DE102019104284A1

DE102019104284A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Kartieren eines Einlaufs

Info

Publication number: DE102019104284A1
Application number: DE102019104284.4A
Authority: DE
Inventors: Axel Spering
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-08-20
Also published as: US20200263826A1; US11549632B2

Abstract

Offenbart ist zunächst eine Vorrichtung zum Kartieren eines Einlaufs (3) in einen rohrförmigen Kanal (2), mit einem Kanalroboter (4), der eine Basiseinheit (8) mit einem Fahrwerk zum Fahren in dem Kanal (2), einen Schwenkarm (9) an der Basiseinheit (8) und an dem Schwenkarm (9) einen Zeiger (10) und eine mit Blickrichtung (27) auf den Zeiger (10) gerichtete Kamera (11) aufweist, mit einer Steuereinrichtung, und mit einer Leitung zwischen der Steuereinrichtung und der Basiseinheit (8) für Steuersignale der Steuereinrichtung zum Positionieren der Basiseinheit (8) in dem Kanal (2) und zum Schwenken des Schwenkarms (9) um eine Längsachse (14) der Basiseinheit (8) und des Zeigers (10) zu dem Einlauf (3), und für ein von der Kamera (11) aufgezeichnetes Urbild des Zeigers (10) zu der Steuereinrichtung. Offenbart ist weiterhin ein Verfahren für den Einsatz einer solchen Vorrichtung.Um das Wiederauffinden des Einlaufs (3) nach Sanierung des Kanals (2) mittels Liner zu vereinfachen wird vorgeschlagen, dass ein an der Kamera (11) angebrachter Lagesensor (21) einen Urwinkel (29) zwischen Erdbeschleunigung (26) und der Blickrichtung (27) erfasst und an die Steuereinrichtung übermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zum Kartieren eines Einlaufs in einen rohrförmigen Kanal, mit einem Kanalroboter, der eine Basiseinheit mit einem Fahrwerk zum Fahren in dem Kanal, einen Schwenkarm an der Basiseinheit und an dem Schwenkarm einen Zeiger und eine mit Blickrichtung auf den Zeiger gerichtete Kamera aufweist, mit einer Steuereinrichtung, und mit einer Leitung zwischen der Steuereinrichtung und der Basiseinheit für Steuersignale der Steuereinrichtung zum Positionieren der Basiseinheit in dem Kanal und zum Schwenken des Schwenkarms um eine Längsachse der Basiseinheit und des Zeigers zu dem Einlauf, und für ein von der Kamera aufgezeichnetes Urbild des Zeigers zu der Steuereinrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren für den Einsatz einer solchen Vorrichtung.
DE 10 2010 044 465 A1 schlägt vor, in einer Vorrichtung und einem Verfahren der vorgenannten Art mittels eines Neigungssensors an der Basiseinheit deren Relativstellung zur Richtung der Erdbeschleunigung zu ermitteln, um eine Fehlstellung des Kanalroboters im Kanal beim Wiederauffinden eines kartierten Einlaufs nach der Sanierung des Kanals mittels Liner zu vermeiden.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Wiederauffinden des Einlaufs nach der Sanierung des Kanals mittels Liner zu vereinfachen.
Lösung
Ausgehend von der bekannten Vorrichtung wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass die Kamera einen Lagesensor aufweist zum Erfassen eines Urwinkels zwischen Erdbeschleunigung und der Blickrichtung. Der Urwinkel ist ein einfach und intuitiv zu prüfendes Merkmal der Lage eines Einlaufs in einen Kanal.
Als Lagesensor kommen insbesondere Beschleunigungssensoren (auch: G-Sensoren) in Betracht, die beispielsweise über die auf eine Testmasse wirkende Schwerkraft in einem sensoreigenen Koordinatensystem die Winkel der Erdbeschleunigung zu den Koordinatenachsen und umgekehrt die Lage dieses Koordinatensystems relativ zur Erdbeschleunigung bestimmen.
