CN101458228B - 蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电站一回路系统无损检测，具体涉及一种蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定方法。本发明的优点是：由于采用了二点标定方法，能够进行机械臂安装姿态的自动标定，改“四点标定”为“二点标定”，简化了探头定位装置的标定过程，缩短了检测工作的周期。

Description

蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定方法

技术领域

本发明属于核电站一回路系统无损检测，具体涉及一种蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定方法。

背景技术

核电站的蒸汽发生器用于将一回路冷却水的热量传递给二回路的冷却水，用于产生蒸汽推动发电机转子。蒸汽发生器传热管介于一、二回路之间，起传导热能和屏蔽放射性物质的作用，一旦破裂会引起热能损失和放射性物质泄漏。为了确保蒸汽发生器传热管的完整性，及时发现蒸汽发生器传热管的材料缺损及其发展趋势，需要采用无损检测的方法，对服役前和服役期间的蒸汽发生器传热管进行定期检测。

典型的蒸汽发生器传热管涡流检验过程为：将探头定位装置安装到蒸汽发生器的水室人孔，使用远控方式控制定位装置将探头导管精确定位到需要检查的传热管下方，使用远控推拔器将涡流探头送入传热管并达到传热管的末端，随后以恒定的速度回拉探头并同时使用涡流仪采集涡流信号，并通过网络同步传输到数据采集计算机进行记录和显示。

探头定位装置的重要功能之一就是能够准确的将探头运送到需要检测的传热管下方，为了实现这个功能，控制软件必须能够识别探头定位装置安装在蒸汽发生器中的位置，并根据探头定位装置的安装位置、被检测蒸汽发生器的具体结构、需要检测的传热管坐标等因素进行计算，确认探头定位装置运动的参数。目前常用的探头定位装置标定技术是“四点标定”方法，即利用被检测蒸汽发生器的四个具有结构特征的传热管进行初始参考，标定探头定位装置的安装位置。而“四点标定”能够进行机械臂安装姿态的自动标定，且该方法标定过程复杂，检测周期较长。

发明内容

本发明的目的是，提供一种能够进行机械臂安装姿态的自动标定，且标定过程简单，检测周期短的蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定方法。

本发明采用的技术方案是，一种蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定方法，它包括以下几个步骤：

1)分别计算两个传热管与大臂旋转中心之间的距离，

AD²＝L1²+L2²-2L1L2cosα2

BD²＝L1²+L2²-2L1L2cosα2’

计算两点之间的距离：

AD²＝(Y_A-Y)²+(X_A-X)²

BD²＝(Y_B-Y)²+(X_B-X)²

cosα3＝(L1²+AD²-L2²)/2L1AD

Tan(α3’+β)＝(Y_A-Y)/(X_A-X)

α1-α3＝α3’

其中，DM为探头定位装置初始安装位置，L1为大臂臂长，L2为小臂臂长，D点(X，Y)为大臂旋转中心，A点(X_A，Y_A)为在坐标轴第一象限任意选择的一点代表传热管，大臂绕中心点D旋转α1角展开至DC，小臂绕中心点C旋转α2角展开至CA，B点(X_B，Y_B)为在坐标轴第一象限任意选择的一点代表传热管，大臂绕中心点E旋转α1’角展开至DE，小臂绕中心点E旋转α2’角展开至EB，α3为DA与DC之间的夹角，α3’为DA与DM之间的夹角；

2)计算大臂旋转中心点D的坐标(X，Y)及大臂旋转中心点D与水平面的夹角β：

$X=(-\mathrm{\λ}7\±\sqrt{\mathrm{\λ}{7}^2+4\mathrm{\λ}8\mathrm{\λ}6})/2\mathrm{\λ}8$

Y＝λ4-Xλ5

β＝arctan(Y_A-Y)/(X_A-X)-α1+arccos(L1²+AD²-L2²)/2L1AD

β＝arctan(Y_B-Y)/(X_B-X)-α1’+arccos(L1²+BD²-L2²)/2L1BD

其中，λ1＝AD²，λ2＝BD²，λ3＝λ2-λ1+Y_A ²-Y_B ²+X_A ²-X_B ²，λ4＝λ3/(Y_A-Y_B)，λ5＝2(X_A-X_B)/(Y_A-Y_B)，λ6＝4λ1-Y_A ²-X_A ²-λ4²+Y_Aλ4，λ7＝2λ4λ5+2X_A+Y_Aλ5，λ8＝λ5²+1。

