DE19742590C2 - Laserwartungs- und Reparatureinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung zur Bearbeitung eines Materials, zur Verbesserung der Restspannungen der Oberfläche eines Werkstücks, zur Beeinflussung der Oberfläche des Werkstücks und zum Schweißen und Reparieren mit einem Laserstrahl, und betrifft insbesondere eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung, welche effizient einen Laserstrahl mit hoher Energiedichte aussenden kann, und welche den Laserstrahl durch einen Laseroszillator erzeugt, und den Strahl auf den zu bearbeitenden Abschnitt in einer vorbestimmten Entfernung führt und dort konzentriert.

Ein Laserstrahl stellt kohärentes, monochromatisches Licht mit wohldefinierten Phasen und sehr hoher Konvergenz dar. Da der Laserstrahl mit Lichtenergie mit hoher Dichte auf einen engen Bereich konzentriert werden kann, wird er in zahlreichen Gebieten eingesetzt, beispielsweise auf dem Gebiet der Kommunikation, der Meßtechnik, medizinischer Behandlungen und der Bearbeitung von Metallen.

Auf dem Gebiet der Bearbeitung von Metallen werden mit einem Laserstrahl mit hoher Energiedichte verschiedene Bearbeitungen durchgeführt, beispielsweise Schweißen, Schneiden, Durchlöchern und Oberflächenbehandlung. Da die Verarbeitung mit dem Laserstrahl eine berührungslose Bearbeitung darstellt, kann jeder Ort bearbeitet werden, wenn der Strahl an dem Ort ankommen kann. Darüber hinaus können die Abmessungen eines Laserstrahlkopfs verringert werden, der dazu dient, den Laserstrahl zu sammeln und auf einen zu bearbeitenden Abschnitt auszustrahlen. Da die einem Material zugeführte Wärme gering ist, besteht der Vorteil einer exakten Bearbeitung. Bearbeitung unter Verwendung eines Laserstrahls wird zur Wartung und zur Reparatur eines Kernreaktorbehälters und der Konstruktion in einem Kernreaktor für ein Kernkraftwerk eingesetzt, durch Nutzung dieser Vorteile.

Beispielsweise besteht die Konstruktion in einem Siedewasserreaktor aus einem Material mit ausreichender Korrosionsfestigkeit und hoher Temperaturfestigkeit in einer Umgebung mit hohen Temperaturen und hohem Druck, beispielsweise aus austenitischem Edelstahl oder einer Legierung auf Nickelgrundlage. Diese Teile werden durch den Betrieb eines Kraftwerks über einen langen Zeitraum schwierigen Umgebungseinflüssen ausgesetzt, und durch Neutronenstrahlung beeinflußt, und daher muß das Problem der Beeinträchtigung des Materials berücksichtigt werden. Insbesondere in der Nähe geschweißter Abschnitte der Konstruktion in dem Reaktor besteht die potentielle Gefahr der Spaltbildung infolge von Spannungskorrosion infolge der Sensibilisierung und der Rest- Zugspannungen des Materials infolge der beim Schweißen zugeführten Wärme.

Vor kurzem wurden verschiedene Verfahren zur Verbesserung der Materialoberfläche als vorsorgende Wartungsmaßnahme für den sicheren Betrieb eines Kernreaktors entwickelt. Unter anderem wurde ein Verfahren zum Aussenden eines Laserstrahls auf die Oberfläche eines Materials zur Beeinflussung der Oberfläche beschrieben, beispielsweise in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 246483/1995 und 206869/1996.

Die erste Veröffentlichung betrifft ein Verfahren zum Aussenden eines Laserstrahls von einem gepulsten Laser auf die (zu bearbeitende) Oberfläche eines Werkstücks über einen reflektierenden Spiegel, um dadurch eine Druckspannung an der zu bearbeitenden Oberfläche aufrechtzuerhalten, daß der Strahl auf die zu bearbeitende Oberfläche ausgesandt wird, während die Aussendeposition geändert wird.

Die letztgenannte Veröffentlichung betrifft ein Verfahren zum Aussenden eines Laserstrahls mit hoher Leistung und kurzer Impulsdauer im sichtbaren Wellenlängenbereich auf die zu bearbeitende Oberfläche, die in Kühlwasser eingetaucht ist, um die Restspannungen der zu bearbeitenden Oberfläche zu verbessern, und einen Spalt oder radioaktiven Abfall zu entfernen.

Bei diesen Verfahren und Einrichtungen wird ein Lichtleiter als Strahlführungsvorrichtung zum Führen eines Laserstrahls von einem Oszillator zur Position der zu bearbeitenden Oberfläche verwendet. Der Lichtleiter ist angesichts seiner Flexibilität und der Möglichkeit vorteilhaft, den Strahl zu einem eng begrenzten Abschnitt zu führen.

Bei dem Laserstrahlkopf zum Aussenden eines Laserstrahls wird der über den Lichtleiter geführte Strahl auf eine einstellbare Fläche über ein optisches Kondensorsystem gebündelt, beispielsweise eine Linse, wird sein Ausbreitungsweg durch einen Spiegel weiter beeinflußt, und wird auf einen frei wählbaren, zu bearbeitenden Ort ausgesandt.

Wie voranstehend geschildert überträgt die konventionelle Laserbearbeitungseinrichtung dann, wenn der Laseroszillator und die zu bearbeitende Oberfläche in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordnet sind, den von dem Laseroszillator erzeugten Laserstrahl über die Strahlführungsvorrichtung, wie beispielsweise einen Lichtleiter, sammelt den Laserstrahl durch die Linse und den reflektierenden Spiegel am Ende des Strahlführungskanals (des Laserstrahlübertragungsweges), und sendet den Laserstrahl auf den zu bearbeitenden Abschnitt aus.

Fig. 16 zeigt den Aufbau einer konventionellen Laserbearbeitungseinrichtung in einem Fall, in welchem ein Laseroszillator und eine zu bearbeitende Oberfläche getrennt voneinander angeordnet sind.

Wie in Fig. 16 gezeigt, weist ein Laserstrahlkopf 51 der Laserbearbeitungseinrichtung, die in einer Flüssigkeit angeordnet ist, eine Kondensorlinse 53 zum Bündeln eines Laserstrahls 52 auf, der von einer Laserlichtquelle (einem Laseroszillator), die nicht in Fig. 16 gezeigt ist, über eine Strahlführungsvorrichtung (Lichtleiter) übertragen wird, einen reflektierenden Spiegel 55 zum Reflektieren des gebündelten Strahls 52, um den Strahl 52 auf einen zu bearbeitenden Abschnitt 54 auszusenden, und ein optisches Fenster 56 zur Abdichtung von Flüssigkeit, um die Kondensorlinse 53 und den reflektierenden Spiegel 55 unter Luft zu halten (in der Strahlführungsvorrichtung mit flüssigkeitsdichtem Aufbau), damit in der Flüssigkeit gearbeitet werden kann

Der für die Verarbeitung eingesetzte Laserstrahl weist eine hohe Energiedichte auf. Wenn der zu bearbeitende Abschnitt 54 und der Laserstrahlkopf 51 nahe beieinander liegen, weist der Laserstrahl die hohe Energiedichte selbst auf den Oberflächen des optischen Fensters 56 und des reflektierenden Spiegels 55 auf. Wenn die Impulsenergie des übertragenen Laserstrahls 200 mJ beträgt, und die Aussendefläche auf der Oberfläche des Materials 1 mm² beträgt, so ergibt sich eine Energiedichte von 20 J/cm². Wenn der zu bearbeitende Abschnitt 54 und das optische Fenster 56 nahe beieinander liegen, und die Energiedichte 20 J/cm² auf der Oberfläche des optischen Fensters 56 beträgt, und der Strahldurchmesser (die Strahlfläche) 5 mm² beträgt, so ist eine optische Festigkeit von 4 J/cm² oder mehr auf der Oberfläche des reflektierenden Spiegels 55 erforderlich.

Bei der konventionellen Laserbearbeitungseinrichtung mit dem voranstehend geschilderten Aufbau gibt es allerdings eine Grenze für das Aussenden des Laserstrahls mit hoher Energiedichte, infolge von Einschränkungen wegen des Lichtleiters zum Führen des Strahls, und der Linse und des reflektierenden Spiegels zum Sammeln bzw. Reflektieren des Laserstrahls. Darüber hinaus gibt es Schwierigkeiten bei der Bearbeitung, infolge der Verwendung des Lichtleiters, der Linse und des reflektierenden Spiegels mit dem voranstehend geschilderten Aufbau. Dies wird nachstehend genauer erläutert.

Das konventionelle Verfahren und die konventionelle Einrichtung zur Laserbearbeitung, wie sie voranstehend beschrieben wurden, verwenden den Lichtleiter zum Führen des Laserstrahls von dem Oszillator zu dem Ort der zu behandelnden Oberfläche, jedoch gibt es eine Grenze für die Leistung oder Energie, mit welcher der Laserstrahl über den Lichtleiter geführt werden kann. Die Materialgrenze des Lichtleiters begrenzt die Energiedichte des Laserstrahls bei der konventionellen Laserbearbeitungseinrichtung und beschränkt daher die Bearbeitungseigenschaften.

Wenn wie voranstehend geschildert die Oberfläche eines Materials beeinflußt werden soll, ist es erforderlich, um die erforderliche optische Leistung und Energiedichte an der zu bearbeitenden Oberfläche zu erhalten, den von dem Lichtleiter ausgesandten Strahl so stark wie möglich zu konzentrieren. Der von dem Lichtleiter ausgesandte Strahl entspricht jedoch im wesentlichen einem diffusen Strahl, mit dem Kern des Lichtleiters als Lichtquelle, und weist die Eigenschaften auf, daß der Strahl aufgeweitet und ausgesandt wird, entsprechend dem Wert für die numerische Apertur (NA), die sich aus dem Brechungsindex des Materials des Lichtleiters ergibt. Im allgemeinen weist ein Lichtleiter für Leistungslaser eine numerische Apertur NA von etwa 0,2 auf. Der von dem Lichtleiter ausgesandte Strahl wird in einem Winkel von etwa 46° diffus ausgestrahlt (= 2sin^-1 (0,2)).

Um den Strahl von einem derartigen Lichtleiter auf die zu bearbeitende Oberfläche auszusenden, ist es erforderlich, das Bild des Kerns des Lichtleiters unter Verwendung einer Linse zu fokussieren. In diesem Fall werden die Abmessungen des Bildes auf der zu bearbeitenden Oberfläche gleich dem Produkt des Vergrößerungsverhältnisses und der Abmessungen des Kerns des Lichtleiters. Angesichts dieser Eigenschaften ist es erforderlich, das Vergrößerungsverhältnis zu verringern, um den von dem Lichtleiter ausgesandten Strahl so stark wie möglich zu sammeln.

