WO2012072259A1 - Verfahren zur ermittlung der räumlichen lage und/oder mindestens einer abmessung eines rohranschlusses - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Lage und/oder mindestens einer Abmessung eines Rohranschlusses mit folgenden Schritten: - Befestigen eines Positionsaufnahmesystems mit mindestens einer mittels eines optischen Aufnahmegeräts detektierbaren Zielmarke an dem Rohranschluss; - Erzeugung von mindestens zwei optischen Aufnahmen aus unterschiedlichen Perspektiven mittels des Aufnahmegeräts; und - Bestimmung der räumlichen Lage und/oder der Abmessungen des Rohranschlusses mittels der fotogrammetrischen Analyse durch eine Auswertung der Positionen der Zielmarke in den beiden Aufnahmen unter Berücksichtigung einer Referenzlänge.

Description

"Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Lage und/oder mindestens einer Abmessung eines Rohranschlusses"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Lage und/oder mindestens einer Abmessung eines Rohranschlusses sowie ein Verfahren zur Festlegung von Abmessungen und eines Verlaufs eines Passrohres zur Einbindung in ein Rohrleitungssystem zwischen mindestens zwei Rohranschlüssen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Positionsaufnahmesystem sowie ein Referenzsystem zur Verwendung in diesen Verfahren.

Im Rohrleitungsbau ist es regelmäßig erforderlich, zwei oder mehr Rohrleitungen, die nicht exakt in einem Punkt zusammenlaufen, über sogenannte Passrohre miteinander zu verbinden. Hierbei handelt es sich um häufig dreidimensional komplex gebogene Rohrleitungsabschnitte, die individuell hinsichtlich ihres Verlaufs für die Verbindung der jeweiligen Rohrleitungen angefertigt werden müssen. Da das Anfertigen dieser Passrohre regelmäßig nicht vor-Ort, d.h. dort wo die Rohrleitungssystem installiert wird, erfolgt, sondern in einer hierfür ausgestatteten Werkstatt, ist es erforderlich, die räumlichen Koordinaten der Rohranschlüsse der zu verbindenden Rohleitungen exakt zu kennen. Nur dadurch wird es möglich, in der Werkstatt ein entsprechendes Passrohr zu fertigen, das dann ohne wesentliche Nachbearbeitung in das Rohrleitungssystem integriert werden kann. Zudem müssen mögliche Hindernisse berücksichtigt werden, die dem Verlauf des Passrohres im Wege stehen könnten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Lage und/oder mindestens einer Abmessung eines Rohranschlusses anzugeben, wodurch insbesondere ein ein-

BESTÄTIGUNGSKOPIE faches und exaktes Festlegen der Abmessungen und des Verlaufs eines Passrohres für ein Rohrleitungssystem ermöglicht werden soll.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche 2 bis 5. Die unabhängigen Patentansprüche 6 und 15 betreffen erfindungsgemäße Systeme, die vorteilhafterweise in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung kommen können. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Systeme sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche.

Der Kern der Erfindung liegt darin, die aus dem Bereich der Geodäsie bekannte Pho- togrammetrie zur Bestimmung der räumlichen Positionen und/oder der Abmessungen von Rohranschlüssen in einem Rohrleitungssystem anzuwenden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Lage und/oder mindestens einer Abmessung eines Rohranschlusses sieht demnach vor, in einem ersten Verfahrensschritt ein Positionsaufnahmesystem mit mindestens einer mittels eines optischen Aufnahmesystems detektierbaren Zielmarke an dem Rohranschluss anzuordnen, daraufhin mindestens zwei optische Aufnahmen aus unterschiedlichen Perspektiven mittels des Aufnahmesystems zu erzeugen und schließlich die räumliche Lage und/oder zumindest eine Abmessung des Rohranschlusses unter Anwendung der aus dem Stand der Technik bekannten photogrammetrischen Analyse durch eine Auswertung der Positionen der Zielmarke in den beiden Aufnahmen und unter Berücksichtigung einer Referenzlänge zu bestimmen.

Ein solches Aufnahmesystem kann ein Aufnahmegerät, insbesondere eine (vorzugsweise hochauflösende Digital-)Kamera, und eine auf einer digitalen Bildauswertung beruhende Auswerteeinheit umfassen. Eine mittels eines solchen Aufnahmesystems detektierbare Zielmarke kann somit von dem Aufnahmesystem selbsttätig erkannt werden, indem die von dem Aufnahmegerät erzeugten Bilder von der Auswerteeinheit ausgewertet werden, wobei zumindest die Zielmarke aufgrund Ihrer charakteristischen Optik als solche erkannt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit durch ausschließlich eine rechnergesteuerte Bildauswertung die räumliche Lage, d.h. die räumliche Position und auch die Ausrichtung,, eines Rohranschlusses sowie dessen relevante Abmessungen auf einfache Weise, schnell und kostengünstig zu ermitteln. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zudem zu besonders exakten Ergebnissen führen.

