激光跟蹤儀在蒸發(fā)器孔系測(cè)量中的應(yīng)用

◎都基柱 李海波

（作者單位：一重集團(tuán)大連核電石化公司）

一、前言

核電作為成熟的新型清潔性能源，是資源優(yōu)化配置和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要手段。核科學(xué)技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，是國家科技實(shí)力的重要標(biāo)志。核工業(yè)是國防建設(shè)的重要基石，是國家安全的保障。隨著我國核工業(yè)的發(fā)展，核安全受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。核安全設(shè)備一旦發(fā)生泄漏，除了經(jīng)濟(jì)損失外還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和公眾安全造成嚴(yán)重影響。

蒸發(fā)器時(shí)核島三大部件之一，是連接一二回路的橋梁，不僅提供熱能的傳輸通道，更起到阻隔放射性污染的作用。蒸發(fā)器的熱能傳輸部件為U 形管，U 形管的裝配質(zhì)量不僅決定設(shè)備的功率和效率，跟直接影響整套核設(shè)備的安全性。

激光跟蹤儀是一種空間大尺寸三維坐標(biāo)機(jī)密測(cè)量的設(shè)備，不僅可以對(duì)靜止的空間坐標(biāo)進(jìn)行高精度測(cè)量，還可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤測(cè)量，是大尺寸測(cè)量的重要手段。其實(shí)現(xiàn)據(jù)對(duì)激光測(cè)距和干涉測(cè)距技術(shù)的融合，保證了極佳的測(cè)量精度。

專項(xiàng)蒸發(fā)器U 形管的裝配采用明穿的裝配方式，U 形管表面需進(jìn)行目視檢查，保證U 形管表面無劃痕。其裝配通道由管板、3 塊支承板和1 塊流量分配板對(duì)應(yīng)孔系組成，孔系的對(duì)中精度，直接影響U 型管的裝配質(zhì)量。

二、激光跟蹤儀介紹

1.激光跟蹤儀工作原理。

激光跟蹤儀包括一個(gè)一個(gè)紅色氦氖激光束，激光束被靶球（SMR）反射回來。激光跟蹤儀通過測(cè)量俯仰角（EL）和水平方位角（AZ）以及一個(gè)半徑距離來決定反射鏡中心點(diǎn)的球坐標(biāo)。角EL和AZ 用安裝在激光跟蹤儀仰角軸和方位角軸上的編碼器測(cè)量。半徑用一個(gè)叫做干涉計(jì)的裝置測(cè)量。干涉計(jì)根據(jù)光的氦氖激光的穩(wěn)定波長測(cè)量半徑。

2.激光跟蹤儀校準(zhǔn)。

（1）前后視檢查。前視后視檢查在每次預(yù)熱完成開始新的測(cè)量工作時(shí)都應(yīng)該進(jìn)行前視/后視檢查。在工作區(qū)域內(nèi)，用簡(jiǎn)易的前視/后視檢查可以評(píng)估跟蹤儀精度。前視/后視檢查的兩個(gè)結(jié)果應(yīng)該都小于0.002，一般情況下應(yīng)該小于0.001。

（2）ADM 校準(zhǔn)。當(dāng)ADM 測(cè)距值與IFM 測(cè)距值絕對(duì)值差大于（10 米以內(nèi)15μ，10 米以外1.5ppm）時(shí)，需要進(jìn)行ADM 校準(zhǔn)。ADM 校準(zhǔn)需要在多個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量，缺省情況下ADM 校準(zhǔn)需要測(cè)量5 個(gè)，可自行根據(jù)校準(zhǔn)距離長短決定測(cè)量的點(diǎn)數(shù)，軟件會(huì)根據(jù)激光干涉測(cè)量系統(tǒng)和ADM 測(cè)量系統(tǒng)的讀數(shù)，然后重新計(jì)算補(bǔ)償參數(shù)。

3.激光跟蹤儀軟件介紹。

Spatial Analyzer 軟件（簡(jiǎn)稱SA）由美國New River Kinematics 公司生產(chǎn)，是一個(gè)功能強(qiáng)大、可朔源的多用途測(cè)量軟件，其核心是一個(gè)功能強(qiáng)大的高級(jí)分析引擎，與高效率的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法結(jié)合在一起，允許用戶迅速獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)有效性，并進(jìn)行復(fù)雜分析。SA 的圖形環(huán)境支持加載多種格式的CAD 模型（包括IGES、ASCII、VDA、DMIS、Geodetic Services Inc、VSTARS、DXF 文件等），并可以轉(zhuǎn)化為ISO STEP 標(biāo)準(zhǔn)格式或其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式。對(duì)CATIA、UG 和ProE 等還提供多種選配接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

三、蒸發(fā)器的激光檢測(cè)

