一种压力容器主螺栓孔检测装置的制作方法

本发明涉及核设备检修技术领域，具体涉及一种压力容器主螺栓孔检测装置及其应用于核反应堆压力容器的主螺栓孔的自动检测。

背景技术：

在反应堆运行时，压力容器主要依靠主螺栓保证压力容器的密封性，主螺栓及主螺栓孔良好的连接性能至关重要。但是，由于压力容器主螺纹孔长期处在高温、高应力和不同工况的循环载荷下，极易产生疲劳和损伤；此外，反应堆压力容器在整个寿期内需要进行多次开关盖操作，可能因为对主螺栓孔状态检测准确度不足，螺纹清洁、修复不彻底，也容易在复装过程中造成螺纹的损伤。因此，当反应堆开盖检修后，需要对反应堆压力容器主螺栓孔进行检查，以保证其性能满足要求，也避免复装过程对其造成损伤。

由于压力容器主螺栓孔检修工作是反应堆检修的主线关键路径，其效率直接关系的检修周期。目前，针对压力容器主螺栓孔检查主要采用人工目视检查或视频辅助人工检查的方法。该种检测方式检测效率较低，占用大量检修时间；检测精度较低，且大量重复人工目视检测，极易造成误判等。

我国核电发展已进入黄金发展期，大量在建和拟建的核电站对快速、高效、准确、安全的反应堆压力容器主螺栓自动化检测装置的需求越来越迫切。

技术实现要素：

为了满足核反应堆压力容器主螺栓孔检测的需求，本发明提供了一种压力容器主螺栓孔检测装置。本发明采用激光检测技术，实现对对压力容器主螺栓孔的关键参数进行自动检测和评价，解决目前人工检测或视频辅助人工目视检测劳动强度较大，容易出现误判的问题，并提高压力容器主螺栓孔检测精度和效率。该装置也可用于其他承压设备大型螺栓孔的性能检测。

本发明通过下述技术方案实现：

一种压力容器主螺栓孔检测装置，该检测装置包括激光扫描检测系统、定位系统和控制系统；

所述激光扫描检测系统和定位系统均为可拆卸安装在机架上；

所述定位系统用于实现检测装置的定位；

所述激光扫描检测系统用于对主螺栓孔内部进行扫描测量，获得主螺栓孔内表面的结构参数并将其传送给控制系统；

所述控制系统用于接收主螺栓孔内表面的结构参数并进行处理，得到主螺栓孔检测结果。

本发明通过设置包括激光扫描检测系统、定位系统以及控制系统的自动化检测装置，通过激光扫描检测原理实现对压力容器的主螺栓结构的自动检测。

优选的，本发明的激光扫描检测系统利用激光检测原理实现，

所述激光扫描检测系统包括：激光扫描检测系统固定支架、激光扫描检测系统安装底板、检测头、旋转机构和移动机构；

其中所述激光扫描检测系统固定支架固定安装在所述激光扫描检测系统安装底板上；

所述移动机构固定安装在固定支架上；

所述旋转机构安装在所述移动机构上且所述移动机构能够驱动旋转机构沿固定支架竖直方向上下移动；

所述检测头安装在所述旋转机构的转动轴末端且所示检测头能够在旋转机构带动下进行旋转运动；

所述检测头用于对主螺栓孔内表面进行扫描检测，获得其表面结构参数；

所述激光扫描检测系统通过安装底板实现与机架的拆装。

本发明的检测头采用但不限于激光扫描检测和视频检测的方式来实现待检测主螺栓孔内表面结构的检测。优选的，本发明的检测头包括视频检测头和激光检测头。

本发明的旋转机构采用但不限于电机驱动方式。优选的，本发明的旋转机构包括转动轴、旋转平台和旋转电机；

所述旋转电机固定安装在所述移动机构上；

所述旋转电机通过旋转平台驱动旋转轴转动，进而带动旋转轴的末端安装的检测头旋转。

本发明的移动机构采用但不限于导轨-丝杆副技术实现移动。优选的，本发明的移动机构包括检测头移动架、检测头移动导轨-丝杆副、联轴器和检测头移动电机；

所述检测头移动电机固定安装在固定支架上，所述检测头移动导轨-丝杠副中的导轨沿固定支架竖直方向固定安装；所述检测头移动导轨-丝杆副中的丝杆与所述检测头移动电机通过联轴器传动连接；

