CN115552310A - 用于使用管道镜来检查技术设备的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使用管道镜来检查技术设备(20)的装置(1)和方法。该装置(1)包括细长的支撑元件(2)，该支撑元件在变形单元(10)中被引导并且是可反复地塑性变形的，其中，变形单元(10)包括引导元件(13)和致动器元件(14)，该引导元件固定在其位置中以用于在输出端部(12)处轴向地引导支撑元件(2)，该致动器元件实施为用于轴向地引导支撑元件(2)，其中，该致动器元件可在垂直于引导元件(13)与致动器元件(14)之间的距离的至少一个方向上移动，以便向由引导元件(13)和致动器元件(14)引导的支撑元件(2)选择性地施加弯矩，并且其中，在支撑元件(2)的从变形单元(10)的输出端部(13)伸出的端部处设置有管道镜头部(5)。在该方法中，细长的支撑元件(2)是可反复地塑性变形的并且包括管道镜头部(3)，在插入到技术设备(20)中期间，该支撑元件使其要插入到技术设备(20)的端部在通往技术设备(20)的入口前部的区域中选择性地预变形，以便由此遵循管道镜头部(3)在技术设备(20)内的指定路径。

Description

用于使用管道镜来检查技术设备的装置和方法

本发明涉及一种用于使用管道镜来检查技术设备的装置和方法。

已知在现有技术中依靠管道镜来检查技术设备中不能直接查看的区域。这些管道镜能够通过小开口被引入到所讨论的区域中，并且提供对不能直接经由光学系统或可替代地通过显示由在管道镜顶端处的适当传感器系统记录的视频图像(也被称为视频管道镜)查看的区域的观察。

例如，当检查飞行器发动机时，使用管道镜以便看到发动机内部，而不必拆卸发动机。在此，至少对于飞行器发动机的单个区域(诸如，例如燃烧室)，彻底地评估和记录该区域是必要或至少是期望的。

为了检查燃烧室的内部，目前使用了具有能够手动地引导通过燃烧室的柔性轴的视频管道镜。为此，柔性管道镜沿着燃烧室的整个内周被引导，然后缓慢地收回。在收回期间记录由管道镜拍摄的图像。在此尝试确保通常是环形的燃烧室的整个周边都被拍摄。如果燃烧室中的潜在问题位置由此被识别，则使用适合于这个目的的特殊3D管道镜对对应位置进行手动3D拍摄。

然而，因为具有柔性轴的管道镜是手动引导的，所以燃烧室的状况的完整且可再现的记录是几乎不可能的。此外，特别是对潜在问题位置的后续3D拍摄是非常昂贵且耗时的。

本发明的目的是提供一种装置和方法，借助于该装置和该方法能够改进使用管道镜对技术设备的检查。

这个目的是通过在第一套权利要求中要求保护的装置和在第二套权利要求中要求保护的方法来实现的。有利的发展是从属权利要求的主题。

本发明因此涉及一种用于使用管道镜来检查技术设备的装置，该装置包括可反复地塑性变形且细长的承载元件，该承载元件在变形单元中被引导，其中，该变形单元包括静态的引导元件和致动器元件，该引导元件用于在出口端部处轴向地引导承载元件，该致动器元件被设计成轴向地引导承载元件并且能够在垂直于引导元件与致动器元件之间的间隙的至少一个方向上移动，以便选择性地向由引导元件和致动器元件引导的承载元件施加弯矩，并且其中，管道镜头部布置在承载元件的端部处并且从变形单元的出口端部伸出。

此外，本发明还涉及一种用于使用管道镜来检查技术设备的方法，优选地使用根据本发明的装置，其中，可反复地塑性变形且细长的承载元件具有管道镜头部，在插入到技术设备中期间，所述承载元件使其要插入到技术设备中的端部在通往技术设备的入口之前的区域中选择性地预变形，以便由此遵循管道镜头在技术设备内部的预定路径。

