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Die Erfindung betrifft eine Rohrinneninspektionsvorrichtung.
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Bei der Herstellung von Rohrleitungen werden Rohrabschnitte miteinander verschweißt. Für den ordnungsgemäßen Betrieb der Rohrleitungen ist es erforderlich, dass sämtliche Schweißnähte überprüft werden müssen. Die Qualität der Schweißnähte und die Abmessungen derselben müssen überprüft werden. Dazu stehen einschlägige Normen zur Verfügung, nach denen die Qualität der Schweißnähte zu beurteilen ist.
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In der Regel werden zurzeit solche Schweißnähte dadurch überprüft, dass sie auf der Außenseite eine Rohrverbindung mit bildgebenden Hilfsmitteln erfasst und quantitativ ausgewertet werden. Bisherige bildgebende Verfahren erfordern allerdings einen hohen apparativen Aufwand, insbesondere sind sie nicht in der Lage, Schweißnähte auf der Innenseite des Rohres zu überprüfen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Rohrinneninspektionsvorrichtung zum Bewerten von Schweißnähten zur Verfügung zu stellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Rohrinneninspektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Rohrinneninspektionsvorrichtung zum Bewerten von Schweißnähten auf der Innenseite eines Rohres weist auf:
- - eine Schweißnahtinspektionseinheit zum Einschieben in ein Rohr,
- - ein Scansystem zum Erfassen von 3D-Bildinformationen einer Schweißnaht,
- - ein Auswertesystem, das dazu ausgelegt ist, aus den erfassten 3D-Bildinformationen ein 3D-Modell der Schweißnaht zu erstellen, daraus charakteristische Parameter der Schweißnaht zu ermitteln und die ermittelten Parameter mit vorgegebenen Normparametern zu vergleichen,
- - ein Transportsystem zum Bewegen der Schweißnahtinspektionseinheit in einer Vorschubrichtung,
- - ein Zentriersystem zum Zentrieren der Schweißnahtinspektionseinheit in dem Rohr,
- - ein Positionsbestimmungssystem zur Bestimmung der Position der Schweißnahtinspektionseinheit im Rohr.
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Dadurch, dass die Schweißnahtinspektionsvorrichtung in ein Rohr eingeschoben werden kann, ist es möglich, die Schweißnaht auch auf der Rohrinnenseite zu begutachten und zu bewerten. Hierzu wird ein Scansystem an dem Schweißnahtinspektionsgerät angeordnet, das die Nähte vermisst und an ein Auswertesystem weiterleitet. In Längsrichtung des Rohres bewegt sich die Schweißnahtinspektionsvorrichtung mit einem Transportsystem, das sich an den Wänden des Rohres abstützt. Ein Zentriessystem hält die Messgeräte in einer definierten radialen Anordnung in dem Rohr. Mit mindestens einem Positionsbestimmungsgerät wird die genaue Position der Messgeräte genau bestimmt, so dass die Messergebnisse, insbesondere fehlerhafte Stellen, von außen genau lokalisiert werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Rohrinneninspektionsvorrichtung eine Mehrzahl miteinander über Kupplungen, insbesondere lösbar, gekoppelte oder koppelbare Module, wobei jedes Modul wenigstens über Andruckrollen zur Abstützung an der Innenwand des Rohres und ein Zentriersystem verfügt. Durch den modularen Aufbau der Rohrinspektionsvorrichtung kann diese schnell an die besonderen Gegebenheiten des zu inspizierenden Rohres angepasst werden, insbesondere wenn die Kopplungen der Module über lösbare Kupplungen erfolgt. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn jedes der Module über Andruckrollen, die sich an der Rohrwand abstützen, und eine Zentriereinrichtung verfügt, so dass jedes einzelne Modul, gerade wenn die Schweißnahtinspektionsvorrichtung eine Schweißnaht überquert, sich zentriert.
