CN109341585A - 一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置及方法，属于核燃料组件检测设备领域，装置包括底座(1)，床身(2)，移动平台(3)，控制系统(4)。床身(2)固定于底座(1)上，移动平台(3)通过丝杠螺母和床身(2)连接，四台三维测量及观察系统固定于移动平台(3)上。本发明主要用于测量和观察乏燃料组件三维轮廓以及表面质量，重建出乏燃料组件的三维模型，进一步测量其对边距离、对角距离、以及长度方向变形情况。
Description
技术领域
本发明属于核燃料组件检测设备领域，更具体的说本发明涉及了一种乏燃料组件三维轮廓测量装置，具体的是用于重建出乏燃料组件的三维模型，并检测其对边距、对角距以及长度方向的变形情况的装置和方法。
背景技术
钠冷快堆以其技术成熟度及优良性能等优势，在下一代核能系统开发中占有重要地位。钠冷快堆燃料组件是钠冷快堆的燃料来源，乏燃料组件(使用过的燃料组件)的三维轮廓参数是决定其能否再次进入反应堆使用的关键参数，因此需要高精度地测量其三维轮廓尺寸。
目前国内外还没有成熟的钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置。对于压水堆乏燃料组件国际上普遍采用直线位移传感器接触组件外轮廓的测量模式进行测量，但其接触点数量有限，无法获取完整的燃料组件三维轮廓，测量精度较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置以及相应的检测方法，即将钠冷快堆乏燃料组件吊装并固定于底座上，通过移动平台上的四台均布的激光测量仪获取乏燃料的截面轮廓数据，通过移动平台的升降运动完成整根乏燃料组件的扫描，通过软件拼接得到完整的三维轮廓数据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置，包括底座、床身、移动平台和控制系统，所述底座上设置有组件定位夹紧装置，所述床身安装在底座上，所述移动平台安装在床身上，所述床身上设置有驱动机构，所述驱动机构与移动平台相连并能够驱动移动平台上下移动，所述移动平台上设置有测量机构，所述测量机构与控制系统电连接。
所述底座包括底座主体，所述组件定位夹紧装置和床身安装在底座主体上，所述底座主体上表面设置有吊环。
所述底座主体的边缘设置有一组支撑座，所述支撑座上设置有竖直的调平螺栓。
所述床身上设置有竖直的导轨，所述移动平台与导轨滑动配合，所述驱动机构包括伺服电机、减速器、丝杠螺母副以及螺母固定座，所述伺服电机、减速器和丝杠螺母副依次连接，所述丝杠螺母副的丝杆竖直且可转动地安装在床身上，丝杠螺母副的螺母安装在螺母固定座内，所述螺母固定座与移动平台固定连接。
所述床身上设置有：配重导轨、铅配重、配重滑轮组。铅配重可滑动地固定在配重导轨上，通过钢丝绳连接铅配重与移动平台，钢丝绳可在配重滑轮组上滑动。
所述床身上从上至下依次设置有上限位开关、零位开关和下限位开关，所述上限位开关、零位开关和下限位开关均与控制系统电连接；所述移动平台上设置有限位开关接触块。
所述驱动机构与控制系统电连接。
所述移动平台包括线激光三维测量及观察系统安装板以及固定在线激光三维测量及观察系统安装板上的加强筋、配重吊环和移动平台连接板；所述测量组件包括线激光三维测量与观察系统a和线激光三维测量与观察系统b，所述线激光三维测量与观察系统a和线激光三维测量与观察系统b均匀分布在线激光三维测量及观察系统安装板上。
进一步地，所述组件定位夹紧装置包括V型定心块、连杆压紧机构、拨杆、组件支撑座、棘轮扳手、轴承座以及电磁制动器。组件支撑座可转动地安装在轴承座上，电磁制动器与组件支撑座固定连接，V型定心块、连杆压紧机构、拨杆均固定在组件支撑座上。
上述钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤A、利用组件定位夹紧装置夹持住待测钠冷快堆乏燃料组件；
步骤B、启动控制系统、驱动机构和测量组件，驱动机构驱动移动平台3向上匀速运动，移动平台3上的测量组件对钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓进行扫描测量和视频录像，并实时将测量数据以及视频图像传输至控制系统；
步骤C、完成一次步骤B后，若需再次进行测量，解除组件定位夹紧装置对钠冷快堆乏燃料组件的夹持，并将钠冷快堆乏燃料组件转动一定的角度，然后再次进行步骤B。
进一步地，步骤A中，将移动平台运动至零位开关位置，将电磁制动器通电，此时，组件支撑座无法旋转；将钠冷快堆乏燃料组件吊装至V型定心块上方，然后将钠冷快堆乏燃料组件装入V型定心块，最后驱动棘轮扳手将乏燃料组件夹紧。
进一步地，步骤B中，先启动控制系统，开启线激光三维测量及观察系统a和线激光三维测量及观察系统b，移动平台向上匀速运动，线激光三维测量及观察系统a和线激光三维测量及观察系统b均布于钠冷快堆乏燃料组件圆周方向上，形成完整的组件表面包络面，实现组件截面轮廓测量；
