DE102020130236B4 - Unmanned aircraft and related aircraft system - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft ein unbemanntes Luftfahrzeug (14), mit einer Sensoreinrichtung (16) und einer mit der Sensoreinrichtung (16) datenleitend verbundenen Sende- und Empfangseinheit (18).
Die Erfindung löst die Aufgabe, ein unbemanntes Luftfahrzeug weiterzubilden, indem die Sensoreinrichtung (16) eine Messspitze (20) aufweist, wobei das Luftfahrzeug (14) dazu eingerichtet ist, die Messspitze (20) mit einem Messgegenstand (22), insbesondere einer Armatur (4) oder Rohrleitung (6), in Kontakt zu bringen, wobei die Sensoreinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, eine Messgröße des Messgegenstandes (22) während des Kontakts der Messspitze (20) mit dem Messgegenstand (22) zu sensieren.

The invention relates to an unmanned aircraft (14), having a sensor device (16) and a transmitting and receiving unit (18) connected to the sensor device (16) in a data-conducting manner.
The invention solves the problem of further developing an unmanned aircraft in that the sensor device (16) has a measuring tip (20), the aircraft (14) being set up to connect the measuring tip (20) to a measurement object (22), in particular a fitting ( 4) or pipeline (6), wherein the sensor device (16) is set up to sense a measured variable of the measurement object (22) during contact of the measuring tip (20) with the measurement object (22).

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft ein unbemanntes Luftfahrzeug mit einer Sensoreinrichtung und einer mit der Sensoreinrichtung datenleitend verbundenen Sende- und Empfangseinheit.The invention relates to an unmanned aircraft with a sensor device and a transmitting and receiving unit connected to the sensor device in a data-conducting manner.

Derartige unbemannte Luftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese auch als „Drohnen“ bezeichneten Luftfahrzeuge werden für unterschiedliche Anwendungen, etwa Transportanwendungen, zur Aufzeichnung von Fotos und Videos sowie zunehmend auch für Überwachungsaufgaben eingesetzt, beispielsweise auch zur Überwachung von energie- oder verfahrenstechnischen Anlagen, auch als Prozessanlagen bezeichnet.Such unmanned aircraft are known from the prior art. These aircraft, also known as "drones", are used for various applications, such as transport applications, for recording photos and videos, and increasingly also for monitoring tasks, for example also for monitoring energy or process engineering systems, also known as process systems.

Solche Prozessanlagen weisen typischerweise eine Reihe von Komponenten auf, die regelmäßig auf ihre Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit hin zu überprüfen sind. Bei fluidführenden Leitungen sowie Armaturen, zu denen beispielsweise auch sogenannte Kondensatableiter zählen, erfolgt eine Überprüfung heute zumeist durch Wartungspersonal. Beispielsweise kann bei einem Kondensatableiter ein sogenannter Dampfdurchschlag auftreten, bei dem ein Kondensatableiter nicht mehr ordnungsgemäß zwischen Dampf und Kondensat trennt. Hierdurch kann in unerwünschter Weise Dampf in das Kondensatnetz gelangen. Ein solch unerwünschter Zustand des Kondensatableiters soll durch die regelmäßigen Überprüfungen rechtzeitig erkannt werden. Hierzu wird ein Messinstrument mit einer zu überwachenden Komponente in Anlage gebracht und eine Messung durchgeführt. Wenngleich sich diese Art der Überwachung grundsätzlich bewährt hat, resultiert hieraus ein hoher personeller Aufwand. Darüber hinaus sind Rohre und Armaturen, je nach Konfiguration der Prozessanlage, gelegentlich nur unter großen Schwierigkeiten erreichbar.Such process systems typically have a number of components that have to be checked regularly for their functionality and reliability. In the case of fluid-carrying lines and fittings, which also include, for example, so-called condensate drains, a check is usually carried out today by maintenance personnel. For example, what is known as steam breakdown can occur in a steam trap, in which case a steam trap no longer properly separates between steam and condensate. As a result, steam can get into the condensate network in an undesired manner. Such an undesirable state of the condensate drain should be detected in good time through regular checks. For this purpose, a measuring instrument is brought into contact with a component to be monitored and a measurement is carried out. Although this type of monitoring has proven itself in principle, it results in high personnel costs. In addition, depending on the configuration of the process plant, pipes and fittings can sometimes only be accessed with great difficulty.

Erste Ansätze, unbemannte Luftfahrzeugen allgemein in Zusammenhang mit Prozessanlagen einzusetzen sind zwar aus dem Stand der Technik bekannt, etwa ausDE 10 2019 126 463 A1, ermöglichen jedoch keine zufriedenstellende Überprüfung von Rohrleitungen und Armaturen, insbesondere Kondensatableitern.Initial approaches to using unmanned aircraft in general in connection with process plants are known from the prior art, for example from DE 10 2019 126 463 A1 , but do not allow satisfactory inspection of piping and fittings, particularly steam traps.

Ferner betrifftUS 2016/0 282 872 A1 ein industrielles Anlagenüberwachungssystem, das zur Überwachung der Ausrüstung einer Industrieanlage eingerichtet ist. Das Überwachungssystem umfasst ein autonomes Fahrzeug mit mindestens einem Sensor. Aus US 2020 / 0 207 488 A1 ist ein System zur zerstörungsfreien Inspektion bekannt, das ein unbemanntes Luftfahrzeug umfasst, welches eine Körperstruktur und mindestens einen Tragarm umfasst. US 2020 / 0 096 993 A1 offenbart ein Überwachungssystem zur Datenerfassung in Bezug auf eine Produktionslinie in einer industriellen Umgebung.Also concerned US 2016/0 282 872 A1 an industrial plant monitoring system arranged to monitor the equipment of an industrial plant. The monitoring system includes an autonomous vehicle with at least one sensor. A system for non-destructive inspection is known from US 2020/0 207 488 A1, which comprises an unmanned aerial vehicle, which comprises a body structure and at least one support arm. US 2020/0 096 993 A1 discloses a monitoring system for data acquisition related to a production line in an industrial environment.

Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein unbemanntes Luftfahrzeug der eingangs bezeichneten Art dahingehend weiterzubilden, dass die im Stand der Technik aufgefundenen Nachteile möglichst weitgehend behoben werden. Insbesondere war ein unbemanntes Luftfahrzeug anzugeben, welches eine verbesserte Überprüfung von Rohrleitungen und Armaturen, insbesondere Kondensatableitern, ermöglicht.Against this background, the invention was based on the object of further developing an unmanned aircraft of the type described initially in such a way that the disadvantages found in the prior art are eliminated as far as possible. In particular, an unmanned aircraft was to be specified, which enables an improved inspection of pipes and fittings, in particular condensate drains.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem unbemannten Luftfahrzeug der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved with an unmanned aircraft of the type mentioned by the features of claim 1.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass durch die Anordnung einer Messspitze an dem unbemannten Luftfahrzeug erreicht werden kann, dass das Luftfahrzeug derart an einen Messgegenstand, etwa einen Kondensatableiter, angenähert und mit diesem in Kontakt gebracht werden kann, das eine berührungsbasierte Messung von Messgrößen an dem Messgegenstand möglich wird. Auf diese Weise ist es nicht länger erforderlich, dass ein Bediener den Messgegenstand aufsucht und eine kontaktbasierte Messung an dem Messgegenstand vornimmt, sondern diese Aufgabe kann vielmehr von dem unbemannten Luftfahrzeug übernommen werden. Hierdurch lässt sich Wartungspersonal einsparen, das Gefährdungspotenzial für das Wartungspersonal herabsetzen und es lässt sich in einem gegebenen Zeitintervall eine größere Anzahl von Messgegenständen vermessen.The invention makes use of the knowledge that by arranging a measuring tip on the unmanned aircraft, the aircraft can be approached and brought into contact with an object to be measured, such as a steam trap, in such a way that a touch-based measurement of measured variables is possible becomes possible on the measurement object. In this way, it is no longer necessary for an operator to go to the measurement object and perform a contact-based measurement on the measurement object, but rather this task can be performed by the unmanned aerial vehicle. As a result, maintenance personnel can be saved, the risk potential for the maintenance personnel reduced, and a larger number of measurement objects can be measured in a given time interval.

Die Sensoreinrichtung weist einen Schallsensor auf, welcher dazu eingerichtet ist, von dem Messgegenstand emittierten Schall zu sensieren. Der Schallsensor weist einen Körperschallsensor auf, welcher dazu eingerichtet ist, Körperschall des Messgegenstandes während des Kontakts zwischen der Messspitze und dem Messgegenstand zu sensieren. Eine derartige Körperschallmessung ermöglicht eine besonders zuverlässige und valide Bewertung des Zustandes von Armaturen, insbesondere Kondensatableitern.The sensor device has a sound sensor which is set up to sense sound emitted by the measurement object. The sound sensor has a structure-borne sound sensor which is set up to sense structure-borne sound of the measurement object during contact between the measuring tip and the measurement object. Such a measurement of structure-borne noise enables a particularly reliable and valid assessment of the condition of fittings, in particular condensate drains.

Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass der Schallsensor einen Luftschallsensor aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, von einem Messgegenstand emittierten Schall berührungslos zu sensieren.The invention is further developed in that the sound sensor has an airborne sound sensor which is set up to sense sound emitted by a measurement object without contact.

Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, zusätzlich zu der berührungsbasierten Körperschallmessung eine Möglichkeit zur berührungslosen Luftschallmessung bereitzustellen. Eine solche Messung könnte etwa bereits dann durchgeführt werden, wenn sich das unbemannte Luftfahrzeug einem Messgegenstand, etwa einem Kondensatableiter, nähert, um zusätzliche Informationen über dessen Zustand bereitzustellen.In other words, it is proposed to provide a possibility for contactless airborne sound measurement in addition to the contact-based structure-borne sound measurement. Such a measurement could already be carried out when the UAV approaches a measurement object, such as a steam trap, to provide additional information about its condition.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schallsensor einen Ultraschallsensor und/oder ein Mikrofon auf. Ein Ultraschallsensor eignet sich besonders zur berührungsbasierten Vermessung des Messgegenstandes. Mittels des Mikrofons kann insbesondere Luftschall sensiert werden.According to a preferred embodiment, the sound sensor has an ultrasonic sensor and/or a microphone. An ultrasonic sensor is particularly suitable for touch-based measurement of the measurement object. Airborne noise in particular can be sensed by means of the microphone.

