iPIPE ROBOTER

Messung der Abnutzung von Versorgungsleitungen im Bergbau zur Vermeidung hoher Ausfallkosten

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PROBLEMSTELLUNG

Im Bergbau gibt es Rohrleitungen aus Spezialstählen mit oder ohne Innenbeschichtung für den Transport von Füllgut (Kies, Beton) für das Auffüllen von Hohlräumen unter Tage. Diese Leitungen unterliegen naturgemäß durch die Art des beförderten Materials einem mechanischen Verschleiß. Diese Rohrleitungen sind entweder fest eingebaut oder auch so, dass sie später erneuert werden können.

 

Das Problem ist, dass der Austausch dieser Leitungen mit nicht unerheblichem Aufwand sowohl für Zeit und Kosten verbunden ist. Der Zeitaufwand sind mehrere Wochen, bis ein Bohrteam für die Arbeiten zur Verfügungs steht und dann entweder eine neue Bohrung anlegt und neue Rohre einbaut oder nur die alten Rohre austauscht. Zum Zeitpunkt unserer Arbeiten am Projekt lagen die Kosten allein dafür bis zu ca. 1 Million US$ für eine 500m Leitung. In den betroffenen Stollen ist außerdem während dieser Phase kein Arbeiten möglich, die Ausfallkosten sind enorm und können schnell bis zu mehreren 10 Millionen US$ betragen.

 

Deshalb ist es wichtig den Grad der Abnutzung so zu beobachten, dass es möglich wird, die notwendigen Arbeiten rechtzeitig zu planen, damit die Ausfallkosten minimiert werden. Durch genaues Erfassen der Zeit und Kenndaten des Füllgutes wie Art, Korngröße und der Menge, kann man durch Messungen am Beginn und am Ende eines Zeitfensters dann den spezifischen Verschleiß durch dieses Füllgut bestimmen. Mithilfe solcher Kennzahlen ist dann die Lebensdauer der verwendeten Rohre mit einer gewissen Genauigkeit bestimmbar.

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ANFORDERUNGEN

  • Bohrlöchern im Durchmesserbereich 4-32 ZollUntersuchungen von vertikal verlaufenden Rohrleitungen und

     

  • Maximale Rohrleitungs- bzw. Bohrlochlängen von 500m (vertikaler Standardabstand zwischen den Stollen)
     

  • Kamera für axiale Vorwärtssicht beim Ablassen des Messroboters, eine Kamera für radiale Sicht auf Rohrwand und eine weitere Kamera für axiale Sicht nach hinten zur Beobachtung des Kabels und eventueller Hindernisse bei Rückwärtsfahrt
     

  • Hochauflösende Messung von Abstandswerten von der Rotations-achse zur Rohr- bzw. Bohrlochwand, geforderte Genauigkeit 0,1 [mm] beim Abstandswert und Winkelauflösung der Rotation von 0,1 [°] und 0,25 [mm] für die vertikale Position vom Rohranfang
     

  • Vertikale Geschwindigkeit des Messroboters für hohe Auflösung 800 Umfangspunkte 50 [mm/s] und für niedere Auflösung 400 Umfangspunkte 100 [mm/s]

LÖSUNGSANSATZ

  • Messroboter als gestreckter Zylinder mit den drei Funktionsein-heiten Elektronikeinheit mit Backeyekamera, Rotationsantrieb, Winkelsensor, Schleifring und zwei mechanischen Zentrierein-heiten in zwei Ausführungen für jeweils verschiedene Durch-messerbereiche und zuletzt der Messkopf mit den Lasersab-standsensoren, der Axialkamera für Vorwärtssicht und der Radialkamera für die Beobachtung des Zustandes der Rohrwand
     

  • Kabeltrommel mit 500m Kabel und 4-Quadranten Antriebsein-heit mit Frequenzumrichter mit Notbremse und Distanzmessung (eingebaut in Transportcontainer)
     

  • Arbeitsplatz für das Bedienpersonal mit Steuergerät, Steuer-konsole mit Videomonitor und Computeranlage (eingebaut in Transportcontainer)
     

  • Die mechanische Entwicklung der Komponenten erfolgte durch eine Partnerfirma in Sydney während die Entwicklung sämtlicher Elektronikkomponenten und der Software von uns erledigt wurde.

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REALISIERUNG

  • Proof-Of-Concept des Lasermesssystems mithilfe von Muster-rohren von unserem Kunden und Auswahl der Lasersensorik
     

  • Entwicklung des Roboters in Zusammenarbeit mit unserer Partnerfirma mit Auswahl des Rotationsantriebs, des Winkel-sensors, des Schleifringes und der Kameras
     

  • Entwicklung der Elektronikkomponenten für den Messroboter mit Spannungsversorgung für die Mikrokontrollereinheit, Rotations-antrieb, Rotationssensor, die Kameras mit ihren Beleuchtungs-einheiten
     

  • Kauf und Umbau einer Kabeltrommel auf 4-Quadrantenantrieb mit Frequenzumrichter und der Elektronikeinheit für die Kabel-trommelsteuerung, Auswahl des Enkoders für die Distanz-messung, Empfänger für die synchrone Übertragung der Mess-daten vom Messroboter und Weitergabe der Daten an PC
     

  • Entwicklung der Software für statische und dynamische Messung, Aufnahme von Filmen und Fotos sowie der Protokollierung der Daten
     

  • Aufbau der kompletten Anlage, Kabeltrommel mit Kabel, Steuer-gerät mit Bedienkonsole und Rechnereinheit im Transport-container  in Sydney mit ersten Funktionstests
     

  • Weiter Funktionstest in Rohrleitungen 4 Zoll und 8 Zoll Durch-messer auf dem Firmengelände des Kunden in Cardiff, Opti-mierung der Zentriereinheiten
     

  • Praktischer Funktionstest der Anlage auf dem Gelände einer Mine in Kambalda/Kalgoolie in Westaustralien, mehrfache Befahrung einer Rohrleitung mit ca. 380m Länge mit Funktionstest der Anlage, im Anschluss weitere Optimierungen an der Software für die Anlagensteuerung
     

  • Praktischer Funktionstest der Anlage auf dem Gelände einer Mine in Mt. Isa in Queensland, Befahrung mehrerer Rohrleitungen mit Funktionstest der Anlage

WEITERENTWICKLUNG

  • Verbesserung der Videoqualität durch Einsatz von hochauflösenden SD-Kameras mit einstellbarer Fokussierung und abschaltbarer AGC
     

  • Verbesserte Beleuchtungsringe mit Optiken für mehr Fernsicht bei den axialen Kameras, und diffuses Licht bei der Radialkamera und der Möglichkeit die Beleuchtungsstärke auf die Objektentferung exakt passend fein einzustellen
     

  • ​Einsatz von HDTV-Kameras
     

  • Verbesserung des Arbeitsbereichs des Roboters auf 1500m Kabellänge (in bestimmten Minen notwendig)
     

  • Entwicklung eines elektrischen Antriebs für die Zentriereinheiten zur Verhinderungen des Blockierens des Roboters in Rohrleitungen
     

  • Weiterentwicklung der Software für Trendanalyse der Abnutzung von Rohrleitungen für unterschiedliche Materialien und den Einfluß des verwendeten Füllmaterials dazu, für genauere Bestimmung der Restlebensdauer und exaktere Planung für die Wartungs-maßnahmen und Minimierung der Ausfallkosten

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