ES2893048A1 - Sistema de realización de ensayos de tipo no destructivos (NDT) por ultrasonidos en superficies de difícil acceso basado en un vehículo aéreo multimotor no tripulado de rotores direccionables - Google Patents

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Abstract

Sistema para la realización de ensayos no destructivos (NDT) por medio de ultrasonidos en superficies de difícil acceso basado en un dron aéreo de tipo multicóptero de rotores direccionables, que permite realizar la inspección gracias a al menos un sensor de ensayos no destructivos por medio de ultrasonidos acoplado a al menos un sistema de aproximación a superficies y que cuenta también con al menos un sistema suministrador de gel acoplante y al menos un ordenador de control de vuelo que ejecuta una lógica capaz de gobernar el sistema.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de realización de ensayos de tipo no destructivos (NDT) por ultrasonidos en superficies de difícil acceso basado en un vehículo aéreo multirrotor no tripulado de rotores direccionables
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un vehículo aéreo no tripulado (UAV) destinado a la realización de ensayos no destructivos (NDT) en industria por medio de ultrasonidos, basado en un dron aéreo de tipo multicóptero de rotores direccionables, un sistema de aproximación a superficies, un sensor de medición de realización de ensayos no destructivos por medio de ultrasonidos, un sistema suministrador de gel acoplante y un ordenador de control de vuelo capaz que ejecuta una lógica capaz de gobernar el sistema.
Antecedentes de la invención
La práctica totalidad de los drones multicóptero existentes en la actualidad que se operan dentro del sector de las inspecciones industriales están orientados a la realización en exclusiva de inspecciones de tipo visual. Estos drones capturan imágenes y vídeos de las estructuras a inspeccionar, permitiendo posteriormente su revisión por un inspector que emite un informe certificado convencional de inspección visual. Por lo general, este tipo de inspecciones requieren ser complementadas por otras que aporten datos de tipo cuantitativo que permitan valorar con mayor precisión las condiciones del elemento a inspeccionar. Así pues, las inspecciones por medio de ultrasonidos, resultan esenciales en las labores de mantenimiento de determinadas estructuras industriales, tales como tanques o depósitos fabricados en materiales metálicos susceptibles de verse afectados por la corrosión.
En este contexto, este tipo de inspecciones se realiza de forma muy recurrente, empleándose actualmente para ello un equipo humano de inspectores que debe hacer uso de andamios o de otros procedimientos de trabajo en altura para alcanzar el punto que se desea valorar y, posteriormente, acercar a éste el sensor. Cabe además tener en cuenta que la superficie cubierta por el sensor es de muy reducidas dimensiones (entre 0,5 y 2 centímetros cuadrados), de modo que, para evaluar correctamente una estructura, ha de tomarse el mayor número de mediciones posibles, estando éste directamente relacionado con la calidad global de la inspección realizada. Del mismo modo, y como resulta evidente, un mayor número de puntos valorados implica también un mayor tiempo de inspección, incrementando así los costes asociados a la misma y los riesgos personales de los trabajadores que la realizan.
Dado que el empleo de un dron aéreo de tipo multirrotor podría dar solución al posicionamiento del sensor de ultrasonidos en la zona que se desea valorar, evitando el uso de andamios, actualmente, existen fase en de investigación, con reducida presencia en el mercado, algunos vehículos aéreos no tripulados diseñados para ser capaces de portar un sensor de medición de espesores por ultrasonidos. No obstante, ha de tenerse en cuenta que la totalidad de estos sistemas están planteados para la realización de un único tipo de inspección por ultrasonidos, el de medición de espesores, debiendo, además, estar posicionada la estructura a inspeccionar en un ángulo prácticamente perpendicular al plano del suelo. Sería, por ejemplo, el caso de la pared de un tanque de almacenamiento de producto de grandes dimensiones.
En este tipo de vehículos, el sensor se encuentra situado en el extremo de una pértiga o soporte colocado a un ángulo de entre 15 y 60 grados respecto del plano de las hélices del dron. De este ángulo depende, directamente, la componente X (u horizontal) de la fuerza generada por las hélices del dron, siendo esta fuerza la que permite "presionar” el sensor hacia el interior de la superficie a inspeccionar logrando así su acoplamiento. Para que el acoplamiento sea adecuado la fuerza ejercida debe ser de entre 1 y 5N y debe aplicarse de forma constante durante un mínimo de 3 segundos. En este sentido cabe mencionar los documentos GB2569219 o WO2019050401, que describen drones de tipo aéreo que se ajustan estos conceptos.
Las características descritas anteriormente suponen, sin lugar a duda, una barrera de entrada dentro de las inspecciones de elementos cilindricos de reducido diámetro o que no se encuentran en el plano normal al suelo. Tal podría ser el caso de los tanques de gas cilindricos de medio tamaño situados de tal forma que su eje se encuentre paralelo al suelo y se desee realizar una inspección por ultrasonidos en una de sus soldaduras y que requieran de un movimiento de "barrido” en tomo a todo el perímetro del tanque. Otro ejemplo donde la tecnología actual no resulta de aplicación sería el caso de los techos o cubiertas de tanques de grandes dimensiones, cuya medición desde el interior por un dron de este tipo no sería viable dado que la superficie a inspeccionar se encuentra paralela, y no perpendicular, al suelo.
