NO179926B

NO179926B - Framgangsmåte for automatisk tilstandskontroll, inspeksjon, rengjöring og/eller overflatebehandling av strukturer, særlig tykkelsesmåling av platekonstruksjoner og rör

Info

Publication number: NO179926B
Application number: NO931295A
Authority: NO
Inventors: Tor Inge Waag; Anette S Olsen
Original assignee: Red Band As; Sinvent As
Priority date: 1993-04-02
Filing date: 1993-04-02
Publication date: 1996-09-30
Also published as: ATE193604T1; NO179926C; PT698219E; GR3034209T3; EP0698219B1; CA2159708A1; AU6514094A; CN1120369A; NO931295L; DK0698219T3; ES2148324T3; CA2159708C; DE69424785D1; US6003377A; NO931295D0; KR960702113A; AU687048B2; EP0698219A1; WO1994023311A1; DE69424785T2

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en framgangsmåte for automatisk tilstandskontroll, inspeksjon, rengjøring og/eller overflatebehandling av strukturer, særlig tykkelsesmåling av platekonstruksjoner og rør, i samsvar med den innledende delen av patentkrav 1.

Bakgrunn

Når f.eks. et skip skal klassifiseres er det nødvendig å framskaffe data om gjenværende platetykkelse for å beregne skrogets styrke og å kunne sertifisere skipet for fortsatt drift. Videre er det fra rederiet ønskelig å få kjennskap til skipets tilstand og utvikling for å foreta reparasjoner og preventivt vedlikehold på den mest økonomiske måte, eventuelt foreta en strategisk avgjørelse om å ta skipet ut av drift og selge det som skrapjern på det korrekte tidspunkt.

I dag måles tykkelsen av marine stålkonstruksjoner, så som skip og boreplattformer, ved manuell punktmålinger (stikkprøver etter visst system) som foretas fra innsiden eller av dykker fra utsiden med håndholdt måleapparat når skipet ligger i havn. Innvendige målinger kan også foretas i tomme tanker under transitt.

Dagens framgangsmåte har klare ulemper. Det oppnås langt fra full dekning av skipets skrog, og valg av målepunktets posisjon er gjenstand for subjektiv bedømmelse. Det reflekterte ultralyd signalets styrke er sterkt avhengig av bakveggens beskaffenhet, og i områder med gropkorrosjon (et vanlig forekommende og farlig fenomen) vil det være kort avstand mellom områder med full gjenværende platetykkelse og områder korrodert ned til faregrensen. Mellom disse nærliggende ytterpunktene i tykkelse er bakveggen nødvendigvis skrå. Da vil det utsendte signalet hovedsaklig reflekteres til siden for mottakeren, som kun mottar et svakt signal. Inspektøren er lært opp til å forkaste svake målinger etter visse kriterier. Ved å flytte måleproben noen få centimeter vil inspektøren registrere et sterkt signal fra nesten plan bakvegg med full platetykkelse. Skipet kan da passere kontrollen, og rederen har fått et dårlig beslutningsgrunnlag for viktige avgjørelser som angår skipets preventive vedlikehold. Ved en senere dokksetting blir så det virkelige forholdet oppklart, og den påfølgende reparasjonen mye dyrere enn planlagt.

US-patentskrift 5 047 990 viser en selvgående enhet for akustisk måling av skipsskrog, hvor den selvgående enheten foretar egenposisjonering ved hjelp av kjente punkter på konstruksjonen. Denne kjente anordningen er rettet mot kartlegging av støybildet rundt en ubåt eller et annet fartøy.

US-patentskrift 4 596 144 viser et akustisk målesystem hvor ekkoet fra et i materialet innsendt akustisk signal detekteres, samples, digitaliseres og lagres i en datamaskin. De lagrede signalene analyseres ved at signalene tilhørende to etterfølgende ekko sammenlignes for å finne det ønskete ekkoet og med hvilken sikkerhet dette er identifisert. Systemet er beregnet for deteksjon av sprekker og materialfeil.

Fra EP-patentskrift 0 139 867 er kjent en selvgående enhet med sender og mottakere for ultralydsignaler, for å bestemme materialkvaliteten i et legeme. Dette kjente systemet er ikke egnet for å eliminere enkeltmålinger som har svake signaler.

US-patentskrift 4 441 369 beskriver en metode for å detektere feil i materialer hvor en sender et ultralydsignal inn i materialet, og hvor en mottar det reflekterte signalet. De mottatte data om bølgeformen lagres i en datamaskin, og utbredelsen av en feil i materialet finnes ved å korrelere signalene fra minst tre nabopunkt.

