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Die
Neuerung betrifft einen Kanalfahrwagen zur Untersuchung von Kanalrohren,
insbesondere zur Feststellung von Deformationen im Wandbereich des
Kanalrohres.
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Bei
im Erdboden verlegten Kanalrohren ist der Durchmesser des verlegten
Kanalrohres im Allgemeinen bekannt. Derartige Kanalrohre sind genormt
und haben deshalb einen definierten, über die Länge durchlaufenden Durchmesser.
Es kann jedoch passieren, dass sich aufgrund von Verformungen im Erdreich
(Bagger, Straßenbau,
großflächige Belastungen
und Verwerfungen) der Durchmesser des Kanalrohres verändert, weil
dieses in unerwünschter Weise
zusammengepresst oder gequetscht wird. Der dann an dieser Stelle
gegebene Kanalrohrdurchmesser weicht dann von dem übrigen Kanalrohrdurchmesser
ab.
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Solche
Deformationen des Kanalrohres sollen festgestellt und dokumentiert
werden.
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Nach
dem Stand der Technik ist ein Kanalfahrwagen bekannt, bei dem die
Feststellung der Durchmesser-Deformation des Kanalrohres über die Auswertung
des Video-Bildes eines im Kanal fahrenden Fahrwagens erfolgt. Es
handelt sich um eine sehr grobe Diagnosemethode, denn der Ort der
Feststellung der Deformation ist nur ungenau zu ermitteln. Mit einer
am Fahrwagen angeordneten Wegmess-Einrichtung soll der aktuelle
Durchmesser des Kanalrohres am Ort der Messung bestimmt werden.
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Hierzu
wird bei gedrehter Kamera, welche direkt auf die Kanalwand sieht,
ein charakteristischer Punkt im Wandbereich des Kanalrohres gesucht.
Es wird dann die Strecke des Kanalfahrwagens an diesem Ort auf Null
gesetzt und der Kanalfahrwagen wird dann um einen bestimmten Verfahrweg
von z. B. 1,50 m von diesem festgestellten Punkt weggefahren, um
so einen zweiten Punkt an der Wandung festzulegen.
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Aufgrund
des Verfahrweges des Kanalfahrwagens zwischen diesen beiden festgelegten
Punkten kann man nun durch die Auswertung des sich ergebenden Videobildes
grob den Durchmesser des Kanalrohres abschätzen.
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Man
legt also eine Referenzstrecke in der Längsachse des Kanalrohres fest,
um dann grob bei der Auswertung des Videobildes den Durchmesser des
Kanalrohres abzuschätzen.
Dieser Abschätzung erfolgt
durch eine Pappschablone, die auf den Bildschirm gelegt wird und
die einen vorgegebenen Durchmesser hat.
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Weicht
nun das Videobild von dieser (z. B. runden) Pappschablone ab, dann
weiß man,
dass sich der Kanalquerschnitt in diesem Bereich verformt hat. Die
Verformungsstrecke ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Außenumfang
der Pappschablone und dem aktuellen Videobild, auf dem die Wandung
des Kanalrohres erkennbar ist.
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Ein
solcher Kanalfahrwagen ist nur ungenügend zu Feststellung von Durchmesserdeformationen
von Kanalrohren geeignet.
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Man
benötigt
im Übrigen
im Kanal immer einen optischen Referenzpunkt, wie z. B. einen Einlauf, eine
Muffe oder einen sonstigen abzweigenden Kanal, um von diesem bekannten
Punkt aus seine Wegmessung überhaupt
starten zu können.
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Es
ist eine zweite Art von Kanalfahrwagen bekannt geworden, mit denen
Durchmesserdeformationen von Kanalrohren festgestellt werden können.
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Zu
diesem Zweck ist am Kanalfahrwagen ein mechanisches Spreizgestell
angeordnet, das zwei Spreizarme aufweist. Es kann sich beispielsweise um
Scherenarme handeln, die in der Art eines Storchenschnabels auseinander
spreizbar sind.