将首先解释与本发明结合使用的一些术语。

细长的承载元件是“可反复地塑性变形的”，如果在变形时承载元件不显示或几乎不显示任何疲劳迹象并且基本上(即，特别是除了变形的弹性部件之外)保持通过变形实现的形状。作为期望变形的一部分，在使用根据本发明的装置期间，承载元件能够优选地在多个循环中进行变形，例如至少20个循环，更优选地至少50个循环，而不存在任何明显的疲劳迹象。

可塑性变形的“承载元件”是这样的承载元件，当正确使用时，承载元件不仅是自支撑的，而且还能够在重力下至少塑性地承载其旨在承载的负载，而不会独立变形。

在当前情况下，“轴向引导”是指对细长的承载元件的引导，该轴向引导允许承载元件在其轴向方向上移动但禁止在承载元件的径向方向上移动。由此，作为引导的一部分，承载元件的轴线的角度状态和/或承载元件围绕其自身轴线的旋转移动基本上不受限制或者通过轴向引导而仅受宽角度范围的限制。然而，取决于根据本发明的装置的使用情况或轴向引导的设计，也能够禁止单个或所有这种角度修改。

“管道镜头部”是管道镜的最终确定管道镜的记录区域的部分。在纯光学管道镜的情况下，这例如对应于管道镜镜头或限定最终记录锥的光导的进口表面；在视频管道镜的情况下，这是出于这个目的而提供的图像拍摄传感器的记录区域。可见范围内的2D图像拍摄、不可见范围(例如，红外范围)内的记录和/或例如通过三角测量的3D数据的拍摄是否经由管道镜头部实施在此是不相关的。管道镜头部原则上能够布置在刚性或柔性轴上。然而，还可以将不具有自身结构轴的管道镜头部布置在另一元件(诸如，例如承载元件)上。

本发明已经认识到，如果管道镜在被推入时所遵循的路径至少在一定程度上能够在开放和/或封闭控制回路中受到影响，则使用管道镜对技术设备(诸如，例如燃气轮机或飞行器发动机，特别是复杂的结构)的检查能够得到改进，并且特别地可以以可再现的方式进行。根据本发明，为此，所提供的管道镜头部布置在可反复地塑性变形的、细长的承载元件的端部处，该承载元件最终将被引入到使用管道镜进行检查的技术设备中，变形单元被设置成用于承载元件在被推入到技术设备中时的受控变形。

变形单元在此包括用于轴向地引导承载元件的引导元件。因为在本发明意义内的轴向引导的特性，确保了承载元件基本上在变形单元的限定位置处离开。根据本发明的装置能够由此相对于使用管道镜来检查的技术设备简单地布置，使得承载元件能够被推入到技术设备上的适合于引入管道镜的开口中。

为了获得承载元件的变形，变形单元包括致动器元件，承载元件同样被轴向地引导通过该致动器元件。因为致动器元件能够在至少一个方向上移动，优选地在垂直于引导元件与致动器元件之间的间隙的任何期望的方向上移动，弯矩能够选择性地施加在承载元件上，以便由此使承载元件变形。就致动器元件沿着垂直于引导元件与致动器元件之间的间隙的方向移动的能力而言，需要施加弯矩与致动器元件是否还能够在平行于间隙的方向上移动或相对于联接在一起(例如，因为致动器元件能够沿着圆形轨道或跑道移动)的所述轴线径向和轴向的对应移动是不相关的。

通过使用变形单元向承载元件施加弯矩，并且因此当承载元件被对应地推动通过变形单元时，能够影响和指定承载元件的从引导元件伸出的那部分的变形和成形。因此，当被推入或通过变形单元时，能够预设管道镜头部在承载元件的端部处(例如在技术设备内部)采取的路径。

优选地是除了选择性地向承载元件施加弯矩之外，致动器元件被设计成选择性地向承载元件施加扭矩。例如，在承载元件的非旋转轴向引导的情况下或者通过围绕承载元件的轴线转动引导件的对应的选择性固定(见下文)能够实现上述目的。特别是在非旋转对称的承载元件的情况下，能够通过选择性地施加扭矩来实现额外的变形模式。

