DE69104136T2

DE69104136T2 - Verfahren und Gerät zum Messen des Durchmessers von Brennstofftabletten mit Laserabtastung.

Info

Publication number: DE69104136T2
Application number: DE69104136T
Authority: DE
Inventors: John Thomas Digrande; David Vincent Lambert
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2011-05-30
Also published as: EP0462431A3; CN1027100C; JPH04232499A; EP0462431A2; EP0462431B1; ES2058986T3; CN1057521A; US5043588A; DE69104136D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Durchmesserprüfung von Kernbrennstofftabletten, und mehr im einzelnen ein Gerät und ein Verfahren zur Laserabtastung von Tabletten zur Messung des Tablettendurchmessers in einer Tablettenfertigungsstraße.
Eine Kernbrennstofftablette mit durchmessermäßigen Übermaß oder Untermaß kann die Effizienz und die Kosten der Fertigung von Kernbrennstäben stark beeinträchtigen. Die Tablette mit Übermaßdurchmesser kann die Einführungsöffnung des Brennstabs verstopfen, so daß das Bedienungspersonal die Tabletteneinfüllvorrichtung abschalten, die Übermaßtablette herausziehen, und/oder den beeinträchtigten Brennstab wieder richtig plazieren muß. Diese Korrekturmaßnahme vergeudet beträchtliche Fertigungszeit. Zusätzlich kann eine Übermaß-Brennstofftablette die vorzeitige und kostspielige Erneuerung eines Kernbrennstabs im Reaktorkern einer Kernkraftanlage erfordern. Wenn eine Tablette zu groß ist, wird der Spalt zwischen Tablette und Hüilrohr verringert, was zu übermäßigen Beanspruchtungen in der Hülle und zu einem möglichen Bruch des Brennstabs während des Betriebs des Peaktorkerns führt. Andererseits verringern Untermaßtabletten die Brennstabeffizienz, weil nicht die optimale Brennstoffmenge im Brennstab vorhanden ist.
In der Vergangenheit sind die Durchmesser von Tabletten zufällig in zwei getrennten Stufen des Fertigungsprozesses geprüft worden. Zuerst wird eine Tablette pro Tablett auf DurchmesserÜbermaß/Untermaß mit einem Handmikrometer durch Qualitätsprüfpersonal geprüft, und die offiziellen Ergebnisse werden aufgezeichnet. Zum zweiten werden die Tabletten durch Zufallsauswahl von einer Bedienungsperson mit einem handbetätigten Mikrometer geprüft, wenn die Tabletten die Schleifstation verlassen. Die Toleranz für den Tablettendurchmesser beträgt plus oder minus 0,0005 Zoll (1 Zoll = 2,54 cm) vom Nennmaß. Solche Messungen werden vom Prüfpersonal notiert, aber nicht aufbewahrt, da sie lediglich zur Sicherstellung einer richtigen Schleifmaschineneinstellung verwendet werden.
In neuerer Zeit hat sich statt der Durchführung von Zufallsprüfungen ein Bedarf nach 100%-iger Prüfung der erzeugten Tabletten entwickelt. Ein gegenwärtig verwendetes Prüfsystem verwendet eine Tablettentransportvorrichtung in Verbindung mit einem Laserabtastgerät zum Abtasten der Tabletten mit einem Laserstrahl zum Messen und Nachweisen von Übermaß- und Untermaßtabletten, während sie stirnseitig aneinanderstoßend in einer Reihe von der Schleifstation zu einem Tablettenspeichertablett verschoben werden. Ein solches System ist aus der US-A-4 532 723 bekannt. Jedoch hat dieses System mehrere Nachteile, die das Erreichen zufriedenstellender Ergebnisse verhindern.
Ein Nachteil besteht darin, daß die Tablettentransportvorrichtung zum Verschieben der langen Tablettenreihe die Reihe durch Ergreifen der hintersten Tablette in der Reihe schieben muß. Das Schieben vom hinteren Ende der Tablettenreihe her bedingt typischerweise eine Aufwärtswölbung einiger der Tabletten in der Mitte der Reihe. Eine solche Wölbung führt zu ungenauen Durchmessermessungen und einer falschen Anzeige von Übermaßtabletten.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Tablettentransportvorrichtung ein umlaufendes Schwungrad aufweist, das mit seinem Umfang über ein Kuppelglied mit einem hin- und hergehenden Schlitten zum Antrieb der Schlitten und eines daran montierten Tablettengreifmechanismus über Antriebs- und Rückholhübe verbunden ist. Die ständige Drehbewegung des Schwungrads wird in eine hin- und hergehende Schlittenbewegung mit ungleichförmiger bzw. nicht konstanter Geschwindigkeit umgesetzt. Tabletten in der Mitte der Tablettenreihe bewegen sich an dem Laser mit höherer Geschwindigkeit vorbei als Tabletten an den beiderseitigen Enden der Reihe, so daß der Laser nur eine Messung für jede Tablette im mittleren Bereich vornehmen kann.
Folglich bewegen sich nicht alle Tabletten mit der gleichen Geschwindigkeit am Meßlaser vorbei, was die Genauigkeit und die Anzahl der genommenen Ablesungen verringert. Da nur ein lokales Durchmesserübermaß an einer der Tabletten notwendig ist, um Probleme bei der nachfolgenden Einführung in den Brennstab zu erzeugen und Spannungen in der Brennstabhülle zu vergrößern, stellt eine Verringerung der Anzahl von Meßablesungen gerade das Gegenteil von dem dar, was eigentlich verlangt wird.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß der Laserstrahl senkrecht zu den Achsen und zur Bewegungsrichtung der Tabletten ausgerichtet ist. Eine solche Orientierung läßt die Abschrägungen an den beiderseitigen Stirnenden benachbarter Tabletten als verringerter bzw. Untermaßtablettendurchmesser erscheinen und ergibt dadurch falsche Ablesungen. Die Abschrägungen können eine Nenndurchmesserablesung um bis zu 40 Mil (1 Mil = 25,4 Mikrometer) verringern, wenn der Abtaster einen Laserstrahl senkrecht zur Mittelachse der Tablette emittiert.