线激光三维测量及观察系统a和线激光三维测量及观察系统b自动对整根组件进行扫描测量和视频录像，并实时将测量数据以及视频图像传输至控制系统，当移动平台向上运动至上限位开关位置时，完成测量，移动平台运动回零位开关位置。
本发明的有益效果是：使用上述一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置及方法，结合线激光三维测量与观察系统、升降移动平台、夹紧定位平台，全自动实现整根组件的三维轮廓测量，获取的轮廓数据点密集，测量过程更加方便，数据更加准确，而且能够获取乏燃料组件表面质量视频图像。
附图说明
图1是本发明一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置的示意图；
图2是本发明一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置的底座示意图；
图3是本发明一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置的床身示意图；
图4是本发明一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置的移动平台示意图；
图5是本发明一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置的组件夹紧定位装置示意图；
图6是本发明一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置的测量原理示意图；
图中附图标记为：1底座、2床身、3移动平台、4控制系统、101底座主体、102组件定位夹紧装置、103定位销、104吊环、105支撑座、106调平螺栓；201电机、202减速器、203同步轮、204同步带、205导轨、206丝杠螺母副、207配重导轨、208铅配重、209线槽、210电气盒、211移动平台架、212螺母固定座、213滑块、214零位开关、215下限位开关、216上限位开关、217配重滑轮组；301线激光三维测量与观察系统a、302线激光三维测量与观察系统b、303线激光三维测量及观察系统安装板、304加强筋、305配重吊环、306限位开关接触块、307移动平台连接板、401V型块、402连杆机构、403拨杆、404组件座、405棘轮扳手、406轴承座、407电磁制动器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如图1所示，所述一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置，包括底座1、床身2、移动平台3、控制系统4。床身2固定于底座1上，移动平台3安装于床身2上，通过移动平台3的升降运动获取钠冷快堆乏燃料组件外形轮廓数据并实时传输至控制系统4上，并由控制系统4进行数据处理和存储。
如图2所示，底座1主要包括底座主体101、组件定位夹紧装置102、定位销103、吊环104、支撑座105、调平螺栓106。组件定位夹紧装置102通过螺栓和底座主体101连接，组件定位夹紧装置102用于固定待测量的钠冷快堆乏燃料组件，所述定位销钉103用于将床身2固定在底座主体101上，精确定位床身2和底座主体101间的位置关系，所述吊环104用于整体吊装底座1。底座主体101可以是矩形的支撑板，在矩形底座主体101的4个角处设置支撑座105，所述支撑座105与底座主体101焊接为一体，用于支撑整个装置。调平螺栓106竖直安装在支撑座105上，可通过旋转调平螺栓106上的螺母来调节底座1各个角的高度，从而使底座1保持水平，以保证测量精度。
如图3所示，床身2用于安装移动平台3，移动平台3在竖直方向上与床身2滑动配合，具体地，移动平台3上设置了竖直的导轨205，移动平台3与导轨205滑动配合，且床身2上设置了驱动机构，驱动机构能够驱动移动平台3上下移动，使移动平台3上的测量机构对钠冷快堆乏燃料组件的三维轮廓进行测量。
驱动机构可以是液压缸、齿轮齿条等，优选的：
驱动机构包括伺服电机201、减速器202、同步轮203、同步带204、丝杠螺母副206、移动平台架211、螺母固定座212。丝杠螺母副206包括丝杆和螺母，丝杆竖直且可转动地安装在床身2上，伺服电机201的运行可以手动操作，也可以与控制系统4电连接，可由控制系统4控制其运动。伺服电机201与减速器202相连，减速器202通过同步轮203和同步带204与丝杠螺母副206相连，丝杠螺母副206中的螺母安装在螺母固定座212内。所述伺服电机201通过带动减速器202、同步轮203、同步带204、丝杠螺母副206转动，进一步带动螺母固定座212升降运动，更近一步的带动与螺母固定座212刚性连接的移动平台架211，移动平台架211与导轨205滑动配合，移动平台3固定在移动平台架211上，从而实现驱动移动平台3升降运动。
所述床身2需要具有较高的刚性以保证测量精度，因此还设置了配重导轨207、铅配重208、滑块213以及配重滑轮组217，所述配重导轨207、铅配重208、配重滑轮组217，起到配平移动平台3的作用，防止床身1由于负载过重而引起弯曲变形。