Vorzugsweise weist in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Fahrstellung des Schwenkarms auf ebenem Grund nach Kalibrierung des Lagesensors eine Hochachse des sensoreigenen Koordinatensystems in Richtung der Erdbeschleunigung, eine Längsachse des Koordinatensystems parallel und eine Querachse des Koordinatensystems quer zur Längsachse der Basiseinheit. Der Winkel der Erdbeschleunigung zu der von Längs- und Hochachse des sensoreigenen Koordinatensystems aufgespannten Ebene entspricht dann dem Winkel der Blickrichtung der Kamera zur Erdbeschleunigung in einer Projektion auf eine quer zur Kanalachse verlaufende Ebene.
Vorzugsweise ist die Kamera in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an dem Schwenkarm schwenkbar angebracht. Die Blickrichtung der Kamera kann dann auf unterschiedliche oder an dem Schwenkarm unterschiedlich geschwenkte Zeiger ausgerichtet werden.
Vorzugsweise weist der Lagesensor einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Drehratensensor auf. Beschleunigungssensoren erlauben eine genaue Bestimmung der Winkellage, wenn die Erdbeschleunigung mit allen Koordinatenachsen des sensoreigenen Koordinatensystems einen Winkel von π/4 einschließt. Die Genauigkeit sinkt dagegen mit kleineren Winkeln. Da eine Drehung des Sensors um die Richtung der Erdbeschleunigung keine Änderung der gemessenen Kräfte bewirkt, wird dann auch keine Winkeländerung erkannt. Liegt eine der Koordinatenachsen parallel zur Erdbeschleunigung, dann bewirkt eine Drehung des Sensors um diese Achse keine Änderung der Messwerte. Ein ergänzender Drehratensensor (auch: Gyrosensor) in dem Lagesensor kann ausgehend von einer Startlage - beispielsweise einer definierten Fahrstellung - des Schwenkarms jede relative Winkeländerung messen und die prinzipbedingten Messungenauigkeiten des Beschleunigungssensors korrigieren. Drehratensensoren und bewegungsunabhängige G-Sensoren werden auch jeweils als Inertialsensoren (eigentlich „Trägheitssensoren“) und Kombinationen aus beiden als Inertiale Messeinheit bezeichnet.
Vorzugsweise weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen in der Blickrichtung an der Kamera angeordneten Abstandssensor auf. Der Abstandssensor erlaubt eine exakte Bestimmung des Abstands der Kamera zu dem Zeiger. Dieser Abstand ist ein weiteres einfach und intuitiv zu prüfendes Merkmal der Lage eines Einlaufs in einen Kanal. Der Abstandssensor einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere ein Infrarot-Lasersensor sein. Infrarot-Lasersensoren erlauben eine von sichtbarem Fremdlicht unbeeinflusste Abstandsmessung. Ergänzend kann die Kamera einen Markierungslaser beispielsweise mit rotem Licht aufweisen, der parallel zu dem Abstandssensor den von dem Abstandssensor gemessenen Punkt auf dem Zeiger sichtbar markiert.
Vorzugsweise ist in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der Zeiger ein Fräskopf. Die Vorrichtung kann dann ohne Umbau nach dem Kartieren des Einlaufs und dem Sanieren des Kanals mittels Liner zum Öffnen des Liners an dem Einlauf verwendet werden.
Ausgehend von dem bekannten Verfahren wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass ein an der Kamera angebrachter Lagesensor einen Urwinkel zwischen Erdbeschleunigung und der Blickrichtung erfasst und an die Steuereinrichtung übermittelt. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausführen und zeichnet sich gleichermaßen durch die vorstehend genannten Vorteile aus.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine dem Einlauf zugeordnete Position des Kanalroboters in dem Kanal in der Steuereinrichtung gespeichert, um nach Sanierung des Kanals mittels Liner ein Positionieren des Kanalroboters zum Öffnen des Liners an dem Einlauf an derselben Position zu erleichtern.
