Vorrichtung zur Inspektion eines Bauteils mit Flugzeit- Sensoren

Die vorliegende Erfindung betri f ft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Inspektion, insbesondere zur Prüfung und/oder Wartung und/oder Reparatur, eines Bauteils einer Maschine .

Im Rahmen von am j eweiligen Standort einer Maschine , zum Beispiel eines Generators , ausgeführten Service-Dienstleistungen zur Wartung und Reparatur ( Field Service ) werden Roboter eingesetzt , um schwer zugängliche Bereiche , beispielsweise im Generator, zu befunden . Im Falle eines Generators fallen hierbei unter anderem das Überprüfen der Integrität des Blechpakets und die allgemeine visuelle Befundung des Stator- Blechpakets und des Rotors an . Hierzu wird eine Robotereinheit in den schmalen Luftspalt zwischen Stator und Rotor eingeführt , welche sich mittels Magnetkraft auf den Zähnen des Blechpakets hält . Bisher haben sich die Roboter elektronisch mittels Hall-Sensoren und mechanisch mittels Kunststof f-Führungsschienen auf der Spur gehalten .

Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Vorrichtung und ein vorteilhaftes Verfahren zur Inspektion, insbesondere zur Prüfung und/oder Wartung und/oder Reparatur, eines Bauteils einer Maschine zur Verfügung zu stellen, wodurch insbesondere eine einfache und zuverlässige Navigation der Vorrichtung zur Inspektion ermöglicht wird .

Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst . Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Inspektion eines Bauteils einer Maschine umfasst mindestens eine Einrichtung zur Befestigung eines Sensors oder eines Werkzeuges , eine Einrichtung zum Fortbewegen der Vorrichtung zur Inspektion in Bezug auf das Bauteil und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Einrichtung zum Fortbewegen der Vorrichtung zur Inspektion . Bei dem Sensor kann es sich zum Beispiel um einen Sensor zum berührungslosen Abtasten oder Inspi zieren oder Untersuchen oder des Bauteils handeln . Die Steuereinrichtung umfasst eine Anzahl an Flugzeit-Sensoren, auch Time-of-Flight-Senso- ren ( TOF) genannt .

Die Anzahl an Flugzeit-Sensoren ist bevorzugt dazu ausgelegt , den Abstand und damit den Abstand der Vorrichtung zur Inspektion zu einer Oberfläche des Bauteils zu erfassen . Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgelegt , die Vorrichtung mittels der Geometrie der Oberfläche und der mittels der Flugzeit-Sensoren erfassten Abstände entlang der Oberfläche zu navigieren . Die Flugzeitsensoren können beispielsweise dazu ausgelegt sein, Signale an eine Auswertungseinrichtung der Steuereinrichtung aus zugeben . Die Signale der Flugzeugsensoren können vorzugsweise zur Spurführung der Vorrichtung zur Inspektion verwendet werden .

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine berührungslose Spurführung, wodurch eine mechanische Beanspruchung der zu inspi zierenden Bauteile vermieden wird . Weiterhin wird die Spurführung nicht durch Unebenheiten oder Verschmutzungen der Oberfläche beeinträchtigt , kann also präzisiert werden . Die mittels Flugzeitsensoren vorgenommene Tiefenmessung, beispielsweise mittels Lasersensorik, bietet eine höhere Genauigkeit als magnetisch beeinflussbare Sensoren, wie insbesondere Hall-Sensoren, welche in einem elektromagnetischen Feld benutzt werden .

