JPH06201365A - 角筒体・角柱体の寸法形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ３次元的に複雑に変形した角筒体等の対面間
寸法を測定できるのみならず、頂角間寸法も同時に測定
でき、曲がり量及び捩じれ量を１回の設定で確認でき、
そのため測定精度か向上し、測定作業を省力化できるよ
うにする。 【構成】 支柱１２と、その上下で燃料集合体１０を支
持する上部及び下部サポート１４，１６と、支柱に沿っ
て上下動する寸法測定ヘッド１８を備えている。寸法測
定ヘッドは、相対向するように配列した複数対の接触子
とその位置を検出するセンサを有する対面間寸法測定機
構と、相対向するよう接触子とその位置を検出するセン
サを有し接触子が燃料集合体の稜線に倣う頂角間寸法測
定機構と、燃料集合体の稜線に倣って水平面内で自由に
移動可能なガイド部材とその動きを検出するセンサを有
する曲がり・捩じれ寸法測定機構を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、角筒体又は角柱体（以
下、「角筒体等」という）の対面間寸法、頂角間寸法、
曲がり寸法、捩じれ寸法を同一の寸法測定ヘッドを使用
して同時に測定する装置に関するものである。この装置
は、特に限定されるものではないが、例えば高速炉用の
六角柱状燃料集合体の寸法形状測定に有用である。

【０００２】

【従来の技術】高速炉用燃料集合体は、ラッパ管と呼ば
れる六角断面の管によって多数本の燃料ピンを覆った構
造をなしている。高速炉用燃料集合体は、放射線の作用
下に曝されており、そのため微妙に変形するので、照射
後試験では複雑に変形したラッパ管の寸法・形状を精度
よく測定する必要がある。

【０００３】従来、高速炉用燃料集合体の寸法測定は、
原理的には図１１Ａに示すように、燃料集合体８０を３
対の対面間測定センサ８２で挾んで軸方向（図１１Ａに
おいて紙面に垂直な方向）に移動し、対面間隔を測定す
ることにより行っている。測定装置は、概略次のように
構成されている。対面間測定センサ８２は左右の支持部
材８３に取り付けられており、両方の支持部材８３は、
それぞれの一端でネジ棒８４の右ネジ部８４ａと左ネジ
部８４ｂに螺合し、他端はスプリング８５で張力がかけ
られている。ネジ棒８４の両端にはモータ８６とエンコ
ーダ８７が設けられ、前記センサの開閉を行う。スプリ
ング８５は、燃料集合体８０の中心位置に中央の対面間
測定センサの中心を一致させるために設けてある。上下
方向の矢印は、モータ及び装置全体のスライドを意味す
る。両方の支持部材８３から内方に突出している横棒８
８は、燃料集合体がＹ（＋）方向に曲がっている場合の
燃料集合体と装置全体との接点となり、燃料集合体の曲
がりに倣った移動をするためのものである。その構造
は、左右からそれぞれ互い違いに突出しており、間隔の
変化を吸収できるようになっている。

【０００４】対面間測定センサ８２（単体）の構造を図
１１Ｂに示す。図１１Ａはこの図を上から見た状態を示
している。中央を支点９０に枢着したレバー９１の下端
側部に、接触子９２を取り付け補強板９３で固定する。
レバー９１の上端側部に引張りバネ９４とストッパ９５
を設ける。またレバー９１の上部側面（支点とストッパ
位置との間）にアルミニウム等からなるセンサ用ターゲ
ット９７を埋設し、それに対向して渦電流方式のセンサ
本体９８を配置する。各対面間測定センサ８２は、単独
で揺動する。変位量はセンサ本体９８とセンサ用ターゲ
ット９７との間隙量を電流値に変換することによって測
定する。

