DE2600373C2

DE2600373C2 - Gerät zur Gefäßuntersuchung

Info

Publication number: DE2600373C2
Application number: DE2600373A
Authority: DE
Inventors: Jack Phillip Clark; Alan Carl Foster; Thurman Dale San Joe Calif. Smith
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-01-13
Filing date: 1976-01-07
Publication date: 1984-06-14
Also published as: JPS5629785B2; ES444235A1; CH601785A5; IT1052015B; FR2297410A1; DE2600373A1; FR2297410B1; ZA756918B; DE2660698C2; SE7600182L; JPS5722785B2; US3988922A; SE428738B; JPS5195888A; JPS5679069A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Untersuchung eines Gefäßes aus magnetischem Material.

Häufig 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 Fehler auftritt

In einigen Fällen, beispielsweise wenn das Druckgefäß relativ unzugänglich oder für Menschen gefährlich ist, ist die Verwendung von konventionellen Prüfverfahren und Ausrüstungen ausgeschlossen. Ein bemerkenswertes Beispiel ist ein Druckgefäß als Behälter für einen Kernreaktor. Ein solches Druckgefäß kann eine 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 37 15 914 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 Siruktur 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-Patentschrift 38 11 320 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 Fahrzeugs an Oberflächen benutzen, wurden für eine Vielzahl von Verwendungszwecken vorgeschlagen und sind beispielsweise in den US-Patentschriften 12 62 341, 20 30 840 und 37 77 834 beschrieben.

Die bekannten Einrichtungen sind jedoch 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.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Gerät für die ferngesteuerte Untersuchung der Wände eines Gefäßes zu schaffen, das um Hindernisse herum bewegt werden kann zu einem beliebigen Ort auf dem Gefäß und dessen Standort mit einem hohen Genauigkeitsgrad bestimmbarist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unieransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein Gerät zur zerstörungsfreien Prüfung der Wände eines Gefäßes erhalten wird, das Einrichtungen zur Ermittlung der Ortslage aufweist und einfach und genau zu jeder gewählten Stelle auf der Wand des Gefäßes bewegt werden kann. Das magnetisch anhaftende Fahrzeug kann genau angetrieben, gelenkt und gewendet werden, um jeden freiliegenden Punkt auf der Gefäßwand zu erreichen. Auf dem Fahrzeug angebrachte Abtasteinrichtungen können ebenfalls genau positioniert und gesteuert werden, ohne daß kumulative Fehler auftreten.

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.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild des Gerätes nach der Erfindung.

F i g. 2A isi eine schematische Darstellung der Dreiecksmeßanordnung, wie sie zur Bestimmung des Ortes des Fahrzeuges verwendet wird.

Fig. 2B ist ein Taktdiagramm.

F i g. 2C ist eine Darstellung für ein Beispiel für das Verfahren zur Lokalisierung des Fahrzeuges.

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

F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Fahrzeuges des Gerätes gemäß der Erfindung.

F i g. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Wandlerblocks für die Gefäßuntersuchung und des Fahrzeuges.

Das in F i g. 1 gezeigte Gerät enthält ein Fahrzeug 10, einen Wandler oder Sender 11 zur Lieferung eines Signals für den Ort des Fahrzeuges, der auf dem Fahrzeug befestigt ist eine Vielzahl von Wandlern oder EmDfän-

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gern 12(1) bis \2(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 15 befestigt, der beweglich auf einer Querführung oder Laufschiene 17 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 18 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 F i g. 4 beschrieben.)

Ein Kabel von elektrischen Drähten 20 verbindet die Orisempfängerwandler 12(1) bis i2(n)mh 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 \2(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 übertragenden Wandler 11 bei seiner Fortpflanzung durch das Gefäßmaterial eine Dämpfung erfährt, wird eine genügende Anzahl von Empfängern 12(1) bis I2(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 i2(n) Signale mit ausreichender Stärke empfangen werden. Die Wandler 12(1) bis \2(n) können zweckmäßigerweise abnehmbar an dem Druckgefäß befestigt sein, bei spielsweise durch geeignete Dauermagnete.

