JP2004132793A

JP2004132793A - 燃料集合体の支持格子の溶接方法及び該方法にて形成された支持格子並びに該支持格子の製造装置

Info

Publication number: JP2004132793A
Application number: JP2002296707A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Mashima; 真島　務; Shinji Watanabe; 渡辺　信次
Original assignee: OMC KK; Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: OMC KK; Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】溶接スポットの溶接パターンを各スポット毎に画像認識してその良否を確認し、溶接箇所が全数良品となるように溶接管理することができる支持格子溶接方法を提供する。
【構成】格子状に組み合わせた内ストラップ（３）と、これを取り囲む外ストラップ（４）からなる支持格子（Ｇ）の溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）におけるレーザ溶接する方法で、レーザ溶接後、溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）をパターン認識装置（Ｂ）にて２値化された画像デジタルデータとして認識し、この２値化データに基づいて溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）寸法を算出し、その寸法が基準以内に収まっている場合にはその位置のレーザ溶接を完了して次のレーザ溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）に移動し、逆に当該寸法が基準以下の場合には、前回のレーザ光線（Ｌ）の出射出力より大きくして基準内に入るまで再度スポット溶接を繰り返す。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は燃料集合体の支持格子の溶接箇所におけるレーザ溶接によるスポット又は／及びシーム溶接を確実に行うことができる支持格子溶接方法並びにその装置と前記方法によって製造された支持格子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は加圧水により冷却される原子炉用の燃料集合体（１）の一例で、前記燃料集合体（１）は上部ノズル、下部ノズル、これら両ノズルを連結する複数の制御棒案内管、前記制御棒案内管に長手方向に間隔をおいて設置固定された上部支持格子（Ｇ）、複数の中間支持格子（Ｇ）、下部支持格子（Ｇ）、これら各支持格子（Ｇ）の格子空間内に挿通支持された複数の燃料棒及び下部支持格子（Ｇ）と下部支持格子（Ｇ）の間に設けられた異物フィルタとで構成されている。前記上部支持格子（Ｇ）、複数の中間支持格子（Ｇ）及び下部支持格子（Ｇ）の構成材料は異なるがその構造はほぼ同じである。従って、中間支持格子（Ｇ）をその代表例として簡単に説明する。
【０００３】
支持格子（Ｇ）は図７に示すようにＺｒ基合金（ジルカロイ）或いはインコネル材の薄帯板を一定間隔で直交するように組み合わせ、相互の間に多数の格子空間が形成された内ストラップ（３）と、その４周にて内ストラップ（３）の外周を囲繞する外ストラップ（４）とで構成され、その格子空間のいくつかには前述の制御棒案内管が挿通され、他の格子空間には燃料棒が１本ずつ挿入されて支持されるようになっている。図７は通常使用されている支持格子（Ｇ）の部分斜視図とその部分拡大図で接合前と本発明方法による接合後の状態を示している。従来例も本発明でもその基本形状は同じであるので、従来例と本発明の説明に共通して使用する。
【０００４】