Weiterhin bevorzugt weist die Sensoreinrichtung einen Lasersensor auf. Vorzugsweise ist der Lasersensor dazu eingerichtet, Vibrationen eines Messgegenstandes und/oder eine Distanz zu einem Messgegenstand zu sensieren. Hierdurch lassen sich zusätzliche Informationen über den Zustand des Messgegenstandes, beispielsweise eines Kondensatableiters, gewinnen. Auf Basis der Vibrationen kann beispielsweise auf eventuelle Betriebsstörungen rückgeschlossen werden. Die Distanzmessung kann beispielsweise zusammen mit weiteren Messgrößen zur Verbesserung der Messgenauigkeit eingesetzt werden. Beispielsweise ermöglicht die Kombination aus einer Messung der Distanz zu einem Messgegenstand und dem emittierten Luftschall eine genauere Aussage zum Zustand des Messgegenstandes als beispielsweise eine alleinige Luftschallmessung mit einem Mikrofon.Furthermore, the sensor device preferably has a laser sensor. The laser sensor is preferably set up to sense vibrations of an object to be measured and/or a distance to an object to be measured. In this way, additional information about the condition of the measurement object, for example a condensate drain, can be obtained. On the basis of the vibrations, conclusions can be drawn about possible malfunctions, for example. The distance measurement can, for example, be used together with other measurement variables to improve the measurement accuracy. For example, the combination of a measurement of the distance to an object to be measured and the emitted airborne noise enables a more precise statement to be made about the condition of the object to be measured than, for example, an airborne noise measurement alone with a microphone.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung ferner einen Temperatursensor auf. Der Temperatursensor ist vorzugsweise als Platinsensor (PT-Sensor) und/oder Infrarotsensor ausgebildet. Die betreffende Temperaturmessung kann insbesondere kontaktbasiert oder kontaktlos erfolgen. Der Platinsensor ermöglicht insbesondere eine kontaktbasierte exakte Temperaturmessung, wohingegen der Infrarotsensor auch eine berührungslose Temperaturmessung ermöglicht.According to a preferred embodiment, the sensor device also has a temperature sensor. The temperature sensor is preferably designed as a platinum sensor (PT sensor) and/or an infrared sensor. The relevant temperature measurement can, in particular, be contact-based or contactless. In particular, the platinum sensor enables contact-based exact temperature measurement, whereas the infrared sensor also enables non-contact temperature measurement.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das unbemannte Luftfahrzeug als wenigstens eines der folgenden ausgebildet: Multicopter, insbesondere Quadrocopter, Helikopter. Insbesondere die Ausbildung des unbemannten Luftfahrzeugs als Multicopter bzw. Quadrocopter ermöglicht es, das unbemannte Luftfahrzeug wendig und exakt steuerbar auszubilden, wobei derartige Luftfahrzeugsysteme heute kostengünstig verfügbar sind und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.According to a preferred development, the unmanned aircraft is designed as at least one of the following: multicopter, in particular quadrocopter, helicopter. In particular, the design of the unmanned aircraft as a multicopter or quadrocopter makes it possible to design the unmanned aircraft to be manoeuvrable and precisely controllable, with such aircraft systems being available today at low cost and having a high level of reliability.

Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass die Sende- und Empfangseinheit eine Bluetooth-Schnittstelle aufweist. Eine derartige Bluetooth-Schnittstelle ermöglicht eine standardisierte Verbindung der Sende- und Empfangseinheit des unbemannten Luftfahrzeugs mit Bluetooth-Sendern bzw. -Empfängern. Aufgrund der hohen Verbreitung des Bluetooth-Übertragungsstandards eröffnen sich somit weitreichende Verbindungsmöglichkeiten, etwa mit mobilen Endgeräten.The invention is further developed in that the transmitting and receiving unit has a Bluetooth interface. Such a Bluetooth interface enables a standardized connection of the transmitter and receiver unit of the unmanned aircraft to Bluetooth transmitters and receivers. Due to the widespread use of the Bluetooth transmission standard, this opens up far-reaching connection options, for example with mobile end devices.

Weiterhin bevorzugt ist die Sende- und Empfangseinheit datenleitend mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Luftfahrzeugs verbunden, wobei das unbemannte Luftfahrzeug eine mit der Steuerungseinrichtung signalleitend verbundene Flugsensoreinheit aufweist, welche wenigstens einen der folgenden Sensoren aufweist: Positionssensor, insbesondere GPS-Empfänger, Näherungssensor, Höhenmesssensor, Fluglagesensor, Kamera. Darüber hinaus ist die Flugsensoreinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, auch auf die weiteren Sensoren des unbemannten Luftfahrzeugs zum Zwecke der Flugsteuerung zuzugreifen. Neben einer Positionssensierung auf Basis von GPS ist darüber hinaus auch die Verwendung von Indoor-Positionierungssystemen vorgesehen. Hierdurch wird ermöglicht, dass das unbemannte Luftfahrzeug auch in geschlossenen Umgebungen, etwa Hallen und dergleichen, eingesetzt werden kann.Furthermore, the transmitting and receiving unit is preferably connected in a data-conducting manner to a control device for controlling the aircraft, the unmanned aircraft having a flight sensor unit which is connected to the control device in a signal-conducting manner and has at least one of the following sensors: position sensor, in particular GPS receiver, proximity sensor, altitude sensor, Attitude sensor, camera. In addition, the flight sensor unit is preferably set up to also access the other sensors of the unmanned aircraft for the purpose of flight control. In addition to position sensing based on GPS, the use of indoor positioning systems is also planned. This makes it possible for the unmanned aircraft to also be used in closed environments, such as halls and the like.

Die Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf ein unbemanntes Luftfahrzeug beschrieben worden. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Luftfahrzeugsystem mit einem unbemannten Luftfahrzeug und einer Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung zur Fernsteuerung des unbemannten Luftfahrzeugs und zum Empfangen von Daten von dem unbemannten Luftfahrzeug.The invention has been described above with reference to an unmanned aerial vehicle. In a further aspect, the invention relates to an aircraft system with an unmanned aircraft and a remote control and receiving device for remote control of the unmanned aircraft and for receiving data from the unmanned aircraft.

Die Erfindung löst die eingangs bezeichnete Aufgabe in Bezug auf das Luftfahrzeug-System, in dem das unbemannte Luftfahrzeug nach einen der vorstehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Das Luftfahrzeug-System macht sich die gleichen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen zunutze wie das erfindungsgemäß unbemannte Luftfahrzeug. Diesbezüglich wird auf die obigen Ausführungen verwiesen und deren Inhalt hier mit einbezogen.The invention solves the problem described at the outset in relation to the aircraft system, in which the unmanned aircraft is designed according to one of the above exemplary embodiments. The aircraft system utilizes the same advantages and preferred embodiments as the unmanned aerial vehicle of the present invention. In this regard, reference is made to the above statements and their content is included here.

Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung wenigstens eines der folgenden aufweist oder daraus ausgebildet ist: Computer, Smartphone, Tablet, Smartwatch.The invention is further developed in that the remote control and receiving device has or is formed from at least one of the following: computer, smartphone, tablet, smartwatch.

Derartige Endgeräte sind kostengünstig verfügbar, weisen typischerweise die benötigte Konnektivität auf und sind über entsprechende Software bzw. Apps individualisierbar.Such end devices are available at low cost, typically have the required connectivity and can be customized using appropriate software or apps.

Weiterhin bevorzugt weist das Luftfahrzeugsystem eine Cloud auf, wobei die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung und/oder die Sende- und Empfangseinheit des Luftfahrzeugs dazu eingerichtet sind, mit der Cloud bidirektional zu kommunizieren. Unter einer Cloud wird vorliegend eine sogenannte Datenwolke zum Speichern von Daten und zur Ausführung von Rechenoperationen verstanden. Darüber hinaus kann die betreffende Cloud auch dazu eingerichtet sein, weitere Aufgaben zu übernehmen, etwa eine Datenauswertung- und Aufbereitung. Die betreffende Cloudlösung ermöglicht eine Entlastung der zur Steuerung des Luftfahrzeugs verwendeten Endgeräte dergestalt, dass bestimmte Auswertungs-, Steuerungs- oder Rechenoperationen in die Cloud ausgelagert werden. Darüber hinaus ermöglicht die Cloud eine ortsunabhängige Verfügbarkeit der betreffenden Daten.Furthermore, the aircraft system preferably has a cloud, with the remote control and receiving device and/or the transmitting and receiving unit of the aircraft being set up for this purpose are required to communicate bidirectionally with the cloud. In the present case, a cloud is understood to mean what is known as a data cloud for storing data and for performing arithmetic operations. In addition, the cloud in question can also be set up to take on other tasks, such as data evaluation and processing. The cloud solution in question enables the end devices used to control the aircraft to be relieved in such a way that certain evaluation, control or computing operations are outsourced to the cloud. In addition, the cloud enables location-independent availability of the relevant data.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung dazu eingerichtet, ein von dem Luftfahrzeug empfangenes Kamerabild und/oder von dem Messgegenstand emittierten Körperschall oder Luftschall auszugeben. Die Ausgabe des Kamerabildes ermöglicht eine manuelle Steuerung des unbemannten Luftfahrzeugs, eine optische Überwachung der Positionierung desselben oder eine optische Überprüfung des Messgegenstandes. Die Ausgabe der sensierten Schallsignale ermöglicht dem Überwachungspersonal darüber hinaus eine unmittelbare Einschätzung betreffend den Zustand insbesondere eines Kondensatableiters auf Basis ausgegebener akustischer Signale, alternativ oder zusätzlich zu automatisierten Datenauswertungen.According to a preferred embodiment, the remote control and receiving device is set up to output a camera image received from the aircraft and/or structure-borne noise or airborne noise emitted by the measurement object. The output of the camera image enables manual control of the unmanned aircraft, optical monitoring of the positioning of the same, or optical checking of the measurement object. The output of the sensed sound signals also enables the monitoring personnel to make an immediate assessment of the condition of a condensate drain in particular on the basis of the acoustic signals output, as an alternative or in addition to automated data evaluations.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Prozessanlage mit wenigstens einer von einem Medium durchströmbaren Armatur oder Rohrleitung und einem Luftfahrzeug-System zur Überwachung der Armatur oder Rohrleitung.In a further aspect, the invention relates to a process installation with at least one fitting or pipeline through which a medium can flow and an aircraft system for monitoring the fitting or pipeline.

Die Erfindung löst die eingangs bezeichnete Aufgabe in Bezug auf die Prozessanlage, indem das Luftfahrzeug-System nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Die Prozessanlage macht sich die gleichen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen zunutze wie das erfindungsgemäße unbemannte Luftfahrzeug und das erfindungsgemäße Luftfahrzeug-System. Diesbezüglich wird auf die obigen Ausführungen verwiesen und deren Inhalt hier mit einbezogen.The invention solves the task described at the outset in relation to the process installation in that the aircraft system is designed according to one of the above exemplary embodiments. The process plant utilizes the same advantages and preferred embodiments as the unmanned aerial vehicle and aircraft system of the present invention. In this regard, reference is made to the above statements and their content is included here.

Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass die Armatur als Kondensatableiter ausgebildet ist. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Prozessanlage durch ein unbemanntes Luftfahrzeug, wobei die Prozessanlage wenigstens eine von einem Medium durchströmbare Armatur oder Rohrleitung aufweist.The invention is further developed in that the fitting is designed as a condensate drain. In a further aspect, the invention relates to a method for monitoring a process installation using an unmanned aircraft, the process installation having at least one fitting or pipeline through which a medium can flow.

Die Erfindung löst die eingangs bezeichnete Aufgabe in Bezug auf das Verfahren durch die Schritte: Anfliegen eines Messgegenstandes, insbesondere eines Messpunktes an der Armatur oder Rohrleitung, durch das Luftfahrzeug, derart, dass eine Messspitze einer Sensoreinrichtung des Luftfahrzeugs mit dem Messpunkt in Kontakt tritt, Sensieren von Körperschall des Messpunktes während des physikalischen Kontakts zwischen der Messspitze und dem Messpunkt.The invention solves the task described at the outset in relation to the method through the following steps: the aircraft approaches a measurement object, in particular a measurement point on the fitting or pipeline, in such a way that a measurement tip of a sensor device on the aircraft comes into contact with the measurement point, sensing of structure-borne noise of the measuring point during the physical contact between the measuring tip and the measuring point.