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Bei
dieser Art der Diagnose wird das Messgestell auseinandergespreizt
und der Spreizwinkel zwischen den Scheren ist ein Maß für den aktuellen Durchmesser
des Kanalrohres, sofern die Scherenenden zuverlässig an der Kanalwandung jeweils einander
gegenüberliegend
anliegen.
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Auch
diese Messmethode ist umständlich und
schwierig, denn die Mitführung
eines mechanischen Messgestells ist aufwendig und unfallträchtig. Darüber hinaus
kann nicht genau kontrolliert werden, ob die Enden des Messgestells
sicher an der Kanalwand anliegen und nicht ein dort zufällig vorspringendes
Teil berühren.
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Es
werden im Übrigen
nur bestimmte Punkte abgenommen, die nicht frei wählbar sind,
denn das Messgestell ist in der Regel fest an dem Kanalfahrwagen
befestigt und kann nur in einer bestimmten Richtung gespreizt werden,
so dass nur die Durchmesserverformungen des Kanalrohres im Bereich zwischen
den abspreizbaren Scherenarmen erfasst werden können.
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Der
Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Kanalfahrwagen
zur Feststellung von Durchmesserdeformationen von Kanalrohren der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass eine Durchmesserdeformation
des Kanalrohres an beliebigen Stellen im Bereich der Kanalwandung
festgestellt werden kann. Überdies
hat die Neuerung die weitere Aufgabe, eine solche Messung besonders betriebssicher
und genau auszugestalten.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist die Neuerung durch die technische Lehre
des Anspruches 1 gekennzeichnet.
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Wesentliches
Merkmal der Neuerung ist, dass an einem Kanalfahrwagen eine Kamera
angeordnet ist, die mindestens in Fahrtrichtung nach vorne blickt,
dass im Blickwinkel der Kamera ein Markierungsgestell angeordnet
ist, das mit mindestens zwei voneinander beabstandet angeordneten
Markierungsköpfen
mit definiertem Abstand in den Blickwinkel der Kamera hineinragt
und dass ferner am Markierungsgestell eine optische Lichtquelle
angeordnet ist, die geeignet ist, in senkrechter Ebene zur Längsachse
des Kanalrohres eine oder mehrere optische Markierungen auf die
Innenwand des Kanalrohres zu projizieren.
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Die
optischen Markierungen sind vorzugsweise Markierungspunkte oder
-striche.
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Mit
der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil,
dass nun eine sehr genaue und betriebssichere Messung von Deformationen
des Durchmessers des Kanalrohres möglich ist.
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Darüber hinaus
ergibt sich der weitere Vorteil, dass aufgrund des optischen Messverfahrens nun
nicht mehr Durchmesserdeformationen von nur runden Kanalrohren festgestellt
werden können,
sondern ebenso auch von eiförmigen,
halbrunden oder eckigen Kanalrohren. Überdies kann die Durchmesserdeformation
an jedem beliebigen Punkt der Kanalwandung festgestellt werden,
was beim Stand der Technik nicht möglich war.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Neuerung ist es vorgesehen, dass an der Vorderseite des Kamerafahrwagens
eine Halterung angeordnet ist, an deren vorderen freien Ende das
Markierungsgestell angeordnet ist, welches mit seinen mindestens zwei
voneinander beabstandeten Armen eine senkrecht zum Kanalrohr verlaufende
Markierungsebene bildet.
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Am
vorderen oberen Ende der beiden Arme ist jeweils ein Markierungskopf
angeordnet, der in den Blickwinkel der Kamera hineinragt, so dass
die beiden Markierungsköpfe
im Videobild der Kamera gut erkennbar sind.
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Die
Durchmessererkennung nach der Neuerung erfolgt nun dadurch, dass
man im Videobild zunächst
die beiden Markierungsköpfe
ansieht und gleichzeitig – wegen
des festgelegten und unveränderbaren
Abstandes zwischen den Markierungsköpfen – weiß, dass beispielsweise ein
Abstand von 30 oder 60 mm zwischen den Markierungsköpfen besteht.
