WO2023198613A1 - Autonomous surface treatment of a radioactively contaminated component - Google Patents
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- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/001—Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
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- G21F9/005—Decontamination of the surface of objects by ablation
Definitions
- the subject of the present invention is a method for treating a surface of a radioactively contaminated component, in which the surface of the component is measured autonomously, so that components of any shape can be subjected to treatment without manual treatment being necessary.
- radiological surface contamination of components can occur, which can lead, on the one hand, to radiological contamination on the surface and, on the other hand, to contamination of a layer of the component close to the surface, for example by incorporating the radiological contamination in a layer of paint applied to the surface or else through the formation of an oxide layer on the surface of the component.
- the component must be treated, for example by water jet treatment or cleaning.
- the surface is subjected to a high-pressure water jet and the surface is treated, in particular cleaned and/or removed. Since there are still no reliable automatic procedures for this, this treatment is often done manually. For this purpose, the treatment is carried out manually by a person wearing protective equipment.
- the present invention is based on the object of at least partially overcoming the disadvantages known from the prior art.
- the method according to the invention for treating a surface of a component comprises the following steps: a) clamping the radioactively contaminated component with at least one clamping element on a component holder; b) autonomously detecting the surface of the clamped component with a laser scanning unit by moving a robot arm relative to the component, which includes a tool head with the laser scanning unit, to generate a surface data set of the clamped component comprising surface data of the component and the at least one clamping element; c) generating a three-dimensional component data set of the clamped component from the surface data set, wherein the surface data of the at least one clamping element used in step a) is not included in the component data set; d) autonomously determining an actuation path for a water jet nozzle unit attached to a tool head of the robot arm with at least one water jet nozzle, the actuation path comprising a three-dimensional movement path, associated location-dependent orientation data of the tool head and an associated location-dependent movement speed of the robot arm and location-dependent operating parameters
- Steps a) to e) are arranged in chronological order, so there is always a sequence of steps a), b), c), d) and e).
- the component After clamping the component in step a), the component is referred to as the clamped component.
- the component can have any shape and/or size, although it must be ensured that the robot arm can be moved in such a way that the surface of the component can be reached in step e) with the appropriate water jet. So far, it has proven difficult to treat arbitrary components, which vary in shape and size, automatically or autonomously.
- the water jet nozzle unit comprises at least one water jet nozzle, from which a cleaning fluid comprising water can be discharged during operation.
- the surface of the component is recorded autonomously using laser scanning technology.
- a laser scanning unit is used, through which the surface is scanned in lines with a laser beam and the laser radiation reflected by the component is recorded in a corresponding camera of the laser scanning unit.
- the laser scanning unit is moved by a robot arm, which in particular has six axes of movement.
- a surface data set of the component is generated from the data collected by the laser scanning unit. This includes at least the visible surface of the component and the visible surface of the at least one clamping element.
- autonomous capture is understood to mean that no user intervention is necessary during the capture process, but rather it automatically ensures that the entire visible surface of the component is captured.
- a three-dimensional component data set of the clamped component is generated from the surface data set, with the surface data of the at least one clamping element used in step a) not being included in the component data set.
- the component data set represents a three-dimensional representation of the visible clamped component.
- the component data set is created, the data of at least one clamping element is eliminated.
- the component data set thus represents a representation of the clamped component, which includes the (visible) surface areas accessible for treatment.
- an actuation path is defined for a water jet nozzle unit attached to the robot arm, the actuation path comprising a three-dimensional movement path that can be carried out by the robot arm, associated location-dependent orientation data of the tool head and a location-dependent movement speed, as well as location-dependent operating parameters of the water jet nozzle unit.
- the actuation path is determined autonomously, i.e. without the necessary intervention of a user, preferably in an analytical way and without the use of so-called artificial intelligence.
- step e the robot arm with the associated tool head is moved autonomously and the water jet nozzle unit is automatically actuated according to the location-dependent operating parameters, each corresponding to the actuation path.
- connection of the component to the component holder during steps b) to e) ensures that there is no change in position and/or position of the component or the at least between the acquisition of the surface data in step b) and the current treatment of the surface in step e). a clamping element takes place and there is a clear assignment of the actuation path to the component. In addition, movement of the component during treatment in step e) is prevented.
- Steps b) to e) are intended to ensure that the component is treated as efficiently as possible.
- a complete treatment of the visible surface of the component should be achieved in just one pass of the water jet nozzle unit, which makes further or repeated treatment of the surface unnecessary.
- the actuation path is determined based on at least the following parameters: the component data set of the clamped component, and an effective parameter of a water jet generated with the operating parameters by the water jet nozzle unit on the surface of the component.