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Als vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, dass eins, bevorzugt das in Bewegungsrichtung vorauslaufende, von den Modulen das Scansystem umfasst. Im Falle einer Rohrverengung oder ähnlichem kann das Scansystem recht weit bis an diese Störung gebracht werden, um sie gegebenenfalls analysieren zu können.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn eines, bevorzugt das in Bewegungsrichtung vorauslaufende, von den Modulen einen, bevorzugt drehbaren, Endoskopkopf umfasst. Gerade ein drehbarer Endoskopkopf kann dazu verwendet werden, die Wände des Rohres grob vorzuinspizieren, um die zu inspizierenden Schweißnähte zu erkennen. Des Weiteren kann, gerade wenn der Endoskopkopf am vorauslaufenden Modul angeordnet ist, er nach vorne ausgerichtet werden und so den „Fahrweg“ beobachten. Von Vorteil kann es dann dabei sein, wenn der Endoskopkopf mit dem Scansystem, das bevorzugt an demselben Modul angeordnet ist, gekoppelt wird.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst eines von den Modulen das Positionsbestimmungssystem oder Teile desselben, insbesondere ein Gyroskop und/oder einen Weg- und Beschleunigungssensor und/oder einen Klopfsensor. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Positionsbestimmungssystem an einem anderen Modul angeordnet ist als das o.g. Scansystem, so dass die Systeme weitgehen entkoppelt sind und sich dadurch möglichst wenig stören.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst eines von den Modulen das Transportsystem oder einen Teil desselben, insbesondere eine Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung ist in der Regel nicht schwingungsfrei, wenn es in Betrieb ist. So ist es vorteilhaft den Antrieb auf einem Modul anzuordnen, welches weder das Scansystem noch das Positionsbestimmungssystem trägt. Zum einen werden die einzelnen Komponenten so weit entkoppelt, dass sie sich möglichst nicht gegenseitig beeinflussen, zum anderen ist es möglich, für jede Inspektionsaufgabe die Rohrinneninspektionsvorrichtung mit den jeweils optimalen Komponenten zusammenzustellen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass wenigstens ein oder jedes Modul einen etwa kugelförmigen Grundkörper umfasst, der bevorzugt aus Holz und/oder Metall ausgebildet ist. Ein kugelförmiger Grundkörper lässt sich gut innerhalb eines Rohres bewegen, da er insbesondere bei Bögen, die 90° oder durchaus auch mehr betragen können, nicht aneckt, was bei einem länglicheren Körper durchaus passieren könnte. Je nach Anwendung können die Anforderungen an den Grundkörper unterschiedlich sein; sollen elektronische Bauteile von elektromagnetischen Strahlungen abgeschirmt werden, ist es sinnvoll, den Grundkörper aus Metall, durchaus auch eine Metalllegierung zu fertigen. Soll der Grundkörper wärmegedämmt oder elektrisch isoliert sein, hat sich Holz als vorteilhaft erwiesen. Es ist allerdings durchaus auch denkbar, den Grundkörper aus einem geeigneten Kunststoff zu fertigen.
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Ebenfalls als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass wenigstens ein oder jedes Modul einen elastischen, offenen Ring, insbesondere aus Federstahl, umfasst, an dessen Umfang Laufrollen angeordnet sind. Die Laufrollen sollen, um einen festen Halt zu gewährleisten, gegen die Innenwand des zu inspizierenden Rohres drücken. Diese Andruckkraft kann durch einen elastischen, offenen Ring, der unter Spannung steht, erzeugt werden. Der offene Ring hat den Vorteil, dass er die Laufrollen gleichmäßig nach außen drückt und dabei leichte Schwankungen des Innendurchmessers, wie beispielsweise beim Überfahren einer Schweißnaht, gut ausgleichen kann. Der elastische, offene Ring besteht bevorzugt aus Federstahl, besonders bevorzugt aus einem Streifen aus NIRO-Federblech.
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Dabei hat es sich als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Enden eines Ringes sich überlappen, wobei das eine Ende eine Nut aufweist, in die ein Nutenstein eingreift, der am anderen Ende angeordnet ist. Eine solche Anordnung stellt sicher, dass sich die Enden des offenen Rings nicht in Längsrichtung des Rohres gegeneinander verschieben, wenn eine unsymmetrische, wie z.B. eine einseitige Unebenheit überfahren wird.
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Als Vorteil hat sich erwiesen, wenn die Schweißnahtinspektionseinheit eine Schleppleitung umfasst, die zum Transport von Strom und/oder Daten ausgelegt ist. Zwar ist es auch möglich, die Messdaten und Steuerbefehle in einem Rohr drahtlos zu übermitteln, was die Beweglichkeit der Rohrinspektionsvorrichtung erhöhen könnte. Doch bietet eine Schleppleitung eine höhere Übertragungssicherheit, die für die Qualität der Inspektionsdaten von großer Bedeutung ist.
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Von besonderem Vorteil dabei ist, wenn die Schleppleitung Abstandsmarkierungen aufweist. Mit den Abstandsmarkierungen ist eine erste, zumindest grobe Positionsbestimmung der Rohrinspektionsvorrichtung im Rohr möglich.
