CN101331377B - 通过直径测量的芯块分类 - Google Patents

Abstract

一种系统，基于对在带子传送器(10)上躺着移动的圆柱物体(1)的直径的连续测量(20)，容许检查后面物体的维度顺应性。基于通过经由横向喷嘴(42)投射气体在传送器(10)外的喷出，测量系统(20)可以与分类系统耦合。通过根据本发明的系统，可以连续地确定是否抛弃核染料芯块(1)，特别是在矫正(2)后。

Description

通过直径测量的芯块分类 

技术领域

本发明涉及检查柱状物体的大小，并且涉及随后的分类；尤其是，本发明涉及一种方法和一种设备，利用它们，通过测量直径，可以连续地评测圆柱的维度并且可以依赖该结果控制喷出系统。 

本发明特别是在用于检查核燃料芯块(pellet)对用于燃料元件细棒中所需的规格的顺应性(compliance)中获得了应用。 

背景技术

在生产核燃料时，如例如FR-A-2825307中所述，通过按压包括燃料的粉末，随后高温烧结(引起材料的或多或少的受控的收缩的操作)获得芯块。然后矫正(rectify)烧结的芯块以获得精确的维度调整，与所需的标准兼容并且容许它们随后在护套(sheath)中被分组以形成燃料元件细棒。 

因此，通常地，在调整后，检查芯块的维度的顺应性，以根据结果将它们保持在生产线上或将它们从生产线喷出。 

在生产的许多阶段，执行产品性质的统计选择的检查：选择正在制造的芯块，并且通过检查样品的变量，可能确认它来源的组有效。对于矫正后的最终步骤，鉴于相关材料的危险程度，然而，优选地检查每个芯块的维度，其相当大地延长检查时间，假定在安置每个样品在测量装置的水平面后然后分批地执行测量。 

为了加速过程和增加检查的数量，文献FR-A-2699836提出了同时选择沿平行过程的数个芯块并经由旋转支架检查每个采样的组。然而，处理困难并且强加了难于应用的装备，同时保持相对慢。 

文献JP-A-9285765描述芯块的长度检查，以半连续的方式：将芯块垂直地引入系统以检查运动中的物体的高度，并且然后，依赖于结果，将它们导引朝向存储或废料位置。 

虽然其具有较快的优点，然而，此文献中描述的方法仅检查芯块的轴 向长度的顺应性，而不检查其直径，并且导引无缺陷的芯块朝向无运动的存储板，在此它们必须再次被拿起以集成到元件细棒中。此外，喷出构件的应用复杂，并且垂直传送是不稳定的。 

文献DE 4124278描述通过区别的构件连续测量数个参数，也在个别化芯块以后，对于生产速率和测量设备的成本，这不是最佳的。 

发明内容

本发明打算找到对现存设备的这些缺点的补救并且除其它优点外，除掉关于当前应用的检查的约束。 

特别是，本发明涉及一种设备和一种方法，用于在圆柱物体移置时连续地确定其轴向维度；此确定可以与顺应的(compliant)物体的选择关联，例如通过喷出其它物体。本发明在检查矫正的核燃料芯块的顺应性中获得了特别的应用，并且可以应用于手套箱类型的限制系统中。 

在它的方面中的一个下，本发明涉及用于检查以恒定地控制的速度沿其轴传送的圆柱物体的顺应性的方法，包括通过例如垂直于移置方向并被更新的光束的相互作用来评测物体的直径，在测量相互作用时所述物体继续移置。利用由此确定的物体的部分的不同的连续直径，然后可能计算物体的直径和长度、维度，将维度与阈值比较以检查它们对所需的标准的顺应性。有益地，此顺应性的检查与选择关联，使得仅保留顺应的物体。 

根据有益的实施例，选择还是自动的并且直接与顺应性的检查关联，尤其是通过致动依赖于检查结果的分类构件。致动可以特别地包含在开启电磁阀中，可以通过电磁阀将气体吹到不顺应性的物体上达确定的时间。 

