一种核燃料组件螺钉自动胀紧与检测装置的制作方法

1.本实用新型属于自动胀接与检测技术领域，涉及一种核燃料组件螺钉自动胀紧与检测装置。


背景技术：

2.核燃料组件是核电站的核心部件，其生产工艺中最关键的工序为将燃料棒拉入到组件骨架中，其中组件骨架与管座之间通过特殊螺钉进行连接，螺钉需要胀接到管座，其连接可靠性对燃料组件质量影响很大，胀接骨架与管座之间的连接螺钉是提高燃料组件可靠性的关键工艺。
3.核燃料组件螺钉的端部为薄壁结构，管座的螺钉孔中设置有凹坑，螺钉装于螺钉孔中后，通过胀接装置使螺钉薄壁变形，嵌入螺钉孔的凹坑中，使螺钉与管座连接。
4.目前行业里面的螺钉胀接装置多采用人工手持胀接设备对螺钉进行胀接，胀紧质量的可靠性不高，胀接过程全依赖工人的经验和熟练程度，胀接完成后一般通过人工手持扭矩扳手对螺钉进行胀紧力的检测，工人劳动强度大，工作效率低。因此，难以达到高质量、高效率的胀紧和检测效果。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于解决核燃料组件螺钉的胀接质量与检测效率问题，提供一种核燃料组件螺钉自动胀紧与检测装置，实现核燃料组件螺钉的自动胀接与自动检测。
6.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种核燃料组件螺钉自动胀紧与检测装置，包括安装支架、移动定位机构、胀紧机构、胀紧检测机构、视觉系统；
8.所述视觉系统用于获取螺钉位置和角度定位；所述胀紧机构用于胀接螺钉；所述胀紧检测机构用于检测螺钉的扭矩；
9.所述安装支架的一侧放置待胀接的管座，另一侧设有所述移动定位机构，所述移动定位机构上设有工具安装板；所述视觉系统包括工业相机和控制处理系统；所述胀紧机构、胀紧检测机构、工业相机均固定设于所述工具安装板上；
10.所述工业相机、移动定位机构、胀紧机构、胀紧检测机构均与所述控制处理系统连接，并受控制处理系统控制；所述工业相机、移动定位机构、胀紧机构、胀紧检测机构在移动定位机构带动下移动至与管座上的螺钉孔相对应的位置，从而进行螺钉胀接与检测。
11.进一步，所述移动定位机构包括呈正交布置的第一电动丝杠与第二电动丝杠；所述第一电动丝杠固定设于所述安装支架上，所述第二电动丝杠设于第一电动丝杠上；所述工具安装板设于所述第二电动丝杠上，所述工具安装板在所述第一丝杠与第二丝杠的带动下进行横向和/或纵向移动。
12.进一步，所述工具安装板上设有导向孔，所述胀紧机构上固定设有导向键，所述导
向键滑动设于所述导向孔中；所述安装支架上设有导杆套筒，通过所述导杆套筒与待胀接的管座对位连接。
13.进一步，所述胀紧机构包括胀接枪、第一伸缩气缸、胀枪夹紧座；所述第一伸缩气缸一端与所述工具安装板固定连接，另一端与所述胀枪夹紧座固定连接；所述胀接枪固定设于所述胀枪夹紧座上，所述第一伸缩气缸通过胀枪夹紧座带动所述胀接枪整体前后移动。
14.进一步，所述胀接枪包括油缸、可调芯杆、胀枪壳体、胀紧推杆、胀紧头、可调胀紧套；
15.所述油缸固定设于所述胀枪壳体的一端，所述胀紧头设于所述胀枪壳体的另一端；所述可调胀紧套套装于所述胀紧头上，用于与管座上螺钉孔配合，进行径向定位；所述胀紧推杆滑动设于所述胀枪壳体内，胀紧推杆一端与所述油缸的活塞杆相抵，另一端延伸至所述胀紧头内；
16.所述胀紧头一端与所述胀枪壳体固定连接，另一端沿圆周设有多个弹性开口，弹性开口将所述胀紧头分隔为多个弹性片，所述弹性片的外圆上设有凸块，所述凸块与管座上螺钉孔内的凹坑相对应；所述弹性片的内圆为锥形面，所述胀紧推杆靠近胀紧头的一端呈锥形；胀接时，所述胀紧推杆轴向滑动，并通过推动所述锥形面使所述弹性片沿径向撑开，所述凸块挤压螺钉薄壁内侧，使螺钉薄壁变形，嵌入螺钉孔内的凹坑中；
