一种辐照后燃料元件表面缺陷制备装置的制作方法

1.本发明涉及辐照检验领域，具体涉及一种辐照后燃料元件表面缺陷制备装置。


背景技术：

2.为使反应堆放射性源项精确模拟及验证技术专题中源项分析及燃料元件破损监测技术中燃料元件裂变产物释放行为研究、料破损监测技术研究等，需要对燃料元件进行缺陷的制备，以保证后续的研究。
3.目前并无燃料元件表面缺陷的制备装置和技术，一般是采用机械臂直接对燃料元件进行缺陷制备，操作精度低，且可复制差。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是缺少燃料元件表面缺陷制备的装置，目的在于提供一种辐照后燃料元件表面缺陷制备装置，解决了燃料元件表面缺陷制备的问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种辐照后燃料元件表面缺陷制备装置，包括：
7.x轴移动平台，其具有第一驱动部和第一平台，所述第一驱动部水平设置，且驱动所述第一平台沿所述第一驱动部的轴线运动；
8.y轴移动平台，其具有第二驱动部和第二平台，所述第二驱动部水平设置，且所述第二驱动部与所述第一平台固定连接，所述第二驱动部驱动第二平台沿所述第二驱动部的轴线运动；
9.制备平台，其与所述第二平台固定连接，且所述燃料元件放置在所述制备平台上；
10.z轴移动平台，其具有第三驱动部和第三平台，所述第三驱动部竖直设置，且驱动所述第三平台沿所述第三驱动部的轴线运动；
11.动力头，其与所述第三平台固定连接，所述动力头的加工刀头向下设置，且位于所述制备平台的正上方；
12.其中，所述第三驱动部的轴线、所述第一驱动部的轴线和所述第二驱动部的轴线两两相互垂直。
13.进一步，还包括：
14.支架焊件，所述x轴移动平台和所述z轴移动平台均与所述支架焊件固定连接，所述支架焊件包括：
15.下层板，其水平设置，所述x轴移动平台与所述下层板的上侧面固定连接；
16.上层板，其水平设置在所述下层板上方，且与所述下层板固定连接，所述z轴移动平台与所述上层板固定连接；
17.所述制备平台和放置在所述制备平台上的所述燃料元件位于所述上层板的下方，所述动力头的加工刀头的最低位置位于所述制备平台的上侧面的下方。
18.更进一步，还包括：
19.辅助固定板，其具有横板和竖板，所述横板与所述竖板的下端固定连接，所述横板与所述上层板固定连接，所述竖板与所述第三驱动部固定连接。
20.具体地，所述第一驱动部包括：
21.第一壳体，其与所述下层板固定连接；
22.第一步进电机，其设置在所述第一壳体内；
23.第一滚珠丝杠，其设置在所述第一壳体内，且所述第一滚珠丝杠的一端与所述步进电机的转矩输出端动力连接，所述第一滚珠丝杠的丝杠螺母端与所述第一平台固定连接；
24.所述第二驱动部包括：
25.第二壳体，其与所述第一平台固定连接；
26.第二步进电机，其设置在所述第二壳体内；
27.第二滚珠丝杠，其设置在所述第二壳体内，且所述第二滚珠丝杠的一端与所述步进电机的转矩输出端动力连接，所述第二滚珠丝杠的丝杠螺母端与所述制备平台固定连接；
28.所述第三驱动部包括：
29.第三壳体，其与所述上层板固定连接；
30.第三步进电机，其设置在所述第三壳体内；
31.第三滚珠丝杠，其设置在所述第三壳体内，且所述第三滚珠丝杠的一端与所述步进电机的转矩输出端动力连接，所述第三滚珠丝杠的丝杠螺母端与所述动力头固定连接。
32.作为一个实施例，所述z轴移动平台的数量为两个，两个所述z轴移动平台平行设置；
33.所述动力头的数量为两个，两个所述动力头分别与两个所述第三平台固定连接，且其中一个所述动力头的加工刀头为φ1mm钻头，另一个所述动力头的加工刀头为φ2mm钻头。
34.具体地，所述制备平台包括：
35.加工平面，其水平设置；
36.挡条，两个所述挡条分别位于所述加工平面的两端，且均与所述x轴移动平台的轴线平行设置，其中一个所述挡条上设置有与所述y轴移动平台的轴线平行的螺孔；
37.螺栓，其与所述螺孔螺纹连接，且所述螺栓的一端穿过所述螺孔设置在所述加工平面上；
38.所述燃料元件设置在所述加工平面上，且通过另一个所述挡条和所述螺栓的一端固定。
39.进一步，所述制备平台还包括：
40.导向滑槽，其设置在所述加工平面上，且所述导向滑槽的中轴线与所述螺孔的中轴线在水平面上的投影重合；
