CN117649956A - 一种控制棒导向筒开口销销孔检查装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制棒导向筒开口销销孔检查装备，它包括全向移动本体、二维定位模块、视觉检测模块、车载传感模块、控制系统以及辅助投放装置，全向移动本体中间镂空用以搭载其它模块；二维定位模块包括X轴驱动机构和Y轴驱动机构，安装于全向移动本体；视觉检测模块包括Z轴驱动机构和视觉检测探头，垂直安装于二维定位模块；车载传感模块包括云台相机、激光雷达、惯性导航仪、气压传感器；控制系统包括控制柜和车载控制系统。二维定位模块采用纵向内嵌式设计，Y轴底座镂空下沉；视觉检测模块采用气动和电动混合驱动方式，实现两级伸缩，初始高度低，满足定位精度，可以实现在高度受限的上堆芯板下方进行控制棒导向筒开口销的在役检查。

Description

一种控制棒导向筒开口销销孔检查装备

技术领域

本发明属于核电检测设备领域，特别涉及一种控制棒导向筒开口销销孔检查装备。

背景技术

核电站反应堆控制棒导向筒(CRGT)的主要功能是对控制棒束的步进运动起导向作用，确保落棒时间满足核安全要求。在核电站电站运行一定时间后，会定期进行控制棒导向卡磨损量检查，磨损量如超出规定要求则将进行整跟控制棒导向筒更换。在控制棒导向筒更换过程中，控制棒导向筒底部的两个开口销需拔出上栅格板，由于老化、卡涩等因素影响，此过程存在开口销断裂、销孔受损风险的情况，但由于底部作业空间狭小，已有的类似检查设备均需抬高上部堆内构件组件以增加作业空间，尚无有效原位检查上栅格板销孔的手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种可在约束空间下实现二维高精度定位和两级垂直升降的控制棒导向筒开口销销孔检测机器人，以满足控制棒导向筒开口销的在役检查。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种控制棒导向筒开口销销孔检查装备，它包括全向移动本体、二维定位模块、视觉检测模块、车载传感模块、控制系统以及辅助投放装置，所述全向移动本体中间镂空用以搭载其它模块；所述二维定位模块包括X轴驱动机构和Y轴驱动机构，安装于全向移动本体；所述视觉检测模块包括Z轴驱动机构和视觉检测探头，垂直安装于二维定位模块；所述车载传感模块包括云台相机、激光雷达、惯性导航仪、气压传感器；所述控制系统包括控制柜和车载控制系统。

另一种实施方式，所述全向移动本体包括驱动单元和车体；所述驱动单元安装于车体两个侧壁上并通过胶圈进行动密封；所述车体采用分体式加工，由中间壳体、滑台仓、车体上盖和车体底盘组成，各部分采用第一螺钉机械连接并通过胶圈进行静密封；所述全向移动本体前端与车体上盖均装有LED灯；所述车体上盖装有盖板，上盖尾部开有线槽；所述车体底板装有滤网；所述全向移动本体尾端装有线夹、吊环、防水插头。

另一种实施方式，所述驱动单元包括麦克纳姆轮、谐波减速器、盘式电机、输出法兰、联轴器，所述盘式电机与谐波减速器通过第二螺钉机械连接；所述谐波减速器与中间壳体通过第二螺钉机械连接，由谐波减速器将盘式电机的轴输入通过波发生器转变为法兰输出；所述输出法兰一端通过第二螺钉与谐波减速器机械连接另一端通过联轴器与麦克纳姆轮连接。

另一种实施方式，所述X轴驱动机构包括安装于二维定位模块固定板上的X轴滚珠丝杠移动模组、与所述模组平行安装的X轴导轨、与所述模组和导轨滑动连接的Y轴联动底板；X轴驱动电机同轴心安装于所述X轴模组尾端。

另一种实施方式，所述X轴驱动机构包括安装于二维定位模块固定板上的X轴滚珠丝杠移动模组、与所述模组平行安装的X轴导轨、与所述模组和导轨滑动连接的X轴底座；X轴驱动电机同轴心安装于所述X轴模组尾端。

