УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОВЕРКИ ВНЕШНЕГО ВИДА ТОПЛИВНЫХ СТЕРЖНЕЙ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
DEVICE AND METHOD FOR CHECKING OUTWARD APPEARANCE OF NUCLEAR REACTOR FUEL RODS

Область техники
Настоящее изобретение в целом касается области проверки внешнего вида топливных стержней ядерного реактора и, в частности, области устройств и способов проверки внешнего вида топливных стержней в конце цикла изготовления.
Предшествующий уровень техники
Как правило, топливные стержни ядерного реактора выполняют в виде корпусов из циркониевого сплава, содержащих расщепляющееся радиоактивное вещество. Такой тип корпусов, имеющих, как правило, длину от 3 до 5 м и диаметр от 8 до 15 мм, содержит первый закрытый конец и второй открытый конец, причем этот второй конец закрывают при помощи заглушки, привариваемой к корпусу после введения внутрь этого корпуса радиоактивных веществ.
В конце изготовления топливного стержня необходимо, чтобы его наружная поверхность, имеющая общую цилиндрическую форму и круглое сечение, отвечала требованиям удовлетворительного состояния, например, была “зеркально отшлифованной”.
В связи с этим, чтобы контролировать внешний вид стержня на выходе производственного процесса, его поверяют на наличие различных видов дефектов по всей наружной поверхности стержня, включая, в частности, концевую заглушку.
Среди искомых дефектов прежде всего следует указать геометрические дефекты, соответствующие трехмерным дефектам, присутствующим на уровне наружной поверхности стержня.
В качестве примера можно указать, что геометрические дефекты могут принимать форму продольных или круговых бороздок на наружной поверхности стержня, при этом такие бороздки могут считаться дефектами, если их глубина превышает 25 мкм. Кроме того, речь может идти о следах от ударов, о расплющивании или задирах материала на этой же наружной поверхности стержня.
Целью проверки внешнего аспекта топливного стержня является также обнаружение дефектов чистоты, как правило, проявляющихся в виде масляных пятен или остатков чужеродных тел, а также в виде черных или цветных отметин, площадь которых превышает определенное допустимое значение.
Наконец, в третью категорию дефектов, подлежащих обнаружению, входят дефекты, связанные со сваркой концевой заглушки. Этот тип дефектов, проявляющийся на уровне сварного шва этой концевой заглушки, включает в себя точечные отверстия, раковины, микротрещины, выбросы, непровары, сползания, а также дефекты окраски сварного шва.
Из предшествующего уровня техники известно техническое решение, заключающееся в проверке внешнего аспекта топливных стержней на выходе процесса изготовления, осуществляемой квалифицированным оператором, производящим оценку состояния поверхности невооруженным глазом без каких-либо измерительных инструментов.
Для этого изготовленные топливные стержни размещают на стенде в виде слоя из тридцати двух элементов. После этого они приводятся во вращение вокруг своих продольных осей при помощи фрикционного вращательного механизма, чтобы оператор мог проверить всю наружную поверхность этих стержней. В этой связи необходимо отметить, что для облегчения обнаружения оператором дефектов используют регулируемые по силе света осветительные приборы, направленные по касательной к стержням.
Вместе с тем, во время операций проверки внешнего вида между стержнями и оператором обязательно должен находиться экран из свинцового стекла, защищающий его от излучений, исходящих от топливных стержней. Поэтому основным недостатком, связанным с наличием экрана, является то, что этот экран имеет толщину приблизительно в 100 мм и, следовательно, является недостаточно прозрачным. Кроме того, постепенно увеличивающееся во время эксплуатации количество царапин на этом экране затрудняет видимость для оператора.
В этих условиях оценка некоторых дефектов, таких как площадь пятен, глубина бороздок или окраска сварных швов, оказывается весьма затрудненной. Поэтому, когда у оператора возникают сомнения, он откладывает данный стержень в сторону для его последующей проверки другим оператором, что приводит к потере времени, а также к удорожанию всего процесса производства стержней.
Необходимо также указать на то, что такая технология проверки внешнего вида имеет недостатки, непосредственно связанные с отсутствием у оператора измерительных средств.
Действительно, при обнаружении дефектов, связанных с оценкой их глубины, размера или окраски, конечное заключение в основном зависит от опытности и степени усталости оператора, причем усталость может наступать очень быстро от необходимости надевать защитный свинцовый фартук, а также в связи с повышенной степенью постоянного напряжения, которого требует такая работа. Поэтому, в частности, если при обнаружении оператором геометрического дефекта он выдает ошибочное заключение по его глубине, то это приводит и к ошибочной выбраковке изделия или, наоборот, к недосмотру недопустимого дефекта.
Наконец, следует также отметить, что для обеспечения проверки внешнего вида топливных стержней в производственном процессе должно участвовать значительное число квалифицированных операторов, что не может не привести к удорожанию этого производственного процесса.
Сущность изобретения
В связи вышеизложенным, настоящим изобретением предлагаются устройство и способ проверки внешнего вида топливных стержней ядерного реактора, позволяющие по меньшей мере частично устранить вышеупомянутые недостатки технических решений из предшествующего уровня техники.
В частности, задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа проверки внешнего вида топливных стержней, в которых применяются соответствующие приборы, позволяющие вынести надежное, правильное и многократно повторяющееся во времени заключение относительно по меньшей мере части дефектов в отличие от известного решения, в котором человеческое восприятие может подвергаться разному толкованию и приводить к ошибочной выбраковке и/или к не обнаружению недостатков, существенно ухудшающих внешний вид стержня.
В этой связи объектом настоящего изобретения прежде всего является устройство для проверки внешнего вида топливных стержней ядерного реактора, содержащее оптические средства, включающие в себя по меньшей мере одну камеру и соединенные с системой считывания и обработки изображений, выполненную с возможностью обнаружения наличия геометрических дефектов на каждом проверяемом стержне, а также дополнительно содержащее управляемый профилометр, предназначенный для измерения глубины каждого геометрического дефекта, обнаруженного системой считывания и обработки изображений.