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

Unter Handsteuerung von der Steuereinheit 13 oder unter automatischer Steuerung von einem Rechner 31 oder der Rechnereinheit 16 sendet der Sender 11 periodisch (beispielsweise durch Betätigung eines Impulsgebers 32) einen zeitlich gesteuerten Impuls oder Impulsstoß 247" eines akustischen Signals, das beispielsweise eine Frequenz von 350 kHz besitzt, in das Material der Gefäßwand (beispielsweise Stahl) zu einem Zeitpunkt to-

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 i2(n) zu Zeiten empfangen, weiche abhängig sind von der Entfernung des bestimmten Empfängerwandlers von dem Fahrzeug 10, wie dies in F i g. 2B dargestellt ist Wie in F i g. 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 24/?i. Die Empfänger 12(4) und 12(2) sind weiter entfernt und erhalten das Ortssignal zu den Zeitpunkten h und h als empfangene Signale 24R₂ und 24/?3.

Das gesendete Signal 247" wird auch noch von den anderen Empfängern zu späteren Zeiten empfangen. Es ist jedoch ein Gesichtspunkt der hier beschriebenen Ortungsanordnung, 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 Begin der nächsten Periode zur Bestimmung der Ortslage.

Auf diese Weise kann aus den bekannten Ortslagen der Empfänger 12(1) bis \2(n) und den Zeitpunkten Z₁, t₂ und (3 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 F i g. 2C ausgeführt: Wie in F i g. 2B dargestellt, ist t\ < t₂ < f* Zuerst wird eine Linie H\ errechnet als Hyperbel, von der alle Punkte gleich t₂ - fi sind für irgendeine Stellung des Fahrzeuges entlang der Linie Hu Das heißt, der Ursprung des gesendeten Signals 247" liegt irgendwo auf dieser Linie. Als nächstes wird eine Linie H₂ errechnet, eine Hyperbel, von der alle Punkte gleich f₃- h sind. Wie in Fig.2C abgebildet, definieren die Linien H\ und H₂ den Ort des Senders 11 und damit des Fahrzeuges 10. Im allgemeinen können jedoch die Linien H\ und H₂ zwei Schnittpunkte besitzen, von denen jeder die Lage des Fahrzeuges darstellen kann. Daher wird schließlich eine dritte Linie Hz errechnet, eine Hyperbel, bei der alle Punkte gleich h - t\ sind. Hierdurch wird jede Unbestimmtheit aufgelöst und der Ort des Fahrzeuges 10 ist der gemeinsame Schnittpunkt der Linien Hu H₂ und H3. 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 Fahrzeuges über das Kabel 23 an die Einheiten 13 und 14 weitergeben zur Speicherung und Anzeige.

Wie obenstehend beschrieben, ist die Zeit f₀ eine Bezugszeit auf der Basis des gesendeten akustischen Signalimpulses 247; Andere Bezugszeiten können verwendet werden. Beispielsweise kann als Bezugszeit die Zeit benutzt werden, zu der der gesendete Impuls 247" 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 F i g. 3 ist ein typisches großes Druckgefäß 40 gezeigt, das aus dicken Stahlplatten gebildet ist, die miteinenander verschweißt sind. Das Fahrzeug 10 ist schematisch auf den vertikalen Wänden 19 des Gefäßes gezeigt Das Gefäß 40 ist von einer biologischen Abschirmungs-

Vs ti!

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wand 41 umgeben, die beispielsweise aus Beton gebildet ist und einen Absland 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 i2(n) sind benachbarte 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, einen Kabelrollenwagen 22 vorzusehen, welcher zweckmäßigerweise z. B. auf Laufschienen 46 oben auf der Abschirmungswand 41 gehalten ist. Dieser Wagen 22 (er wird nicht im einzelnen beschrieben) kann irgendeine geeignete Einrichtung sein, die in der Lage ist, unter Fernsteuerung zu arbeiten und das Kabel 21 abzugeben oder aufzunehmen, wie dies bei der Bewegung des Fahrzeuges 10 über die Gefäßwand 19 erforderlich ist.

Das ferngesteuerte Fahrzeug 10 ist in F i g. 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 Abstandsteile 56 und 57. Soweit als möglich werden die Rahmenteile, der Bügel, 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 Haltebügel 59, ein magnetisches Rad 61, dessen Achse zur Drehung im Haltebügel 59 gelagert ist, und einen elektrischen Motor 62, der zum Antrieb der Radeinheit 58 gekoppelt ist.