17.所述胀紧推杆靠近所述油缸的一端设有第一滑套，所述第一滑套滑动设于所述胀枪壳体中；所述第一滑套一端与所述油缸的活塞杆相抵，另一端与所述胀紧推杆固定连接；所述胀紧推杆靠近所述油缸的一端设有弹簧，所述弹簧一端与所述第一滑套相抵，另一端与胀枪壳体的内孔端面相抵；胀接后，所述胀紧推杆通过所述弹簧回弹到初始位置。
18.进一步，所述油缸远离所述胀枪壳体的一端设有可调芯杆，所述可调芯杆的一端与油缸的活塞杆连接，另一端设有调节螺母，通过所述调节螺母调节活塞杆的行程。
19.进一步，所述胀紧检测机构包括转轴、定扭矩传动机构、定扭矩安装座、伺服电机、角度传感器、第二伸缩气缸；所述转轴一端用于与待检测螺钉配合，另一端与所述角度传感器连接；所述定扭矩传动机构转动设于定扭矩安装座上；所述伺服电机固定设于所述定扭矩安装座上，并与所述定扭矩传动机构传动连接，所述定扭矩传动机构与所述转轴固定连接；
20.所述伺服电机通过所述定扭矩传动机构驱动转轴转动，从而对螺钉进行扭矩检测，当螺钉扭矩超过所述定扭矩传动机构的设定扭矩时，转轴与伺服电机传动脱离；
21.所述第二伸缩气缸一端与所述工具安装板固定连接，另一端与所述定扭矩安装座固定连接，所述第二伸缩气缸通过定扭矩安装座带动所述胀紧检测机构整体前后移动。
22.进一步，所述定扭矩传动机构包括外转子、内转子；所述内转子包括内转盘、扭杆、扭簧；
23.所述外转子的内表面设有呈圆周分布的挡齿；所述内转盘设于所述外转子内，并与所述外转子同轴设置；所述扭杆一端与所述内转盘铰接，另一端与所述挡齿的侧面接触；
24.所述内转盘上设有基座，所述基座设于所述扭杆的两侧；所述扭簧一端与所述基座连接，另一端连接于所述扭杆的中部；所述内转盘与外转子之间通过所述扭杆传递啮合力矩，啮合力矩的大小通过所述扭簧的刚度和数量确定；
25.所述转轴穿过所述外转子，并与所述内转盘固定连接；当所述转轴受到的阻力矩大于所述内转子与外转子之间的啮合力矩时，所述扭杆偏转角度，使内转子与外转子之间发生打滑，即内转子不转，外转子转动；反之，内转子与外转子同时转动。
26.进一步，所述内转盘的两个侧面上均设有环形滚道，所述环形滚道上设有滚珠，所述内转盘与外转子之间通过所述滚珠转动配合。
27.进一步，所述外转子的外圆上设有环形凹槽，所述环形凹槽中设有皮带，所述伺服电机上设有带轮，所述外转子与所述带轮之间通过所述皮带传动连接。
28.本实用新型的有益效果在于：
29.1、本实用新型中的核燃料组件螺钉自动胀紧与检测装置，通过应用视觉识别系统，将核燃料组件螺钉的位置和角度定位，为自动胀接和检测提供可靠条件；通过移动定位机构和伸缩气缸将胀紧机构和胀紧检测机构移动到相应的工作位置，完成螺钉的胀紧和检测，实现了核燃料组件螺钉与管座之间的自动胀接和检测，胀接、检测质量稳定，降低了工人的劳动强度，提高了工作效率，具有广阔的市场价值和应用前景。
30.2、本实用新型自动胀接和检测过程，通过气缸的伸缩带动胀接枪对螺钉进行胀接，螺钉胀接后通过胀紧检测机构检测扭矩是否满足要求，若不满足，则角度传感器的读数将发生变化，反之，角度传感器的读数不变；同时通过两个气缸分别带动胀紧机构和胀紧检测机构，各自独立运行，避免两个部件在执行相应操作时发生干涉。
31.3、本实用新型中的定扭矩传动机构，利用扭杆与挡齿的配合传递扭矩，传递扭矩的大小可通过扭簧的刚度与数量进行调整，以满足不同扭矩的检测需求。