所述检测头移动架安装在检测头移动导轨-丝杆副上，所述检测头移动架与旋转机构固定连接。

所述检测头移动架能够在检测头移动电机的驱动下沿固定支架竖直方向上下运动。

为了实现定位的稳定性和可靠性，本发明采用但不限于两组定位系统来实现定位，且采用但不限于膨胀定位的方式实现固定定位。优选的，本发明的检测装置包括两组定位系统且两组定位系统的结构相同；

其中定位系统包括定位系统支架、定位系统顶升机构、定位系统安装底板、接近开关和定位系统胀塞机构；

所述定位系统支架固定安装在定位系统安装底板上；

所述定位系统顶升机构和接近开关均安装在所述定位系统支架上；

所述定位系统胀塞机构安装在所述定位系统顶升结构上且其能够由定位系统顶升机构驱动沿定位系统支架竖直方向上下运动；

所述定位系统通过定位系统安装底板与机架实现快速拆装；

所述定位系统胀塞机构能够驱动其胀塞头在主螺纹孔内膨胀实现定位，即该检测装置通过两组定位系统在待检测主螺栓孔左右相邻主螺栓孔内实现固定。

优选的，本发明的定位系统顶升机构包括定位系统顶升推杆、定位系统顶升电机和胀塞头移动导轨；

其中所述定位系统顶升电机固定在定位系统支架上；所述胀塞头移动导轨沿定位系统支架竖直方向固定安装；所述定位系统胀塞机构与所述胀塞头导轨移动连接；

所述定位系统顶升电机与定位系统顶升推杆传动连接并驱动定位系统顶升推杆运动，进而带动所述定位系统胀塞机构沿胀塞头导轨上下移动；

优选的，本发明的定位系统胀塞机构包括胀塞头、胀塞推杆和胀塞电机；

其中所述定位系统顶升机构带动所述定位系统胀塞机构向下移动，当胀塞头下移到位后，通过所述胀塞电机驱动胀塞推杆运动，使得胀塞头在待检测主螺栓相邻主螺栓孔内膨胀实现定位。

本发明采用工控机实现对检测数据的采集和处理，并上传至上位机进行进一步存储、分析和可视化输出，通过工控机能够接收上位机下发的控制信号，用于控制所述激光扫描检测系统、定位系统的自动控制。优选的，本发明的控制处理系统包括i/o模块、工控机以及上位机；

其中，所述激光扫描检测系统和所述定位系统均通过i/o模块与所述工控机进行数据通信，所述激光扫描检测系统能够将检测得到的待检测主螺栓内表面结构参数传送给工控机进行存储并分析且能够接收由工控机下发的控制信号，所述定位系统能够将定位信号上传给工控机且能够接收工控机下发的控制信号；所述工控机与上位机通信连接，其能够接收上位机发送的控制信号且能够将检测数据以及分析结果上传给上位机进行进一步处理分析或显示输出。

另一方面，本发明还提出了一种用于反应堆压力容器主螺栓孔检测系统，采用本发明的上述检测装置，利用激光检测原理，自动检测获取反应堆压力容器待检测主螺栓孔的结构参数，实现主螺栓孔的结构检测。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的一种压力容器主螺栓孔检测装置安装方便、操作简单，可以利用激光检测原理，对反应堆压力容器主螺栓孔进行自动检测；相对于传统目视检查或视频辅助目视检查，该发明不仅具有更高的检测效率和精度，还可实现对其多个关键参数进行多维度检测评价，检测评价结果更全面。

2、本发明的检测装置可与其他执行机构配合，实现压力容器所有主螺栓孔的全自动检测。

3、本发明的检测装置具有较广泛的适用范围，可用于多型号反应堆压力容器的主螺栓孔检测，也可用于其他大型承压容器主螺栓孔的检测；

4、本发明的检测装置采用模块化设计，便于拆卸，可拆卸后分块存放和运输，有利于对装置精密部件的保护，也有利于功能的改进。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的检测装置主视图。