Die Berücksichtigung einer Referenzlänge ist erforderlich, um die in den Bildern messbaren Distanzen auf die entsprechenden realen Distanzen zurückrechnen zu können. Als eine solche Referenzlänge kann beispielsweise eine in zumindest einer, vorzugsweise in den mindestens zwei Aufnahmen sichtbare Distanz zwischen zwei Referenzpunkten dienen, deren realer Wert bekannt ist. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, zur Definition der Referenzlänge ein Referenzsystem zu verwenden, das so positioniert wird, dass es in der- oder denselben Bildern (oder in ein oder mehr Bildern, die aus der- oder denselben Perspektiven gemacht wurden) sichtbar ist, und das zumindest eine definierte Abmessung aufweist, die als Referenzlänge herangezogen werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Referenzlängen durch den Abstand mehrerer kreuzförmiger Objekte gebildet. Ein kreuzförmiges Objekt kann insbesondere auch am Rohranschluss selbst angebracht sein.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dieses Referenzsystem ebenfalls mit mindestens zwei Zielmarken zu versehen, so dass die Detektion und Auswertung der Referenzlänge automatisiert durch das Aufnahmesystem erfolgen kann. Durch die kreuzförmige Ausbildung der Objekte für die Referenzlängen und die entsprechende Anbringung von Zielmarken ist eine einfache Detektion und auch eine Unterscheidung zu den Zielmarken gegeben, die am Rohranschluss selbst angebracht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, die räumliche Ausrichtung der Rohranschlussebene, das Zentrum des Rohranschlusses und/oder ein Bohrbild eines Flansches des Rohranschlusses zu ermitteln. Hierbei handelt es sich um diejenigen Werte, die regelmäßig zur vollständigen Charakterisierung eines im Raum angeordneten Rohranschlusses erforderlich sind, um die genaue Fertigung eines Passrohres zu ermöglichen.

Unter dem Bohrbild eines Rohranschlussflansches werden die geometrischen Daten derjenigen Bohrungen verstanden, die für ein Verschrauben von zwei Flanschen eines Rohrleitungssystems vorgesehen sind. Hierunter fallen insbesondere der von den Bohrungen eines Flansches definierte Lochkreisdurchmesser, der Durchmesser der einzelnen Bohrungen und deren Winkellage (d.h. deren rotatorische (um die Mittelachse) Ausrichtung).

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf einfache Weise die exakte Festlegungen von Abmessungen und dem (regelmäßig dreidimensionalen) Verlaufs eines Passrohres, das zwischen mindestens zwei Rohranschlüssen in ein Rohrleitungssystem eingebunden werden soll. Hierzu werden in einem ersten Schritt die räumliche Lage und/oder mindestens eine Abmessung der jeweiligen Rohranschlüsse mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt und dann auf bekannte Art und Weise durch rechnerische Ermittlung die Abmessung und der Verlauf des Passrohres bestimmt. Häufig besteht bei der Integration eines Passrohres in ein Rohrleitungssystem das Problem, dass bei einem Passrohr, das lediglich unter Berücksichtigung der räumlichen Lagen der zu verbindenden Rohranschlüsse und dann als möglichst direkte Verbindung zwischen diesen Rohranschlüssen hergestellt wurde, das Passrohr mit sich in seinem Verlauf befindlichen Hindernissen kollidiert. Um dies zu vermeiden, kann in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, ein und vorzugsweise alle möglichen Hindernisse für den Verlauf des Passrohres bei der Festlegung des Verlaufs zu berücksichtigen. Hierzu kann vorgesehen sein, jedes dieser Hindernisse mit ebenfalls mindestens einer Zielmarke zu versehen, um auch deren räumliche Lage und (gegebenenfalls auch) Abmessungen durch die erfindungsgemäße Bildauswertung zu bestimmen und somit bei der Festlegung des Verlaufs des Passrohrs direkt und automatisch berücksichtigen zu können. Dabei sollten die mit den Zielmarken versehenen Hindernisse vorzugsweise in denselben Bildern, die auch die Rohranschlüsse darstellen, sichtbar sein. Es ist jedoch auch möglich, die Lage und/oder Abmessungen der Hindernisse durch eine Auswertung von mindestens zwei anderen Bildern zu bestimmen, wobei in diesem Fall die zwei Bilder vorzugsweise aus denselben Perspektiven gemacht werde sollten, aus denen auch die die Rohranschlüsse zeigenden Bilder gemacht wurden.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in der vollständigen Automatisierung der Ermittlung der Abmessungen und des Verlaufs des Passrohrs liegen, wodurch zudem ermöglicht wird, das ermittelte Ergebnis direkt für eine rechnergesteuerte Herstellung (z.B. mittels einer CNC-Biegemaschine) des Passrohres zu verwenden, indem die Ergebnisse vorzugsweise direkt über Telekommunikationsmittel an die Herstellvorrichtung übertragen werden.

