BE1022397B1

BE1022397B1 - Meettechniek

Info

Publication number: BE1022397B1
Application number: BE2014/0028A
Authority: BE
Inventors: Danny Vliegen; Kurt Vliegen; Dieter Vliegen; Gunther Vliegen
Original assignee: Vliegen Nv
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2016-03-22

Abstract

De uitvinding heeft algemeen betrekking tot een verbeterde methode voor deformatiemeetingen van ondergrondse leidingen welke gebaseerd is op het gebruik van ultrasone golven. In tegenstelling tot de bestaande meetmethodes die gebaseerd zijn op optische methodes zoals bij het gebruik van een laser, is een meetmethode op basis van ultrasone golven dewelke ongevoelig is aan de aanwezigheid van stof en / of nevel, en zelfs een beperkte vervuiling aan de binnenzijde van de te inspecteren leidingen is geen belemmering voor deze vernieuwde meetmethode. De onderhavige vinding heeft dus als objectief een meetinrichting voor leidingen, gekenmerkt in het gebruik van ultrasone golven en sensoren.

Description

MEETTECHNIEK

De uitvinding heeft algemeen betrekking tot een verbeterde methode voor deformatiemetingen van ondergrondse leidingen welke gebaseerd is op het gebruik van ultrasone golven. In tegenstelling tot de bestaande meetmethodes die gebaseerd zijn op optische methodes zoals bij het gebruik van een laser, is een meetmethode op basis van ultrasone golven dewelke ongevoelig is aan de aanwezigheid van stof en / of nevel, en zelfs een beperkte vervuiling aan de binnenzijde van de te inspecteren leidingen is geen belemmering voor deze vernieuwde meetmethode. De onderhavige vinding heeft dus als objectief een meetinrichting voor leidingen, gekenmerkt in het gebruik van ultrasone golven en sensoren.

C

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

Robotinspectie van ondergrondse leidingen om deformaties en mogelijke problemen op te sporen maakt de dag van vandaag voornamelijk gebruik van camerawagens voorzien van afstands- of geprojecteerde lasers. Bij de afstandslasers worden er twee lasers in een lijn en 180° ten overstaande van elkaar geplaatst om de binnendiameter van de buis te meten. Bij de geprojecteerde lasers wordt er middels een prisma een laserlijn geprojecteerd over de volledige omtrek van de binnenwand en neemt een camera het cirkelvormig beeld op, om het softwarematig in een diameter om te zetten.

Probleem met deze systemen die uiteindelijk gebaseerd zijn op visuele systemen, is hun gevoeligheid voor mist, damp of gasvorming wat in rioolleidingen altijd aanwezig is. Ook kleurschakeringen, weerspiegelingen en lichtinval kunnen deze metingen ernstig verstoren. Om de problemen geassocieerd met metingen op basis van licht op te vangen zijn er ook mechanische meetsystemen. Bij deze meetsystemen heeft men een set van armen die middels een veerkracht tegen de wand gedrukt worden en waarbij deformaties door buiging of verandering in veerdruk, geregistreerd worden. Dergelijke systemen kunnen tijdens de meeting hinder ondervinden van onder andere inlaten en instekende inlaten en zijn derhalve niet in alle gevallen inzetbaar.

Het is een objectief van de onderhavige uitvindingen om hieraan een oplossing te bieden, door deformatiemeetingen van leidingen te doen gebruik makend van ultrasone golven.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN FIG. 1. Dwarsdoorsnede van een meetinrichting volgens de onderhavige vinding. Toont de mobiele inrichting (3) met daarop de positioneringselementen (lift arm (4)), en de cilindervormige houder voorzien van de radiaal opgestelde ultrasone sensoren (1) en bijhorende golfbuizen (2), centraal vooraan geplaatste camera (5), en verlichtingselementen (6). FIG. 2. Perspectief zijaanzicht van een meetinrichting volgens de onderhavige vinding. Toont de mobiele inrichting met daarop de positioneringselementen (lift arm (4)), en de cilindervormige houder (7) voorzien van de radiaal opgestelde ultrasone sensoren en bijhorende golfbuizen (2), centraal vooraan geplaatste camera (5), en verlichtingselementen (6).

BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

Zoals reeds blijkt uit voorgaande beschrijving van de tekeningen, heeft de onderhavige uitvinding te maken met een meetinrichting voor deformatiemetingen van leidingen, in het bijzonder voor deformatiemetingen van rioleringsbuizen. De meetinrichting wordt gekenmerkt door het gebruik van middelen voor het genereren en detecteren van ultrasone golven, en gekenmerkt in dat de middelen (1) voor het genereren en detecteren van ultrasone golven een golfpijp (2) omvatten. Door de aanwezigheid van de golfpijp, hierna ook wel golfbuis genaamd, zal de echo van een gegenereerde golf ook effectief gedetecteerd worden. Zonder de golfbuis vangt de detector ook andere gereflecteerde golven op en kan men onmogelijk de afstand tot het reflecterend oppervlak berekenen.

