DE2600373A1

DE2600373A1 - System fuer gefaessuntersuchung

Info

Publication number: DE2600373A1
Application number: DE19762600373
Authority: DE
Inventors: Jack Phillip Clark; Alan Carl Foster; Thurman Dale Smith
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-01-13
Filing date: 1976-01-07
Publication date: 1976-07-15
Also published as: ZA756918B; FR2297410A1; JPS5679069A; DE2660698C2; DE2600373C2; JPS5722785B2; US3988922A; CH601785A5; IT1052015B; FR2297410B1; JPS5629785B2; JPS5195888A; ES444235A1; SE428738B; SE7600182L

Description

System für Gefäßuntersuchung

In einigen Fällen ist es erwünscht, eine Untersuchung von großen Druckgefäßen im Betrieb zu schaffen, um die Integrität des Druckgefäßes zu überprüfen oder irgendwelche im Entstehen begriffenen Defekte zu entdecken, so daß angemessene Reparaturarbeiten gemacht werden können, bevor ein Defekt auftritt.

In einigen Fällen, beispielsweise wenn das Druckgefäß relativ unzugänglich oder für Menschen gefährlich ist, ist die Verwendung von konventionellen Inspektionsverfahren und Ausrüstungen ausgeschlossen. Ein bemerkenswertes Beispiel ist ein Druckgefäß als
Behälter für einen Kernreaktor. Ein solches Druckgefäß kann eine

609829/08^2

7 ρ η η 3 ν 3

Höhe in der Größenordnung von 18 Meter und einen Durchmesser in der Größenordnung von 6 Meter besitzen mit Stahlwänden mit einer Dicke von 10 bis 30 Zentimeter. Bei der Verwendung ist ein solches Gefäß radioaktiven Strahlungsfeldern ausgesetzt. Weiterhin sind solche Gefäße gewöhnlich eng umschlossen durch Wärmeisolation und eine biologische Schutzwand. Diese und andere Faktoren erzwingen die Schaffung von durch Fernbedienung betätigbaren Ausrüstungen zur Inspektion solcher Druckgefäße während des Betriebs.

Ein Verfahren für die Untersuchung eines Kernreaktor-Druckgefäßes an Ort und Stelle wurde in der US-Patentschrift 3 715 914 beschrieben. Dort werden Ultraschall-Signalwandler zur Untersuchung der Wände des Gefäßes auf einem Laufwagen befestigt, der beweglich auf Schienen am Oberteil und Unterteil der Seiten des Druckgefäßes gehaltert ist. Die Verwendung einer solchen Anordnung ist schwierig, wenn die zu untersuchende Oberfläche nicht relativ frei von Behinderungen ist, insbesondere wenn nur ein beschränkter Raum zwischen dem Druckgefäß und einer umgebenden Struktur vorhanden ist, beispielsweise eine Abschirmungswand. In vielen Fällen durchsetzen eine Anzahl von Rohren verschiedener Größe die Wände des Gefäßes, beispielsweise Zuleitungen, Umpumpleitungen und dergleichen. Eine solche Anordnung mit Schiene ist nicht" gut geeignet, um solche Hindernisse zu umgehen und ist auch schlecht geeignet zur Abtastung der Flächen oberhalb und unterhalb solcher Hindernisse.

In der US-Patenschrift 3 811 320 wird eine Abtasteinrichtung für einen Tank oder ein Gefäß beschrieben, die keine Leitschienen benötigen, wobei unabhängig angetriebene Kreuzstücke selektiv an der Druckgefäßwand durch selektiv betätigbare Elektromagnete gehalten werden, wodurch die Einrichtung schrittweise über die Oberfläche des Gefäßes bewegt werden kann.

Verschiedene Fahrzeuge, welche den Magnetismus zum Anhaften des Fahrzeuges an Oberflächen benutzen, wurden für eine Vielzahl von Verwendungszwecken vorgeschlagen und werden beispielsweise

609829/0842

ORIGINAL INSPECTED

" ³ " ? R η η 3 7 3

gezeigt in den US-Patentschriften 1 262 341, 2 030 840 und 3 777 834.

Im allgemeinen wurden vorbekannte Einrichtungen als unzureichend oder begrenzt in ihrer Fähigkeit zur Erlangung des gewünschten Maßes von Genauigkeit, Beweglichkeit oder leichter Bedienbarkeit bei der Untersuchung von Gefäßen mit begrenztem Zugang im Betrieb befunden.

Die vorliegende Erfindung besitzt die Aufgabe der Schaffung eines Systems für die ferngesteuerte Untersuchung der Wände eines Gefäßes einschließlich eines Fahrzeuges, das notwendigenfalls um Hindernisse herum bewegt werden kann zu einem beliebigen Ort auf dem Gefäß, wobei noch die Orts lage des Fahrzeuges mit einem hohen Grad der Genauigkeit bestimmt wird.

Diese Aufgaben werden gelöst durch die Schaffung eines Systems einschließlich eines Fahrzeuges, das mit durch einen elektrischen Motor angetriebenen magnetischen Rädern ausgestattet ist, wobei die Räder auf jeder Seite getrennt antreibbar sind, wodurch das Fahrzeug gesteuert werden kann.

Ultraschall-Signalwandler zur Übermittlung von Signalen in das Gefäßmaterial und zum Empfang reflektierter Signale aus dem Gefäßmaterial sind an einem Laufwagen oder Bügel befestigt, der seinerseits verschiebbar auf einem Führungsrahmen oder einer Laufschiene befestigt ist, welche von dem Fahrzeug getragen wird, durch welche die Wandler selektiv über die Oberfläche des Gefäßes in einer Richtung quer zur Längsachse des Fahrzeuges bewegt werden können, wodurch ein Abtastweg über dem Gefäß abgetastet wird.