【０００５】対面間寸法は、対面間測定センサ８２から
の出力で直接的に得られる。曲がり寸法は、１対面につ
いて基準位置（燃料集合体の下端を支持している下部チ
ャックの中心）からのずれ及び方向を測定して、六角柱
状燃料集合体の３対面それぞれのずれ及び方向を検出
し、それらのデータを計算により合成することにより燃
料集合体全体の曲がり量、曲がり方向を求める。更に捩
じれ寸法は、図１１Ｃに示すように、３対の対面間測定
センサの同一方向のセンサ取付け位置を基準として、両
側の２個のセンサによる燃料集合体面の距離の差（ｘ₁
−ｘ₂ ）を求め、それを捩じれ量としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
において、高速炉用燃料集合体の曲がりを求めるために
は上記のように、燃料集合体３対面の対面間寸法を測定
する必要があり、燃料集合体の向きの設定を３回実施し
なければならない。また図１１Ａで燃料集合体がＹ
（−）方向に曲がっている場合、構造的に対面間測定セ
ンサ８２がＹ（−）方向に移動できないため燃料集合体
から外れる虞れがある。その場合には燃料集合体を１８
０度回転して設定し直す必要がある。更にＸ方向に曲が
っている場合、その曲がり量がセンサ・ストロークより
大きいと測定不能となる。通常、燃料集合体は、Ｘ方向
及びＹ方向に複雑に変形しており、従来技術では測定を
行うための燃料集合体の設定回数が増えるため、試験時
間が長くなり、作業員の負担も大きいものになってい
る。

【０００７】更に捩じれ量を測定する場合も、燃料集合
体の設定（対面間測定センサと燃料集合体面の面合わ
せ）によりその値が大きく異なるため、安定した測定デ
ータが得られない。また頂角間寸法を求めることはでき
ない。

【０００８】本発明の目的は、３次元的に複雑に変形し
た被測定物（角筒体等）に対して寸法測定ヘッドが容易
に追従可能であり、角筒体等の対面間寸法を測定できる
のみならず、曲がり量及び捩じれ量を１回の設定で実測
でき、そのため測定作業を省力化でき且つ測定精度が向
上する寸法形状測定装置を提供することである。本発明
の他の目的は、従来技術では実施できない頂角間寸法も
同時に測定できる装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明装置は、支柱と、
該支柱の上下に位置し角筒体又は角柱体状の被測定物を
支持する上部及び下部サポートと、支柱に沿って上下に
移動自在の寸法測定ヘッドを具備している。寸法測定ヘ
ッドは、相対向するように配列した複数対の接触子とそ
の位置を検出するセンサを有し該接触子が被測定物の表
面に倣って対面間寸法を測定する対面間寸法測定機構
と、相対向するように配置した接触子とその位置を検出
するセンサを有し該接触子が被測定物の稜線に倣って頂
角間寸法を測定する頂角間寸法測定機構と、被測定物の
稜線に倣って支柱に垂直な面内で自由に移動可能なガイ
ド部材とその動きを検出するセンサを有して曲がり・捩
じれ寸法を測定する曲がり・捩じれ寸法測定機構を備え
ている。そして前記寸法測定ヘッドが支柱に沿って移動
することで前記各寸法を同時に測定できるように構成さ
れている。

【００１０】

【作用】高速炉の六角柱状燃料集合体のような被測定物
は、支柱と平行に立設され、上部及び下部サポートによ
り上下端で保持される。その支柱に沿って寸法測定ヘッ
ドが上下動し、それに伴って寸法測定ヘッドの各接触子
は被測定物の所定の部位に接触しつつ移動する。各接触
子の動きをセンサで検出することにより、必要な寸法及
び曲がり・捩じれなどの変形を同時に実測する。対面間
寸法測定機構は、対向面に配列した接触子の変位から対
面間寸法を測定する。頂角間寸法測定機構は、対向する
稜線間に配置した接触子の変位から頂角間寸法を測定す
る。曲がり・捩じれ寸法測定機構は、稜線に沿って移動
するガイド部材の水平面内での２次元的な動きをセンサ
で検出することにより変形を求める。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明に係る寸法形状測定装置の一
実施例の全体構成を示しており、Ａは側面図、Ｂは正面
図である。これは特に高速炉用の六角柱状燃料集合体１
０の寸法形状を測定するために設計・製作したものであ
る。この装置は、支柱１２と、該支柱１２の上下に位置
する上部サポート１４及び下部サポート１６と、該支柱
１２に沿って上下に移動自在の寸法測定ヘッド１８を具
備している。被測定物である燃料集合体１０は、前記支
柱１２に沿って立設され、その上下両端部で前記の上部
サポート１４及び下部サポート１６により支持される。

