DE202019003042U1 - Arrangement of modules for 3D-based optical inspection of pipelines and ducts - Google Patents
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Abstract
Anordnung von Modulen zur 3D-gestützten Inspektion von Rohren, Kanälen oder Schächten in Kanalnetzen mittels fahrbarer Erfassungseinheit von Bilddaten (3D-Bilderfassung, 2D-Bilderfassung) sowie Auswertung über Systemsteuerung (bestehend aus 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11) dadurch gekennzeichnet,
dass zur Inspektion die Erfassungseinheit (2), die mit einem 2D/3D-Erfassungsmodul mit integrierter Beleuchtung (5) und Kameratechnik bestückt und auf einem Fahrmodul (3) platziert ist, Daten optisch erfasst werden und damit eine Verknüpfung der Bilddaten mit den räumlichen Daten erfolgt,
wobei die auf dem Fahrmodul (3) platzierte Erfassungseinheit (2) mit dem 2D/3D-Erfassungsmodul (5) örtlich getrennt von der Steuer- und Auswerteeinheit der Systemsteuerung (4) agiert, indem sie draht- oder funkgebunden gekoppelt ist, wobei die Module der Anordnung über geeignete Sensortechnik eine Positionsrückführung und Lagedetektion zur ortgenauen Detektion und Anlage von Schadensdaten durchführt,
wobei die Bilddaten jeweils getrennt oder kombiniert nach räumlichen Daten und Abbildungen ausgewertet werden,
wobei die Anordnung über die Systemsteuerung (4) und die Bedien- und Visualisierungseinheit (9) als Schnittstelle (Interface) bedient wird, indem die Verknüpfung der Objektinformationen der Schadensfälle zumindest teilautomatisiert vorgenommen wird,
wobei aus den Raumbilddaten mit dem Modul Höhenprofile (6) Daten geometrischer Gegebenheiten ermittelt werden,
wobei mit dem Modul Farbbildverarbeitung (2D-Bilddatenverarbeitung) (7) die 2D-Daten färb- und formbezogen klassiert werden,
wobei die mittels formen- und farbbasierter Objektdetektion (8) gefundenen Objekte mit begrenzenden Kennzeichnungen und/oder Labels versehen werden,
wobei ausgehend von den detektierten Objekten Merkmale extrahiert werden, mit denen eine Klassifizierung der Objekte anhand der Muster einer Musterdatenbank (11) erfolgt,
wobei die Musterdatenbank (11) auf die Schadensklassendatenbank (10) referenziert ist und
wobei in der Bedien- und Visualisierungseinheit (9) die Farbbilddaten, die Objektumrandungen, mit Labeling und/oder das Höhenprofil geometrisch referenziert zur Einordnung des Rohr- oder Kanalzustandes von Schäden, insbesondere bezogen auf Abweichungen zum neuwertigen Rohrzustand, vornehmlich in abgewickelter Darstellung angezeigt werden.
Arrangement of modules for 3D-based inspection of pipes, channels or shafts in sewer networks by means of mobile detection unit of image data (3D image acquisition, 2D image acquisition) and evaluation via system control (consisting of 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ) characterized,
for inspection, the detection unit (2), which is equipped with a 2D / 3D detection module with integrated lighting (5) and camera technology and placed on a driving module (3), data is optically detected and thus linking the image data with the spatial data he follows,
wherein the detection unit (2) placed on the driving module (3) interacts with the 2D / 3D detection module (5) spatially separated from the control and evaluation unit of the system controller (4) by being wirelessly or wirelessly coupled, the modules the arrangement performs a position feedback and position detection for location-accurate detection and installation of damage data via suitable sensor technology,
wherein the image data are evaluated separately or combined according to spatial data and images,
wherein the arrangement via the system controller (4) and the operating and visualization unit (9) is operated as an interface (interface) by the linkage of the object information of the damage is at least partially automated,
wherein data of geometrical conditions are determined from the spatial image data with the module height profiles (6),
wherein the 2D color data (2D image data processing) module (7) classifies the 2D data in terms of color and shape,
wherein the objects found by means of shape and color-based object detection (8) are provided with limiting markings and / or labels,
wherein, starting from the detected objects, features are extracted with which the objects are classified on the basis of the patterns of a pattern database (11),
wherein the pattern database (11) is referenced to the damage class database (10), and
wherein in the operating and visualization unit (9) the color image data, the object borders, with labeling and / or the height profile geometrically referenced to the classification of the pipe or channel state of damage, in particular based on deviations to the new pipe state, primarily in unwound representation are displayed.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Modulen zur 3D-gestützten optischen Inspektion von Schächten und Rohrleitungen, insbesondere von nicht begehbaren Leitungen und Kanälen.The invention relates to an arrangement of modules for 3D-based optical inspection of shafts and pipes, in particular of non-accessible lines and channels.