図７（本発明の説明と共用）に示す内ストラップ（３）の合金薄帯板の表面側及び裏面側交差点（Ｐ１）と、外ストラップ（４）のスリット孔（４ａ）から突出している内ストラップ（３）の突出部分（３ａ）［この溶接箇所を（Ｐ２）で示す。］、外ストラップ（４）の突き合わせ（或いは重ね合わせ）部分（Ｐ３）及び外ストラップ（４）のガイド片（４ｂ）の先端部分に形成された保持溝（４ｃ）と前記保持溝（４ｃ）に嵌め込まれた内ストラップ（３）の保持片（３ｃ）との嵌合部分（Ｐ４）は溶接によって互いに一体的に接合されるようになっているが、従来は溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）の溶接の仕上がり状態を確認することができず、単なる溶接完了をもって接合完了としていた。しかしながら、燃料集合体（１）の支持格子（Ｇ）は原子炉の炉心で使用されるという非常に過酷な状況下で使用されるものであり、しかも燃料棒を等間隔に支持するという非常に重要な役割を担っている部材である。従って、その破損は原子炉の運転に重大な影響を及ぼすものであり、特に弱点となりやすい溶接箇所の信頼性が非常に重要なものとなる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１１８９７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る問題に対処するためになされたもので、各溶接スポットに入力するレーザ出力を直接検出と同時に溶接スポットの２値化された溶接パターンを溶接箇所毎に演算し、その寸法から良否を確認し、溶接箇所が全数良品となるように管理することができる燃料集合体の支持格子溶接方法とその装置ならびに前記方法によって形成された支持格子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」に記載の燃料集合体の支持格子（Ｇ）の溶接方法は、「複数の金属帯板（２）が互いに平行な方向及び直交する方向に配置され且つ互いに一定間隔で格子状に組み合わされた内ストラップ（３）と、該内ストラップ（３）の４周を取り囲む金属帯板製外ストラップ（４）からなる原子炉燃料集合体（１）の支持格子（Ｇ）に対してレーザ出射装置（１０）を相対移動させながら前記ストラップ（２）（３）の複数の溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）にレーザ溶接する方法において、
（ａ）レーザ光線（Ｌ）にて溶接を行い且つレーザ溶接後、溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）をパターン認識装置（Ｂ）にて２値化されたレーザ溶接パターンとして認識し、
（ｂ）前記レーザ溶接２値化パターンから溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）の寸法を計測し、前記レーザ溶接２値化パターンが基準以内に収まっている場合にはその位置のレーザ溶接を完了して次の溶接箇所に移動し、
（ｃ）逆に取り込んだレーザ溶接２値化パターンから計測された寸法が基準以下の場合には、前回のレーザ光線の出射出力より大きくして基準内に入るまで当該溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）の再度レーザ溶接を繰り返す」こと特徴とする。
【０００８】
この方法によれば、すべてのレーザ溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）のレーザ出射出力は画像処理によるモニタリングがなされており、しかもスポット溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）は全て溶接直後に良否判定がなされ、不良の場合には良品となるまで再レーザ溶接が行われることになる。従って、レーザ溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）における不良は完全に排除され支持格子（Ｇ）の溶接箇所の信頼性と歩留まりが飛躍的に向上する。
【０００９】
「請求項２」はレーザ光線（Ｌ）の出射出力の測定方法に関し、「レーザ光線（Ｌ）の出射出力の測定をレーザ出射装置（１０）の出射側で行う」事を特徴とするもので、このようにすることにより支持格子（Ｇ）のスポット溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）に入力するレーザ光線（Ｌ）の出力を直接測定することができ、実際のレーザ出力を知ることができ、より正確な出力管理を行える。
