CN107462207A - 燃料规同心度、几何尺寸测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料规同心度、几何尺寸测量装置及方法，测量装置包括直线导轨、测量头、定心轴、电机、减速器和非接触式测距传感器和定心法兰；测量头设置在直线导轨上，测量头为正多边形，每条边安装非接触式测距传感器；定心轴和定心法兰设置在直线导轨的两端，定心轴所在一端与电机、减速器连接，电机控制测量头沿直线导轨运动。本发明实现了燃料规对称面之间的距离、同心度参数的全自动快速测量，测量效率相对于现有的打表法测量方式得到极大提高。

Description

燃料规同心度、几何尺寸测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种尺寸测量方法，特别是一种燃料规同心度、几何尺寸测量装置及方法。
背景技术
在核电企业中，燃料规用于测量燃料棒的外形尺寸，并在加注燃料棒的过程中起到导向和限位的作用，是发电机组的重要组成部分；必须对其同心度、几何尺寸进行精密测量，以满足设计要求。
燃料规为内六边形，多个燃料规10安装在一个立柱9上，立柱9上下端设置保护工装11，外形结构见附图1；燃料规之间的距离为10mm～250mm不等。要求测量的参数是单个燃料规对称两个平面间的距离以及所有燃料规的同心度参数。
由于测量技术手段限制，目前只能由测量人员采用量块比对加打表的方式测量燃料规对称两个平面间的距离。存在以下缺陷和不足：
(1)不测量燃料规的同心度参数，难以满足设计要求。
(2)测量难度很大，测量准确度难以得到保证。测量人员需要绳索、扶梯等工具进行测量；顶部多个燃料规之间距离仅10mm，测量空间狭小，测量难度大，测量准确度也难以得到保证。
(3)测量效率极低。目前完成一组燃料规的测量，需2名测量人员耗时8小时。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料规同心度、几何尺寸测量装置及方法，解决目前核电行业中燃料规几何参数无法校准的问题。
实现本发明目的的技术方案为：一种燃料规同心度、几何尺寸测量装置，包括直线导轨、测量头、定心轴、电机、减速器、非接触式测距传感器和定心法兰；
测量头设置在直线导轨上，测量头为正多边形，每条边安装非接触式测距传感器；定心轴和定心法兰设置在直线导轨的两端，定心轴所在一端与电机、减速器连接，电机控制测量头沿直线导轨运动。
一种燃料规同心度、几何尺寸测量方法，包括以下步骤：
步骤1，测量前对测量头进行标定；
步骤2，使用吊具将测量装置吊装到燃料规内，通过测量装置顶部的定心轴和底部的定心法兰，将测量装置固定到立柱顶端、底端的保护工装上；
步骤3，控制电机运动实现测量头沿导轨方向的运动，使测量头运动到第一个燃料规第一个截面处，每个燃料规测量2个截面，平面间的距离取最小值为测量结果；待测量头稳定后，测量第一个燃料规的中心点坐标；
步骤4，测量头完成全部燃料规的测量，并得到所有被测燃料规的中心点坐标；采用最小二乘法将全部中心点坐标拟合得到一条空间直线方程，并计算出每个中心点到直线的距离，以距离最大值为燃料规同心度测量结果。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明解决了现有测试手段无法完成校准规同心度参数校准测量的难题，实现了燃料规对称面之间的距离、同心度参数的全自动快速测量，测量效率相对于现有的打表法测量方式得到极大提高；测量过程简单，测量准确度得到保证。
附图说明
图1为燃料规外形结构图。
图2为本发明测量装置示意图。
图3为本发明测量示意图。
图4为测量头标定示意图。
图5为燃料规测量示意图。
具体实施方式