Die hier beschriebene Erfindung lässt sich dem technischen Gebiet der räumlichen bildgestützten Inspektion von röhrenförmigen Objekten, insbesondere von Rohrsystemen bzw. Abwasserkanälen zuordnen.The invention described here can be assigned to the technical field of spatial image-based inspection of tubular objects, in particular of pipe systems or sewers.
Stand der TechnikState of the art
Die Inspektion von Rohrleitungen und Kanälen stellt eine wichtige Aufgabe dar, um die Funktion von Infrastrukturen aufrechtzuerhalten. Mit Begehungen kann der bauliche Zustand größerer Schächte bzw. Kanäle erkundet werden. Dies ist bei kleineren Querschnitten nicht möglich. Zudem kann es visuell neben den genannten Platzproblemen nicht möglich oder zumutbar sein, Rohre auf ihren Zustand zu prüfen. Hierbei kommt dann Kameratechnik zur Befahrung zum Einsatz. Diese Technik ist zum einen in der Regel handgeführt und die übliche visuelle Auswertung der Befahrung ist aufwändig. Dabei spielt die Erfahrung und ständige Aufmerksamkeit des durchführenden Mitarbeiters eine entscheidende Rolle, um alle Probleme zu erfassen und mit den richtigen Diagnosen zu versehen. In jedem Fall sind die ortsbezogene Dokumentation für die Einschätzung des Kanalzustandes und die Planung von Sanierungsmaßnahmen essentiell.The inspection of pipelines and canals is an important task to maintain the function of infrastructures. With inspections, the structural condition of larger shafts or canals can be explored. This is not possible with smaller cross sections. In addition, visually it may not be possible or reasonable to test tubes in addition to the space problems mentioned. Here then camera technology is used for driving. This technique is on the one hand usually hand-guided and the usual visual evaluation of driving is complex. The experience and constant attention of the executing employee plays a crucial role in detecting all the problems and providing them with the right diagnoses. In any case, site-specific documentation is essential for assessing the condition of the canal and planning rehabilitation measures.
Für Abwasserkanäle sind Inspektionstechniken bekannt, die eine optische Begutachtung des baulichen Zustandes ermöglichen. So existieren bereits weiterentwickelte teilautomatisierte Vorrichtungen und Systeme, welche eine Auswertung an Farb- oder Schwarz-Weiß-Bildern mittels Bildverarbeitungsverfahren und die Klassifizierung mit Nearest-Neighbor-Klassifikator durchführen können. Die Kanalinnenräume werden vor Begutachtung mit einer Hochdruckspülung hinreichend frei und hindernislos gemacht, so dass fahrwagenbasierte Systeme, wie z.B. Inspektionsroboter (
In der Offenlegungsschrift (
Die gebräuchlichen Verfahren setzen bei speziellen Beleuchtungen an und führen über verbessernde Vorverarbeitungen, wie Rauschunterdrückung, Helligkeitsausgleich und nachfolgende Kantenverstärkungen zu Bildern, die über einen globalen oder lokalen Schwellwert, bzw. Werte in das gewünschte Binärbild transformiert werden. Dies ist sowohl für bekannte als auch für unbekannte Objekte möglich. Alle diese Inspektionsverfahren verlassen sich auf die Abbildung der Mantelprojektion des zu untersuchenden Schachtes bzw. Rohres. Es sind keine Systeme bekannt, die eine digitale Verknüpfung von Abbildungen des Kanals zu räumlichen Informationen bezüglich der Kanalinnenoberflächen verwenden.The conventional methods start with special illuminations and lead to improved preprocessing, such as noise suppression, brightness compensation and subsequent edge enhancement, to images that are transformed into the desired binary image via a global or local threshold or values. This is possible for both known and unknown objects. All of these inspection methods rely on the projection of the jacket projection of the shaft or pipe to be examined. No systems are known that use digital linking of images of the channel to spatial information regarding the channel interior surfaces.
