DE102017000680B4

DE102017000680B4 - Inspektionsvorrichtung für Rohre

Info

Publication number: DE102017000680B4
Application number: DE102017000680.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Gejos Gmbh
Current assignee: GEJOS SERVICE GMBH, DE
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2037-01-27
Also published as: DE102017000680A1; DE202016000435U1

Abstract

Inspektionsvorrichtung für Rohre, insbesondere Kanalrohre, wobei mindestens eine Strahlquelle (4), insbesondere mit einem Punktstrahl, vorgesehen ist, die vorzugsweise rundum drehbar zur Zentralachse (6a) des Rohres (6) gelagert und auf die Innenwand (6b) des Rohres (6) ausgerichtet ist, wobei benachbart zur Strahlquelle (4) wenigstens ein Detektor (7) mit einer Vielzahl von Erfassungsbereichen (7a, 7b, 7c,....), insbesondere linienförmig angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (7) an einem Kamerakopf (5) mit einer Drehachse (5a) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Inspektionsvorrichtung für Rohre, insbesondere Kanalrohre, mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Inspektionsvorrichtung ist aus der DE 102 09 953 A1 bekannt. Dort wird die Verschleißmessung, insbesondere bei Waffenrohren beschrieben. Eine Inspektion von Kanalrohren mit einem sog. Kamera-Fahrwagen zum Durchfahren des Kanals ist z. B. aus der DE 203 08 761 U1 bekannt. Hierbei wird zur Feststellung von Deformationen der Rohrwand ein Videobild ausgewertet, das mit einer am Fahrwagen befestigten Kamera gewonnen wird. Die Auswertung des Videobildes zur Erfassung von Durchmesser-Änderungen bedarf jedoch einer erheblichen Rechenleistung, so dass selbst bei niedriger Auflösung ein hoher Zeitaufwand entsteht.
Dies gilt auch für eine Inspektionsvorrichtung mit einer Kamera gemäß der DE 43 13 104 A1 . Die dort beschriebene Fernseh- oder Videokamera weist zwei Lasermodule auf, die zwei parallele, gebündelte Lichtstrahlen auf die zu detektierende Wandfläche richten. Hierbei sollen sich auch die Dimensionen des auf dem Videomonitor abgebildeten Risses abschätzen lassen. Neben der umständlichen Erfassung mit jeweils neuer Justierung der Kamera ist zudem der Bauaufwand und Platzbedarf eines derartigen Kameraträgers erheblich. Dies gilt auch für Inspektionsvorrichtungen gemäss der DE 10 2012 204 498 A1 oder der DE 26 54 020 A1 .
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Inspektionsvorrichtung zu schaffen, die eine Durchmesser- bzw. Profilerfassung eines Rohres bzw. Kanals wesentlich vereinfacht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Somit wird eine Inspektionsvorrichtung für Rohre vorgeschlagen, insbesondere für Kanalrohre mit einem Fahrwagen, wobei auch die Anbringung an einem Schiebegestell, einer Schiebeeinheit od. dgl. möglich ist. Es wird hierbei eine Überwachungskamera verwendet, um die Bewegung im Kanalrohr zu beobachten und z. B. Hindernisse erkennen zu können. Zur Erfassung von Durchmesserabweichungen ist erfindungsgemäß eine Strahlquelle vorgesehen, die vorzugsweise rundum drehbar zur Zentralachse des Rohres bzw. Kanals gelagert und auf die Innenwand des Rohres ausgerichtet ist. Anstatt der bislang üblichen Videokamera ist nunmehr benachbart zur Strahlquelle (insbesondere mit einem Punktstrahl) ein einfacher Detektor mit einer Vielzahl von (bevorzugt linienförmigen) Erfassungsbereichen angeordnet. Mit diesem Detektor (auch in Art einer Mehrfachanordnung möglich) in Art eines Zeilensensors wird die Vermessung der Rohrwand, insbesondere des Innen-Durchmessers wesentlich vereinfacht. So kann auch der Detektor drehbar sein und die Strahlquelle ortsfest oder begrenzt drehbar sein.
Zur kostengünstigen Gestaltung der Inspektionsvorrichtung wird als (Punkt-) Strahlquelle ein Lasermodul bzw. sog. Laserpointer eingesetzt. Diese Punktstrahlquelle ist bevorzugt zur Zentralachse des Rohrs in einem Winkel angeordnet, insbesondere in einem Winkel von ca. 85° bis 90° ausgerichtet. Dabei kann der Winkel zwischen Punktstrahlquelle und Zentralachse auch eingestellt werden, insbesondere ferngesteuert. Damit lässt sich der Strahlengang etwa auf den Mittelbereich des Detektors ausrichten, um beim Messdurchgang mit schraublinienförmiger Abtastung der Innenwand entsprechende Plus-/Minus-Abweichungen des Innendurchmessers zu erfassen. Anstatt einer Laserstrahlung kann auch Radar, Infrarot oder ähnliche, eng gebündelte, fächerförmige Strahlung verwendet werden, sofern diese eine zumindest teilweise Reflektion von der Innenwand zulassen. Weiterhin können der Detektor und die (Punkt-) Strahlquelle auch in der Querschnittsebene des zu inspizierenden Rohres benachbart bzw. geringfügig versetzt angeordnet sein.
Zum einfachen Aufbau der Inspektionsvorrichtung ist der Detektor an einem Kamerakopf mit einer Drehachse angeordnet, insbesondere in einem Rotorgehäuse, das separat von der Kamera oder auch gemeinsam mit dieser um 360° rundum drehbar ist. Zudem weist die Inspektionsvorrichtung bzw. deren Fahrwagen eine Hebeeinheit auf, so dass die Drehachse der Punktstrahlquelle und des Detektors zumindest weitgehend auf die Zentralachse des zu inspizierenden Rohres einstellbar ist. Dies kann vor Beginn der Inspektion zunächst durch einen Umlauf ohne Vorschub erfolgen. Nach der Einstellung auf die Zentralachse braucht der Detektor keine Absolutwerte mehr erfassen, sondern nur noch Relativwerte als Abweichung von der „idealen“ Zylinderform des Rohrs. Dabei reicht aus, dass der Detektor mit z. B. zeilenförmig angeordneten 500 Pixel Hell-/Dunkel-Unterschiede erfasst, so dass insgesamt die Auswertung sehr einfach und schnell erfolgen kann. Dabei können die Signale des Detektors bei ihrer Auswertung auch einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden, also z. B. sog. „Ausreißer“ ausgefiltert werden oder statistische Mittelwertbildungen vorgenommen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Fahrwagens mit Kamera;
2 eine vergrößerte Darstellung der Inspektionsvorrichtung nach 1; und
3 eine alternative Ausführung der Inspektionsvorrichtung.