在另一方面，本发明涉及适用于该方法的系统。尤其是，确定和选择设备包括线性传送构件，用于确定垂直于传送方向的传送的物体的维度的构件，特别是与用于转换获得信号的构件关联的光千分尺，及确定构件下游的分类系统。用于确定维度的构件与用于存储由其确定的数据的构件关联，并且与用于将数据与阈值比较的构件关联，比较的结果容许控制分类系统。 

分类系统优选地为与电磁阀关联的加压的气体喷出喷嘴，通过与比较的结果关联的方式控制电磁阀。有益地，传送构件包括两个平行的边缘， 其间隔被设置，所述边缘的至少一个设置在喷出处。 

附图说明

通过阅读以下描述并参照附图，它们作为示例而绝不是作为限制给出，可以更好地理解本发明的特征和优点。 

图1示出了可以施加检查的芯块； 

图2示意性地示例在芯块生产时的矫正步骤和用于检查并分类芯块的步骤； 

图3示出了优选地用于本发明中的具有边缘(edge)的带子传送器； 

图4A和4B示例直径的测量和确定； 

图5A和5B示出了在喷出处的传送情形； 

图6是重复分类方法的步骤的图示。 

具体实施方式

根据本发明的检查和分类优选地在用于生产核燃料芯块的方法结束时发生。此特别应用生成要被分类的物体的材料固有的附加约束：核燃料芯块遍及其生产方法，在密封的外壳或手套箱中被处理，包括通过气闸系统彼此连接的针对每步的多个模块，芯块通过传送器移置。然而，此实施例仅是示例性的，并且从此部上游，或在其它连续地传送的圆柱样品上使用根据本发明的方法和设备是可能的。 

将针对芯块描述特别的应用示例，例如包括PuO₂和UO₂的混合物的MOX类型，图1中图解了其形状：芯块1通常是具有AA轴、包括在8和10.5mm之间的直径d、和包括在9.5和14.0mm之间的长度L的圆柱，具有倾斜的边缘，在端点处的轴向长度1包括在0.05和0.5mm之间。对于直径d，顺应性标准传统地为数十个微米，而对于长度L、h，则为数十个毫米。 

如图2中所示例的，在通过磨床2矫正后，烧结的燃料芯块1被从矫正外壳3运输，优选地通过具有双环并且水平地朝向检查和分类外壳5的传送器4；芯块1的水平位置，即沿其轴线AA，或“躺着”的位置是最稳定的，并且因此传送较少受到阻挡事件和/或事故的影响。 

虽然这不是必须的，但是优选地，测量前对传送器4进行改变：实际上，通过调整相对速度，可能隔开芯块1并且给予它们速度，该速度是针对检查系统特别地设计的。 

根据本发明，通过对垂直于芯块的移置方向的芯块1的维度的连续或半连续的检查来测量芯块1的维度顺应性：千分尺测量躺在传送器10上的芯块1的直径d。 

从而，这似乎表明针对测量和分类步骤的芯块1的传送器10优选地是“边缘”类型的，如图3中示例的(cf.也如图5)，即芯块1在两个边缘14、16之间的带子12上移动，校准其间隔E，以便确保芯块1沿它们的移置的合适的方位。尤其是，在测量水平面(箭头)处，边缘14、16之间的间隔E也容许在确定直径d的D_λ中确定误差容限，其是芯块1的可能的偏离所固有的。另一方面，通过使用带子传送器，可能与具有环面的上游传送器具有简单的接口，并且，因为它的非常小的宽度，它容许测量小直径的芯块。因此，在优选的示例实施例中，边缘的间隔E是使得在芯块1’完全不直的情况下保证在直径d的测量D_λ上3μm的最大偏差δ。 

具有边缘的传送器10从而将芯块带到优选地光直径传感器20的水平面；调整边缘14、16以让测量光束通过。沿单条母线测量直径，例如垂直地。优选地，直径探测构件20包括与用于计算并存储数据的构件耦合的光千分尺；有益地，千分尺是如同Keyence^TM千分尺的发光二极管(LED)和高速线性CCD(“电荷耦合器件”)相机类型；特别是，LS 7000千分尺提供高的测量速率、长寿命、对尘埃积累的低灵敏度，同时保证精度、运动中部件的测量的可重复性和再现性。 

