CN115930810A - 燃料组件下管座与燃料棒间隙自动化测量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料组件下管座与燃料棒间隙自动化测量的装置，燃料组件包括多个燃料棒和下管座，该装置包括光学组件，光学组件用于检测下管座与燃料棒的间隙，生成间隙图像；驱动组件，驱动组件可安装光学组件，驱动组件驱动光学组件依次伸入间隙空间内，使光学组件依次生成多个图像；图像对比处理系统，与光学组件连接，图像从光学组件传输至图像对比处理系统进行分析，以获得下管座与多个燃料棒的间隙值。

Description

燃料组件下管座与燃料棒间隙自动化测量的装置

技术领域

本发明涉及一种尺寸测量工具，具体而言，涉及一种燃料组件下管座与燃料棒间隙自动化测量的装置。

背景技术

燃料组件包括多个燃料棒和下管座，生产燃料组件时，需要测量燃料组件中燃料棒与下管座的间隙。若使用塞尺测量，当靠近外侧的燃料棒与下管座的间隙大于内侧的间隙时，塞尺可以深入内侧测量；但是，当外侧的间隙小于内侧的间隙时，塞尺只能测量外侧的间隙，而不能深入内侧测量。这就可能造成测量数据的不充分，甚至遗漏内侧的测量数据。

此外，当核燃料组件在结构设计上控制燃料棒与下管座间有较大的间隙时，使用通、止量块做上下限的定性检查，无法定量给出间隙尺寸，且止规量块检查会存在明显的干涉，有明显的遗漏位置无法检查。当核燃料组件在结构设计上控制燃料棒与下管座间仅保留较小空间时，棒束何下管座对通、止量块干涉严重，目前仍没有针对该间隙的检测和测量方法。

现有技术CN106767319B公开了一种组件燃料棒间隙测量规及使用方法，通过在模拟下管座和模拟下管座基准板上设置开孔，将间隙测量销钉卡在模拟下管座与模拟下管座基准板之间，用手向待测组件燃料棒的方向推间隙测量销钉的小头端，直至所有的间隙测量销钉均推不动为止，然后观察间隙测量销钉小头端与模拟下管座的后表面的相对位置，来判断间隙测量是否合格。该技术方案主要用于检测间隙是否合格，对间隙值的大小需要进行间接测量，测量精度不高。且每个间隙均需手动测量，自动化程度较低。

鉴于以上技术问题，特推出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种燃料组件下管座与燃料棒间隙自动化测量的装置，用于提高测量精度和测量的自动化水水平。

为了实现上述目的，本发明一种燃料组件下管座与燃料棒间隙自动化测量的装置，燃料组件包括多个燃料棒和下管座，装置包括光学组件，光学组件用于检测下管座与燃料棒的间隙，生成间隙图像；驱动组件，驱动组件可安装光学组件，驱动组件驱动光学组件依次伸入间隙空间内，使光学组件依次生成多个图像；图像对比处理组件，与光学组件连接，图像从光学组件传输至图像对比处理组件进行分析，以获得下管座与多个燃料棒的间隙值。

进一步的，光学组件包括微焦镜头和镜头延伸杆，镜头延伸杆的两端分别与微焦镜头和驱动组件连接。

进一步的，光学组件还包括光学模组，光学模组与镜头延伸杆连接，控制生成所述图像。

进一步的，驱动组件包括X轴直线模组和Y轴直线模组，X轴直线模组和Y轴直线模组在水平方向上互相垂直且交叠设置。

进一步的，X轴直线模组包括第一滑块，Y轴直线模组包括第二滑块，第一滑块上安装有Y轴直线模组；或第二滑块上安装有X轴直线模组。

进一步的，X轴直线模组还包括第一滑轨和第一驱动电机，第一滑块安装在第一滑轨上，并可沿第一滑轨移动，第一驱动电机固定在第一滑轨的端部；和/或Y轴直线模组还包括第二滑轨和第二驱动电机，第二滑块安装在第二滑轨上，并可沿第二滑轨移动，第二驱动电机固定在第二滑轨的端部。

进一步的，第一驱动电机驱动第一滑块带动Y轴直线模组沿第一滑轨移动；或第二驱动电机驱动第二滑块带动X轴直线模组沿第二滑轨移动。

进一步的，光学组件安装在第二滑块上，第二驱动电机驱动第二滑块带动光学组件沿第二滑轨移动；或光学组件安装在第一滑块上，第一驱动电机驱动第一滑块带动光学组件沿第一滑轨移动。

进一步的，第一驱动电机和/或第二驱动电机为伺服电机，第一驱动电机可驱动光学组件的微焦镜头沿X轴移动固定的距离，第二驱动电机可驱动光学组件的微焦镜头沿Y轴移动固定的距离。