Wenn jedoch das Vergrößerungsverhältnis verringert wird, wird die numerische Apertur NA des von der Linse ausgesandten, gesammelten Strahls erhöht. Wenn nämlich das Vergrößerungsverhältnis den Wert M aufweist, beträgt die numerische Apertur NA des Lichtleiters A, und die numerische Apertur NA an der Fokussierungsseite B, mit der Beziehung M = A/B. Wenn beispielsweise der Kern des Lichtleiters unter Verwendung des Lichtleiters unverändert bleibt (A = 0,2), so erhält man B = 0,2 und wird der Strahl in einem Winkel von 46° gebündelt.

Wenn der Laserstrahl so stark gebündelt wird, wird im allgemeinen die Brennweite sehr kurz. Wenn daher die zu bearbeitende Oberfläche eine komplizierte Form aufweist, muß ein optisches System zum Aussenden des Laserstrahls, welches einen Lichtleiter und eine Linse aufweist, exakt positioniert werden.

Die voranstehend geschilderten Einflüsse treten immer dann auf, wenn der Strahl über einen Lichtleiter übertragen wird, und entsprechen nicht der Situation, in welcher der Strahl über den Raum übertragen wird und der Strahl durch eine Linse mit niedriger numerischer Apertur NA gebündelt wird.

Andererseits treten auch beim Laserstrahlkopf zum Bündeln und Reflektieren des Laserstrahls, um den Strahl auf die zu bearbeitende Oberfläche auszusenden, Einschränkungen in Bezug auf das Aussenden eines Laserstrahls mit hoher Energiedichte auf.

Wie voranstehend geschildert, wird der von der Laserstrahlquelle zum Laserstrahlkopf nahe dem zu bearbeitenden Abschnitt übertragene Laserstrahl auf eine freiwählbare Fläche gebündelt, durch ein optisches Bündelungssystem, wie beispielsweise eine Linse, wobei der optische Pfad durch einen reflektierenden Spiegel weiterhin geändert wird, auf einen frei wählbaren, zu bearbeitenden Ort ausgesandt wird, und dann die Bearbeitung erfolgt, jedoch ist es erforderlich, wenn ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte ausgesandt wird, um Beschädigungen des optischen Systems, wie beispielsweise einer Sammellinse und eines reflektierenden Spiegels zu verhindern, eine optische Festigkeit einzusetzen, welche der Leistung des Laserstrahls ausreichend standhalten kann.

Insbesondere, wenn der reflektierende Spiegel zum Reflektieren des Laserstrahls nach der Bündelung und hinter dem Laserstrahlkopf, der das optische System enthält, flüssigkeitsdicht sein muß, infolge der Bearbeitung unter Wasser, muß das optische Fenster zum Aussenden des Laserstrahls vom Inneren des Laserstrahlkopfes nach außen einem Laserstrahl mit sehr hoher Energiedichte standhalten können.

Weiterhin weist ein reflektierender Film aus einem dielektrischen Material, der normalerweise auf der Oberfläche eines reflektierenden Spiegels vorgesehen ist, ein hohes Reflexionsvermögen auf, bringt jedoch einen erheblichen Kostenaufwand mit sich, und wird die optische Festigkeit mehr oder weniger stark beeinträchtigt. Im Falle eines kontinuierlich arbeitenden Lasers (cw-Betrieb) nimmt die Energiedichte des Laserstrahls normalerweise keinen Pegel in einem derartigen Ausmaß an, daß diese optischen Bauteile beschädigt werden, jedoch kann im Falle eines Laserstrahls mit sehr kurzer Impulsdauer der Energiespitzenwert diesen Pegel erreichen oder überschreiten, und wird dies der Grund zur Begrenzung der Energie des Laserstrahls, die für die Verarbeitung eingesetzt werden kann.

Da der reflektierende Spiegel einfach beschädigt werden kann, wird beispielsweise bei der in Fig. 16 dargestellten Laserbearbeitungseinrichtung der Einfallswinkel auf den reflektierenden Spiegel 55 auf einen festgelegten Winkel beschränkt, beispielsweise 0° oder 45°. Daher kann durch Antrieb des Spiegels nicht der Laserstrahl auf einen frei wählbaren Winkel ausgestrahlt werden. Die Feineinstellung zum Zeitpunkt der Bearbeitung wird daher eingeschränkt.

Wenn die Sammellinse 53 und der reflektierende Spiegel 55 nahe aneinander angeordnet sind, um den Strahldurchmesser des Laserstrahls auf der Oberfläche des reflektierenden Spiegels 55 zu vergrößern, muß eine Sammellinse 53 mit kurzer Brennweite eingesetzt werden. Die Schwierigkeit, daß der Strahldurchmesser auf dem reflektierenden Spiegel vergrößert werden muß, führt dazu, daß die Brennweite der Linse noch weiter verkürzt werden muß, und führt darüber hinaus dazu, daß die Schwierigkeit auftritt, daß das Vergrößerungsverhältnis infolge des voranstehend geschilderten Lichtleiters verringert werden muß, wodurch der Fehler bezüglich der Aussendefläche auf der Oberfläche des Ausstrahlungsabschnittes weiter vergrößert wird.

Aus JP-07 001171 A ist eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, um unter Wasser eine Laserschweißung vorzunehmen. Hierzu wird ein Führungsglied vorgesehen, welches flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist und einen Laserstrahl in die Nähe eines zu bestrahlenden Abschnitts führt. In der Spitze des Führungsgliedes ist ein Übertragungsglied für den Laserstrahl vorgesehen sowie eine Strahlsammeleinrichtung, die den geführten Laserstrahl auf die Schweißposition fokussiert. Dadurch, daß der Laserstrahl bis in unmittelbare Nähe der Bearbeitungsposition durch das Führungsteil geleitet wird, und nicht durch Wasser, wird eine vermeidbare Dämpfung des Strahls verhindert.

Aus JP 6-269975 A ist eine Vorrichtung zur Bearbeitung von in Wasser eingetauchten Werkstücken mittels eines Laserstrahls bekannt. Der Laserstrahl wird von einer Laserquelle ausgesendet, durchläuft ein optisches Übertragungssystem und wird von einer Sammellinse in einer Arbeitsdüse fokussiert.

Eine Absaugabdeckung ist auf der Außenfläche des unteren Teils der Arbeitsdüse angebracht und diese Absaugabdeckung ist mit einem Filter über ein Absauggrohr verbunden. Der Filter ist mit einer Pumpe verbunden, und das Ausstoßende der Pumpe führt den abgesaugten Flüssigkeitsstrom zurück in das Flüssigkeitsbecken, in welchem sich das Werkstück befindet.

Aus EP-0345469 A1 ist ein System zur Ausrichtung und Führung eines Laserstrahls in einer Laserschweißvorrichtung bekannt. Die Führung besteht aus röhrenförmigen Elementen und Ablenkspiegeln.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung, welche einen Laserstrahl mit hoher Energiedichte einsetzen kann, und darüber hinaus die Laserstrahlbearbeitung erleichtern kann, oder den Einsatzbereich für die Laserstrahlbearbeitung vergrößern kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Einrichtungen der unabhängigen Ansprüche.

Da gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 der Laserstrahl durch ein rohrförmiges Strahlführungsteil geführt wird, statt durch einen Lichtleiter, ähnlich wie bei der JP-6-269975 A wird der Laserstrahl hauptsächlich durch die Atmosphäre geleitet, so daß ein Laserstrahl mit höherer Energiedichte übertragen werden kann als bei Einsatz eines Lichtleiters.

Da man dann einfach parallele Strahlen erhält, wenn der Laserstrahl in einem Raum im Inneren des rohrförmigen Strahlführungsteil übertragen wird, werden die Anforderungen bezüglich der Verringerung des Vergrößerungsverhältnisses abgemildert, und es sind infolge der Tatsache, daß die Brennweite erhöht werden kann, nicht mehr so scharfe Anforderungen an die Positionierung zu stellen.

Da die Strahlführungsvorrichtung den Mechanismus zum Drehen und zum Ausfahren oder Zusammenziehen aufweist, ähnlich wie die EP-A-0345469, kann der Laserstrahlkopf einfach an die zu bearbeitende Oberfläche angenähert werden, wobei er dieser gegenüberliegt. Andererseits kann ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte an den Laserstrahlkopf von einem Laseroszillator mit großen Abmessungen aus übertragen werden, der sich an einem getrennten Ort befindet. Da die Laserwartungs- und Reparatureinrichtung bei einem Kernreaktorbehälter eingesetzt wird, kann die bei der Konstruktion in dem Reaktor oder dem Kernreaktordruckbehälter einschließlich einer Düse zu bearbeitende Oberfläche zum Zweck vorsorgender Wartungs- und Reparaturvorgänge durch derartige Operationen, wie Laser-Stoßverformung, Schmelzen, Plattieren oder Schweißen bearbeitet werden.

Die Entfernung zwischen dem Laseroszillator und der zu bearbeitenden Oberfläche kann verkürzt werden, und daher können die Übertragungsverluste für den Laserstrahl verringert werden. Darüber hinaus kann die Positionierungsgenauigkeit einfach erhöht werden, das Strahlführungsteil verkürzt werden und daher die Installation erleichtert werden.

Gemäß Anspruch 2 wird eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt, wobei ein zentraler Pfeiler oder Pfosten auf einer oberen Kernplatte eines oberen Abschnitts eines Abschirmkörpers in dem Kernreaktordruckbehälter steht, eine Dreheinheit horizontal drehbar an dem zentralen Pfeiler vorgesehen ist, ein Bewegungsschlitten horizontal bewegbar an der Dreheinheit vorgesehen ist, und die Laserstrahl-Aussendeeinheit auf dem Bewegungssschlitten angeordnet ist.

Da der Aussendekopf drei Freiheitsgrade aufweist, nämlich Drehen, Horizontalausbreitung und Anheben, durch den Drehantrieb, der durch den zentralen Pfeiler ferngesteuert angetrieben wird, durch den Mechanismus zum Drehen und Ausfahren und Zusammenziehen der Laserstrahl-Aussendeeinheit auf der oberen Kernplatte, kann der Laserstrahl sicher auf die zu bearbeitende Oberfläche ausgesandt werden, um hierdurch vorsorgliche Wartungs- und Reparaturvorgänge durchzuführen, beispielsweise Laser-Stoßverformung, Schmelzen, Plattieren oder Schweißen des Kernreaktordruckbehälters und der Konstruktion in dem Reaktor.

