DE19545185A1

DE19545185A1 - Verfahren und Einrichtung zum Positionieren oder Bestimmen der Position eines Inspektions- oder Bearbeitungsgerätes

Info

Publication number: DE19545185A1
Application number: DE1995145185
Authority: DE
Inventors: Volkmar Dipl Ing Weis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 1997-02-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Positionie ren oder Bestimmen der Position eines Inspektions- oder Bear beitungsgerätes, das sich hinter einer Wand, insbesondere im Inneren eines Rohres, befindet.

Bei der Inspektion oder Bearbeitung von Wandflächen, die von außen nicht eingesehen werden können, beispielsweise bei der Inneninspektion oder Innenbearbeitung von Behältern oder Rohrleitungen, ist die Bestimmung des Ortes an dem sich das Inspektions- oder Bearbeitungsgerät hinter der Wand befindet, beispielsweise eine in die Rohrleitung eingeführte Inspekti ons- bzw. Bearbeitungsmaschine oder ein sogenannter Rohrin nenmanipulator, erforderlich. In vielen Anwendungsfällen ist es auch notwendig, das Inspektions- oder Bearbeitungsgerät in eine vorgegebene Sollposition zu bringen, die beispielsweise durch eine vorangegangene zerstörungsfreie Prüfung, bei spielsweise eine Ultraschallprüfung, ermittelt und auf der von außen zugänglichen Seite der Wand, beispielsweise auf der Außenseite eines Rohres, markiert ist.

Der Erfindung liegt nun eine Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Positionieren oder Bestimmen der Position eine sich hin ter einer Wand befindenden Inspektions- oder Bearbeitungsge rätes anzugeben, das mit geringem Aufwand eine ausreichende Meß- bzw. Positioniergenauigkeit ermöglicht. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 2. Die zweitge nannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentan spruches 4.

Das Verfahren zum Bestimmen der Position eines Inspektions- oder Bearbeitungsgerätes, das sich hinter einer Wand, insbe sondere im Inneren eines Rohres, befindet, umfaßt gemäß der Erfindung folgende Verfahrensschritte:

a) an die vom Inspektions- oder Bearbeitungsgerät abgewande ten Oberfläche der Wand werden wenigstens zwei akustische Aufnehmer voneinander beabstandet akustisch angekoppelt,
b) mit einer am Inspektions- oder Bearbeitungsgerät gelager ten Klopfeinrichtung wird auf die dem Inspektions- oder Bearbeitungsgerät zugewandte Oberfläche der Wand geklopft,
c) die sich in der Wand ausbreitenden Schallwellen werden von den akustischen Aufnehmern empfangen,
d) eine Differenz der Laufzeit der Schallwellen zu den aku stischen Aufnehmern wird gemessen.

Das Verfahren zum Positionieren eines Inspektions- oder Bear beitungsgerätes, das sich hinter einer Wand, insbesondere im Inneren eines Rohres befindet, umfaßt gemäß der Erfindung folgende Verfahrensschritte:

a) an die vom Inspektions- oder Bearbeitungsgerät abgewande ten Oberfläche der Wand werden wenigstens zwei akustische Aufnehmer voneinander beabstandet akustisch angekoppelt,
b) mit einem am Inspektions- oder Bearbeitungsgerät gelager ten Klopfeinrichtung wird auf die dem Inspektions- oder Bearbeitungsgerät zugewandte Oberfläche der Wand geklopft,
c) die sich in der Wand ausbreitenden Schallwellen werden von den akustischen Aufnehmern empfangen,
d) eine Differenz der Laufzeit der Schallwellen zu den aku stischen Aufnehmern wird gemessen,
e) die Position des Inspektions- oder Bearbeitungsgerätes wird solange geändert, bis die Differenz der Laufzeit der Schallwellen bei erneutem Klopfen der Klopfeinrichtung ei nen vorgegebenen Wert erreicht.

Die Einrichtung zum Bestimmen der Position oder zum Positio nieren eines Inspektions- oder Bearbeitungsgerätes, das sich hinter einer Wand, insbesondere im Inneren eines Rohres be findet, enthält eine akustische Empfangseinrichtung mit we nigstens zwei akustischen Aufnehmern, die zum Empfangen von sich in der Wand in unterschiedliche Richtungen ausbreitenden Schallwellen voneinander beabstandet akustisch an eine Ober fläche der Wand koppelbar sind, sowie eine Auswerteeinrich tung zum Messen einer Differenz der Laufzeit dieser Schall wellen zu den akustischen Aufnehmern.

Durch die Verfahren oder die Einrichtung gemäß der Erfindung kann ein Inspektions- oder Bearbeitungsgerätes einfach und hinreichend genau in eine bestimmte Position gebracht oder geortet werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausfüh rungsbeispiele der Zeichnung verwiesen in deren

Fig. 1 die Erfindung schematisch in einer Übersicht veran schaulicht ist.

Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt eine bevor zugte Ausgestaltung eines zur Durchführung des Verfahrens in Rohren besonders geeigneten Stößels. In

Fig. 4 ist eine Empfangs- und Auswerteeinrichtung für die sich in der Wand ausbreitenden Schallwellen in einem Block schaltbild veranschaulicht.

Fig. 5 zeigt den Aufbau einer zur Verstärkung der von den akustischen aufnehmenden empfangenen Signale verwendeten Ver stärkungseinrichtung ebenfalls in einem Blockschaltbild.

Gemäß Fig. 1 befindet sich hinter einer Wand 2, beispielsweise im Inneren eines Rohres, ein Inspektions- oder Bearbeitungs gerät 4, dessen Position bestimmt oder das in eine vorgegebe ne Position gefahren werden muß.

Am Inspektions- oder Bearbeitungsgerät 4 ist eine Klopfein richtung 6 angeordnet, mit der gegen die Oberfläche der Wand 2 geklopft werden kann, so daß mechanisch ein sich in der Wand 2 ausbreitender Körperschallimpuls ausgelöst wird. Bei der Klopfeinrichtung 6 handelt es sich beispielsweise um ei nen elektrisch oder pneumatisch betätigbaren Stößel. Die Stelle, an der der Stößel gegen die Innenoberfläche der Wand 2 klopft stellt eine annähernd punktförmige Schallquelle dar, von der aus Schallwellen 7, 8 sich innerhalb der Wand 2 in alle Richtungen ausbreiten.

Auf der dem Inspektions- oder Bearbeitungsgerät 4 abgewandten Oberfläche der Wand 2 ist eine Empfangseinrichtung 10 ange ordnet, die im Ausführungsbeispiel zwei akustische Aufnehmer 12 und 14 umfaßt, die akustisch an die vom Inspektions- oder Bearbeitungsgerät 4 abgewandte Oberfläche der Wand 2 angekop pelt sind. Die Aufnehmer 12 und 14 haben voneinander einen vorgegebenen Abstand a, der beispielsweise 1 m beträgt. Als akustische Aufnehmer 12 und 14 sind beispielsweise piezokera mische Beschleunigungssensoren in einer Bauform geeignet, in der sie auch als Klopfsensoren für die Motorüberwachung im Automobilbau eingesetzt werden.

Das von den akustischen Aufnehmern 12 und 14 in elektrische Signale umgewandelte Schallsignal wird einer Auswerteeinrich tung 30 zugeführt, mit der gemessen wird, mit welcher Zeit differenz Δt die Schallwellen 7 und 8 von den akustischen Aufnehmern 12 bzw. 14 empfangen werden. Aus dieser Zeitdiffe renz Δt kann dann auf die Position des Inspektions- oder Be arbeitungsgerät 4 geschlossen werden. Das Inspektions- oder Bearbeitungsgerät 4 befindet sich beispielsweise dann in ei ner gewünschten Sollposition, wenn diese Zeitdifferenz Δt ei nen vorgegebenen Wert erreicht. Ist die Zeitdifferenz Δt = 0, befindet sich das Inspektions- oder Bearbeitungsgerät 4 exakt in der Mitte zwischen den beiden akustischen Aufnehmern 12 und 14. Andererseits kann auch aus der Laufzeitdifferenz Δt bei bekannter Schallgeschwindigkeit, die beispielsweise für Stahl 5920 m/s beträgt, und bekannter, für die meisten Anwen dungsfälle und für einen Abstand a 1 m vernachlässigbare Wanddicke die Position des Inspektions- oder Bearbeitungsge rät 4 berechnet werden.

Entsprechend Fig. 2 weist die Klopfeinrichtung 6 einen Stößel mit einer abgerundeten Kuppe 62 auf, deren Radius kleiner ist als der Radius der Innenoberfläche der Wand 2, um beim Klop fen gegen die Wand 2 eine punktförmige Schallquelle, und ei nen Schallimpuls mit möglichst steil ansteigender Impulsflan ke zu erzeugen.

Entsprechend Fig. 3 umfaßt die Empfangseinrichtung 10 für je den der akustischen Aufnehmer 12 und 14 eine elektrische Ver stärkungseinrichtung 16 bzw. 18, in der die von den akusti schen Aufnehmern 12 bzw. 14 erzeugten elektrischen Signale verstärkt und in einen definierten Rechteckimpuls mit fest vorgegebener Dauer umgewandelt werden, dessen Anstiegsflanke dem Zeitpunkt des Eintreffens der Schallwelle am jeweiligen akustischen Aufnehmer 12 bzw. 14 entspricht (siehe Fig. 4). Die Rechteckimpulse werden einem EXKLUSIV-ODER-Gatter 32 zu geführt. Am Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Gatters 32 steht somit ein Impuls an, dessen Anstiegsflanke mit der Anstiegsflanke des von einer der beiden Verstärkungseinheiten 16 oder 18 zu erst abgegebenen Rechteckimpulses, und dessen Anstiegsflanke mit der Anstiegsflanke des von der anderen Verstärkungsein heit 18 bzw. 16 abgegebenen Rechteckimpulses zusammenfällt.