Предпочтительно, при наличии устройства проверки в соответствии с настоящим изобретением обнаружение описанных выше дефектов производится не визуально оператором, а осуществляется автоматически при помощи оптических средств, таких как камеры, соединенные с системой считывания и обработки изображений с возможностью обнаружения таких дефектов. При обнаружении геометрического дефекта системой считывания и обработки изображений на профилометр подается команда на измерение глубины этого дефекта, например, для ее сравнения с заранее заданным значением, чтобы определить является ли данный дефект допустимым или нет.
Таким образом полностью устраняются проблемы, встречавшиеся в решениях из предшествующего уровня техники, как в плане обнаружения наличия геометрических дефектов на стержнях, так и в ходе операции оценки глубины этих дефектов. В результате этого вероятность ошибочной выбраковки топливных стержней практически сводится к нулю, что самым прямым образом сказывается на выигрыше в себестоимости и во времени, затрачиваемом на проверку.
Предпочтительно оптические средства выполнены с возможностью сканирования наружной поверхности стержня, при этом отпадает необходимость в наличии защитного экрана из свинцового стекла между этими средствами и проверяемыми стержнями. Таким образом устройство в соответствии с настоящим изобретением может обнаруживать геометрические дефекты самых незначительных размеров и даже те, которые невозможно обнаружить невооруженным глазом.
Кроме того, классические электронные средства обработки, необходимые для обеспечения нормальной работы устройства, могут быть вынесены за пределы зоны чувствительности, чтобы не подвергать устройство вредному воздействию излучений от топливных стержней.
Кроме того, устройство проверки в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно предназначенное для контроля за внешним видом стержней на выходе производственного процесса, выполнено с возможностью работы в непрерывном режиме без участия квалифицированных операторов.
Преимуществом настоящего изобретения является также то, что расположение оптических средств и профилометра в непосредственной близости от топливных стержней не требует наличия большого свободного пространства.
В этой связи следует отметить, что точность измерения, обеспечиваемая классическим профилометром, например, типа оптического профилометра, является вполне достаточной для выполнения такой работы. Кроме того, для осуществления такой работы не требуется установления контакта этих приборов со стержнем для измерения глубины геометрических дефектов и даже наличия водородсодержащего вещества между таким измерительным прибором и стержнем, и от такой конфигурации можно полностью отказаться по очевидным причинам, связанным с обеспечением безопасности в критических ситуациях.
С другой стороны, необходимо отметить, что используемые в устройстве в соответствии с настоящим изобретением оптические средства, а также система считывания и обработки изображений могут также применяться для обнаружения других видов дефектов, не считая геометрических дефектов. Действительно, система считывания и обработки представляет собой программное обеспечение для обработки двухмерных параметров и может успешно осуществлять обнаружение всего комплекса дефектов чистоты, таких как наличие масляных пятен и чужеродных тел на наружной поверхности стержня или наличие на этой поверхности черных или цветных отметин площадью, превышающей допустимое значение.
Точно так же система может обнаруживать внешние дефекты сварки концевой заглушки, такие как точечные отверстия, раковины, выбросы, непровары, сползания, а также дефекты, связанные с окраской сварного шва.
Предпочтительно устройство проверки содержит:
- стенд перемещения, на котором может быть размещен стол с множеством топливных стержней, уложенных параллельно рядом друг с другом, при этом стол располагают на стенде таким образом, чтобы стержни лежали параллельно продольному направлению стенда;
- каретку, выполненную с возможностью перемещения параллельно продольному направлению стенда перемещения;
- суппорт контрольно-измерительной головки, установленный на каретке и выполненный с возможностью перемещения относительно последней параллельно поперечному направлению стенда перемещения;
- контрольно-измерительную головку, содержащую по меньшей мере оптические средства и профилометр;
- средства приведения во вращение топливных стержней, выполненные с возможностью вращения каждого из стержней вокруг его продольной оси;
- электронный компьютеризированный блок, содержащий, в частности, систему считывания и обработки изображений;
- кодирующую линейку, установленную на стенде перемещения и выполненную с возможностью передачи в электронный компьютеризированный блок адресной информации о положении каретки по отношению к стенду.
Такая специальная конфигурация предпочтительно позволяет производить проверку множества стержней, расположенных горизонтальным слоем, автоматически при помощи электронного компьютеризированного блока, который предпочтительно выполнен с возможностью управления всеми перемещениями и действиями различных компонентов устройства. В этой связи необходимо отметить, что наличие кодирующей линейки на стенде перемещения позволяет точно определить местоположение обнаруженных дефектов, что обеспечивает точное управление перемещениями и установкой профилометра для измерения последним значений глубины обнаруженных геометрических дефектов.
Предпочтительно оптические средства выполнены с возможностью сканирования наружной поверхности каждого топливного стержня при помощи множества перемещений каретки вдоль данного стержня, причем каждое перемещение осуществляется для данного углового положения стержня. В результате этого, устанавливая соответствующие угловые положения проверяемого стержня, можно полностью отсканировать всю наружную поверхность этого стержня при помощи возвратно-поступательных перемещений каретки, при этом каждое возвратно-поступательное перемещение предназначено для проверки отдельного углового сектора этой наружной поверхности.
Кроме того, можно предусмотреть, чтобы во время сканирования наружной поверхности топливного стержня оптические средства могли передавать множество изображений на систему считывания и обработки изображения, при этом каждое изображение стержня одновременно содержит адресную информацию об угловом положении этого стержня, а также о положении каретки относительно стенда перемещения.
Как уже упоминалось выше, когда система считывания и обработки изображений обнаруживает на топливном стержне по меньшей мере один геометрический дефект, предпочтительно, чтобы электронный компьютеризированный блок, в зависимости от адресной информации, выдаваемой оптическими средствами, мог командовать перемещением профилометра с возможностью измерения последним глубины каждого обнаруженного геометрического дефекта.