Technische AufgabeTechnical task
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung von Modulen zur 3D-gestützten optischen Inspektion von Rohrleitungen, Kanälen oder Schächten zu schaffen, mit welcher die Detektion von Schäden jeglicher Art auf Basis von Texturen und deren räumlicher Strukturen durchgeführt werden kann. Der ausschlaggebende Ansatz wird in der Verbesserung der Interpretierbarkeit von Strukturen und Schäden mittels Integration von 3D-Informationen sowie der Möglichkeit einer automatisierten Detektion gesehen. Dies wird durch das Referenzieren beider bildgebender Räume und die lage- und orientierungstechnische Rückführung eindeutig möglich. Basis für eine genaue Schadstellendetektion bildet die Rückführbarkeit der Position und der Orientierung, die das Fahrmodul zur Verfügung stellt.The invention has for its object to provide an array of modules for 3D-based optical inspection of pipes, channels or shafts, with which the detection of damage of any kind based on textures and their spatial structures can be performed. The key approach is to improve the interpretability of structures and damage by integrating 3D information and the possibility of automated detection. This is clearly possible by referencing both imaging spaces and the position and orientation feedback. The basis for accurate damage detection is the traceability of the position and the orientation provided by the driving module.
Die Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.The problem is solved with the features listed in the
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder. In Anspruch 8 werden die wesentlichen Bestandteile der Anordnung aufgeführt.The dependent claims give advantageous embodiments again. In
Die Erfindung schlägt vor, durch das zusätzliche Erfassen von 3D-Informationen zum einen eine Analyse mittels einfacher automatisch auswertbarer Zustandsinformationen und zum anderen die visuelle Nachkontrolle sicher zu ermöglichen. Mit der Kombination der Erfassungsverfahren geht der Bedarf einher, beispielsweise Anhaftungen von Korrosionen unterscheiden zu können. Mit den ermittelten Daten können die tatsächlichen Verhältnisse eindeutig beurteilt werden.The invention proposes, by additionally acquiring 3D information on the one hand, to enable an analysis by means of simple, automatically evaluable status information and, on the other hand, to reliably ensure visual follow-up. With the combination of the detection method goes the Need to be able to distinguish, for example, adhesions of corrosion. With the determined data the actual conditions can be clearly judged.
Nachfolgend soll die Anordnung von Modulen beispielhaft anhand der beigefügten Figuren, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, erläutert werden. Es zeigt
-
1 die Erfassungseinheit in einem Kanalabschnitt und -
2 ein Blockschaltbild mit den Modulen und Komponenten.
-
1 the detection unit in a channel section and -
2 a block diagram with the modules and components.
In
Die Erfassungseinheit (
Zur Inspektion wird der Kanal (
Die Inspektionsfahrt erfolgt mit der vorgesehenen Systemsteuerung (
Dabei ist es von Bedeutung, dass zwischen räumlichen Daten, insbesondere 3D-Informationen, räumliche Vermessungsinformationen oder Raumbilddaten und Abbildungen, insbesondere visuelle Analysedaten oder Farbbildinformationen unterschieden wird und diese getrennt oder in Kombination ausgewertet werden.It is important that a distinction is made between spatial data, in particular 3D information, spatial surveying information or spatial image data and images, in particular visual analysis data or color image information, and these are evaluated separately or in combination.
