WO2022167141A1 - Apparatus for inspecting a component using time-of-flight sensors - Google Patents

Apparatus for inspecting a component using time-of-flight sensors Download PDF

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WO2022167141A1
WO2022167141A1 PCT/EP2021/087553 EP2021087553W WO2022167141A1 WO 2022167141 A1 WO2022167141 A1 WO 2022167141A1 EP 2021087553 W EP2021087553 W EP 2021087553W WO 2022167141 A1 WO2022167141 A1 WO 2022167141A1
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component
time
sensors
flight sensors
machine
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PCT/EP2021/087553
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Dennis Rotthaus
Tim Weber
Philip Wischtukat
Oktay Özcan
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0006—Disassembling, repairing or modifying dynamo-electric machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for inspecting, in particular for testing and/or maintaining and/or repairing, a component of a machine.
  • robots are used to diagnose areas that are difficult to access, for example in the generator.
  • this includes checking the integrity of the laminated core and the general visual assessment of the stator laminated core and the rotor.
  • a robot unit is introduced into the narrow air gap between the stator and the rotor, which is held onto the teeth of the laminated core by means of magnetic force. So far, the robots have kept on track electronically using Hall sensors and mechanically using plastic guide rails.
  • the inventive device for inspecting a component of a machine comprises at least one device for Attachment of a sensor or a tool, means for advancing the inspection device with respect to the component, and control means for controlling the means for advancing the inspection device.
  • the sensor can, for example, be a sensor for contactless scanning or inspecting or examining the component.
  • the control device includes a number of time-of-flight sensors, also called time-of-flight sensors (TOF).
  • the number of time-of-flight sensors is preferably designed to detect the distance and thus the distance of the inspection device from a surface of the component.
  • the control device is preferably designed to navigate the device using the geometry of the surface and the distances recorded using the time-of-flight sensors along the surface.
  • the time-of-flight sensors can be designed, for example, to output signals to an evaluation device of the control device.
  • the signals from the aircraft sensors can preferably be used to track the device for inspection.
  • the present invention enables non-contact tracking, thereby avoiding mechanical stress on the components to be inspected. Furthermore, tracking is not affected by unevenness or dirt on the surface, so it can be made more precise.
  • the depth measurement performed using time-of-flight sensors offers greater accuracy than sensors that can be influenced magnetically, such as Hall sensors in particular, which are used in an electromagnetic field.
  • the device is preferably designed for testing, in particular for non-contact testing, and/or for maintenance and/or repair of a component of a machine.
  • the inspection device can, for example, have a number of sensors for visual and/or acoustic and/or magnetic see and / or electromagnetic examination, for example for scanning or detecting the component to be examined include.
  • the sensors mentioned can be designed for scanning or detecting a surface of the component and/or properties of a volume region of the component.
  • the at least one sensor can be attachable or can be attached to the attachment device.
  • the sensors mentioned are preferably sensors for non-contact inspection.
  • the device can comprise a number of tools, ie at least one tool which can be designed, for example, for maintenance and/or repair of the component.
  • the device includes at least four time-of-flight sensors. These are preferably arranged at fixed minimum distances from one another in a square, for example in a rectangle. This refinement enables precise navigation of the device.
  • the device can comprise at least one device for placing and/or moving the device on a surface of the component to be examined. This enables a time- and personnel-efficient examination of completely assembled components, since manual insertion or repositioning of the device in various hard-to-reach areas of the component becomes superfluous.
  • the method according to the invention for inspection, in particular for testing and/or maintenance and/or repair, of a component of a machine comprises the following steps: A device according to the invention described above is placed on a surface of the component, the device having at least one sensor and/or at least one tool includes .
  • the sensor can be a sensor for non-contact inspecting or examining or scanning the component.
  • the device is moved along the surface of the component, the device based on the control device Signals of the number of time-of-flight sensors and the geometry of the surface of the component is navigated.
  • the at least one sensor and/or the at least one tool is activated, in particular operated.
  • the method according to the invention has the advantages already mentioned above. In particular, it enables precise, non-contact navigation of the device on surfaces of a component that are difficult to access.
  • the machine can be an electrical machine, for example a generator or an electric motor.
  • the device can be moved, for example, in a gap between a rotor and a stator of a generator or an electric motor.
  • moving means performing at least one translation, optionally in conjunction with at least one rotation, in relation to the component to be examined.
  • a feature of the geometry of the surface of the component can be selected or specified or recorded.
  • the device can be navigated and in particular moved along the feature.
  • the feature can be, for example, an elevation and/or a depression and/or an edge and/or a groove on a surface of the component.
  • the non-contact tracking using the time-of-flight sensors or Time-of-flight sensors enable precise tracking on the teeth of a laminated core of a rotor or stator and can also be used under adverse environmental conditions.
  • the sensors can measure the groove with an accuracy of 1 mm and can then use the edges to the teeth to keep the device, for example the robot, on track.
  • This type of sensor also enables detection of a geometric end of a component, for example Example of a stator core .
  • the use of TOFs enables the use of an insertion aid with which the device or the robot can automatically move in and out of a gap, for example. This makes moving to the next wedge much easier and shortens the time .