为了方便各种电气元件的接线以及安装，在床身2上设置了线槽209以及电气盒210。
为了控制移动平台3的行程，设置了零位开关214、下限位开关215和上限位开关216，零位开关214、下限位开关215和上限位开关216能够检测移动平台架211的位置，防止移动平台架211的位移超过安全位置，起到保护功能。零位开关214、下限位开关215和上限位开关216与控制系统4相连，当移动平台架211运动到设定的最高或最低等位置时，控制系统4控制伺服电机201作出反应。
如图4所示，移动平台3的测量机构主要包括线激光三维测量及观察系统安装板303以及固定在线激光三维测量及观察系统安装板303上的线激光三维测量与观察系统a301、线激光三维测量与观察系统b302、加强筋304、配重吊环305、限位开关接触块306和移动平台连接板307等。移动平台连接板307、线激光三维测量及观察系统安装板303、加强筋304，焊接为一体形成移动平台架211。线激光三维测量与观察系统a301、线激光三维测量与观察系统b302均可以设置为多个，且均布于线激光三维测量及观察系统安装板303上。
线激光三维测量与观察系统a301、线激光三维测量与观察系统b302，采用线结构光测量方法实现物体表面轮廓测量。
组件定位夹紧装置102可以是现有任意常规的夹持组件，优选的，如图5所示，本发明的组件夹紧定位装置102包括V型定心块401、组件支撑座402、拨杆403、轴承座404、电磁制动器405、压块406、转轴407、连杆a408、销钉409、连杆b410、丝杆411、螺母块412、连杆c413、导向铜块414、棘轮扳手415。其中,轴承座404与底座1通过螺栓固定连接，组件支撑座402可转动地安装在轴承座404上，V型定心块401、销钉409、拨杆403、导向铜块414、丝杆411均固定于组件支撑座404上。电磁制动器405固定于组件支撑座402底部，电磁制动器405通电时，组件支撑座402固定不可旋转；不通电时，组件支撑座402可自由旋转。通过转动棘轮扳手415，可带动丝杆411转动，进一步带动螺母块412平移运动，进一步地带动连杆c413滑动、连杆b410转动、连杆a 408绕销钉409转动，进一步地带动转轴407及固定在转轴407上的压块406运动，压块406运动并夹紧待测组件。
上述钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置的测量方法，包括以下步骤：
A、利用组件定位夹紧装置102夹持住待测钠冷快堆乏燃料组件。具体地，将移动平台3运动至零位开关214位置，将电磁制动器407通电，此时组件支撑座404无法旋转；将钠冷快堆乏燃料组件吊装至V型定心块401上方，然后将钠冷快堆乏燃料组件装入V型定心块401，最后驱动棘轮扳手405将乏燃料组件夹紧。
B、启动控制系统、驱动机构和测量组件，驱动机构驱动移动平台3向上匀速运动，移动平台3上的测量组件对钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓进行扫描测量和视频录像，并实时将测量数据以及视频图像传输至控制系统4。具体地，先启动控制系统，开启线激光三维测量及观察系统a和线激光三维测量及观察系统b，移动平台3向上匀速运动，线激光三维测量及观察系统a和线激光三维测量及观察系统b均布于钠冷快堆乏燃料组件圆周方向上，形成完整的组件表面包络面，实现组件截面轮廓测量；
线激光三维测量及观察系统a和线激光三维测量及观察系统b自动对整根组件进行扫描测量和视频录像，并实时将测量数据以及视频图像传输至控制系统4，当移动平台3向上运动至上限位开关216位置时，完成测量，移动平台3运动回零位开关214位置。
C、完成一次步骤B后，若需再次进行测量，解除组件定位夹紧装置102对钠冷快堆乏燃料组件的夹持，并将钠冷快堆乏燃料组件转动一定的角度，然后再次进行步骤B。
本发明的有益效果是：使用上述一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置及方法，结合线激光三维测量与观察系统、升降移动平台、夹紧定位平台，全自动实现整根组件的三维轮廓测量，获取的轮廓数据点密集，测量过程更加方便，数据更加准确，而且能够获取乏燃料组件表面质量视频图像。
Claims (6)
1.一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置，其特征在于：包括底座(1)、床身(2)、移动平台(3)和控制系统(4)，所述底座(1)上设置有组件定位夹紧装置(102)，所述床身(2)安装在底座(1)上，所述移动平台(3)安装在床身(2)上，所述床身(2)上设置有驱动机构，所述驱动机构与移动平台(3)相连并能够驱动移动平台(3)上下移动，所述移动平台(3)上设置有测量机构，所述测量机构与控制系统(4)电连接；
所述底座(1)包括底座主体(101)，所述组件定位夹紧装置(102)和床身(2)安装在底座主体(101)上，所述底座主体(101)上表面设置有吊环(104)；
