CN109959533B - 一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置及方法，所述装置包括驱动机构、定位机构、支撑机构、夹块、隔板、挡板、夹持罐和样品收集盒；所述驱动机构安装在定位机构上，所述支撑机构上端连接定位机构，下端安装在夹持罐上；所述挡板配合隔板可拆卸安装在夹持罐上，所述样品收集盒安装在夹持罐下端，所述夹块固定在夹持罐内。本发明所要解决的技术问题是装配在夹块中的待辐照样品经过辐照考验后存在几何尺寸变形，导致在热室内仅仅通过机械手难以取出辐照样品。因此，通过设计一套由机械手操作的取样装置，在热室内配合，工作人员操作机械手控制取样装置将嵌在夹块中的辐照顺利取出，并保证不损坏样品。

Description

一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置及方法

技术领域

本发明涉及研究堆材料辐照技术领域，具体涉及一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置及方法。

背景技术

随着核工业发展进入新纪元，新型核材料需求不断增大，辐照试验为核材料工业应用提供保障。为了验证新型材料的物理、化学等性能，需要将辐照材料加工成不同结构尺寸的辐照样品。样品在堆内的辐照，不能直接将样品放到堆内考验，需要辐照装置将辐照样品按一定的规律排列夹持，然后随辐照装置进入堆内，而样品则分布在辐照装置中的夹块中，辐照结束后，辐照装置在保存水池中经过一段的静置，放射性降低，再转运到热室内切割，取出样品，进而分析辐照结果。

辐照后的辐照装置即便在水池中保存一段时间后仍然具有放射性，因此，对于辐照装置的切割及取样品，都是在热室中，工作人员通过操作机械手实现的。为了保证辐照过程中样品的温度恒定，辐照样品与夹块之间的空隙很小，另外，为了满足试验要求，辐照样品的尺寸、结构多样，有方块、圆柱、甚至不规则形状等，尺寸也有大有小，小到几个毫米。当样品在反应堆内经过几个炉段高温辐照后，会发生结构变化以及化学反应，导致辐照样品卡在夹块中无法顺利取出，加之人员操作机械手工作具有诸多的局限性，不灵活，无法实现较为精确的操作。

发明内容

为了解决非标设计的辐照装置经过反应堆内辐照存在化学、物理等方面的变化，辐照装置结构发生轻微变形，导致夹块中的样品很难取出，同时，由于辐照后的夹块具有放射性，危害人体健康。并且对于辐照装置的切割及取样都在热室中由工人通过机械手实现，对于特殊结构的夹块，仅仅依靠机械手难以实现取样等技术问题。本发明提供了一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置及方法，将辐照后存在轻微变形且无法直接通过机械手取出辐照样品的夹块，配合机械手操作，实现轻松取出辐照材料样品，代替人工操作，防止带有放射性的出堆材料对人体造成伤害。

本发明通过下述技术方案实现：

一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置，所述装置包括驱动机构、定位机构、支撑机构、夹块、隔板、挡板、夹持罐和样品收集盒；所述驱动机构安装在定位机构上，所述支撑机构上端连接定位机构，下端安装在夹持罐上；所述挡板配合隔板可拆卸安装在夹持罐上，所述样品收集盒安装在夹持罐下端，所述夹块固定在夹持罐内。

优选的，所述夹持罐包括固定夹持罐和活动夹持罐；所述活动夹持罐同轴可拆卸安装在固定夹持罐内。

优选的，所述固定夹持罐包括固定罐体、隔板卡槽、吊耳、定位槽、挡板卡槽、固定罐体卡槽和固定夹持罐支撑台；沿所述固定罐体周向对称开有两个固定罐体卡槽，在一个固定罐体卡槽处设置隔板卡槽，在另一个固定罐体卡槽处设置挡板卡槽；且所述隔板卡槽和挡板卡槽分别在固定罐体外侧半圆形包围相应的固定罐体卡槽；且在挡板卡槽外侧开有允许隔板穿过的槽；所述吊耳为两个且对称安装在固定罐体上端边沿处，并在所述吊耳上均开有定位槽；在所述固定罐体内壁上设置有固定夹持罐支撑台。

