激光跟蹤儀在蒸發器孔系測量中的應用

◎都基柱 李海波

（作者單位：一重集團大連核電石化公司）

一、前言

核電作為成熟的新型清潔性能源，是資源優化配置和保護生態環境的重要手段。核科學技術是現代科學技術的重要組成部分，是國家科技實力的重要標志。核工業是國防建設的重要基石，是國家安全的保障。隨著我國核工業的發展，核安全受到社會的廣泛關注。核安全設備一旦發生泄漏，除了經濟損失外還會對生態環境和公眾安全造成嚴重影響。

蒸發器時核島三大部件之一，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。蒸發器的熱能傳輸部件為U 形管，U 形管的裝配質量不僅決定設備的功率和效率，跟直接影響整套核設備的安全性。

激光跟蹤儀是一種空間大尺寸三維坐標機密測量的設備，不僅可以對靜止的空間坐標進行高精度測量，還可以對運動的目標進行跟蹤測量，是大尺寸測量的重要手段。其實現據對激光測距和干涉測距技術的融合，保證了極佳的測量精度。

專項蒸發器U 形管的裝配采用明穿的裝配方式，U 形管表面需進行目視檢查，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 塊流量分配板對應孔系組成，孔系的對中精度，直接影響U 型管的裝配質量。

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一個紅色氦氖激光束，激光束被靶球（SMR）反射回來。激光跟蹤儀通過測量俯仰角（EL）和水平方位角（AZ）以及一個半徑距離來決定反射鏡中心點的球坐標。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量。半徑用一個叫做干涉計的裝置測量。干涉計根據光的氦氖激光的穩定波長測量半徑。

2.激光跟蹤儀校準。

（1）前后視檢查。前視后視檢查在每次預熱完成開始新的測量工作時都應該進行前視/后視檢查。在工作區域內，用簡易的前視/后視檢查可以評估跟蹤儀精度。前視/后視檢查的兩個結果應該都小于0.002，一般情況下應該小于0.001。

（2）ADM 校準。當ADM 測距值與IFM 測距值絕對值差大于（10 米以內15μ，10 米以外1.5ppm）時，需要進行ADM 校準。ADM 校準需要在多個點上進行測量，缺省情況下ADM 校準需要測量5 個，可自行根據校準距離長短決定測量的點數，軟件會根據激光干涉測量系統和ADM 測量系統的讀數，然后重新計算補償參數。

3.激光跟蹤儀軟件介紹。

Spatial Analyzer 軟件（簡稱SA）由美國New River Kinematics 公司生產，是一個功能強大、可朔源的多用途測量軟件，其核心是一個功能強大的高級分析引擎，與高效率的數據庫和數據存儲方法結合在一起，允許用戶迅速獲取測量數據，檢查數據有效性，并進行復雜分析。SA 的圖形環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），并可以轉化為ISO STEP 標準格式或其他工業標準格式。對CATIA、UG 和ProE 等還提供多種選配接口實現數據交換。

三、蒸發器的激光檢測

1.檢測時機。

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。

2.檢測前的驗證試驗。（1）轉站基準精度試驗。激光跟蹤儀對孔系檢測需要進行轉站，轉站會造成測量精度的損失。U 形管與板孔間隙單邊只有0.2mm，為保證檢測不確定度滿足檢測精度要求，需對轉站后的檢測精度進行對比試驗。試驗流程如下：1）對激光跟蹤儀進行前后視和ADM 精度校準；2）設立4 個轉站基準點和2 個精度驗證點，并按編號順序采集數據；3）利用轉站點對激光跟蹤儀進行轉站定位；4）測量2 個精度驗證點的轉站后坐標；5）對比分析轉站前后的精度驗證點坐標。

（2）板孔位置度檢測精度試驗。蒸發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孔進行多點采集，板孔直徑小于測量靶球，欲采用靶球直接單點采集的方式檢測板孔位置，為保證板孔位置度檢測的準確性和重復性，需對兩種檢測方式進行的檢測精度進行對比試驗，試驗流程如下：1）對激光跟蹤儀進行前后視和ADM 精度校準；2）利用1.5 英寸靶球的銷測量座（補償值1 英寸，柱銷直徑1/2 英寸）對板孔進行多點檢測，并擬合計算板孔位置坐標；3）利用1.5 英寸靶球直接坐于板孔上，進行單點檢測；4）用板表面作為檢測基準，建立數據對比坐標系；5）對比分析兩種采集方式所得孔中心坐標。

3.蒸發器孔系對中檢測流程。

激光跟蹤儀對蒸發器孔系進行檢測，全部以二次側管板平面為基準，具體檢測流程如下：1）根據工藝要求選擇測量孔和驗證孔；2）安裝激光跟蹤儀，保證激光束可以穿過整個測量孔系；3）對激光跟蹤儀進行前后視和ADM 精度校準；4）在管板二次側表面徑向周向均勻采集16 點，確定檢測系統Z 軸方向；5）以管板二次側孔位置為原點，檢測支撐板和流量分配板對應孔的位置度偏差；6）根據位置度偏差調整支撐板和流量分配板位置，滿足工藝要求；7）利用轉站點轉移設備，轉站位置保證激光束可以穿過整個驗證孔系；8）檢測驗證孔系位置度偏差（管板二次側孔，支撐板孔，流量分配板孔）；9）如驗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誤差進行調整，再以測量孔驗證，直至驗證孔和檢測孔位置度均滿足工藝要求。

4.激光跟蹤儀用于蒸發器檢測的優點。

激光跟蹤儀作為大尺寸檢測的重要手段，首次應用于蒸發器孔系的對中測量，與傳統檢測方式相比較，具有以下優點：1）檢測工件不需要調平，縮短工期；2）檢測精度高，數據采集快捷，檢測結果直觀；3）利用二次側作為檢測基準，有效保證一次側位置度，保證U 形管通過管板過程無損傷；4）無需配作工裝靶標，節約生產成本；5）單點采集數據，與板孔內壁無接觸，保證板孔內壁的質量。

四、結束語

激光跟蹤儀應用于蒸發器的檢測，填補了我公司孔系對中測量中激光檢測技術的空白。為我公司后續相似產品的工藝制定提供了技術支持，大大提高了孔系對中裝配的質量和效率。該技術可廣泛應用于內構件和快堆項目的相關測量，為我公司新產品的制造提供了技術保障。