另一种实施方式，所述Y轴驱动机构包括安装于X轴底座上的Y轴滚珠丝杠移动模组、与所述模组平行安装的Y轴导轨、与所述模组和导轨滑动连接的Y轴底座；所述Y轴驱动机构内嵌于X轴驱动机构并且与其保持垂直安装，Y轴驱动电机同轴心安装于所述Y轴模组尾端。

另一种实施方式，所述Z轴驱动机构包括气缸固定板、气缸、丝杠固定板、丝杠传动单元；所述气缸固定板一侧用于竖直安装气缸，另一侧通过安装法兰将Z轴驱动机构安装于所述Y轴底座；所述丝杠固定板一侧用于安装丝杠传动单元，另一侧通过螺钉与气缸活塞杆机械连接，丝杠固定板上装有平行于丝杠的Z轴导轨；Z轴驱动电机同轴心安装于丝杠传动单元尾端。

另一种实施方式，所述车载传感模块包括云台相机、激光雷达、惯性导航仪、气压传感器；所述云台相机和激光雷达分别安装于车体上盖的前端和尾端，并加装防水防辐照保护罩；所述惯性导航仪和气压传感器安装在全向移动本体密封腔内。

另一种实施方式，所述车载控制系统包括驱动器、交换机、电压转换器；所述驱动器安装在全向移动本体密封腔靠近麦克纳姆轮侧，通过螺钉与车体底盘固定；所述交换机安装在全向移动本体密封腔前侧，通过螺钉与车体底盘固定；所述电压转换器安装在全向移动本体密封腔后侧，通过安装轨道挂壁安装于滑台仓侧壁；所述控制柜采用琴台式控制柜，配有显示器与操作摇杆，内置高配置工控机、气泵、电磁阀，控制柜通过零重力脐带线缆与水下机器人的车载控制系统连接，用于提供动力和通讯信号。

另一种实施方式，所述辅助投放装置包括自动收放线缆装置、吊篮、长杆工具；机器人作业前借由反应堆水池天车吊装吊篮，实现机器人的投放与出篮检测。

本发明的有益效果在于：

本发明二维定位模块采用纵向内嵌式设计，Y轴底座镂空下沉；视觉检测模块采用气动和电动混合驱动方式，实现两级伸缩，初始高度低，满足定位精度，可以实现在高度受限的上堆芯板下方进行控制棒导向筒开口销的在役检查。

本发明视觉检测模块的一级升降模块采用气缸驱动，在进行开口销销孔内壁表面缺陷检测时，如出现电器件失灵的情况，可以通过气缸放气，实现视觉检测探头的安全撤离，保障作业安全，提高了维修效率，有利于销孔检查的重复性。

本发明的视觉检测模块采用机身自带柔性的视觉检测探头，并且安装高度可调，探头最大可以实现90°弯曲，保留一定的安装误差，在进行销孔内壁表面缺陷检查作业时可以避免探头出现卡死、剐蹭。