图2为本发明的激光扫描检测系统结构示意图。

图3为本发明的定位系统结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-激光扫描检测系统，2-定位系统，3-装置机架，5-i/o模块，6-激光扫描检测系统固定支架，7-工控机，8-激光扫描检测系统安装底板，9-视频检测头，10-激光检测头，11-转动轴，12-旋转平台，13-检测头旋转电机，14-检测头移动架，15-检测头移动丝杠，16-检测头移动导轨，17-联轴器，18-检测头移动电机，19-激光扫描检测系统外壳，20-定位系统支架，21-定位系统顶升推杆，22-定位系统顶升电机，23-定位系统安装底板，24-接近开关，25-胀塞头，26-定位系统胀塞推杆，27-定位系统胀塞电机，28-胀塞头移动导轨，29-定位系统外壳。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本实施例提出了一种压力容器主螺栓孔检测装置。

如图1所示，本实施例的检测装置主要由激光扫描检测系统1、定位系统2、机架3和控制处理系统(图1中未示出)组成。

激光扫描检测系统1主要通过驱动其末端的激光检测头对主螺栓孔内部进行扫描测量，获得螺纹孔内表面的结构参数；定位系统2通过伸缩胀塞结构，将检测装置固定在待检测主螺栓孔相邻两主螺栓孔内，实现装置的定位和检测过程中的固定；机架3为各系统的安装提供支架，便于各系统的拆卸和组装使用；控制处理系统4控制整个装置的各个运动部件，实现检测过程的各个操作，该系统还将对激光扫描检测系统1获取的螺纹孔内表面结构参数进行处理，获得螺纹孔的关键参数，实现对主螺栓孔性能的评价。

本实施例的检测装置采用模块化设计，便于拆装，即激光扫描检测系统1和定位系统2均为可拆卸安装在机架上。且本实施例采用两组定位系统2且两组定位系统2的结构相同，以实现检测装置的定位。

具体的，如图2所示，本实施例的激光扫描检测系统1包括：激光扫描检测系统固定支架6、激光扫描检测系统安装底板8、视频检测头9、激光检测头10、转动轴11、旋转平台12、检测头旋转电机13、检测头移动架14、检测头移动丝杠15、检测头移动导轨16、联轴器17、检测头移动电机18和激光扫描检测系统外壳19。

其中，其中激光扫描检测系统固定支架6固定安装在激光扫描检测系统安装底板8上；检测头移动电机18固定安装在激光扫描检测系统固定支架6上，检测头移动导轨16沿激光扫描检测系统固定支架6竖直方向固定安装；检测头移动丝杆15与检测头移动导轨16构成导轨-丝杆副，检测头移动电机18通过联轴器17与检测头移动丝杆15传动连接，检测头移动架14移动安装在检测头移动丝杆15上；检测头旋转电机13固定安装在检测头移动架14上，检测头移动电机18驱动检测头移动丝杆15转动，进而带动检测头移动架14能够沿激光扫描检测系统固定支架6竖直方向上下移动，从而带动检测头上下移动；检测头旋转电机13通过旋转平台12驱动转动轴11转动，进而带动转动轴11的末端安装的检测头(视频检测头9和激光检测头10)旋转，实现待检测主螺栓孔内表面的扫描检测。

本实施例的激光扫描检测系统1通过激光扫描检测系统安装底板8实现与装置机架3的拆装。

本实施例的激光扫描检测系统1中的各部件均设置在激光扫描检测系统外壳19内实现模块化设计。

具体如图3所示，本实施例的定位系统包括定位系统支架20、定位系统顶升推杆21、定位系统顶升电机22、定位系统安装底板23、接近开关24、胀塞头25、定位系统胀塞推杆26、定位系统胀塞电机27、胀塞头移动导轨28和定位系统外壳29。