32.本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
33.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
34.图1为本实用新型中核燃料组件螺钉自动胀紧与检测装置的整体结构示意图；
35.图2为图1俯视图；
36.图3为管座中螺钉安装示意图；
37.图4为图3中a处放大图；
38.图5为移动定位机构示意图；
39.图6为工具安装座示意图；
40.图7为胀紧机构整体示意图；
41.图8为胀接枪结构示意图；
42.图9为螺钉胀接过程示意图；
43.图10为胀紧检测机构示意图；
44.图11为图10剖视图；
45.图12为定扭矩传动机构结构示意图；
46.图13为内转盘结构示意图。
47.附图标：1、安装支架；2、移动定位机构；3、胀紧机构；4、胀紧检测机构；5、视觉系统；6、管座；7、螺钉；11、导杆套筒；21、第一电动丝杠；22、第二电动丝杠；23、工具安装板；231、导向孔；31、胀接枪；33、胀枪夹紧座；41、定扭矩传动机构；42、定扭矩安装座；44、角度传感器；45、轴承；46、左端盖；47、右端盖；48、传动机构；51、工业相机；311、油缸；312、可调芯杆；313、第一滑套；314、导向键；315、胀枪壳体；316、第一推杆；317、第二推杆；318、胀紧头；319、可调胀紧套；320、锁紧螺母；411、转轴；412、第二滑套；413、外转子；414、外端盖；416、滚珠；417、内转子；4171、扭杆；4172、扭簧；4173、内转盘。
具体实施方式
48.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
49.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及说明可能省略是可以理解的。
50.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
51.请参阅图1～13，为一种核燃料组件螺钉自动胀紧与检测装置，包括安装支架1，移动定位机构2，胀紧机构3，胀紧检测机构4，视觉系统5；视觉系统5用于螺钉7位置和角度定位；胀紧机构3用于胀接螺钉7；胀紧检测机构4用于检测螺钉7的扭矩；移动定位机构2、胀紧机构3、胀紧检测机构4均与视觉系统5连接，并根据视觉系统5获取到的螺钉7位置和角度信息进行位置定位；安装支架1的一侧放置待胀接的管座6，另一侧安装有移动定位机构2，移动定位机构2上固定设置有工具安装板23，胀紧机构3、胀紧检测机构4、视觉系统5均固定安装在工具安装板23上，并在移动定位机构2带动下移动至与管座6上的螺钉7孔相对应的位置，从而进行螺钉7胀接与检测。
52.其中，视觉系统5包括工业相机51和控制处理系统组成，工业相机51安装在工具安装板23上，移动定位机构2、胀紧机构3、胀紧检测机构4均与控制处理系统连接，并受其控制。启动胀接程序后，视觉系统5识别螺钉7的胀接位置以及螺钉7的方位。螺钉7在拧入后可能会出现不同的角度方位，通过视觉系统5识别并记录各螺钉7的位置和方位信息，用于胀接和扭矩检测。
53.安装支架1上安装有导杆套筒11，利用导杆与导杆套筒11配合，将安装支与待胀接的管座6相应对位。