Оптические средства предпочтительно содержат множество первичных камер, а также множество вторичных камер, при этом первичные и вторичные камеры являются камерами с устройством с зарядовой связью (в англо-саксонской терминологии “CCD camera”), каждая из которых выполнена с возможностью одновременного сканирования по меньшей мере двух находящихся рядом топливных стержней.
Предпочтительно первичные камеры, так же, как и вторичные камеры, установлены на плите, соединенной с суппортом контрольно-измерительной головки, при этом вторичные камеры выполнены с возможностью сканирования поверхности в виде усеченного конуса концевой заглушки каждого из проверяемых топливных стержней во время их вращения.
Кроме того, профилометр предпочтительно устанавливают на подъемной плите, соединенной с суппортом контрольно-измерительной головки, таким образом, чтобы обеспечивать возможность приближения профилометра к каждому стержню для измерения глубины каждого обнаруженного геометрического дефекта.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения контрольно-измерительная головка дополнительно содержит диодные датчики и осветительные рампы, обеспечивающие обнаружение дефектов чистоты, таких как масляные пятна, на каждом проверяемом топливном стержне. Эти диодные датчики, в случае необходимости, могут быть использованы для обнаружения масляных пятен, которые не могут быть обнаружены при помощи оптических средств, описанных выше и соединенных с системой считывания и обработки изображений.
Естественно, что взаимодействие между диодными датчиками и осветительными рампами может также применяться для обеспечения обнаружения любого другого элемента, который может существенно повлиять на характер светового отражения проверяемыми топливными стержнями.
Наконец, можно предусмотреть, чтобы электронный компьютеризированный блок содержал информационные средства, выполненные с возможностью выдачи и/или запоминания файла с результатом проверки, произведенной по каждому стержню. Например, этот итоговый файл может содержать указание “хороший”, “плохой” или “подлежащий повторной проверке”, а также адрес и/или изображение дефекта(ов), обнаруженных в двух последних случаях.
Объектом настоящего изобретения является также способ проверки внешнего вида топливных стержней ядерного реактора, содержащий следующие этапы:
- обнаружение геометрических дефектов на каждом проверяемом топливном стержне при помощи оптических средств, содержащих по меньшей мере одну камеру и соединенных с системой считывания и обработки изображений;
- измерение глубины каждого геометрического дефекта, обнаруженного во время операции обнаружения геометрических дефектов, при помощи профилометра.
Предпочтительно этап обнаружения геометрических дефектов содержит для каждого топливного стержня операцию сканирования наружной поверхности стержня при помощи оптических средств, при этом данная операция осуществляется путем множества перемещений оптических средств вдоль всего проверяемого топливного стержня, при этом каждое перемещение осуществляется для данного углового положения стержня.
Во время операции сканирования наружной поверхности топливного стержня оптические средства предпочтительно выдают множество изображений на систему считывания и обработки изображений, причем каждое изображение топливного стержня содержит адрес, указывающий на угловое положение этого стержня, а также на положение каретки, на которой установлены оптические средства, по отношению к стенду перемещения.
Предпочтительно, когда система считывания и обработки изображений обнаруживает по меньшей мере один геометрический дефект, благодаря адресам, содержащимся в изображениях, выдаваемых оптическими средствами, осуществляют перемещение профилометра с возможностью измерения им глубины каждого обнаруженного геометрического дефекта.
Предпочтительно измерение глубины каждого обнаруженного геометрического дефекта осуществляют, приближая профилометр к проверяемому топливному стержню.
Кроме того, можно предусмотреть осуществление операции сканирования наружной поверхности топливных стержней множеством первичных камер, а также множеством вторичных камер, при этом первичные и вторичные камеры являются камерами с устройством с зарядовой связью, причем каждая из них может одновременно сканировать по меньшей мере два соседних топливных стержня.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения способ проверки дополнительно содержит операцию обнаружения дефектов чистоты на каждом проверяемом топливном стержне при помощи диодных датчиков и осветительных рамп.
Наконец, способ проверки в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно содержит этап выдачи файла с результатом произведенной проверки по каждому проверенному топливному стержню.
Другие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, которое не носит ограничительного характера.
Краткое описание чертежей
Настоящее описание приводится со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 - вид сверху устройства проверки внешнего вида топливных стержней ядерного реактора в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - вид спереди устройства проверки, показанного на фиг.1.
Фиг.3а-3с - изображения сбоку в увеличенном масштабе части устройства проверки, показанного на фиг.1 и 2, схематически иллюстрирующие различные операции, осуществляемые во время проверки внешнего вида топливных стержней.
Фиг.4 - вид сбоку в увеличенном масштабе части устройства проверки, показанного на фиг.1 и 2, схематически иллюстрирующий операцию обнаружения следов масла на топливных стержнях.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения
На фиг.1 и 2 показано устройство 1 для проверки внешнего вида топливных стержней 2 ядерного реактора (не показан) согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Отмечается, что устройство 1 предназначено для обеспечения проверки внешнего вида наружной поверхности 2а топливных стержней 2 и, следовательно, выполнено с возможностью обнаружения наличия возможных дефектов, являющихся недопустимыми в свете требований, предъявляемых к качеству изготовления стержней, при этом искомые дефекты являются дефектами, перечисленными в разделе “Предшествующий уровень техники”.
В этой связи необходимо отметить, что выражение “наружная поверхность 2а” топливного стержня 2 следует понимать, как поверхность, в которую входят наружная поверхность главного корпуса 3 топливного стержня 2, сварной шов 4, соединяющий главный корпус 3 с концевой заглушкой 6, а также наружная поверхность этой концевой заглушки 6, как показано, в частности, на фиг.3а. При этом необходимо указать, что поверхность 68 в виде усеченного конуса концевой заглушки 6, обычно называемая концевой поверхностью заглушки 6, является неотъемлемой частью наружной поверхности 2а топливного стержня 2.
