BRPI0803388A2

BRPI0803388A2 - sistema estereoscópico endoscópico

Info

Publication number: BRPI0803388A2
Authority: BR
Inventors: Armando Albertazzi Goncalves Jr; Allan Hoffman; Joao Marcio De Castilho Santos
Original assignee: Petroleo Brasileiro Sa
Priority date: 2008-08-14
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2010-06-15

Abstract

Refere-se a presente invenção a um sistema estereoscópico endoscópico (1) utilizado para medição da geometria, em três dimensões, de raizes de cordões de solda de tubos metálicos, para avaliação de defeitos geométricos nas superfícies internas de tais cordões de solda. O sistema estereoscópico endoscópico (1) compreende um dispositivo de aquisição de imagens (20), um primeiro dispositivo de posicionamento (40a) e um segundo dispositivo de posicionamento (40b). O primeiro dispositivo de posicionamento (40a) e o segundo dispositivo de posicionamento (40b) têm por função manter o dispositivo de aquisição de imagens (20) centralizado, em relação ao tubo (2) inspecionado, e permitir o deslocamento do dispositivo de aquisição de imagens (20) no interior de um tubo (2). O dispositivo de aquisição de imagens (20) dispõe de duas cameras (21a e 21b) e de um conjunto de componentes o qual projeta na parede interna, do duto inspecionado, um padrão de imagem o qual permite identificar, para cada ponto medido, a sua posição em cada uma das imagens capturadas pelas cámeras. As informações coletadas pelo sistema estereoscópico endoscópico são processadas por um sistema baseado em microcomputador o qual não faz parte da presente invenção.

Description

SISTEMA ESTEREOSCÓPICO ENOOSCÓPICOCAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um sistema estereoscópicoendoscópico utilizado para medição da geometria, em três dimensões, deraízes de cordões de solda de tubos metálicos, para avaliação de defeitosgeométricos nas superfícies internas de tais cordões de solda.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Estruturas flutuantes vêm se tornando uma alternativa cada vezmais empregada para acomodar instalações de produção em camposprodutores de hidrocarbonetos localizados em lâminas d'água profundas.A utilização de tais estruturas flutuantes acarreta alguns problemas paraas tubulações submarinas ascendentes, conhecidas pelos especialistaspela denominação na língua inglesa "risers", provenientes do leito domar, as quais são conectadas à estrutura flutuante. Estas tubulaçõessubmarinas ascendentes podem ser, por exemplo, tubulações condutorasde fluidos produzidos por poços submarinos de petróleo, tubulaçõescondutoras de óleo hidráulico para atuação de equipamentos submarinos,cabos elétricos ou uma combinação deles.

As tubulações submarinas ascendentes sofrem esforços decorrentesde uma série de fatores, tais como variações de posição da estruturaflutuante em relação à superfície do mar, o peso das próprias linhas e, nocaso de tubulações submarinas ascendentes, o peso dos fluidos que porelas escoam.

Com o cenário de explotação de petróleo em águas cada vez maisprofundas, o desenvolvimento de tecnologias para tornar possível aprodução é fundamental. Neste contexto, estão inseridos os "risers"rígidos. O desenvolvimento e a qualificação destes dutos são defundamental importância para a produção de petróleo. Entretanto, paragarantir a sua qualidade e a sua capacidade operacional, é necessáriodesenvolver e implementar ferramentas de inspeção capazes de informarsobre o estado de integridade dos mesmos, desde a fabricação até aoperação.

O desenvolvimento e implementação de um sistema de inspeçãodurante a fabricação para os "rlsers" rígidos são de fundamentalimportância para a garantia da sua integridade estrutural durante a suaoperação. A presença de defeitos de soldagem pode comprometer aresistência à fadiga desses "risers".

O objetivo da presente invenção é realizar a medição tridimensionalda geometria interna de raízes de cordões de solda em tubos metálicos.Esta medição tem por objetivo quantificar defeitos típicos de soldagemcomo desaiinhamento, excesso ou falta de penetração, os quais têmimpacto significativo na resistência à fadiga destes tubos.

Para realização de tal medição a presente invenção propõe autilização de um sistema estereoscópico endoscópico constituído por umdispositivo de aquisição de imagens intrusivo que dispõe de duas câmerase de um conjunto de componentes o qual projeta na parede interna, doduto inspecionado, um padrão de imagem que permite identificar, paracada ponto medido, a sua posição em cada uma das imagens capturadaspelas câmeras. As informações coletadas pelo sistema estereoscópicoendoscópico são processadas por um sistema de controle e monitoraçãoexterno o qual não faz parte da presente invenção.