Infolgedessen besteht ein Bedarf, den Tablettentransport und die Messung der Tablettendurchmesser auf andere Weise zu bewerkstelligen, um die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Laserabtaster-Tablettendurchmessermeßgerät und ein Verfahren, die Bestandteil eines verbesserten Tablettenprüfsystems sind, das zur Bewältigung der oben beschriebenen Nachteile und zur Befriedigung der oben erwähten Bedürfnisse ausgelegt ist. Außer dem Laserabtast-Tablettendurchmessermeßgerät und dem Verfahren weist das verbesserte Tablettenprüfsystem außerdem eine Tablettentransporteinrichtung und ein Verfahren auf, das Gegenstand einer weiteren Patentanmeldung ist. Obwohl die vorliegende Erfindung und dieser Gegenstand vorteilhafterweise im gleichen Tablettenprüfsystem eingesetzt werden und daher beide zur Erleichterung eines vollständigen und richtigen Verständnisses der vorliegenden Erfindung hier dargestellt und beschrieben sind, ist klar, daß die vorliegende Erfindung und der genannte Gegenstand auch gesondert verwendbar sind.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf ein Tablettendurchmesserprüfsystem gerichtet, das aufweist: a) Mittel zum fluchtenden Ausrichten der Tabletten stirnseitig aufeinanderfolgend in einer Reihe längs einer gemeinsamen Achse, b) Mittel zur Vorschub der stirnseitig aufgerichteten Tabletten längs einer geradlinigen Bahn, und c) ein Laserabtastgerät zur Erfassen und Messen des Außendurchmesser der Tabletten. Das Gerät weist eine Laserlichtquelle und einen Empfänger auf, die beiderseits der geradlinigen Bahn in nicht orthogonaler Orientierung mit Bezug auf die gemeinsame Achse der fluchtenden Tabletten angeordnet und zum Aussenden bzw. Empfangen eines Laserstrahls betätigbar sind, der über die Tabletten längs eines in nicht orthogonaler Orientierung zu der gemeinsamen Achse der Tabletten verlaufenden Richtungspfad ausgesendet wird, wodurch ein Erfassen benachbarter Stirnenden der Tabletten in der Reihe eliminiert wird.
Mehr im einzelnen weist das Laserabtastgerät auch ein Gehäuse auf, welches die geradlinige Bahn überdeckt und einen Hohlraum bildet, durch welche die Tabletten längs der geradlinigen Bahn vorgeschoben werden. Das Gehäuse verläuft schräg zu der geradlinigen Bahn. Die Lichtquelle und der Empfänger sind an dem Gehäuse an den gegenüberliegenden Seiten der geradlinigen Bahn montiert. Der Richtungspfad, entlang dessen der Laserstrahl emittiert wird, verläuft unter spitzem Winkel innerhalb eines Bereichs von etwa 58 bis 60º und vorzugsweise 59º mit Bezug auf die gemeinsame Achse der Tabletten.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem auf ein Tablettenprüfverfahren gerichtet, welches folgende Schritte aufweist: a) Ausrichten der Tabletten stirnseitig aufeinanderfolgend in einer Reihe entlang einer gemeinsamen Achse, b) Vorschieben der stirnseitig ausgerichteten Tabletten längs einer geradlinigen Bahn, und c) Abtasten der fluchtend vorgeschobenen Tabletten zum Erfassen und Messen des Außendurchmessers der Tabletten durch Aussenden eines Laserstrahls über die Tabletten längs eines Richtungspfads, der in nicht orthogonaler Orientierung zu der gemeinsamen Achse der fluchtenden Tabletten verläuft, um ein Erfassen benachbarter Stirnenden der Tabletten in der Reihe zu eliminieren. Der Richtungspfad, entlang dessen der Laserstrahl emittiert wird, verläuft unter einem spitzen Winkel im Bereich von etwa 58 bis 60º und vorzugsweise 59º zur gemeinsamen Achse der Tabletten.
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein herkömmliches Tablettendurchmesserprüfsystem unter Verwendung einer Transportvorrichtung in Verbindung mit einem Laserabtastgerät zum Erfassen von Übermaß-/Untermaßtabletten, während sie mittels der Transportvorrichtung am Laserabtastgerät vorbei von einer Schleifstation zu einem Tablettenspeichertablett verschoben werden;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Tablettenprüfsystem nach Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte Stirnansicht des herkömmlichen Tablettenprüfsystems, längs der Linie 3-3 in Fig. 1 gesehen, wobei die Greif- und Lösepositionen eines in dem System verwendeten Greifmechanismus dargestellt sind;
Fig. 4 eine vergrößerte Stirnansicht des Laserabtastgeräts des Systems, entlang der Linie 4-4 in Fig. 2 gesehen;
Fig. 5 eine Draufsicht des Teils einer Tragschiene der Transportvorrichtung, die durch ein Gehäuse des Laserabtastgeräts hindurchführt;
Fig. 6 eine Seitenansicht der Tragschiene, entlang der Linie 6-6 in Fig. 5 gesehen;
Fig. 7 eine Darstellung des Laserabtastgeräts ähnlich derjenigen nach Fig. 4, wobei der von einer Lichtquelle emittierte und von einem Empfänger der Geräts empfangene Lichtstrahl dargestellt ist;
