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Die Erfindung betrifft eine Rohrinspektionsvorrichtung, wie sie insbesondere zur Untersuchung und/oder Bearbeitung von Kanalrohren Verwendung finden kann.
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Rohrinspektionsvorrichtungen sind beispielsweise in Form von Kanalrohrrobotern bzw. Kanalrohrkameras bekannt, um das Innere von Kanalrohren untersuchen und gegebenenfalls bearbeiten bzw. reparieren zu können. Dabei sind Systeme bekannt, welche in der Lage sind, eine Vermessung der Rohrgeometrie vorzunehmen, beispielsweise um passende Liner zur Kanalrohrsanierung anfertigen zu können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine solche Rohrinspektionsvorrichtung dahingehend zu verbessern, dass die Rohrgeometrie mit größerer Geschwindigkeit und größerer Genauigkeit erfasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rohrinspektionsvorrichtung, mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die erfindungsgemäße Rohrinspektionsvorrichtung ist dafür vorgesehen, ein Rohr wie eine Rohrleitung zu inspizieren und/oder zu bearbeiten. Dazu weist die Rohrinspektionsvorrichtung eine entlang einer Vorschubachse in einem Rohr bzw. einer Rohrleitung vorschiebbare Sonde auf. Erfindungsgemäß weist die Sonde eine Radarmesseinrichtung auf, welche ausgebildet ist, die Rohrgeometrie mithilfe von Radarstrahlung bzw. Radarwellen erfassen bzw. vermessen zu können. Dazu ist die Radarmessvorrichtung in einer Weise ausgebildet und angeordnet, dass Sie in einer Messrichtung quer zu der Vorschubachse einen Abstand der Radarmesseinrichtung zu zumindest einem Radarwellen reflektierenden Objekt bestimmen kann. Wenn die Sonde in ein Rohr eingeschoben ist, bildet z.B. die Rohrwandung ein solches Objekt, welches Radarwellen reflektieren kann. So kann über die Radarmesseinrichtung der Abstand zwischen der Messeinrichtung und der Rohrwandung bestimmt werden. In Kenntnis der Position der Radarmesseinrichtung im Rohr, beispielsweise weil die Sonde auf der Unterseite des Rohrs aufliegt, kann so die Gesamtform bzw. Geometrie durch Erfassen einer Mehrzahl von Messpunkten ermittelt werden. Die Verwendung von Radar zur Vermessung des Rohres hat den Vorteil, dass aufgrund der hohen Frequenz eine sehr schnelle Messung möglich ist. Diese ermöglicht es, die Gesamtform bzw. Geometrie eines Rohres mit einer hohen Abtastrate, bei welcher eine Vielzahl von Messpunkten in einer kurzen Zeitspanne erfasst wird, abzutasten. So kann die Vermessung eines Rohres während des Vorschubs der Sonde mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit erfolgen. So kann ein Rohr in kurzer Zeit bei gleichzeitig hoher Auflösung vermessen werden.
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Die Radarmesseinrichtung verwendet vorzugsweise Radarwellen mit einer Frequenz größer 20 GHz, weiter bevorzugt größer 24 GHz oder größer 50 GHz. So könnte die Frequenz beispielsweise auch im Bereich zwischen 100 und 300 GHz liegen. Eine derart hohe Frequenz hat zum einen den Vorteil, dass es zu guten Reflektionen an einer Rohrwandung kommt. Zum anderen ermöglicht die hohe Frequenz eine hohe Abtrastrate und darüber hinaus kleine Antennen, welche es ermöglichen, die Radarmesseinrichtung derart kompakt auszubilden, dass sie auch in kleine Rohrdurchmesser eingeführt werden kann. So kann die Rohrinspektionsvorrichtung vorzugsweise ausgebildet sein, um in Rohrdurchmesser von DN 100 und größer einführbar zu sein.
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Die Radarmesseinrichtung weist vorzugsweise einen Radarsender und einen Radarempfänger auf. Der Radarsender sendet Radarwellen in Richtung des zumindest einen Objektes bzw. einer Rohrwandung aus und der Radarempfänger ist in der Lage, die reflektierte Strahlung bzw. die reflektierten Wellen zu empfangen. Dabei können Radarsender und Radarempfänger beabstandet zueinander angeordnet sein, aber auch unmittelbar benachbart angeordnet sein. Weiter bevorzugt können Radarsender und Radarempfänger in Form eines Radar-Sendeempfängers ausgebildet sein, bei welchem vorzugsweise eine gemeinsame Antenne zum Aussenden und Empfangen der Radarwellen verwendet wird. Radarsender und Radarempfänger weisen geeignete Antennen, Signalerzeugungseinrichtungen sowie Signalerfassungs- und Signalauswerteeinrichtungen auf.
