MX2013014458A - Aparato robotico para la inspeccion automatizada de soldadura utrasonica de la circunferencia interna de una tuberia. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método y un aparato para inspeccionar soldaduras circunferenciales de tubería desde el interior de una tubería por medio de un carro robótico, controlado a distancia externamente mediana o un cable umbilical o un enlace inalámbrico bidireccional. El carro robótico puede auto propulsarse y puede impulsarse de soldadura a soldadura por un operario, ayudando por cámaras CCTV: Una serie de sondas ultrasónicas se despliegan desde un brazo robótico giratorio que se extiende desde la parte frontal del carro a la pared de la tubería, permitiendo que la estructura ultrasónica se coloque en la soldadura y a continuación gire alrededor de la soldadura para proporcionar el 100% de inspección de la soldadura. Los datos de la inspección por ultrasonidos adquiridos pueden almacenarse en un ordenador de a bordo para su análisis posterior, y/o transmitirse a un ordenador externo para su análisis inmediato.

Description

APARATO ROBOTICO PARA LA INSPECCION AUTOMATIZADA DE SOLDADURA ULTRASONICA DE LA CIRCUNFERENCIA INTERNA DE UNA TUBERÍA Referencia cruzada a la solicitud relacionada La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la solicitud de patente provisional de Estados Unidos N° 61/494.602 presentada el 8 de junio de 2011 con el titulo ROBOTIC APPARATUS FOR AUTOMATED INTERNAL PIPELINE GIRTH WELD ULTRASONIC INSPECTION.

De este modo, el contenido de la solicitud de patente anterior se incorpora expresamente por referencia en la descripción detallada del presente documento.

Antecedentes de la invención Una tubería, tal como un oleoducto de larga distancia, a menudo se instala como una serie de tubos de tubería, que tienen sus extremos soldados entre sí en el lugar de instalación. Estas soldaduras circunferenciales son a menudo de calidad variable, ya que a menudo se sueldan en condiciones extremas, como en una barcaza para tendido de tuberías, o en mitad del desierto. En consecuencia, hay una necesidad de inspeccionar soldaduras circunferenciales de tubería, o después de la instalación, o de una forma regular. Un método y un aparato convencional para inspeccionar soldaduras circunferenciales de tubería implican una inspección por ultrasonidos desplegando una serie de sondas ultrasónicas sobre un mecanismo orbital montado externamente, que se sujeta alrededor de la circunferencia de la tubería. Este método de despliegue está compuesto normalmente de una "banda" semirrígida sujeta alrededor de la circunferencia de la tubería y un mecanismo motriz desmontable, habitualmente denominado "bogie", que lleva la estructura ultrasónica, agua para el acoplamiento de la sonda a la tubería, y un transductor de posición. Un cable umbilical de la estructura ultrasónica lleva los pulsos de transmisión desde la sonda, y los ecos y otras señales recibidas, a un sistema de adquisición ultrasónico. El sistema de adquisición envía, a continuación, las señales ultrasónicas sin procesar a una estación de trabajo informática. El análisis de estas señales ultrasónicas es habitual en la industria; a partir de las señales proporcionadas por la sonda ultrasónica que rebotan en la soldadura circunferencial, puede determinarse la calidad de la soldadura circunferencial.

En el caso de un buque para tendido de tuberías en alta mar, este método de inspección requiere una estación de inspección separada y fija, aguas abajo de la soldadura de los tramos de tubería, que aloja la banda y el bogie. Esta estación de inspección no es deseable, ya que ocupa un valioso espacio en el buque.

En el caso de una tubería existente, enterrada en el suelo, la metodología de inspección por ultrasonidos externa de la inspección no es posible sin la excavación de la tubería para exponer las soldaduras.

Para añadir dificultad a la inspección de una tubería existente, en muchos casos, las tuberías enterradas y montadas en la superficie se protegen a menudo por recubrimientos y revestimientos protectores externos. Estos recubrimientos exteriores necesitan retirarse para la inspección, y además reemplazarse después de la inspección, lo que lleva mucho tiempo y es costoso.

Por lo tanto, hay una necesidad de un aparato y un método de inspección de soldaduras circunferenciales de tubería, que permita la inspección interna de una soldadura circunferencial de tubería.

Sumarlo de la invención De acuerdo con un aspecto de la invención se proporciona un carro para la inspección por ultrasonidos de soldaduras circunferenciales de tubería desde el interior de una tubería que tiene una pared interior, que comprende: un bastidor con ruedas; un brazo robótico multieje, fijado a dicho bastidor y que se extiende desde el mismo, teniendo dicho brazo robótico un extremo de bastidor y un extremo distal, y capaz de un desplazamiento desde una primera posición retraída en la que, cuando el carro está en el interior de la tubería, el carro es capaz de un desplazamiento longitudinal a lo largo de la tubería sin que dicho extremo distal entre en contacto con la pared interior; y una segunda posición extendida, en la que el extremo distal se sitúa próximo a la pared interior; dicho brazo robótico es capaz, cuando está en dicha segunda posición extendida, de una rotación de 360° de su extremo distal alrededor de una circunferencia de la pared interior; dicho brazo robótico también es capaz, cuando está en la segunda posición extendida, de un ajuste y una colocación precisas en relación con dicha pared interior; un conjunto ordenado ultrasónico, situado próximo a o en el extremo distal del brazo robótico, comprendiendo dicho conjunto ordenado ultrasónico al menos una cámara y una estructura ultrasónica que tiene al menos una sonda ultrasónica; un módulo controlador robótico fijado a dicho bastidor y capaz de controlar la colocación del brazo robótico; y un ordenador de a bordo conectado a dicho módulo controlador robótico y capaz de enviar y recibir una señal de un operario situado a distancia .

En ciertas realizaciones, el carro también comprende un sistema de dispersión de agua próximo a o dentro del conjunto ordenado ultrasónico, y que, cuando el brazo robótico está en la segunda posición extendida, dispensa agua entre la al menos una sonda ultrasónica y la pared interior; dicho sistema de dispersión de agua está conectado a una fuente de agua presurizada. Por ejemplo, la fuente de agua presurizada es un tanque de almacenamiento de agua fijado a dicho bastidor, y/o un cable umbilical con un extremo conectado al sistema de dispersión de agua y otro extremo conectado a un tanque de almacenamiento de agua situado en el exterior de la tubería .

