一种激光对中测量系统及其对中测量方法
【专利摘要】一种激光对中测量系统及其对中测量方法，系统包括，一下部对中工装，通过其上的两下部销定位孔安装在下部堆内构件上呈对角线分布的两燃料导向销上并通过其上的下部测量孔进行对中测量；一上部对中工装，通过其上的两上部销定位孔安装在上部堆内构件上的上堆芯板上两开口销孔上并通过其上的上部测量孔进行对中测量；一激光跟踪仪，安装在上、下部堆内构件构成的堆腔内部，且与上、下部堆内构件在同一水平状态；利用激光跟踪仪的三维图形测量软件对上、下部测量孔进行3D测量，获取上、下部堆内构件所有预设测量位置的测量数据，并建立堆内构件的基准坐标系以对测量数据进行分析以及比较，获取对所述堆内构件的对中测量结果。
【专利说明】一种激光对中测量系统及其对中测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量【技术领域】，尤其涉及一种利用激光跟踪仪对核岛主设备堆内构件 进行对中测量的激光对中测量系统及其对中测量方法。
【背景技术】
[0002] 核反应堆堆内构件是核设备中最关键设备之一，主要起承载核燃料组件及其定位 作用，导向筒是控制棒进入核燃料组件的唯一通道，其定位准确与否直接影响到燃料反应 的速度，是控制功率的主要因素。且在核电厂有异常状况下，控制棒快速落下起到紧急停堆 作用。核燃料组件的定位是依靠上、下部堆内构件上的燃料导向销进行的，其空间定位位置 需要通过对中进行精确控制的。 现有技术中的对中测量一般是通过建立垂直基准光轴，即用测微准直仪和水银盘自行 反射建立铅垂光轴并与零件的光靶中心对中。测微准直仪利用上部堆内构件上的堆芯板上 的开口销孔、下部堆内构件上的燃料导向销，并安装上、下部对中工装对中，从而保证高精 度的定位要求。采用此方法对中能获得较高精度，减少基准误差。但是水银是液态的，容易 产生波动使图像不稳定；因此对场地的安静环境要求比较高，场地安静程度的高低直接影 响读数数值，甚至无法测量。且操作人员水平的高低会直接影响对中读数数值，同时对中测 量的调整过程繁琐，效率不高。另外，现有技术中也有利用天底仪进行对中测量的方法，该 方法要计算平均读数，存在一定量的误差，不可消除。
[0003] 因此，需要提供一种新的对中测量方式，能便捷、高效、精准地测量被测核电产品 堆内构件的对中度，确保核电产品的质量。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提供一种长距离、大尺寸、高精度的激光对中测量系统及测量 方法，能便捷、高效、精准地测量被测核电产品堆内构件的对中度，在仪器俯仰角的有效范 围内进行跟踪测量，确保核电产品的质量。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种激光对中测量系统，适用于核岛主设备堆 内构件，所述堆内构件包括下部堆内构件与上部堆内构件；所述激光对中测量系统包括，一 下部对中工装，包括与下部堆内构件上呈对角线分布的两燃料导向销相配合的两下部销定 位孔以及位于所述下部对中工装中心的下部测量孔，所述下部对中工装通过所述两下部销 定位孔安装在所述两燃料导向销上并通过所述下部测量孔进行对中测量；一上部对中工 装，包括与上部堆内构件上的上堆芯板上未安装导向筒组件的两开口销孔相配合的两上部 销定位孔以及位于所述上部对中工装中心的上部测量孔，所述上部对中工装通过所述两上 部销定位孔安装在所述两开口销孔上并通过所述上部测量孔进行对中测量；一激光跟踪 仪，安装在下部堆内构件与上部堆内构件构成的堆腔内部，且与上部堆内构件、下部堆内构 件在同一水平状态；其中，利用所述激光跟踪仪的三维图形测量软件对所述下部测量孔和 所述上部测量孔进行3D测量，获取下部堆内构件以及上部堆内构件预设测量位置的测量 数据，并建立堆内构件的基准坐标系以对测量数据进行分析以及比较，获取对所述堆内构 件的对中测量结果。
