DE3147296C2

DE3147296C2 - Manipulator zur Prüfung von Stutzeneinschweißnähten

Info

Publication number: DE3147296C2
Application number: DE3147296A
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Phys. 8500 Nürnberg Müller; Waldemar Ing.(Grad.) Seifert
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: Alstom Energie GmbH
Priority date: 1981-11-28
Filing date: 1981-11-28
Publication date: 1986-03-13
Also published as: DE3147296A1

Abstract

Zur Sicherheit beim Betrieb von Kernreaktordruckgefäßen ist es erforderlich, mit Manipulatoren die Stutzeneinschweißnähte regelmäßig zu prüfen. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung ein Manipulator vorgeschlagen, welcher von einem auf einer Ringschiene (4) fahrbaren Manipulatorgrundwagen (7) getragen wird. Der Manipulator selbst besteht aus einem um ein Gelenk (19) schwenkbaren Prüfarm (20), wobei der Prüfarm (20) samt Gelenk (19) wiederum im Manipulatorgrundwagen (7) um eine zu einer Achse des zu prüfenden Rohres (5) bzw. seiner Stutzeneinschweißnaht (1) parallelen Achse (14) drehbar ist. Am Ende des Prüfarmes (20) sitzen revolverartig drehbar angeordnete Prüfköpfe (22), welche verschiedene Beschallungswinkel aufweisen. Der Manipulator erlaubt die gleichzeitige Prüfung von Längs- und Querfehlern, ohne daß das Prüfsystem gewechselt werden muß.

Description

ist und sowohl mit dem Ausleger 12 als auch mit dem Lager 13a verdrehfest verbunden ist. Dies bewirkt, daß das Spiel zwischen Ritzel 16 und Zahnrad 17 ausgeschaltet wird, so daß der Auslegerantrieb 15 spielfrei seine Drehung an den Ausleger 12 und einen damit verbundenen Prüfarm 20 weitergibt.

Am Ende des Auslegers 12 ist ein Gelenk 19 angeordnet, um das ein P^rüfarm 20 verschwenkbar ist Zwischen dem Prüfarm 20 und dem Ausleger 12 ist ein Pneumatikzylinder 21 eingebaut, der die Aufgabe hat, ein am Ende des Prüfarms 20 angeordnetes Prüfsystem 23 mit den vier Prüfköpfen 22a bis 22d an eine zu prüfende Oberfläche anzupressen.

Das Prüfsystem 23 besteht im dargestellten Beispiel aus vier Prüfköpfen 22a bis 22d, welche am Ende des Prüfarmes 20 mittels einer Drehachse 24 revolverartig drehbar sind. Dem Antrieb der drehbar gelagerten Prüfköpfe 22a bis 22t/dient ein Drehantrieb 25, welcher zur Positionierung einen nicht näher dargestellten zweiten Drehgeber aufweist Die Prüfköpfe 22a bis 22t/sind kardanisch aufgehängt, um zwangsfrei einer räv Tilich gekrümmten Fläche folgen zu können und eine Kugelrolle 26 tastet die zu prüfende Oberfläche ab, um die Prüfköpfe im konstanten Abstand zu führen.

Zum Abfahren der Stutzeneinschweißnaht ist es erforderlich, den Ausleger 12 nachzuführen. In F i g. 1 ist in strichpunktierten Linien die Stellung von Ausleger 12 und Prüfarm 20 mit Prüfsystem 23 angedeutet Man erkennt, daß der Ausleger um ein Stück As nachzuführen ist, wenn der Manipulatorgrundwagen 7 von der gezeichneten Ausgangsstellung in 12 Uhr-Position um 90' das Rohr 5 auf der Ringschiene 4 umfahren hat Das Nachführen des Auslegers 12 übernimmt ein Digitaloder Potentiometertaster 27. Dieser ist als Mittelwertschalter ausgeführt, so daß der Ausleger 12 in der 3 Uhr- oder 9 Uhr-Position einer Druckbehälterwand folgen kann, wenn der Prüfarm 20 sich in Richtung auf die 12 Uhr- oder 6 Uhr-Position bewegt Soll der Manipulator in die öffnung 2 des Bioschildes 3 ein- bzw. ausgefahren werden, so wird der Prüfarm 20 um die Achse 14 des Auslegers 12 in 3 Uhr- oder 9 Uhr-Position geschwenkt und kann somit die öffnung 2 passieren.