优选的，所述活动夹持罐包括活动罐体、定位吊耳、活动罐体卡槽和活动夹持罐支撑台；沿所述活动罐体周向且与所述固定罐体卡槽相对应处对称设置两个活动罐体卡槽；在活动罐体上端外侧且与所述定位槽相对应处对称设置两个定位吊耳；在活动罐体内壁上设置有活动夹持罐支撑台。

优选的，所述定位机构包括固定槽、移动块、横杆和驱动螺母；所述横杆穿过驱动螺母且两端分别固定连接一个移动块，所述移动块上凸出部分卡在固定槽内。

优选的，所述驱动机构包括螺纹杆和顶杆；所述螺纹杆一端固定连接把手，另一端通过方形卡套结构与顶杆连接，所述螺纹杆与所述驱动螺母配合；所述螺纹杆与所述驱动螺母配合部分加工有梯形螺纹，顶杆依据夹块中样品的几何尺寸更换。

优选的，所述支撑机构包括两个支撑杆和两个连接块，一个支撑杆上端固定连接定位机构的一个固定槽，下端固定在一个连接块上，其中一个连接块与固定夹持罐的一个吊耳连接，另一个连接块上安装有与固定夹持罐的另一吊耳固定的锁扣。

优选的，所述活动夹持罐未安装在固定夹持罐内，所述隔板穿过挡板卡槽、固定罐体卡槽将固定罐体分成两半，隔板从固定罐体卡槽中抽出，固定罐体内部形成一个完整的圆形空间。

优选的，所述活动夹持罐同轴安装在固定夹持罐内，所述定位吊耳卡在定位槽内，隔板穿过挡板卡槽、固定罐体卡槽及活动罐体卡槽将活动罐体分成两半，隔板从活动罐体卡槽中抽出，活动罐体内部形成一个完整的圆形空间；所述活动罐体根据夹块的几何尺寸进行更换。

另一方面，基于上述取样装置，本发明还提出了一种辐照后基于热室内机械手操作的取样方法，该方法具体包括以下步骤：

a．打开支撑机构上的锁扣，用机械手拨动，使定位机构带动驱动机构转动，形成错位；

b.依据夹块中样品的几何结构选择合适的顶杆安装到螺纹杆底部，同时依据夹块大小选择是否需要合适的活动夹持罐安装在固定夹持罐，通过定位吊耳和定位槽配合固定活动夹持罐；同时依据夹块形状选择是否需要安装隔板，将隔板从挡板卡槽上的槽中穿过，将固定夹持罐或活动夹持罐分成两半；

c.操作机械手将装载有辐照样品的夹块安装在固定夹持罐或活动夹持罐中，使夹块下端顶在固定夹持罐支撑台或活动夹持罐支撑台上，再用机械拨动定位机构，通过锁扣将支撑机构和固定夹持罐固定；

d.依据操作要求，用机械手拨动定位机构，使顶杆停留在需要顶取的辐照样品上方；

e.用机械手转动驱动机构，直至将辐照样品从夹块中顶出落入样品收集盒。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的取样装置，将辐照后存在轻微变形且无法直接通过机械手取出辐照样品的夹块，配合机械手操作，实现轻松取出辐照材料样品，代替人工操作，防止带有放射性的出堆材料对人体造成伤害。

2、本发明在实际的使用过程中，整个装置安置在热室内，在完成较为复杂的取样工作时，操作人员仅仅操作机械手实现，与放射性物质完全隔离，不会对人体造成伤害；

3、本发明能够依据样品的几何结构会选择配套的驱动机构顶杆，顶杆同样品的接触面积大，且在螺纹杆旋转并向下运动的同时，顶杆只做向下运动，不损坏辐照样品；

4、本发明整个装置不存在需要机械手高难度操作的步骤，且操作步骤少，即可完成复杂的取样工作；

5、本发明的取样装置既可以满足圆柱形夹块的取样任务，又可以完成半圆柱形夹块的取样任务，同时可以满足不同直径夹块的取样任务，灵活多变，实用性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1 ：本发明的结构示意图；