  • Fig. 1 schematically shows a section of a rotor or a stator of a generator with a device according to the invention in a perspective view.
  • FIG. 2 schematically shows a section of the rotor or stator shown in FIG. 1 with the device according to the invention in a side view.
  • Fig. 3 schematically shows a section of a rotor or a stator of a generator with the device according to the invention in a laterally offset position in a perspective view.
  • FIG. 4 schematically shows a section of the rotor or stator shown in FIG. 3 with the device according to the invention in a side view.
  • Fig. 5 schematically shows a section of a rotor or a stator of a generator with the device according to the invention in a slightly rotated position in a perspective view.
  • FIG. 6 schematically shows a section of a rotor or a stator of a generator with the device according to the invention in a strongly rotated position in a perspective view.
  • Fig. 7 schematically shows a section of a rotor or a stator of a generator with a device according to the invention when it reaches the edge in a perspective view.
  • FIGS. 1 to 7 show a section of a rotor or a stator of a generator in different views.
  • the rotor or stator 1 comprises a number of laminated cores 2 and between wedges 3 arranged in the laminated cores 2 .
  • a device according to the invention designed as a robot 4 is introduced into a gap between the rotor and the stator.
  • the device or the robot 4 comprises a device for attaching a sensor and/or a tool 5, a device for moving, in particular moving 6 the device or of the robot 4 and a controller 7 for controlling the device moving means 6 .
  • the control device 7 comprises a number of time-of-flight sensors (time-of-flight sensors) 8 .
  • the control device 7 is not shown explicitly in some figures. It can be arranged directly on the device 4 or, designed for cordless signal transmission, it can be arranged at a position remote from the device 4 .
  • the surface of the rotor or stator 1, in particular the surface of the laminated cores 2 and/or the wedges 3, is to be examined.
  • the robot 4 is placed on two stacks of laminations and is moved along the surface of the two stacks of laminations.
  • four time-of-flight sensors 8 are arranged in a rectangle and aligned in such a way that they can be used to measure a distance between the robot 4 and the underlying surface, for example the surface of the wedge 3 .
  • the depth measurement is identified in the figures by arrows with the reference number 9 .
  • the robot 4 is arranged on two laminated cores 2, with a wedge 3 being located exactly in the middle of the robot 4 below it.
  • a parallel offset has been made, ie the robot 4 has moved in the direction of one of the laminated cores 2 .
  • the variant shown in FIGS. 1 and 2 all four time-of-flight sensors 8 detect approximately the same value for the distance measurement 9, in the situation shown in FIG. 3 and FIG.
  • the two time-of-flight sensors 8 arranged on the left in the figures detect a smaller distance to the surface, namely only the distance to the laminated core 2 below them, and the two time-of-flight sensors 8 arranged on the right in the figures detect the distance to the wedge 3 arranged below them , Which is greater than the distance to the laminated core 2 .
  • the robot 4 can be navigated by means of these distances 9 detected by the time-of-flight sensors 8 .
  • FIG. 5 shows robot 4 turning slightly to the left.
  • the time-of-flight sensor 8 shown at the top left in the figure detects a shorter distance than the three other time-of-flight sensors 8 .
  • FIG. 6 shows a sharp rotation of the robot 4 to the left, with the flight time sensor 8 shown at the top left and the bottom right in the figure each detecting or detecting a shorter distance to the surface located beneath them than the other two flight times -Sensors 8 .
  • the translation and/or rotation of the robot 4 can be precisely controlled by means of the signals detected by the time-of-flight sensors 8 .
  • the device or the robot 4 is navigated and moved along an edge of one or more laminated cores.
  • FIG. 7 shows a situation in which the robot 4 reaches the end of the rotor or stator 1 .
  • the time-of-flight sensors 8 arranged at the respective end detect a significantly larger distance to the surface below them.
  • the robot 4 can be stopped precisely in such a situation by means of this signal.
  • the robot 4 can have at least one sensor for checking a surface of the component 1, preferably a sensor for non-contact inspection.
  • a sensor for non-contact inspection can be, for example, a sensor for visual and/or acoustic and / or magnetic and / or electromagnetic examination of the component, z. B. a surface and/or a volume region of the component.
  • the sensor not shown in the figures can be attached to the attachment device 5 or be an integral part of the robot 4 .
  • the robot 4 can comprise at least one tool for the maintenance and/or repair of the component 1 , for example the rotor or stator 1 shown. This makes it possible to examine and/or maintain and/or repair areas of a component 1 that are difficult to access, for example in the area between a rotor and a stator of a generator.

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Abstract

The invention describes an apparatus for inspecting (4) a component (1) of a machine. The apparatus (4) comprises at least one device for fastening (5) a sensor and/or a tool, one device for moving (6) the apparatus for inspection with respect to the component (1), and one control device (7) for controlling the device for moving (6) the apparatus for inspection, wherein the control device (7) comprises a number of time-of-flight sensors (8).

