DE2930407A1

DE2930407A1 - Geraet zur untersuchung von rohren in einer anlage

Info

Publication number: DE2930407A1
Application number: DE19792930407
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Goto; Yoshitoshi Ito; Kanji Kato; Yoozoo Oouchi; Katsumi Takami; Kiyoo Takeyasu; Kazuhiro Yoshida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-07-26
Filing date: 1979-07-26
Publication date: 1980-02-07
Also published as: US4255762A; SE7906033L; SE439377B; DE2930407C2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Untersuchung von Ronren· Insbesondere betrifft die Erfindung den Aufbau eines Prüfgeräts, das zur Untersuchung von Rohren in einer großen Anlage geeignet ist, in welcher die zu untersuchenden Oberflächen der Rohre von einer entfernten Stelle visuell untersucht werden, sowie ein Verfahren zur Steuerung des Prüfgeräts.

Allgemein weisen große Anlagen, wie ein Flüssigkeits-Speichertank und ein Kernkraft-Reaktor, verschiedene Arten von Rohren auf·

Zur Gewährleistung der Sicherheit wird eine derartige Anlage einer Routine-Inspektion unterzogen· Zum Schutz einer Bedienungsperson von einem giftigen Gas oder einer Kontamination durch eine radioaktive Substanz ist es wünschenswert, daß verschiedene Arten von Rohren automatisch und rasch von einer entfernten Stelle aus inspiziert werden können, die für die Bedienungsperson sicher ist.

Dazu wird zur Durchführung der Untersuchung beispielsweise des Kernkraft-Reaktors am oberen Teil des Reaktors nach Abnahme einiger Aufbauten des Reaktors ein Gestell angebracht, ein Gerät zur Untersuchung wird mittels eines an dem Gestell angebrachten Fahrmechanismus in den Reaktor transportiert und das Innere des Rohrs wird durch automatische Steuerung oder durch Fernsteuerung durch die Bedienungsperson mittels des Prüfgerätes inspiziert·

Es gibt verschiedene Arten von Untersuchungen für Kernkraft-Reaktoren, wobei eine bedeutende Art die visuelle Untersuchung ist· Bei dieser Untersuchung wird ein mit einer Fernsehkamera versehenes Untersuchungsgerät /erwendet und ein mit einem optischen System zum Empfang einer Abbildung versehener Prüfkopf wird in dem Rohr bewegt, wobei die Erscheinung der Wand des Rohrs auf einem an einer entfernten Stelle gelegenen Monitor-Fernsehgerät abgebildet wird.

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In einer derartigen großen Anlage sind jedoch viele Arten von Rohren mit ungleichen Bohrungen als zu untersuchende Objekte vorhanden· In einigen Fällen weist das Hohr ein weiteres Rohr oder ähnliches an seinem Einlaß auf, welches für die Einführung des Prüfkopfes ein Hindernis darstellt.

Es ist daher bislang üblich gewesen, eine Vielzahl von Arten von Prüfköpfen mit unterschiedlichen Gestalten und Aufbauten entsprechend den zu untersuchenden Objekten auszugestalten und ein System zu verwenden, bei dem die Prüfköpfe entsprechend den zu untersuchenden Objekten ausgetauscht werden, wie beispielsweise in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 127094/1975 beschrieben, oder ein System, in dem viele Arten von Prüfköpfen gemeinsam auf einem Fahrmechanismus getragen sind und in Abhängigkeit von den zu untersuchenden Objekten jeweils der geeignete verwendet wird, wie beispielsweise in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 5872/1977 beschrieben. Bei dem erstgenannten System tritt jedoch das Problem auf, daß die Zeitspanne für die Untersuchungsarbeit anwächst und bei dem letztgenannten System ergibt sich das Problem, daß das Gerät eine große Bauform annimmt.

Bei dem bekannten Gerät ist am vorderen Ende des in das Rohr einzuführenden Prüfkopfes ein Rohrwand-Kontaktgeber angeordnet und das Objekt wird abgebildet, während die Fernsehkamera mittels des Kontaktgliedes in einem feststehenden Abstand von der Rohrwand gehalten wird. Dabei tritt häufig der Fall auf, daß die Spur des Kontaktgliedes an der Rohrwand die visuelle Ermittlung von Fehlern bzw. Schaden verhindert.

Durch die Erfindung sollen die Probleme des Standes der Technik gelöst und ein Prüfgerät geschaffen werden, das die visuellen Untersuchungen vieler Arten von Rohren mit einem einzigen Prüfkopf durchführen kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Gerät zu schaffen, das derartige visuelle Untersuchungen ohne

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Berührung mit vielen Arten von Rohren ausführen kann.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, ein Gerät und ein Steuerverfahren für dieses Gerät zu schaffen, mit welchen eine visuelle Untersuchung hoher Genauigkeit möglich ist, und zwar sogar dann, wenn die Einstellung des Prüfgerätes vor ein Rohr mittels eines Fahrmechanismus von einer vorbestimmten Position abweicht.

Zur Erreichung dieser Ziele umfaßt das Prüfgerät gemäß der Erfindung einen Prüfkopf-Abschnitt, der zur Aufnahme einer Abbildung einer inneren Oberfläche des Rohrs als zu untersuchendem Objekt mit einem optischen System versehen ist, Einrichtungen zur Umsetzung des in dem optischen System empfangenen Untersuchungsbildes in elektrische Videosignale, wenigstens einen im Prüfkopf-Abschnitt angeordneten Annäherungsfühler zur Ermittlung eines relativen Abstandes zwischen dem Prüfkopf-Abschnitt und dem angenäherten Objekt, einen Positioniermechanismus, der aus einer Vielzahl von Antriebswellen zur Bewegung des Prüfkopf-Abschnitts besteht, Steuereinrichtungen für programmierten Betrieb zur Führung des Prüfkopf-Abschnitts aus einer anfänglich eingestellten Position außerhalb des Rohrs zu einer Untersuchungsposition innerhalb des Rohrs, zur Bewegung des Prüfkopf-Abschnitts entlang einer mit Bezug auf das zu untersuchende Objekt eingestellten Spur ohne Kontakt mit dem zu untersuchenden Objekt, und zum Antrieb des Positioniermechanismus in vorbestimmter, im voraus programmierter Arbeitssequenz in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal aus dem Annäherungsfühler, und eine an einer vom Prüfkopf-Abschnitt fern gelegenen Stelle gelegene Bildverarbeitungseinrichtung zur Rekonstruierung des Untersuchungsbildes aus den Videosignalen.

Der Positioniermechanismus weist eine längliche in Richtung der Mittelachse des Rohrs bewegbare Antriebswelle auf, eine zweite Antriebswelle, welche die erste Antriebswelle in Richtung senkrecht zur Mittelachse bewegt, und eine dritte

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Antriebswelle, die die zweite Antriebswelle senkrecht schneidet und diese Antriebswelle herumdreht, wobei der Prüfkopf-Abschnitt am vorderen Endteil der ersten Antriebswelle angeordnet ist.

Gemäß dem Verfahren zur Steuerung des Prüfgerätes gemäß der Erfindung wird das Prüfgerät mittels eines Fahrmechanismus vor dem Rohr als zu untersuchendem Objekt eingestellt und in mehreren Verfahrensschritten gesteuert, nämlich einem Verfahrensschritt, bei dem eine erste Antriebswelle zur Ein- führung eines Prüfkopfes in das Rohr vorgeschoben wird, einem Verfahrens schritt, bei dem eine dritte Antriebswelle um einen vorbestimmten Winkel herumgedreht wird, während eine zweite Antriebswelle in Abhängigkeit von einem Ausgang eines Annäherungsfühlers derart bewegt wird, daß ein Abstand zwisehen dem Prüfkopf und einer inneren Oberfläche des Rohrs konstant gehalten wird, so daß eine Positionsabweichung zwischen der dritten Antriebswelle und der Mittelachse des Rohrs ermittelt wird, und dem Untersuchungsbild-Eingabeschritt, bei dem der Umdrehungswinkel der dritten Antriebswelle in Abhängigkeit von der Positionsabweichung gesteuert wird, während die zweite Antriebswelle in Abhängigkeit von dem Ausgang des Annäherungsfühlers bewegt wird, wodurch es möglich ist, Untersuchungsbilder an Positionen in gleichen Abständen in Umfangsrichtung des Rohrs aufzunehmen.