Gemäß Anspruch 3 wird eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach Anspruch 2 zur Verfügung gestellt, wobei ein Vertikalrad und ein Horizontalrad, die mit dem oberen Randabschnitt des Abschirmkörpers in Berührung stehen, an dem Ende der Dreheinheit befestigt sind.

Da die Dreheinheit dadurch glatt gedreht und angetrieben werden kann, wobei das Vertikalrad und das Horizontalrad an dem oberen Randabschnitt des Abschirmkörpers entlanglaufen, können die Wartungs- und Reparaturvorgänge in dem Kernreaktor erleichtert werden.

Gemäß Anspruch 4 wird eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt, wobei ein entfernter Antrieb, der einen Mechanismus für die Horizontaldrehung, das horizontale Ausfahren und das vertikale Anheben aufweist, auf einer oberen Kernplatte eines oberen Abschnitts eines Abschirmkörpers in dem Kernreaktordruckbehälter vorgesehen ist, und die Laserstrahl- Aussendeeinheit an der entfernten Antriebsvorrichtung vorgesehen ist.

Es gibt demgemäß einen Betriebsbereich, der die gesamte Fläche der Innenwand des Abschirmkörpers abdecken kann, da der entfernte Antrieb die drei Freiheitsgrade der Horizontaldrehung, des horizontalen Ausfahrens und der vertikalen Anhebung aufweist, und daher kann der Aussendekopf einfach zu der zu bearbeitenden Oberfläche in dem Kernreaktordruckbehälter bewegt werden, wodurch ständig auf wirksame Art und Weise die Abfolge von Wartungs- und Reparaturoperationen, beispielsweise Inspektion und Reparatur, durchgeführt werden kann.

Darüber hinaus wird der Aussendekopf von einem anderen Gitterloch als jenem Gitterloch der oberen Kernplatte aus eingeführt, die mit dem entfernt angeordneten Antrieb versehen ist, und lassen sich Dimensionseinschränkungen (Durchlaßbedingungen für die Reaktorkernhalterungsplatte) des Aussendekopfes und des entfernten Antriebs abmildern, wodurch Operationen in der Abschirmung des unteren Abschnitts von der Reaktorkernhalterungsplatte aus durchgeführt werden können.

Gemäß Anspruch 5 wird eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Verfügung gestellt, wobei der Drehmechanimus zur Ausführung der Drehoperation ein Lager und einen O-Ring aufweist, die auf der Außenoberfläche des Strahlführungsteils vorgesehen sind, einen Drehantriebsmotor, und ein Zahrad, welches auf der Außenoberfläche des Strahlführungsteils angeordnet ist, und mit einem Zahnrad in Eingriff steht, welches an einer Drehwelle des Motors angebracht ist.

Demgemäß sind das eine Strahlführungsteil und das andere Teil drehbeweglich angebracht und können zu einer Relativdrehung durch den Motor (das Betätigungsglied) veranlaßt werden. Das eine Teil und das andere Teil sind streckbar angebracht und können in Bezug aufeinander verlängert werden durch den Ausfahr- oder Zusammenziehmechanismus (Betätigungsglied). Das Strahlführungsteil ist flüssigkeitsdicht und gleichzeitig drehbar angebracht, und daher kann das Strahlführungsteil gedreht werden, während die Flüssigkeitsabdichtung aufrechterhalten bleibt, und darüber hinaus kann das ausfahrbar angebrachte Strahlführungsteil ausgefahren oder eingezogen werden, während die flüssigkeitsdichte Abdichtung aufrechterhalten bleibt.

Gemäß Anspruch 6 wird eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Verfügung gestellt, wobei ein Mechanismus für die Drehausrichtung um Achsen herum, die senkrecht zueinander verlaufen, durch einen ersten und zweiten Motor an einem reflektierenden Teil in dem Strahlführungsteil vorgesehen ist.

Demgemäß kann der Winkel des reflektierenden Teils geändert weden, während das reflektierende Teil durch den ersten und zweiten Motor zentriert wird. Selbst wenn eine Positionsabweichung infolge der Ablenkung des Strahlführungsteils auftritt, kann dies ferngesteuert ausgerichtet werden, und kann diese Ausführung in kurzer Zeit erfolgen, ohne den Betrieb zu unterbrechen.

Gemäß dem unabhängigen Anspruch 7 ist ein optisches Fenster in der Nähe des Sammelteils als Abdichtungsteil für das Strahlführungsteil vorgesehen, um die Aussendefläche des Laserstrahls zum optischen Fenster zu vergrößern. Daher wird die Energiedichte des Laserstrahls in Bezug auf das optische Fenster verringert, und wird entsprechend die Energie des Laserstrahls erhöht, der durch die Laserstrahlführungsvorrichtung übertragen werden kann.

Der reflektierende Spiegel weist die reflektierende Schicht auf, die aus Vakuum oder einem vorbestimmten Fluid besteht, auf der rückwärtigen Oberfläche des Spiegels, um den Laserstrahl durch die Totalreflexion der Grenzfläche zwischen der hinteren Oberfläche des Spiegels und der reflektierenden Schicht zu reflektieren, und daher wird die Beschränkung für die optische Festigkeit des reflektierenden Films auf der Oberfläche des reflektierenden Spiegels ausgeschaltet, so daß ein Laser mit hoher Energiedichte verwendet werden kann.

Da gemäß dem unabhängigen Anspruch 8 das Fokussierelement das Abdichtbauteil des Strahlführungsteils bildet, kann das optische Fenster wegfallen. Daher kann der Aufbau vereinfacht werden und kann die Beschränkung infolge der optischen Festigkeit des optischen Fensters vollständig ausgeschaltet werden.

Gemäß Anspruch 9 wird eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8 zur Verfügung gestellt, wobei der Aussendekopf eine Flüssigkeitsstrahldüse aufweist, um Laserstrahlstreuung auszuschalten, die durch das Material des zu bearbeitenden Abschnitts hervorgerufen wird.

Da demgemäß die Flüssigkeitstrahldüse zum Ausschalten einer Laserstrahlstreuung, die durch Material hervorgerufen wird, an dem Aussendekopf vorgesehen ist, können Blasen oder Staub entfernt werden, die von dem zu bearbeitenden Abschnitt erzeugt werden, und kann der Laserstrahl wirksam auf den zu bearbeitenden Abschnitt ausgesandt werden.

Eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 10 nach einem der Ansprüche 7 bis 9 ist so ausgebildet, daß der Aussendeknopf einstückig zylindrisch mit dem Ende der Strahlführungsvorrichtung ausgebildet ist, und die Strahlführungsvorrichtung einen Mechanismus aufweist, um eine Drehung in Umfangsrichtung auszuüben und einen Herausfahr- oder Einziehvorgang in Axialrichtung durchzuführen, und so ausgebildet ist, daß sie die Bearbeitung der Innenoberfläche eines zylindrischen Werkstücks ermöglicht.

Demgemäß ist das Ende der Strahlführungsvorrichtung einstückig zylindrisch mit dem Aussendekopf ausgebildet, und kann das Ende der Strahlführungsvorrichtung und des Aussendekopfes bearbeitet werden, während eine Drehung in Umfangsrichtung oder eine Bewegung in Axialrichtung erfolgt, und kann insbesondere die Innenoberfläche des zylindrischen Werkstücks leicht bearbeitet werden.

Gemäß Anspruch 11 wird eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 zur Verfügung gestellt, wobei der reflektierende Spiegel des Aussendekopfes einen Mechanismus zur Drehausrichtung um Achsen senkrecht zueinander mit Hilfe eines ersten und zweiten Motors aufweist.

Demgemäß weist der reflektierende Spiegel den Mechanismus zur Drehausrichtung um Achsen, die senkrecht zueinander angeordnet sind, mit Hilfe des ersten und zweiten Motors auf, und daher wird der Einfallswinkel des Laserstrahls auf den reflektierenden Spiegel in einem Winkelbereich gesteuert, der größer ist als der kritische Winkel für die Totalreflexion, und kann der Laserstrahl in eine frei wählbare Richtung, wo die Bearbeitung erfolgen soll, reflektiert werden. Der zu bearbeitende Abschnitt kann daher in einem großen Bereich kontinuierlich bearbeitet werden, ohne den Aussendeknopf zu bewegen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht des Gesamtaufbaus und eines Beispiels für die Anbringung einer ersten Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht des Aufbaus der ersten Ausführungsform der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Längsschnittansicht des Gesamtaufbaus und eines Beispiels für die Anbringung einer zweiten Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Ansicht des Aufbaus der zweiten Ausführungsform der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine Längsschnittansicht eines abgeänderten Beispiels für die zweite Ausführungsform der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine Längsschnittansicht des Gesamtaufbaus und eines Beispiels für die Anbringung einer dritten Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 7 eine Längsschnittansicht der dritten Ausführungsform der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung, während der Ausführung des Schweißens eines Abschnitts des unteren Abschnitts eines Abschirmkörpers;

Fig. 8 eine Längsschnittansicht des Aufbaus einer vierten Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 9 eine Ansicht eines Ausrichtungsmechanismus für ein reflektierendes Teil bei einer fünften Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 10 eine Längsschnittansicht des Aufbaus einer sechsten Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 11 eine Ansicht eines reflektierenden Spiegels bei der sechsten Ausführungsform der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 12 eine Längsschnittansicht des Aufbaus einer siebten Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 13 eine Längsschnittansicht des Aufbaus einer achten Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 14 eine Längsschnittansicht des Aufbaus einer neunten Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 15 eine Längsschnittansicht eines Aufbaus einer zehnten Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 16 eine Längsschnittansicht des Aufbaus einer konventionellen Laserbearbeitungseinrichtung.