【００１０】
「請求項３」は請求項１又は２の方法により製造された燃料集合体（１）の支持格子（Ｇ）で「複数の金属帯板（２）が互いに平行な方向及び直交する方向に配置され且つ互いに格子状に組み合わされた内ストラップ（３）と、該内ストラップ（３）の４周を取り囲む外ストラップ（４）からなる原子炉燃料集合体の支持格子（Ｇ）において、
前記ストラップ（３）（４）の溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）において請求項１又は２に記載のレーザ溶接にて互いに結合されている」ことを特徴とするもので、これにより溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）の信頼性が非常に高い支持格子（Ｇ）を得ることができる。
【００１１】
「請求項４」は燃料集合体の支持格子溶接装置に関し、
（ａ）複数の金属帯板（２）が互いに平行な方向及び直交する方向に配置され且つ互いに格子状に組み合わされた内ストラップ（３）と、該内ストラップ（３）の４周を取り囲む金属帯板製外ストラップ（４）からなる原子炉燃料集合体（１）の溶接前で組み立て状態の支持格子（Ｇ）に向けて配設され且つ支持格子（Ｇ）に対して相対移動させられ、前記ストラップ（３）（４）の各溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）をレーザ溶接にて互いに結合させるレーザ出射装置（１０）と、
（ｂ）前記溶接箇所のレーザ溶接パターンを２値化して取り込むと共に取り込まれたレーザ溶接２値化パターンからレーザ溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）の寸法を演算し、当該寸法が基準以内に収まっている場合にはその位置のレーザ溶接を完了して次の溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）に前記レーザ出射装置（１０）が移動するように指示を出し、寸法が基準以下の場合にはレーザ出力を前回に比べて大きくし、基準内に入るまで再度当該溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）のレーザ溶接を繰り返すようにレーザ出射装置（１０）を制御するパターン認識装置（Ｂ）とで構成されていることを特徴とする。
【００１２】
「請求項５」は支持格子溶接装置の改良に関し、「レーザ出射装置（１０）の出射部分に設けられ、出射されたレーザ光線（Ｌ）のレーザ出力を測定するレーザ出力検出装置（Ｄ）を有する」ことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１は本システムの全体を示す図面で、主としてレーザ発生装置（Ａ）、溶接用チャンバ（２１）、レーザ発生装置（Ａ）に接続され、前記溶接用チャンバ（２１）の周囲にて４方向（勿論、１又は２方向でもよいしそれ以上でも良い。本実施例では溶接用チャンバ（２１）を取り囲むように４方向に配設されている場合をその代表例とする。）に配置されたレーザ出射装置（１０）、レーザ出射装置（１０）を支持格子（Ｇ）に対して３次元的に移動させる相対移動装置（６１）、溶接箇所の形状を確認するパターン認識装置（Ｂ）、支持格子（Ｇ）をハンドリングするワークハンドリング装置（図示せず）及び必要に応じてレーザ出射装置（１０）にセットされるレーザ出力測定装置（Ｄ）並びにその付帯設備とで構成されている。
【００１４】
レーザ発生装置（Ａ）は、例えばヤグロッド（ＹＡＧロッド）（１１）に光を投入する励起ランプ（１４）と、励起ランプ（１４）を印加する電源（９）と、励起ランプ（１４）とヤグロッド（１１）とを収納するハウジング（１５）と、ハウジング（１５）の収納物を冷却するクーラ（１６）と、光軸合わせ用のＨｅ−Ｎｅレーザ（１７）と、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（１７）から照射された光の進行方向を変える反射用ミラー部材（１８）と、反射用ミラー部材（１８）と図中左側のシャッタ（１２）との間に設置された全反射ミラー部材（１９）と、ヤグロッド（１１）の出光側のシャッタ（１３）の前方に配置された出力ミラー部材（２０）とで構成されている。勿論、内部構造は前記の構造に限定されない。レーザ光線（Ｌ）は、例えば連続発振、パルス発振、Ｑスイッチパルス発振、シングルモードなどの手法により出力されており、用途により最適のものが使用される。