更具体地，如图4A中示例的，用于探测前进物体的维度的千分尺20包括发送器22和用于接收芯块1的鬼影的系统24。进一步有益地，提供一种设备，利用它永久地向系统(发送器22或接收器24，位于传送器10以下)的玻璃嵌板上吹气(特别是氮气)以防止扰乱测量的尘埃落到玻璃嵌板上。此吹气可以例如由排风罩提供，其装配到相关玻璃嵌板上并且利用它可以将气流导引朝向玻璃嵌板并且同时可以将光束限定于减小的有用的测量区域；另外，排风罩的较上的面优选地是倾斜的，以便保证没有已经从传送器路线落下的芯块会保持在狭槽上并扰乱测量。 

利用系统20，可以准瞬时地测量直径d；与千分尺20关联的控制器26规律地确定先前测量的平均D_λ，然后以预定的间隔将平均发送到控制单元30：由控制和检查单元30现在接收的直径D_λ与厚度e的芯块部分1_i相关(图4B)。由于对计算和发送的不同时间，在单元30的存储构件32中发送和存储的直径D_λ通常与不相邻的部分1_i相关；根据移置速度和为发送周期选择的参数，以可变化的测量次数执行平均D_λ，并且对每个芯块1，存储部分1_i的测量次数k。 

由此确定的存储在存储器32中的直径D_λ然后发送到构件34，利用构件34可以检查不同的参数。尤其是，将直径D_λ与容差阈值比较；此外，根据由此检查的部分的次数k并利用恒定的移置速度的知识，确定芯块1的长度L是否符合所需的标准是可能的。有益地，还可以探测形状不规则性：部分1_i可以一起分成数个组，特别地三个组，Z₁、Z₂、Z₃，针对它们计算直径D_λ的平均d_z的测量结果，以将每个平均值与阈值比较并检查这些平均值的一致性。由此，经由确定单个维度D_λ、经由单光束的相互作用来测量不同的参数，这降低系统的成本和复杂性，尤其是在限制的环境5中。 

通常是微计算机的检查和控制单元30还有益地包括用于致动设备40的构件36，设备40用于喷出对其作出了无顺应性结论的芯块1。尤其是喷出通过经由在垂直于芯块1前进的方向上的喷嘴的吹气产生，气体有益地为氮气；喷嘴42直接设置在传送器10的边缘中的一个14上。无顺应性(直径、长度、或形状)芯块1的探测引起对电磁阀44的致动，容许加压的气体通过并将相关的芯块1导引出传送器10朝向废料，而其它的芯块继续移动朝向下一步。 

依赖于测量光束和喷嘴之间的距离、额定的移置速度、及芯块长度来选择压力和喷出时间，以便能够无误地扔弃单个芯块1，即为了以100％的效率喷出超出容差的芯块，但是仅后者。最小的喷出压力为3-4巴的量级；例如，对于65±10nm/s的量级的速度范围和对于长度约为11.5mm、直径约为8.2mm且重量约为6.5g的躺着前进的芯块，选择的操作压力超过此限度，接近6巴。 

为此目的，如图5中示例的，喷嘴42对面的边缘16调整为导引正好在喷嘴42上的芯块，包括垂直芯块，以便提供用于边缘16以上的吹出的芯块的通道，以防止无顺应性的芯块在吹气时弹跳的情况下可能返回到传送器12上，并且将其它顺应规格的芯块重新啮合到校准的边缘之间。尤其是，边缘16局部地降低于喷出窗口50以上的芯块的轴线以下，喷出窗口50离喷出喷嘴42的上游和下游约15mm的长度；利用倾斜的平面52，在吹气时，使得芯块从传送器12“飞起”是可能的。在喷出窗口50的出口处边缘16的抬高是专门机加工的54，以便能够逐渐地导向本来会在(较宽)窗口50中斜向地移动的顺应的芯块并将它们重新啮合到抬起的边缘16’中。此外，为了避免芯块的任何弹跳，可以提供倾斜面56。 