进一步的，光学组件还包括成像校准板，成像校准板与微焦镜头相邻，微焦镜头拍摄成像校准板以校准测量精度。

进一步的，光学组件还包括防撞感应元件，防撞感应元件防止微焦镜头与燃料组件发生干涉或碰撞。

进一步的，装置还包括安装组件，驱动组件安装在安装组件上。

进一步的，安装组件包括回转基板，驱动组件安装在回转基板上。

进一步的，安装组件还包括安装底座，回转基板通过齿轮轴承组件与安装底座连接。

进一步的，齿轮轴承组件包括回转轴承，回转轴承通过回转轴承底座分别与回转基板和安装底座连接。

进一步的，齿轮轴承组件还包括回转齿轮，回转齿轮旋转传动回转轴承使回转基板相对于安装底座转动。

进一步的，安装组件还包括定位销柱，回转基板包括中心孔，定位销柱穿过中心孔。

进一步的，定位销柱的一端与燃料组件连接，另一端与安装底座连接。

应用本发明的技术方案，至少实现了如下有益效果：

1、本装置用程序控制驱动组件使得光学组件自动测量间隙，可实现自动检测、数据评价以及结果输出，操作简易，自动化程度高；

2、本装置通过图像对比处理组件得出的测量结果数值精确度较高，且可以将间隙数值与各燃料棒的位置准确匹配，便于定位间隙偏差较大的燃料棒；

3、本装置通过采用可控制旋转角度的回转基板和防撞感应元件，以解决燃料组件与微焦镜头发生干涉或碰撞的情况；

4、本装置可以对得到的燃料组件各间隙数值进行分析，如对比各列燃料棒的间隙偏差，实现对组装工艺稳定性的侧面监测。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了燃料组件下管座与燃料棒间隙示意图；

图2示出了本发明实施例的装置示意图；

图3示出了本发明实施例的装置侧视图；

图4示出了本发明实施例的装置剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、燃料组件；11、燃料棒；12、下管座；13、间隙；2、光学组件；21、微焦镜头；22、镜头延伸杆；23、光学模组；3、驱动组件；4、X轴直线模组；41、第一滑块；42、第一滑轨；43、第一驱动电机；5、Y轴直线模组；51、第二滑块；52、第二滑轨；53、第二驱动电机；6、成像校准板；7、防撞感应元件；8、安装组件；81、回转基板；82、安装底座；83、定位销柱；9、齿轮轴承组件；91、回转轴承；92、回转轴承底座；93、回转齿轮。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。术语“包括”在使用时表明存在特征，但不排除存在或增加一个或多个其它特征；术语“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例：

当前在测量燃料组件燃料棒与下管座间隙时缺乏合适的技术方案，本发明提出一种燃料组件下管座与燃料棒间隙自动化测量的装置，用程序控制驱动组件使得光学组件自动测量间隙，可实现自动检测、数据评价以及结果输出。

如图1所示，燃料组件1包括多个燃料棒11和下管座12，本装置用于检测下管座12与燃料棒11的间隙13。

如图2和图3所示，本装置主要包括光学组件2、驱动组件3以及图像对比处理组件。光学组件2用于检测间隙13，并生成间隙图像。驱动组件3上可以安装光学组件2，驱动组件3驱动光学组件2依次伸入各间隙13空间内，使光学组件2依次生成多个图像。图像对比处理组件与光学组件2连接，图像从光学组件2传输至图像对比处理组件进行分析，以获得下管座12与多个燃料棒11的间隙值。

具体来说，光学组件2包括微焦镜头21、镜头延伸杆22和光学模组23，镜头延伸杆22的两端分别与微焦镜头21和光学模组23连接，微焦镜头21伸入间隙空间内采集图像，采用光学模组23控制生成图像。光学组件2通过光学模组23连接在驱动组件3上。

此外，光学组件2还包括成像校准板6和防撞感应元件7，成像校准板6与微焦镜头21相邻，微焦镜头21拍摄成像校准板6以校准测量精度。防撞感应元件7用于防止微焦镜头21与燃料组件1发生干涉或碰撞。

在本申请中的驱动组件3包括X轴直线模组4和Y轴直线模组5，X轴直线模组4和Y轴直线模组5在水平方向上互相垂直且交叠设置。

具体来说，X轴直线模组4包括第一滑块41、第一滑轨42和第一驱动电机43，第一滑块41安装在第一滑轨42上，并可沿第一滑轨42移动，第一驱动电机43固定在第一滑轨42的端部。Y轴直线模组5包括第二滑块51、第二滑轨52和第二驱动电机53，第二滑块51安装在第二滑轨52上，并可沿第二滑轨52移动，第二驱动电机53固定在第二滑轨52的端部。

