркало, размещаемое соосно крышке ампулы.

На фиг. 9 приведена схема реализации предложенного способа с защитой многоэлементного матричного регистратора от неблагоприятного воздействия ионизирующего излучения с помощью кожуха, где 16 - зеркало, передающее изображение от оптики к матричному регистратору, 17 - защитный кожух, ослабляющий воздействие ионизирующего излучения.

Изображение внутренней части крышки ампулы 3 (фиг. 2), включающее в себя изображение отверстия индексной метки 1 и изображения отверстий кода 2, с помощью оптики 4 переносят на матричный регистратор 5, который преобразует изображение в электрический сигнал, передающийся далее в счетно-решающее устройство 6. Распознавание маркировки начинают с обнаружения и выделения изображений отверстий стартовой метки и маркировки. Следует учесть, что при соосном размещении крышки ампулы, оптики и матричного регистратора центры изображений отверстий должны располагаться на окружности в точках, равномерно расположенных через 360/(n+1) градусов, где n - разрядность двоичного кода.

Для всех обнаруженных изображений отверстий вычисляют их размеры и координаты центров С₀…С_m, где m - количество символов «1» в двоичном коде маркировки, а также определяют центр вспомогательной окружности, на которой или рядом с которой с минимальными отклонениями лежат все центры отверстий. Далее вычисляют параметры векторов V₀…V_m, соединяющих центр О вспомогательной окружности с центрами отверстий С₀…С_m, производят сортировку вычисленных данных по признаку величины размера отверстия, выделяют отверстие максимального размера, соответствующее стартовой метке, а также выделяют параметры соответствующего этому отверстию вектора V₀ (вектора стартовой метки). Угол вектора V₀ принимают за начало отсчета угловых положений центров изображений отверстий, после чего на основании данных об углах векторов V₁…V_m с учетом угла вектора V₀ восстанавливают угловое положение знаков «1». В остальных угловых позициях с отсутствующими изображениями отверстий будут находиться знаки «0». На этом распознавание кодовой последовательность двоичной маркировки крышки ампулы завершено.

Изобретение относится к автоматизированным средствам идентификации узлов или элементов, преимущественно используемых для хранения и транспортировки отработанных тепловыделяющих сборок, в частности ампулы, в которую осуществляется загрузка пучка тепловыделяющих элементов (твэлов) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000. Технический результат заключается в повышении надежности автоматического распознавания идентификационной маркировки ампул с ОЯТ, выполненной в виде n-разрядного двоичного кода, символами которого служат сквозные отверстия в боковой поверхности крышки ампулы. Результат достигается за счет того, что изображение внутренней части крышки ампулы передают на матричный регистратор, производят автоматический поиск изображений отверстий, выполняют математическую обработку данных о найденных изображениях отверстий, в процессе которой определяют положение стартовой метки и восстанавливают положение знаков «1», в остальных позициях кодовой последовательности будут находиться знаки «0» и тем самым выполняют распознавание маркировки. 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ распознавания идентификационной маркировки ампулы с ОЯТ, выполненной в виде n-разрядного двоичного кода, символами которого служат сквозные круглые отверстия, расположенные по кругу крышки ампулы, отличающийся тем, что при распознавании маркировки соосно располагают крышку ампулы, оптику и матричный регистратор, изображение кругового вида внутренней части крышки ампулы, включая отверстие стартовой метки ампулы и отверстия на боковой поверхности, являющиеся составной частью двоичного кода, с помощью оптики передают матричному регистратору и выполняют анализ полученного изображения, в процессе которого производят обнаружение отверстий, вычисляют их размеры и положения центров, на основании произведенных вычислений определяют центр окружности, на которой или рядом с которой с минимальными отклонениями лежат все центры отверстий, вычисляют параметры векторов, соединяющих центр окружности с центрами отверстий, производят сортировку вычисленных данных по признаку величины размера отверстия, выделяют отверстие максимального размера, соответствующее стартовой метке, а также выделяют параметры соответствующего этому отверстию вектора стартовой метки, что позволяет зафиксировать начало отсчета двоичной последовательности маркировки, затем на основании полученных параметров векторов и с учетом параметров вектора стартовой метки восстанавливают угловое положение знаков «1», в остальных угловых позициях будут находиться знаки «0», тем самым распознают кодовую последовательность маркировки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят сужение области поиска, для чего выделяют часть исходного изображения предпочтительно в виде кольца.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на крышке ампулы размещают светоизолирующий чехол так, чтобы он не перекрывал отверстия кодовой последовательности и стартовой метки, внутрь чехла помещают оптику и многоэлементный матричный регистратор, крышку ампулы снаружи освещают светом от источников освещения в помещении или специальным кольцевым источником света, что приводит к получению регистратором трехзонного изображения маркировки в виде светлых изображений отверстий на темном фоне, отражений на плоскости внутри крышки ампулы проходящего через отверстия в боковой поверхности крышки ампулы света в виде светлых полос на темном фоне и отражений на конусовидной поверхности в центре крышки ампулы также в виде светлых полос на темном фоне, при этом для анализа выделяют и используют одну из зон изображения маркировки или ее часть.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что последовательно проводят распознавание идентификационной маркировки в двух или трех зонах, а решение принимают на основе сравнения результатов распознавания, полученных для различных зон.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на крышке ампулы размещают светоизолирующий слабоотражающий чехол, предпочтительно черного цвета, так, чтобы он полностью перекрывал снаружи крышки ампулы отверстия кодовой последовательности и стартовой метки, внутрь чехла помещают оптику, многоэлементный матричный регистратор и осветитель, что обеспечивает получение регистратором темных изображений отверстий на светлом фоне.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что применяют зеркало в виде конусообразной поверхности, находящееся внутри крышки ампулы, с помощью которого вид отверстий направляют в оптику.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что многоэлементный матричный регистратор помещают в кожух, защищающий от ионизирующего излучения, а передачу изображения от оптики к регистратору производят с использованием одного или нескольких зеркал.

8. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что оптику и многоэлементный матричный регистратор помещают в кожух, защищающий от ионизирующего излучения, а изображение передают к оптике и затем к регистратору с использованием одного или нескольких зеркал.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что анализ изображения и распознавание маркировки выполняют автоматически с помощью счетно-решающего устройства.