另一方面，为了不必参数化光束相对于传送器10的位置，期望千分尺20和传送器10的支架是彼此集成的(integral)，例如，利用存在于边缘中的布局58让光束通过。还有，喷出喷嘴42的位置集成到不含有喷出窗口50的校准的边缘14中。在此配置中，除了当改变部件时，可以跟随拆卸/重组装或由于摩擦而磨损的改变的唯一维度是校准的边缘14、16之间的间隔E。可以使用包括安装在支架上的标准的芯块的“低通”测量计以检查这个，例如在工业配置中和在校准的边缘的任何拆卸和重组装后至少一周一次。通常，包括喷出构件40和确定构件20的边缘14视为固定的，而另一边缘16可以相对于它移置，以调整间隔E。 

传送器10可以在喷出处的下游设置有其它构件，容许直径的第二确定，例如类似于第一的千分尺，以检查先前分类的质量。 

更具体地，根据本发明的确定和分类方法可以重复于图6中示意化的步骤。 

在第一阶段，将从由千分尺20测量得到的通过确定构件26发送的直径D_λ与阈值S比较，以确定芯块1是否通过光束20下面。 

当不再达到阈值S时，认为芯块1已经完全通过，并且检查方法可以开始。 

在第一步骤A中，计算针对芯块1的收集的部分的数量k，即当确定的直径D_λ超过阈值S时存储的D_λ值的数量。 

在第二步骤B中，将此部分的数量k与在一个芯块1通过时部分的两个最大和最小获得值比较，以评测芯块1的长度L是否符合预定义的标准：如果k＞k_max，则认为这些芯块太长或是连接的，并且将它们喷出；相反地， 如果k＜k_min，则认为芯块太短并且将其喷出。 

应当注意，实际上，此功能性具有容许将芯块或芯块片扔弃的主要优点，该芯块或芯块片可以阻挡分类的下游的整个传输操作。尤其是，如果芯块，即使十分顺应，“垂直”移动，即其轴AA垂直于移置方向，考虑到位置的不稳定，这有引起阻挡的危险，其探测为具有太短的长度并被喷出。还有，如果芯块彼此粘住，以致探测它们之间的间隔不可能，则相关的芯块会被喷出(因为它们太长)：除了损失可能有效的芯块外，此形式不会损害分类的可靠性，和不保持“假阳性的”芯块。按顺序设置阈值k_min和k_max 以确保喷出以最大速度移动的正好在最小长度以下的芯块并且确保喷出两个粘住的芯块(得到的长度正好在最大长度以上)。 

在第三步骤C中，执行芯块1的感兴趣的部分，其被视为服从长度L的规格。实际上，为计算直径d，应当忽略包括斜面边缘的两端，其直径不具代表性；还有，优选地不基于太靠近此端区域的测量执行分类。 

为此目的，关于存储的D_λ值的数量k，在获得的开始和结束分别忽略k_i和k_f部分；依赖于保留的移置速度、想要在芯块的开始和结束被忽略的最小长度、及每个直径D_λ的平均值的数量来确定k_i和k_f。例如，对于接近65mm/s的速度和发送D_λ前由构件26执行的16个平均的测量，设置k_i＝k_f＝3部分，以在每个芯块的开始和结束忽略1.2mm。 

然后计算芯块1的直径d作为(k-k_i-k_f)的有用部分上D_λ测量的平均值。 

通过将计算的直径d与两个可接受的最大值d_max和最小值d_min阈值比较，在第四步骤D中确定关于芯块1的直径d的芯块1的顺应性，最大值d_max和最小值d_min阈值分别设置为额定直径附近约10μm。 