1.檢測(cè)時(shí)機(jī)。

支撐板和流量分配板利用工藝筒吊線粗裝就位后，利用激光跟蹤儀精調(diào)。

2.檢測(cè)前的驗(yàn)證試驗(yàn)。（1）轉(zhuǎn)站基準(zhǔn)精度試驗(yàn)。激光跟蹤儀對(duì)孔系檢測(cè)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)站，轉(zhuǎn)站會(huì)造成測(cè)量精度的損失。U 形管與板孔間隙單邊只有0.2mm，為保證檢測(cè)不確定度滿足檢測(cè)精度要求，需對(duì)轉(zhuǎn)站后的檢測(cè)精度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)流程如下：1）對(duì)激光跟蹤儀進(jìn)行前后視和ADM 精度校準(zhǔn)；2）設(shè)立4 個(gè)轉(zhuǎn)站基準(zhǔn)點(diǎn)和2 個(gè)精度驗(yàn)證點(diǎn)，并按編號(hào)順序采集數(shù)據(jù)；3）利用轉(zhuǎn)站點(diǎn)對(duì)激光跟蹤儀進(jìn)行轉(zhuǎn)站定位；4）測(cè)量2 個(gè)精度驗(yàn)證點(diǎn)的轉(zhuǎn)站后坐標(biāo)；5）對(duì)比分析轉(zhuǎn)站前后的精度驗(yàn)證點(diǎn)坐標(biāo)。

（2）板孔位置度檢測(cè)精度試驗(yàn)。蒸發(fā)器支撐板和流量分配板裝入工藝筒后，操作空間不允許激光跟蹤儀對(duì)孔進(jìn)行多點(diǎn)采集，板孔直徑小于測(cè)量靶球，欲采用靶球直接單點(diǎn)采集的方式檢測(cè)板孔位置，為保證板孔位置度檢測(cè)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，需對(duì)兩種檢測(cè)方式進(jìn)行的檢測(cè)精度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如下：1）對(duì)激光跟蹤儀進(jìn)行前后視和ADM 精度校準(zhǔn)；2）利用1.5 英寸靶球的銷測(cè)量座（補(bǔ)償值1 英寸，柱銷直徑1/2 英寸）對(duì)板孔進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，并擬合計(jì)算板孔位置坐標(biāo)；3）利用1.5 英寸靶球直接坐于板孔上，進(jìn)行單點(diǎn)檢測(cè)；4）用板表面作為檢測(cè)基準(zhǔn)，建立數(shù)據(jù)對(duì)比坐標(biāo)系；5）對(duì)比分析兩種采集方式所得孔中心坐標(biāo)。

3.蒸發(fā)器孔系對(duì)中檢測(cè)流程。

激光跟蹤儀對(duì)蒸發(fā)器孔系進(jìn)行檢測(cè)，全部以二次側(cè)管板平面為基準(zhǔn)，具體檢測(cè)流程如下：1）根據(jù)工藝要求選擇測(cè)量孔和驗(yàn)證孔；2）安裝激光跟蹤儀，保證激光束可以穿過整個(gè)測(cè)量孔系；3）對(duì)激光跟蹤儀進(jìn)行前后視和ADM 精度校準(zhǔn)；4）在管板二次側(cè)表面徑向周向均勻采集16 點(diǎn)，確定檢測(cè)系統(tǒng)Z 軸方向；5）以管板二次側(cè)孔位置為原點(diǎn)，檢測(cè)支撐板和流量分配板對(duì)應(yīng)孔的位置度偏差；6）根據(jù)位置度偏差調(diào)整支撐板和流量分配板位置，滿足工藝要求；7）利用轉(zhuǎn)站點(diǎn)轉(zhuǎn)移設(shè)備，轉(zhuǎn)站位置保證激光束可以穿過整個(gè)驗(yàn)證孔系；8）檢測(cè)驗(yàn)證孔系位置度偏差（管板二次側(cè)孔，支撐板孔，流量分配板孔）；9）如驗(yàn)證孔系位置度偏差滿足工藝要求，則裝配完成。如不滿足要求則根據(jù)誤差進(jìn)行調(diào)整，再以測(cè)量孔驗(yàn)證，直至驗(yàn)證孔和檢測(cè)孔位置度均滿足工藝要求。

4.激光跟蹤儀用于蒸發(fā)器檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。

激光跟蹤儀作為大尺寸檢測(cè)的重要手段，首次應(yīng)用于蒸發(fā)器孔系的對(duì)中測(cè)量，與傳統(tǒng)檢測(cè)方式相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）檢測(cè)工件不需要調(diào)平，縮短工期；2）檢測(cè)精度高，數(shù)據(jù)采集快捷，檢測(cè)結(jié)果直觀；3）利用二次側(cè)作為檢測(cè)基準(zhǔn)，有效保證一次側(cè)位置度，保證U 形管通過管板過程無損傷；4）無需配作工裝靶標(biāo)，節(jié)約生產(chǎn)成本；5）單點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，與板孔內(nèi)壁無接觸，保證板孔內(nèi)壁的質(zhì)量。

四、結(jié)束語

激光跟蹤儀應(yīng)用于蒸發(fā)器的檢測(cè)，填補(bǔ)了我公司孔系對(duì)中測(cè)量中激光檢測(cè)技術(shù)的空白。為我公司后續(xù)相似產(chǎn)品的工藝制定提供了技術(shù)支持，大大提高了孔系對(duì)中裝配的質(zhì)量和效率。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于內(nèi)構(gòu)件和快堆項(xiàng)目的相關(guān)測(cè)量，為我公司新產(chǎn)品的制造提供了技術(shù)保障。