In principe kan elke combinatie van middelen voor het genereren en van middelen voor het detecteren van ultrasone golven gebruikt worden, maar bij voorkeur bestaan deze middelen uit commercieel beschikbare ultrasone sensoren zoals de ultrasone sensoren van microsonic Gmbh. Dergelijke ultrasone sensoren zenden cyclusgewijs een körte, hoogfrequente geluidsimpuls uit. Deze impuls plant zich met de geluidssnelheid voort door de lucht. Zodra de impuls op een object stoot wordt hij teruggekaatst om als echo opnieuw de ultrasone sensor te bereiken. Op basis van het tijdsinterval tussen het uitzenden van de geluidsimpuls en het ontvangen van het echosignaal berekent de ultrasone sensor intern de afstand tot het object. Om evenwel de werking van deze sensoren aan de binnenzijde van een buisvormige leiding mogelijk te maken, zijn de ultrasone sensoren in de meetinrichting van de onderhavige vinding, voorzien van een golfbuis. De golfbuis schermt de sensor af van de golven die niet rechtstreeks door de tegenoverliggend wand van de te meten leiding worden gereflecteerd, en aldus de lengtemeting zouden verstoren.

Met als doelstelling deformaties in de leiding te detecteren, zal de meetinrichting bij het verplaatsen doorheen de leiding de diameter opmeten, met typisch een minimum van 3 diameterbepalingen per ieidingselement. De deformatie komt dan overeen met de procentuele verandering van de diameter ten overstaan van de ideale cirkelvorm. Bij de meetinrichting van de onderhavige uitvinding is er ten minste 1 ultrasone sensor met goifbuis radiaal en haaks op de aslijn van de leiding gepositioneerd (ook de golfbuis is radiaal en haaks op de aslijn van de leiding gepositioneerd). In het geval van één enkele ultrasone sensor met golfbuis, zal deze sensor de diameter bepalen middels meerdere gepaarde meetingen van twee meetposities die telkens 180° uit elkaar gelegen zijn. In een andere configuratie van de meetinrichting bevat deze ten minste 4 ultrasone sensoren op posities 01:00u, 05:00ii, 07:00u en 11:00u omheen de centrale aslijn van de leiding. In een andere configuratie van de meetinrichting bevat deze ten minste 8 ultrasone sensoren op posities 01:30u, 03:00u, 04:30u, 06:00u, 07:30u, 09:00u, 10:30u en 12:00u omheen de centrale aslijn van de leiding. In elk van deze verdere uitvoeringsvormen zijn de middelen voor het genereren en detecteren van de ultrasone golven, radiaal ten overstaande van de centrale aslijn van de te meten leiding opgesteld. In het bijzonder radiaal en haaks op de centrale aslijn van de te meten leiding, waarbij tevens de golfbuis van elk van deze middelen voor het genereren en detecteren van de ultrasone golf radiaal en haaks op deze aslijn is opgesteld.

Om er voor te zorgen dat de ultrasone sensoren radiaal en haaks op de centrale aslijn van de te meten leiding gepositioneerd worden, kan in een gegeven uitvoeringsvorm de meetinrichting voorzien zijn van houders (7) voor de ultrasone sensoren met golfpijpen waarbij deze houders gedimensioneerd zijn naar de diameter van de te meten leiding, zodoende dat de ultrasone sensoren op gelijke afstand van de centrale aslijn van de te meten leiding gepositioneerd zijn. In een alternatieve uitvoeringsvorm is deze houder positioneerbaar opgesteld. Door de houder positioneerbaar op te stellen, bijvoorbeeld op een kraanarm of lift, kan men de meetinrichting inzetten in leidingen met uiteenlopende diameters. In elk van voorgaande uitvoeringsvormen is de houder bij voorkeur een cilindervormige houder. In een geprefereerde uitvoeringsvorm is de cilindervormige houder positioneerbaar opgesteld. Dus in een verder objectief omvat de meetinrichting tevens positioneringselementen (4) om de radiaal opgestelde ultrasone sensoren op gelijke afstand van de centrale aslijn van de te meten leiding te positioneren, bij voorkeur bestaande uit een automatische lift. Deze positioneringselementen zullen er dus voor zorgen dat de middelen voor het genereren en detecteren van ultrasone golven, radiaal worden gepositioneerd ten overstaande van de centrale aslijn van de te meten leiding.