在第五步骤E时计算每个芯块区域的直径也是可能的。尤其是，确定由芯块1的开始、中心和结束区域z₁、z₂和z₃涉及的部分的数量和并且针对它们每个确定直径d₁、d₂和d₃。将这些值的每一个类似地与最大值d_max 和最小值d_min阈值比较；此外，将偏差|d₁-d₂|、|d₂-d₃|、|d₁-d₃|与阈值SD比较，在SD以上，形状缺陷视为不可接受。 

如果芯块1被视为顺应性的，其将继续其在传送器10上的移置。如果在步骤B、D和E的任一部，探测到芯块是不顺应的，则控制构件36触发电磁阀44和芯块1的喷出。

通过测试确认所需的脉冲时间，并且该所需的脉冲时间依赖于要喷出的部分的长度、它们的移置速度和它们的质量。尤其是，发现T_i＝0.09s的量级的喷出阀44的开启时间适于速度为65mm/s、额定长度L＝11.5mm的6.4g的芯块；此吹气时间对应于6mm的长度。此外，因为喷嘴42与确定激光20间隔开一可以被进一步最优化的间隔，并且芯块1在移动，需要无顺应性的确定和致动之间的延时(temporization)T_empo，例如对于光束20和喷嘴42之间26mm的间隔为0.2s。 

针对工业制造方法检查根据本发明的确定和分类系统并使其合格；尤其是，于其集成了许多构件，用于探测可能的误差和/或事故。工业配置中的测试也已经证明了所有超过标准的芯块的喷出。 

Claims (12)

1.一种方法，用于检查圆柱物体(1)的维度顺应性，其包括：

-以预定的速度在平行于所述物体(1)的轴线(AA)的方向上移置所述物体；

-垂直于所述物体(1)的移置方向的光束与所述物体(1)的相互作用；

-通过代表所述光束的所述相互作用的信号来确定所述物体(1)的多个部分(l_i)的直径(D_λ)；

-基于所述部分(l_i)的所述确定的直径(D_λ)计算代表所述物体(1)的直径(d)；

-基于直径(D_λ)被确定的部分(l_i)的数量(k)计算代表所述物体(1)的长度(L)的特征(k)；

-将该计算的直径(d)和长度(L)与阈值(d_min、d_max、k_min、k_max)比较，利用该阈值可以检查所述物体(1)的顺应性。

2.如权利要求1所述的方法，接下来包括依赖于物体(1)的顺应性选择所述物体。

3.如权利要求2所述的方法，包括依赖于直径和长度(d、L)的比较来致动分类构件(40)，以提供选择。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述分类构件(40)的所述致动包括开启电磁阀(44)达预定的时间(T_i)，并且通过吹气体来提供选择，所述气体经过所述电磁阀(44)。

5.如权利要求1至4的任一项所述的方法，适用于核燃料芯块。

6.一种设备，用于确定芯块(1)的顺应性，其包括：

-线性传送构件(10)；

-用于在传送时确定垂直于传送方向的单个维度(D_λ)的系统(20)；

-用于分类确定的维度(D_λ)的构件(32)；

-用于通过多个唯一地存储的维度(D_λ)计算所述芯块(1)的长度和直径的代表值并用于将所述值与阈值比较的构件(34)；

-与所述传送构件(10)关联的所述确定系统(20)下游的分类系统(40)；

-用于经由比较构件(34)的所述比较的结果致动所述分类系统(40)的构件(36)。

7.如权利要求6所述的设备，其中，所述计算构件(34)包括用于平均某一数量的存储的维度(D_λ)的构件。

8.如权利要求6至7的任一项所述的设备，其中，所述分类系统(40)是垂直于传送器的加压的气体喷出喷嘴(42)。

9.如权利要求8所述的设备，包括连接到所述喷出喷嘴(42)并且由用于致动所述分类系统(40)的所述构件(36)控制的电磁阀(44)。

10.如权利要求8所述的设备，其中，所述传送构件(10)包括沿传送方向的两个平行的边缘(14、16)，所述边缘的一个(16)至少设置在所述喷出喷嘴(42)处。

11.如权利要求6所述的设备，其中，确定系统包括激光千分尺(20)。

12.如权利要求6所述的设备，与手套箱关联。

Images