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Soll
nun an einer bestimmen Stelle im Kanalrohr der Durchmesser festgestellt
werden, dann wird der Kamerafahrwagen an diese Stelle heranfahren und
das Messgestell in die Ebene der gewünschten Durchmesserfeststellung
bringen.
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Im
Videobild sind an dieser Stelle der Kanalwand nun gut die beiden
voneinander beabstandet angeordneten Markierungsköpfe erkennbar.
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Es
wird nun die optische Markierungsquelle eingeschaltet, die genau
in der Ebene des Markierungsgestells angeordnet ist und die genau
in dieser Ebene senkrecht zur Kanalwandung einen oder mehrere optische
Markierungen an die Kanalwandung projiziert.
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Durch
Auswertung des Videobildes kann nun genau der Abstand zwischen den
beiden Markierungsköpfen
auf dem Monitor festgelegt werden, weil der tatsächliche physikalische Abstand
zwischen diesen beiden Markierungsköpfen ja bekannt ist.
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Nachdem
man nun ferner im Videobild der Kamera die von der Projektionsquelle
an die Kanalwandung projizierten Markierungen erkennen kann, ist
damit durch Auswertung der Software eine einfache Längenverhältnis-Messung
möglich,
um ohne Weiteres den Durchmesser des Kanalrohres festzustellen.
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Dies
erfolgt durch eine Verhältnismessung
in der Weise, dass der Abstand zwischen den beiden Markierungsköpfen bekannt
ist und nun der Abstand zwischen dem jeweiligen Markierungskopf
und der an die Kanalwandung projizierten Markierung festgestellt
wird. Ist dieser Abstand im Videobild erkennbar und feststellbar,
so kann dieser Abstand leicht auch physikalisch bestimmt werden,
weil ja der Videoabstand zwischen den beiden Markierungsköpfen bekannt
ist und dem tatsächlich
vorhandenen physikalischen Abstand entspricht.
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Demzufolge
wird also über
eine einfache Verhältnismessung
bei der Auswertung des Videobildes der Abstand der Markierungen
zu den Markierungsköpfen
bestimmt.
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Hierauf
ist die verwendete Software jedoch nicht angewiesen, denn es kann
nun durch einfaches Aufziehen eines Kreises, den man zunächst durch die
beiden Markierungsköpfe
laufen lässt
(Feststellung der ersten Länge)
und den man derartig vergrößert, dass
er durch die beiden an die Kanalwandung projizierten Markierungen
verläuft
(Feststellung der zweiten Länge),
die gewünschte
Verhältnismessung vollautomatisch
durchgeführt
werden. Die erste erfasste Länge
gibt den Maßstab
für die
zweite erfasste Länge
und damit ist der gesuchte Kreisdurchmesser des Kanalrohres ohne
eigene Verstandestätigkeit durch
zwei einfache Messungen festgestellt.
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Nachdem
man mit der optischen Markierungseinheit an beliebigen Stellen der
Kanalwandung derartige Markierungen projizieren kann, ist es demzufolge
auch möglich,
an beliebigen Stellen den Durchmesser des Kanalrohres zu bestimmen.
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Damit
besteht der wesentliche Vorteil, dass nun sehr einfach Deformationen
des Kanalrohres an einer beliebigen Stelle des Umfanges dieses Kanalrohres
festgestellt werden können.
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Es
reicht aus, an dem Ort der vermuteten Deformation einen oder mehrere
Markierungen auf die Kanalwandung zu projizieren und dann den Durchmesser
nach dem vorher beschriebenen Verfahren festzustellen. Damit kann
eine Durchmesserabweichung zu dem genormten Durchmesser des Kanalrohres
erfasst werden und damit die (unerwünschte) Deformation erfasst
werden.
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Die
optische Markierungseinheit kann aus einer Lichtquelle bestehen,
welche geeignet ist, vorzugsweise Lichtpunkte an die Kanalwandung
zu projizieren. Bevorzugt wird jedoch ein Markierungslaser verwendet,
der besonders scharf gebündelte
Punkte an die Kanalwandung projiziert.
