DE1961745U - Optisches geraet zur kontrolle der symmetrie und der oberflaechenbeschaffenheit des inneren von rohren. - Google Patents

Description

Auf dem Gebiete der Herstellung von Brennstoffelementen für Kernreaktoren besteht ein besonderes Interesse daran, sich über die Beschaffenheit des Inneren der Hüllrohre, die den Kernbrennstoff aufnehmen sollen, ein genaues Bild zu machen. Im vorliegenden Fall interessiert die makroskopische Beschaffenheit der Rohre, insbesondere die* Frage, ob und in wieweit die geometrische Gestalt (Symmetrie) des einzelnen Rohres über die Länge gesehen von den Solldaten (innendurchmesser, Kreisform) abweicht. Dann interessiert aber auch die Beschaffenheit der Rohrinnenwand, insbesondere ihre Rauhigkeit und Fehlerhaftige keit (Risse, Löcher),

Es sind zur Kontrolle des Inneren von Rohren bereits eine Reihe von optischen Messgeräten bekannt. Mit ihnen können aber nur Symmetriefehler erfasst werden; die Bestimmung der Rauhigkeit ist nicht vorgesehen. Ein bekanntes Ver« fahren zur Messung der Rauhigkeit planer Flächen ist das sogenannte Lichtschnittverfahren nach Zeiss. Es besteht darin, dass eine Lichtquelle über ein Objektiv einen feinen Spalt unter einem Einfallsxirinkel von 45 auf der Prüffläche abbildet. Der an den. Rauhigkeiten entstehende Lichtschnitt wird über-ein senkrecht zum Einfallswinkel (also ebenfalls unter 45 zur Prüffläche) visierendes zweites Objektiv mit dahinterliegendem Okular beobachtet und gemessen. Das Okular kann mittels Mikrometer ver« stellt werden. Das beobachtete Rauhigkeitsprofil erscheint um den Faktor 2 überhöht.

Der '"Neuerung liegt der Gedanke zugrunde, das geschilderte Lichtschnitt*?verfahren für die Kontrolle des Inneren von Rohren anwendbar zu machen und es zu kombinieren mit der Messung-der erwähnten Symmetriefaktoren.

Gegenstand der Neuerung .ist demgemäss ein optisches Gerät zur Kontrolle der Symmetrie" und gleichzeitig der Ober« flächenbeschaffenheit des Imieren von Rohren, insbesondere der Rauhigkeit, wobei das Gerät nach dem Lichtschnitt™ prinzip arbeitet, die entsprechenden Optiken aber noch

in solcher Weise zur.Erfassung von Symmetriefehlern her« anzieht, dass das Gerät den bekannten Messgeräten dieses Zwecks überlegen ist.

Das neue Gerät ist neuerungsgemäss in der Weise ausge« bildet, dass .zwei optisch nach dem an sich bekannten Lichtschnittverfahren von der Rohrachse des,Rohres zur Prüffläche hin orientierte beleuchtete Optiken,eine davon..mit Mikrometer, auf ge t rennt en _f aber lose zusammen« hängenden Rohreinsatzkörpern montiert sind, von denen dej? eine in Rohrachs richtung gegen den anderen verstell« bar ist.

Es sind zwei prinzipielle Aus fülirungs formen des Gerätes möglich:

Bei der einen Ausführungsform stehen die beiden Rohrein» satzkörper rotatorisch fest, besitzen ringförmige Optiken und werden als Einheit axial im Rohr bewegt. Die Rohr» kontrolleTfindet dann in der Weise statt, dass das System langsam durch das feststehende Rohr in axialer Richtung bew^egt wird,., wobei-der Liphtreflex der Innenrohrxvandung auf einen .zum Systemverschub synchron unter der Rohrmün-dung entlanglaufenden Film projiziert wird. Das System kann an einem Gestänge von einem Rohrende aus gehalten und geführt werden, oder es kann durch magnetischen Zwang im. Felde:einer Induktionsspule mitgeführt.werden, die

konzentrisch das Rohr umschliesst und in Achsrichtung derselben verschoben wird. Wird anstatt des Filmes ein Beobachtungsokular eingesetzt, so können Defekte, Rauhigkeiten, Formfehler usxtf. direkt am ökularmikro·^ meter, das über eine Kompensationsschaltung regelbar ist, gemessen werden.

