一种芯块几何体积测量装置的制作方法

本发明属于芯块图像扫描测量，尤其涉及一种芯块几何体积测量装置。

背景技术：

1、当前，能源短缺与环境污染是制约国民经济进一步发展的重要因素。核电是一种经济、清洁、安全、可靠的新能源，在环境污染问题和能源危机问题越来越严重的背景下，核电即将迎来发展新高峰。核电发展的重要制约因素是安全问题，核燃料芯块的参数控制在安全防护中处于核心地位。

2、目前，国内外核电站广泛采用二氧化铀芯块作为核燃料元件，为保证反应堆安全运行，对核燃料元件制定了非常严格的质量指标。在诸多质量指标中，芯块的高度、直径、几何体积等参数占有非常重要的地位。这是因为，核燃料芯块的几何尺寸决定芯块和包壳管的结合状态，包壳和芯体的间隙以及芯棒在包壳中的位置对称性，将影响核燃料的导热和径向温度的分布以及辐照效应，同时，核燃料芯块的几何密度是影响热导率、反应性和抗震性至关重要的因素。芯块的几何尺寸对于核反应堆燃烧的安全和效率至关重要：直径过大，燃烧时芯块会挤破包壳管的管壁。芯块和包壳管的变形会极大减少核燃料的寿命，影响核反应效率和安全性。

3、为了缓解这些pci作用，改进芯块端部几何设计的相关研究已经广泛开展，常见的一种二氧化铀芯块的形状如图1和图2所示，二氧化铀芯块整体呈圆柱状，其两端的端面具有倒角，且每个端面上还具有同轴设置的碟型凹陷部；芯块两端面的碟形凹陷部可以补偿中心部轴向辐照膨胀，而倒角可以补偿端部的径向辐照膨胀；但碟形凹陷部和倒角的尺寸需保持在一个合适的范围内，才能精确的补偿轴向和径向膨胀。所以，为了控制反应堆的传热和反应性以及便于更换元件，核燃料芯块的几何尺寸必须控制在设计标准内。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种芯块几何体积测量装置，通过本发明芯块几何体积测量装置的结构设置，实现了芯块的几何尺寸的高效测量。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、一种芯块几何体积测量装置，所述芯块几何体积测量装置包括：激光传感器、光源、成像单元和数据处理单元；

4、待测的芯块设置于光源与成像单元之间，并经平行光照射后于成像单元内进行成像；

5、所述成像单元内获得的成像数据为基于若干点云拟合得到的芯块轮廓，

6、所述数据处理单元基于成像单元和线激光传感器测得的成像数据完成芯块直径d、高度h，以及芯块上倒角高度hdj、倒角宽度wdj，以及碟形深度hdx、碟形宽度wdx；

7、并基于计算式：

8、

9、完成芯块的几何体积v几计算。

10、根据一个优选的实施方式，所述芯块几何体积测量装置还包括：支撑座和吸杆；所述光源与所述成像单元经固定件固定于所述支撑座之上，所述光源与所述成像单元相向设置；所述吸杆一端固定于所示支撑座之上，另一端固定所述芯块于光源和成像单元之间。

11、根据一个优选的实施方式，所述成像单元由若干阵列式成像探测器构成。

12、根据一个优选的实施方式，所述成像单元拟合得到的芯块轮廓包括：

13、侧壁轮廓线ab及ij，顶端倒角轮廓线bc及gi，顶端肩部轮廓线ce及fg，底端倒角轮廓线jk及ap，底端肩部轮廓线pn及mk。

14、根据一个优选的实施方式，基于两侧壁轮廓线ab及ij上各点坐标，取两条轮廓线ab及ij的最小距离作为芯块的圆柱直径值d。

15、根据一个优选的实施方式，基于两肩部轮廓线ce及pn上各点坐标，取两条轮廓线ce及pn的最小距离作为芯块的圆柱第一高度h1；

16、基于两肩部轮廓线fg及mk上各点坐标，取两条轮廓线fg及mk的最小距离作为芯块的圆柱第二高度h2；

17、则芯块的高度h为：h＝(h1+h2)/2。

18、根据一个优选的实施方式，基于轮廓线bc端点的坐标信息，完成轮廓线bc的长度计算，得到倒角轮廓线bc的长度；并基于轮廓线bc和ce的坐标信息，获得于轮廓线bc和ce的夹角α，且α＜90°；从而，倒角宽度wdj＝bc*cosα，倒角高度hdj＝bc*sinα。