【００１５】
レーザ出射装置（１０）は、シングルレンズ、ダブルレットレンズ、トリプルレットレンズ、平突レンズ、シリンドリカルレンズなど適宜なものが組み合わされて最適の光学系（８）が出射筒（７）に内蔵されている。この４基のレーザ出射装置（１０）とレーザ発生装置（Ａ）とは、レーザトランスファ部材（２２ａ）（２２ｂ）（２２ｃ）《例えば光ファイバのような部材で構成されている。》で分岐接続され、分岐されたレーザ光線（Ｌ）がレーザ出射装置（１０）に入力するようになっている。
【００１６】
また、レーザ出射装置（１０）の対物側には、図６に示すようにアパーチャ（２３）が取り付けられており、アパーチャ（２３）には保護ガラス（２４）が交換可能に嵌め込まれており、光学系（８）の対物レンズを保護している。なお、アパーチャ（２３）は絞りのようなもので、必要に応じて保護ガラス（２４）に半透光性フィルムを貼着し、保護ガラス（２４）を通過するレーザ光線（Ｌ）の通過量を一定の割合に規制している。
【００１７】
また、必要に応じて用いられるレーザ出力測定装置（Ｄ）（図６ではレーザ出力測定装置（Ｄ）が装着された状態が示されている。）の測定リング（３１）は、図５及び図６から分かるように、リング状のケーシング内に光ファイバ（３５）群を収納したもので、レーザ出射装置（１０）の対物面に向かって開口する小孔（３２）が測定リング（３１）に同一円上にて所定間隔で均等に複数箇所穿設され、小孔（３２）から出射されたレーザ光線（Ｌ）の周縁部（非収束部（６ｂ））のごく一部を取り込むようになっており、光ファイバ（３５）の入光端には光ファイバ（３５）群への光の入光量を制限するリングフィルタ（３０）が必要に応じて配設されている。前記リングフィルタ（３０）も前述の保護ガラス（２４）と同様半透光性フィルム貼着され、レーザ光線（Ｌ）の通過量を一定の割合に規制している。そして、測定リング（３１）の中央にはレーザ光線（Ｌ）が通る段付通孔（３３）が穿設されており、この段付通孔（３３）が出射筒（７）に固定されるようになっている。
【００１８】
レーザ光線（Ｌ）を採取するための光ファイバ（３５）は、入光面の直径が例えば５０μｍ程度の極く微細なもので、その出光側は、リング状収納空間に取り付けられた可撓性チューブ（３６）を通って測定リング（３１）外に引き出されており、その出光端は変換装置（３７）に装着され、変換装置（３７）内に内蔵されている、レーザ用の例えばピンフォトダイオードのような光を電気信号に変換する変換素子（３８）に面している。
【００１９】
変換素子（３８）の出力電気信号は検出回路にて出射エネルギとして演算され、予め校正用の基準測定器で測定・記憶させておいたレーザ光線（Ｌ）の出射エネルギの測定基準値と比較校正し、校正データに基づいて実測出射エネルギの算出値を補正するようになっている。（３９）は校正回路である。更にこれに表示装置（４０）が接続されている。
【００２０】
パターン認識装置（Ｂ）は、例えばＣＣＤカメラのような撮像装置（４３）を具備し、支持格子（Ｇ）の表面の画像をデジタル電気信号として取り込むと共にこれを２値化し、このデジタルデータを目的に応じて加工したり演算したりする内蔵ＣＰＵ（４２）、スポット溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）に対応させて前記デジタルデータを記憶する記憶装置（４４）などにて構成されている。また、前記ＣＰＵ（４２）は外部モニタ（２８）や外部出力装置（２９）に接続されており、撮像装置（４３）を介して内蔵ＣＰＵ（４２）に送られた画像を画面に出力したり、ハードコピーにプリントアウトすることができるようになっているし、また、生の映像をそのままビデオに接続し、溶接状態を記録することもできるし、これを装置動作異常のチェック、溶接忘れなどのチェックにも使用することができる。
【００２１】