Bei der anderen Ausführungsform sind die beiden Rohrein« satzkörper relativ zum Halte«=· und Führungsgestänge dreh» bar in" stirnseitigen Verankerungsbauten gelagert,und zwar als Einheit, Sie besitzen die üblichen Optiken. Bei der' Rohrkontrolle wird das Messystem z.B. über einen Mikro« motor an einer der Verankerungen zum Rotieren gebracht und der damit entstehende Lichtkreis an der Rohrwandung auf-.einen, zur Vorschubbewegung, des Systems in axialer Richtung, synchron unter der Rohrmündung entlanglaufen« den Film projiziert,"Der die Lichtquelle tragende Rohreinsatzkörper 'ist andern erwähnten Gestänge gelagert, während der andere Rohreinsatz mit dem ersteren lose über einen "Mi-tnehmer verbunden ist. Um zu verhindern) dass bei Rotation die den Mikromotor aufnehmende Verankerung mitdreht, ist-in sie ein beidseitig hemmender Freilauf eingebaut; - - -

Die Letztgenannte Ausführungsform wird konstruktiv sehr einfach, wenn man statt den Rohreinsatzkörpern das zu

untersuchende Rohr in Drehung und Vorschubbewegung versetzt, In diesem Falle entfällt der gesamte Antriebsteil sowie"die zugehörige Verankerung,

Die Neuerung sei nun anhand der .beigefügten Zeichnung und der darin dargestellten beiden Ausführungsbeispiele des neuen Kontrollgerätes näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein .Gerät mit rotator-isch feststehendem optischem System im Längss.chnitt,

Fig. 2 ein..Gerät mit drehbar gelagertem optischem System . . . im. Längsschnitts ■.

Fig. 3 den den Mikromotorantrieb des Systems nach Fig. tragenden Verankerungsaufbau mit Freilauf im Querschnitt und . .

Fig. k den zu Fig, 3 gehörigen Waagerechtschnitt nach der Linie IV«IV,

In den Figuren ist übereinstimmend das zu untersuchende Rohr in senkrechter Stellung angenommen und mit 10, der für das Lichtschnittverfahren typische optische Strahlengang .mit 11 bezeichnet.-" Der Durchmesser des Gerätes ist kleiner, als der Innendurchmesser. des Rohr.es, so dass IL,ewegungsspiel besteht.

Gemäss Fig. 1 bestellt das Kontrollgerät aus folgenden in näher beschriebener t/eise ,zusammenhängenden Bau-= elementen:

einem oberen Rohreinsatzkörper 12, einem unteren Rohr» einsatzkörper. 13» einer Lichtquelle 14, den Ringlinsen 15} 16" und der ringförmigen Schlitzblende 17 im Licht« einfalle«kanal 18.des oberen Rohreinsatzkörpers, den Ringlinsen 19? 20 und dem ringförmigen Mikrometerokular 21 im .Li'Chtreflexionskanal 22 des unteren Rohreinsatz« körpers, dem Kupplungsfuss 23 des oberen Rohreinsatz« körpers, dem Kupplungskopf 24 des unteren Rohreinsatz« körpers, dem Kupplungsstift 25? dem Reflexionskegel™ prisma 2.6, dem Deckfenster 27? dem Stellzylinder 28 des Mikrometeirokulars, dem Stellmotor 29 mit Stellspindel 30,.dem Geber 31 und der ortsfesten Mikrometerschraube 32. Unterhalb der Rohrmündung befindet sich ein Film auf den der auf der Kreislinie 34 erzeugte Lichtschnitt als zylindrisches Strahlenbündel 35 auftrifft. Oben ist tun das Rohr die Induktionsspule 36 mit AnschlussIeitun« gen zum Netz 37 eingezeichnet.