41.定位挡块，其设置导向滑槽内，并可沿所述导向滑槽滑动，且所述定位挡块与所述螺栓的一端固定连接。
42.优选地，所述螺栓的数量为多个，且多个所述螺栓的另一端均设置有扭矩扳手。
43.进一步，所述表面缺陷制备装置还包括控制系统，所述控制系统包括：
44.控制器，其信号端与所述x轴移动平台的控制端、所述y轴移动平台的控制端、所述z轴移动平台的控制端和所述动力头的控制端电连接；
45.视频系统，其信号端与所述控制器的信号端电连接，所述视频系统包括：
46.支架，其设置在所述制备平台的一侧；
47.摄像头，其设置在所述支架上，且采集所述燃料元件的表面缺陷制备图像数据。
48.优选地，所述支架和所述摄像头的数量为多个，且多个所述摄像头在不同方位对所述燃料元件的制备图像数据进行采集。
49.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
50.本发明通过设置x轴移动平台、y轴移动平台来实现制备平台在四个自由度上移动，通过设置z轴移动平台来实现动力头在两个自由度上移动，因此可以实现动力头相对于燃烧元件的表面在六个自由度上的移动，从而可以实现对燃烧元件表面进行任意的缺陷制备。
附图说明
51.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
52.图1是根据本发明所述的一种辐照后燃料元件表面缺陷制备装置的主视图。
53.图2是根据本发明所述的一种辐照后燃料元件表面缺陷制备装置的侧视图。
54.附图标记：1-支架焊件，2-定位挡块，3-辅助固定板，4-z轴移动平台，5-动力头，6-第三平台，7-螺栓，8-制备平台，9-y轴移动平台，10-x轴移动平台，11-视频系统。
具体实施方式
55.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
56.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
57.在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
58.实施例一
59.一种辐照后燃料元件表面缺陷制备装置，包括x轴移动平台10、y轴移动平台9、z轴移动平台4、制备平台8和动力头5。
60.x轴移动平台10具有第一驱动部和第一平台，第一驱动部水平设置，且驱动第一平台沿第一驱动部的轴线运动；
61.y轴移动平台9具有第二驱动部和第二平台，第二驱动部水平设置，且第二驱动部与第一平台固定连接，第二驱动部驱动第二平台沿第二驱动部的轴线运动；
62.制备平台8，其与第二平台固定连接，且燃料元件放置在制备平台8上；
63.第一驱动部和第二驱动部垂直设置，通过第一驱动部带动第二驱动部沿x轴运动，通过第二驱动板带动制备平台8沿y轴运动，从而通过第一驱动部和第二驱动部的配合，可
以实现制备平台8在x-y平面上，朝任意方位进行移动，使得设置在制备平台8上的燃烧元件具备了四个自由度。
64.z轴移动平台4具有第三驱动部和第三平台6，第三驱动部竖直设置，且驱动第三平台6沿第三驱动部的轴线运动；
65.动力头5与第三平台6固定连接，动力头5的加工刀头向下设置，且位于制备平台8的正上方；
66.第三驱动部的轴线、第一驱动部的轴线和第二驱动部的轴线两两相互垂直，通过将x轴移动平台10、y轴移动平台9、z轴移动平台4两两垂直设置，使其组成了x-y-z三维坐标系。
67.第三驱动部带动动力头5沿z轴移动，从而使得动力头5具备了上下两个自由度。
68.以制备平台8为参考点，通过第一驱动部、第二驱动部和第三驱动部的共同作用，可以等同为动力头5具备了上下左右前后六个自由度，使得在需要对燃烧元件进行表面缺陷制备时，动力头5的加工刀头可以在任意位移对燃烧元件表面进行六个自由度的加工。
69.因此可以解决燃烧元件的表面缺陷制备的问题，也可以通过对第一驱动部、第二驱动部、第三驱动部和动力头5标准化，实现对多个燃烧元件进行批量化加工。
70.实施例二
71.在实施例一中需要对x轴移动平台10、y轴移动平台9、z轴移动平台4、制备平台8和动力头5的位置进行固定，因此，本实施例提供一种固定架，其包括支架焊件1。