Vorzugsweise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren der Urwinkel in der Steuereinrichtung gespeichert. In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren kann der Urwinkel nach dem Sanieren des Kanals mittels Liner zum Öffnen des Liners an dem Einlauf wieder abgerufen werden.
In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren können die Komponenten des Urwinkels in einer quer zur Kanalachse verlaufenden und einer die Kanalachse aufweisenden Ebene getrennt gespeichert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Urbild in der Steuereinrichtung gespeichert werden. Das Urbild enthält in einer optisch intuitiv zu prüfenden Form dieselbe Lageinformation des kartierten Einlaufs wie der Zahlenwert der Komponente des Urwinkels in der die Kanalachse aufweisenden Ebene.
Vorzugsweise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren der Urwinkel im Bildschirmrand des Urbildes an die Steuereinrichtung übermittelt. Diese Technik ist unter der Bezeichnung „Videodat“ allgemein bekannt. Alternativ werden die Daten des Urwinkel in der Austastlücke des Videosignals übermittelt. Diese Technik wird zur Übertragung von Teletext, dem VPS-Signal und einem digitalen Programmführer (EPG) mit dem analogen Fernsehsignal genutzt.
Vorzugsweise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren das Urbild in der Steuereinrichtung derart um den Urwinkel gedreht dargestellt, dass die Erdbeschleunigung in der Darstellung des Urbildes senkrecht verläuft. Eine solche lagerichtige Darstellung erleichtert die intuitive Erfassung der Verhältnisse im Kanal.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ausgehend von DE 10 2010 044 465 A1 ein Verfahren vorgeschlagen zum Öffnen eines Einlaufs in einen mittels Liner sanierten rohrförmigen Kanal, wobei eine Basiseinheit eines fahrbaren Kanalroboters in dem Kanal positioniert und ein Schwenkarm an der Basiseinheit derart um eine Längsachse der Basiseinheit geschwenkt wird, dass ein Fräskopf an dem Schwenkarm den Liner an dem Einlauf öffnet, und wobei eine mit Blickrichtung auf den Fräskopf gerichtete, an dem Schwenkarm angebrachte Kamera ein Bild des Fräskopfes aufzeichnet und an eine Steuereinrichtung für den Kanalroboter übermittelt, wobei der Einlauf gemäß einem der vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahren kartiert ist, der Lagesensor einen Winkel zwischen Erdbeschleunigung und der Blickrichtung erfasst und an die Steuereinrichtung übermittelt, und die Steuereinrichtung eine Abweichung des Winkels von dem Urwinkel ermittelt.
Die Kamera mit erfindungsgemäß integriertem Lagesensor eignet sich insbesondere für die Nachrüstung älterer Kanalroboter zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
2 ein Detail der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 den Kanalroboter der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
4 eine symbolische Darstellung der Position eines Einlaufs.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einem in einem leicht abschüssigen Kanal 2 an einem Einlauf 3 positionierten Kanalroboter 4, einer Steuereinrichtung 5 und einer auf einer Trommel 6 aufgewickelten Leitung 7 zwischen der Steuereinrichtung 5 und dem Kanalroboter 4. Der Kanalroboter 4 weist eine Basiseinheit 8, einen Schwenkarm 9, einen als Zeiger 10 genutzten Fräskopf und eine Kamera 11 auf. Die Basiseinheit 8 weist ein Fahrwerk 12 mit vier einzeln angetriebenen Rädern 13 auf.
Der Schwenkarm 9 ist an einem an der Basiseinheit 8 um eine Längsachse 14 der Basiseinheit 8 rotierbar angebrachten Schwenkkopf 15 um eine quer zu der Längsachse 14 verlaufende Schwenkachse 16 schwenkbar. Der Fräskopf 10 ist an dem Schwenkarm 9 um eine zu der Schwenkachse 16 parallele zweite Schwenkachse 17 schwenk- und um eine Werkzeugachse 18 des Fräskopfs 10 rotierbar. Die Kamera 11 ist an dem Schwenkarm 9 um eine gleichfalls parallel zu der Schwenkachse 16 verlaufende dritte Schwenkachse 19 schwenkbar.
