Kamerasystem zur Untersuchung von Rohrleitungen
Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem zur Untersuchung von Rohrleitungen, mit einem Gehäuse, in dem eine Fernsehkamera angeordnet ist, die über Versorgungs- und Datenkabel mit einem entfernten Monitor in Verbindung steht und mit einem Objektiv zusammenwirkt, das sich an der vorderen Stirnwand des Gehäuses befindet, während die rückwärtige Stirnwand bevorzugt mit einer Schiebestange verbunden ist, mit der das Gehäuse durch die Rohr¬ leitungen vorschiebbar und wieder zurückziehbar ist. Das Kamera¬ system wird dabei zumeist von Hand bewegt, kann aber grundsätz¬ lich auch mit einem Fahrwagen gekoppelt sein.
Derartige Kamerasysteme sind bekannt und werden vor allem zur Inspektion von Rohranlagen mit kleinem Durchmesser in der Grö¬ ßenordnung von beispielsweise 100 mm eingesetzt.
Die bisher bekannten Kamerasysteme dieser Art haben den Nach¬ teil, daß sie sich beim Vorschub durch eine Rohranlage, ins¬ besondere beim Passieren von gekrümmten Rohrabschnitten, unkon¬ trolliert um ihre Längsachse drehen, wodurch sich entsprechend die von der Kamera übertragene Darstellung auf dem Monitor verdreht mit der Folge, daß die Auswertung der von der Fernseh¬ kamera gelieferten Bilder und ihre räumliche Zuordnung zu der untersuchten Rohranlage erheblich erschwert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kamerasystem der betrachteten Art so zu verbessern, daß sie stets seitenrichtige und aufrechte Darstellungen auf dem zugehö¬ rigen Monitor liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa¬ tentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter¬ ansprüchen gekennzeichnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Kamerasystem ist zumindest der Bild¬ aufnehmer der Fernsehkamera, bevorzugt aber der gesamte Kamera¬ modul, drehbar in dem Gehäuse gelagert und es sind Mittel vor¬ gesehen, daß er sich unter der Einwirkung der Schwerkraft stets in eine solche waagerechte Lage ausrichtet, daß die zugehörige Darstellung auf dem Monitor auch dann seitenrichtig und aufrecht bleibt, wenn sich das Gehäuse in der Rohrleitung um seine Längs¬ achse dreht.
Dies wird in einer Ausführungsform der Erfindung dadurch er¬ reicht, daß ein Gewichtskörper derart an der Kamera-Baugruppe befestigt ist, daß sich der Schwerpunkt der drehbaren Anordnung in deren waagerechter Lage vertikal unter deren Drehachse befin¬ det. Damit wird erreicht, daß die Kamera einer Drehung ihres äußeren Gehäuses nicht folgt, sondern sich stets wieder in die waagerechte Position auspendelt.
Der Gewichtskörper, der aus einem Material mit großem spezifi¬ schen Gewicht wie z.B. Edelstahl bestehen sollte, hat dabei in der Stirnansicht bevorzugt die Form eines Kreissegments, das - bei waagerechter Lage der Kamera- im untersten Bereich der Kamera-Baugruppe befestigt iεt. Damit hat der Schwerpunkt des Gewichtskörpers den maximalen Abstand von der Drehachse der Kamera-Baugruppe, wodurch bei Auslenkung aus der waagerechten Lage ein maximales Rückstellmoment wirksam wird.
Zur Lagerung der Kamera-Baugruppe ist bevorzugt ein Kugellager vorgesehen, das sich zweckmäßigerweise im Bereich des Bildauf¬ nehmers der Kamera befindet. Der Gewichtskörper ist in diesem Fall zweckmäßigerweise im Bereich des anderen axialen Endab¬ schnitts der Kamera-Baugruppe angeordnet, wo unterhalb des elektrischen Anschlusses des Kameramoduls der erforderliche Platz zur Verfügung steht.
Zur drehbaren Lagerung der Kamera-Baugruppe kann aber auch ein Rollenlager oder ein Gleitlager mit einem geeigneten geringen Reibungskoeffizienten vorgesehen sein.
Da der Gewichtskörper erheblich schwerer als die Kamera-Baugrup¬ pe ist, ist weitgehend verhindert, daß die Kamera beim Vorschub durch eine Rohrleitung ständig in eine Pendelbewegung versetzt wird, die natürlich ebenfalls die Qualität der auf dem Monitor erscheinenden Darstellungen beeinträchtigen würde. Eine zusätz¬ liche Dämpfung der Drehbewegung der Kamera wird erreicht, wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung als Gegenlager zu dem Kugellager ein Gleitlager am anderen axialen Endbereich des Kameramoduls verwendet wird, das gleichzeitig über Schleifringe die elektrischen Anschlüsse des Kameramoduls bildet. Hierdurch wird die Drehung des Kameramoduls gegenüber dem stationären Anschlußelement ermöglicht.