Eigen aan de deformatiemeting van leidingen is dat deze steeds wordt voorafgegaan door een cameraonderzoek om na te kijken of er geen water in de leidingen staat en of de leiding gereinigd is. Door de meetinrichting van de onderhavige uitvinding tevens te voorzien van een camera (5) en één of meerdere verlichtingselementen (6), wordt het mogelijk de voorafgaandelijke camera inspectie en daaropvolgende deformatiemeting door één en dezelfde meetinrichting uit te voeren. Dus in een verdere uitvoeringsvorm omvat de meetinrichting van de onderhavige vinding een camera en één of meerdere verlichtingselementen. In een specifieke uitvoeringsvorm is deze camera centraal vooraan in de cilindervormige houder van de ultrasone senoren geplaatst. Tijdens de deformatiemeeting zit de camera dus ter hoogte van de centrale aslijn van de te meten leiding.

Zoals hiervoor reeds aangegeven zal de meetinrichting tijdens de deformatiemeting of de vfiorafgaandelijke camera inspectie, doorheen de 'te meten leiding moeten verplaatst worden. Hiertoe zal de meetinrichting Van de onderhavige uitvinding bij voorkeur gemonteerd worden op een mobiele of verschuifbare inrichting (3). Zo kan de meetinrichting bijvoorbeeld op een karretje of slede gemonteerd worden die met in elkaar draaiende polyesterstokken doorheen de leiding kunnen geduwd worden. Elk gekend type van inspectierobots kan als basis gebruikt worden voor de meetinrichting van de onderhavige vinding. In een specifieke uitvoeringsvorm wordt de meetinrichting gemonteerd op een elektromechanische tractor.

In een verder aspect biedt de huidige aanvraag een werkwijze voor de deformatiemeting van een leiding, gekenmerkt in het gebruik van ultrasone sensoren. Het is dus tevens een objectief van de huidige aanvraag het gebruik van ultrasone sensoren in deformatiemetingen van leidingen te claimen, meer in het bijzonder het gebruik van ultrasone sensoren voorzien van een golfbuis. De werkwijze voor de deformatiemeting van leidingen omvat één of meer van de volgende stappen ; - het radiaal positioneren van één of meerdere ultrasone sensoren voorzien van een golfbuis ten overstaande van de centrale aslijn van de te meten leiding; - het uitzenden van een ultrasone golf door deze één of meerdere ultrasone sensoren; - Het ontvangen van het echosignaal van deze ultrasone golf door deze één of meerdere ultrasone sensoren; - Het berekenen van de afstand tot de wand van de te meten leiding op basis van het tijdsverschil tussen het zenden van de ultrasone golfen het ontvangen van de echogolf. - Het in de lengterichting verplaatsen van de ultrasone sensor(en) voor een volgende meeting.

De uitvinding geeft dus een werkwijze voor de deformatiemeting van een leiding, gekenmerkt in het gebruik van een meetinrichting volgens één der voorgaande conclusies. Tevens een werkwijze voor de deformatiemeting van een leiding omvattende het gebruik van één of meerdere ultrasone sensoren, waarbij deze sensoren voorzien zijn van een golfbuis zodat de echo van een ultrasone golf dewelke door de sensor werd uitgezonden, de Ultrasone detector opnieuw bereikt. In . een specifieke uitvoeringsvorm omvat deze werkwijze het radiaal positioneren van de één of meerdere ultrasone sensoren ten overstaande van de centrale aslijn van de te meten leiding. Mogelijks verder omvattende het verplaatsen van de één of meerdere ultrasone sensoren in de lengterichting van de te meten leiding, deze verplaatsing gebeurt bij voorkeur middels een mobiele of verschuifbare inrichting.

Uitvoeringsvorm

In afbeeldingen 1 en 2, toont deze aanvraag een mogelijke uitvoeringsvorm van de onderhavige vinding, De voorgestelde meetinrichting heeft tot doel de doorsneewijziging, vervormingen, deformatie te bepalen van alle starre of flexibele kunststofbuismaterialen en leidingen. De meetinrichting is dus bruikbaar in alle starre of flexibele kunststofbuismaterialen van leidingen en putten waaronder riolering in het algemeen.

