CN113124804A - 一种骨架外形尺寸测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核燃料组件制造技术，具体涉及一种骨架外形尺寸测量方法,以为下管座底面以及相互垂直的两个侧面为测量基准，放置骨架在三坐标大理石平台上，粗建坐标系，精建坐标系之后，对骨架每个采点，最后计算垂直度和长度差，能够统一骨架与核燃料组件关键测量指标，使骨架外形测量指标与燃料组件外形尺寸测量指标形成对照关系，可通过控制骨架垂直度及长度差，减小燃料组件最终外形尺寸偏差。此外消除了骨架柔性体特点对测量结果的影响，达到了精确测量骨架外形的目的。
Description
技术领域
本发明属于核燃料组件制造技术，具体涉及一种骨架外形尺寸测量方法。
背景技术
骨架是核燃料组件的重要组成部分，其外形尺寸直接决定了核燃料组件的最终外形尺寸偏差。目前，在正常生产过程中，骨架测量的关键指标有套管平面度、RB垂直度(下管座底面相对于骨架轴线的垂直度)以及骨架长度，而核燃料组件外形尺寸最终测量时，其关键检测指标是指：格架与上管座的扭转、X轴与Y轴的垂直度和燃料组件长度及长度差等，骨架与核燃料组件关键测量指标在测量方式以及测量原理方面都存在较大差异，不利于产品制造的过程控制。
燃料组件重要组成部件—骨架外形检测指标与其最终外形尺寸测量指标不对应，在组件垂直度出现偏象限(即往X、Y负方向偏离)以及部分燃料组件垂直度(及长度差)偏大问题时，不利于分析和查找问题产生的原因。同时，组件最终测量时，采用的是接触式测量方法，数据采点位置都在骨架上，而骨架对整个组件起到支撑和固定作用，因此，骨架外形轮廓对组件外形尺寸偏差起到了决定性作用，有必要开发一种新的骨架外形尺寸测量方法，与组件的外形测量数据进行对照，进而能够采取相应的控制措施，调整骨架工装，减小组件垂直度和长度差，提高组件质量，确保核燃料组件在堆内安全可靠运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种骨架外形尺寸测量方法，其能够准确得出骨架外形尺寸(垂直度及长度差)数据。
本发明的技术方案如下：
一种骨架外形尺寸测量方法，包括如下步骤：
步骤一、确定测量基准
以为下管座底面以及相互垂直的两个侧面为测量基准；
步骤二、放置骨架在三坐标大理石平台上；
步骤三、粗建坐标系
3.1)首先将骨架有Y角标识的骨架侧面定义为4号面，从下管座方向逆时针看，分别为4号面、1号面、2号面、3号面；
3.2)在下管座底平面上测量任意4个点的拟合平面作为Z平面，矢量为Z轴负方向；
3.3)下管座1号平面从下往上依次测量两个点，将两点连接的直线投影到Z平面的线作为Y轴，矢量方向与直线相同；
3.4)在下管座4号平面上测量任意点，作为Y轴零点，通过右手法则确定骨架的粗坐标系；
步骤四、精建坐标系
4.1)在下管座底平面上任意测量A个点，各点均匀分布于该平面，拟合平面作为Z平面，矢量为Z轴负方向；
4.2)在下管座1号面上任意测量B个点，各点均匀分布于该平面，拟合平面作为X平面，矢量为X轴负方向；
4.3)在下管座4号面上任意测量C个点，各点均匀分布于该平面，拟合平面作为Y平面，矢量为Y轴负方向，由此可以精确建立骨架的零件坐标系；
步骤五、骨架1号面采点
下管座方向开始依次为1-8层格架，采点分别记为
RB4、RB5、RB6、FLi_4、FLi_5、FLi_6(i＝1、2…8),所有点拟合为骨架1号面；
RB4、RB5、RB6分别表示下管座1号面三个采点；
FLi_4、FLi_5、FLi_6(i＝1、2…8)分别第i层格架1号面三个采点坐标；
步骤六、套管平面测量
每支套管端平面采集两个点，24个套管，一共采集48个点，拟合为套管平面；
步骤七、骨架3号面采点
采点分别记为：RB10、RB11、RB12、FLi_10、FLi_11、FLi_12(i＝1、2…8),所有点拟合为骨架3号面。其中，RB10、RB11、RB12分别表示下管座3号面三个采点坐标；FLi_10、FLi_11、FLi_12(i＝1、2…8)分别第i层格架3号面三个采点坐标；
步骤八、骨架2号面和4号面采点
将骨架顺时针旋转90°放置于三坐标大理石平台之上；
在骨架2号面和4号面进行采点，分别标记为：RB1、RB2、RB3、FLi_1、FLi_2、FLi_3(i＝1、2…8)；RB7、RB8、RB9、FLi_7、FLi_8、FLi_9(i＝1、2…8)；
