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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kanalrohrinspektionsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Inspizieren von Kanalrohren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Die deutsche Patentschrift
DE 196 51 433 C1 zeigt einen Kamerarohrwagen mit einem Fahrwerk, einem Gehäuse, einer gegen das Gehäuse um einen definierten Winkel γ drehbar an dieses angesetzten Halterung und einer an die Halterung zu dieser um einen ersten Winkel α verschwenkbar montierten Kamera und einer auf die Halterung aufgesetzten, in der Schwenkebene der Kamera unter einem zweiten Winkel β zu der Drehachse der Halterung abstrahlenden Punktlichtquelle.
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Zur Bestimmung der Höhe h, also des Abstands zwischen der Drehachse der Halterung und der Rohrwandung wird die ferngesteuerte Kamera von einem Operator verschwenkt, bis die optische Achse der Kamera zu dem Lichtpunkt weist, der Lichtpunkt also in der Mitte des von dem Operator beobachteten Monitorbildes erscheint.
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Der Abstand zwischen der Rohrwandung von der Drehachse der Halterung ergibt sich dann aus: h = a·tanα·tanβ / tanα + tan β, wobei a den Abstand zwischen dem gedachten Schnittpunkt des Punktlichtstrahls mit der Drehachse der Halterung und dem Schnittpunkt der Schwenkachse der Kamera mit der Drehachse der Halterung bedeutet, also ebenso wie der Winkel α eine feste Größe ist. Der Winkel β ist der Winkel, den die optische Achse der Kamera mit der Drehachse der Halterung nach deren Verschwenken auf den Lichtpunkt bildet.
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Um bei einem kreisrunden Rohr den Durchmesser zu bestimmen, ist nun die Halterung um 180° zu verdrehen und der Vorgang zu wiederholen; der Durchmesser ergibt sich dann aus der Summe der Messergebnisse. Zum Vermessen von nicht-runden Rohren müssen eine Mehrzahl (mindestens drei) Messungen erfolgen.
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Bei einem einfachen Kanalrohrinspektionsgerät können allerdings die Bewegungen der Kamera häufig nicht genau genug gesteuert werden, was an den Bedienelementen liegt. Dadurch entstehen Messungenauigkeiten, welche die Zuverlässigkeit des Verfahrens deutlich mindern, wenigstens aber die Bedienbarkeit des Geräts aufwendig und schwierig machen. Darüber hinaus ist die Videodarstellung bei diesen Geräten häufig so gestaltet, dass ein Fadenkreuz nicht ohne weiteres eingeblendet werden kann. Ferner verfügen einfache Geräte über keine Recheneinheit, mittels welcher eine umfangreiche Datenauswertung möglich wäre.
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Im Hinblick auf diese Problematik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auch bei einfach aufgebauten Kanalrohrinspektionsgeräten, welche keine feinfühlige manuelle Steuerung der Kamera zulassen und keine Recheneinheit zur Datenauswertung aufweisen, eine einfache und gleichzeitig genaue sowie zuverlässige Durchmesserbestimmung eines Kanalrohrs zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Kanalrohrinspektionsvorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen sowie ein Verfahren mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die erfindungsgemäße Kanalrohrinspektionsvorrichtung weist eine Einrichtung zur Durchmesserbestimmung des Kanalrohres auf. Diese Einrichtung weist eine schwenkbare Kamera auf, dabei ist die Kamera in einem ersten Winkel α gegenüber einer Halterung quer zur Längsachse der Halterung bzw. zur Vorschubachse der Kanalrohrinspektionsvorrichtung schwenkbar. Derart schwenkbare Kameras sind bei Kanalrohrinspektionsvorrichtungen üblich, um die Kanalwand betrachten und wahlweise auch in Vorschubrichtung blicken zu können. Darüber hinaus kann die Halterung um ihre Längsachse bzw. die Vorschubachse der Kanalrohrinspektionsvorrichtung drehbar sein, um die Rohrwandung über 360° betrachten zu können. Zur Durchmesserbestimmung ist darüber hinaus eine Punktlichtquelle vorgesehen, welche in einem zweiten Winkel β zur Längsachse der Halterung bzw. Vorschubachse der Kanalrohrinspektionsvorrichtung geneigt ausgerichtet ist, so dass sie gegen die Rohrwandung strahlt. Dieser zweite Winkel β ist vorzugsweise ein fester Winkel, kann jedoch auch ein einstellbarer Winkel sein, wobei dann der Winkel in geeigneter Weise bestimmbar ist. Die Punktlichtquelle ist in einem definierten Abstand zu der Kamera angeordnet. Darüber hinaus ist eine Mess- und Steuerschaltung vorgesehen, welche basierend auf dem ersten und dem zweiten Winkel sowie dem Abstand zwischen Kamera und Punktlichtquelle, den Abstand der Kanalrohrinnenwandung von der Halterung und auf Grundlage dieses Abstandes den Rohrdurchmesser bestimmen kann. Dabei kann die Bestimmung des Rohrdurchmessers durch mehrere Abstandsmessungen oder aber in Kenntnis des Abstandes der Mittelachse der Halterung von der Unterseite des Kanalrohres erfolgen.
