Трехмерный контроль геометрических параметров дистанционирующих решеток ядерных реакторов на основе дифракционных оптических элементов

• Автор: Завьялов, Петр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Обзор оптико-электронных методов контроля отверстий

1.1 Телевизионные (визуальные) методы контроля

1.2 Интерференционные методы контроля

1.3 Триангуляционные методы контроля

1.4 Перфлектометрический метод контроля

1.5 Метод измерения на основе структурного освещения

1.5.1 Метод контроля отверстий на основе дифракционного

фокусатора в кольцо

1.5.2 Метод многоточечного структурного освещения и лазерная

измерительная машина на его основе
2 Метод контроля дистанционирующих решеток на основе
мультикольцевых фокусаторов
2.1 Дистанционирующие решетки ТВС и технические требования к

2.2 Суть метода контроля дистанционирующих решеток (ДР) на
основе мультикольцевого фокусатора
2.3 Выбор и расчет параметров оптической системы для контроля

3 Разработка дифракционных мультикольцевых фокусаторов
3.1 Выбор способа расчета мультикольцевых фокусаторов (МКФ)
3.2 Габаритный расчет мультикольцевых фокусаторов
3.3 Расчет дифракционной структуры МКФ
3.4 Юстировка МКФ с помощью дополнительных юстировочных
дифракционных элементов
3.5 Изготовление и тестирование мультикольцевых фокусаторов
4 Расчет объектива для контроля отверстий
4.1 Теоретические основы расчета объектива для контроля
отверстий

Расчет объектива на основе программного обеспечения Zemax Анализ изображающих свойств рассчитанного объектива Характеристики изготовленного объектива Моделирование разработанной оптической системы Методы обработки изображений и вычисления геометрических параметров ДР
Методы обработки информации при измерении геометрических параметров ДР
Идентификация полос структурного освещения на изображении Сортировка и фильтрация данных радиального сканирования Калибровка МКФ с помощью цилиндрического отверстия Обработка изображений юстировочных колец Вычисление геометрических параметров ячеек Вычисление геометрических параметров отверстий под канал и обода ДР
Графическое представление результатов измерения ДР Экспериментальные исследования
Оптико-электронная система для контроля геометрических параметров дистанционирующих решёток» («Решётка-Н») Эксперименты по измерению ячеек Измерение стандартных образцов решеток Производственные испытания системы «Решетка-Н» Заключение Список литературы Приложение
Введение
Актуальность работы. В ближайшие 20 лет в связи с исчерпанием ресурсов невозобновляемых энергоносителей прогнозируется существенное повышение роли атомной энергетики. Достижение высоких эксплуатационных и надёжностных характеристик ядерных реакторов в течение предусмотренных регламентом топливных циклов обеспечивается путем поддержания на соответствующем уровне технологий производства их тепловыделяющих сборок (ТВС). В частности, это достигается за счет контроля геометрических параметров компонентов ТВС, к которым предъявляются все более жесткие требования. Сборки отечественных реакторов ВВЭР-1000 и ВВЭР-440 имеют гексагональную форму и содержат несколько сотен тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) (диаметром порядка 9 мм и длиной от 2,5 до 4 м), 10 - 15 дистанционирующих решеток (ДР), расположенных через 250 мм, и несущий каркас. Решётка выполнена в виде сотовой структуры, в ячейках которой помещаются ТВЭЛы. С помощью ДР задается требуемое дистанционное расположение пучка ТВЭЛ в поперечном и продольном сечениях, что крайне важно для обеспечения необходимого теплового режима функционирования ТВС. При отклонении положения ТВЭЛов от номинального возникают их локальные перегревы, которые приводят к выходу из строя всей ТВС. Локальные перегревы появляются также в местах дефектов поверхности ТВЭЛов, образующихся, например, при сборке кассет с использованием дистанционирующих решеток, не удовлетворяющим допускам по геометрическим размерам. В связи с этим 100% трехмерному (3D) контролю подлежат ячейки и направляющие каналы дистанционирующих решеток, расстояния между их соседними ячейками и размеры «под ключ», характеризующие габариты ТВС. Эта операция должна выполняться в темпе технологического конвейера (производительность контроля около 5 изделий в час).
В настоящее время контроль геометрических параметров дистанционирующих решеток на отечественных предприятиях
следующей решеткой, ограничивающей максимальный угол освещения атах является ДР типа 0401.21.05.010 с параметрами .у/ = 15 и кс = 20 мм. Максимальный угол освещения при этом составляет атах = 14,4°. Это значение уже гораздо ближе к найденному нами оптимальному значению а= 17,2°. Таким образом, можно видеть, что конструктивные ограничения не позволяют достичь оптимальных параметров. Поэтому угол освещения должен быть а~ 13°. При этом диапазон измерений Лг снижается до 0,3 мм.
Как уже отмечалось выше, для беспрепятственного извлечения и помещения ДР в зону контроля передний рабочий отрезок Ь1 должен быть порядка 100 мм. При такой геометрии диаметр МКФ должен быть Вдоэ = 35 — 40 мм.
Сведем рассчитанные параметры в итоговую таблицу.
Таблица 3. - Конструктивные параметры оптической системы.
Параметр Значение
Шаг колец, Дг, мм 0,5 или 1,0*
Количество колец, М, шт. 12 или 16*
Угол падения лучей, а, °
Угловая ширина пучка, Да, ° 2,
Ширина колец, Дзаись» мм 0,
Диапазон измерений, Дг, мм 0,
Передний рабочий отрезок, Д/, мм
Задний рабочий отрезок, Ь2, мм
Диаметр ДОЭ, 0Лоэ, мм
Длина волны, Я, мкм 0,
* - зависит от типа МКФ.
Полученные в результате проведенного габаритного расчета параметры оптической системы являются исходными при проектировании основных элементов оптической схемы - МКФ и специализированного объектива. Этим вопросам будут посвящены два последующих раздела.