Der Kameramodul kann aber auch mit flexiblen Leitungen verbunden sein, die die Drehbewegung nicht behindern.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung enthält eine Winkelerfassungseinrichtung, die den Winkel jeder Drehbewegung des Gehäuses erfaßt und ein dem Winkel der Drehbewegung entspre¬ chendes Stellsignal an einen Motor abgibt, der den Kameramodul in die horizontale Lage dreht. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß auch lediglich der Bildaufnehmer in die waage¬ rechte Lage gedreht werden kann, sofern dieser gegenüber dem
übrigen Kameramodul drehbar angeordnet sein sollte. Der Stell¬ motor für den Kameramodul befindet sich zweckmäßigerweise neben dem Fokusmotor innerhalb des Gehäuses.
Die Winkelerfassungseinrichtung kann an der Stelle angeordnet sein, an der sich bei der oben beschriebenen ersten Ausführungs- form der Erfindung die Schleifringanordnung befindet. Zweckmäßi¬ gerweise sitzt die Winkelerfassungseinrichtung frei drehbar auf einer Achse, die an der mit der Mittellängsachse des Gehäuses zusammenfallenden Stelle des Querriegels angebracht ist.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist die Winkelerfas¬ sungseinrichtung mit einem Gewichtskörper versehen, der verhin¬ dert, daß sich die Winkelerfassungseinrichtung zusammen mit dem Gehäuse dreht.
Die Winkelerfassungseinrichtung kann ein Potentiometer sein, dessen der Winkeländerung entsprechende Änderung des Widerstands als Stellsignal für den Motor dient. Als Winkelerfassungsein¬ richtung können aber auch andere geeignete Sensoren oder der¬ gleichen verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt der elektrische Anschluß des Kameramoduls zweckmäßigerweise über flexible Lei¬ tungen, die die von dem Stellmotor hervorgerufene Drehbewegung des Kameramoduls nicht behindern.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfol¬ genden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfin¬ dungsgemäßen Kamerasystems mit Bezug auf die Zeichnung. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kamerasystems;
Fig. 2 eine Ansicht der rückwärtigen Stirnseite des Kamera¬ systems gemäß Fig. 1, bei der die rückwärtige Gehäuse¬ abdeckung weggelassen ist;
Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2, wobei das Kamerage¬ häuse um seine Längsachse gedreht ist;
Fi.g 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform;
Fig. 5 und 6 Darstellungen der zweiten Ausführungsform ähnlich den Fig. 2 und 3.
Das in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Kamerasystem enthält ein im wesentlichen kreiszylindrisches Gehäuse 1 mit einer vorderen Abschlußwand 2, die mittig einen nach außen weisenden zylin¬ drischen Ansatz 3 aufweist, in dem ein Objektiv 4 sitzt. Auf dem zylindrischen Ansatz 3 sitzt ein vorderer Abschlußring 5, in den Beleuchtungselemente 6 eingebaut sind, die den vor dem Kamerage¬ häuse liegenden Raum ausleuchten.
In dem zylindrischen Innenraum des Kameragehäuses 1 befindet sich ein Kameramodul, der einen dicht hinter dem Objektiv 4 angeordneten Bildaufnehmer 7 und einen aus mehreren Platinen 9 zusammengesetzten Aufnahmemodul 8 enthält. Wie die Stirnansich¬ ten der Figuren 2 und 3 zeigen, hat der Bildaufnehmer 7 eine rechteckige Form mit erheblich geringeren Querschnittsabmessun¬ gen als der kreisrunde Aufnahmemodul 8. Die Platinen 9 des Aufnahmemoduls 8 sind durch Schrauben 10 miteinander verbunden.
Das Kameragehäuse 1 ist mittels einer rückwärtigen Abschlußkappe 11 verschlossen, die aus zwei im wesentlichen kegelstumpfförmi- gen Abschnitten 12, 13 besteht. Mittig durch die Abschlußkappe 11 führt eine Schubstange 14, mit der das Kamerasystem durch Rohrleitungen vorgeschoben und anschließend wieder zurückgezogen wird.
Die Schiebestange 14 besteht in einer bevorzugten Ausführungs- form aus Fiberglas, in das die Versorgungs- und Datenleitungen für den Kameramodul integriert sind. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt, sondern diese Leitungen können auch getrennt von der Schiebstange 14 ins Innere des Kameragehäuses 1 eingeführt werden.
Dicht hinter der Abschlußkappe 11 sitzt innerhalb des Kamerage¬ häuses 1 ein Querriegel 15, der mittels zweier langer Schrauben 16 an einer im vorderen Teil des Gehäuses befestigten ringförmi¬ gen Innenwand 17 angeschraubt ist. An dem Querriegel 15 ist mittig der stationäre Teil 18 eines elektrischen Schleifring¬ anschlusses angeschraubt, der von einem Schleifringkörper 19 umgeben ist. Der Schleifringkörper 19 ist über Befestigungs¬ mittel 20 an der ihm zugewandten Platine 9 des Kameramoduls befestigt und elektrisch mit dieser verbunden.