19、根据一个优选的实施方式，所述激光传感器安装于所述支撑座的底面，并产生竖直方向激光线；且支撑座上设有用于通过激光线的条形槽体，所述激光线穿过支撑座用于完成芯块底部扫描；获得底端倒角轮廓线jk及ap，底端肩部轮廓线pn及mk，底端碟形轮廓弧线nm。

20、根据一个优选的实施方式，基于底部轮廓线内各点坐标数据拟合获得直线l1，然后，直线l1拟合后，进行数据筛选，位于ll直线上方的数据再次进行直线拟合确定凹坑的基准线l2，且肩部轮廓线pn及mk与基准线l2重合；从基准线l2中心开始向数据两端进行数据筛选，位于直线l2下方点即为碟形轮廓弧线nm的各轮廓点，并取弧线nm的各轮廓点与基准线l2的距离最大值为碟形深度值hdx。

21、根据一个优选的实施方式，基于碟形轮廓弧线nm，拟合得到半径为r及以原点o为圆心的圆，则圆心o距基准线l2的距离为r-hdx，碟形宽度wdx为：

22、

23、前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

24、本发明的有益效果：通过本发明芯块几何体积测量装置的结构设置，实现了芯块的几何尺寸的高效测量。保证了核算料芯块的质量，避免了因为芯块几何体积测量不准引起变形，导致减少核燃料的寿命及影响核反应效率和安全性的问题

技术特征：

1.一种芯块几何体积测量装置，其特征在于，所述芯块几何体积测量装置包括：激光传感器(104)、光源(103)、成像单元(102)和数据处理单元；

2.如权利要求1所述的芯块几何体积测量装置，其特征在于，所述芯块几何体积测量装置还包括：支撑座(101)和吸杆(105)；

3.如权利要求1所述的芯块几何体积测量装置，其特征在于，所述成像单元(102)由若干阵列式成像探测器构成。

4.如权利要求1所述的芯块几何体积测量装置，其特征在于，所述成像单元(102)拟合得到的芯块(200)轮廓包括：

5.如权利要求4所述的芯块几何体积测量装置，其特征在于，基于两侧壁轮廓线ab及ij上各点坐标，取两条轮廓线ab及ij的最小距离作为芯块(200)的圆柱直径值d。

6.如权利要求4所述的芯块几何体积测量装置，其特征在于，基于两肩部轮廓线ce及pn上各点坐标，取两条轮廓线ce及pn的最小距离作为芯块(200)的圆柱第一高度h1；

7.如权利要求4所述的芯块几何体积测量装置，其特征在于，基于轮廓线bc端点的坐标信息，完成轮廓线bc的长度计算，得到倒角轮廓线bc的长度；

8.如权利要求2所述的芯块几何体积测量装置，其特征在于，所述激光传感器(104)安装于所述支撑座(101)的底面，并产生竖直方向激光线；

9.如权利要求8所述的芯块几何体积测量装置，其特征在于，基于底部轮廓线内各点坐标数据拟合获得直线l1，

10.如权利要求9所述的芯块几何体积测量装置，其特征在于，基于碟形轮廓弧线nm，拟合得到半径为r及以原点o为圆心的圆，则圆心o距基准线l2的距离为r-hdx，碟形宽度wdx为：

技术总结
本发明公开了一种芯块几何体积测量装置，所述芯块几何体积测量装置包括：激光传感器、光源、成像单元和数据处理单元；待测的芯块设置于激光传感器、光源与成像单元之间，并经光照射后于成像单元内进行成像；所述成像单元内获得的成像数据为基于若干点云拟合得到的芯块轮廓，所述数据处理单元基于成像单元和激光传感器测得的成像数据完成芯块直径D、高度H，以及芯块上倒角高度h<subgt;DJ</subgt;、倒角宽度w<subgt;DJ</subgt;，以及碟形深度h<subgt;DX</subgt;、碟形宽度w<subgt;DX</subgt;；并基于计算式：完成芯块的几何体积V<subgt;几</subgt;计算。

技术研发人员：谢小辉,吴桂林,王宏伟,黄钞,王园园
受保护的技术使用者：四川航天计量测试研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15