Die räumlichen Daten führen zur Bewertung von geometrischen Gegebenheiten an den Wandinnenflächen, wie etwa Höhen und Volumina von z.B. Anhaftungen, Ausbrüchen oder Abtragungen. Aus den räumlichen Bilddaten können mit dem Modul Höhenprofil (
Bei der 2D-Bildverarbeitung (
In Kombination der zur Verfügung stehenden Bilddaten, also Abbildungen (2D-Daten), und der räumlichen Daten (3D-Daten) werden die detektierten Schäden nach ihren Schadensbildern unterschieden. Die Vorklassifizierungen aus den 2D-Farbbildern werden mit den Oberflächenprofildaten aus den 3D-Daten verifiziert und es schließt sich eine finale Klassifikation an. Es werden Merkmale extrahiert und die Klassifizierung der Objekte anhand der Muster einer Musterdatenbank (
Die Klassierung von 2D-Bilddaten und die Klassifizierung der Objekte können ebenfalls interaktiv mittels Verknüpfung erfolgen, wodurch eine erleichterte Bearbeitung und Vervollständigung der Musterdatenbank (
In der Bedien- und Visualisierungseinheit (
Die Anordnung wird über die Systemsteuerung (
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass sich bei der Ermittlung der Zustände von z.B. Abwasserkanälen neben der Auswertung von Farbbildinformationen auch auf Informationen der räumlichen Vermessung gestützt werden kann. Somit ist es möglich, Höhen und Volumina von z.B. Anhaftungen oder Ausbrüchen und Abrasionen zu bewerten. Die Anordnung erlaubt somit eine robustere automatisierte Kanalzustandsbestimmung, verbunden mit einer verbesserten Bereitstellung der Datenbasis für die Instandsetzungsplanung.The particular advantage of the solution according to the invention is that in determining the states of e.g. Sewer channels can be supported in addition to the evaluation of color image information on spatial survey information. Thus, it is possible to increase heights and volumes of e.g. To assess buildup or breakouts and abrasions. The arrangement thus allows a more robust automated channel state determination, coupled with an improved provision of the database for repair planning.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kanal mit Abzweig (Schnitt)Channel with branch (section)
- 22
-
Erfassungseinheit (Fahrmodul (
3 ) mit Beleuchtung und 2D/3D- Erfassungsmodul (5 ))Detection unit (driving module (3 ) with illumination and 2D / 3D acquisition module (5 )) - 33
- Bewegungseinheit Fahrmodul mit Orts- und LagesensorikMovement unit Driving module with position and position sensors
- 44
- Systemsteuerungcontrol Panel
- 55
- 2D/3D-Erfassungsmodul mit integrierter Beleuchtung2D / 3D acquisition module with integrated lighting
- 66
- Modul Höhenprofil (3D-Bildverarbeitung)Module height profile (3D image processing)
- 77
- Modul Farbbildverarbeitung (2D-Bildverarbeitung)Module color image processing (2D image processing)
- 88th
- Formen- und farbbasierte ObjektdetektionMold and color based object detection
- 99
- Bedien- und VisualisierungseinheitOperating and visualization unit
- 1010
- Datenbank SchadensklassenDatabase damage classes
- 1111
- Datenbank MusterDatabase pattern
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102004028741 B4 [0004]DE 102004028741 B4 [0004]
- DE 102008027477 B4 [0004]DE 102008027477 B4 [0004]
- DE 10122397 A1 [0005]DE 10122397 A1 [0005]
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---|---|---|---|
DE202019003042.5U DE202019003042U1 (en) | 2019-07-20 | 2019-07-20 | Arrangement of modules for 3D-based optical inspection of pipelines and ducts |
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DE202019003042U1 true DE202019003042U1 (en) | 2019-08-22 |
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2019
- 2019-07-20 DE DE202019003042.5U patent/DE202019003042U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |