Robotizovaná kontrola nádrží a digitalizácia procesov v nedeštruktívnej kontrole materiálov (NDT)

 Robotizovaná kontrola nádrží

Pri robotizovaných kontrolách sa často využívajú predovšetkým nasledovné nosiče NDT techniky:

• Pásove roboty
• Kolesové roboty
• Lietajúce roboty - drony
• PTZ kamery s optickým priblížením

Značným prínosom pri robotizovanej kontrole nádrží (skladovacie zásobníky, tlakové nádoby, a pod.) je priebežný zber údajov z kontroly a možnosť ich porovnávania v čase. Tieto údaje slúžia ako základ k prediktívnej údržbe zariadenia. Navyše poskytujú možnosť efektívne vytypovať kritické oblasti degradácie materiálu objektu a následne sa pri pravidelnej kontrole zamerať práve na tieto konkrétne miesta.

V oblasti softvérového vybavenia je prínosom virtualizácia objektu a kontroly, ktorá je využívaná na simuláciu a prípravu reálnej kontroly.

Obrázok 1 – PTZ kamera pri nepriamej vizuálnej kontrole.
(Zdroj: https://youtu.be/hplZw8Qe9bE)

Výhody robotizovanej kontroly nádrži

Hlavné výhody robotizácie kontroly nádrží

• Zvýšená úroveň BOZP
• Vyššia pravdepodobnosť detekcie indikácií, problémových oblastí
• Možnosť kontroly oblastí, ktoré v pôvodne neboli klasickým spôsobom kontrolovateľné
• Virtualizácia objektu kontrolu
• Virtualizácia celej kontroly, simulácia a príprava kontroly virtuálne pred nasadením
• Využitie laserovej technológie pre mapovanie pohybu a orientáciu (LIDAR)
• Schopnosť dostať sa na identické miesto kontroly s odstupom času s vysokou presnosťou
• Digitalizácia záznamu s údajmi o priestorovej identifikácii polohy robota a polohy kontrolovaného miesta
• Automatické generovanie správ z kontroly

Obrázok 2 – Vnútorná kontrola povrchu nádrže.
(Zdroj: https://www.youtube.com/watch?v=hplZw8Qe9bE)

Nevýhody robotizácie

Napriek tomu, že výhody, ktoré prináša robotizácia inšpekčných úloh, existujú aj nevýhody, ktoré treba brať do úvahy pri voľbe vhodného spôsobu kontroly. Medzi hlavné nevýhody môžeme zaradiť nasledovné:

• Technologické limity: V prípade technologických limitov sa jedná o prekážky na strane technického vyhotovenia robota samotného (rozmery, hmotnosť, schopnosť prekonávať prekážky, operačný rádius). V druhom prípade ide o limity nesenej techniky pre nedeštruktívnu kontrolu materiálov, ktorá vyplýva z použitej metódy a jej reálnych možností v daných podmienkkach kontroly.

• Dlhšia doba prípravy v porovnaní s klasickou manuálnou kontrolou:  Príprava kontroly vyžaduje vopred premyslieť postupnosť krokov a ich nadväznosť, ako aj určiť pohyb v priestore. Príprava formou virtualizácie objektu a následná simulácia pohybu robota v objekte prináša pomerne presnú a adresnú kontrolu v reálnom prostredí, ktorá je tak rýchla a opakovateľná.

• Vyššie obstarávacie náklady na vybavenie: Cena vybavenia v prípade robotických platforiem je výrazne vyššia. Na druhej strane často eliminuje potrebu lešení a početného ľudského personálu počas kontroly.

• Preškolenie personálu:  Ovládanie robota, tvorba plánu kontroly, virtualizácia objektu kontroly vyžaduje preškolenie personálu a skúsenosti s prácou s výpočtovou technikou.

V oblasti nedeštruktívnej kontroly materiálov sa využívajú viaceré metódy kontroly. Rôzne metódy často slúžia aj k tomu, aby sa dosiahol rovnaký požadovaný výsledok. Voľba metódy závisí od viacerých faktorov ako sú priestorové podmienky, stav povrchu kontrolovaného materiálu, fyzikálne možnosti konkrétnej metódy.