其中本实施例的定位系统支架20固定安装在定位系统安装底板23上；

本实施例的定位系统顶升电机22和接近开关24均安装在所述定位系统支架20上；

本实施例的胀塞头移动导轨28沿定位系统支架20竖直方向固定安装；定位顶升电机22驱动与定位顶升推杆21传动连接，通过驱动定位系统顶升推杆21运动，从而推动胀塞头25、定位系统胀塞推杆26以及定位系统胀塞电机27沿胀塞头导轨28上下移动。当胀塞头25下移到位后，通过所述胀塞电机27驱动胀塞推杆26运动，使得胀塞头25在待检测主螺栓左右相邻两个主螺栓孔内膨胀实现固定，从而实现检测装置的固定与定位。

本实施例的定位系统2通过定位系统安装底板23与装置机架3实现快速拆装；所述定位系统2的各部件均安装在定位系统外壳29内，实现模块化设计。

本实施例中控制处理系统包括i/o模块5、工控机7和上位机，采用工控机7实现对检测数据的采集和处理，并上传至上位机进行进一步存储、分析和可视化输出，通过工控机7能够接收上位机下发的控制信号，用于控制所述激光扫描检测系统1、定位系统2的自动控制。

具体的，本实施例的激光扫描检测系统1和所述定位系统2均通过i/o模块与工控机7进行数据通信，激光扫描检测系统1能够将检测得到的待检测主螺栓内表面结构参数传送给工控机7进行存储、分析并上传给上位机，同时能够接收工控机7下发的控制信号控制其检测头、旋转带电机13、移动电机18工作。

定位系统2能够将接近开关24的检测信号上传给工控机7且能够接收工控机7下发的控制信号控制其顶升电机22和胀塞电机27的工作；所述工控机7与上位机通信连接，其能够接收上位机发送的控制信号且能够将检测数据以及分析结果上传给上位机进行进一步存储、处理分析、可视化输出。

本实施例的检测装置的工作过程如下：

通过其他驱动机构或人工将该装置移动至待检测螺纹孔，通过2套定位系统2中的接近开关24实现装置的初步定位。其后，定位系统顶升电机22驱动定位系统顶升推杆21运动，推动胀塞头25、定位系统胀塞推杆26以及定位系统胀塞电机27沿胀塞头导轨28下移。胀塞头25下移到位后，定位系统胀塞电机27驱动定位系统胀塞推杆26运动，使胀塞头25在待检测主螺栓孔左右相临主螺纹内膨胀实现装置的固定。定位系统2中的主要部件固定在激光扫描检测系统安装底板8上，并通过系统安装底板8与装置机架3实现快速的拆装。

装置固定后，激光扫描检测系统1中的检测头移动电机18运动，通过联轴器17、检测头移动丝杠15以及检测头移动导轨16驱动检测头移动架13以及固定在检测头移动架14上的结构下移至主螺栓孔底部。其后，检测头旋转电机13通过旋转平台12减速后驱动转动轴11以及转动轴末端的视频检测头9和激光检测头10旋转，实现对主螺栓孔内表面进行扫描检测，获得其表面结构参数。转动轴11每旋转360°后进行反向旋转(以解决线路缠绕的问题)，与此同时检测头移动电机驱动检测头向上移动，可根据检测需求实现对主螺栓孔内表面的螺旋式扫描或步进式扫描检测。

激光检测头10扫描检测获得的主螺栓孔表面结构参数传输至控制处理系统，经计算机处理分析后获得主螺栓孔的螺纹关键参数，并对其进行评价。视频检测头10获得的视频检测图像可作为激光扫描检测及评价结果的参考，实现对检测结果的复查。

控制处理系统4主要由就地的i/o模块5、工控机7以及远程的计算机组成。工控机7实现对装置运动进行控制，并将采集的数据通过i/o模块5无线传输至计算机进行分析处理，获得主螺栓孔检测和评价的结果。

该检测装置完成单个主螺栓孔的检测后，激光扫描检测系统1回转至初始位置，定位系统2反向运动，先进行胀塞头25解锁，顶升推杆21推动胀塞头等结构至初始位置。其后，该装置可人工移动或由驱动机构驱动至下一工位进行检测，直至完成需要主螺纹孔的全部检测工作。

实施例

本实施例采用上述实施例1提出的检测装置，利用激光检测原理，自动检测获取核反应堆压力容器待检测主螺栓孔的结构参数，实现核反应堆主螺栓孔的结构检测。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。