Der Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Gatters 32 ist an einem ersten Eingang eines UND-Gatters 36 angeschlossen, dessen zweiter Eingang von einem Oszillator 34, im Beispiel ein Oszillator mit einer Frequenz von 1 MHz, gespeist wird. Die am Ausgang des UND-Gatters 36 anstehenden Impulse werden in einem Zähler 38 gezählt. Die Anzahl der vom Zähler 38 gezählten Impulse entspricht dann der Zeitdifferenz Δt, mit der die Schall wellen an den akustischen Aufnehmern 12 und 14 eintreffen.

Der mit einer solchen Schaltungsanordnung ermöglichten zeit liche Auflösung entspricht bei einer Schallgeschwindigkeit von etwa 6000 m/s eine örtliche Auflösung die besser als 0.01 m ist.

Gemäß Fig. 4 enthält die Verstärkungseinrichtung 16 oder 18 für jeden der akustischen Aufnehmer 12 oder 14 einen Verstär ker 20, mit der die analogen elektrischen Signale verstärkt werden. Der Ausgang des Verstärkers 20 ist an einen Schmitt- Trigger 24 angeschlossen, dessen Triggerschwellwert von einem Schwellwertgeber 22 eingestellt werden kann. Dem Schmitt- Trigger 24 ist ein Monoflop 26 nachgeordnet, das im Ausfüh rungsbeispiel einen Rechteckimpuls erzeugt, dessen Länge etwa 10 ms beträgt.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Position eines Inspektions- oder Bearbeitungsgerätes (4), das sich hinter einer Wand (2), insbesondere im Inneren eines Rohres befindet, mit folgenden Merkmalen:

a) an die vom Inspektions- oder Bearbeitungsgerät (4) abgewandeten Oberfläche der Wand werden wenigstens zwei akustische Aufnehmer (12, 14) voneinander beabstandet akustisch angekoppelt,
b) mit einem am Inspektions- oder Bearbeitungsgerät (4) gelagerten Klopfeinrichtung (6) wird auf die dem Inspektions- oder Bearbeitungsgerät (4) zugewandte Oberfläche der Wand (2) geklopft,
c) die sich in der Wand (2) ausbreitenden Schallwellen (7, 8) werden von den akustischen Aufnehmern (12 bzw. 14) empfangen,
d) eine Differenz der Laufzeit (Δt) der Schallwellen (7, 8) zu den akustischen Aufnehmern (12, 14) wird gemessen.

2. Verfahren zum Positionieren eines Inspektions- oder Bearbeitungsgerätes (4), das sich hinter einer Wand (2), insbesondere im Inneren eines Rohres befindet, mit folgenden Merkmalen:

a) an die vom Inspektions- oder Bearbeitungsgerät (4) abgewandeten Oberfläche der Wand (2) werden wenigstens zwei akustische Aufnehmer (12, 14) voneinander beabstandet akustisch angekoppelt,
b) mit einem am Inspektions- oder Bearbeitungsgerät (4) gelagerten Klopfeinrichtung (6) wird auf die dem Inspektions- oder Bearbeitungsgerät (4) zugewandte Oberfläche der Wand (2) geklopft,
c) die sich in der Wand (2) ausbreitenden Schallwellen (7, 8) werden von den akustischen Aufnehmern (12 bzw. 14) empfangen,
d) eine Differenz der Laufzeit (Δt) der Schallwellen (7, 8) zu den akustischen Aufnehmern (12, 14) wird gemessen,
e) die Position des Inspektions- oder Bearbeitungsgerätes (4) wird solange geändert, bis die Differenz der Laufzeit (Δt) der Schallwellen (7, 8) bei erneutem Klopfen der Klopfeinrichtung (6) einen vorgegebenen Wert erreicht.

3. Inspektions- oder Bearbeitungsgerät (4), das zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Klopfeinrichtung (6) zum Klopfen auf die Oberfläche der Wand (2) versehen ist.

4. Einrichtung zum Bestimmen der Position oder zum Positionieren eines Inspektions- oder Bearbeitungsgerätes (4), das sich hinter einer Wand (2), insbesondere im Inneren eines Rohres befindet, mit einer akustischen Empfangseinrichtung (10), die wenigstens zwei akustische Aufnehmer (12, 14) enthält, die zum Empfangen von sich in der Wand (2) in unterschiedliche Richtungen ausbreitenden Schallwellen (7, 8) voneinander beabstandet akustisch an eine Oberfläche der Wand (2) koppelbar sind, sowie einer Auswerteeinrichtung (30) zum Messen einer Differenz der Laufzeit (Δt) dieser Schallwellen (7, 8) zu den akustischen Aufnehmern (12, 14).