专利名称：用以检测表面缺陷的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用以检测特别是核燃料芯块之类的圆柱状物体上的表面缺陷的设备。
某些圆柱状物体，如核燃料芯块，必须满足很严格的制造质量要求。这种物体可由一自动化生产线制造，而无需人工处理，并且在这样一条生产线中有必要采用自动化设备检验物体的表面缺陷。该物体可以是例如用于所谓“agr”燃料元件的烧结圆柱状UO2(二氧化铀)芯块。这种芯块有一个因燃料性能原因而设的轴向孔。烧结的芯块被插入不锈钢包覆管中，管被密封以形成一个燃料棒，一束燃料棒装配起来形成燃料元件。在插入包覆管之前要求自动地检验芯块。
根据本发明，提供了一种用以检测圆柱状物体上的表面缺陷的设备，包括用以一个挨一个地以其端部朝下将待检物体输送到一第一检验工位的装置，当物体通过第一检验工位时检验各物体自由端的装置，用以一个挨一个地以其侧面朝下将物体输送到一第二检验工位的装置，该装置包括从其端部到其侧面翻传物体的装置，当使物体以其侧面朝下通过第二检验工位时转动各物体的装置，当物体通过第二检验工位时检验各物体弧形表面的装置，将物体一个挨一个地输送到第三检验工位的装置，所述该装置包括翻转物体使在第一检验工位被检的端部朝下的装置，和当物体通过第三检验工位时检验各物体自由端的装置。
与现有技术系统不同，根据本发明的设备允许除孔(如果圆柱状物体有的话)内表面之外的所有表面在一连续操作(物体由一输送带装置一个挨一个地进给到设备)中被检验。
本发明特别可应用于核燃料芯块的自动检验。该芯块可具有众所周之的形状，如空心的或实心的正圆形圆柱体。其端面可以是平表面，或者可以是非平表面的凸起弧面。芯块可用于例如或是所谓AGR或是LWR类形的核反应堆。芯块可包括氧化铀，其内可有选择地掺入niobia或氧化钆(gadolinia)。作为另一种选择，芯块可包括MOX(混合的氧化燃料)，例如包含铀和氧化环的混合物。在这种情况下，芯块通常位于一个手套箱之类的容器内，它封闭氧化环，以防外界污染。根据本发明的设备构件位于这种容器之外。该容器可包括一个例如由高质量玻璃制成的窗口，该窗口允许光辐射线穿入或穿出容器以检验其内的芯块。由于任何一次只需少量的芯块在容器内进行检验，所以窗口不需用作辐射线屏蔽。位于包含被检芯块的容器外侧的设备构件周围，可设置传统的中子和γ射线屏蔽材料。
用于在第一和第二检验工位之间翻转物体的装置可包括一个第一翻转工位，它包括一个在输送轨道上的—台阶，该台阶可将物体的轴线的位置从垂直改变为水平。在第二和第三检验工位之间翻转物体的装置可包括一个第二翻转工位，它包括一个在输送轨道上的成形台阶，该台阶可将物体的轴线的位置从水平改变为垂直。在第一翻传工位之后的输送轨道可包括一个挡桥，它挡住在第一翻转工位之后仍处垂直状态的物体。
最好，检验弧形表面的装置包括当物体处于第二检验工位时沿物体扫描-光束的装置，和检测一反射光束的第一检测器装置，该反射光束包括由扫描光束检验的各移动和转动的圆柱状物体反射的扫描光束。
该光束可以是一在光谱的可见部分或其它部分内的激光束。
当在被检表面上存在一缺陷时，由于入射光束的散射，在使用中由第一检测器装置检测的信号将明显减弱，因此这种减弱就提供了关于存在一表面缺陷的信息。该缺陷可能是一碎屑或裂纹或刮痕或污迹，也可能是一个在制造过程中未光整的粗糙表面。该缺陷的尺寸，例如长度，宽度和表面积，可通过监测被检信号减弱或多次减弱(在物体转动期间如果是同期性的)的持续时间来测定。这些持续时间的值可在-信号处理器中数字化并与一个或多个参考值比较，以决定此缺陷的一个或多个尺寸或其面积是否超过了一预定的可接受极限。
