Устройство считывания кода ампул ОЯТ

Изобретение относится к автоматизированным средствам идентификации кодов узлов и элементов, в частности ампул отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), в которые проводится загрузка пучка твэлов (тепловыделяющих элементов) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора на быстрых нейтронах.

При выполнении работ по считыванию кодов с ампул ОЯТ необходимо учитывать, что в условиях высокого уровня радиации применение таких средств, как видеооптические и ультразвуковые методы, по различным причинам малоэффективно из-за быстрого выхода устройств их электронных комплектующих.

Так известно устройство, реализующее способ распознавания идентификационной маркировки ампулы с ОЯТ, выполненной в виде n-разрядного двоичного кода, символами которого служат сквозные отверстия, расположенные по кругу крышки ампулы, которое содержит оптику, матричный регистратор, источник освещения и светоизолирующий чехол, предпочтительно черного цвета, так чтобы он полностью перекрывал снаружи крышки ампулы отверстия кодовой последовательности и стартовой метки. Внутрь чехла помещают оптику, многоэлементный матричный регистратор и осветитель, что обеспечивает получение регистратором темных изображений отверстий на светлом фоне. Кроме того, кожух защищает оптику и многоэлементный матричный регистратор от ионизирующего излучения, а изображение кода к оптике и затем к регистратору передается с использованием одного или нескольких зеркал. Анализ изображения и распознавание кода выполняется автоматически с помощью счетно-решающего устройства (см. Патент РФ №2571533 G06К 1/12, G06N 21/954, опубл. 20.12.2015 г.).

К числу недостатков данного устройства следует отнести то, что оно не обладает достаточной надежностью в работе, поскольку оптика, осветитель, многоэлементный матричный регистратор в кожухе, помещенные в черном чехле, находятся в зоне высокой радиации и, как следствие из этого, не обладают достаточной надежностью в распознавании считываемого с ампул двоичного кода.

Известен также ряд устройств для распознавания идентификационной маркировки ампул ОЯТ, наиболее применимым из которых в условиях повышенной радиации является устройство с использованием индукционного датчика (см. Патент РФ №2572387 G06К 1/00, G06K 1/12, опубл. 10.01.2016 г.).

Устройство считывания кода ампулы ОЯТ по этому патенту содержит индуктивный датчик, различающий отверстия в металле от сплошного металла чувствительной зоной, перемещаемой по окружности вдоль боковой стенки крышки ампулы на уровне расположения центров отверстий. Перемещение индукционного датчика осуществляется шаговым двигателем, ротор которого располагают симметрично относительно оси ампулы. Шаговый двигатель подключен к блоку управления, при этом электрический сигнал от датчика, показывающий присутствие металла вблизи чувствительной зоны, нормируется и бинаризируется в блоке обработки, в результате чего получают развертку нанесенной маркировки в виде M=L/R отчетов двоичной последовательности, образующих последовательность импульсов l₀ относительно большей длительности, эквивалентного стартовой метке, и импульсов l, эквивалентных знаку «1» в бинарном коде маркировки.

Далее, с помощью счетно-решающей системы через блок управления осуществляют вращение двигателя и выполняют анализ развертки, полученной в блоке обработки. Анализируя полученную развертку, сначала по длительности импульса l₀ определяется положение стартовой метки, затем от ее центр, или от другой точки, отстоящей от центра стартовой метки на расстоянии меньше чем l/2, через интервал, равный S, производят последовательное считывание битов двоичного кода маркировки, распознавая ее таким образом. Однако работа индуктивного бесконтактного датчика существенно затрудняется тем, что для крышек ампул используется нержавеющая сталь (например, 12Х18НТ), имеющая малое значение магнитной проницаемости.

Указанный аналог очень близок по назначению к заявляемому устройству, то есть по выполняемой функции, а именно считывание двоичного кода с крышки ампулы, однако конструктивно они принципиально не совпадают по исполнению, хотя бы потому, что в известном устройстве считывание кода индуктивным датчиком реализуется бесконтактно, а в предлагаемом устройстве индуктивный датчик работает с торцевой поверхностью крышки ампулы контактно, что и определяет его более высокую точность и достоверность. Более высокий уровень надежности и достоверности предлагаемого устройства по сравнению с известным обеспечивается наличием двух индуктивных датчиков перемещения, что также подтверждает их конструктивное различие, поэтому и этот аналог не может служить в качестве прототипа.

