Устройство для измерения твэл

 

Использование: для автоматического измерения координат активного слоя, разметки границ твэлов, измерения равномерности распределения активного материала по всей площади слоя в процессе изготовления для повышения точности и производительности. Сущность изобретения: устройство снабжено системой измерения, регистрации и обработки данных, системой управления сканированием и разметкой, ориентирующим устройством, промышленным роботом, дополнительным разметчиком, двумя механизмами вращения твэла и узлом настройки, датчиками линейного перемещения твэла, концевыми датчиками поворота и перемещения твэла и разметчиков, при этом система измерения, регистрации и обработки данных состоит из рентгеновского аппарата и последовательно соединенных аналого-цифрового датчика рентгеновского изображения, аналого-цифрового преобразователя и персонального компьютера, система управления сканированием и разметкой состоит из блока согласования, связанного электрически с датчиками и электроприводами ориентирующего устройства, промышленным роботом и блоком параллельного обмена, встроенным в персональный компьютер. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов, изготовленных в виде трехслойных труб различного профиля и предназначено для автоматического измерения координат активного слоя, разметки границ твэлов, измерения равномерности распределения активного материала по всей площади слоя в процессе изготовления.

Известно устройство для разметки границ активного слоя в твэлах (RU 2109354, 20.04.98, G 21 C 21/00), содержащее рентгеновский аппарат, промышленный робот, разметчик, ориентирующее устройство, приспособление для наблюдения, систему управления.

Недостатком данного устройства является большая погрешность при определении границ активного слоя из-за субъективного восприятия рентгеновского изображения и ручного позиционирования твэла на координату разметки.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству (прототипом) является устройство для измерения твэл (RU 2059838, 27.11.96, G 01 B 10/02), содержащее источник и детекторы ионизирующих излучений, механизмы их перемещений, механизмы перемещения и вращения измеряемых твэлов.

Недостатком данного устройства является контроль распределения только по одной линии вдоль каждой грани твэла, а не по всей площади, что снижает достоверность контроля.

Задачей изобретения является повышение достоверности измерения параметров активного слоя, увеличение точности разметки границ и повышение производительности в процессе изготовления твэлов за счет создания единого комплекса измерения и разметки.

Технический результат от использования изобретения заключается в том, что позволяет измерять толщину активного слоя и его неравномерность распределения по всей поверхности (развертки) твэла, позволяет определять границы активного слоя, кроме того, обеспечивает повышение точности и производительности разметки, а также повышает комфортность работы персонала.

Это достигается тем, что устройство снабжено системой измерения, регистрации и обработки данных, системой управления сканированием разметкой, ориентирующим устройством, промышленным роботом, дополнительным разметчиком, двумя механизмами вращения твэла и узлом настройки, датчиками линейного перемещения твэла, концевыми датчиками поворота и перемещения твэла и разметчиков, при этом система измерения, регистрации и обработки данных состоит из рентгеновского аппарата и последовательно соединенных аналого-цифрового датчика рентгеновского изображения (малогабаритная фотодиодная линейка, матрица со сцинтилятором или другим малогабаритным рентгено-оптическим преобразователем), аналого-цифрового преобразователя и персонального компьютера, система управления сканированием и разметкой состоит из блока согласования, связанного электрически с датчиками и электроприводами ориентирующего устройства, промышленным роботом и блоком параллельного обмена, встроенным в персональный компьютер.

Использование системы измерения, регистрации и обработки данных позволяет с высокой точностью определить геометрические параметру активного слоя, набор эталонных пластин, расположенных на узле настройки обеспечивает независимость измерения равномерности распределения активного материала от температурного и временного дрейфа сигнала датчика рентгеновского излучения.

Электропривод каретки и цифровой датчик линейного перемещения обеспечивают высокую точность позиционирования твэла в процессе сканирования и разметки, использование двух механизмов вращения и двух разметчиков повышают производительность контроля и разметки за счет исключения дополнительных движений.

На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство для измерения твэлов состоит из ориентирующего устройства 1, промышленного робота 2, систем измерения и регистрации и обработки данных, системы управления сканированием и разметкой. Ориентирующее устройство 1 состоит из каретки 3 с электроприводом каретки 4, датчиков концевых положений 5, 6, датчиков начала 7 и конца 8 зоны контроля, датчика линейного перемещения 9. На ориентирующем устройстве установлены два механизма вращения 10, 11 твэла с двигателями 12, 13 и датчиками поворота 14, 15, разметчики 16,17 с двигателями 18,19 и датчиками концевых положений 20, 21 разметчиков, штанга 22, выполненная в виде полой трубы, через которую проведен кабель связи с датчиком 23 рентгеновского излучения. На каретке 3 установлены направляющие для твэла и узел настройки 24 с набором пластин эталонной толщины.

Система измерения, регистрации и обработки информации состоит из рентгеновского аппарата 25, установленного вблизи ориентирующего устройства и обеспечивающего веерный пучок коллимированного излучения в приемное окно датчика рентгеновского излучения 23, аналого-цифрового преобразователя 26, персонального компьютера 27, устройства печати 28, телевизионного монитора 29.

Система управления сканированием и разметкой состоит из блока согласования 30, устройства параллельного обмена 31, встроенного в персональный компьютер 27 с клавиатурой 32.

Устройство для измерения твэлов работает следующим образом.

Программа управления устройством запускается оператором с клавиатуры 32 персонального компьютера 27.