De acuerdo con ciertas realizaciones, el carro también comprende un transductor de posición situado próximo a o en el extremo distal del brazo robótico y que, cuando el brazo robótico está en la segunda posición extendida, está en contacto con la pared interior y es capaz de medir la fuerza integral ejercida por el conjunto ordenado ultrasónico sobre la pared interior.

De acuerdo con una realización adicional, una o más de las ruedas puede ser una rueda motriz; el carro puede comprender una batería fijada a dicho bastidor y que alimenta dicha rueda o ruedas motrices.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, el carro puede comprender ruedas que pueden sustituirse o ajustarse por el usuario para su uso en tuberías de diferente diámetro .

En ciertas realizaciones, el carro puede comprender además un inclinómetro fijado a dicho bastidor y capaz de medir la inclinación de dicho carro respecto al suelo.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, la cámara se apunta hacia la pared interior cuando el brazo robótico está en la segunda posición extendida.

El carro de una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, que comprende además una cámara orientada hacia delante.

De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención se describe un aparato de inspección para la inspección interna de soldaduras circunferenciales de tubería en una tubería en un buque para tendido de tuberías, que comprende: un carro como se ha descrito en el presente documento; un cable umbilical, que se extiende desde el bastidor a una sala de control y que proporciona una transmisión de datos bidireccional desde el ordenador de a bordo a una estación de trabajo de interpretación en la sala de control; una abrazadera de alineación capaz de sujetar un nuevo tramo de tubería a la tubería, y a través de la que puede pasar el cable umbilical; un dispositivo de bobinado de cable umbilical en el que se enrolla una parte floja del cable umbilical; y una interfaz de usuario en la estación de trabajo de interpretación que permite que un usuario haga funcionar el carro y obtenga datos del carro mientras que está en la sala de control.

El aparato de inspección de la reivindicación 12 que comprende además un sistema de reposición de agua en el exterior de la tubería y que se conecta a través del cable umbilical, y es capaz de transportar agua presurizada a través del mismo, al sistema de dispersión de agua.

De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención se describe un aparato de inspección para la inspección interna de soldaduras circunferenciales de tubería en una tubería enterrada o una tubería con recubrimientos o revestimientos de soldadura aplicados a la misma, comprendiendo dicho aparato de inspección: un carro como se ha descrito en el presente documento; un transmisor inalámbrico, que tiene una antena, y está fijado a dicho carro, conectado al ordenador de a bordo, y es capaz de transmitir una señal de datos desde dicho ordenador de a bordo; un receptor inalámbrico, que tiene una antena, y está fijado a dicho carro, conectado al ordenador de a bordo, y es capaz de recibir una señal de datos de controlador y transmitir dicha señal de datos de controlador a dicho ordenador de a bordo; una estación de trabajo de interpretación situada a distancia de dicha tubería, que tiene un segundo receptor inalámbrico y un segundo transmisor inalámbrico, ambos conectados a una o más antenas, y es capaz de recibir dicha señal de datos desde dicho transmisor inalámbrico y de enviar dicha señal de datos de controlador a dicho receptor inalámbrico; dicha estación de trabajo de interpretación es capaz de generar la señal de datos de controlador en base a una entrada de usuario.

De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención se describe un método de inspección de una soldadura circunferencial en una tubería, que comprende: colocar en un extremo abierto de la tubería, un carro que tiene: un bastidor; un brazo robótico multieje, fijado a dicho bastidor y que se extiende desde el mismo, teniendo dicho brazo robótico un extremo de bastidor y un extremo distal, y capaz de un desplazamiento desde una primera posición retraída en la que, cuando el carro está en el interior de la tubería, el carro es capaz de un desplazamiento longitudinal a lo largo de la tubería sin que dicho extremo distal entre en contacto con la pared interior; y una segunda posición extendida, en la que el extremo distal se sitúa próximo a la pared interior; dicho brazo robótico es capaz, cuando está en dicha segunda posición extendida, de una rotación de 360° de su extremo distal alrededor de una circunferencia de la pared interior; dicho brazo robótico también es capaz, cuando está en la segunda posición extendida, de un ajuste y una colocación precisas en relación con dicha pared interior; un conjunto ordenado ultrasónico, situado próximos a o en el extremo distal del brazo robótico, comprendiendo dicho conjunto ordenado ultrasónico al menos una cámara y una estructura ultrasónica que tiene al menos una sonda ultrasónica; un módulo controlador robótico fijado a dicho bastidor y capaz de controlar la colocación del brazo robótico; un ordenador de a bordo conectado a dicho módulo controlador robótico y capaz de enviar y recibir una señal de un operario situado a distancia; y una cámara orientada hacia delante; en el que el carro está en la primera posición retraída; enviar una señal a dicho carro que da como resultado un desplazamiento del carro a lo largo de la tubería; revisar las imágenes de la cámara orientada hacia delante para determinar la colocación del carro a lo largo de la tubería a medida que se desplaza; detener a distancia el desplazamiento del carro a lo largo de la tubería, cuando el carro se sitúa próximo a la soldadura circunferencial; enviar una señal a dicho carro que da como resultado la extensión del brazo robótico a la segunda posición extendida; ajustar con precisión la posición del brazo robótico revisando las imágenes recibidas desde la al menos una cámara y controlar el brazo por control remoto; activar la estructura ultrasónica; capturar los datos de dicha estructura ultrasónica; enviar una señal a dicho carro que da como resultado la rotación del brazo robótico al menos 360 grados, alrededor de la longitud de la soldadura circunferencial y alrededor de la circunferencia de la tubería; desactivar la estructura ultrasónica; y almacenar los datos capturados desde la estructura ultrasónica. El carro puede hacerse funcionar o desde el interior o desde el exterior de la tubería, por ejemplo, desde una sala de control o un vehículo o un remolque.

De acuerdo con ciertas realizaciones, los datos capturados desde la estructura ultrasónica se envían a la sala de control o al vehículo o al remolque para su análisis posterior .

De acuerdo con ciertas realizaciones, la rotación del brazo robótico puede ajustarse con precisión casi en tiempo real por un operario, a distancia, en respuesta a la información recibida por dicho operario desde la al menos una cámara .