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Je nach Art bzw. Zustand der Rohrwandung kann es zu mehreren Reflektionen der ausgesandten Radarwellen kommen. So ist es beispielsweise denkbar, dass Radarwellen an der Rohrinnenwandung reflektiert werden, es aber zu weiteren Reflektionen an der Grenzschicht zwischen Rohraußenwandung und umgebenden Erdreich, möglichen Hohlräumen, Flüssigkeitseinlagerungen oder beispielsweise auch einem in das Rohr eingezogenen Liner kommt. Grundsätzlich kann es an jeder Grenzschicht zu Reflektionen kommen. So kann das reflektierte Radarsignal mehrere Ausschläge bzw. Peaks aufweisen. Durch geeignete Analyse bzw. Auswertung lässt sich jedoch feststellen, welchen Grenzschichten die jeweiligen Peaks zuzuordnen sind. So entspricht beispielsweise ein erster Peak der ersten Grenzschicht, d.h. der Rohrinnenwandung. Im Falle, dass ein Liner in die Rohrwandung eingezogen ist, könnte dies die Innenwandung des Liners sein. Auch könnte der erste Peak die Oberfläche einer Ablagerung kennzeichnen. Dies kann z.B. daran erkannt werden, dass der Peak nur in bestimmten Umfangsbereichen auftritt, während er in anderen Umfangsbereichen fehlt. Eine derartige detaillierte Analyse kann entweder manuell durch eine Bedienperson, vorzugsweise aber unterstützt durch eine Analyseeinrichtung bzw. Analyseelektronik oder -programm geschehen. Besonders bevorzugt erfolgt dies automatisiert. Eine solche Analyse kann in Echtzeit oder aber auch nachträglich nach der Signalerfassung auf Grundlage aller erfassten Signale geschehen.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform weist die Radarmesseinrichtung einer Auswerteelektronik auf, welche die beschriebenen Signalspitzen bzw. Peaks erkennt bzw. filtert und für diese die Abstände bestimmt. So kann es sein, dass für eine Winkellage mehrere Abstände für hintereinanderliegende Signalspitzen, d.h. mehrere hintereinanderliegende Grenzschichten des Objekts bestimmt werden. Es ist möglich, dass alle dieser Abstände für bestimmte Winkelpositionen von der Auswerteelektronik ausgegeben werden und dann im Anschluss von einer Analyseeinrichtung näher analysiert werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Analyseeinrichtung in die Auswerteelektronik integriert ist.
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Besonders bevorzugt ist die Auswerteelektronik zumindest teilweise in die Radarmesseinrichtung integriert, beispielsweise mit einem Radar-Sendeempfänger zu einer Elektronikeinheit zusammengefasst, weiter bevorzugt auf einer Leiterplatte angeordnet. So kann die Auswerteelektronik mit der Radarmesseinrichtung in die Sonde integriert sein. Die Radarmesseinrichtung und die Sonde können dann die ermittelten Abstandsignale ausgeben und in einer weiteren Analyseeinrichtung oder -elektronik können diese dann weiter verarbeitet werden und zur Anzeige gebracht und/oder dokumentiert werden.
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Die Auswerteelektronik kann beispielsweise einen Mikrokontroller, einen digitalen Signalprozessor oder einen FPGA (Field- Programmable Gate Array) verwenden. Es können jedoch alle anderen geeigneten Signalverarbeitungseinrichtungen zur Auswertung der hochfrequenten Radarsignale verwendet werden.
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Besonders bevorzugt sind Radarsensor und Radarempfänger in einem gemeinsamen Chip integriert, welcher so angeordnet ist, dass eine Abstrahlcharakteristik und Empfangscharakteristik entlang einer Achse quer zur Vorschubrichtung, vorzugsweise normal zur Vorschubrichtung realisiert ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind an der Sonde ein Radarsender und ein Radarempfänger, bevorzugt in Form eines Radar-Sendeempfängers, derart angeordnet, dass sie Radarwellen in einer Richtung quer zur Vorschubachse aussenden und empfangen. Die Richtung, das heißt die Abstrahlrichtung, in welcher die Radarwellen ausgesandt und empfangen werden, entspricht der oben genannten Messrichtung quer zur Vorschubachse. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Messrichtung normal zur Vorschubachse, das heißt die Radarwellen werden entlang einer Achse ausgesendet bzw. abgestrahlt, welche sich normal zur Vorschubachse erstreckt. Die von der Rohrwandung reflektierte Strahlung bewegt sich vorzugsweise im Wesentlichen ebenfalls in einer Richtung quer, insbesondere normal zur Vorschubachse und kann von einem geeignet platzierten Radarempfänger empfangen werden.