用以检验弧形表面的装置可另外包括一个检测一透射光束的第二检测器装置，该透射光束包括当它不照射到物体上时透射的扫描光束。透射的光束可由一个或多个镜面导向第二检测器装置。由第二检测器装置检测的一个信号表示扫描光束已经在超出物体端部的位置通过受检物体的轨迹。当扫描光束投射到该物体上时，该信号明显减弱，即表示一个由物体挡住的阴影。所以监测信号减弱的持续时间可测定物体的位置和长度。在一信号处理器中信号减弱的持续时间可被转变成一数字值并与预定的参考值相比。如果检测的持续时间太长或太短，它就表示物体的长度不正确或在其端面附近，例如横跨其端部和弧形表面，有一缺陷。最好也测定由第一检测器装置检测的信号的持续时间和由第二检测器装置检测的信号的持续时间之间的差别。如果该差别(当物体转动时该差别有可能变化)太大，该物体就可被排除。处理第一和第二检测器装置输出的信号处理器可以是一信号共用处理器。处理器可产生一“次品”或“合格”信号以表示受检的物体是否带有不能接受的表面缺陷。
当物体以其侧面朝下通过第二检验工位时转动各物体的装置可包括一连续的皮带和在两个隔开的导向体，如辊子，上移动皮带的装置，一个导向体比另一导向体处于较高的垂直位置，因此皮带的上表面相对于垂直和水平轴线是倾斜的，并且一个导杆靠近且横跨皮带的上表面延伸，因此当物体位于皮带上并紧靠导杆上方时，物体横贯皮带并与导杆接触，同时皮带的运动使物体绕自身轴线转动。此横贯动作是由皮带角度引起的。
在第一和第三检验工位检测各物体自由端的装置可包括一个仪器，用以当物体通过该仪器时电容性地检测该仪器和该物体之间的间隙，该仪器可以是例如专利No.GB2145231中所描述的类型。当因存在一端面缺陷而使端部上任何位置处的间隙增加或减小时，检测到的信号也相应减小或增加。所以该仪器就可通过监测被检信号偏离由物体无缺陷端面所获得的标准值的大小来测定缺陷深度，及长度，宽度和面积。该仪器可包括一信号处理器，该信号处理器以类似于上述信号处理器的方式比较一个代表一被检缺陷大小的信号和一个或多个给定参考信号，并产生一个“合格”或“次品”信号。
当在任何一个第一，第二和第三检验工位检测出被检物体表面上的一个不能接受的缺陷时，即可例如借助于各检验工位之后的一排除工位从相关的物体生产线中排除该物体，该排除工位包括一个例如受检测装置信号处理器的一输出“次品”信号控制的气动推件，它被设置成将有缺陷物体推到一排除轨道上。
在使用中可随时向检验工位送入一具有已知尺寸的表面缺陷的样品物体，以校准该设备。
第一，第二和第三检验工位可各包括一个或多个用以检测一物体接近检验端面的装置的装置，例如光学接近传感器，以提供一输出信号以使检验装置通电，因此只是当物体处于检验工位时该装置才通电。
作为另一种选择，检验该物体各自由端的装置可以是申请人在未决欧洲专利申请No.588624A中所要求保护的设备，其内容在此作为参考。该设备包括辐射物体端面的装置，检测由端面反射的大致平行于物体轴线的辐射线的检测器装置，和计算端面大小的计算器装置，该端面已将辐射线直接反射到检测器装置。