[0006] 为了实现上述目的，本发明还提供了一种激光对中测量方法，采用本发明所述激 光对中测量系统，适用于对核岛主设备堆内构件进行对中测量，所述堆内构件包括下部堆 内构件与上部堆内构件；所述激光对中测量方法包括以下步骤：（1)将下部对中工装安装 在下部堆内构件上呈对角线分布的两燃料导向销上，所述下部对中工装中心具有下部测量 孔以用于进行对中测量；（2)将上部对中工装安装在上部堆内构件上的上堆芯板上未安装 导向筒组件的两开口销孔上，所述上部对中工装中心具有上部测量孔以用于进行对中测 量；（3)将激光跟踪仪安装在堆内构件的堆腔内部，且与上部堆内构件、下部堆内构件在同 一水平状态，并利用校准软件对激光跟踪仪的水平角度和俯仰角度进行校准；（4)利用所 述激光跟踪仪的三维图形测量软件对所述下部测量孔和所述上部测量孔进行3D测量，获 取下部堆内构件以及上部堆内构件预设测量位置的测量数据；（5)利用所述三维图形测量 软件建立堆内构件的基准坐标系，对测量数据进行分析以及比较，获取对所述堆内构件的 对中测量结果。
[0007] 本发明的优点在于：能够便捷、高效、精准地测量被测堆内构件相对于基准的对中 度；对目前所有堆型上、下部堆内构件的对中均能进行有效的对中测量，确保核电产品的质 量；同时大幅降低了测量时环境要求、人力成本、操作时间，大幅提高了工作效率，避免了人 为误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1，本发明一实施方式所述的所述激光对中测量系统架构剖视图； 图2A，本发明所述下部对中工装的剖视图； 图2B，本发明所述下部对中工装的俯视图； 图3A，本发明所述上部对中工装的剖视图； 图3B，本发明所述上部对中工装的俯视图； 图4,本发明一实施例所述预设测量位置分布示意图； 图5,本发明另一实施方式所述的所述激光对中测量系统架构剖视图； 图6,本发明另一实施例所述预设测量位置分布示意图； 图7,本发明一实施方式所述的所述激光对中测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0009] 本发明是建立在激光技术和自动控制技术基础上的一种新型空间坐标测量系统。 激光跟踪仪的跟踪头发出的激光对目标反射器进行跟踪；通过激光跟踪仪的双轴测角系统 及激光干涉测距系统(或红外绝对测距）确定目标反射器在球坐标系中的空间坐标；通过 激光跟踪仪自身的校准参数和气象传感器对内部的系统误差和大气环境误差进行补偿，从 而得到更精确的空间坐标；激光跟踪仪具有热对称，1?稳定性测量范围大等特点，基于红外 光脉冲反射拍频计数进行绝对测距，在l〇m内精度高达0. 03mm，因此能满足堆内构件最终 0. 25mm的对中精度要求。同时利用上部堆内构件上的开口销孔、下部堆内构件上的燃料导 向销分别安装本发明提供的上部对中工装、下部对中工装，使得上、下部对中工装的测量孔 中心位于同一垂直基准轴线10上，从而实现高精度的对中测量。
[0010] 下面结合附图对本发明提供的一种激光对中测量系统及其对中测量方法的具体 实施方式做详细说明。
[0011] 首先结合附图给出本发明所述激光对中测量系统的一实施方式。