【００１２】燃料集合体１０を下端部で支持する下部サ
ポート１６は、集合体回転用モータ２０を備え、それに
よって燃料集合体１０を所定の向きに自由に回転でき
る。寸法測定ヘッド１８の上下方向の駆動は、前記支柱
１２に設けたボールネジ２２及びＬＭ（リニアモーショ
ン）ガイド２４と、支柱１２の下部に設置した駆動モー
タ２６によって行っている。つまり寸法測定ヘッド１８
は、その取付部１９により遠隔操作機器（マニプレータ
等）で取り扱うことができ、昇降ベース２５に対して遠
隔操作で着脱できるようになっている。この昇降ベース
２５がボールネジ２２と螺合し、ＬＭガイド２４で上下
に案内される。また支柱１２の中間部分には集合体サポ
ート２８を設けてある。これは燃料集合体１０を設置す
る際に、該燃料集合体１２を仮保持するためのものであ
る。燃料集合体１０はクレーンにより移送するので、上
部サポート１４を回避させて燃料集合体１０の下端部を
下部サポート１６に挿入し、集合体サポート２８により
仮保持してクレーンを外す。その後、上部サポート１４
で燃料集合体１０の上端部を支持し、集合体サポート２
８を開く。従って測定作業時は、集合体サポート２８は
開いた状態となっている。

【００１３】寸法測定ヘッド１８の全体構造を図２〜図
５に示す。図２は側面図、図３は平面図、図４は底面
図、図５は図４におけるＡ−Ａ断面図である。この寸法
測定ヘッド１８は、対面間寸法測定機構３０と、頂角間
寸法測定機構４０と、曲がり・捩じれ寸法測定機構６０
を備えている。

【００１４】対面間寸法測定機構３０は、相対向するよ
うに配列した５対の対面間用センサ３２を有する。各対
面間用センサ３２は、図４に示すように、燃料集合体１
０側面の相対向する面に５個ずつ配列されている（図６
に拡大図を示す）。この対面間用センサ３２は、図７に
示すように、スライドレール３３の先端に回転自在の接
触子３４を設け、スプリング３５で該接触子３４を常に
燃料集合体１０の表面に押し付ける構成である。接触子
３４は、寸法測定ヘッド１８を燃料集合体１０にセット
した時に、該燃料集合体１０の表面に倣い、寸法測定ヘ
ッド１８の動きに伴ってレールハウジング３６に対して
出入する。その接触子３４の水平面内での変位は、スラ
イドレール３３の移動となり、その変位をセンサである
ポテンショメータ（可変抵抗式）３７で検出する。それ
によって燃料集合体１０の対面間寸法を軸方向について
連続的に実測することができる。

【００１５】頂角間寸法測定機構４０は、上記の対面間
寸法測定機構３０と同様の構成であり、相対向するよう
に配列した１対の頂角間用センサ４２を有する。この頂
角間用センサ４２は、図４に示すように、燃料集合体１
０の頂角の位置（稜線位置）に配置してある。この頂角
間用センサ４２の構造は、図７に示す対面間用センサ３
２と全く同様であるから、それについての説明は省略す
る。相対向するように配置した接触子４４は、燃料集合
体１０の稜線に当接し、寸法測定ヘッド１８の動きに伴
って稜線に倣い、それによって燃料集合体１０の頂角間
寸法を連続的に実測できる。