图2 ：本发明的定位和支撑结构结构示意图；

图3 ：本发明的固定夹持罐结构示意图；

图4 ：图3中的B-B截面示意图；

图5 ：本发明的驱动机构结构示意图；

图6 ：本发明的载有活动夹持罐的结构示意图；

图7：本发明的活动夹持罐结构示意图；

图8 ：图7中的A-A截面示意图。

附图标记说明：

1.驱动机构，2.定位机构，3.支撑机构，4.夹块，5.隔板，6.挡板，7.固定夹持罐，8.活动夹持罐，9.样品收集盒

101.螺纹杆，102.顶杆

201.固定槽，202.移动块，203.横杆，204.驱动螺母

301.支撑杆，302.连接块

701.固定罐体，702.隔板卡槽，703.吊耳，704.定位槽，705.挡板卡槽，706.固定罐体卡槽，707.固定夹持罐支撑台，

801.活动罐体，802.定位吊耳，803.活动罐体卡槽，804.活动夹持罐支撑台

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置，如图1所示，所述装置包括驱动机构1、定位机构2、支撑机构3、夹块4、隔板5、挡板6、夹持罐和样品收集盒9；所述驱动机构1安装在定位机构2上，所述支撑机构3上端连接定位机构2，下端安装在夹持罐上；所述挡板6配合隔板5可拆卸安装在夹持罐上，所述样品收集盒9安装在夹持罐下端，所述夹块4固定在夹持罐内。

在另一优选实施例中，所述夹持罐包括固定夹持罐7和活动夹持罐8；所述活动夹持罐8同轴可拆卸安装在固定夹持罐7内。

在另一优选实施例中，如图3和图4所示，所述固定夹持罐7包括固定罐体701、隔板卡槽702、吊耳703、定位槽704、挡板卡槽705、固定罐体卡槽706和固定夹持罐支撑台707；所述固定罐体701为两端开口的圆筒状；沿所述固定罐体701周向对称开有两个固定罐体卡槽706，在一个固定罐体卡槽处设置隔板卡槽702，在另一个固定罐体卡槽处设置挡板卡槽705；且所述隔板卡槽702和挡板卡槽705分别在固定罐体701外侧半圆形包围相应的固定罐体卡槽；且在挡板卡槽705外侧开有允许隔板5穿过的槽；所述吊耳703为两个且对称安装在固定罐体701上端边沿处，并在所述吊耳上均开有定位槽704；在所述固定罐体701内壁上设置有固定夹持罐支撑台707，用于支撑固定所述夹块4。在另一优先实施例中，所述固定夹持罐支撑台707设置在所述固定罐体701的底部，且沿固定罐体701周向均匀布置多个；在另一优选实施例中，所述固定夹持罐支撑台707的凸出长度在1.5~2mm。

在另一优选实施例中，如图7和图8所示，所述活动夹持罐8包括活动罐体801、定位吊耳802、活动罐体卡槽803和活动夹持罐支撑台804；所述活动罐体8为两端开口的圆筒状；沿所述活动罐体801周向且与所述固定罐体卡槽706相对应处对称设置两个活动罐体卡槽803；在活动罐体801上端外侧且与所述定位槽704相对应处对称设置两个定位吊耳802；在活动罐体801内壁上设置有活动夹持罐支撑台804，用于支撑固定所述夹块4。在另一优先实施例中，所述活动夹持罐支撑台804设置在所述活动罐体801的底部，且沿活动罐体801周向均匀布置多个；在另一优选实施例中，所述活动夹持罐支撑台804的凸出长度在1.5~2mm。