Oberhalb des Kameramoduls befindet sich innerhalb des Gehäuses 1 außerdem eine Fokussiereinrichtung 21, die mit dem Objektiv 4 in Verbindung steht.
Mit der unteren, längeren Befestigungsschraube 10 ist ein Ge¬ wichtskörper 22 an dem Kameramodul befestigt. Dieser Gewichts¬ körper 22 hat die Form eines Kreissegments, dessen zugehöriger Kreisbogen mit der Kreisform der Platinen 9 übereinstimmt. Der Gewichtskörper 22 ist -bei waagerechter Anordnung des Bildauf¬ nehmers 6- in einer unteren Position an dem Kameramodul befe- tigt, in der sein kreisbogenförmiger Umfang mit den Umrissen der kreisförmigen Platinen 9 fluchtet.
Die aus dem Bildaufnehmer 6, dem Aufnahmemodul 8, dem Gewichts¬ körper 22 und dem Schleifring 19 zusammengesetzte Baugruppe ist um die Mittenlängsachse 23 des Gehäuses 1 drehbar gelagert. Hierzu ist zwischen einem im Längsschnitt winkelförmigen vor¬ deren Abschlußring 24 der Kamera-Baugruppe und der diese mit Ab-
stand umgebenden ringförmigen Zwischenwand 17 des Gehäuses 1 ein Kugellager 25 angeordnet, das den Kameramodul drehbar hält. Mit diesem Kugellager 25 wirken die Schleifringkörper 18, 19 als Gegenlager zusammen, da die Achse 23 auch die Mittenlängsachse des Schleifrings bildet. Das Gleitlager trägt neben seiner Funktion des elektrischen Anschlusses ohne Behinderung der Drehbewegung des Kameramoduls dazu bei, Pendelbewegungen zu dämpfen.
Wenn das erfindungsgemäße Kamerasystem durch eine Rohrleitung vorgeschoben wird, neigt das Kameragehäuse dazu, sich unkon¬ trolliert um seine Längsachse 23 zu drehen, wie dies Fig. 3 im Vergleich zu der Darstellung gemäß Fig. 2 zeigt. Wenn dies geschieht, wird der drehbar gehaltene Kameramodul durch Schwer¬ kraft in der waagerechten Lage des Bildaufnehmers 7 gehalten, in der sich der Schwerpunkt des Gewichtskörpers 22 und der Ge¬ samtschwerpunkt des Kameramoduls vertikal unter der Achse 23 befindet. Damit liefert die Kamera stets seitenrichtige und aufrechte Darstellungen auf dem angeschlossenen Monitor.
Bei der nun folgenden Beschreibung der in den Figuren 4 bis 6 dargestellten zweiten Ausführungsform wird nur auf die Unter¬ schiede zu der ersten Ausführungsform eingegangen. Die zweite Ausführungsform enthält eine Winkelerfassungseinrichtung 26 in Form eines Potentiometers, das frei drehbar auf einer Achse 27 sitzt, die an einer mit der Längsmittelachse 23 zusammenfallen¬ den Stelle an dem Querriegel 15 befestigt ist. An dem Potentio¬ meter 26 ist ein Gewichtskörper 27 befestigt, der die Form eines Kreisringabschnitts hat, ohne daß die Erfindung natürlich hier¬ auf beschränkt ist. Der Kameramodul 8, der auf gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform drehbar gelagert ist, ist an nicht dargestellte flexible elektrische Leitungen angeschlossen.
Neben dem Fokusmotor 21 ist innerhalb des Gehäuses ein Stell¬ motor 28 für den Kameramodul 8 angeordnet, auf dessen Motorwelle 29 ein Antriebszahnrad 30 befestigt ist, das mit einer Verzah¬ nung 31 an dem Abschlußring 24 des Kameramoduls 8 kämmt.
Der Fokusmotor 21 enthält zum Verstellen des Objektivs 24 auf entsprechende Weise ein am stirnseitigen Ende einer Welle 32 befestigtes Zahnrad 33, das in eine mit dem Objektiv verbundene Verzahnung 34 eingreift.
Wenn das Gehäuse 1 gegenüber der in Figur 5 dargestellten Lage verdreht wird, bleibt das Potentiometer 26 infolge seines Ge¬ wichtskörpers 27 in unveränderter Lage, wobei die Drehbewegung des Gehäuses bzw. des Querriegels 15 gegenüber dem Potentiometer 26 zu einer der geänderten Winkellage entsprechenden Wider¬ standsänderung führt, die als Signal dem Stellmotor 28 zugeführt wird, der das Kameramodul 8 (oder gegebenenfalls nur den Bild¬ aufnehmer 7) um einen entsprechenden Winkel dreht, so daß der Kameramodul 8 in der waagerechten Lage bleibt bzw. diese unver¬ züglich wieder einnimmt und seitenrichtige und aufrechte Bilder liefert.