Vorzugsweise ist die Vorrichtung zur Prüfung, insbesondere zur berührungslosen Prüfung, und/oder zur Wartung und/oder zur Reparatur eines Bauteils einer Maschine ausgelegt . Die Vorrichtung zur Inspektion kann zum Beispiel eine Anzahl an Sensoren zur visuellen und/oder akustischen und/oder magneti- sehen und/oder elektromagnetischen Untersuchung, beispielsweise zum Abtasten oder Erfassen, des zu untersuchenden Bauteils umfassen . Die genannten Sensoren können zum Abtasten oder Erfassen einer Oberfläche des Bauteils und/oder von Eigenschaften eines Volumenbereichs des Bauteils ausgelegt sein . Der mindestens eine Sensor kann an der Einrichtung zur Befestigung befestigbar sein oder befestigt sein . Bei den genannten Sensoren handelt es sich vorzugsweise um Sensoren zur berührungslosen Inspektion . Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Vorrichtung eine Anzahl an Werkzeugen umfassen, also mindestens ein Werkzeug, welche/welches beispielsweise zur Wartung und/oder Reparatur des Bauteils ausgelegt sein kann .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung mindestens vier Flugzeit-Sensoren . Diese sind vorzugsweise in festgelegten Mindestabständen zueinander in einem Viereck, beispielsweise in einem Rechteck, angeordnet . Diese Ausgestaltung ermöglicht eine präzise Navigation der Vorrichtung .

Weiterhin kann die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zum Auf setzen und/oder Umsetzen der Vorrichtung auf einer Oberfläche des zu untersuchenden Bauteils umfassen . Hierdurch wird eine zeit- und personalef fi ziente Untersuchung komplett aufgebauter Bauteile ermöglicht , da insbesondere ein händisches Einsetzen oder Umsetzen der Vorrichtung in verschiedene schwer zugängliche Bereiche des Bauteils überflüssig wird .

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Inspektion, insbesondere zur Prüfung und/oder Wartung und/oder Reparatur, eines Bauteils einer Maschine umfasst folgende Schritte : Eine zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf eine Oberfläche des Bauteils aufgesetzt , wobei die Vorrichtung mindestens einen Sensor und/oder mindestens ein Werkzeug umfasst . Bei dem Sensor kann es sich um einen Sensor zum berührungslosen Inspi zieren oder Untersuchen oder Abtasten des Bauteils handeln . In einem nächsten Schritt wird die Vorrichtung entlang der Oberfläche des Bauteils fortbewegt , wobei die Vorrichtung mittels der Steuereinrichtung basierend auf Signalen der Anzahl an Flugzeit-Sensoren und der Geometrie der Oberfläche des Bauteils navigiert wird . In einem weiteren Schritt wird der mindestens eine Sensor und/oder das mindestens eine Werkzeug aktiviert , insbesondere betrieben . Das erfindungsgemäße Verfahren hat die oben bereits genannten Vorteile . Es ermöglicht insbesondere eine präzise berührungslose Navigation der Vorrichtung an schwer zugänglichen Oberflächen eines Bauteils .

Bei der Maschine kann es sich um eine elektrische Maschine handeln, zum Beispiel um einen Generator oder einen Elektromotor handeln . Die Vorrichtung kann im Rahmen des Verfahrens beispielsweise in einem Spalt zwischen einem Rotor und einem Stator eines Generators oder eines Elektromotors bewegt werden .

Fortbewegen bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Aus führen mindestens einer Translation, gegebenenfalls in Verbindung mit mindestens einer Rotation, in Bezug auf das zu untersuchende Bauteil .

In einer weiteren Variante kann ein Merkmal der Geometrie der Oberfläche des Bauteils ausgewählt oder festgelegt oder erfasst werden . Die Vorrichtung kann entlang des Merkmals navigiert und insbesondere fortbewegt werden . Bei dem Merkmal kann es sich zum Beispiel um eine Erhebung und/oder eine Vertiefung und/oder eine Kante und/oder eine Nut auf einer Oberfläche des Bauteils handeln .