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die Radarmesseinrichtung zumindest eine Radarlinse aufweisen, welche dazu dient, die ausgesendete und/oder empfangene Radarstrahlung in ihrer Abstrahlcharakteristik zu formen bzw. die empfange Radarstrahlung auf den Empfänger bzw. eine Antenne des Empfängers zu richten bzw. zu fokussieren. Eine solche Radarlinse, welche den Verlauf bzw. die Richtung der ausgesandten Radarwellen beeinflusst, ist im Strahlengang von Radarsender und/oder Radarempfänger gelegen. Vorzugsweise ist eine Radarlinse vorgesehen, welche im Strahlengang eines Radar-Sendeempfängers angeordnet ist und so die ausgesandte und/oder die empfangene Strahlung beeinflussen kann, um die Radarwellen gezielt in einer Richtung quer zur Vorschubachse gerichtet auszusenden und vorzugsweise in derselben Richtung reflektierte Radarstrahlung zu empfangen und auf einen Empfänger bzw. dessen Antenne zu richten.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung weist die Rohrinspektionsvorrichtung eine Auswerteelektronik auf, welcher derart ausgebildet ist, dass sie auf Grundlage ausgesandter und empfangener Radarwellen den Abstand zu zumindest einem die Radarwellen reflektierenden Objekt bestimmt. Wie oben beschrieben, ist es möglich, den Abstand zu mehreren die Radarwellen reflektierenden Objekten, insbesondere Grenzschichten zu bestimmen, indem verschiedene Signalausschläge berücksichtigt werden. Die Abstandsbestimmung kann insbesondere durch Laufzeitmessung zwischen ausgesandtem und empfangenem Signal erfolgen. Hierzu kann das Signal gegebenenfalls moduliert werden und/oder es können Phasenverschiebungen zwischen ausgesandtem und empfangenem Signal ausgewertet werden. Im Übrigen kann die Abstandsmessung unter Verwendung von Radarwellen mit jedem geeigneten Auswerteverfahren erfolgen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Radarmesseinrichtung an der Sonde um eine Drehachse derart rotierbar, dass der Abstand in verschiedenen radialen Richtung bezüglich der Drehachse bestimmbar ist. Dabei sind zumindest der Radarsender und der Radarempfänger, vorzugsweise ein kombinierter Sende-Empfänger, um die Drehachse rotierbar. Besonders bevorzugt ist die Radarmesseinrichtung so ausgebildet, dass bei einer kontinuierlichen Rotation während einer Umdrehung eine Mehrzahl von Abstandsmessungen, besonders bevorzugt in regelmäßigen Winkelschritten erfolgt, um die Umfangskontur des Innenumfanges einer Rohrwandung zu bestimmen. Wenn die Sonde gleichzeitig vorgeschoben wird, überlagert sich die Vorschubbewegung mit der Drehbewegung, sodass die Vielzahl von Messpunkten, an welchen eine Abstandsmessung erfolgt, im Ergebnis auf einer schraubenförmigen Bahn gelegen sind.
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Besonders bevorzugt erstreckt sich die Drehachse parallel zu oder entlang der Vorschubachse der Sonde. So wird die Sonde parallel oder entlang der Längsachse eines Rohres vorgeschoben und es kann eine Abstandsmessung in radialer Richtung erfolgen, wobei der Abstand von der Sonde bzw. der Radarmesseinrichtung zu der Rohrwandung an verschiedenen Winkelpositionen gemessen wird, um so die Form der Innenkontur des Rohres erfassen zu können. Besonders bevorzugt ist die Drehachse über eine Verstelleinrichtung positionierbar, sodass es möglich ist, die Drehachse im Zentrum eines Rohres bei der Untersuchung anzuordnen. So kann sichergestellt werden, dass die Radarmesseinrichtung bei ihrer Rotation in allen Winkellagen im Wesentlichen denselben Abstand zur Mittelachse des Rohres bzw. der Rohrleitung hat.
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Vorzugsweise weist die Sonde einen Drehantrieb auf, welcher die Radarmesseinrichtung um eine Drehachse, vorzugsweise kontinuierlich, rotiert. Bei dem Drehantrieb handelt es sich vorzugsweise um einen elektrischen Antriebsmotor. Der Drehantrieb weist weiter bevorzugt ein Lagemesssystem, beispielsweise ein Winkelmesssystem auf, um zu erfassen, in welcher Winkellage durch die Radarmesseinrichtung eine Abstandsmessung erfolgt, sodass der gemessene Abstand einem Drehwinkel zugeordnet werden kann. Dazu kann ein Drehwinkelgeber oder auch ein Schrittmotor als Antriebsmotor Verwendung finden. Alternativ können geeignete Lagesensoren in dem rotierenden Bauteil Verwendung finden, um die Winkellage der Radarmesseinrichtung zum Zeitpunkt einer Abstandsmessung zu erfassen. Die Auswerteeinrichtung bzw. -elektronik, wie sie vorangehend beschrieben wurde, ist dabei bevorzugt so ausgebildet, dass sie jedem Messpunkt, an welchem zumindest ein Abstand zwischen Radarmesseinrichtung und einem Objekt, wie z.B. der Rohrwandung, bestimmt wird, eine Winkellage und weiter bevorzugt eine Vorschubposition der Sonde zuordnet, um so die Geometrie des Rohres zu erfassen. All diese Daten können zu einem Datensatz zusammengefasst werden und als ein gemeinsamer Datensatz von der Auswerteeinrichtung bzw. Auswerteelektronik ausgegeben werden.