结合图2、图3，一种燃料规同心度、几何尺寸测量装置，包括直线导轨1、测量头2、定心轴3、电机4、减速器5、非接触式测距传感器7和定心法兰8；
测量头2设置在直线导轨1上，测量头2为正多边形，每条边安装非接触式测距传感器7；定心轴3和定心法兰8设置在直线导轨1的两端，定心轴3所在一端与电机4、减速器5连接，电机4控制测量头2沿直线导轨1运动。
进一步的，所述测量头2为正六边形，每条边安装两个测距传感器，共安装12个；相对方向的4个传感器相对于测量头中心对称。
进一步的，测量装置还包括校准工装6，校准工装6为正六边形，边长大于测量头2边长，用于对测量头2进行标定。
进一步的，非接触式测距传感器为激光三角法测距传感器或电感式位移传感器。
一种基于上述装置的燃料规同心度、几何尺寸测量方法，包括以下步骤：
步骤1，测量前对测量头进行标定；
步骤2，使用吊具将测量装置吊装到燃料规内，通过测量装置顶部的定心轴、底部的定心法兰，将测量装置固定到立柱顶端、底端的保护工装上；
步骤3，控制电机运动实现测量头沿导轨方向的运动，使测量头运动到第一个燃料规第一个截面处，每个燃料规测量2个截面，平面间的距离取最小值为测量结果；待测量头稳定后，测量当前截面处燃料规的中心点坐标；
步骤4，测量头完成全部燃料规的测量，并得到所有被测燃料规的中心点坐标Pi(xi,yi,zi)，i＝1,2,3…n，n为燃料规的数量；
采用最小二乘法将全部中心点坐标拟合得到一条空间直线方程，并计算出每个中心点到直线的距离，以距离最大值为燃料规同心度测量结果。
进一步的，步骤1标定过程为：如图4所示，将测量头置于校准工装6内，已知校准工装6对称2个平面之间的距离为d，两个测距传感器的读数分别为d1、d2，则传感器之间的距离d0可标定得出。
d0＝d-d1-d2 (1)
测量坐标系以垂直于相邻两条边的方向为x、y方向；由x、y方向的标定结果的中点值确定原点O；以导轨运动方向为z轴，而建立测量坐标系O-xyz。
进一步的，如图5所示，步骤3中，设燃料规中心为P1(x1,y1,z1)，y方向上2个对称平面间的距离为ly，则
ly＝d0+d1+d2 (2)
y1＝(d1-d2)/4+(d3-d4)/4 (3)
式中，d1、d2、d3、d4为相对方向两条边上的4个传感器测得的距离，其中，d1、d3为同一条边上两个传感器测得的距离，d2、d4为同一条边上两个传感器测得的距离；
x1计算方法同y1；z1为测量头相对于原点的运动距离；由此确定此截面处燃料规的中心点坐标。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本实施例的测量装置如图2。测量时，将测量装置吊装到燃料规内，控制测量头沿通直线导轨运动，依次完成每个燃料规几何尺寸的测量，并最终计算出燃料规同心度参数，如图3。
测量装置由测量头和直线导轨组成，测量头为正六边形，共安装12个非接触式测距传感器。相对方向的4个传感器相对于测量头中心对称，对称度小于0.01mm，且激光射线光轴垂直于测量头安装平面。
测量前，测量头必须进行标定，如图4。将测量头置于标准规内，已知标准规对称2个平面之间的距离为d，两个传感器的读数分别为d1、d2，则传感器之间的距离d0可标定得出。
d0＝d-d1-d2 (1)
测量坐标系以垂直于2条边的方向为x、y方向；由x、y方向的标定结果的中点值可确定原点O；以导轨运动方向为z轴，而建立测量坐标系O-xyz。
测量过程如下：
使用吊具将测量装置吊装到燃料规内，通过测量装置顶部的定心轴、底部的定心法兰，将测量装置固定到立柱顶端、底端的保护工装上。
控制电机运动实现测量头沿导轨方向的运动，使测量头运动到第一个燃料规第一个截面处，每个燃料规测量2个截面，平面间的距离取最小值为测量结果。待测量头稳定后，开始测量，如图5所示。设燃料规中心为P1(x1,y1,z1)，y方向上2个对称平面间的距离为ly，则
