CN108267088A - 一种燃料组件外形尺寸测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于核燃料组件性能测试技术领域，具体涉及一种燃料组件外形尺寸测量仪。本发明包括地基，移动工作台，组件底座，机体立柱，控制系统和机体，其特征在于：组件底座以及机体通过地脚螺栓与地基相连，而外轮廓测量框架安装在机体的滑动导轨之上，燃料组件竖直定位与组件底座的标准版上，电机驱动测量框架在导轨上上下移动，采集组件外形轮廓数据，同时将数据传输至SIMENS多轴控制器，再通过网口将数据传输至计算机软件进行处理。本测量设备采用全自动测量，将燃料组件吊至标准板上方，其余测量动作全部由设备控制，最终测量软件汇总数据，出具测量报告。测量设备解决了人工测量的繁琐工作，提高岗位的检测效率。

Description

一种燃料组件外形尺寸测量仪

技术领域

本发明属于核燃料组件性能测试技术领域，具体涉及一种燃料组件外形尺寸测量仪。

背景技术

外形尺寸对于燃料组件在反应堆堆芯安装及安全运行起着至关重要的作用，其测量分为两类，包括：定量和定性两种方式。有资料表明国际上燃料组件外形尺寸定量测量有接触式和非接触式，接触式测量是目前国际燃料组件外形测量运用比较广泛，技术相对成熟的一种方法。而俄罗斯采用激光非接触式的组件外形测量方法正在研制试验中，因技术不成熟，未运用的生产实践中。定性测量方式则采用综合过规进行合格评判，燃料组件综合过规是一种燃料组件外形尺寸合格评定的一种检验工具。

国际上采用测微传感器接触组件外轮廓的测量模式进行核燃料组件外形检查。通过合理分布在燃料组件外围的传感器测头接触燃料组件外形轮廓，进行压缩量比对，间接计算出燃料组件外形轮廓尺寸。目前，国内燃料组件外形尺寸检查仪都是进口设备，没有相关设备的设计制造技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种燃料组件外形尺寸测量方案，即将燃料组件竖直站立在一标准板上，通过侧位传感器在被测元件上采点，记录相应的位移。通过传感器相对位移进行计算，评价燃料组件的外形尺寸。

本发明的技术方案如下：

一种燃料组件外形尺寸测量仪，包括地基，移动工作台，组件底座，机体立柱，控制系统和机体，其特征在于：组件底座以及机体通过地脚螺栓与地基相连，而外轮廓测量框架安装在机体的滑动导轨之上，燃料组件竖直定位与组件底座的标准版上，电机驱动测量框架在导轨上上下移动，采集组件外形轮廓数据，同时将数据传输至SIMENS多轴控制器，再通过网口将数据传输至计算机软件进行处理。

一种燃料组件外形尺寸测量仪，所述地基采用预应力混凝土，能够防止混凝土释放内部应力产生的形变，保证基座与机体相对位置的稳定性，同时通过合理的结构，隔绝地面振动对测量的影响。

一种燃料组件外形尺寸测量仪，其特征在于：所述移动工作台安装在机体立柱上，主要由横板、竖板、驱动电机、电动滑台、探头、气缸、光栅尺等组成，驱动电机控制外轮廓测量框架沿立柱导轨上的齿轮齿条运行，电动滑台安装在框架上，共有4个电动滑台(XYUV轴)，分布在框架4个方向上，每个电动滑台上安装有1个伺服电机、1个光栅尺、3个探头、1个气缸、1套组件长度测量机构以及若干行程开关，长度测量机构为滑台上配置一小型精密滑台式气缸带光栅长度计和接近开关。

一种燃料组件外形尺寸测量仪，光栅长度计配置一盘状测头(φ22左右)，加大其测头直径以便于能伸到被测部位。

一种燃料组件外形尺寸测量仪，所述移动工作台将测长机构连接在探头滑台溜板上，采用电机同步带传动，测量测试更平稳精准。

一种燃料组件外形尺寸测量仪，所述组件底座是检测组件时的安装定位基准和测量基准，主要有:底盘、下基准板、中间轴、调节螺栓、凸块、顶块、台座、滑座、固定座、丝杠、档圈、丝杠螺母、下滑块、定位销、上滑板、导向块、中心轴、定位板等组成。

一种燃料组件外形尺寸测量仪，所述下基准板是特殊材料制作的精密的测量板，它的水平度可以通过三个调节螺栓进行调节，调节好后由3-M20螺钉固定；角度(圆周方向)通过调节螺钉、顶块、凸块来调节和定位，并通过12-M10螺钉固定；沿X、Y方向的移动，通过调节X或Y方向上的丝杠来完成；采用Cr12MoV作为下标准板的材料。