Die Ortslage des Fahrzeuges auf dem Gefäß ist genau bestimmt durch eine akustische Signalanordnung, welche ein Dreiecksmeßverfahren (Triangulationsverfahren) verwendet einschließlich eines auf dem Fahrzeug befestigten akustischen Signalsenders und mindestens dreier akustischer Signalempfängerwandler, die auf bekannten beabstandeten Stellen auf dem Druckgefäß befestigt sind.

ORIGINAL INSPECTED

609829/0842

Weitere Gesichtspunkte des Systems nach der Erfindung beinhalten einen sich drehenden Elektromagneten, der auf dem Fahrzeug gehaltert ist, um einen genauen Schwenkpunkt beim Wenden des Fahrzeuges zu schaffen, sowie einen durch Pendel betätigten Indikator zur Anzeige der Lage oder des Azimuts des Fahrzeuges bezüglich der vertikalen Oberfläche des Gefäßes, ein unabhängiges Odometerrad, das mit einem Indikator oder Odometer (Wegmesser) zur Anzeige der Laufwegstrecke des Fahrzeuges gekoppelt ist, und ein unabhängiges Kastorrad (Deichselrolle), das als Indikator zur Anzeige des Grades der Versetzung des Kastorrades bezüglich der Längsachse des Fahrzeuges gekoppelt ist, um eine Anzeige für das Drehen des Fahrzeuges zu erhalten.

Weitere Gesichtspunkte und weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den Abbildungen beschrieben.

Figur 1 ist ein schematisches Blockschaltbild des Systems nach der Erfindung.

Figur 2A ist eine schematische Darstellung der Dreiecksmeßanordnung, wie sie zur Bestimmung des Ortes des Fahrzeuges verwendet wird.

Figur 2B ist ein Taktdiagramm und

Figur 2C ist eine Darstellung für ein Beispiel für das Verfahren zur Lokalisierung des Fahrzeuges.

Figur 3 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, für ein typisches Druckgefäß, das von einer Abschirmungswand umgeben ist.

Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht des Fahrzeuges des Systems der Erfindung.

Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht des Wandlerblocks für die Gefäßuntersuchung und des Fahrzeuges.

609829/0842

_mm c~ ^

Das System der Erfindung ist veranschaulicht durch die schematische Darstellung der Figur 1. Das System enthält ein Fahrzeug 10, einen Wandler oder Sender 11 zur Absendung eines Signals für den Ort des Fahrzeuges, der auf dem Fahrzeug befestigt ist, eine Vielzahl von Wandlern oder Empfängern 12(1) bis 12(n) , welche Signale über den Ort des Fahrzeuges empfangen, eine Fernsteuereinheit 13 für das Fahrzeug, eine Baueinheit 14 zur Verarbeitung des Inspektionssignals und zu seiner Aufzeichnung und eine Rechnereinheit 16.

Die Gefäßinspektionswandler sind an einem Laufwagen oder Bügel befestigt, der beweglich auf einer Querführung oder Laufschiene befestigt ist, welche von dem Fahrzeug 10 getragen wird. Weiterhin sind Einrichtungen vorgesehen, um den Laufwagen 15 selektiv hin und her zu bewegen zur Abtastung eines Weges auf dem zu untersuchenden Gefäß in einer Richtung quer zu den Längsachsen des Fahrzeuges 10. Das Fahrzeug 10 ist mit magnetischen Rädern zum Anhaften des Fahrzeuges an den vertikalen Wänden des Gefäßes ausgestattet (dieses ist allgemein bei 19 angedeutet), wobei die Räder durch selektiv zuschaltbare Elektromotoren angetrieben werden können, durch welche das Fahrzeug angetrieben und geführt oder gesteuert werden kann. (Einzelheiten des Fahrzeuges werden noch nachstehend im Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben.)

Ein Kabel von elektrischen Drähten 20 verbindet die Ortsempfängerwandler 12(1) bis 12(n) mit dem Rechner 16. Ein nachschleifendes Fernsteuerkabel aus elektrischen Leitungen 21 ist zwischen dem Fahrzeug 10, einer Kabelrolle und Laufwageneinrichtung 22 und den Einheiten 13 und 14 verbunden. Ein Kabel aus Drähten 23 ergibt die elektrische und Signalverbindung zwischen den Einheiten 13 und 14 und der Rechnereinheit 16.

Die akustischen Empfängerwandler oder Empfänger 12(1) bis 12(n) für akustische Signale für den Ort des Fahrzeuges sind benachbart zu den oberen und unteren vertikalen Wänden des Gefäßes oder an anderen passenden beabstandeten Stellen angeordnet. Da das akustische Signal von dem Senderwandler 11 bei seiner Fortpflanzung

809829/0842

26Π0373

durch das Gefäßmaterial eine Dämpfung erfährt, wird eine genügende Anzahl von Empfängern 12(1) bis 12(n) verwendet, so daß in jeder Stellung des Fahrzeuges 10 auf dem Teil des untersuchten Druckgefäßes die nächstbenachbarten drei (oder eine andere gewählte Zahl) der Empfänger 12(1) bis 12(n) Signale mit ausreichender Stärke empfangen werden. (Die Wandler 12(1) bis 12(n) können zweckmäßigerweise abnehmbar an dem Druckgefäß befestigt sein, beispielsweise durch geeignete Dauermagnete.)

Die Arbeitsweise der Anordnung zur Peststellung des Fahrzeugortes ist wie folgt, wobei Bezug genommen wird auf die schematische Darstellung der Figur 2A und das Beispiel in den Figuren 2B und 2C.