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Gemäß einer weiteren besonderen möglichen Ausführungsform der Erfindung kann die Radarmesseinrichtung an einem Kamerakopf der Sonde angebracht sein und vorzugsweise gemeinsam mit dem Kamerakopf um eine Drehachse drehbar sein. So kann auf einen separaten Drehantrieb für die Radarmesseinrichtung verzichtet werden und es kann stattdessen der Kamerakopf genutzt werden, um die Radarmesseinrichtung während des Vorschubs zu rotieren und so die Rohrgeometrie zu erfassen. Ein entsprechender Lagesensor im Kamerakopf oder Drehwinkelgeber kann darüber hinaus dazu genutzt werden, trotz der Rotation ein stets lagerichtiges Kamerabild beizubehalten. Besonders bevorzugt können die Radarmesseinrichtung bzw. deren Radarsender und Radarempfänger an einer Außenumfangswandung eines Kamerakopfes der Sonde angeordnet sein, sodass die Abstrahl- und Empfangsrichtung der Radarmesseinrichtung in radialer Richtung bezüglich der Drehachse des Kamerakopfes gerichtet ist. Der Kamerakopf ist vorzugsweise gegenüber einem feststehenden Teil der Sonde rotierbar, wobei der feststehende Teil vorzugsweise mit einer Vorschubeinrichtung zum Vorschieben der Sonde in dem Rohr versehen ist. Die Vorschubeinrichtung kann beispielsweise von einem Schiebestab oder von Antriebsrädern gebildet sein. Vorzugsweise ist auch die Auswerteelektronik als Teil der Radarmesseinrichtung mit in den Kamerakopf integriert. Besonders bevorzugt weist der Kamerakopf einen Aufnahmeraum auf, in welchen die Radarmesseinrichtung eingesetzt ist, welche vorzugsweise Radarsender, Radarempfänger und Auswerteelektronik umfasst.
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Es ist jedoch auch denkbar, die Radarmesseinrichtung in ein separates Modul zu integrieren, welches mit der Sonde verbunden werden kann. Ein solches Modul weist dann vorzugsweise einen eigenen Drehantrieb auf, um die Radarmesseinrichtung zu rotieren und Abstandsmessungen in verschiedenen Winkelpositionen zu ermöglichen. Eine solche Anordnung hätte den Vorteil, dass das Radarmesssystem auch an bestehenden Sonden nachrüstbar ist oder auch modular mit verschiedenen Sonden kombiniert werden könnte.
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Weiter bevorzugt weist die Rohrinspektionsvorrichtung eine Auswerteelektronik auf, welche mit der Radarmesseinrichtung derart zusammenwirkt, dass bei einem Vorschub der Sonde durch ein Rohr eine sich wiederholende Bestimmung des Abstandes erfolgt, besonders bevorzugt eine sich regelmäßig wiederholende Bestimmung des Abstandes erfolgt. So wird die Geometrie des Rohres erfasst. Bei kontinuierlichem Vorschub und kontinuierlicher Drehung der Radarmesseinrichtung um die Vorschubachse bzw. einer Achse parallel zur Vorschubachse, kann so eine Vielzahl von Messpunkten auf einer schraubenförmigen Bahn erfasst werden, um die Geometrie des Rohres abzubilden. Die Auswerteelektronik ist bevorzugt, wie oben ausgeführt, Teil der Radarmesseinrichtung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Rohrinspektionsvorrichtung eine Auswerteelektronik auf, welche mit der Radarmesseinrichtung derart zusammenwirkt, dass bei einem Vorschub der Sonde durch ein Rohr eine sich wiederholende Bestimmung des Abstandes mit einer auf eine Vorschubgeschwindigkeit der Sonde und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit der Radarmesseinrichtung abgestimmten Abtastrate erfolgt. So kann erreicht werden, dass eine Vielzahl von Messpunkten erfasst wird, welche im Wesentlichen regelmäßig über den Rohrverlauf verteilt sind, sodass die Gesamtgeometrie des Rohres über Umfang und Länge erfasst werden kann. Die Auswerteelektronik bzw. Auswerteeinrichtung ist, wie oben beschrieben, bevorzugt Teil der Radarmesseinrichtung bzw. integraler Bestandteil von dieser.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Sonde an einem Fahrwagen angebracht sein oder als Fahrwagen ausgebildet sein. Ein solcher Fahrwagen weist Räder auf, auf welchen er durch das Rohr fährt. Bewegt wird der Fahrwagen dabei z. B. durch elektromotorisch angetriebene Antriebsräder.