3)进行自动定位计算在坐标轴第一、二象限内任意选择的一点代表传热管设为N点(X_N，Y_N)，探头定位装置初始安装位置为DM，大臂绕中心点D旋转α1’角展开至DC，小臂绕中心点C旋转α2角展开至CN：

DN²＝(Y_N-Y)²+(X_N-X)²

cosα1＝(L1²+DN²-L2²)/2L1DN

Tan(α3+β)＝(Y_N-Y)/(X_N-X)

α1’＝α1+α3

其中，α1为DC与DN之间的夹角，α3为DM与DN之间的夹角，β为DM与X轴之间的夹角，

推导出大臂旋转角α1’和小臂旋转角α2，进而实现探头定位装置的自动定位：

α1’＝arccos(L1²+DN²-L2²)/2L1DN+arctan(Y_N-Y)/(X_N-X)-β

α2＝arccos(L1²+L2²-DN²)/2L1L2。

本发明的优点是：由于采用了二点标定方法，能够进行机械臂安装姿态的自动标定，改“四点标定”为“二点标定”，简化了探头定位装置的标定过程，缩短了检测工作的周期。

附图说明

图1是本发明提供的一种蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定方法的两点标定的原理图；

图2是本发明提供的一种蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定方法的自动定位的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定方法其主要原理如下：

探头定位装置初始安装位置为DM。大臂臂长为L1，小臂臂长为L2。大臂旋转中心为D点(X，Y)。在坐标轴第一象限任意选择一点代表传热管设为A点(X_A，Y_A)。大臂绕中心点D旋转α1角展开至DC，小臂绕中心点C旋转α2角展开至CA。继续在该象限任意选择一点代表传热管设为B点(X_B，Y_B)，大臂绕中心点E旋转α1’角展开至DE，小臂绕中心点E旋转α2’角展开至EB。

由余弦定理分别解三角形ΔADC和ΔBDE得：

AD²＝L1²+L2²-2L1L2cosα2

BD²＝L1²+L2²-2L1L2cosα2’

由平面内计算两点间距离的公式有：

AD²＝(Y_A-Y)²+(X_A-X)²

BD²＝(Y_B-Y)²+(X_B-X)²

cosα3＝(L1²+AD²-L2²)/2L1AD

Tan(α3’+β)＝(Y_A-Y)/(X_A-X)

α1-α3＝α3’

其中，

λ₁＝AD²

λ₂＝BD²

λ₃＝λ₂-λ₁+Y_A ²-Y_B ²+X_A ²-X_B ²

λ₄＝λ₃/(Y_A-Y_B)

λ₅＝2(X_A-X_B)/(Y_A-Y_B)

λ₆＝4λ₁-Y_A ²-X_A ²-λ4²+Y_Aλ₄

λ₇＝2λ₄λ₅+2×A+Y_Aλ₅

λ₈＝λ₅ ²+1

计算得探头定位装置安装点D坐标(X，Y)及初始安装位置与水平面的夹角β：

$X=(-{\mathrm{\λ}}_7\±\sqrt{{{\mathrm{\λ}}_7}^2+4{\mathrm{\λ}}_8{\mathrm{\λ}}_6})/{2\mathrm{\λ}}_8$

Y＝λ₄-Xλ₅

β＝arctan(Y_A-Y)/(X_A-X)-α1+arccos(L1²+AD²-L2²)/2L1AD

β＝arctan(Y_B-Y)/(X_B-X)-α1’+arccos(L1²+BD²-L2²)/2L1BD

完成标定计算后再开始自动定位的计算。例：在坐标轴第一、二象限内任意选择一点代表传热管设为N点(X_N，Y_N)，探头定位装置初始安装位置为DM。大臂绕中心点D旋转α1’角展开至DC，小臂绕中心点C旋转α2角展开至CN。

DN²＝(Y_N-Y)²+(X_N-X)²

cosα1＝(L1²+DN²-L2²)/2L1DN

Tan(α3+β)＝(Y_N-Y)/(X_N-X)