[0012] 参考图1，本发明一实施方式所述的所述激光对中测量系统架构剖视图。所述激光 对中测量系统适用于核岛主设备堆内构件，所述堆内构件包括下部堆内构件11与上部堆 内构件13。在本实施方式中，核岛主设备堆内构件采用CPR1000、300MW、600MW等堆型，所述 下部堆内构件11上设有下堆芯板111，所述上部堆内构件13上设有上堆芯板131。所述激 光对中测量系统包括一下部对中工装12、一上部对中工装14以及一激光跟踪仪16。
[0013] 下部堆内构件11安放在稳定的工作台位上以确保下部堆内构件的稳定性；进而 校调下部堆内构件11法兰的水平度，使其达到0. 02/m的精度值，同时需复验下部堆内构件 11上的下堆芯板111水平度，保证其水平与法兰的偏移方向一致且误差值< 0. 02mm。之后 将下部对中工装12安装到下部堆内构件11上。
[0014] 参考图2A以及2B，其中图2A为本发明所述下部对中工装的剖视图，图2B为本发 明所述下部对中工装的俯视图。所述下部对中工装12包括与下堆芯板111上呈对角线分 布的两燃料导向销相配合的两下部销定位孔121U22以及位于所述下部对中工装12中心 的下部测量孔123。两下部销定位孔121U22与燃料导向销相接的一面所在的平面距下部 测量孔123所在的平面有一距离，以方便所述下部对中工装12安装到下部堆内构件上。继 续参考图1，所述下部对中工装12通过所述两下部销定位孔121U22安装在所述两燃料导 向销上并通过所述下部测量孔123进行对中测量。所述下部对中工装12的设计精度非常 高，保证两处下部销定位孔及下部测量孔的中心距精度，同时控制工装的位置度、测量基准 的垂直度、接触面的平行度等关联形位公差，从而以较高的精度确保对中测量过程中的定 位误差。
[0015] 作为优选的实施方式，本发明所述两下部销定位孔121U22的其中之一与所述两 燃料导向销的其中之一间歇配合，从而确保所述下部对中工装12可以安装到所述两燃料 导向销上。在本实施方式中，下部销定位孔121和与其相配合的燃料导向销为间歇配合，也 即下部销定位孔121的孔径大于与其相配合的燃料导向销的直径。
[0016] 在下部堆内构件11中导入上部堆内构件13,过程需平稳操作确定安装过程没有 对下部堆内构件11造成不稳定因素等现象。上部堆内构件13与下部堆内构件11之间设 有模拟压紧弹簧等高垫块15。导入并安装定位后测量上部堆内构件13的水平度，保证测量 的水平度数据尽可能小。之后利用销定位的原理，将上部对中工装14安装到上部堆内构件 13上。
[0017] 参考图3A以及3B，其中图3A为本发明所述上部对中工装的剖视图，图3B为本发 明所述上部对中工装的俯视图。所述上部对中工装14包括与上堆芯板131上未安装导向 筒组件的两开口销孔相配合的两上部销定位孔141、142以及位于所述上部对中工装14中 心的上部测量孔143。继续参考图1，所述上部对中工装14通过所述两上部销定位孔141、 142安装在并通过所述上部测量孔143进行对中测量。开口销孔尺寸在机加工时已经提高 形位尺寸精度，以之作为测量定位基准，设计本发明所述的上部对中工装14,利用销定位的 原理，在开口销孔上安装上部对中工装14,从而以较高的精度确保对中测量过程中的定位 误差。
[0018] 作为优选的实施方式，本发明所述两上部销定位孔141U42的其中之一与所述两 开口销的其中之一间歇配合，从而确保所述上部对中工装14可以安装到所述两开口销孔 上。在本实施方式中，上部销定位孔141和与其相配合的开口销孔为间歇配合，也即上部销 定位孔141的孔径大于与其相配合的开口销孔的直径。