其中，RB1、RB2、RB3分别表示下管座4号面三个采点坐标，FLi_1、FLi_2、FLi_3(i＝1、2…8)分别第i层格架4号面三个采点坐标；
RB7、RB8、RB9分别表示下管座2号面三个采点坐标，FLi_7、FLi_8、FLi_9(i＝1、2…8)分别第i层格架2号面三个采点坐标；
将2号面所有坐标点拟合为骨架2号面，将4号面所有坐标点拟合为骨架4号面；
步骤九、坐标点拟合
骨架2、4面的中平面、骨架1号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_1；
骨架2、4面的中平面、骨架3号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_3；
骨架1、3面的中平面、骨架2号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_2；
骨架1、3面的中平面、骨架4号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_4；
步骤十、骨架外形尺寸计算
所述的步骤四中，A＝20，B-17，C＝16。
所述的步骤三中，3.3)下管座1号平面从下往上依次测量两个点，其间隔垂直距离为100mm。
所述的步骤五中下管座或各层格架在1号面方向采3个点，是指在格架或下管座1号面方向的两端和中间采集3个点。
所述的步骤六中每支套管端平面采集两个点，所述的两个点分别位于端面上下边，每个点位于端面侧边中间位置。
所述的步骤十中，垂直度利用下式
其中：
XT为X方向垂直度，计算时,取各点的X坐标值；
YT为Y方向垂直度，计算时,取各点的Y坐标值。
所述的步骤十中，长度差利用下式
T＝MAX(PNT_iZ)-MIN(PNT_iZ)，i＝1、2、3、4
其中：
T为骨架的长度差
PNT_iZ为PNT_i点的Z轴坐标值；
MAX(PNT_iZ)为PNT_1Z、PNT_2Z、PNT_3Z、PNT_4Z的最大值；
MIN(PNT_iZ)为PNT_1Z、PNT_2Z、PNT_3Z、PNT_4Z的最小值。
本发明的显著效果如下：
能够统一骨架与核燃料组件关键测量指标，使骨架外形测量指标与燃料组件外形尺寸测量指标形成对照关系，可通过控制骨架垂直度及长度差，减小燃料组件最终外形尺寸偏差。此外消除了骨架柔性体特点对测量结果的影响，达到了精确测量骨架外形的目的。
附图说明
图1为核燃料组件骨架结构示意图
图中：1.套管；2.导向管；3.中间搅混格架；4.搅混格架；5.下端部格架；6.下管座；
图2a为上端部格架中心示意图；
图2b为下管座中心点示意图；
图3为格架及下管座采点位置示意图；
图4为套管平面采点位置示意图(其中“·”为采点位置)。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
步骤一、确定测量基准
如图1所示，骨架共有11层格架，从左至右分别为上端部格架、搅混格架4、中间搅混格架3、搅混格架4、中间搅混格架3、搅混格架4、中间搅混格架3、搅混格架4、搅混格架4、搅混格架4、下端部格架5，格架内部安装套管1和导向管2，格架底部为下管座6。
骨架外形尺寸测量包括骨架垂直度及长度差，其测量的基准为下管座6底面以及相互垂直的两个侧面，分别表示为①②③，如图2b所示。
垂直度定义为靠近套管1位置的上端部格架中心点相对于下管座6中心点位置的偏移量，在X、Y方向分别具有垂直度，图2a所示。
长度差定义为套管1平面的四条边中点距离下管座6底面距离中的最大值与最小值的差值。
步骤二、放置骨架
将骨架放置于三坐标大理石平台上，两边同步放置，避免产生横向力，影响测量精度，骨架Y角面(有Y角标识的侧面)水平向上。
步骤三、粗建坐标系
3.1)首先将骨架有Y角标识的骨架侧面定义为4号面，从下管座方向逆时针看，分别为4号面、1号面、2号面、3号面，如图2b所示；
3.2)在下管座底平面上测量任意4个点的拟合平面作为Z平面，矢量为Z轴负方向；
3.3)下管座1号平面从下往上依次测量两个点的(间隔垂直距离100mm)，直线(通过两点的直线，矢量方向为第一点指向第二点)投影到Z平面的线作为Y轴，矢量方向与直线相同；
3.4)在下管座4号平面上测量任意点，作为Y轴零点，这样就可以通过右手法则确定骨架的粗坐标系(笛卡尔坐标系)。
步骤四、精建坐标系
在下管座底平面上测量任意20个点，各点均匀分布于该平面，拟合平面作为Z平面，矢量为Z轴负方向；
