CN109827972A - 一种用于核燃料棒表面检测的装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核燃料棒表面检测的装置及其检测方法，属于自动化设备技术领域。本发明所提供的用于核燃料棒表面检测的装置包括第二机架、卡盘机构、光谱检测机构、激光线性扫描机构和控制装置，通过设置卡盘机构能够夹持棒料并驱动棒料旋转，且通过设置光谱检测机构和激光线性扫描机构能够同时对棒料表面的微小缺陷和端部焊缝的微小缺陷进行360°检测，相较于现有技术中棒料进行的逐项检测，在极大程度上降低了检测所需的时间。该用于核燃料棒表面检测的装置不仅自动化程度高，集成化高，检测效率高，且能够对棒料表面的微小缺陷和焊缝端部的微小缺陷进行自动检测，有利于提高检测精度，保证棒料的使用安全性。

Description

一种用于核燃料棒表面检测的装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及自动化设备技术领域，尤其涉及一种用于核燃料棒表面检测的装置及其检测方法。

背景技术

核燃料棒是核反应堆的第一道安全屏障，对防止核泄漏起着至关重要的作用。核燃料棒包壳表面及焊缝表面缺陷超标可能引起核燃料棒的破损，直接影响到核电站反应堆的安全运行。

目前对燃料棒的表面检查方法通常是人工目视检查，发现缺陷再用显微镜测量伤深，效率低、易漏检。除了采用人工目视检测外，超声和涡流检测技术也用来检测核燃料棒缺陷，但是其通常是检测包壳内部缺陷。X光射线也可用于检测核燃料棒缺陷，其通常是检测焊缝内部气孔、熔深等。这些技术的检测灵敏度无法发现燃料棒表面的微小缺陷，例如涡流最小能发现30um的缺陷，而且受方向影响，而对核燃料棒包壳表面及焊缝表面20um左右的临界缺陷还无法进行自动检测。

因此，亟需提出一种能够对核燃料棒包壳表面及焊缝表面微小缺陷进行检测的检测装置。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于核燃料棒表面检测的装置，该用于核燃料棒表面检测的装置不仅自动化程度较高、集成度高、检测效率高，且能够实现为核燃料棒微小缺陷的检测。

本发明的另一个目的在于提供一种检测方法，该检测方法检测效率高，且检测比较全面。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于核燃料棒表面检测的装置，包括第二机架，还包括：

卡盘机构，所述卡盘机构设置在所述第二机架上，用于夹持棒料并驱动所述棒料旋转；

光谱检测机构，所述光谱检测机构设置在所述第二机架上，并位于所述卡盘机构的一侧，用于检测所述棒料端部焊缝表面的缺陷；

激光线性扫描机构，所述激光线性扫描机构设置在所述第二机架上，用于检测所述棒料表面的缺陷；

控制装置，所述控制装置与所述卡盘机构、所述光谱检测机构和所述激光线性扫描机构通讯连接。

作为优选，所述用于核燃料棒表面检测的装置还包括：

吹扫机构，所述吹扫机构设置在所述第二机架上，并位于所述棒料的传输路径上，所述吹扫机构包括吹扫风发生器和吹扫管，所述吹扫风发生器的出气口与所述吹扫管的进气口连通，所述吹扫管上设置有吹扫口。

作为优选，所述吹扫风发生器为离子风发生器。

作为优选，所述卡盘机构包括沿所述棒料的长度方向间隔设置的第一卡盘组件和第二卡盘组件，所述第一卡盘组件和所述第二卡盘组件上设置有允许所述棒料通过的通孔。

作为优选，所述第一卡盘组件包括第一卡盘和第一驱动机构，所述第一卡盘设置在所述第二机架上，所述第一卡盘上设置有第一卡接座，所述通孔设置在所述第一卡接座上，所述第一驱动机构与所述第一卡接座传动连接，用于驱动所述第一卡接座转动；

所述第二卡盘组件包括第二卡盘和第二驱动机构，所述第二卡盘设置在所述第二机架上，所述第二卡盘上设置有第二卡接座，所述通孔设置在所述第二卡接座上，所述第二驱动机构与所述第二卡接座传动连接，用于驱动所述第二卡接座转动；

所述第一卡接座和所述第二卡接座沿所述通孔的周向均设置有夹头。

作为优选，所述用于核燃料棒表面检测的装置还包括：

导向机构，所述导向机构设置在所述第二机架上，并位于所述第一卡盘组件和所述第二卡盘组件之间，所述导向机构上设置有允许所述棒料穿过的导向孔。

作为优选，所述用于核燃料棒表面检测的装置还包括：

测字符识别机构，所述测字符识别机构设置在所述第二机架上，用于对所述棒料上的标识进行识别。

作为优选，所述测字符识别机构包括测字符机架、光源和检测组件，所述测字符机架设置在所述第二机架上，所述光源和所述检测组件设置在所述测字符机架上，所述检测组件用于获取所述棒料上的标识。

作为优选，所述光谱检测机构包括光谱共焦相机和移动模组，所述光谱共焦相机设置在所述移动模组上，所述移动模组能够驱动所述光谱共焦相机滑动。

作为优选，所述激光线性扫描机构包括激光相机和图像处理组件，所述激光相机和所述图像处理组件电连接，所述激光相机能够获取所述棒料表面的图像信息并传递给所述图像处理组件。