附图说明

图1为本发明工作场景示意图；

图2为本发明检测作业时外观示意图；

图3为本发明检测作业时外观示意图；

图4为本发明内部结构示意图；

图5为本发明琴台式控制柜示意图；

图6为本发明自动收放线缆装置的示意图；

图7为本发明吊篮的示意图；

图8为本发明长杆工具的示意图；

图中，1-全向移动本体，2-二维定位模块，3-视觉检测模块，4-车载传感模块，5-控制系统，6-辅助投放装置；

11-驱动单元，12-车体，13-LED灯，14-盖板，15-滤网，16-线槽，17-尾夹，18-吊环，19-防水快换插头；

111-麦克纳姆轮，112-谐波减速器，113-MAXON盘式电机，114-输出法兰，115-联轴器；

21-X轴驱动机构，22-Y轴驱动机构；

211-X轴滚珠丝杠移动模组，212-X轴导轨，213-X轴底座；

221-Y轴滚珠丝杠移动模组，222-Y轴导轨，223-Y轴底座；

31-Z轴驱动机构，32-视觉检测探头；

311-气缸固定板，312-气缸，313-丝杠固定板，314-丝杠传动单元，315-Z轴导轨；

41-云台相机，42-激光雷达，43-惯性导航仪，44-气压传感器；

51-驱动器，52-交换机，53-电压转换器，54-琴台式控制柜；

61-自动收放线缆装置，62-吊篮，63-长杆工具。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：

如图1-4所示，控制棒导向筒开口销销孔检查装备包括全向移动本体1、二维定位模块2、视觉检测模块3、车载传感模块4、控制系统5以及辅助投放装置6，全向移动本体1中间镂空用以搭载其它模块；二维定位模块2包括X轴驱动机构21和Y轴驱动机构22，安装于全向移动本体1；视觉检测模块3包括Z轴驱动机构31和视觉检测探头32，垂直安装于二维定位模块2；车载传感模块4包括云台相机41、激光雷达42、惯性导航仪43、气压传感器44；控制系统包括控制柜和车载控制系统。

全向移动本体1包括驱动单元11和车体12；驱动单元11安装于车体12两个侧壁上并通过胶圈进行动密封；车体12采用分体式加工，由中间壳体、滑台仓、车体上盖和车体底盘组成，降低了加工成本，缩短了加工周期，各部分采用M4螺钉机械连接并通过胶圈进行静密封；全向移动本体1前端与车体上盖均装有LED灯13，为车载云台摄像机41补充环境光源，同时保证视觉检测相机进行销孔检测作业前的精准定位；车体上盖装有盖板14，用以遮盖裸漏的螺钉，方便操作人员在机器人入水前与出水后的清点检查工作；车体底板装有滤网15，防止异物进入构件池；上盖尾部开有线槽16，用以固定气管与检测探头供电线缆；全向移动本体尾端装有尾夹17、吊环18、防水快换插头19，用以固定零重力线缆；电缆采用将通讯电缆、供电线缆、钢丝绳集束成一束的脐带线缆，外附浮力材料，实现其零重力的收放；线缆两端分别设置有用于电路、机械结构连接的快速插头，实现线缆的快速安装与更换。

驱动单元11包括麦克纳姆轮111、谐波减速器112、MAXON盘式电机113、输出法兰114、联轴器115，MAXON盘式电机113与谐波减速器112通过M3螺钉机械连接；谐波减速器112与中间壳体121通过M3螺钉机械连接，实现MAXON电机113与谐波减速器112的安装与固定，并由谐波减速器112将MAXON盘式电机113的轴输入通过波发生器转变为法兰输出；谐波减速器112减速比50，保证MAXON盘式电机113输出扭矩满足要求；输出法兰114一端通过M3螺钉与谐波减速器112机械连接另一端通过联轴器115与麦克纳姆轮连接111。

X轴驱动机构21包括安装于二维定位模块固定板上的X轴滚珠丝杠移动模组211、与模组平行安装的X轴导轨212、与模组和导轨滑动连接的X轴底座213；X轴驱动电机同轴心安装于X轴模组尾端。

Y轴驱动机构22包括安装于X轴底座213上的Y轴滚珠丝杠移动模组221、与模组平行安装的Y轴导轨222、与模组和导轨滑动连接的Y轴底座223；Y轴驱动机构22内嵌于X轴驱动机构21并且与其保持垂直安装，Y轴驱动电机同轴心安装于Y轴模组尾端。

Z轴驱动机构31包括气缸固定板311、气缸312、丝杠固定板313、丝杠传动单元314；气缸固定板311一侧用于竖直安装气缸312，另一侧通过安装法兰将Z轴驱动机构31安装于Y轴底座223；丝杠固定板313一侧用于安装丝杠传动单元314，另一侧通过螺钉与气缸活塞杆机械连接，丝杠固定板313上装有平行于丝杠的Z轴导轨315；Z轴驱动电机同轴心安装于丝杠传动单元尾端。

车载传感模块4包括云台相机41、激光雷达42、惯性导航仪43、气压传感器44；云台相机41和激光雷达42分别安装于车体上盖的前端和尾端，并加装防水防辐照保护罩，用以完成小车出篮后移动到初始检测位置的粗定位，并通过实时扫描测量机器人与四个上堆芯板支撑立柱的距离信息精准解算机器人位置信息；惯性导航仪43和气压传感器44安装在全向移动本体密封腔内；惯性导航仪43通过对机器人位姿及加速度进行积分处理，综合车轮驱动电机编码器输出的位置信息，动态解算出机器人位置信息，实现机器人的导航定位；气压传感器44实时测量车体密封腔内气压值，用以监测车体密封性。

