CN210720184U - 一种核反应堆零部件无接触探伤机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种核反应堆零部件无接触探伤机构，该探伤机构用于燃料组件中锆管的质量检测，所述检测机构包括装置台、设置在装置台上的锆管传递工位或容纳工位，还包括第二相机，所述第二相机用于拍摄锆管传递工位或容纳工位上锆管的端部，且所述第二相机为彩色相机。本检测机构用于锆管质量检测，可实现无接触式检测锆管端部封堵质量。

Description

一种核反应堆零部件无接触探伤机构

技术领域

本实用新型涉及零件检测技术领域，特别是涉及一种核反应堆零部件无接触探伤机构。

背景技术

核反应堆中，通常为：核燃料是把烧结的二氧化铀芯块，装到锆合金管(锆管)中，数百根装有芯块的锆合金管组装在一起，成为燃料组件。

锆管作为核燃料的包覆材料，起着防止核产物外逸的重要作用，属于核反应堆的关键部件。因此，为保证产品质量，确保反应堆的安全，针对锆管的制造，对其的几何尺寸、内部及表面缺陷等有十分严格的要求，区别于传统零件抽样质量检测，现有锆管在进行验收时，需要对每一根锆管均进行检测。

针对锆管的表面检测，如检测锆管表面的划痕，现有技术中主要采用非接触式的无损检测方法和人工肉眼观察方法完成，以上无损检测方法主要包括基于超声波的检测方法、基于涡流检测技术的检测方法。

对锆管质量检测技术做进一步优化，无疑会进一步保证锆管的质量。

实用新型内容

针对上述提出的对锆管质量检测技术做进一步优化，无疑会进一步保证锆管的质量的技术问题，本实用新型提供了一种核反应堆零部件无接触探伤机构。本探伤机构用于锆管质量检测，可实现无接触式检测锆管端部封堵质量。

针对上述问题，本实用新型提供的一种核反应堆零部件无接触探伤机构通过以下技术要点来解决问题：一种核反应堆零部件无接触探伤机构，该探伤机构用于燃料组件中锆管的质量检测，所述检测机构包括装置台、设置在装置台上的锆管传递工位或容纳工位，还包括第二相机，所述第二相机用于拍摄锆管传递工位或容纳工位上锆管的端部，且所述第二相机为彩色相机。

现有技术中，针对锆管的外部质量检测，所采用的无损检测方法具有如下特点：超声波探伤对缺陷的显示不直观，探伤技术难度大，容易受到主、客观因素的影响，探伤结果不便保存等；涡流检测的检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。

本方案提供了一种新的无接触式锆管端部封堵质量检测方案：在燃料组件具体制备过程或燃料封装过程中，需要将燃料芯块由锆管的端部填充于锆管中，而后采用端塞对锆管端部开孔进行封堵，端塞与锆管端部的连接方式一般采用焊接连接。在焊接区域，由于焊接热对焊接位置材料的影响，在热影响区域一般会生成如红、黄且颜色深度不同的氧化色，且具体焊接工艺影响颜色区域的具体颜色、颜色深浅、形状、分布位置等。本方案中，通过所述传递工位或容纳工位承载完成端部封装的锆管，通过第二相机对焊接位置进行彩色成像，这样，通过所获得的彩色图像作为反映焊接热影响区氧化色的载体，通过人工观察所述载体或通过AI自动识别等，利用所述彩色图像反映锆管端部的焊接质量，实现无接触式检测锆管端部封堵质量。

