Brevet FR2566526A1 — publié le 19851227

Dispositif de contrôle automatique des dimensions et de la masse d articles cvlindriaués L'invention a pour objet un dispositif de contrôle automatique des dimensions et de la masse d'articles cylindriques de petite taille. Elle est notamment utilisable pour la mesure des dimensions et de la masse de pastilles de combustible nucléaire qui se présentent sous forme de cylindres de diamètre inférieur à leur hauteur. On sait que les crayons de combustible utilisés dans les centrales nucléaires refroidis et modérés à 1 eau légère contiennent un empilement de pastilles de combustible. constituées par une céramique généralement base de dioxyde d uranium enrichi. Les phénomènes de fission, de cyclage thermique et d'irradiation lors du passage en réacteur provoquent diverses déformations des pastilles. Ces dernières subissent un gonflement, sou- vent appelé "déformation en tonneau".Etant donné que la gaine. généralement en alliage à base de zirconium, n'a qu'une faible résistance mécanique à haute température et qu'elle est susceptible d être dégradée par des réactions physico-chimiques, il est indispensable de prévoir, lors de la fabrication d un crayon, un jeu faible bien déterminé entre pastilles et gaine du crayon. Par ailleurs, il est nécessaire que la longueur de 1 empilement de pastilles contenu dans la gaine soit maintenue dans des limites étroites et que cette longueur ne varie pas de façon excessive en dépit du gonflement sous irradiation. Pour répondre à la seconde exigence, on prévoit généralement, dans les faces terminales des pastilles. des cuvettes centrales définies par une couronne en périphérie des pastilles. La longueur totale de chaque pastille et la profondeur de la cuvette doivent être maintenues dans une plage de tolérances étroite, ce qui exige un contrôle de la longueur et du profil de la cuvette. Enfin. il est indispensable de connaitre la masse de la pastille, qui seule. permet de déterminer la quantite de matière fissile contenue dans le crayon. L'invention vise à fournir un dispositif permettant. avec une précision élevée. de façon automatique et à cadence rapide. de contrôler les caractéristiques essentielles des pastilles. notamment leurs dimensions et leur poids. Dans ce but. l'invention propose notamment un dispositif de contrôle automatique des dimensions et du poids d'articles cylindriques, et notamment de pastilles de combustible nucléaire. Ce dispositif comprend un plateau d alimentation pouvant tourner autour d'un axe vertical, muni d'alvéoles de réception de pastilles à contrôler répartis sur un cercle centre sur l'axe du plateau qui est muni de moyens d'avance pas à pas permettant d'amener chaque alvéole à son tour à un emplacement de prise. Le dispositif comprend également un poste de contrôle des dimensions de l'article, comportant des moyens de déplacement d'un article à la fois entre un emplacement de reprise et un emplacement de mesure équipé de capteurs de mesure des dimensions ainsi qu'un poste de pesee d'articles muni d'un emplacement de pesée.Le dispositif comprend enfin un mécanisme de transfert comprenant un ensemble mobile verticalement et angulairement autour d'un axe vertical, muni de plusieurs bras équipés chacun de moyens de préhension d'une pastille à la fois. bras répartis de façon à permettre simultanement le transport d'une pastille du plateau d'alimentation au poste de reprise. le transport d une pastille du poste de contrôle au poste de pesée, et le transport d'une pastille du poste de pesée à un poste d'évacuation. Le poste d'évacuation peut être constitué par un plateau similaire au plateau d'alimentation. Le dispositif peut être complété par un appareil d'orientation de pastille, permettant, une fois une pastille saisie par le mécanisme de transfert, de la mettre dans l'orientation requise au poste ou elle va être déposee. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d ' exécu- tion, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère .aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 montre, en élévation, la forme générale des pastilles de combustible à contrôler, - la Figure 2 est une vue de dessus de l ensem- ble d'un dispositif s-uivant l'invention, - la Figure 3 montre, à grande échelle, la constitution d'un des bras du dispositif de la Figure 2, en coupe suivant la ligne III-III de la Figure 2, - la Figure 4 est une vue de détail. montrant les moyens de préhension du bras de La Figure 3, en vue de dessus, - la Figure 5 est une vue en élévation, en coupe partielle suivant la ligne V-V de la Figure 2, montrant les moyens de déplacement vertical et angulaire de l'équipage du mécanisme de transfert, - la Figure 6 est une vue en élévation d'un appareil d'orientation de pastille, non représenté sur la Figure 1, - la Figure 7 est une vue de dessus d'une partie du poste de contrôle dimensionnel du dispositif de la Figure 1 - la Figure 8 montre. vu dans la direction de la flèche VIII de La Figure 7, un peigne appartenant au poste de contrôle dimensionnel, - la Figure 9 est une vue de dessus du poste de contrôle dimensionnel du dispositif de la Figure 1. Le dispositif qui sera décrit est destiné à mesurer les dimensions et le poids d'une pastille de combustible nucléaire P du genre montré en Figure 1, Cette pastille se présente sous forme d'un cylindre de longueur supérieure à son diamètre, dont les faces terminales présentent des cuvettes destinées à reduire l'allongement sous irradiation et à constituer des chambres de collection des gaz de fission. Le dispositif qui sera décrit. permet de mesurer le diamètre de la pastille à différents niveaux, sa longueur à proximité de deux génératrices opposées et la profondeur des cuvettes. Dans le cas de mesures effectuées sur des pastilles "crues", il suffira en général de prévoir sur 1 appareil douze capteurs, repartis à raison de trois capteurs par génératrice sur deux génératrices diame-- tralement opposées et à raison de trois capteurs par face, comme indiqué par des flèches en trait plein sur la Figure 1. Dans le cas de mesures effectuées sur les pastilles terminées, c'est-à-dire frittées, puis rectifiées par passage à la meule diamantée, seize capteurs seront en général nécessaires, comportant les capteurs déjà mentionnés et ceux indiques en tirets sur la Figure 1. Le dispositif peut évidemment être également utilisé pour déterminer les caractéristiques des pastilles frittées, mais non encore rectifiées. Le dispositif montré en Figure 2 peut être regardé comme comportant - un plateau d'alimentation 10, - un poste de contrôle dimensionnel 12, - un poste de pesée 14, - un plateau d'évacuation 15, - un mécanisme 18 de transfert entre les élé- ments qui viennent d'être définis. Le dispositif sera généralement complété par un appareil 20 d'orientation de pastille, permettant une plus grande liberté dans la disposition des plateaux et des postes les uns par rapport aux autres. Le plateau d'alimentation 10 se présente sous forme d'un disque pouvant être fixé sur un axe vertical rotatif à l'aide d'une poignée de fixation rapide 22. Une zone annulaire à la périphérie du disque est usinée pour ménager des alvéoles, régulièrement répartis angulairement, de réception de pastilles, tels que 24. Un moteur 23 d'entraînement de l'axe du plateau permet de faire tourner ce dernier par pas égaux à l'intervalle angulaire entre deux alvéoles successifs, de manière à amener ces alvéoles en succession à un emplacement 25 de prise par le mecanisme de transfert 18. Le mécanisme de transfert 18 (Figures 2 à 5) comprend un équipage déplaçable verticalement et angulairement autour d'un axe vertical par un moteur 26. Cet équipage mobile comporte une demi-lune 28 portée par un arbre vertical rotatif 30, déplaçable longitudinalement et en rotation. Sur la demi-lune sont fixés, à intervalles angulaires égaux, trois bras radiaux 32, 32a et 