Ein erfindungsgemäßes Positionsaufnahmesystem, das vorzugsweise in einem erfindungsgemäßen Verfahren (jedoch auch zur photogrammetrischen Vermessung von beliebigen anderen Objekten) zur Anwendung kommen kann, weist eine Grundplatte, mindestens ein Zentrierelement und mindestens eine, vorzugsweise jedoch mindestens drei mittels eines optischen Aufnahmesystems detektierbare Zielmarken auf.

Unter Zentrierelement ist erfindungsgemäß ein Element zu verstehen, das im Wesentlichen mittig bzw. zentral zur Grundplatte ausgerichtet ist. In jedem Fall weist das Zentrierelement eine vorbestimmte Ausrichtung und Lage relativ zur Grundplatte auf. Um geometrisch besonders einfache Verhältnisse zu schaffen, fallen der Mittelpunkt bzw. die Mittelachse des Zentrierelements und der Mittelpunkt bzw. die Mittelachse der Grundplatte zusammen. Das Zentrierelement kann vorzugsweise durch mindestens drei Zentrierarme ausgebildet werden, die peripher und verschwenkbar an der Grundplatte angeordnet sind. Dies ermöglicht bei einer entsprechenden Ausbildung der Zentrierarme eine selbsttätige Zentrierung der Grundplatte auf dem Rohranschluss. Dazu sind die Zentrierarme vorzugsweise mit identischer Länge ausgebildet. Zur Zentrierung des Positionsaufnahmesystems auf dem jeweiligen Rohranschluss können die Zentrierarme dann so weit (in derselben Richtung) verschwenkt werden, bis diese beispielsweise auf dem Mantel eines Rohranschlusses (ohne Anschlussflansch) zum Aufliegen kommen oder in die Bohrungen eines Anschlussflansches eines Rohanschlusses eingesteckt werden können. Die Kinematik der in derselben Richtung verschwenkten, gleich langen Zentrierarme sorgt dann dafür, dass sich das Positionsaufnahmesystem selbst zentriert. Durch die Verschwenkbarkeit der Zentrierarme ist das Positionsaufnahmesystem auf beliebige Durchmesser (des Mantels des Rohranschlusses bzw. des Lochkreises des Rohranschlussflansches) innerhalb eines von den Abmessungen des Positionsaufnahmesystems abhängigen Durchmesserbereichs anpassbar.

Die Zentrierarme können gleichzeitig zur (vorzugsweise wieder einfach lösbaren) Befestigung des Positionsaufnahmesystems an dem Rohranschluss dienen und hierzu mit entsprechenden Befestigungselementen versehen sein. Zur Befestigung des Positionsaufnahmesystems an einem metallischen Rohranschluss ohne Anschlussflansch können die Zentrierarme beispielsweise an ihrem jeweiligen freien Ende mit einem Magneten versehen sein. Zur Befestigung des Positionsaufnahmesystems an einem Rohranschluss mit Anschlussflansch kann dieses vorzugsweise mit entsprechenden Befestigungsbolzen versehen sein, die an den freien Enden der Zentrierarme befestigt sind und in die Bohrungen des Anschlussflansches eingesteckt werden können. Hierbei sollten die Befestigungsbolzen möglichst spielfrei in den Bohrungen gehalten sein, um eine möglichst genaue Messung zu gewährleisten. Um dies auch bei unterschiedlichen Bohrungsdurchmesser erreichen zu können, können vorzugsweise verschiedene, sich in ihrem Durchmesser unterscheidende Befestigungsbolzen bedarfsweise mit den freien Enden der Zentrierarme verbunden werden. Hierzu kann die Verbindung vorzugsweise mittels eines beliebigen Schnellverschluss- und insbesondere einem Steckverbindungssystem erfolgen. Alternativ können die Befestigungsbolzen auch konisch zulaufend ausgebildet sein, so dass diese auf alle Bohrungen in einem Durchmesserbereich spielfrei aufgesteckt (und dort vorzugsweise auch klemmend gehalten) werden können. Hierbei sollte jedoch berücksichtigt werden, dass sich dadurch der Abstand der Zielmarke von dem Anschlussflansch in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Bohrungen des Anschlussflansches verändert. Dies sollte dann gegebenenfalls wieder (rechnerisch) kompensiert werden, um weiterhin ein möglichst exaktes Ergebnis zu erhalten. In einer alternativen Ausführungsform können auch Befestigungselemente zum Einsatz kommen, die beispielsweise mit dem Anschlussflansch (durch die Bohrungen) verschraubt werden.