Das Verfahren macht sich die gleichen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen zunutze wie das erfindungsgemäß unbemannte Luftfahrzeug, das Luftfahrzeugsystem sowie die Prozessanlage. Diesbezüglich wird auf die obigen Ausführungen verwiesen und deren Inhalt hier mit einbezogen.The method makes use of the same advantages and preferred embodiments as the unmanned aircraft according to the invention, the aircraft system and the process plant. In this regard, reference is made to the above statements and their content is included here.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.The invention is described in more detail below using a preferred exemplary embodiment with reference to the attached figures.

Hierbei zeigen:

• 1: Eine Prozessanlage mit einem erfindungsgemäßen Luftfahrzeugsystem in einer schematischen Darstellung;
• 2: das Luftfahrzeugsystem gemäß1 in einer schematischen Darstellung;
• 3a-c: ein erfindungsgemäßes unbemanntes Luftfahrzeug in verschiedenen Darstellungen;
• 4: Komponenten des unbemannten Luftfahrzeugs gemäß3 in einem Blockschaltbild; und
• 5a-c: Sensoren des unbemannten Luftfahrzeugs in schematischen Darstellungen.

Here show:

• 1 : A process plant with an aircraft system according to the invention in a schematic representation;
• 2 : the aircraft system according to 1 in a schematic representation;
• 3a-c : an unmanned aircraft according to the invention in various representations;
• 4 : Components of the unmanned aerial vehicle in accordance with 3 in a block diagram; and
• 5a-c : Sensors of the unmanned aerial vehicle in schematic representations.

1 zeigt eine Prozessanlage 2. Die Prozessanlage 2 ist beispielsweise eine verfahrenstechnische Anlage. Die Prozessanlage 2 weist eine von einem Medium durchströmbare Armatur 4 und eine Rohrleitung 6 auf. Die Armatur 4 stellt ein Beispiel für einen Messgegenstand 22 dar und weist einen Messpunkt 72 auf. Der Messpunkt 72 ist dazu eingerichtet, von einem Messgerät kontaktierend oder berührungslos vermessen zu werden.1 shows aprocess plant 2. Theprocess plant 2 is, for example, a process engineering plant. Theprocess installation 2 has a fitting 4 through which a medium can flow and apipeline 6 . Thefitting 4 represents an example of a measurement object 22 and has a measurement point 72 . The measuring point 72 is set up to be measured by a measuring device with or without contact.

Die Prozessanlage 2 weist ferner ein Luftfahrzeug-System 10 auf. Das Luftfahrzeug-System 10 weist ein unbemanntes Luftfahrzeug 14 sowie eine Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung 12 zur Fernsteuerung des unbemannten Luftfahrzeugs 14 und zum Empfangen von Daten von dem unbemannten Luftfahrzeug 14 und zum Senden von Daten an das unbemannte Luftfahrzeug 14 auf. Das Luftfahrzeug-System 10 weist ferner eine Cloud 70 auf. Das unbemannte Luftfahrzeug, die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung 12 und die Cloud 70 sind jeweils dazu eingerichtet, mit den übrigen Bestandteilen des Luftfahrzeug-Systems 10 bidirektional zu kommunizieren.Theprocess plant 2 also has anaircraft system 10 . Theaircraft system 10 has anunmanned aircraft 14 and a remote control and receivingdevice 12 for remotely controlling theunmanned aircraft 14 and for receiving data from theunmanned aircraft 14 and for sending data to theunmanned aircraft 14 . Theaircraft system 10 also has acloud 70 . The unmanned aerial vehicle, the remote control and receivingdevice 12 and thecloud 70 are each set up to communicate with the rest To communicate components of theaircraft system 10 bidirectionally.

Das unbemannte Luftfahrzeug 14 weist eine Sensoreinrichtung 16 auf. Mit der Sensoreinrichtung 16 ist eine Sende- und Empfangseinheit 18 datenleitend verbunden. Die Sensoreinrichtung 16 weist eine Messspitze 20 auf. Das Luftfahrzeug 14 ist dazu eingerichtet, die Messspitze 20 mit einem Messgegenstand 22 in Kontakt zu bringen. Der Messgegenstand 22 ist vorliegend die Armatur 4, die als Kondensatableiter 8 ausgebildet ist. Der Messgegenstand 22 weist den Messpunkt 72 auf, der dazu eingerichtet ist, von der Messspitze 20 kontaktiert zu werden.Theunmanned aircraft 14 has asensor device 16 . A transmitting and receivingunit 18 is connected to thesensor device 16 in a data-conducting manner. Thesensor device 16 has a measuringtip 20 . Theaircraft 14 is set up to bring the measuringtip 20 into contact with an object 22 to be measured. In the present case, the measurement object 22 is the fitting 4 , which is designed as acondensate drain 8 . The measurement object 22 has the measurement point 72 which is set up to be contacted by themeasurement tip 20 .

2 zeigt eine separierte Darstellung des Luftfahrzeug-Systems 10. In2 ist die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung 12 näher detailliert. Demnach weist die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung 12 eines, mehrere oder alle der Folgenden auf: Tablet 66, Smartphone 64, Smartwatch 68, Computer 62. im Übrigen wird auf die Beschreibung zu1 verwiesen.2 shows a separated representation of theaircraft system 10. In 2 the remote control and receivingdevice 12 is detailed in more detail. Accordingly, the remote control and receivingdevice 12 has one, several or all of the following:tablet 66,smartphone 64,smartwatch 68,computer 62. For the remainder, reference is made to the description 1 referred.