Die Radeinheiten 58 enthalten Dauermagnete und sind beispielsweise mit einer Vielzahl von kreisringförmigen Polstücken 63 ausgestattet, weiche durch Abstandstücke oder Unterlagsscheiben 64 aus nicht-magnetischem 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 Haltebügel 59 sind schwenkbar an dem Fahrzeugrahmen befestigt. Beispielsweise ist der linke rückwärtige Haltebügel 59 an den beabstandeten Rahmenstangen 51 und 52 durch Schwenkstifte 66 befestigt. Dadurch besitzen die Radeir.heitep. 58 soweit sis möglich eine flache Laye auf der zylindrischen Oberfläche des Druckgefäßes, und das Anhaften des Fahrzeuges am Druckgefäß ist im Vergleich zu Laufrädern, weiche starr an einem Rahmen befestigt sind, stark verbessert

Da jedes Rad 61 mit einem eigenen Antriebsmotor 62 ausgestattet ist, kann das Fahrzeug gesteuert oder gedreht werden durch Betätigung der Antriebsmotoren auf einer Seite oder der anderen Seite oder durch Umlenkung 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 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 isl 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. Uni eine Dauerberührung der Konlaktfläche 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 Laufwagcns 15 werden nachstehend im Zusammenhang mit F i g. 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 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 Führungsstäbc 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 ein 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 lageempfindliche Einrichtung.

Das Fahrzeug 10 ist ferner mit einer Lenkrolle 84 versehen, urn ein Wenden des Fahrzeuges anzuzeigen. Die Lenkrolle 84 enthält ein Lenkrad 86, welches in einer Lenkarm- und Achseneinheit 87 drehbar gelagert ist Das Lenkrad 86 enthält Permanentmagnete, beispielsweise einen Permanentmagnetreifen 88, damit das Rad 86 an dem Gefäß anhaftet Die Lenkachse ist in einem Bügel 89 drehbar gelagert (dieser ist am Rahmenstab 51 befestigt), und zwar mit einem ausreichenden Abstand, um eine dauernde Auflage des Rades 86 auf der Oberfläche des Gefäßes unabhängig von Änderungen im Abstand zwischen dem Stab 51 und der Oberfläche des Gefäßes zu erhalten. Die Lenkachse treibt einen geeigneten Stellungscodierer 91 (beispielsweise ein Potentiometer), welcher eine elektrische Anzeige der Stellung des Lenkrades bezüglich der Längsachse des Fahrzeuges ergibt An die Lenkachse gekoppelt ist eine selektiv betätigbare Bremse 93 zur Verhinderung

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einer Änderung der Stellung des Lenkrades, wenn dies erwünscht ist; beispielsweise wenn das Fahrzeug in der umgekehrten Richtung angetrieben wird.

Weiterhin ist ein magnetisches Wegmesserrad 85 vorgesehen, das schwenkbar durch Arme 90 an dem Fahrzeug 10 befestigt ist. Ein Wegmesser- oder Entfernungsstrecken-Codierer 92 (in einer bekannten geeigneten Bauform) wird durch die Achse des Wegmesserrades 85 angetrieben, um eine Anzeige der Wegstrecke des Fahrzeuges zu erhalten. Eine selektiv betätigbare Bremse 95 ir' ebenfalls vorgesehen, durch welche die Drehung des Wegmesserrades 85 gewünschtenfalls verhindert werden kann, beispielsweise um die Einstellung des Codierers 92 während Wendungen des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten.

Das Fahrzeug 10 kann auch noch andere erwünschte Instrumente tragen, beispielsweise eine Fernsehkamera 94, 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 21 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 ein Kopplungsmittel zuzuführen. Zur Klarheit der Darstellung werden die Verbindungen vom Kabel 21 zu den verschiedenen Einrichtungen auf dem Fahrzeug 10 nicht gezeigt.

F i g. 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 103 gebildet, durch welche die Führungsstangen 76 (F i g. 4) hindurchragen. Die Löcher 103 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 sein kann oder mit einer Mutter, um die Antriebsspindel 77 (Fig. 4) aufzunehmen.