54.其中，移动定位机构2包括呈正交布置的第一电动丝杠21与第二电动丝杠22；第一电动丝杠21固定安装在安装支架1上，第二电动丝杠22安装在第一电动丝杠21上；第一电动丝杠21与第二电动丝杠22形成横向与纵向的移动；工具安装板23安装在第二电动丝杠22上，工具安装板23在第一丝杠与第二丝杠的带动下进行横向和/或纵向移动。
55.其中，胀紧机构3包括胀接枪31、第一伸缩气缸、胀枪夹紧座33；第一伸缩气缸一端固定在工具安装板23上，另一端与胀枪夹紧座33固定连接；胀接枪31固定安装在胀枪夹紧座33上，第一伸缩气缸通过胀枪夹紧座33带动胀接枪31整体前后移动。
56.胀接枪31包括油缸311、可调芯杆312、胀枪壳体315、胀紧推杆、胀紧头318、可调胀紧套319；油缸311固定安装在胀枪壳体315的一端，胀紧头318通过螺纹连接安装在胀枪壳体315的另一端；可调胀紧套319通过螺纹连接套装在胀紧头318上，可调胀紧套319用于与管座6上的螺钉7孔配合，进行径向定位；可调胀紧套319与胀紧头318调整好位置后通过锁紧螺母320锁定位置；胀紧推杆滑动安装在胀枪壳体315内，胀紧推杆一端与油缸311的活塞杆相抵，另一端延伸至胀紧头318内。
57.胀紧头318一端与胀枪壳体315连接，另一端沿圆周设置有多个弹性开口，弹性开口将胀紧头318分隔为多个弹性片，弹性片的外圆上设置有凸块，凸块与管座6上螺钉7孔内的凹坑相对应；弹性片的内圆为锥形面，胀紧推杆靠近胀紧头318的一端呈锥形；胀接时，胀紧推杆轴向滑动，并通过推动锥形面使弹性片沿径向撑开，凸块挤压螺钉7薄壁内侧，使螺钉7薄壁变形，嵌入螺钉7孔内的凹坑中。
58.胀紧推杆靠近油缸311的一端设置有第一滑套313，第一滑套313滑动安装在胀枪壳体315中；第一滑套313一端与油缸311的活塞杆相抵，另一端与胀紧推杆固定连接；胀紧推杆靠近油缸311的一端设置有弹簧，弹簧一端与第一滑套313相抵，另一端与胀枪壳体315的内孔端面相抵；胀接后，胀紧推杆通过弹簧回弹到初始位置。
59.本实施例中的胀紧推杆有第一推杆316与第二推杆317组成，第一推杆316与第二推杆317通过螺纹连接；第一滑套313固定安装在第一推杆316上，第二推杆317伸入胀紧头318内，驱动胀紧头318。
60.其中，油缸311远离胀枪壳体315的一端设置有可调芯杆312，可调芯杆312的一端穿过活塞腔与油缸311的活塞杆连接，另一端安装有调节螺母，通过调节螺母调节活塞杆的行程。
61.胀枪壳体315的外部有环形卡槽，胀枪夹紧座33卡装在环形卡槽中。胀枪夹紧座33由两个半环结构通过螺钉7锁紧，固定胀接枪31。其中一个半环结构与第一伸缩气缸用螺钉7固定连接。工具安装板23上设置有导向孔231，胀枪壳体315上固定安装有沿轴向设置的导向键314，导向键314滑动安装在导向孔231中，使得胀接枪31能够在导向孔231中顺利滑动，起导向作用。
62.其中，胀紧检测机构4包括转轴411、定扭矩传动机构41、定扭矩安装座42、伺服电机、角度传感器44、第二伸缩气缸；转轴411一端用于与待检测螺钉7配合，另一端与角度传感器44连接；定扭矩传动机构41通过轴承45转动安装在定扭矩安装座42内，轴承45两侧通过左端盖46与右端盖47固定安装在定扭矩安装座42上；伺服电机与角度传感器44均固定安
装在定扭矩安装座42上，伺服电机通过传动机构48与定扭矩传动机构41传动连接，定扭矩传动机构41与转轴411固定连接；伺服电机通过定扭矩传动机构41驱动转轴411转动，从而对螺钉7进行扭矩检测，当螺钉7扭矩超过定扭矩传动机构41的设置定扭矩时，转轴411与伺服电机传动脱离；当螺钉7扭矩未达到设定扭矩时，螺钉7在转轴411带动下发生转动，角度传感器44会检测到角度变化信号。