Fig. 8 eine Draufsicht von zwei Tabletten der Reihe von stirnseitig aufeinanderfolgenden Tabletten, welche die orthogonale Orientierung der gemeinsamen Achse der stirnseitig aufeinanderfolgenden Tabletten relativ zur Richtung des über die Tabletten emittierten Laserstrahls zeigt;
Fig. 9 eine schematische Seitenansicht des Tablettenprüfsystems nach Fig. 1, welches die Wirkungsweise der Transportvorrichtung darstellt;
Fig. 10 eine schematische Seitenansicht einer Aufwärtswölbung in der Tablettenreihe, die durch die Transportvorrichtung erzeugt wird;
Fig. 11 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen unterschiedlichen Ausgangspositionen einzelner Tabletten in der Tablettenreihe und der unterschiedlichen Geschwindigkeiten dieser einzelnen Tabletten, während sie von der herkömmlichen Transportvorrichtung nach Fig. 9 am Laserabtastgerät vorbei verschoben werden;
Fig. 12 eine Seitenansicht eines verbesserten Tablettendurchmesserprüfsystems mit einem verbesserten Laserabtastgerät nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer verbesserten Tablettentransportvorrichtung nach der oben erwähnten Bezugserfindung zum Abtasten von Tabletten mit einem Laserstrahl, der unter einem nicht orthogonalen Winkel zu den Achsen der Tabletten gerichtet ist;
Fig. 13 eine Draufsicht auf das verbesserte Prüfsystem, längs der Linie 13-13 in Fig. 12 gesehen;
Fig. 14 einen vergrößerten Querschnitt des verbesserten Prüfsystems längs der Linie 14-14 in Fig. 12, wobei Greif- und Lösepositionen des bei dem verbesserten Prüfsystem verwendeten Greifmechanismus dargestellt sind;
Fig. 15 eine vergrößerte Teilansicht der verbesserten Transportvorrichtung nach Fig. 12, wobei Teile abgebrochen und geschnitten sind;
Fig. 16 eine Teildraufsicht des verbesserten Laserabtastgeräts, links der Linie 16-16 in Fig. 12 gesehen;
Fig. 17 eine Seitenansicht desjenigen Teils einer Tragschiene der Transportvorrichtung, die durch ein Gehäuse des Laserabtastgeräts hindurchverläuft;
Fig. 18 eine Draufsicht der Tragschiene, längs der Linie 18- 18 in Fig. 18 gesehen;
Fig. 19 eine vergrößerte Teildraufsicht des Laserabtastgeräts und der Tragschiene, mit abgebrochenen und geschnittenen Teilen;
Fig. 20 eine Draufsicht von zwei Tabletten der Reihe von stirnseitig aufeinanderfolgenden Tabletten, wobei die nicht orthogonale Orientierung einer gemeinsamen Achse der stirnseitig aufeinanderfolgenden Tabletten relativ zur Richtung des über die Tabletten emittierten Laserstrahls dargestellt ist;
Fig. 21 eine schematische Seitenansicht des verbesserten Prüfsystems nach Fig. 12, wobei die verbesserte Transportvorrichtung am Anfang eines Vorwärtshubs ihres Arbeitszyklus dargestellt ist;
Fig. 22 eine schematische Seitenansicht des Prüfsystems nach Fig. 12, wobei die Übergabevorrichtung am Ende des Vorwärtshubs und am Anfang des Rückwärtshubs ihres Arbeitszyklus dargestellt ist;
Fig. 23 eine schematische Seitenansicht des Prüfsystems nach Fig. 12, wobei die Transportvorrichtung am Ende des Rückhubs ihres Arbeitszyklus dargestellt ist.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, und zwar insbesondere auf die Fig. 1 bis 3, wo ein herkömmliches Tablettendurchmesserprüfsystem dargestellt ist, daß allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Das herkömmliche Prüfsystem 10 umfaßt grundsätzlich eine Tablettentransportvorrichtung 12 in Verbindung mit einem Laserabtastgerät 14. Das Abtastgerät 14 tastet die Tabletten P (Fig. 9) mit einem Laserstrahl B (Fig. 7) ab, um sie zu messen und solche Tabletten nachzuweisen, die Übermaß- oder Untermaßaußendurchmesser haben, während die Tabletten P mittels der Transportvorrichtung 12 in einer einzigen Reihe, in der sie stirnseitig aufeinanderfolgen, vorgeschoben werden. Die Tabletten P kommen von einer Stelle, beispielsweise von einem Zuförderer 16, am Ausgang einer Tablettenschleifstation < nicht dargestellt) und werden zu einer Stelle befördert, beispielsweise zu einem Tablettenspeichertablett 18.
Die Tablettentransportvorrichtung 12 weist grundsätzlich eine Montageplattform 20, eine längliche feststehende Tragschiene 12, und einen Tablettentransportmechanismus 24 auf. Die Plattform 20 verläuft etwa horizontal und ist feststehend zwischen dem Zuförderer 16 und dem Speichertablett 18 angeordnet. Die ortsfeste Tragschiene 22 ist mittels Haltern 26 auf der Plattform 20 montiert und weist Eintritts- und Austrittsenden 22A, 22B auf, die am Zuförderer 16 bzw. am Speichertablett 18 gelegen sind. Die Tragschiene 22 bildet außerdem einen geradlinigen Führungskanal 28 mit V-Form im Querschnitt, welcher eine geradlinie Bahn L bildet, die vom Eintrittsende 22A zum Austrittsende 22B der Schiene 22 führt. Der Kanal 28 der Tragschiene 22 dient zum Ausrichten und zum Führen von Tabletten P in einer stirnseitig aufeinanderfolgenden Reihe entlang der geradlinigen Bahn L mit einer gemeinsamen Längsachse der Tabletten, die mit der geradlinigen Bahn zusammenfällt.