TÉCNICA RELACIONADA

A inspeção dos cordões de soldas de tubos, para avaliação dedefeitos nos processos de soldagem, é feita por diversos métodos, dentreos quais podemos citar ultra-som, raios-x, liquido penetrante e partículasmagnéticas, além da inspeção geométrica.

A inspeção geométrica permite uma fácil identificação equantificação de características como falta ou excesso de penetração dasolda e a presença de irregularidades como crateras e protuberâncias, nocordão de solda, o que não pode ser feito com a mesma qualidade porultra-som, raios-x, líquidos penetrantes ou partículas magnéticas.Adicionalmente, a inspeção geométrica é a única que permite avaliar equantificar o desalinhamento transversal e angular entre duas seções queforam unidas por um cordão de solda que, idealmente, deveriam sercoaxiais.

A inspeção interna é a única forma de obter acesso à geometriainterna do cordão de solda e das regiões vizinhas, o que também permitedetectar a existência de "degraus" internos entre as partes unidas. Aconfiguração endoscópica permite a inspeção em toda a extensão (360°)da superfície interna da região do cordão de solda a partir defuma únicamedição. Medições geométricas feitas a partir da superfície externa podemser usadas para caracterizar o estado de ovalização das extremidades dostramos de dutos.

O documento de patente US 2004 207394 A1 descreve umdispositivo e um método para a inspeção de cordões de solda no interiorde tubulações. O dispositivo consiste em um carro, movido por um motorelétrico, o qual conduz um dispositivo para limpeza do cordão de solda, umdispositivo para aplicação de partículas magnéticas e um dispositivo paracaptura de imagens para a inspeção. O operador controla o dispositivo erealiza a inspeção remotamente via um computador. Tal dispositivoapresenta a desvantagem de necessitar de um componente externo àtubulação para produzir um campo magnético na região inspecionada.

O documento de patente RU 2285252 C1 descreve um dispositivopara a inspeção de cordões de solda no interior de tubulações. Odispositivo consiste em um carro, que conduz diversas câmaras de raios-xpara a inspeção do cordão de solda; Tal dispositivo apresenta adesvantagem de manusear fontes de elementos radioativos.

A estereoscopia é uma técnica de domínio público. Vários têm sidoos trabalhos desenvolvidos que aplicam esta técnica. Entretanto, suaaplicação para o desenvolvimento de uma ferramenta intrusiva capaz demedir em coordenadas, em três dimensões, as raízes de soldas no interiorde dutos, e consequentemente seus possíveis defeitos, constitui-se numasolução pioneira.

A presente invenção apresenta um diferencial, em relação àstécnicas já conhecidas que é sua capacidade de medir, com elevadaresolução, a geometria interna em toda a extensão (360°) de um anel demedição do interior do duto, sem necessidade de varredura, e suacapacidade de avaliar e calcular desalinhamentos transversais e angularesentre as seções unidas.

O sistema estereoscópico endoscópico objeto da presente invençãopossui um aspecto inovador relevante que é a utilização de projeção desombras helicoidais no interior da região medida para localizar os pontoshomólogos que, quando combinada com dois dispositivos de formação deimagens endoscópicas, calcula a forma 3D da superfície naturalmentemedida em coordenadas cilíndricas. Além disso, o sistema estereoscópicoendoscópico é um sistema compacto e facilmente escalável, o qual podeser usado tanto em dutos de pequenos diâmetros (50 mm) até dutos degrandes diâmetros (1000 mm ou mais). Adicionalmente, o sistemaestereoscópico endoscópico além de medir quantitativamente osdesalinhamentos é capaz de medir quantitativamente defeitos típicos desoldagem como falta e excesso de penetração.

O sistema estereoscópico endoscópico, objeto do presente relatório,foi testado, com sucesso, na inspeção de dutos metálicos de 12 m decomprimento e 150 mm de diâmetro, unidos por cordões de solda.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Refere-se a presente invenção a um sistema estereoscópicoendoscópico utilizado para medição da geometria, em três dimensões, deraízes de cordões de solda de tubos metálicos, para avaliação de defeitosnos processos de soldagem.