Как показано на фиг.1 и 2, устройство 1 содержит стенд перемещения 8, причем этот стенд 8 в основном состоит из станины 10, установленной на стойках 12, закрепленных в полу 14. Станина 10, как правило, имеет практически прямоугольную форму и предпочтительно расположена параллельно полу 14, а также продольно в продольном направлении стенда 8, показанном двойной стрелкой 16, и поперечно в поперечном направлении стенда 8, показанном на этой же фигуре двойной стрелкой 18.
Таким образом, станина 10 стенда перемещения 8 определяет плоскую поверхность 20, практически горизонтальную и параллельную полу 14, на которой может быть установлен стол 22 с множеством топливных стержней 2, причем последние расположены рядом друг с другом и параллельно друг другу. Кроме того, стол 22, на котором располагают топливные стержни 2 после цикла изготовления, образуя, например, слой из тридцати двух топливных элементов, устанавливают по отношению к стенду 8 таким образом, чтобы эти же топливные стержни 2 располагались параллельно продольному направлению 16 стенда 8 и, следовательно, практически параллельно плоской поверхности 20 станины 10. Следует также уточнить, что на уровне плоской поверхности 20 станины 10 выполнена прямоугольная площадка 23 с возможностью установки на ней стола 22. Точно так же, стол 22 может занимать точное положение по отношению к стенду 8, причем это точное положение имеет первостепенное значение для нормального осуществления операций проверки внешнего вида топливных стержней 2.
С другой стороны, стенд перемещения 8 устройства 1 содержит две балки 24, установленные практически параллельно продольному направлению 16 стенда перемещения 8 по обе стороны от прямоугольной площадки 23. На каждой из этих балок 24 установлен направляющий рельс 26, обеспечивающий перемещение каретки 28 параллельно продольному направлению 16 стенда перемещения 8.
Как показано на фиг.1, направляющие рельсы 26 имеют длину, превышающую длину стола 22, чтобы обеспечить возможность свободного передвижения каретки 28 и тем самым обеспечить качество проверки поверхности в виде усеченного конуса концевых заглушек 6 топливных стержней 2, что будет подробнее пояснено ниже.
Таким образом, каретка 28 устройства поверки 1 может перемещаться вдоль направляющих рельсов 26 стенда перемещения 8 предпочтительно при помощи шагового двигателя и зубчатой ременной передачи (не показаны), при этом двигатель управляется средствами 32 управления, являющимися неотъемлемой частью электронного компьютеризированного блока 30, главной функцией которого является полная автоматизация работы устройства проверки 1. Само собой разумеется, что блок 30 может содержать классические элементы, такие как компьютеры, мультиплексоры, а также модули питания, описание которых опускается, так как они хорошо известны специалистам. В то же время элементы блока 30, специально выполненные для выполнения задач настоящего изобретения, будут подробно описаны ниже.
Стенд перемещения 8 оборудован кодирующей линейкой (не показана), обеспечивающей подачу на электронный компьютеризированный блок 30, предпочтительно в непрерывном режиме, информации о положении каретки 28 по отношению к стенду перемещения 8.
Суппорт 34 контрольно-измерительной головки 36 установлен на каретке 28 устройства 1, как показано на фиг.1 и 2. На этих фигурах видно, что суппорт 34 находится на направляющих рельсах 38 практически параллельно поперечному направлению 18 стенда перемещения 8 с возможностью перемещения суппорта 34 параллельно этому же направлению по отношению к каретке 28.
Благодаря такой специальной конструкции и при помощи правильных перемещений суппорта 34 относительно каретки 28, а также перемещений этой каретки 28 относительно стенда перемещения 8 контрольно-измерительная головка 36 может обследовать всю наружную поверхность, образованную топливными стержнями 2, расположенными в виде слоя из тридцати двух элементов на столе 22.
В данном случае необходимо указать, что перемещение суппорта 34 на каретке 28 предпочтительно осуществляется при помощи шагового двигателя и зубчатой ременной передачи (не показаны), причем двигатель предпочтительно управляется средствами управления 32, входящими в состав электронного компьютеризированного блока 30.
Контрольно-измерительная головка 36, закрепленная на суппорте 34, содержит оптические средства 40, предпочтительно содержащие множество камер 42, 42' с устройством с зарядовой связью.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, описанном со ссылками на фиг.1 и 2, оптические средства содержат четыре первичные камеры 42, а также четыре вторичные камеры 42'. Кроме того, отмечается, что вторичные камеры 42' предназначены для сканирования поверхности 68 в виде усеченного конуса концевых заглушек 6 топливных стержней 2, тогда как первичные камеры 42 предназначены для сканирования всей наружной поверхности 2а топливных стержней 2, кроме поверхности 68 в виде усеченного конуса концевых заглушек 6. В этой связи необходимо отметить, что поверхность, исследуемая первичными камерами 42 является практически цилиндрической и имеет круглое сечение.
Предпочтительно группа первичных камер 42, а также группа вторичных камер 42', выполнены, каждая, в виде ряда камер, параллельного поперечному направлению 18, и каждая из этих групп предназначена для одновременного сканирования восьми соседних топливных стержней 2. Кроме того, каждая из этих камер 42, 42' отрегулирована с возможностью иметь в кадре сразу два соседних топливных стержня 2. Само собой разумеется, что количество камер 42, 42' и количество стержней 2, которые они могут сканировать одновременно, может определяться в зависимости от производственных потребностей, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения.
Четыре первичные камеры 42 типа камер с прогрессивным сканированием (в англо-саксонской терминологии "progressive scan") предпочтительно установлены на плите 44, смонтированной на суппорте 34 таким образом, чтобы оптическая ось 46 одной камеры 42 располагалась практически перпендикулярно двум топливным стержням 2, находящимся в кадре камеры, и практически перпендикулярно плоской поверхности 20 станины 10, как показано на фиг.2.