Der Tablettentransportmechanismus 24 weist ein Schwungrad 30 auf, das an der Ausgangsseite eines Getriebekastens 22 drehbar montiert ist, der seinerseits an einer geeigneten Antriebsquelle, beispielsweise an einem Elektromotor 34, der auf der Plattform 20 montiert ist, montiert und von dieser angetrieben ist. Der Transportmechanismus 24 weist außerdem einen Schlitten 36 auf, der auf Rollen 37 horizontal hin- und herbeweglich auf einer auf der Plattform 20 mittels beabstandeter kopfstehender U-förmiger Halter 40 über der Tablettentragschiene 22 montierten Überkonstruktion 38 abgestützt ist. Ein Arm 42 des Schlittens 36 ist gelenkig über ein längliches Kuppelglied 44 mit dem Rand des Schwungrads 30 verbunden.
Die Drehung des Schwungrads 30, das durch den Motor 34 angetrieben wird, erzeugt daher eine hin- und hergehende Bewegung des Schlittens 36 und eines daran montierten Plattengreifers 46 in Form von Antriebs- und Rückholhüben längs der Tragschiene 22 und der linearen Bahn der Tabletten P. Gemäß Fig. 3 weist der Greifer 46 zwei schwenkbar montierte Finger 48 auf, die zwischen einer geschlossenen Greifposition, wie sie in Vollinien dargestellt ist, und einer offenen Löseposition betätigbar sind, wie sie in gestrichelteen Linien dargestellt ist. Der Greifer 46 kann eine handelsüblicher Fertigeinheit sein, wie sie beispielsweise von der Arthur G. Russell Company unter dem Handelsnamen ,"Unigrip" hergestellt und vertrieben wird. Die Greiffinger 48 werden durch Zurückziehen und Ausfahren eines Druckluftzylinderkolbens 50 im Greifer 46 aufgrund gewählter Betätigung des Greifers zwischen der Greif- und der Löseposition bewegt.
In den Fig. 4 bis 8 ist das Laserabtastgerät 14 des herkömmlichen Prüfsystems 10 und ein dem Laserabtastgerät zugeordneter Teil der Tragschiene 22 dargestellt. Wie in Fig. 4 sichtbar ist, weist das Laserabtastgerät 14 ein Gehäuse 52 auf, welches die geradiinie Bahn L der Tabletten P entlang der Tragschiene 22 überdeckt und einen Hohlraum 54 bildet, durch welchen die Tragschiene 22 hindurchverläuft und die Tabletten P mittels des Tablettentransportmechanismus 24 entlang der geradlinigen Bahn vorgeschoben werden. Das Laserabtastgerät 14 kann irgendeines von einer Anzahl geeigneter kommerziell verfügbarer Fertiggeräte sein, beispielsweise das von Keyence Corporation unter dem Handelsnamen Laser Scan Micrometer hergestellte und vertriebene Gerät. Wie in den Fig. 5 und 6 sichtbar ist, weist die Tablettentragschiene 22, die durch das Gehäuse 52 des Laserabtastgeräts 14 hindurchverläuft und einen darin gebildeten Kanal 28 aufweist, entlang dessen die Tabletten P vorgeschoben werden, auch eine Nut 55 auf, die quer zum Kanal 28 verläuft und diesen schneidet.
Gemäß den Fig. 1, 2, 4 und 7 verläuft das Gehäuse 52 etwa senkrecht bzw. orthogonal zu der von der Tragschiene 22 gebildeten geradlinigen Bahn L. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, weist das Laserabtastgerät 14 eine Lichtquelle 56 und einen Empfänger 58 auf. Die Lichtquelle 56 und der Empfänger 58 sind innerhalb und an gegenüberliegenden Seiten des Hohlraums 54 und an gegenüberliegenden Seiten der geradlinigen Bahn L am Gehäuse 52 montiert. Infolgedessen verläuft der Richtungspfad, entlang dessen der Laserstrahl B emittiert wird, im wesentlichen orthogonal bzw. etwa unter einem 90º-Winkel zu der geradlinigen Bahn L des Vorschubs der Tabletten P in ihrer stirnseitig aufeinanderfolgenden Anordnung auf der Tragschiene 22. Der Richtungspfad des Laserstrahls B verläuft etwa parallel zur Quernut 55 in der Schiene 22, so daß ein unterer Teil des Laserstrahls B innerhalb der Nut 55 von der Lichtquelle 56 bis unterhalb der Tabletten P zum Empfänger 58 gelangen kann. Fig. 8 zeigt zwei der Tabletten P in ihrer stirnseitigen Aufeinanderfolge in der Reihe und zeigt die orthogonale Orientierung der gemeinsamen Achse und der geradlinigen Bahn L der Tabletten relativ zur Richtung des über die Tabletten emittierten Laserstrahls.
Gemäß Fig. 9 arbeitet der Transportmechanismus 24 des herkömmlichen Prüfsystems 10 derart, daß sein Greifer 46 die hinterste Tablette in der am Prüfgerät 14 vorbei vorzuschiebenden Reihe ergreift. Der Transportmechanismus 24 wird aus einer Ausgangsposition, die gestrichelt dargestellt ist, in einem Vorwärtshub bewegt, um die Tablettenreihe in Pfeilrichtung lägs der geradlinigen Bahn an dem Laserabtastgerät 14 vorbei vorzuschieben. Das Laserabtastgerät 14 erfaßt und mißt in bekannter Weise den Außendurchmesser der Tabletten, während diese aufeinanderfolgend durch den Laserstrahl B und an dem Gerät vorbei vorbewegt werden. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist es tatsächlich die Höhe des von den Tabletten P innerhalb des Laserstrahls B geworfenen Schattens, der tatsächlich erfaßt und vom Laserabtastgerät 14 gemessen wird. Des weiteren ist die Transportvorrichtung 24 so betätigbar, daß ihr Greifer 46 die eine Tablette ergreift oder freiläßt und dann sich durch einen Rückholhub relativ zu der nun feststehenden vorgeschobenen Tablettenreihe zurück in seine Ausgangsposition bewegt.