32b ayant la même constitution. Le bras 32 montre en Figures 3 et 4 comporte un support 34 fixé à la demilune 28, par exemple par des vis 36, portant à son extrémité un organe de préhension qui, dans le mode de réalisation illustré, fonctionne par succion. Cet organe comporte un suceur 38 fixé à une pièce 40 montée sur le support 34 par l'intermédiaire d'un palier 42 de façon à pouvoir tourner autour d'un axe vertical.Un canal est prévu dans la pièce 40 pour permettre de relier le suceur à une source de vide (non représentée). La pièce 40 est retenue sur le support 34 par un chapeau 44 soli darisé en rotation de la piéce 40, par exemple à l'aide d'une vis 46. Le chapeau présente une forme de cylindre tronqué par deux faces parallèles 48, dans un but qui apparaitra plus loin. Un encliquetage à bille 50 permet de retenir l'ensemble constitué par le chapeau 44, la pièce 40 et le suceur 38 dans les diverses orientations qu'il doit prendre au cours du fonctionnement. Le bras 32 peut être complété par un organe témoin relié au canal d'aspiration 52 afin d'indiquer qu'une pastille P a été saisie, par l'augmentation de dépression qui en résulte. Les moyens de déplacement de l'équipage mobile peuvent avoir la constitution montrée en ,Figure 5. Ces moyens comportent un béti 54 en plusieurs pièces assem blées, solidaires d un châssis qui supporte l'ensemble des composants du dispositif. Le bâti 54 comporte une plaque support intermédiaire 56 et deux plaques terminales. La plaque intermédiaire et la plaque supérieure sont munies de paliers de support d'un arbre vertical 60, permettant à ce palier de tourner,mais l'empêchant de se déplacer verticalement. Sur l'arbre 60 est calée une couronne dentée 62 qui engrène un pignon 64 entraidé par le moteur 26. L'arbre 60 est couplé à l'arbre 30 par des moyens permettant, par rotation de 1 arbre 60, d'imposer à l'arbre 30 des mouvements de translation verticale et de rotation. Ces moyens de couplage comprennent une came tambour 66, de hauteur variable. fixée sur la couronne 62. Sur cette came s'appuie un ergot 68 porté par un levier en U 70 tournant sur un axe horizontal 72 fixé au bâti. Chaque branche du levier en U 70 est munie d'une goupille sur laquelle l'arbre 30 prend appui par l'in- termédiaire d'une butée 76 munie d'un ressort amortisseur 78. Les déplacements axiaux de l'arbre sont autorisés et guidés par trois cages à bille 80 dont une seule est visible sur la Figure 5. Les moyens d entrainement en rotation de l'arbre 30 comportent une came 82 fixée sur l'arbre 60, par exemple par clavetage. La came 82 coopere avec une came 84 fixée, par exemple par vis, sur la partie inférieure de l'arbre 30. Les deux cames ont une hauteur suffisante pour rester en prise en dépit des déplacements axiaux de l'arbre 30. Elles ont une forme telle qu'il n'y ait entrainement de l'arbre 30 que lors d'une fraction du mouvement de rotation de l'arbre 60 sous 1 action du moteur 26. L'appareil 2-0 montré schématiquement sur la Figure 6 est prévu au-dessus de l emplacement 25 (Figure 2). Il est destiné à changer l'orientation de la pastille par rapport au bras 32, immédiatement auprès prise de la pastille, de façon que cette dernière puisse être déposée avec l'orientation convenable sur le poste de contrôle dimensionnel 12. Cet appareil comporte une potence 86 fixée au bâ-ti du dispositif, par exemple par l'intermédiaire du bâti 54. La potence porte un vérin à axe vertical 88 permettant de déplacer un ensemble mobile 92 sur des glissières 90. L ensemble 92 comporte une fourchette 94 de dimensions telles qu'elle puisse venir encadrer, avec un faible jeu, les faces 48 du couvercle 44 (Figures 3 et 4).A la fourchette 94 est associé un mécanisme non représenté (vérin pneumatique par exemple) permettant de faire tourner la fourchette entre une position d'engagement sur le chapeau 44 alors que ce dernier est à l'emplacement de prise, et une position correspondant à l orientation