同时本方案结构简单，实现检测目的对锆管本身和人员均非常安全。

更进一步的技术方案为：

为实现锆管侧面外部质量检测，设置为：还包括设置在装置台上的轨道，所述轨道为直线型；

还包括安装在所述轨道上的行走小车，所述行走小车可沿着轨道做往复直线运动；

还包括安装在行走小车上的第一相机及轮廓仪；

所述锆管传递工位的传递方向、容纳工位的长度方向沿着轨道的延伸方向；

所述第一相机用于锆管外侧面成像，所述轮廓仪用于采集锆管外形轮廓数据；

行走小车在轨道上的位置变换后，第一相机及轮廓仪在锆管上对应的成像区域及数据采集区域均发生变换。本方案用于锆管侧面外部质量检测，主要用于如划痕检测等，具体的，第一相机用于对缺陷进行直观的定性，符合一般技术人员对锆管外侧进行肉眼缺陷判断，所述轮廓仪用于对所述缺陷进行量化，以明确锆管是否满足制造要求或使用要求：所述第一相机用于对锆管侧面进行成像，所述轮廓仪用于获得锆管侧面轮廓数据，相较于现有的人工肉眼缺陷判断，采用本方案，不仅不需要检查人员近距离长时间接触锆管，同时通过所述轮廓仪所获得数据，能够对具体缺陷进行量化，以准确的判断锆管是否满足使用要求或加工要求。设置为还包括导轨和用于承载第一相机和轮廓仪的行走小车，可利用导轨的延伸方向沿着锆管轴线方向的使用方式，使得所述第一相机和轮廓仪能够完成锆管不同轴线位置的图像和轮廓数据采集。区别于传统基于超声波的检测方法、基于涡流检测技术的检测方法，本方案反映缺陷直观、准确，且检测结果受其他因素影响小。

所述第一相机为黑白相机。本方案中，采用第一相机为黑白相机，不仅所获得的图像数据数据量更少，便于实现图像自动识别，同时，黑白相机在反映锆管侧面划痕数据时，相较于彩色相机，缺陷在图像中的反映更为突出，即在数据量、设置成本更低的情况下，可获得更为灵敏的缺陷标定。

作为一种具体的锆管在装置台上的可传递的实现方式，设置为：还包括传动机构，所述传递工位位于传动机构上：所述传动机构包括安装在装置台上的同步带轮及传动电机，所述同步带轮为多个，且同步带轮排列在一个直线列上，所述直线列与轨道平行；

相邻的两同步带轮之间均张设有同步带；

传动电机用于驱动任意同步带或任意同步带轮转动；

各同步带轮上还设置有与所在同步带轮同轴的传送轮，传送轮排列在一个直线列上，传送轮所在的直线列与轨道平行；

各传送轮的上表面均作为锆管的支撑工位，在传送轮转动过程中，实现锆管沿着传送轮所在的直线列传递。本方案中，即传送轮所在的直线列与导轨并排设置，这样，在锆管传递过程中或停留于传递工位上时，可利用第一相机和轮廓仪，完成锆管轴线方向上不同位置的图像采集和轮廓数据采集。采用本传动机构，本传动机构的结构设计旨在针对锆管一般较长的特点：如为3800mm，利用多个传送轮实现沿着锆管的轴线方向为锆管提供多点支撑；同时，传动机构的具体结构设计中，采用同步带和同步带轮实现多个传送轮的同步转动，这样可有效避免因为传送轮之间转动线速度不均而造成锆管相对于部分传送轮打滑，造成锆管在检测过程中产生新的划痕；采用本方案，由于传送轮之间具有锆管悬空段，且传送轮为锆管提供多点支撑、锆管可直线运动，这样，针对锆管侧面各个位置，可实现无死角图像采集和轮廓数据采集。

作为一种结构简单，可避免锆管在传送轮上发生轴向滑移的传送轮方案，设置为：所述传送轮上还设置有延伸方向沿着传送轮周向方向的环形槽，所述传送轮的支撑工位位于环形槽中。本方案在具体运用时，锆管下侧局部嵌入所述环形槽中，环形槽对锆管侧面的约束提供防滑移约束。

为增大环形槽对锆管的支撑面积，以减小锆管局部受力大小、方便实现锆管绕自身轴线翻转，设置为：环形槽的横截面呈半圆形。

为使得行走小车自主具有动力实现沿着轨道轴线位置的位置调整，设置为：所述行走小车上还设置有用于驱动行走小车沿着轨道运动的驱动机构。

现有技术中，所述轮廓仪的轮廓采集区域一般为一条线，而第一相机的采集区域为面，由于轮廓仪与第一相机随动，为在任意时刻获得更大的轮廓数据覆盖面积，以匹配第一相机的图像采集效率，利于整个方案的数据采集效率，设置为：所述轮廓仪的数量为多个，且轮廓仪相对于传递工位或容纳工位上的锆管环布。

为使得本方案具有驱动锆管绕自身轴线转动功能，以在第二相机位置固定、第一相机及轮廓仪仅做直线运动的情况下，即能够实现锆管外侧全面的质量检测，同时，使得锆管能够停留在装置台上特定位置，设置为：还包括设置在装置台上的翻转装置及限位装置，所述翻转装置用于实现锆管绕锆管自身轴线转动驱动，所述限位装置用于约束锆管的端部位置。