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Alternativ zu einer Winkelmessung kann insbesondere der erste Winkel α, d. h. der Schwenkwinkel der Kamera über einen Schritt- bzw. Servomotor einstellbar sein, so dass der gewünschte Schwenkwinkel direkt über dem Stellmotor erfasst werden kann. Der erfasste Winkel α wird der Mess- und Steuerschaltung zur Durchmesser- bzw. Abstandsberechnung zugeführt.
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So ist die Mess- und Steuerschaltung zum Erfassen des ersten Winkels α, d. h. des Schwenkwinkels der Kamera ausgebildet, um auf Grundlage dieses Winkels dann den Abstand bzw. Durchmesser bestimmen zu können.
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Die erfindungsgemäße Kanalrohrinspektionsvorrichtung weist eine Mess- und Steuerschaltung auf, die zum automatischen Bestimmen der Lage eines von der Punktlichtquelle abgestrahlten und von einer Kanalrohrinnenwand reflektierten Lichtpunktes in einem von der Kamera erfassten Bild ausgebildet ist, wobei zum Bestimmen dieser Lage ein analoges Videosignal der Kamera ausgewertet wird, und die Mess- und Steuerschaltung weiterhin dazu ausgebildet ist, basierend auf der Lage des Lichtpunktes in dem Bild die Kamera automatisch so zu verschwenken, dass der Lichtpunkt in diesem Bild zentriert ist. Es wird also gleich wie im Stand der Technik ein Lichtpunkt zur Messung des Kanalrohrdurchmessers verwendet, die erfindungsgemäße Lösung sieht allerdings dessen überraschend einfache Erkennung und nachfolgende Zentrierung im Kamerabild vor, die eine vollständige Automatisierung des gesamten Messvorgangs ermöglicht. Der zweite Winkel β, unter dem die Punktlichtquelle abstrahlt, muss dabei nicht fest eingestellt sein, sondern auch die Lichtquelle kann grundsätzlich verschwenkbar montiert sein. Durch feste Ausrichtung der Punktlichtquelle lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung allerdings einfacher gestalten. Wichtig ist lediglich, dass der zweite Winkel β bekannt ist, da er zur Berechnung des Rohrinnendurchmessers herangezogen wird. Die Ermittlung eines jeweiligen Abstrahlwinkels β, Schwenkwinkels α der Kamera und ggf. Drehwinkels γ der Halterung bezüglich der Vorschubachse erfolgt in üblicher Weise z. B. durch ein auf die jeweiligen Achsen aufgesetztes Potentiometer oder einen Winkel-Kodierer.
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Die Lage des Lichtpunktes im analogen Videobild bzw. Videosignal kann z.B. durch Aufaddieren der Zeilen gewonnen werden, die bis zu seinem Erscheinen im Bild durchlaufen wurden. Hierzu ist keine zusätzliche Recheneinheit wie z.B. ein PC erforderlich. Eine besonders einfache, genaue und zuverlässige Bestimmung der Lage des Lichtpunktes in dem Bild der Kamera wird allerdings dadurch möglich, wenn die Mess- und Steuerschaltung so ausgebildet ist, dass eine Lage des Lichtpunktes aus einer Laufzeit des analogen Videosignals beim zeilenförmigen Aufbau des von der Kamera erfassten Bildes bestimmt wird. Dazu sind lediglich einfache elektronische Schaltungen erforderlich, die ebenfalls keine weitere Recheneinheit erfordern. Zur Messung eines Kanalrohrdurchmessers muss damit nur der erforderliche Lichtpunkt im Bild der Kamera automatisiert ermittelt, durch Verschwenken der Kamera automatisiert im Bild zentriert und ggf. die benötigten Messpunkte durch Verschwenken der Kamera um die Vorschubachse angefahren werden. Eine Bedienung ist dann während der gesamten Messung nicht erforderlich.