- the actuation path is preferably determined based on both parameters mentioned.
- the operating parameters include, in particular, a distance of the water jet nozzle unit or one or more water jet nozzles of the water jet nozzle unit from the component surface, a movement speed of the water jet nozzle unit relative to the component surface and an angle of attack of the water jet nozzle unit, a volume flow of the cleaning agent through the at least one water jet nozzle and preferably an operating pressure of the water jet nozzle unit Beam angle (or cone angle) of the water jet nozzle unit and / or a speed of a rotatable water jet nozzle unit is understood.
- One effective parameter is the energy input per surface.
- the angle of attack is defined as an inclination of the water nozzle unit relative to the normal of the component surface at the point of impact of the water jet.
- water jet is fundamentally understood to mean, in particular, a jet of a cleaning agent which includes water.
- Step d) preferably takes place in such a way that the actuation path is determined based on a target of the active parameter, for example an active parameter that fluctuates, if possible, only within small limits, for example an energy input per surface that fluctuates, for example, by a maximum of 10% around an average value, so that the effective parameter moves within the limits mentioned.
- a target of the active parameter for example an active parameter that fluctuates, if possible, only within small limits, for example an energy input per surface that fluctuates, for example, by a maximum of 10% around an average value, so that the effective parameter moves within the limits mentioned.
- This can be done, for example, through an appropriate parameter adjustment, for example a curve adjustment (a so-called fit) and/or through appropriate simulations.
- the actuation path is determined in particular so that the entire surface of the component that can be reached with the treatment, i.e. in particular without the surface areas that are covered by the at least one clamping element or that rest on the component holder, is treated.
- step d) it is also taken into account if the component surface has already been treated beforehand, in particular if the component has been re-clamped in order to now reach parts of the surface that were previously covered, for example, by clamping elements, and/or in order to simply re-clean if the surface treatment was not sufficient.
- oxide layers and/or lacquer layers are preferably removed from the surface.
- the method according to the invention described here allows autonomous treatment of the surface of any component, in principle without human intervention being necessary after clamping the component in step a). This is particularly advantageous when a large number of components have to be treated and in order to effectively reduce the user's exposure to radiation.
- the component holder is preferably rotatable about a rotation axis and a rotational movement of the component holder is taken into account when determining the actuation path in step d) and in step e).
- the rotation axis of the component holder then serves as the seventh axis of movement in addition to the six movement axes of the robot arm.
- the component holder is preferably designed as a table with a rotatable clamping plate.
- the clamping plate is preferably removable and can be connected to a motor or a motor unit in a defined manner via a zero-point clamping system.
- step e) The following steps are preferably carried out after step e): f) loosening the at least one clamping element; g) new clamping of the component on the component holder with at least one clamping element, whereby at least one of the positions of a clamping element relative to the component differs from the position of a clamping element relative to the component selected in step a); h) Automatically detecting the surface of the clamped component using a laser scanning technique to generate a modified surface data set of the clamped component; i) performing steps d) and e); wherein during step d) the changed surface data set and, if necessary, an earlier actuation path are taken into account when determining the actuation path.
- Step h) here preferably includes a kind of rough scan of the component in order to only be able to supplement data in the three-dimensional component set if necessary.
- a coarse scan is understood to mean data acquisition in which the spatial resolution and, if applicable, the signal resolution of the signal captured by the camera is reduced compared to the resolution used in step b).
- the surfaces that were previously covered by the at least one clamping element can also be treated, without any further manual intervention apart from re-clamping the component being necessary.
- the position of the component is changed relative to the component holder during step g) and a detection of the change in position of the component is carried out before step i).
- the detection here preferably includes detection by the laser scanning unit.
- Alternative or additional approaches are possible. In this way, even if the position of the component on the component holder changes, an actuation path can be determined autonomously, which in particular also allows the surfaces that previously rested on the component holder or that were covered by a clamping element to be cleaned.
- an earlier actuation path is preferably taken into account. This is particularly advantageous if the component has been clamped again (step g)). So the actuation path can be like this It can be determined that an earlier treatment process is taken into account in order to reduce the time required for the treatment.
- the operating parameters of the water jet nozzle unit preferably include at least one of the following parameters:
- the water pressure applied to the water jet nozzle unit and the distance of the at least one water jet nozzle of the water jet nozzle unit, in particular the outlet opening of the respective water jet nozzle, from the surface, as well as the volume flow of cleaning fluid, which is discharged through the at least one water jet nozzle of the water jet nozzle unit, directly influence the impulse that the Water jet exerts on the component surface when it hits the surface of the component.
- the water jet nozzle unit can allow a change in the cone angle and the jet cone characteristics or these can be specified in the design.
