JP2916509B2 - 被測定体の外径測定方法および装置 - Google Patents

被測定体の外径測定方法および装置

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/10Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
    • G01B11/105Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving using photoelectric detection means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、測定精度を向上させることができる被測
定体の外径測定方法及び装置に関する。
「従来の技術」 例えば、軽水冷却型原子炉用の核燃料ペレットは低濃
縮度の二酸化ウラン粉末を金型内で圧縮成形して円柱形
のグリーンペレット(圧粉体ともいう)となし、このグ
リーンペレットを高温で焼結して緻密な焼結ペレットを
作り、更にこの焼結ペレットの外径を研磨して寸法精度
を高め、核燃料ペレットとして燃料被覆管内に充填して
使用される。この核燃料ペレットは外径が8〜13mm、長
さが5mmから15mmの円柱体である。
これらから核燃料ペレットの外径が規格よりも大きい
場合は、核燃料ペレットを被覆管に挿入することが困難
になる等の不都合が生ずる。さらに、核燃料ペレットの
外径が大小様々にばらついていた場合は、外径の大きい
核燃料ペレットとそうでない核燃料ペレットとでその出
力分布に差異が生じ、原子炉性能に悪影響を及ぼした
り、あるいは原子炉出力がその最高レベルに達しなかっ
たりする。
このため、核燃料ペレットの使用に先立ち、核燃料ペ
レットの外径の品質保証を行っているが、核燃料ペレッ
トは通常外径を整えるために研磨されて外周面に僅かな
凹凸を有しており、同一ペレット内でも測定部位によっ
て外径測定値が異なってくる。
従来、核燃料ペレットの外径を計測する手段として
は、第3図に示すように、クロックパルス5に同期した
モータドライバ6を介して回転するモータ7により高速
回転している8面ポリゴンミラー8に、発光部1のレー
ザ電源2のONによりHe−Neレーザ管あるいは半導体レー
ザ発振器3から発振されたレーザビーム4を入射させ、
その反射ビームを回転する8面ポリゴンミラー8上に焦
点を有するコリメータレンズ9によりレンズの光軸と平
行なレーザービーム1aとするとともに、前記ポリゴンミ
ラー8の回転により同一平面内において平行移動させ、
この移動するレーザービーム1aを受光部11の集光レンズ
12により受光素子13に集め、この受光素子13において前
記レーザービーム1aの時間的変化を電気信号に変換して
出力し、この電気信号をアンプ14により増幅して出力電
力Eを得る構造となっている。
そして、レーザービーム1aが被測定体(この実施例で
は核燃料ペレット)10を高速走査すると、レーザービー
ム1aが被測定体10によって遮られている間(時間t)
は、受光素子13へのレーザービーム1aの入射がなく、出
力電圧Eが生じないから、受光部11からの出力電圧E
は、第3図に示すように、高さEのパルス形状となされ
る。
したがって、前記時間tが被測定体10の外径に対応す
ることとなる。
そして、この時間tと実直径との相関関係を、レーザ
ービーム1aの走査速度等をパラメーターとして設定して
おくことにより、時間tの測定結果から被測定体10の外
径が測定される。
なお、被測定体即ち核燃料ペレット10は、第4図ない
し第6図に示すように、核燃料ペレット10の外径測定部
において発光部1より発光されたレーザビーム1aを横切
る一対の被測定体支持ベルトコンベア15のVベルト15a
に挟まれた状態でレーザービーム1a内を進行し、レーザ
ビーム1aは進行する核燃料ペレット10を高速で繰り返し
走査(280回/秒)し、その平均値を測定値として演算
処理することにより、測定精度を上げている。
従って、核燃料ペレット10の進行速度を遅くし、測定
インターバルを長くすることにより、測定精度が向上す
るようになっている。
なお、Vベルト15aは核燃料ペレット10の直径より若
干小のベルト幅をもつウレタン製のもので、支持部材1
6,16により回転自在に支持されかつ互いに近接する方向
にばね17により付勢され駆動装置(図示せず)により後
記する搬送ベルトコンベア19,20と同期して駆動される
二対の補助ローラ18,18及びテンションローラ18a,18aを
介して核燃料ペレット10に適度の力で押し付けられるよ
うになっている。
搬送ベルトコンベア19は一定間隔を隔てて配置された
ローラ19a,19aにウレタン製の帯状無端ベルト19bを巻回
してなるものである。この搬送ベルトコンベア19はロー
ラ19aが駆動装置(図示せず)により回転駆動させられ
ることにより無端ベルト19bの上部が第5図に示す矢印
A方向に移動するようになされている。搬送ベルトコン
ベア19の両側部には無端ベルト19b上のペレットを落下
させないためのガイド19cが設けられている。
搬送ベルトコンベア20は搬送ベルトコンベア19と同一
構成のもので、20aはローラ、20bは無端ベルト、20cは
ガイドである。
また、搬送ベルトコンベア20の一方側に設けられたシ
リンダ機構21を前記受光部13に接続された制御機構(図
示せず)を介して作動させ、外径が所定寸法外の不良核
燃料ペレット10を搬送ベルトコンベア20の側方へ排出さ
せるようになっている。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、一般に核燃料ペレットの外径管理は、核燃
料被覆管とのギャップコントロールという観点から、第
7図に10cで示すように、燃料ペレットの凹凸部の凸部
における外径管理とされている。
しかしながら、前述の被測定体の外径測定方法におい
ては、レーザービーム1aが遮断されている被測定体10の
外周面の起伏(凹凸)が、ほぼそのまま測定されること
となり、この起伏の幅が、外径測定の誤差に大きく影響
する。
したがって、測定精度を上げるためには、被測定体の
走査回数を多くしなければならないという問題があっ
た。
また、測定精度を上げるためには被測定体の進行速度
を遅くし、測定インターバルを長くしなければならない
という問題があった。
本発明は、従来の被測定体の外径測定方法および装置
がもつ以上のような問題点を解決した被測定体の外径測
定方法および装置を提供することを目的とする。
「課題を解決するための手段」 本発明は、前記目的を達成させるために次のような構
成としている。即ち第1の発明における被測定体の外径
測定方法は、外周面が略筒形状を成す被測定体を、この
被測定体の軸線方向と進行方向とを一致させて直線状に
走行させ、前記被測定体の外周面に形成されている山部
の稜線または谷部の谷線に対して斜め方向から平行光線
を照射して、受光した信号に基づき前記被測定体の外径
平均値を演算して該被測定体の外径を測定することを特
徴とする。
また、第2の発明における被測定体の外径測定装置
は、外周面が略筒形状を成す被測定体をその軸線方向に
搬送する搬送手段と、発光部より発光した平行光線を前
記被測定体に照射して受光部で受光することで前記被測
定体の外径を測定する光学式測定器とを備え、前記被測
定体の外周面に形成される山部の稜線または谷部の谷線
に対して斜め方向から前記平行光線を照射するようにし
たことを特徴とする。
「作用」 前記構成によれば、発光部より発光した光線を平行光
線とした後集光して受光部により受光し、前記平行光線
内に該平行光線方向と傾斜する方向に直線状に被測定体
を走行させ、被測定体の外周面に形成されている山部の
稜線または谷部の谷線に対して斜め方向から平行光線を
照射すると、被測定体の外周面の起伏の山部の稜線と中
腹の部分とを走査して遮断することになるために起伏幅
が従来の山部と谷部を走査して得た起伏幅よりも小さく
なり、こうして得られた受光部の信号より被測定体が光
線により走査されている時間を検出し、該時間より前記
被測定体の外径を演算して測定する。
「実施例」 以下、本発明の一実施例を第1図及び第2図に基づい
て説明する。なお、本実施例において従来例と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略する。
本発明の方法においては、第1図に示すように発光部
1と受光部11間のレーザビーム(平行光線)1aの光線方
向に対し傾斜した方向に向けられて搬送ベルトコンベア
19,20が、これら搬送ベルトコンベア19と搬送ベルトコ
ンベア20との間に所定の間隔があけられた状態でかつ同
一軸線上に位置させられて設けられている。これ以外に
ついては従来例と同様に構成された装置を使用する。
次に本発明の方法について説明する。
まず、光学測定器の発光部1より発光させコリメータ
レンズ9,集光レンズ12を介して受光素子13に受光させ
る。この状態で搬送ベルトコンベア19,20,被測定体支持
ベルトコンベア15,15を作動させ、搬送ベルトコンベア1
9上に被測定体(核燃料ペレット)10を供給する。
すると、この核燃料ペレット10は搬送ベルトコンベア
20方向へ進行し、Vベルト15a,15aにより挾持されつつ
発光部1より発光され平行光線とされ受光部11に受光さ
れている前記平行光線状態のレーザビーム1aの光線方向
に対し傾斜してこのレーザビーム1aを遮る。
すると、発光部1と受光部11とからなる光学測定器
は、核燃料ペレット10によって遮られたレーザ光の陰影
を検知し、これに基づいて核燃料ペレット10の外径を測
定し、核燃料ペレット10の通過に従って連続的に核燃料
ペレット10の外径を測定し、測定回数により平均化処理
して核燃料ペレット10の外径を測定する。測定の終わっ
た核燃料ペレット10は搬送ベルトコンベア20により所定
箇所へ搬出される。なお、核燃料ペレット10の外径不良
品は従来例同様搬送ベルトコンベア20の側方へシリンダ
機構21により除外される。
ここで、前記光学測定器は、従来例のように、レーザ
ビーム1aを核燃料ペレット10がレーザビーム1aの光線方
向に対し直交方向に遮断すると、第7図に示すように核