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In bevorzugter Weise wird das Erkennen des Lichtpunktes im Bild der Kamera dadurch ermöglicht, dass die Mess- und Steuerschaltung ausgebildet ist, eine an der Kanalrohrinspektionsvorrichtung montierte Beleuchtung auszuschalten, bevor die Lage des von der Punktlichtquelle abgestrahlten Lichtpunktes bestimmt wird. Dadurch hebt sich der Lichtpunkt deutlich von seinem (mit)erfassten dunklen Hintergrund ab, und sein Signal ist in dem analogen Videosignal der Kamera leicht zu detektieren. Die Beleuchtung muss dabei nicht notwendigerweise an der Halterung der Kanalrohrinspektionsvorrichtung angebracht sein, sondern kann auch an anderer Stelle einem Gehäuse eines Kanalrohrinspektionsgerätes in bekannter Weise angebracht sein oder als separate Lichtquelle ausgestaltet sein. Wichtig ist allein, dass eine solche Beleuchtung vor der erfindungsgemäßen Messung des Kanalrohrdurchmessers ausgeschaltet wird, um die genannten Vorteile zu erzielen. Denn dann besteht das von der Kamera erfasste Bild nur noch aus dem Laserpunkt selbst. Eine noch weiter verbesserte Erkennbarkeit des Lichtpunktes ist dadurch möglich, wenn die Punktlichtquelle als eine Laserlichtquelle ausgeführt ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kanalrohrinspektionsvorrichtung besteht darin, dass sie sowohl als fahrbares als auch als schiebbares Kanalrohrinspektionsgerät ausgebildet sein kann. Damit ist sie abhängig vom jeweiligen Durchmesser des zu inspizierenden Kanalrohres flexibel einsetzbar. Ein fahrbares Gerät weist dabei Räder auf, mit Hilfe derer es im Kanalrohr bewegbar ist, während ein schiebbares Gerät eine Schiebekamera aufweist, die mit Hilfe eines Schiebestabes in dem Kanalrohr vorgeschoben werden kann. Bei letztgenannten Kameras ist der Kamerakopf selber in der Regel ebenfalls um die Längsachse oder Vorschubachse drehbar und zu dieser anwinkelbar, so dass er auf die Rohrwandung schaut.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung auch durch ein Verfahren zum Inspizieren von Kanalrohren mit dem vorstehend beschriebenen Kanalrohrinspektionsgerät mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Danach ist es vorgesehen, dass durch Auswerten eines analogen Videosignals der Kamera eine Lage des Lichtpunktes in dem von der Kamera erfassten Bild bestimmt wird, und basierend auf dieser Lage des Lichtpunktes in dem Bild die Kamera automatisch so verschwenkt wird, dass der Lichtpunkt in diesem Bild zentriert wird. Dadurch lässt sich der gesamte Messvorgang auf einfache Weise derart automatisieren, dass während der gesamten Messung keine Bedienung der Vorrichtung mehr notwendig ist. In der Folge erhöhen sich die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messung. Nach dem Verschwenken der Kamera wird deren Winkel α zur Verschubachse bestimmt und basierend auf dem bekannten Abstrahlwinkel β der Punktlichtquelle und des Abstandes a zwischen Punktlichtquelle und Kamera der Abstand der Rohrwandung von der Vorschubachse bestimmt.
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Zwar ist es grundsätzlich auch möglich, die Lage des Lichtpunktes durch Aufaddieren der Zeilen zu gewinnen, die bis zu seinem Erscheinen in dem Bild durchlaufen wurden. Besonders genau und gleichermaßen zuverlässig ist es aber, wenn eine Lage des Lichtpunktes aus einer Laufzeit des analogen Videosignals beim zeilenförmigen Aufbau des erfassten Bildes bestimmt wird. Auf Grund seiner überraschenden Einfachheit lässt sich dieses Verfahren auch leicht automatisieren. Wenn die Halterung um einen definierten Winkel γ um die Vorschubachse gedreht und das Zentrieren des Lichtpunktes in dem Bild der Kamera wiederholt wird, kann eine Rohrdurchmesserbestimmung ohne jede weitere Bedienung automatisiert ablaufen.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn eine Beleuchtung der Kanalrohrinspektionsvorrichtung ausgeschaltet wird, bevor die Lage des Lichtpunktes in dem Bild bestimmt wird, denn dadurch lässt sich das Auftreten des Punktes im analogen Videosignal der Kamera sehr leicht detektieren, da der Lichtpunkt dann die einzige Bildinformation in Form eines hellen Punktes im sonst dunklen Bild darstellt.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
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1A eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kanalrohrinspektionsvorrichtung, die fahrbar ausgestaltet ist,
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1B einen nicht-runden Querschnitt eines Kanalrohrs, in dem ausgehend von der erfindungsgemäßen Kanalrohrinspektionsvorrichtung verschiedene Abstandsmessungen angetragen sind,
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2A eine schematische Draufsicht auf ein erstes Bild, das von der Kamera der erfindungsgemäßen Kanalrohrinspektionsvorrichtung erfasst wurde, und in dem nach einer ersten Laufzeit des Videosignals ein Lichtpunkt abgebildet wird, und
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2B eine schematische Draufsicht auf ein zweites Bild, das von der Kamera der erfindungsgemäßen Kanalrohrinspektionsvorrichtung erfasst wurde, und in dem nach einer zweiten Laufzeit des Videosignals ein Lichtpunkt abgebildet wird.
