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Sensor Schutz für die Umwelt: Laser-Scanner muss in die Röhre

Autor: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Fehler im Inneren einer Pipeline können nicht nur zu einem Ausfall führen, sondern auch schnell Katastrophen hervorrufen und sollten deshalb von innen auf Risse und Deformationen überprüft werden. Besonders die Schweißnähte stehen bei der Überprüfung auf undichte Stellen und Lecks im Fokus. Ein spezieller Laser-Scanner schafft dies ganz präzise.

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Kaputte Pipelines lösen immer wieder Umweltkatastrophen aus. Mit der richtigen Technik bei regelmäßiger Kontrolle muss das nicht sein.
Kaputte Pipelines lösen immer wieder Umweltkatastrophen aus. Mit der richtigen Technik bei regelmäßiger Kontrolle muss das nicht sein.
(Foto: © freshidea - Fotolia)

Schwarze Fontänen schießen aufwärts. Hunderttausende Liter Öl ergießen sich im Mai 2014 nach dem Bruch einer Pipeline auf die Straßen eines Vorortes von Los Angeles. Im gleichen Jahr laufen Millionen Liter Öl aus einem Pipeline-Leck in einem Naturschutzgebiet im Süden Israels aus und verursachen eine der schlimmsten Umweltkatastrophen des Landes. Kalifornien, ein Jahr später: Vor der Küste von Santa Barbara hat ein Leck an einer Pipeline eine Ölpest verursacht. Etwa 80.000 Liter Erdöl sollen ausgelaufen sein. 2011 verseuchte ein Leck in einer Pipeline Kanadas Norden. Immer wieder kommt es zu schweren Umweltkatastrophen durch Brüche und Risse in den Leitungen – die sich durch den Einsatz vorhandener Technik durchaus verhindern oder zumindest verringern lassen könnten.

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Pipelines dienen neben dem Öl- auch dem Gastransport über weite Entfernungen, was sie ökonomischer macht, als der Einsatz von Tankwagen. Es gibt Leitungen, die mehrere tausend Kilometer lang sind. Diese arbeiten in der Regel mit hohen Drücken, so dass das verwendete Material, etwa Stahl, stark belastet wird. Korrosionen, Druckstöße oder äußere Einflüsse können die Leitungen beschädigen. „Daher ist eine genaue Prüfung auf mögliche Schäden und Schwachstellen, insbesondere an den Schweißnähten, zwingend notwendig“, weiß Christian Kämmerer vom Produktmanagement Bildverarbeitung bei Micro-Epsilon Messtechnik. Das Unternehmen aus Ortenburg hat dafür die richtige Technik im Gepäck.

Stabiles Inspektionsfahrzeug kontrolliert unterschiedliche Rohrarten

Mit einem vollautomatischen Fahrzeug der Dekra, auf dem die Inspektionstechnik montiert ist, lassen sich die kilometerlangen Pipelines abfahren und sichten. Mit rund 600 mm/s bewegt sich das 26 kg schwere Gefährt fort. An der Front befinden sich die Überwachungskamera zur Weg-Kontrolle, eine HD-Kamera mit Lichtquelle und der Laser-Scanner. Zudem ist ein Kühlsystem für den Einsatz in Wüstenregionen aufmontiert. Die Kabellänge beträgt 100 m, ist aber erweiterbar.

Das Fahrzeug ist gegen Sand, Staub und Umgebungstemperaturen von bis zu 100 °C resistent und ermöglicht die Kontrolle verschiedener Rohrarten. Steigungen bis ca. ±45 °C sind ebenfalls problemlos befahrbar. An der Oberseite des Fahrzeugs befindet sich außerdem ein fünftes Rad, das sogenannte Stützrad, welches ausgefahren wird und gegen die Pipelineoberfläche drückt. Die Messdaten werden zur späteren Nutzung aufgezeichnet. Sollten Abweichungen in der Geometrie, also Wölbungen, Defekte oder ähnliches, auftreten, so wird optional ein Alarm-Signal ausgelöst. Das Pipeline-Fahrzeug ist für Durchmesser von 16 bis 36 Zoll (ca. 40 bis 86 cm) ausgelegt. Es lässt sich aber an kleinere oder größere Rohrdurchmesser anpassen.