Задача предлагаемого изобретения заключается в устранении недостатков аналогов путем создания такого устройства считывания кода с крышки ампулы, которое позволит обеспечить достижение более высокого уровня технического результата, а конкретнее получить более высокую надежность и достоверность, чем все известные аналогичного назначения устройства.

Указанный технический результат - повышение надежности и достоверности работы устройства считывания кода с крышки ампулы ОЯТ обеспечивается тем, что в имеющемся корпусе расположена капсула со стаканом, на внешней верхней поверхности которой размещен шаговый двигатель, соединенный с помощью муфты через электрический коллектор с полым имеющим возможность вращения валом, на свободном конце которого жестко установлен полый ротор. При этом на его внешней стороне смонтированы симметрично оси вала различающие отверстия в металле от сплошного металла индуктивные датчики перемещения, сердечники которых взаимодействуют с подпружиненными опорными площадками, размещенными внутри ротора, штоки которых соосны индуктивным датчикам и снабжены уже за пределами ротора вращающимися роликами, контактирующими по окружности с торцевой частью крышки ампулы с отверстиями и сплошным металлом, составляющими n-разрядный двоичный код, программно- считываемый и отличаемый вычислительно-решающей системой. Вычислительно-решающая система причем представляет собой два дифференциально-трансформаторных датчика типа RM10-TSR, подключенные через электрический коллектор с нормирующими преобразователями и соединенные через модуль ввода с персональным компьютером. На достоверную работу устройства положительно влияет и то, что оно дополнительно снабжено имитатором крышки ампулы ОЯТ, выполняющим функции калибратора и подставки для его надежного хранения. Надежность и достоверность устройства характеризуется и тем, что шаговый двигатель снабжен драйвером, формирующим сигналы управления работой двигателя и сигналы развертки для формирования считываемого кода. Для обеспечения легкости и надежности вращения ротора, что также влияет на достоверность работы устройства, в стакане капсулы на вращающемся пустотелом валу установлены подшипники качения. И последнее положительное свойство предлагаемого устройства: все его электронно-управленческие приборы, такие как драйвер шагового двигателя, нормирующие преобразователи, персональный компьютер и блок питания, скомпонованы в отдельную стойку и размещены за пределами зоны повышенной радиации.

Предлагаемое изобретение обладает новизной, поскольку совокупность существенных признаков его формулы в источниках общетехнической и патентной информации не выявлена. Заявляемое в качестве изобретения техническое решение, по нашему мнению, обладает и изобретательским уровнем, так как конструктивное исполнение устройства, заключающееся в его компактности корпуса, в котором в общий блок вмонтированы капсула, шаговый двигатель, электрический коллектор, вращающийся ротор, на котором установлены два дублирующих друг друга индуктивных датчика перемещения, позволяет, во-первых, повысить надежность и достоверность работы устройства, т.е. обеспечить более высокого уровня технический результат, а, во-вторых, вынести все его электронно-управленческое оборудование непосредственно из зоны повышенной радиации хранения ампул ОЯТ, что не является очевидным. Более того, предлагаемое устройство предназначено для считывания двоичных кодов с торцевой части крышки ампулы, а не с боковой ее поверхности, что и определило вертикальную схему расположения исполнительных элементов, в частности датчиков индуктивных.

Промышленная применимость предлагаемого изобретения не вызывает сомнения, ибо его изготовление и применение не требует использования специальных материалов и технологий и может быть внедрено на предприятиях ядерной энергетики для автоматизированной регистрации кодов крышек ампул с пучком тепловыделяющих элементов в пенале хранения без их извлечения.

Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства без схемы электронного его управления, на фиг. 2 изображена крышка ампулы, ее вид сверху, на фиг. 3 - разрез на фиг. 2 по А-А, на фиг. 4 изображена схема электронного управления работой устройства, на фиг. 5 имеется общий вид имитатора крышки ампулы с установкой на нем измерительной части устройства.