Description

Beschreibung description
Vorrichtung zur Inspektion eines Bauteils mit Flugzeit- Sensoren Device for inspecting a component with time-of-flight sensors
Die vorliegende Erfindung betri f ft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Inspektion, insbesondere zur Prüfung und/oder Wartung und/oder Reparatur, eines Bauteils einer Maschine . The present invention relates to a device and a method for inspecting, in particular for testing and/or maintaining and/or repairing, a component of a machine.
Im Rahmen von am j eweiligen Standort einer Maschine , zum Beispiel eines Generators , ausgeführten Service-Dienstleistungen zur Wartung und Reparatur ( Field Service ) werden Roboter eingesetzt , um schwer zugängliche Bereiche , beispielsweise im Generator, zu befunden . Im Falle eines Generators fallen hierbei unter anderem das Überprüfen der Integrität des Blechpakets und die allgemeine visuelle Befundung des Stator- Blechpakets und des Rotors an . Hierzu wird eine Robotereinheit in den schmalen Luftspalt zwischen Stator und Rotor eingeführt , welche sich mittels Magnetkraft auf den Zähnen des Blechpakets hält . Bisher haben sich die Roboter elektronisch mittels Hall-Sensoren und mechanisch mittels Kunststof f-Führungsschienen auf der Spur gehalten . As part of maintenance and repair services (field service) carried out at the respective location of a machine, for example a generator, robots are used to diagnose areas that are difficult to access, for example in the generator. In the case of a generator, this includes checking the integrity of the laminated core and the general visual assessment of the stator laminated core and the rotor. For this purpose, a robot unit is introduced into the narrow air gap between the stator and the rotor, which is held onto the teeth of the laminated core by means of magnetic force. So far, the robots have kept on track electronically using Hall sensors and mechanically using plastic guide rails.
Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Vorrichtung und ein vorteilhaftes Verfahren zur Inspektion, insbesondere zur Prüfung und/oder Wartung und/oder Reparatur, eines Bauteils einer Maschine zur Verfügung zu stellen, wodurch insbesondere eine einfache und zuverlässige Navigation der Vorrichtung zur Inspektion ermöglicht wird . Against the background described, it is an object of the present invention to provide an advantageous device and an advantageous method for inspecting, in particular for testing and/or maintaining and/or repairing, a component of a machine, which in particular enables simple and reliable navigation of the Device for inspection is enabled.
Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst . Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung . These objects are solved by a device according to claim 1 and a method according to claim 7 . The dependent claims contain further advantageous refinements of the invention.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Inspektion eines Bauteils einer Maschine umfasst mindestens eine Einrichtung zur Befestigung eines Sensors oder eines Werkzeuges , eine Einrichtung zum Fortbewegen der Vorrichtung zur Inspektion in Bezug auf das Bauteil und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Einrichtung zum Fortbewegen der Vorrichtung zur Inspektion . Bei dem Sensor kann es sich zum Beispiel um einen Sensor zum berührungslosen Abtasten oder Inspi zieren oder Untersuchen oder des Bauteils handeln . Die Steuereinrichtung umfasst eine Anzahl an Flugzeit-Sensoren, auch Time-of-Flight-Senso- ren ( TOF) genannt . The inventive device for inspecting a component of a machine comprises at least one device for Attachment of a sensor or a tool, means for advancing the inspection device with respect to the component, and control means for controlling the means for advancing the inspection device. The sensor can, for example, be a sensor for contactless scanning or inspecting or examining the component. The control device includes a number of time-of-flight sensors, also called time-of-flight sensors (TOF).
Die Anzahl an Flugzeit-Sensoren ist bevorzugt dazu ausgelegt , den Abstand und damit den Abstand der Vorrichtung zur Inspektion zu einer Oberfläche des Bauteils zu erfassen . Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgelegt , die Vorrichtung mittels der Geometrie der Oberfläche und der mittels der Flugzeit-Sensoren erfassten Abstände entlang der Oberfläche zu navigieren . Die Flugzeitsensoren können beispielsweise dazu ausgelegt sein, Signale an eine Auswertungseinrichtung der Steuereinrichtung aus zugeben . Die Signale der Flugzeugsensoren können vorzugsweise zur Spurführung der Vorrichtung zur Inspektion verwendet werden . The number of time-of-flight sensors is preferably designed to detect the distance and thus the distance of the inspection device from a surface of the component. The control device is preferably designed to navigate the device using the geometry of the surface and the distances recorded using the time-of-flight sensors along the surface. The time-of-flight sensors can be designed, for example, to output signals to an evaluation device of the control device. The signals from the aircraft sensors can preferably be used to track the device for inspection.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine berührungslose Spurführung, wodurch eine mechanische Beanspruchung der zu inspi zierenden Bauteile vermieden wird . Weiterhin wird die Spurführung nicht durch Unebenheiten oder Verschmutzungen der Oberfläche beeinträchtigt , kann also präzisiert werden . Die mittels Flugzeitsensoren vorgenommene Tiefenmessung, beispielsweise mittels Lasersensorik, bietet eine höhere Genauigkeit als magnetisch beeinflussbare Sensoren, wie insbesondere Hall-Sensoren, welche in einem elektromagnetischen Feld benutzt werden . The present invention enables non-contact tracking, thereby avoiding mechanical stress on the components to be inspected. Furthermore, tracking is not affected by unevenness or dirt on the surface, so it can be made more precise. The depth measurement performed using time-of-flight sensors, for example using laser sensors, offers greater accuracy than sensors that can be influenced magnetically, such as Hall sensors in particular, which are used in an electromagnetic field.