【００１６】これら対面間用センサ３２及び頂角間用セ
ンサ４２は、片側ずつ、図８に示すセンサ開閉用モータ
５０とレバー５２の組み合わせによって、燃料集合体１
０に対して着脱可能となっている。測定時にはモータ５
０によってレバー５２が回動し、各センサの接触子３
４，４４を燃料集合体１０の表面所定の位置に当接させ
る。また燃料集合体１０の着脱時にも、モータ５０の動
作によってレバー５２を駆動し、各センサの接触子３
４，４４が燃料集合体１０の表面から離れるように強制
的に解放状態とし、該燃料集合体１０が本測定装置から
着脱できるようにする。なお図７のＢにおいて、符号５
４，５５はそれぞれレバー５２の開閉状態を検知するリ
ミットスイッチである。

【００１７】曲がり・捩じれ寸法測定機構６０は、Ｖ型
ガイドローラ６２と、それを支持するセンサ架台６４を
有する。詳細を図９に示す。ガイドローラ６２は、燃料
集合体１０の稜線に嵌合するようにＶ型をなしており、
１対相対向して設けられている。センサ架台６４は、ｘ
方向移動用の３個のスライド軸受６６と、ｙ方向移動用
の１個のスライドベース６７（ともに図３参照）、回転
用（θ方向）の２個の軸受６８（図５参照）よってｘ方
向、ｙ方向、及びθ方向に移動自在となっている。更に
具体的に述べると、センサ架台６４はリング状であっ
て、矩形状のベース部材６９の中央に収まり、前記軸受
６８で回転自在に支持される。そしてベース部材６９が
スライド軸受６６とスライドベース６７によってｘ方向
とｙ方向に移動自在に支持されている。従って、前記ガ
イドローラ６２の移動によってセンサ架台６４は水平面
内で自由に移動する。

【００１８】Ｖ型ガイドローラ６２は、リンク機構７０
によって、そのｘ方向とｙ方向の動きをセンサ架台６４
に伝達し、それと共にベース部材６９が移動する。その
ｘ方向の移動量はｘ方向センサ７１で検出され、またｙ
方向の移動量はｙ方向センサ７２で検出される。ｘ方向
センサ７１及びｙ方向センサ７２には、対面間用センサ
の場合と同様のポテンショメータを用いている。またセ
ンサ架台６４のθ方向の回転角度を検出するθ方向セン
サ７３としては、図１０に示すようなエンコーダを用い
ている。センサ架台６４の外周に捩じれ検出用歯車７４
を形成し、それがθ方向センサ７３の回転軸に結合した
歯車７５と螺合して、それによってセンサ架台６４のθ
方向の回転角度を検出する。

【００１９】なおＶ型ガイドローラ６２はモータ７６に
よって開閉できる構造である。これによって、燃料集合
体１０を本測定装置に設置する際に、その稜線に嵌合す
るようにＶ型ガイドローラ６２をセットできる。そのた
め寸法測定ヘッド１８の動きに伴って、燃料集合体１０
の稜線に沿うようにＶ型ガイドローラ６２が動き、それ
に伴ってセンサ架台６４が水平面内で移動する。その動
きをｘ方向、ｙ方向、及びθ方向の各センサ７１，７
２，７３で検知することで、燃料集合体１０の曲がり
（ｘ，ｙ）及び捩じれ（θ）が実測できる。