レーザ発生装置（Ａ）はレーザ出射装置（１０）の数にあわせて設置してもよいが、出力側にレーザ分岐装置（Ｅ）を設置し、必要な数だけ分岐してもよい。本実施例では４分岐されており、分岐出力はそれぞれ可変となっている。前記レーザ分岐装置（Ｅ）内には３つの半透過ミラーが設置されており、出力ミラー部（２０）から出力したレーザ光線（Ｌ）をそれぞれ第１〜４トランスファー部材（２２ａ）〜（２２ｄ）にそれぞれ入力させるようになっている。レーザ光線（Ｌ）の分岐は公知の半透過ミラー（半透過ミラーに入射したレーザ光線（Ｌ）の一部を反射し、残部を透過させるミラー）にて行う。なお、透過率の異なる半透過ミラー（２５）を多数用意しておき、これを次々と切り替えることでレーザ光線（Ｌ）の反射・透過量を調整するようにしてもよい。
【００２２】
溶接用チャンバ（２１）は内部にアルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガスが充填された気密箱状のもので前記支持格子（Ｇ）が収納され、予め決められた酸素濃度や水分濃度の雰囲気内を有する溶接用チャンバ（２１）内でレ−ザ溶接が行われるようになっている。周囲（この場合が４方向）には窓が設けられており、当該窓には窓ガラス（６０ａ）が気密的に嵌め込まれ、窒素やアルゴンガスのような不活性化ガスを充填することができるようになっている。そして、この窓ガラス（６０ａ）越しに前記レーザ出射装置（１０）が配置され、前記ワークである支持格子（Ｇ）は、溶接用チャンバ（２１）内に配設されて、溶接用チャンバ（２１）の窓ガラス（６０ａ）を介してレーザーショットされるようになっている。なお、溶接用チャンバ（２１）内の雰囲気はポンプなどにより強制循環され、溶接時に発生したヒュームなどをフィルタにて濾過し、チャンバ（２１）内の清浄度を保つ装置が設置されている。
【００２３】
このレーザ出射装置（１０）は公知の、例えば３軸のネジ機構とステッピングモータとを使用し、ガイドレールに沿って３次元の相対移動が可能な相対移動装置（図示せず）に搭載されている。
【００２４】
ワークである支持格子（Ｇ）は従来例の部分で詳述したように一般的に複数の薄い金属帯板（２）が、互いに平行な方向及び直交する方向に配置され且つ互いに格子状に組み合わされた内ストラップ（３）と、該内ストラップ（３）の４周を取り囲む薄い金属帯板製外ストラップ（４）で構成されている。
【００２５】
この支持格子（Ｇ）は既述のように原子炉燃料集合体内に組み込まれて使用される。内ストラップ（３）には所定間隔で上向きの嵌め込み溝（５ａ）と下向きの嵌め込み溝（５ｂ）がそれぞれ形成されており、これらを上下に嵌め込むことで金属帯板（２）を縦横に組み立てることができ、その内ストラップ（３）の表面側及び裏面側交差点である溶接箇所（Ｐ１）が溶接されるようになっている。また、内ストラップ（３）の端部の突部（３ａ）が外ストラップ（４）のスリット孔（４ａ）から外部に露出しており、この部分も溶接箇所（Ｐ２）であり、突部（３ａ）が外ストラップ（４）の外面に溶接されるようになっている。更に外ストラップ（４）は帯状のものを折り曲げて形成されるのでその一部において突き合わせ或いは重ね合わせ部分が生じ、この突き合わせ（或いは重ね合わせ）箇所（Ｐ３）も溶接されることになる。また、外ストラップ（４）には３角形状のガイド片（４ｂ）が内ストラップ（３）に合わせて設けられており、ガイド片（４ｂ）に形成された保持溝（４ｃ）に内ストラップ（３）の端部に形成されている保持片（３ｃ）の角部が挿入されている。
【００２６】
次に本発明装置の作用について説明する。内ストラップ（３）同士を格子状に組みあげ、内ストラップ（３）の突部（３ａ）をその４周に巻設した外ストラップ（４）のスリット孔（４ａ）に挿入し、且つ保持片（３ｃ）の角部が外ストラップ（４）のガイド片（４ｂ）に形成された保持溝（４ｃ）に挿入された、溶接前の組み立て状態のレーザ溶接前の支持格子（Ｇ）を溶接用チャンバ（２１）内に挿入し、図示しないワーク回転保持装置に取り付ける。
【００２７】