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung zur Prüfung, insbesondere zur berührungslosen Prüfung, und/oder zur Wartung und/oder zur Reparatur eines Bauteils einer Maschine ausgelegt . Die Vorrichtung zur Inspektion kann zum Beispiel eine Anzahl an Sensoren zur visuellen und/oder akustischen und/oder magneti- sehen und/oder elektromagnetischen Untersuchung, beispielsweise zum Abtasten oder Erfassen, des zu untersuchenden Bauteils umfassen . Die genannten Sensoren können zum Abtasten oder Erfassen einer Oberfläche des Bauteils und/oder von Eigenschaften eines Volumenbereichs des Bauteils ausgelegt sein . Der mindestens eine Sensor kann an der Einrichtung zur Befestigung befestigbar sein oder befestigt sein . Bei den genannten Sensoren handelt es sich vorzugsweise um Sensoren zur berührungslosen Inspektion . Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Vorrichtung eine Anzahl an Werkzeugen umfassen, also mindestens ein Werkzeug, welche/welches beispielsweise zur Wartung und/oder Reparatur des Bauteils ausgelegt sein kann . The device is preferably designed for testing, in particular for non-contact testing, and/or for maintenance and/or repair of a component of a machine. The inspection device can, for example, have a number of sensors for visual and/or acoustic and/or magnetic see and / or electromagnetic examination, for example for scanning or detecting the component to be examined include. The sensors mentioned can be designed for scanning or detecting a surface of the component and/or properties of a volume region of the component. The at least one sensor can be attachable or can be attached to the attachment device. The sensors mentioned are preferably sensors for non-contact inspection. In addition or as an alternative to this, the device can comprise a number of tools, ie at least one tool which can be designed, for example, for maintenance and/or repair of the component.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung mindestens vier Flugzeit-Sensoren . Diese sind vorzugsweise in festgelegten Mindestabständen zueinander in einem Viereck, beispielsweise in einem Rechteck, angeordnet . Diese Ausgestaltung ermöglicht eine präzise Navigation der Vorrichtung . In an advantageous embodiment, the device includes at least four time-of-flight sensors. These are preferably arranged at fixed minimum distances from one another in a square, for example in a rectangle. This refinement enables precise navigation of the device.
Weiterhin kann die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zum Auf setzen und/oder Umsetzen der Vorrichtung auf einer Oberfläche des zu untersuchenden Bauteils umfassen . Hierdurch wird eine zeit- und personalef fi ziente Untersuchung komplett aufgebauter Bauteile ermöglicht , da insbesondere ein händisches Einsetzen oder Umsetzen der Vorrichtung in verschiedene schwer zugängliche Bereiche des Bauteils überflüssig wird . Furthermore, the device can comprise at least one device for placing and/or moving the device on a surface of the component to be examined. This enables a time- and personnel-efficient examination of completely assembled components, since manual insertion or repositioning of the device in various hard-to-reach areas of the component becomes superfluous.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Inspektion, insbesondere zur Prüfung und/oder Wartung und/oder Reparatur, eines Bauteils einer Maschine umfasst folgende Schritte : Eine zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf eine Oberfläche des Bauteils aufgesetzt , wobei die Vorrichtung mindestens einen Sensor und/oder mindestens ein Werkzeug umfasst . Bei dem Sensor kann es sich um einen Sensor zum berührungslosen Inspi zieren oder Untersuchen oder Abtasten des Bauteils handeln . In einem nächsten Schritt wird die Vorrichtung entlang der Oberfläche des Bauteils fortbewegt , wobei die Vorrichtung mittels der Steuereinrichtung basierend auf Signalen der Anzahl an Flugzeit-Sensoren und der Geometrie der Oberfläche des Bauteils navigiert wird . In einem weiteren Schritt wird der mindestens eine Sensor und/oder das mindestens eine Werkzeug aktiviert , insbesondere betrieben . Das erfindungsgemäße Verfahren hat die oben bereits genannten Vorteile . Es ermöglicht insbesondere eine präzise berührungslose Navigation der Vorrichtung an schwer zugänglichen Oberflächen eines Bauteils . The method according to the invention for inspection, in particular for testing and/or maintenance and/or repair, of a component of a machine comprises the following steps: A device according to the invention described above is placed on a surface of the component, the device having at least one sensor and/or at least one tool includes . The sensor can be a sensor for non-contact inspecting or examining or scanning the component. In a next step, the device is moved along the surface of the component, the device based on the control device Signals of the number of time-of-flight sensors and the geometry of the surface of the component is navigated. In a further step, the at least one sensor and/or the at least one tool is activated, in particular operated. The method according to the invention has the advantages already mentioned above. In particular, it enables precise, non-contact navigation of the device on surfaces of a component that are difficult to access.