Персональный компьютер 27 вырабатывает команды установки каретки 3, механизмов вращения твэлов 10,11 и разметчиков 16,17 в исходное состояние, посылая сигналы управления через устройство параллельного обмена 31 на блок согласования 30. Блок согласования 30 вырабатывает сигналы включения электропривода каретки 4, электродвигателей механизмов вращения твэла 12, 13 и разметчиков 18, 19. В процессе исполнения всех команд персональный компьютер в реальном времени отслеживает сигналы датчиков концевых положений 5, 6 каретки, датчиков поворота 14, 15 и датчиков концевых положений 20, 21 разметчиков, считывая сигналы датчиков преобразованные блоком согласования 30 с устройства параллельного обмена 31.

После установки всех механизмов устройства в исходное состояние персональный компьютер 27 вырабатывает сигнал загрузки твэла на каретку 3, поступающий на промышленный робот 2 через устройство параллельного обмена 31 и блок согласования 30.

Затем оператор включает рентгеновский аппарат 25 и запускает программу измерения и регистрации информации с клавиатуры 32. В процессе выполнения этой программы компьютер выполняет следующие действия.

Вырабатывается команда включения электропривода 4 каретки 3 и начинается ее движение от механизма вращения твэла 10 к механизму вращения твэла 11. В момент срабатывания датчика 7 начала зоны контроля автоматически запускается программа сканирования-считывания информации с датчика рентгеновского излучения 23 через аналого-цифровой преобразователь 20 и запись этой информации в массиве памяти компьютера с привязкой к реальной координате положения твэла, считываемой с датчика линейного перемещения 9, через блок согласования 30 и устройство параллельного обмена 31. В процессе движения каретки датчик рентгеновского излучения 23 вводится внутрь твэла и контролируемая грань перекрывает веерный коллимированный пучок рентгеновского излучения, направленный в приемное окно датчика. В процессе сканирования всей грани твэла датчик рентгеновского излучения вырабатывает сигналы, амплитуда которых определяется известной зависимостью степени поглощения от весовой толщины активного слоя и в памяти компьютера формируется двухмерный массив, расположение элементов которого соответствует геометрическому расположению элементарных площадок контролируемой грани твэла, а цифровые значения каждого элемента зависят от весовой толщины элементарной площадки.

Процесс сканирования грани твэла прекращается при срабатывании датчика конца зоны контроля 8, а движение каретки продолжается до момента ввода в зону рентгеновского пучка узла настройки 24, установленного на каретке, и компьютер автоматически переходит к выполнению программы настройки. В программе настройки производится сканирование набора эталонных пластин и формирование массива эталонных уровней в памяти компьютера.

Перемещение каретки прекращается при срабатывании датчика концевого положения 6, компьютер выдает команду поворота, блок согласования включает электродвигатель 13 механизма вращения твэла на время до срабатывания датчика поворота. Таким образом твэл поворачивается для контроля следующей грани.

Затем компьютер выдает команду включения привода каретки 4 в обратном направлении и производится сканирование следующей грани.

По окончании измерения второй грани каретка возвращается в исходное положение к узлу поворота 10, а затем компьютер выполняет программу нормирования значений элементов двумерных массивов по эталонным уровням известными методами апроксимации. В результате выполнения программы нормирования исключаются нелинейность, разброс чувствительности, дрейф датчика рентгеновского излучения и в памяти компьютера формируются два двухмерных массива, цифровые значения которых прямопропорциональны весовой толщине элементарных площадок активного слоя.

Далее цикл измерения повторяется дважды (в данном случае - шестигранный твэл), производится окончательная обработка шести двухмерных массивов, в результате чего вычисляются неравномерность распределения и геометрические размеры активного слоя по всему твэлу. На экран монитора 28 выводится рентгеновское изображение развертки твэла, а на печатающее устройство 29 документ с результатами контроля.

Далее оператор запускает программу разметки и компьютер выдает команды позиционирования каретки так, чтобы совместить геометрический центр по длине активного слоя с геометрическим центром расстояния между разметчиками 16, 17. Затем компьютер через систему управления сканированием и разметкой запускает электродвигатели 18, 19 разметчиков, а в момент срабатывания датчиков концевого положения разметчиков 20, 21 выдает команду на реверс этих электродвигателей, возвращая разметчики в исходное положение. Затем каретка с размеченным твэлом перемещается в исходное положение к механизму вращения твэла 10 и останавливается. Промышленный робот 2 снимает твэл и далее цикл повторяется. При контроле единичного твэла, операцию установки и снятия твэла может проводить оператор.

Таким образом, применение данного изобретения позволяет проводить контроль параметров активного слоя и разметку твэла с повышенной точностью измерения и разметки, увеличивает производительность и качество технологического процесса изготовления, повышает технический уровень производства и комфортность работы персонала.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения твэлов, содержащее источник излучения, механизмы перемещения и вращения твэлов, систему измерения и систему управления, отличающееся тем, что оно выполнено с двумя разметчиками и узлом настройки, а система измерения снабжена цифровым каналом регистрации излучения, состоящим из последовательно соединенных датчика, аналого-цифрового преобразователя и компьютера, а система управления дополнительно состоит из электродвигателей разметчиков, последовательно соединенных датчика линейного перемещения, блока согласования, устройства параллельного обмена, соединенного с компьютером.

2. Устройство для измерения твэлов по п.1, отличающееся тем, что снабжено механизмом загрузки-выгрузки, выполненного в виде робота.

РИСУНКИ

Рисунок 1