Unter Handsteuerung von der Steuereinheit 13 oder unter automatischer Steuerung von einem Rechner 31 oder der Rechnereinheit sendet der Sender 11 periodisch (beispielsweise durch Betätigung eines Impulsgebers 32) einen zeitlich gesteuerten Impuls oder Impulsstoß 24T eines akustischen Signals, das beispielsweise eine Frequenz von 350 kHz besitzt, in das Material der Gefäßwand (beispielsweise Stahl) zu einem Zeitpunkt t_Q.

Dieses akustische Signal wird durch die Gefäßwände mit einer Geschwindigkeit weitergeleitet, welche abhängig ist von den Fortpflanzungseigenschaften des Gefäßmaterials. Diese Geschwindigkeit ist bekannt oder kann durch routinemäßige Experimente bestimmt werden.

Dieser akustische Signalimpuls wird daher von den Empfängerwandlern 12(1) bis 12(n) zu Zeiten empfangen, welche abhängig sind von der Entfernung des bestimmten Empfängerwandlers von dem Fahrzeug 10, wie dies in Figur 2B dargestellt ist. Wie in Figur 1 gezeigt, ist der Empfänger 12(5) am nächsten zum Sender 11 und daher erhält er zuerst an einem Zeitpunkt t^ das abgegebene Ortssignal als ein empfangenes Signal 24R^. Die Empfänger 12(4) und 12(2) sind weiter entfernt und erhalten das Ortssignal zu den Zeitpunkten t~ und t, als empfangene Signale 24Rp und

809829/0842

- 7 - 26ΠΓΙ373

Das gesendete Signal 2¹JT wird auch noch von den anderen Empfängern zu späteren Zeiten empfangen. Es ist jedoch ein Gesichtspunkt der vorliegenden Ortsbestimmungsanordnung, daß nur die ersten drei (oder eine andere vorgegebene Anzahl) der empfangenen Signale zur Bestimmung des Ortes des Fahrzeuges benutzt werden. Dies kann beispielsweise durch einen Zähler 33 erreicht werden, welcher die empfangenen Signale zählt und ein Gatter nach dem Empfang der vorgegebenen Anzahl von Signalen sperrt und damit anschließende Signale während des übrigen Teils einer bestimmten Periode zur Bestimmung der Ortslage des Fahrzeuges absperrt. Der Zähler 33 kann rückgestellt werden durch den Senderbetätigungsimpuls vom Impulsgeber 32 am Beginn der nächsten Periode zur Bestimmung der Ortslage.

Auf diese Weise kann aus den bekannten Ortslagen der Empfänger 12(1) bis 12(n) und den Zeitpunkten t*, tp und t^, die Ortslage des Fahrzeuges 10 durch ein standardmäßiges graphisches Verfahren ermittelt werden, das allgemein als Dreiecksverfahren (Triangulationsverfahren) bekannt ist. Beispielsweise wird ein rechnerisches Verfahren der Durchführung dieser Dreiecksmessung wie folgt gemäß Figur 2C ausgeführt: Wie in Figur 2B dargestellt, ist t^^tp^t... Zuerst wird eine Linie H₁ errechnet als Hyperbel, von der alle Punkte gleich t~ - t^ sind für irgendeine Stellung des Fahrzeuges entlang der Linie H^. Das heißt, der Ursprung des gesendeten Signals 24t liegt irgendwo auf dieser Linie. Als nächstes wird eine Linie H« errechnet, eine Hyperbel, von der alle Punkte gleich t, - tp sind. Wie in Figur 2C abgebildet, definieren die Linien H₁ und H„ den Ort des Senders 11 und damit des Fahrzeuges 10. Im allgemeinen können jedoch die Linien H. und H_ zwei Schnittpunkte besitzen, von denen jeder die Lage des Fahrzeuges darstellen kann. Daher wird schließlich eine dritte Linie H, errechnet, eine Hyperbel, bei der alle Punkte gleich t-, - t. sind. Hierdurch wird jeder Zwiespalt aufgelöst und der Ort des Fahrzeuges 10 ist der gemeinsame Schnittpunkt der Linien H₁, H₂ und H,. Durch dieses oder ein anderes bekanntes Rechenverfahren kann der Rechner 31 nach geeigneter Programmierung die Berechnung des Ortes des Fahrzeuges ausführen und ein Signal für den Ort des

609823/0842

Fahrzeuges über das Kabel 23 an die Einheiten 13 und 14 weitergeben zur Speicherung und Anzeige.

Wie obenstehend beschrieben, ist die Zeit t_Q eine Bezugszeit auf der Basis des gesendeten akustischen Signalimpulses 24T. Andere Bezugszeiten können verwendet werden. Beispielsweise kann als Bezugs zeit die Zeit benutzt werden, zu der der gesendete Impuls 24t zuerst von einem der Empfängerwandler 12(1) bis 12(n) empfangen wird, und die Dreiecksbestimmung kann unter Bezugnahme auf diesen Zeitpunkt aus den nachfolgenden Zeitpunkten erfolgen, an denen der gesendete Impuls an den nächsten drei Empfängerwandlern empfangen wird.

In Figur 3 ist ein typisches großes Druckgefäß 40 abgebildet, das aus dicken Stahlplatten gebildet ist, die miteinander verschweißt sind. Das Fahrzeug 10 ist schematisch auf den vertikalen Wänden 19 des Gefäßes gezeigt. Das Gefäß 40 ist von einer biologischen Abschirmungswand 41 umgeben, die beispielsweise aus Beton gebildet ist und einen Abstand von dem Gefäß bis zu 20 Zentimeter oder bis zu 90 Zentimeter besitzen kann. Die Wände 19 des Gefäßes 40 sind durch eine Vielzahl von Rohren verschiedener Größen, wie beispielsweise die Rohre 42, 43 und 44, durchsetzt, welche Hindernisse darstellen, die von dem Fahrzeug 10 umgangen werden müssen.