Устройство считывания кода ампул ОЯТ содержит корпус 1, в котором неподвижно закреплена винтами 2 капсула 3 со стаканом 4. На верхней внешней ее стороне 5 размещен шаговый двигатель 6, соединенный с помощью муфты 7 через электрический коллектор 8 с полым имеющим возможность вращения валом 9, на свободном конце 10 которого жестко установлен полый ротор 11. При этом на его внешней стороне 12 смонтированы симметрично оси вала 9 различающие отверстия 13 в металле от сплошного металла 14 индуктивные датчики 15 и 16 перемещения, сердечники 17 и 18 которых взаимодействуют с подпружиненными опорными площадками 19 и 20, размещенными внутри ротора 11. Штоки 21 и 22 этих площадок 19 и 20 соосны индуктивным датчикам 15 и 16 и снабжены уже за пределами ротора 11 вращающимися роликами 23 и 24, которые контактируют по окружности 25 с торцевой частью 26 крышки 27 ампулы (не показана), и непосредственно со стартовым отверстием 28 большого диаметра, а также с отверстиями 13 и чередующим с ними сплошным металлом 14, составляющими совместно n-разрядный двоичный код, программно-считываемый и распознаваемый вычислительно-решающей системой 29, представляющей собой два дифференциально-трансформаторных индуктивных датчика 15 и 16 перемещения типа RM10-TSR, связанных через электрический коллектор 30 с нормирующими преобразователями 31 и 32, соединенныых через модуль ввода 33 с персональным компьютером 34 с программным обеспечением распознавания кода, при этом для получения высокой повторяемости результатов построения развертки шаговый двигатель 6 снабжен драйвером 35, формирующим сигналы развертки для формирования считываемого кода. Для исключения неблагоприятного воздействия ионизирующего излучения все приборы электронно-управленческого назначения, такие как драйвер 35 шагового двигателя 6, нормирующие преобразователи 31 32, модуль ввода 33, персональный компьютер 34, скомпонованы в отдельную стойку 36 и размещены за пределами зоны 37 повышенной радиации, а для легкости вращения ротора 11 с индуктивными датчиками 15 и 16 в стакане 4 капсулы 3 на подвижном полом валу 9 установлены подшипники 38 качения. Чтобы обеспечить сохранность корпуса 1 устройства и проведение его калибровки, оно дополнительно снабжено имитатором крышки 27 ампулы. Отверстия 13 и 28 конструктивно выполнены в торцевой части 26 крышки 27 ампулы, что обуславливает и конструкцию самого устройства считывания кода. Конструктивно расстояние между роликами 23 и 24 соответствует диаметру окружности 25 с бинарным кодом, который наносится по этой окружности в точках, равномерно расположенных через α=18 градусов. Отверстия, являющиеся частью двоичного кода, имеют диаметр 6 мм, при этом наличие отверстия соответствует знаку «1», отсутствие отверстия соответствует знаку «0». Отсчет начала двоичного кода осуществляется от стартовой метки, выполненной в виде отверстия 28 большего диаметра 8 мм. Глубина всех отверстий - 3 мм. Отсчет разрядов двоичного (бинарного) кода производится против часовой стрелки, младший разряд кода - первый после стартовой метки. Диаметр роликов составляет 12 мм. При попадании ролика на отверстия разного диаметра, являющиеся частью двоичного кода, ролик совершает разные перемещения, считывая двоичный код, передаваемый индуктивному датчику.

Подводка электропитания к шаговому двигателю 6 осуществляется через ввод 39, кабель 40, а к индуктивным датчикам 15 и 16 - через ввод 41, кабель 42, вращающийся токосъемный электрический коллектор 8, пустотелый вал 9 и кабели 43 и 44. Для транспортирования и установки корпуса 1 устройства на ампулу оно имеет смонтированный по его оси грибок 45, повторяющий форму грибка пенала с ампулами на копирующем манипуляторе. Стержни 46, а, следовательно, и ролики 23 и 24 поджаты к ротору 11 пружинами 47.