Die Inspektionsvorrichtung 1 weist hier einen Fahrwagen 2 auf, bevorzugt mit einer Hebeeinheit 3, wie diese in der DE 20 2014 004 259 U1 des Anmelders beschrieben ist. Die Hebeeinheit 3 dient zur Anpassung an verschiedene Rohrdurchmesser und ist hier als Schwenkhebel mit zwei Schwenkachsen 3a und 3b ausgerüstet. An der oberen Schwenkachse 3b ist ein Kamerakopf 5 mit einer an sich bekannten, eingebauten Videokamera befestigt, um den Fahrwagen 2 ferngesteuert unter Sichtkontrolle an einem Monitor im Kanal zu verfahren. Hierbei werden meist Lichtstrahler (hier durch Pfeile angedeutet) verwendet, um das Vorfeld des Fahrwagens 2 und der Kamera 5 auszuleuchten.
Benachbart zum Kamerakopf 5 ist eine Strahlquelle 4 (bevorzugt mit einem Punktstrahl) angeordnet, insbesondere ein Lasermodul in Art eines sog. Laserpointers. Diese Strahlquelle 4 ist, bevorzugt am Kamerakopf 5 oder einem Drehgehäuse 5b, um eine Drehachse 5a rotierend gelagert und damit um 360° rundum drehbar, so dass die Innenwand 6b des Rohres 6 bei sich langsam bewegenden Fahrwagen 2 (oder einer Schiebeeinheit) in einer Schraubenlinie abgetastet wird. Der Laserstrahl ist hier bevorzugt mit ca. 85° zur Zentralachse 6a ausgerichtet, also etwas zur Fahrtrichtung vorgeneigt. Dieser Strahlwinkel bzw. die Ausrichtung der Punktstrahlquelle 4 kann auch ferngesteuert variiert werden, insbesondere zur Anpassung an verschiedene Vorschubgeschwindigkeiten des Fahrwagens und/oder Rohrdurchmesser. Zu dieser Verschwenkung ist die Punktstrahlquelle 4 bevorzugt in einer Vertiefung des Kamerakopfes 5 bzw. des Drehgehäuses 5b gelagert.
Benachbart hierzu ist hier an der Oberseite des Kamerakopfes 5 ein Detektor 7 in Art eines einfachen Zeilensensors angeordnet, der die Reflektionsstrahlung von der Innenwand 6b erfasst. Der Detektor 7 weist hier in Zeilen- oder Linienform z. B. 500 Erfassungsbereiche (Pixel) auf, so dass im hier schematisch dargestellten, mittleren Strahlengang (für einen Durchmesser d2) der mittlere Erfassungsbereich 7b angesprochen wird. Wenn sich der Durchmesser der Innenwand 6b wegen einer Deformation verringert, wird der hier linke Erfassungsbereich 7a des Detektors 7 angesprochen. Falls sich die so vermessene Rohr-Innenwand 6b vergrößert (z. B. durch einen Riss oder Ausbruch, wie in 2 mit dem Durchmesser d3 angedeutet), wird tendenziell der hier rechte Detektor-Bereich 7c angesprochen. Je nach gewünschter Messgenauigkeit kann der Detektor 7 auch tausend oder mehr Pixel aufweisen, wobei derartige Zeilensensoren im Handel preiswert zu erwerben sind. Die Auswertung gestaltet sich besonders einfach, da nur die angesprochenen Erfassungslinien digital abzufragen sind und deren Signale aufgrund der vorgegebenen Geometrie trigonometrisch ausgewertet werden können. Somit ergibt sich nicht nur eine qualitative Inspektion, sondern auch eine einfache quantitative Erfassung, z. B. von Rissbreiten, Ausdehnung von Fehlstellen oder Abplatzungen der Innenwand.
Diese kontinuierliche Auswertung kann unter Sichtsteuerung mit der Kamera 5 erfolgen, z. B. bei einer vermuteten Fehlstelle die Inspektionsvorrichtung mit der Hebeeinheit 3 näher an die Innenwand herangefahren werden. Somit wird die optische Kamera 5 nicht mehr für die Erfassung von Deformationen verwendet, sondern durch die Strahlquelle 4 mit zugeordnetem Detektor 7 ersetzt, deren Auswertung erheblich einfacher durchzuführen ist.
Wie erwähnt, kann mit der Hebeeinheit 3 die Drehachse 5a mit der Zentralachse 6a des Rohres 6 zumindest weitgehend in Übereinstimmung gebracht werden, also der Hebearm aus der in 1 gezeigten oberen Stellung etwas abgesenkt werden. Dies kann vor der eigentlichen Messung durch einen oder zwei Umläufe des Drehgehäuses 5b um die Drehachse 5a erfolgen. Nach dieser „Zentrierung“ kann der Vorschub des Fahrwagens 2 (mit Signal- und Versorgungsleitung 2a) eingeschaltet werden, so dass die Abtastbewegung der Strahlquelle 4 an der Rohr-Innenwand 6b eine Schraublinienform aufweist und pro Umlauf z. B. 180 Messwerte am Detektor 7 liefert, welche über die Signal- und Versorgungsleitung 2a an einen Auswerteplatz übertragen werden. Die Signalübertragung kann auch drahtlos (per Funk) erfolgen.
In 3 ist eine alternative Ausführung im Querschnitt gezeigt, wobei der Detektor 7 und die Strahlquelle 4 in der Querschnittsebene des zu inspizierenden Rohres benachbart bzw. geringfügig zueinander versetzt angeordnet sind. Der Zeilensensor weist auch hier eine Vielzahl von Erfassungsbereichen 7a, 7b, 7c usw. auf, die je nach Durchmesser der angestrahlten Innenwand 6b angesprochen werden. Die Drehung des Drehgehäuses 5b (hier in Art eines Zahnkranzes) um die Drehachse 5a erfolgt hier durch einen Motor M. Die Zentralachse 6a des Rohres 6 ist auch hier weitgehend gleich zur Drehachse 5a, kann jedoch auch davon abweichen. Dies wird bei der Auswertung entsprechend berücksichtigt. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit können auch mehrere der beschriebenen „Laserpointer“ vorgesehen sein, z. B. spiegelbildlich um 180 ° versetzt in 3 oder auch in Längsrichtung einer Schiebekamera oder des Fahrwagens 2, z. B. mit einem Detektor 7 im Frontbereich (wie in 1) und einem zweiten Detektor am Heckbereich.
Diese Inspektionsvorrichtung kann auch zum Vermessen von ovalen Rohren eingesetzt werden, wobei dann mehr Messvorgänge durchzuführen sind. Die Bestimmung des Innendurchmessers oder allgemeiner des Rohrprofils erfolgt durch an sich bekannte trigonometrische Berechnungssoftware.