Überdies ist gemäß der Erfindung die erst© Antriebswelle des Positioniermechanismus rotierbar ausgebildet und der Betrag der Rotation der ersten Antriebswelle wird in Abhängigkeit von dem Betrag der Positionsabweichung zwischen der dritten Antriebswelle und der Mittelachse des Rohrs und dem Betrag der Umdrehung der dritten Antriebswelle gesteuert, wodurch das optische System des Prüfkopfes ständig senkrecht gegenüberliegend zur inneren Oberfläche des Rohrs an verschiedenen üntersuchungspositionen ausgerichtet ist.

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Gemäß der Erfindung wird also ein Gerät zur Untersuchung von Rohren in einer Anlage geschaffen, das die folgenden Einheiten aufweist: einen langgestreckten Prüfkopf-Abschnitt, der mit einem optischen System zur Aufnahme eines Untersuchungsbildes durch Annäherung an die innere Oberfläche eines Rohrs als zu untersuchendem Objekt versehen ist; wenigstens einem im Prüfkopf-Abschnitt angeordneten Annäherungsfühler zur Ermittlung eines relativen Abstandes zwischen dem Prüfkopf-Abschnitt und dem angenäherten Objekt; einem Positioniermechanismus, der aus einer Vielzahl von Antriebswellen zum Vorschieben oder Zurückziehen, Rotieren und Herumdrehen des Prüfkopf-Abschnitts besteht; einer Steuervorrichtung für programmierten Betrieb, welche den Positioniermechanismus in einer vorbestimmten, im voraus programmierten Betriebssequenz antreibt und steuert; eine Datenspeichereinrichtung , die Positionsdaten der jeweiligen Antriebswellen des Positioniermechanismus speichert; und eine an von dem Prüfkopf-Abschnitt fern gelegener Stelle angeordnete Bild— Verarbeitungseinheit, die das Untersuchungsbild aus Video-Signalen rekonstruiert; die Steuervorrichtung steuert den Positioniermechanismus auf der Basis eines Ausgangssignals des Annäherungsfühlers, so daß der Prüfkopf-Abschnitt aus einer anfänglich eingestellten Position außerhalb des Rohrs in eine Untersuchungsposition des Rohrs bewegt und gesteuert werden kann, ohne mit dem zu untersuchenden Objekt in Berührung zu geraten.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung nähererläutert; es zeigt:

Pig, 1 eine Darstellung eines Beispiels einer Anlage, die mittels des erfindungsgemäßen Prüfgeräts

untersucht werden soll;

Fig. 2 eine Darstellung des gesamten Aufbaus eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels des Prüfgeräts;

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Fig· 3(a) Ansichten zur Erläuterung von Strukturbei-

bis 3(c) spielen von zu untersuchenden Rohren in einer Anlage und der Zustände der Untersuchungsarbeiten des erfindungsgemäßen Gerätsj

Fig. 4-(a) Diagramme, welche die Gesamtkonstruktion

und 4-(b) einer Steuervorrichtung des erfindungsgemäßen Prüfgeräts darstellen;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels der Einstellung von Inspektionsadressen, die

in Gestalt von Gittern auf der Umfangsoberfläche eines zu untersuchenden Rohrs angeordnet sind;

Ansichten zur Erläuterung der Anordnungen und 7 von Annäherungsdetektoren, die zur Bewegung

des Prüfgeräts in die Position eines zu untersuchenden Objekts erforderlich sind; ein Flußdiagramm der grundlegenden Betriebsverfahren des erfindungsgemäßen Prüfgeräts; Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Berechnung des Betrags der Positionsabweichung zwischen der Mittelachse des als Objekt zu untersuchenden Rohrs und der Betätigungsmittelachse des Prüfgeräts; Fig. 10 Diagramme zur Erläuterung der Steuerverfanren

und 11 für die Antriebswellen eines Prüfkopf-Positioniermechanismus bei visueller Untersuchung der inneren Oberfläche eines Rohrs in gleichen Abständen;
Fig. 12 eine Schnittansicht eines Beispiels eines

Prüfkopfes , der mit optischen Annäherungsfühlern versehen ist;

Fig. 13 eine Ansicht eines Kopplungsabschnitts zwischen dem Stations- bzw. Anschlußende einer Bildführung des Prüfkopfs der Fig. 12 und

einer Fernsehkamera;

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Fig.	6
und	7
Fig.	8
Fig.	9

. 11 -

Fig. Ή eine Ansicht zur Erläuterung eines mit dem Prüfkopf der Fig. 12 erhaltenen Fernsehbildes; und

Pig. 15 ein Diagramm eines Beispiels einer Schaltung zur Trennung von Kurzabstands-Daten von

Videosignalen im Prüfgerät, welches den Prüfkopf der Fig· 12 verwendet.

Die Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Kernkraft-Reaktors als einem mit der Erfindung su untersuchenden Gegenstand. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet den Reaktor und die Bezugszeichen 2 (2a - 2f) bezeichnen verschiedene Rohre, die um den Reaktor 1 herum angebracht sind. Nach Abnahme einiger Aufbauten im Reaktor wird bei der Überprüfung über dem Reaktor ein Gestell 5 mit einem daran befestigten Pahrmechanismus bzw. Kranfahrwerk 6 angeordnet.

Der Fahrmechanismus 6 trägt ein mit einer Fernsehkamera versehenes Prüfgerät 10 und bewegt es vor ^edes Rohr. Danach führt das Prüfgerät eine vorbestimmte Untersuchungsarbeit durch.

Ein Videosignal aus der Fernsehkamera wird auf ein an entfernter Stelle gelegenes Monitor-Fernsehgerät S übertragen und von einer Bedienungsperson beobachtet· Andererseits sind der Fahrmechanismus 6 und das Prüfgerät 10 durch eine Steuervorrichtung 7 gesteuert, die ebenfalls an einer entfernten Stelle angeordnet ist.

In der Fig. 2 ist der Aufbau eines Mechanismus-Abschnitts des Prüfgeräts der Erfindung dargestellt, welches für die visuelle Untersuchung vieler Arten von Rohren geeignet ist. In dieser Figur bezeichnet das Beziigszeichen 2 ein Rohr als zu untersuchendes Objekt und das Syr..bol 6a bezeichnet das

Ende des Fahrmechanismus 6, welches den Prüf ^echanismusabschnitt 10 trägt und dazu dient, das Prüfgerät grob in die Position vor dem Rohr einzustellen, wobei dieses Ende außerhalb des Erfindungsbereiches liegt. Zur Überprüfung der 35

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inneren Oberflächen von vielen Arten von Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern hat der Frufmechanismus-Abschnitt fünf Freiheitsgrade entsprechend den dicken Pfeilen 11· - 15'» wie nachstehend ausgeführt. Er ist mit einer Gleit- bzw. Schubwelle 15 ausgestattet, die einen Prüfkopf 20 in axialer Richtung des Rohrs bewegt, einer Welle 14, die die Schubwelle dreht, einer Schwenkwelle 13» die den Neigungswinkel eines Teils mit den Wellen 14 und 15 verändert, einer Welle 12, die einen Teil einschließlich der vorerwähnten Wellen ausfährt oder verkürzt, und einer Welle 11, die den gesamten genannten Aufbau dreht. Es können jedoch eine oder mehrere dieser Antriebswellen bei einigen Arten von Rohren oder bei einigen Arbeitsbedingungen weggelassen werden. Andererseits ist an dem vorderen Ende des Prüfkopfes 20 ein optisches Systern für eine Abbildung 21 angeordnet, welches die Obaektoberfläche beleuchtet und das Bild der Oberfläche empfängt, sowie Annäherungsfühler 22a und 22b, die die relativen Abstände zwischen dem Prüfkopf und der Objektoberfläche feststellen. Der Eingang aus dem optischen Abbildungssystem wird durch eine Bildführung auf eine industrielle Fernsehkamera (ITV-Samera) 27 übertragen und wird überdies als Video-Information der Bedienungsperson angeboten, welche das Monitor-Fernsehgerät an entfernter Stelle überwacht, wie bei 8 in der Fig. 1 angedeutet. Ein flexibles Glied 25 enthalt ne— ben der Bildführung bzw. dem Bildleiter auch einen Lichtleiter oder ähnliches, um dem Prüfkopf Beleuchtungslicht aus einer Lichtquelleneinheit 26 zuzuführen.