在下管座1号面上任意测量17个点，各点均匀分布于该平面，拟合平面作为X平面，矢量为X轴负方向；
在下管座4号面上任意测量16个点，各点均匀分布于该平面，拟合平面作为Y平面，矢量为Y轴负方向，由此可以精确建立骨架的零件坐标系。
步骤五、骨架1号面采点
中间搅混翼格架不需采点；
RB定义为下管座采点，FL定义为格架采点，下管座或各层格架在1号面方向采3个点，采点位置如图3，在格架或下管座1号面方向的两端和中间采集3个点。
下管座方向开始依次为1-8层格架(不含中间搅混格架)，采点分别记为：RB4、RB5、RB6、FLi_4、FLi_5、FLi_6(i＝1、2…8),所有点拟合为骨架1号面。其中，RB4、RB5、RB6分别表示下管座1号面三个采点(零件坐标系，下文都是在零件坐标系的坐标)坐标；FLi_4、FLi_5、FLi_6(i＝1、2…8)分别第i层格架1号面三个采点坐标，三个点的坐标不分先后顺序。
步骤六、套管平面测量
套管平面由24支圆柱形套管1的端面组成，其测量时每支套管端平面采集两个点，这两个点可以是端面上下分别采集一个点，每个点位于端面侧边中间位置，这样套管平面包含24个套管，一共采集48个点，如图4，拟合为套管平面PLA_TOP，其中“·”为采点位置。
步骤七、骨架3号面采点，
采点方法与位置与1号面相同，采点分别记为：RB10、RB11、RB12、FLi_10、FLi_11、FLi_12(i＝1、2…8),所有点拟合为骨架3号面。其中，RB10、RB11、RB12分别表示下管座3号面三个采点坐标；FLi_10、FLi_11、FLi_12(i＝1、2…8)分别第i层格架3号面三个采点坐标，三个点的坐标不分先后顺序。
步骤八、在骨架2号面和4号面采点
将骨架顺时针(从下管座方向看)旋转90°，按步骤二相同的方法放置于三坐标大理石平台之上。
按步骤五相同方法在骨架2号面和4号面进行采点，分别标记为：RB1、RB2、RB3、FLi_1、FLi_2、FLi_3(i＝1、2…8)；RB7、RB8、RB9、FLi_7、FLi_8、FLi_9(i＝1、2…8)。其中，RB1、RB2、RB3分别表示下管座4号面三个采点坐标，FLi_1、FLi_2、FLi_3(i＝1、2…8)分别第i层格架4号面三个采点坐标；RB7、RB8、RB9分别表示下管座2号面三个采点坐标，FLi_7、FLi_8、FLi_9(i＝1、2…8)分别第i层格架2号面三个采点坐标。将2号面所有坐标点拟合为骨架2号面，将4号面所有坐标点拟合为骨架4号面。
步骤九、坐标点拟合
骨架2、4面的中平面、骨架1号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_1；
骨架2、4面的中平面、骨架3号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_3；
骨架1、3面的中平面、骨架2号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_2；
骨架1、3面的中平面、骨架4号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_4。
步骤十、骨架外形尺寸(垂直度与长度差)计算
垂直度利用下式
其中：
XT为X方向垂直度，计算时,取各点的X坐标值；
YT为Y方向垂直度，计算时,取各点的Y坐标值；
长度差利用下式
T＝MAX(PNT_iZ)-MIN(PNT_iZ)，i＝1、2、3、4
其中：
T为骨架的长度差
PNT_iZ为PNT_i点的Z轴坐标值；
MAX(PNT_iZ)为PNT_1Z、PNT_2Z、PNT_3Z、PNT_4Z的最大值；
MIN(PNT_iZ)为PNT_1Z、PNT_2Z、PNT_3Z、PNT_4Z的最小值。
Claims (7)
1.一种骨架外形尺寸测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定测量基准
以为下管座底面以及相互垂直的两个侧面为测量基准；
步骤二、放置骨架在三坐标大理石平台上；
步骤三、粗建坐标系
3.1)首先将骨架有Y角标识的骨架侧面定义为4号面，从下管座方向逆时针看，分别为4号面、1号面、2号面、3号面；
3.2)在下管座底平面上测量任意4个点的拟合平面作为Z平面，矢量为Z轴负方向；
3.3)下管座1号平面从下往上依次测量两个点，将两点连接的直线投影到Z平面的线作为Y轴，矢量方向与直线相同；
