DE19525975C1 - Meßeinrichtung und Verfahren zum Vermessen einer Kontur einer Wand - Google Patents

Description

Behälter oder Rohrleitungen sind je nach Komplexität der An­ lage mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen, in die andere Rohrleitungen münden. Dieser Mündungsbereich oder Stutzen stellt mit seinen Schweißnähten im Normalbetrieb eine beson­ ders belastete Stelle dar, die insbesondere in kerntechni­ schen Anlagen regelmäßig geprüft werden muß. Im Falle eines Befundes ist es erforderlich, den Stutzen auszubauen und durch einen neuen Stutzen zu ersetzen.

Sowohl für den Ausbau des alten Stutzens als auch für den Einbau und die Herstellung des neuen Stutzens ist es erfor­ derlich, die Innenkontur der Wand des Behälters oder der Rohrleitung im Durchdringungsbereich exakt zu kennen. Wegen der zum Teil insbesondere im Bereich von Rohrkrümmungen kom­ plizierten Geometrien und einer fehlenden Dokumentation der "as-built" Maße der Bauteile ist erforderlich, die Innenkon­ tur im neuen Durchdringungsbereich des neuen Stutzens exakt zu vermessen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 38 18 400 ist eine Vor­ richtung zum Bestimmen der Kontur eines rohrförmigen Körpers bekannt, bei der am freien Ende einer drehbar gelagerten und in axialer Richtung verschiebbaren Welle ein abgewinkelter Arm angeordnet ist, in dem eine Abtasteinrichtung, beispiels­ weise ein Stift, teleskopartig geführt ist. Mit dieser Abtasteinrichtung kann die Kontur an der Innenoberfläche des rohrförmigen Körpers abgefahren und auf Unrundheit überprüft werden.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 44 14 747 ist eine Meßeinrichtung zum Vermessen der Kontur einer Fläche eines Körpers bekannt, bei der ein Meßtaster am freien Ende eines in zwei zueinander orthogonale Richtungen verfahrbaren Armes drehbar angeordnet ist.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 39 40 645 ist eine Vor­ richtung zum Überprüfen der Güte von konusförmigen Kontakt­ flächen bekannt, bei der ein Meßtaster mit einer in ihm schwenkbar angeordneten Meßspitze axial verschiebbar auf ei­ nem Hohlkörper gelagert ist, der um eine ortsfest zur konus­ förmigen Kontaktfläche positionierbaren Welle drehbar gela­ gert ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Vermessen der Kontur einer Wand anzugeben, die ins­ besondere für den Einsatz im Mündungsbereich eines Rohres in einen Behälter geeignet ist. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vermessen der Kontur ei­ ner Wand anzugeben.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 9.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in deren

Fig. 1 ein Anlagenteil mit einer Vielzahl von Stutzen veran­ schaulicht ist.

Fig. 2 zeigt einen in die Öffnung eines Behälters eingesetz­ ten Stutzen vor dem Schließen der Schweißnaht. In

Fig. 3 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht schematisch veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt in einer Teilansicht als Beispiel für ein An­ lagenteil einen Siedewasserreaktor 2 mit einer seiner Treib­ wasserschleifen. Jede Treibwasserschleife umfaßt eine Viel­ zahl von Rohren 4, die in ihren Geradrohr- oder Krümmungsbe­ reichen mit Stutzen 6 zum Anschluß weiterer Rohrleitungen versehen sind. Diese Stutzen 6 müssen im Falle eines Befundes aus den Rohren 4 herauserodiert werden und durch einen neuen Stutzen 6 ersetzt werden.

Gemäß Fig. 2 wird ein neuer Stutzen 6 in den durch den Aus­ bau des alten Stutzens entstandenen Ausschnitt 7 in der Wand eines Rohres 4 eingesetzt. Die Innenoberflächen des Rohres 4 und des Stutzens 6 sind mit einer austenitischen Plattierung 8 versehen. Die Nahtflächen des Rohres 4 und des Stutzens 6 sind zur Bildung einer V-förmigen Schweißfuge 9 angeschrägt. Um ein einwandfreies Einschweißen des Stutzens 6 im Rohr 4 sicherzustellen, darf die Maßabweichung a zwischen der Innen­ kante 10 des Stutzens 6 und der Innenkante 11 des Rohres 4, d. h. an der Wurzel der Schweißfuge 9 nicht größer sein als 1 mm. Dies erfordert eine genaue Kenntnis der Kontur des Roh­ res 4 entlang seiner Innenkante 11 um eine paßgenaue Her­ stellung des Stutzens 6 zu ermöglichen.