Bei der Maschine kann es sich um eine elektrische Maschine handeln, zum Beispiel um einen Generator oder einen Elektromotor handeln . Die Vorrichtung kann im Rahmen des Verfahrens beispielsweise in einem Spalt zwischen einem Rotor und einem Stator eines Generators oder eines Elektromotors bewegt werden . The machine can be an electrical machine, for example a generator or an electric motor. As part of the method, the device can be moved, for example, in a gap between a rotor and a stator of a generator or an electric motor.
Fortbewegen bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Aus führen mindestens einer Translation, gegebenenfalls in Verbindung mit mindestens einer Rotation, in Bezug auf das zu untersuchende Bauteil . In the context of the present invention, moving means performing at least one translation, optionally in conjunction with at least one rotation, in relation to the component to be examined.
In einer weiteren Variante kann ein Merkmal der Geometrie der Oberfläche des Bauteils ausgewählt oder festgelegt oder erfasst werden . Die Vorrichtung kann entlang des Merkmals navigiert und insbesondere fortbewegt werden . Bei dem Merkmal kann es sich zum Beispiel um eine Erhebung und/oder eine Vertiefung und/oder eine Kante und/oder eine Nut auf einer Oberfläche des Bauteils handeln . In a further variant, a feature of the geometry of the surface of the component can be selected or specified or recorded. The device can be navigated and in particular moved along the feature. The feature can be, for example, an elevation and/or a depression and/or an edge and/or a groove on a surface of the component.
Die berührungslose Spurführung mittels der Flugzeit-Sensoren bzw . Time-of-Flight-Sensoren ( kurz : TOF ' s ) ermöglicht eine genaue Spurführung auf den Zähnen eines Blechpakets eines Rotors oder Stators und ist auch bei widrigen Umgebungsbedingungen einsetzbar . Die Sensoren können mit der Genauigkeit von 1 mm die Nut vermessen und können dann anhand der Ränder zu den Zähnen die Vorrichtung, beispielsweise den Roboter, in der Spur halten . Diese Art der Sensoren ermöglicht zudem eine Erkennung eines geometrischen Endes eines Bauteils , zum Beispiel eines Stator-Blechpakets . Der Einsatz von TOFs ermöglicht die Benutzung einer Einsetzhil fe , mit welcher die Vorrichtung bzw . der Roboter zum Beispiel in einen Spalt automatisch hinein und hinaus fahren kann . Das Umsetzen auf den nächsten Keil wird dadurch deutlich erleichtert und zeitlich verkürzt . The non-contact tracking using the time-of-flight sensors or Time-of-flight sensors (TOF's for short) enable precise tracking on the teeth of a laminated core of a rotor or stator and can also be used under adverse environmental conditions. The sensors can measure the groove with an accuracy of 1 mm and can then use the edges to the teeth to keep the device, for example the robot, on track. This type of sensor also enables detection of a geometric end of a component, for example Example of a stator core . The use of TOFs enables the use of an insertion aid with which the device or the robot can automatically move in and out of a gap, for example. This makes moving to the next wedge much easier and shortens the time .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Aus führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert . Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Aus führungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the attached figures. Although the invention is illustrated and described in more detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the examples disclosed and other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.
Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten . Daher sind hier of fenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage , die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet , um die vorliegende Erfindung auf viel fältige Weise einzusetzen . The figures are not necessarily detailed or to scale and may be enlarged or reduced to provide a better overview. Therefore, the functional details disclosed herein are not to be taken as limiting, but merely as a matter of convenience for providing guidance to those skilled in the art to utilize the present invention in a variety of ways.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder" , wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet , dass j edes der auf geführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann j ede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden . Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, die die Komponenten A, B und/oder C, enthält , kann die Zusammensetzung A alleine ; B alleine ; C alleine ; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten . Fig . 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht . As used herein, the term "and/or" when used in a series of two or more items means that each of the listed items can be used alone, or it can be any combination of two or more of the listed items For example, if a composition is described that contains components A, B and/or C, the composition can be A alone; B alone; C alone; A and B in combination; A and C in combination; B and C in combination; or contain A, B, and C in combination. Fig. 1 schematically shows a section of a rotor or a stator of a generator with a device according to the invention in a perspective view.
Fig . 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt des in der Figur 1 gezeigten Rotors oder Stators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht . Fig. FIG. 2 schematically shows a section of the rotor or stator shown in FIG. 1 with the device according to the invention in a side view.
Fig . 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer seitlich versetzten Position in einer perspektivischen Ansicht . Fig. 3 schematically shows a section of a rotor or a stator of a generator with the device according to the invention in a laterally offset position in a perspective view.
Fig . 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt des in der Figur 3 gezeigten Rotors oder Stators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht . Fig. FIG. 4 schematically shows a section of the rotor or stator shown in FIG. 3 with the device according to the invention in a side view.
Fig . 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer leicht gedrehten Position in einer perspektivischen Ansicht . Fig. 5 schematically shows a section of a rotor or a stator of a generator with the device according to the invention in a slightly rotated position in a perspective view.