Formål

Det er defor et formål med foreliggende oppfinnelse å framskaffe en framgangsmåte av den i innledningen definerte type, som kan anvendes ved utførelse av ulike oppgaver på strukturer i væske og strukturer fylt med væske.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsens formål oppnås med en framgangsmåte med trekk som angitt i den karak-teriserende delen av patentkrav 1.

Eksempel på utførelse

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere ved hjelp av et eksempel på utførelse og med referanse til vedlagte tegninger, der

fig. 1 viser et eksempel på en anordning for gjennomføring av foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 viser en grafisk framstilling av mottatt reflektert signal i ett målepunkt, der x-aksen viser tida fra utsendt signal og y-aksen viser størrelsen på signalet,

fig. 3 viser et foto av en platedel som har ulik tykkelse på grunn av gropkorrosjon,

fig. 4 viser platedelen fra fig. 3, målt i samsvar med foreliggende oppfinnelse, og framstilt i en gråtoneskala,

fig. 5 viser platedelen fra fig. 3, målt i samsvar med foreliggende oppfinnelse, og framstilt som et kon turkart,

fig. 6 viser platedelen fra fig. 3, målt i samsvar med foreliggende oppfinnelse, og framstilt som en topografisk terrengmodell,

I eksemplet er oppfinnelsen forklart i forbindelse med ultralydmåling av skipsskrog. Det skal likevel forstås at oppfinnelsen også kan tilpasses for bruk i forbindelse med andre marine stålkonstruksjoner, eller eventuelt konstruksjoner i andre materialer.

Ved først å referere til fig. 1, vises en selvgående enhet 1 som har tre hjul 2, 3 montert på en ramme 4. Til rammen 4 er videre montert en målebom 5 og en styrearm 8, der styrearmen løper ut fra midtpartiet av målebommen og vinkelrett på denne. Enheten 1 drives av minst en motor (ikke vist). De to hjulene 3 er plassert i hver sin ende av målebommen 5 og hjulet 2 er plassert ved den fri enden av styrearmen 8. Dermed vil målebommen ha en utstrekning på tvers av kjøreretningen til enheten 1, og styrearmen 8 vil ha en utstrekning på langs av kjøreretningen.

Til målebommen 5 er montert et antall ultralydhoder 6. I en foretrukket utførelse er det benyttet 16 slike ultralydhoder 6. Ultralydhodene 6 er koplet til en datamaskin 7 som er lagt i en sylinder plassert parallelt med målebommen 5. Fra datamaskinen 7 går en kabel 9 til en ytterligere datamaskin ombord i båten.

På hver ende utenfor datamaskinen 7 er plassert oppdriftsputer 10 anordnet i kasser 11. Oppdriften fra oppdriftsputene 10 kan reguleres ved tilførsel av luft fra ei luftflaske (ikke vist), og utslipp fra en tvangsstyrbar overtrykksventil. Utstyret har i utgangspunktet nøytral oppdrift i vann.

På endene av målebommen er også plassert to posisjoneringsfyr 12, som anvendes ved posisjonering av enheten 1.

I bruk blir enheten 1 plassert under et skipsskrog av en dykker. Dykkeren plasserer også posisjoneringsfyr under båten, f.eks. ett fyr i tre hjørner av et rektangulært arbeidsfelt. Enheten 1 plasseres i et kjent utgangspunkt. Ved hjelp av datamaskinen 7 styres så enheten fram og tilbake langs skipsbunnen, idet orienteringen skjer via posisj oneringsfyrene.

Hvert av ultralydhodene 6 sender ut signaler mot den plata som det skal måles på. Signalet sendes i form av en puls, og det reflekterte signalet registreres og lagres. Sender og mottaker kan være en og samme enhet, som elektronisk koples om fra sending til mottak. Hele bølgeformen for det reflekterte signalet lagres, ikke bare gangtidforskjellene for de ulike delene av signalet. Dette muliggjør eventuell etterprosessering for kvalitetskontroll eller nye metoder for databehandling. Dette fordrer at en datamaskin er tilgjengelig nær måleprobene.

I fig. 2 er vist et mottatt reflektert signal. I den grafiske framstillingen betegner y-aksen signalutslaget, som er et bilde på graden av refleksjon. X-aksen angir det reflekterte signalets utvikling over tid. Når en tar hensyn til ganghastigheten for ultralydsignalet, blir tidsaksen et mål på tykkelsen i målepunktene.

Det området i fig. 2 som er merket Rx stammer fra refleksjon fra malingen på utsida av stålplata. Dette området inneholder komponenter som har gått fram og tilbake flere ganger i malinglaget. Området R2 viser reflektert signal fra utsida av stålplata, mens R3 viser signalet som er reflektert fra bakveggen av plata. R4 og R5 viser hhv. andre og tredje gangs refleksjon fra bakveggen. Det kan legges merke til at det er konstant gangtidsforskjell mellom R2, R3, R4 og R2.