requise lors du dépôt de la pastille aux poste de contrôle 12. Le poste de contrôle dimensionnel 12 comprend un dispositif d'introduction 96 (Figures 7 et 8). Ce dispositif comprend un chariot 98 déplaçable en translation sur une glissière 100 par- un vérin 102. Au chariot 98 est fixé, par exemple par l'intermédiaire d'une vis, un peigne 104. Ce peigne présente une encoche en V 106 de réception de pastilles. Les encoches qui séparent les dents du peigne sont de dimensions telles qu'elles permettent l'accès à la face cylindrique de la pastille P, aux emplacements prévus pour la mesure. Le vérin 102 permet de déplacer le chariot 98 entre une position de réception de pastille amenée par le mécanisme de transfert 18 et une position de mesure dans laquelle une pastille "crue" est montrée sur la Figure 9. Dans le-mode de réalisation illustré sur cette figure, le poste de contrôle dimensionnel 42 comporte douze capteurs 108 portés par des plaques verticales 110 fixées au châssis. Les capteurs 108 peuvent être de n'importe quel type classique autorisant des mesures absolues ou comparatives. On peut en particulier utiliser des capteurs ayant chacun un palpeur tel que 112- terminé par une bille de contact, repoussé vers l'ar- ticle à mesurer par un ressort 114 et muni d'un organe de rappel tel qu'un soufflet 116 où le vide peut etre fait par des moyens non représentés.Le palpeur est couplé à des moyens de mesure qui peuvent notamment etre du type à lecture optique d'échelle graduée. Le poste de pesée 14 peut être d'un type absolument classique et en conséquence il n'est pas nécessaire de le décrire ici. Enfin, le plateau d'évacuation 16 peut avoir la même constitution que le plateau 10 et être également associé à un appareil 20a d'orientation de pastilles, identique au dispositif 20 et qu'il n'est donc pas necessaire de décrire de nouveau. L'ensemble des organes moteurs est commandé par un système asSurant les sèquencements des opérations, qui peut notamment etre constitué par un automate programmable de type courant. Cet automate peut également commander le déroulement des mesures et l'enregistrement du résultat, ainsi que l'éjection automatique des pastilles rebutes. Le cycle de contrôle d'une pastille est le suivant : au début du cycle, une pastille P a eté amenée à 1 emplacement 25 par le plateau 10. Le mécanisme de transfert 18 est dans la position montrée en Figure 2, l'équipage comprenant 1 arbre 30, la demi-lune 28 et les bras 32 étant en position basse. Le suceur 38 est mis en dépression pour saisir la pastille P. Le moteur 26 est mis en marche pour provoquer successivement la levée de l'arbre 30 par la came 66. Le moteur est arrêté. La fourchette 94 est descendue à l'aide du vérin 88 pour s'accoupler avec le chapeau 44 et entrainée en rotation pour donner au suceur 38 l'orientation convenable, par exemple à 90 de l'orientation d'origine. La fourchette 94 est relevée. Le moteur 26 est remis en route.Les cames 82 et 84 (Figure 5) entrent en contact et font effectuer àl'arbre 30, donc au bras 32, la rotation (par exemple de 60') nécessaire pour amener la pastille P de l'emplacement de prise 25 à une position au-dessus du peigne 104. Une remise en route du moteur 26 sépare les cames 82 et 84, mais permet à l'ergot 68 d'atteindre un profil de la came 66 permettant la descente de la pastille P sur le peigne. Le suceur 38 est remis à la pression atmosphérique pour abandonner la pastille P sur le peigne. Le vérin 102 est alors actionné pour introduire la pastille entre les capteurs 108, qui se trouvent en position rétractée. Les soufflets 116 sont soumis à la pression atmosphérique pour permettre aux ressorts 114 d' appli- quer les palpeurs contre la pastille. La mesure est effectuée. Les palpeurs sont rétractés et le chariot actionné pour ramener la pastille à l'emplacement où elle avait été déposée par le bras 32. En même temps que s'effectuent les mesures, le moteur 26 a été actionné