一种上述用于核燃料棒表面检测的装置的检测方法，包括如下步骤：

利用卡盘机构夹持棒料并驱动所述棒料旋转；

利用光谱检测机构获取焊缝表面的完整3D点云数据，并基于完整3D点云数据中的深度信息确定被测焊缝表面的缺陷；

利用激光线性扫描机构获取所述棒料表面的3D点云数据，并基于3D点云数据中的深度信息确定所述棒料表面的缺陷。

作为优选，利用测字符识别机构获取棒料的标识。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种用于核燃料棒表面检测的装置，该用于核燃料棒表面检测的装置包括第二机架、卡盘机构、光谱检测机构、激光线性扫描机构和控制装置，通过设置卡盘机构能够夹持棒料并驱动棒料旋转，且通过设置光谱检测机构和激光线性扫描机构能够同时对棒料表面的微小缺陷和端部焊缝的微小缺陷进行360°检测，相较于现有技术中棒料进行的逐项检测，在极大程度上降低了检测所需的时间。该用于核燃料棒表面检测的装置不仅自动化程度高，集成化高，检测效率高，且能够对棒料表面的微小缺陷和焊缝端部的微小缺陷进行自动检测，有利于提高检测精度，保证棒料的使用安全性。

附图说明

图1是本发明所提供的棒料检测设备的结构示意图；

图2是本发明所提供的上料装置的结构示意图；

图3是本发明所提供的上料装置的侧视图；

图4是本发明所提供的上料装置隐藏第一机架后的结构示意图；

图5是本发明所提供的第一导轮机构和第二拨料机构的结构示意图；

图6是本发明所提供的用于核燃料棒表面检测的装置的结构示意图；

图7是本发明所提供的用于核燃料棒表面检测的装置的侧视图；

图8是本发明所提供的用于核燃料棒表面检测的装置的俯视图；

图9是本发明所提供的卡盘机构的结构示意图；

图10是本发明所提供的激光线性扫描机构的结构示意图；

图11是本发明所提供的光谱检测机构的结构示意图；

图12是本发明所提供的测字符识别机构的结构示意图；

图13是本发明所提供的导向机构的结构示意图；

图14是本发明所提供的下料装置的结构示意图；

图15是本发明所提供的下料装置隐藏第三机架后的结构示意图；

图16是本发明所提供的下料装置的侧视图；

图17是本发明所提供第三拨料机构、第二导轮机构和第四拨料机构的机构示意图。

图中：

100、机架；200、上料装置；300、用于核燃料棒表面检测的装置；400、下料装置；

1、第一机架；2、第一拨料机构；201、第一底座；202、第一气缸；203、第一拨料板；

3、第一导料机构；301、第一导料底座；302、第一导料板；303、第一隔档块；

4、第二拨料机构；401、第二底座；402、第二气缸；403、第二拨料板；

5、第一夹持机构；

6、第一导轮机构；601、第一导轮座；602、第一导轮；

7、第一推棒机构；701、第一推棒气缸；702、第一推棒块；

8、挡板；

9、第二机架；10、吹扫机构；1001、吹扫风发生器；1002、吹扫管；

11、卡盘机构；1101、第一卡盘组件；11011、第一卡盘；11012、电机；11013、皮带传动件；11014、第一卡接座；1102、第二卡盘组件；

12、测字符识别机构；1201、测字符机架；1202、检测组件；

13、光谱检测机构；1301、光谱共焦相机；1302、移动模组；

14、激光线性扫描机构；1401、激光相机；

15、导向机构；1501、导向座；1502、导向孔；

16、第三机架；

17、第二夹持机构；1701、第二夹持底座；1702、第二夹持机械手；1703、导向滑轨；

18、第二导轮机构；1801、第二导轮座；1802、第二导轮；

19、第三拨料机构；1901、第三底座；1902、第一拨料电机；1903、第一转轴；1904、第三拨料板；20、第四拨料机构；

21、第二导料机构；2101、第二导料底座；2102、第二导料板；2103、第二隔档块；

22、第三导料机构；23、第二推棒机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供了一种棒料检测设备，该棒料检测设备能够对棒料表面的划伤、凹坑、岛形伤、癞疤等缺陷以及棒料上焊缝的微小缺陷进行检测。在本实施例中，棒料指的是呈圆柱状核燃料棒，核燃料棒包括同轴设置的棒料主体和设置在棒料主体两侧的端塞。端塞和棒料主体采用焊接的方式连接，在端塞和棒料主体的连接处有环形焊缝。当然在其他实施例中，也可以利用该棒料检测设备检测其他用途的棒体，在此不做一一列举。

如图1所示，该棒料检测设备包括机架100和设置在机架100上的上料装置200、用于核燃料棒表面检测的装置300和下料装置400。机架100为采用钣金件拼装形成的框架结构，具有支撑稳定性高，以及制造成本低等优点。为了提高机架100的结构强度，可以在框架结构上设置加强筋等结构。机架100可以为一体结构，也可以为分体结构，在本实施例中，为了便于制造和安装机架100，选择将机架100设置为分体结构。具体地，该机架100包括并排设置的第一机架1、第二机架9和第三机架16，上料装置200设置在第一机架1上，用于核燃料棒表面检测的装置300设置在第二机架9上，下料装置400设置在第三机架16上。用于核燃料棒表面检测的装置300位于上料装置200和下料装置400之间，上料装置200与用于核燃料棒表面检测的装置300的输入端连通，下料装置400与用于核燃料棒表面检测的装置300的输出端连通，上料装置200能够实现自动上料，将核燃料棒逐根传输至用于核燃料棒表面检测的装置300内，用于核燃料棒表面检测的装置300能够对核燃料棒的棒料主体上的缺陷进行检测，并能够对棒料主体和端塞之间的焊缝进行检测，检测完毕的核燃料棒从用于核燃料棒表面检测的装置300进入下料装置400内，下料装置400根据检测结果将合格的核燃料棒和不合格的核燃料棒传输至不同区域进行存储。