致动器元件和/或静态的引导元件优选地包括可控的锁定器件，该锁定器件用于选择性地固定致动器元件和/或引导元件中的承载元件的位置和/或角度状态。取决于固定的设计，例如通过实现临时固定夹紧，能够通过对应的选择性固定实现额外的变形模式。在引导元件上的适合的锁定器件的情况下，还能够防止致动器元件的临时移动(例如使承载元件变形)不期望地影响承载元件从装置伸出的那个端部。锁定器件能够被设计成例如用于承载元件的双指夹持器。

特别优选地是致动器元件能够在静态的引导元件与致动器元件之间的间隙的方向上移动。除了提供进一步的变形模式之外，特别是当锁定设备存在于引导元件和致动器元件两者上时，可以使用在静态的引导元件与致动器元件之间的间隙的方向上移动的能力，其中，在引导元件和致动器元件处的交替锁定使承载元件从装置的出口端部逐段前进。

可替代地或另外地，引导元件和/或致动器元件可以包括用于承载元件的多个引导辊，这些引导辊中的一些优选是从动的。承载元件(可选地，还连续地)离开出口端部的前进能够通过适合地启动一个或多个辊驱动来实现。

为了实现额外的变形和/或使用管道镜将承载元件在限定路径中引入到使用管道镜进行检查的技术设备中，从变形单元伸出的用于承载元件通过的引导管能够紧固在引导元件上，其中，引导管优选地是可拆卸的并且因此基本上是可更换的。承载元件在要检查的技术设备内部的预定引入能够通过引导管可再现地实现，该引导管可以专门配置成用于使用管道镜来检查技术设备。此外，即使取决于引导管的设计，存在承载元件的持续变形，承载元件从引导管伸出的那部分的最终成形能够受到变形装置的显著影响，这是因为通过引导管变形的弹性部分在其离开引导管之后恢复到通过变形装置实现的承载元件的形状。在非旋转对称的承载元件的情况下，承载元件在引导管中的角度状态也能够对最终成形具有影响。

优选的是在远离引导元件的一侧上设置进给机构，借助于进给机构，承载元件以限定方式被进给到致动器元件，其中，进给机构相对于引导元件是固定的或者与致动器元件一起移动。借助于对应的进给机构，通过致动器元件的移通常能够实现承载元件的变形的准确度的提高，这是因为排除了未限定的进给对最终变形的可能影响。

承载元件在管道镜头部的区域中能够包括探头单元，以用于确定管道镜头部的位置和/或定向。可以经由对应的探头单元检查引导管是否遵循预定路径。探头单元能够被设计成使用任何已知的测量原理(例如由探头单元发射和/或接收的无线电或光信号的渡越时间分析)来确定位置。还可以基于图像评估确定位置，出于这个目的，探头单元包括适合的图像拍摄传感器。探头单元还能够被设计为与管道镜头部成一体。

该装置优选地包括用于控制目的的控制装置。在此，优选的是考虑经由探头单元或管道镜头部获得的管道镜头部的位置和/或定向信息实施控制。使用对应的位置和/或定向信息能够将实际状态和/或定向与预定路径进行比较，并且如果发现偏差，则能够采纳适合的对策，其中位置和/或定向信息能够经由探头单元或可替代地经由管道镜头部(例如，通过对所获得的3D数据的图像检测或评估)来计算。

管道镜头部能够刚性地连接到承载元件的自由端部，这可以省去单独的管道镜轴。“刚性连接”在此能够包括用于维护目的的选择性拆卸的能力。然而，管道镜头部还能够是被引导通过承载元件中的适合通道的柔性管道镜的一部分。在刚性地连接到承载元件的情况下，优选的是连接具有围绕承载元件的轴线的旋转移动的自由度，并且能够控制管道镜头部围绕该轴线的转动。在可转动连接的适合设计中，360°全景记录是可能的。在柔性管道镜被推动通过承载元件的情况下，对应的旋转能够通过使管道镜头部转动来实现。作为其替代，管道镜头部优选地可以被设计成拍摄360°的全景视图。这能够例如通过布置适合数量的图像拍摄传感器使得它们径向分布来实现。