Dieser Aufbau ist für die visuelle Untersuchung vieler Arten von Rohren geeignet, wie nachstehend mit Bezug auf die Fig. 3(a) - 3(c) beschrieben wird.

Die Fig. 3(a) zeigt eine Situation der Untersuchung für das Rohr 2a mit großem Durchmesser. In diesem Fall kann der Abtastvorgang des Prüfkopfes 20 in Umfangsrichtung mittels der Drehwelle 11 ausgeführt werden und die Abtastung in axialer Richtung durch die Schubwelle 15. Wenn zu diesem

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Zeitpunkt die Mittelachse des Rohrs 2a, welche durch eine Ein-Punkt strichpunktierte Linie Z^ dargestellt ist, und die Referenzachse des Prüfgeräts 10, die durch eine Zwei-Punkt strichpunktierte Linie Zg dargestellt ist, nicht zusammenfallen, dann kann der relative Abstand zwischen dem Prüfkopf 20 und der Objektoberfläche dadurch auf einen festen Wert eingestellt werden, daß das Ausfahren oder Verkürzen der Welle 12 gesteuert wird. Wenn überdies der relative Winkel zwischen dem Prüfkopf und der Objektoberfläche aufgrund des Nichtzusammenfaliens von einem vorbestimmten Winkel abweicht, kann er durch die Rotationswelle 14· korrigiert werden.

Die Pig. 3(b) zeigt eine Situation der Untersuchung für das Rohr 2b mit einem kleinen Durchmesser. In diesem Fall wird abweichend von dem Fall der Fig. 3(a) der Abtastvorgang in Umfangsrichtung durch die Rotationswelle 14 durchgeführt und die Steuerung zur Konstanthaltung des relativen Abstands zwischen der Objektoberfläche und dem Prüfkopf 20 wird durch die komplexe Bewegung der Umdrehungswelle 11 und die Ausfahr— oder Verkürzungswelle 12 ausgeführt.

Die Fig. 3(c) zeigt eine Situation der Untersuchung für ein Rohr 2c in dem ein zylindrischer Aufbau 3 untergebracht ist. In diesem Fall sind die Bedingungen zur Nutzung der Wellen grundsätzlich die gleichen wie im Fall der Fig. 3(a).

Aufgrund der Konstruktion, bei welcher die Schubwelle 15 am vordersten Ende des Mechanismusabschnitts angeordnet ist, kann die Untersuchungsarbeit in dem Zustand ausgeführt werden, bei dem ein Vorsprung 3a der Struktur 3 umgangen wird. Überdies kann der Prüfkopf 20 in einen engen Spaltabschnitt eingeführt werden, der durch die Struktur 3 und das Rohr 2 begrenzt ist, und zwar dadurch, daß die Schubwelle 15, an welcher der Prüfkopf 20 befestigt ist, dünn bzw. klein gestaltet ist.

Andererseits kann in all den Fällen der Fig. 3(a) - 3(c) eine aufgetretene Relativneigung zwischen der Mittelachse Z,,

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des Rohrs und der Referenzachse ¹L^ des Prüfgeräts dadurch korrigiert werden, daß die in der Fig. 2 gezeigte Schwenkwelle 13 gesteuert wird.

Wie vorstehend erläutert wurde, beruhen die Eigensehaften des Prüfmechanismus gemäß der Erfindung darauf, daß die direkt wirkende Ausfahr- und Verkürzungswelle 12 in der auf die Umdrehungswelle 11 folgendenStufe angeordnet ist, daß die Rotationswelle 14, die um die zur Ausfahr- und Verkürzungswelle 12 senkrechte Achse gedreht wird in der auf die Welle 12 folgenden Stufe angeordnet ist, und daß die Schubwelle 15» die unmittelbar in Richtung parallel zur Mittelachse der Rotationswelle 14 wirkt, mit dem an dem vorderen Ende der Schubwelle 15 angebrachten Prüfkopf 20 ausgebildet ist, wodurch sogar ein Objekt mit einer Struktur Innerhalb des Rohrs sowie eine große Anzahl von Arten von Rohren mit ungleichen Durchmessern untersucht werden können.

In den Fig. 4(a) und 4(b) ist ein Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung dargestellt, die zur Abtastbewegung des Prüfkopfes entlang der inneren Oberfläche des Rohrs unter Verwendung des vorstehend erwähnten visuellen Untersuchungsmechanismus dient.

In der Pig. 4(a) bezeichnet das Bezugszeichen 10 den Prüfmechanismus-Abschnitt, in welchem die Bezugszeichen 41 (41a - 41e) Teile zum Antrieb der verschiedenen Wellen 11-15 bezeichnen und jeder der Teile aus beispielsweise einem Gleichstrom-Servomotor 42, einem Reduktionsgetriebe 43 und einem Potentiometer 44 als Positionsdetektor aufgebaut ist. Tatsächlich sind fünf Systeme von Antriebsabschnitten entsprechend den Bewegungen der fünf Arten von Antriebswellen 11 - 15» wie in der Fig. 2 gezeigt, vorgesehen, es sind jedoch der Kürze halber die Signalverbindungen mit dem Teil 41a als typisches Beispiel dargestellt. In dem Prüfmechanismus sind überdies der Annäherungsfühler 22, ein Berührungsfühler 47, ein Grenzschalter 48, usw. angeordnet. Unter diesen

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Teilen ist der Berührungsfühler 47 derart angeordnet, daß er für beispielsweise eine in der Fig. 2 gezeigte Geräte-Schutzabdeekung 16a oder 16b zugänglich ist und ein Signal erzeugt, wenn der Prüfmechanismus beispielsweise die Objektoberflache aufgrund einer Fehlfunktion berührt hat.

Der Grenzschalter 48 erzeugt ein Signal, wenn der Antriebsabschnitt 41 sich bis zur Grenze seines Betriebsbereiches bewegt hat. Obwohl jeweils nur ein Annäherungsfühler, Berührungsfühler und Grenzschalter der Einfachheit halber in der Zeichnung gezeigt sind, sind tatsächlich entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen eine größere Anzahl vorgesehen. Die Steuerung dieses Prüfmechanismus-Abschnitts 10 erfolgt durch die Steuervorrichtung 7, die an einer erheblich von der Prüf position entfernten Stelle angeordnet ist, wie in der Fig. 1 dargestellt. Wenn jedoch ein Verfahren zustande kommt, bei dem Ausgangssignale von der großen Anzahl von Potentiometern 44, Grenzschaltern 48 oder Fühlern 22, 47, wie vorstehend erläutert, so wie sie sind zu dem entfernten Platz übertragen werden, dann geraten die Verbindungskabel sehr groß. Es ist daher wünschenswert, diese Ausgangssignale in Serie umzusetzen und die Serien-Signale mit einer kleinen Anzahl von Übertragungsleitungen zu übertragen. Dazu ist nahe des Prüfmechanismus-Abschnitts 10 ein vorverarbeitender Schaltungsteil angeordnet, der bei 30 in der Fig. 2 oder in der Fig. 4(a) dargestellt ist.