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Zusätzlich zu der Abstandsmessung kann über eine geeignet ausgebildete Radarmesseinrichtung auch die Struktur einer Rohrwandung analysiert werden. Dazu können die Radarmesseinrichtung und/oder eine verbundene Analyseeinrichtung beispielsweise so ausgebildet sein, dass Hohlräume in der Rohrwandung erfasst werden können. Dies kann z. B. beim Einsetzen eines Liners in ein Rohr von Vorteil sein, um Hausanschlüsse hinter dem Liner wiederfinden zu können, und anschließend öffnen zu können. Alternativ oder zusätzlich kann die Radarmesseinrichtung auch eingesetzt werden, andere Strukturunterschiede in der Rohrwandung, beispielsweise unerwünschte Hohlräume, Schwächungen der Struktur oder ähnliches zu erfassen. Darüber hinaus können die Radarmesseinrichtung und/oder die Analyseeinrichtung zur Strukturanalyse einer Rohrwandung auch so ausgebildet sein, dass Materialunterschiede in der Rohrwandung, Ablagerungen, Schichtdicken von Ablagerungen und/oder Auskleidungen, Unterspülungen bzw. Hohlräume oder beispielsweise Gefügeveränderungen oder Gefügeunregelmäßigkeiten durch Radaranalyse erkannt werden können. Auch könnte es alternativ oder zusätzlich möglich sein, Viskosität und/oder E-Modul eines Materials durch die Radarstrahlung zu analysieren. Dies könnte zweckmäßig sein, um die Aushärtung eines Liners in einem Kanalrohr zu begutachten. Die beschriebene Analyse erfolgt vorzugsweise in einer Analyseeinrichtung, welche in die Radarmesseinrichtung integriert oder mit dieser verbunden sein kann. Wie oben beschrieben, ist es möglich, dass die Radarmesseinrichtung lediglich die Radarsignale, welche in einer bestimmten Winkelposition der Messeinrichtung empfangen wurden, ausgibt, und die weitere Analyse extern erfolgt. In einer alternativen Ausführungsform wäre es möglich, dass bereits die Abstandsbestimmung in der Radarmesseinrichtung erfolgt und die Abstände für verschiedene Peaks an einer Winkelposition ausgegeben werden und dann in einer Analyseeinrichtung daraufhin analysiert werden, ob sie beispielsweise der Rohrinnenwandung, einer Ablagerung, einem Hohlraum oder ähnlichem zuzuordnen sind.
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Die Sonde kann als reine Beobachtungssonde mit einer oder mehreren Kameras ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Sonde zumindest ein Bearbeitungswerkzeug tragen oder an einem ein Bearbeitungswerkzeug tragenden Fahrwagen angeordnet sein. So kann die Erfassung der Geometrie des Rohres beispielsweise mit derselben Sonde oder demselben Gerät erfolgen, welches zur Bearbeitung oder Reparatur eines Kanalrohres verwendet wird. Ein Bearbeitungswerkzeug kann beispielsweise ein Fräser sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Radarmesseinrichtung mit einer Reinigungsrichtung, beispielsweise Luft- oder Wasserdüsen, welche mit einer Luft- bzw. Wasserzufuhr verbunden sind, versehen sein, um die Radarmesseinrichtung von Verunreinigungen befreien zu können. Beispielsweise kann die Radarmesseinrichtung durch eine Abdeckung, insbesondere in Form einer Radarlinse überdeckt sein und die Reinigungseinrichtung kann so angeordnet sein, dass sie die Außenoberfläche der Abdeckung frei von Verschmutzungen hält bzw. Verschmutzungen entfernen kann. So können Verfälschungen oder Störungen des Messergebnisses durch Verunreinigungen verhindert werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in diesen zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Rohrinspektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine Detailansicht eines Kamerakopfes der Rohrinspektionsvorrichtung gemäß 1,
- 3 eine Seitenansicht der Rohrinspektionsvorrichtung gemäß 1,
- 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV - IV in 3,
- 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V - V in 3,
- 6 eine Schnittansicht eines Kanalrohres mit einer darin angeordneten Rohrinspektionsvorrichtung gemäß 1 bis 5,
- 7 eine perspektivische Ansicht einer Rohrinspektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 8 eine Schnittansicht durch den Kamerakopf der Rohrinspektionsvorrichtung gemäß 7,
- 9 eine Schnittansicht eines Kanalrohres mit einer darin angeordneten Rohrinspektionsvorrichtung gemäß 7 und 8,
- 10 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Kamerakopfes für die Rohrinspektionsvorrichtung gemäß 7 bis 9,
- 11 eine Schnittansicht durch den Kamerakopf gemäß 10,
- 12 eine perspektivische Ansicht einer Rohrinspektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
- 13 eine Detailansicht des Kamerakopfes der Rohrinspektionsvorrichtung gemäß 12,
- 14 eine Schnittansicht durch die Radarmesseinrichtung in der Rohrinspektionsvorrichtung gemäß 12 und 13,
- 15 schematisch eine Radarmesseinrichtung in einer Rohrleitung, und
- 16 schematisch den Signalverlauf eines reflektierten Radarsignals.