Die berührungslose Spurführung mittels der Flugzeit-Sensoren bzw . Time-of-Flight-Sensoren ( kurz : TOF ' s ) ermöglicht eine genaue Spurführung auf den Zähnen eines Blechpakets eines Rotors oder Stators und ist auch bei widrigen Umgebungsbedingungen einsetzbar . Die Sensoren können mit der Genauigkeit von 1 mm die Nut vermessen und können dann anhand der Ränder zu den Zähnen die Vorrichtung, beispielsweise den Roboter, in der Spur halten . Diese Art der Sensoren ermöglicht zudem eine Erkennung eines geometrischen Endes eines Bauteils , zum Beispiel eines Stator-Blechpakets . Der Einsatz von TOFs ermöglicht die Benutzung einer Einsetzhil fe , mit welcher die Vorrichtung bzw . der Roboter zum Beispiel in einen Spalt automatisch hinein und hinaus fahren kann . Das Umsetzen auf den nächsten Keil wird dadurch deutlich erleichtert und zeitlich verkürzt .

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Aus führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert . Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Aus führungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten . Daher sind hier of fenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage , die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet , um die vorliegende Erfindung auf viel fältige Weise einzusetzen .

Der hier verwendete Ausdruck „und/oder" , wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet , dass j edes der auf geführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann j ede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden . Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, die die Komponenten A, B und/oder C, enthält , kann die Zusammensetzung A alleine ; B alleine ; C alleine ; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten . Fig . 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht .

Fig . 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt des in der Figur 1 gezeigten Rotors oder Stators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht .

Fig . 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer seitlich versetzten Position in einer perspektivischen Ansicht .

Fig . 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt des in der Figur 3 gezeigten Rotors oder Stators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht .

Fig . 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer leicht gedrehten Position in einer perspektivischen Ansicht .

Fig . 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer stark gedrehten Position in einer perspektivischen Ansicht .

Fig . 7 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Erreichen des Randes in einer perspektivischen Ansicht .

Ein Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 7 erläutert . Die Figuren 1 bis 7 zeigen einen Ausschnitt eines Rotors oder eines Stators eines Generators in verschiedenen Ansichten . Der Rotor oder Stator 1 umfasst eine Anzahl an Blechpaketen 2 und zwischen den Blechpaketen 2 angeordnete Keile 3 . Zur Untersuchung der Blechpakete 2 wird in einen Spalt zwischen Rotor und Stator eine als Roboter 4 ausgestaltete erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht . Die Vorrichtung bzw . der Roboter 4 umfasst eine Einrichtung zur Befestigung eines Sensors und/oder eines Werkzeuges 5 , eine Einrichtung zum Bewegen, insbesondere Fortbewegen 6 der Vorrichtung bzw . des Roboters 4 und eine Steuereinrichtung 7 zum Steuern der Einrichtung zum Fortbewegen der Vorrichtung 6 . Die Steuereinrichtung 7 umfasst eine Anzahl an Flugzeit-Sensoren ( Time-of-Flight-Sensoren) 8 . Die Steuereinrichtung 7 ist in einigen Figuren nicht expli zit gezeigt . Sie kann unmittelbar an der Vorrichtung 4 angeordnet sein oder zur schnurlosen Signalübertragung ausgelegt an einer von der Vorrichtung 4 entfernten Position angeordnet sein .

In den gezeigten Abbildungen soll die Oberfläche des Rotors oder Stators 1 , insbesondere die Oberfläche der Blechpakete 2 und/oder der Keile 3 untersucht werden . Dazu ist in den gezeigten Abbildungen der Roboter 4 auf zwei Blechpaketen aufgesetzt und wird entlang der Oberfläche der beiden Blechpakete fortbewegt . Zur Navigation sind vier Flugzeit-Sensoren 8 in einem Rechteck angeordnet und so ausgerichtet , dass mit ihrer Hil fe ein Abstand zwischen dem Roboter 4 und der darunterliegenden Oberfläche , beispielsweise der Oberfläche des Keils 3 gemessen werden kann . Die Tiefenmessung ist in den Figuren durch Pfeile mit der Bezugs zi f fer 9 gekennzeichnet .