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Der
Erfindungsgegenstand der vorliegenden Neuerung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Schutzansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Schutzansprüche
untereinander.
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Alle
in den Unterlagen, einschließlich
der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden
als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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Im
Folgenden wird die Neuerung anhand von mehrere Ausführungswege
darstellenden Zeichnungen näher
erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere
erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Neuerung hervor.
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Es
zeigen:
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1: eine ersten Ausführungsform
eines Kanalfahrwagens;
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2: eine zweite Ausführungsform
eines Kanalfahrwagens;
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3: schematisiert die Anordnung
des Markierungsgestellt in Verbindung mit der Kamera am Fahrwagen;
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4: schematisiert die Draufsicht
auf das Markierungsgestell aus der Sicht der Kamera;
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5: die gleiche Darstellung
wie 5 mit Angabe weiterer
Einzelheiten;
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6: die Anordnung nach 5 beim Einsatz in das Kanalrohr
(schematisiert);
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7: ein Markierungsgestell
nach der Neuerung beim Einsatz in einem eiförmigen Kanalrohr;
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8: das Markierungsgestell
nach der Neuerung beim Einsatz in ein halbrundes Kanalrohr;
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9: das Markierungsgestell
nach der Neuerung beim Einsatz in ein rechteckiges oder quadratisches
Kanalrohr;
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10: die Innenansicht eines
Kanalrohres aus der Sicht der Kamera mit der Darstellung des Markierungsgestells.
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In 1 und 2 ist allgemein ein Fahrwagen 2 dargestellt,
der in Pfeilrichtung 33 in einem Kanalrohr 1 verfahrbar
ist. Er wird in an sich bekannter Weise von einem Elektromotor angetrieben
und zieht eine oder mehrere Versorgungsleitungen nach. Er kann jedoch
auch mit einem Zugseil gezogen oder mit einer Schiebestange geschoben
werden.
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An
der Vorderseite des Fahrwagens 2 ist eine Halterung 4 für die Aufnahme
einer Inspektionseinrichtung angeordnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel
aus einem Drehgestell besteht, an dessen vorderen freien Ende eine
Kamera 6 angeordnet ist, die beispielsweise mit dem Blickwinkel 7 in
Fahrtrichtung 33 nach vorne sieht.
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Die
Kamera 6 kann hierbei in beliebigen Richtungen schwenkbar
und neigbar an der Inspektionseinrichtung 5 angeordnet
sein.
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Das
Ausführungsbeispiel
nach 1 zeigt ferner,
dass am vorderen Teil des Fahrwagens 2 eine Halterung 8 für die Halterung
eines Markierungsgestells 19 angeordnet ist.
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In
Abweichung zu diesem Ausführungsbeispiel
zeigt die 2, dass die
Halterung 9 auch an der Inspektionseinrichtung 5 angeordnet
sein kann und ebenfalls am vorderen freien Ende das Markierungsgestell 19 trägt.
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Gemäß den 3 und 4 besteht das Markierungsgestell im Wesentlichen
aus der vorher erwähnten
Halterung 8, 9 und einem Querstab, an dessen beiden
Enden jeweils etwa vertikal nach oben gerichtete Arme 10, 11 angeordnet
sind, an deren oberen freien Ende jeweils ein Markierungskopf 12, 13 angeordnet
ist.
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Die
beiden Arme 10, 11 bilden zusammen eine Markierungsebene 18,
die möglichst
senkrecht zur Längsachse
des Kanalrohres 1 verlaufen sollte. Ferner ist am Markierungsgestell 19 bevorzugt
ein Markierungslaser 17 angeordnet, der in der Lage ist, entsprechende
Markierungen z.B. in Form von Markierungspunkten 14 – 16 an
die Rohrwandung des Kanalrohres 1 zu projizieren, wobei
diese Markierungspunkte 14 – 16 in der Markierungsebene 18 liegen
sollten.