Bei dem in der Fig. 4(a) dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Kanäle von Übertragern in dem vorverarbeitenden Schaltungsabschnitt 30 angeordnet. Erstens werden Signale, wie die des Potentiometers 44 und des Annäherungsfühlers 22, deren Ausgangspegel entsprechend den Umständen variieren, in Serie über die Signalübertragungsleitung 37 übertragen und in Gestalt von digitalen Signalen unter Verwendung eines Multiplexers 31, eines A/D-Konverters 32 und einer Übertragungsausgangsschaltung 33. Zweitens werden die

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Ausgangssignale des Berührungsfühlers 47 und des Grenzsehalters 48, die von vorneherein Ein-Aus-Signale sind, in Serie auf einer übertragungsleitung 38 übertragen, und zwar unter Verwendung eines Multiplexers 34 und einer Übertragungsausgangsschaltung 35. Auf diese Weise kann die große Anzahl von Signalausgängen durch nur zwei Kanäle von Signalübertragungsleitungen zur Steuervorrichtung übertragen werden.

Die Betriebsvorgänge der Schaltungselemente 31 - 35 i*¹ der vorverarbeitenden Schaltung 30 sind durch einen Arbeitsfolgeregier bzw. eine Sequenzsteuerung 36 gesteuert, wodurch die verschiedenen Überwachungssignale in vorbestimmter Folge auf die Signalübertragungsleitungen 37 und 38 abgegeben werden.

Die Fig. 4(b) zeigt eine Steuerschaltung 50 und einen Mikrocomputer 70, die einen Teil der Steuervorrichtung 7 darstellen und teilweise die Steuerung des Prüfmechanismus-Abschnitts 10 besorgen.

Die Steuerschaltung 50 ist in ein Empfängerschaltungssystem, welches die in Serie von der vorverarbeitenden Schaltung 30 übertragenen Seriensignale aus der Seriendarstellung wieder in eine brauchbare Form zurückführt, und in ein Servo-Schaltungssystem unterteilt, welches den Gleichstrom-Servomotor 42 des Mechanismus—Abschnitts steuert. Die Servoschaltungen 51 bestehen aus fünf Kanälen 51a — 51©» ©nt— sprechend den Bewegungssteuerschaltungen 41a - 41 ej der Einfachheit und Kürze halber sind jedoch nur die Signalverbindungen des Kanals 51a dargestellt. Das Empfängerschaltungssystem weist eine Schaltung 61 auf, welche die Signale aus der Signalübertragungsleitung 37 empfängt und sie in parallele Signale dekodiert, sowie eine Schaltung 62, welche die Signale aus der Signalübertragungsleitung 38 empfängt und sie in parallele Signale dekodiert. Von den Ausgängen der Schaltung 6 1 wird das den Zustand des Potentiometers 44 anzeigende Signal an ein Register 55 in der

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Servoschaltung übertragen und das den Zustand des Annäherungsfühlers 22 angebende Signal wird in ein Register 63 übertragen. Andererseits werden die Ausgänge der Schaltung 62, d. h· die Signale aus dem Berührungsfühler und dem Grenzschalter, in die Register 64- übertragen (von denen der Kürze halber nur eines dargestellt ist). Die Arbeitsvorgänge dieser Schaltungselemente sind durch einen Arbeitsfolgeregler bzw. eine Sequenzsteuerung 65 gesteuert. Die Register 63 und 64 sind mit einer Signal-Sammelleitung 77 des Mikrocomputers 70 verbunden und ihre Inhalte werden für verschiedene, später erläuterte Steuervorgänge genutzt.

Die Servoschaltung 51a ist wie nachstehend beschrieben aufgebaut. Ein Register 52 empfängt einen Bewegungs-Befehls— wert von dem Mikrocomputer 70· Das Befehlssignal wird durch einen D/A-Umsetzer 53 in ein Analogsignal umgesetzt, welches über einen Servoverstärker 5^ auf eine Signalleitung 40a als Signal zum Antrieb des Gleichstrom-Servomotors 42 der Bewegungssteuerschaltung 41a abgegeben wird. Das Ausgangssignal des die Bewegung des Motors anzeigenden Potentiometers wurde wie bereits erläutert auf das Register 55 übertragen und der Ausgang des Registers wird über einen D/AUmsetzer 56 an eine Summierschaltung 57 zurückgeführt.

Der Mikrocomputer 70 umfaßt eine Verarbeitungseinheit 71, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 72 zur Speicherung von Daten, einen Pestwertspeicher (ROM) 73 zur Speicherung von Programmen und eine arithmetische Einheit 74- für Hochgeschwindigkeitsoperationen, und zusätzlich eine An— passungsschaltung (Interface) 75 zur Verbindung mit einer getrennten Steuerschaltung 90, die den Fahrmechanismus 6 und ähnliches steuert. Wie nachstehend erläutert wird, führt der Mikrocomputer die Steuerung der Sequenz der Untersuchungsarbeiten aus, sowie die Speicherung der gemessenen Ergebnisse an den relativen Positionsbeziehungen zwischen dem Prüfgerät und dem Rohr als zu untersuchendem Objekt, sowie die

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arithmetischen Verarbeitungsvorgänge eines Untersuchungsarbeit swinkels usw., beruhend auf den gespeicherten Ergebnissen.

Das von der Fernsehkamera 27 durch eine Signalleitung 84 übertragene Videosignal wird in einem Videoverstärker 85 verstärkt und stellt das Abbild des Untersuchungsgesichtsfeldes auf dem Monitor-Fernsehgerät 8 dar.

Die den Fernsehschirm überwachende Bedienungsperson kann durch Bedienung einer Steuertafel 80 eine Veränderung der Steuerung des Prüfgeräts 10, basierend auf dem Mikrocomputer 70, bewirken. Eine Helligkeitseinstellschaltung 81 ist überdies durch einen Ausgang der Steuertafel 80 gesteuert. Ein Ausgang der Helligkeitseinstellschaltung 81 ist über eine Signalleitung 85 an die Lichtquelle 27 zur Beleuchtung des vom Prüfkopf 20 abgebildeten Gesichtsfeldes angelegt, wodurch die Helligkeit der Abbildung eingestellt wird.

Die folgenden Ausführungen sind von besonderer Bedeutung im Falle einer automatischen Durchführung der visuellen Überprüfung der inneren Oberfläche eines Rohrs mittels des Prüfgeräts, welches mit dem Mechanismus und der Steuerschaltung wie vorstehend erläutert, ausgerüstet ist:

(1) Die Untersuchungsposition kann präzise bekannt ssin. Bei visueller Untersuchung eines Rohrs in einer großen Anlage ist es unbefriedigend, daß nur der fleckige oder beschädigte Zustand einer Objektoberfläche herausgefunden werden kann und die Position des fleckigen oder beschädigten Teils genau bekannt sein muß. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Position an der der Fleck oder ähnliches gefunden worden sind mit einer anderen Ausrüstung in einigen Fällen nach der Untersuchung repariert wird und der Fortschritt des Fleckes oder ähnlichem bei einer Untersuchung nach einer feststehenden Zeitspanne in anderen Fällen erfaßt werden kann. Beispielsweise wird ein Fall betrachtet, in dem der

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visuelle Prüfkopf 20 ein rechteckiges Gesichtsfeld mit feststehenden Abmessungen aufweist· Beim Abtasten des Prüf kopfes entlang der inneren Oberfläche des zylindrischen Objektes in diesem Zustand muß sich der Prüfkopf sukzessiv entsprechend Gitterpositionen (nachstehend als "Adressen" bezeichnet) entsprechend der Größe des Gesichtsfeldes wie durch unterbrochene Linien in der Pig» 5 angezeigt, bewegen. Solche Gitter werden auf der Basis der zylindrischen Rohre selbst geformt. Im Falle der Zuordnung einer vorbestimmten Adresse muß im Gegensatz hierzu der Prüf kopf auf den zentralen leil des Gitters, entsprechend dieser Adresse, positioniert werden.