In de voorgestelde afbeeldingen bevat de meetinrichting 8 ultrasone sensoren. Elk van deze sensoren heeft een meetbereik van 3 cm tot 30 cm. Rekening houdend met de diameter van de cilindervormige houder (7), heeft de voorgestelde meetinrichting per 2 sensoren die op één lijn en 180° ten overstaande van elkaar geplaatst zijn een diagonaal meetbereik van 6 cm + diameter van de houder tot 60 cm + diameter van de houder. Dus voor een houder van 10 cm, heeft de meetinrichting een diagonaal bereik van 16 cm tot 70 cm. Afhankelijk van de gekozen ultrasone sensoren kunnen deze een Analog output hebben van 0-1 Ov dc of van 4 to 20 mA, met een nauwkeurigheid bij een ingesteld meetbereik van 5 cm/1024 =0,0048 cm.

Het ultrasone werkingsprincipe is gebaseerd op de ultrasone sensor die cyclusgewijs een korte, hoogfrequente geluidsimpuls uitzendt. Deze impuls plant zich met de geluidssnelheid voort door de lucht. Zodra de impuls op een object stoot wordt hij teruggekaatst om als echo opnieuw de ultrasone sensor te bereiken. Op basis van het tijdsinterval tussen het uitzenden van de geluidsimpuis en het ontvangen van het echosignaal berekent de ultrasone sensor intern de afstand tot het object. Doordat de afstand tot het object wordt bepaald door een meting van de tijd en niet door een meting van de intensiteit, bieden ultrasone sensoren een uitstekende nauwkeurigheid. Bijna alle materialen die geluid weerkaatsen worden gedetecteerd, ongeacht hun kleur. Zelfs glasheldere materialen of dunne folie vormen geen probleem voor ultrasone sensoren. De sensoren meten doorheen stoffige lucht en mist en zijn niet onderhevig aan kleuren, schaduw, weerkaatsing, etc. Ook dunne afzettingen op het sensormembraan hebben geen ongunstige invloed op de werking van de sensor.

De ultrasone sensor genereert bij de stroom van 4 tot 20 mA dewelke omgezet wordt in een spanning van 0 tot 5 V. Deze spanning wordt in een 10 bits analoog-digitaal omzetter gestuurd. Doordat de sensors uitgerust zijn met een “leam” functie kan men een lage en hoge limiet programmeren, om een zo nauwkeurig mogelijke meting te bekomen. Men kan alzo een meetbereik van bv 5 cm instellen. De nauwkeurigheid wordt dan 5 cm/1024 =0,0048 cm.

Deze A/D omzetter wordt uitgelezen door een AVR controller dmv 1¾ protocol. Het 10 bit signaal wordt gesplitst in 2 bytes en verstuurd naar het bedieningspaneel. Deze waardes kunnen uitgelezen worden door een laptop die aan de bedieningseenheid is aangesloten.

Door middel van een lift welke automatisch tijdens het rijden met de robot continu in het midden van de leiding gepositioneerd wordt de 8-ultrasoon sensor kop in de hoogte versteld om alzo steeds in het midden van de buisleiding te zitten om een correcte meting te bekomen. De lift wordt gestuurd vanuit een AVR controller en heeft magneetsensors die dienen als begin- en eind stop. Eveneens kan de 8 ultrasone sensorkop 360°.in het rond draaien. Dit heeft het voordeel indien er water in de buis staat dat de kop kan gedraaid worden zodat de middelste sensor niet in het water moet meten. Om de lift in het midden van de buis te positioneren worden de waardes van de onderste (6 uur) en bovenste (12 uur) sensor gébruikt. Als de waarde van dé onderste sensor kleiner is dan de waarde van de bovenste zal de lift zichzelf corrigeren en omhoog gaan tot ze in het midden van de leiding zit. Ze zal stoppen als beide waarden gelijk zijn, De lift kan ook manueel bestuurd worden vanuit het bedieningseenheid waarop de afstanden ook afleesbaar zijn. De bedienaar kan indien gewenst sensors uitschakelen.

Het systeem meet de afmetingen van de doorsneden, minimum- en maximum waarden van de binnendiameters. Een software berekend de afwijkingen ten opzichte van de nominale diameter van de fabrikant en verwerkt deze ën zet die om in een grafiek met procenten, mm of andere waarden.

Het meettoestel is gemonteerd op een gestuurde robotcamerawagen met 4 of 6 wielen of rups, ketting banden welke door de leiding gestuurd wordt. Deze kan aangestuurd worden met een kabel of draadloos. Het kan ook op een onderstel met wielen door de leiding getrokken of geduwd worden.