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Die 4 und 5 zeigen, dass ein horizontaler Abstand
zwischen den Markierungsköpfen 12, 13 (Referenzabstand 24)
vorhanden ist. Dieser physikalische Referenzabstand 24 wird
später
bei der Auswertung des Videobildes nach 10 in das Verhältnis des gesuchten Durchmessers
des Kanalrohres gesetzt.
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Hierzu
werden – nach 5 – von dem Markierungslaser 17 in
den Pfeilrichtungen 20, 21, 22, 23 entsprechende
Lichtstrahlen ausgesendet, die nach 6 entsprechende
Markierungspunkte 14, 15, 16 an der Kanalwandung
ausbilden. Diese Markierungspunkte liegen genau an der Innenseite
der Kanalwandung, und zwar in der Markierungsebene 18.
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Wenn
man nun – z.
B. durch eine geeignete Software – diese Markierungspunkte 14 – 16 miteinander
verbindet, dann erhält
man einen Bestimmungskreis 25, der genau dem gesuchten
Durchmesser des Kanalrohres in diesem Bereich der Kanalwand 32 (siehe 10) entspricht.
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Für die nähere Erläuterung
wird auf 10 Bezug genommen.
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Die 10 zeigt, dass das Verhältnis zwischen
dem Referenzabstand 24 und dem Abstand zwischen dem Markierungskopf 12, 13 zu
den bestimmten Markierungspunkten 14, 15, 16 aus
dem Videobild einfach entnehmbar ist. Nachdem der physikalische
Abstand zwischen den Markierungsköpfen 12, 13 (Referenzabstand 24)
bekannt ist, ist somit auch der Abstand beispielsweise zwischen
dem Markierungskopf 12, 13 und den jeweiligen
Markierungspunkten 14 – 16 durch
eine Verhältnismessung
zu entnehmen.
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Hieraus
ergibt sich, dass man nun genau im Bereich der Kanalwand 32 – wo die
Markierungspunkte 14 – 16 projiziert
wurden – an
jeder beliebigen Stelle den aktuellen Durchmesser der Kanalwand 32 bestimmen
kann.
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Dies
ist besonders einfach und betriebssicher, weil es nur um eine Auswertung
eines Videobildes geht und die hierfür verwendete Software die Auswertung
noch erleichtert.
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Diese
Software macht eine einfache geometrische Verhältnismessung, indem aus dem
Videobild durch Anklicken der beiden Markierungsköpfe 12, 13 der
im Videobild erkennbare Referenzabstand 24 abgetastet wird
und dann durch weiteres Anklicken der im Videobild optisch erkennbaren
Markierungspunkte 14 – 16 die
Software automatisch versucht, einen Kreis durch die Markierungspunkte 14 – 16 zu
ziehen und damit dann der Durchmesser dieses Kreises im Bereich
der Kanalwandung 32 festgestellt ist. Dies ist der gesuchte
Durchmesser des Kanalrohres.
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Dieser
Durchmesser kann von dem Solldurchmesser des Kanalrohres dann erheblich
abweichen, wenn das Kanalrohr durch entsprechende mechanische Deformationen
zusammengestaucht ist, eine Eiform angenommen hat oder in anderer
Weise Schäden
aufweist.
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Mit
der genannten Messmethode ist es sogar möglich, örtliche Einbrüche im Kanalrohr
zu bestimmen und deren Einbruchtiefe in der Wandung des Kanalrohres
zu bestimmen.
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Damit
ist es nun erstmals möglich,
nicht nur den Durchmesser des Kanalrohres zu bestimmen, sondern
auch örtliche
Fremdkörper,
die in das Kanalrohr hineinragen und die Durchmesser verringern. Hat
dieses in das Kanalrohr hineinragende Hindernis einen definierten
Scheitelpunkt, dann kann dieser Scheitelpunkt im Videobild unmittelbar
ausgewertet werden. Es bedarf hierbei keiner weiteren Durchmessermessung
mehr und auch nicht die Projektion eines Markierungspunktes an die übrige Kanalwandung,
weil vorausgesetzt wird, dass das Kanalrohr an dieser Stelle unverformt
ist. Der Scheitelpunkt wird dann als Markierungspunkt für die Videobild-Auswertung
genommen.