Eine der Zielmarken des erfindungsgemäßen Positionsaufnahmesystem kann vorzugsweise zentral (d.h. in dem sich durch die Zentrierung des Zentrierelements ergebenden Zentrum) auf der Grundplatte angeordnet sein. Dadurch kann die rechnerische Ermittlung der Mittelachse des Rohranschlusses vereinfacht werden. Zudem muss dann bei der Befestigung des Positionsaufnahmesystems an dem Rohranschluss keine besondere (rotatorisch) Ausrichtung eingehalten werden.

Eine Zielmarke des erfindungsgemäßen Positionsaufnahmesystems kann vorzugsweise an dem freien Ende zumindest eines der Zentrierarme befestigt sein, um den (Außen-)Durchmesser des Rohranschlusses und/oder das Bohrungsbild des Anschlussflansches ermitteln zu können. Besonders bevorzugt kann die Zielmarke dazu an dem entsprechenden Befestigungselement befestigt sein.

Ein erfindungsgemäßes Referenzsystem, das vorzugsweise in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung kommen kann, weist mindestens zwei Verbindungselemente auf, die jeweils mit mindestens einer mittels eines optischen Aufnahmesystems detektierbaren Zielmarke versehen sind, und mindestens ein Distanzstück mit definierter Länge auf, das mit den Verbindungselementen verbindbar ist. Über eine Addition der Länge des Distanzstücks und der Abstände der Zielmarken von den Verbindungsebenen (der Verbindungen zwischen den Verbindungselementen und dem jeweiligen Ende des Distanzstücks) kann die Gesamtdistanz zwischen den zwei Zielmarken auf einfache Weise ermittelt und als Referenzlänge herangezogen werden.

Das Referenzsystem kann bei der Aufnahme der die Rohranschlüsse abbildenden Bilder so positioniert werden, dass dieses ebenfalls sichtbar ist, so dass durch eine automatische Detektion der mindestens zwei Zielmarken des Referenzsystems der bekannte Abstand zwischen den beiden Zielmarken als Referenzlänge für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung steht.

Um die Ermittlungsgenauigkeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglichst hoch zu halten, ist vorzugsweise vorgesehen, das Referenzsystem jeweils so an das zu vermessende Rohrsystem anzupassen, dass die Referenzelemente möglichst nah bei den jeweils zu vermessenden Rohranschlüssen positioniert sind. Um dies zu ermöglichen, sollte die Länge des oder der Distanzstücke anpassbar sein. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Vielzahl von Distanzstücken mit unterschiedlichen Längen vorgesehen werden, die bedarfsweise mit den Verbindungselementen verbunden werden. Hierzu sollte die Verbindung zwischen den Verbindungselementen und dem Distanzstück vorzugsweise einfach lösbar, beispielsweise in Form eines beliebigen Schnellverschlusssystems, ausgebildet sein.

Alternativ ist es auch möglich, ein Distanzstück vorzusehen, das definiert längenveränderbar (beispielsweise teleskopförmig ineinander schiebbar) ist. Die jeweilige Länge des Distanzstücks kann dann beispielsweise anhand einer Längenskala abgelesen werden. Vorzugsweise wird die jeweilige Länge des Distanzstücks jedoch automatisch ermittelt und an die Auswertereinheit des Aufnahmesystems übermittelt (insbesondere auch kabellos, z.B. per Funk).

Vorzugsweise sind die Verbindungselemente quader- und besonders bevorzugt würfelförmig ausgebildet, wobei diese an mindestens zwei Seiten ein Anschlusselement zur Verbindung mit einem korrespondierendem Anschlusselement des Distanzstücks aufweisen. Die mindestens eine Zielmarke kann vorzugsweise zentrisch auf einer weiteren Seite des Verbindungselements angeordnet sein.