In Fig. 3 ist die Wand eines Behälters oder Rohres 4 mit ei­ ner Öffnung 70 vereinfacht dargestellt, in die ein auszutau­ schender Stutzen 6 mündet. Eine Meßeinrichtung zum Vermessen der Kontur der Wand auf der Innenseite des Rohres 4 umfaßt eine Spanneinrichtung 14, die zumindest mit ihren Spannbacken 16 in den rohrförmigen Stutzen 6 eingefahren ist und sich in ihm verspannt und zentriert.

Die Spanneinrichtung 14 dient zugleich als Führung für eine in ihr axial verschiebbar und drehbar gelagerte Welle 18.

An einem freien, in die Öffnung 70 einführbaren Ende der Welle 18 ist eine Halterung 20 für einen Meßtaster 22 fixiert. Der Meßtaster 22 ist verschiebbar in einer Aufnahmehülse 24 gela­ gert, die um eine zur Welle 18 senkrechte Achse 26 schwenkbar in der Halterung 20 angeordnet ist. Der Meßtaster 22 umfaßt eine Meßspitze 28, die in der in der Figur dargestellten Ar­ beitsposition die Wand auf der Innenseite des Rohres 4 be­ rührt.

An der Spanneinrichtung 14 sind Führungsschienen 30 für einen Schlitten 32 befestigt, der einen als Hülse gestalteten in­ duktiven Wegaufnehmer 36 umfaßt, durch den die Welle 18 ge­ führt ist. Mit diesem induktiven Wegaufnehmer 36 kann die axiale Verschiebung F der Welle 18 relativ zur Meßhülse 36 und bei fixierter Spanneinrichtung 14 und festgehaltenem Schlitten 32 relativ zur Wand des Rohres 4 gemessen werden.

Der induktive Wegaufnehmer 36 ist an ein Meß- und Anzeigege­ rät 50 angeschlossen, an dem sich eine digitale Anzeige 52 für die Istposition der Welle 18 befindet.

Die Welle 18 ist an ihrem der Halterung 20 gegenüberliegenden Ende mit einer Lochscheibe 40 versehen, die in gleichmäßigen Winkelabständen von beispielsweise 5° mit Löchern 42 versehen ist und durch einen Stift 44 in diesen Winkelpositionen arre­ tiert werden kann.

Der Winkel der Aufnahmehülse 24 sowie die axiale Position des Meßtasters 22 innerhalb dieser Aufnahmehülse 24 legen den Durchmesser D eines Meßkreises fest, der sich durch Drehung der Welle 18 bei festgehaltener axialer Position ergibt. Die Projektion dieses Meßkreises auf die Innenwand des Rohres 4 legt eine Kontur fest, entlang der dann der Stutzen 6 durch ein Elektroerodierverfahren herausgetrennt wird. Nur für eine ebene Wand ist diese Kontur ebenfalls ein einfacher Kreis. Bei gekrümmten Wänden ist auch die Kontur eine dreidimensio­ nale Kurve, die durch den Drehwinkel der Welle 18 und den Ab­ stand von einer zu diesem Meßkreis parallelen Ebene mathema­ tisch festgelegt ist.

Zur Messung dieser Kontur der Wand des Rohres 4 wird die Welle 18 in einer ersten festgehaltenen Winkelposition so­ lange axial verschoben, bis die Meßspitze 28 die Wand be­ rührt. Meßspitze 28 und Wand sind Teile eines nicht näher dargestellten Stromkreises, der bei Kontakt zwischen Meß­ spitze 28 und Wand geschlossen wird. Dieser Kontakt kann bei­ spielsweise durch eine am Meßgerät 50 befindliche Kontrol­ lampe 54 optisch angezeigt werden. Der sich in dieser ersten Winkelposition bei Kontakt ergebende Meßwert F wird als Refe­ renz- oder Nullwert verwendet, auf dem sich alle nachfolgen­ den Messungen beziehen.

In einem darauffolgenden Arbeitsschritt wird die Welle 18 nach innen abgehoben, um einen vorgegebenen Winkel, im Bei­ spiel 50 verdreht, in dieser neuen Winkelposition gegen Ver­ drehung gesichert und zurückgefahren, bis die Meßspitze 28 erneut die Wand berührt. Der sich bei dieser Berührung erge­ bende Meßwert für die Längsverschiebung F der Welle 16 wird am Display 52 angezeigt. Das Meßgerät 50 ist über eine Daten­ leitung 56 an einen Rechner angeschlossen, in dem die Meßwer­ te gespeichert und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden.