(2) Die Untersuchungsarbeit wird in einem Zustand ausgeführt, in dem der gegenüberstehende Abstand und der gegenüberstehende Winkel zwischen dem zu untersuchenden Objekt und dem Prüfkopf im wesentlichen konstant gehalten sind.

Wenn der gegenüberstehende Abstand zwischen dem Prüf— kopf und der Objektoberfläche veränderlich waren, dann werden natürlicherweise die Abmessungen des Objektfleckes oder ähnliches auf dem Monitor-Fernsehgerät, das die Bedienungsperson überwacht, unterschiedlich gesehen. Augenscheinlich verursacht auch eine Veränderung des gegenüberstehenden Winkels eine ähnliche Bildbeeinflussung.

Vorstehend wurden die wichtigen Bedingungen für die präzise visuelle Untersuchung genannt. Wenn eine große Anlage oder ähnliches das zu untersuchende Objekt darstellt, ist es außerordentlich schwierig, diese Bedingungen einzuhalten. Der erste Grund dafür besteht darin, daß die Position des Rohrs selbst ungenau ist; der zweite Grund besteht darin, daß der kranartige Fahrmechanismus 6 zur Einstellung des Prüfgeräts vor dem Rohr eine sehr große Bauform aufweist und daher seine Positionierfähigkeit begrenzt ist. Der visuelle Prüfmechanismus benötigt daher eine Funktion zur Korrektur eines relativen Einstellfehlers, der auf diese Gründe zurückzuführen ist.

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Zur Verwirklichung dieser Korrekturfunktion macht sich das Gerat gemäß der Erfindung den im Prüfkopf angebrachten Annäherungsfühler 22 zunutze. Gemäß der Erfindung wird die Positionierungskorrektur mit einer kleinen Anzahl von Annäherungsfuhlern durch Objektoberflächenmessung und BerechnungsTorgängen, die später erläutert werden, verwirklicht, so daß sich ein hoher praktischer Nutzwert ergibt. Diese Maßnahmen werden später mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 erläutert.

Zuerst wird ein Verfahren zur Anordnung der Annäherungsfühler beschrieben. Wenn der Prüfkopf 20 in die Nähe des Rohrs gebracht wird und in feststehendem Abstand von der Objektoberfläche einen Abtastvorgang ausführt, sind grundsätzlich zwei Annäherungsfühler erforderlich; nämlich ein Fühler zur Messung des Abstandes von einer Wand um das Rohr herum in Richtung eines gestrichelten Pfeils wenn der Prüfkopf 20 in dem Zustand(i)wie in der Fig. 6 steht, sowie ein Fühler zur Messung eines Abstandeszur inneren Oberfläche des Rohrs in Richtung eines gestrichelten Pfeils im Zustandet Wenn jedoch ein schräger Ännäherungsfuhler am vorderen Ende des Prüfkopfes angebracht ist, wie durch gestrichelte Tdnien in der Fig. 7 angezeigt, dann können die vorstehend erwähnten Abstandsmessungen in zwei Richtungen mit einem einzigen Fühler durchgeführt werden und überdies ist auch die Messung eines Abstandes zu einem Eckteil möglich, an dem die Wand in die innere Oberfläche übergeht, wie bei (2)in der Fig. 7 angezeigt. Der in der Fig. 2 gezeigte Mechanismus ist mit einem Annäherungsfühler 22a dieser Funktionsweise ausgestattet und überdies mit dem Annäherungsfühler 22b zur Ermittlung der inneren Oberfläche des Rohrs, wodurch die Feststellung der relativen Neigung des Prüfkopfes zur axialen Richtung des Rohrs erneut möglich ist.

Nachstehend wird nun der Steuervorgang der Objektoberflächen-Messung unter Verwendung der Ännäherungsfuhler in

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dieser Anordnung und Konstruktion, sowie die visuelle Untersuchungsarbeit unter Verwendung eines darauf basierenden berechneten Ergebnisses beschrieben.

Die Fig. 8 zeigt die grundlegenden Inhalte der Untersuchungsarbeits-Steuerung. Zuerst wird das Prüfgerät 10 in die Position vor dem Rohr als zu untersuchendes Objekt mittels des Fahrmechanismus 6 (Block ST1) eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Prüf kopf 20 in dem Zustand, in dem er sich innerhalb der in der Fig. 2 gezeigten Schutzabdeckung 16a zurückzieht.

Danach schreitet die Steuerung zum Block ST2 fort, um den Vorgang der Messung der Objektposition durchzuführen. Der Meßvorgang hat den folgenden Inhalt: Die Schubwelle 15 des Mechanismusabschnittes wird vorgeschoben, um den Prüfkopf 20 in die Nähe der Wand um das Rohr herum zu bringen und die Position der Wand wird mittels des Annäherungsfühlers überprüft. Dies entspricht dem Zustand®in der Fig. 6 oder 7; dabei wird die Position des in der Richtung Z gelegenen Ursprungs des Rohrs äquivalent ermittelt. Daraus kann die Position der Schubwelle 15, die der Adresse in Z-Richtung entspricht, beispielsweise 101-a oder 102-a in den in der Fig. 5 dargestellten Gitterpositionen festgesetzt werden. Wenn die Position der Gegenstandswand bei einem derartigen Meßvorgang ungewöhnlich weit entfernt ist, dann schreitet die Steuerung zum Entscheidungsblock ST3 weiter. Wenn die Position im wesentlichen normal ist, dann wird der Meßvorgang der Position der inneren Oberfläche des Rohrs nacheinander durchgeführt. Dabei wird die Schubwelle weiter vorgeschoben, um den Prüf kopf in das Rohr einzuschieben, und zwar in der Form, in welcher der Prüf kopf entlang des Eckteils, wie bei(?)in der Fig. 7 dargestellt, entlanggeht, oder in der Form, in welcher der Prüf kopf nahe der Achse des Oboektrohrs durch die Ausfahr- und Verkürzungswelle 12 des Mechanismusabschnitts bewegt wird. Danach wird der Prüf-

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kopf 20 entlang eines umfangsmäßigen Pfades im Zustand φ in den Fig. 6 oder 7 bewegt, d. h. in dem Zustand, in dem der Prüfkopf 20 nahe einer Position in einem feststehenden Abstand von der inneren Oberfläche des Rohrs gebracht wird und in diesem Abstand gehalten wird· Zu diesem Zeitpunkt kann die Position der Mittelachse Z^ des Rohrs aus dem Drehwinkel der Umdrehungswelle 11 und der Bewegungsposition der Ausfahr- und Verkürzungswelle 12 bekannt sein· Der Meßvorgang der Position der inneren Oberfläche des Rohrs wird weiter mit Bezug auf die Fig. 9 erläutert. Es wird nun angenommen, daß die Mittelachse der Umdrehungswelle 11 des Prüfgerätes in einer Position P^ liegt, die um a in axialer x-Richtung und um b in axialer y-Richtung von einer Position P von der Mittelachse Z^ des Rohrs mit einem Radius R abweicht.