Det signalforløpet som er vist i fig. 2 kan vi si er typisk for et reflektert signal fra ei malt stålplate av en viss tykkelse. I mange tilfeller kan imidleritid det reflekterte signalet være svakere. Dette gjelder for eksempel når et svekket parti i plata har ei skrå flate. Da vil det vesentlige av det reflekterte signalet ha en retning bort fra ultralydhodet som sendte ut signalet. Noe vil kunne mottas av ultralydhodet 6, men det er et svakt signal. Ved manuell måling ville slike signal forkastes. Det som gjøres ifølge foreliggende oppfinnelse er at det reflekterte signalet behandles, eller barbeides på basis av de lagrete rådata. Dette skjer ved to- og tredimensjonal filtrering.

Todimensjonal filtrering er en metode som er kjent bl. a. fra behandling av seismiske data. Den går ut på å tilpasse konvensjonelle filtreringsteknikker (glatting, fjerning av støy eller uønskede frekvenskomponenter, framheving av ønskede frekvenskomponenter) som vanligvis anvendes på endimensjonale tidsserier av data til å kunne anvendes på en samling av slike endimensjonale tidsserier av data, f.eks. tatt opp i nabopunkter langs ei linje. Datasettet kalles da todimensjonalt, idet tidsaksen er den ene dimensjonen og stedsaksen den andre dimensjonen.

Ved utvidelse til tre dimensjoner tas data opp i et rutenett i et plan, slik at alle punkter i planet tas opp i egne tidsserier. To- og tredimensjonal filterering anvendes for eksempel til glatting og fjerning av støy, eller for å framheve visse trender i datasettet langs den ene eller andre aksen (sted eller tid), eller på skrå i koordinatsystemet. Frekvensanalyse kan gjøres langs et fritt antall akser i dette systemet for å få fram ulike karakteristiske egenskaper i datasettet.

I fig. 4 er vist en presentasjon av platedelen fra fig. 2 etter at den er målt i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Resultatet er framstilt i en gråtoneskala, der lysere tone betegner tykkere plate. På fig. 4 er merket av punktene 20, 21, 22 og 23. Vi ser at punktene 20-22 er helt svarte, noe som indikerer et svært tynt parti. Videre er punktet 23 helt hvitt, noe som indikerer et svært tykt parti. Imidlertid ser vi at det for alle disse punktene ikke er en jevn overgang fra nabopunktene. Det er derfor grunn til å anta at dette er feilmålinger. Disse ville bli eliminert ved en tredimensjonal filtrering ifølge foreliggende oppfinnelse.

Vi finner de samme punktene 20-23 igjen på fig. 5 og 6, i framstilling som hhv. et konturkart med koter og en terrengmodell. Hvis vi sammenlikner terrengmodellen i fig. 6 med fotoet i fig. 3 ser vi at punktene sannsynligvis er feilmålinger.

Enheten 1 har forholdsvis små dimensjoner, en foretrukket utførelse har en bredde på drøyt halvannen meter. Dette innebærer at utstyret er lett flyttbart og kan f.eks. fraktes med fly. Ved hjelp av en anordning i samsvar med foreliggende oppfinnelse kan hele skipet dekkes med tilstrekkelig oppløsning for å kartlegge gropkorrosjon i løpet av en normal laste/lossetid (ett døgn).

Enheten kan operere uavhengig av dykker ved å benytte thrustere til framdrift. Enheten 1 er også anordnet for å kunne bære andre inspeksjonssystemer, så som videoinspeksjon, eller utføre andre relevante oppdrag under skipet, så som rengjøring. Dersom utstyret skal brukes på skipssiden kan feste/framdrift løses ved hjelp av magneter.

Utstyret kan også fungere over vannlinja. For å få tilstrekkelige god ledning av ultralydsignalet er det da aktuelt å spyle med vann mellom skipssida og ultralydhodene.

Ved en første undersøkelse av et skip kan det framstilles et kart over skipet der detekterte strukturelementer, så som spant, stivere og plateskjøter er inntegnet. Dette kartet kan senere brukes for selvposisjonering av enheten 1 ved hjelp av de avbildete strukturelle elementene. Ved senere målinger kan et kart over skipets tykkelse sammenholdes med konstruksjonstegningene, slik at bestemte plater eller skrogdeler kan identifiseres for utskifting.