Claims

Inspektionsvorrichtung für Rohre, insbesondere Kanalrohre, wobei mindestens eine Strahlquelle (4), insbesondere mit einem Punktstrahl, vorgesehen ist, die vorzugsweise rundum drehbar zur Zentralachse (6a) des Rohres (6) gelagert und auf die Innenwand (6b) des Rohres (6) ausgerichtet ist, wobei benachbart zur Strahlquelle (4) wenigstens ein Detektor (7) mit einer Vielzahl von Erfassungsbereichen (7a, 7b, 7c,....), insbesondere linienförmig angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (7) an einem Kamerakopf (5) mit einer Drehachse (5a) angeordnet ist.
Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle (4) ein Lasermodul (Laserpointer) ist.
Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle (4) zur Zentralachse (6a) in einem Winkel ausgerichtet ist, bevorzugt in einem Winkel von ca. 85 - 90°.
Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen Strahlquelle (4) und Zentralachse (6a) einstellbar ist, insbesondere ferngesteuert.
Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektionsvorrichtung (1) einen Fahrwagen mit Hebeeinheit (3) aufweist oder in Form einer Distanzhülse in einem Drehgehäuse (5b) eingebaut ist, bevorzugt als Schiebeeinheit.
Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (5a) der Strahlquelle (4) und des Detektors (7) zumindest weitgehend auf die Zentralachse (6a) des zu inspizierenden Rohres (6) einstellbar ist.
Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (7) Hell-/Dunkel-Unterschiede erfasst.
Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale des Detektors (7) bei ihrer Auswertung einer Plausibilitätsprüfung unterzogen sind.