Nunmehr wird eine Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen auf der Grundlage der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Wie aus der voranstehenden Beschreibung bereits deutlich wird, ist bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Strahlführungsvorrichtung zur Übertragung eines Laserstrahls verbessert, ein Aussendekopf zum Fokussieren und Ausstrahlen des Laserstrahls, und eine Einheit zur Betätigung des Aussendekopfes aus der Ferne, um eine Nutzung eines Laserstrahls mit hoher Energiedichte zu ermöglichen. Zufriedenstellende Auswirkungen lassen sich durch eine entsprechende Kombination erzielen, aber auch durch Einsatz einer einzelnen dieser Maßnahmen. Bei den Ausführungsformen, die nachstehend geschildert werden, werden die Verbesserungen bei der Strahlführungsvorrichtung und dem Aussendekopf einzeln geschildert, jedoch können diese Ausführungsformen mit einander kombiniert eingesetzt werden.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 eine erste Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Bei der ersten Ausführungsform ist nur eine Laserstromversorgungsquelle 6 auf einem Betriebsboden angebracht, ein Laseroszillator 7 ist an die Laserstromversorgungsquelle 6 über ein Leitungskabel 17 angeschlossen, und der Laseroszillator 7 ist in einem Kernreaktordruckbehälter 1 zusammen mit einer Laserstrahlaussendungseinheit 18 angebracht (einschließlich einer nachstehend noch genauer erläuterten flüssigkeitsdichten Anordnung, der Strahlführungsvorrichtung 8 und des Laseraussendungskopfes 12). Durch diese Anordnung wird die Entfernung zwischen dem Laseroszillator 7 und der zu bearbeitenden Oberfläche 16 verkürzt, so daß die Positioniergenauigkeit beim Aussenden des Laserstrahls verbessert werden kann. Da das Strahlführungsteil der Strahlführungsvorrichtung 8 verkürzt ist, wird die Installation der Laserstrahlaussendungseinheit 18 erleichtert.

Die Laserstrahlaussendungseinheit 18 weist einen Laseroszillator 7 auf, einen flüssigkeitsdichten Behälter 19, eine Strahlführungsvorrichtung 8 und einen Laseraussendungskopf 12. Der flüssigkeitsdichte Behälter 19 ist mit einem Laserdurchlaßfenster 20 versehen, um den Laserstrahl 15 durchzulassen, der von dem Laseroszillator 7 ausgesandt wird, wie in Fig. 2(a) gezeigt ist. Ein erstes Strahlführungsteil 9a ist so angeschlossen, daß es das Laserdurchlaßfenster 20 des flüssigkeitsdichten Behälters 19 abdeckt. Der übrige Aufbau wird im folgendem kurz erläutert.

Ein Kernreaktordruckbehälter 1 ist so dargestellt, daß sein oberer Deckel entfernt ist. Ein zylindrischer Abschirmkörper 2 als Konstruktion in einem Kernreaktor ist in dem Kernreaktordruckbehälter 1 vorgesehen. Das untere Ende des Abschirmkörpers 2 ist mit dem Boden des Kernreaktordruckbehälters 1 verschweißt. Eine gitterartige obere Kernplatte 3 ist am oberen Abschnitt des Abschirmkörpers 2 befestigt, und eine Reaktorkernhalterungsplatte 4, die kreisförmige Löcher aufweist, die in gleichem Abstand vorgesehen sind, ist an dem mittleren Abschnitt durch Bolzen befestigt.

Eine Brennstoffanordnung ist normalerweise zwischen der oberen Kernplatte 3 und der Reaktorkernhalterungsplatte 4 angebracht. Im Falle einer Reihe vorsorglicher Wartungs- und Reparaturvorgänge, beispielsweise Inspektion und Überprüfung in dem Abschirmkörper 2, ist es erforderlich, die Brennstoffanordnung durch eine Brennstoffaustauscheinheit zu entfernen, und eine Betriebseinheit von dem Gitter der oberen Kernplatte 3 aus einzuführen. Die Innenabmessungen des Gitters zum Einführen der Betriebseinheit betragen etwa 290 mm.

Um zu verhindern, daß das Personal der Strahlung ausgesetzt wird, werden die Wartungsvorgänge in dem Kernreaktordruckbehälter 1 ferngesteuert unter Wasser dadurch ausgeführt, daß die Konstruktion in dem Reaktor in Wasser eingetaucht ist. Die Wassertiefe bis zum untersten Abschnitt des Abschirmkörpers 2 beträgt etwa 25 m.

Ein Betriebsboden 5 ist oberhalb des Kernreaktordruckbehälters 1 angebracht.

Bei dem Aufbau der Fig. 1 wird der Laserstrahl 15 von dem Laseroszillator 7 von dem Laserdurchlaßfenster 20 des flüssigkeitsdichten Behälters 19 in das erste Strahlführungsteil 9a eingeführt, auf die zu bearbeitende Oberfläche 16 über das Fokussierelement 14 des Aussendungskopfes 12 gebündelt, wobei eine Reflexion durch das erste reflektierende Teil 13a auftritt, und wird eine vorsorgliche Wartungs- oder Reparaturoperation, beispielsweise Laser-Stoßverformung, Schmelzen oder Schweißen bei der zu bearbeitenden Oberfläche 16 in dem Kernreaktordruckbehälter 1 einschließlich des Aufbaus in dem Reaktor oder der Düse durchgeführt.

Da der erste und zweite Drehmechanismus 10a, 10b und der erste und zweite Ausfahr- oder Einziehmechanismus 11a, 11b der Strahlführungsvorrichtung 8 so betrieben werden, daß sie eine Abtastung der zu bearbeitenden Oberfläche 16 durch den Laseraussendungskopf gestatten, kann der gesamte zu bearbeitende Bereich erreicht werden.

Bei der ersten Ausführungsform kann die Entfernung zwischen dem Laseroszillator 7 und der zu bearbeitenden Oberfläche 16 verkürzt werden, und daher läßt sich die Positioniergenauigkeit bezüglich der Aussendung des Laserstrahls einfach erhöhen. Da das Strahlführungsteil, welches mit hoher relativer Positionsgenauigkeit bei der Anbringung installiert werden muß, verkürzt werden kann, können darüber hinaus die Vorgänge bei der Installation erleichtert werden.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 eine zweite Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In Fig. 3 und 4 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie jene in den Fig. 1 und 2 entsprechende Teile, und erfolgt nachstehend nicht unbedingt eine erneute Beschreibung.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hauptsächlich darin, daß ein zentraler Pfeiler 21 auf einer oberen Kernplatte 3 angebracht ist, eine Dreheinheit 22 für eine horizontale Drehbewegung mit dem zentralen Pfeiler 21 als Zentrum vorgesehen ist, eine Schiene 23 auf die Dreheinheit 22 aufgelegt ist, ein beweglicher Schlitten 24 sich auf der Schiene 23 bewegen kann, und eine Laserstrahlaussendeeinheit 18 mit einem flüssigkeitsdichten Behälter 19 und einer Strahlführungsvorrichtung 8 auf dem beweglichen Schlitten 24 vorgesehen ist.

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Abschnitt A von Fig. 3. Ein vertikales Rad 25 ist an dem unteren Abschnitt des Endes der Dreheinheit 22 befestigt, und das Rad 25 bewegt sich entlang der oberen Endoberfläche der Oberkante 2a der Abschirmung. Ein horizontales Rad 26, welches sich entlang der oberen Innenoberfläche der Oberkante 2a der Abschirmung bewegt, ist an dem unteren Abschnitt der Dreheinheit 22 über ein Montageteil 27 für das horizontale Rad befestigt.

Bei dieser zweiten Ausführungsform wird die Dreheinheit 22 horizontal mit dem auf der oberen Kernplatte 3 angebrachten zentralen Pfeiler 21 als Zentrum gedreht. Da der flüssigkeitsdichte Behälter 19, der den Laseroszillator 7 enthält, auf dem beweglichen Schlitten 24 angebracht ist, der auf der Dreheinheit 22 angeordnet ist, kann die Laserstrahlaussendungseinheit 18 in Horizontalrichtung bewegt werden. Der Aussendekopf 12 der Laserstrahlaussendeeinheit 18 ist über den Ausfahr- oder Einziehmechanismus, der an dem Strahlführungsteil befestigt ist, in Vertikalrichtung beweglich. Ein reflektierendes Teil 13 (Spiegel) ist in dem Strahlführungsteil angeordnet, und ein Sammelteil 14 (Linse) ist mit dem Laserstrahlaussendekopf 12 zusammengebaut vorgesehen.

Bei der zweiten Ausführungsform ist die aus der Ferne angetriebene Dreheinheit an der oberen Kernplatte 3 eines Reaktorkerns über den zentralen Pfeiler 21 vorgesehen, und sind der bewegliche Schlitten 24 und die Laserstrahlaussendungseinheit 18 an der Dreheinheit 22 angeordnet. Da der Laserstrahlaussendekopf 12 drei Freiheitsgrade aufweist, nämlich für die Horizontaldrehung, das horizontale Ausfahren und das vertikale Anheben, zu der zu bearbeitenden Oberfläche 16 hin, wenn die Innenoberfläche in der Abschirmung 12 als die zu bearbeitende Oberfläche 16 verwendet wird, können die vorsorglichen Wartungs- und Reparaturvorgänge wie beispielsweise Laser-Stoßverformung, Schmelzen, Plattieren oder Schweißen erleichtert werden.

Da die Dreheinheit 22 glatt zu einer Drehbewegung durch das vertikale Rad 25 und das horizontale Rad 26 angetrieben werden kann, die auf dem Oberrand 2a des Abschirmkörpers 2 ablaufen, lassen sich vorsorgliche Wartungsvorgänge in dem Kernreaktor noch weiter erleichtern.

Fig. 5 zeigt ein anderes, abgeändertes Beispiel für die zweite Ausführungsform, bei welchem gleiche oder entsprechende Teile wie in Fig. 4 mit gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet sind. In Fig. 5 stellt die untere Oberfläche des Oberrandes 2a der Abschirmung die zu bearbeitende Oberfläche 16 dar, und wird eine vorsorgliche Wartungs- und Reparaturoperation für die zu bearbeitende Oberfläche 16 durchgeführt.

Bei der zweiten Ausführungsform ist ein drittes reflektierendes Teil 13c zwischen dem Ende eines Laserstrahlaussendekopfes 12 und dem Sammelteil 14 angeordnet. Ein horizontaler Laserstrahl 15, der von dem zweiten reflektierenden Teil 13b über das Sammelteil 14 ausgesandt wird, wird nach oben in Richtung senkrecht dazu reflektiert, und der Laserstrahl 15 wird auf die zu bearbeitende Oberfläche 16 der unteren Oberfläche des Oberrandes 2a der Abschirmung geschickt. Daher kann die zu bearbeitende Oberfläche 16, die an dem nach unten gerichteten Abschnitt der unteren Oberfläche des Oberrandes 2a der Abschirmung vorgesehen ist, von dem Laserstrahl 15 sicher bestrahlt werden.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 eine dritte Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 6 zeigt die Reparatur in der Nähe des geschweißten Abschnitts eines Oberrandes der Abschirmung, Fig. 7 zeigt den Zustand, in welchem der geschweißte Abschnitt des unteren Abschnitts der Abschirmung repariert wird, wobei dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 5 zur Bezeichnung gleicher oder entsprechender Teile verwendet werden, und insoweit keine erneute Beschreibung erfolgt.