この状態で、溶接用チャンバ（２１）内を真空状態にした後、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを充填して支持格子（Ｇ）の周囲雰囲気を不活性雰囲気とする。そして、支持格子（Ｇ）のレーザ溶接に入る。支持格子（Ｇ）のレーザ溶接手順は別段特定されていないが、この場合は支持格子（Ｇ）を立て、両側から支持格子（Ｇ）の上面と底面の内ストラップ（３）の交差点である溶接箇所（Ｐ１）及び外ストラップ（４）の対向２側面の突出部分（３ａ）を順番にレーザ溶接し、然る後、ワーク回転支持装置で支持格子（Ｇ）の溶接位置を変え、残りの２側面の突出部分（３ａ）を順番にレーザ溶接する。
【００２８】
また、溶接箇所（Ｐ４）の溶接も表面側交差点（Ｐ１）の溶接に続いて行われる。このとき、溶接箇所（Ｐ４）の位置は表面側交差点（Ｐ１）と異なるので、３次元の相対移動装置を操作してレーザ出射装置（１０）の焦点を溶接箇所（Ｐ４）の位置に合わせ、レーザ光線を出射する。これにより溶接箇所（Ｐ４）は溶着一体化する。
【００２９】
最後に、前述のように立てた状態の支持格子（Ｇ）を４５度回転させ、且つ１基の３次元の相対移動装置を操作して外ストラップ（４）の溶接箇所（Ｐ３）にレーザ出射装置（１０）の焦点を合わせ、レーザ出射装置（１０）を移動させ、溶接箇所（Ｐ３）をビード溶接する。
【００３０】
この間の溶接状況は外部モニタ（２８）にすべて映し出される。また、ビデオに接続してそのすべてを記録しておくこともできるし、リアルタイムでその映像をモニタ画面に映し出すこともできる。図１（イ）の場合には、レーザ溶接前の溶接箇所（Ｐ１）である交差点の映像（イ’）が写っている。
【００３１】
次に、レーザ溶接の詳細について説明する。レーザ出射装置（１０）の焦点が交差点（Ｐ１）［あるいは溶接箇所（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）］の中心に不一致の場合、あるいは焦点ボケの場合、前記３次元の相対移動装置（６１）を操作して、レーザ出射装置（１０）の焦点が溶接箇所（Ｐ１）［溶接箇所（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）］の中心に一致するように移動させる。この操作は撮像装置（４３）を通じて得られた画像デジタルデータと予めＣＰＵ（４２）に取り込んでおいた標準画像とを比較して、標準画像に画像デジタルデータが一致するまで相対移動装置（６１）を自動操作する。
【００３２】
正確に焦点が目標とする溶接箇所（Ｐ１）［溶接箇所（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）］の中心に一致したところで、前記溶接箇所（Ｐ１）［溶接箇所（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）］にレーザ光線（Ｌ）を照射してレーザ溶接する。レーザ溶接が終了すると、レーザ溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）のチェックがその都度パターン認識装置（Ｂ）によって確認される。
【００３３】
即ち、レーザ出射装置（１０）の光軸と一致してセットされている撮像装置（４３）がレーザ溶接後、光学系（８）を通してレーザ溶接箇所の溶接パターンを２値化されたデジタル画像として録取し、ＣＰＵ（４２）に送り、記憶装置（４４）に記憶させると共にＣＰＵ（４２）で２値化された前記溶接パターンデータからレーザ溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）の寸法を演算する。この寸法については、基準範囲（この部分を安定領域とする）を予め設定しておき、その範囲に寸法が入れば良品とし、その範囲を越えれば不良品と判定するのであるが、その境界部分においてはある程度の幅を持たしておき、上限値に近い上限危険範囲に入るとレーザ出射装置（１０）の出力を若干絞り、逆に下限値に近い下限危険範囲に入ると前記出力を若干あげて基準範囲（安定領域）に入るように出力調整を行う。
【００３４】
具体的にはレーザ溶接箇所（Ｐ１）である交差点にあっては図１（ロ）または（ロ’）に示すように溶接跡は平面形状が正方形に形成され、２値化された溶接パターンデータから演算された対角線の長さ（Ｘ）（Ｙ）が算出される。
【００３５】