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1A zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kanalrohrinspektionsvorrichtung 10, die fahrbar ausgestaltet ist. Die Vorrichtung weist eine um eine Vorschubachse F um einen Winkel α drehbare Halterung 20 und eine l um eine die Vorschubachse F der Halterung 20 schneidende Achse um einen Winkel α verschwenkbare Kamera 30 auf. Auf die Halterung 20 ist eine Punktlichtquelle 40 in Form einer Laserlichtquelle aufgesetzt, die in der Schwenkebene der Kamera 30 unter einem Winkel α zu der Vorschubachse F (Drehachse) der Halterung 20 einen Punktlichtstrahl 41 auf die Wandung des zu vermessenden Rohres wirft. Der Abstand a zwischen dem gedachten Schnittpunkt des Punktlichtstrahls 41 mit der Vorschubachse F der Halterung 20 und dem Schnittpunkt der Schwenkachse der Kamera 30 mit der Drehachse der Halterung 20 ist bekannt.
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Zur Bestimmung der Höhe h, also des Abstands zwischen der Vorschubachse F der Halterung 20 und der Rohrwandung wird die Kamera 30 mittels einer Mess- und Steuerschaltung 50 automatisch so verschwenkt, dass ihre optische Achse zu dem Lichtpunkt L weist, dieser also in dem von der Kamera 30 erfassten Bild P zentriert wird. Dabei wird der Winkel α um den die Kamera 30 verschwenkt wird, erfasst, und der Mess- und Steuerschaltung 30 zur Auswertung zugeführt. Zur besseren Bestimmbarkeit des Lichtpunktes L im Bild P wird die übliche Beleuchtung des Sichtfeldes der Kamera vor der Messung ausgeschaltet. Der Abstand h einer Kanalrohrwandung 60 von der Vorschubachse F der Halterung 20 ergibt sich dann in bekannter Art und Weise aus der vorstehend genannten Gleichung.
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Dem Lichtpunkt L in dem Bild P der Kamera 30 kommt eine besondere Bedeutung zu, denn hierzu wird erfindungsgemäß auf ein analoges Videosignal S (siehe 2) der Kamera 30 zugegriffen und dessen Laufzeit Δt bis zum Erscheinen des Lichtpunktes L gemessen. Da die Beleuchtung zuvor ausgeschaltet wurde, stellt der Lichtpunkt P die einzige Bildinformation im sonst dunklen Bild dar, welche leicht detektierbar ist. Aus der Laufzeit kann exakt bestimmt werden, wo sich die Lage des Lichtpunktes P im dem von der Kamera 30 erfassten Bild P befindet. Da dies mit Hilfe einer einfachen Schaltung möglich ist, kann auf eine zusätzliche Recheneinheit wie z.B. einen PC verzichtet werden. Gleichzeitig lässt sich der Messvorgang vollständig automatisieren, so dass die Handhabung der Vorrichtung 10 deutlich vereinfacht wird, Fehlereinflüsse durch einen Bediener vermieden werden und zudem eine schnellere Messung möglich wird.
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Die Vorrichtung 10 ist in diesem Beispiel mit einem Fahrwerk 70 versehen, an dem die Halterung 20 drehbar angebracht ist. Das so entstehende Kanalrohrinspektionsgerät 80 ist insbesondere zum Inspizieren von Kanalrohrwänden 60 von Rohren größeren Durchmessers geeignet. Zum Inspizieren kleinerer Rohre ist aber grundsätzlich auch möglich, die Vorrichtung 10 schiebbar auszugestalten.