Die Empfänger 12(1) bis 12(n) sind benachbart zum Oberteil und Unterteil der Wand 19 angeordnet gezeigt. Die Empfänger können jedoch an jeder passenden Stelle der Wand 19 beabstandet um einen Bereich herum angeordnet werden, den das Fahrzeug 10 abtasten soll.

Zur leichteren Handhabung und zur Verkleinerung des Gewichtes des Fernsteuerkabels an dem Fahrzeug 10 wird es bevorzugt, eine Kabelrollen- und Laufwagenanordnung 22 vorzusehen, welche zweckmäßigerweise z. B. auf Laufschienen 46 oben auf der Abschirmungswand 41 gehaltert ist. Die Kabelrolle und der Laufwagen 22 (diese werden nicht im einzelnen beschrieben) kann irgendeine geeignete

609829/0842

^₉, 26ΠΠ373

Einrichtung sein, die in der Lage ist, unter Fernsteuerung zu arbeiten und das Kabel 21 auszugeben oder aufzunehmen, wie dies bei der Bewegung des Fahrzeuges 10 über die Gefäßwand 19 erforderlich ist.

Das ferngesteuerte Fahrzeug 10 ist in Figur 4 dargestellt. Wie dort gezeigt, besteht ein Fahrzeugrahmen aus einer Vielzahl von Stäben 51 bis 55, die parallel und beabstandet zueinander befestigt sind durch einen Haltestab und Abstandteile 56 und 57. (Soweit als möglich werden die Rahmenteile, der Bügel und die Laufwagenteile usw. vorzugsweise aus einem leichtgewichtigen nichtmagnetischen Material hergestellt, beispielsweise Aluminium.)

Das Fahrzeug 10 wird von vier magnetischen Radeinheiten 58 getragen. Jede Radeinheit enthält einen rechteckigen Rahmen 59, ein magnetisches Rad 61, dessen Achse zur Drehung im Rahmen 59 gelagert ist, und einen elektrischen Motor 62, der zum Antrieb des Rades 58 gekoppelt ist.

Die Räder 58 enthalten Dauermagnete und sind beispielsweise mit einer Vielzahl von kreisringförmigen Polstücken 63 ausgestattet, welche durch Abstandstücke oder Unterlagsscheiben 64 aus nichtmagnetischem Material voneinander getrennt sind, beispielsweise aus Aluminium. Die benachbarten Enden von Polstücken 63 besitzen entgegengesetzte Polarität, so daß starke Magnetfelder über den Abstandsringen 64 erzeugt werden.

Die Radrahmen 59 sind schwenkbar an dem Fahrzeugrahmen befestigt, beispielsweise ist der linke rückwärtige Radrahmen 59 an den beabstandeten Rahmenstangen 51 und 52 durch Schwenkstifte befestigt, beispielsweise den Schwenkstift 66. Dies gestattet, daß die Räder 58 soweit als möglich eine flache Lage auf der zylindrischen Oberfläche des Druckgefäßes besitzen,und erhöht in starkem Maße das Anhaften des Fahrzeuges am Druckgefäß im Vergleich mit Laufrädern, welche starr an einem Rahmen befestigt sind.

609829/0842

- ¹⁰ - 21600373

Da jedes Rad 6l mit einem individuellen Antriebsmotor 62 ausgestattet ist, kann das Fahrzeug gesteuert oder gedreht werden durch Betätigung der Antriebsmotoren auf einer Seite oder der anderen Seite oder durch Umkehrung der Motoren auf einer Seite.

Um einen festgelegten und bekannten Schwenkpunkt zu erhalten und die Ausführung von großen Wendungen zu unterstützen, ist ein selektiv zuschaltbarer Elektromagnet 67 vorgesehen. Der Elektromagnet 67 ist an einer Welle 68 befestigt, welche zur Drehung in einem Bügel 65 gelagert ist. Der Bügel 65 ist auf Rahmenteilen 52 und 53 gehaltert. Ein Paar von Federn 72 ist zwischen dem Bügel 69 und den Enden eines Doppelarms 70 befestigt, welcher an der Welle 68 befestigt ist, und führen den Elektromagnet 67 nach seiner Abschaltung in die Ausgangslage zurück.

Der Wandler oder Sender 11 zur Ortung des Fahrzeuges ist auf einem Wandlerblock 47 befestigt; dieser ist aus nichtmagnetischem Material gebildet (beispielsweise aus Kunststoff) und ist drehbar gehaltert mit einem Paar von Stiften 60 durch einen Bügel 69, wobei der Bügel 69 schwenkbar an den Rahmenteilen 53 und 54 durch ein Paar von Schwenkstiften 71 befestigt ist. Um einen konsistenten Kontakt der Kontaktfläche 49 des Wandlerblocks 47 mit der Wand des Gefäßes 19 zu gewährleisten (und damit eine gute Kopplung des Senders 11), ist die Fläche 49 an ihren vier Ecken mit Dauermagneten 48 ausgestattet.

An seinem vorderen Ende trägt das Fahrzeug 10 eine Anordnung zur Abtastung des Gefäßes. Geeignete Wandler zur Untersuchung des Gefäßes sind in einem Wandlerblock 73 eingesetzt, welcher an dem Laufwagen 15 befestigt ist. (Einzelheiten des Blocks 73 und des Laufwagens 15 werden nachstehend im Zusammenhang mit Figur 5 beschrieben.)