α1’＝α1+α3

推导出大臂旋转角α1’和小臂旋转角α2，进而实现探头定位装置的自动定位：

α1’＝arccos(L1²+DN²-L2²)/2L1DN+arctan(Y_N-Y)/(X_N-X)-β

α2＝arccos(L1²+L2²-DN²)/2L1L2

蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定技术

探头定位装置安装到蒸汽发生器的水室人孔后，使用远控方式控制定位装置将探头导管精确定位到具有结构特征的传热管下方，进行特征位置的标定。选取两个特征点标定完成后，即可以根据计算出的坐标控制机械装置运动到需要检查的传热管下方，以便于检测探头进入被检的传热管。

本发明解决了机械臂定位的关键问题，能够进行机械臂安装姿态的自动标定；能够实现探头定位装置运动参数的自动计算；与国外同类产品比较，探头的定位精度达到了同样的水平；改“四点标定”为“二点标定”，简化了探头定位装置的标定过程，缩短了检测工作的周期。

Claims (1)

1.一种蒸汽发生器传热管涡流检测探头定位标定方法，它包括以下几个步骤：

1)分别计算两个传热管与大臂旋转中心之间的距离，

AD²＝L1²+L2²-2L1L2cosα2

BD²＝L1²+L2²-2L1L2cosα2’

计算两点之间的距离：

AD²＝(Y_A-Y)²+(X_A-X)²

BD²＝(Y_B-Y)²+(X_B-X)²

cosα3＝(L1²+AD²-L2²)/2L1AD

Tan(α3’+β)＝(Y_A-Y)/(X_A-X)

α1-α3＝α3’

其中，DM为探头定位装置初始安装位置，L1为大臂臂长，L2为小臂臂长，D点(X，Y)为大臂旋转中心，A点(X_A，Y_A)为在坐标轴第一象限任意选择的一点代表传热管，大臂绕中心点D旋转α1角展开至DC，小臂绕中心点C旋转α2角展开至CA，B点(X_B，Y_B)为在坐标轴第一象限任意选择的一点代表传热管，大臂绕中心点D旋转α1’角展开至DE，小臂绕中心点E旋转α2’角展开至EB，α3为DA与DC之间的夹角，α3’为DA与DM之间的夹角；

2)计算大臂旋转中心点D的坐标(X，Y)及大臂旋转中心点D与水平面的夹角β：

$X=(-{\mathrm{\λ}}_7\±\sqrt{{{\mathrm{\λ}}_7}^2+{4\mathrm{\λ}}_8\mathrm{\λ}6)}/{2\mathrm{\λ}}_8$

Y＝λ₄-Xλ₅

β＝arctan[(Y_A-Y)/(X_A-X)]-α1+arccos[(L1²+AD²-L2²)/2L1AD]

β＝arctan[(Y_B-Y)/(X_B-X)]-α1’+arccos[(L1²+BD²-L2²)/2L1BD]

其中，λ₁＝AD²，λ₂＝BD²，λ₃＝λ2-λ1+Y_A ²-Y_B ²+X_A ²-X_B ²，λ₄＝λ₃/(Y_A-Y_B)，λ₅＝2(X_A-X_B)/(Y_A-Y_B)，λ₆＝4λ₁-Y_A ²-X_A ²-λ4²+Y_Aλ₄，λ₇＝2λ4λ₅+2X_A+Y_Aλ₅，λ₈＝λ₅ ²+1；

3)进行自动定位计算，在坐标轴第一、二象限内任意选择的一点代表传热管，设为N点(X_N，Y_N)，探头定位装置初始安装位置为DM，大臂绕中心点D旋转α1’角展开至DC，小臂绕中心点C旋转α2角展开至CN：

DN²＝(Y_N-Y)²+(X_N-X)²

cosα1＝(L1²+DN²-L2²)/2L1DN

Tan(α3+β)＝(Y_N-Y)/(X_N-X)

α1’＝α1+α3

其中，α1为DC与DN之间的夹角，α3为DM与DN之间的夹角，β为DM与X轴之间的夹角，

推导出大臂旋转角α1’和小臂旋转角α2，进而实现探头定位装置的自动定位：

α1’＝arccos[(L1²+DN²-L2²)/2L1DN]+arctan[(Y_N-Y)/(X_N-X)]-β

α2＝arccos[(L1²+L2²-DN²)/2L1L2]。

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