又、レーザ溶接箇所（Ｐ２）の場合は、突出部分（３ａ）にレーザ光線を照射し突出部分（３ａ）と外ストラップ（４）のこの近傍部分とを溶接する。突出部分（３ａ）部分が図７のように短い点状のものであれば溶接跡（Ｐ２）は半球状になるが、長い線状の場合は線状ビード跡となる。溶接跡（Ｐ２）は半球状の場合、その直径（Ｒ）を測定する事になる。また、線状ビード跡（図示せず）の場合は、その線幅と長さが測定されることになる。
【００３６】
溶接箇所（Ｐ３）は外ストラップ（４）の突き合わせ（又は重ね合わせ）部分であり、溶接箇所（Ｐ３）の一端から他端に向かってレーザ光線を照射し、突き合わせ（又は重ね合わせ）部分を全長にわたって溶接する。この部分（Ｐ３）の溶接跡は線状ビード跡となるので、その線幅（Ｗ１）と長さ（Ｌ１）が測定されることになる。
【００３７】
最後の溶接箇所（Ｐ４）は外ストラップ（４）のガイド片（４ｂ）と内ストラップ（３）の保持片（３ｂ）の先端部分であるが、前述同様、ガイド片（４ｂ）の保持溝（４ｃ）に嵌め込まれた保持片（３ｂ）の先端角部にレーザ光線（Ｌ）を照射してその部分を溶接する。この部分の接合強度に対する要求は他の溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ３）と比べて小さいので（そしてその溶接跡も形状は前述の溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ３）に比べて複雑であるので）、必ずしも画像処理による判定を必要としないものであるが画像処理を行う場合、その幅（Ｗ３）と長さ（Ｌ３）とを計測することによりその良否判定を行うことになる。
【００３８】
以上のようにすべての溶接点（Ｐ１）〜（Ｐ４）の溶接において、溶接が終了するとその都度、溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）［ただし、溶接箇所（Ｐ４）は任意］の良否判定が行われることになるが、実行したスポット溶接２値化パターンからの測定寸法が許容範囲であれば次のスポット溶接位置に移動する。逆に、実行したスポット溶接パターンが小さくければ、レーザ出力を高めて再度当該部分を溶接する。
【００３９】
すべての溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）のレーザ溶接が完了すると、支持格子（Ｇ）を溶接用チャンバ（２１）から引き出し、新しい未加工の支持格子（Ｇ）と交換する。
【００４０】
また、レーザ出力測定装置（Ｄ）をレーザ出射装置（１０）の出射部分にセットしておけば、レーザ溶接の実行の都度、前記レーザ出力測定装置（Ｄ）にて実際に出射されているレーザ光線（Ｌ）の出力を測定し、レーザ光線（Ｌ）の出力管理も行っている。なお、ここでレーザ出力測定装置（Ｄ）の作用を簡単に説明する。
【００４１】
レーザ光線（Ｌ）はレーザ出射装置（１０）の光学系（８）にて加工面に集光され、前述のようなスポット溶接が実行される。その際、レーザ光線（Ｌ）のエネルギ状態は図６に示すよう光軸から周縁部に向かって次第にある割合で低下して行き、収束部分（６ａ）の外縁部分の外側には極く僅かであるがレーザ光線（Ｌ）の収束部分（６ａ）に収束しない非収束部分（６ｂ）が発生する。
【００４２】
即ち、レーザ出射装置（１０）から出射されたレーザ光線（Ｌ）の１００％が単一波長のビームとなって光学系（８）にて一点に集光されるわけでなく、その極く一部は非収束状態（この部分を非収束部分（６ｂ）とする。）となって収束部分（６ａ）の周囲に存在する。レーザ出力測定装置（Ｄ）はスポット溶接に寄与しないこの非収束部分（６ｂ）の一部を全周から均等に複数箇所から採取する事で、レーザ光線（Ｌ）の加工性能を減ずることなくレーザ出射装置（１０）から出射されたリアルタイムで、出射エネルギーを測定することができる。
【００４３】
そして、取り出したレーザ光線（Ｌ）を電気信号に変換し、予め分かっている倍率（即ち、基準測定器にて検出した測定基準値に対する校正倍率）を掛ける事或いは校正データに即して補正する事でレーザ出射装置（１０）から出射され、加工に使用される収束部分（６ａ）の出射エネルギを出射の度にリアルタイムで算出する事が出来、正確な実測値をリアルタイムで表示する事が出来る。出射エネルギの相対的な値を知るだけであれば、校正データによる補正をすることなく表示させればよい。
【００４４】