为对被检测的锆管实现个体区分，设置为：还包括用于对锆管个体进行识别的识别装置。本方案中，所述识别装置可基于条码、二维码等识别的方案，如在锆管上预先设定标定其身份的普通数字、字母喷码，条形一维码，二维码等。

本实用新型具有以下有益效果：

本方案提供了一种新的无接触式锆管端部封堵质量检测方案：在燃料组件具体制备过程或燃料封装过程中，需要将燃料芯块由锆管的端部填充于锆管中，而后采用端塞对锆管端部开孔进行封堵，端塞与锆管端部的连接方式一般采用焊接连接。在焊接区域，由于焊接热对焊接位置材料的影响，在热影响区域一般会生成如红、黄且颜色深度不同的氧化色，且具体焊接工艺影响颜色区域的具体颜色、颜色深浅、形状、分布位置等。本方案中，通过所述传递工位或容纳工位承载完成端部封装的锆管，通过第二相机对焊接位置进行彩色成像，这样，通过所获得的彩色图像作为反映焊接热影响区氧化色的载体，通过人工观察所述载体或通过AI自动识别等，利用所述彩色图像反映锆管端部的焊接质量，实现无接触式检测锆管端部封堵质量。

同时本方案结构简单，实现检测目的对锆管本身和人员均非常安全。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种核反应堆零部件无接触探伤机构一个具体实施例的结构示意图；

图2为图1所示A部的局部放大图；

图3为图2所示B部的局部放大图；

图4为图1所示C部的局部放大图；

图5为图1所示D部的局部放大图。

图中标记分别为：1、装置台，2、轨道，3、行走小车，4、第一相机，5、轮廓仪，6、传动机构，61、同步带，62、同步带轮，63、传送轮，64、传动电机，7、第二相机，8、识别装置，9、驱动机构，10、锆管，11、翻转装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1至图5所示，一种核反应堆零部件无接触探伤机构，该探伤机构用于燃料组件中锆管10的质量检测，所述检测机构包括装置台1、设置在装置台1上的锆管10传递工位或容纳工位，还包括第二相机7，所述第二相机7用于拍摄锆管10传递工位或容纳工位上锆管10的端部，且所述第二相机7为彩色相机。

现有技术中，针对锆管10的外部质量检测，所采用的无损检测方法具有如下特点：超声波探伤对缺陷的显示不直观，探伤技术难度大，容易受到主、客观因素的影响，探伤结果不便保存等；涡流检测的检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。

本方案提供了一种新的无接触式锆管10端部封堵质量检测方案：在燃料组件具体制备过程或燃料封装过程中，需要将燃料芯块由锆管10的端部填充于锆管10中，而后采用端塞对锆管10端部开孔进行封堵，端塞与锆管10端部的连接方式一般采用焊接连接。在焊接区域，由于焊接热对焊接位置材料的影响，在热影响区域一般会生成如红、黄且颜色深度不同的氧化色，且具体焊接工艺影响颜色区域的具体颜色、颜色深浅、形状、分布位置等。本方案中，通过所述传递工位或容纳工位承载完成端部封装的锆管10，通过第二相机7对焊接位置进行彩色成像，这样，通过所获得的彩色图像作为反映焊接热影响区氧化色的载体，通过人工观察所述载体或通过AI自动识别等，利用所述彩色图像反映锆管10端部的焊接质量，实现无接触式检测锆管10端部封堵质量。

同时本方案结构简单，实现检测目的对锆管10本身和人员均非常安全。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1至图5所示，为实现锆管10侧面外部质量检测，设置为：还包括设置在装置台1上的轨道2，所述轨道2为直线型；