72.x轴移动平台10和z轴移动平台4均与支架焊件1固定连接，支架焊件1包括下层板和上层板。
73.下层板水平设置，x轴移动平台10与下层板的上侧面固定连接；
74.上层板水平设置在下层板上方，且与下层板固定连接，z轴移动平台4与上层板固定连接；
75.通过上层板与下层板的设定，实现了x轴移动平台10和z轴移动平台4的固定，其中上层板和下层板之间通过竖直的支撑杆固定连接。
76.因为在进行燃料元件的缺陷制备时，需要燃料元件在x-y平面内随意移动，为了避免移动的过程中，燃料元件与上层板出现撞击，制备平台8和放置在制备平台8上的燃料元件位于上层板的下方，动力头5的加工刀头的最低位置位于制备平台8的上侧面的下方。
77.另外的，因为z轴移动平台4竖直设置，即其与上层板的连接面积较小，因此为了增加稳定性，设置一个辅助固定板3，其具有横板和竖板，横板与竖板构成l型的结构，可以为一体成型或者焊接。
78.横板与竖板的下端固定连接，横板与上层板固定连接，竖板与第三驱动部固定连接。
79.实施例三
80.本实施例对第一驱动部、第二驱动部和第三驱动部的结构进行简单的说明。
81.第一驱动部包括第一壳体、第一步进电机和第一滚珠丝杠。
82.第一壳体与下层板固定连接；第一步进电机设置在第一壳体内；第一滚珠丝杠设置在第一壳体内，且第一滚珠丝杠的一端与步进电机的转矩输出端动力连接，第一滚珠丝杠的丝杠螺母端与第一平台固定连接；
83.滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。
84.滚珠丝杠是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
85.滚珠丝杠由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是艾克姆螺杆的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。
86.步进电机安装机构采用卡槽方式，安装和拆卸非常的方便和快捷，便于热室环境中对电机的检修和更换，减少工作人员的受照剂量。
87.通过第一步进电机驱动第一滚珠丝杠转动，将回转运动转化为滚珠丝杠的螺母的直线运动，从而带动第一平台移动。
88.综上，第一步进电机为第一平台提供移动的动力，并且可以控制第一平台的移动的距离和速度。
89.本实施例中的壳体、步进电机、滚珠丝杠可以根据具体的使用情况进行选择。
90.第二驱动部包括第二壳体、第二步进电机和第二滚珠丝杠。
91.第二壳体与第一平台固定连接；第二步进电机设置在第二壳体内；第二滚珠丝杠设置在第二壳体内，且第二滚珠丝杠的一端与步进电机的转矩输出端动力连接，第二滚珠丝杠的丝杠螺母端与制备平台8固定连接；
92.其工作原理与第一驱动部类似，只是方向有所改变，在此不做赘述。
93.第三驱动部包括第三壳体、第三步进电机和第三滚珠丝杠。
94.第三壳体与上层板固定连接；第三步进电机设置在第三壳体内；第三滚珠丝杠设置在第三壳体内，且第三滚珠丝杠的一端与步进电机的转矩输出端动力连接，第三滚珠丝杠的丝杠螺母端与动力头5固定连接。
95.其工作原理与第一驱动部类似，只是方向有所改变，在此不做赘述。
96.实施例四
97.通过动力头5对燃料元件的表面进行缺陷制备，本实施例中z轴移动平台4的数量为两个，两个z轴移动平台4平行设置；
98.相应的，动力头5的数量为两个，两个动力头5分别与两个第三平台6固定连接，且其中一个动力头5的加工刀头为φ1mm钻头，另一个动力头5的加工刀头为φ2mm钻头。
99.通过设置两个动力头5，可以实现不同精度的缺陷制备，同时在对燃料元件进行缺陷制备时，动力头5的转速可调节。
100.两个z轴移动平台4相互独立，在可以单独的进行操作。
101.实施例五
102.在实际的制备过程中，需要将燃料元件固定在制备盘平台上，因此本实施例提供一种可以对燃料元件进行固定的制备平台8，包括加工平面、挡条和螺栓7。
103.加工平面水平设置，对其具体的结构不进行限定，其只需要有一个可以安装挡条的加工平面即可。
104.两个挡条分别位于加工平面的两端，且均与x轴移动平台10的轴线平行设置，其中
一个挡条上设置有与y轴移动平台9的轴线平行的螺孔；两个挡条平行设置，在实际使用中，将燃料元件置于两个挡条之间，