在另一优选实施例中，如图2所示，所述定位机构2包括固定槽201、移动块202、横杆203和驱动螺母204；所述横杆203穿过驱动螺母204且两端分别固定连接一个移动块202，所述移动块上凸出部分卡在固定槽201内。

在另一优选实施例中，如图5所示，所示驱动机构1包括螺纹杆101和顶杆102；所述螺纹杆101一端固定连接把手，另一端通过方形卡套结构与顶杆102连接，所述螺纹杆101与所述驱动螺母204配合。

在另一优选实施例中，所述螺纹杆101与所述驱动螺母204配合部分加工有梯形螺纹，顶杆102依据夹块4中样品的几何尺寸更换。

在另一优选实施例中，如图2所示，所述支撑机构3包括两个支撑杆301和两个连接块302，一个支撑杆301上端固定连接定位机构2的一个固定槽201，下端固定在一个连接块302上，其中一个连接块与固定夹持罐7的一个吊耳连接，另一个连接块上安装有与固定夹持罐7的另一吊耳固定的锁扣。

在另一优选实施例中，如图1所示，所述活动夹持罐8未安装在固定夹持罐7内，所述隔板5穿过挡板卡槽705、固定罐体卡槽706将固定罐体701分成两半，隔板5从固定罐体卡槽706中抽出，固定罐体701内部形成一个完整的圆形空间；所述夹块4通过所述固定夹持罐支撑台707安装在所述固定夹持罐7内；所述固定夹持罐7与下端的样品收集盒9连通；使得夹块4中的样品能够从固定夹持罐7落入下端的样品收集盒中。

在另一优选实施例中，如图6所示，所述活动夹持罐8同轴安装在固定夹持罐7内，所述定位吊耳卡在定位槽内，隔板5穿过挡板卡槽705、固定罐体卡槽706及活动罐体卡槽803将活动罐体801分成两半，隔板5从活动罐体卡槽803中抽出，活动罐体801内部形成一个完整的圆形空间。在另一优选实施例中，所述活动罐体801根据不同规格夹块4的要求进行更换；所述夹块4通过所述活动夹持罐支撑台804安装在所述活动夹持罐8内；所述活动夹持罐8、所述固定夹持罐7与下端的样品收集盒9连通；使得夹块4中的样品能够依次从活动夹持罐8、固定夹持罐7落入下端的样品收集盒9中。

实施例2

基于上述实施例1提出的一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置，本实施例提出了一种辐照后基于热室内机械手操作的取样方法，该方法具体包括以下步骤：

a．打开支撑机构3上的锁扣，用机械手拨动，使定位机构2带动驱动机构1转动，形成错位；

b.依据夹块4中样品的几何结构选择合适的顶杆102安装到螺纹杆101底部，同时依据夹块大小选择是否需要合适的活动夹持罐8安装在固定夹持罐7，通过定位吊耳802和定位槽704配合固定活动夹持罐8；同时依据夹块形状选择是否需要安装隔板5，将隔板从挡板卡槽705上的槽中穿过，将固定夹持罐7或活动夹持罐8分成两半；即本发明的驱动机构能够依据样品的几何结构会选择配套的驱动机构顶杆，顶杆同样品的接触面积大，且在螺纹杆旋转并向下运动的同时，顶杆只做向下运动，不损坏辐照样品；同时本发明的夹持罐结构可以满足不同形状、不同大小夹块的取样任务，灵活多变，实用性强。

c.操作机械手将装载有辐照样品的夹块4安装在固定夹持罐7或活动夹持罐8中，使夹块4下端顶在固定夹持罐支撑台707或活动夹持罐支撑台804上，再用机械拨动定位机构2，通过锁扣将支撑机构3和固定夹持罐7固定；