还包括安装在所述轨道2上的行走小车3，所述行走小车3可沿着轨道2做往复直线运动；

还包括安装在行走小车3上的第一相机4及轮廓仪5；

所述锆管10传递工位的传递方向、容纳工位的长度方向沿着轨道2的延伸方向；

所述第一相机4用于锆管10外侧面成像，所述轮廓仪5用于采集锆管10外形轮廓数据；

行走小车3在轨道2上的位置变换后，第一相机4及轮廓仪5在锆管10上对应的成像区域及数据采集区域均发生变换。本方案用于锆管10侧面外部质量检测，主要用于如划痕检测等，具体的，第一相机4用于对缺陷进行直观的定性，符合一般技术人员对锆管10外侧进行肉眼缺陷判断，所述轮廓仪5用于对所述缺陷进行量化，以明确锆管10是否满足制造要求或使用要求：所述第一相机4用于对锆管10侧面进行成像，所述轮廓仪5用于获得锆管10侧面轮廓数据，相较于现有的人工肉眼缺陷判断，采用本方案，不仅不需要检查人员近距离长时间接触锆管10，同时通过所述轮廓仪5所获得数据，能够对具体缺陷进行量化，以准确的判断锆管10是否满足使用要求或加工要求。设置为还包括导轨和用于承载第一相机4和轮廓仪5的行走小车3，可利用导轨的延伸方向沿着锆管10轴线方向的使用方式，使得所述第一相机4和轮廓仪5能够完成锆管10不同轴线位置的图像和轮廓数据采集。区别于传统基于超声波的检测方法、基于涡流检测技术的检测方法，本方案反映缺陷直观、准确，且检测结果受其他因素影响小。

所述第一相机4为黑白相机。本方案中，采用第一相机4为黑白相机，不仅所获得的图像数据数据量更少，便于实现图像自动识别，同时，黑白相机在反映锆管10侧面划痕数据时，相较于彩色相机，缺陷在图像中的反映更为突出，即在数据量、设置成本更低的情况下，可获得更为灵敏的缺陷标定。

作为一种具体的锆管10在装置台1上的可传递的实现方式，设置为：还包括传动机构6，所述传递工位位于传动机构6上：所述传动机构6包括安装在装置台1上的同步带轮62及传动电机64，所述同步带轮62为多个，且同步带轮62排列在一个直线列上，所述直线列与轨道2平行；

相邻的两同步带轮62之间均张设有同步带61；

传动电机64用于驱动任意同步带61或任意同步带轮62转动；

各同步带轮62上还设置有与所在同步带轮62同轴的传送轮63，传送轮63排列在一个直线列上，传送轮63所在的直线列与轨道2平行；

各传送轮63的上表面均作为锆管10的支撑工位，在传送轮63转动过程中，实现锆管10沿着传送轮63所在的直线列传递。本方案中，即传送轮63所在的直线列与导轨并排设置，这样，在锆管10传递过程中或停留于传递工位上时，可利用第一相机4和轮廓仪5，完成锆管10轴线方向上不同位置的图像采集和轮廓数据采集。采用本传动机构6，本传动机构6的结构设计旨在针对锆管10一般较长的特点：如为3800mm，利用多个传送轮63实现沿着锆管10的轴线方向为锆管10提供多点支撑；同时，传动机构6的具体结构设计中，采用同步带61和同步带轮62实现多个传送轮63的同步转动，这样可有效避免因为传送轮63之间转动线速度不均而造成锆管10相对于部分传送轮63打滑，造成锆管10在检测过程中产生新的划痕；采用本方案，由于传送轮63之间具有锆管10悬空段，且传送轮63为锆管10提供多点支撑、锆管10可直线运动，这样，针对锆管10侧面各个位置，可实现无死角图像采集和轮廓数据采集。

作为一种结构简单，可避免锆管10在传送轮63上发生轴向滑移的传送轮63方案，设置为：所述传送轮63上还设置有延伸方向沿着传送轮63周向方向的环形槽，所述传送轮63的支撑工位位于环形槽中。本方案在具体运用时，锆管10下侧局部嵌入所述环形槽中，环形槽对锆管10侧面的约束提供防滑移约束。

为增大环形槽对锆管10的支撑面积，以减小锆管10局部受力大小、方便实现锆管10绕自身轴线翻转，设置为：环形槽的横截面呈半圆形。

为使得行走小车3自主具有动力实现沿着轨道2轴线位置的位置调整，设置为：所述行走小车3上还设置有用于驱动行走小车3沿着轨道2运动的驱动机构9。

现有技术中，所述轮廓仪5的轮廓采集区域一般为一条线，而第一相机4的采集区域为面，由于轮廓仪5与第一相机4随动，为在任意时刻获得更大的轮廓数据覆盖面积，以匹配第一相机4的图像采集效率，利于整个方案的数据采集效率，设置为：所述轮廓仪5的数量为多个，且轮廓仪5相对于传递工位或容纳工位上的锆管10环布。

