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Die
Neuerung betrifft eine Kamera-Einheit zur Inspektion von Kanalrohren
nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
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Ein
solche Kamera-Einheit ist beispielsweise mit dem Gegenstand der
DE 199 02 452 C1 bekannt geworden.
Bei dieser bekannten Anordnung ist am vorderen Ende der Kamera-Einheit
in Fahrrichtung nach vorne blickend eine erste Fischaugenkamera angeordnet
und am rückwärtigen Ende
der Kamera-Einheit
ist ein in Rückwärtsrichtung
blickendes, weiteres Fischaugenobjektiv angeordnet.
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Aus
beiden Abbildungen der Fischaugenobjektive (und der dazugehörenden Sensoren)
wird ein Bild der Kanalwandung errechnet und schließlich an einem
Monitor dargestellt. Nachteil der Verwendung von in Fahrrichtung
und in Gegenrichtung blickenden Fischaugenobjektiven ist allerdings,
dass die Hauptblickrichtung in das leere Kanalrohr weist und daher die
Wandungen des Kanalrohres lediglich in einer ungenügenden Darstellung
abgebildet werden, da die Darstellung verzerrt ist.
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Durch
das mathematische Kombinieren der beiden Bilder der bei den Fischaugenobjektiven
verwendeten Digitalsensoren hat man einen Sprung in Richtung der
Länge des
Kanalrohres, weil das vordere Objektiv sich um die Länge der
Kameraeinheit von dem hinteren Objektiv unterscheidet. Somit ist
stets bei der Zusammenfügung
der beiden Bilder ein in Längsrichtung
verlaufender Versatz zwischen den beiden Bildern in Kauf zu nehmen,
die optische Auswertung ist dadurch erschwert.
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Beim
Durchfahren des Kamerawagens durch das Kanalrohr wird zwar jede
Stelle der Rohrwandung abgebildet, jedoch immer stets mit dem vorher
erwähnten
Sprung. Dadurch ergibt sich eine erschwerte Abbildung der Kanalwandung,
da die Kamera-Einheit nicht linear zum Zentrum des Rohres gefahren
werden kann.
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Ein
weiteres Problem stellt die statische Fotografie dar, da Bewegungen
innerhalb eines Bildes nicht erfasst werden können.
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Nachdem
zu Übersichtszwecken
stets am Monitor die Abwicklung der Rohrwandung dargestellt wird,
folgt daraus, dass die Rohrwandung nur mit ungenügender Bildqualität abgebildet
werden kann.
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Der
Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kamera-Einheit
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Abbildung
einer Kanalwandung mit wesentlich verbesserter Auflösung (bezogen
auf die Anzahl der Pixel pro Flächeneinheit
bei – verglichen
zum Stand der Technik gleichbleibender Inspektionsgeschwindigkeit – aufgelöst werden
kann.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe geht die Neuerung deshalb von einer Kamera-Einheit
der eingangs genannten Art aus, die an ihrer Frontseite eine Frontkamera
aufweist und ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass an
der Kameraeinheit mindestens eine gegen die Kanalwandung gerichtete Wandkamera
angeordnet ist, welche eine etwa umlaufende, im Wesentlichen im
senkrechten Winkel zur Kanalwandung gerichtete Mantelabwicklung
abbildet.
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Für die Frontkamera
kann jede beliebige Kamera verwendet werden, weil diese nur für die Bestimmung
der Position der Kamera-Einheit und für die Ermittlung grober Schäden im Kanalrohr
bestimmt ist.
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Wichtig
ist nun, dass an der Kamera-Einheit und an deren Inspektionseinheit
eine sogenannte Wandkamera angeordnet ist, die aus einem digitalen Sensormodul
besteht, welches in der Lage ist, eine im Wesentlichen um einen
Winkel von 360° umlaufende
Mantelfläche
abzubilden, die etwa senkrecht gegen die Kanalwandung gerichtet
ist.
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Die
Erfindung bevorzugt demzufolge eine Wandkamera, welche ein umlaufendes
Bild von 360° in
Form einer gegen die Seitenwand des Kanalrohres gerichteten Mantelfläche abbildet.
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Nachdem
diese Wandkamera nun bevorzugt senkrecht auf die Innenfläche des
Kanalrohres blickt, wird in den daran angeschlossenen Auswerteeinheiten
ein Wanderbild abgebildet, welches mit dem Fortschreiten der Kamera-Einheit
die Mantelfläche
ebenfalls in Längsrichtung
fortschreitend abbildet.