Der Wandlerblock 73 enthält einen Körper 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 107, welche an entgegengesetzten Seiten des Körpers 106 befestigt sind und von ihm herausragen. Die Stifte i07 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 ausgestaltet mit denen die Führungsstäbe 111 im gleitenden Eingriff sind. Durch diese Anordnung kann der Wandlerblock 73 frei der Oberflächen 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(4) können unter verschiedenen Winkeln zu 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° (z.ir Senkrechten) orientiert sein und andererseits die Wandler 114(4) und 114(6) unter einem Winkel von etwa 60° (bezogen auf die

ίο Senkrechte) orientiert sein. So kann beispielsweise bei der Untersuchung der Schweißnähte des Gefäßes einer der Wandler 114(1) und 114(2) zur Untersuchung des Basismetall und der andere zur Untersuchung der Schweißnaht in einer senkrechten Richtung verwendet werden, während die Wandler 114(3) 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 1 J4(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 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. Bekanntlich 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 Fig. 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.

Ein Verfahren zum Betrieb des Gerätes beispielsweise bei der Untersuchung der Schweißnähte der Gefäßwand 19, ist wie folgt Es sei 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 Ortssender 11 wird dann gepulst und der Ort des Fahrzeugs wird festgestellt, angezeigt und aufgezeichnet, wie dies vorstehend

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beschrieben wurde.

Ausgehend von einer bek?nnten 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 bewegt. Bei jedem dieser Schritte werden die Wandler 114(1) bis 114(6) zur Untersuchung des Gefäßes in Folge mit einem akustischen Signal mit einer Frequenz von beispielsweise 2^5 MHz gepulst und die reflektierten Signale von diesen Impulsen 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 Ortssender 11 des Fahrzeuges wird erneut gepulst usw., um einen weiteren Betriebszyklus zu beginnen. Dieser Inspektionsvorgang kann sowohl von Hand als auch automatisch unter Rechnersteuerung ausgeführt werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

26 OO Patentansprüche:

1. Gerät zur Untersuchung eines Gefäßes aus magnetischem Metall, gekennzeichnetdurch ein ferngesteuertes Fahrzeug (10) einschließlich eines Rahmens,

magnetische Einrichtungen (18,58) für ein Anhaften des Fahrzeuges an dem Gefäß und gleichzeitig für eine Bewegung des Fahrzeuges (10) über die Oberfläche (19) des Gefäßes,

Antriebseinrichtungen (62) zur Bewegung des Fahrzeuges in Richtung seiner Längsachse, eine Lenkeinrichtung zum Wenden des Fahrzeuges, eine durch Fernsteuerung betätigbare Steuereinrichtung zur Steuerung des Antriebes and der Lenkeinrichtung,

Anzeigeeinrichtungen zur Anzeige der Ortslage des Fahrzeuges (10) auf dem Gefäß, die 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 Ausgangssignalc, und einer Dreiecksbestimmungseinrichtung umfassen, welche mit den Detektoren verbunden ist und jo 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 nahe der Oberfläche des Gefäßes zur Untersuchung einzelner Teile des Gefäßes angebracht sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung das Fahrzeug schrittweise über eine vorgegebene Strecke auf dem Ge- fäß bewegt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet (67) auf dem Fahrzeug (10) benachbart zur Oberfläche (19) des Gefäßes schwenkbar befestigt ist, der selektiv erregbar ist zur Bildung eines Schwenkpuntes für das Fahrzeug und für das Anhaften des Fahrzeuges während einer Drehung des Fahrzeuges.

4. Gerät nach Anspruch 3, 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 eine Radeinheit (58) auf gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeuges und magnetische Einrichtungen in Form von Dauermagneten aufweist für ein Anhaften des Fahrzeuges an dem Gefäß, und daß die Antriebseinrichtung getrennte elektrische Antriebsmotoren (62) für die Radeinheit (58) auf den entgegengesetzten Seiten des Fahrzeuges und selektiv betätigbare Einrichtungen enthalten zum Einschalten der Aniricbsmotoren (62) für eine Lenkung des Fahrzeuges.

6. Gerät nacl· Anspruch 5, dadurch gekennzeich- t>-3 net, daIJ jede R, deinheit (58) aus mehreren Dauermagneten und 'lehrcren beabstandeten ringförmigen Polstiickcn (63) gebildet ist derart, daß die magnetische Kraft in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Enden dieser Polstücke (63) konzentriert ist.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (63) durch Unterlagsscheiben (64) aus nicht magnetischem Material beabstandet sind.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Radeinheit (587 drehbar an einem Ende eines Haltbügels (59) befestigt ist, dessen anderes Ende schwenkbar an dem Fahrzeugrahmen angebracht ist derart, daß sich die Räder frei an die Oberfläche (19) des Gefäßes anpassen können.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen der Haltbügel (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 eir.es der Impulse durch die Wände des Gefäßes zwischen der Sendereinrichtung (11) und einem der akustischen Signaldetektoren (12(1))—(12^).