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Die Rohrinspektionsvorrichtung gemäß 1 bis 6 ist zur Bearbeitung und Inspektion eines Kanalrohres vorgesehen. Die in 1 gezeigte Rohrinspektionsvorrichtung weist eine Sonde in Form eines Fahrwagens 2 mit angetriebenen Rädern 4 auf. An seinem hinteren Ende weist der Fahrwagen 2 eine Kupplung 6 zur Verbindung mit einem Steuer- bzw. Anschlusskabel auf. An dem in Vorschubrichtung vorderen Ende des Fahrwagens 2 ist eine Hubvorrichtung 8 angeordnet, welche in diesem Ausführungsbeispiel über eine Parallelogramm-Mechanik einen Fräskopf 10 auf und ab bewegen kann. Der Fräskopf 10 beinhaltet einen Fräsermotor mit einer Fräsachse 12 zur Aufnahme eines hier nicht gezeigten Fräswerkzeuges. In Richtung der Vorschubachse X am vorderen Ende des Fräskopfes 10 ist ein Kamerakopf 14 angeordnet. Der Kamerakopf 14 ist mit dem Fräskopf 10 über einen Drehantrieb 16 verbunden, sodass der Kamerakopf 14 relativ zu dem Fräskopf 10 um eine Drehachse D drehbar ist. Zur Drehung ist in dem Kamerakopf 14 oder in dem Fräskopf 10 ein Antriebsmotor vorgesehen, welcher vorzugsweise eine freie Drehbarkeit um mehr als 360° für den Kamerakopf 14 um die Drehachse D ermöglicht. Die Drehachse D erstreckt sich parallel zu der Vorschubachse X und über die Hubvorrichtung 8 kann die Höhenlage der Drehachse D verändert werden, sodass die Drehachse D in eine Lage, in der sie mit der Mittelachse M eines Rohres fluchtet, gebracht werden kann. Der Kamerakopf 14 weist ferner in bekannter Weise an seiner in Vorschubrichtung X vorderen Stirnseite eine Kamera 18 sowie diese umgebende Lichtquellen 20 auf.
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In den Kamerakopf 14 ist eine Radarmesseinrichtung 22 integriert. Die Radarmesseinrichtung 22 ist in diesem Beispiel seitlich an dem Kamerakopf 14 angeordnet, sodass sie eine radial zu der Drehachse D gerichtete Abstrahlrichtung A aufweist. Die Abstrahlrichtung A kann um die Drehachse D durch Drehung des Kamerakopfes 14 gedreht bzw. rotiert werden und definiert eine Messrichtung, in welcher ein Abstand gemessen werden kann. Die Radarmesseinrichtung 22 weist dazu als wesentlichen Bestandteil einen Radarchip 24 auf, welcher ein Radar-Sendeempfänger ist. Der Radarchip 24 ist von einer Radarlinse 26 an der Außenseite überdeckt. Die Radarlinse 26 fokussiert die von dem Radarchip 24 erzeugte Radarstrahlung in Richtung der Abstrahlrichtung A. In den Radarchip 24 integriert oder mit diesem verbunden ist ferner eine Auswerteelektronik, welche geeignet ist, basierend auf dem ausgesandten Radarsignal und dem empfangenen Radarsignal, beispielsweise durch Laufzeitmessung den Abstand zu einem die Radarwellen reflektierenden Objekt zu bestimmen. In einer Rohrleitung 28, wie sie in 6 gezeichnet ist, bildet die Rohrwandung 30 ein derartiges Objekt. Der Radarchip 24 beinhaltet zum Aussenden und Empfangen der Radarwellen eine oder mehrere geeignete Antennen. Wenn die Radarmesseinrichtung 22 um die Drehachse D rotiert wird, kann während der Umdrehung eine Vielzahl von Abstandmessungen vorgenommen werden, sodass eine Vielzahl von über den Umfang der Rohrwandung 30 verteilten Messpunkten erfasst wird, um an einer Position in Längsrichtung der Mittelachse M bzw. der Vorschubachse X die Rohrgeometrie im Querschnitt des Rohres zu erfassen. Bei gleichzeitigem Vorschub der Sonde, das heißt des Fahrwagens 2 mit dem daran angeordneten Kamerakopf 14, kann darüber hinaus eine Vielzahl von Messungen über die Länge der Rohrleitung 28 entlang der Mittelachse M aufgenommen werden. Überlagert wird somit eine Vielzahl von Messpunkten entlang einer schraubenförmigen Bahn aufgenommen. So kann die gesamte Rohrgeometrie der Rohrleitung 28 über deren Erstreckungsrichtung bei einer Rohrdurchfahrt erfasst werden. Der gemessene Abstand wird dabei jeweils einer Winkellage bezüglich der Drehachse D und einer axialen Position entlang der Vorschubachse X oder Mittelachse M zugeordnet, welche über geeignete Sensoren erfasst werden. Die Verwendung von Radarwellen bzw. Radarsignalen ermöglicht dabei eine sehr schnelle und hochauflösende Messung.