一种燃料组件外形尺寸测量仪，所述机体立柱采用HT250进行铸造，机体立柱设计成柱形空腔。

本发明的有益效果在于：

本测量设备采用全自动测量，将燃料组件吊至标准板上方，其余测量动作全部由设备控制，最终测量软件汇总数据，出具测量报告。测量设备解决了人工测量的繁琐工作，提高岗位的检测效率。

附图说明

图1为本发明燃料组件外形尺寸测量仪基本结构示意图；

图2为本发明燃料组件外形尺寸测量仪轮廓框架示意图；

图3为本发明燃料组件外形尺寸测量仪的测长机构示意图；

图4为本发明燃料组件外形尺寸测量仪下标准板示意图；

图5为本发明燃料组件外形尺寸测量仪机体立柱示意图；

图6为本发明的12个光栅侧位传感器位置示意图；

图中：1、地基；2、移动工作台；3、组件底座；4、机体立柱；5、控制系统。

具体实施方式

如图1所示为整个燃料组件外形尺寸测量仪装置总体布置图，组件底座3以及机体通过地脚螺栓与地基1相连，而外轮廓测量框架安装在机体的滑动导轨之上。燃料组件竖直定位与组件底座3的标准版上，电机驱动测量框架在导轨上上下移动，采集组件外形轮廓数据，同时将数据传输至SIMENS多轴控制器。再通过网口将数据传输至计算机软件进行处理，最后打印测量报告。

所述地基1采用预应力混凝土，能够防止混凝土释放内部应力产生的形变，保证基座与机体相对位置的稳定性，同时通过合理的结构，隔绝地面振动对测量的影响。

如图2-3所示，所述移动工作台2安装在机体立柱4上，主要由横板、竖板、驱动电机、电动滑台、探头、气缸、光栅尺等组成，驱动电机控制外轮廓测量框架沿立柱导轨上的齿轮齿条运行。电动滑台安装在框架上，共有4个电动滑台(XYUV轴)，分布在框架4个方向上，每个电动滑台上安装有1个伺服电机、1个光栅尺、3个探头、1个气缸、1套组件长度测量机构以及若干行程开关，长度测量机构为滑台上配置一小型精密滑台式气缸带光栅长度计和接近开关，光栅长度计配置一盘状测头(φ22左右)，加大其测头直径以便于能伸到被测部位。

本方案结构精巧，光栅长度计测量精度高，空间布局更合理，方便调整操作，整个滑台装配体具有测量不同组件的外轮廓及组件的长度功能，适用范围增加，重复测量精度可以达到0.005mm以内。增加的小型精密滑台式气缸带光栅长度计和接近开关实现了精确测长和自动保护功能，而且重量轻。

移动工作台2具备了燃料组件外轮廓检查一体化功能，巧妙将测长机构连接在探头滑台溜板上，采用电机同步带传动，测量测试更平稳精准。外轮廓测量框架的设计，不仅能够组件直线度、垂直度，而且还能检查组件长度及平行度。

所述组件底座3是检测组件时的安装定位基准和测量基准，主要有:底盘、下基准板、中间轴、调节螺栓、凸块、顶块、台座、滑座、固定座、丝杠、档圈、丝杠螺母、下滑块、定位销、上滑板、导向块、中心轴、定位板等组成，其外形结构如图4。

下基准板是特殊材料制作的精密的测量板，使用过程中需要进行计量检定，它的水平度可以通过三个调节螺栓进行调节，调节好后由3-M20螺钉固定；角度(圆周方向)通过调节螺钉、顶块、凸块来调节和定位，并通过12-M10螺钉固定；沿X、Y方向的移动，通过调节X或Y方向上的丝杠来完成。组件外形尺寸测量仪下标准板是燃料组件测试定位基准，其表面质量要求很高，不得有锈迹、不得产生形变，影响测试精度。为确保基准板能够长期稳定的使用，抗击多次组件放置其上的冲击力，标准板材质尤为重要。选择Cr12MoV作为下标准板的材料，该材料热处理HRC为58～62。Cr12MoV钢有高淬透性，截面为300～400㎜以下者可以完全淬透，在300～400℃时仍可保持良好硬度和耐磨性，韧性较Cr12钢高，淬火时体积变化最小。

组件外形尺寸测量仪的机体立柱4是设备的关键构成件，为满足燃料组件的生产检验，燃料组件外形尺寸测量仪需要加工近7米长的异形立柱。机体立柱4采用HT250进行铸造，该材质强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性能较优，需进行人工时效处理。机体立柱4设计成柱形空腔，在保证其强度的前提下，在柱面适当位置进行开孔，既减轻柱体重量，又形成设备检修时的爬梯。机体立柱加工成型后示意图见图5。