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Diese
digitale Einheit besteht aus einem oder mehreren hochauflösenden Bildaufnehmern
in digitaler Form und deren Optik, die so angeordnet sind, dass
die Rohrwandung in einem optimalen Winkel (bevorzugt senkrecht zur
Oberfläche)
aufgenommen wird, um sie später
in einer abgewickelten Rohr-Manteldarstellung
für eine
spätere
Auswertung abzubilden.
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Damit
ergibt sich erstmals der Vorteil, dass mit der erfindungsgemäßen Wandkamera
eine nahezu verzerrungsfreie Aufnahmetechnik möglich ist. Dies deshalb, weil
die Wandkamera bevorzugt über das
Objektiv senkrecht auf die Rohrwandung sieht und hierbei eine Mantelfläche abbildet.
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Anstatt
einer einzigen Wandkamera können deshalb
auch mehrere hintereinanderliegend angeordnete Wandkameras angeordnet
werden, wobei die von der jeweiligen Wandkamera abzubildende Mantelfläche mit
der von der danebenliegenden Wandkamera abzubildenden Mantelfläche verrechnet
wird und hierdurch eine Gesamtmantelfläche vergrößerter Tiefe oder Stärke abgebildet
wird.
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Somit
ist es erstmals möglich,
mit höchster Auflösegenauigkeit
ein genaues und verzerrungsfreies Abbild der Kanalwandung zu erbringen,
da in der Software die optimale Zusammensetzung erzielt werden kann.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
einer solchen Wandkamera hat beispielsweise in horizontale Richtung
eine Auflösung
von 3.000 Pixel und in vertikaler Richtung eine Auflösung von
2.000 Pixel.
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Diese
sehr hohe Auflösung
muss nun optisch dargestellt werden und zu diesem Zweck wird die
gesamte Abbildung der Wandkamera auf zwei Monitore aufgeteilt, wobei
in dem einen Monitor beispielsweise die linke Kanalwand und in dem
anderen Monitor die rechte Kanalwand abgebildet werden.
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Selbstverständlich ist
die Neuerung nicht auf eine Aufteilung des Kanalrohres in vertikaler
Richtung unter Abbildung einer linken und rechten Kanalwand beschränkt.
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Es
können
auch drei oder mehrere Monitore verwendet werden, wobei dann die
gesamte, abzubildende umlaufende Kanalwandung beispielsweise im Winkel
entsprechend aufgeteilt auf diesen Monitoren verteilt abgebildet
wird.
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Es
ist ebenso möglich,
die Aufteilung in horizontaler Ebene durchzuführen, um beispielsweise die
obere Kanalwandung auf dem linken Monitor und die untere Kanalwandung
auf dem rechten Monitor abzubilden.
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Wichtig
hierbei ist, dass es mit der Aufteilung des Bildes der Wandkamera
auf zwei oder mehreren Monitoren erstmals gelingt, die Kanalwandung
in höchster Auflösung auf
geeigneten Bildschirmen darzustellen, weil die üblichen Fernsehmonitore beispielsweise
in vertikale Richtung eine Auflösung
von 1.200 Pixel und in vertikale Richtung eine Auflösung von
1.024 Pixel aufweisen, oder derzeit sogar weniger.
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Die
Auflösung
in vertikaler Richtung spielt keine entscheidende Rolle, weil dank
der verwendeten Umrechnung der von der Wandkamera abgebildeten Mantelfläche in eine
linke und rechte Abwicklung der Kanalwandung nun die beiden Bilder
derzeit mindestens zwei Monitore nach oben durchlaufen, wenn die
Inspektionseinheit in Fahrrichtung entlang dem Rohr fährt. Es
ergibt sich damit ein von unten nach oben durchlaufendes Monitorbild,
oder umgekehrt.
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Der
Vorteil ist, dass eine sehr einfache optische (visuelle) Auswertung
des verzerrungsfreien Abbildes der Kanalwandung erfolgt und diese
Daten für
eine spätere
elektronische Auswertung ohne Umrechnungsverluste zur Verfügung stehen.
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Unter
Verwendung des Abbildes der Frontkamera (die in beliebigen Richtungen
schwenkbar ist und deshalb bevorzugt kardanisch gelagert ist) ergibt sich
der Vorteil, dass damit kleinere Schäden festgestellt werden können. Durch
die weitere Besichtigung der entlang der Monitore entlangwandernden
Mantelfläche
die als Wand-Abwicklung auf den Monitoren dargestellt wird, ergibt
sich eine besonders hohe Inspektionsgüte.