车载控制系统5包括驱动器51、交换机52、电压转换器53；驱动器51安装在全向移动本体1密封腔靠近麦克纳姆轮111侧，通过螺钉与车体底盘固定，四组驱动器分别独立驱动四组电机，实现机器人的全向移动；交换机52安装在全向移动本体1密封腔前侧，通过螺钉与车体底盘固定，用以云台相机41和激光雷达42和上位机的通讯传输；电压转换器53安装在全向移动本体1密封腔后侧，通过安装轨道挂壁安装于滑台仓侧壁，用以将机器人本体供电高电压转换传输给LED照明等低电压模块；如图5所示，控制柜采用琴台式控制柜54，配有显示器与操作摇杆，内置高配置工控机、气泵、电磁阀，控制柜通过零重力脐带线缆与水下机器人的车载控制系统连接，用于提供动力和通讯信号。

如图6-8所示，辅助投放装置6包括自动收放线缆装置61、吊篮62、长杆工具63；机器人作业前借由反应堆水池天车吊装吊篮62，实现机器人的投放与出篮检测；吊篮中部装有模拟销孔，尺寸大小与水下销孔一样，在机器人入水前先做模拟实验，查看检测效果，吊篮侧板安装有两组滑轮，一组安装在侧板上端，另一组安装在位置较低的侧板下端，钢丝绳集束于脐带线缆并穿过两组滑轮，实现线缆的导向，结合自动收放线缆装置61的线缆长度以及张紧程度调整，从而避免机器人检查作业时出现线缆缠绕，在检查作业遇到突发情况时，也可通过此辅助工装实现机器人的快速定向回收，吊篮62底部设计有斜坡，便于机器人出篮检测；长杆63工具可以搭载耐辐照摄像机，操作人员随时可以利用其进行构件池的池边观察。

本发明的工作原理是：机器人本体在入水之前完成密封测试，首先通过气管向机器人内部充气，充气之后观察机器人浸泡之后是否有气泡冒出，并结合气压传感器44监测数值判别气压是否有变化。完成密封测试后，将控制柜54与机器人本体的机、电、气等进行连接，将机器人放入吊篮62内，通过吊篮62将全向移动本体1下放至池底，吊篮62配备带光源的云台相机，可实时监测水下环境以及机器人工作状态，并能够提供光照。到达池底后由MAXON电机驱动麦克纳姆轮111全向移动，利用激光雷达42实时扫描测量机器人与四个上堆芯板支撑立柱的距离信息精准解算机器人位置信息，结合惯性导航仪43通过对机器人位姿及加速度进行积分处理，综合车轮驱动电机编码器输出的位置信息，动态解算出机器人位置信息，实现机器人的初步导航定位，使机器人移动至待检测销孔位置，通过视觉检测模块3将销孔检测视频探头32送至销孔底部，在二维定位模块2的辅助下使探头轴线与销孔轴线对中，利用探头步进伸入销孔内部以获取销孔内壁图像，通过图像噪声预处理、内壁图像精准拼接以及销孔展开图像缺陷识别，实现销孔内壁全范围检查，检查过程可录像，皆在控制柜54完成。完成当前销孔检查后，再次利用视觉检测模块3探头收回，重复上述步骤，使机器人移动至下一个销孔处开展检查作业，直至完成对所有销孔的检查。遍历检查后，将机器人驶回至吊篮62，通过天车完成对机器人的回收。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制棒导向筒开口销销孔检查装备，其特征在于：它包括全向移动本体、二维定位模块、视觉检测模块、车载传感模块、控制系统以及辅助投放装置，所述全向移动本体中间镂空用以搭载其它模块；所述二维定位模块包括X轴驱动机构和Y轴驱动机构，安装于全向移动本体；所述视觉检测模块包括Z轴驱动机构和视觉检测探头，垂直安装于二维定位模块；所述车载传感模块包括云台相机、激光雷达、惯性导航仪、气压传感器；所述控制系统包括控制柜和车载控制系统。