De acuerdo con un aspecto adicional más de la presente invención, se desvela un sistema de retroalimentación de fuerza dinámica que mantiene la estructura ultrasónica a una fuerza constante en la tubería para compensar los errores posicionales de centralización del carro y la ovalización de la tubería, a medida que gira el brazo robótico.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, la orientación en la tubería del brazo robótico se determina y/o registra por medio de un inclinometro montado en dicho carro.

De acuerdo con una realización adicional de la presente invención, se proporciona un dispositivo de acoplamiento umbilical de liberación rápida, desplegado por una abrazadera de alineación para liberar/conectar el cable umbilical que pasa a través del equipo de abrazadera de alineación existente a la estación de control de inspección.

De acuerdo con una realización adicional más de la presente invención se proporciona un dispositivo de acoplamiento umbilical que puede moverse de extremo a extremo de la tubería por la abrazadera de alineación y liberarse de la abrazadera de alineación mientras que los nuevos tubos se colocan en el extremo abierto de la tubería para la soldadura circunferencial .

Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra una representación esquemática de un aparato de acuerdo con una realización de la presente invención, representado dentro de una sección transversal de una tubería.

La figura 1A es una representación esquemática de un aparato de acuerdo con una realización de la presente invención, representado en dos configuraciones de ruedas alternativas .

La figura 2 muestra una representación esquemática de un aparato de acuerdo con una realización de la presente invención, representado dentro de una sección transversal de una tubería, y conectado, por un cable umbilical, a un controlador en el exterior de la tubería.

La figura 3 muestra una representación esquemática de un aparato de acuerdo con una realización de la presente invención, representado dentro de una sección transversal de una tubería, y conectado, por enlace inalámbrico bidireccional , a un controlador en el exterior de la tubería.

La figura 4 muestra un diagrama de flujo de transmisión de señales entre diversos componentes de un aparato de acuerdo con una realización de la presente invención.

Descripción detallada En las figuras 1-3 se representa una realización del aparato de la presente invención. Un carro 10 robótico a control remoto comprende un bastidor 12 que tiene unas ruedas 14 traseras y unas ruedas 16 delanteras en unos ejes 18. Como se muestra, tanto las ruedas 14 traseras como las ruedas 16 delanteras se alimentan por un motor (18, 20) controlado por un ordenador 22 de a bordo a través de un módulo 24 controlador robótico. Como será evidente para un experto en la materia, en las realizaciones alternativas (no mostradas), solo se alimenta un juego de ruedas, con el otro juego de ruedas girando libremente. No se muestra, pero en una configuración típica, cada rueda se alimenta individualmente. Por lo tanto, como se muestra, el motor 18 alimenta en realidad la rueda derecha trasera, aunque hay un segundo motor trasero (no mostrado) que alimenta la rueda trasera izquierda. Tener motores diferentes para las ruedas izquierda y derecha permite que un usuario controle la velocidad y/o el par de la rueda izquierda en relación con la rueda derecha, lo que a su vez permite la dirección del carro 10.

Como se muestra en la figura la, las ruedas 14, 16 están conformadas para adaptarse a la pared 26 interior de una tubería 28 de un diámetro convencional, por ejemplo, una tubería de 1.22 metros (4 pies). Las ruedas 14, 16, junto con su eje 30, pueden retirarse fácilmente del carro 10 y sustituirse por unas ruedas 14a de una forma diferente, en el eje 30a de una longitud diferente, para permitir que el carro 10 pueda usarse en una tubería de un diámetro diferente. Por lo tanto, el aparato puede equiparse con las ruedas 14, 14a en los ejes 30, 30a de una multitud de formas, tamaños y longitudes distintas, cada una optimizada para un diámetro de tubería diferente o, como alternativa, un material de tubería diferente .

El carro 10 se autoalimenta por medio de un paquete 32 de baterías. El paquete de baterías puede ser un paquete de baterías recargable, por ejemplo con un conector rápido (no mostrado) para una recarga fácil, o puede ser un paquete de baterías desechable. En la realización mostrada, el paquete 32 de baterías está conectado tanto a los motores 18, 20 de accionamiento como a los componentes electrónicos (el módulo 24 controlador robótico y el ordenador 22 de a bordo, por ejemplo), y proporciona alimentación a ambos. Como entenderá un experto en la materia, el paquete 32 de baterías y los motores 18, 20 son opcionales; en ciertas realizaciones (no mostradas) , el carro 10 en lugar de autopropulsarse, tiene un acoplamiento capaz de unir el carro 10 a un carro motriz de tubería convencional, que comprendería medios motrices y podría controlarse de manera similar a distancia.

Desde el extremo 34 frontal del carro 10 se extiende un brazo 36 robótico. El brazo 36 robótico es multieje, y se controla mediante el ordenador 22 de a bordo a través del módulo 24 controlador robótico. Como se muestra, el brazo 36 robótico está configurado de tal manera que su base está aproximadamente en el centro del diámetro de la tubería, aunque, dependiendo del brazo robótico utilizado, esto puede no ser esencial. Un conjunto 38 ordenado ultrasónico está montado en una parte 40 distal del brazo 36 robótico.

Un conjunto 38 ordenado ultrasónico comprende una cuña 39 ultrasónica, resistente a la temperatura, y unos transductores 42 de arreglo de fase, habitualmente con 48 a 64 pequeños elementos individuales que pueden pulsarse por separado. Los transductores de arreglo de fase desplegados se ajustan habitualmente a la inspección de soldaduras circunferenciales en aproximadamente 5 MHz dependiendo de los requisitos de detección. El transductor de arreglo de fase está configurado de manera que pueda colocarse en ambos lados de la soldadura circunferencial para permitir, simultáneamente, la inspección aguas arriba y aguas abajo. Además, una estructura ultrasónica (no mostrada) de difracción del tiempo de vuelo (TOFD) puede unirse al lado de, además de, o en lugar de, los transductores 42 de arreglo de fase. La estructura ultrasónica TOFD comprende, habitualmente, un par de cuñas que pueden introducir la onda longitudinal deseada en una pieza de inspección, un par de transductores TOFD con una frecuencia de habitualmente 5 MHz a 15 MHz, dependiendo del grosor de pared y los requisitos de resolución. El uso de una combinación de la estructura ultrasónica TOFD y los transductores de arreglo de fase puede mejorar la resolución y/o la detección de los defectos de soldadura .