Die oben beschriebene Konstruktion des herkömmlichen Tablettendurchmesserprüfsystems 10 hat mehrere wesentlichen Nachteile, die ihre Leistungsfähigkeit und Effizienz beeinträchtigen. Ein Nachteil ist die Art und Weise, in welcher die Tabletten P entlang der Tragschiene 22 vorgeschoben werden. Die Transportvorrichtung 24 muß eine lange Tablettenreihe schieben, die nicht nur aus den abzutastenden und zu messenden Tabletten besteht, sondern auch aus Tabletten, die bereits gemessen wurden. Dies wird durch Ergreifen der hintersten Tablette am Eintrittsende 22A der Schiene 22 bewerkstelligt. Das Schieben vom hinteren Ende der Tablettenreihe her erzeugt typischerweise einen aufwärts verlaufenden Buckel einiger der Tabletten in der Mitte der Reihe. Fig. 10 zeigt diesen bei dem bekannten Prüfsystem 10 in der Tablettenreihe erzeugten Buckel. Ein solcher Buckel führt zu ungenauen Durchmessermessungen durch das Laserabtastgerät 14 und eine falsche Anzeige von Übermaßtabletten.
Ein weiterer Nachteil besteht in der besonderen Bewegungsübertragung, die vom umlaufenden Schwungrad 30, dem Kuppelglied 44 und dem Schlitten 36 erzeugt wird. Das Schwungrad 30 dreht sich mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit. Die konstante Drehbewegung des Schwungrads 30 wird jedoch in eine Hin- und Herbewegung des Schlittens 36 mit nicht gleichförmiger bzw. nicht konstanter Geschwindigkeit umgesetzt.
Fig. 11 zeigt eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen den unterschiedlichen Ausgangspositionen einzelner Tabletten P in deren Reihe (wobei die Tablette 1 die hinterste Tablette ist) und den unterschiedlichen Geschwindigkeiten dieser einzelner Tabletten, während sie von der Transportvorrichtung 12 am Laserabtastgerät 14 vorbei vorgeschoben werden. Wie in Fig. 11 dargestellt ist, bewegen sich die Tabletten in der Mitte der Reihe mit beträchtlich höherer Geschwindigkeit am Gerät 14 vorbei als die Tabletten an den beiderseitigen Reihenenden, so daß der Laser nur eine Messung pro Tablette in der Reihenmitte nehmen kann.
Infolgedessen bewegen sich nicht alle Tabletten mit der gleichen Geschwindigkeit an dem messenden Laserabtastgerät 14 vorbei, was die Anzahl der genommenen Messungen und dadurch die Genauigkeit der Messungen verringert. Da schon ein lokales Durchmesserübermaß/Untermaß an einer der Tabletten genügt, um Probleme beim anschließenden Einführen in den Brennstab und bei der Erhöhung der Hüllrohrspannungen zu schaffen, ist eine Verringerung der Anzahl der Messungen gerade das Gegenteil dessen, was an sich gewünscht ist.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß der Laserstrahl B senkrecht zu den Achsen und zur Bewegungsrichtung der Tabletten B verläuft. Durch diese Orientierung können die Abschrägungen C an den beiderseitigen Enden benachbarter Tabletten P als Tablette mit verringertem bzw. Untermaßdurchmesser erscheinen, wodurch falsche Messungen entstehen. Die Abschrägungen C können eine Nenndurchmessermessung um bis zu 40 mil verringern, wenn das Abtastgerät 40 einen Laserstrahl B senkrecht zur Längsachse der Tablette emittiert.
Es wird nun auf die Fig. 12 bis 15 Bezug genommen, in denen ein verbessertes Tablettendurchmesserprüfsystem dargestellt ist, das allgemein mit 60 bezeichnet ist und sämtliche oben beschriebenen Nachteile des herkömmlichen Prüfsystems 10 überwindet. Das verbesserte Prüfsystem 60 weist eine verbesserte Tablettentransportvorrichtung 62 auf, welche die Erfindung nach der oben erwähnten Bezugsanmeldung bildet, in Verbindung mit einem verbesserten Laserabtastgerät 64 nach der vorliegenden Erfindung zum Vorschieben der Tabletten P mit konstanter Geschwindigkeit und zum Abtasten der Tabletten mit einem Laserstrahl B, der in nicht orthogonaler Richtung zur gemeinsamen Achse der Tabletten verläuft. Die Transportvorrichtung 62 und das Laserabtastgerät 64 sind beide, wie zuvor, auf der gleichen Plattform 20 montiert, die zwischen dem Förderer 16 vom Schleifstationausgang und dem Tablettenspeichertablett 18 angeordnet ist.
Die verbesserte Transportvorrichtung 62 der in Bezug genommenen Erfindung benutzt die gleiche feststehende Tragschiene 22 mit den gleichen geradlinigen Führungskanal 28 wie bei der herkömmlichen Transportvorrichtung 24. Wie zuvor richtet der Kanal 28 der feststehenden Schiene 22 die Tabletten stirnseitig aufeinanderfolgend aus und führt sie entlang der geradlinigen Bahn L.
Jedoch weist die verbesserte Transportvorrichtung 62 nunmehr einen Transportmechanismus 66 auf, der sich wesentlich vom Transportmechanismus 24 der herkömmlichen Transportvorrichtung 24 unterscheidet. Zunächst weist der Transportmechanismus 66 zwei beabstandete Greifer 68, 70 auf, die jeweils zwischen einer Tablettengreif- und -Löseposition bewegbar sind, wie in ausgezogenen bzw. gestrichelten Linien in Fig. 14 dargestellt ist. Obwohl jeder der Greifer 68, 70 an sich eine gleiche Baueinheit wie der einzige Greifer 46 bei der herkömmlichen Transportvorrichtung 24 darstellt, beseitigt die Verwendung der beiden Greifer 68, 70 in beabstandeter Anordnung, wie sie in Fig. 15 dargestellt ist, den mit der Verwendung des nur einfachen Greifers 46 verbundenen Nachteil. Insbesondere beseitigt die Verwendung der doppelten Greifer 68, 70 das Problem der Buckelbildung von Tabletten und die daraus resultierenden Fehlmessungen von Übermaß-/ Untermaßtabletten, indem nun die Länge einer Tablettenreihe, die durch den einen Greifer 68 vor dem Laesr 64 vorgeschoben wird, auf ein Maximum von etwa 10 Zoll verringert wird, während der andere Greifer 70 die Masse der Tabletten durch den turbulentesten Bewegungsbereich auf das Ladetablett 18 schiebt (das mehr als 24 Zoll aneinanderliegender Tabletten umfassen kann). Im Ergebnis werden Bewegungsstörungen der Tabletten vorderhalb des Lasers beseitigt, die ungenaue Lasermessungen verursachen können.