Die Positionsaufnahmesysteme können vorzugsweise auch als dreidimensionale Körper ausgebildet sein, auf/an denen mehrere Zielmarken an verschiedenen vorbestimmten Positionen befestigt sind. Die Relativlage der an einem derartigen Körper, der als Quader, Zylinder, Würfel, Pyramide usw. ausgestaltet sein kann, befestigten Zielmarken ist bekannt, und kann als Referenz dienen. Durch die Ausgestaltung eines Positionsaufnahmesystems als dreidimensionaler Körper ist es beispielsweise möglich, die Zielmarken nicht nur in einer Ebene zueinander anzuordnen, sondern auch versetzt zueinander in verschiedenen - mindestens zwei -Ebenen. Die Zielmarken, die eine flächenhafte Ausdehnung aufweisen, können somit mindestens zwei unterschiedliche Ebenen aufspannen, wobei eine Ebene jeweils durch die flächenhafte Ausdehnung der Zielmarke definiert wird. Die Oberfläche der Zielmarke ist Teil der Ebene, die die Zielmarke aufspannt. Es kann mehr als eine Zielmarke in einer Ebene angeordnet sein. Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Zielmarken in mindestens zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Ebenen angeordnet sind. Die Relativlage bezüglich der Ebene, die die Zielmarke durch ihre räumliche Ausdehnung aufspannt, kann im Vergleich zu anderen Zielmarken als vorbestimmte Referenz dienen. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine an dem dreidimensionalen Körper befestigte Zielmarke um eine vorbestimmte Distanz bzw. Weg vom dreidimensionalen Körper ausgefahren, verschwenkt bzw. bewegt werden kann. Bei einem geraden Prisma können Zielmarken sowohl auf der Grundfläche als auch im rechten Winkel hierzu auf den Seitenflächen aufgebracht sein. Bei der Verwendung eines dreidimensionalen Körpers als Positionsaufnahmesystem können die ermittelten Daten direkt für ein Referenzsy- stem dienen, da durch die mehreren Oberflächen, deren genau relative Lage und Abmessung zueinander bekannt ist, ein Referenzsystem geschaffen ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist mittig auf der Grundplatte als Zentrierelement ein würfelförmiges oder geradprismenförmiges Element angeordnet, das sowohl auf der Grundfläche als auf den Seitenflächen Zielmarken aufweisen kann. Die Zielmarken sind an vorbestimmten Positionen des Würfels bzw. des geraden Prismas, vorzugsweise mit sechseckiger Grundfläche, vorhanden. Durch die bekannte relative Lage der Zielmarken zueinander können mit den mindestens zwei Bildern aus unterschiedlichen Perspektiven die räumliche Lage und die Abmessungen der auf den Bildern zu sehenden Elemente ermittelt werden. Bevorzugt ist die Anordnung der Zielmarken auf dem Zentrierelement derart, dass die Oberflächennormalen der mit Zielmarken versehenen Oberflächen einen Winkel von größer als 0° und kleiner gleich 90° in Richtung von der Grundplatte weg beschreibt. Durch die Winkelspezifizierung ist sichergestellt, dass Zielmarken an Oberflächen des Zentrierelements vorhanden sind, die nicht nur parallel zueinander verlaufen. Insbesondere gilt die Winkelspezifizierung für den Fall, dass es mindestens zwei Oberflächen des Zentrierelements mit Zielmarken gibt, die senkrecht zueinander verlaufen.

Zusätzlich zu dem Zentrierelement kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch mindestens ein weiteres dreidimensionales (Vermessungs-)Element an einem der Zentrierarme befestigt vorgesehen sein. Die Abmessung des weiteren Elements ebenso wie die relative Lage des weiteren Elements zum Zentrierelement durch die Verbindung mit dem Zentrierarm ist vorbekannt und kann somit dazu verwendet werden, den Teilkreisdurchmesser und die Winkellage der Flanschbohrungen zu ermitteln. Wahlweise können aber auch mehrere weitere Elemente vorgesehen sein, so dass mehrere oder alle Zentrierarme mit einem weiteren Element fest verbunden sind.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein System aus einem erfindungsgemäßen Positionsaufnahmesystem, einem erfindungsgemäßen Referenzsystem sowie einem optischen Aufnahmesystem zur Detektion der Zielmarken des Positionsaufnahmesystems und/oder des Referenzkörpersystems.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Positionsaufnahmesystem in einer isometrischen Ansicht mit eingeklappten Zentrierarmen;

Fig. 2 das Positionsaufnahmesystem der Fig. 1 in einer isometrischen

Ansicht mit ausgeklappten Zentrierarmen; Fig. 3a und 3b in zwei verschiedenen isometrischen Ansichten das Positionsaufnahmesystem gemäß den Fig. 1 und 2, befestigt an einem Anschlussflansch eines Rohranschlusses;

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Referenzsystem;

Fig. 5a und 5b Details eines Zielmarkers zur Verwendung in dem

Positionsaufnahmesystem gemäß den Figuren 1 bis 3b und dem Referenzsystem gemäß der Figur 4; und

Fi L_6 ein erfindungsgemäßes Positionsaufnahmesystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßes Positionsaufnahmesystem dargestellt. Dieses umfasst eine Grundplatte 1 , die mit vier Einschnitten versehen ist, wodurch diese die Form eines verzerrten Kreuzes erhält. Durch die Einschnitte werden vier Ausleger 2 gebildet, an denen jeweils seitlich versetzt ein Zentrierarm 3 verschwenkbar gelagert ist. Die vier Zentrierarme 3 weisen eine identische Länge auf und sind jeweils an ihrem freien Ende mit einem Anlagering 4 sowie einem Befestigungsbolzen 5 versehen.