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als drei akustische Signaldetekloren (12) an beabstandeten Plätzen an dem Gefäß angebracht sind und die Dreiecksmeßeinrichtung eine Anzeige der Ortslage des Fahrzeuges (10) auf dem Gefäß entsprechend dem ersten einer vorgegebenen Anzahl von Signalen liefert, welche von den Detektoren während einer gegebenen Periode empfangen werden.

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

13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pendel (81) 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 ein Lenkrad (84) an dem Fahrzeug (10) schwenkbar gehaltert ist für eine Drehung über der Oberfläche (19) des Gefäßes bei einer Bewegung des Fahrzeuges und daß eine Anzeigeeinrichtung (91) vorgesehen ist, welche von der Lenkradachse betätigbar ist zur Anzeige der Ortslage des Lenkrades bezüglich des Fahrzeuges.

15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkrad (84) mit Permanentmagneten (88) versehen ist.

16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bremse für das Lenkrad (84) vorgesehen ist, die selektiv betätigbar ist zur Verhinderung einer Änderung der Lage des Lenkrades.

17. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Entfernungsmesserrad (85) an dem Fahrzeug (10) für eine Drehung über der Oberfläche (19) des Gefäßes befestigt ist. und Entl'crnungsmeßcinrichtungen (92) mit dem Entfcrniingsniesserrad (85) verbunden sind, die auf dessen Drehung ansprechen zur Erzeugung einer Anzeige des Laufwcges des Fahrzeuges.

18. Gerät nach einem der Ansprüche I bis 17.

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dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung mindestens einen akustischen Signalwandler (114(1)—114(6)) enthält, welcher mit der Oberfläche des Gefäßes gekoppelt ist mittels eines von dem Fahrzeug (10) gehaltenen, selektiv betätigbaren Laufwagens (15) für eine selektive Bewegung des Wandlers (114) über die Oberfläche (19) des Gefäßes in einer Richtung quer zum Fahrzeug.

19. Gerät nach einem der Ansprüche ί bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung mindestens zwei akustische Signalwandler enthält, welche mit der Oberfläche des Gefäßes unter verschiedenen Orientierungswinkeln bezüglich der Oberfläche gekoppelt sind.

20. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (114) in einem Wandlerhalteblcck (73) befestigt ist, der mindestens einen Magnet (113) zum gleitenden Haften des Blocks an dem Gefäß aufweist und an dem Laufwagen (15) befestigt ist 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 Halteblocks (73) an dem Laufwagen (15) eine begrenzte Bewegung des Blocks bezüglich des Laufwagens in einer Richtung praktisch senkrecht zur Oberfläche (19) des Gefäßes gestattet.

22. Gerät nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die der Gefäßoberfläche benachbarte Fläche (116) des Halteblocks (73) ausgeschnitten ist zur Bildung eines flachen Hohlraums zwischen dem Halteblock und der Oberfläche des Gefäßes, und Einrichtungen (117) vorgesehen sind, welche eine Flüssigkeit zur Kopplung des kaustischen Signals in den Hohlraum liefern.

23. Gerät nach den Ansprüchen 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster akustischer Signalwandler (114(1)) in dem Halteblock (73) mit einer Orientierung praktisch senkrecht zur Oberfläche (19) des Gefäßes befestigt ist, ein zweiter akustischer Signalwandler (114(3)), in dem Halteblock mit einer Orientierung unter einem Winkel von weniger als 90° zur Oberfläche des Fahrzeuges befestigt ist und ein dritter akustischer Signalwandler (114(5)), in dem Halteblock mit einer Orientierung unier einem anderen Winkel mit weniger als 90° zur Oberfläche des Fahrzeuges befestigt ist.