Кроме того, четыре вторичные камеры 42' предпочтительно установлены на этой же плите с возможностью правильного сканирования поверхности 68 в виде усеченного конуса концевых заглушек 6. Как показано на фиг.3а, первичные камеры 42 установлены практически вертикально, тогда как вторичные камеры 42' установлены наклонно.
Камеры 42, 42' выполнены с возможностью передачи изображений топливных стержней 2 на систему считывания и обработки изображений 48, с которой они соединены, при этом система 48 типа программного обеспечения для двухмерной обработки является неотъемлемой частью электронного компьютеризированного блока 30.
Следовательно, система 48 может обнаруживать дефекты на топливных стержнях 2, такие как геометрические дефекты, указанные в разделе "Предшествующий уровень техники", путем классической обработки изображений, выдаваемых камерами 42, 42'. Естественно, что система считывания и обработки изображений 48 выполнена также с возможностью обнаружения дефектов чистоты на наружной поверхности 2а топливного стержня 2 или наличия на этой же поверхности 2а черных или цветных отметин площадью, превышающей заданное значение.
Кроме того, система 48 может также обнаруживать дефекты внешнего вида сварного шва 4 концевой заглушки 6, такие как точечные отверстия, непровары, сползания, а также дефекты окраски сварного шва 4.
Контрольно-измерительная головка 36 содержит также профилометр 50, установленный на подъемной плите 52, смонтированной на суппорте 34 таким образом, что данный профилометр 50 располагается практически на уровне суппорта, когда подъемная плита 52 находится в отодвинутом положении, и данный профилометр 52 находится рядом с топливными стержнями 2, когда плита 52 находится в выступающем положении. Необходимо отметить, что это последнее положение соответствует измерению глубины геометрического дефекта, обнаруженного системой 48, и это выступающее положение обеспечивается перемещением подъемной плиты 52 в сторону пола 14 в направлении, практически перпендикулярном плоской поверхности 20 станины 10.
Для этой цели перемещения подъемной плиты 52 предпочтительно обеспечиваются средствами 32 управления, входящими в состав блока 30.
Как правило, профилометр 50, обеспечивающий измерение глубины обнаруженных геометрических дефектов, является профилометрическим оптическим датчиком типа PERTHOMETER (зарегистрированный товарный знак) или CONFOCAL (зарегистрированный товарный знак) с диапазоном измерения, более или менее равным 300 мкм.
Кроме того, необходимо отметить, что данные, измеренные профилометром 50, передаются в средства считывания и обработки 51, являющиеся неотъемлемой частью блока 30, причем эти средства 51 выполнены с возможностью обработки полученных данных для определения глубины обнаруженных дефектов и последующей передачи измерений глубины в центральное запоминающее устройство 55 указанного блока 30.
В частности, как показано на фиг.1, головка 36 содержит осветительные рампы 54, предпочтительно обеспечивающие сплошное и стабильное освещение. Например, две рампы 54 могут быть установлены параллельно поперечному направлению 18 стенда перемещения 8, соответственно по обе стороны от оптических средств 40.
Кроме выполнения функции обеспечения камерам 42, 42' возможности качественной съемки, эти рампы 54 могут также взаимодействовать с диодными датчиками 56, закрепленными на суппорте 34. Такое взаимодействие обеспечивает обнаружение дефектов чистоты на наружной поверхности 2а топливных стержней 2, таких как следы масла, что было подробно описано выше. Таким образом, указанные диодные датчики 56, в случае необходимости, могут использоваться для обнаружения следов масла, не поддающихся обнаружению при помощи описанных выше оптических средств 40, соединенных с системой считывания и обработки изображений 48.
Предпочтительно каждый диодный датчик 56, выполненный с возможностью занимать положение напротив топливного стержня 2 на суппорте 34, оборудован линзой, фокусирующей его поле видимости на стержне 2, и может принимать свет от осветительных рамп 54, отраженный от наружной поверхности 2а этого топливного стержня 2.
Например, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения датчики 56 устанавливают рядом друг с другом, образуя ряд, расположенный практически параллельно осветительным рампам 54 и, следовательно, практически параллельно поперечному направлению стенда перемещения 8.
В частности, как показано на фиг.2, устройство проверки 1 дополнительно содержит средства 58 приведения во вращение топливных стержней 2, причем эти средства 58 предпочтительно устанавливают на стойках 12 устройства 1.
Средства 58 выполнены телескопическими в вертикальном направлении, то есть могут перемещаться относительно стенда перемещения 8 в вертикальном направлении, показанном на фиг.2 двойной стрелкой 60, причем указанное вертикальное направление является перпендикулярным по отношению к плоской поверхности 20 станины 10. Таким образом, приводя в действие шаговый двигатель (на фигуре не показан), предпочтительно управляемый средствами 32 управления, можно устанавливать или прерывать контакт между приводными ремнями 62 средств 58 и средствами (не показаны на фигуре), находящимися в постоянном контакте с нижней частью наружной поверхности 2а топливных стержней 2. Необходимо отметить, что на фиг.2 показан только один приводной ремень 62 в силу того, что план этой фиг.2 построен таким образом, что остальные ремни оказываются закрытыми этим показанным ремнем. Однако приводные ремни 62, предпочтительно являющиеся одинаковыми, отделены друг от друга по продольному направлению 16, например, промежутками примерно в 400 мм.
С другой стороны, приводные ремни 62 выполнены с возможностью их приведения в движение при помощи шагового двигателя (не показан), тоже предпочтительно управляемого средствами 32 управления таким образом, чтобы верхняя часть этих ремней 62 могла перемещаться в направлении, практически параллельном поперечному направлению 18 стенда перемещения 8.
В этой связи необходимо уточнить, что при помощи известных специалисту средств, которые в данном случае на фигуре не показаны, топливные стержни могут перемещаться средствами 58 таким образом, чтобы укладываться на опоры, в которые встроены ролики, причем последние выполнены с возможностью приведения в движение приводными ремнями 62. Кроме того, стол 22 выполнен с отверстиями для этих приводных ремней 62, обеспечивающими контакт между этими ремнями и роликами, поддерживающими топливные стержни 2.