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Um bei einem kreisrunden Rohr den Durchmesser zu bestimmen, ist die Halterung 20 um 180° zu verdrehen und der Messvorgang zu wiederholen, was ebenso automatisiert ablaufen kann. Der Durchmesser ergibt sich dann aus der Summe der beiden Messergebnisse; in der Praxis werden allerdings regelmäßig wenigstens drei Messungen unter unterschiedlichen Winkeln erfolgen, da nicht sichergestellt ist, dass sich die Vorrichtung 10 genau in der Mitte des Rohres befindet. Insgesamt ergibt sich damit eine vollständig automatisierte Durchmesserbestimmung des Rohres, die gleichsam genau, zuverlässig und sozusagen auf Knopfdruck' durchführbar ist.
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Zum Vermessen von nicht-runden Rohren müssen eine Mehrzahl, also mindestens drei Messungen erfolgen, wie in 1B gezeigt ist. Diese Figur zeigt einen nicht-runden Querschnitt eines Kanalrohrs, in dem ausgehend von der erfindungsgemäßen Kanalrohrinspektionsvorrichtung (angedeutet ist Lage der Halterung 20) verschiedene Abstandsmessungen h1, h2 und h3 angetragen sind. Der Drehwinkel γ der Halterung 20 zusammen mit der Kamera 30 und der Laserlichtquelle 40 ist gegenüber der Horizontalen H angegeben. Die Algorithmen zur Bestimmung des Innenprofils des Rohres aus den Messungen sind dem Fachmann bekannt. Die Ermittlung des jeweiligen Schwenkwinkels a der Kamera 30 und des Drehwinkels γ der Halterung 20 erfolgt in üblicher Weise z. B. durch ein auf die jeweiligen Achsen aufgesetztes Potentiometer oder aber einen Winkel-Kodierer.
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Die 2A zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erstes Bild P, das von der Kamera 20 der erfindungsgemäßen Kanalrohrinspektionsvorrichtung 10 erfasst wurde, und in dem nach einer ersten Laufzeit Δt1 des Videosignals S ein Lichtpunkt L abgebildet wird. Aus dieser Laufzeit Δt1 wird nun mit Hilfe der Mess- und Steuerschaltung 50 die Lage des Lichtpunktes L bestimmt, der hier horizontal mittig, vertikal aber nach oben verschoben liegt. Die Kamera 30 wird in der Folge in Richtung C verschwenkt, bis der Lichtpunkt L im Bild P zentriert ist, dabei wird der Schwenkwinkel a erfasst.
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Die 2B zeigt eine schematische Draufsicht auf ein zweites Bild P, das von der Kamera 30 der erfindungsgemäßen Kanalrohrinspektionsvorrichtung 10 erfasst wurde, und in dem nach einer zweiten Laufzeit Δt2 des Videosignals S ein Lichtpunkt L abgebildet wird. Dieser Lichtpunkt L liegt nun horizontal nach links und vertikal nach oben verschoben im Bild P, was z.B. vorkommen kann, wenn der Lichtstrahl 41 durch Unregelmäßigkeiten der Kanalrohrwand 60 aus der Schwenkebene der Kamera 30 heraus reflektiert wird. Mit Hilfe der Mess- und Steuerschaltung 50 wird dann die Kamera 30 in Richtung C verschwenkt, so dass der Lichtpunkt L wenigstens vertikal im Bild P zentriert wird.
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In der Summe entsteht eine Kanalrohrinspektionsvorrichtung, die mit einfachen Mitteln eine vollautomatische und zuverlässig genaue Durchmesserbestimmung von Kanalrohren zulässt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kanalrohrinspektionsvorrichtung
- 20
- Halterung
- 30
- Kamera
- 40
- Punktlichtquelle
- 41
- Lichtstrahl
- 50
- Mess- und Steuerschaltung
- 60
- Kanalrohrwand
- 70
- Fahrwerk der Kanalrohrinspektionsvorrichtung
- 80
- Kanalrohrinspektionsgerät
- a
- Abstand Punktlichtquelle/Kamera
- B
- Bild der Kamera
- C
- Zentrierrichtung
- F
- Vorschubachse, Drehachse der Halterung
- H
- Horizontale Ebene
- h1, h2, h3
- Abstand Kanalrohrinnenwand/Drehachse der Halterung
- L
- Lichtpunkt
- S
- Videosignal
- α
- Winkel optische Achse Kamera/Drehachse F der Halterung
- β
- Winkel Abstrahlrichtung Punktlichtquelle/Drehachse F der
- Halterung
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- Δt1, Δt2
- Laufzeit des Videosignals
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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