3.4)在下管座4号平面上测量任意点，作为Y轴零点，通过右手法则确定骨架的粗坐标系；
步骤四、精建坐标系
4.1)在下管座底平面上任意测量A个点，各点均匀分布于该平面，拟合平面作为Z平面，矢量为Z轴负方向；
4.2)在下管座1号面上任意测量B个点，各点均匀分布于该平面，拟合平面作为X平面，矢量为X轴负方向；
4.3)在下管座4号面上任意测量C个点，各点均匀分布于该平面，拟合平面作为Y平面，矢量为Y轴负方向，由此可以精确建立骨架的零件坐标系；
步骤五、骨架1号面采点
下管座方向开始依次为1-8层格架，采点分别记为
RB4、RB5、RB6、FLi_4、FLi_5、FLi_6(i＝1、2…8),所有点拟合为骨架1号面；
RB4、RB5、RB6分别表示下管座1号面三个采点；
FLi_4、FLi_5、FLi_6(i＝1、2…8)分别第i层格架1号面三个采点坐标；
步骤六、套管平面测量
每支套管端平面采集两个点，24个套管，一共采集48个点，拟合为套管平面；
步骤七、骨架3号面采点
采点分别记为：RB10、RB11、RB12、FLi_10、FLi_11、FLi_12(i＝1、2…8),所有点拟合为骨架3号面。其中，RB10、RB11、RB12分别表示下管座3号面三个采点坐标；FLi_10、FLi_11、FLi_12(i＝1、2…8)分别第i层格架3号面三个采点坐标；
步骤八、骨架2号面和4号面采点
将骨架顺时针旋转90°放置于三坐标大理石平台之上；
在骨架2号面和4号面进行采点，分别标记为：RB1、RB2、RB3、FLi_1、FLi_2、FLi_3(i＝1、2…8)；RB7、RB8、RB9、FLi_7、FLi_8、FLi_9(i＝1、2…8)；
其中，RB1、RB2、RB3分别表示下管座4号面三个采点坐标，FLi_1、FLi_2、FLi_3(i＝1、2…8)分别第i层格架4号面三个采点坐标；
RB7、RB8、RB9分别表示下管座2号面三个采点坐标，FLi_7、FLi_8、FLi_9(i＝1、2…8)分别第i层格架2号面三个采点坐标；
将2号面所有坐标点拟合为骨架2号面，将4号面所有坐标点拟合为骨架4号面；
步骤九、坐标点拟合
骨架2、4面的中平面、骨架1号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_1；
骨架2、4面的中平面、骨架3号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_3；
骨架1、3面的中平面、骨架2号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_2；
骨架1、3面的中平面、骨架4号平面和骨架套管平面，三个面相交确定一个点，记为PNT_4；
步骤十、骨架外形尺寸计算。
2.如权利要求1所述的骨架外形尺寸测量方法，其特征在于：所述的步骤四中，A＝20，B-17，C＝16。
3.如权利要求1所述的骨架外形尺寸测量方法，其特征在于：所述的步骤三中，3.3)下管座1号平面从下往上依次测量两个点，其间隔垂直距离为100mm。
4.如权利要求1所述的骨架外形尺寸测量方法，其特征在于：所述的步骤五中下管座或各层格架在1号面方向采3个点，是指在格架或下管座1号面方向的两端和中间采集3个点。
5.如权利要求1所述的骨架外形尺寸测量方法，其特征在于：所述的步骤六中每支套管端平面采集两个点，所述的两个点分别位于端面上下边，每个点位于端面侧边中间位置。
6.如权利要求1所述的骨架外形尺寸测量方法，其特征在于：所述的步骤十中，垂直度利用下式
其中：
XT为X方向垂直度，计算时,取各点的X坐标值；
YT为Y方向垂直度，计算时,取各点的Y坐标值。
7.如权利要求1所述的骨架外形尺寸测量方法，其特征在于：所述的步骤十中，长度差利用下式
T＝MAX(PNT_iZ)-MIN(PNT_iZ)，i＝1、2、3、4
其中：
T为骨架的长度差
PNT_iZ为PNT_i点的Z轴坐标值；
MAX(PNT_iZ)为PNT_1Z、PNT_2Z、PNT_3Z、PNT_4Z的最大值；
MIN(PNT_iZ)为PNT_1Z、PNT_2Z、PNT_3Z、PNT_4Z的最小值。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 汪建红等: "核燃料组件骨架全自动测量设备研制", 《自动化与仪器仪表》 * |
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