In Fi g. 2 ist eine detaillierte Ansicht des Prüfsystems 23 gezeigt. Die vier Prüfköpfe 22a bis 22c/ sind um eine Drehachse 24 symmetrisch angeordnet Jeder Prüfkopf hat einen anderen Beschallungswinkel.

Die Schallrichtung ist durch Pfeile angedeutet Der Beschallungswinkel ist in F i g. 2 nicht erkennbar, da er in einer Ebene senkrecht i;ur Zeichenebene in Richtung der Pfeile variabel ist.

F i g. 3 sttllt eine schematische Ansicht von Prüfarm 20 mit Prüfsystem 23 in Richtung der Achse des Rohres 5 dar. Der Prüfarm 20 ist um eine Achse 14 des Auslegers 12 drehbar, um Prüfspuren mit verschiedenen Radien im gezeigten Beispiel η und ri abzufahren. Um von einem Prüfradius η auf /5 zu gelangen, wird Prüfarm 20 um einen Winkel β geschwenkt und der in Fig. i gezeigte Manipulatorgrundwagen 7 auf der ebenfalls in F i g. 1 ersichtlichen Ringschiene 4 um Rohr 5 verfahren. Gleichzeitig wird die durch Pfeile angedeutete Schah- eo richtung durch Drehung des Prüfsystems 23 um Drehachse 24 so ausgerichtet, daß sie bei Prüfbahnen mit verschiedenen Radien stets auf die Achse des Rohres 5 ausgerichtet ist Die Drehung erfolgt durch den aus F i g. 1 ersichtlichen Drehantrieb 25. Außerdem kann β: nun erfindungsgemäß da:, Prüfsystem 23 jeweils um 90° durch den Drehantrieb 25 (Fig. 1) gedreht werden, so daß mit nur einem Prüfsystem 23 vier verschiedene Beschallungsv/inkel erzielbar sind. Die Beschailungswinkel variieren wie unter F i g. 2 beschrieben in einer Ebene, welche in Richtung der Pfeile zu liegen kommt und auf der Zeichenebene senkrecht steht Dies gilt für die Prüfung von Längsfehlern. Bei Querfehlern kann das Prüfsystem 23^n seiner Schallrichtung so ausgerichtet werden, daß diese die zu prüfende Stutzeneinschweißnaht 1 tangiert Zu diesem Zweck wird der Prüfarm 20 aus der 12 Uhr-Position um einen entsprechenden Winkel λ gedreht Es ist einzusehen, daß mit einem so beschaffenen Manipulator alle Prüfungen an einer Stufzeneinschweißnaht 1 ausgeführt werden können, ohne daß der Manipulator durch die rechteckige Öffnung 2 im Bioschild 3 zum Wechseln der Prüfköpfe nach außen gezogen werden müßte.

Das Prüfsystem 23a mit radialer Ausrichtung der Prüfköpfe 22e bis 22Λ ist schematisch in F i g. 4 dargestellt Um Achse 14 des Auslegers 12 ist der Prüfarm 20 drehbar und gleichzeitig in Richtung senkrecht zur Zeichenebene schwenkbar. Auf dem Priüarm 20 ist wiederum auf der Drehachse 24 ein Systemträger 24a drehbar, wobei der Systemträger in radialer Richtung verteilt angeordnete Prüfköpfe 22e bis 22Λ trägt. Diese Prüfköpfe 22e bis 22Λ haben verschiedene Einschallwinkel, welche iii einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene variieren. Um verschiedene Prüfbahnen abzufahren, wird der Prüfarm 20 gedreht und gelangt so in die strichpunktiert gezeichnete Position, während gleichzeitig der Systemträger 24a so gedreht wird, daß die auf ihm angeordneten Prüfköpfe 22e bis 22Λ in radialer Richtung weisen. Fährt nun der Manipulatorgrundwagen 7 (F i g. 1) um das Rohr herum, so können mit dieser Anordnung vier Prüfbahnen gleichzeitig abgefahren werden.