Таким образом, когда приводные ремни 62 приводятся в движение и вступают в контакт с роликами, поддерживающими топливные стержни 2, то начинают вращать все эти стержни вокруг их продольных осей.
Таким образом, можно проверять всю наружную поверхность 2а каждого топливного стержня 2 при помощи контрольно-измерительной головки 36, обеспечивая возвратно-поступательные перемещения каретки 28, при этом каждое поступательное перемещение и каждое возвратное перемещение каретки 28 осуществляется по всей длине топливных стержней 2 для данного углового положения последних.
Необходимо отметить, что во время передачи изображений оптическими средствами 40 на систему считывания и обработки изображений 48 электронный компьютеризированный блок 30 соединяет с этим изображением адрес с указанием углового положения проверяемого топливного стержня 2, а также положения каретки 28 относительно стенда перемещения 8, причем это положение выдается кодирующей линейкой, как уже упоминалось выше. Кроме того, изображения, обрабатываемые системой 48, на которых были обнаружены один или несколько дефектов, могут передаваться в центральное запоминающее устройство 55 блока 30 вместе с соответствующими адресами, содержание которых было указано выше.
Наконец, блок 30 устройства 1 содержит информационные средства 66, выполненные с возможностью передачи и/или сохранения в памяти файла с результатом проведенной проверки по каждому проверенному топливному стержню 2. Как будет подробнее пояснено ниже, этот итоговый файл может содержать упоминание "хороший", "плохой" или "подлежащий повторной проверке", а также адрес и/или изображение обнаруженного(ых) дефекта(ов) в двух последних случаях.
Описанное выше устройство 1 для проверки внешнего вида выполнено с возможностью работы в предпочтительном варианте, описанном ниже со ссылками на фиг.3а-3с и на фиг.4.
В первую очередь со ссылками на фиг.3а-3с будет описана работа устройства 1 во время операций проверки внешнего вида с целью обнаружения геометрических дефектов, таких как продольные или круговые бороздки на наружной поверхности 2а топливных стержней 2, причем эти бороздки могут считаться дефектами, если их глубина превышает 25 мкм. Кроме того, речь может идти о следах от ударов, от сплющивания или задирах также на уровне этой наружной поверхности 2а топливных стержней 2.
Сначала стол 22 с тридцатью двумя стержнями 2 перемещается в направлении стенда перемещения 8, например, автоматически для установки на прямоугольную площадку 23, выполненную с этой целью на станине 10.
Известным образом средства 58 приведения во вращение приводятся в действие при помощи средств 32 управления для изменения исходного положения топливных стержней таким образом, чтобы они легли после этого на взаимодействующие с ними ролики.
В этот момент каретка 28 занимает исходное положение, в котором она упирается в стенд 8 и находится за стержнями 2 в продольном направлении 16, как показано пунктирной линией на фиг.1. Кроме того, суппорт 34 контрольно-измерительной головки 36 находится на каретке в таком положении, что эта головка может производить проверку первых восьми стержней 2, расположенных с краю слоя из тридцати двух элементов.
Как показано на фиг.3а, когда каретка 28 занимает исходное положение, оптические оси 46' наклоненных вторичных камер 42' практически перпендикулярны по отношению к поверхности 68 в виде усеченного конуса концевой заглушки 6, при этом данную поверхность 68 в виде усеченного конуса обычно называют концевой поверхностью заглушки 6, и она является неотъемлемой частью наружной поверхности этой заглушки. Кроме того, главная ось этой поверхности 68 в виде усеченного конуса совпадает с продольной осью 74 топливного стержня 2. Например, оптические оси 46' вторичных камер 42' могут быть наклонены под углом 45° по отношению к горизонтальной плоскости, параллельной плоской поверхности 20 станины 10. Иначе говоря, оптические оси 46' образуют угол А', примерно равный 45°, с продольной осью 74 топливных стержней 2 в плоскости, перпендикулярной к полу 14.
Каждая из четырех вторичных камер 42' снимает одно изображение и передает его в систему считывания и обработки изображений 48, которая начинает осуществлять обработку. Следует отметить, что в описанном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения каждый кадр, снимаемый вторичной камерой 42', содержит изображение части двух концевых поверхностей в виде усеченного конуса, соответственно принадлежащих двум соседним топливным стержням 2.
Параллельно средства 32 управления перемещают каретку 28 в положение напротив концевой заглушки 6, чтобы начать сканирование остальной части наружной поверхности последней, а также наружной поверхности корпуса 3 и сварного шва 4 топливных стержней 2. В этой связи необходимо уточнить, что оставшаяся проверяемая часть наружной поверхности концевой заглушки 6 является практически цилиндрической с круглым сечением и образует продолжение наружной поверхности корпуса 3.
С этой целью каретка 28 перемещается по направляющим рельсам 26 вдоль всей длины топливных стержней 2, что схематически показано на фиг.3b. В это время первичные камеры 42 равномерно снимают изображения соответственно точным положениям каретки 28 относительно стенда перемещения 8 для полного сканирования верхней части наружных поверхностей 2а топливных стержней 2, находящихся в кадре этих первичных камер 42. В этой связи следует указать, что точность положений каретки 28 легко обеспечивается кодирующей линейкой стенда перемещения 8.
После каждой съемки изображения передаются непосредственно в систему 48, которая их анализирует в то время, пока каретка 28 перемещается, чтобы занять положение, в котором первичные камеры 42 должны осуществлять следующие съемки.
В случае, когда система 48 обнаруживает один или несколько геометрических дефектов, соответствующие изображения направляются в центральное запоминающее устройство 55 вместе с соответствующими адресами, содержащими угловое положение проверяемого топливного стержня 2, а также положение каретки 28 относительно стенда перемещения 8. В то же время изображения, на которых не было обнаружено никакого геометрического дефекта, предпочтительно не сохраняются в памяти запоминающего устройства. Тем не менее, можно предусмотреть сохранение в памяти таких изображений в течение некоторого заранее определенного времени, например, порядка нескольких дней, в виде сжатой информации на носителе, таком как CD-ROM.