Obrázok 3 – Virtualizácia kontrolovaného objektu a simulácia.
(Zdroj: SW Mission Viewer, Waygate Technologies)

Vybrané metódy využívané pri robotizovanej kontrole a ich aplikačné využitie

Ultrazvukové kontrola

Kontaktná meracia metóda využívajúca ultrazvukové zariadenia pre kontrolu zvarov alebo meranie zostatkovej hrúbky materiálu. V praxi vyžaduje vhodný stav povrchu a prechodové médium pre prechod ultrazvukového signálu zo snímača (sondy) do materiálu. Pri meraní zostatkovej hrúbky materiálu (monitorovanie korózie a erózie) je možné využiť bodové a plošné typy meraní so záznamom do farebnej mapy, ktorá charakterizuje farebne konkrétne hrúbky materiálu. Nevýhoda tejto metódy je, že využíva prechodové médium a vyžaduje pomerne čistý stav povrchu meraného miesta.

Bezkontaktné meranie ultrazvukom - EMAT

Elektromagnetický akustický snímač s permanentným magnetom rozširuje možnosti monitorovania korózie a erózie. Tento typ snímača sa pripája zvyčajne k bežnému ultrazvukovému zariadeniu, prípadne existujú aj uzavreté systémy, vyvinuté špecificky pre EMAT sondy (Innerspec technologies) a sonda sa umiestni buď priamo na povrch, alebo sa pomocou aplikačného vozíka nastaví 1 – 2 mm nad meraný povrch. Výhoda tohto riešenia je, že ignoruje náter, znečistený povrch, povrchovú koróziu. Nie je teda potrebné pripravovať povrch. Je možné bodové , ale aj plošné meranie so záznamom.

Nepriama vizuálna kontrola

Nepriama vizuálna kontrola (RVI – Remote visual inspection) znamená kontrolu povrchu a stav rôznych častí kontrolovaného objektu optickými systémami ako sú napríklad endoskopy, boroskopy, PTZ kamery. Výhodou tohto riešenia je, že v prípade rozľahlého objektu často postačuje vstup zariadenia len z jedného bodu a priblíženie optikou (napr. PTZ kamera ponúka 30x optické priblíženie), a záznam do obrazu alebo videa. V prípade endoskopov s 3D meraním je možné merať drobné plochy s koróziou, jamkovú koróziu, veľkosť trhlín, atď.).

Softvérové vybavenie tvorí neoddeliteľnú a podstatnú časť digitalizovanej kontroly aj v prípade robotizovaných riešení. Štandardom sú rôzne simulačné a modelovacie softvérové produkty, ktoré sa využívajú vo fáze plánovania a testovania kontroly vo virtuálnom prostredí ešte pred samotným nasadením zariadenia do reálneho prostredia. Predpokladom úspešnej kontroly je presná virtualizácia a naplánovanie kontroly vo virtualizovanom prostredí a následne prenesenie celého plánu vrátane napr. optimálneho priestorového pohybu do reálneho prostredia. Výhodou je naplánovanie kontroly tak, aby trvala, čo najkratší čas, nedošlo k nečakaným udalostiam počas kontroly.

Súčasné softvérové vybavenie, ktoré je vhodne skombinované s hardvérovým vybavením, dokáže replikovať pôvodnú kontrolu v pravidelných intervaloch a porovnávať údaje v čase. Pre orientáciu počas kontroly sa napríklad využíva LIDAR v spojení s virtualizovaným objektom. Operátor tak počas kontroly, bez priamej viditeľnosti zariadenia, vidí pohyb aj polohu zariadenia nielen cez obraz kamier, ale aj na vytvorenom virtuálnom objekte.

Obrázok 4 – SW pre tvorbu objektov Asset Builder
(Zdroj: Waygate Technologies, Inspection Robotics)

Záver

Robotizovaná kontrola nádrží spojená s digitalizáciou procesov prináša mnoho výhod v podobe vyššej presnosti kontroly, jej opakovateľnosti a schopnosti identifikovať rizikové miesta v objektoch kontroly. Proces eliminuje rôzne riziká z pohľadu BOZP a samotná virtualizácia a simulácia procesu pred reálnym výkonom kontroly eliminujú rôzne riziká, ktoré by inak vznikali pri kontrole „na slepo“ bez simulačnej prípravy.

Autori: Aleš Mišura, Juraj Uríček- NDE Solutions, s.r.o., Žilinská univerzita v Žiline, Strojnícka fakulta, KAVT