In der perspektivischen Darstellung der Figur 1 und der geschnittenen Ansicht der Figur 2 ist der Roboter 4 auf zwei Blechpaketen 2 angeordnet , wobei sich ein Keil 3 genau in der Mitte des Roboters 4 unter diesem befindet . In der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Situation ist ein Parallelversatz vorgenommen worden, also eine Bewegung des Roboters 4 in Richtung eines der Blechpakete 2 . Während die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Variante alle vier Flugzeit-Sensoren 8 den in etwa gleichen Wert für die Abstandsmessung 9 erfassen, erfassen in der in der Figur 3 und der Figur 4 gezeigten Situa- tion die in den Figuren links angeordneten beiden Flugzeit- Sensoren 8 einen geringeren Abstand zur Oberfläche , nämlich lediglich den Abstand zu dem Blechpaket 2 unter ihnen und die in den Figuren rechts angeordneten beiden Flugzeit-Sensoren 8 erfassen den Abstand zu dem unter ihnen angeordneten Keil 3 , welcher größer ist als der Abstand zu dem Blechpaket 2 . Mittels dieser durch die Flugzeit-Sensoren 8 erfassten Abstände 9 kann der Roboter 4 navigiert werden .

In der Figur 5 ist eine leichte Drehung des Roboters 4 nach links gezeigt . In diesem Fall erfasst der in der Figur links oben gezeigte Flugzeit-Sensor 8 einen kürzeren Abstand als die drei anderen Flugzeit-Sensoren 8 . In der Figur 6 ist eine starke Drehung des Roboters 4 nach links gezeigt , wobei der links oben und der rechts unten in der Abbildung gezeigte Flugzeit-Sensor 8 j eweils einen kürzeren Abstand zu der unter diesen befindlichen Oberfläche erfasst oder detektiert als die beiden anderen Flugzeit-Sensoren 8 . Auf diese Weise lässt sich also mittels der durch die Flugzeit-Sensoren 8 detek- tierten Signale die Translation und/oder Rotation des Roboters 4 präzise steuern . Dabei kann die Vorrichtung bzw . der Roboter 4 entlang einer Kante eines oder mehrerer Blechpakete navigiert und fortbewegt werden .

Die Figur 7 zeigt eine Situation, in welcher der Roboter 4 an das Ende des Rotors oder Stators 1 gelangt . In diesem Fall detektieren die an dem j eweiligen Ende angeordneten Flugzeit- Sensoren 8 einen deutlich größeren Abstand zu der unter ihnen liegenden Oberfläche . Mittels dieses Signals kann der Roboter 4 in einer solchen Situation präzise gestoppt werden . Es kann weiterhin eine Einsetz- oder Umsetzhil fe vorhanden sein, mit welcher der Roboter 4 vorzugsweise ferngesteuert umgesetzt werden kann .

Der Roboter 4 kann mindestens einen Sensor zur Prüfung einer Oberfläche des Bauteils 1 aufweisen, vorzugsweise einen Sensor zur berührungslosen Inspektion . Dabei kann es sich zum Beispiel um einen Sensor zur visuellen und/oder akustischen und/oder magnetischen und/oder elektromagnetischen Untersuchung des Bauteils , z . B . einer Oberfläche und/oder eines Volumenbereichs des Bauteils , handeln . Der in den Figuren nicht gezeigte Sensor kann an der Befestigungseinrichtung 5 befestigt sein oder integraler Bestandteil des Roboters 4 sein . Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Roboter 4 mindestens ein Werkzeug zur Wartung und/oder Reparatur des Bauteils 1 , beispielsweise des gezeigten Rotors oder Stators 1 , umfassen . Dadurch ist es möglich, schwer zugängliche Bereiche eines Bauteils 1 , wie beispielsweise im Bereich zwischen einem Rotor und einem Stator eines Generators , zu untersuchen und/oder zu warten und/oder zu reparieren .