上料装置在整个上料过程中，不需要人为搬运，能够有效地避免棒料不正常碰撞和搬运，从而降低了棒料受损的概率，有利于提高棒料的良品率。具体地，如图2至图4所示，上料装置200包括第一拨料机构2、第一导料机构3、第二拨料机构4和第一夹持机构5。其中，第一拨料机构2设置在第一导料机构3的输入端，能够将核燃料棒由输送线(图中未示出)上拨至第一导料机构3上。输送线主要用于传输核燃料棒，实现自动上料，在本实施例中，输送线可以为皮带机构或者机械手等，在此不做具体限制，只要能够将核燃料棒传输至第一拨料机构2处即可。

第一拨料机构2包括第一底座201、第一气缸202和第一拨料板203，第一底座201垂直设置在第一机架1上，在本实施例中，第一底座201为L型，第一底座201的横板与第一机架1通过螺钉固定连接，第一底座201的竖板与第一机架1垂直设置。第一气缸202固定安装在第一底座201的竖板侧部，且第一气缸202的气缸杆竖直向上设置，第一气缸202的气缸杆的顶端与第一拨料板203固定连接。在第一气缸202的驱动下，第一拨料板203能够沿竖直方向上下移动，从而使第一拨料板203与第一导料机构3平齐，并将位于其上的核燃料棒拨至第一导料机构3上。为了使核燃料棒自动滚至第一导料机构3上，在第一拨料板203的顶部设置有倾斜的第一拨料面，第一拨料面远离第一导料机构3的一端高于第一拨料面靠近第一导料机构3的一端。第一拨料板203较高的一端能够将核燃料棒从输送线上挑起，在重力的作用下，核燃料棒能够沿第一拨料面朝第一拨料板203较低的一侧滚动，从而滚至与第一拨料板203较低一端抵接的第一导料机构3上。

第一导料机构3包括第一导料底座301和第一导料板302，第一导料底座301垂直设置在第一机架1上，第一导料板302设置在第一导料底座301的顶部，且第一导料板302上设置有第一导料面，第一导料面的倾斜方向与第一拨料面的倾斜方向相同，第一导料板302较高的一端与第一拨料板203较低的一端正对设置。第一导料面的倾斜角度优选在1-10°之间，例如可以为1°、3°、5°、8°或者10°。进一步地，第一导料板302与第一导料底座301可拆卸连接，以便根据需求调整第一导料面的倾斜角度。当第一拨料机构2将核燃料棒拨至第一导料机构3上时，核燃料棒在重力的作用下能够沿第一导料面由第一导料板302较高的一端滚至较低的一端。

由于核燃料棒的长度较长，为了降低第一导料机构3的制作成本和安装难度，在本实施例中，选择将第一导料底座301采用多个宽度较小的子底座间隔设置形成，第一导料板302采用多个宽度较小的子导料板间隔设置形成，子底座的数量和子导料板的数量相等，每一子底座的顶部设置有一个子导料板。子底座整体呈U字型，其包括横梁和垂直设置在横梁两端的竖梁，横梁与第一机架1固定连接，竖梁竖直设置，且两个竖梁的顶部分别与子导料板的两端可拆卸连接。

当子导料板行程较长，其上设置有多根核燃料棒时，为了将子导料板行程分段，以将位于子导料板上的多根核燃料棒分开设置，以便能够实现核燃料棒的逐根传输和逐根检测，在子导料板上沿导料方向间隔设置有多个第一隔档块303，多个第一隔档块303将子导料板分割成多个容置空间，每一容置空间内优选设置一根核燃料棒，以避免多根核燃料棒之间不正常的碰撞，减少核燃料棒之间的摩擦，从而保证核燃料棒内部二氧化铀芯块的完整性，提高核燃料棒的质量。为了实现核燃料棒在相邻容置空间之间的传输，在子导料板设置第一隔档块303的侧部设置有第一推棒机构7。第一推棒机构7包括第一推棒气缸701和第一推棒块702，第一推棒气缸701设置在子底座的侧部，第一推棒气缸701的气缸杆竖直向上设置，且与第一推棒块702固定连接。第一推棒块702包括第一连接部和第一推指部，第一连接部为矩形块，第一推指部为楔形块。为了避免核燃料棒在滚动过程中加速度过大与第一隔档块303发生剧烈碰撞，在第一隔档块303上还可以设置聚氨酯材料等制成的防护元件。除了防护元件外，当然也可以采用液压缓冲器等减速机构对核燃料棒的速度进行降低。当然在其他实施例中，如果导料板的行程较短，或者导料板上每次仅设置一根核燃料棒，也可不设置第一隔档块303和防护元件。

当核燃料棒被第一隔档块303阻挡时，第一推指部的最高端刚好位于核燃料棒的正下方，当需要转移核燃料棒至下一容置空间时，第一推棒气缸701的气缸杆向上移动，第一推棒块702的第一推指部将核燃料棒顶起，核燃料棒在重力作用下沿楔形块的楔形面移动，从而越过第一隔档块303到达下一容置空间。第一推棒机构7的数量不做限制，可以为一个、两个或者更多个，优选在每一子底座的侧部均设置有一个第一推棒机构7，从而提高核燃料棒在相邻容置空间内转移的稳定性。进一步地，为了避免第一推棒机构7将核燃料棒推偏，在第一导料机构3沿核燃料棒长度方向的两侧还设置有挡板8，挡板8能够将燃料棒左右对齐，从而便于上料。两个挡板8中的其中一个挡板8固定不动，另一个挡板8能够横向移动，以适应两者之间宽度的调整。