In den3a-c sind Dreiseitenansichten eines unbemannten Luftfahrzeugs 14 gezeigt. Das unbemannte Luftfahrzeug 14 ist vorliegend als Quadrokopter44 mit vier Rotoren 26 ausgebildet. Das unbemannte Luftfahrzeug 14 weist darüber hinaus einen Rumpf 24 auf, an dem die Sensoreinrichtung 16 mit der Messspitze 20 angeordnet ist. Unter dem Rumpf 24 ist die Sende- und Empfangseinheit 18 angeordnet. Benachbart zu der Sende- und Empfangseinheit 18 ist darüber hinaus eine Kamera 60 angeordnet. Das unbemannte Luftfahrzeug 14 weist darüber hinaus ein Landegestell 74 auf.In the 3a-c Three side views of an unmannedaerial vehicle 14 are shown. In the present case, theunmanned aircraft 14 is designed as aquadrocopter 44 with fourrotors 26 . Theunmanned aircraft 14 also has afuselage 24 on which thesensor device 16 with the measuringtip 20 is arranged. The transmitting and receivingunit 18 is arranged under thefuselage 24 . Acamera 60 is also arranged adjacent to the transmitting and receivingunit 18 . Theunmanned aircraft 14 also has alanding gear 74 .

Ausgewählte Baugruppen des unbemannten Luftfahrzeugs 14 sind in4 anhand eines Blockschaltbilds detailliert.4 zeigt die Sensoreinrichtung 16. Die Sensoreinrichtung 16 weist die Messspitze 20 auf. Die Sensoreinrichtung 16 weist ferner einen Schallsensor 27 auf. Der Schallsensor 27 weist einen Körperschallsensor 28 auf, welcher dazu eingerichtet ist, einen Körperschall eines Messgegenstandes 22 während des Kontakts zwischen der Messspitze 20 mit dem Messgegenstand 22 zu sensieren. Der Schallsensor 27 weist darüber hinaus einen Luftschallsensor 30 auf. Der Luftschallsensor 30 ist dazu eingerichtet, von einem Messgegenstand 22 emittierten Schall berührungslos zu sensieren. Der Schallsensor 27 weist einen Ultraschallsensor 32 und ein Mikrofon 34 auf. Die Sensoreinrichtung 16 weist ferner einen Lasersensor 36 auf. Der Lasersensor 36 ist dazu eingerichtet, Vibrationen eines Messgegenstandes 22 und/oder eine Distanz zu einem Messgegenstand 22 zu sensieren. Die Sensoreinrichtung 16 weist ferner einen Temperatursensor 38 auf. Der Temperatursensor 38 wiederrum weist einen Platinsensor 40 sowie einen Infrarotsensor 42 auf. Mit der Sensoreinrichtung 16 signalleitend verbunden ist die Sende- und Empfangseinheit 18. Die Sende- und Empfangseinheit 18 weist eine Bluetooth-Schnittstelle 46 auf.Selected assemblies of the unmannedaerial vehicle 14 are in 4 detailed using a block diagram. 4 shows thesensor device 16. Thesensor device 16 has the measuringtip 20. FIG. Thesensor device 16 also has asound sensor 27 . Thesound sensor 27 has a structure-bornesound sensor 28 which is set up to sense structure-borne sound of a measurement object 22 during contact between themeasurement tip 20 and the measurement object 22 . Thesound sensor 27 also has anairborne sound sensor 30 . Theairborne sound sensor 30 is set up to sense sound emitted by a measurement object 22 without contact. Thesound sensor 27 has anultrasonic sensor 32 and amicrophone 34 . Thesensor device 16 also has alaser sensor 36 . Thelaser sensor 36 is set up to sense vibrations of a measurement object 22 and/or a distance to a measurement object 22 . Thesensor device 16 also has atemperature sensor 38 . Thetemperature sensor 38 in turn has aplatinum sensor 40 and aninfrared sensor 42 . The transmitting and receivingunit 18 is connected to thesensor device 16 in a signal-conducting manner. The transmitting and receivingunit 18 has aBluetooth interface 46 .

Mit der Sende- und Empfangseinheit 18 ist eine Steuerungseinrichtung 48 signalleitend verbunden. Mit der Steuerungseinrichtung 48 ist ferner eine Flugsensoreinheit 50 signalleitend verbunden. Die Flugsensoreinheit 50 weist einen Positionssensor 52 auf, der als GPS-Empfänger ausgebildet sein kann. Die Flugsensoreinheit 50 weist darüber hinaus einen Näherungssensor 54, einen Höhenmesssensor 56, einen Fluglagesensor 58 sowie die Kamera 60 auf.Acontrol device 48 is connected to the transmitting and receivingunit 18 in a signal-conducting manner. Aflight sensor unit 50 is also connected to thecontrol device 48 in a signal-conducting manner. Theflight sensor unit 50 has aposition sensor 52 which can be in the form of a GPS receiver. Theflight sensor unit 50 also has aproximity sensor 54 , analtitude measurement sensor 56 , aflight attitude sensor 58 and thecamera 60 .

In den5a-c sind einige der Sensortypen schematisch dargestellt.5a zeigt eine Messspitze 20,5b einen Lasersensor 36 und5c einen Temperatursensor 38.In the 5a-c some of the sensor types are shown schematically. 5a shows a measuringtip 20, 5b alaser sensor 36 and 5c atemperature sensor 38.