Unter Steuerung der Ausfahr- und Verkürzungswelle 12 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Annäherungsfühlers 22a oder 22b wird der Winkel der Umdrehungswelle 11 von der horizontalen Position von θ nach Θ' verändert. Der Prüfkopf 20 wird also von einer Position M in eine Position M¹ bewegt, wobei ein feststehender Abstand S von der Rohrwand 2 eingehalten wird· Wenn man annimmt, daß die Positionen M und M¹ des Prüfkopfes zu diesem Zeitpunkt die Winkel β bzw. β' bezüglich der x-Achse im x-y-Koordinatensystem definieren, dessen Ursprung in der zentralen Position P_Q des Rohrs liegt, und daß sich die Länge der Ausfahr- und Verkürzungswelle 12 von dem Maß r auf r¹ verändert hat, dann werden die Werte a und b aus der folgenden Gleichung erhalten:

a - (R - S) cos/3 - r cos θ (O

b m (R - S) sin/? - r sin Q ...(2)

wobei
β » tan'V r cos θ - r' cos 9'_}

r ^v r sin 9 - r¹ sin W^J

₊ \ { jfcjffi

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Dementsprechend ist der Rotationswinkel θ der Umdrehungswelle 11, der zur Positionierung des Prüf kopf es in irgendeinem gewünschten Winkel β vom Zentrum P_Q des Rohrs erforderlich ist, durch die folgende Gleichung gegeben:

Q - i-arT¹ ( Cg ~ S) Sin Af - ^b

θ - tan C (R s5 2

) f

( - s5 cos/2 - a ^}

Wenn als Ergebnis der vorstehenden Messung der Position der inneren Oberfläche des Rohrs der relative Abstand zwischen der Umdrehungswelle 11 und dem Rohr als ungewöhnlich groß ermittelt wurde, dann wird entschieden, daß die Untersuchungsarbeit in diesem Zustand unmöglich ist und daß eine Korrektur der Position des Pahrmechanismus erforderlich ist (Block ST3)·

Wenn entschieden worden ist, daß die Untersuchung möglich ist, schreitet die Steuerung zum Block S£4 weiter und die zur präzisen automatischen Untersuchung der Gitteradressen in der Fig· 5 erforderlichen Bewegungspositionsdaten des Prüfkopfes werden durch Berechnung indiziert. In dem nachfolgenden Block ST5 werden die Antriebswellen des Untersuchungsgeräts auf der Basis der berechneten Daten gesteuert und der Prüfkopf wird sequentiell an die ^jeweiligen Adressen der in die Gittermaschen unterteilten Objektoberfläche bewegt· Mit Bezug auf die Fig. 10 wird nun im folgenden der Inhalt bzw· Gehalt der Indizierung der Untersuchungsposition im Block ST4- beschrieben. In der Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen 2 die Position der inneren Oberfläche des zu untersuchenden Rohrs und der Buchstabe Q bezeichnet den Pfad entlang dessen sich der Prüfkopf 20 während der Untersuchung in Umfangsrichtung bewegt· Der Kürze halber wird ein Fall betrachtet, bei dem die Gittermaschen aus acht Adressen in Umfangsrichtung bestehen. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Mittel-

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punkt der Umdrehungswelle des Prüfgerätes mit dem Mittelpunkt P_Q des Rohrs zusammentrifft, dann können bei Bewegung des Prüfkopfes entlang M^+Mg-^M, entsprechend den acht Adressen die Umdrehungswelle 11 einen festen Winkel Q_Q (45° in diesem Fall) und die Ausfahr- und Verkürzungswelle 12 eine feststehende Position r_Q einhalten. Wenn jedoch der Mittelpunkt der Umdrehungswelle 11 wegen einer Abweichung der Halteposition des Fahrmechanismus in eine Position P₁ eingestellt worden ist, dann muß die Umdrehungswelle in die

O Winkel op ^^ ^θχ verändert und die Ausfahr- und Verkürzungswelle zur Verschiebung von M₁ nach Mg und dann nach M* in die Stellungen rp und r* gebracht werden. Die auf diese Weise den jeweiligen Adressen entsprechenden Betriebspositionen der Umdrehungswelle können aus den Gleichungen (4) und (5) auf der Basis der Positionsabweichungen a und b von P₁ bezüglich Pq bei dem erfindungsgemäßen Gerät berechnet werden. Zusätzlich können die Größen der Abweichungen a und b mittels der Gleichungen (1), (2) und (3) aus den vorstehend beschriebenen Umfangsmessungs-Ergebnissen berechnet werden. Die Um-

O fangsmessung muß nicht stets über den gesamten Umfang des Querschnitts des Hohrs durchgeführt werden. Wenn das Gebilde 3, wie in der Fig. 3(c) gezeigt, innerhalb des Rohrs angeordnet ist und die Positionsbeziehung zwischen dem Gebilde und dem Bohr im voraus bekannt ist, kann die Messung der Position um das Gebilde herum in einigen Fällen anstelle der Umfangsmessung treten. Diese Umfangsmessungsarbeit muß nicht immer in dem Zustand ausgeführt werden, bei dem der Annähe— rungsfühler in einer festen Entfernung von der Objektober— fläche steht. Es ist auch möglich, ein Verfahren durchzuführen, bei dem die Umdrehungswelle gedreht und dabei die

Ausfahr- und Verkürzungswelle in einem feststehenden Zustand gehalten wird, um die Beziehung zwischen dem Rotationswinkel und der Abstandsinformation des Annäherungsfühlers zu erfassen. Wenn die Positionsabweichung von P₁ bezüglich P_Q groß ist,

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dann ist eine präzise visuelle Untersuchung unmöglich, bei der der Korrekturvorgang nur auf der Umdrehungswelle 11 und der Ausfahr- und Verkürzungswelle 12 beruht, wie mit Bezug auf die Fig· 10 erläutert. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Winkel in Sichtrichtung des Prüfkopfes nacheinander als ^P₂ ^un<i ψ * bezüglich des Zielgitters, wie in der Fig. dargestellt, abweicht. Dementsprechend wird der Abweichungswinkel berechnet und um den Winkel der Sichtrichtung auf die zentrale Stellung des Gitternetzes hin zu drehen, wird die in dem Mechanismusabschnitt der Fig. 2 gezeigte Rotationswelle 14- bei dem erfindungsgemäßen Gerät verwendet.

Wie vorstehend erläutert wird bei dem Prüfgerät gemäß der Erfindung die Position des Rohrs als zu untersuchendes Objekt durch die Annäherungsfühler vor dem automatischen Untersuchungsbetrieb gemessen und auf der Basis der Messung wird die Angemessenheit der Durchführung der visuellen Untersuchungsarbeit entschieden; überdies können in einem Fall, bei dem die Durchführung möglich ist, die Betätigungspositionen der jeweiligen Antriebswellen zur Ermöglichung der präzisen automatischen Untersuchung entlang der Gitter-Adressen relativ zum Rohr berechnet werden. Auf diese Weise kann die nachfolgende automatische Untersuchung mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden und sogar dann, wenn während der automatischen Untersuchung (Block ST5) zeitlich eine manuelle Betätigung durch die Bedienungsperson zwischenge— schaltet ist (Block ST6), kann der Prüfkopf präzise zu einer benötigten Adresse zurückgeführt werden. Natürlich ist es möglich, eine unzureichende Genauigkeit der Berechnung dadurch zu kompensieren, daß der Ausgang des Annäherungsfühlers im Verlauf der automatischen Untersuchung rückgekoppelt wird oder daß die bereits berechneten und gespeicherten indizierten Positionen der jeweiligen Wellen korrigiert werden, falls erforderlich.

Wie in der Beschreibung mit Bezug auf die Fig. 3 ange-

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geben, kann andererseits in einem Zustand, bei dem die relative Neigung zwischen der Achse Z^ des Rohrs und der Referenzachse des Prüfmechanismus (beispielsweise der Umdrehungswelle) nicht vernachlässigbar ist, der Korrekturvorgang unter Verwendung der Schwenkwelle 13 ausgeführt werden. Ein dazu notwendiger Korrekturwinkel kann aus der Differenz der Ausgänge der beiden Annäherungsfühler zur Messung der inneren Oberfläche des Rohrs bei der Umfangsmessung oder aus den Ergebnissen der beiden Umfangsmessungen an- unter— schiedlichen Positionen der Schubwelle, wenn nur ein Annäherungsfühler vorgesehen ist, abgeleitet werden.

In der Fig. 8 stellt der Block ST7 eine Unregelmäßigkeits-Verarbeitungsroutine dar. Wenn während des Betriebs des Prüfgerätes ein Teil des Gerätes ein Hindernis berührt oder in dem elektrischen oder dem mechanischen System eine Unregelmäßigkeit entdeckt wird, dann wird der Betrieb des Prüfgerätes angehalten und durch diese Routine eine Alarmierung der Bedienungsperson durchgeführt.