致动器元件能够包括优选六轴关节臂机器人和/或六脚机器人(斯图尔特平台)，其中，致动器元件的轴向引导的位置和/或状态能够由机器人修改。能够使用适当的机器人来实现承载元件的所有通常需要的变形。

有利的并且因此优选的是引导管是材料复合管。引导管在此能够包括由金属带缠绕制成的芯，其中，该金属带优选地是铝带和/或是沿着长度方向缠绕的。为了保持引导管在变形之后的尺寸稳定性，此外，优选地提供了芯的塑料覆盖物(优选聚乙烯覆盖物)。保护性包覆物(优选保护膜)能够设置在芯的与覆盖物相对的一侧上，使得在这种情况下芯完全被覆盖物和保护性包覆物包围。其结果是，通常能够实现引导管在其外侧和内侧上的光滑表面。此外，降低了在与引导管(无意地)接触的情况下使用管道镜对要检查的技术设备的部件造成损坏的风险。例如，在优先权日之前，可以购得商标名“Dekabon”或美国Eaton公司的“Synflex”商标的适合的管，并且例如在美国专利4,216,802中详细描述的。

管道镜头部能够包括作为视频管道镜的一部分的图像拍摄单元。其还能够被设计成拍摄3D表面数据，例如通过基于彼此相邻布置的两个图像拍摄单元的图像数据的三角测量。

使用管道镜来检查的技术设备能够优选地是燃气轮机和/或飞行器发动机。已经示出本发明特别适合使用管道镜来精确地检查这些技术设备。

为了解释根据本发明的方法，参考涉及被设计成执行这种方法的装置的以上实施方式。所描述的装置的有利发展还直接提供了方法的有利发展。

现在将参考附图借助于有利实施方式以实例描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的用于使用管道镜检查飞行器发动机的燃烧室的装置的使用的示意图；

图2示出了图1的截面的示意图；

图3示出了根据本发明的装置的第一实施方式的示意图；

图4a、图4b示出了根据本发明的装置的第二实施方式的示意图；以及

图5a、图5b示出了刚性地连接到承载元件的管道镜头部的可替代实施方式的示意图。

根据本发明的用于检查技术设备20(即，飞行器发动机的燃烧室21)的装置1使用图1和图2中示出的管道镜。为了清楚起见，这里仅示出了飞行器发动机的燃烧室21。然而，根据本发明的装置特别能够在燃烧室21安装在飞行器发动机中的情况下使用。

装置1包括可反复地塑性变形的细长的承载元件2，该承载元件在端部2’处具有管道镜头部3，该管道镜头部被引入到燃烧室21中。承载元件2在此是材料复合管，该材料复合管包括由沿长度方向缠绕的铝带制成的芯、聚乙烯的外部覆盖物以及在内侧上作为保护性包覆物的保护膜。引导管3在此是自支撑的或者可替代地支撑管道镜头部3，使得它在没有任何外部影响的情况下在塑性变形之后基本上保持其实现的形状。

承载元件2被引导通过变形单元10，该变形单元的精确设计将借助于图3和图4在以下不同实施方式中更详细地描述。承载元件2在变形单元10中通过控制装置11以受控的方式弯曲和扭转而变形，然后该承载元件在变形单元10的出口端部12处被抽出并且被引入到燃烧室21中。为此，承载元件2在可拆卸地紧固在出口端部12处的弯曲的引导管4中通过检查开口12被引入到燃烧室21中，并且实际上自支撑超出由引导管3的自由端部4’限定的点，并且能够可再现地到达该点。在此，再现性还特别地通过紧固机构6实现，通过该紧固机构，装置1相对于技术设备20上的检查开口22紧固在清楚限定的位置和状态中。