El brazo 36 robótico puede colocarse en una posición "de estacionamiento" retraída, no mostrada, mientras que el carro 10 robótico se desplaza a lo largo de la pared 26 interior de la tubería. Una vez que el carro 10 robótico se ha movido a una posición próxima a una soldadura 48 circunferencial (como se muestra) , el brazo 36 robótico puede colocarse en una posición extendida (como se muestra) , que facilita la colocación del conjunto 38 ordenado ultrasónico próximo a la soldadura 48 circunferencial. El brazo 36 robótico se mueve hasta que el conjunto 38 ordenado ultrasónico está en una posición apropiada para la inspección de la soldadura 48 circunferencial. La parte 41 distal del brazo 36 robótico es capaz de una rotación de 360 grados en relación con el carro 10, para permitir que la estructura 42 ultrasónica recorra toda la longitud de la soldadura 48 circunferencial, es decir, todo el perímetro de la pared 26 interior de la tubería.

El brazo 36 robótico está diseñado específicamente para una colocación precisa en cada lado de la soldadura (+/-aproximadamente 1 mm) , y la rotación de 360 grados alrededor de la soldadura, mientras se mantiene tanto la precisión posicional como la velocidad de rotación constante. Esta precisión posicional se logra mediante una combinación de habitualmente cinco articulaciones en el brazo y una unidad de base rotacional de 360 grados, montados en la parte frontal del carro 10.

La localización del conjunto 38 ordenado ultrasónico en la posición de inspección correcta se asiste por dos conjuntos 50, 52 de cámara montados sobre el bastidor 40 de estructura ultrasónica, y un conjunto 54 de cámara orientada hacia delante montado sobre el carro 10 robótico. Los conjuntos 50, 52, 54 de cámara pueden ser cualquier tipo de cámara que proporcione una imagen al operario. Como se muestra, los conjuntos 50, 52, 54 de cámara son cámaras de video CCTV con matrices de luz LED incorporadas. Estos conjuntos 50, 52, 54 de cámara se activan mediante, y a través de una señal de retransmisión, el módulo 24 controlador robótico en el ordenador 22 de a bordo. Los conjuntos 50, 52, 54 de cámara también permiten que el operario vea la inspección que tiene lugar y ayudan al operario a localizar la siguiente soldadura circunferencial a medida que se desplaza el carro 10 robótico. Los dos conjuntos 50, 52 de cámara que apuntan a la soldadura 48 circunferencial se usan con un software de visión de seguimiento de soldadura óptico automatizado, para garantizar una alineación precisa de la sonda ultrasónica ajusfando la posición del brazo 36 robótico según sea necesario. En general, el conjunto 50, 52 de cámara permite una colocación inicial precisa de la estructura 42 ultrasónica próxima a la soldadura 48 circunferencial. Los conjuntos 50, 52 de cámara también ayudan a la colocación de la estructura 42 ultrasónica durante todo el movimiento de la estructura 42 ultrasónica alrededor de la soldadura 48 circunferencial, asegurando que la estructura 42 ultrasónica no se desvie de la soldadura 48 circunferencial durante la inspección. Esta optimización de la posición puede realizarse o por el operario o automáticamente usando un software de reconocimiento de visión.

En el conjunto 38 ordenado ultrasónico también se sitúa un sensor 44 de posición, habitualmente un codificador, que tiene un transductor 46 de detección de fuerza integral. Cuando el brazo 36 robótico se coloca próximo a la soldadura 48 circunferencial, el sensor 44 de posición se orienta de tal manera que presiona sobre la pared 26 interior de la tubería, lo que permite registrar la posición de la estructura 42 ultrasónica en la tubería durante la rotación, y monitorizar la fuerza aplicada a la pared 26 interior de la tubería por el brazo 36 robótico. El módulo 24 controlador robótico utiliza la información recibida desde el sensor 44 de posición para ajusfar el brazo 36 robótico para lograr una fuerza relativamente constante en la estructura 42 ultrasónica. Este control de lazo cerrado compensa tanto los errores de centralización del carro 10 robótico como la ovalización de la tubería.

En una realización alternativa (no mostrada) , el brazo robótico puede ser un brazo robótico de tipo pantógrafo con una distensibilidad a la presión casi constante. Para este tipo de sistema, los accionadores de extensión/retracción se usan para desplegar la estructura ultrasónica.

La información con respecto a la orientación del carro 10 robótico, y por lo tanto el brazo 36 robótico, con respecto a la posición axial de la tubería 28 se proporciona por medio de un inclinómetro 56, montado sobre el bastidor 12 de carro robótico. Durante el funcionamiento, el inclinómetro 56 es útil para determinar el inicio exacto y constante de la posición de exploración en la circunferencia de la soldadura 48 circunferencial. Por ejemplo, el inclinómetro 56 puede usarse para colocar la estructura ultrasónica de manera que el inicio de la inspección sea siempre en la "parte superior" de la pared 26 interior de la tubería. El inclinómetro también puede ser útil en el ajuste del par en los motores 18, 20 de accionamiento del lado izquierdo y derecho mientras que el carro 10 se desplaza a la siguiente soldadura para evitar que las ruedas del carro se eleven por las paredes de la tubería y, potencialmente, vuelquen.

En el carro 10 también está colocado un tanque 58 de almacenamiento de agua. El tanque 58 de almacenamiento de agua tiene un regulador de presión integrado, y está conectado al conjunto 38 ordenado ultrasónico, para suministrar agua a la presión necesaria a un sistema 60 de dispersión de agua integral en el mismo. El agua se usa como un medio para transmitir y recibir las señales ultrasónicas emitidas por la estructura 42 ultrasónica. En el caso de tuberías calientes recién soldadas, el agua se usa para enfriar el conjunto 38 ordenado ultrasónico, en concreto, los transductores 42 de arreglo de fase, cuando están en funcionamiento. El agua se lleva por medio de un tubo flexible, situado en un cable umbilical (no mostrado) , entre el tanque 58 de almacenamiento de agua y el sistema 60 de dispersión de agua.