Der Transportmechanismus 66 ist im Sinne einer Verschiebung der Greifer 68, 70 in Vorwärts- und Rückwärtshüben aus einer und in eine Ausgangsposition betätigbar, die in Fig. 12 sichtbar ist. Die Tabletten werden durch den Transportmechanismus 66 an dem Laserabtastgerät 64 mit gleichförmiger bzw. konstanter erster Geschwindigkeit vorbei vorgeschoben, und dann werden die Greifer 68, 70 durch den Transportmechanismus 66 mit einer zweiten Geschwindigkeit in die Anfangsposition zurückgeholt, die größer als die erste Geschwindigkeit ist. Die konstante Vorwärtsgeschwindigkeit ermöglicht die Vornahme der gleichen Anzahl von Mehrfachmessungen an jeder Tablette, die am Laserabtastgerät 64 vorbeipassiert, und dadurch eine verbesserte Meßleistung des Prüfsystems 60. Die größere Rückholgeschwindigkeit verringert den Zeitbedarf zum Rückstellen des Transportmechanismus 66 in die Ausgangsposition, während welcher die Tabletten nicht verschoben werden und deshalb keine Messungen erfolgen, so daß ein höheres Maß an Meßeffizienz als bisher erreicht wird.
Zusätzlich weist der Transportmechanismus 66 einen Antrieb 72 zum Verschieben der Greifer 68, 70, und einen die Greifer 68, 70 tragenden Schlitten 74 auf. Der Antrieb 72 führt den Schlitten 74 längs einer geradlinigen Bahn L verschiebbar und ist im Sinne der Verschiebung des Schlittens 74 und der beiden daran montierten Greifer 68, 70 durch den Vorwärtshub mit der konstanten ersten Geschwindigkeit und durch den Rückwärtshub mit der zweiten Geschwindigkeit betreibbar.
Der Antrieb 72 des Transportmechanismus 66 kann irgendeine von mehreren geeigneten Vorrichtungen sein. Eine bevorzugte Vorrichtung ist jedoch ein Antrieb 72 mit länglichem rohrförmigem hohlem Gehäuse 76, einer längsverlaufenden, mit Außengewinde versehenen Zugspindel 78, die mit ihren beiden Enden in den entgegengesetzten Enden des Gehäuses 76 drehbar gelagert ist, und eine Antriebsquelle, beispielsweise einen Elektromotor 80 auf, der an einem Ende des Gehäuses 76 montiert ist und mit dem betreffenden Ende der drehbaren Zugspindel 78 antriebsmäßig gekuppelt ist. Das Gehäuse 76 ist oberhalb der Plattform 20 durch zwei beabstandete, nach oben ragende kopfstehende U-Halter 82 gehaltert, die auf der Plattform 20 montiert sind, und verläuft zwischen der Plattform und der Tragschiene 22. Der Zugspindelantrieb 72 kann aus einer Anzahl geeigneter kommerzieller Fertigeinheiten ausgewählt sein, beispielsweise die von Microslide unter dem Handelsnamen Compact Electro-Slide hergestellte und vertriebene Einheit.
Der Schlitten 74 des Transportmechanismus 66 ist auf der Gewindezugspindel 78 des Antriebs 72 montiert und damit antriebsmäßig gekuppelt. Insbesondere weist der Schlitten 74 zwei beabstandete Spindelmuttern 84 auf, die mit Innengewinde versehen sind und auf der mit Außengewinde versehenen Zugspindel 78 sitzen, und eine längliche Tragplatte 86, die an der Unterseite der Spindelmuttern 84 befestigt sind und ihrerseits die beiden beabstandeten Greifer 68, 70 unterhalb der Platte 86 tragen. Infolgedessen bewirkt eine Drehung der Zugspindel 78 durch den Motor 80 in einem Drehsinn eine Verschiebung des Schlittens 74 und der Greifer 78, 80 durch den Vorwärtshub längs der geradlinigen Bahn mit der konstanten ersten Geschwindigkeit, während eine Drehung der Zugspindel 78 durch den Motor 80 im entgegengesetzten Drehsinn eine Verschiebung des Schlittens 74 und der Greifer 78, 80 durch den Rückholhub mit der zweiten Geschwindigkeit bewirkt. Durch Einstellung eines variablen Drehzahlreglers (nicht dargestellt), der dem Zugspindelantrieb 72 zugeordnet ist, kann die Arbeitsdrehzahl des Antriebs so eingestellt werden, daß die zweite Geschwindigkeit des Schlittens 74 während des Rückholhubs wesentlich größer als die erste Geschwindigkeit des Schlittens 74 während des Vorwärtshubs ist.
Wie oben erwähnt, beseitigt die Verwendung der beiden Greifer 68, 70 das Problem der Tablettenbuckelbildung und die sich daraus ergebenden Fehlanzeigen von Übermaß-/Untermaßtabletten durch Verringerung der durch einen einzelnen Greifer verschobenen Tablettensäulenlänge um etwa die Hälfte. Die Greifer 68, 70 sind so am Träger 74 angebracht, daß, wenn der Transportmechanismus 66 sich in der Ausgangsstellung befindet, wie in den Fig. 12 und 21 sichtbar ist, der erste bzw. hintere Greifer 68 sich an der hintersten Tablette einer hinteren Reihe TR befindet, die längs der geradlinigen Bahn vorzuschieben und vom Laserabtastgerät 64 (an der Prüfstation angeordnet) abzutasten ist, und der zweite bzw. vordere Greifer 70 sich entlang der Bahn mit Abstand vorderhalb des ersten Greifers 68 und an einer hintersten Tablette einer vorderen Reihe LR befindet, die zuvor entlang der geradlinigen Bahn verschoben und vom Laserabtastgerät 64 abgetastet worden ist.