Таким образом, каретка 28 перемещается с постоянной скоростью средствами 32 управления до своего конечного положения, в котором она упирается в стенд перемещения 8 и находится напротив концов топливных стержней 2, противоположных заглушкам 6, что показано пунктирной линией на фиг.1.
Сразу же после достижения этого конечного положения, средства 32 управления приводят в действие средства 58 приведения во вращение стержней 2 для того, чтобы повернуть восемь проверяемых топливных стержней 2 вокруг их продольных осей. В результате этого проверяемые топливные стержни 2 занимают угловое положение, отличное от предыдущего, для осуществления проверки другого углового сектора наружной поверхности 2а этих стержней 2.
После поворота опять осуществляется сканирование наружных поверхностей корпусов 3 и заглушек 6, а также сканирование сварных швов 4 от конечного положения к исходному положению. Так же, как и в предыдущем случае, изображения, снятые первичными камерами 42 и вторичными камерами 42' и содержащие, по меньшей мере, один обнаруженный геометрический дефект, заносятся в память центрального запоминающего устройства 55.
Например, средства 58 приведения во вращение могут быть запрограммированы таким образом, чтобы вся наружная поверхность 2а топливных стержней 2 могла быть отсканирована за двенадцать поворотов. В этом случае каретка 28 управляется средствами 32 управления таким образом, чтобы осуществить шесть возвратно-поступательных перемещений над восемью соседними стержнями 2, при этом каждое поступательное движение и каждое возвратное движение соответствует одному заданному угловому положению топливных стержней 2.
После осуществления всех необходимых возвратно-поступательных перемещений каретки 28 и передачи изображений геометрических дефектов в центральное запоминающее устройство 55 блока 30 средства 32 управления осуществляют перемещения профилометра 50 для измерения глубины каждого из обнаруженных геометрических дефектов.
Таким образом, для каждого обнаруженного геометрического дефекта каретка 28, суппорт 34 и средства 58 приведения во вращение управляются средствами 32 управления таким образом, чтобы установить профилометр напротив данного геометрического дефекта. Само собой разумеется, что эти перемещения осуществляются в зависимости от адреса, содержащегося в сохраненном в памяти изображении с дефектом, а также в зависимости от положения этого дефекта на изображении.
После этого средства 32 управления заставляют подъемную плиту 52 перемещаться таким образом, чтобы профилометр 50 встал рядом с обнаруженным дефектом 70, как показано на фиг.3с. Например, плита 52 перемещается вертикально сверху вниз таким образом, чтобы профилометр 50 находился на расстоянии 10 мм от обнаруженного дефекта 70.
После этого указанный профилометр 50 производит измерения и непосредственно передает данные измерений на средства 51 считывания и обработки, которые определяют глубину дефекта 70.
Эта операция повторяется столько раз, сколько необходимо для измерения глубины всех геометрических дефектов, при этом значения глубины присоединяются к изображениям, хранящимся в памяти центрального запоминающего устройства 55 блока 30.
По завершению проверки первых восьми топливных стержней 2 на предмет наличия геометрических дефектов каретка 28 перемещается в свое исходное положение, описанное выше, затем суппорт 34 также перемещается относительно каретки 28 таким образом, чтобы головка 36 могла исследовать следующие восемь стержней 2, что показано тонкими линиями на фиг.2.
Все вышеупомянутые операции осуществляются таким же образом для проверки новых восьми топливных стержней 2, а также для двух оставшихся наборов по восемь соседних топливных стержней 2.
Другое решение может, например, заключаться в том, что каретка 28 может управляться средствами 32 управления таким образом, чтобы после проверки первого углового сектора первого набора из восьми соседних стержней 2 эта каретка осуществляла проверку не второго углового сектора первого набора, а проверку такого же первого углового сектора второго набора из восьми соседних топливных стержней 2.
Таким образом, в отличие от предыдущего описанного примера, каретка 28 осуществляет последовательность возвратно-поступательных перемещений для проверки одного и того же углового сектора каждого из тридцати двух топливных стержней 2 слоя. После завершения полной проверки этого углового сектора средства 32 управления приводят в действие средства 58 приведения во вращение стержней 2, заставляющие все стержни поворачиваться таким образом, чтобы каретка 28 могла осуществить проверку следующего углового сектора.
Кроме того, можно также предусмотреть, чтобы во время возвратно-поступательных перемещений каретки 28 и сразу же после обнаружения геометрического дефекта средства 32 управления незамедлительно перемещали профилометр 50 для измерения глубины этого обнаруженного геометрического дефекта.
Независимо от выбранных решений из числа вышеуказанных, когда производится проверка слоя топливных стержней 2, каретка 28 содержит считывающее устройство (не показано), закрепленное на суппорте 34, которое выполнено с возможностью считывания штрих-кода (не показан) на каждом из топливных стержней 2.
После считывания штрих-кода вся известная о стержне 2 информация направляется на информационные средства 66, выполненные с возможностью передачи и/или сохранения в памяти файла с результатом осуществленной проверки.
Этот итоговый файл, содержащий информацию штрих-кода стержня 2, может прежде всего содержать указание "хороший", если система считывания и обработки изображений 48 не обнаружила никакого геометрического дефекта.
Кроме того, если система 48 обнаружила, по меньшей мере, один геометрический дефект, в итоговом файле предпочтительно будет указано "плохой". В этом случае данный файл предпочтительно будет также содержать изображения обнаруженных дефектов вместе с соответствующими адресами, а также со значениями измерений глубины.