当核燃料棒达到最后一个容置空间的第一隔档块303处，位于第一导料机构3的输出端的第二拨料机构4能够将核燃料棒拨至第一夹持机构5处。如图5所示，第二拨料机构4包括第二底座401、第二气缸402和第二拨料板403，第二底座401垂直设置在第一机架1上，第二气缸402设置在第二底座401的顶部，第二气缸402的气缸杆沿竖直方向设置，并与第二拨料板403连接，第二拨料板403上设置有第二拨料面，第二拨料板403与第一拨料板203的结构相同，在此不再赘述。

第一夹持机构5包括第一夹持底座和第一夹持机械手，第一夹持底座设置在第一导料机构3的输出端，第一夹持机械手设置在第一夹持底座上，并与第一夹持底座滑动连接。具体地，第一夹持底座上设置有滑轨，第一夹持机械手的底部设置有滑块，滑块能够在滑轨上滑动。第一夹持机械手的顶部设置有第一机械手爪，第一机械手爪能够夹持核燃料棒。当第一夹持机械手沿滑轨滑动时，核燃料棒能够沿靠近用于核燃料棒表面检测的装置300的方向移动，从而将核燃料棒传输至用于核燃料棒表面检测的装置300内。为了避免第一夹持机械手损坏核燃料棒，在第一机械手爪上设置有缓冲垫，缓冲垫可以采用橡胶制成的垫体。

进一步地，为了提高核燃料棒的传输精度，如图5所示，该第一夹持机构5还包括第一导轮机构6，第一导轮机构6包括第一导轮座601和第一导轮602，第一导轮座601的底端垂直设置在第一机架1上，第一导轮座601的顶端设置有转动槽，第一导轮602通过转轴转动连接在转动槽内部，第一导轮602的外周面上设置有用于容纳核燃料棒的导槽。在本实施例中，为了提高导向精度，第一导轮机构6的数量为多个，多个第一导轮机构6沿核燃料棒的长度方向间隔设置。多个第一导轮机构6的部分可以设置在第一夹持底座上，并随第一夹持机械手同步沿滑轨移动。第一导轮602的导槽内也可以设置由聚氨酯等材料进行的防护元件，从而避免与核燃料棒摩擦损坏核燃料棒。

如图6至图8所示，用于核燃料棒表面检测的装置300包括卡盘机构11、测字符识别机构12、光谱检测机构13、激光线性扫描机构14和吹扫机构10，卡盘机构11、测字符识别机构12、光谱检测机构13、激光线性扫描机构14和吹扫机构10均设置在第二机架9上，设置方式优选采用连接件可拆卸连接，连接件可以选用螺钉、铆钉等结构。为了减少车间等其他因素带来的震动，在第二机架9上设置有大理石平台基座，并将卡盘机构11、测字符识别机构12、光谱检测机构13、激光线性扫描机构14和吹扫机构10设置在大理石平台基座上。

其中，吹扫机构10设置于第二机架9靠近第一机架1的一侧，并位于核燃料棒的传输路径上。吹扫机构10包括吹扫风发生器1001和吹扫管1002，吹扫风发生器1001的出气口与吹扫管1002的进气口连通，吹扫管1002的形状不做具体限定，可以为一字型、U字型或者L型等。吹扫管1002上设置有吹扫口，吹扫口的形状和数量不做具体限定，优选为多个。吹扫风发生器1001能够产生吹扫气流，并将吹扫气流传输至吹扫管1002内，并从吹扫口内吹出至核燃料棒的传输路径上，当核燃料棒经过吹扫口的下方时，吹扫气流能够将核燃料棒上的灰尘和异物吹掉。进一步地，在本实施例中，吹扫风发生器1001优选选用离子风发生器，从而产生离子风，离子风不仅能够吹扫掉核燃料棒上的异物，还能够消除核燃料棒表面的静电，吹扫质量较高。

卡盘机构11包括沿核燃料棒传输方向间隔设置的第一卡盘组件1101和第二卡盘组件1102，第一卡盘组件1101靠近上料装置200设置，第二卡盘组件1102靠近下料装置400设置。如图9所示，第一卡盘组件1101包括第一卡盘11011和第一驱动机构，第一卡盘11011垂直设置在第二机架9上，第一卡盘11011上设置有容纳第一卡接座11014的容纳腔，第一卡接座11014沿宽度方向设置有允许核燃料棒的通孔，第一卡接座11014上设置有夹头，夹头能够夹紧核燃料棒，在本实施例中，夹头适用于直径在特定范围内的核燃料棒，当然可以通过更换夹头等硬件使其能够夹持不同尺寸的核燃料棒。第一驱动机构包括电机11012和皮带传动件11013，皮带传动件11013包括皮带和两个皮带轮，其中一个皮带轮套设在电机11012的电机轴上，另一个皮带轮设置在第一卡接座11014上，该皮带轮可以与第一卡接座11014一体成型也可以分体设置后再固定连接，皮带套设在两个皮带轮上。电机11012能够带动皮带传动件11013转动，从而带动第一卡接座11014旋转，进而带动核燃料棒转动。在检测过程中，核燃料棒的旋转速度在0-120转/分钟，具体旋转速度根据具体情况具体设定。当然在其他实施例中，第一驱动机构也可以采用其他的机构，只要能够驱动第一卡接座11014转动即可。

第二卡盘组件1102包括第二卡盘和第二驱动机构，第二卡盘上设置有第二卡接座，第二卡盘的结构和第一卡盘11011的结构相同，第二卡接座的结构和第一卡接座11014的结构相同，在此不再赘述。第二驱动机构和第一驱动机构的结构可以相同，也可以不同，只要能够驱动第二卡接座转动，从而带动核燃料棒转动即可。