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Dabei hat es sich als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, dass das Auswertesystem über die Schleppleitung mit der Schweißnahtinspektionseinheit gekoppelt ist. Wird das Auswertesystem nicht auf den Modulen angeordnet, sondern außerhalb des Rohres aufgestellt, muss das Auswertesystem nicht an die engen Verhältnisse in dem Rohr angepasst werden. Dadurch ist es möglich, die Module der Rohrinspektionsvorrichtung kleiner zu bauen und somit auch die Inspektion von Rohren mit kleineren Durchmessern zu ermöglichen. Über die Schleppleitung kann eine hohe Datenrate übermittelt werden und der Zeitaufwand für eine Inspektion verringert werden, ohne die Qualität der Inspektion zu verringern.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:
- 1 - zeigt eine Prinzipskizze einer Schweißnahtinspektionseinheit in seitlicher Ansicht,
- 2 - zeigt ein erstes Modul in einer genaueren Darstellung,
- 3 - zeigt ein anderes Modul in entsprechender Darstellung,
- 4 - zeigt ein drittes Modul in entsprechender Darstellung,
- 5 - zeigt die in 1 dargestellte Schweißnahtinspektionseinheit in einem Rohr angeordnet,
- 6 - zeigt einen Querschnitt durch die Schweißnahtinspektionseinheit entlang der Schnittlinie A in 5,
- 7 - zeigt die Draufsicht auf die Enden eines elastischen, offenen Rings.
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1 zeigt eine Prinzipskizze einer Schweißnahtinspektionseinheit 2, die in diesem Ausführungsbeispiel drei Module 20, 40, 60 umfasst, die über Kupplungen K1, K2 miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind diese Kupplungen K1, K2 lösbar, so dass eine Schweißnahtinspektionseinheit 2 optimal für die anstehende Inspektion zusammengestellt werden kann. Die Anordnung der Module 20, 40, 60 erfolgt in Längsrichtung X des zu untersuchenden Rohres 1 (hier nicht gezeigt). Dabei sind die Kupplungen K1, K2 so ausgelegt, dass die Schweißnahtinspektionseinheit 2 einer eventuell vorhandenen Krümmung des Rohres 1 folgen kann. Die weiteren Komponenten der Schweißnahtinspektionseinheit 2 werden in den folgenden Figuren näher erläutert.
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2 zeigt das linke, in diesem Ausführungsbeispiel vordere, Modul 20 aus der 1. Das Modul 20 wird sich mit seinen Andruckrollen 21-24 an der Innenwand des Rohres (s. 5) abstützen. Die Andruckrollen sind an dem elastischen, offenen Ring 25 angeordnet und werden mit dessen Federspannung gegen die Innenwand des zu inspizierenden Rohres gedrückt. In der Mitte des Moduls ist ein Grundkörper 26 angeordnet, der in Kugelform ausgeführt ist. Dieses Modul 20 ist als Inspektionsmodul ausgelegt, denn in bzw. an dem Grundkörper 26 sind die Scansysteme 30-32 angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen drehbaren Endoskopkopf 30 und einen 3-D-Scanner 32, die mit einer Antriebseinheit 31 verbunden sind. Sowohl der 3-D-Scaner 32 als auch der Endoskopkopf 30 lassen sich um 360° um die Mittelachse M des Rohres (s. 5) herum drehen, wodurch sich ein entsprechender Ringstreifen des Rohres 1 inspizieren lässt. Der Endoskopkopf 30 kann weiterhin auch in Richtung der Mittelachse M ausgerichtet werden und so den Bereich vor der Schweißnahtinspektionseinheit 2 im Rohr betrachten, insbesondere wenn sich die Schweißnahtinspektionseinheit 2 entlang des Rohres 1 bewegt. Das Modul 20 ist über die Kupplung K1 mit dem anderen Teil der Schweißnahtinspektionseinheit 2 verbunden.