为使得本方案具有驱动锆管10绕自身轴线转动功能，以在第二相机7位置固定、第一相机4及轮廓仪5仅做直线运动的情况下，即能够实现锆管10外侧全面的质量检测，同时，使得锆管10能够停留在装置台1上特定位置，设置为：还包括设置在装置台1上的翻转装置11及限位装置，所述翻转装置11用于实现锆管10绕锆管10自身轴线转动驱动，所述限位装置用于约束锆管10的端部位置。

实施例3：

本实施例在实施例1或2提供的任意一个技术方案的基础上做进一步限定：为对被检测的锆管10实现个体区分，设置为：还包括用于对锆管10个体进行识别的识别装置8。本方案中，所述识别装置8可基于条码、二维码等识别的方案，如在锆管10上预先设定标定其身份的普通数字、字母喷码，条形一维码，二维码等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种核反应堆零部件无接触探伤机构，该检测机构用于燃料组件中锆管(10)的质量检测，所述检测机构包括装置台(1)、设置在装置台(1)上的锆管(10)传递工位或容纳工位，其特征在于，还包括第二相机(7)，所述第二相机(7)用于拍摄锆管传递工位或容纳工位上锆管(10)的端部，且所述第二相机(7)为彩色相机。

2.根据权利要求1所述的一种核反应堆零部件无接触探伤机构，其特征在于，还包括设置在装置台(1)上的轨道(2)，所述轨道(2)为直线型；

还包括安装在所述轨道(2)上的行走小车(3)，所述行走小车(3)可沿着轨道(2)做往复直线运动；

还包括安装在行走小车(3)上的第一相机(4)及轮廓仪(5)；

所述锆管传递工位的传递方向、容纳工位的长度方向沿着轨道(2)的延伸方向；

所述第一相机(4)用于锆管(10)外侧面成像，所述轮廓仪(5)用于采集锆管(10)外形轮廓数据；

行走小车(3)在轨道(2)上的位置变换后，第一相机(4)及轮廓仪(5)在锆管(10)上对应的成像区域及数据采集区域均发生变换。

3.根据权利要求2所述的一种核反应堆零部件无接触探伤机构，其特征在于，所述第一相机(4)为黑白相机。

4.根据权利要求2所述的一种核反应堆零部件无接触探伤机构，其特征在于，还包括传动机构(6)，所述传递工位位于传动机构(6)上：所述传动机构(6)包括安装在装置台(1)上的同步带轮(62)及传动电机(64)，所述同步带轮(62)为多个，且同步带轮(62)排列在一个直线列上，所述直线列与轨道(2)平行；

相邻的两同步带轮(62)之间均张设有同步带(61)；

传动电机(64)用于驱动任意同步带(61)或任意同步带轮(62)转动；

各同步带轮(62)上还设置有与所在同步带轮(62)同轴的传送轮(63)，传送轮(63)排列在一个直线列上，传送轮(63)所在的直线列与轨道(2)平行；

各传送轮(63)的上表面均作为锆管(10)的支撑工位，在传送轮(63)转动过程中，实现锆管(10)沿着传送轮(63)所在的直线列传递。

5.根据权利要求4所述的一种核反应堆零部件无接触探伤机构，其特征在于，所述传送轮(63)上还设置有延伸方向沿着传送轮(63)周向方向的环形槽，所述传送轮(63)的支撑工位位于环形槽中。

6.根据权利要求5所述的一种核反应堆零部件无接触探伤机构，其特征在于，环形槽的横截面呈半圆形。

7.根据权利要求4所述的一种核反应堆零部件无接触探伤机构，其特征在于，所述行走小车(3)上还设置有用于驱动行走小车(3)沿着轨道(2)运动的驱动机构(9)。

8.根据权利要求4所述的一种核反应堆零部件无接触探伤机构，其特征在于，所述轮廓仪(5)的数量为多个，且轮廓仪(5)相对于传递工位或容纳工位上的锆管(10)环布。

9.根据权利要求4所述的一种核反应堆零部件无接触探伤机构，其特征在于，还包括设置在装置台(1)上的翻转装置(11)及限位装置，所述翻转装置(11)用于实现锆管(11)绕锆管(11)自身轴线转动驱动，所述限位装置用于约束锆管(10)的端部位置。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的一种核反应堆零部件无接触探伤机构，其特征在于，还包括用于对锆管(10)个体进行识别的识别装置(8)。

Images