Bei der dritten Ausführungsform ist ein entfernt angeordneter Antrieb 28 vorgesehen, der einen Drehmechanismus, einen Ausfahrmechanismus und einen Vertikalanhebungsmechanismus aufweist, und zwar an der oberen Kernplatte 3 eines Reaktorkerns vorgesehen, und ist in dem entfernten Antrieb 28 ein flüssigkeitsdichter Behälter 19 vorgesehen, der einen Laseroszillator 7 enthält. Der flüssigkeitsdichte Behälter 19 ist im Wasser in dem Reaktor in dem Kernreaktordruckgefäß 1 angeordnet, und eine Laserstrahlaussendeeinheit 18 weist eine Strahlführungsvorrichtung 8 auf, die mit mehreren Strahlführungsteilen und dem lichtdurchlässigen Laserdurchlaßfenster 20 des flüssigkeitsdichten Behälters 19 kombiniert ist.

Bei der Installation des getrennten Antriebs 28 auf der oberen Kernplatte 3 des Reaktorkerns wird die Laserstrahlaussendeeinheit 18 an dem oberen und unteren Abschnitt des entfernten Antriebs 28 in jenem Zustand angebracht, in welchem sie im Schnitt eine Form aufweist, die kleiner ist als jene des Gitters der oberen Kernplatte 3.

Nachdem dann der Laserstrahlaussendekopf 12 an dem zu bearbeitenden Ort durch entsprechende Einstellung der Freiheitsgrade, nämlich vertikal, Drehen und Ausfahren, der entfernten Antriebsvorrichtung 28 angeordnet wurde, und der Laserstrahlaussendekopf 12 die zu bearbeitende Oberfläche 16 dadurch abtastet, daß der Drehmechanismus 10 und der Ausfahr- oder Einziehmechanismus 11 der Laserstrahlaussendeeinheit 18 eingesetzt wird, erfolgt der Betrieb.

Der entfernte Antrieb 28 ist so aufgebaut, daß der Ausfahrarm 30 eines X-Verbindungsgliedes und ein Körper 31 in einem zylindrischen Gehäuse 29 aufgenommen sind, welches einen Außendurchmesser von 270 mm und eine Gesamtlänge von 400 mm aufweist. Der Körper 31 weist einen Hebemechanismus (nicht gezeigt) für den Laserstrahlaussendekopf 12 der Laserstrahlaussendeeinheit 18 auf, und die Freiheitsgrade des Körpers 3 sind drei Freiheitsgrade, nämlich eine Horizontaldrehung, ein horizontales Ausfahren und ein vertikales Anheben. Der Betriebshub beträgt +180° beim Drehen, etwa 2000 mm beim Ausfahren, und etwa 2000 mm beim vertikalen Anheben, so daß sich ein Betriebsbereich ergibt, bei welchem die gesamte Innenwandfläche des Abschirmkörpers 1 zum Zeitpunkt der Anbringung im Zentrum des Reaktorkerns abgedeckt wird.

Wenn der Ausfahrarm 30 einfährt, sind der an dem Körper 31 vorgesehene Hebemechanismus, der Körper 31, und der Ausfahrarm 30 in dem Gehäuse 29 aufgenommen. Daher kann es durch das Loch der Reaktorkernhalterungsplatte 4 hindurchgehen, und kann für den Einsatz in dem Abschirmkörper 2 des unteren Abschnitts der Reaktorkernhalterungsplatte 4 eingesetzt werden.

Fig. 7 zeigt einen Zustand, in welchem der untere geschweißte Abschnitt des Abschirmkörpers 2 die zu bearbeitende Oberfläche 16 darstellt, und das Strahlführungsteil 9 vertikal ausgefahren ist, und der Laserstrahlaussendungskopf 12 der zu bearbeitenden Oberfläche 16 gegenüberliegt, wobei kein wesentlicher Unterschied zu der in Fig. 6 dargestellten Anordnung vorhanden ist, und daher keine erneute Beschreibung erfolgt.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 eine vierte Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Bei der vierten Ausführungsform sind das erste bis vierte Strahlführungsteil 9a bis 9d im wesentlichen jeweils als ausreichend flüssigkeitsdichte Anordnungen ausgebildet, die Strahlführungsteile 9b und 9b und 9c sind miteinander drehbar ausgebildet, und die Strahlführungsteile 9c, 9a sind so ausgebildet, daß sie ausgefahren werden können, während die Flüssigkeitsabdichtung aufrechterhalten bleibt.

Ein Paar aus einem oberen und einem unteren Lager 32 ist daher auf dem Außenumfang des zweiten Strahlführungsteils 9b so vorgesehen, daß das dritte Strahlführungsteil 9c gedreht wird, es ist ein O-Ring 33 vorgesehen, und die obere Außenoberfläche des dritten Strahlführungsteils 9c ist flüssigkeitsdicht. Ein Drehantriebsmotor 34 ist an der Außenseite des zweiten Strahlführungsteils 9b vorgesehen, ein erstes Zahnrad 35a ist auf der Drehwelle des Motors 34 angebracht, und ein zweites Zahnrad 35b, welches sich im Eingriff mit dem ersten Zahnrad 35a dreht, ist auf dem oberen Außenumfang des dritten Strahlführungsteils 9c angeordnet.

Ein Flansch 36 ist am oberen Ende des vierten Strahlführungsteils 9d vorgesehen, welches das zweite reflektierende Teil 13b enthält, das in das dritte Strahlführungsteil 9c eingeführt wurde, ein O-Ring 37 steht im Eingriff mit der Außenoberfläche des Flansches 36, weiterhin ist ein inneres kreisringförmiges Teil 38 auf der Innenoberfläche des unteren Endes eines dritten Strahlführungsteils 9c angeordnet, steht der O-Ring 37 mit dem kreisringförmigen Teil 38 im Eingriff, und werden das dritte Strahlführungsteil 9c und das vierte Strahlführungsteil 9d durch das Paar aus dem oberen und dem unteren O-Ring 37 flüssigkeitsdicht gehalten.

Diese vierte Ausführungsform weist das zweite Strahlführungsteil 9b und das dritte Strahlführungsteil 9c auf, die miteinander durch einen Drehmechanismus 10a drehbar sind, der aus dem Motor 34 und den Zahnrädern 35a, 35b besteht, während eine flüssigkeitsdichte Halterung durch das Lager 32 und dem O-Ring 33 erzielt wird, und weist das dritte Strahlführungsteil 9c und das vierte Strahlführungsteil 9d auf, die durch den Ausfahr- oder Einziehmechanismus 11a ausgefahren bzw. eingezogen werden können, während eine flüssigkeitsdichte Abdichtung durch den O-Ring 37 sichergestellt wird.

Bei der vierten Ausführungsform breitet sich daher der Laserstrahl 15 in der Atmosphäre aus, die geringere Verluste als Wasser aufweist, und daher können die Verluste weiter verringert werden, und die Ausgangsleistung des Laseroszillators 7 verringert werden. Es kann aber auch die Ausgangsleistung des Laseroszillators 7 erhöht werden, soweit die optische Festigkeit des optischen Systems des Laserstrahlaussendungskopfes 12 dies zuläßt.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 9(a) und 9(b) eine fünfte Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geschildert.

Bei dieser fünften Ausführungsform ist ein erster Motor 39 und ein zweiter Motor 40 als zwei Motoren vorgesehen, die in einem Strahlführungsteil 9 angeordnet sind, um durch Drehung reflektierende Teile auszurichten, die entfernt in dem Strahlführungsteil 9 angeordnet sind.

Bei der fünften Ausführungsform sind der erste und zweite Motor 39 bzw. 40, welche das Betätigungsglied und die Zentriermeßeinheit des reflektierenden Teils 13 bilden sollen, so vorgesehen, daß eine Fernausrichtung in dem Winkel des reflektierenden Teils 13 ermöglicht wird, wodurch ein Mechanismus ausgebildet wird, der zur Drehausrichtung um die Achsen dient, die sich linear voneinander wegbewegen. Selbst wenn eine Positionsabweichung infolge der Reflexion des Strahlführungsteils 9 auftritt, kann eine Fernausrichtung durch den Ausrichtungsmechanismus erfolgen, und kann die vorsorgliche Wartungs- und Reparaturoperation durchgeführt werden, ohne die Operation zu unterbrechen. Statt des reflektierenden Teils 13 kann auch ein Prisma eingesetzt werden.

Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform wird ein rohrförmiges Strahlführungsteil statt des Lichtleiters als Strahlführungsteil verwendet. Daher kann der Laserstrahl in der Atmosphäre übertragen werden, und kann ein Laserstrahl mit höherer Energiedichte übertragen werden als im Falle des Lichtleiters. Da die Laserstrahlen, die in dem Strahlführungsteil geführt werden, im wesentlichen parallel ausgebildet werden, werden darüber hinaus die Anforderungen an das Bündeln am Laserstrahlaussendekopf abgemildert.

Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform beschrieben, bei welcher ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte dadurch ausgesandt werden kann, daß die optischen Festigkeiten der Bauteile des Laserstrahlaussendungskopfes erhöht werden.

Fig. 10 zeigt schematisch die sechste Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 10 gezeigt, weist der Aussendekopf 12 der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung, der in Flüssigkeit angeordnet ist, ein Fokussierteil 14 zum Fokussieren des Laserstrahls 15 auf, der von einem (nicht dargestellten) Laseroszillator über eine Strahlführungsvorrichtung übertragen wird, ein optisches Fenster 41 zum Abdichten von Flüssigkeit, damit das Fokussierteil 14 in Luft gehalten wird (innerhalb des Strahlführungsteils), und einen reflektierenden Spiegel 42, um den gebündelten Laserstrahl 15 so zu reflektieren, daß er zur zu bearbeitenden Oberfläche 16 ausgesandt wird.

Bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß dieser sechsten Ausführungsform bringt, wie in Fig. 10 gezeigt, der Aussendekopf 12 der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung, die in der Flüssigkeit angebracht ist, den reflektierenden Spiegel 42 in der Flüssigkeit an, und ordnet das optische Fenster 41 in der Nähe des Sammelteils 15 an, und daher wird die Aussendefläche für den Laserstrahl, der zum optischen Fenster 41 ausgesandt wird, vergrößert, und kann die Standfestigkeit des optischen Fensters 41 auf einen Wert der Energiedichte oder weniger verringert werden, bei welcher Beschädigungen auftreten.