Im einzelnen wird durch Verwendung geeigneter Steuerungen (nicht dargestellt), die mit dem Transportmechanismus 66 verbunden sind, der zweite Greifer 70 aus seiner Lösestellung in seine Greifstellung gebracht, bevor der erste Greifer 68 aus seiner Lösestellung in seine Greifposition gebracht wird. Außerdem wird die Verschiebung des Schlittens 74 aus der Anfangsposition entlang des Vorwärtshubs gestartet, bevor der erste Greifer 68 so betätigt wird, so daß die vordere, zuvor abgetastete Tablettenreihe LR zuerst vom vorderen Greifer 70 etwas verschoben wird, bevor die hintere Tablettenreihe TR, die noch abzutasten ist, verschoben wird, so daß ein Spalt 88 zwischen der zuvor vorgeschobenen und abgetasteten Tablettenreihe LR und der noch vorzuschiebenden und abzutastenden Tablettenreihe TR entsteht, wie aus Fig. 22 ersichtlich ist. Das Vorhandensein dieses Spalts 88 verringert die Tendenz der Tabletten in der hinteren Reihe TR zur Bildung eines Buckels durch Anlage mit der vorderen Tablettenreihe LR.
Die Fig. 16 bis 19 zeigen das Laserabtastgerät 64 nach der vorliegenden Erfindung, das bei dem verbesserten Tablettenprüfsystem 60 in Verbindung mit der Tablettentragschiene 22 eingesetzt wird. Das Laserabtastgerät 64 kann die gleiche Einheit sein, wie sie auch bei dem bekannten Abtastgerät 14 verwendet wird. Insbesondere weist das Laserabtastgerät das gleiche Gehäuse 52 mit dem Hohlraum 54 und die gleiche Lichtquelle 56 und den gleichen Empfänger 58 beiderseits der geradlinigen Bahn L auf. Jedoch verläuft das Gehäuse nunmehr, wie in den Fig. 16 und 19 ersichtlich ist, schräg zur Schiene 22, und, wie in Fig. 20 sichtbar ist, emittiert die Lichtquelle 56 einen Laserstrahl B in nicht orthogonaler Orientierung zur gemeinsamen Achse der fluchtenden Tabletten P. Bevorzugte Winkel der nicht orthogonalen Orientierung ist so, daß ein Erfassen der benachbarten Tablettenenden mit den Abschrägungen c eliminiert wird. Beispielsweise verläuft im Falle der Abschrägungen C an den Enden der Tabletten P der Richtungspfad, entlang dessen der Laserstrahl emittiert wird, unter einem spitzen Winkel innerhalb eines Bereichs von etwa 58 bis 60º zur gemeinsamen Achse der Tabletten. Der bevorzugte Winkel beträgt etwa 59º zur gemeinsamen Achse der Tabletten. Für den Durchgang eines Teils des Laserstrahls B unter die Tabletten, wie in den Fig. 17 bis 19 sichtbar ist, verläuft die Nut 90 in der Tragschiene 22 quer zur Tragschiene in der gleichen nicht orthogonalen Winkelanordnung wie der Laserstrahl.
Die Fig. 21 bis 23 zeigen aufeinanderfolgende Betriebszustände des verbesserten Tablettenprüfsystems 60 unter Verwendung der verbesserten Tablettentransportvorrichtung 62 und der verbesserten Orientierung des Laserabtastgeräts 64. Fig. 21 zeigt die Transportvorrichtung 62 in ihrer Ausgangsstellung am Beginn des Vorwärtshubs des Arbeitszyklus. In der Ausgangsposition befindet sich der erste Greifer 68 an der hintersten Tablette der hinteren Reihe TR, und der zweite Greifer 70 befindet sich an der hintersten Tablette der vorderen Reihe LR.
Wie schon früher beschrieben wurde, wird der Transportmechanismus 62 am Beginn des Arbeitszyklus im Sinne einer Betätigung des zweiten Greifers 70 aus seiner Lösestellung in seine Greifstellung betrieben, bevor der erste Greifer 68 aus seiner Lösestellung in seine Greifstellung betätigt wird, und der Schlitten 74 beginnt sich so zu verschieben, daß beide Greifer 68, 70 aus der Anfangsposition entlang des Vorwärtshubs eine kurze Distanz verschoben werden, bevor der erste Greifer 68 zwecks Ergreifens der hintersten Tablette betätigt wird. Durch diesen Betrieb wird der Spalt 88 zwischen hinterer und vorderer Reihe TR, LR hergestellt, so daß eine Buckelbildung der Tabletten in der hinteren Reihe vermieden wird.
Fig. 22 zeigt die Transportvorrichtung 62 nach Erreichen des Endes des Vorwärtshubs, wo nun der Rückwärtshub des Arbeitszyklus beginnt. Die Greifer 68, 70 werden nun in ihre entsprechenden Lösestellung gebracht und lassen die betreffenden Tabletten los, so daß die Tablettenreihen feststehend bleiben, während der Transportmechanismus 66 in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Fig. 23 zeigt die Transportvorrichtung 62 am Ende des Rückholhubs des Arbeitszyklus. Man sieht, daß ein Luftzylinder-Hilfsstoppmechanismus 92 am Eintrittsende 22A der Tragschiene 22 vorgesehen ist. Wenn der Transportmechanismus 66 zum Vorschub der Tabletten betätigt wird, wird der Stoppmechanismus 92 aktiviert, um die vordere Tablette auf dem Zuförderer 16 zu ergreifen und feststehend zu halten, so daß sie sich nicht auf die Tragschiene bewegen kann. Der Stoppmechanismus 92 wird zur Freigabe der vorderen Tablette wieder gelöst, wenn der Transportmechanismus 66 das Ende seines Vorwärtshubs erreicht.