激光线性扫描机构14设置在第一卡盘11011和第二卡盘之间，用于对核燃料棒表面的划伤、气孔、凹坑、岛形伤、癞疤等微小缺陷进行检测，并将检测到的缺陷信息传递给整个棒料检测设备的控制装置。具体地，如图10所示，激光线性扫描机构14包括激光相机1401和图像处理组件，激光相机1401能够获取核燃料棒表面的图像信息，并将该图像信息传递给图像处理组件，图像处理组件能够对图像信息进行处理，从而获得核燃料棒表面各缺陷的具体情况，以便后期对核燃料棒进行分类，将核燃料棒分为合格品和不合格品。具体的判断标准包括如下几种：第一、核燃料棒表面的划伤深度定义为X₁mm；第二、核燃料棒表面的划伤定义为环向划伤宽度累积Y₁mm，纵向划伤宽度累积Y₂mm；第三、燃料棒表面凹坑含划伤、岛形伤的深度定义为X₂mm。在本实施例中，X₁、X₂、Y₁和Y₂的具体值不做限定，在实际工作过程中根据具体情况具体设定。当检测出的任一项缺陷情况高于上述对应指标时，即可判断为不合格产品，当检测出的缺陷全部满足上述指标时，即可判断为合格产品。

为了能够对核燃料棒进行高速、全面的检测，在本实施例中，选择采用多个激光相机1401并排设置，从而提高单次的扫描面积。激光相机1401的数量不做具体限定，例如可以为一个、两个、三个、四个或者更多个，在本实施例中，选择采用四个激光相机1401沿核燃料棒的传输方向并排设置。核燃料棒位于四个激光相机1401的上方，当核燃料棒旋转时，四个激光相机1401能够对位于其上方的核燃料棒进行全方位360°无死角的检测。由于核燃料棒的长度较长，四个激光相机1401仍然无法实现一次检测完毕，考虑到用于核燃料棒表面检测的装置300的成本以及体积，在本实施例中，选择对核燃料棒进行多次逐段检测，核燃料棒每次检测的长度与四个激光相机1401并排的整体检测长度相等。在整个检测过程中，检测一只核燃料棒仅需几分钟，相较于人工检测，检测效率较高。进一步地，为了提高核燃料棒移动的稳定性，避免在移动过程中出现偏移的问题，该用于核燃料棒表面检测的装置300还包括导向机构15，如图13所示，导向机构15位于两个卡盘组件之间，导向机构15包括导向座1501，导向座1501的一端设置在第二机架9上，另一端设置有导向孔1502，核燃料棒能够从导向孔1502内穿过并移动。导向机构15的数量优选为多个，多个导向机构15设置在核燃料棒的传输路径上，并沿特定间距间隔设置。

光谱检测机构13位于激光线性扫描机构14的一侧，用于对核燃料棒的端塞和棒料主体之间的焊缝进行检测，并将检测到的焊缝信息传递给整个棒料检测设备的控制装置。具体地，如图11所示，光谱检测机构13包括光谱共焦相机1301，光谱共焦相机1301能够对焊缝处进行扫描，并获取焊缝的质量信息。由于核燃料棒包括两个端塞，因此在一个核燃料棒上设置有两道焊缝，为了便于检测两道焊缝，该光谱检测机构13还包括移动模组1302，移动模组1302包括设置在第二机架9上的滑移气缸、滑轨座和滑移座，滑移气缸的气缸杆与滑移座连接，且滑移座与光谱共焦相机1301固定连接，滑轨座的长度方向与核燃料棒的传输方向平行，滑移座上设置有用于与滑轨座滑动连接的滑槽。在滑移气缸的驱动下，光谱共焦相机1301能够沿滑轨座移动，从而对两道焊缝进行检测。

测字符识别机构12位于激光线性扫描机构14的另一侧，用于对核燃料棒上标识进行识别，并将获得的标识信息传递给整个检测设备的控制装置。核燃料棒上的标识由字符串组成，其是核燃料棒的身份信息，测字符识别机构12能够识别核燃料棒的身份信息，从而将光谱检测机构13和激光线性扫描机构14获得的缺陷信息与身份信息一一对应，以便后期工作人员对不合格的核燃料棒进行复检。具体地，如图12所示，测字符识别机构12包括测字符机架1201、光源和检测组件1202。测字符机架1201为L型结构，其垂直设置在第二机架9上。光源设置在测字符机架1201上，能够照亮核燃料棒的周围。检测组件1202能够识别核燃料棒上的标识，在本实施例中，检测组件1202可以为摄像头。

整个用于核燃料棒表面检测的装置300的工作过程为：首先由吹扫机构10对进入用于核燃料棒表面检测的装置300的核燃料棒进行吹扫，以便去除其表面的异物；然后核燃料棒继续移动目标长度后停止移动，此时核燃料棒在卡盘机构11的夹持作用下进行旋转，在旋转过程中，测字符识别机构12对核燃料棒上的标识进行识别，激光线性扫描机构14对核燃料棒周面上的缺陷信息进行获取，光谱检测机构13对核燃料棒端部的焊缝进行检测，并将获得的标识信息、缺陷信息和焊缝信息传递给整个检测设备的控制装置；最后，当一段核燃料棒检测完毕后，驱动核燃料棒继续移动，对下一段核燃料棒进行检测。相较于现有技术中的用于核燃料棒表面检测的装置，该用于核燃料棒表面检测的装置300能够对核燃料棒表面以及焊缝表面上20um左右的微小缺陷进行检测，检测精度较高。