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Um eine Verschmutzung der Radarlinse 26 zu verhindern bzw. die Radarlinse 26 reinigen zu können, sind Reinigungsdüsen 22 an der Radarlinse 26 angeordnet, über welche Luft und/oder Wasser auf oder über die Radarlinse 26 gesprüht werden kann.
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Die 7 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Sonde als reine Inspektionsvorrichtung ohne Bearbeitungswerkzeug ausgebildet ist. Dazu ist am vorderen Ende des Fahrwagens 2 ein Kamerakopf 14' angeordnet. Dieser Kamerakopf 14' ist über einen Drehantrieb 16', welcher in den Kamerakopf 14' integriert ist, relativ zu dem Fahrwagen 2 um die Drehachse D, welche sich parallel oder in Richtung der Vorschubachse X erstreckt, drehbar. Der Kamerakopf 14' weist einen gabelförmigen Träger 34 auf, in welchem ein Kameramodul 36 um eine Schwenkachse S, welche sich normal zur Drehachse D erstreckt, schwenkbar angeordnet ist. Das Kameramodul 36 weist in bekannter Weise eine Kamera 18 mit umgebenden Lichtquellen 20 auf. Seitlich an dem Träger 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel die Radarmesseinrichtung 22' angeordnet. Diese weist einen unter einem Deckel 38 angeordneten Radarchip 24 auf. Der Deckel 38 bildet gleichzeitig die Radarlinse 26', welche von dem Radarchip 24 ausgesandte Radarwellen in Richtung der Abstrahlrichtung A fokussiert. Bei Durchfahren einer Rohrleitung 28 mit dem Fahrwagen 2 kann über die Radarmesseinrichtung 22' an dem Kamerakopf 14' eine Erfassung der Geometrie der Rohrwandung 30 in derselben Weise durch eine Vielzahl von Abstandsmessungen erfolgen, wie anhand des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 bis 6 beschrieben. Hierzu wird in diesem Ausführungsbeispiel der Kamerakopf 14' um die Drehachse D rotiert, sodass die Abstrahlrichtung A in radialer Richtung um die Drehachse D rotiert und somit der radiale Abstand zur Rohrwandung in verschiedenen Winkellagen bestimmt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel liegt die Drehachse D nicht in Flucht mit der Mittelachse M der Rohrleitung 28. Allerdings ist die Lage der Vorschubachse X relativ zu der Drehachse D bekannt, sodass hieraus die Kontur des Rohrquerschnittes bestimmt werden kann.
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Die 10 und 11 zeigen eine alternative Ausgestaltung eines Kamerakopfes 14", welcher im Wesentlichen der Ausgestaltung des Kamerakopfes 14' gemäß der zweiten Ausführungsform entspricht. In diesem Beispiel ist lediglich die Radarmesseinrichtung anders angeordnet. In dieser Alternative ist in dem Kamerakopf 14" die Radarmesseinrichtung nicht an dem Träger 34 angeordnet, sondern in das Kameramodul 36' integriert. Das Kameramodul 36' weist ebenfalls eine Kamera 18 mit umgebenen Lichtquellen 20 auf. Der Kamera 18 und deren Blickrichtung diametral entgegengesetzt (bezogen auf die Schwenkachse S des Kameramoduls 36') ist in diesem Ausführungsbeispiel die Radarmesseinrichtung 22" angeordnet, sodass deren Abstrahlrichtung bzw. Messrichtung A der Blickrichtung der Kamera 18 entgegengesetzt gerichtet ist. Die Radarmesseinrichtung 22' weist einen Radarchip 24 auf, welcher von einer Radarlinse 26" zur Fokussierung der Radarwellen in der Abstrahlrichtung A überdeckt ist. Die Messung der Kontur bzw. der Geometrie in der Rohrleitung 28 erfolgt in entsprechender Weise, wie sie vorangehend beschrieben wurde. Dazu wird das Kameramodul 36 bei dieser Ausgestaltung um die Schwenkachse S so verschwenkt, dass die Kamera 18 und die Radarmesseinrichtung 22 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse D blicken, das heißt die Abstrahlrichtung A radial zur Drehachse D gerichtet ist. Zur Abstandsmessung in verschiedenen Winkellagen kann auch bei dieser Ausführungsform der Kamerakopf 14' um die Drehachse D rotiert werden.