作为该设备(EP588624A的主题)基础的原理是端面会在一定程度上将辐射线反射到检测器装置，此程度取决于表面的结构。如果该表面是无缺陷的平滑表面，由该表面所实现的辐射线的反射主要是镜面的，即接近垂直于反射表面的轴线。如果端面包括一缺陷，例如一裂缝或碎屑，由缺陷反射的辐射线是漫射的；缺陷的强度较低。通过将检测器装置大致定位在物体的轴线上，检测器装置就有可能检测到因缺陷造成的低强度镜面反射。用以辐射的装置可包括一环形光源，其中心大致与物体的轴线重合。并可基本上透过反射的辐射线，这样反射到检测器装置的光可无阻碍地穿过该光源。用以辐射的装置可包括一组环形光源，它们的环心在沿轴线的不同位置均大致与物体的轴线重合。到达检测器装置的光线需无阻碍地穿过所有环形光源。检测器装置最好包括一个电子成象光电检测器，尽管作为另一种选择它也可包括一个非成象光电检测器。在非成像光电检测器的情况下，输出信号与入射到检测器上的光的总量成比例，由光电检测器收到的光线基本上来自物体端面。在成像光电检测器的情况下，来自检测器装置的输出信号包括代表由检测器装置检测的来自物体表面不同部分的反射辐射线强度。
在EP588624A的设备中，在成象光电检测器的情况下，计算器装置可包括一信号处理器，它分析由检测器装置提供的输出信号。该处理器可累加所有的信号成分数值并将该累加值与一预定参考值相比。计算器装置也可是一图象处理器，它分析由检测器提供的输出信号。该处理器可将输出成分数值与一预定参考值相比。随后处理器计算分别在参考值以上和以下的带有一个信号数值(就图象而言为强度)的成分或者象素的数量。在参考值以上的象素数量就表示未受损的物体区域。
在使用根据本发明的设备时，可主要在一缓冲传送(RTM)输送带上处理物体，该输送带具有一个英国专利No.GB2223998B中所描述和要求保护的那种输送表面。输送表面的形式在第一翻转工位前和在第二翻转工位之后可以是平的并在第一和第二翻转工位之间的区域可以具有V形或U形断面以为物体导向。
在各所述检验工位前的输送轨道上，可设置一排列传感器装置。各排列传感器可具有一擒纵机构，它使物体在队列中以给定距离隔开，这样当它们通过检验工位时，在被检物体之间不会有相互干涉现象。
在第一和第三检验工位的入口，输送轨道可将物体偏压在一基面上，这样在被检验时它们就会处于正确的侧向位置(相对于输送轨道的轴线)。
现在参照附图，描述本发明的实施例，其中
图1是一实施本发明的检验设备的侧视图；图2是沿图1中II-II线的剖面端视图；图3是一放大图，详细示出了图2的部分结构。
核燃料芯块1，例如用于agr圆柱状UO烧结芯块，由附图所示的设备检验其表面缺陷。芯块1在一个具有缓冲传送(RTM)上表面的输送带3上输送。输送带3安装在支承结构5上。输送带3将芯块1顺序地传送到第一检验工位7，第二检验工位9和第三工位11。由输送带3上的成形台阶构成的翻转工位13，15使芯块1的轴线位置分别从垂直改变成水平并从水平改变成垂直。
第一检验工位7包括一个检验芯块1的一个端面的端面检验仪器8。一光学接近传感器16检测芯块1的存在并使仪器8通电以进行检验。仪器8为专利说明书No.GB2145231中所描述的种类。当芯块1通过检验仪器测头17时，测头17电容性地检测测头17和芯块1的被检验表面之间的间隙(标称1mm)。如果芯块表面含有缺陷，检测出的电容量就会偏离预期的标准，并且此偏离由一信号处理单元19记录且数字化。当检测出一缺陷并与储存的参考值相比发现该缺陷不能接受时，单元19就向一排除工位21提供一输出信号，在此工位一气动推件(未示出)将此芯块推入一个在主输送带3侧面的排除轨道。