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Was
die Frontkamera an Beschädigungen an
der Kanalwand feststellt, kann die in kurzem Abstand auf dem Fahrwagen
dahinter angeordnete Wandkamera mit hoher Auflösung darstellen.
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Wenn
beispielsweise die Frontkamera links unten am Kanalrohr einen Schaden
festgestellt hat, genügt
es bei der späteren
Auswertung die Daten der linken Kanalwandung auszuwerten und zwar
genau an dieser Stelle.
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Die
Daten der rechten Kanalwandung stehen dann nach wie vor unbeeinflusst
zur Verfügung.
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Eine
weitere Ausführungsform
bildet die Positionierung der Wandkamera im Schwenkkopf der bereits
dort positionierten Frontkamera, um somit eine zusätzliche
Beweglichkeit der angeordneten Wandkamera zu erzielen. Darüber hinaus
wird durch diese Anordnung der Abstand zwischen der Front- und Wandkamera
wesentlich verringert.
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Eine
weitere Ausführungsform
bildet lediglich eine starre Anordnung einer Kamera als Frontkamera,
wobei jedoch bei dieser Anordnung zu berücksichtigen ist, dass die Auflösung des
hier verwendeten Kameramoduls entsprechend hoch ist, um auch kleine
Risse, oder einen Wassereintritt in der Rohrwandung, oder dergleichen
zu erkennen.
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Der
Erfindungsgegenstand der vorliegenden Neuerung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Schutzansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Schutzansprüche
untereinander.
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Alle
in den Unterlagen, einschließlich
der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden
als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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Im
Folgenden wird die Neuerung anhand von lediglich einen Ausführungsweg
darstellenden Zeichnungen näher
erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere
wesentliche Merkmale und Vorteile der Neuerung hervor.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine Kamera-Einheit in einer ersten Ausführungsform
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2 die
Kamera-Einheit nach 1 bei gedrehter Inspektionseinheit
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3 eine
gegenüber 1 und 2 abgewandelte
Ausführungsform
einer Inspektionseinheit
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4 Die
Frontansicht der Inspektionseinheit nach 3
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5 die
Stirnansicht des zu untersuchenden Kanalrohres mit schematischer
Einzeichnung des Bildaufnehmers der Wandkamera
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6 die
Darstellung von 2 Monitoren mit Abbildung der linken und rechten
Kanalwand
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7 perspektivisch
ein Kanalrohr mit einer Darstellung der im Kanalrohr entlangwandernden, umlaufenden
Mantelfläche
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In 1 ist
in einem Kanalrohr 17 ein Kamerafahrwagen 1 in
Pfeilrichtung 15 verfahrbar angetrieben. Er trägt an seinem
vorderen Ende eine Inspektionseinheit 2, an deren vorderen
freien Ende eine in beliebigen Richtungen drehbare Frontkamera 3 angeordnet
ist.
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Die
Frontkamera 3 kann entweder aus einem analogen Kameramodul
(Video-Modul) bestehen oder
sie kann auch aus einem digitalen Modul (Bildaufnehmer) bestehen.
Der Blickwinkel 6 der Frontkamera 3 ist nach vorne
gerichtet und die Frontkamera 3 kann aufgrund ihrer kardanischen
Aufhängung
in jede beliebige Blickrichtung sehen. So ist die Frontkamera 3 in
einer ersten Schwenkachse 5 schwenkbar um einen Winkel
von z. B. 180° an
der Inspektionseinheit 2 verschwenkbar, während eine
weitere Verschwenkung um eine hier zur senkrechten Schwenkachse 7 erfolgen
kann, wodurch immer eine horizontale Bild- und Rohrdarstellung gewährleistet ist,
insofern der Transport auf der unteren Rohrsohle erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist nun
in der Inspektionseinheit 2 mindestens eine Wandkamera 4 angeordnet,
welche aus einem etwa rechteckförmigen,
digitalen Aufnahmemodul mit Objektiv (siehe 5) besteht,
welches einen umlaufenden, etwa senkrecht an die Kanalwandung 14 gerichteten
Blickwinkel 13 hat, so dass damit eine etwa in Umfangsrichtung
der Kanalwandung umlaufende Mantelfläche 35 abgebildet
wird.
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Wichtig
ist, dass der Blickwinkel 13 im Wesentlichen senkrecht
gegen die Kanalwandung 14 gerichtet ist, um so ein verzerrungsfreies
Abbild abzubilden.