なお、溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）の検査は、抜き取ったサンプルに対して引っ張り試験などの破壊試験を行い前記外観検査の信頼性について担保することができるようにし、溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）の全数非破壊外観検査を実行し且つレーザ出力のリアルタイム監視を行なうことでレーザ溶接の品質並びに信頼性の向上を図っている。
【発明の効果】
本発明は、すべてのレーザ溶接箇所のレーザ出射出力はモニタリングされており、しかも溶接後のレーザ溶接箇所はすべてモニタリングされて良否判定がレーザ溶接の直後になされ、不良の場合には良品となるまで再レーザ溶接が行われることになるので、レーザ溶接箇所における不良は排除され支持格子の溶接箇所の信頼性が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置のブロック図
【図２】本発明装置の主要部分の正面図
【図３】本発明のレーザ出射装置を搭載した相対移動装置部分の正面図
【図４】図３の部分平面図
【図５】本発明のスポット溶接の対象となるスペースグリッドの部分拡大斜視図
【図６】本発明のレーザ出射装置部分の拡大部分断面図
【図７】本発明に適用される支持格子の部分拡大斜視図
【図８】本発明にかかる支持格子が装着された燃料集合体の部分断面図
【符号の説明】
（Ａ）　レーザ発生装置
（Ｂ）　パターン認識装置
（Ｇ）　支持格子
（Ｐ１）〜（Ｐ４）　溶接箇所
（Ｌ）　レーザ光線
（２）　金属帯板
（３）　内ストラップ
（４）　外ストラップ
（１０）　レーザ出射装置

Claims

複数の金属帯板が互いに平行な方向及び直交する方向に配置され且つ互いに一定間隔で格子状に組み合わされた内ストラップと、該内ストラップの４周を取り囲む金属帯板製外ストラップからなる原子炉燃料集合体の支持格子に対してレーザ出射装置を相対移動させながら前記ストラップの複数の溶接箇所をレーザ溶接する方法において、
（ａ）レーザ光線にて溶接を行い且つレーザ溶接後、溶接箇所をパターン認識装置にて２値化されたレーザ溶接パターンとして認識し、
（ｂ）前記レーザ溶接２値化パターンから溶接箇所の寸法を計測し、前記レーザ溶接２値化パターンが基準以内に収まっている場合にはその位置の溶接を完了して次の溶接箇所に移動し、
（ｃ）逆に取り込んだレーザ溶接２値化パターンから計測された寸法が基準以下の場合には、前回のレーザ光線の出射出力より大きくして基準内に入るまで再度レーザ溶接を繰り返すことを特徴とする燃料集合体の支持格子の溶接方法。
レーザ光線の出射出力の測定をレーザ出射装置の出射側で行う事を特徴とする請求項１に記載の燃料集合体の支持格子の溶接方法。
複数の金属帯板が互いに平行な方向及び直交する方向に配置され且つ互いに格子状に組み合わされた内ストラップと、該内ストラップの４周を取り囲む外ストラップからなる原子炉燃料集合体の支持格子において、
前記ストラップの溶接箇所が請求項１又は２に記載のレーザ溶接方法にて互いに結合されていることを特徴とする燃料集合体の支持格子。
（ａ）複数の金属帯板が互いに平行な方向及び直交する方向に配置され且つ互いに格子状に組み合わされた内ストラップと、該内ストラップの４周を取り囲む金属帯板製外ストラップからなる原子炉燃料集合体の、溶接前で組み立て状態の支持格子に向けて配設され且つ支持格子に対して相対移動させられ、前記ストラップの各溶接箇所をレーザ溶接にて互いに結合させるレーザ出射装置と、
（ｂ）前記溶接箇所のレーザ溶接パターンを２値化して取り込むと共に取り込まれたレーザ溶接２値化パターンからレーザ溶接箇所の寸法を演算し、当該寸法が基準以内に収まっている場合にはその位置のレーザ溶接を完了して前記レーザ出射装置が次の溶接箇所に移動するように指示を出し、寸法が基準以下の場合にはレーザ出力を前回に比べて大きくし、基準内に入るまで再度当該溶接箇所のレーザ溶接を繰り返すようにレーザ出射装置を制御するパターン認識装置とで構成されていることを特徴とする燃料集合体の支持格子溶接装置。
レーザ出射装置の出射部分に設けられ、出射されたレーザ光線のレーザ出力を測定するレーザ出力検出装置を有することを特徴とする請求項４に記載の燃料集合体の支持格子溶接装置。