In der Fig. 1 ist das Positionsaufnahmesystem mit eingeklappten Zentrierarmen 3 dargestellt, so dass der Anlagering 4 jedes der Zentrierarme 3 in einem der Einschnitte der Grundplatte 1 zum Anliegen kommt. Mit eingeklappten Zentrierarmen 3 ist das Positionsaufnahmesystem besonders kompakt und kann daher einfach transportiert werden.

In der Fig. 2 ist das Positionsaufnahmesystem mit ausgeklappten Zentrierarmen 3 dargestellt. Das Ausklappen erfolgt durch ein Verschwenken jedes der Zentrierarme 3 (im Uhrzeigersein in den Perspektiven der Fig. 1 und 2).

Die Figuren 3a und 3b zeigen in zwei verschiedenen isometrischen Ansichten des an einem Anschlussflansch 6 eines (in seinen übrigen Bestandteilen nicht dargestellten) Rohranschlusses befestigten Positionsaufnahmesystems gemäß den Figuren 1 und 2. Der Anschlussflansch 6 ist in einer gleichmäßigen Teilung mit insgesamt acht Bohrungen versehen, über die der Anschlussflansch mit einem entsprechenden Anschlussflansch eines unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens herzustellenden Passrohres verbunden werden soll. Zur Befestigung des Positionsaufnahmesystems werden die vier Zentrierarme 3 des Positionsaufnahmesystems so verschwenkt, dass diese jeweils in eine der Bohrungen des Anschlussflansches 6 eingesteckt werden können. Dadurch, dass die Zentrierarme 3 alle eine identische Länge aufweisen, wird das Zentrum der Grundplatte 1 des Positionsaufnahmesystems dabei selbsttätig zentrisch zu dem Anschlussflansch ausgerichtet.

Die Grundplatte 1 des Positionsaufnahmesystems ist mit insgesamt fünf Zielmarken 7 versehen, von denen eine im Zentrum der Grundplatte 1 und die vier weiteren jeweils auf einem der Ausleger 2 angeordnet sind. Zudem ist der Anlagering 4 eines der Zentrierarme 3 mit einer sechsten Zielmarke 7 versehen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können im Rahmen der photogrammetrischen Analyse die Zielmarken 7 auf den aufgenommenen Bildern detektiert werden und unter Berücksichtigung einer Referenzlänge die für die Erzeugung des Passrohrs relevanten geometrischen Daten des Rohranschlusses ermittelt werden. Die zentrale, auf der Grundplatte 1 angeordnete Zielmarke 7 definiert dabei die Mittelachse des Anschlussflansches 6 und die Zielmarke 7 auf dem Anlagering 4 des Zentrierarms 3 den Lochkreisdurchmesser und die Winkellage der Bohrungen für die Flanschverschraubung. Die sich in einer Ebene befindlichen insgesamt sechs Zielmarken 7 definieren weiterhin die räumliche Lage der Anschlussebene des Anschlussflansches 6, wobei die (bekannte) Distanz zwischen den auf der Grundplatte 1 und dem einen Zentrierarm 3 angeordneten Zielmarken 7 und der tatsächlichen Verbindungsebene des Anschlussflansches 6 rechnerisch kompensiert werden kann.

Die Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Referenzsystem. Dieses besteht aus mehreren (drei in der Fig. 4) würfelförmigen Verbindungselementen 8, von den jeweils zwei über jeweils ein geradförmiges Distanzstück 9 (mit definierter Länge) miteinander verbunden werden. Die Verbindung erfolgt dabei über jeweils drei Schrauben (nicht dargestellt), die durch Bohrungen 10 eines Verbindungsflansches 11 des Distanzstücks 9 hindurch in entsprechende Gewinde 12 in dem jeweiligen Verbindungselement 8 eingeschraubt werden. Die Verbindungsflansche 11 sind dabei bündig in entsprechenden kreisförmigen Vertiefungen 13 des jeweiligen Verbindungselements 9 eingesetzt. Selbstverständlich sind auch andere Verbindungsarten und insbesondere beliebige Schnellverschlusssysteme einsetzbar.