BezugszeichenlisteReference List

22

Prozessanlageprocess plant

44

Armaturfitting

66

Rohrleitungpipeline

88th

Kondensatableitercondensate drain

1010

Luftfahrzeug-Systemaircraft system

1212

Fernsteuerungs- und EmpfangseinrichtungRemote control and receiving device

1414

Unbemanntes LuftfahrzeugUnmanned Aircraft

1616

Sensoreinrichtungsensor device

1818

Sende- und EmpfangseinheitTransmitting and receiving unit

2020

Messspitzemeasuring tip

2222

Messgegenstandobject of measurement

2424

Rumpfhull

2626

Rotorenrotors

2727

Schallsensorsound sensor

2828

Körperschallsensorstructure-borne noise sensor

3030

Luftschallsensorairborne sound sensor

3232

Ultraschallsensorultrasonic sensor

3434

Mikrofonmicrophone

3636

Laser-Sensorlaser sensor

3838

Temperatursensortemperature sensor

4040

Platin Sensor (PT-Sensor)Platinum sensor (PT sensor)

4242

Infrarotsensorinfrared sensor

4444

Multicopter (Quadrocopter)Multicopter (quadcopter)

4646

Bluetooth SchnittstelleBluetooth interface

4848

Steuerungseinrichtungcontrol device

5050

Flugsensoreinheitflight sensor unit

5252

Positionssensor, insbesondere GPS-EmpfängerPosition sensor, in particular GPS receiver

5454

Näherungssensorproximity sensor

5656

Höhenmesssensoraltimeter sensor

5858

Fluglagesensorattitude sensor

6060

Kameracamera

6262

Computercomputer

6464

Smartphonesmartphone

6666

Tablettablet

6868

Smartwatchsmart watch

7070

Cloudcloud

7272

Messpunktmeasuring point

7474

Landegestelllanding gear

Claims (17)