【００２０】寸法形状測定は、対面間用センサ３２の各
接触子３４と、頂角間用センサ４２の両接触子４４、Ｖ
型ガイドローラ６２を、それぞれ燃料集合体１０の所定
の位置（水平面内での所定の位置）に当接し、寸法測定
ヘッド１８を軸方向に移動させることによって同時に行
う。それ故、対面間用センサ３２によって燃料集合体の
対面間寸法が、頂角間用センサ４２によって燃料集合体
１０の頂角間寸法が求まる。またＶ型ガイドローラ６２
を介してセンサ架台６４の動きから、燃料集合体１０の
曲がり（ｘ方向及びｙ方向の変位）・捩じれ（θ方向の
変位）も同時に求まる。六角柱状をなす高速炉用の燃料
集合体の場合、対面間寸法及び頂角間寸法を全て測定す
るには寸法測定ヘッド１８を３回移動させる必要があ
る。しかし曲がり・捩じれは、寸法測定ヘッド１８の上
下位置に対して２次元的に把握できるため、１回の測定
で把握可能である。

【００２１】上記の実施例は高速炉用燃料集合体という
六角柱状の部材を被測定物とするものであるが、本発明
は四角柱や八角柱などであっても同様に寸法形状測定装
置を構成できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は上記のように、曲がり・捩じれ
寸法測定機構も備えているため、角筒体等の対面間寸法
に加えて、曲がり量、捩じれ量が１回の測定で確認でき
るようになり、測定時の準備作業を含めて測定時間を大
幅に短縮できる。因に、従来の測定装置を用いた作業時
間と本発明装置を用いた作業時間とを、六角柱状の高速
炉用の燃料集合体について、試作モックアップで比較す
ると、約１／１０に短縮できた。これは、従来技術では
燃料集合体のセット状態により測定途中でエラーが発生
（センサが外れる）し、再度、燃料集合体をセットし直
す必要がしばしば生じるためである。

【００２３】また本発明では、曲がり・捩じれが実測可
能であるため、測定精度及び信頼性が向上する。更に本
発明では、頂角間寸法測定機構を具備しているため、従
来測定できなかった角筒体等の頂角間寸法の測定も可能
となり、被測定体の寸法評価が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る寸法形状測定装置の一実施例を示
す全体構成図。

【図２】寸法測定ヘッドの側面図。

【図３】寸法測定ヘッドの平面図。

【図４】寸法測定ヘッドの底面図。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図。

【図６】対面間用センサ及び頂角間用センサの拡大平面
図。

【図７】対面間用センサの構造説明図。

【図８】センサ開閉機構の説明図。

【図９】曲がり・捩じれ寸法測定機構の要部説明図。

【図１０】曲がり・捩じれ寸法測定機構におけるθ方向
センサ部の説明図。

【図１１】従来技術の説明図。

【符号の説明】

１０ 燃料集合体 １２ 支柱 １４ 上部サポート １６ 下部サポート １８ 寸法測定ヘッド ３０ 対面間寸法測定機構 ３２ 対面間用センサ ４０ 頂角間寸法測定機構 ４２ 頂角間用センサ ６０ 曲がり・捩じれ寸法測定機構 ６２ ガイドローラ ６４ センサ架台

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支柱と、該支柱の上下に位置し角筒体又
   は角柱体状の被測定物を支持する上部及び下部サポート
   と、支柱に沿って上下に移動自在の寸法測定ヘッドを具
   備し、該寸法測定ヘッドは、相対向するように配列した
   複数対の接触子とその位置を検出するセンサを有し該接
   触子が被測定物の表面に倣って対面間寸法を測定する対
   面間寸法測定機構と、相対向するように配置した接触子
   とその位置を検出するセンサを有し該接触子が被測定物
   の稜線に倣って頂角間寸法を測定する頂角間寸法測定機
   構と、被測定物の稜線に倣って支柱に垂直な面内で自由
   に移動可能なガイド部材とその動きを検出するセンサを
   有して曲がり・捩じれ寸法を測定する曲がり・捩じれ寸
   法測定機構を備えていて、前記寸法測定ヘッドが支柱に
   沿って移動することで前記各寸法を同時に測定可能とし
   た角筒体・角柱体の寸法形状測定装置。
2. 【請求項２】 被測定物が高速炉用の六角柱状燃料集合
   体である請求項１記載の装置。