Der obere Rohreinsatzkörper enthält im oberen Teil noch;; eine Lagerbüchse 38, worin, die Lichtquelle mit dem Sockel 39 gelagert ist, während sie mit dem anderen Sockel 40 in einer Ausnehmung des -Kupplungsfusses 23 steckt. Die .elektrischen Anschlussleitungen der Lichtquelle sind nicht eingezeichnet»

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T'Jie eingangs erwähnt, besteht das Wesentliche des Gerätes nach Fig. 1 darin, dass zwei optisch nach dem Licht— schni11verfahren von der Rohrachse zur Prüffläche hin orientierte beleuchtete Optiken, eine davon mit Mikron meter, auf getrennten aber, lose zusammenhängenden Rohr« einsätzkörpern montiert sind,.von denen der eine in Rohrachsrichtung gegen den anderen verstellbar ist. Die Kupplung der Rohreinsatzkörper wird durch den Stift 25 bewirkt., der fest im Kupplungskopf 24 verankert ist und oben ein Gewin.de besitzt, mit dem er in den Kupplungsfuss 23 eingeschraubt ist„ Durch Verdrehen eines der Rohreinsatzkörper kann der Strahlengang auf verschiedene Rohrdurchmesser eingestellt werden.

Während der bauliche Zusammenhalt der Teile 12 und 23 im wesentlichen durch die Schlitzblende 17 erreicht wird, wird der Kupplungskopf 2k am Rohreinsatzkörper I3 durch eine hier nicht näher gezeigte gegenseitige Fixierung an und zwischen dem Prisma 26 und dem Fenster 27 gehalten.

Das Fenster 27 ist zwischen zwei Schultem4i des unteren Rohreinsatzkörpers gefasst, der im wesentlichen aus zwei auf Zwischenabstand gehaltenen.koaxialen Büchsen 13a, _1_3b- be.st.eht. Im Zwigchenrauirf ist längs verschiebbar der ■ Stellzylinder 2 8-. gelagert, der .-peripher einen. Anschlag-

steg 42 besitzt. Der-Steg greift in eine Ausnehmung 43 der äusseren Büchse des Rohreinsatzkörpers ein, die die Verstellbewegung begrenzt.

In das obere Ende des Stellzylinders ist das Mikrometer« objektiv 21 in Gestalt eines konisch nach innen abgewinkelten Ringelements eingesetzt. Die Kreisöffnung am verjüngten Ende des Kragens kann frei um den Kupplungskopf 24 gleiten. Am unteren Ende des Stellzylinders greift die Stellspindel 30 mit ihrem in die Zylinderwand drehbar eingebetteten Kugelzapfen 44 an. Sie durchdringt den Boden des Rohreinsatzkörpers 13 durch ein entsprechendes Gewinde 45·

Am Boden des Rohre ins a t zkö rp e rs ist auch der Mikromotor 29 befestigt, der die' Stellspindel 30 antreibt. Er ist elektrisch als Empfängermaschine aufgebaut und ent« sprechend über Leitungen-46 .an den Geber 31 ** zur winkel« getreuen Übertragung der Mikrometereinstellung =. angeschlossen;

Auf die Aussenwände- der Rohreinsatzkörper werden bei Rohren mit grösseren Durchmessern." Büchsen aufgezogen, die den Zwischenabstand zur Rohrwandung überbrücken, so dass das Gerät stets einwandfrei zentriert ist. Das in jedem Falle verbleibende Führungsspiel ist _t so.bemessen, dass es das Fokussieren nicht beeinträchtigt.

Die Betriebsweise des beschriebenen Gerätes ist folgende: Das.mit seinem optischen System auf den Solldurchmesser eingestellte Kontrollgerät wird bei eingeschalteter Spule 36 und vorbereitetem Film in das zu untersuchende Rohr eingeführt und bewegt. Bei eingeschalteter Licht« quelle wird die Rohrinnenwand durch einen Lichtring ab" getastet, dessen Projektion auf dem Film gemäss dem Lichtschnittverfahren auch die Profillinie und damit die Höhe der Rauhigkeiten abbildet.

