中核建中自动化检测系统研发应用纪实

    　2015年年底，一条喜讯从中核建中核燃料元件有限公司零部件加工中心传出：公司自主研发的国内首创AFA3G定位格架外观自动检测仪初战告捷。投运9个多月来，该仪器在线自动检测了4000多只定位格架，对焊点尺寸测量不确定度符合评价标准，符合技术条件的要求（漏检率为0、误检率≤15%）。它提高了测量效率，缓解了人工检测效率不高的问题，最大限度地避免漏检、误检的发生，对保证产品质量发挥了重要作用。
　　近年来，中核建中在生产线制造自动化技术突飞猛进的同时，认识到研究开发自动化检测系统，会更大地提升公司在核燃料元件工艺控制和产品检验的效率，有效减少人工检验不可避免的主观因素影响。为此，公司在自动检测和在线实时检测方面狠下工夫，取得了显著成效：提高了燃料元件X射线检测灵敏度，提高了超声检测设备稳定性和可靠性，新建了管材涡流复验检测方法，新增了定位格架G因子检测方法，推进了燃料棒长度、端塞尺寸等自动化检测，建立了外观对比试样体系等，检测结果的准确性、一致性和可靠性方面取得了长足进步。
　　新系统填补国内空白
　　“一个灵活的机械臂上下运动，自动翻转定位格架，进行自动化检测……”中核建中质量管理部的谢凌云到现在还记得2009年在法国罗曼厂参观时，第一次看到法国研发的定位格架外观自动检测机械臂工作的场景：“虽然只是隔着很远地看了一眼，但还是憧憬着公司什么时候能拥有这么现代化的自动化检测系统。”
　　于是，追赶法国技术成了中核建中的目标。为减少高昂的购买成本和使用成本，公司决定进行自主研发。“有志者事竟成”，经过技术人员和工艺人员3年多的共同努力，再加上与外方合作，这一梦想最终成为了现实。中核建中成功研发了具有独立自主产权的AFA3G定位格架外观自动检测仪，从而填补了国内空白。
　　走进公司零部件加工车间仪检中心，自动检测仪正在忙碌着。自去年3月投产以来，它已经吸引了不少参观者。工作人员只需要把AFA3G定位格架放入其中，仪器就会自动实现典型的图像截取、处理和存储功能，还可以按颜色建立不同类型缺陷特征图像库。特别是产品缺陷的数字化描述，方便操作人员识别，实现每只格架1056个刚凸、528个弹簧和408个搅混翼的自动识别。
　　“和国外技术相比，我们的自动检测仪能一次自动测量9处焊点，国外的仅测量1处；能实现格架焊点尺寸测量自动检测，检测精度达到0.02毫米，能实现刚凸、弹簧、条带上飞溅的自动检测，对焊点形态缺陷（含虚焊、漏焊、焊偏等）自动检测，对刚凸的变形进行自动检测，而对于这些国外的均不能进行自动检测。”自动检测仪研制的技术负责人王丹介绍说，“下一步，我们只要再稍稍改动一些细节的数据，其检测效果还将得到进一步提升。”
　　“公司还研发了AFA3G格架条带弹簧高度自动测量系统。”三车间主任于小焱介绍说：“2014年4月至今，该测量系统已经使用于AFA3G燃料组件定位格架16种条带弹簧度的测量，表现出良好的可靠性和准确性。”
　　对此，中核建中主抓质量工作的副总经理任宇洪说：“公司的各类产品外观自动检测系统都是一点点建起来的。刚开始都是摸索着干，没有经验，技术人员也在现场跟着车间的工艺人员一起干，边生产边做实验。原来我们只有一两种产品实现了在线自动检测，现在公司多个领域都实现了这一目标！”
　　产学研合作实现自动化
　　芯块是燃料组件的核心部件，芯块质量的好坏对反应堆的稳定运行至关重要。因此，中核建中通过加强芯块生产的过程质量控制，来确保芯块的产品质量。“芯块过程控制和最终产品测量系统的自动化研发始终是与芯块生产同步进行的。”公司二车间党支部书记陈晓香如是说。
　　中核建中多年前自行研制的UO2芯块直径在线测量系统，其技术达到了国际同类先进水平，确保了产品芯块的质量，提高了芯块生产效率。系统的自动分选机构动作准确、反应迅速，可满足快速生产的要求。
　　而随着产能的大幅提升，产品芯块的性能也越来越受到用户的重视。比如成品芯块几何密度、尺寸等物理性能的测量，实现这套系统的自动化至关重要。中核建中2010年与重庆大学共同研制了“UO2芯块几何密度高精度自动测量系统”，实现了芯块几何密度的高精度自动测量；2014年与重庆大学再度合作，共同研制了两组激光探头均固定的测量方法，大大提高了检验效率和检验精度。
　　如今，新400吨生产线芯块外检岗位已经实现了几何尺寸数据的自动采集，员工们也摆脱了原来的人工手动输入方式。经实际操作测试，同样是80块芯块的几何尺寸测量操作，改造后的数据采集时间缩短了3个小时左右，并且从两人协同操作优化为只需一人独立完成。通过改造软件节约了人力，减少了操作时间和人为输入误差，检测效率大大提升。
　　持续改进确保“零破损”
　　燃料棒上的焊缝质量高低直接影响燃料组件在反应堆内表现，所谓“零破损”就是指燃料棒，所以其焊缝质量显得尤为重要。为此，中核建中做了大量研究工作，经过不懈努力，公司核品生产实现了激光径仪自动对焊缝高度的检测。这项激光扫描技术具有测量范围大、精度高、使用寿命长、性能稳定等特点。尽管目前其使用仅限于焊接岗位的过程监控，但是进一步提升了公司的检测水平和质量。
　　而对于早在30多年前就已开始应用的燃料棒内部UO2芯块排列状况、零部件尺寸和UO2芯块富集度的一致性无损检测技术，中核建中也在持续不断地进行改进以满足公司现代化生产系统的要求。最近两年，公司就立足于Windows平台检测系统，对相关扫描检测软件进行升级。2015年5月，利用节假日和中途生产任务较少的时间进行了设备的安装调试；2015年6月完成了3批燃料棒的鉴定工作。结果表明，此举大大提高了燃料棒内零部件尺寸的检测精度，也提高了燃料棒内零部件的判定可靠性。值得一提的是，通过采用嵌入式工业控制器与检测软件集成控制，燃料棒的检测效率比过去提高了35%以上。
　　功崇惟志，业广惟勤。中核建中紧跟时代步伐，陆续实现了定位格架外观自动检测、芯块烧结块密度的自动控制、成品芯块检验的自动化、燃料棒焊缝直径检测、燃料棒无损检测自动检测的自动化等，为公司打造“核电粮仓”并向“元件硅谷”稳步迈进奠定了基础。据了解，中核建中今后5年将按照质量领先战略要求，结合先进检测技术的成熟应用，通过技术创新，进一步提高产品自动检测的能力和水平，使公司产品自动检测占比达到50%左右，以牢牢确保“零破损”质量目标的实现。