Die Fig. 12 zeigt einen mit optischen Annäherungsfühlern ausgestatteten Prüfkopf 20, bei dem Information über eine nahe Entfernung zum Objekt zusammen mit einem Untersuchungsbildsignal an die an einer entfernten Stelle angeordnete Steuervorrichtung übertragen werden, so daß die Entfernungsinformation auf dem Monitor-Fernsehgerät dargestellt werden kann.

Wie in dieser Figur gezeigt, besteht ein optisches System 21 zum Empfang eines Untersuchungsbildes aus einem Lichtleiter 101 zur Übertragung von Beleuchtungslicht aus einer Lichtquelle 26 und zur Beleuchtung des zu untersuchenden Gesichtsfeldes, sowie aus einer Linse 102, einem Prisma 103 und einer Bildführung 104 zur Übertragung eines durch die Linse und das Prisma empfangenen Untersuchungsbildes zu einer Fernsehkamera 27.

Ein Annäherungsfühler 22a besteht aus einem Lichtleiter

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105 zur Übertragung von Beleuehtungslicht aus der Lichtquelle 26 und zur Provozierung von Schlitzlicht (oder Punktlicht) auf die Wand, einer Linse 106 und einem Bildleiter 107 zur Übertragung des durch die Linse 106 empfangenen BiI-des eines von dem Schlitzlicht beleuchteten Eaums an die Fernsehkamera·

In gleicher Weise wie der Annäherungsfühler 22a besteht ein Annäherungsfühler 22b aus einem Lichtleiter 108, einer Linse 109 und einer Bildführung 110.

Die Bildführungen 1CW-, 107 und 110 haben rechteckige Bildaufnahmeflächen und übertragen Szenen mit rechteckigen Gesichtsfeldern an die Fernsehkamera.

Die Fig. 13 ist eine Konstruktionsdarstellung des Kopplungsabschnitts zwischen den vorstehend beschriebenen Bildführungen und der Fernsehkamera 27· Die an den Endflächen der drei Bildführungen 104-, I07 und 110 erscheinenden Abbildungen werden über eine Okularlinse 120, ein Filter 121, einen Reflektor 122 und eine Anpassungslinse 123 am photoelektrischen Schirm der Fernsehkamera empfangen.

Die Lichtleiter 101, I05 und 108 sind mit der Lichtquelle 26 verbunden.

In der Fig. 14 ist ein Ausgangsbild I30 von der Fernsehkamera 27 gezeigt, welches aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus am Monitor-Fernsehgerät 8 erhalten wird.

Das Bezugszeichen I3I bezeichnet einen Bereich des von der Bildführung IO7 abgegebenen Bildes des Annäherungsfühlers 22a, das Bezugszeichen 132 einen Bereich des von der Bild— führung 110 abgegebenen Bildes des Annäherungsfühlers 22b, und das Bezugszeichen 133 einen Bereich des von der Bild— führung 104 abgegebenen Untersuchungsbildes. Die Bezugszeichen 134 und 135 bezeichnen Positionen von Beleuchtungs— mustern, die durch die von den jeweiligen Lichtleitern 106 und 108 projizierten Bündeln mit spezifizierter Gestalt auf der Wand geformt werden und die im vorliegenden Fall schlitz-

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förmige helle Muster sind· Die Positionen 134 und 135 der Schlitzmuster erscheinen auf dem Fernsehschirm an Positionen, die in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen dem Prüfkopf 20 und der Wand 2 unterschiedlich sind. Dementsprechend kann die das Monitor-Fernsehgerät überwachende Bedienungsperson die Positionsbeziehung zwischen dem Prüfkopf 20 und davor und an der Seite liegenden Hindernissen aus den Positionen der in den Bildbereichen 131 und 132 erscheinenden Schlitzmuster erkennen.

Bei Verwendung der vorstehend erläuterten optischen Annäherungsfühler können die an den Mikrocomputer 70 zu liefernden Entfernungsdaten mittels einer in Pig. 15 gezeigten Schaltung aus einem Videosignal erhalten werden.

Das Videosignal 84 wird durch einen Videoverstärker verstärkt und ein Ausgangssignal 140 des Videoverstärkers an einen Komparator 141 angelegt. Ein vorbestimmtes Schwellwertsignal ist an den anderen Eingangsanschluß des Komparators 141 angeschlossen. Der Komparator gibt nur dann ein Ausgangssignal ab, wenn der Pegel des Videosignals, entsprechend dem vorstehend genannten Schlitzrauster 134 oder 135» den Schwellwert überschritten hat. Der Ausgang des Komparators 141 wird durch ein Filter 143 und eine Formungsschaltung 144 in ein "Ein—Aus"-Signal umgeformt, aus dem eine Störkomponente entfernt ist und das an ein Schieberegister 145 angelegt ist.

Nach Rückstellung durch einen Horizontal-Synchronisationsimpuls 147 aus einem Synchronisationsimpulsgenerator 146 wird das Schieberegister 145 durch einen Taktimpuls aus einem Taktgenerator 149 getrieben. Dadurch werden Binardaten, die die existierende Position des "Ein-Aus"-Signals auf der horizon-

} talen Abtastlinie anzeigen ,von dem Schieberegister 145 geliefert und in einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff 151 abgespeichert. Überdies treibt der Horizontal-Synchronisations— impuls 147 einen Zähler 150 an, der durch einen Vertikal-Synchronisationsimpuls 148 aus dem Synchronisationsimpuls-

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Generator 146 zurückgesetzt ist. Ein Ausgang aus dem Zähler Ί5Ο bezeichnet die Anzahl von horizontalen Abtastlinien und wird im Speicher I5I abgespeichert·

Durch diese Verarbeitung werden die horizontalen Abtastlinien und die Teile der Linien innerhalb der Bildbereiche I3I und 132, die den Annäherungsfühlern und schlitzförmigen Mustern zugeteilt sind, in dem Speicher mit wahlfreiem Zugriff 151 abgespeichert. Ein Ausgang 152 des Speichers 151 wird zur Steuerung der Servoschaltung 50 in die Mikrocomputer-Schaltung 70 eingegeben, wie es erforderlich sein kann. Die die Näherungsabstände angebenden Schlitzmuster haben in horizontaler Richtung eine feststehende Breite und die Zwischenposition der Breite kann als relativer Abstand zur Objekt oberfläche betrachtet werden. In diesem Fall können Reflexionspositionen, die auf einer Vielzahl von Abtastlinien angezeigt sind, ausgemittelt und als relativer Abstand zur Objektoberfläche betrachtet werden. Diese Maßnahmen können willkürlich durch Berechnungen des Mikrocomputers 70 unter Verwendung der gespeicherten Ergebnisse des Speichers 151 durchgeführt werden.

Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Nahabstandsinformation über den Speicher I5I an den Mikrocomputer übertragen wird, ist das in der Fig. 4-(b) gezeigte Register 63 unnötig.