Fig . 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer stark gedrehten Position in einer perspektivischen Ansicht . Fig. FIG. 6 schematically shows a section of a rotor or a stator of a generator with the device according to the invention in a strongly rotated position in a perspective view.
Fig . 7 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Erreichen des Randes in einer perspektivischen Ansicht . Fig. 7 schematically shows a section of a rotor or a stator of a generator with a device according to the invention when it reaches the edge in a perspective view.
Ein Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 7 erläutert . Die Figuren 1 bis 7 zeigen einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators in verschiedenen Ansichten . Der Rotor oder Stator 1 umfasst eine Anzahl an Blechpaketen 2 und zwischen den Blechpaketen 2 angeordnete Keile 3 . Zur Untersuchung der Blechpakete 2 wird in einen Spalt zwischen Rotor und Stator eine als Roboter 4 ausgestaltete erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht . Die Vorrichtung bzw . der Roboter 4 umfasst eine Einrichtung zur Befestigung eines Sensors und/oder eines Werkzeuges 5 , eine Einrichtung zum Bewegen, insbesondere Fortbewegen 6 der Vorrichtung bzw . des Roboters 4 und eine Steuereinrichtung 7 zum Steuern der Einrichtung zum Fortbewegen der Vorrichtung 6 . Die Steuereinrichtung 7 umfasst eine Anzahl an Flugzeit-Sensoren ( Time-of-Flight-Sensoren) 8 . Die Steuereinrichtung 7 ist in einigen Figuren nicht expli zit gezeigt . Sie kann unmittelbar an der Vorrichtung 4 angeordnet sein oder zur schnurlosen Signalübertragung ausgelegt an einer von der Vorrichtung 4 entfernten Position angeordnet sein . An exemplary embodiment of the present invention is explained below with reference to FIGS. FIGS. 1 to 7 show a section of a rotor or a stator of a generator in different views. The rotor or stator 1 comprises a number of laminated cores 2 and between wedges 3 arranged in the laminated cores 2 . In order to examine the laminated cores 2 , a device according to the invention designed as a robot 4 is introduced into a gap between the rotor and the stator. The device or the robot 4 comprises a device for attaching a sensor and/or a tool 5, a device for moving, in particular moving 6 the device or of the robot 4 and a controller 7 for controlling the device moving means 6 . The control device 7 comprises a number of time-of-flight sensors (time-of-flight sensors) 8 . The control device 7 is not shown explicitly in some figures. It can be arranged directly on the device 4 or, designed for cordless signal transmission, it can be arranged at a position remote from the device 4 .
In den gezeigten Abbildungen soll die Oberfläche des Rotors oder Stators 1 , insbesondere die Oberfläche der Blechpakete 2 und/oder der Keile 3 untersucht werden . Dazu ist in den gezeigten Abbildungen der Roboter 4 auf zwei Blechpaketen aufgesetzt und wird entlang der Oberfläche der beiden Blechpakete fortbewegt . Zur Navigation sind vier Flugzeit-Sensoren 8 in einem Rechteck angeordnet und so ausgerichtet , dass mit ihrer Hil fe ein Abstand zwischen dem Roboter 4 und der darunterliegenden Oberfläche , beispielsweise der Oberfläche des Keils 3 gemessen werden kann . Die Tiefenmessung ist in den Figuren durch Pfeile mit der Bezugs zi f fer 9 gekennzeichnet . In the illustrations shown, the surface of the rotor or stator 1, in particular the surface of the laminated cores 2 and/or the wedges 3, is to be examined. For this purpose, in the illustrations shown, the robot 4 is placed on two stacks of laminations and is moved along the surface of the two stacks of laminations. For navigation, four time-of-flight sensors 8 are arranged in a rectangle and aligned in such a way that they can be used to measure a distance between the robot 4 and the underlying surface, for example the surface of the wedge 3 . The depth measurement is identified in the figures by arrows with the reference number 9 .
In der perspektivischen Darstellung der Figur 1 und der geschnittenen Ansicht der Figur 2 ist der Roboter 4 auf zwei Blechpaketen 2 angeordnet , wobei sich ein Keil 3 genau in der Mitte des Roboters 4 unter diesem befindet . In der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Situation ist ein Parallelversatz vorgenommen worden, also eine Bewegung des Roboters 4 in Richtung eines der Blechpakete 2 . Während die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Variante alle vier Flugzeit-Sensoren 8 den in etwa gleichen Wert für die Abstandsmessung 9 erfassen, erfassen in der in der Figur 3 und der Figur 4 gezeigten Situa- tion die in den Figuren links angeordneten beiden Flugzeit- Sensoren 8 einen geringeren Abstand zur Oberfläche , nämlich lediglich den Abstand zu dem Blechpaket 2 unter ihnen und die in den Figuren rechts angeordneten beiden Flugzeit-Sensoren 8 erfassen den Abstand zu dem unter ihnen angeordneten Keil 3 , welcher größer ist als der Abstand zu dem Blechpaket 2 . Mittels dieser durch die Flugzeit-Sensoren 8 erfassten Abstände 9 kann der Roboter 4 navigiert werden . In the perspective representation of FIG. 1 and the sectional view of FIG. 2, the robot 4 is arranged on two laminated cores 2, with a wedge 3 being located exactly in the middle of the robot 4 below it. In the situation shown in FIGS. 3 and 4, a parallel offset has been made, ie the robot 4 has moved in the direction of one of the laminated cores 2 . While the variant shown in FIGS. 1 and 2 all four time-of-flight sensors 8 detect approximately the same value for the distance measurement 9, in the situation shown in FIG. 3 and FIG. tion, the two time-of-flight sensors 8 arranged on the left in the figures detect a smaller distance to the surface, namely only the distance to the laminated core 2 below them, and the two time-of-flight sensors 8 arranged on the right in the figures detect the distance to the wedge 3 arranged below them , Which is greater than the distance to the laminated core 2 . The robot 4 can be navigated by means of these distances 9 detected by the time-of-flight sensors 8 .