本实施例还提供了一种用于上述用于核燃料棒表面检测的装置的检测方法，该检测方法包括如下步骤；

利用卡盘机构11夹持棒料并驱动棒料旋转；

利用光谱检测机构13获取焊缝表面的完整3D点云数据，并基于完整3D点云数据中的深度信息确定焊缝表面缺陷；

利用激光线性扫描机构14获取棒料表面待测圆柱区段的3D点云数据，并基于3D点云数据中的深度信息确定棒料表面缺陷。

具体地，在利用光谱检测机构13检测焊缝表面缺陷时，首先以核燃料棒的轴心线为旋转轴，控制核燃料棒至少旋转一周，获取被测焊缝表面单个圆柱区段的3D点云数据；然后拼接至少两个圆柱区段的3D点云数据，得到被测焊缝表面的完整3D点云数据；最后基于完整3D点云数据中的深度信息，对完整3D点云数据进行灰度化，生成灰度图像，并基于灰度图像中各点的灰度值和预设缺陷条件对灰度图像进行缺陷检测。

在利用激光线性扫描机构14检测棒料表面缺陷时，首先以核燃料棒轴心线为旋转轴，在轴心线的方向上控制核燃料棒旋转，针对核燃料棒的每一组待测圆柱区段，控制激光线性扫描机构14获取该组待测圆柱区段表面的3D点云数据；然后基于每组待测圆柱区段表面的3D点云数据中的深度信息进行灰度化，以得到每组待测圆柱区段表面的灰度图像，基于每组待测圆柱区段表面的灰度图像中的灰度值和预设缺陷条件，确定每组待测圆柱区段表面的缺陷；最后基于各组待测圆柱区段表面缺陷的位置信息，拼接各组待测圆柱区段表面的缺陷得到待测圆柱表面的完整缺陷信息。

当核燃料棒检测完毕后，核燃料棒进入下料装置400。下料装置在整个下料过程中，不需要人为搬运，能够有效地避免棒料不正常碰撞和搬运，从而降低了棒料受损的概率，有利于提高棒料的良品率。具体地，如图14至图16所示，下料装置400包括第二夹持机构17，第二夹持机构17用于夹持进入下料装置400的核燃料棒。具体地，第二夹持机构17包括第二夹持底座1701和第二夹持机械手1702，第二夹持底座1701设置在第三机架16上，第二夹持机械手1702设置在第二夹持底座1701上，并与第二夹持底座1701滑动连接。具体地，第二夹持底座1701上设置有导向滑轨1703，第二夹持机械手1702的底部设置有滑块，滑块能够在导向滑轨1703上滑动。第二夹持机械手1702的顶部设置有第二机械手爪，第二机械手爪能够夹持核燃料棒。当第二夹持机械手1702沿导向滑轨1703滑动时，核燃料棒能够沿远离用于核燃料棒表面检测的装置300的方向移动，从而将核燃料棒传输至下料装置400内部。为了避免第二夹持机械手1702损坏核燃料棒，在第二机械手爪上设置有缓冲垫，缓冲垫可以采用橡胶制成的垫体。

进一步地，为了提高核燃料棒的传输精度，该第二夹持机构17还包括第二导轮机构18，第二导轮机构18包括第二导轮座1801和第二导轮1802，第二导轮座1801的底端垂直设置在第三机架16上，第二导轮座1801的顶端设置有转动槽，第二导轮1802通过转轴转动连接在转动槽内部，第二导轮1802的外周面上设置有用于容纳核燃料棒的导槽。在本实施例中，为了提高导向精度，第二导轮机构18的数量为多个，多个第二导轮机构18沿核燃料棒的长度方向间隔设置。多个第二导轮机构18的部分可以设置在第二夹持底座1701上，并随第二夹持机械手1702同步沿导向滑轨1703移动。第二导轮1802的导槽内也可以设置由聚氨酯等材料进行的防护元件，从而避免与核燃料棒摩擦损坏核燃料棒。在第二夹持机构17和第二导轮机构18的作用下，核燃料棒能够整体进入下料装置400内。

为了便于对合格的核燃料棒和不合格的核燃料棒进行分开收纳，在第二机架9上设置有两个拨料机构和两个导料机构。两个拨料机构分别为第三拨料机构19和第四拨料机构20，第三拨料机构19和第四拨料机构20设置在核燃料棒的两侧。具体地，如图17所示，第三拨料机构19包括第三底座1901、第一拨料电机1902、第一转轴1903和第三拨料板1904，第三底座1901垂直设置在第三机架16上。在本实施例中，第三底座1901和第三拨料板1904的数量均为多个，多个第三底座1901沿核燃料棒的长度方向间隔设置，第三底座1901的一端通过螺钉固定连接，另一端上设置有第一转轴孔。第一转轴1903依次穿过多个第一转轴孔设置，第一转轴1903的一端与第一拨料电机1902的电机轴连接，具体地连接方式，可以选择直接连接，也可以选择采用皮带组件连接，在本实施例中，选择采用皮带组件连接。多个第三拨料板1904间隔设置在第一转轴1903上，在第一拨料电机1902的驱动下，第一转轴1903能够发生转动，从而能够驱动第三拨料板1904绕第一转轴1903转动，在第三拨料板1904的转动过程中，第三拨料板1904远离第一转轴1903的一端能够从核燃料棒的下方将核燃料棒拨起，并拨至对应的导料机构上。