Darüber hinaus reflektiert der reflektierende Spiegel 42 den Laserstrahl nicht durch den reflektierenden Film an der Oberfläche, sondern infolge der Totalreflexion auf der rückwärtigen Oberfläche.

Fig. 11 zeigt den Aufbau des reflektierenden Spiegels 42. Der reflektierende Spiegel 42 weist beispielsweise ein transparentes oder lichtdurchlässiges Teil 43 aus Quarzglas auf, und eine reflektierende Schicht 44, die auf der rückwärtigen Oberfläche des Teils 43 vorgesehen ist.

Wenn der Laserstrahl 15 auf den Winkel des reflektierenden Spiegels 42 so eingestellt wird, daß er auf die rückwärtige Oberfläche des lichtdurchlässigen Teils 43 in einem Winkel einfällt, der größer ist als der kritische Winkel für Totalreflexion an der Grenze zwischen dem lichtdurchlässigen Teil 43 und dem reflektierenden Teil 44, wird der Hauptanteil des Laserstrahls infolge der Totalreflexion reflektiert, mit Ausnahme einer geringfügigen Fresnel-Reflexion auf der Oberfläche des lichtdurchlässigen Teils. Die optische Festigkeit wird in diesem Fall etwa gleich 15 J/cm² in Bezug auf die zweite harmonische Welle eines YAG-Lasers, und kann die für die Ausführung der Bearbeitung erforderliche Energie ordnungsgemäß reflektiert werden.

Wenn nur das lichtdurchlässige Teil aus Quarzglas vorgesehen ist, ohne die reflektierende Schicht 44 vorzusehen, oder in einem Fall, in welchem der reflektierende Spiegel 42 in der Luft angebracht ist, wird der Hauptanteil der Laserstrahlung durch das lichtdurchlässige Teil aus beispielsweise Quarzglas ohne Totalreflexion durchgelassen, und daher kann kein Einsatz als reflektierender Spiegel erfolgen.

Die reflektierende Schicht 44 kann aus einer Substanz bestehen, die einen ausreichend kleineren Brechungsindex aufweist als den Brechungsindex von etwa 1,4 in einem Fall, in welchem das lichtdurchlässige Teil 43 aus Quarzglas besteht. Selbstverständlich kann eine Vakuumschicht mit einem Brechungsindex von 1,0 vorgesehen werden.

Die Vorteile des reflektierenden Spiegels 42 bestehen darin, daß nicht nur die Beständigkeit gegen Energieeinwirkungen verbessert ist, sondern auch keine Einschränkung bezüglich der Wellenlänge besteht, wenn eine Wellenlänge des an dem reflektierenden Film reflekierten Laserstrahls betrachtet wird, wenn man sich den Einfallswinkel des Laserstrahls 15 zur Aufrechterhaltung der Totalreflexion über den kritischen Winkel zur Änderung des Brechungsindex des Spiegelmediums durch die Wellenlänge überlegt, und daher kann, wenn der Einfallswinkel des Laserstrahls 15 größer als der kritische Winkel für die Totalreflexion ist, der reflektierende Spiegel 42 auf einen freiwählbaren Winkel eingestellt werden. Bei dem reflektierenden Spiegel 42 kann, obwohl der konventionelle reflektierende Spiegel nur in dem festgelegten Winkel in Bezug auf den Laserstrahl gehalten werden darf, der Aussendungsort des Laserstrahls geändert werden, um einen großen Bereich zu bearbeiten, durch Änderung des Haltewinkels innerhalb eines vorbestimmten Bereiches.

Der reflektierende Spiegel 42 gemäß der vorliegenden Erfindung weist den Vorteil auf, daß er kostengünstig hergestellt werden kann, da kein reflektierender Film mit mehreren Schichten aus einem teuren dielektrischen Material verwendet wird.

Bei der sechsten Ausführungsform kann die Oberflächenänderung des Konstruktionsmaterials dadurch in Wasser durchgeführt werden, daß ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte eingesetzt wird, was bislang infolge der Einschränkungen für die optische Festigkeit der optischen Bauteile mit einem Laserstrahl nicht möglich war.

Fig. 12 zeigt eine siebte Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei den jeweiligen folgenden Ausführungsformen werden dieselben Bezugsziffern wie in Fig. 10 zur Bezeichnung gleicher oder entsprechender Bauteile verwendet, und erfolgt keine erneute Beschreibung.

Wie in Fig. 12 gezeigt, weist der Aussendekopf 12 der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung, der in Flüssigkeit angeordnet ist, ein Fokussierteil 14 zum Fokussieren des Laserstrahls 15 auf, der von einem (nicht dargestellten) Laseroszillator über Strahlführungsvorrichtungen übertragen wird, und welches auch als Bauteil zur flüssigkeitsdichten Abdichtung der Strahlführungsvorrichtung dient, sowie einen reflektierenden Spiegel 42 zum Reflektieren des gebündelten Laserstrahls 15, um diesen auf die zu bearbeitende Oberfläche 16 auszustrahlen.

Die jeweiligen Bauteile sind die gleichen wie bei der sechsten Ausführungsform, jedoch ist bei dieser siebten Ausführungsform, anders als bei der sechsten Ausführungsform, die Strahlführungsvorrichtung durch das Fokussierelement 14 flüssigkeitsdicht abgedichtet, ohne daß das optische Fenster verwendet wird. Falls die eine Seite des Fokussierelements 14 mit einer Flüssigkeit in Berührung steht, die sich von Luft unterscheidet, so ist der Brechungsindex der Flüssigkeit größer als jener der Luft, und wird die Brennweite der Linse länger als in Luft. Wenn die Flüssigkeit Wasser ist, so ist die Brennweite etwa 1,3 mal so groß wie bei Luft. In diesem Fall wird die Änderung der Brennweite infolge des Einflusses der Flüssigkeit vorher ermittelt, und wird die Position des Fokussierelements 14 entsprechend nachgeregelt. Daher kann die Einrichtung vereinfacht werden, da das optische Fenster zur Abdichtung der Flüssigkeit nicht mehr erforderlich ist.

Fig. 13 zeigt schematisch eine achte Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist der Aussendekopf 12 der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung in einer Flüssigkeit angeordnet, und weist ein Fokussierteil 14 zum Bündeln des Laserstrahls 15 auf, der von einem (nicht dargestellten) Laseroszillator über eine Strahlführungsvorrichtung übertragen wird, und ein Bauteil zur flüssigkeitsdichten Abdichtung der Strahlführungsvorrichtung bildet, einen reflektierenden Spiegel 42, um den gebündelten Laserstrahl 15 so zu reflektieren, daß er auf die zu bearbeitende Oberfläche 16 ausgestrahlt wird, und eine Düsenstrahldüse 9 zum Einspritzen von Flüssigkeit, um eine Laserstrahlstreuung hervorrufende Substanz von der zu bearbeitenden Oberfläche 16 zu entfernen. Bei der achten Ausführungsform ist daher die Flüssigkeits-Düsenstrahldüse 45 der siebten Ausführungsform hinzugefügt.

Wenn der Laserstrahl 15 mit hoher Energiedichte auf die zu bearbeitende Oberfläche 16 geschickt wird, erzeugt die Oberfläche des zu bearbeitenden Abschnitts ein Plasma, und in diesem Fall werden Blasen durch das sich auf hoher Temperatur befindende Plasma erzeugt. Darüber hinaus werden an der Oberfläche des zu bearbeitenden Abschnitts anhaftende Brennstoffhüllenteile entfernt, und schweben in der Flüssigkeit. Diese, Blasen oder Teile werden als eine Laserstrahlstreuung hervorrufende Substanzen bezeichnet, und wenn sich eine derartige Substanz auf dem optischen Pfad des Laserstrahls 15 befindet, wird der Laserstrahl 15 gestreut, so daß keine ausreichende Energie auf die zu bearbeitende Oberfläche 16 aufgebracht wird.

Daher ist die Flüssigkeits-Düsenstrahldüse 45 vorgesehen, um saubere Flüssigkeit einzuspritzen, aus welcher Verunreinigungen durch ein Filter ausgefiltert werden, und zwar auf die zu bearbeitende Oberfläche 16 hin zu spritzen, während der Bearbeitung, um Laserstrahlstreuung hervorrufende Substanzen wie beispielsweise Blasen oder Brennstoffhüllenteile zu entfernen, so daß die Laserstrahlstreuung hervorrufenden Substanzen wie beispielsweise Blasen oder Brennstoffhüllenteile von dem Emissionsabschnitt oder Laserstrahlpfad entfernt werden, so daß immer ein Laserstrahl 15 mit ausreichender Energie ausgesandt werden kann.

Der Aussendungskopf 12 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß er ein Loch zur Verfügung stellt, um die Blasen der Oberfläche des Sammelteils 14 durch den Fluß des Düsenstrahls zu entfernen, so daß die Blasen oder Staub nicht in der Nähe des Sammelteils 14 verbleiben, und die Blasen abgezogen werden.

Fig. 14 zeigt schematisch eine neunte Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie aus Fig. 14 hervorgeht, ist der Aussendekopf 12 der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung, der in Flüssigkeit angeordnet ist, zylindrisch einstückig mit dem Ende der Strahlführungsvorrichtung 8 ausgebildet. Diese kann durch einen Antriebsmechanismus in Umfangsrichtung gedreht oder in Axialrichtung bewegt werden.

Der Laserstrahl von einem (nicht gezeigten) Laseroszillator wird quer von dem Aussendekopf 12 über die Strahlführungsvorrichtung 8 ausgesandt. Wenn bei einem derartigen Aufbau die Innenoberfläche (die zu bearbeitende Oberfläche 16) eines zylindrischen Werkstücks wie beispielsweise eines Rohrs bearbeitet wird, sind das Ende der Strahlführungsvorrichtung 8 und des Aussendekopfes 12 als dünnerer Zylinder ausgebildet als der Innendurchmesser des Rohrs, und daher kann die Bearbeitung eines Ortes erfolgen, der bislang nur schwierig zu bearbeiten war.

Fig. 15 zeigt schematisch eine zehnte Ausführungsform einer Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 15 gezeigt ist, weist der Aussendekopf 12 der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung, der in einer Flüssigkeit angeordnet ist, ein Fokussierelement 14 zum Fokussieren des Laserstrahls 15 auf, welches von einem (nicht dargestellten) Laseroszillator über eine Strahlführungsvorrichtung übertragen wird, und welches ein Bauteil zur flüssigkeitsdichten Abdichtung der Strahlführungsvorrichtung bildet, einen reflektierenden Spiegel 42 zum Reflektieren des gebündelten Laserstrahls 15, damit dieser zur zu bearbeitenden Oberfläche 16 ausgestrahlt werden kann, sowie einen Ausrichtungsmechanismus zum Antrieb des reflektierenden Spiegels 42 so, daß dieser ausgerichtet wird.