105.螺栓7与螺孔螺纹连接，且螺栓7的一端穿过螺孔设置在加工平面上；燃料元件设置在加工平面上，且通过另一个挡条和螺栓7的一端固定。
106.螺栓7的数量为多个，且多个螺栓7的另一端均设置有扭矩扳手。
107.通过将多个螺栓7旋入螺孔内，并通过螺栓7和另一个挡条讲燃料元件夹持，实现了对燃料元件的固定。
108.另外的，在实际中，通过机械手将燃料元件放置在加工平面上，然后再通过机械手旋动扭矩扳手，控制螺栓7转动，最终实现对燃料元件的夹持。
109.实施例六
110.本实施例是针对实施例五的一种优化，实施例五中之间将螺栓7与燃料元件接触，可能造成燃料元件的损坏，因此本实施例在螺栓7与燃料元件之间设置一个定位挡块2。
111.本实施例中的制备平台8还包括导向滑槽和定位挡块2。
112.导向滑槽设置在加工平面上，且导向滑槽的中轴线与螺孔的中轴线在水平面上的投影重合；导向滑槽对定位挡块2起到导向的作用，可以避免螺栓7在转动的过程中，偏离其原有的中轴线，造成螺孔的损坏。
113.定位挡块2设置导向滑槽内，并可沿导向滑槽滑动，且定位挡块2与螺栓7的一端固定连接。定位挡块2与螺栓7一起移动，实现对燃料元件的夹持。
114.实施例七
115.本实施例中对燃料元件进行表面缺陷制备，其一般是在热室中进行加工，操作人员无法直接对设备进行操作，因此还需要提供一种控制系统来实现对各个部件的远程控制，控制系统包括控制器和视频系统11。
116.控制器信号端与x轴移动平台10的控制端、y轴移动平台9的控制端、z轴移动平台4的控制端和动力头5的控制端电连接；
117.通过控制器对x轴移动平台10的第一驱动部、y轴移动平台9的第二驱动部，z轴移动平台4的第三驱动部和动力头5的钻头进行控制，可以实现对燃料元件表面的任意位置的任意尺寸的表面缺陷加工。
118.视频系统11信号端与控制器的信号端电连接，用于整个缺陷制备过程的监控和记录，为缺陷制备时燃料元件的状态以及位置确认提供清晰的影像，并将燃料元件缺陷制备的过程实时反映在电脑屏幕上。
119.视频系统11包括支架和摄像头。
120.支架设置在制备平台8的一侧，用于固定摄像头，且支架具备高度和位置的调节力，即可以采用伸缩式支架，也在支架的底部设置可移动的滚轮，可以通过机械臂来实现支架的移动，也可以甚至为电动伸缩杆和电动小车，通过控制器来实现对支架的远程控制。
121.摄像头设置在支架上，且采集燃料元件的表面缺陷制备图像数据。
122.支架和摄像头的数量为多个，且多个摄像头在不同方位对燃料元件的制备图像数据进行采集，在进行视频拍摄时，至少需要分布在燃料元件的正面和侧面，才能实现对燃料元件表面的完整拍摄。
123.通过上述所有实施例，本装置能达到的有益效果包括但不限于：
124.解决辐照后燃料元件表面缺陷制备的问题
125.针对现有情况，结合燃料元件缺陷制备特征，对需要制备缺陷的位置可以精确定位，保证缺陷制备的准确性。
126.缩短工作时间、提高缺陷制备效率
127.在热室环境内，辐照后燃料元件表面缺陷制备装置可以进行准确的缺陷制备，缩短操作时间，减少人员辐照剂量值。
128.易于远程操作，实用性强
129.辐照后燃料元件表面缺陷制备装置带有控制系统，操作人员可通过电脑对其动作进行精准的控制，准确完成缺陷的制备。通过控制系统，实现控制钻头的转速、进给和退出，控制x、y、z移动平台的移动速度和距离，整体装置的操作过程简便，具有很强的实用性。
130.结构紧凑，易于转移
131.本装置结构紧凑，实现模块化组装和拆卸，有利于在热室有限的空间内实现转移。
132.本装置可广泛应用于源项分析及燃料元件破损监测技术中燃料元件裂变产物释放行为研究、料破损监测技术研究等，具有良好的应用前景。
133.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
134.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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
135.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。