CC BY
24
УДК 539.1
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ РАЗБРАКОВКИ ТАБЛЕТОК КЕРАМИЧЕСКОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
Дмитрий Геннадьевич Сырецкий
Публичное акционерное общество «Новосибирский завод химконцентратов», 630110, Россия, г. Новосибирск, ул. Б. Хмельницкого, 94, ведущий инженер, тел. (913)715-18-20, e-mail: dima_nstu@mail.ru
Геннадий Александрович Сырецкий
Новосибирский государственный технический университет, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, кандидат технических наук, доцент кафедры проектирования технологических машин; Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры на-носистем и оптотехники, тел. (913)896-35-87, e-mail: sga-2002@mail.ru
Петр Сергеевич Завьялов
Конструкторско-технологический институт научного приборостроения, 633009, Россия, г. Новосибирск, ул. Русская, 41, кандидат технических наук, зав. лабораторией, тел. (383)306-62-24, e-mail: zavyalov@tdisie.nsc.ru
Леонид Валентинович Финогенов
Конструкторско-технологический институт научного приборостроения, 633009, Россия, г. Новосибирск, ул. Русская, 41, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)306-62-24, e-mail: finog@tdisie.nsc.ru
Евгений Владимирович Власов
Конструкторско-технологический институт научного приборостроения, 633009, Россия, г. Новосибирск, ул. Русская, 41, младший научный сотрудник, тел. (383)306-62-24, e-mail: vlasov@tdisie.nsc.ru
Алексей Вадимович Белобородов
Конструкторско-технологический институт научного приборостроения, 633009, Россия, г. Новосибирск, ул. Русская, 41, кандидат технических наук, зав. лабораторией, тел. (383)306-59-40
Ян Викторович Килин
Акционерное общество «НЗХК-Инжиниринг», 630027, Россия, г. Новосибирск, ул. Б. Хмельницкого, 104, инженер, тел. (383)363-68-68 доб. 11-53, e-mail: k12989@mail.ru
Приведено описание и изложены принципы работы высокопроизводительного автоматизированного комплекса разбраковки керамических таблеток по поверхностным дефектам. Приведены результаты экспериментальных исследований.
Ключевые слова: автоматизированный комплекс, таблетка керамического ядерного топлива, оптико-электронная разбраковка таблеток.
AUTOMATED COMPLEX OPTICAL-ELECTRONIC SORTING OF TABLETS CERAMIC NUCLEAR FUEL
Dmitriy G. Syretskiy
Novosibirsk Chemical Concentrates Plant (PJSC «NCCP»), 630110, Russia, Novosibirsk, 94 B. Khmelnitsky St., Engineer, tel. (913)715-18-20, e-mail: dima_nstu@mail.ru
Gennady A. Syretskiy
Novosibirsk State Technical University, 630073, Russia, Novosibirsk, 20, Prospekt K. Marksa, candidate of technical Sciences, associate Professor of engineering machinery industry; Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo Str., candidate of technical Sciences, Associate Professor, Department of Metrology and Optical instrumentation technology, tel. (913)896-35-87, e-mail: sga-2002@mail.ru
Petr S. Zavyalov
Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 633009, Russia, Novosibirsk, Russkaya street, 41, Ph. D., Laboratory head, tel. (383)306-62-24, e-mail: zavyalov@tdisie.nsc.ru
Leonid V. Finogenov
Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences,633009, Russia, Novosibirsk, Russkaya street, 41, Ph. D., Senior scientist, tel. (383)306-62-24, e-mail: finog@tdisie.nsc.ru
Evgeny V. Vlasov
Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 633009, Russia, Novosibirsk, Russkaya street, 41, Junior scientist, tel. (383)306-62-24, e-mail: vlasov@tdisie.nsc.ru
Alexey V. Beloborodov
Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 633009, Russia, Novosibirsk, Russkaya street, 41, lead coder, tel. (383)306-59-40
Yan V. Kilin
Stock company «NCCP-Engineering», 630027, Russia, Novosibirsk, 104 B. Khmelnitsky St., Engineer, tel. (383)363-68-68 add: 11-53, e-mail: k12989@mail.ru
The description and principles of operation of high-performance automated grading of ceramic tablets of the surface defects. The results of experimental research.
Key words: automated complex, tablet ceramic nuclear fuel, opto-electronic grading pills.
В условиях дефицита природных энергоресурсов важное значение придается развитию ядерной энергетики. В ядерных реакторах используется ядерное топливо в виде таблеток, располагаемых в герметично закрытых тепловыделяющих элементах. По многим соображениям, в том числе и безопасности, производство и использование ядерного топлива требует соблюдения множества специальных мер как технического, так и организационного характера, а также привлечения квалифицированного персонала. Снижение уровня опасности и специальных требований может быть достигнуто за счет автоматизации технологических процессов, в их числе, и процессов контроля дефектов боковой и торцевой поверхностей таблеток керамического ядерного топлива и разбраковки их по внешнему виду (рис. 1).