Der reflektierende Spiegel 42 kann den Laserstrahl 15 in eine freiwählbare Richtung reflektieren und aussenden. Wenn bei einer derartigen Anordnung eine lineare oder ebene, zu bearbeitende Oberfläche 16 bearbeitet wird, ist der Ausrichtungsmechanismus 48 in dem Aussendekopf 12 angeordnet, so daß die Abmessungen des Aussendekopfes 12 erhöht werden, jedoch kann der Mechanismus zum Antrieb des Aussendekopfes 12 während der Aussendung des Strahls angehalten werden, und daher kann ein Fehler in Bezug auf die Aussendeposition infolge eines durchgehenden Antriebs verhindert werden, und darüber hinaus wird die optische Achse auf den freiwählbaren Winkel in Schrägrichtung zum Aussenden des Laserstrahls eingestellt.

Bei dieser zehnten Ausführungsform werden die Nachteile des konventionellen reflektierenden Spiegels überwunden, der eine Reflexion nur in einem vorbestimmten Winkel durchführen kann, und kann der reflektierende Spiegel so eingeregelt werden, daß er auf den freiwählbaren Winkel eingestellt wird, wenn der Winkel größer als der kritische Winkel für den Laserstrahl 15 mit hoher Energiedichte ist, so daß der Aussendungsort des Laserstrahls dadurch geändert werden kann, daß der Winkel des reflektierenden Spiegels geändert wird, wodurch die Bearbeitung mit einem präzisen Laserstrahl erleichtert wird.

Bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Patentanspruch 1 wird, da der Laserstrahl durch das rohrförmige Strahlführungsteil geführt wird, statt durch einen Lichtleiter, der Laserstrahl durch die Atmospäre übertragen, so daß ein Laserstrahl mit höherer Energiedichte als beim Einsatz des Lichtleiters übertragen werden kann.

Da sich parallele Strahlen einfach erzielen lassen, wenn der Laserstrahl durch den leeren Raum übertragen wird, werden darüber hinaus die Anforderungen bezüglich der Verringerung des Vergrößerungsverhältnisses abgemildert, und lassen sich infolge der Tatsache, daß die Brennweite vergrößert werden kann, die Anforderungen an die Positionierung abmildern.

Da die Strahlführungsvorrichtung den Drehmechanismus sowie den Ausfahr- oder Einziehmechanismus aufweist, kann sich der Aussendekopf einfach an die zu bearbeitende Oberfläche annähern, so daß er dieser gegenüberliegt. Andererseits kann ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte zum Aussendekopf von einem Laseroszillator mit großen Abmessungen übertragen werden, der an einem getrennten Ort vorgesehen ist.

Wenn daher bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung diese bei einem Kernreaktorbehälter verwendet wird, so kann die bei der Konstruktion in dem Reaktor oder Kernreaktordruckbehälter zu bearbeitende Oberfläche einschließlich einer Düse bearbeitet werden, zum Zwecke der vorsorglichen Wartung und für Reparaturvorgänge, beispielsweise Laser- Stoßverformung, Schmelzen, Plattieren oder Schweißen.

Bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 1 ist der Laseroszillator zusätzlich in dem flüssigkeitsdichten Behälter aufgenommen, und daher kann die Entfernung zwischen dem Laseroszillator und der zu bearbeitenden Oberfläche bei Unterwasserbearbeitungsvorgängen verkürzt werden, und können Übertragungsverluste des Laserstrahls verringert werden. Darüber hinaus läßt sich die Positionierungsgenauigkeit einfach vergrößern, kann das Strahlführungsteil verkürzt werden, welches für die relative Positionsgenauigkeit erforderlich ist, und daher werden die Vorgänge zum Zeitpunkt der Installierung erleichtert.

Bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 2 steht der zentrale Pfeiler auf einer oberen Kernplatte eines oberen Abschnitts des Abschirmkörpers in dem Kernreaktordruckbehälter, und da der Aussendekopf drei Freiheitsgrade aufweist, nämlich Drehen, horizontales Ausfahren und Einfahren, durch den Drehantrieb, der in einer Entfernung über den zentralen Pfeiler angetrieben wird, und durch den Dreh- und Ausfahr- und Einziehmechanismus der Laserstrahl- Aussendeeinheit auf der oberen Kernplatte, kann der Laserstrahl auf sichere Weise auf die zu bearbeitende Oberfläche abgestrahlt werden, wodurch vorsorgliche Wartungs- und Reparaturoperationen, wie beispielsweise Laser-Stoßverformung, Schmelzen, Plattieren oder Schweißen des Kernreaktordruckbehälters und der Konstruktion in dem Reaktor durchgeführt werden.

Bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 3 sind das vertikale Rad und das horizontale Rad in Berührung mit dem Oberrand des Abschirmkörpers an dem Ende der Dreheinheit befestigt.

Da bei dieser Laserwartungs- und Reparatureinrichtung die Dreheinheit durch das vertikale Rad und das horizontale Rad glatt gedreht werden kann, die auf dem Oberrand des Abschirmkörpers ablaufen, können die Wartungs- und Reparaturvorgänge in dem Kernreaktor erleichtert werden.

Die Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 4 stellt den getrennten Antrieb zur Verfügung, der einen Mechanismus für die Horizontaldrehung, das horizontale Ausfahren und das vertikale Anheben aufweist, auf einer oberen Kernplatte eines oberen Abschnitts eines Abschirmkörpers in dem Kernreaktordruckbehälter, wobei die Laserstrahl-Aussendeeinheit an der getrennten Antriebsvorrichtung vorgesehen ist.

Demgemäß gibt es einen Betriebsbereich, der die gesamte Fläche der Innenwand des Abschirmkörpers infolge des getrennten Antriebs abdecken kann, welcher die drei Freiheitsgrade des Drehens in Vertikalrichtung, des Ausfahrens in Horizontalrichtung und des Anhebens in Vertikalrichtung aufweist, so daß der Aussendekopf einfach zu der zu bearbeitenden Oberfläche in dem Kernreaktordruckbehälter bewegt werden kann, wodurch kontinuierlich auf wirksame Art und Weise die Folge der Wartungs- und Reparaturvorgänge durchgeführt wird, beispielsweise Inspektion und Reparatur.

Weiterhin wird der Aussendekopf von einem anderen Gitterloch als dem Gitterloch der oberen Kernplatte aus eingeführt, bei welcher der getrennte Antrieb vorgesehen ist, und können Einschränkungen bezüglich der Abmessungen (Durchlaßbedingung bezüglich der Reaktorkernhalterungsplatte) des Aussendekopfes und des getrennten Antriebs abgemildert werden, wodurch der Betrieb in der Abschirmung des unteren Abschnitts von der Reaktorkernhalterungsplatte aus durchgeführt wird.

Die Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 5 stellt das Lager und den O-Ring zur Verfügung, die auf der Außenoberfläche des Strahlführungsteils vorgesehen sind, den Drehantriebsmotor und das Zahnrad, welches auf der Außenoberfläche des Strahlführungsteils vorgesehen ist, und mit einem Zahnrad in Eingriff steht, welches an der Drehwelle des Motors angebracht ist, und das eine Strahlführungsteil und das andere Teil sind drehbeweglich angebracht und können in Bezug aufeinander durch den Motor (das Betätigungsglied) gedreht werden. Das eine Teil und das andere Teil sind ausdehnbar angebracht und können in Bezug aufeinander verlängert werden durch den Ausfahr- oder Einziehmechanismus. Das Strahlführungsteil ist flüssigkeitsdicht ausgebildet und gleichzeitig drehbar angebracht, und daher kann das Strahlführungsteil gedreht werden, während die Flüssigkeitsabdichtung aufrechterhalten wird, und darüber hinaus kann das verlängerbar angebrachte Strahlführungsteil ausgefahren oder eingezogen werden, während die Flüssigkeitsabdichtung aufrechterhalten bleibt.

Die Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 6 stellt den Mechanismus zur Drehausrichtung um Achsen zur Verfügung, die senkrecht zueinander verlaufen, durch einen ersten und zweiten Motor, wobei der Mechanismus an einem reflektierenden Teil in dem Strahlführungsteil vorgesehen ist.

Demgemäß kann der Winkel des reflektierenden Teils geändert werden, während das reflektierende Teil durch den ersten und zweiten Motor zentriert wird. Selbst wenn daher infolge einer Ablenkung des Strahlführungsteils eine Positionsabweichung auftritt, kann dieses aus der Ferne ausgerichtet werden, und daher kann die Durchführung des Bearbeitungsvorgangs in kurzer Zeit beendet werden, ohne daß der Betrieb unterbrochen wird.

Bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 7 weist der Aussendekopf ein optisches Fenster auf, um ein Bauteil zur Abdichtung der Strahlführungsvorrichtung am Ende des optischen Führungskanals der Strahlführungsvorrichtung zu bilden, und den Laserstrahl zu übertragen, ein Sammelteil, welches an der Innenseite der Strahlführungsvorrichtung oder an der Außenseite des optischen Fensters der Strahlführungsvorrichtung vorgesehen ist, um den Laserstrahl zu bündeln, und einen reflektierenden Spiegel zum Reflektieren des Laserstrahls, der durch das Sammelteil gebündelt wurde, um den Strahl an einen zu bearbeitenden Abschnitt auszusenden, und weist der reflektierende Spiegel ein lichtdurchlässiges Teil auf, sowie eine reflektierende Schicht, die auf der rückwärtigen Oberfläche des lichtdurchlässigen Teils vorgesehen ist und aus Vakuum oder einem vorbestimmten Fluid besteht, und wird der Laserstrahl durch die Totalreflexion an der Grenze zwischen der rückwärtigen Oberfläche des lichtdurchlässigen Teils und der reflektierenden Schicht reflektiert.

Demgemäß ist das optische Fenster in der Nähe des Sammelteils als Abdichtungsteil des Strahlführungsteils angeordnet, um die Ausstrahlfläche des Laserstrahls auf das optische Fenster zu erhöhen. Daher wird die Energiedichte des Laserstrahls in Bezug auf das optische Fenster verringert und kann entsprechend die Energie des Laserstrahls erhöht werden, die von der Strahlführungsvorrichtung übertragen werden kann.