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Soll
jedoch auch noch eine eventuelle Verformung des Kanalrohres im Bereich
dieses Hindernisses festgestellt werden, kann darüber hinaus
noch ein Markierungspunkt an die Kanalwandung gesetzt werden und
eine entsprechende Durchmesserbestimmung sowohl des Hindernisses
als auch des Kanalrohres in diesem Bereich vorgenommen werden.
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Die 7 bis 9 zeigen, dass nicht nur eine Deformation
eines runden Kanalrohres festgestellt werden kann, sondern auch
eine Deformation eines anders geformten Kanalrohres. Diese Deformationen werden
durch sogenannte Vorgabeschablonen 27 – 29 festgelegt.
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Soll
beispielsweise der Durchmesser eines Ei-förmigen Kanalrohres nach 7 festgestellt werden, dann
wird in der vorher beschriebenen Weise mit dem Markierungsgestell 19 gearbeitet
oder es werden ein oder mehrere Markierungspunkte 14 – 16 auf
die Kanalwandung projiziert.
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Mit
der verwendeten Software wird nun eine Vorgabeschablone als durchgehender
Linienzug erzeugt, welcher dem Solldurchmesser und Form des zu untersuchenden
Ei-förmigen
Kanalrohres entspricht.
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An
einer beliebigen Stelle, wo die Messung vorgenommen werden soll,
wird nun ein Kamerabild erzeugt, wie es die 10 zeigt, und die Software projiziert
nun eine Vorgabeschablone 27 an diesen Messort und es können somit
Abweichungen von der Ei-Form im Vergleich zu der einprojizierten
Vorgabeschablone 27 festgestellt werden.
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Gleiches
gilt für
die Vorgabeschablone 28 nach 8,
die das Sollprofil eines halbrunden Kanalrohres definiert, während in 9 eine Vorgabeschablone 29 von
der Software erzeugt wird, welche das Sollprofil eines quadratischen
Kanalrohres definiert.
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Das
in 10 dargestellte Kanalbild 30 zeigt also
den aktuellen Kanalquerschnitt, so wie es sich für den Betrachter eines Videobildes
darstellt, wenn der Fahrwagen 2 in Pfeilrichtung 33 in
den Kanalquerschnitt 31 hineinfährt.
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An
der Vorderseite im Bereich des Blickwinkels 7 sind damit
die beiden Markierungsköpfe 12, 13 gut
erkennbar, welche den festgelegten, unveränderbaren Referenzabstand 24 zueinander
bilden.
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Die 10 zeigt nun, dass genau
an der Stelle der Kanalwand 32 in der Markierungsebene 18 ein
oder mehrere Markierungspunkte 14 – 16 an die Kanalwand 32 projiziert
werden, um so die vorher beschriebene Verhältnismessung durchführen zu
können.
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- 1
- Kanalrohr
- 2
- Fahrwagen
- 3
- Versorgungsleitung
- 4
- Halterung
- 5
- Inspektionseinrichtung
- 6
- Kamera
- 7
- Blickwinkel
- 8
- Halterung
- 9
- Halterung
- 10
- Arm
- 11
- Arm
- 12
- Markierungskopf
- 13
- Markierungskopf
- 14
- Markierungspunkt
- 15
- Markierungspunkt
- 16
- Markierungspunkt
- 17
- Markierungslaser
- 18
- Markierungsebene
- 19
- Markierungsgestell
- 20
- Pfeilrichtung
- 21
- Pfeilrichtung
- 22
- Pfeilrichtung
- 23
- Pfeilrichtung
- 24
- Referenzabstand
- 25
- Bestimmungskreis
- 26
- Kanalrohr
- 27
- Vorgabeschablone
- 28
- Vorgabeschablone
- 29
- Vorgabeschablone
- 30
- Kanalbild
- 31
- Kanalquerschnitt
- 32
- Kanalwand
(Projektion)
- 33
- Pfeilrichtung