Die würfelförmigen Verbindungselemente 8 sind an insgesamt vier Seiten mit entsprechenden Anschlusselementen (kreisförmige Vertiefung 13 und Gewinde 12) versehen, um auch den Aufbau eines komplexen Referenzsystems aus mehreren in 90°-Winkeln zueinander stehenden Distanzstücken 9 zu ermöglichen. An einer anderen Seite jedes der Verbindungselemente ist dieses mit einer Zielmarke 7 versehen, die die Detektion und dadurch die Ermittlung einer oder mehrerer Referenzlängen im Rahmen der photogrammetrischen Analyse eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen. Die Fig. 5a und 5b zeigen die Details der bei dem Positionsaufnahmesystem gemäß den Fig. 1 bis 3b und dem Referenzsystem gemäß der Fig. 4 zum Einsatz kommenden Zielmarken 7. Jede dieser Zielmarken ist kreisförmig aufgebaut, wobei mehrere sich umgebende kreis- oder ringförmige Teilflächen sich farblich durch einen hohen Kontrast auszeichnen. Das Zentrum der Zielmarken bildet ein kreisförmiges, dunkles (z.B. schwarzes) Farbmuster in Form eines Graukegels 14, der zu seinen Rändern hin immer heller wird und so in eine erste ringförmige, helle (z.B. weiße oder gelbe) Teilfläche 15 übergeht. Die erste (helle) ringförmige Teilfläche 15 ist von einer zweiten ringförmigen Teilfläche 16 umgeben, die in einer dunklen Farbe (z.B. schwarz) gehalten und somit in einem deutlichen farblichen Kontrast zu der ersten ringförmigen Teilfläche 15 steht. Die zweite ringförmige Teilfläche 16 ist von einer dritten ringförmigen Teilfläche 17 umgeben, die teilweise in dunkler und teilweise in heller Farbe mit einem deutlichen Übergang gehalten ist.

Der Graukegel 14 dient dazu, die Zielmarke 7 an sich möglichst sicher von der Auswerteeinheit des Aufnahmesystems erkennen zu können. Hierzu ist ein solcher Graukegel 14 besonders geeignet, da er einen farblichen Kontrast abbildet, der weder in der Natur noch in sonstigen Gegenständen häufig anzutreffen ist.

Die erste und zweite ringförmige Teilflächen 15, 16 dienen dann dazu, das Zentrum der Zielmarke 7 möglichst exakt bestimmen zu können. Im Rahmen der photog rammetrischen Analyse zeigen die aufgenommenen Bilder die einzelnen Zielmarken 7 nämlich regelmäßig weder exakt von oben noch exakt von der Seite, so dass die beiden ringförmigen Teilflächen 15, 16 als Ellipsen zu erkennen sind. Dies ermöglicht daher, durch eine optische Auswertung die Ellipsenachsen zu bestimmen, über die der Mittelpunkt der Zielmarke 7 ermittelt werden kann (vgl. 5b). Der deutliche farbliche Kontrast der ersten und zweiten ringförmigen Teilfläche 15, 16 dient der sicheren Unterscheidbarkeit im Rahmen der fotogram metrischen Analyse.

Die dritte ringförmige Teilfläche 17 dient der Kodierung und somit eindeutigen Zuordnung der jeweiligen Zielmarke, wobei das Verhältnis des in heller Farbe gehaltene Flächeanteils 17a zu dem in dunkler Farbe gehaltenen Flächeanteil 17b die Kodierung definiert. Wie sich insbesondere aus der Fig. 1 ergibt, ist jede in dem erfindungsgemäßen System eingesetzte Zielmarke 7 anders kodiert, so dass diese automatisch von dem System erkannt und zugeordnet werden können.

In Fig. 6 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Positionsaufnahmesystems gezeigt. Auf der Grundplatte 1 ist ein Zentrierelement, das als gerades sechseckiges Prisma ausgestaltet ist, befestigt. Die Befestigung des Zentrierelements ist bevorzugt so, dass es mittig auf der Grundplatte 1 befestigt ist; die Mittelachse des Zentrierelements und die Mittelachse der Grundplatte 1 fallen vor- zugsweise zusammen. Außen auf der Grundfläche des Prismas und auf den äußeren Seitenflächen des Prismas sind Zielmarken 7 aufgebracht, die kreisförmig ausgestaltet sind. Die Zielmarken 7 weisen eine kreisförmige Fläche auf mit einem die kreisförmige Fläche umgebenden Außenring, der eine dunklere Färbung als die kreisförmige Fläche aufweist. Die auf das Zentrierelement aufgebrachten Zielmarken 7 weisen eine vorbestimmte relative Lage zueinander auf.

Mit der Grundfläche des Prismas und einer Seitenfläche des Prismas sind zwei Oberflächen an dem Zentrierelement vorhanden, deren Oberflächennormalen senkrecht zueinander verlaufen und einen Winkel aufspannen, der größer als 0° und kleiner gleich 90° ist.

An der Grundplatte 1 sind Zentrierarme 3 schwenkbar gelagert. An einem der Zentrierarme ist ein weiteres Element 18 befestigt, dessen relative Lage zu dem Zentrierelement ebenso wie seine Abmessungen vorbestimmt sind. Das weitere Element 18 weist mehrere Oberflächen auf. Im dargestellten Falle ist das Element 18 als gerades sechseckiges Prisma ausgestaltet, das an der der Grundplatte 1 beabstandeten Seite eine Kreisplatte als Abschluss aufweist. Die verschiedenen Oberflächen des weiteren Elements 18 sind mit Zielmarken 7 versehen. Die auf das weitere Element 18 aufgebrachten Zielmarken 7 weisen eine vorbestimmte relative Lage zueinander auf.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Lage und/oder mindestens einer Abmessung eines Rohranschlusses mit folgenden Schritten:

Befestigen eines Positionsaufnahmesystems mit mindestens einer mittels eines optischen Aufnahmesystems detektierbaren Zielmarke (7) an dem Rohranschluss;

Erzeugung von mindestens zwei Bildern aus unterschiedlichen Perspektiven mittels des Aufnahmesystems; und

Bestimmung der räumlichen Lage und/oder der Abmessungen des Rohranschlusses mittels photogrammetrischer Analyse durch eine Auswertung der Positionen der Zielmarke (7) in den beiden Bildern unter Berücksichtigung einer Referenzlänge.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzlänge durch ein in den Bildern abgebildetes Referenzsystem mit zumindest einer definierten Abmessung ermittelt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Lage der Rohranschlussebene, das Zentrum des Rohranschlusses und/oder ein Bohrbild eines Anschlussflansches (6) des Rohranschlusses ermittelt wird.

4. Verfahren zur Festlegung von Abmessungen und eines Verlaufs eines Passrohres zur Einbindung zwischen mindestens zwei Rohranschlüssen eines Rohrleitungssystems mit folgenden Schritte:

- Bestimmung der räumlichen Lage und/oder mindestens einer Abmessung der Rohranschlüsse mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; und

- rechnerische Ermittlung der Abmessungen und des Verlaufs des Passrohres.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Lage und/oder die Abmessungen eines möglichen, mit mindestens einer Zielmarke versehenen Hindernisses durch eine Auswertung der Bilder bestimmt wird.

6. Positionsaufnahmesystem zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Grundplatte (1), mindestens ein Zentrierelement und mindestens eine, vorzugsweise mindestens drei mittels eines optischen Aufnahmegeräts detektierbare Zielmarken (7).

7. Positionsaufnahmesystem gemäß Anspruch 6 gekennzeichnet durch mindestens drei peripher und verschwenkbar an der Grundplatte (1 ) angeordnete Zentrierarme (3).

8. Positionsaufnahmesystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierarme (3) mit Befestigungselementen (5) versehen sind.

9. Positionsaufnahmesystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (5) zur spielfreien Befestigung in eine Bohrung einsteckbar und vorzugsweise konisch ausgebildet sind.

10. Positionsaufnahmesystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Befestigungselement (5) eines Zentrierarms (3) mit einer Zielmarke (7) versehen ist.

11. Positionsaufnahmesystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) zentral mit einer Zielmarke (7) versehen ist.

12. Positionsaufnahmesystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarken (7) mit ihrer Oberfläche in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.

13. Positionsaufnahmesystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement an der Grundplatte (1) befestigt ist, wobei das Zentrierelement an seiner Oberfläche Zielmarken (7) aufweist, und die Oberflächennormalen der mit Zielmarken (7) versehenen Oberflächen einen Winkel von kleiner gleich 90° und größer als 0° beschreiben.

14. Positionsaufnahmesystem gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Element (18) fest mit einem der Zentrierarme (3) verbunden ist, das eine vorbestimmte Lage zum Zentrierelement und vorbestimmte Abmessungen aufweist, und Zielmarken (7) an seiner Oberfläche vorhanden sind.

15. Referenzsystem zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens zwei Verbindungselemente (8), die jeweils mit mindestens einer mittels eines optischen Aufnahmesystems detektierbaren Zielmarke (7) versehen sind, und mindestens einem Distanzstück (9) mit definierter Länge, das mit den Verbindungselementen (8) verbindbar ist.

16. Referenzsystem gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Verbindungselementen (8) und dem Distanzstück (9) lösbar ist.

17. Referenzsystem gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene, sich in ihrer Länge unterscheidende Distanzstücke (9) zur wahlweisen Verbindung mit den Verbindungselementen (8) vorgesehen sind.

18. Referenzsystem gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzstück (9) definiert längenveränderbar ist.

19. Referenzsystem gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (8) quader- und vorzugsweise würfelförmig sind und an mindestens zwei Seiten ein Anschlusselement zur Verbindung mit einem korrespondierenden Anschlusselement des Distanzstücks (9) aufweist.

20. Referenzsystem zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch kreuzförmig ausgestaltete, mit Zielmarken versehene Objekte.

21. System aus einem Positionsaufnahmesystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14; und/oder

einem Referenzsystem gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19; und

einem optischen Aufnahmesystem zur Detektion der Zielmarken des Positionsaufnahmesystems und/oder des Referenzsystems.

22. Verwendung der - vorzugsweise digitalen - photogrammetrischen Analyse zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder der Abmessungen von Rohranschlüssen in einem Rohrleitungssystem und/oder des Verlaufs eines Rohrleitungsabschnitts zwischen zwei Rohranschlüssen in einem Rohrleitungssystem.