Los cables umbilicales (no mostrados) también conectan el conjunto 38 ordenado ultrasónico (ya sean sondas de arreglo de fase y/o TOFT, como se ha descrito anteriormente) a un sistema 62 de adquisición de datos ultrasónicos, que a su vez envía las señales ultrasónicas al ordenador 22 de a bordo para su análisis o transmisión. El sistema 62 de adquisición de datos ultrasónicos comprende un módulo de componentes electrónicos ultrasónicos y un ordenador de sistema. El módulo de componentes electrónicos ultrasónicos proporciona hasta 128 transmisiones y recibe los canales de arreglo de fase más 16 canales de un solo elemento/TOFD, incluyendo el procesamiento de señales hacia y desde las sondas y la transmisión de datos al ordenador 22 de a bordo. El ordenador de a bordo envía los datos ultrasónicos adquiridos al ordenador 94 de sistema a través de una conexión Ethernet rápida. El ordenador 94 de sistema tiene el software de adquisición y presentación de todos los datos para recoger y mostrar los datos de inspección.

La figura 2 muestra una realización del carro 10 robótico, como una parte de un sistema 104 inspección destinado para su uso en aplicaciones de buques para tendido de nuevas tuberías en alta mar. En esta realización, el carro 10 robótico está controlado por un cable umbilical. Para aplicaciones de buques para tendido de tuberías en alta mar, se requiere el uso y análisis e interpretación de los datos de inspección proporcionados por el carro 10 robótico muy rápido (casi en tiempo real) con el fin de maximizar la productividad. Durante el funcionamiento, el carro 10 robótico permanece en la tubería durante todo el proceso de soldadura/unión de tuberías. Un cable 70 umbilical lleva la transmisión de datos de alta velocidad bidireccional de los datos de inspección, los controles del carro robótico, las imágenes de la cámara CCTV, la reposición de agua y la alimentación de recarga de batería a través de una versión modificada de una tubería de barcaza de tendido a un dispositivo de centrado de tuberías, habitualmente conocido como "abrazadera de alineación" 72. La abrazadera 72 de alineación es similar a las ya conocidas en la técnica, con muchos diseños diferentes en funcionamiento, dependiendo del fabricante o del buque para tendido de tuberías, pero cada diseño de abrazadera de alineación se modifica para permitir que el cable 70 umbilical pase a través de la misma. Se usa de una manera similar a la conocida en la técnica, con las modificaciones siguientes. La abrazadera 72 de alineación se usa para desplegar un dispositivo 74 de acoplamiento de conexión/desconexión rápida umbilical que permanece en la tubería cuando la abrazadera 72 de alineación se retira para permitir que un nuevo tramo de tubería se introduzca para la soldadura. El dispositivo de acoplamiento tiene un cono de acoplamiento central para ayudar en la alineación. En la punta del cono se proporcionan cuatro conectores macho y hembra de conexión/desconexión rápida autosellantes . Cada conector lleva los siguientes servicios/señales: agua, aire, señales de alimentación y de datos. Cuando la abrazadera 72 de alineación vuelve a introducirse en el nuevo tramo de tubería antes de la soldadura, la abrazadera 72 de alineación en primer lugar se "acopla" con el dispositivo 74 de acoplamiento, se engrana a y bloquea el dispositivo de conectores macho y hembra, libera las abrazaderas 76 de acoplamiento, se coloca a si misma y al dispositivo 74 de acoplamiento en la posición correcta para que tenga lugar una soldadura precisa externa a la tubería.

Al término de la soldadura de un nuevo tramo 78 de tubería en la tubería 80, la abrazadera 72 de alineación y el dispositivo 74 de acoplamiento se retraen (es decir, se desplazan) al extremo 82 abierto del nuevo tramo 78 de tubería. El dispositivo 74 de acoplamiento se sujeta en el extremo 82 abierto y se desacopla de la abrazadera 72 de alineación, rompiendo la conexión umbilical. Un dispositivo 84 de bobinado de cable umbilical se usa para enrollar y desenrollar el cable 70 umbilical en el interior de la tubería a medida que el carro 10 se desplaza en el interior de la tubería 80. El cable 70 umbilical sale de la abrazadera 72 de alineación en un prensaestopas 86 y se conecta a un segundo dispositivo 88 de cable umbilical que controla la longitud del cable 70 umbilical requerida por la abrazadera 72 de alineación.

El cable 70 umbilical se encamina desde el prensaestopas 86 a una sala 90 de control y termina en un cuadro 92 de control de planta. El cuadro 92 de control de planta distribuye las señales recibidas desde el cable 70 umbilical a una estación 94 de trabajo de interpretación, que incluye una pantalla 96 de operario y una estación 98 de monitorización de vídeo. El agua 100 se alimenta al tanque 58 de almacenamiento de agua por un sistema 102 de reposición de agua. Un operario en la sala 90 de control controla el ciclo de inspección completo haciendo funcionar la estación 94 de trabajo de interpretación. Desde la sala de control, el operario puede ver la salida de las cámaras 50, 52, 54 para entender la posición del carro 10 en relación con la soldadura 48 circunferencial, los motores 18, 20 de control y, de este modo, el movimiento del carro 10 dentro de la tubería 28 hacia una soldadura 48 circunferencial, controlar la alineación del conjunto 38 ordenado ultrasónico en la soldadura 48 circunferencial, y la rotación del brazo robótico para desplazar el conjunto 38 ordenado ultrasónico alrededor de la circunferencia de la soldadura 48 circunferencial. El operario también controla el flujo de agua hacia el conjunto 38 ordenado ultrasónico y monitoriza el acoplamiento de las señales ultrasónicas dentro y fuera de la pared 26 interior de la tubería. En caso de una pérdida de datos debida a una pérdida de acoplamiento, el operario puede detener la rotación del conjunto 38 ordenado ultrasónico, invertir la rotación axial de la parte distal del brazo 41 robótico y repetir la exploración, capturando de este modo los datos ultrasónicos perdidos.

Los datos de la sonda ultrasónica pueden revisarse en tiempo casi real para determinar si hay alguna imperfección o defecto en la soldadura 48 circunferencial, y si estas imperfecciones o defectos son lo suficientemente sustanciales como para requerir una nueva soldadura o una reparación. Estos datos también se almacenan en la estación 94 de trabajo de interpretación para su uso futuro, y para documentar el proceso de inspección y la calidad del proceso de soldadura de la soldadura 48 circunferencial.