d.依据操作要求，用机械手拨动定位机构2，使顶杆102停留在需要顶取的辐照样品上方；

e.用机械手转动驱动机构1，直至将辐照样品从夹块4中顶出落入样品收集盒9。

实施例3

基于上述实施例2，本实施例3实现圆柱形夹块的取样方法，具体包括：

a.打开支撑机构3上的卡扣，用机械手拨动，使定位机构2带动驱动机构1转动，形成错位；

b.依据夹块4中样品的几何结构选择合适的顶杆102安装到螺纹杆101底部，同时可以依据夹块直径的大小选择合适的活动夹持罐8安装在固定夹持罐7，通过定位吊耳802和定位槽704配合固定活动夹持罐8；

c.操作机械手将装载有辐照样品的夹块4安装在固定夹持罐7或活动夹持罐8中，使夹块4下端顶在固定夹持罐支撑台707或活动夹持罐支撑台804上，再用机械拨动定位机构2，通过卡扣将支撑机构3和固定夹持罐7固定；

d.依据操作要求，用机械手拨动定位机构2，使顶杆102停留在需要顶取的辐照样品上方；

e.用机械手转动驱动机构1，直至将辐照样品从夹块4中顶出落入样品收集盒9。

实施例4

基于上述实施例2，本实施例3实现半圆柱形夹块的取样方法，具体包括：

a.打开支撑机构3上的卡扣，用机械手拨动，使定位机构2带动驱动机构1转动，形成错位；

b.依据夹块4中样品的几何结构选择合适的顶杆102安装到螺纹杆101底部，同时可以依据半圆柱形夹块4直径的大小选择合适的活动夹持罐8安装在固定夹持罐7，通过定位吊耳802和定位槽704配合固定活动夹持罐8，将隔板从挡板卡槽705上的空隙中穿过，并穿过固定罐体701上的固定罐体卡槽706或活动罐体801上的活动罐体卡槽803，将固定罐体701或活动罐体801分成两半；

c.操作机械手将装载有辐照样品的夹块4安装在固定夹持罐7或活动夹持罐8中，使夹块4下端顶在固定夹持罐支撑台707或活动夹持罐支撑台804上，再用机械拨动定位机构2，通过卡扣将支撑机构3和固定夹持罐7固定；

d.依据操作要求，用机械手拨动定位机构2，使顶杆102停留在需要顶取的辐照样品上方；

e.用机械手转动驱动机构1，直至将辐照样品从夹块4中顶出落入样品收集盒9。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置，其特征在于，所述装置包括驱动机构（1）、定位机构（2）、支撑机构（3）、夹块（4）、隔板（5）、挡板（6）、夹持罐和样品收集盒（9）；所述驱动机构（1）安装在定位机构（2）上，所述支撑机构（3）上端连接定位机构（2），下端安装在夹持罐上；所述挡板（6）配合隔板（5）可拆卸安装在夹持罐上，所述样品收集盒（9）安装在夹持罐下端，所述夹块（4）固定在夹持罐内；

所述定位机构（2）包括固定槽（201）、移动块（202）、横杆（203）和驱动螺母（204）；所述横杆（203）穿过驱动螺母（204）且两端分别固定连接一个移动块（202），所述移动块上凸出部分卡在固定槽（201）内；

所述支撑机构（3）包括两个支撑杆（301）和两个连接块（302），一个支撑杆（301）上端固定连接定位机构（2）的一个固定槽（201），下端固定在一个连接块（302）上，其中一个连接块与固定夹持罐（7）的一个吊耳连接，另一个连接块上安装有与固定夹持罐（7）的另一吊耳固定的锁扣。

2.根据权利要求1所述的一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置，其特征在于，所述夹持罐包括固定夹持罐（7）和活动夹持罐（8）；所述活动夹持罐（8）同轴可拆卸安装在固定夹持罐（7）内。