Das Profil erscheint im Okular zunächst überhöht, was durch entsprechende Verstellung des Mikrometers ~ also des Gebers, Empfängers und der Stellbüchse <-> kompensiert wird. Die dann abgelesene Mikrometereinstellung liefert direkt die Rauhtiefe. Sie wird zugleich auf dem Film abgebildet. Der Film zeigt auch Symmetriefehler an, da auf ihm eine Folge von Lichtkreisringen abgebildet wird.

Anstatt das Gerät magnetisch fortzubewegen, kann man es auch durch Zugkabel oder durch ein Gestänge verschieben.

Die Ausführungsform- des Kontrollgerätes nach Fig. 2 unter« scheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 im wesentlichen durch, die drehbare -Lagerung der Rohreinsatzkörper an besonderen Verankerungen und durch die einfachere Optik.

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Im einzelnen bezeichnet: 50 den oberen Rohreinsatzkörper, 51 den unteren Rohreinsatzkörper, 52 einen die Rohrein" satzkörper kuppelnden Spindelbolzen, 53 die Spindelstellmutter, 5^· die Lichtquelle, ^5 den Kanal für einfallendes Licht mit den Linsen. 56, 57 und der Lochblende 58 j weiter bezeichnet ^9 den Kanal Tür. das reflektierte Licht mit den Linsen 60, 61 ,. dem Mikrometerobjektiv 62 und der spiegelnden Fläche 63; Ziffer 64 bezeichnet die Halte« stange des Mikromete,rob jektivs, 6^ die zugehörige Verstellspindel, 66 den die Spindel antreibenden Empfänger, 67 den zum Empfänger gehörigen Geber, 68 die ortsfeste Mikrometerschraube, und 69 den Antriebsmotor.(Mikromotor) für die Rotationsbewegung der Rohreinsatzkörper^

Weiter bezeichnen: 70 die Ankerplatte des oberen Rohrein« satzkörpersj 71 die Lagerbüchse für die Lichtquelle, 72 das Kugellager zwischen Rohreinsatzkörper und Ankerplatte, 73 die Haltestange für den Vorschub des Gerätes, lh die Ankerplatte des unteren Rohreinsatzkörpers, 75 ein Ring« prisma, 76 die Antriebswelle des Mikromotors, 77 das zugehörige AntriebsritzeJL", 78-ein.mit dem Ritzel kämmender Zahnkranz im Rohreinsatzkörper 51 und 79 das Kugellager zwischen RohrejLnsatzkörper und Ankerplatte.

Die Ankerplatte 74 besitzt ein' zentrales Gewinde 80, in das die Verstellspindel 65 eingeschraubt ist. Weiter weist sie eine halsförmige "Erweiterung 74a auf, auf die das Kugellager 79 aufgezogen ist.

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Die,Haltestange~64 des Mikrometerokulars ist längsver" schiebbar gelagert. In Dreinrichtung wird das Okular-

Einmikrometer durcli Eingriff in eine. entsprechende f'räsung · im Linsengehäuse 50a. mitgenommen. Die Haltestange 64 sitzt lose auf der Verstellspindel 65 auf. Der die Rohr« einsatzkörper kuppelnde Spindelbolzen 52 greift in gewindelose Bohrungen 50b, 51a in den Rohreinsatzkörpern ein. Im oberen Einsatzkörper hält er sich durch seinen verbreiterten Kopf 81, am ,unteren Einsatzkörper hält er sich mittels der Mutter 53? die in einer brücken·* artigen Aussparung des Rohreinsatzkörpers 51 gelagert ist. Kopf und Mutter bilden die längskuppelnden Anschläge. Die Mitnahme bei Rotation entsteht durch die exzentrische Lagerung des Spindelbolzens.

In Fig.. 2 .ist die untere ,Ankerplatte nur schematisch dar« gestellt. Die Ausführung im einzelnen zeigen die Figuren 3 und 4.