[0019] 继续参考图1，本发明的所述激光跟踪仪16安装在下部堆内构件11与上部堆内构 件13构成的堆腔内部，且与上部堆内构件13、下部堆内构件11在同一水平状态。在本实施 方式中，所述激光跟踪仪16安装在所述下堆芯板111上。其中，利用所述激光跟踪仪16的 三维图形测量软件（Spatial Analyzer，简称SA)对所述下部测量孔123和所述上部测量 孔143进行3D测量，获取下部堆内构件以及上部堆内构件预设测量位置的测量数据。可以 采用激光跟踪仪16对测量孔的内孔径上的多个点进行测量，并根据所有3D测量数据拟合 出一该测量孔的中心点数据，作为对应测量位置的测量数据。可以在堆内构件中安装四个 上部对中工装14以及四个下部对中工装12,从而采用激光跟踪仪16分别对所有测量孔进 行3D测量，从而分别获取一组下堆芯板111测量数据，以及一组上堆芯板131的测量数据； 也可以采用一个上部对中工装14和一个对应的下部对中工装12,采用激光跟踪仪16分别 对上部测量孔143、下部测量孔123进行3D测量后，再将上部对中工装14、下部对中工装12 对应安装到另一组需测量位置上进行3D测量并拟合，最终获取一组下堆芯板111测量数据 以及一组上堆芯板131的测量数据。利用三维图形测量软件SA对下堆芯板111或上堆芯板 131的测量数据进行圆心、平面度及直线的拟合，建立堆内构件的基准坐标系，以对另一组 测量数据进行分析比较。例如，以下堆芯板111上获取的四个预设测量位置的测量数据所 拟合的圆心建立堆内构件的基准坐标系，对上堆芯板131上获取的四个预设测量位置的测 量数据进行技术分析并建立矢量组进行比较，获取对所述堆内构件的对中测量结果；要求 对中测量结果需< 〇. 25mm。测量过程需保证激光跟踪仪16安装的稳定性，另外确保测量的 数据在不转站的情况下一次成型，杜绝因转站造成的累积误差，确保测量数据的真实性。
[0020] 为实现对堆内构件进行更高精度的对中测量，所述激光跟踪仪的水平转角为 640° (± 320° )、俯仰转角Θ为+75°?-55°。将所述激光跟踪仪16安装在所述下堆 芯板111上后，需调整激光跟踪仪16的水平状态，使其水平度与上、下部堆内构件在同一状 态，尽可能接近零；其次利用校准软件对激光跟踪仪16的水平角度和俯仰角度进行校准， 消除可能影响测量精度的误差，从而保证高的测量精度。
[0021] 参考图4,本发明一实施例所述预设测量位置分布示意图。以CPR1000项目为例， 利用所述激光跟踪仪16的三维图形测量软件，对堆内构件上已安装定位好的上、下部对中 工装上的测量孔位进行3D测量；测量位置分别为下堆芯板111上0°、90°、180°、270° 四个角度，以及上堆芯板131上0°、90°、180°、270°四个角度对应坐标所示位置。利用 三维图形测量软件SA对一组预设测量位置的测量数据（例如下堆芯板111上的测量数据） 进行圆、平面度及直线的拟合，建立堆内构件的基准坐标系以对另一组测量数据(例如上堆 芯板131上的测量数据）进行技术分析以及矢量组的比较，其中，CPR1000、300MW、600MW等 项目测得对中值需< 〇. 25mm。CPR1000项目预设测量位置对应的理论坐标分布见表1。
【权利要求】
1. 一种激光对中测量系统，适用于核岛主设备堆内构件，所述堆内构件包括下部堆内 构件与上部堆内构件；其特征在于，所述激光对中测量系统包括， 一下部对中工装，包括与下部堆内构件上呈对角线分布的两燃料导向销相配合的两下 部销定位孔以及位于所述下部对中工装中心的下部测量孔，所述下部对中工装通过所述两 下部销定位孔安装在所述两燃料导向销上并通过所述下部测量孔进行对中测量； 一上部对中工装，包括与上部堆内构件上的上堆芯板上未安装导向筒组件的两开口销 孔相配合的两上部销定位孔以及位于所述上部对中工装中心的上部测量孔，所述上部对中 工装通过所述两上部销定位孔安装在所述两开口销孔上并通过所述上部测量孔进行对中 测量； 一激光跟踪仪，安装在下部堆内构件与上部堆内构件构成的堆腔内部，且与上部堆内 构件、下部堆内构件在同一水平状态；其中，利用所述激光跟踪仪的三维图形测量软件对 所述下部测量孔和所述上部测量孔进行3D测量，获取下部堆内构件以及上部堆内构件预 设测量位置的测量数据，并建立堆内构件的基准坐标系以对测量数据进行分析以及比较， 获取对所述堆内构件的对中测量结果。