在第一检验工位7检验之后未被排除的芯块1由翻转工位13翻转使其侧面朝下，即使它们的轴线呈水平状态。然后，将芯块1输送到第二检验工位9，在此工位检验各芯块1的侧弯曲表面。在第二检验工位9，如图1所示，各芯块从右到左通过该工位，同时绕其自身轴线转动。各芯块1被输送到一个连续运动的皮带21，皮带21绕过支承在一支架30上的辊子22a，22b。如图2和3所示，与辊子22a相比，辊子22b位于垂直方向上较高的位置，因此，皮带21沿一个位于图3中以S表示的一平面内的表面运动，该平面与图3中以H表示的水平面成约30度角。如图3所示，一导杆23靠近皮带21的上表面21a定位并横跨该表面，因此允许芯块1顶着导杆23滑动并与皮带21啮合，因而使芯块1横贯皮带21。
第二检验工位包括一个也安装在结构5(如图1所示)上的扫描激光装置25，它在芯块1被移动和转动的同时沿芯块1的轨迹扫描-入射激光束27，激光束27扫描在由图1中虚线28a和28b表示的位置之间延伸，该等位置的间隔大于芯块1的长度。当激光束27未投射到芯块1上时，它作为一透射激光束27a被透射，并然后由一透射激光束检测器29(示于图2中但图1中未示出)检测。透射激光束27a穿过导板23上的一通道24并由一镜面31反射到透射激光束检测器29。
当激光束27被投射到芯块1上时，它作为一反射激光束27b被反射到一个反射激光束检测器33(示于图2中但图1未示出)。
由检测器29检测的信号允许检测芯块的长度和位置。如果芯块1太长或太短它就会被排除。在接收器29无信号产生，即当激光束27作为反射激光束27b在芯块1上反射时接收器注视一个阴影。在芯块1于皮带21上滚动期间，如果芯块1含有一个横跨其端部和侧表面的“端帽”，通过比较检测器29的输出与检测器33的输出所得到的受检长度就可能偏离一个已知标准，并且可作为一个次品记录该芯块。如果芯块1在其弧形侧表面上带有划痕或其它缺陷，激光束27就会被缺陷散射，并且由反射激光束检测器33检测到的信号将明显减小。通过将检测器33的输出输入微处理器36，并且在此使芯块1被移动和滚动时激光束27散射的持续时间的值数字化，且将该数字化的值与预定的参考值比较，可检测出缺陷的尺寸。以这种方式发现大于一预定长度和/或预定面积的弧形表面上的缺陷可被认定为不能接受。在第三检验工位11检验之前，一个由来自微处理器36的输出控制的排除工位(未示出)使次品芯块1分离。该排除工位可包括一个在导杆23上的由一盖板覆盖的开口，当致动时该盖板可被移开。
在第二检验工位9检验之后未被排除的芯块1由翻转工位15翻转使其端部朝下(与在第一工位7它们被检验的端部相反)，即使它们的轴线呈垂直状态。然后将芯块1进给到第三检验工位11，该工位包括一个与仪器8相同的检验仪器35，即带有一个与传感器16类似的光学接近传感器37，与测头17类似的一个电容性检验仪器侧头39和一个与单元19类似的信号处理单元40。当单元40检测出不能接受的缺陷时，单元40就操纵一个在排除工位41处的机构(类似于排除工作21的机构)。最后，可接受的芯块1就到达输送带3的端部(在图1所示的右侧)，并可随后输送到一减震储架(未示出)或输送到生产线的下一阶段。
附图中所示的用以输送，收集或储存芯块1(包括排除)的设备部分可装在一具有受控气氛及过滤系统的安全罩内，以捕获悬浮于空气中的辐射性颗粒。
权利要求
1.一种用以检测圆柱状物体上的表面缺陷的设备，包括用以一个挨一个地以其端部朝下将待检物体输送到一第一检验工位的装置，当物体通过第一检验工位时检验各物体自由端的装置，用以一个挨一个地以其侧面朝下将物体输送到一第二检验工位的装置，该装置包括从其端部到其侧面翻传物体的装置，当使物体以其侧面朝下通过第二检验工位时转动各物体的装置，当物体通过第二检验工位时检验各物体弧形表面的装置，将物体一个挨一个地输送到第三检验工位的装置，所述该装置包括翻转物体使在第一检验工位被检的端部朝下的装置，和当物体通过第三检验工位时检验各物体自由端的装置。