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Es
ist selbstverständlich
möglich,
die Wandkamera 4 im hinteren Teil der Kamera-Einheit 1 anzuordnen
oder auch an beliebigen anderen Stellen der Inspektionseinheit 2,
insbesondere auch im Bereich des Schwenkkopfes 8.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Wandkamera 4 jedoch in einem Gehäuse 9 angeordnet,
welches bevorzugt als durchsichtiges Rohr ausgebildet ist, welches
demzufolge auch einen um 360° umlaufenden
Blickwinkel 13 ermöglicht.
Durch die Montage im Innenraum des Rohres ist die Wandkamera gegen
Beschädigung
und Verschmutzung geschützt.
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Es
ist noch dargestellt, dass im vorderen und im hinteren Bereich des
Gehäuses 9 jeweils
entfernt voneinander angeordnete Beleuchtungseinheiten 10, 11 vorhanden
sind.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 2 sind statt einer Wandkamera 4 nun zwei
Wandkameras 4a, 4b angeordnet, die jeweils einen
auf einer Kreisscheibe umlaufenden Blickwinkel 13a, 13b haben. Die
beiden Aufnahmen werden dann später
durch entsprechende Verrechnungsmethoden zu einer gemeinsamen Mantelfläche 35a, 35b zusammengesetzt.
Idealerweise sind die Verbindungszuganker zueinander versetzt, um
somit eine komplette störungsfreie
Abwicklung der Mantelfläche
zu gewährleisten.
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In 3 ist
dargestellt, dass den beiden Wandkameras 4a, 4b noch
eine mittlere Beleuchtungseinheit 12 zugeordnet ist, wobei
jede der Beleuchtungseinheiten 10-12 aus gleichmäßig am Umfang
verteilt angeordneten Leuchtdioden besteht, die eine geeignete,
umlaufende Beleuchtung der Kanalwandung 14 erzeugen.
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Statt
der Anordnung von gleichmäßig am Umfang
verteilt angeordneter Leuchtdioden kann auch ein Leuchtring verwendet
werden. Ein solcher Leuchtring kann zum Beispiel auch in Form einer Gasentladungsröhre verwirklicht
werden.
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Als
weitere Ausführungsform
der Inspektionseinheit 2 ist eine andere Art eines Schwenkkopfes 18 dargestellt.
Die vertikale Schwenkachse 19 ist am unteren Teil der Frontkamera 3 angeordnet
und der Träger
der Schwenkachse 19 ist an einem Kreisgetriebe 21 angeflanscht,
welches um die Schwenkachse 20 verdrehbar ausgebildet ist,
wobei hier die horizontale Bilddarstellung nicht mehr gewährleistet
ist.
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4 zeigt
die Frontansicht der Frontkamera 3 und eine dazugehörende Frontbeleuchtung 16.
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Die 5 und 6 zeigen
nun die vorteilhafte Auflösung
des mit der einen oder mehreren Wandkameras 4, 4a, 4b abgebildeten,
umlaufenden Aufnahmebildes der Kanalwandung 14.
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Neuerungsgemäß wird zur
Auswertung die Kanalwandung 14 in eine linke Kanalwand 22 und eine
rechte Kanalwand 23 aufgeteilt. Damit kann das mit höchster Auflösung erstellte,
digitale Kamerabild der Wandkamera auf mindestens zwei, eine geringere
Auflösung
aufweisende Monitore übertragen
werden, wobei die Addition der beiden Kamerabilder die Abbildung
der hochauflösenden
Darstellung bildet.
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Das
von dem Aufnahmesensor der Wandkamera 4 erstellte elektronische
Abbild der Kanalwand wird somit als Abwicklung 26 auf einem
hochauflösenden
Monitor, auf zwei Monitoren oder mehreren Monitoren abgebildet,
in Abhängigkeit
von der Bildauflösung
der Kamera mit Bezug auf die darstellende Bildauflösung des
jeweiligen Monitors.
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Nachdem
nach einem weiteren Merkmal der Neuerung die Wandkamera eine Horizontalauflösung 24 von
z. B. 3.000 Pixel und eine vertikale Auflösung 25 von 2.000
Pixel hat, ist es nun erforderlich, diese relativ hohe Auflösung auf
die beiden Monitore 28, 29 zu verteilen, um eine
großflächige, verlustfreie
Abbildung zu ermöglichen.
Dies kann auch bei noch größerer Fotoauflösung mit
zusätzlichen
oder noch besser darstellenden Monitoren erfolgen.