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Die 12 bis 14 zeigen eine Abwandlung einer Rohrinspektionsvorrichtung gemäß 1 bis 6. Diese dritte Ausführungsform unterscheidet sich dadurch, dass die Radarmesseinrichtung nicht in den Kamerakopf 14 integriert ist, sondern als separate Radarmesseinrichtung 22''' zwischen dem Kamerakopf 14 und dem Fräskopf 10 im Bereich des Drehantriebes 16 für den Kamerakopf 14 angeordnet ist. Dazu ist die Radarmesseinrichtung 22''' in eine drehbare Hülse 40 integriert, welche um die Drehachse D drehbar ist, vorzugsweise über einen separaten Antrieb. Dabei wird eine Abstrahlrichtung A der Radarmesseinrichtung 22''' in einer Richtung normal bzw. radial zu der Drehachse D erreicht. Auch hier ist ein Radarchip 24 mit einer diesen überdeckenden Radarlinse 26''' vorhanden. An der Radarlinse 26''' ist eine Reinigungsdüse 32 angeordnet, um die Radarlinse 26''' mit Luft und/oder Wasser spülen zu können. Diese Ausgestaltung hat gegenüber der ersten Ausführungsform den Vorteil, dass die Radarmesseinrichtung 22''' unabhängig von dem Kamerakopf 14 um die Drehachse D gedreht werden kann. So kann eine Radarmessung der Rohrkontur durch Rotation der Hülse 40 mit der Radarmesseinrichtung 26''' durchgeführt werden und gleichzeitig der Kamerakopf 14 mit der Kamera 18 in einer gewünschten Winkellage bezüglich der Drehachse D gehalten werden.
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Anhand der 15 und 16 wird grundsätzlich die Art der Abstandsbestimmung erläutert. Die Radarmesseinrichtung 22 strahlt die Radarwellen in der Abstrahlrichtung A radial in Richtung der Rohrwandung 30 ab. Da das Radarsignal nicht vollständig an der ersten Oberfläche, auf welche es auftritt, reflektiert wird, sondern vielmehr auch an dahinterliegenden Grenzschichten reflektiert wird, ist eine Analyse der Struktur der Rohrwandung möglich. Dabei können verschiedene Abstände bestimmt werden. Im Beispiel in 15 befindet sich eine Ablagerung 42 auf der Rohrwandung 30. Ferner ist die Rohrleitung 28 von Erdreich 44 umgeben. Das in der Abstrahlrichtung A abgestrahlte Radarsignal trifft somit auf mehrere Grenzschichten. Die erste ist die Oberfläche 46 der Ablagerung 42. Die zweite Grenzschicht wird von der Rohrwandung 30, d.h. der Grenzschicht zwischen der Ablagerung 42 und der Rohrwandung 30 gebildet. Eine weitere Grenzschicht wird zwischen der äußeren Rohrwandung und dem umgebenden Erdreich 44 gebildet. Dies führt, wie in 16 gezeigt, im reflektierten Radarsignal zu mehreren Signalspitzen bzw. Peaks I., II. und III. Der Peak I. ist der erste Höchstwert bzw. die erste Signalspitze, welche der Reflektion an der Oberfläche 46 der Ablagerung 42 entspricht. Der Peak II. ist die Reflektion an der Rohrwandung 30, während der Peak III. die Reflektion an der Grenzschicht zwischen Rohrleitung 48 und Erdreich 44 darstellt. So können aus dem Signal über die Peaks drei Abstände d bestimmt werden, nämlich die Abstände d1, d2 und d3. Der Abstand d1 ist der Abstand der Oberfläche 46 von der Messeinrichtung 22, der Abstand d2 ist der Abstand der Rohrwandung 30 von der Messeinrichtung 22 und der Abstand d3 ist der Abstand der Außenwandung der Rohrleitung 48 von der Messeinrichtung 22. Diese Abstandsbestimmung kann von einer Auswerteelektronik in der Radarmesseinrichtung 22 vorgenommen werden. Dies kann durch Aufbereitung mittels FFT (Schnelle-FourierTransformation) und/oder Filterung geschehen. Nach dieser Aufbereitung erhält man normalverteilte Abstandsinformationen, welche dann von der Auswerteeinrichtung ausgegeben werden und für die weitere Analyse genutzt werden können. Die Zuordnung, ob es sich bei dem Peak um die Rohrwandung, eine Ablagerung oder eine andere Grenzschicht handelt, kann dann in einer Analyseeinrichtung vorgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Fahrwagen
- 4
- Räder
- 6
- Kupplung
- 8
- Hubvorrichtung
- 10
- Fräskopf
- 12
- Fräsachse
- 14, 14', 14''
- Kamerakopf
- 16, 16'
- Drehantrieb
- 18
- Kamera
- 20
- Lichtquellen
- 22, 22', 22'', 22'''
- Radarmesseinrichtung
- 24
- Radarchip
- 26, 26', 26'', 26'''
- Radarlinse
- 28
- Rohrleitung
- 30
- Rohrwandung
- 32
- Reinigungsdüse
- 34
- Träger
- 36, 36`
- Kameramodul
- 38
- Deckel
- 40
- Hülse
- 42
- Ablagerung
- 44
- Erdreich
- 46
- Oberfläche
- I., II., III.,
- Peaks
- d1, d2, d3
- Abstände
- I (in Fig. 16)
- Intensität
- X
- Vorschubachse
- D
- Drehachse
- M
- Mittelachse
- A
- Abstrahlrichtung
- S
- Schwenkachse