Como será evidente para un experto en la materia, el uso del sistema 104 de inspección puede eliminar la necesidad de una estación de inspección por ultrasonidos especializada que requieren los métodos de inspección de tuberías externos convencionales, aumentando de este modo el espacio de suelo disponible en el buque. Esto permite, potencialmente, que el área de inspección desocupada pueda utilizarse para una estación de soldadura adicional, con el aumento resultante de la productividad.

La figura 3 muestra una realización adicional del carro 10 robótico, como una parte de un sistema 106 de inspección destinado para su uso en la inspección terrestre de las tuberías en servicio existentes, que pueden enterrarse o que tienen recubrimientos y/o revestimientos de soldadura aplicados. La realización mostrada en la figura 3 es de un carro robótico de enlace por radio bidireccional .

En esta realización, el carro 10 robótico está equipado con un transmisor/receptor 108 inalámbrico bidireccional, con una antena 110, fijados a la parte trasera del carro. Opcionalmente (no mostrado) , el carro 10 robótico puede estar equipado con un transmisor y receptor unidireccional, especifico y separado.

En el extremo 82 abierto de la tubería 28 se sitúa una segunda antena 112, y se conecta a través de un cable 114 de radio frecuencia adecuado a un transmisor/receptor 116 inalámbrico maestro.

El transmisor/receptor 108 inalámbrico bidireccional está conectado al ordenador 22 de a bordo a través del que envía y recibe señales al módulo 24 controlador robótico, los motores 18, 20, y otros componentes del carro 10, por ejemplo, los transductores 44 de posición y el brazo 36 robótico. El transmisor/receptor inalámbrico bidireccional también es capaz de transmitir datos de imagen desde las cámaras 50, 52, 54 al transmisor/receptor 116 inalámbrico maestro.

Los transmisores/receptores 108, 116 inalámbricos funcionan usando las normas de protocolo inalámbrico conocidas, y preferentemente aprobadas, existentes.

De este modo, un operario puede hacer funcionar todos los controles necesarios del carro 10, y recibir todas la señales e información pertinentes del carro 10, por control remoto. Habitualmente, el transmisor/receptor 116 inalámbrico maestro se aloja en un entorno de control adecuado, por ejemplo un vehículo o remolque 118 todoterreno. También se alojan dentro del vehículo o remolque 118 la estación 94 de trabajo de interpretación, la pantalla 96 de operario, y la estación 98 de monitorización de vídeo, idénticos en general a los descritos anteriormente en el sistema 104 de inspección. El operario se sienta en el vehículo o remolque 118, y controla el ciclo de inspección completo.

A medida que se explora la soldadura 48 circunferencial los datos ultrasónicos se registran en el ordenador 22 de a bordo. Los datos básicos sobre la inspección y las imágenes de las cámaras 50, 52, 54 se envían a través del enlace 120 inalámbrico a medida que progresa la inspección; también se envía información con respecto a la integridad de datos y otras actividades de mantenimiento del sistema. Al término de la inspección por ultrasonidos los datos ultrasónicos adquiridos pueden o enviarse a la estación 94 de trabajo de interpretación a través del enlace 120 inalámbrico, o mantenerse en el ordenador 22 de a bordo para su análisis posterior .

El enlace 120 inalámbrico puede transmitir, como alternativa, un subconjunto de los datos ultrasónicos, relacionados con el éxito de la exploración y la validez de los datos, antes de que el carro se mueva a la siguiente soldadura. Durante el tránsito a la siguiente soldadura todo el conjunto de datos ultrasónicos puede transmitirse a la estación 94 de trabajo de interpretación para su análisis o, como alternativa, almacenarse en el ordenador 22 de a bordo para su análisis posterior. Esta configuración permite que las soldaduras circunferenciales de tuberías en servicio, enterradas, recubiertas o revestidas, se inspeccionen desde el interior.

En general, los sistemas 104 y 106 de inspección funcionan de la misma manera. Durante el funcionamiento, un operario utiliza la estación 94 de interpretación para controlar el carro 10. En primer lugar, un operario o un equipo de personal, coloca el carro 10 dentro de una tubería, a través del extremo 82 abierto de la tubería 28. En el caso del sistema 104 de inspección, el operario o el equipo de personal conectará a continuación una abrazadera de alineación a través del extremo 82 abierto de la tubería 28, como se haría en un sistema convencional que se encuentra dentro de un buque para tendido de tuberías típico. A continuación, el operario, usando los controles (no mostrados) que se encuentran en la estación 94 de interpretación, desplaza el carro 10, a una localización deseada, próxima a una soldadura 48 circunferencial que debe inspeccionarse. Para ello, el operario busca la soldadura 48 circunferencial usando imágenes captadas por la cámara 54 orientada hacia delante, que se transmiten a la estación 94 de trabajo de interpretación, y se muestran en la estación 98 de monitorización de video. Opcionalmente (y no mostrado), en el caso del sistema 106 de inspección, también puede usarse un sistema de posicionamiento GPS o un odómetro situado en el carro 10. Una vez que el carro 10 está en la posición correcta, adyacente a una soldadura 48 circunferencial, el operario, a continuación, extiende el brazo 36 robótico de tal manera que la estructura 42 ultrasónica esté en una localización deseada inmediatamente adyacente a la soldadura 48 circunferencial. Para ello, el operario usa la información proporcionada por los conjuntos 50, 52 de cámara, transmitida de nuevo a la estación 94 de trabajo de interpretación y mostrada en la estación 98 de monitorización de video. El operario también usa la información proporcionada por el transductor 44 de posición. A continuación, el operario activa el sistema 60 de dispersión de agua, y la estructura 42 ultrasónica. A continuación, el operario hace girar el brazo 36 robótico, de tal manera que la estructura 42 ultrasónica se desplaza a lo largo de toda la longitud de la soldadura 48 circunferencial. Una vez más, se usa la información del transductor 44 de posición y de las cámaras 50, 52 para ajustar con precisión este movimiento, de manera que la estructura 42 ultrasónica mide con precisión la longitud de la soldadura 48 circunferencial. Mientras que el operario hace girar el brazo 36 robótico, la estructura 42 ultrasónica mide los datos con respecto a la soldadura 48 circunferencial. Por lo tanto, una vez que se ha inspeccionado toda la soldadura 48 circunferencial (a través aproximadamente de una rotación de 360 grados del brazo 36 robótico) , el operario, a continuación, desactiva la estructura 42 ultrasónica, desactiva el sistema 60 de dispersión de agua, y retrae el brazo 36 robótico lejos de la pared 26 interior de la tubería. Como se ha tratado anteriormente, los datos de la inspección por ultrasonidos se transmiten, opcionalmente, de nuevo al operario en la estación 94 de trabajo de interpretación, o se almacenan en el ordenador 22 de a bordo. El operario recibe la confirmación de que se ha completado la inspección y, a continuación, repite el proceso para la siguiente soldadura circunferencial .

