核燃料芯块实现自动化非接触测量

科技日报讯7月16日获悉，中国计量大学联合中核建中核燃料元件有限公司攻关的核燃料芯块自动化非接触测量技术成果，近日正式刊发于中国计量测试学会主办的《计量学报》。成果融合二维轮廓成像与三维点云扫描，单工位一次性完成9类关键几何参数检测，解决了传统检测损伤工件、效率偏低、参数不全等行业痛点，为核电燃料智能制造提供高精度计量新方案。

在“双碳”能源转型背景下，国内核电建设持续提速，二氧化铀核燃料芯块作为反应堆核心部件，尺寸精度直接影响装配间隙、传热效率与长期运行安全。传统生产依靠游标卡尺、位移计等接触式设备，需多工位分段检测，不仅容易划伤芯块表面，人工操作还存在一致性差、检测节拍慢等短板。现有视觉检测方案大多只能测量柱面或端面单一区域，无法同步获取完整三维形貌，行业长期缺少集成化高精度检测装备。

文章第一作者、中国计量大学现代科技学院副教授张新娜表示，核燃料芯块微米级的严苛公差、特殊凹陷端面结构，以及量产无损检测需求，是团队联合中核企业开展攻关的出发点。

团队创新搭建二维远心成像与线激光三维扫描协同硬件平台，配套自主开发上位机控制系统，设置独立二维检测、三维扫描、全尺寸联合检测三种工作模式，无需重复装夹即可采集柱面、端面全部几何数据。二维检测模块采用亚像素轮廓提取算法，精准捕捉直径、高度、倒角、垂直度；三维模块独创几何邻域筛选点云精简算法，在保留碟形关键特征的前提下削减70%冗余数据，大幅提升碟形直径、深度、肩宽的运算速度。

整套系统实测性能目前表现优异，仅测柱面参数的常规检测单件耗时6秒，包含三维形貌扫描的全尺寸检测约18秒，端面尺寸测量精度优于±0.02毫米。重复性实验显示，标准块直径、高度测量标准偏差稳定控制在5微米以内；模拟批量随机上料测试中，全部参数波动均满足核电制造IT5高精度公差标准。

据悉，该项目依托国家相关项目支持，实现从理论推导、软硬件搭建到实物全流程验证，彻底摆脱传统接触式检测局限，同时兼顾无损、高速、高精度三大核心需求。张新娜介绍，这套一体化视觉检测系统已落地中核建中核燃料元件有限公司检测生产线，团队后续将优化设备定位鲁棒性、简化标定流程，进一步提升点云处理速度和系统检测效率。

新技术落地后，将有效支撑核燃料元件规模化、高质量智能制造，为我国核电长期安全稳定运行筑牢精密计量检测根基。科技日报