【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于制造业计量检测，具体涉及一种核燃料组件燃料棒间隙自动化检测装置及方法。
技术介绍
1、核电站的核燃料以组件形式放在反应堆中，主要由燃料棒、下管座、上管座、控制棒导向管、定位格架等部件组成，是堆芯中最重要的组件。核燃料组件的几何外形尺寸、燃料棒间隙、燃料棒直径等参数是否满足要求，决定了核燃料组件能否正常入堆并在堆内安全稳定运行。典型的燃料棒排列成网格分布，一般情况下棒与棒之间的间隙很小，受装配误差的影响间隙很难保持一致，同时在使用时受热膨胀、辐照生长、相邻组件之间的机械作用等综合影响下，也会产生弯曲或变形等现象，因此需要采取有效的检测手段进行检测。目前关于燃料组件芯棒间隙的检测方法主要有两种，一种是接触式的测量方法，另一种是非接触的测量方法。接触式的测量方法主要应用在对组件产品出厂前的检测，是一种实验室的检测模式。通用设备是三坐标测量机，该方法测量精度较高，但测量成本高、测量效率低。非接触式测量手段包括激光扫描投影测量和机器视觉测量。
2、基于激光扫描和图形处理的非接触测量方案，利用高惯性、高扫描频率的激光产生的平行光对燃料组件进行扫描投影来测量组件的物体的几何尺寸。该方法中利用了激光的准直特性，平行投影产生的图像是燃料棒的综合变形情况和组件的整体变形情况，并且避免了图像视觉方法中由于组件的空间纵深排列对测量的影响，但是它每次只能测量一个截面，具有在纵向方向上测量数值不连续的缺点。
3、基于机器视觉的非接触测量方案，通过图像传感器拍摄核燃料组件的四个方向，然后通过图像预处理、图像边缘增强、图像
4、以上方法的最大问题是只能对外围的棒间隙进行检测，无法实现对网格中间的棒间隙进行检测。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种核燃料组件燃料棒间隙自动化检测装置及方法，能够实现核燃料组件中所有阵列燃料棒间隙及燃料棒直径的自动化检测，并且测量全面、测量精度高、测量效率高。
2、本专利技术的一个方面提供一种核燃料组件燃料棒间隙自动化检测装置，包括微型线激光位移传感器、纵向位移组件、横向位移组件、数据采集及控制系统；
3、所述微型线激光位移传感器用于核燃料组件燃料棒截面数据的采集；所述纵向位移组件用于安装所述微型线激光位移传感器并进行深度方向移动，能够控制所述微型线激光位移传感器深入到核燃料组件内部进行相邻燃料棒截面数据的采集，获取横向和纵向相邻燃料棒的间隙数据；所述横向位移组件用于安装所述纵向位移组件并进行横向移动，能够依次带动所述微型线激光位移传感器进行每列燃料棒间隙数据的采集，所述数据采集及控制系统用于实现纵向位移组件和横向位移组件的运动控制和位置获取，并采集所述微型线激光位移传感器的测量数据，通过分析处理输出核燃料组件中所有阵列燃料棒间隙和燃料棒直径。
4、优选地，所述微型线激光位移传感器包括微型一字线激光、微型镜头及图像传感器ccd、滤光片、传感器安装座、延伸测量架；
5、微型一字线激光固定在传感器安装座上方，用于产生一条直线激光；微型镜头及图像传感器ccd固定在传感器安装座下方，用于采集打在燃料棒上的激光点云数据；滤光片安装在微型镜头及图像传感器ccd前方，用于防止外界光的干扰；传感器安装座用于将微型一字线激光、微型镜头及图像传感器ccd、滤光片安装在延伸测量架上；延伸测量架的一端安装传感器安装座，另一端固定在纵向位移组件上。
6、优选地，所述微型线激光位移传感器的厚度尺寸小于10mm，激光测量面大于15mm，测量景深范围大于50±5mm。
7、优选地，所述横向位移组件包括横向移动平台、横向伺服电机、横向光栅尺、横向读数头、横向读数头安装座、横向丝杠、导轨、底座、丝母；
8、横向移动平台用于安装纵向移动组件，横向移动平台的行程范围大于核燃料组件的横向尺寸；横向伺服电机用于带动微型线激光位移传感器进行横向运动，依次采集每一列的燃料棒间隙数据；横向光栅尺粘贴在横向移动平台侧面，与横向读数头组合用于实现微型线激光位移传感器横向的位置测量；横向读数头通过横向读数头安装座固定在底座上，横向丝杠、导轨与丝母组成直线运动系统。
9、优选地，所述纵向位移组件包括纵向移动平台、纵向伺服电机、纵向光栅尺、纵向读数头、纵向读数头安装座、纵向丝杠；
10、纵向移动平台前端安装有微型线激光位移传感器，纵向移动平台的行程范围大于核燃料组件的深度尺寸；纵向伺服电机用于带动纵向移动平台上的微型线激光位移传感器进行伸缩运动，依次采集横向和纵向所有燃料棒间隙数据；纵向光栅尺粘贴在纵向移动平台侧面，与纵向读数头组合用于实现微型线激光位移传感器深度方向的位置测量；纵向读数头通过纵向读数头安装座固定在横向位移组件的移动平台上；纵向丝杠与横向位移组件的丝母组成直线运动系统。