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Das mittlere Modul 40 wird in 3 näher gezeigt. Der äußere Aufbau entspricht dem des Moduls 20, das über die Kupplung K1 mit diesem Modul 40 verbunden ist: Die Andruckrollen 41-44 sind an dem elastischen, offenen Ring 45 angeordnet und werden gegen die Innenwand des Rohres 1 gedrückt; mittig ist der runde Grundkörper 46 angeordnet. Dieses Modul 40 ist als Orientierungsmodul ausgelegt. An dem Grundkörper 46 ist ein Klopfsensor 51 angeordnet, mit dessen Klopfen die Position der Schweißnahtinspektionseinheit 2 von außen bestimmt werden kann. In dem gezeigten Beispiel ist der Grundkörper 46 auch mit einem Gyroskop 51 versehen, das intern Drehungen bestimmt und so bei der genauen Position der inspizierten Stellen, gerade bei Störungen, Unterstützung leistet. Es sind allerdings durchaus auch anderen Verfahren anwendbar, mit denen eine genaue Positionsbestimmung der Schweißnahtinspektionseinheit 2 möglich ist. Über die Kupplung K2 ist dieses Modul 40 mit einem weiteren Modul 60 verbunden.
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4 zeigt dieses dritte Modul 60, das Antriebsmodul. Wiederum sind die Andruckrollen 61-64 an dem elastischen, offenen Ring 65 angeordnet, wobei der Ring 65 die Andruckrollen 61-64 gegen die Innenwand des zu inspizierenden Rohres 1 drückt. In der Mitte des Moduls 60 ist ein runder Grundkörper 66 angeordnet. In diesem Grundkörper 66 ist ein Antriebsmotor 70 installiert, der die ebenfalls an dem elastischen Ring 65 angeordneten Antriebsräder 71, 72 antreibt. Die Übertragung des Antriebs ist dabei beliebig. Er kann beispielsweise über Triebriemen, Ketten, Zahnriemen oder Kardan, jeweils mit oder ohne Getriebe erfolgen. Über die Kupplung K2 ist das Modul 60 mit dem sich davor befindlichen Modul 40 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Modul 60 über eine Schleppleitung 5 mit dem Auswerte- und Steuersystem verbunden. Dabei ist die Schleppleitung 5 mit Abstandsmarkierungen 6 versehen, so dass, zumindest ganz grob, die Position der Schweißnahtinspektionseinheit 2 im Rohr 1 bestimmt werden kann.
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5 zeigt die Schweißnahtinspektionseinheit 2 in einem Rohr 1 bei der Inspektion einer Schweißnaht 3. Das Inspektionsmodul 20 ist über die Schweißnaht 3 gefahren und hat den 3-D-Scaner 32 auf die Schweißnaht 3 ausgerichtet und führt die entsprechende Messung durch. Bei dem Orientierungsmodul 40 wurde der Klopfsensor 50 eingesetzt und die Position der Schweißnahtinspektionseinheit 2 mit Hilfe eines Schallkopfes 4 von außen bestimmt. Entlang der Schnittlinie A ist der in 6 gezeigte Schnitt geführt.
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Das Schnittbild in 6 zeigt einen Ring des Rohres 1, in dem sich das Orientierungsmodul 40 befindet. An dem elastischen, offenen Ring 45, dessen Enden 45a, 45b sich im Bereich des Radiusvektors R überlappen, sind die Andruckrollen 42, 42`, 44, 44` angeordnet. Innerhalb des Rings 45 ist elastisch an vier Stellen der runde Grundkörper 46 aufgehängt, der so immer nahezu mittig im Rohr 1 angeordnet ist. Im oder am Grundkörper 46 sind, hier allerdings nicht gezeigt, die entsprechenden Sensoren oder Antriebe angeordnet. Die in der 6 gezeigte Anordnung ist auch entsprechend auf die anderen Module 20, 60 übertragbar. Der Überlappbereich der Enden 45a, 45b des elastischen, offenen Rings 45 ist vergrößert in 7 dargestellt.
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Die Sicht in 7 ist von außen auf den Ring 45 im Bereich der Überlappung der Enden 45a, 45b, wobei hier das Ende 45a unterhalb (in radialer Richtung) des Endes 45b zu liegen kommt. Auf dem unteren Ende 45a ist ein Nutenstein 47 angeordnet, während in dem oberen Ende 45b entsprechend eine Nut 48 eingebracht ist, in die der Nutenstein 47 greift und somit das freie Ende 45b nahezu spielfrei in Querrichtung X in Richtung der Tangente T führt. So wird vom Ring 45 immer ein Druck auf die Andruckrollen 42, 42` 44, 44` ausgeübt. Bei kleineren Hindernissen wie z.B. einer Schweißnaht 3, drücken die Andruckrollen 42, 42`, 44, 44`, eventuell auch nur ein Teil davon, zusätzlich gegen den Ring 45, wodurch sich der Überlapp der Enden 45a, 45b vergrößert, indem die Nut 48 entsprechend über den Nutenstein 47 gleitet.