在本实施例中，在第一滑块41上安装有Y轴直线模组5，第一驱动电机43驱动第一滑块41带动Y轴直线模组5沿第一滑轨42移动，光学组件2安装在第二滑块51上，第二驱动电机53驱动第二滑块51带动光学组件2沿第二滑轨52移动。

在本申请的其他实施例中，也可以在第二滑块51上安装有X轴直线模组4，第二驱动电机53驱动第二滑块51带动X轴直线模组4沿第二滑轨52移动。光学组件2安装在第一滑块41上，第一驱动电机43驱动第一滑块41带动光学组件2沿第一滑轨42移动。

优选地，第一驱动电机43和/或第二驱动电机53为伺服电机，第一驱动电机43可驱动光学组件2的微焦镜头21沿X轴移动固定的距离，第二驱动电机53可驱动光学组件2的微焦镜头21沿Y轴移动固定的距离。这样，提前输入程序控制第一驱动电机43和/或第二驱动电机53，可使得微焦镜头按照指定路线依次在燃料组件各燃料棒与下管座间隙中依次移动进行自动测量。本装置可实现自动检测、数据评价以及结果输出，操作简易，自动化程度高。

此外，本装置还包括安装组件8，驱动组件3安装在安装组件8上。安装组件8包括回转基板81和安装底座82，驱动组件3安装在回转基板81上，回转基板81通过齿轮轴承组件9与安装底座82连接。

具体来讲，齿轮轴承组件9包括回转轴承91、回转齿轮93和回转轴承底座92，回转轴承91通过回转轴承底座92与回转基板81和安装底座82连接，回转齿轮93旋转传动回转轴承91，使回转基板81相对于安装底座82转动。优选地，可用程序控制回转齿轮93的转动圈数，通过计算可以较为精确地控制回转基板81相对于安装底座82转动的角度。

优选地，安装组件8还包括定位销柱83，回转基板81包括中心孔，定位销柱83穿过中心孔。定位销柱83的一端与燃料组件1连接，另一端与安装底座82连接，使得燃料组件1相对于安装底座82的位置不变。

由上，本装置在测量过程中的具体实施方案如下：

参考图1-图3，待检测产品为燃料组件，检测涉及的部件包含了264支燃料棒，24支导向管部件、1支仪表管以及1件下管座，下管座和燃料棒下端塞采用了新型的结构，下管座加工264个小凸台伸入燃料棒下端塞的凹槽内，使得燃料棒端塞下端面和下管座凸台基面的间隙难以检测。相关部件已组装完毕形成一体的产品。使用本申请的燃料组件下管座与燃料棒间隙自动化测量的装置，具体步骤如下：

(1)将燃料组件吊装安放在定位销柱上，保证燃料组件的位置固定和平稳；

(2)将X轴直线模组和Y轴直线模组在原点复位并初始化；

(3)微焦镜头拍摄成像校准板进行成像分析精度的校准，以保证图像对比处理组件分析得出的结果准确；

(4)根据程序设置的拍照位置，Y轴直线模组的第二驱动电机带动微焦镜头深入到燃料棒与下管座间隙空间内，实现定位拍照，并每次移动距离12.6mm；

(5)完成一排燃料棒的成像检测后，Y轴直线模组的第二驱动电机驱动微焦镜头归位；

(6)X轴直线模组的第一驱动电机驱动微焦镜头依次12.6mm移动，并重复以上步骤(4)和(5)，共计完成共计17列燃料棒的间隙检测；

(8)通过控制回转齿轮旋转，回转齿轮轴承带动驱动组件和光学组件旋转180°；

(9)重复以上步骤(4)、(5)、(6)，以便检测对侧微焦镜头与导向管部件干涉而无法检测的燃料棒。本装置通过采用可控制旋转角度的回转基板和防撞感应元件，以解决燃料组件与微焦镜头发生干涉或碰撞的情况。

本申请经过图像对比处理组件得出的测量结果数值精确较高，可以达到0.1mm。且可以将测量结果的间隙数值与各燃料棒的位置准确匹配，便于定位间隙偏差较大的燃料棒。此外，测量结果稳定保存并对得到的燃料组件各间隙数值进行分析，如对比各列燃料棒的间隙偏差，从而实现对组装工艺稳定性的侧面监测。

总之，从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现如下技术效果：1、本装置用程序控制驱动组件使得光学组件自动测量间隙，可实现自动检测、数据评价以及结果输出，操作简易，自动化程度高；2、本装置通过图像对比处理组件得出的测量结果数值精确度较高，且可以将间隙数值与各燃料棒的位置准确匹配，便于定位间隙偏差较大的燃料棒；3、本装置通过采用可控制旋转角度的回转基板和防撞感应元件，以解决燃料组件与微焦镜头发生干涉或碰撞的情况；4、本装置可以对得到的燃料组件各间隙数值进行分析，如对比各列燃料棒的间隙偏差，实现对组装工艺稳定性的侧面监测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种燃料组件下管座与燃料棒间隙自动化测量的装置，所述燃料组件(1)包括多个燃料棒(11)和下管座(12)，其特征在于：所述装置包括光学组件(2)，所述光学组件(2)用于检测所述下管座(12)与所述燃料棒(11)的间隙(13)，生成间隙图像；

驱动组件(3)，所述驱动组件(3)可安装所述光学组件(2)，所述驱动组件(3)驱动所述光学组件(2)依次伸入所述间隙(13)空间内，使所述光学组件(2)依次生成多个所述图像；

图像对比处理组件，与所述光学组件(2)连接，所述图像从所述光学组件(2)传输至所述图像对比处理组件进行分析，以获得所述下管座(12)与多个所述燃料棒(11)的间隙值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光学组件(2)包括微焦镜头(21)和镜头延伸杆(22)，所述镜头延伸杆(22)的两端分别与所述微焦镜头(21)和所述驱动组件(3)连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述光学组件(2)还包括光学模组(23)，所述光学模组(23)与所述镜头延伸杆(22)连接，控制生成所述图像。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述驱动组件(3)包括X轴直线模组(4)和Y轴直线模组(5)，所述X轴直线模组(4)和所述Y轴直线模组(5)在水平方向上互相垂直且交叠设置。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述X轴直线模组(4)包括第一滑块(41)，所述Y轴直线模组(5)包括第二滑块(51)，所述第一滑块(41)上安装有所述Y轴直线模组(5)；或所述第二滑块(51)上安装有所述X轴直线模组(4)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述X轴直线模组(4)还包括第一滑轨(42)和第一驱动电机(43)，所述第一滑块(41)安装在所述第一滑轨(42)上，并可沿所述第一滑轨(42)移动，所述第一驱动电机(43)固定在所述第一滑轨(42)的端部；和/或

所述Y轴直线模组(5)还包括第二滑轨(52)和第二驱动电机(53)，所述第二滑块(51)安装在所述第二滑轨(52)上，并可沿所述第二滑轨(52)移动，所述第二驱动电机(53)固定在所述第二滑轨(52)的端部。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述第一驱动电机(43)驱动所述第一滑块(41)带动所述Y轴直线模组(5)沿所述第一滑轨(42)移动；或所述第二驱动电机(53)驱动所述第二滑块(51)带动所述X轴直线模组(4)沿所述第二滑轨(52)移动。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述光学组件(2)安装在所述第二滑块(51)上，所述第二驱动电机(53)驱动所述第二滑块(51)带动所述光学组件(2)沿所述第二滑轨(52)移动；或

所述光学组件(2)安装在所述第一滑块(41)上，所述第一驱动电机(43)驱动所述第一滑块(41)带动所述光学组件(2)沿所述第一滑轨(42)移动。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述第一驱动电机(43)和/或所述第二驱动电机(53)为伺服电机，所述第一驱动电机(43)可驱动所述光学组件(2)的所述微焦镜头(21)沿X轴移动固定的距离，所述第二驱动电机(53)可驱动所述光学组件(2)的所述微焦镜头(21)沿Y轴移动固定的距离。

10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述光学组件(2)还包括成像校准板(6)，所述成像校准板(6)与所述微焦镜头(21)相邻，所述微焦镜头(21)拍摄所述成像校准板(6)以校准测量精度。

11.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述光学组件(2)还包括防撞感应元件(7)，所述防撞感应元件(7)防止所述微焦镜头(21)与所述燃料组件(1)发生干涉或碰撞。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置还包括安装组件(8)，所述驱动组件(3)安装在所述安装组件(8)上。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述安装组件(8)包括回转基板(81)，所述驱动组件(3)安装在所述回转基板(81)上。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：所述安装组件(8)还包括安装底座(82)，所述回转基板(81)通过齿轮轴承组件(9)与所述安装底座(82)连接。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：所述齿轮轴承组件(9)包括回转轴承(91)，所述回转轴承(91)通过回转轴承底座(92)分别与所述回转基板(81)和所述安装底座(82)连接。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：所述齿轮轴承组件(9)还包括回转齿轮(93)，所述回转齿轮(93)旋转传动所述回转轴承(91)使所述回转基板(81)相对于所述安装底座(82)转动。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：所述安装组件(8)还包括定位销柱(83)，所述回转基板(81)包括中心孔，所述定位销柱(83)穿过所述中心孔。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于：所述定位销柱(83)的一端与所述燃料组件(1)连接，另一端与所述安装底座(82)连接。

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