Asimismo, el emplazamiento del sensor de ultrasonidos tal y como se ha descrito, sin el empleo de ningún tipo de contacto adicional entre el dron y la estructura que se desea valorar hace imposible la realización de inspecciones por ultrasonidos de tipo "continuo” o de barrido, como las que se emplean para evaluar una soldadura. Esto se debe a que la realización de este tipo de inspecciones conlleva la necesidad de efectuar una serie de pasadas consecutivas del sensor por la superficie a evaluar, debiendo estas pasadas estar solapadas de forma precisa por una distancia de entre 10mm y 30mm, algo imposible de alcanzar a la vista de la precisión en el posicionamiento del vuelo de un dron convencional que no haga uso de soportes adicionales entre el propio vehículo y la superficie. De este modo, cabe hacer referencia a la invención WO2020055930, que, pese a ser relativa a un dron con capacidad para desplegar un escáner no destructivo sobre una superficie, requiere que esta sea prácticamente vertical respecto al suelo tal y como se demanda en las otras soluciones anteriores.
En este sentido, la presente invención describe un vehículo aéreo multirrotor no tripulado con rotores direccionables, permitiendo esto su uso en labores de comprobación de soldaduras tales como "barridos” o "vuelos perimetrales”, solventando la necesidad de contar con una pértiga o sistema basculante para el sensor de ultrasonidos tal y como se viene viendo hasta ahora. En este contexto, la existencia de un dron de este tipo y su aplicación en el campo de las inspecciones industriales abre toda una nueva línea de posibilidades y nichos de negocio limitados hasta ahora por el estado de la técnica anterior.
Descripción de la invención
La presente invención se refiere a un sistema realización de ensayos de tipo no destructivos (NDT) por ultrasonidos en superficies de difícil acceso formado por un vehículo aéreo multirrotor no tripulado de rotores direccionables, que permite la evaluación del estado de una superficie, por al menos un sensor de ultrasonidos, que se posiciona en la superficie a evaluar gracias a al menos un sistema de acoplamiento.
Un primer aspecto de la invención hace referencia a un vehículo aéreo no tripulado de tipo multirrotor que comprende:
- Un cuerpo central o "frame” que sirve de soporte para todos los elementos siguientes.
- Al menos cuatro sistemas propulsores formados por al menos cuatro conjuntos de un motor y una hélice.
- Al menos cuatro conjuntos de suspensión cardán de dos ejes en cuyo centro se emplazan cada uno de los al menos cuatro propulsores.
- Al menos ocho servomotores emplazados en cada eje de los al menos cuatro conjuntos de suspensión cardán, que de esta forma permitirán direccionar los al menos cuatro propulsores de forma independiente.
- Al menos un ordenador de control de vuelo capaz de generar las salidas de control adecuadas para los al menos cuatro propulsores y los al menos ocho servomotores permitiendo así la aeronavegabilidad del conjunto.
- Al menos un sensor de realización de ensayos no destructivos (NDT) por medio de ultrasonidos.
De este modo, el vehículo aéreo formado por al menos cuatro propulsores orientables será capaz de posicionarse en el espacio variando el plano de giro de sus al menos cuatro hélices en lugar de variando la velocidad de giro angular de las mismas. Esto permite que, mientras el cuerpo central del dron se encuentra en horizontal, las componentes X de sus vectores de Fuerza, Velocidad y Aceleración pueden tomar valores distintos de cero.
Según otro aspecto de la invención, al vehículo aéreo no tripulado de tipo multirrotor se encuentra acoplado al menos un sistema de aproximación a la superficie consistente en al menos un punto de apoyo auxiliar y al menos un punto de apoyo principal donde iría emplazado al menos un sensor de inspección industrial por ultrasonidos. El al menos un punto de apoyo auxiliar permitirán limitar la movilidad del vehículo aéreo no tripulado al momento de acercarse a la superficie a inspeccionar, aumentando la precisión en el posicionamiento del dron con respecto a dicha superficie.
Según otro aspecto de la invención, el vehículo aéreo no tripulado de tipo multirrotor constará de al menos dos muelles o sistemas de amortiguación que actuarán a modo de nexo de unión entre el al menos un cuerpo central o "frame” y el al menos un sistema de aproximación a la superficie. Estos al menos dos muelles permitirán al dron acercarse a la superficie a inspeccionar logrando un mejor acople entre esta y el al menos un sensor de realización de ensayos no destructivos por medio de ultrasonidos.
Según otro aspecto de la invención, el vehículo aéreo no tripulado de tipo multirrotor llevará embarcado un dispositivo suministrador de gel acoplante consistente en al menos un depósito de almacenamiento de gel acoplante, al menos una bomba eléctrica para desplazar el fluido, al menos un cabezal dispensador de gel acoplante situado junto al al menos un sensor de inspección por ultrasonidos y al menos una manguera flexible que permita trasladar el fluido desde el al menos un depósito hasta el al menos un sensor de inspección por utlrasonidos. Descripción de las figuras
A continuación, se pasa a describir una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con realizaciones de dicha invención, que se presentan como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.