Translated fromGerman

Unbemanntes Luftfahrzeug (14), mit einer Sensoreinrichtung (16) und einer mit der Sensoreinrichtung (16) datenleitend verbundenen Sende- und Empfangseinheit (18), wobei die Sensoreinrichtung (16) eine Messspitze (20) aufweist, wobei das Luftfahrzeug (14) dazu eingerichtet ist, die Messspitze (20) mit einem Messgegenstand (22), insbesondere einer Armatur (4) oder Rohrleitung (6), in Kontakt zu bringen, wobei die Sensoreinrichtung (16) dazu eingerichtet ist, eine Messgröße des Messgegenstandes (22) während des Kontakts der Messspitze (20) mit dem Messgegenstand (22) zu sensieren, wobei die Sensoreinrichtung (16) einen Schallsensor (27) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, von dem Messgegenstand (22) emittierten Schall zu sensieren, und wobei der Schallsensor (27) einen Körperschallsensor (28) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, Körperschall des Messgegenstandes (22) während des Kontakts der Messspitze (20) mit dem Messgegenstand (22) zu sensieren.Unmanned aircraft (14), with a sensor device (16) and a transmitting and receiving unit (18) connected to the sensor device (16) in a data-conducting manner, the sensor device (16) having a measuring tip (20), the aircraft (14) thereto is set up to bring the measuring tip (20) into contact with a measurement object (22), in particular a fitting (4) or pipeline (6), the sensor device (16) being set up to record a measured variable of the measurement object (22) during of the contact of the measuring tip (20) with the measurement object (22), the sensor device (16) having a sound sensor (27) which is set up to sense sound emitted by the measurement object (22), and the sound sensor ( 27) has a structure-borne noise sensor (28) which is set up to sense structure-borne noise of the measurement object (22) during contact of the measuring tip (20) with the measurement object (22).Das unbemannte Luftfahrzeug (14) nachAnspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der Schallsensor (28) als Luftschallsensor (30) ausgebildet ist, welcher dazu eingerichtet ist, von einem Messgegenstand (22) emittierten Schall berührungslos zu sensieren.The unmanned aerial vehicle (14) after claim 1 ,characterized in that the sound sensor (28) is designed as an airborne sound sensor (30) which is set up to sense sound emitted by a measurement object (22) without contact.Das unbemannte Luftfahrzeug (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Schallsensor (27) einen Ultraschallsensor (32) und/oder ein Mikrofon (34) aufweist.The unmanned aircraft (14) according to any one of the preceding claims,characterized in that the sound sensor (27) has an ultrasonic sensor (32) and/or a microphone (34).Das unbemannte Luftfahrzeug (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (16) einen Laser-Sensor (36) aufweist.The unmanned aircraft (14) according to any one of the preceding claims,characterized in that the sensor device (16) comprises a laser sensor (36).Das unbemannte Luftfahrzeug (14) nachAnspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass der Laser-Sensor (36) dazu eingerichtet ist, Vibrationen eines Messgegenstandes (22) und/oder eine Distanz zu einem Messgegenstand (22) zu sensieren.The unmanned aerial vehicle (14) after claim 4 ,characterized in that the laser sensor (36) is set up to sense vibrations of a measurement object (22) and/or a distance to a measurement object (22).Das unbemannte Luftfahrzeug (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (16) einen Temperatursensor (38) aufweist.The unmanned aerial vehicle (14) according to any one of the preceding claims,characterized in that the sensor device (16) comprises a temperature sensor (38).Das unbemannte Luftfahrzeug (14) nachAnspruch 6,dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (38) einen Platin-Sensor (40) und/oder Infrarotsensor (42) aufweist.The unmanned aerial vehicle (14) after claim 6 ,characterized in that the temperature sensor (38) has a platinum sensor (40) and/or infrared sensor (42).Das unbemannte Luftfahrzeug (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das unbemanntes Luftfahrzeug (14) als wenigstens eines der folgenden ausgebildet ist:- Multicopter (44), insbesondere Quadrocopter (44),- Helikopter.The unmanned aircraft (14) according to one of the preceding claims,characterized in that the unmanned aircraft (14) is designed as at least one of the following: - multicopter (44), in particular quadrocopter (44), - helicopter.Das unbemannte Luftfahrzeug (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit (18) eine Bluetooth Schnittstelle (46) aufweist.The unmanned aircraft (14) according to one of the preceding claims,characterized in that the transmitting and receiving unit (18) has a Bluetooth interface (46).Das unbemannte Luftfahrzeug (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche,gekennzeichnet durch eine mit der Sende- und Empfangseinheit (18) datenleitend verbundene Steuerungseinrichtung (48) zur Steuerung des Luftfahrzeugs (14) und eine mit der Steuerungseinrichtung (48) signalleitend verbundene Flugsensoreinheit (50), wobei die Flugsensoreinheit (50) wenigstens einen der folgenden Sensoren aufweist:- Positionssensor (52), insbesondere GPS-Empfänger (52),- Näherungssensor (54),- Höhenmesssensor (56),- Fluglagesensor (58),- Kamera (60).The unmanned aircraft (14) according to one of the preceding claims,characterized by a control device (48) connected to the transmitting and receiving unit (18) in a data-conducting manner for controlling the aircraft (14) and a flight sensor unit (50) connected to the control device (48) in a signal-conducting manner ), wherein the flight sensor unit (50) has at least one of the following sensors: - position sensor (52), in particular GPS receiver (52), - proximity sensor (54), - altitude sensor (56), - attitude sensor (58), - camera ( 60).Luftfahrzeug-System (10) mit einem unbemannten Luftfahrzeug (14) und einer Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung (12) zur Fernsteuerung des unbemannten Luftfahrzeugs (14) und zum Empfang von Daten von dem unbemannten Luftfahrzeug (14),dadurch gekennzeichnet, dass das unbemannte Luftfahrzeug (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.Aircraft system (10) with an unmanned aircraft (14) and a remote control and receiving device (12) for remote control of the unmanned aircraft (14) and for receiving data from the unmanned aircraft (14),characterized in that the unmanned aircraft (14) is formed according to any one of the preceding claims.Das Luftfahrzeug-System (10) nachAnspruch 11,dadurch gekennzeichnet, dass die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung (12) wenigstens eines der folgenden aufweist oder daraus ausgebildet ist:- Computer (62),- Smartphone (64),- Tablet (66),- Smartwatch (68).The aircraft system (10) after claim 11 ,characterized in that the Remote control and receiving device (12) has at least one of the following or is formed from it: - computer (62), - smartphone (64), - tablet (66), - smartwatch (68).Das Luftfahrzeug-System (10) nachAnspruch 11 oder12,ferner aufweisend eine Cloud (70),wobei die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung (12) und/oder die Sende- und Empfangseinheit (18) des Luftfahrzeugs dazu eingerichtet sind, mit der Cloud (70) bidirektional zu kommunizieren.The aircraft system (10) after claim 11 or 12 , further comprising a cloud (70), wherein the remote control and receiving device (12) and/or the transmitting and receiving unit (18) of the aircraft are set up to communicate bidirectionally with the cloud (70).Das Luftfahrzeug-System (10) nach einem derAnsprüche 11-13,dadurch gekennzeichnet, dass die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung (12) dazu eingerichtet ist, ein von dem Luftfahrzeug (14) empfangenes Kamerabild und/oder von dem Messgegenstand (22) emittierten Körperschall oder Luftschall auszugeben.The aircraft system (10) according to any one of Claims 11 - 13 ,characterized in that the remote control and receiving device (12) is set up to output a camera image received from the aircraft (14) and/or structure-borne noise or airborne noise emitted by the measurement object (22).Eine Prozessanlage (2) mit wenigstens einer von einem Medium durchströmbaren Armatur (4) oder Rohrleitung (6) und einem Luftfahrzeug-System (10) zur Überwachung der Armatur (4) oder Rohrleitung (6),dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug-System (10) nach einem derAnsprüche 11 bis14 ausgebildet ist.A process plant (2) with at least one fitting (4) or pipeline (6) through which a medium can flow and an aircraft system (10) for monitoring the fitting (4) or pipeline (6),characterized in that the aircraft system (10) after one of Claims 11 until 14 is trained.Die Prozesslage (2) nachAnspruch 17,dadurch gekennzeichnet, dass die Armatur (4) als Kondensatableiter (8) ausgebildet ist.The process situation (2) after Claim 17 ,characterized in that the fitting (4) is designed as a condensate drain (8).Ein Verfahren zur Überwachung einer Prozessanlage (2) durch ein unbemanntes Luftfahrzeug (14), wobei die Prozessanlage (2) wenigstens eine von einem Medium durchströmbare Armatur (4) oder Rohrleitung (6) aufweist, umfassend die Schritte:- Anfliegen eines Messgegenstandes (22), insbesondere eines Messpunktes (72) an der Armatur (4) oder Rohrleitung (6), durch das Luftfahrzeug (14), derart, dass eine Messspitze (20) einer Sensoreinrichtung (16) des Luftfahrzeugs (14) mit dem Messpunkt (72) in Kontakt tritt,- Sensieren von Körperschall des Messpunktes (72) während des physischen Kontakts zwischen der Messspitze (20) und dem Messpunkt (72).A method for monitoring a process plant (2) using an unmanned aircraft (14), the process plant (2) having at least one fitting (4) or pipeline (6) through which a medium can flow, comprising the steps:- The aircraft (14) approaches a measuring object (22), in particular a measuring point (72) on the fitting (4) or pipeline (6), in such a way that a measuring tip (20) of a sensor device (16) of the aircraft (14 ) comes into contact with the measuring point (72),- Sensing structure-borne noise of the measuring point (72) during the physical contact between the measuring tip (20) and the measuring point (72).

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