激光跟踪仪在蒸发器孔系测量中的应用

2020-02-28都基柱李海波

经济技术协作信息 2020年30期

◎都基柱李海波

（作者单位：一重集团大连核电石化公司）

一、前言

核电作为成熟的新型清洁性能源，是资源优化配置和保护生态环境的重要手段。核科学技术是现代科学技术的重要组成部分，是国家科技实力的重要标志。核工业是国防建设的重要基石，是国家安全的保障。随着我国核工业的发展，核安全受到社会的广泛关注。核安全设备一旦发生泄漏，除了经济损失外还会对生态环境和公众安全造成严重影响。

蒸发器时核岛三大部件之一，是连接一二回路的桥梁，不仅提供热能的传输通道，更起到阻隔放射性污染的作用。蒸发器的热能传输部件为U 形管，U 形管的装配质量不仅决定设备的功率和效率，跟直接影响整套核设备的安全性。

激光跟踪仪是一种空间大尺寸三维坐标机密测量的设备，不仅可以对静止的空间坐标进行高精度测量，还可以对运动的目标进行跟踪测量，是大尺寸测量的重要手段。其实现据对激光测距和干涉测距技术的融合，保证了极佳的测量精度。

专项蒸发器U 形管的装配采用明穿的装配方式，U 形管表面需进行目视检查，保证U 形管表面无划痕。其装配通道由管板、3 块支承板和1 块流量分配板对应孔系组成，孔系的对中精度，直接影响U 型管的装配质量。

二、激光跟踪仪介绍

1.激光跟踪仪工作原理。

激光跟踪仪包括一个一个红色氦氖激光束，激光束被靶球（SMR）反射回来。激光跟踪仪通过测量俯仰角（EL）和水平方位角（AZ）以及一个半径距离来决定反射镜中心点的球坐标。角EL和AZ 用安装在激光跟踪仪仰角轴和方位角轴上的编码器测量。半径用一个叫做干涉计的装置测量。干涉计根据光的氦氖激光的稳定波长测量半径。

2.激光跟踪仪校准。

（1）前后视检查。前视后视检查在每次预热完成开始新的测量工作时都应该进行前视/后视检查。在工作区域内，用简易的前视/后视检查可以评估跟踪仪精度。前视/后视检查的两个结果应该都小于0.002，一般情况下应该小于0.001。

（2）ADM 校准。当ADM 测距值与IFM 测距值绝对值差大于（10 米以内15μ，10 米以外1.5ppm）时，需要进行ADM 校准。ADM 校准需要在多个点上进行测量，缺省情况下ADM 校准需要测量5 个，可自行根据校准距离长短决定测量的点数，软件会根据激光干涉测量系统和ADM 测量系统的读数，然后重新计算补偿参数。

3.激光跟踪仪软件介绍。

Spatial Analyzer 软件（简称SA）由美国New River Kinematics 公司生产，是一个功能强大、可朔源的多用途测量软件，其核心是一个功能强大的高级分析引擎，与高效率的数据库和数据存储方法结合在一起，允许用户迅速获取测量数据，检查数据有效性，并进行复杂分析。SA 的图形环境支持加载多种格式的CAD 模型（包括IGES、ASCII、VDA、DMIS、Geodetic Services Inc、VSTARS、DXF 文件等），并可以转化为ISO STEP 标准格式或其他工业标准格式。对CATIA、UG 和ProE 等还提供多种选配接口实现数据交换。

三、蒸发器的激光检测

1.检测时机。

支撑板和流量分配板利用工艺筒吊线粗装就位后，利用激光跟踪仪精调。

2.检测前的验证试验。（1）转站基准精度试验。激光跟踪仪对孔系检测需要进行转站，转站会造成测量精度的损失。U 形管与板孔间隙单边只有0.2mm，为保证检测不确定度满足检测精度要求，需对转站后的检测精度进行对比试验。试验流程如下：1）对激光跟踪仪进行前后视和ADM 精度校准；2）设立4 个转站基准点和2 个精度验证点，并按编号顺序采集数据；3）利用转站点对激光跟踪仪进行转站定位；4）测量2 个精度验证点的转站后坐标；5）对比分析转站前后的精度验证点坐标。

（2）板孔位置度检测精度试验。蒸发器支撑板和流量分配板装入工艺筒后，操作空间不允许激光跟踪仪对孔进行多点采集，板孔直径小于测量靶球，欲采用靶球直接单点采集的方式检测板孔位置，为保证板孔位置度检测的准确性和重复性，需对两种检测方式进行的检测精度进行对比试验，试验流程如下：1）对激光跟踪仪进行前后视和ADM 精度校准；2）利用1.5 英寸靶球的销测量座（补偿值1 英寸，柱销直径1/2 英寸）对板孔进行多点检测，并拟合计算板孔位置坐标；3）利用1.5 英寸靶球直接坐于板孔上，进行单点检测；4）用板表面作为检测基准，建立数据对比坐标系；5）对比分析两种采集方式所得孔中心坐标。

3.蒸发器孔系对中检测流程。

激光跟踪仪对蒸发器孔系进行检测，全部以二次侧管板平面为基准，具体检测流程如下：1）根据工艺要求选择测量孔和验证孔；2）安装激光跟踪仪，保证激光束可以穿过整个测量孔系；3）对激光跟踪仪进行前后视和ADM 精度校准；4）在管板二次侧表面径向周向均匀采集16 点，确定检测系统Z 轴方向；5）以管板二次侧孔位置为原点，检测支撑板和流量分配板对应孔的位置度偏差；6）根据位置度偏差调整支撑板和流量分配板位置，满足工艺要求；7）利用转站点转移设备，转站位置保证激光束可以穿过整个验证孔系；8）检测验证孔系位置度偏差（管板二次侧孔，支撑板孔，流量分配板孔）；9）如验证孔系位置度偏差满足工艺要求，则装配完成。如不满足要求则根据误差进行调整，再以测量孔验证，直至验证孔和检测孔位置度均满足工艺要求。

4.激光跟踪仪用于蒸发器检测的优点。

激光跟踪仪作为大尺寸检测的重要手段，首次应用于蒸发器孔系的对中测量，与传统检测方式相比较，具有以下优点：1）检测工件不需要调平，缩短工期；2）检测精度高，数据采集快捷，检测结果直观；3）利用二次侧作为检测基准，有效保证一次侧位置度，保证U 形管通过管板过程无损伤；4）无需配作工装靶标，节约生产成本；5）单点采集数据，与板孔内壁无接触，保证板孔内壁的质量。