- the angle of attack of the water jet nozzle unit allows the direction of the pulse input into the surface to be defined. With a rotatable water jet nozzle unit, the direction can be varied by rotation and changed in a controlled manner via the rotation speed.
- the water jet nozzle unit is preferably supplied with a cleaning fluid comprising water at a pressure of at least 500 bar.
- a cleaning fluid comprising water at a pressure of at least 500 bar.
- the Water jet nozzle unit in particular, a high-pressure water jet process or an ultra-high pressure (UHD) water jet process is implemented. This can also achieve a decoating of the surface.
- the water pressure here is preferably at least 1,500 bar, in particular up to 3,000 bar, 4,000 bar or even 6,000 bar.
- the pressure is adapted in particular to the necessary treatment, i.e. in particular depending on the question of whether the surface of the component needs to be cleaned and, if so, from which substances or whether an oxide layer and/or a lacquer layer should be removed.
- the cleaning fluid comprises at least one additive selected from a list comprising at least one surfactant, at least one acid, at least one base, at least one organic solvent and at least one blasting agent.
- at least one surfactant By using at least one surfactant, the cleaning of the surface of liquids that do not normally mix with water can be improved. This applies, for example, to the cleaning of oils etc.
- the addition of an acid such as hydrochloric acid or a base such as sodium hydroxide is preferably carried out depending on the surface of the component and the substances on the surface to be removed. For example, an acid is preferably used if limescale deposits need to be removed. If, for example, organic substances are to be removed, a base or alkali is preferably added.
- a blasting agent is understood to mean an abrasive blasting agent that includes particles that act on the surface with their own momentum.
- glass beads, ceramic balls, minerals and/or stainless steel particles are preferably used.
- An organic solvent such as alcohol, acetone and butyl glycol can also preferably be used, in particular for cleaning the surface of the component from greasy dirt and/or paint.
- a subset to be cleaned is preferably manually selected from the component data set. This advantageously enables a manually selectable subsequent cleaning of a portion of the surface of the component.
- the treatment is stopped.
- This can be achieved, for example, by a contact switch on the water jet nozzle unit, which provides a corresponding signal when the water jet nozzle unit comes into contact with the component, or by monitoring the behavior of the individual axes of the robot arm and / or the tool head, since resistance can be detected here.
- a device for automatically cleaning a component comprising
- the tool head comprising a water jet nozzle unit with at least one water jet nozzle and a laser scanning unit, a control unit being formed which can be connected in a control manner to the laser scanning unit and the water jet nozzle unit, the control unit being adapted so that she can carry out the steps of the procedure as described here.
- the laser scanning unit includes in particular a laser source that generates a line-shaped laser beam on the component surface and a camera that records the resulting images.
- the laser beam is preferably moved over the surface of the component in order to generate a complete surface data set.
- the tool head preferably further comprises an openable and closable cover with which the laser scanning unit can be covered.
- This enables the laser scanning unit to be protected from the cleaning fluid jet or water jet emerging from the water jet nozzle unit, particles occurring in the environment and/or water mist.
- the cover is preferably designed in such a way that it sealingly covers the laser scanning unit even at high pressures of the cleaning agent jet, so that the laser unit is reliably protected even at very high pressures of up to 6,000 bar.
- the robot arm preferably further comprises corresponding lines through which the water jet nozzle unit in particular can be supplied with cleaning agent, Compressed air can be fed to the tool head, a power supply can be produced and control lines for transferring data.
- the tool head can preferably be acted upon internally with a gas, in particular air, whose pressure is above the ambient pressure. In this way, the penetration of dirt and water or cleaning fluid from outside into the tool head can advantageously be prevented.
- the water jet nozzle unit is preferably connected to the tool head via collision protection.
- the collision protection preferably comprises at least one spring element and/or in particular additionally a contact switch.
- a mechanical collision protection in particular comprising at least one spring element, each preferably comprising at least one compression spring, damage to the water jet nozzle unit can be prevented.
- the contact switch can preferably be used to issue a corresponding collision warning and the treatment is preferably aborted.
- monitoring can be implemented by monitoring the drives of the robot arm and/or tool head, which detects resistance that counteracts the movement. This can then be used as a collision warning in order to abort the treatment if necessary.
- first”, “second”, ...) primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or order of these objects, sizes or prescribe processes to each other. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it will be obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment.
- FIG. 1 shows a schematic view of a device for treating the surface of a component
- Fig. 2 shows a detail of a clamped component
- Fig. 3 shows a schematic example of a movement path
- Fig. 6 is a schematic top view of a water jet nozzle unit.