Im Gegensatz zum Prüfsystem 23 kann diese Variante 23a jedoch nur bei Objekten eingesetzt werden, bei denen die Umgebung des zu prüfenden Stutzens frei von Leitungen oder anderen störenden Einbauten ist. Beim Übergang zur Querfehlerprüfung muß das Prüfsystem 23a ~egen ein Prüfsystem 236 ausgetauscht werden. Das Prüfsystem 23b ist so beschaffen, daß die Prüfköpfe 22e bis 22Λ nach einer Drehung des Prüfarmes 20 um einen Winkel γ aus der 12 Uhr-Position auf dem um Drehachse 24 verdrehten Systemträger 24 so ausgerichtet sind, daß die durch Pfeile angedeutete Schallrichtung die Stutzeneinschweißnaht 1 tangiert Beim Umfahren des Rohres 5 werden somit gleichzeitig bei Längs- und Querfehlerprüfung vier Prüfbahnen abgefahren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Manipulator zur Prüfung von Stutzeneinschweißnähten, bei dem ein Manipulatorgrundwagen samt Antrieb auf einer Ringschiene verfahrbar ist, weiche ein Rohr des zu prüfenden Stutzens umschließt und der Manipulatorgrundwagen einen Schlitten samt Schlittenantrieb aufweist, so daß der Schlitten parallel zur Längsachse des Rohres bewegbar ist, sowie an einem Ende einen schwenkbaren Prüfarm aufweist, der an seinem freien Ende ein gelenkig damit verbundenes Prüfsystem trägt und durch einen Pneumatikzylinder an ein zu prüfendes Objekt anpreßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (10) einen rohrförmigen und durch seinen Auslegerantrieb (15) um seine Mittenachse drehbaren Ausleger (12) trägt, und daß das Prüfsys'em drehbar ist

2. Manißidator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsystem (23) vier symmetrisch um eine zentral gelegene Drehachse (24) angeordnete Ultraschallprüfköpfe (22a bis 22d) aufweist, und daß die Drehachse (24) durch einen Drehantrieb (25) antreibbar ist

3. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsystem (23a) auf einem um eine Drehachse (24) drehbaren Systemträger (24a; angeordnet ist, wobei die Prüfköpfe (22e bis 22/j;so hintereinander angeordnet sind, daß sie bei Drehung des Prüfarmes (20) um die Achse des Auslegers (12) bei der Prüfung auf Längst hler stets radial zur Rohrachse bzw. bei der Prüfung auf Querfehler tangential zu der zu prüfenden Su .zeneinschweißnaht (1) durch das Verdrehen des Prüfsystemträgers (24a; um die Drehachse (24) mit Hufe des Drehantriebes (25) ausgerichtet werden.

4. Manipulator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung der Prüfköpfe (22a bis 226; bzw. (22<? bis 22h) in Verlängerung der Drehachse (24) eine Kugelrolle (26) vorgesehen ist und dem Drehantrieb (25) ein zweite*· Drehgeber zugeordnet ist.

5. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Auslegerantrieb (15) ein erster Drehgeber zugeordnet ist, und daß zur Nachführung des Auslegers (12) an seinem der Prüfoberfläche zugewandten Ende ein Potentiometertaster (27) angeordnet ist, wobei dieser wiederum als Mittelwertschalter ausgeführt ist.

6. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfköpfe (22e bis 22Λ; auf dem Systemträger (24a; so angeordnet sind, daß ihre Schallrichtung in Prüfposition nach einer Schwenkung des Prüfarmes (20) um Achse (14) die zu prüfende Stutzeneinschweißnaht tangiert.

7. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Ausleger (12) von einer, in einer Ausgangslage vorgespannten Spiralfeder (18) umgeben ist, daß diese Spiralfeder (18) einerseits fest mit dem Ausleger (12) und andererseits ebenfalls fest mit einem Lager (13a; verbunden ist und der Ausleger drehfest mit einem Zahnrad (17) gekoppelt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist bekannt, außen umlaufende Schweißnähte durch Manipulatoren zu prüfen, bei denen der Prüfkopf an einem Schlepphebel kardanisch aufgehängt ist und der Schlepphebel durch einen Pneumatikzylinder so geführt wird, daß der Prüfkopf stets der Kontur der zu prüfenden Oberfläche folgt. Um weitere Bewegungen auszuführen, ist der Schlepphebel schwenkbar auf einem Ausleger gelagert, welcher parallel zu einer Rohrachse verschiebbar ist und der Ausleger wiederum verdrehfest auf einem Manipulatorgrundwagen befestigt ist, welcher durch Antrieb um eine Ringschiene verfahrbar ist, die das Rohr konzentrisch umfaßt (DE-AS 26 34 158).

Mit einer solchen Einrichtung kann der Manipulator zwar durch eine enge Öffnung des biologischen Schildes eingefädelt werden, jedoch kann stets nur eine Fehlerart (Längs- oder Querfehler) geprüft werden, da es zu einer komplexen Prüfung erforderlich ist, Prüfköpfe mit verschiedenen Beschallungswinkeln zum Einsatz zu bringen. Dazu muß der bekannte Manipulator herausgefahren werden und es müssen neue Prüfköpfe aufgesetzt werden. Da diese Arbeiten vor der Öffnung des Bio-Schildes ausgeführt werden müssen, ist das Prüfpersonal unvertretbar hohen Strahlenbelastungen ausgesetzt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst

Vorteilhafte Ausbildungen können den Ansprüchen 2 bis 7 entnommen werden.

Ausführungen des Manipulators sind in Zeichnungen dargestellt Es zeigt

Fig. 1 Seitenansicht des Manipulators in Prüfposition,

F i g. 2 schematische Darstellung des Prüfsystems,
F i g. 3 Bewegungsablauf bei der Prüfung von Längsund Querfehlern,
F i g. 4 Bewegungsablauf bei der Prüfung von Längs- und Querfehlern mit Reihen-Anordnung der Prüfköpfc im Prüfsystem.

Ein Ausführungsbeispiel des Manipulators ist in F i g. 1 dargestellt. Der Manipulator hat die Aufgabe, eine Stutzeneinschweißnaht 1 zu prüfen. Aus diesem Grund wird der Manipulator durch eine meist rechtekkige öffnung 2 im Bioschild 3 eingeführt und auf eine Ringschiene 4 gesetzt, weiche konzentrisch ein Rohr 5 umgibt Das Rohr 5- ist dabei an einen Stutzen 6 angeschweißt, dessen Stutzeneinschweißnaht 1 geprüft werden soll. Auf die Ringschiene 4 ist ein Manipulatorgrundwagen 7 aufgesetzt, welcher über einen eigenen Antrieb 8 verfügt, so daß der Manipulatorgrundwagen 7 durch Eingriff eines nicht näher dargestellten Ritzels in eine mit der Ringschiene 4 verbundene Zahnstange 9 durch Antrieb 8 um das Rohr 5 herum verfahrbar ist. Auf dem Manipulatorgrundwagen 7 befindet sich ein Schlitten 10 mit Konsole 11, welche einen Ausleger 12 trägt, der rohrförmig ausgebildet ist und in den Lagern 13a und i3bdrehbar ist. Eine Achse 14 des Auslegers 12 ist parallel zur Achse des Rohres 5 ausgerichtet. Zur Drehung des Auslegers 12 wird ein Auslegerantrieb 15 angewendet, welcher über ein Ritzel 16 und ein Zahnrad 17 den Ausleger 12 dreht. Zur Bestimmung des Drehwinkels des Auslegers 12 ist der Auslegeranlrieb 15 mit

b5 einem nicht dargestellten ersten Drehgeber versehen.

Der rohrförmig gestaltete und um eine Achse 14 drehbare Ausleger 12 ist im Bereich eines Lagers 13.7 von einer Spiralfeder 18 umgeben, welche vorgespannt