3.根据权利要求2所述的一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置，其特征在于，所述固定夹持罐（7）包括固定罐体（701）、隔板卡槽（702）、吊耳（703）、定位槽（704）、挡板卡槽（705）、固定罐体卡槽（706）和固定夹持罐支撑台（707）；沿所述固定罐体（701）周向对称开有两个固定罐体卡槽（706），在一个固定罐体卡槽处设置隔板卡槽（702），在另一个固定罐体卡槽处设置挡板卡槽（705）；且所述隔板卡槽（702）和挡板卡槽（705）分别在固定罐体（701）外侧半圆形包围相应的固定罐体卡槽；且在挡板卡槽（705）外侧开有允许隔板（5）穿过的槽；所述吊耳（703）为两个且对称安装在固定罐体（701）上端边沿处，并在所述吊耳上均开有定位槽（704）；在所述固定罐体（701）内壁上设置有固定夹持罐支撑台（707）。

4.根据权利要求3所述的一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置，其特征在于，所述活动夹持罐（8）包括活动罐体（801）、定位吊耳（802）、活动罐体卡槽（803）和活动夹持罐支撑台（804）；沿所述活动罐体（801）周向且与所述固定罐体卡槽（706）相对应处对称设置两个活动罐体卡槽（803）；在活动罐体（801）上端外侧且与所述定位槽（704）相对应处对称设置两个定位吊耳（802）；在活动罐体（801）内壁上设置有活动夹持罐支撑台（804）。

5.根据权利要求4所述的一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置，其特征在于，所述驱动机构（1）包括螺纹杆（101）和顶杆（102）；所述螺纹杆（101）一端固定连接把手，另一端通过方形卡套结构与顶杆（102）连接，所述螺纹杆（101）与所述驱动螺母（204）配合；所述螺纹杆（101）与所述驱动螺母（204）配合部分加工有梯形螺纹，顶杆（102）依据夹块（4）中样品的几何尺寸更换。

6.根据权利要求3或4所述的一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置，其特征在于，所述活动夹持罐（8）未安装在固定夹持罐（7）内，所述隔板（5）穿过挡板卡槽（705）、固定罐体卡槽（706）将固定罐体（701）分成两半，隔板（5）从固定罐体卡槽（706）中抽出，固定罐体（701）内部形成一个完整的圆形空间。

7.根据权利要求4所述的一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置，其特征在于，所述活动夹持罐（8）同轴安装在固定夹持罐（7）内，所述定位吊耳卡在定位槽内，隔板（5）穿过挡板卡槽（705）、固定罐体卡槽（706）及活动罐体卡槽（803）将活动罐体（801）分成两半，隔板（5）从活动罐体卡槽（803）中抽出，活动罐体（801）内部形成一个完整的圆形空间；所述活动罐体根据夹块的几何尺寸进行更换。

8.一种辐照后基于热室内机械手操作的取样方法，其特征在于，该方法基于权利要求5所述的一种辐照后基于热室内机械手操作的取样装置进行实现，该方法具体包括以下步骤：

a．打开支撑机构（3）上的锁扣，用机械手拨动，使定位机构（2）带动驱动机构（1）转动，形成错位；

b.依据夹块（4）中样品的几何结构选择合适的顶杆（102）安装到螺纹杆（101）底部，同时依据夹块大小选择是否需要合适的活动夹持罐（8）安装在固定夹持罐（7），通过定位吊耳（802）和定位槽（704）配合固定活动夹持罐（8）；同时依据夹块形状选择是否需要安装隔板（5），将隔板从挡板卡槽（705）上的槽中穿过，将固定夹持罐（7）或活动夹持罐（8）分成两半；

c.操作机械手将装载有辐照样品的夹块（4）安装在固定夹持罐（7）或活动夹持罐（8）中，使夹块（4）下端顶在固定夹持罐支撑台（707）或活动夹持罐支撑台（804）上，再用机械拨动定位机构（2），通过锁扣将支撑机构（3）和固定夹持罐（7）固定；

d.依据操作要求，用机械手拨动定位机构（2），使顶杆（102）停留在需要顶取的辐照样品上方；

e.用机械手转动驱动机构（1），直至将辐照样品从夹块（4）中顶出落入样品收集盒（9）。

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