In der Figur 5 ist eine leichte Drehung des Roboters 4 nach links gezeigt . In diesem Fall erfasst der in der Figur links oben gezeigte Flugzeit-Sensor 8 einen kürzeren Abstand als die drei anderen Flugzeit-Sensoren 8 . In der Figur 6 ist eine starke Drehung des Roboters 4 nach links gezeigt , wobei der links oben und der rechts unten in der Abbildung gezeigte Flugzeit-Sensor 8 j eweils einen kürzeren Abstand zu der unter diesen befindlichen Oberfläche erfasst oder detektiert als die beiden anderen Flugzeit-Sensoren 8 . Auf diese Weise lässt sich also mittels der durch die Flugzeit-Sensoren 8 detek- tierten Signale die Translation und/oder Rotation des Roboters 4 präzise steuern . Dabei kann die Vorrichtung bzw . der Roboter 4 entlang einer Kante eines oder mehrerer Blechpakete navigiert und fortbewegt werden . FIG. 5 shows robot 4 turning slightly to the left. In this case, the time-of-flight sensor 8 shown at the top left in the figure detects a shorter distance than the three other time-of-flight sensors 8 . FIG. 6 shows a sharp rotation of the robot 4 to the left, with the flight time sensor 8 shown at the top left and the bottom right in the figure each detecting or detecting a shorter distance to the surface located beneath them than the other two flight times -Sensors 8 . In this way, the translation and/or rotation of the robot 4 can be precisely controlled by means of the signals detected by the time-of-flight sensors 8 . The device or the robot 4 is navigated and moved along an edge of one or more laminated cores.
Die Figur 7 zeigt eine Situation, in welcher der Roboter 4 an das Ende des Rotors oder Stators 1 gelangt . In diesem Fall detektieren die an dem j eweiligen Ende angeordneten Flugzeit- Sensoren 8 einen deutlich größeren Abstand zu der unter ihnen liegenden Oberfläche . Mittels dieses Signals kann der Roboter 4 in einer solchen Situation präzise gestoppt werden . Es kann weiterhin eine Einsetz- oder Umsetzhil fe vorhanden sein, mit welcher der Roboter 4 vorzugsweise ferngesteuert umgesetzt werden kann . FIG. 7 shows a situation in which the robot 4 reaches the end of the rotor or stator 1 . In this case, the time-of-flight sensors 8 arranged at the respective end detect a significantly larger distance to the surface below them. The robot 4 can be stopped precisely in such a situation by means of this signal. There can also be an insertion or conversion aid with which the robot 4 can preferably be implemented by remote control.
Der Roboter 4 kann mindestens einen Sensor zur Prüfung einer Oberfläche des Bauteils 1 aufweisen, vorzugsweise einen Sensor zur berührungslosen Inspektion . Dabei kann es sich zum Beispiel um einen Sensor zur visuellen und/oder akustischen und/oder magnetischen und/oder elektromagnetischen Untersuchung des Bauteils , z . B . einer Oberfläche und/oder eines Volumenbereichs des Bauteils , handeln . Der in den Figuren nicht gezeigte Sensor kann an der Befestigungseinrichtung 5 befestigt sein oder integraler Bestandteil des Roboters 4 sein . Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Roboter 4 mindestens ein Werkzeug zur Wartung und/oder Reparatur des Bauteils 1 , beispielsweise des gezeigten Rotors oder Stators 1 , umfassen . Dadurch ist es möglich, schwer zugängliche Bereiche eines Bauteils 1 , wie beispielsweise im Bereich zwischen einem Rotor und einem Stator eines Generators , zu untersuchen und/oder zu warten und/oder zu reparieren . The robot 4 can have at least one sensor for checking a surface of the component 1, preferably a sensor for non-contact inspection. This can be, for example, a sensor for visual and/or acoustic and / or magnetic and / or electromagnetic examination of the component, z. B. a surface and/or a volume region of the component. The sensor not shown in the figures can be attached to the attachment device 5 or be an integral part of the robot 4 . In addition or as an alternative to this, the robot 4 can comprise at least one tool for the maintenance and/or repair of the component 1 , for example the rotor or stator 1 shown. This makes it possible to examine and/or maintain and/or repair areas of a component 1 that are difficult to access, for example in the area between a rotor and a stator of a generator.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Vorrichtung zur Inspektion (4) eines Bauteils (1) einer Maschine, welche mindestens eine Einrichtung zur Befestigung (5) eines Sensors und/oder eines Werkzeugs, eine Einrichtung zum Fortbewegen (6) der Vorrichtung zur Inspektion in Bezug auf das Bauteil (1) und eine Steuereinrichtung (7) zum Steuern der Einrichtung zum Fortbewegen (6) der Vorrichtung zur Inspektion umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) eine Anzahl an Flugzeit-Sensoren (8) umfasst. 1. Device for inspecting (4) a component (1) of a machine, which comprises at least one device for fastening (5) a sensor and/or a tool, a device for moving (6) the inspection device with respect to the component ( 1) and a control device (7) for controlling the device for advancing (6) the device for inspection, characterized in that the control device (7) comprises a number of time-of-flight sensors (8).
2. Vorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Flugzeit-Sensoren (8) dazu ausgelegt sind, den Abstand zu einer Oberfläche (9) des Bauteils (1) zu erfassen und die Steuereinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, die Vorrichtung (4) mittels der Geometrie der Oberfläche und der erfassten Abstände (9) entlang der Oberfläche zu navigieren . 2. Device (4) according to claim 1, characterized in that the number of time-of-flight sensors (8) are designed to detect the distance from a surface (9) of the component (1) and the control device (7) is designed to do so is to navigate the device (4) by means of the geometry of the surface and the detected distances (9) along the surface.
3. Vorrichtung (4) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) eine Anzahl an Sensoren zur visuellen und/oder akustischen und/oder magnetischen und/oder elektromagnetischen Untersuchung des Bauteils (1) und/oder eine Anzahl an Werkzeugen zur Wartung und/oder Reparatur des Bauteils (1) umfasst. 3. Device (4) according to claim 1 or claim 2, characterized in that the device (4) has a number of sensors for visual and / or acoustic and / or magnetic and / or electromagnetic examination of the component (1) and / or Number of tools for maintenance and / or repair of the component (1) includes.
4. Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens vier Flugzeit-Sensoren (8) umfasst, welche in festgelegten Mindestabständen zueinander in einem Viereck angeordnet sind. Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) mindestens eine Einrichtung zum Aufsetzen und/oder Umsetzen der Vorrichtung auf einer Oberfläche des zu untersuchenden Bauteils (1) umfasst. Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) zur Prüfung und/oder Wartung und/oder Reparatur eines Bauteils einer Maschine ausgelegt ist. Verfahren zur Inspektion eines Bauteils (1) einer Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: 4. Device (4) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the device comprises at least four time-of-flight sensors (8) which are arranged in a square at specified minimum distances from one another. Device (4) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the device (4) comprises at least one device for placing and/or moving the device on a surface of the component (1) to be examined. Device (4) according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the device (4) is designed for testing and/or maintaining and/or repairing a component of a machine. Method for inspecting a component (1) of a machine, characterized in that the method comprises the following steps:
Aufsetzen einer Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf eine Oberfläche des Bauteils (1) , wobei die Vorrichtung (4) mindestens einen Sensor und/oder mindestens ein Werkzeug umfasst, Placing a device (4) according to one of Claims 1 to 6 on a surface of the component (1), the device (4) comprising at least one sensor and/or at least one tool,
Fortbewegen der Vorrichtung (4) entlang der Oberfläche des Bauteils (1) , wobei die Vorrichtung mittels der Steuereinrichtung (7) basierend auf Signalen der Anzahl an Flugzeit-Sensoren (8) und der Geometrie der Oberfläche des Bauteils (1) navigiert wird und Moving the device (4) along the surface of the component (1), the device being navigated by means of the control device (7) based on signals from the number of time-of-flight sensors (8) and the geometry of the surface of the component (1) and
Aktivieren des mindestens einen Sensors und/oder des mindestens einen Werkzeugs. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Maschine um eine elektrische Maschine handelt. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Maschine um einen Generator oder einen Elektromotor handelt. . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) in einem Spalt zwischen einem Rotor und einem Stator eines Generators oder Elektromotors bewegt wird. . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Merkmal der Geometrie der Oberfläche des Bauteils (1) ausgewählt wird und die Vorrichtung entlang des Merkmals navigiert und/oder fortbewegt wird. . Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Merkmal um eine Erhebung und/oder Vertiefung und/oder Kante und/oder Nut handelt. Activating the at least one sensor and/or the at least one tool. Method according to Claim 7, characterized in that the machine is an electrical machine. Method according to Claim 8, characterized in that the machine is a generator or an electric motor. . Method according to one of Claims 7 to 9, characterized in that the device (4) is moved in a gap between a rotor and a stator of a generator or electric motor. . Method according to one of Claims 7 to 10, characterized in that at least one feature of the geometry of the surface of the component (1) is selected and the device is navigated and/or moved along the feature. . Method according to Claim 11, characterized in that the feature is an elevation and/or depression and/or edge and/or groove.
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