组件外形尺寸测量仪是的一套融联锁保护、参数设置、手动调整、自动测量、组件外形及长度检测、数据处理和报表打印等功能为一体的综合性的多功能工作站。采用两级控制系统5，上位机采用研华工控机，主要实现命令下达、数据分析、报警提示、报表打印等功能；下位机采用西门子SIMOTION运动控制系统，主要实现现场信号的采集、控制、联锁保护等，选用西门子15″人机界面HMI，实时显示探头数值、电机位置数值等。采用亚控组态王软件进行上位机应用软件开发；采用SIEMENS SCOUT编程软件进行运动控制编程，采用WINCC FLEXIBLE进行触摸屏人机界面操作设计。

运动控制系统采用西门子SIMOTION D435运动控制系统，它为各种不同的具有复杂运动控制任务的机器提供了一种简单的综合性的解决方案。SIMOTION D435是一个多轴控制单元，最多可控制32轴，它遵循全集成自动化概念(TIA)，具有集成的数据管理、配置和通讯功能。

组件外形尺寸测量仪是核燃料组件生产过程中重要检测设备，其工作原理：实时采集高精度的光栅尺和光栅长度计的测量值，与理想方棱柱轮廓尺寸值进行比较，经数学模型计算得到组件的外形轮廓数据，通过与给定的允许偏差值进行比较，从而判断出组件是否合格。

测量组件直线度、扭转度和垂直度的方式相似。首先12个光栅测微传感器测头平行移至底座基准台的4个侧面，然后测头平行移动至被检测量面进行接触测量，此时计算机对长光栅尺和12个光栅测微传感器采样储存，长光栅尺的指示值及12个光栅测微传感器测量值将被存储作为下一步测量基准值。在组件外形尺寸测量仪W轴驱动电机驱动下，测量框架移至组件下管座、8层定位格架和上管座相应位置进行测量，长光栅尺和12个传感器一一采样并存储，通过相应的模型计算公式进行数据处理，从而得到组件的直线度、扭转度、垂直度、长度等。12个光栅测微传感器位置图示意图见图6。

Claims (8)

1.一种燃料组件外形尺寸测量仪，包括地基(1)，移动工作台(3)，组件底座(3)，机体立柱(4)，控制系统(5)和机体，其特征在于：组件底座(3)以及机体通过地脚螺栓与地基(1)相连，而外轮廓测量框架安装在机体的滑动导轨之上，燃料组件竖直定位与组件底座(3)的标准版上，电机驱动测量框架在导轨上上下移动，采集组件外形轮廓数据，同时将数据传输至SIMENS多轴控制器，再通过网口将数据传输至计算机软件进行处理。

2.如权利要求1所述的一种燃料组件外形尺寸测量仪，其特征在于：所述地基(1)采用预应力混凝土，能够防止混凝土释放内部应力产生的形变，保证基座与机体相对位置的稳定性，同时通过合理的结构，隔绝地面振动对测量的影响。

3.如权利要求1所述的一种燃料组件外形尺寸测量仪，其特征在于：所述移动工作台(2)安装在机体立柱(4)上，主要由横板、竖板、驱动电机、电动滑台、探头、气缸、光栅尺等组成，驱动电机控制外轮廓测量框架沿立柱导轨上的齿轮齿条运行，电动滑台安装在框架上，共有4个电动滑台(XYUV轴)，分布在框架4个方向上，每个电动滑台上安装有1个伺服电机、1个光栅尺、3个探头、1个气缸、1套组件长度测量机构以及若干行程开关，长度测量机构为滑台上配置一小型精密滑台式气缸带光栅长度计和接近开关。

4.如权利要求3所述的一种燃料组件外形尺寸测量仪，其特征在于：光栅长度计配置一盘状测头(φ22左右)，加大其测头直径以便于能伸到被测部位。

5.如权利要求1所述的一种燃料组件外形尺寸测量仪，其特征在于：所述移动工作台(2)将测长机构连接在探头滑台溜板上，采用电机同步带传动，测量测试更平稳精准。

6.如权利要求1所述的一种燃料组件外形尺寸测量仪，其特征在于：所述组件底座(3)是检测组件时的安装定位基准和测量基准，主要有:底盘、下基准板、中间轴、调节螺栓、凸块、顶块、台座、滑座、固定座、丝杠、档圈、丝杠螺母、下滑块、定位销、上滑板、导向块、中心轴、定位板等组成。

7.如权利要求6所述的一种燃料组件外形尺寸测量仪，其特征在于：所述下基准板是特殊材料制作的精密的测量板，它的水平度可以通过三个调节螺栓进行调节，调节好后由3-M20螺钉固定；角度(圆周方向)通过调节螺钉、顶块、凸块来调节和定位，并通过12-M10螺钉固定；沿X、Y方向的移动，通过调节X或Y方向上的丝杠来完成；采用Cr12MoV作为下标准板的材料。

8.如权利要求1所述的一种燃料组件外形尺寸测量仪，其特征在于：所述机体立柱(4)采用HT250进行铸造，机体立柱(4)设计成柱形空腔。