La figura 4 es un diagrama de flujo que representa el flujo de información hacia y desde los diversos componentes del aparato, como se ha descrito anteriormente.

Aunque la invención se ha descrito en relación con ciertas realizaciones de la misma, no se limita a estas. Más bien, la invención incluye todas las realizaciones que pertenecen al alcance de las reivindicaciones siguientes.

Lista de piezas Carro 10 Bastidor 12 Ruedas 14, 14a traseras Ruedas 16, 16a delanteras Motor 18 trasero Motor 20 delantero Ordenador 22 de a bordo Módulo 24 controlador robótico Pared 26 interior Tubería 28 Eje 30 Eje 30a Paquete 32 de baterías Extremo 34 frontal Brazo 36 robótico Conjunto 38 ordenado ultrasónico Cuña 39 ultrasónica Bastidor 40 de estructura ultrasónica Parte distal del brazo 41 robótico Transductores 42 de arreglo de fase Sensor 44 de posición Transductor 46 de detección de fuerza integral Soldadura 48 circunferencial Conjunto 50, 52 de cámara Conjunto 54 de cámara orientada hacia delante Inclinómetro 56 Tanque 58 de almacenamiento de agua Sistema 60 de dispersión de agua Sistema 62 de adquisición ultrasónico Cable 70 umbilical Abrazadera 72 de alineación Dispositivo 74 de acoplamiento Abrazaderas 76 de acoplamiento Tramo 78 de tubería nuevo Tubería 80 Extremo 82 abierto Dispositivo 84 de bobinado de cable umbilical Prensaestopas 86 Segundo dispositivo 88 de bobinado de cable umbilical Sala 90 de control Cuadro 92 de control de planta Estación 94 de trabajo de interpretación Pantalla 96 de operario Estación 98 de monitorización de video Agua 100 Sistema 102 de reposición de agua Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. Un carro para la inspección por ultrasonidos de soldaduras circunferenciales de tubería desde el interior de una tubería que tiene una pared interior, que comprende: • un bastidor con ruedas; • un brazo robótico multieje, fijado a dicho bastidor y que se extiende desde el mismo, teniendo dicho brazo robótico un extremo de bastidor y un extremo distal, y capaz de un desplazamiento desde una primera posición retraída en la que, cuando el carro está en el interior de la tubería, el carro es capaz de un desplazamiento longitudinal a lo largo de la tubería sin que dicho extremo distal entre en contacto con la pared interior; y una segunda posición extendida en la que el extremo distal se sitúa próximo a la pared interior; • dicho brazo robótico es capaz, cuando está en dicha segunda posición extendida, de una rotación de 360° de su extremo distal alrededor de una circunferencia de la pared interior; • dicho brazo robótico también es capaz, cuando está en la segunda posición extendida, de un ajuste y una colocación precisas en relación con dicha pared interior; • un conjunto ordenado ultrasónico, situado próximo a o en el extremo distal del brazo robótico, comprendiendo dicho conjunto ordenado ultrasónico al menos una cámara y una estructura ultrasónica que tiene al menos una sonda ultrasónica; • un módulo controlador robótico fijado a dicho bastidor y capaz de controlar la colocación del brazo robótico; y • un ordenador de a bordo conectado a dicho módulo controlador robótico y capaz de enviar y recibir una señal de un operario situado a distancia.

2. El carro de la reivindicación 1 que comprende además: · un sistema de dispersión de agua próximo a o dentro del conjunto ordenado ultrasónico, y que, cuando el brazo robótico está en la segunda posición extendida, dispensa agua entre la al menos una sonda ultrasónica y la pared interior; · dicho sistema de dispersión de agua que está conectado a una fuente de agua presurizada.

3. El carro de la reivindicación 2 en el que la fuente de agua presurizada es un tanque de almacenamiento de agua fijado a dicho bastidor.

4. El carro de la reivindicación 2 en el que la fuente de agua presurizada es un cable umbilical con un extremo conectado al sistema de dispersión de agua y otro extremo conectado a un tanque de almacenamiento de agua situado en el exterior de la tubería.

5. El carro de una cualquiera de las reivindicaciones 1- 4 que comprende además un transductor de posición situado próximo a o en el extremo distal del brazo robótico y que, cuando el brazo robótico está en la segunda posición extendida, está en contacto con la pared interior y es capaz de medir la fuerza integral ejercida por el conjunto ordenado ultrasónico sobre la pared interior.

6. El carro de una cualquiera de las reivindicaciones 1- 5 en el que al menos una de dichas ruedas es una rueda motriz.

7. El carro de la reivindicación 6 que comprende además una batería fijada a dicho bastidor y que alimenta dicha rueda motriz.

8. El carro de una cualquiera de las reivindicaciones 1- 7 en el que las ruedas pueden sustituirse o ajustarse por el usuario para su uso en tuberías de diferente diámetro.

9. El carro de una cualquiera de las reivindicaciones 1- 8 que comprende además un inclinómetro fijado a dicho bastidor y que es capaz de medir la inclinación de dicho carro respecto al suelo.

10. El carro de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9 en el que la cámara se apunta hacia la pared interior cuando el brazo robótico está en la segunda posición extendida .