管道镜头部3刚性地连接到承载元件2并且包括图像拍摄传感器，以用于拍摄数字2D图像，使得最终产生视频管道镜。与管道镜头部3一体的是探头单元5，借助于该探头单元能够计算管道镜头部3的位置和定向。由探头单元5获得的信息对于控制装置11是可用的并且被进给到变形单元10的控制系统中，使得能够确保当承载元件2被推入到燃烧室21时，管道镜头部3基本上沿着预定路径90移动。如果发现偏离该路径90，则控制装置11能够通过变形单元10的适合的启动来抵消它们。

在图3中示出了能够例如在图1和图2中使用的装置1的第一示例性实施方式，其中，还特别详细地示出了变形装置10。

变形单元10包括静态的引导元件13，该引导元件尤其形成出口端部12，在这个示例性实施方式中，在该出口端部处还布置有引导管4。承载元件2在引导元件13中沿着限定轴线被轴向地引导。承载元件2在此配置为管，单独的柔性管道镜(未示出)通过该管能够被引导。

此外，提供了致动器元件14，该致动器元件布置在六轴关节臂机器人15的吊杆臂上。致动器元件14同样被设计成轴向地引导承载元件2并且具有呈双指夹持器16形式的锁定器件，承载元件2相对于致动器元件14的位置和状态能够借助于该锁定器件以可控的方式固定。

进给机构17在远离引导元件13的一侧上紧邻致动器元件14并且类似地位于关节臂机器人15的吊杆臂上，借助于该进给机构，承载元件2被进给到致动器元件14。

借助于六轴关节臂机器人15，致动器元件14几乎能够以任何方式相对于引导元件13移动，特别是在静态的引导元件12与致动器元件14之间的间隙方向上以及在横向于该间隙的方向上，以便能够向承载元件2的位于引导元件12与致动器元件14之间的区域施加弯矩和扭矩。借助于利用双指夹持器16的适合的临时锁定和使用关节臂机器人15的致动器元件14的对应移动，承载元件2能够被逐渐地推出变形单元10的出口端部12，并且因此使用管道镜被推入到要使用管道镜进行检查的技术设备20中(参见图1和图2)。

关节臂机器人15能够由控制机构11控制，可选地考虑探头单元5(参见图1)的位置和状态信息，使得承载元件2逐渐地被推出变形设备10，并且得出在此在图3中通过实例示出的承载元件2的形状。

如在图4a、图4b中以侧视图和透视图示出了能够在图1和图2中使用的装置1的第二示例性实施方式。在此未示出承载元件2。

尽管与根据图3的示例性实施方式初看起来存在较大差异，然而，两个示例性实施方式基于相同的发明理念，并且因此，应当参考以上设计用于获得进一步的信息。

图4a、图4b中示出的变形单元10包括静态的引导元件13，该引导元件形成变形单元10的出口端部12，并且使得引导管4能够可拆卸地紧固在其上。

致动器元件14布置在六脚机器人15’上以轴向地固定承载元件2，并且具有呈双指夹持器16形式的锁定器件，六脚机器人能够由控制装置11控制，使得致动器元件14(特别是相对于引导元件13)的位置和状态能够被修改，使得尤其能够获得由引导元件12和致动器元件14引导的承载元件2(未示出)的弯曲变形。

在图4中的变形机构10的情况下，呈双指夹持器16’形式的锁定装置也设置在引导元件13上。如果承载元件2被两个锁定设备16、16’锁定在引导元件12和致动器元件14中，能够通过六脚机器人15’的适当启动将扭矩赋予承载元件2。在这些锁定设备16、16’交替锁定的情况下，承载元件2能够逐渐地被推出变形单元10的出口开口12。

图4a、图4b中的变形单元10的实施方式足够轻以便由人携带并且具有手柄18，使得它能够被容易地操作。还因为重量较小，变形单元10能够在任何期望的情况下毫无问题地紧固在使用管道镜检查的技术设备20上，技术设备例如是图1所示的飞行器发动机。

如果管道镜镜头5(如图1所示)刚性地布置在承载元件3上，为了不受管道镜头部3的记录锥的定向的限制，所讨论的连接能够具有围绕承载元件2的轴线旋转移动的自由度，其中，管道镜头部3通过适合的驱动围绕轴线转动。图5a中示出了具有从动转动接头30和作为管道镜镜头的图像拍摄传感器的对应设计。