Claims

I samsvar med foreliggende oppfinnelse lagres fulle ultralydbølgeformer (ikke bare gangtider) for ønskelig etterprosessering. Systemet har tilstrekkelig oppløsning i tykkelse og god nok posisjoneringsnøyaktighet til at subtraksjon av målinger tatt til ulike tidspunkter gir tidsutvikling av korrosjonsangrep. Ved hjelp av høy-kapasitets data-kabel til overflaten kjøres en datamaskin på dekk i tandem med undervanns datamaskin slik at virkelig store datamengder kan lagres på utskiftbare medier, (utskiftbare disker, datatape, optiske disker etc). Det lagrete datasettet er tilstrekkelig til å inngå i en styrkeberegning av skipet. Dekningsgrad, punktmålingenes avstand kan varieres autonomt av farkosten på grunnlag av datamaterialets statistiske egenskaper. Dermed kan undersøkelsen foregå raskere på homogene områder av god kvalitet, mens områder med større spredning i tykkelse eller signalstyrke undersøkes nøyere. Det er likevel et hovedpoeng at tilstrekkelig datamateriale tas opp slik at en aldri skal behøve å gå tilbake for å foreta ytterligere undersøkelser. Anordningen kan også anvendes på andre materialer som for eksempel plast, glass-fiberarmert plast, aluminium, og så videre. Anordningen kan også anvendes for inspeksjon i rør, tanker, og liknende.

Patentkrav: 1. Framgangsmåte for automatisk tilstandskontroll, inspeksjon, rengjøring og/eller overflatebehandling av strukturer, særlig tykkelsesmåling av platekonstruksjoner og rør ved hjelp av utsendelse av ultralydsignaler fra minst en sender (6), som mottas av minst en mottaker (6), der sender og mottaker er montert til en selvgående enhet (1) som kan fjernstyres, og der det mellom senderen og strukturens overflate er en væskehinne;

framgangsmåten omfatter følgende trinn: egenposisjonere den selvgående enheten (1) ved hjelp av kjente punkter ved konstruksjonen, kontinuerlig kjøre den selvgående enheten (1) i måleområdet, sende ut et ultralydsignal fra minst den ene senderen (6) i en retning vesentlig vinkelrett på konstruksjonens overflate, motta et reflektert signal ved mottakeren (6), bestemme tykkelse og materialkvalitet på konstruksjonen ved det aktuelle målepunkt, på grunnlag av det mottatte, reflekterte signalet, samt parametre som gangtid for det reflekterte signalet og materialkonstanter for konstruksjonen, repetere ovennevnte trinn for opptak av data for nye målepunkt,

karakterisert ved at tykkelse og materialkvalitet verifiseres ved å sammenholde data for det mottatte signalet i et punkt, med data for mottatte signaler i nabopunktene, ved hjelp av todimensjonal og/eller tredimensjonal filtrering, der tiden utgjør én dimensjon, og posisjon langs en akse, hhv. på et rutenett utgjør den andre dimensjonen, hhv. de andre dimensjonene, og alle mottatte data om bølgeformen på det reflekterte signalet lagres i en datamaskin, idet de lagrete data bearbeides for framskaffelse av et topografisk kart over både tykkelse og kjente strukturelementer ved konstruksjonen.
2. Framgangsmåte i samsvar med krav 1,

karakterisert ved at den selvgående enheten (1) initielt posisjoneres ved hjelp av et høypresisjons hydroakustisk posisjoneirngssystem, og/eller bruk av kjente referansepunkter på konstruksjonen.
3. Framgangsmåte i samsvar med krav 1-2,

karakterisert ved at den selvgående enheten (1) beveger seg etter et på forhånd definert linjemønster og med automatisk styring.
4. Framgangsmåte i samsvar med krav 1-3,

karakterisert ved at posisjoneringen av den selvgående enheten (1) skjer ved hjelp av et høypresisjons hydroakustisk posisjoneirngssystem med på forhånd utplasserte posisjonsreferanser.
5. Framgangsmåte i samsvar med krav 1-3,

karakterisert ved at posisjoneringen av den selvgående enheten (1) skjer autonomt uten bruk av utsatte posisjonsreferanser, ved at de til enhver tid utplasserte data sammenholdes med konstruksjonstegninger for strukturen, og/eller data fra tidligere inspeksjoner.
6. Framgangsmåte i samsvar med krav 1-5,

karakterisert ved at opptak av måledata varieres autonomt på grunnlag av det innsamlete datamaterialets statistiske egenskaper, idet undersøkelsen utføres raskere på homogene områder av god kvalitet, mens områder med større spredning i tykkelse eller signalstyrke undersøkes nøyere.
7. Framgangsmåte i samsvar med krav 1-6,

karakterisert ved at data fra datamaskinen (7) overføres til en ytterligere datamaskin på overflata via en høykapasitets overføringslinje for å muliggjøre lagring av store datamengder, sanntids databehandling, presentasjon og kvalitetskontroll av de innsamlete måledata.