Der reflektierende Spiegel weist die reflektierende Schicht auf, die aus Vakuum oder einem vorbestimmten Fluid besteht, auf der rückwärtigen Oberfläche des Spiegels, um den Laserstrahl durch die Totalreflexion der Grenze zwischen der rückwärtigen Oberfläche des Spiegels und der reflektierenden Schicht zu reflektieren, und daher wird die Grenze bezüglich der optischen Festigkeit des reflektierenden Films auf der Oberfläche des reflektierenden Spiegels ausgeschaltet, so daß ein Laser mit hoher Energiedichte eingesetzt werden kann.

Da bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 8 das Sammelteil auch zum Abdichtungsbauteil für das Strahlführungsteil wird, kann das optische Fenster wegfallen. Daher kann die Anordnung vereinfacht werden und kann die Einschränkung infolge der optischen Festigkeit des optischen Fensters vollständig entfallen.

Da bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 9 die Flüssigkeits-Düsenstrahldüse zum Entfernen einer Laserstrahlstreuung hervorrufenden Substanz an dem Aussendekopf vorgesehen ist, können Blasen oder Staub entfernt werden, die von dem zu bearbeitenden Abschnitt stammen, und kann der Laserstrahl wirksam auf den zu bearbeitenden Abschnitt ausgesandt werden.

Bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 10 ist das Ende der Strahlführungsvorrichtung zylindrisch einstückig mit dem Aussendekopf ausgebildet und kann das Ende der Strahlführungsvorrichtung und des Aussendekopfs bearbeitet werden, während eine Drehung in Umfangsrichtung oder eine Bewegung in Axialrichtung erfolgt, und kann insbesondere die Innenoberfläche des zylindrischen Werkstücks einfach bearbeitet werden.

Bei der Laserwartungs- und Reparatureinrichtung gemäß Anspruch 11 weist der reflektierende Spiegel den Mechanismus zur Drehausrichtung um zueinander senkrechte Achsen durch den ersten und zweiten Motor auf, und daher wird der Einfallswinkel des Laserstrahls auf den reflektierenden Spiegel innerhalb eines größeren Winkelbereiches als dem kritischen Winkel für Totalreflexion eingestellt und kann der Laserstrahl in einer freiwählbaren Richtung für die Bearbeitung reflektiert werden. Daher kann ein zu bearbeitender Abschnitt mit großem Umfang kontinuierlich bearbeitet werden, ohne den Aussendekopf zu bewegen.

Claims (11)

1. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung für den Einsatz in einer Flüssigkeit, welche aufweist:
eine Laserstromversorgungsquelle (6), die außerhalb eines Kernreaktordruckbehälters (1) angeordnet ist, und eine in dem Kernreaktordruckbehälter (1) angeordnete Laserstrahl- Aussendeeinheit (18), die an die Laserstromversorgungsquelle (6) angeschlossen ist, wobei
die Laserstrahl-Aussendeeinheit (18) einen Laseroszillator (7) aufweist, der an die Laserstromversorgungsquelle (6) angeschlossen ist, einen flüssigkeitsdichten Behälter (19), der den Laseroszillator (7) enthält und mit einem Laserdurchlaßfenster (20) versehen ist, eine rohrförmige und mit Gas gefüllte Strahlführungsvorrichtung (8), die an das Laserdurchlaßfenster (20) des flüssigkeitsdichten Behälters (19) angeschlossen ist, und einen Aussendekopf (12) zum Fokussieren des Laserstrahls aus der Strahlführungsvorrichtung (8) und zum Aussenden des Laserstrahls an einen zu bearbeitenden Abschnitt (16), und
die Strahlführungsvorrichtung (8) mehrere rohrförmige Strahlführungen (9a-9h) mit flüssigkeitsdichtem Aufbau aufweist, reflektierende Teile (13a, 13b) in diesen Strahlführungen vorgesehen sind, und die Strahlführungsvorrichtung einen Mechanismus aufweist, um Operationen bezüglich einer Horizontaldrehung, eines horizontalen Ausfahrens oder Einziehens, einer Vertikaldrehung, oder einer vertikalen Ausfahr- oder Einziehbewegung durchzuführen.

2. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Pfeiler (21) auf einer oberen Kernplatte (3) eines oberen Abschnitts eines Abschirmkörpers (2) in dem Kernreaktordruckbehälter (1) steht, eine Dreheinheit (22) horizontal drehbeweglich an dem zentralen Pfeiler (21) vorgesehen ist, ein beweglicher Schlitten (24) horizontal beweglich an der Dreheinheit (22) vorgesehen ist, und die Laserstrahl-Aussendeeinheit (18) auf dem beweglichen Schlitten (24) angeordnet ist.

3. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vertikales Rad (25) und ein horizontales Rad (26) in Berührung mit dem oberen Randabschnitt (2a) des Abschirmkörpers (2) an dem Ende der Dreheinheit (22) befestigt sind.

4. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein entfernter Antrieb (28), der einen Mechanismus für die Horizontaldrehung, ein horizontales Ausfahren und ein vertikales Anheben aufweist, auf einer oberen Kernplatte (3) eines oberen Abschnitts eines Abschirmkörpers (2) in dem Kernreaktordruckbehälter (1)vorgesehen ist, und die Laserstrahl-Aussendeeinheit (18) mit dem entfernten Antrieb (28) verbunden ist.

5. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehmechanismus vorgesehen ist zur Ausübung der Drehoperation der Strahlführungsvorrichtung (8), der ein Lager (32) und einen O-Ring (33) aufweist, die auf der Außenoberfläche einer der Strahlführungen (9b) vorgesehen sind, einen Drehantriebsmotor (34) sowie ein Zahnrad (35b), welches auf der Außenoberfläche einer zu drehenden Strahlführung (9c) vorgesehen ist, und mit einem Zahnrad (35a) im Eingriff steht, welches an einer Drehwelle des Motors (34) angebracht ist.

6. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mechanismus zur Drehausrichtung um zueinander senkrechte Achsen durch einen ersten und zweiten Motor (39, 40) an einem reflektierenden Teil (13) in der Strahlführungsvorrichtung (8) vorgesehen ist.

7. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung für den Einsatz in einer Flüssigkeit, welche aufweist:
einen Laseroszillator (7), eine an der Laseroszillator (7) angeschlossene rohrförmige und mit Gas gefüllte Strahlführungsvorrichtung (8) zum Führen eines von dem Laseroszillator (7) erzeugten Laserstrahls (15), und einen Aussendekopf (12) zum Fokussieren des Laserstrahls (15) aus der Strahlführungsvorrichtung (8) zum Aussenden des Laserstrahls (15) an einen zu bearbeitenden Abschnitt (16), wobei
der Aussendekopf (12) ein optisches Fenster (41) aufweist, welches an dem Ende des optischen Führungskanals der Strahlführungsvorrichtung (8) vorgesehen ist, wobei das Fenster (41) ein Bauteil zur Abdichtung der Strahlführungsvorrichtung (8) und zur Übertragung des Laserstrahls (15) bildet, und der Aussendekopf (12) ein Fokussierelement (14) aufweist, welches im Inneren der Strahlführungsvorrichtung (8) vorgesehen und von Gas umgeben ist, um den Laserstrahl (15) zu fokussieren, und der Aussendekopf (12) einen von Flüssigkeit umgebenen reflektierenden Spiegel (42) aufweist zum Reflektieren des durch das Fokussierelement (14) fokussierten Laserstrahls (15), um den Strahl (15) an den zu bearbeitenden Abschnitt (16) auszusenden, und
der reflektierende Spiegel (42) ein lichtdurchlässiges Teil (43) aufweist, sowie eine auf der rückwärtigen Oberfläche des lichtdurchlässigen Teils vorgesehene reflektierende Schicht (44), die aus Vakuum oder einem vorbestimmten Fluid besteht, und der Laserstrahl (15) durch die Totalreflexion der Grenzfläche zwischen der rückwärtigen Oberfläche des lichtdurchlässigen Teils (43) und der reflektierenden Schicht (44) reflektiert wird.

8. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung für den Einsatz in einer Flüssigkeit, welche aufweist:
einen Laseroszillator (7), eine an den Laseroszillator (7) angeschlossene rohrförmige und mit Gas gefüllte Strahlführungsvorrichtung (8) zum Führen eines von dem Laseroszillator erzeugten Laserstrahls (15) und einen Aussendekopf (12) zum Fokussieren des Laserstrahls (15) aus der Strahlführungsvorrichtung (8) und zum Aussenden des Laserstrahls (15) an einen zu bearbeitenden Abschnitt (16), wobei
der Aussendekopf (12) ein Fokussierelement aufweist (14), welches am Ende des optischen Führungskanals der Strahlführungsvorrichtung (8) vorgesehen ist, und ein Bauteil zur Abdichtung der Strahlführungsvorrichtung (8) und zum Fokussieren des Laserstrahls (15) bildet, und einen von Flüssigkeit umgebenen reflektierenden Spiegel (42) zum Reflektieren des von dem Fokussierelement (14) fokussierten Laserstrahls und zum Aussenden des Strahls (15) an einen zu bearbeitenden Abschnitt (16), und
der reflektierende Spiegel ein lichtdurchlässiges Teil (43) aufweist, und eine auf der rückwärtigen Oberfläche des lichtdurchlässigen Teils (43) vorgesehene reflektierende Schicht (44), die aus Vakuum oder einem vorbestimmten Fluid besteht, und der Laserstrahl durch die Totalreflexion der Grenzfläche zwischen der rückwärtigen Oberfläche des lichtdurchlässigen Teils (43) und der reflektierenden Schicht (44) reflektiert wird.

9. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aussendekopf (12) eine Flüssigkeits-Strahldüse (45) aufweist, um eine den Laserstrahl streuende Substanz von dem zu bearbeitenden Abschnitt (16) zu entfernen.

10. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Aussendekopf (12) zylindrisch einstückig mit dem Ende der Strahlführungsvorrichtung (8) ausgebildet ist, und die Strahlführungsvorrichtung (8) einen Mechanismus aufweist, um eine Drehung in Umfangsrichtung und einen Ausfahr- oder Einziehvorgang in Axialrichtung durchzuführen, und so ausgebildet ist, daß die Bearbeitung der Innenoberfläche (16) eines zylindrischen Werkstücks ermöglicht wird.

11. Laserwartungs- und Reparatureinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der reflektierende Spiegel (42) des Aussendekopfes (12) einen Mechanismus zur Drehausrichtung um zueinander senkrechte Achsen durch einen ersten und einen zweiten Motor aufweist.