可替代地，多个图像拍摄传感器能够设置为管道镜头部3，并且布置成使得这些图像拍摄传感器径向分布，以用于拍摄360°全景视图的目的。在这种情况下，能够省略转动接头30(参见图5b)。

Claims (15)

1.一种用于使用管道镜来检查技术设备(20)的装置(1)，包括能反复地塑性变形且细长的承载元件(2)，所述承载元件在变形单元(10)中被引导，其中，所述变形单元(10)包括静态的引导元件(13)并包括致动器元件(14)，所述引导元件用于在出口端部(12)处轴向地引导所述承载元件(2)，所述致动器元件被设计成轴向地引导所述承载元件(2)并且能够在垂直于所述引导元件(13)与所述致动器元件(14)之间的间隙的至少一个方向上移动，以选择性地向由所述引导元件(13)和所述致动器元件(14)引导的所述承载元件(2)施加弯矩，并且其中，在所述承载元件(2)的从所述变形单元(10)的出口端部(12)伸出的端部处设置有管道镜头部(3)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述致动器元件(14)被设计成向所述承载元件(2)选择性地施加扭矩。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述致动器元件(14)和/或静态的所述引导元件(13)包括能控制的锁定器件(16，16’)，所述锁定器件用于选择性地固定所述承载元件(2)在所述致动器元件(14)和/或所述引导元件(13)中的位置和/或角度状态，其中，所述锁定器件(16，16’)优选地配置成双指夹持器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述致动器元件(14)能够在静态的所述引导元件(13)与所述致动器元件(14)之间的所述间隙的方向上移动。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述引导元件(13)和/或所述致动器元件(14)包括用于所述承载元件(2)的多个引导辊，这些引导辊中的一些引导辊优选地是从动的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，从所述变形单元(10)伸出的用于所述承载元件(2)通过的引导管(4)优选能拆卸地紧固。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在远离所述引导元件(13)的一侧上设置有进给机构(17)，借助于所述进给机构，所述承载元件(2)以限定方式被进给到所述致动器元件(14)，其中，所述进给机构(17)相对于所述引导元件(13)固定或与所述致动器元件(15)一起移动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述承载元件(2)在所述管道镜头部(3)的区域中包括探头单元(5)，以用于确定所述管道镜头部(3)的位置和/或定向。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设置有用于对所述变形单元(10)的部件(15，16，16’)进行控制的控制装置(11)，所述控制优选地考虑经由探头单元(5)或通过所述管道镜头部(3)获得的所述管道镜头部(3)的位置和/或定向信息。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述管道镜头部(3)刚性地连接到所述承载元件(2)或者是被引导通过所述承载元件(2)中的适合通道的柔性管道镜的一部分。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述致动器元件(14)包括优选六轴关节臂机器人(15)和/或六脚机器人(15’)，其中，所述致动器元件(14)的轴向引导的位置和/或状态能够由所述机器人(15，15’)修改。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述承载元件(2)是材料复合管，该材料复合管优选地包括芯、塑料覆盖物和/或在内侧上的保护性包覆物，其中，所述芯是由铝带制成的并且/或者是沿着长度方向缠绕的，所述塑料覆盖物优选聚乙烯覆盖物，所述保护性包覆物优选为保护膜。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述管道镜头部(3)包括作为视频管道镜的一部分的图像拍摄单元，并且/或者所述技术设备(20)是燃气轮机或飞行器发动机。

14.一种用于使用管道镜来检查技术设备(20)的方法，优选地使用根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，能反复地塑性变形且细长的承载元件(2)具有管道镜头部(3)，并且在插入到所述技术设备(20)中期间，所述承载元件使所述承载元件的要插入到所述技术设备(20)中的端部在通往所述技术设备(20)的入口之前的区域中选择性地预变形，由此遵循所述管道镜头部(3)在所述技术设备(20)内部的预定路径。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预变形包括弯曲变形和扭转变形。

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