2. 根据权利要求1所述的激光对中测量系统，其特征在于，进一步，所述下部堆内构件 上设有下堆芯板，所述下部对中工装通过所述两下部销定位孔安装在所述下堆芯板上呈对 角线分布的两燃料导向销上，所述激光跟踪仪安装在所述下堆芯板上。
3. 根据权利要求1所述的激光对中测量系统，其特征在于，进一步，所述下部堆内构件 上设有下堆芯支承板，所述下部对中工装通过所述两下部销定位孔安装在所述下堆芯支承 板上呈对角线分布的两燃料导向销上，所述激光跟踪仪通过一增高工装安装在所述下堆芯 支承板上。
4. 根据权利要求1所述的激光对中测量系统，其特征在于，所述两下部销定位孔的其 中之一与所述两燃料导向销的其中之一间歇配合。
5. 根据权利要求1所述的激光对中测量系统，其特征在于，所述两上部销定位孔的其 中之一与所述两开口销的其中之一间歇配合。
6. 根据权利要求1所述的激光对中测量系统，其特征在于，所述激光跟踪仪的水平转 角± 320°、俯仰转角为+75°?-55°。
7. -种激光对中测量方法，采用权利要求1所述激光对中测量系统，适用于对核岛主 设备堆内构件进行对中测量，所述堆内构件包括下部堆内构件与上部堆内构件；其特征在 于，包括以下步骤： (1) 将下部对中工装安装在下部堆内构件上呈对角线分布的两燃料导向销上，所述下 部对中工装中心具有下部测量孔以用于进行对中测量； (2) 将上部对中工装安装在上部堆内构件上的上堆芯板上未安装导向筒组件的两开口 销孔上，所述上部对中工装中心具有上部测量孔以用于进行对中测量； (3) 将激光跟踪仪安装在堆内构件的堆腔内部，且与上部堆内构件、下部堆内构件在同 一水平状态，并利用校准软件对激光跟踪仪的水平角度和俯仰角度进行校准； (4) 利用所述激光跟踪仪的三维图形测量软件对所述下部测量孔和所述上部测量孔进 行3D测量，获取下部堆内构件以及上部堆内构件预设测量位置的测量数据； (5) 利用所述三维图形测量软件建立堆内构件的基准坐标系，对测量数据进行分析以 及比较，获取对所述堆内构件的对中测量结果。
8. 根据权利要求7所述的激光对中测量方法，其特征在于，步骤（1)之前进一步包括： (10)将下部堆内构件安放在工作台位上，并校调下部堆内构件法兰的水平度至预设精度 值，同时复验下部堆内构件上的水平度使其水平与法兰的偏移方向一致且误差值在预设误 差范围内。
9. 根据权利要求8所述的激光对中测量方法，其特征在于，所述预设精度值为每米 0. 02mm，所述预设误差范围为小于等于0. 02mm。
10. 根据权利要求7所述的激光对中测量方法，其特征在于，步骤（2)之前进一步包 括：（20)在下部堆内构件中导入上部堆内构件，并校正上部堆内构件的水平度。
11. 根据权利要求6所述的激光对中测量方法，其特征在于，所述激光跟踪仪的水平转 角640°、俯仰转角为+75°?-55°。
【文档编号】G01C15/00GK104251695SQ201410449537
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】林朕跃, 顾晓建, 龚宏伟, 秦晨晓, 张亮, 蒋伟 申请人:上海第一机床厂有限公司