2.根据权利要求1所述的控制棒导向筒开口销销孔检查装备，其特征在于：所述全向移动本体包括驱动单元和车体；所述驱动单元安装于车体两个侧壁上并通过胶圈进行动密封；所述车体采用分体式加工，由中间壳体、滑台仓、车体上盖和车体底盘组成，各部分采用第一螺钉机械连接并通过胶圈进行静密封；所述全向移动本体前端与车体上盖均装有LED灯；所述车体上盖装有盖板，上盖尾部开有线槽；所述车体底板装有滤网；所述全向移动本体尾端装有线夹、吊环、防水插头。

3.根据权利要求1或2所述的控制棒导向筒开口销销孔检查装备，其特征在于：所述驱动单元包括麦克纳姆轮、谐波减速器、盘式电机、输出法兰、联轴器，所述盘式电机与谐波减速器通过第二螺钉机械连接；所述谐波减速器与中间壳体通过第二螺钉机械连接，由谐波减速器将盘式电机的轴输入通过波发生器转变为法兰输出；所述输出法兰一端通过第二螺钉与谐波减速器机械连接另一端通过联轴器与麦克纳姆轮连接。

4.根据权利要求1所述的控制棒导向筒开口销销孔检查装备，其特征在于：所述X轴驱动机构包括安装于二维定位模块固定板上的X轴滚珠丝杠移动模组、与所述模组平行安装的X轴导轨、与所述模组和导轨滑动连接的Y轴联动底板；X轴驱动电机同轴心安装于所述X轴模组尾端。

5.根据权利要求1或4所述的控制棒导向筒开口销销孔检查装备，其特征在于：所述X轴驱动机构包括安装于二维定位模块固定板上的X轴滚珠丝杠移动模组、与所述模组平行安装的X轴导轨、与所述模组和导轨滑动连接的X轴底座；X轴驱动电机同轴心安装于所述X轴模组尾端。

6.根据权利要求1所述的控制棒导向筒开口销销孔检查装备，其特征在于：所述Y轴驱动机构包括安装于X轴底座上的Y轴滚珠丝杠移动模组、与所述模组平行安装的Y轴导轨、与所述模组和导轨滑动连接的Y轴底座；所述Y轴驱动机构内嵌于X轴驱动机构并且与其保持垂直安装，Y轴驱动电机同轴心安装于所述Y轴模组尾端。

7.根据权利要求1所述的控制棒导向筒开口销销孔检查装备，其特征在于：所述Z轴驱动机构包括气缸固定板、气缸、丝杠固定板、丝杠传动单元；所述气缸固定板一侧用于竖直安装气缸，另一侧通过安装法兰将Z轴驱动机构安装于所述Y轴底座；所述丝杠固定板一侧用于安装丝杠传动单元，另一侧通过螺钉与气缸活塞杆机械连接，丝杠固定板上装有平行于丝杠的Z轴导轨；Z轴驱动电机同轴心安装于丝杠传动单元尾端。

8.根据权利要求1或4所述的控制棒导向筒开口销销孔检查装备，其特征在于：所述车载传感模块包括云台相机、激光雷达、惯性导航仪、气压传感器；所述云台相机和激光雷达分别安装于车体上盖的前端和尾端，并加装防水防辐照保护罩；所述惯性导航仪和气压传感器安装在全向移动本体密封腔内。

9.根据权利要求1所述的控制棒导向筒开口销销孔检查装备，其特征在于：所述车载控制系统包括驱动器、交换机、电压转换器；所述驱动器安装在全向移动本体密封腔靠近麦克纳姆轮侧，通过螺钉与车体底盘固定；所述交换机安装在全向移动本体密封腔前侧，通过螺钉与车体底盘固定；所述电压转换器安装在全向移动本体密封腔后侧，通过安装轨道挂壁安装于滑台仓侧壁；所述控制柜采用琴台式控制柜，配有显示器与操作摇杆，内置高配置工控机、气泵、电磁阀，控制柜通过零重力脐带线缆与水下机器人的车载控制系统连接，用于提供动力和通讯信号。

10.根据权利要求1所述的控制棒导向筒开口销销孔检查装备，其特征在于：所述辅助投放装置包括自动收放线缆装置、吊篮、长杆工具；机器人作业前借由反应堆水池天车吊装吊篮，实现机器人的投放与出篮检测。