24. Gerät nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufwagen (15) ein Führungsteil (17) enthält, das quer zum Fahrzeug (10) angeordnet und von diesem gehaltert wird, wobei ein Laufwagen (15) gleitend auf dem Führungsteil (17) gehalten ist und der Halteblock (73) für die Halterung der Wandler an dem Laufwagen (15) befestigt ist, daß eine Laufwagenantriebsspindel (77) an dem Fahrzeug (10) praktisch parallel und im Abstand zu dem Führungslteil (17) gehalten ist, daß ein Gewindeteil des Laufwagens mit der Antriebsspindel (77) in Eingriff ist und daß ein selektiv betätigba- t>o rer umkehrbarer Antriebsmotor (79) zur Drehung der Antriebsspindel (77) vorgesehen ist, wobei der Wandlerhalteblock (73) selektiv über die Oberfläche des Gefäßes in einer Richtung quer zur Richtung des Fahrzeuges hin und her bewegbar ist. μ

25. Gerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehungscodierer (80) mit der Antriebsspindel (77) gekoppelt ist zur Anzeige der Drehung der Spindel und der Stellung des Laufwagens (15) auf dem Führungsteii (17).

26. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Fahrzeug eine Fernsehkamera angebracht ist,

27. Magnetisch anhaftendes schienenloses Fahrzeug, das ferngesteuert und ferngelenkt über eir.e gekrümmte Oberfläche eines magnetischen Körpers bewegbar ist, gekennzeichnet durch einen Rahmen, ein Paar beabstandete Radeinheiten (58), die auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmens für eine Halterung des Fahrzeugs auf der Oberfläche des magnetischen Körpers angebracht sind, wobei jede Radeinheit (58) Dauermagnete für ein Anhaften des Fahrzeugs (10) an dem magnetischen Körper aufweist und an dem einen Ende eines Aufhängebügels drehbar befestigt ist, der von dem Fahrzeugrahmen im wesentlichen seitlich nach außen ragt und dessen anderes Ende an dem Fahrzeugrahmen schwenkbar befestigt ist derart, daß die Radeinheiten (58) eine möglichst flache Stellung auf der Oberfläche einnehmen, und getrennte elektrische Antriebsmotoren (56), die mit den Radeinheiten (18,58) auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens verbunden sind und zum Antrieb und zur Lenkung des Fahrzeugs (10) über die Oberfläche getrennt und aus der Ferne speisebar sind.

28. Fahrzeug nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Radeinheiten (58) jeweils aus mehreren Dauermagneten und mehreren Polstücken (63) aufgebaut sind.

29. Fahrzeug nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (63) durch Scheiben (64) aus nicht magnetischem Material voneinander beabstandet sind.

30. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 27—29, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Oberfläche des magnetsichen Körpers an dem Fahrzeugrahmen ein schwenkbarer Elektromagnet (67) angebracht ist, der selektiv erregbar ist zur Bildung eines Schwenkpunktes für das Fahrzeug (10) und für dessen Anhaften an der Oberfläche während einer Fahrzeugdrehung.

31. Fahl zeug nach einem der Ansprüche 27—30, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen der Aufhängebügel im wesentlichen parallel zur Längsachse des Fahrzeugrahmens verlaufen.

32. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 27—31, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pendel (81) schwenkbar an dem Fahrzeugrahmen befestigt ist, das Anzeigeeinrichtungen (83) betätigt zur Anzeige der Stellung des Pendels (81) in bezug auf den Fahrzeugrahmen.

33. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 27—32, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lenkrad (84) an dem Fahrzeug (10) schwenkbar gehaltert ist für eine Drehung über der Oberfläche (19) des Gefäßes bei einer Bewegung des Fahrzeuges und daß eine Anzeigeeinrichtung (91) vorgesehen ist, welche von der Lenkradachse betätigbar ist zur Anzeige der Ortslage des Lenkrades bezüglich des Fahrzeuges.

34. Fahrzeug nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkrad (84) mit Permanentmagneten (88) versehen ist.

35. Fahrzeug nach Anspruch 34. dadurch gekennzeichnet, daß eine Bremse für das Lenkrad (84) vorgesehen ist, die selektiv betätibar ist zur Verhinderung einer Änderung der Lage des Lenkrades.

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36. Fahrzeug nach einem der Anspruch 27—35, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Entfernungsmesserrad (85) an dem Fahrzeug (10) für eine Drehung über der Oberfläche (19) des Gefäßes befestigt ist, und Entfernungsmeßeinrichtungen (92) mit dem Entfernungsmesserrad (85) verbunden sind, die auf dessen Drehung ansprechen zur Erzegung einer Anzeige des Laufweges des Fahrzeuges.

37. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 27—36, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Fahrzeugrahmen Abtasteinrichtungen zur Untersuchung einzelner Teile des magnetischen Körpers angebracht sind.