Предварительно перед считыванием кода с крышек 27 ампул устройство устанавливают в имитатор 48, содержащий корпус 49 и аналог крышки 27 с нанесенным на ней индивидуальным заранее известным определенным кодом. Устройство считывания кода ампул приводит в имитаторе в действие, и, если вычислительно-решающая система 29 выдает на индикатор этот известный код, то это подтверждает исправность устройства в целом, а, следовательно, обеспечивает уровень надежности и достоверности его работы. После предварительной проверки достоверности и работоспособности имитатора устройства приступают к считыванию кода непосредственно с крышек ампул ОЯТ с пучком твэлов отработанных тепловыделяющих сборок.

Устройство считывания кода ампул ОЯТ работает следующим образом.

При подаче электропитания шаговый двигатель 6, запрограммированный от драйвера 35, вращая ротор 11, перемещает по окружности 25 ролики 15 и 16, и при их попадании в отверстия 13 кода они при помощи подпружиненных платформ 19 и 20 передают перемещение индуктивным датчикам 15 и 16, а последние передают сигнал через коллектор 30, нормирующие преобразователи 31 и 32, модуль ввода 33 в компьютер 34 для анализа и считывания кода. По окончании считывания кода в памяти компьютера 34 содержится информация от двух индуктивных датчиков 15 и 16, каждый из которых совершил оборот на 360 градусов. Информация представляет собой развертку с уровнями, соответствующими четырем сигналам с датчиков, например с датчика 15:

- датчик напротив отметки начала кодовой последовательности (отверстие 28);

- датчик напротив отметки (отверстие 13) кода, идентифицирующей «1»;

- датчик напротив ровной поверхности 14, идентифицирующей «0»;

- датчик, не касающийся торца 26 или 28 ампулы - нет контакта с объектом (требуется вмешательство оператора).

При вращении датчиков вычислительно-решающая система 29 автоматически определяет момент, когда каждый из датчиков проходит над отметкой начала кодовой последовательности (отверстие 28) и начинает запись развертки, сохраняя сигнал с каждого из датчиков через равные промежутки времени, соответствующие скорости оборота датчика на 360°. В результате в памяти решающей системы 29 образуются две кодовые последовательности в двоичном коде, состоящие из 18 бит каждая. Максимальное число, которое может быть закодировано в данном двоичном коде, составит 262144.

Вычислительно-решающая система 29 сравнивает две развертки и в случае их несовпадения повторяет вращение до получения одинаковых результатов. После совпадения разверток вычислительно-решающая система 29 преобразует развертку в кодовую последовательность двоичного кода, далее преобразует в десятичный код и сохраняет в памяти, одновременно выдавая код на внешнее устройство. Полученный вычислительно-решающей системой 29 код может быть передан на любое внешнее устройство верхнего уровня и/или показан оператору на индикаторе.

Пример: После сканирования в памяти системы 29 устройства оказались две развертки, представленные в виде кодов:

111100111000110101 и 111100111000110101.

Поскольку коды совпали, то результат преобразован в десятичное число 249397, сохранен в памяти и передан на внешнее устройство.

После завершения считывания кодов с ампул ОЯТ устройство устанавливают на постоянное хранение в имитатор 48, который является одновременно и основанием устройства.

По предлагаемому изобретению разработана конструкторская документация, предлагается использование изобретения на одном из предприятий для переработки отработавшего ядерного топлива.

Источники информации

1. Патент РФ №2572387 G06К 7/00 опубл. 10.01.2016 г.

2. Патент РФ №2571533 G06К 1/12 опубл. 20.12.2015 г.

3. Патент РФ №2400812 G06К 1/12 опубл. 13.10.2008 г.

4. Патент РФ №2249265 G21C 17/06 опубл. 21.10.2002 г.

5. Патент РФ №2261434 GO1N 21/0295 опубл. 17.06.2003 г.

6. Патент РФ №2495489 G06К 7/00 опубл. 10.10.2013 г.

7. Патент US №4822987 G06К 1/12 опубл. 18.04.1989 г.

8. Патент US №5361280 G21C 17/06 опубл. 18.09.1992 г.

9. Патент US №4283623 G06К 7/10 опубл. 27.09.1978 г.

10. Пат. CN №106030617 G06К 1/12 опубл. 06.10.2016 г.

11. Пат. ЕР №2995566 G06К 1/12 опубл. 16.03.2016 г.