Необходимо отметить, что в случае, если ни один из обнаруженных геометрических дефектов не имеет глубину, превышающую заранее определенное предельное допустимое значение, например, равное 25 мкм, в итоговом файле может быть помещено указание "подлежащий повторной проверке", чтобы в дальнейшем определить степень отрицательного влияния наличия дефектов на качество поверхности топливного стержня 2.
Операции обнаружения некоторых дефектов чистоты, таких как наличие следов масла или чужеродных тел на наружной поверхности 2а топливных стержней 2 или наличие на этой же поверхности 2а черных или цветных отметин с площадью, превышающей заранее определенное значение, могут осуществляться аналогично описанным операциям обнаружения геометрических недостатков, причем одновременно с последними, точно так же, как и операции обнаружения внешних дефектов сварного шва 4 концевой заглушки 6, причем эти дефекты могут выглядеть в виде точечных отверстий, микротрещин, выбросов, непроваров, сползаний, а также в виде дефекта окраски сварного шва.
Действительно, когда первичные камеры 42 и вторичные камеры 42' передают изображения в систему считывания и обработки изображений 48, последняя может дифференцировать геометрические дефекты от дефектов чистоты или внешних дефектов сварного шва. Так, при обнаружении дефекта чистоты или внешнего дефекта сварного шва 4 изображение вместе с соответствующим адресом направляется в центральное запоминающее устройство 55, но в этом случае, разумеется, команда на осуществление операции измерения при помощи профилометра 50, не подается.
Таким образом, после считывания штрих-кода топливного стержня 2 известная информация о нем, передаваемая на информационные средства 66, может в этом случае содержать данные о дефектах чистоты или о внешних дефектах сварного шва, описанных выше, таким образом, чтобы в этом случае файл с результатом проверки обязательно содержал упоминание "плохой".
В случае, когда взаимодействия между камерами 42, 42' и системой считывания и обработки изображений 48 оказывается недостаточно для обнаружения дефектов чистоты типа масляных следов на наружной поверхности 2а топливных стержней 2, можно осуществить обнаружение этого типа дефектов при помощи осветительных рамп 54, соединенных с диодными датчиками 56.
Само собой разумеется, что обнаружение при помощи осветительных рамп 54 осуществляется параллельно с операциями, описанными выше, в которых используются камеры 42, 42'.
Таким образом, как показано на фиг.4, во время перемещения каретки 23, описанного выше, датчики 56 принимают свет, отраженный от стержней 2 и излучаемый рампами 54. Для этого оптические оси 72 датчиков 56 предпочтительно образуют угол А порядка 60° с продольной осью 74 топливных стержней 2 в плоскости, перпендикулярной к полу 14.
Предпочтительно в то же время, когда производятся съемки изображений первичными камерами 42 и вторичными камерами 42', модуль управления 57 производит считывание результатов "ВСЕ" или "НИЧЕГО", выдаваемых датчиками 56.
Следовательно, когда в поле видимости датчика 56 попадает масляный след на наружной поверхности 2а топливного стержня 2, отражение становится более интенсивным, и выдаваемый датчиком 56 сигнал "НИЧЕГО" меняется на "ВСЕ". Таким образом, во время следующего считывания, осуществляемого модулем управления 57, последний получает информацию о наличии масляного следа по данному адресу и может передавать эту информацию в центральное запоминающее устройство 55.
Естественно, что после каждого считывания модулем управления 57 он выдает команду на выведение в нулевое положение сигналов, генерируемых диодными датчиками 56.
Таким образом, и в данном случае после считывания штрих-кода топливного стержня 2 известная о последнем информация, передаваемая на информационные средства 66, может содержать данные о дефектах чистоты типа масляных следов таким образом, чтобы файл с результатом проверки обязательно содержал указание "плохой".
Кроме того, необходимо отметить, что благодаря наличию камер 42, 42' и системы считывания и обработки изображений 48 и особенно наличию первичных камер 42, можно убедиться в том, что каждый топливный стержень 2 действительно совершил полный оборот во время операций обнаружения дефектов.
Действительно, каждый топливный стержень 2 имеет свой идентификационный номер, нанесенный в нескольких местах на наружную поверхность корпуса 3, например, в четырех местах. Эти четыре идентичные идентификационные номера нанесены на одном продольном конце данного топливного стержня 2, например, на наружной поверхности корпуса 3 рядом с концевой заглушкой 6 параллельно продольной оси 74 через каждые 90° вокруг этой оси.
Таким образом, во время первого поступательного перемещения каретки 28, когда она становится напротив того конца топливного стержня, на котором нанесены идентификационные номера, первичная камера 42 снимает изображение, которое заносится в память центрального запоминающего устройства 56. На полученном изображении просматриваемое положение идентификационного номера определяет исходное угловое положение топливного стержня 2.
Таким образом, поскольку двенадцать угловых положений стержня 2 для проверки рассчитаны таким образом, что перекрывают друг друга, сравнение первого изображения с двенадцатым изображением, теоретически идентичным первому, позволяет определить, совершил ли топливный стержень 2 полный оборот или нет. Если нет, то можно ввести один или несколько дополнительных инкрементов для обеспечения полной проверки всей наружной поверхности 2а топливного стержня 2.
Естественно, что это сравнение между первым и двенадцатым изображениями, снятыми первичной камерой 42, осуществляется системой считывания и обработки изображений 48.
Настоящее изобретение касается также способа проверки внешнего вида топливных стержней 2 ядерного реактора, который может применяться при помощи описанного выше устройства 1 проверки и содержит основные этапы, заключающиеся в обнаружении геометрических дефектов на каждом проверяемом топливном стержне при помощи оптических средств 40, содержащих, по меньшей мере, одну камеру 42, 42' и соединенных с системой считывания и обработки изображений 48, затем в измерении глубины каждого геометрического дефекта, обнаруженного во время этапа обнаружения геометрических дефектов, при помощи профилометра 50. Само собой разумеется, что специалист может вносить любые модификации в описанные выше устройство 1 и способ проверки внешнего вида топливных стержней, приведенные в качестве примеров, не носящих ограничительного характера.