Im Kameragehäuse 20 der Kamera 11 ist ein Lagesensor 21 angebracht. Der Lagesensor 21 kombiniert einen Beschleunigungssensor und einen Drehratensensor in einem hochintegrierten mikroelektromechanischen Bauteil (MEMS). Das sensoreigene Koordinatensystem 22 des Lagesensors 21 weist eine Hochachse 23, eine Längsachse 24 und eine Querachse 25 auf. Der Lagesensor 21 ist derart kalibriert, dass in einer nicht dargestellten Fahrstellung des Schwenkarms 9 und der Kamera 11 auf einer ebenen Fläche die Hochachse 23 parallel zur Erdbeschleunigung 26 verläuft und die Längsachse 24 des Lagesensors 21 in Blickrichtung 27 der Kamera 11 weist.
Die Positionierung der Basiseinheit 8 in dem Kanal 2 mittels des Fahrwerks 12, die Rotation des Schwenkkopfs 15 um die Längsachse 14, das Verschwenken des Schwenkarms 9 um die erste Schwenkachse 16, des Fräskopfs 10 um die zweite Schwenkachse 17 und der Kamera 11 um die dritte Schwenkachse 19 sowie die Rotation des Fräskopfs 10 um die Werkzeugachse 18 sind mittels der Steuereinrichtung 5 von außerhalb des Kanals 2 steuerbar.
Über die Leitung 7 werden die Antriebsenergie für das Fahrwerk 12 , zum Verschwenken des Schwenkarms 9 und der Kamera 11 sowie zum Verschwenken und Rotieren des Fräskopfs 10, die Betriebsenergie für die Kamera 11 und die Steuersignale von der Steuereinrichtung 5 zu dem Kanalroboter 4, sowie das von der Kamera 11 aufgenommene Bild und die Lageinformation des Lagesensors 21 zu der Steuereinrichtung 5 übertragen.
Zur Sanierung des Kanals 2 wird in einer ersten Befahrung mittels des Kanalroboters 4 zunächst der Einlauf 3 kartiert. Hierzu fährt ein Bediener 28 der Vorrichtung 1 mittels der Steuereinrichtung 5 optisch unterstützt durch eine Darstellung des von der Kamera 11 aufgenommene Bildes den Kanalroboter 4 in der Fahrstellung in den Kanal 2, positioniert ihn an dem Einlauf 3, schwenkt den Fräskopf 10 zu dem Einlauf 3 und speichert die Position des Kanalroboters 4, das hier aufgenommene Urbild des Einlaufs 3 mit dem daran positionierten Fräskopf 10 und die Lageinformation des Lagesensors 21 in der Steuereinrichtung 5.
Der Lagesensor 21 wird mit der Fahrstellung vor dem Verschwenken des Schwenkarms 9, des Fräskopfs 10 und der Kamera 11 als Startwert kalibriert und korrigiert die Lageinformation aus den von dem Gyrosensor gemessenen Werten.
Im nächsten Schritt wird ein Liner in den Kanal 2 eingezogen. Zum Wiederauffinden des Einlaufs 3 positioniert der Bediener 28 mittels der Steuereinrichtung 5 zunächst den Kanalroboter 4 an der gespeicherten Position, schwenkt den Schwenkarm 9 derart, dass der Lagesensor 21 wieder die gespeicherte Lageinformation misst und den Fräskopf 10 derart, dass das von der Kamera 11 aufgenommene Bild mit dem gespeicherten Urbild übereinstimmt. Das gespeicherte Urbild und das von der Kamera 11 aufgenommene Bild werden in der Steuereinrichtung 5 derart gedreht dargestellt, dass die Erdbeschleunigung 26 senkrecht verläuft.
Aus der gespeicherten Lageinformation wird durch Koordinatentransformation eine Projektion des Urwinkels 29 zwischen der Blickrichtung 27 und der Erdbeschleunigung 26 auf eine quer zu der Längsachse 14 der Basiseinheit 8 angeordnete Fläche berechnet und wie in 4 gezeigt auf einem Zifferblatt 30 markiert. Ein Zeiger 31 auf demselben Zifferblatt 30 kennzeichnet die aktuell von dem Lagesensor 21 gemessene Lageinformation. Der Bediener 28 positioniert den Fräskopf 10 derart, dass der Zeiger 31 auf die als Urwinkel 29 gekennzeichnete Position weist.
In dieser Position startet der Bediener 28 die Rotation des Fräskopfs 10 um die Werkzeugachse und öffnet damit den Liner an dem Einlauf 3.
In den Figuren sind