11. El carro de una cualquiera de las reivindicaciones 1-10 que comprende además una cámara orientada hacia delante.

12. Un aparato de inspección para la inspección interna de soldaduras circunferenciales de tubería en una tubería en un buque para tendido de tuberías, que comprende: • un carro de una cualquiera de las reivindicaciones 1-11; • un cable umbilical, que se extiende desde el bastidor a una sala de control y que proporciona una transmisión de datos bidireccional desde el ordenador de a bordo a una estación de trabajo de interpretación en la sala de control; • una abrazadera de alineación capaz de sujetar un nuevo tramo de tubería a la tubería, y a través de la cual puede pasar el cable umbilical; • un dispositivo de bobinado de cable umbilical en el que se enrolla una parte floja del cable umbilical; y • una interfaz de usuario en la estación de trabajo de interpretación que permite que un usuario haga funcionar el carro y obtenga datos del carro mientras que está en la sala de control.

13. El aparato de inspección de la reivindicación 12 que comprende además un sistema de reposición de agua en el exterior de la tubería y que se conecta a través del cable umbilical, y que es capaz de transportar agua presurizada a través del mismo, al sistema de dispersión de agua.

14. Un aparato de inspección para la inspección interna de soldaduras circunferenciales de tubería en una tubería enterrada o una tubería con recubrimientos o revestimientos de soldadura aplicados a la misma, comprendiendo dicho aparato de inspección: • un carro de una cualquiera de las reivindicaciones 1-11; • un transmisor inalámbrico, que tiene una antena, y está fijado a dicho carro, conectado al ordenador de a bordo, y es capaz de transmitir una señal de datos desde dicho ordenador de a bordo; • un receptor inalámbrico, que tiene una antena, y está fijado a dicho carro, conectado al ordenador de a bordo, y es capaz de recibir una señal de datos de controlador y transmitir dicha señal de datos de controlador a dicho ordenador de a bordo; y • una estación de trabajo de interpretación situada a distancia de dicha tubería, que tiene un segundo receptor inalámbrico y un segundo transmisor inalámbrico, ambos conectados a una o más antenas, y es capaz de recibir dicha señal de datos desde dicho transmisor inalámbrico y de enviar dicha señal de datos de controlador a dicho receptor inalámbrico; • dicha estación de trabajo de interpretación capaz de generar la señal de datos de controlador en base a una entrada de usuario.

15. Un método de inspección de una soldadura circunferencial en una tubería, que comprende: • colocar en un extremo abierto de la tubería un carro que tiene: o un bastidor; o un brazo robótico multieje, fijado a dicho bastidor y que se extiende desde el mismo, teniendo dicho brazo robótico un extremo de bastidor y un extremo distal, y que es capaz de un desplazamiento desde una primera posición retraída en la que, cuando el carro está en el interior de la tubería, el carro es capaz de un desplazamiento longitudinal a lo largo de la tubería sin que dicho extremo distal entre en contacto con la pared interior; y una segunda posición extendida en la que el extremo distal se sitúa próximo a la pared 5 interior; o dicho brazo robótico es capaz, cuando está en dicha segunda posición extendida, de una rotación de 360° de su extremo distal alrededor de una circunferencia de la pared 10 interior; dicho brazo robótico también es capaz, cuando está en la segunda posición extendida, de un ajuste y una colocación precisas en relación con dicha pared interior; o un conjunto ordenado ultrasónico, situado 15 próximo a o en el extremo distal del brazo robótico, comprendiendo dicho conjunto ordenado ultrasónico al menos una cámara y una estructura ultrasónica que tiene al menos una sonda ultrasónica; 20 o un módulo controlador robótico fijado a dicho bastidor y capaz de controlar la colocación del brazo robótico; un ordenador de a bordo conectado a dicho módulo controlador robótico y capaz de enviar y recibir una señal de un operario situado a distancia; y o una cámara orientada hacia delante; en el que el carro está en la primera posición retraída; · enviar una señal a dicho carro que da como resultado un desplazamiento del carro a lo largo de la tubería; • revisar las imágenes de la cámara orientada hacia delante para determinar la colocación del carro a lo largo de la tubería a medida que se desplaza; • detener a distancia el desplazamiento del carro a lo largo de la tubería, cuando el carro se sitúa próximo a la soldadura circunferencial; • enviar una señal a dicho carro que da como resultado la extensión del brazo robótico a la segunda posición extendida; • ajustar con precisión la posición del brazo robótico revisando las imágenes recibidas desde la al menos una cámara y controlar el brazo por control remoto; • activar la estructura ultrasónica; • capturar los datos de dicha estructura ultrasónica; • enviar una señal a dicho carro que da como resultado la rotación del brazo robótico al menos 360 grados, alrededor de la longitud de la soldadura circunferencial y alrededor de la circunferencia de la tubería; • desactivar la estructura ultrasónica; y • almacenar los datos capturados desde la estructura ultrasónica .

16. El método de la reivindicación 15 en el que el carro se hace funcionar desde el exterior de la tubería.

17. El método de la reivindicación 16 en el que el carro se hace funcionar desde una sala de control o un vehículo o un remolque.

18. El método de la reivindicación 17 que comprende además el envío de los datos capturados desde la estructura ultrasónica a la sala de control o el vehículo o el remolque para su análisis posterior.

19. El método de la reivindicación 15 en el que la rotación del brazo robótico puede ajustarse con precisión casi en tiempo real por un operario, a distancia, en respuesta a la información recibida por dicho operario desde la al menos una cámara.

20. El método de la reivindicación 15 que comprende además un sistema de retroalimentación de fuerza dinámica que mantiene la estructura ultrasónica a una fuerza constante en el tubo para compensar los errores posicionales de centralización del carro y la ovalización de las tuberías, a medida que gira el brazo robotico.

21. El método de la reivindicación 15 que comprende además un registro de la orientación en la tubería del brazo robótico por medio de un inclinometro montado en dicho carro.

22. Un dispositivo de acoplamiento umbilical de liberación rápida, desplegado por una abrazadera de alineación para liberar/conectar el cable umbilical que pasa a través del equipo de abrazadera de alineación existente a la estación de control de inspección.

23. Un dispositivo de acoplamiento umbilical que puede moverse de extremo a extremo de la tubería por la abrazadera de alineación y liberarse de la abrazadera de alineación mientras que los nuevos tubos se colocan en el extremo abierto de la tubería para la soldadura circunferencial.