Der Laufwagen 15 ist auf der Schienen- oder Führungsanordnung 17 gehaltert, welche einen oder mehrere Führungsstäbe 76 und eine längliche Antriebsspindel 77 umfaßt, wobei die Antriebsspindel 77 in Eingriff mit einem Gewindeteil des Laufwagens 15 ist, wodurch

609829/0842

durch eine Drehung der Spindel 77 der Laufwagen 15 und damit der Wandlerblock 73 hin und her bewegt werden können in einer Richtung quer zur Längsachse des Fahrzeuges 10, wodurch die Wandler in dem Block 73 einen Weg über die Oberfläche des Gefäßes abtasten können. Die Führungsstäbe 76 und die Antriebsspindel 77 werden durch ein Paar Endplatten 78 gehalten, welche an der Rahmenstange 55 befestigt sind. Ein umkehrbarer elektrischer Antriebsmotor 79 ist über Getriebe mit der Antriebsspindel 77 zur selektiven Drehung derselben verbunden. Ein geeigneter Drehcodierer 80 ist an der rechten Endplatte 78 befestigt und wird durch die Spindel 77 angetrieben, um die Drehung der Spindel 77 und damit die Stellung des Laufwagens 15 anzuzeigen.

Um eine Anzeige der Stellung oder des Azimuts des Fahrzeuges auf den vertikalen Wänden des Gefäßes zu erhalten, ist ein Pendel 81 schwenkbar an einem Bügel 82 angebracht, der an der Rahmenstange 51 befestigt ist. Das Pendel treibt einen geeigneten Stellungscodierer 83» beispielsweise ein Potentiometer oder eine andere geeignete, für die Lage empfindliche Einrichtung.

Das Fahrzeug 10 ist auch noch mit einer Kastorradanordnung (Deichselrad) 84 ausgestattet, um ein Wenden des Fahrzeuges anzuzeigen. Die Kastorradanordnung 84 enthält ein Kastorrad 86, welches in einem Kastorarm und Achseneinheit 87 drehbar gelagert ist. Das Kastorrad 86 enthält Permanentmagneteinrichtungen, beispielsweise einen Permanentmagnetreifen 88, um ein Haften des Rades 86 an dem Gefäß zu erhalten. Die Kastorachse ist in einem Bügel 89 drehbar gelagert (dieser ist am Rahmenstab 51 befestigt), und zwar mit einem ausreichenden Abstand, um einen kontinuierlichen Kontakt des Rades 86 mit der Oberfläche des Gefäßes unabhängig von Änderungen im Abstand zwischen dem Stab 51 und der Oberfläche des Gefäßes zu erhalten. Die Kastorachse treibt einen geeigneten Stellungscodierer 91 (beispielsweise ein Potentiometer), welcher eine elektrische Anzeige der Stellung des Kastorrades bezüglich der Längsachse des Fahrzeuges ergibt. An die Kastorachse gekoppelt ist eine selektiv betätigbare Bremse 93 zur Verhinderung einer Änderung der Stellung des Kastorrades,

809829/0842

wenn dies erwünscht ist; beispielsweise wenn das Fahrzeug in der umgekehrten Richtung angetrieben wird.

Ebenso ist noch ein magnetisches Odometerrad 85 vorgesehen, das schwenkbar durch Arme 90 an dem Fahrzeug 10 befestigt ist. Ein Odometer oder Entfernungsstrecken-Codierer 92 (in einer bekannten geeigneten Bauform) wird durch die Achse des Odometerrades 85 angetrieben j um eine Anzeige der Laufstrecke des Fahrzeuges zu erhalten. Eine selektiv betätigbare Bremse 95 ist ebenfalls vorgesehen, durch welche die Drehung des Odometerrades 85 gewünschtenfalls verhindert werden kann, beispielsweise um die Einstellung des Odometers 92 während Wendungen des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten.

Das Fahrzeug 10 kann auch noch andere erwünschte Instrumente tragen, beispielsweise eine Fernsehkamera 9^> welche auf dem Fahrzeug durch einen Bügel 96 gehaltert ist.

Ein Verschlußdeckel 97 ist als Gehäuse für Anschlußplatten, Relais, Vorverstärker und dergleichen und als Endstück oder Anschlußstück für das Fernsteuerkabel 21 vorgesehen. Das Kabel enthält die notwendigen Leiter für elektrische Leistung, Steuerung und Signale. Es enthält auch ein flexibles Rohr, um dem Senderwandler 11 und den Gefäßuntersuchungswandlern im Wandlerblock 73 eine Kopplungsflüssxgkeit zuzuführen. Zur Klarheit der Darstellung werden die Verbindungen vom Kabel 21 zu den verschiedenen Einrichtungen auf dem Fahrzeug 10 nicht gezeigt.

Figur 5 zeigt den Wandlerblock 73 für die Untersuchung des Gefäßes und seinen Laufwagen 15. Der Laufwagen 15 enthält ein Querteil 101, an dem Seitenteile 102 befestigt sind, um auf diese Weise einen Laufwagen in Form eines umgekehrten U zu bilden. Das Teil 101 ist mit Löchern IO3 gebildet, durch welche die Führungsstangen 76 (Figur ¹O hindurchragen. Die Löcher IO3 können mit geeigneten Buchsen ausgestattet werden (nicht gezeigt). Das Teil 101 ist auch noch mit einer öffnung 104 gebildet, welche mit Gewinde versehen oder mit einer Gewindebuchse ausgestattet

609829/0842

sein kann oder mit einer Mutter, um die Antriebsspindel 77 (Figur 4) aufzunehmen.

Der Wandlerblock 73 enthält einen Körper oder Hauptteil 106, der aus nicht-metallischem Material gebildet ist, beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff. Der Körper 106 ist schwenkbar an dem Laufwagen 15 durch eine Anordnung befestigt, welche auch noch eine begrenzte relative Bewegung zwischen dem Laufwagen 15 und dem Wandlerblock 73 gestattet. Diese Anordnung enthält ein Paar von Schwenkstiften, wie den Schwenkstift 107, welche an entgegengesetzten Seiten des Körpers 106 befestigt sind und von ihm herausragen. Die Stifte 107 sind in Bohrungen 108 in einem Paar von Anschlußblöcken 109 drehbar gelagert.