Bei dem erfindungsgemäßen Prüfgerät können verschiedene Arten von Annäherungsfühlern im Prüfkopfabschnitt verwendet werden· Wenn jedoch, wie mit Bezug auf die Fig. 12 bis I5 beschrieben, die optischen Annäherungsfühler im Prüfkopf-Abschnitt vorgesehen sind und die optisch empfangene Näherungsentfernungsinformation zur Überprüfung der Abbildung auf die Fernsehkamera übertragen wird, so daß die an entfernter Stelle angebrachte Steuervorrichtung die Entfernungsinformation vom Videosignal trennen und den Positioniermechanismus steuern kann, dann können die Bestandteile der Annäherungsfühler mit

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geringer Baugröße und geringem Gewicht hergestellt werden und die Annäherungsfühler-Information kann an die entfernte Steuervorrichtung mittels des Fernseh-Übertragungskabels, das ursprünglich für die visuelle Überprüfung erforderlich ist, übertragen und zur visuellen Überprüfung durch die Bedienungsperson auf dem Fernseh-Monitor dargestellt werden. Es ergeben sich also die Vorteile, daß die das Untersuchungsbild überprüfende Bedienungsperson die anormale Annäherung des Prüfkopfes an die Objektoberfläche, die irgendeiner Unregelmäßigkeit des Annäherungsfühler-Systems oder einem Zwischenfall eines anderen Teils zuzurechnen ist, überprüfen und eine Maßnahme, wie den Nothalt des Gerätes ergreifen kann, und daß das Ausmaß der Annäherung visuell überprüft werden kann, wenn die Bedienungsperson durch manual 5 eile Betätigung den Prüfkopf an die Objektoberfläche annähert·

Vorstehend wurde der Erfindungsgedanke mit Bezug auf die Überprüfung der inneren Oberfläche eines Rohrs mit kreisförmigem Querschnitt beschrieben. Der Grundgedanke der Erfindung kann jedoch auch auf Rohre und Hohlräume mit anderen als kreisförmigen Querschnitten oder die Außenoberfläche der Rohre angewendet werden.

ü/w

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Claims

P Α" E N TA Γ, WA LT E.

SCHIFF ν. FÜNER STRtHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN 90 POSTADRESSE: POSTFACH 95 OI 6O₁ D-SOOO MÖNCHEN 95

HITACHI, LTD. 26. Juli 19 79

DEA-5965

Gerät zur Untersuchung von Rohren in einer Anlage

PATENTANSPRÜCHE

1. Gerät zur Untersuchung von Rohren in einer Anlage, gekennzeichnet durch einen Prüfkopf-Abschnitt (20), der mit einem optischen System zur Aufnahme eines Bildes (21) einer inneren Oberfläche des Rohrs (2) als zu untersucbendem Objekt ausgestattet ist, durch Einrichtungen (27) zur Umsetzung des im optischen System empfangenen Untersuchungs— Bildes (21) in elektrische Videosignale, wenigstens einen Annäherungsfühler (22), der zur Ermittlung eines relativen Abstandes zwischen dem Prüfkopf-Abschnitt (20) und dem nahegelegenen Objekt an dem Prüfkopf-Abschnitt (20) angeordnet ist, einen Positioniermechanisraus, der aus einer Vielzahl von Antriebswellen (11-15) zur Bewegung des Prüfkopf-Abschnittes aufgebaut ist, Steuereinrichtungen, die einen programmierten Betrieb ausführen können, zur Führung des Prüfkopf-Abschnittes (20) aus einer anfänglich eingestellten Position außerhalb des Rohrs (2) in eine Untersuchungsposition innerhalb des Rohrs (2), und zur Bewegung des Prüfkopf-Abschnittes (20) entlang eines mit Bezug auf das zu

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·*> 2 —

untersuchende Objekt eingestellten Pfades, und zwar ohne Berührung mit dem zu untersuchenden Objekt, und zum Antrieb des Positioniermechanismus in einer vorbestimmten, im voraus programmierten Arbeitssequenz in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Annäherungsfühlers (22), und durch eine Bildverarbeitungseinrichtung (8), die an einer von dem Prüfkopf— Abschnitt (20) entfernt gelegenen Stelle gelegen ist und zur Rekonstruierung des Untersuchungsbildes aus den Videosignalen ausgebildet ist»
3

2« Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Positioniermechanismus eine erste langgestreckte in Richtung der Mittelachse des Rohrs bewegbare Antriebswelle aufweist, eine zweite Antriebswelle, die die erste

> Antriebswelle in Richtung senkrecht zur. Mittelachse des Rohrs bewegt, sowie eine dritte Antriebswelle, die die zweite Antriebswelle dreht, und daß der Prüf kopf-Abschnitt an einem vorderen Endteil der ersten Antriebswelle gelegen ist·

^J 3· Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antriebswelle rotierbar ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens einer der Annähe—

> rungsfühler schräg nach vorne ausgerichtet ist, um einen relativen Abstand zu dem Objekt in dieser Richtung zu ermitteln·

5· Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß der im Prüfkopf angeordnete • Annäherungsfühler aus einer ersten Einrichtung zur Projizierung von lacht mit festgelegter Querschnittsgestalt in Richtung zum untersuchenden Objekt besteht, sowie aus einer zweiten optischen Einrichtung zum Empfang einer Abbildung eines Bereichs einschließlich eines Beleuchtungsmusters, welches

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·. 3 —

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durch das Licht auf dem zu untersuchenden Objekt mit festgelegter Gestalt geformt wird, und zur Anlegung dieser Abbildung an die Umwandlungseinrichtung, daß die Bildverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zur Ermittlung einer Position des in dem Videosignal enthaltenen Beleuchtungsmusters aufweist , und daß die Steuereinrichtung den Positioniermechanismus auf der Basis eines die Position des von der Ermittlungseinrichtung gelieferten Beleuchtungsmusters anzeigenden Signals steuert·
10

6· Gerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung wenigstens einen Annäherungsfühler umfaßt, der Licht mit bestimmter Querschnittsgestalt schräg nach vorne projiziert,

7· Verfahren zur Steuerung eines Prüfgerätes, welches mittels eines Fahrmechanismus vor eine Position eines zu untersuchenden Objektes eingestellt wird, um Rohre in einer Anlage zu untersuchen, dadurch gekennzeichnet , daß das Prüfgerät einen Positioniermechanismus aufweist mit einer länglichen rotierbaren ersten Antriebswelle, die sich in Richtung einer Mittelachse des Rohrs bewegt, eine zweite Antriebswelle, die die erste Antriebswelle in Richtung senkrecht zur Mittelachse bewegt und eine dritte Antriebswelle, die die zweite Antriebswelle herumdreht, sowie einen Prüfkopf-Abschnitt, der am vorderen Endteil der ersten Antriebswelle gelegen ist und der mit einem optischen System zur Aufnahme einer Abbildung des zu untersuchenden Objekts versehen ist und mit wenigstens einem Annäherungsfühler zur Ermittlung eines relativen Abstandes zwischen dem Prüfkopf-Abschnitt und dem Objekt, und daß das Steuerverfahren mehrere Schritte aufweist, nämlich einen Schritt, bei dem die erste Antriebswelle vorwärts geschoben wird und den Prüfkopf-Abschnitt in das Rohr als zu untersuchendes Objekt einführt,

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den Schritt j bei dem die dritte Antriebswelle um einen vorbestimmten Winkel herumgedreht wird, während die zweite Antriebswelle in Abhängigkeit von einem Ausgang des Annäherungsfühlers bewegt wird, um einen Abstand zwischen dem Prüfkopf-Abschnitt und einer inneren Oberfläche des Rohrs konstant zu halten, so daß ein Positions-Abweichungsbetrag zwischen der dritten Antriebswelle und der Mittelachse des Rohrs ermittelt wird, und dem Untersuchungsbild-Eingabeschritt, bei dem ein Umdrehungswinkel der dritten Antriebswelle in Abhängigkeit von dem Positions-Abweichungsbetrag gesteuert wird, während die zweite Antriebswelle in Abhängigkeit von dem Ausgang des Annäherungsfühlers bewegt wird, wodurch in gleichen Intervallen in Umfangsrichtung des Rohrs Überwachungsbilder erfaßt werden.

8· Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß in dem Überwachungsbild-Eingabeschritt ein Rotationsbetrag der ersten Antriebswelle in Abhängigkeit von dem Positions-Abweichungsbetrag zwischen der dritten Antriebswelle und der Mittelachse des Rohrs und dem Umdrehungsbetrag der dritten Antriebswelle gesteuert wird, wodurch das optische System des Prüfkopf-Abschnittes ständig senkrecht zur inneren Oberfläche des Rohrs an den jeweiligen Untersuchungspositionen gegenüberstehend ausgerichtet ist.

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