Para realização de tal medição a presente invenção propõe autilização de um dispositivo de aquisição de imagens intrusivo que dispõede duas câmeras e de um conjunto de componentes o qual projeta naparede interna, do duto inspecionado, um padrão de imagem o qualpermite identificar, para cada ponto medido, a sua posição em cada umadas imagens capturadas pelas câmeras.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção será agora apresentada, mais detalhadamente, emconjunto com os desenhos abaixo relacionados, os quais, meramente atítulo de exemplo, acompanham o presente relatório do qual são parteintegrante, e nos quais:

A Figura 1 retrata duas vistas da concretização preferida para osistema estereoscópico endoscópico.

A Figura 2 retrata um corte transversal do sistema estereoscópicoendoscópico.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA CONCRETIZAÇÃO PREFERIDA DA INVENÇÃO

A Figura 1 apresenta uma vista frontal e uma vista lateral de umaconcretização preferida para sistema estereoscópico endoscópico (1), oqual compreende um dispositivo de aquisição de imagens (20), umprimeiro dispositivo de posicionamento (40a) e um segundo dispositivo deposicionamento (40b). Para melhor entendimento do seu funcionamento, osistema estereoscópico endoscópico (1) é representado no interior de umtubo (2), no qual está representado um cordão de solda (3) o qual é oobjeto da inspeção a ser realizada pelo sistema estereoscópicoendoscópico (1).

A Figura 2 apresenta um corte longitudinal da concretizaçãopreferida para sistema estereoscópico endoscópico (1).

O dispositivo de aquisição de imagens (20) compreende duascâmeras de TV de alta resolução (21a e 21b), um tubo transparente (22),uma lâmpada (25), um suporte para lâmpada (24), um copo transparente(23), um motor de passo (26), um primeiro flange para fixação (27) e umsegundo flange para fixação (28).

As duas câmeras de TV de alta resolução (21a e 21b) têm porobjetivo capturar as imagens do cordão de solda (3). O tubo transparente(22) é uma estrutura rígida que permite a fixação de todos oscomponentes do dispositivo de aquisição de imagens (20). O suporte paralâmpada (24) tem por função posicionar a lâmpada (25) no centro do copotransparente (23), copo transparente (23) este em cuja superfície cilíndricaé desenhado um conjunto de estruturas helicoidais cujas sombras sãoprojetadas na superfície interna do tubo (2), pela lâmpada (25), através dotubo transparente (22). A projeção de padrões luminosos estruturados nasuperfície interna do tubo permite identificar, para cada ponto medido, asua posição em cada uma das imagens capturadas pelas câmeras de TVde alta resolução (21a e 21b). O motor de passo (26) tem por função giraro copo transparente (23) em ângulos predeterminados, provocandomudanças rotacionais nos padrões luminosos projetados na parede internado tubo. O motor de passo (26) é fixado ao tubo transparente (22) por umprimeiro flange para fixação (27). O segundo flange para fixação (28) tempor função fixar o suporte para lâmpada (24) ao tubo transparente (22).

As informações coletadas pelo dispositivo de aquisição de imagens(20) são processadas por um sistema baseado em microcomputador oqual não faz parte da presente invenção. Tal sistema baseado emmicrocomputador é responsável pelo controle do motor de passo (26), dofuncionamento da lâmpada (25) e do controle das câmeras de TV de altaresolução (21 a e 21 b).

O primeiro dispositivo de posicionamento (40a) compreende umaprimeira placa de fixação (41a), uma segunda placa de fixação (42a), umdispositivo de regulagem de tensão (43a), um eixo (44a), um elementoelástico (45a), uma pluralidade de hastes articuladas (46a) e umapluralidade de roletes (47a). A primeira placa de fixação (41a) tem porfunção fixar o primeiro dispositivo de posicionamento (40a) ao dispositivode aquisição de imagens (20), servir de base para uma pluralidade dehastes articuladas (46a) e servir de suporte para o eixo (44a). A segundaplaca de fixação (42a) se desloca livremente no eixo (44a) e tem porfunção servir de suporte para uma pluralidade de hastes articuladas (46a).O eixo (44b) tem por função guiar uma segunda placa de fixação (42b). Odispositivo de regulagem de tensão (43b) tem por função ajustar a tensãoque o elemento elástico (45b) aplica na segunda placa de fixação (42b). Oelemento elástico (45b) tem por função aplicar uma tensão à segundaplaca de fixação (42b) na direção da primeira placa de fixação (41b). Apluralidade de hastes articuladas (46a) tem por função manter umapluralidade de roletes (47a) em contato com o interior do tubo (2).