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Damit
besteht der Vorteil, dass das von dem Bildwandler der Wandkamera 4 erzeugte
digitale Signal nicht auf einem einzigen Monitor 28, 29 zusammengedrängt wird,
welches die Übersichtlichkeit
und die Untersuchungsgenauigkeit beeinträchtigt. Bei der Verwendung
von zwei Monitoren 28, 29 ist damit eine wesentlich
bessere Inspektionsgüte
möglich.
Dies kann auch bei einer noch größeren Fotoauflösung auf
zusätzlichen
oder noch besser darstellenden Monitoren 28, 29 erfolgen.
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Die üblichen
PC-Monitore haben in horizontaler Richtung eine Auflösung 30 von
z. B. 1.024 bis 1.200 Pixel, während
die Auflösung 31 in
vertikaler Richtung zwischen 1.000 und 1.500 Pixel variiert, wobei
der Weiterentwicklung keine Grenzen gesetzt sind.
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Als
Beispiel sei nun in 7 dargestellt, wie die erfindungsgemäße, hohe
Inspektionsgüte
erzielt werden kann, wobei die Bildschirmauflösung von der Auflösung der
Kamera und dem Monitortyp abhängig ist.
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Gemäß der vorgehenden
Darlegung bildet die eine Wandkamera 4 eine Mantelabwicklung 35 ab,
die in Pfeilrichtung 36 zusammen mit dem Verfahren der
Kamera-Einheit 1 in Längsrichtung
des Kanalrohres 17 entlang wandert. Die Zusammensetzung
des Bildes erfolgt über
eine entsprechende Software.
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Gelangt
nun die Mantelfläche 35 in
den Bereich der Rohrverbindung 32, dann wird diese Rohrverbindung 32 als
durchgehender, schwarzer Strich sowohl auf dem rechten Monitor 29 als
auch auf dem linken Monitor 28 dargestellt. Die Wanderbewegung der
Mantelfläche 35 erfolgt
daher in Pfeilrichtung 36 auf den beiden Monitoren von
unten nach oben, beziehungsweise von oben nach unten, oder bei übereinander
angeordneten Monitoren von links nach rechts oder umgekehrt.
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Somit
wandert die Rohrverbindung 32 als breiter horizontaler
Strich über
beide Monitore und kann so gut beobachtet und ausgewertet werden.
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Findet
sich hingegen beispielsweise an der linken Seitenwand ein Seiteneinlauf 33,
der mit einem unerwünschten
Wurzelwerk 34 durchwachsen ist, so wird dies einwandfrei
auf dem linken Monitor 28 abgebildet. Der rechte Monitor 29 bleibt
frei, weil dieser ja nur die rechte (ungestörte) Kanalwand darstellt.
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Auf
diese Weise wird in unverzerrter Form mit hoher Auflösung der
fehlerhafte Seiteneinlauf 33 auf dem linken Monitor dargestellt,
was vorher im Detail nicht möglich
war.
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Bei
den Anordnungen des Standes der Technik konnte ein solcher Seiteneinlauf
nur in verzerrter Form stark verkleinert und mit errechneten Schnittbildern
dargestellt werden.
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Dies
vermeidet nun die Neuerung, da weder Lageabweichungen als auch die
Schnittkanten die Qualität
negativ beeinflussen.
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- 1
- Kamera-Einheit
- 2
- Inspektionseinheit
- 3
- Frontkamera
- 4
- Wandkamera 4a, 4b
- 5
- Schwenkachse
(erste)
- 6
- Blickwinkel
(Front)
- 7
- Schwenkachse
(zweite)
- 8
- Schwenkkopf
- 9
- Gehäuse
- 10
- Beleuchtungseinheit
- 11
- Beleuchtungseinheit
- 12
- Beleuchtungseinheit
- 13
- Blickwinkel
(Kreis) 13a, 13b
- 14
- Kanalwandung
- 15
- Fahrtrichtung
- 16
- Frontbeleuchtung
- 17
- Kanalrohr
- 18
- Schwenkkopf
- 19
- Schwenkachse
- 20
- Schwenkachse
- 21
- Kreisgetriebe
- 22
- linke
Kanalwand
- 23
- rechte
Kanalwand
- 24
- Horizontalauflösung
- 25
- Vertikalauflösung
- 26
- Abwicklung
(links)
- 27
- Abwicklung
(rechts)
- 28
- Monitor
1
- 29
- Monitor
2
- 30
- Auflösung (horizontal)
- 31
- Auflösung (vertikal)
- 32
- Rohrverbindung
- 33
- Seiteneinlauf
- 34
- Wurzelwerk
- 35
- Mantelfläche 35a, 35b
- 36
- Pfeilrichtung