燃料ペレット10の外形の起伏幅(山と谷との幅)10aを
測定するが、本実施例においては、レーザビーム1aを核
燃料ペレット10がレーザビーム1aの光線方向に対し傾斜
する方向に遮断する。このため、光学測定器は第2図に
示すように核燃料ペレット10の外形の起伏幅(凹凸幅)
10bを測定する。この起伏幅(凹凸幅)10bは、レーザビ
ーム1aが核燃料ペレット10の実際の外形の谷部を走査せ
ず、核燃料ペレット10の外形の山部の隣接する中腹部の
交差点を走査するため、前記起伏部10aより著しく小と
なる。このため、従来例と同じ測定精度を確保するため
に要するレーザビーム走査回数を減ずることができる。
即ち、測定インターバルを短くすることができ、従来以
上の高速測定が可能となる。
また、従来例と同じ測定インターバルにて測定を行え
ば、従来例より測定誤差が確実に小となり、即ち測定精
度が従来例より確実に向上する。
下記外径測定表は、前記従来例による核燃料ペレット
10の外径測定結果と本実施例による核燃料ペレット10の
測定結果とを示す。この外径測定表中のデータは10回の
繰り返し測定結果を示し、各測定値は測定インターバル
が0.06秒間の平均を示し、レーザ走査数は280回/1秒で
ある。
上記核燃料ペレット外径測定表によれば、従来例の測
定による測定誤差と比較して本実施例の測定による測定
誤差が明確に減少していることが分かる。
なお、前記実施例においては、被測定体を核燃料ペレ
ットとしたが、これに限られることなく、例えば円柱,
角柱,円筒,角筒等、外周面が筒形状をなす各種の物体
を被測定体とする。
「発明の効果」 本発明による被測定体の外径測定方法及び外径測定装
置は、被測定体の外周面に形成される山部の稜線または
谷部の谷線に対して斜め方向から平行光線を照射して搬
送することで被測定体の外径を測定するようにしたか
ら、発光部より発し平行光線とされた光線の方向に対し
傾斜する方向に被測定体が進行して前記平行光線を被測
定体が遮断するため、光学測定器が走査する被測定体の
外形の起伏幅(山と谷との幅)を、前記平行光線を被測
定体が直交して遮断する従来の場合に比較して著しく小
さくすることができ、従来に比し光学測定器の光線によ
る走査回数を減ずることができ、即ち、測定インターバ
ルを短くすることができ、従来以上の高速測定が可能と
なる。
また、従来と同じ測定インターバルにて測定を行え
ば、従来より測定誤差が確実に小となり、測定精度を従
来より一段と向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を実施するための装置の一例を示
す概略平面図、第2図は第1図における外径測定状態の
被測定体のII矢視図、第3図は光学測定器の外径測定原
理を説明するための図、第4図ないし第7図は従来の被
測定体の外径測定装置の一例を示すもので、第4図は平
面図、第5図は搬送ベルトコンベアによる被測定体の搬
送状態を示す概略側面図、第6図は要部の断面図、第7
図は第4図における外径測定状態の被測定体のVII矢視
図である。 1……発光部、1a……レーザビーム(平行光線)、9…
…コリメータレンズ、10……被測定体(核燃料ペレッ
ト)、10a・10b……起伏幅(山と谷との幅)、11……受
光部、12……集光レンズ、13……受光素子、15……被測
定体支持ベルトコンベア、19,20……搬送ベルトコンベ
ア。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨永 康修 茨城県那珂郡東海村大字舟石川622番地 1 三菱原子燃料株式会社東海製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−191007(JP,A) 特開 昭56−150302(JP,A) 実開 昭62−57105(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外周面が略筒形状を成す被測定体を、この
    被測定体の軸線方向と進行方向とを一致させて直線状に
    走行させ、前記被測定体の外周面に形成されている山部
    の稜線または谷部の谷線に対して斜め方向から平行光線
    を照射して、受光した信号に基づき前記被測定体の外径
    平均値を演算して該被測定体の外径を測定することを特
    徴とする被測定体の外径測定方法。
  2. 【請求項2】外周面が略筒形状を成す被測定体をその軸
    線方向に搬送する搬送手段と、発光部より発光した平行
    光線を前記被測定体に照射して受光部で受光することで
    前記被測定体の外径を測定する光学式測定器とを備え、 前記被測定体の外周面に形成される山部の稜線または谷
    部の谷線に対して斜め方向から前記平行光線を照射する
    ようにしたことを特徴とする被測定体の外径測定装置。
JP2142626A 1990-05-31 1990-05-31 被測定体の外径測定方法および装置 Expired - Lifetime JP2916509B2 (ja)

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