An den inneren Oberflächen von Seitenteilen 102 sind entsprechende Führungsstäbe 111 befestigt, und die Anschlußblöcke 109 sind mit passenden Nuten 112 ausgestattet, mit denen die Führungsstäbe 111 im gleitenden Eingriff sind. Durch diese Anordnung kann der Wandlerblock 73 frei der Oberflächengestalt einer gekrümmten, gerade untersuchten Gefäßwand folgen. In Hohlräume in dem Körper 106 des Wandlerblocks 73 ist eine Vielzahl von geeigneten Wandlern 114(1) bis 114(6) zur Untersuchung des Gefäßes eingesetzt. Die Wandler 114(1) und 114(2) können senkrecht zur Fläche 116 des Körpers 106 sein (und damit im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Gefäßes). Die Wandler 114(3) und 114(1) können unter verschiedenen Winkeln von der Fläche 116 in Richtung der Bewegung des Laufwagens 15 und des Blocks 73 orientiert sein. Die Wandler 114(5) und 114(6) können unter verschiedenen Winkeln quer zur Richtung der Bewegung des Laufwagens 74 orientiert sein. Beispielsweise können die Wandler 114(3) und 114(5) unter einem Winkel von etwa 45° (zur Senkrechten) orientiert sein und andererseits die Wandler 114(4) und 114(6) unter einem Winkel von etwa 60 (bezogen auf die Senkrechte) orientiert sein. So kann beispielsweise bei der Untersuchung der Schweißnähte des Gefäßes einer der Wandler 114(1) und 114(2) zur Untersuchung des Basismetalls und der andere zur Untersuchung der Schweißnaht in einer senkrechten Richtung verwendet werden, während die Wandler 114(3)

609829/0842

bis 114(6) benutzt werden können, um die Schweißnaht aus zwei verschiedenen Richtungen unter zwei verschiedenen Winkeln zu untersuchen.

Um einen engen Kontakt zwischen dem Wandlerblock 73 und der Gefäßwand und damit eine gute Kopplung der Wandler 114(1) bis 114(6) zu gewährleisten, ist der Körper 106 an den Ecken der Fläche 116 mit Dauermagneten 113 ausgestattet.

Weiterhin ist ein Rohranschlußstück 117 an dem Körper 106 befestigt und ist vorgesehen zur Verbindung mit einem Schlauch (nicht gezeigt), durch welchen eine geeignete Kopplungsflüssigkeit für das akustische Signal (beispielsweise Wasser) durch geeignete Kanäle (nicht gezeigt) in dem Körper 106 zu den Flächen der Wandler 114(1) bis 114(6) geleitet werden kann.

Die Wandler 114(1) bis 114(6) werden in dem an sich bekannten "Impuls-Echo"-Betrieb betrieben, d. h. jeder Wandler arbeitet sowohl als Sender von Impulsen von akustischen Signalen als auch als ein Empfänger von Reflexionen dieser Signale zurück zum Wandler. (Wie an sich bekannt, werden Defekte oder Diskontinuitäten in dem Gefäßmetall durch den Zeitpunkt und die Art der reflektierten Signale festgestellt.)

Ein Verfahren zum Betrieb des Systems, beispielsweise in der Untersuchung der Schweißnähte der Gefäßwand 19, ist wie folgt, wobei besonders Bezug genommen wird auf das Diagramm des Systems nach Figur 1. Es ist angenommen, daß eine Karte der Wand 19 mit genauen Abmessungen vor oder während der Installation des Gefäßes 40 angefertigt wurde und daß mindestens eine Anzeigemarke, beispielsweise eine akustisch erfaßbare Vertiefung, an einem geeigneten bekannten Platz angebracht wurde. Bezogen auf die Anzeigemarke wird das Fahrzeug 10 bewegt und geführt zu der zu untersuchenden Schweißnaht, wobei sich dann der Ortssender 11 des Fahrzeuges über der Schweißnaht befindet. Der Ortslagensender 11 wird dann gepulst, und der Ort des Fahrzeuges wird festgestellt und angezeigt und aufgezeichnet, wie dies vorstehend beschrieben wurde.

609829/0842

Ausgehend von einer bekannten Ortslage (wie dies durch den Codierer 80 angezeigt wird) wird der Laufwagen 15 und damit der Wandlerblock 73 in diskreten Schritten entlang der Laufwagenführung 17 geführt. Bei jedem dieser Schritte werden die Wandler llM(l) bis 114(6) zur Untersuchung des Gefäßes in Sequenz mit einem akustischen Signal mit einer Frequenz von 2,25 MHz beispielsweise gepulst, und die reflektierten Signale von diesen Impulsen werden empfangen und in bekannter Weise aufgezeichnet.

Nachdem der Laufwagen 15 auf diese Weise über eine gewünschte Entfernung auf dem Führungsteil 17 schrittweise bewegt wurde, werden die Antriebsmotoren des Fahrzeuges 10 betätigt, um das Fahrzeug nach vorn oder rückwärts zu bewegen und auf diese Weise einen anderen (vorzugsweise überlappenden) Abtastweg für die Wandler des Fahrzeuges zu erhalten. Der Ortslagenwandler 11 des Fahrzeuges wird erneut gepulst usw., um einen weiteren Betriebszyklus zu beginnen. Es ist weiterhin angenommen, daß dieser Inspektionsvorgang sowohl von Hand als auch automatisch unter Rechnersteuerung ausgeführt werden kann.