ly＝d0+d1+d2 (2)
y1＝(d1-d2)/4+(d3-d4)/4 (3)
x1计算方法同y1；z1为测量头相对于原点的运动距离；则可以确定此截面处燃料规的中心点坐标。
重复上一步骤，使测量头完成全部燃料规的测量，并得到所有被测燃料规的中心点坐标Pi(xi,yi,zi)，i＝1,2,3…n，n为燃料规的数量。采用最小二乘法将全部中心点坐标拟合得到一条空间直线方程，并计算出每个中心点到直线的距离，以距离最大值为燃料规同心度测量结果。

Claims (7)

1.一种燃料规同心度、几何尺寸测量装置，其特征在于，包括直线导轨(1)、测量头(2)、定心轴(3)、电机(4)、减速器(5)、非接触式测距传感器(7)和定心法兰(8)；
测量头(2)设置在直线导轨(1)上，测量头(2)为正多边形，每条边安装非接触式测距传感器(7)；定心轴(3)和定心法兰(8)设置在直线导轨(1)的两端，定心轴(3)所在一端与电机(4)、减速器(5)连接，电机(4)控制测量头(2)沿直线导轨(1)运动。
2.根据权利要求1所述的燃料规同心度、几何尺寸测量装置，其特征在于，所述测量头(2)为正六边形，每条边安装两个测距传感器，共安装12个，相对方向的4个传感器相对于测量头中心对称。
3.根据权利要求2所述的燃料规同心度、几何尺寸测量装置，其特征在于，测量装置还包括校准工装(6)，校准工装(6)为正六边形，边长大于测量头(2)边长，用于对测量头(2)进行标定。
4.根据权利要求1或2所述的燃料规同心度、几何尺寸测量装置，其特征在于，非接触式测距传感器(7)为激光三角法测距传感器或电感式位移传感器。
5.一种基于权利要求3所述装置的燃料规同心度、几何尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，测量前对测量头进行标定；
步骤2，使用吊具将测量装置吊装到燃料规内，通过测量装置顶部的定心轴和底部的定心法兰，将测量装置固定到立柱顶端、底端的保护工装上；
步骤3，控制电机运动实现测量头沿导轨方向的运动，使测量头运动到第一个燃料规第一个截面处，每个燃料规测量2个截面，平面间的距离取最小值为测量结果；待测量头稳定后，测量第一个燃料规的中心点坐标；
步骤4，测量头完成全部燃料规的测量，并得到所有被测燃料规的中心点坐标；采用最小二乘法将全部中心点坐标拟合得到一条空间直线方程，并计算出每个中心点到直线的距离，以距离最大值为燃料规同心度测量结果。
6.根据权利要求5所述的燃料规同心度、几何尺寸测量方法，其特征在于，步骤1标定过程为：将测量头置于校准工装(6)内，已知校准工装(6)对称2个平面之间的距离为d，两个测距传感器的读数分别为d1、d2，则传感器之间的距离d0可标定得出。
d0＝d-d1-d2 (1)
测量坐标系以垂直于测量头相邻两条边的方向为x、y方向；由x、y方向的标定结果的中点值确定原点O；以导轨运动方向为z轴，而建立测量坐标系O-xyz。
7.根据权利要求6所述的燃料规同心度、几何尺寸测量方法，其特征在于，步骤3中，设燃料规中心为P1(x1,y1,z1)，y方向上2个对称平面间的距离为ly，则
ly＝d0+d1+d2 (2)
y1＝(d1-d2)/4+(d3-d4)/4 (3)
式中，d1、d2、d3、d4为相对方向两条边上的4个传感器测得的距离，其中，d1、d3为同一条边上两个传感器测得的距离，d2、d4为同一条边上两个传感器测得的距离；
x1计算方法同y1；z1为测量头相对于原点的运动距离；由此确定此截面处燃料规的中心点坐标。
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