2.如权利要求1所述的设备，其中在第一和第二检验工位之间翻转物体的装置包括一个第一翻转工位，它包括一个在输送装置上的台阶，该台阶可将物体的轴线的位置从垂直改变为水平，并且在第二和第三检验工位之间翻转物体的装置包括一个第二翻转工位，它包括一个在输送装置上的成形台阶，该台阶可将物体的轴线的位置从水平改变为垂直。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中检验弧形表面的装置包括当物体处于第二检验工位时沿物体扫描-光束的装置，和检测一反射光束的第一检测器装置，该反射光束包括由扫描光束检验的各移动和转动的圆柱状物体反射的扫描光束。
4.如权利要求1，2或3所述的设备，其中检验弧形表面的装置另外包括一个检测一透射光束的第二检测器装置，该透射光束包括它不照射到物体上时透射的扫描光束。
5.如权利要求4所述的设备，包括一个或多个将透射光束导向第二检测器装置的镜面。
6.如权利要求3所述的设备，包括一个信号处理器，用以比较由第一检测器装置检测到的信号和一参考信号。
7.如权利要求4或5所述的设备。其中信号处理器也可用以比较由第二检测器装置检测的信号和一参考信号。
8.如任一上述权利要求所述的设备，其中当物体以其侧面朝下通过第二检验工位时转动各物体的装置包括一连续的皮带和在两个隔开的导向体上移动皮带的装置，一个导向体比另一导向体处于较高的垂直位置，因此皮带的上表面相对于垂直和水平轴线是倾斜的，并且一个导杆靠近且横跨皮带的上表面延伸，因此当物体位于皮带上并紧靠导杆上方时，物体横贯皮带并与导杆接触，同时皮带的运动使物体绕自身轴线转动。
9.如任一上述权利要求所述的设备，其中在第一检验工位和第三检验工位之一或两者处检验各物体自由端的装置包括一个仪器，用以当物体通过仪器时电容性地检测该仪器和物体之间的间隙。
10.如权利要求1至8中任一权利要求所述的设备，其中在第一检验工位和第三检验工位之一或两者处检验各物体自由端的装置包括辐射物体端面的装置，检测由端面反射的大致平行于物体轴线的辐射线的检测器装置，和计算端面大小的计算器装置，该端面已将辐射线直接反射到检测器装置。
11.如任一上述权利要求所述的设备，其中第一，第二和第三检验工位中的一个或多个工位包括一个或多个用以检测一物体接近检验工位的装置，在使用中提供一输出信号以使检验装置通电，因此只是当物体处于检验工位时该装置才通电。
12.如权利要求1及在此之前参照附图所描述的设备。
全文摘要
一种用以检测圆柱状物体上的表面缺陷的设备，包括用以一个挨一个地以其端部朝下将待检物体输送到一第一检验工位的装置，当物体通过第一检验工位时检验各物体自由端的装置，用以一个挨一个地以其侧面朝下将物体输送到一第二检验工位的装置，该装置包括从其端部到其侧面翻传物体的装置，当使物体以其侧面朝下通过第二检验工位时转动各物体的装置，当物体通过第二检验工位时检验各物体弧形表面的装置，将物体一个挨一个地输送到第三检验工位的装置，所述该装置包括翻转物体使在第一检验工位被检的端部朝下的装置，和当物体通过第三检验工位时检验各物体自由端的装置。
文档编号G01N21/95GK1110063SQ9419032
公开日1995年10月11日 申请日期1994年5月3日 优先权日1993年5月5日
发明者I·S·戴维逊, T·G·赖斯, M·黑格 申请人:英国核子燃料公司