Статья посвящена рассмотрению автоматизированного комплекса, ориентированного на оптико-электронную разбраковку таблеток керамического ядерного топлива (рис. 2).
Рис. 1. Примеры дефектов таблеток: а — по атласу допустимых отклонений; б — реальных
Целями создания данного комплекса послужила необходимость:
• снизить влияние субъективного фактора (уменьшить вероятность попадания бракованных таблеток в годные);
• отказаться на опасном для здоровья производстве от утомительного труда контролеров визуального осмотра;
• повысить производительность труда;
• уменьшить себестоимость;
• беспроблемного перехода на разбраковку таблеток более обогащенного топлива.
С учетом поставленных целей были сформулированы требования к комплексу и необходимые для их воплощения задачи, наиважнейшие из которых обсуждаются в докладе.
В настоящее время комплекс находится в стадии опытной эксплуатации в Публичном акционерном обществе «Новосибирский завод химконцентратов» (ПАО «НЗХК»).
Загрузка в тарное место
Рис. 2. Структурная схема автоматизированного комплекса
На рис. 3 приведены оптические схемы формирования изображений, реализованные в оптико-электронной системе комплекса. Для уменьшения габаритов системы в направлении движения топливных таблеток в спецобъективе 1, формирующем изображения боковой поверхности таблетки, использованы линзы с обрезанными краями.
Рис. 3. Оптические схемы формирования изображений: а - торца; б — боковой поверхности
Позиции комплекса, на которых выполняется контроль внешнего вида таблеток по торцевой и боковой поверхностям, показаны на рис. 4.
Рис. 4. Позиция контроля внешнего вида таблеток: а - торцевая; б - боковая
Настройка параметров контроля поверхностей осуществляется посредством программного обеспечения, установленного на персональном компьютере комплекса. Пример вкладки настройки параметров боковой поверхности приведен на рис. 5. Комплект настроечных образцов (НО), ориентированный на обеспечение контроля боковой поверхности, приведён на рис. 6.
Результаты экспериментальных исследований оптико-электронной системы комплекса свидетельствуют о следующем.
1. Измерительный канал системы контроля внешнего вида боковой поверхности таблеток ядерного керамического топлива позволяет контролировать топливные таблетки диаметром (7, 54 - 7,80) мм и высотой (9 - 12) мм.
Рис. 5. Вкладка «Изображение и параметры обработки боковой поверхности»
00 Н Е1 Н
1 2 3 4 5
1 - НО с недопустимым отклонением (трещина): длина 3,67 мм, ширина 0,40 мм
2 - НО с допустимым отклонением (скол): площадь 7,02 мм2;
3 - НО с допустимым отклонением (трещина): длина 3,64 мм, ширина 0,24 мм;
4 - НО с недопустимым отклонением (трещина): длина 5,51 мм, ширина 0,19 мм
5 - НО с недопустимым отклонением (скол): площадь 10,99 мм2.
Рис. 6. Комплект настроечных образцов таблеток
2. Вероятность выявления недопустимых отклонений искусственных де-
2
фектов типа «скол» Б = 10,99 мм , «трещина» Ь = 3,67 мм, М = 0,40 мм, «трещина» Ь = 5,51 мм, М = 0,19 мм составляет соответственно 1.0, 1.0 и 1.0.
2
Для дефекта типа «скол» Б = 7,02 мм вероятность отнесения к допустимому отклонению составила 1,0. Для дефекта типа «трещина» Ь = 3,64 мм, М = 0,24 мм вероятность отнесения к допустимому отклонению составила 0.35. Это вызвано тем, что ширина трещины М = 0,24 мм (паспортное значение) близка к границе максимально допустимого значения отклонения 0,3 мм.
3. Погрешность измерения:
2 2
- площади дефекта типа «скол» S = 7,02 мм составила 0,33 мм ;
22
- площади дефекта типа «скол» S = 10,99 мм составила 1,04 мм ;
- длины дефекта типа «трещина» L = 3,64 мм составила 0,40 мм, ширины М=0,24 мм составила 0,11 мм;
- длины дефекта типа «трещина» L = 3,67 мм составила 0,37 мм, ширины М=0,40 мм составила 0,14 мм;
- длины дефекта типа «трещина» L = 5,51 мм составила 0,46 мм, ширины M=0,19 мм составила 0,05 мм.
В заключение следует отметить, что посредством разработанного комплекса на этапе опытной эксплуатации
• удалось исключить субъективность оценки дефектов таблеток;
• уменьшить уровень опасности труда;
• обеспечить вероятность обнаружения дефектных таблеток не менее
95%;
• повысить скорость контроля до 10 таблеток/с и производительность труда на 10%;
• увеличить выход в годное на 1,5%;
• снизить себестоимость ~ 2-3%.
© Д. Г. Сырецкий, Г. А. Сырецкий, П. С. Завьялов, Л. В. Финогенов, Е. В. Власов, А. В. Белобородое, Я. В. Килин, 2016