第四拨料机构20的结构与第三拨料板1904的结构相同，两者关于核燃料棒对称设置。第四拨料机构20包括第四底座、第二拨料电机、第二转轴和第四拨料板，第四底座垂直设置在第三机架16上。在本实施例中，第四底座和第四拨料板的数量均为多个，多个第四底座沿核燃料棒的长度方向间隔设置，第四底座的一端通过螺钉固定连接，另一端上设置有第二转轴孔。第二转轴依次穿过多个第二转轴孔设置，第二转轴的一端与第二拨料电机的电机轴连接，具体地连接方式，可以选择直接连接，也可以选择采用皮带组件连接，在本实施例中，选择采用皮带组件连接。多个第四拨料板间隔设置在第二转轴上，在第二拨料电机的驱动下，第二转轴能够发生转动，从而能够驱动第四拨料板绕第二转轴转动，在第四拨料板的转动过程中，第四拨料板远离第二转轴的一端能够从核燃料棒的下方将核燃料棒拨起，并拨至对应的导料机构上。

两个导料机构分别为第二导料机构21和第三导料机构22，第二导料机构21和第三导料机构22分别位于第二夹持机构17和第二导轮机构18的两侧。也就是说，第二导料机构21和第三导料机构22位于核燃料棒的两侧，第二导料机构21用于将不合格的核燃料棒导出至不合格区，第三导料机构22用于将合格的核燃料棒导出至合格区。

第二导料机构21和第三导料机构22的结构相同，第二导料机构21包括第二导料底座2101和第二导料板2102，第二导料底座2101垂直设置在第三机架16上，第二导料板2102设置在第二导料底座2101的顶部，且第二导料板2102上设置有第二导料面，第二导料面的倾斜角度优选在1.0-10.0°之间，例如可以为1.0°、2.5°、3.4°、4.2°、5.6°、6.3°、7.7°、8.9°、9.0°或者10.0°。

第三导料机构22包括第三导料底座和第三导料板，第三导料底座垂直设置在第三机架16上，第三导料板设置在第三导料底座的顶部，在第三导料机构22的第三导料板上设置有第三导料面，第三导料面和第二导料面的倾斜方向相反，从而使第二导料板2102和第三导料板排布呈三角形状。第三导料面的倾斜角度优选在1.0-10.0°之间，例如可以为1.0°、2.4°、3.5°、4.6°、5.2°、6.7°、7.3°、8.8°、9.4°或者10.0°等。第三导料面和第二导料面的倾斜角度可以分别控制，在此不做具体限制。由于合格的核燃料棒较多，不合格的较少，优选将第三导料板的长度设置为大于第二导料板2102的长度，从而容纳更多的核燃料棒。由于第三导料底座和第二导料底座2101的高度相等，因此，在本实施例中，第三导料面和第二导料面的倾斜角度不同。

进一步地，第二导料板2102与第二导料底座2101可拆卸连接，以便根据需求调整第二导料面的倾斜角度。由于核燃料棒的长度较长，为了降低第二导料机构21的制作成本和安装难度，可以如第一导料机构3所示，将第二导料底座2101同样设置为多个宽度较小的窄底座和窄导料板，窄导料板位于窄底座上方，多个窄底座间隔设置从而具有较大的支撑面积。窄底座与子底座的结构相同，在此不再赘述。

当窄导料板行程较长，其上设置有多根核燃料棒时，为了将窄导料板的行程分段，以将位于窄导料板上的多根核燃料棒分开设置，以便能够实现核燃料棒的逐根复检和收纳，并减小位于最底层核燃料棒受到的压力，在窄导料板上沿导料方向间隔设置有多个第二隔档块2103，多个第二隔档块2103将窄导料板分割成多个容置空间，每一容置空间内可以设置一根或者多根核燃料棒，优选一根，以避免多根核燃料棒之间不正常的碰撞，减少核燃料棒之间的摩擦，从而保证核燃料棒内部二氧化铀芯块的完整性，提高核燃料棒的质量。为了实现核燃料棒在相邻容置空间之间的传输，在窄导料板设置第二隔档块2103的侧部设置有第二推棒机构23。第二推棒机构23和第一推棒机构7的结构相同，第二推棒机构23包括第二推棒气缸和第二推棒块，第二推棒气缸设置在窄底座的侧部，第二推棒气缸的气缸杆竖直向上设置，且与第二推棒块固定连接。第二推棒块包括第二连接部和第二推指部，第二连接部为矩形块，第二推指部为楔形块。为了避免核燃料棒在滚动过程中加速度过大与第二隔档块2103发生剧烈碰撞，在第二隔档块2103上还可以设置聚氨酯材料等制成的防护元件。除了防护元件外，当然也可以采用液压缓冲器等减速机构对核燃料棒的速度进行降低。当然在其他实施例中，如果窄导料板的行程较短，或者窄导料板上每次仅设置一根核燃料棒，也可不设置第二隔档块2103和防护元件。

当核燃料棒被第二隔档块2103阻挡时，第二推棒机构23刚好位于核燃料棒的正下方，当需要转移核燃料棒至下一容置空间时，第二推棒机构23的第一推棒气缸701的气缸杆向上移动，第二推棒机构23的第一推棒块702的第一推指部将核燃料棒顶起，核燃料棒在重力作用下沿第一推棒块702的楔形面移动，从而越过第二隔档块2103到达下一容置空间。第二推棒机构23的数量不做限制，可以为一个、两个或者更多个，优选在每一窄底座的侧部均设置有一个第二推棒机构23，从而提高核燃料棒在相邻容置空间内转移的稳定性。