Figura 1. Visión general de las partes integrantes del sistema completo para la realización de ensayos no destructivos por ultrasonidos por medio de un vehículo aéreo multirrotor no tripulado de rotores direccionables.
Figuras 2A y 2B. Vistas de detalle del sistema de aproximación a superficies.
Figura 3. Vista detalle del sistema de un sistema propulsor y su correspondiente conjunto de suspensión cardan de dos ejes que permite direccionar dicho sistema propulsor.
Figura 4A. Caso de uso del dron durante la realización de un ensayo no destructivo por medio de ultrasonidos para una superficie normal al plano del suelo.
Figura 4B. Caso de uso del dron durante la realización de un ensayo no destructivo por medio de ultrasonidos para una superficie con una orientación distinta a la normal del plano del suelo.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de realización de ensayos de tipo no destructivos (NDT) por ultrasonidos en superficies de difícil acceso basado en un vehículo aéreo multirrotor no tripulado de rotores direccionables que comprende:
- Un cuerpo central estructural (1) al que se le acoplan al menos cuatro sistemas propulsores consistentes cada uno de ellos en al menos una hélice (2A) y un motor (2B), situados cada uno de ellos en el centro de al menos un conjunto de suspensión cardán de dos ejes (3), actuado por al menos dos servomotores (4) situados en cada uno de los respectivos ejes de las suspensiones cardán.
- Al menos un ordenador de control de vuelo (5) que integra al menos un acelerómetro (101) y al menos un giróscopo (102) y que ejecuta al menos una lógica (100) de control de vuelo.
- Al menos un sistema de aproximación a la superficie (6), vinculado al al menos un cuerpo central (1) por medio de al menos dos muelles o sistemas de amortiguación (7A, 7B), y consistente en al menos un punto de apoyo auxiliar (8A) y al menos un punto de apoyo principal (8B) donde va emplazado al menos un sistema de inspección industrial por ultrasonidos consistente en al menos un placa electrónica capaz de generar, recibir e interpretar señales (9A) y al menos un transductor o palpador (9B).
- Al menos un sistema suministrador de gel acoplante consistente en al menos un depósito de almacenamiento de gel acoplante (10A), al menos una bomba eléctrica para desplazar el fluido (10B), al menos un cabezal dispensador de gel acoplante (10C) y al menos una manguera flexible (10D) que traslada el fluido desde el depósito de gel acoplante hasta el transductor del sistema de inspección industrial por ultrasonidos.
Caracterizado porque el cuerpo central estructural (1) se desplaza gracias al cambio de orientación en el plano de rotación de cada una de las al menos cuatro hélices (2A), inducido por la fuerza ejercida por cada grupo de al menos dos servomotores (4) en tomo a cada uno de los ejes de los al menos cuatro conjuntos de suspensiones cardán de dos ejes (3), posibilitando así el posicionamiento del transductor (9B) sobre cualquier punto de una superficie, con independencia de su inclinación, y permitiendo que el al menos un punto de apoyo principal (8B) sobre el que se ubica el transductor (9B) ejerza una fuerza tal que su vector sea de dirección Normal y sentido entrante hacia la superficie que se va a inspeccionar y módulo suficiente para lograr que la placa receptora de señales (9A) obtenga valores equivalentes a los que se obtendrían en caso de haberse posicionado el transductor (9B) de forma manual sobre la superficie.
2. El sistema realización de ensayos de tipo no destructivos (NDT) por ultrasonidos en superficies de difícil acceso basado en un vehículo aéreo multirrotor no tripulado de rotores direccionables según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo central estructural (1) lleva acoplado un sistema de aproximación a superficies consistente en al menos dos puntos de apoyo auxiliares (7A, 7B) que permiten limitar la movilidad del conjunto del sistema al momento en que éste entra en contacto con la superficie a inspeccionar.
3. El sistema realización de ensayos de tipo no destructivos (NDT) por ultrasonidos en superficies de difícil acceso basado en un vehículo aéreo multirrotor no tripulado de rotores direccionables según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo central estructural (1) se encuentra físicamente relacionado al al menos un sistema de aproximación a superficies (6) por medio de al menos dos muelles o sistemas de amortiguación (7A, 7B).
4. El sistema realización de ensayos de tipo no destructivos (NDT) por ultrasonidos en superficies de difícil acceso basado en un vehículo aéreo multirrotor no tripulado de rotores direccionables según la reivindicación 1, caracterizado porque cuenta con al menos un dispositivo suministrador de gel acoplante consistente en al menos un depósito de almacenamiento de gel acoplante (10A), al menos una bomba eléctrica para desplazar el fluido (10B), al menos un cabezal dispensador de gel acoplante (10C) y al menos una manguera flexible (10D).
5. El sistema según cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la al menos una lógica (100) se ejecutará a tiempo real en el ordenador de control de vuelo (5) siendo capaz de generar las salidas de control adecuadas para la correcta aeronavegabilidad del sistema a partir de las entradas generadas por el al menos un acelerómetro (101) y el al menos un giróscopo (102).
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