de façon à ramener le bras 32 dans sa position d'origine. La pastille se trouve en conséquence sous le suceur du bras 32a. Lors de la nouvelle mise en marche du moteur 26, il y aura tout à la fois amenée d'une nouvelle pastille par le bras 32 et enlèvement de la pastille dont les dimensions viennent d'être mesurées par le bras 32a, qui va déposer la pastille sur le poste de pesée 14 d'où le bras 32b vient d'enlever une pastille pesée. Enfin, le dépôt de la pastille mesurée et pesée sur le plateau 16 s'effectue par des opérations inverses des opérations de prise sur le plateau 10. Le dispositif comporte évidemment, en plus des éléments qui viennent d'étre décrits, des éléments de vérification et de fin de course, tels que des micro rupteurs, qu il n'est pas nécessaire de décrire ici car leur intervention s'effectue de façon absolument classique. On voit que le dispositif qui vient d'être decrit permet d effectuer, sur des pastilles successives, l'ensemble des opérations de mesure requises à cadence élevée, étant donné que plusieurs opérations sont si multanément effectuées. 'REVENDICATIONS Dispositif de contrôle automatique des dimensions et du poids d'articles cylindriques et notamment de pastilles de combustible nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend : un plateau d'alimentation (10) muni d'alvéoles (2-4) de réception d'articles à contrôler, régulièrement répartis sur un cercle centré sur l'axe vertical de rotation du plateau qui est muni de moyens d'avance pas å pas permettant d'amener chaque alvéole à son tour à un emplacement de prise (25) , un poste (12) de contrôle des dimensions de l'article, comprenant des moyens de déplacement d'un article à la fois entre un emplacement de reprise et un emplacement de mesure équipé de capteurs de mesure de dimensions ; un poste (14) de pesée d'un article à la fois ; et un mécanisme de transfert (18) comportant un équipage déplaçable verticalement et angulairement autour d'un axe vertical, muni de plusieur-s bras (32, 32a 32b) équipés chacun de moyens de préhension de pastille, répartis de façon à permettre - simultanément le transport d'une pastille du plateau d alimentation au poste de reprise, le transport d'une pastille du poste de reprise au poste de pesée, et l'évacuation d'une pastille du poste de pesée. 2. Dispositif selon la revend-ication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un plateau d'évacuation des articles après mesure des dimensions et du poids de ces derniers, le. mécanisme de transfert (18) étant prévu pour reprendre les pastilles au poste de pesée et les déposer sur le plateau d' évacuation (16). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un appareil d'orientation (20) permettant de modifier l'orientation de la pastille portée par un bras. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le mécanisme de transfert (18) comporte un arbre moteur (60) entrainable en rotation par un moteur et couplé à un arbre (30) appartenant à l'équipage mobile par des moyens à cames l66 ; 82 ; 84) provoquant, lors de la rotation de l'arbre moteur, la séquence de mouvements verticaux et de mouvements de rotation de l'équipage nécessaire aux opérations de transfert. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des bras comprend des moyens de préhension pneumatiques d'un desdits articles. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le poste de contrôle dimensionnel (12) comporte un chariot muni d'un peigne (104) de réception d'une pastille à la fois, déplaçable entre l'emplacement de reprise et l'emplacement de mesure, les dents du peigne étant prévues pour livrer passage à des capteurs de mesure dimensionnelle (108). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les capteurs (108) comprennent des palpeurs deplaçables par des moyens élastiques, tels qu'un ressort (116) vers une position d'appui contre l'article et associés à des moyens de mesure de la position d'appui des palpeurs.