所述底座主体(101)的边缘设置有一组支撑座(105)，所述支撑座(105)上设置有竖直的调平螺栓(106)；
所述床身(2)上设置有竖直的导轨(205)，所述移动平台(3)与导轨(205)滑动配合，所述驱动机构包括伺服电机(201)、减速器(202)、丝杠螺母副(206)以及螺母固定座(212)，所述伺服电机(201)、减速器(202)和丝杠螺母副(206)依次连接，所述丝杠螺母副(206)的丝杆竖直且可转动地安装在床身(2)上，丝杠螺母副(206)的螺母安装在螺母固定座(212)内，所述螺母固定座(212)与移动平台(3)固定连接；
所述床身(2)上设置有配重导轨(207)、铅配重(208)、配重滑轮组(217)，铅配重可滑动地固定在配重导轨上，通过钢丝绳连接铅配重与移动平台，钢丝绳可在配重滑轮组上滑动；
所述床身(2)上从上至下依次设置有上限位开关(216)、零位开关(214)和下限位开关(215)，所述上限位开关(216)、零位开关(214)和下限位开关(215)均与控制系统(4)电连接；所述移动平台(3)上设置有限位开关接触块(306)；
所述驱动机构与控制系统(4)电连接；
所述移动平台(3)包括线激光三维测量及观察系统安装板(303)以及以及固定在线激光三维测量及观察系统安装板(303)上的加强筋(304)、配重吊环(305)和移动平台连接板(307)；所述测量组件包括线激光三维测量与观察系统a(301)和线激光三维测量与观察系统b(302)，所述线激光三维测量与观察系统a(301)和线激光三维测量与观察系统b(302)均匀分布在线激光三维测量及观察系统安装板(303)上。
2.根据权利要求1所述的一种钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置，其特征在于：所述组件定位夹紧装置(102)包括V型定心块(401)、组件支撑座(402)、拨杆(403)、轴承座(404)、电磁制动器(405)、压块(406)、转轴(407)、连杆a(408)、销钉(409)、连杆b(410)、丝杆(411)、螺母块(412)、连杆c(413)、导向铜块(414)、棘轮扳手(415)；
所述轴承座(404)与底座(1)通过螺栓固定连接，组件支撑座(402)可转动地安装在轴承座(404)上，V型定心块(401)、销钉(409)、拨杆(403)、导向铜块(414)、丝杆(411)均固定于组件支撑座(404)上，电磁制动器(405)固定于组件支撑座(402)底部，电磁制动器(405)通电时，组件支撑座(402)固定不可旋转；不通电时，组件支撑座(402)可自由旋转；
通过转动棘轮扳手(415)，可带动丝杆(411)转动，进一步带动螺母块(412)平移运动，进一步地带动连杆c(413)滑动、连杆b(410)转动、连杆a(408)绕销钉(409)转动，进一步地带动转轴(407)及固定在转轴(407)上的压块(406)运动，压块(406)运动并夹紧待测组件。
3.如权利要求1或2所述钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A、利用组件定位夹紧装置(102)夹持住待测钠冷快堆乏燃料组件；
步骤B、启动控制系统、驱动机构和测量组件，驱动机构驱动移动平台(3)向上匀速运动，移动平台(3)上的测量组件对钠冷快堆乏燃料组件三维轮廓进行扫描测量和视频录像，并实时将测量数据以及视频图像传输至控制系统(4)；
步骤C、完成一次步骤B后，若需再次进行测量，解除组件定位夹紧装置(102)对钠冷快堆乏燃料组件的夹持，并将钠冷快堆乏燃料组件转动一定的角度，然后再次进行步骤B。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：步骤A中，将移动平台(3)运动至零位开关(214)位置，将电磁制动器(405)通电，此时，组件支撑座(404)无法旋转；将钠冷快堆乏燃料组件吊装至V型定心块(401)上方，然后将钠冷快堆乏燃料组件装入V型定心块(401)，最后驱动棘轮扳手(405)将乏燃料组件夹紧。
5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：步骤B中，先启动控制系统，开启线激光三维测量及观察系统a和线激光三维测量及观察系统b，移动平台(3)向上匀速运动，线激光三维测量及观察系统a和线激光三维测量及观察系统b均布于钠冷快堆乏燃料组件圆周方向上，形成完整的组件表面包络面，实现组件截面轮廓测量。
6.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：步骤B中，线激光三维测量及观察系统a和线激光三维测量及观察系统b自动对整根组件进行扫描测量和视频录像，并实时将测量数据以及视频图像传输至控制系统(4)，当移动平台(3)向上运动至上限位开关(216)位置时，完成测量，移动平台(3)运动回零位开关(214)位置。
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