1: Vorrichtung
2: Kanal
3: Einlauf
4: Kanalroboter
5: Steuereinrichtung
6: Trommel
7: Leitung

8: Basiseinheit
9: Schwenkarm
10: Zeiger/Fräskopf
11: Kamera
12: Fahrwerk
13: Rad
14: Längsachse
15: Schwenkkopf
16: Schwenkachse
17: Schwenkachse
18: Werkzeugachse
19: Schwenkachse
20: Kameragehäuse
21: Lagesensor
22: Koordinatensystem
23: Hochachse
24: Längsachse
25: Querachse
26: Erdbeschleunigung
27: Blickrichtung
28: Bediener
29: Urwinkel
30: Zifferblatt
31: Zeiger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010044465 A1 [0002, 0017]

Claims

Vorrichtung (1) zum Kartieren eines Einlaufs (3) in einen rohrförmigen Kanal (2), mit einem Kanalroboter (4), der eine Basiseinheit (8) mit einem Fahrwerk (12) zum Fahren in dem Kanal (2), einen Schwenkarm (9) an der Basiseinheit (8) und an dem Schwenkarm (9) einen Zeiger (10) und eine mit Blickrichtung (27) auf den Zeiger (10) gerichtete Kamera (11) aufweist, mit einer Steuereinrichtung (5), und mit einer Leitung (7) zwischen der Steuereinrichtung (5) und der Basiseinheit (8) für Steuersignale der Steuereinrichtung (5) zum Positionieren der Basiseinheit (8) in dem Kanal (2) und zum Schwenken des Schwenkarms (9) um eine Längsachse (14) der Basiseinheit (8) und des Zeigers (10) zu dem Einlauf (3), und für ein von der Kamera (11) aufgezeichnetes Urbild des Zeigers (10) zu der Steuereinrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (11) einen Lagesensor (21) aufweist zum Erfassen eines Urwinkels (29) zwischen Erdbeschleunigung (26) und der Blickrichtung (27).
Vorrichtung (1) nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (11) an dem Schwenkarm (9) schwenkbar angebracht ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesensor (21) einen Drehratensensor aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in der Blickrichtung (27) an der Kamera (11) angeordneten Abstandssensor.
Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeiger (10) ein Fräskopf ist.
Verfahren zum Kartieren eines Einlaufs (3) in einen rohrförmigen Kanal (2), wobei eine Basiseinheit (8) eines fahrbaren Kanalroboters (4) in dem Kanal (2) positioniert und ein Schwenkarm (9) an der Basiseinheit (8) derart um eine Längsachse (14) der Basiseinheit (8) geschwenkt wird, dass ein Zeiger (10) an dem Schwenkarm (9) den Einlauf (3) anzeigt, und wobei eine mit Blickrichtung (27) auf den Zeiger (10) gerichtete, an dem Schwenkarm (9) angebrachte Kamera (11) ein Urbild des Zeigers (10) aufzeichnet und an eine Steuereinrichtung (5) für den Kanalroboter (4) übermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der Kamera (11) angebrachter Lagesensor (21) einen Urwinkel (29) zwischen Erdbeschleunigung (26) und der Blickrichtung (27) erfasst und an die Steuereinrichtung (5) übermittelt.
Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Urwinkel (29) in der Steuereinrichtung (5) gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Urwinkel (29) im Bildschirmrand des Urbildes an die Steuereinrichtung (5) übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Urbild in der Steuereinrichtung (5) derart um den Urwinkel (29) gedreht dargestellt wird, dass die Erdbeschleunigung (26) in der Darstellung des Urbildes senkrecht verläuft.
Verfahren zum Öffnen eines Einlaufs (3) in einen mittels Liner sanierten rohrförmigen Kanal (2), wobei eine Basiseinheit (8) eines fahrbaren Kanalroboters (4) in dem Kanal (2) positioniert und ein Schwenkarm (9) an der Basiseinheit (8) derart um eine Längsachse (14) der Basiseinheit (8) geschwenkt wird, dass ein Fräskopf (10) an dem Schwenkarm (9) den Liner an dem Einlauf (3) öffnet, und wobei eine mit Blickrichtung (27) auf den Fräskopf (10) gerichtete, an dem Schwenkarm (9) angebrachte Kamera (11) ein Bild des Fräskopfs (10) aufzeichnet und an eine Steuereinrichtung (5) für den Kanalroboter (4) übermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (3) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 kartiert ist, der Lagesensor (21) einen Winkel zwischen Erdbeschleunigung (26) und der Blickrichtung (27) erfasst und an die Steuereinrichtung (5) übermittelt, und die Steuereinrichtung (5) eine Abweichung des Winkels von dem Urwinkel (29) ermittelt.