当核燃料棒位于最后一个容置空间内的第二隔档块2103处时，工作人员即可对核燃料棒进行复检和收纳，安全性较高。为了便于工作人员进行复检，还可以将控制装置与打印设备连接，从而打印出缺陷棒清单，该缺陷棒清单可以列举出包括核燃料棒的棒号、缺陷位置、缺陷类型、缺陷尺寸等信息，以便工作人员比对着缺陷棒清单用显微镜对核燃料棒进行复检，待复检完成后，确定有问题的核燃料棒利用橡皮筋捆扎后一起放至回收机构回收。整个棒料检测设备检测精度较高，在长度、宽度方向的检测精度能够达到不低于0.01mm,在深度方向的检测精度能够达到不低于0.005mm，检测重复性能够达到不低于0.002mm，在极大程度上提高了检测的自动化程度和检测效果，有利于实现快速、高效的检测。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于核燃料棒表面检测的装置，包括第二机架(9)，其特征在于，还包括：

卡盘机构(11)，所述卡盘机构(11)设置在所述第二机架(9)上，用于夹持棒料并驱动所述棒料旋转；

光谱检测机构(13)，所述光谱检测机构(13)设置在所述第二机架(9)上，并位于所述卡盘机构(11)的一侧，用于检测所述棒料端部焊缝表面的缺陷；

激光线性扫描机构(14)，所述激光线性扫描机构(14)设置在所述第二机架(9)上，用于检测所述棒料表面的缺陷；

控制装置，所述控制装置与所述卡盘机构(11)、所述光谱检测机构(13)和所述激光线性扫描机构(14)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的用于核燃料棒表面检测的装置，其特征在于，所述用于核燃料棒表面检测的装置(300)还包括：

吹扫机构(10)，所述吹扫机构(10)设置在所述第二机架(9)上，并位于所述棒料的传输路径上，所述吹扫机构(10)包括吹扫风发生器(1001)和吹扫管(1002)，所述吹扫风发生器(1001)的出气口与所述吹扫管(1002)的进气口连通，所述吹扫管(1002)上设置有吹扫口。

3.根据权利要求2所述的用于核燃料棒表面检测的装置，其特征在于，

所述吹扫风发生器(1001)为离子风发生器。

4.根据权利要求1所述的用于核燃料棒表面检测的装置，其特征在于，

所述卡盘机构(11)包括沿所述棒料的长度方向间隔设置的第一卡盘组件(1101)和第二卡盘组件(1102)，所述第一卡盘组件(1101)和所述第二卡盘组件(1102)上设置有允许所述棒料通过的通孔。

5.根据权利要求4所述的用于核燃料棒表面检测的装置，其特征在于，

所述第一卡盘组件(1101)包括第一卡盘(11011)和第一驱动机构，所述第一卡盘(11011)设置在所述第二机架(9)上，所述第一卡盘(11011)上设置有第一卡接座(11014)，所述通孔设置在所述第一卡接座(11014)上，所述第一驱动机构与所述第一卡接座(11014)传动连接，用于驱动所述第一卡接座(11014)转动；

所述第二卡盘组件(1102)包括第二卡盘和第二驱动机构，所述第二卡盘设置在所述第二机架(9)上，所述第二卡盘上设置有第二卡接座，所述通孔设置在所述第二卡接座上，所述第二驱动机构与所述第二卡接座传动连接，用于驱动所述第二卡接座转动；

所述第一卡接座(11014)和所述第二卡接座沿所述通孔的周向均设置有夹头。

6.根据权利要求4所述的用于核燃料棒表面检测的装置，其特征在于，所述用于核燃料棒表面检测的装置(300)还包括：

导向机构(15)，所述导向机构(15)设置在所述第二机架(9)上，并位于所述第一卡盘组件(1101)和所述第二卡盘组件(1102)之间，所述导向机构(15)上设置有允许所述棒料穿过的导向孔(1502)。

7.根据权利要求1所述的用于核燃料棒表面检测的装置，其特征在于，所述用于核燃料棒表面检测的装置(300)还包括：

测字符识别机构(12)，所述测字符识别机构(12)设置在所述第二机架(9)上，用于对所述棒料上的标识进行识别。

8.根据权利要求7所述的用于核燃料棒表面检测的装置，其特征在于，

所述测字符识别机构(12)包括测字符机架(1201)、光源和检测组件(1202)，所述测字符机架(1201)设置在所述第二机架(9)上，所述光源和所述检测组件(1202)设置在所述测字符机架(1201)上，所述检测组件(1202)用于获取所述棒料上的标识。

9.根据权利要求1所述的用于核燃料棒表面检测的装置，其特征在于，

所述光谱检测机构(13)包括光谱共焦相机(1301)和移动模组(1302)，所述光谱共焦相机(1301)设置在所述移动模组(1302)上，所述移动模组(1302)能够驱动所述光谱共焦相机(1301)滑动。

10.根据权利要求1所述的用于核燃料棒表面检测的装置，其特征在于，

所述激光线性扫描机构(14)包括激光相机(1401)和图像处理组件，所述激光相机(1401)和所述图像处理组件电连接，所述激光相机(1401)能够获取所述棒料表面的图像信息并传递给所述图像处理组件。

11.一种权利要求1-10任一项所述的用于核燃料棒表面检测的装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用卡盘机构(11)夹持棒料并驱动所述棒料旋转；

利用光谱检测机构(13)获取焊缝表面的完整3D点云数据，并基于完整3D点云数据中的深度信息确定被测焊缝表面的缺陷；

利用激光线性扫描机构(14)获取所述棒料表面的3D点云数据，并基于3D点云数据中的深度信息确定所述棒料表面的缺陷。

12.根据权利要求11所述的用于核燃料棒表面检测的装置的检测方法，其特征在于，还包括：

利用测字符识别机构(12)获取棒料的标识。