11、优选地，所述数据采集及控制系统控制纵向位移组件和横向位移组件按照设定的位置进行运动并采集位置信息，采用基于levenberg-marquardt算法的定半径最小二乘拟合算法进行燃料棒中心位置和直径提取，计算得到所有阵列燃料棒间隙值。
12、本专利技术的另一个方面提供一种核燃料组件燃料棒间隙自动化检测方法，利用上述的检测装置检测核燃料组件中所有阵列燃料棒间隙和燃料棒直径，包括：
13、步骤1：将所述检测装置固定在核燃料组件的一个侧面，控制纵向位移组件和横向位移组件，使微型线激光位移传感器位于第1列和第2列燃料棒中间位置，同时确保微型线激光位移传感器的前端到核燃料组件的距离在有效工作范围内；
14、步骤2：将线激光打在第1行的第1列和第2列燃料棒上，提取该行第1列燃料棒的中心位置和第2列燃料棒的中心位置以及第1列燃料棒的直径和第2列燃料棒的直径，记录纵向位移组件的光栅尺位置；
15、步骤3：控制纵向位移组件向前运动设定的间隔，将线激光打在第2行的第1列和第2列燃料棒上，提取该行第1列燃料棒的中心位置和第2列燃料棒的中心位置以及第1列燃料棒的直径和第2列燃料棒的直径，记录纵向位移组件的光栅尺位置；
16、步骤4：按照步骤3依次测量第3行、第4行、……、第i行的第1列和第2列燃料棒间隙值，以及第1列的第2行和第3行、第3行和第4行、……、第i-1行和第i行的燃料棒间隙值，其中i为被测核燃料组件的实际燃料棒行数；
17、步骤5：控制纵向位移组件回到初始零位，控制横向位移组件向前运动设定的间隔，将线激光依次打在第1行的第2列和第3列燃料棒上、第3列和第4列燃料棒上、……、第j-1列和第j列燃料棒上，按照步骤2～步骤4，依次测量第1行、第2行、……、第i行的第j-1列和第j列燃料棒间隙值，第1列的第2行和第3行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种核燃料组件燃料棒间隙自动化检测装置，其特征在于，包括微型线激光位移传感器、纵向位移组件、横向位移组件、数据采集及控制系统；
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述微型线激光位移传感器包括微型一字线激光、微型镜头及图像传感器CCD、滤光片、传感器安装座、延伸测量架；
3.如权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述微型线激光位移传感器的厚度尺寸小于10mm，激光测量面大于15mm，测量景深范围大于50±5mm。
4.如权利要求1-3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述横向位移组件包括横向移动平台、横向伺服电机、横向光栅尺、横向读数头、横向读数头安装座、横向丝杠、导轨、底座、丝母；
5.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述纵向位移组件包括纵向移动平台、纵向伺服电机、纵向光栅尺、纵向读数头、纵向读数头安装座、纵向丝杠；
6.如权利要求1-5中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述数据采集及控制系统控制纵向位移组件和横向位移组件按照设定的位置进行运动并采集位置信息，采用基于Levenberg-M
7.一种核燃料组件燃料棒间隙自动化检测方法，利用权利要求1-6中任一项所述的检测装置检测核燃料组件中所有阵列燃料棒间隙和燃料棒直径，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种核燃料组件燃料棒间隙自动化检测装置，其特征在于，包括微型线激光位移传感器、纵向位移组件、横向位移组件、数据采集及控制系统；
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述微型线激光位移传感器包括微型一字线激光、微型镜头及图像传感器ccd、滤光片、传感器安装座、延伸测量架；
3.如权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述微型线激光位移传感器的厚度尺寸小于10mm，激光测量面大于15mm，测量景深范围大于50±5mm。
4.如权利要求1-3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述横向位移组件包括横向移动平台、横向伺服电机、横向光栅尺、横向读数头、横向读数头安装座、横向丝杠、导轨...
【专利技术属性】
技术研发人员：高廷，孙安斌，乔磊，曹铁泽，王继虎，甘晓川，马骊群，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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