Vorstehend wurde ein System zur Untersuchung der Wände eines Gefäßes einschließlich eines ferngesteuerten Fahrzeuges mit Einrichtungen zur Ermittlung der Ortslage beschrieben, das zu jeder gewählten Lage auf der Wand des Gefäßes bewegt werden kann.

60 9 8 29/0842

Claims

Patentansprüche

1. Gerät zur Untersuchung eines Gefäßes aus magnetischem Metall, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

ein ferngesteuertes Fahrzeug (10) einschließlich eines Rahmens, das eine Längsachse besitzt,

magnetische Einrichtungen (18) (58), um ein Haften des Fahrzeuges an dem Gefäß zu erhalten und gleichzeitig eine Bewegung des Fahrzeuges (10) über die Oberfläche (19) des Gefäßes zu gestatten,

Antriebseinrichtungen (62) zur Bewegung des Fahrzeuges in der Richtung der Längsachse,

Steuereinrichtungen zum Wenden des Fahrzeuges, durch Fernsteuerung betätigbare Steuereinrichtungen zur Steuerung des Antriebes und der Steuereinrichtung, Anzeigeeinrichtungen zur Anzeige der Ortslage des Fahrzeuges (10) auf dem Gefäß, welche enthalten:

eine Generatoreinrichtung zur Erzeugung eines akustischen Signals für die Ortslage des Fahrzeuges (10), eine auf dem Fahrzeug zur Aussendung des akustischen Signals durch die Wände des Gefäßes gehalterte Sendereinrichtung (11), mindestens drei akustische Signaldetektoren (12(1) - 12(3)), welche beabstandet auf dem Gefäß zum Empfang des akustischen Signals für die Ortslage des Fahrzeuges (10) angeordnet sind zur Erzeugung entsprechender Ausgangssignale, und eine Dreiecksbestimmungseinrichtung, welche mit den Detektoren verbunden ist und auf die Ausgangssignale von den Detektoren anspricht und eine Anzeige der Ortslage des Fahrzeuges auf dem Gefäß ergibt,

sowie Abtasteinrichtungen, die auf dem Rahmen des Fahrzeuges in enger Nachbarschaft zur Oberfläche des Gefäßes zur Untersuchung örtlicher Teile des Gefäßes angebracht sind.

609829/0842

- ι? - 260G373

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung Einrichtungen zur schrittweisen Bewegung des Fahrzeuges über eine vorgegebene Entfernung auf dem Gefäß enthält.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin einen schwenkbaren Elektromagneten (67) enthält, der auf dem Fahrzeug (10) benachbart zur Oberfläche (19) des Gefäßes befestigt ist, wobei der Elektromagnet selektiv zuschaltbar ist, um als ein Schwenkpunkt für das Fahrzeug zu dienen und das Anhaften des Fahrzeuges während einer Drehung des Fahrzeuges zu unterstützen.

4. Gerät nach Anspruch 3₉ dadurch gekennzeichnet., daß die Sendereinrichtung (11) für das Signal zur Ortslagenbestimmung des Fahrzeuges außerhalb der Antriebseinrichtung angebracht ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebseinrichtung mindestens ein Rad (18) (58) umfaßt, welches an entgegengesetzten Seiten des Fahrzeuges angebracht ist, wobei die Räder magnetische Einrichtungen in Form von Dauermagneten (63) enthalten, um ein Anhaften des Fahrzeuges an dem Gefäß zu erhalten, wobei die Antriebseinrichtung getrennte elektrische Antriebsmotoren (62) für die Räder auf den entgegengesetzten Seiten des Fahrzeuges enthalten^ und selektiv betätigbare Einrichtungen zur Zuschaltung der Antriebsmotoren (62) um eine Steuerungseinrichtung zu erhalten.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß jedes der Räder aus einer Vielzahl von Dauermagneten (63) und einer Vielzahl von beabstandeten ringförmigen Polstücken gebildet ist, wodurch die magnetische Kraft in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Enden dieser Polstücke konzentriert ist.

609829/0842

26 η η 3 73

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Polstücke durch Unterlagsscheiben (64) beabstandet sind, die aus nicht-magnetischem Material gebildet sind.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß jedes der Räder (l8, 58) rotierbar an einem Ende eines Haltebügels (59) befestigt ist, wobei das andere Ende der Haltebügel schwenkbar an dem Rahmen des Fahrzeuges angebracht ist, so daß sich die Räder frei an die Oberfläche (19) des Gefäßes anpassen können.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenkachsen der Haltebügel (59) praktisch parallel zur Längsachse des Fahrzeuges (10) sind.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das akustische Signal zur Ortslagenbestimmung des Fahrzeuges in Form von Impulsen vorliegt, wobei die Periodendauer zwischen den Impulsen größer ist als die Durchlaufzeit eines der Impulse durch die Wände des Gefäßes zwischen der Sendereinrichtung (11) und irgendeinem der akustischen Signaldetektoren (12(1) - 12(n)).

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin mehr als drei akustische Signaldetektoren (12) enthält, die an beabstandeten Plätzen an dem Gefäß angebracht sind, wobei die Dreiecksmeßeinrichtung Einrichtungen enthält, um eine Anzeige der Ortslage des Fahrzeuges (10) auf dem Gefäß gemäß dem ersten einer vorgegebenen Anzahl von Signalen zu erhalten, welche von den Detektoren während irgendeiner gegebenen Periode empfangen werden.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die vorgegebene Zahl von Signalen 3 ist.

609829/0842

- 19 - 26Π0373.

...der..