63.第二伸缩气缸一端固定安装在工具安装板23上，另一端与定扭矩安装座42固定连接，第二伸缩气缸通过定扭矩安装座42带动胀紧检测机构4整体前后移动。
64.其中，定扭矩传动机构41包括外转子413、内转子417；内转子417包括内转盘4173、扭杆4171、扭簧4172；外转子413的内表面设置有呈圆周分布的挡齿；内转盘4173安装在外转子413内，与外转子413同轴设置，并通过外端盖414封闭在外转子413内；扭杆4171一端通过销轴与内转盘4173铰接，另一端与挡齿的侧面接触；内转盘4173上设置有基座，基座位于扭杆4171的两侧；扭簧4172一端与基座连接，另一端连接在扭杆4171的中部，扭杆4171两侧均连接有扭簧4172；其中，扭杆4171有多个，呈圆周分布在内转盘4173上；内转盘4173与外转子413之间通过扭杆4171传递啮合力矩，啮合力矩的大小通过扭簧4172的刚度和数量确定。
65.转轴411穿过外转子413，并与内转盘4173固定连接，外转子413内安装有第二滑套412，转轴411穿过第二滑套412与外转子413转动配合；当转轴411受到的阻力矩大于内转子417与外转子413之间的啮合力矩时，扭杆4171偏转角度，使内转子417与外转子413之间发生打滑，即内转子417不转，外转子413转动；反之，内转子417与外转子413同时转动。
66.内转盘4173的两个侧面上均设置有环形滚道，环形滚道上设置有滚珠416，内转盘4173与外转子413之间通过滚珠416转动配合；本实施例中，伺服电机与外转子413之间的传动机构48为皮带传动机构，外转子413的外圆上设置有环形凹槽，环形凹槽中安装有皮带，伺服电机输出轴上安装有带轮，外转子413与带轮之间通过皮带传动连接。
67.本实施例中，伺服电机与外转子413之间的传动机构48也可采用链传动、齿轮传动等常规传动结构。
68.本实施例的工作过程为：
69.1、通过工业相机51识别待胀接螺钉7的位置和角度，并传递给控制处理系统；
70.2、胀接机构和扭矩检测机构中的第一伸缩气缸与第二伸缩气缸初始状态均为伸出状态，控制处理系统控制移动定位机构2移动带动胀紧机构3到第一个胀接位置后，胀接机构中的第一伸缩气缸缩回，胀接枪31到达胀接工位，进行胀接；
71.3、完成胀接后，第一伸缩气缸伸出，控制处理系统控制移动定位机构2移动到下一个待胀接位置，重复胀接操作，通过视觉系统5判断直到整个组件的螺钉7全部胀接完成；
72.4、所有螺钉7完成胀接后，控制处理系统控制移动定位机构2分别带动工业相机51与胀紧检测机构4移动到第一个螺钉7扭矩检测工位，识别该位置螺钉7的方位，控制胀紧检测机构4的伺服电机转动，并通过角度传感器44读取当前螺钉7的角度直到与螺钉7方位一致，伺服电机停止转动，第二伸缩气缸缩回，到达扭矩检测工位；伺服电机继续转动，带动转轴411转动来检测螺钉7扭矩，若角度传感器44的角度数值不变则满足扭矩要求，伺服电机停止转动，第二伸缩气缸伸出；若角度传感器44角度数值发生变化，则记录该位置为不合格位置，并在完成所有扭矩检测后进行不合格位置标注并提醒人工检查。
73.5、重复步骤4中扭矩检测过程，直到所有螺钉7均完成检测；
74.6、第一伸缩气缸与第二伸缩气缸均保持伸出状态，回到初始原点位置；
75.7、对未合格的螺钉7进行人工拆卸，重新装入螺钉7，并检查。
76.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。