An der Spanneinrichtung 14 ist außerdem eine Führungsplatte 60 für einen Körner 62 fixiert, mit dem eine Markierung an der Außenwand des Rohres 4 angebracht werden kann, um repro­ duzierbare Meß- und Bearbeitungsverhältnisse zu erzielen.

Die mit Hilfe der Vorrichtung erhaltenen Meßwerte werden zum rechnergesteuerten Heraustrennen des Stutzens 6, bei­ spielsweise durch ein Erodierverfahren, verwendet, so daß die Innenkante des sich beim Heraustrennen des Stutzens 6 erge­ benden gestrichelt eingezeichneten Ausschnittes 7 automatisch mit der gemessenen Kontur übereinstimmt. Mit Hilfe derselben Meßwerte kann dann ein neuer Stutzen gefertigt werden, der paßgenau in diesen Ausschnitt 7 eingefügt werden kann.

Claims (10)

1. Meßeinrichtung zum Vermessen einer Kontur einer Wand eines Behälters oder Rohres (4), mit folgenden Merkmalen:

• a) einer in ihrer Lage relativ zur Wand fixierbaren Einrich­ tung (14) zur Aufnahme einer in ihr axial verschiebbar und drehbar gelagerten Welle (18),
• b) einem an einem freien Ende der Welle, (18) schwenkbar ange­ ordneten Meßtaster (22) mit, einer Meßspitze (28),
• c) einer Einrichtung zum Messen einer axialen Verschiebung der Welle, sowie
• d) einer Einrichtung (50) zum Erfassen und Anzeigen einer Be­ rührung der Meßspitze (28) mit der Wand.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, bei der als fixierbare Einrichtung eine Spanneinrichtung (14) vorgesehen ist, die mit ihren Spannbacken (16) in einem in den Behälter oder in das Rohr (4) mündenden Stutzen (6) verspannbar ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, daß an der Spanneinrichtung (14) eine Markiereinrichtung (60, 62) zum Markieren der Position der Spanneinrichtung (14) an­ geordnet ist.

4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüchen 1 bis 3, mit einem indukti­ ven Wegaufnehmer (36) zum Erfassen der axialen Verschiebung (F) der Welle (18).

5. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Meßspitze (28) mit, der Wand einen elektrischen Schalter bildet, durch den bei Berührung ein elektrischer Strom fließt.

6. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche) mit einer Einrichtung (40, 42, 44) zum Verdrehen der Welle (18) in vorgegebenen Winkelschritten.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, mit einer auf der Welle (18) angeordneten Lochscheibe (40), die Löcher (42) in unter­ einander gleichem Winkelabstand enthält, durch die ein Stift (44) zum Verdrehsichern der Welle (18) steckbar ist.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 und einem der vorhergehenden Ansprüche, die einem derart gestalteten Wegaufnehmer (36) aufweist bzw. bei der der Wegaufnehmer (36) derart gestaltet ist, daß er die Welle (18) umgibt und relativ zur Spanneinrichtung (14) verschiebbar angeordnet ist.

9. Verfahren zum Vermessen einer Kontur einer Wand eines Be­ hälters oder Rohres (4), mit folgenden Arbeitsschritten:

• a) Eine Einrichtung (14) zur Aufnahme einer axial verschieb­ bar und drehbar in ihr gelagerten Welle (18) wird relativ zur Wand fixiert,
• b) ein an einem freien Ende der Welle (18) angeordneter Meß­ taster (22) wird in eine Meßposition geschwenkt,
• c) die Welle wird solange axial verschoben, bis der Meßtaster (22) mit seiner Meßspitze (28) die Wand berührt,
• d) die axiale Lage der Welle (18) wird gemessen und als Refe­ renzwert einer Referenzposition gespeichert,
• e) die Meßspitze (28) wird durch eine axiale Verschiebung der Welle (18) abgehoben,
• f) die Welle (18) wird um einen vorgegebenen Winkel gedreht und erneut axial verschoben, bis die Meßspitze (28) die Wand berührt,
• g) die Weglänge der relativ zur Referenzposition bis zur er­ neuten Berührung erforderlichen axialen Verschiebung wird ge­ messen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem an der Wand eine Mar­ kierung angebracht wird, mit der die Meßeinrichtung bei einer Folgemessung relativ zur Wand reproduzierbar fixiert werden kann.