Claims

1. Tablettendurchmesser-Prüfsystem (60), mit:

a) Mitteln (22) zum fluchtenden Ausrichten der Tabletten (P) stirnseitig aufeinanderfolgend in einer Reihe längs einer gemeinsamen Achse,

b) Mitteln (66) zum Vorschub der stirnseitig ausgerichteten Tabletten (P) längs einer geradlinigen Bahn (L), und

c) einem Laserabtastgerät (64) zum Erfassen und Messen des Außendurchmessers der Tabletten (P), wobei das Gerät (64) eine Laserlichtstrahlquelle (56) und einen Empfänger (58) aufweist, die beiderseits der geradlinigen Bahn (L) in nichtorthogonaler Orientierung mit Bezug auf die gemeinsame Achse der fluchtenden Tabletten (P) angeordnet und zum Aussenden bzw. Empfangen eines Laserstrahls (B) betätigbar sind, der über die Tabletten (P) längs eines in nicht-orthogonaler Orientierung zu der gemeinsamen Achse der Tabletten (P) verlaufenden Richtungspfads ausgesendet wird, wodurch ein Erfassen benachbarter Stirnenden der Tabletten (P) in der Reihe eliminiert wird.

2. Tablettenprüfsystem (60) nach Anspruch 1, wobei das Laserabtastgerät (64) außerdem ein Gehäuse (52) aufweist, welches die geradlinige Bahn (L) überdeckt und einen Hohlraum (54) bildet, durch welche die Tabletten (P) längs der geradlinigen Bahn (L) vorgeschoben werden.

3. Tablettenprüfsystem (60) nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse (52) schräg mit Bezug auf die geradlinige Bahn (L) verläuft.

4. Tablettenprüfsystem (60) nach Anspruch 3, wobei die genannte Lichtquelle (56) und der Empfänger (58) an dem Gehäuse (52) an den gegenüberliegenden Seiten der geradlinigen Bahn (L) montiert sind.

5. Tablettenprüfsystem (60) nach Anspruch 1, wobei der Richtungspfad, entlang dessen der Laserstrahl (B) ausgesendet wird, unter einem spitzen Winkel innerhalb eines Bereichs von etwa 58º bis 60º zu der gemeinsamen Achse der Tabletten (P) verläuft.

6. Tablettenprüfsystem (60) nach Anspruch 1, wobei der Richtungspfad, entlang dessen der Laserstrahl (B) ausgesendet wird, unter einem Winkel von etwa 59º zu der gemeinsamen Achse der Tabletten (P) verläuft.

7. Tablettenprüfsystem (60) nach Anspruch 1, wobei die Ausrichtemittel (22) eine Tragschiene (22) mit einer darin gebildeten geradlinigen Nut (28) aufweisen, welche die geradlinige Bahn (L) bildet, wobei die Schiene (28) eine quer über die Nut (28) verlaufende Schlitzung aufweist, die etwa parallel zum Richtungspfad des Laserstrahls (B) verläuft, um einen Teil des Laserstrahls (B) über diesen Pfad unter den Tabletten (P) von der Lichtquelle (56) zum Empfänger (58) hindurchtreten zu lassen.

8. Tablettendurchmesser-Prüfverfahren mit den Schritten:

a) Ausrichten der Tabletten (P) stirnseitig aufeinanderfolgend in einer Reihe entlang einer gemeinsamen Achse,

b) Vorschieben der stirnseitig ausgerichteten Tabletten (P) längs einer geradlinigen Bahn (L), und

c) Abtasten der fluchtend vorgeschobenen Tabletten (P) zum Erfassen und Messen des Außendurchmessers der Tabletten (P) durch Aussenden eines Laserstrahls (B) über die Tabletten (P) längs eines Richtungspfads, der in nicht-orthogonaler Orientierung zu der gemeinsamen Achse der fluchtenden Tabletten (P) verläuft, um ein Erfassen benachbarter Stirnenden der Tabletten (P) in der Reihe zu eliminieren.

9. Tablettenprüfverfahren nach Anspruch 8, wobei der Richtungspfad, entlang dessen der Laserstrahl (B) ausgesendet wird, unter einem spitzen Winkel im Bereich von 58º bis 60º zu der gemeinsamen Achse der Tabletten (P) verläuft.

10. Tablettenprüfverfahren nach Anspruch 8, wobei der Richtungspfad, entlang dessen der Laserstrahl (B) ausgesendet wird, unter einem Winkel von etwa 59º zu der gemeinsamen Achse der Tabletten (P) verläuft.

11. Tablettenprüfverfahren nach Anspruch 8, wobei der Laserstrahl (B) sowohl oberhalb wie auch unterhalb der Tabletten (P) in der nicht-orthogonalen Orientierung an den Tabletten (P) vorbei ausgesendet wird.