13. üd rät" nach einem!" Ansprüche 1 bis 12, dadurch

gekennzeichnet , daß es weiterhin ein Pendel (8l) enthält, das schwenkbar an dem Fahrzeug (10) befestigt ist, und daß Einrichtungen (83) vorgesehen sind, welche durch das Pendel (81) betätigt werden zur Anzeige der Stellung des Pendels bezüglich des Fahrzeuges.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin ein Kastorrad (84) einschließlich einer Kastorachse zur schwenkbaren Halterung des Kastorrades an dem Fahrzeug (10) zur Drehung über der Oberfläche (19) des Gefäßes bei Bewegung des Fahrzeuges über die Oberfläche enthält und weiterhin Einrichtungen (91), welche von der Kastorachse betätigt werden zur Anzeige der Ortslage des Kastorrades bezüglich des Fahrzeuges.

15. Gerät nach Anspruch I¹I₃ dadurch gekennzeichnet , daß das Kastorrad mit Permanentmagneten (88) gebildet ist, um einen Kontakt des Rades mit dem Gefäß aufrechtzuerhalten.

16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin eine Bremse für die Kastorachse besitzt, wobei diese Bremse selektiv betätigbar ist zur Verhinderung einer Änderung der Lage des Kastorrades.

I?. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis l6, dadurch gekennzeichnet , daß e.s weiterhin ein Odometerrad (85) enthält, das an dem Fahrzeug (10) zur Drehung über die Oberfläche (19) des Gefäßes befestigt ist, und Odometereinrichtungen (92) mit dem Odometerrad verbunden sind und auf die Drehung desselben ansprechen zur Erzeugung einer Anzeige des Laufweges des Fahrzeuges.

60982970842

18. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis I7, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung mindestens einen akustischen Signalwandler (114(1) - 114(6)) enthält, welcher mit der Oberfläche des Gefäßes gekoppelt ist, und von dem Fahrzeug (10) gehaltene, selektiv betätigbare Laufwageneinrichtung (15) vorhanden ist zur selektiven Bewegung des Wandlers (114) über die Oberfläche (19) des Gefäßes in einer Richtung quer zum Fahrzeug.

19. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung mindestens zwei akustische Signalwandler enthält, welche an die Oberfläche des Gefäßes unter verschiedenen Orientierungswinkeln bezüglich der Oberfläche gekoppelt sind, und weiterhin eine selektiv betätigbare Laufwageneinrichtung (15) enthält, welche von dem Fahrzeug getragen wird, zur selektiven Bewegung der Wandler (114) über die Oberfläche (19) des Gefäßes.

20. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung mindestens einen akustischen Signalwandler enthält, der an die Oberfläche des Gefäßes gekoppelt ist, wobei der Wandler in einem Wandlerhalteblock (73) befestigt ist und dieser Block eine Fläche (116) benachbart zur Oberfläche des Gefäßes besitzt, wobei der Block mit mindestens einem Magnet (113) zum gleitenden Haften des Blocks an dem Gefäß ausgestattet iat und der Block an selektiv betätigbaren Laufwageneinrichtungen (15) befestigt ist, welche von dem Fahrzeug getragen werden, zur selektiven Bewegung des Blocks (73) und damit des Wandlers (114) über die Oberfläche des Gefäßes.

21. Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Anbringung des Blocks (73) an dem Laufwagen (15) eine begrenzte Bewegung des Blocks bezüglich des Laufwagens in einer Richtung praktisch senkrecht zur Oberfläche (I9) des Gefäßes gestattet.

609829/0842 .

2 6 η η 3 7 3

22. Gerät nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekenn zeichnet , daß die Fläche des Blocks ausgeschnitten ist, um einen flachen Hohlraum zwischen dem Block und der Oberfläche des Gefäßes zu bilden,und Einrichtungen (117) vorgesehen sind, welche eine Flüssigkeit zur Kopplung des akustischen Signals in den Hohlraum liefern.

23. Gerät nach den Ansprüchen 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet , daß es einen ersten akustischen Signalwandler (114(1)) enthält, der in dem Block (73) mit einer Orientierung praktisch senkrecht zur Oberfläche (19) des Gefäßes befestigt ist, einen zweiten akustischen Signalwandler (114(3)), ^der i^{n dem} Block mit einer Orientierung unter einem Winkel von weniger als 90 Grad zur Oberfläche des Fahrzeuges befestigt ist, und einen dritten akustischen Signalwandler (114(5)), der in dem Block mit einer Orientierung unter einem anderen Winkel mit weniger als 90 Grad zur Oberfläche des Fahrzeuges befestigt ist.

24. Gerät nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet , daß die Laufwageneinrichtung (10) ein Führungsteil enthält, das quer zum Fahrzeug angeordnet und von diesem gehaltert wird, wobei ein Laufwagen (15) gleitend auf dem Führungsteil gehalten ist und der Block (73) für die Halterung der Wandler an dem Laufwagen (15) befestigt ist _t eine Laufwagenantriebsspindel (77), welche von dem Fahrzeug (10) gehalten wird und praktisch parallel beabstandet zu dem Führungsteil angeordnet ist, einen Gewindeteil des Laufwagens, der im Eingriff mit der Antriebsspindel (77) ist, und einen selektiv betätigbaren umkehrbaren Antriebsmotor zur Drehung der Antriebsspindel, wodurch der Wandlerhalteblock (73) selektiv über die Oberfläche des Gefäßes in einer Richtung quer zur Richtung des Fahrzeuges hin und her bewegt werden kann.

609829/0842

26ΠΠ373

25· Gerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß es einen Drehungscodierer enthält, welcher an die Antriebsspindel (77) gekoppelt ist, um eine Anzeige der Drehung der Spindel und der Stellung des Laufwagens auf dem Pührungsteil zu erhalten.

26. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch
gekennzeichnet , daß es weiterhin eine auf
dem Fahrzeug befestigte Fernsehkamera enthält.

609829/0842

Leerseite