O segundo dispositivo de posicionamento (40b) compreende umaprimeira placa de fixação (41b), uma segunda placa de fixação (42b), umdispositivo de regulagem de tensão (43b), um eixo (44b), um elementoelástico (45b), uma pluralidade de hastes articuladas (46b) e umapluralidade de roletes (47b). A primeira placa de fixação (41b) tem porfunção fixar o primeiro dispositivo de posicionamento (40b) ao dispositivode aquisição de imagens (20), servir de base para uma pluralidade dehastes articuladas (46b) e servir de suporte para o eixo (44b). A segundaplaca de fixação (42b) se desloca livremente no eixo (44b) e tem porfunção servir de suporte para uma pluralidade de hastes articuladas (46b).O eixo (44b) tem por função guiar uma segunda placa de fixação (42b). Odispositivo de regulagem de tensão (43b) tem por função ajustar a tensãoque o elemento elástico (45b) aplica na segunda placa de fixação (42b). Oelemento elástico (45b) tem por função aplicar uma tensão à segundaplaca de fixação (42b) na direção da primeira placa de fixação (41b). Apluralidade de hastes articuladas (46b) tem por função manter umapluralidade de roletes (47b) em contato com o interior do tubo (2).

O primeiro dispositivo de posicionamento (40a) e o segundodispositivo de posicionamento (40b) têm por função manter o dispositivode aquisição de imagens (20) centralizado, em relação ao tubo (2)inspecionado, e permitir o deslocamento do dispositivo de aquisição deimagens (20) no interior do citado tubo (2).

O sistema estereoscópico endoscópico (1) é controlado por umsistema de controle e monitoração externo, o qual não faz parte do objetoda presente invenção.

Os componentes que integram o sistema estereoscópicoendoscópico (1), objeto da presente invenção, empregam materiais,componentes e meios de fixação conhecidos no estado da técnica. Dessemodo, os componentes do sistema estereoscópico endoscópico (1) podemser fixados entre si por parafusos, por rebites, por colagem, por soldagemou qualquer outro meio de fixação. Os componentes do sistemaestereoscópico endoscópico (1) podem ser construídos em aço inoxidável,aço carbono, ligas metálicas ou qualquer material, com as característicasmecânicas e propriedades físico-químicas necessárias às funções a seremdesempenhadas. Por exemplo, o tubo transparente (22) e o copotransparente (23) podem ser construídos em acrílico, policarbonato, vidro,cristal ou qualquer outro material transparente.

Cabe ressaltar que, as formas apresentadas para os componentes,suas dimensões e o posicionamento relativo entre os componentes nãopodem ser considerados como limitantes da presente invenção e sãoapresentados com o intuito de mostrar a viabilidade de sua concretização.Por exemplo, embora a concretização preferida utilize dispositivos deposicionamento (40a e 40b) os quais compreendem três roletes (47a)cada, o emprego de um número diferente de roletes (47a) não pode serconsiderado como limitante da presente invenção.

Os equipamentos empregados no sistema estereoscópicoendoscópico (1) são equipamentos ou uma combinação de equipamentose componentes existentes no mercado. Assim, por exemplo, as duascâmeras de TV de alta resolução (21a e 21b) podem utilizar lentes ópticascônicas, formadas pela combinação de lentes objetivas comerciais, lentescônicas refrativas e filtros monocromáticos. A lente óptica cônica favoreceo aumento da resolução espacial na região periférica da imagem, tomandoa raiz do cordão de solda (3) visível, de ângulos distintos, por cada umadas câmeras de TV de alta resolução (21 a e 21 b).

Cabe ressaltar ainda que, embora para a fabricação e montagem dosistema estereoscópico endoscópico (1) sejam empregados componentesconhecidos no estado da técnica, o arranjo agora proposto constitui umconjunto novo e inovador.

A invenção foi aqui descrita em relação à sua concretizaçãopreferida, não estando, porém, a ela limitada. Assim, a presente invençãoestá apenas limitada ao conteúdo das reivindicações que seguem, asquais a definem em todo seu conteúdo.