Scancontrol für vielfältigste Anwendungen in der Industrie

„Laser-Scanner aus der Produktfamilie Scancontrol zählen zu den leistungsfähigsten Profilsensoren weltweit im Hinblick auf Genauigkeit und Messrate“, erklärt Christian Kämmerer. Sie erfassen, messen und bewerten Profile auf unterschiedlichsten Objektoberflächen. Der Produktmanager weist darauf hin, dass sich die verfügbaren Modelle darüber hinaus für zahlreiche industrielle Anwendungen eignen. Mit der zugehörigen kostenlosen Standard-Software Scancontrol Configuration Tools lassen sich vielfältige Messaufgaben lösen. Für Integratoren sind Modelle zur kundeneigenen Programmierung verfügbar. „Micro-Epsilon bietet mit Scancontrol vom vorkonfigurierten Sensor bis zum komplexen Messsystem alles aus einer Hand“, verrät Kämmerer und zählt als typische Messgrößen beispielsweise Profil, Breite, Höhe, Tiefe, Kante, Nut, Rille, Raupe, Winkel, Rundheit, Anwesenheit, Ebenheit und Verformung auf.

Laser-Scanner: das Messprinzip

Laser-Scanner nutzen das Triangulationsprinzip zur zweidimensionalen Profil-Erfassung auf unterschiedlichsten Objektoberflächen. Über eine Spezialoptik wird ein Laserstrahl zu einer statischen Laserlinie aufgeweitet und auf die Messobjektoberfläche projiziert. Die Empfangsoptik bildet das diffus reflektierte Licht dieser Laserlinie auf einer hochempfindlichen Sensormatrix ab. Der Controller berechnet aus diesem Matrixbild neben den Abstandsinformationen (z-Achse) auch die Position entlang der Laserlinie (x-Achse). Diese Messwerte werden dann in einem sensorfesten, zweidimensionalen Koordinatensystem ausgegeben. Bei bewegten Objekten oder bei Traversierung des Sensors können somit auch 3D-Messwerte ermittelt werden.

Laser in 3 Ausführungen

Die Scancontrol-Laser sind in unterschiedlichen Ausfertigungen verfügbar. In der Variante Compact erfüllen die Sensoren Scancontrol 2600 und 2900 statische und dynamische Messaufgaben. Die kompakten Geräte liefern eine Profilfrequenz bis zu 300 Hz und dienen als Profildatenlieferanten.

In der Variante Highspeed bieten die Scancontrol 2650 und 2950 alles für fortgeschrittene Hochgeschwindigkeits- und 3D-Anwendungen. Mit ihnen sind bis zu 4.000 Hz Profilfrequenz möglich. Sie dienen ebenfalls als reine Profildatenlieferanten.

Schließlich sind noch die Smart-Ausführungen Scancontrol 2610 und 2910 erhältlich. Sie bieten eine Plug&Play-Lösung im integrierten Controller für einfache bis komplexe Messaufgaben. Der Sensoraufbau ist identisch mit den Klassen Compact und Highspeed. Der Scanner bewertet aufgenommene Profile und gibt Messergebnisse aus. Micro-Epsilon bietet dazu auch die Blue-Laser-Technologie an. Sie verwendet eine Laserdiode mit einer kurzen Wellenlänge von 405 nm. Die besonderen Eigenschaften dieses Wellenlängenbereiches ermöglichen Messungen, die mit roten Laserscannern bisher schwierig waren. Insbesondere auf rot glühenden Metallen, (halb)transparenten und organischen Stoffen zeigen sich die Vorteile. Gut genutzt, wird es auch die Umwelt danken.

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Über den Autor

Dipl. -Ing. Ines Stotz

Dipl. -Ing. Ines Stotz

Fachredakteurin Automatisierung, Maschinenbau-Ingenieurin, Fachjournalistin seit 2001; Vogel Communications Group