УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЭЛОВ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов, изготовленных в виде трехслойных труб различного профиля и предназначена 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 по патенту RU 2109354, G 21 С 21/00, 20.04.98 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 ручного позиционирования твэла на координату разметки.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству, являющееся прототипом, является устройство для измерения твэлов по патенту RU 2154315, G 01 С 17/06, 21/02, 29.06.98., содержащее систему измерения, регистрации и обработки данных, систему управления сканирования и разметкой, ориентирующее устройство, два узла вращения твэла и узел настройки, датчики линейного перемещения твэла, концевые датчики поворота и перемещения твэла. Система измерения, регистрации и обработки данных состоит из рентгеновского аппарата 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.
Недостатком данного устройства является разделение операций по перемещению и вращению твэла, причем вращение твэла возможно только вне зоны контроля. Недостатком так же является необходимость предварительной обработки торцев твэла и замены механизмов вращения при изменении размеров и профиля твэлов.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель заключается в совмещении операций по перемещению и вращению твэлов в зоне контроля, и обеспечении возможности контроля твэлов с необработанными торцами различных размеров и профилей, таких как круг, квадрат, шестигранник без замены механизмов вращения, а следовательно повышение производительности в процессе изготовления твэлов.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для измерения твэлов содержащем источник излучения, механизмы перемещения и вращения твэлов, систему измерения и систему управления, выполненное с двумя разметчиками и узлом настройки, 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, согласно формуле полезной модели, механизм перемещения твэлов выполнен в виде каретки с электроприводом, на которой установлен механизм вращения, выполненный в виде рамы с установленными на ней роликами вращения с электроприводом и датчиком угла поворота, в роликах установлена шайба с отверстием, ориентированная своей плоскостью перпендикулярно вектору перемещения каретки, при этом с каждой стороны шайбы расположены по два ролика перемещения, обеспечивающие центрирование и фиксацию твэла с необработанными торцами посредством реечного механизма.
Признаки, отличающие предлагаемое устройство для измерения твэлов от прототипа, характеризуют наличие на каретке механизма вращения, выполненного в виде рамы с установленными на ней роликами вращения с электроприводом, в роликах установлена шайба с отверстием, ориентированная своей плоскостью перпендикулярно вектору перемещения каретки, а с каждой стороны шайбы расположены по два ролика перемещения с реечным механизмом, обеспечивающих центрирование и фиксацию твэла с необработанными торцами.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, на фиг.2 - механизм вращения твэлов с установленным в нем твэлом, на фиг.3 - механизм вращения твэлов (вид спереди).
Устройство для измерения твэлов состоит из ориентирующего устройства 12, промышленного робота 33, систем измерения и регистрации и обработки данных, системы управления сканированием и разметкой. Ориентирующее устройство состоит из каретки 1 с электропроводом 2 каретки, датчика 3 линейного перемещения, рамы 4, шайбы 5, роликов 6 вращения, роликов 7 перемещения, зубчатых реек 8, электропривода 9 механизма вращения твэлов, датчика 10 угла поворота, шестерен 11, датчиков 13, 34, концевых положений каретки 1, датчиков начала 14 и конца 15 зоны контроля, разметчиков 16, 17 с электродвигателями 18, 19 и датчиками концевых положений 20, 21 разметчиков, штанга 22 выполнена в виде полой трубы, через которую проведен кабель связи с датчиком 23 рентгеновского излучения. На каретке 1 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, которое обеспечивает веерный пучок коллимированного излучения в приемное окно датчика рентгеновского излучения 23, аналого-цифрового преобразователя 26, персонального компьютера 27 с клавиатурой 32.
Каретка 1 с рамой 4, приводится в движение электроприводом 2. На раме 4 установлены три ролика 6 вращения, которые приводятся в движение электроприводом 9 механизма вращения твэлов, а шайба 5 установлена на роликах 6 вращения. На каждой стороне шайбы 5 установлено по два ролика перемещения 7, каждый ролик перемещения 7 закреплен на двух зубчатых рейках 8. Реечный механизм, выполненный на рейках 8 и шестернях 11, позволяет позиционировать ролики 7 на равном расстоянии от центра шайбы 5 с возможностью фиксации твэлов различных размеров и профилей.
Устройство для измерения твэлов работает следующим образом.
Для позиционирования и центрирования твэла ролики перемещения 7 посредством реечного передаточного механизма настраивают на требуемый профиль твэла.
Программа управления устройством запускается оператором с клавиатуры 32 персонального компьютера 27.
Персональный компьютер 27 вырабатывает команды установки каретки 1, 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 2 каретки 1, электропривода 9 механизма вращения твэлов и электродвигателей 18, 19 разметчиков 16, 17. В процессе исполнения всех команд персональный компьютер в реальном времени отслеживает сигналы датчиков концевых положений 20, 21 разметчиков 16, 17, считывая сигналы датчиков преобразованные блоком согласования 30 с устройства параллельного обмена 31.
После установки всех механизмов устройства в исходное состояние и настройки роликов перемещения 7 посредством реечного механизма на профиль твэла, персональный компьютер 27 вырабатывает сигнал загрузки твэла на каретку 1, поступающий на промышленный робот 33 через устройство параллельного обмена 31 и блок согласования 30.
С помощью робота 33 устанавливают контролируемый твэл в шайбе 5.
Затем включают рентгеновский аппарат 25 и запускают программу измерения и регистрации информации с клавиатуры 32. В процессе выполнения этой программы компьютер выполняет следующие действия.
Вырабатывается команда включения электропривода 2 каретки 1 и начинается движение каретки. В момент срабатывания датчика 14 начала зоны контроля включается электропривод 9 механизма вращения и автоматически запускается программа сканирования-считывания информации с датчика 23 рентгеновского излучения через аналого-цифровой преобразователь 26, и запись этой информации в массиве памяти компьютера с привязкой к реальной координате положения твэла, считываемой с датчика 3 линейного перемещения и датчика 10 угла поворота, через блок согласования 30 и устройство параллельного обмена 31. В процессе движения каретки 1 датчик 23 рентгеновского излучения вводится внутрь твэла и твэл перекрывает веерный коллимированный пучок рентгеновского излучения, направленный в приемное окно датчика 23 рентгеновского излучения. В процессе сканирования твэла датчик 23 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 контролируемого твэла, а цифровые значения каждого элемента зависят от весовой толщины элементарной площадки.
Процесс сканирования твэла прекращается при срабатывании датчика 15 конца зоны контроля, 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 13
концевого положения. По окончании измерения компьютер выполняет программу нормирования значений элементов двумерных массивов по эталонным уровням известными методами аппроксимации. В результате выполнения программы нормирования исключаются нелинейность, разброс чувствительности, дрейф датчика рентгеновского излучения и в памяти компьютера формируются два двухмерных массива, цифровые значения которых прямо пропорциональны весовой толщине элементарных площадок активного слоя. 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 и останавливается. Промышленный робот 33 снимает твэл и далее цикл повторяется.
Таким образом, применение данной полезной модели позволяет проводить контроль параметров активного слоя и разметку твэлов с необработанными торцами различных размеров и профилей, совмещая перемещение и вращение вокруг оси твэла, что увеличивает функциональные возможности устройства и повышает ее производительность.