Claims

1. SISTEMA ESTEREOSCÓPICO ENDOSCÓPICO, caracterizado porcompreender os seguintes componentes:- um dispositivo de aquisição de imagens (20), o qual compreende:- duas câmeras de TV de alta resolução (21a e 21b) as quais têmpor objetivo capturar as imagens de um cordão de solda (3);- um tubo transparente (22) no qual são fixados todos oscomponentes do dispositivo de aquisição de imagens (20);- um suporte para lâmpada (24) o qual tem por função posicionaruma lâmpada (25) no centro de um copo transparente (23);- um copo transparente (23) em cuja superfície cilíndrica édesenhado um conjunto de estruturas helicoidais cujas sombras sãoprojetadas na superfície interna do tubo (2), formando uma projeçãode padrões luminosos estruturados na superfície interna do tubo aqual permite identificar, para cada ponto medido, a sua posição emcada uma das imagens capturadas pelas câmeras de TV de altaresolução (21a e 21b);- uma lâmpada (25) a qual tem por função projetar padrõesluminosos através do tubo transparente (22);-um motor de passo (26) o qual tem por função girar o copotransparente (23) em ângulos predeterminados, provocandomudanças rotacionais nos padrões luminosos projetados na paredeinterna do tubo (2);- um primeiro flange para fixação (27) o qual tem por função fixar omotor de passo (26) ao tubo transparente (22);- um segundo flange para fixação (28) o qual tem por função fixar osuporte para lâmpada (24) ao tubo transparente (22);- um primeiro dispositivo de posicionamento (40a) o qual compreende:- uma primeira placa de fixação (41a) a qual tem por função fixar oprimeiro dispositivo de posicionamento (40a) ao dispositivo deaquisição de imagens (20), servir de base para uma pluralidade dehastes articuladas (46a) e servir de suporte para um eixo (44a);- um eixo (44a) o qual tem por função guiar uma segunda placa defixação (42a);- uma segunda placa de fixação (42a) a qual se desloca livrementeem um eixo (44a) e tem por função servir de suporte para umapluralidade de hastes articuladas (46a);- um elemento elástico (45a) o qual tem por função aplicar umatensão à segunda placa de fixação (42a) na direção da primeiraplaca de fixação (41a);- um dispositivo de regulagem de tensão (43a) o qual tem por funçãoajustar a tensão que o elemento elástico (45a) aplica na segundaplaca de fixação (42a);- uma pluralidade de hastes articuladas (46a) as quais têm porfunção manter uma pluralidade de roletes (47a) em contato com ointerior do tubo (2) de modo a manter o primeiro dispositivo deposicionamento (40a) centralizado em relação ao tubo (2);- uma pluralidade de roletes (47a) os quais têm por função permitir odeslocamento do dispositivo de aquisição de imagens (20) nointerior do tubo (2);segundo dispositivo de posicionamento (40b) o qual compreende:- uma primeira placa de fixação (41b) a qual tem por função fixar oprimeiro dispositivo de posicionamento (40b) ao dispositivo deaquisição de imagens (20), servir de base para uma pluralidade dehastes articuladas (46b) e servir de suporte para um eixo (44b);- um eixo (44b) o qual tem por função guiar uma segunda placa defixação (42b);- uma segunda placa de fixação (42b) a qual se desloca livrementeem um eixo (44b) e tem por função servir de suporte para umapluralidade de hastes articuladas (46b);- um elemento elástico (45b) o qual tem por função aplicar umatensão à segunda placa de fixação (42b) na direção da primeiraplaca de fixação (41b);- um dispositivo de regulagem de tensão (43b) o qual tem por funçãoajustar a tensão que o elemento elástico (45b) aplica na segundaplaca de fixação (42b);-uma pluralidade de hastes articuladas (46b) as quais têm porfunção manter uma pluralidade de roletes (47b) em contato com ointerior do tubo (2) de modo a manter o segundo dispositivo deposicionamento (40b) centralizado em relação ao tubo (2);- uma pluralidade de roletes (47b) os quais têm por função permitir odeslocamento do dispositivo de aquisição de imagens (20) nointerior do tubo (2).

2. SISTEMA ESTEREOSCÓPICO ENDOSCÓPICO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por o tubo transparente (22) e o copotransparente (23) serem construídos em acrílico.

3. SISTEMA ESTEREOSCÓPICO ENDOSCÓPICO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por o tubo transparente (22) e o copotransparente (23) serem construídos em policarbonato.

4. SISTEMA ESTEREOSCÓPICO ENDOSCÓPICO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por o tubo transparente (22) e o copotransparente (23) serem construídos em vidro.

5. SISTEMA ESTEREOSCÓPICO ENDOSCÓPICO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por o tubo transparente (22) e o copotransparente (23) serem construídos em cristal.

6. SISTEMA ESTEREOSCÓPICO ENDOSCÓPICO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por as duas câmeras de TV de altaresolução (21a e 21b) utilizarem lentes óticas cênicas, formadas pelacombinação de lentes objetivas comerciais, lentes cênicas refrativas efiltros monocromáticos.