Op de haakse ultrasone sensors is boven hun meetlichaam een verlengstuk aangebracht (hierin ook golfbuis of golfpijp genaamd) dat kan variëren van 2 tot 15 cm. De opening van de verlengstukken heeft een diameter tussen 6 en 10 mm. Hierdoor worden de signalen in rechte lijn in het verlengstuk naar buiten gestuurd waardoor ze tegen de wand komen, om dan in de omgekeerde richting terug de sensor te bereiken. Hierdoor hebben de ultrasone signalen geen nadelige gevolgen van de ronding van de buiswand. Zonder deze verlengstukken zijn de ultrasone signalen niet betrouwbaar.

In vergelijking met de systemen gebaseerd op laserlicht heeft het gebruik van ultrasone golven de volgende voordelen. - -ultrasone sensors'hebben een zeer hoge nauwkeurigheid - -de sensors worden continu automatisch in het midden van de leiding gebracht om correcte meting te bekomen - beperkt in tijd voor het opstellen van toestel - tast de leiding af en registreert iedere afwijking - rapporteert vanzelf - kan te samen met een cameraonderzoek uitgevoerd worden - kan ingesteld worden voor meerdere leidingen - camera en de ultrasone sensors kunnen 360° ronddraaien - kan bepaalde voelers uitschakelen - zit steeds in het midden van de leiding - zeer nauwkeurig, afwijking van 0.025mm op 60 cm - meet gassen en temperatuur tijdens het rijden en schakelt het systeem automatisch uit bij onveilige situaties - gestuurde robotcamerawagen met tot 1000m kabel - gegevens kunnen eveneens draadloos overgebracht worden

Niet onderhevig aan - Lichtinval door licht op de robotwagen - weerkaatsing van kleuren, verschillende buismaterialen met verschillende kleuren - weerkaatsing van water - mist, damp of gasvorming wat in rioolleidingen altijd aanwezig is - dunne afzettingen op het sensormembraan hebben geen ongunstige invloed op de werking van de sensor - kan op glas en zeer dunne materialen meten, alles wat weerkaast.

Claims

CONCLUSIES

1. Een meetinrichting voor deformatiemetingen van leidingen, omvattende middelen voor het genereren en detecteren van ultrasone golven, en gekenmerkt in dat de middelen voor het genereren en detecteren van ultrasone golven een golfpijp omvatten.
2. De meetinrichting volgens conclusie 1, waarbij de middelen voor het genereren en het detecteren van de ultrasone golven, overeenkomen met ultrasone sensoren.
3. De meetinrichting volgens voorgaande conclusies, waarbij de middelen voor het genereren en detecteren van de ultrasone golven, radiaal ten overstaande van de centrale aslijn van de te meten leiding staan opgesteld .
4. De meetinrichting volgens conclusie 3, waarbij de middelen voor het genereren en detecteren van de ultrasone golven radiaal zijn opgesteld op een positioneerbare houder; in het bijzonder op een cilindervormige houder.
5. De meetinrichting volgens voorgaande conclusies, tevens omvattende een camera.
6. De meetinrichting volgens conclusie 5, waarbij de camera centraal is opgesteld ten overstaande van de radiaal opgestelde middelen voor het genereren en detecteren van ultrasone golven.
7. De meetinrichting volgens conclusie 3, tevens voorzien van positioneringselementen om de radiaal opgestelde middelen voor het . genereren en detecteren van ultrasone golven, radiaal te positioneren ten overstaande van de centrale aslijn van de te meten leiding.
8. De meetinrichting volgens conclusie 7, waarbij de positioneringselementen zijn uitgevoerd als een automatische lift.
9. De meetinrichting volgens voorgaande conclusies, tevens omvattende één of meerdere verlichtingselementen.
10. De meetinrichting volgens voorgaande conclusies, waarbij deze meetinrichting is uitgevoerd als een mobiele of verschuifbare inrichting, in het bijzonder als een elektromechanisch aangedreven tractor.
11. Een werkwijze voor de deformatiemeting van een leiding, gekenmerkt in het gebruik van een meetinrichting volgens één der voorgaande conclusies.
12. Een werkwijze voor de deformatiemeting van een leiding omvattende het gebruik van één of meerdere ultrasone sénsoren, waarbij deze sensoren voorzien zijn van een golfbuis zodat de echo van een ultrasone golf dewelke door de sensor werd uitgezonden, de ultrasone detector opnieuw bereikt.
13. De werkwijze volgens conclusie 12, tevens omvattende het radiaal positioneren van de één of meerdere ultrasone sensoren ten overstaande van de centrale aslijn van de te meten leiding.
14. De werkwijze volgens conclusies 12 of 13, tevens omvattende het verplaatsen van de één of meerdere ultrasone sensoren in de lengterichting van de te meten leiding.
15. De werkwijze volgens conclusie 14, waarbij het verplaatsen gebeurt middels een mobiele of verschuifbare inrichting.