Gemäss .Fig. 3 ist der periphere Teil der .Ankerplatte aus zwei festen Ringen 82, .83 .aufgebaut, die lose zwischen" sich einen Kranz von Kugeln 84 führen. Wie Fig. 4 deut« licher zeigt, arbeiten die Kugeln mit einer in beiden Umfangsrichtungen wirkenden Freilauf-Zahnscheibe 85 und einem darum gelegten geteilten Bremsring 86 zusammen. Will die Ankerplatte 74. in der einen oder anderen Richtung

mitdrehen, wandern die Kugeln 84 nach, aussein und pressen den Bremsring gegen die Innenwand des zu untersuchenden Rohres 10, Damit wird die Ankerplatte blockiert,während die Rohreinsatzkörper weiterdrehen. Die Drehbewegung der Ankerplatte tritt nur- kurzzeitig "beim Einschalten des Mikromotors 69 auf. .

Die Betriebsweise des Kontrollgerätes nach Fig. 2 kann im wesentlichen aus der bisherigen Beschreibung abgeleitet werden. Der Mikromotor 6^Q versetzt die Rohreinsatzkörper in Drehung und der von der Lichtquelle 5kausgehende Strahl tastet die Rohrwandung zellenförmig ab. , Es entsteht ein -Lichtkreisring, der auf dem Film 87 als Rohrwandprofil abgebildet wird-. Die Korrektur der Profilhöhe erfolgt mit Hilfe des Mikrometers 68, der Geber« und Empfängersystem des- Gerätes steuert.

Die Grundeinstellung der Optiken auf den jeweiligen Rohr« durchmesser geschieht mit'der Rändelmutter 53·

Aus der vorstehenden Darstellung folgt ohne weiteres, dass, wenn bei einer ^Untersuchung statt des Gerätes das Rohr selbst gedreht wird, das Kontrollgerät nach Fig. 2 wesentlich einfacher ausgeführt werden kann. Es entfallen dann die Ankerplatte WLt Freilauf, der Antriebsteil für 'den unteren 'Rohre ins at zkö rp.er, _<di.e Zweiteilung der Ve—r- stellmittel für die Mikrometeropfik und die Kugellager,

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Die Anwendung des beschriebenen Kontrollgerätes ist nicht auf die Untersuchung von Kernbrennstoffrohren beschränkt.

Zur Neuerung gehört alles dasjenige., was in der Beschreib bung enthalten und bzw. oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschliesslich dessen, was abweichend von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

Claims (1)

1. PATENTANWÄLTE

   <orner \yxanS-^n£inricn ^U¹ei

   PATENTANWALT DlPL-ING. R. MOLLER-BORNER PATENTANWALT D 1 P L-1 N G. HAN S - H. WEY

   IBERLIN-DAHLEMSS-PODBIELSKIALLEEOS .· 8 MÖNCHEN 22 - Wl D E N M AYE R STRAS S E

   TEL. 0311 · 7«2907 -TELEGR. PROPINDUS -TELEX 0184057 TEL. 08Π · 225585 · TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0524244

   16 711

   Europäische: Ätomgemeinsohaft (EURATOM) B' r ü s s el (Belgien)

   S G To. u t ζ a η s ρ ar ü c Ii e

   , Optisches Gerät zur Kontrolle der Symmetrie und gleich·« zeitig der OfoerfläehenbesehafTenheit des Inneren von Rohren, insbesondere der Rauhigkeit, dadurch gekenn« zeichnet, dass zwei optisch nach dem an sich bekannten Lichtschnittverfahren von der Rohrachse des Rohres (10) zur Prüffläche, hin orientierte beleuchtete Optiken (14 bis 20), eine davon mit Mikrometer (21), auf getrennten, aber lose zusammenhängenden Rohreinsatzkörpern (12,13) montiert sind, von denen der eine in Rohrachsrichtung gegen den anderen verstellbar ausgebildet ist,

   2„ Kontrollgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohreinsatzkörper (12, I3) unverdrehbar anein-» ander verankert und die Elemente ihrer Optiken (15/I6; 19,20) und die Spaltblend'e (17) ringförmig ausgebildet sind.

   3·.Kontrollgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohreinsatzkörper (5Oj51) als Einheit drehbar an einer Haltevorrichtung gelagert und die Elemente . ihrer Optiken (56,57;60,61) und die Lochblende (58) kreissymmetrisch ausgebildet sind.