- Fig. 1 shows schematically a device 1 for automatically treating a radioactively contaminated component 2, for example from the dismantling of a nuclear facility, comprising a robot arm 3 with six axes of movement for moving a tool head 4 and a component holder 5, which is rotatable about an axis of rotation 6.
- the component 2 can have any shape and size.
- the size of the component 2 is preferably adapted to the radius of movement of the robot arm 3.
- the component 2 is treated, in particular cleaned and/or stripped, by a high-pressure water jet treatment.
- high-pressure water jet treatment is understood to mean the treatment of the component 2 with a jet of a cleaning fluid comprising water, which comes from the water jet nozzle unit at a pressure of at least 500 bar, preferably at least 1,000 bar or even at least 1,500 bar or even at least 2,500 bar is carried out.
- the treatment can remove a lacquer layer and/or an oxide layer from the surface of the component 2.
- the tool head 4 comprises a water jet nozzle unit 7 and a laser scanning unit 8.
- the water jet nozzle unit 7 comprises one or more water jet nozzles; an example of a water jet nozzle unit 7 is shown in FIG. 5.
- the laser scanning unit 8 can be opened and closed automatically by a cover 9, in order to protect the laser scanning unit 8, for example, from water or particles released by the water from the surface of the component in the closed state or to enable the laser scanning unit 8 to be used in the open state.
- the component holder 5 is designed as a clamping plate 10, which is rotated by a motor about the axis of rotation 6 relative to a base unit 11.
- the corresponding motor 12 is integrated into the base unit 11.
- the clamping plate 10 has a plurality of grooves 13, in particular T-slots and threaded holes 37, which are only partially provided with reference numbers for the sake of clarity, in which clamping elements (not shown in FIG. 1) can be fixed, with which the component 2 can be clamped on the component holder 5.
- a rotation of the clamping plate 10 of the component holder 5 about the axis of rotation 6 also causes a rotation of the component 2 about the axis of rotation 6. Clamping with the clamping elements also ensures that the component 2 cannot be displaced during the water jet treatment.
- the robot arm 3 represents a six-axis industrial robot that has six driven axes for moving and aligning the tool head.
- the axis of rotation 6 of the component holder 5 thus represents the seventh driven axis of the device 1.
- the device 1 further comprises a control unit 14, which can be connected via control lines 15 to the robot arm 3 and via this to the tool head 7 and the motor 12.
- a controlling connection is understood to mean that the control unit 14 can control the robot arm 3, the tool head 4 and the motor 12, in order to understand a certain relative movement between the tool head 4 and the component 2 and a corresponding actuation of the water jet nozzle unit 7.
- the control lines 15 can be implemented via a cable and/or fiber connection as well as via electromagnetic waves.
- data such as image data, surface data, component data sets and/or operating data of the tool head 4 can also be transmitted via the control lines 15 Tool head 4, robot arm 3 and / or motor 12 on the one hand and the control unit 14 on the other hand are transmitted.
- the robot arm includes lines for supplying the drives of the robot arm 3 and the tool head 4 with energy, the water jet nozzle unit 7, for example with pressurized water or a cleaning fluid comprising water, for data exchange, etc.
- These lines are in one Guide device 16 guided, which ensures that the lines are not damaged or impaired when the robot arm 3 and / or tool head 4 moves.
- the tool head 4 has a cleaning agent line 17, via which the water jet nozzle unit 7 is supplied with cleaning fluid under pressure.
- the cleaning agent line 17 is guided from the guide device 16 to the tool head 4.
- the interior of the tool head 4 is supplied with air via a compressed air line, not shown, which has an excess pressure compared to the surroundings in order to prevent contamination from entering the tool head 4.
- the guide device 16 is attached to a strain relief 18 on the robot arm 3 via brackets 39.
- Fig. 1 shows the situation after step a), i.e. after the component 2 has been clamped.
- a visible surface 19 of the clamped component is first autonomously detected in a step b). 2 with the laser scanning unit 8 by moving the tool head 4 of the robot arm 3 relative to the component 2 to generate a surface data set of the clamped component 2.
- the robot arm 3 is moved in such a way that the entire visible surface 19 of the component 2 including the visible surface of the Clamping elements are detected. This does not include the surface covered by the at least one clamping element and the surface of the component 2 that rests on the component holder 5 (see FIG. 2).
- a three-dimensional component data set of the clamped component 2 is generated autonomously from the surface data set, which is not the Surfaces of the clamping element(s).
- the three-dimensional component data set therefore represents the surface of component 2 to be treated.
- an actuation path is autonomously determined for the water jet nozzle unit 7 attached to the robot arm 3 and the tool head 4, the actuation path comprising a three-dimensional movement path of the robot arm 3.
- This three-dimensional movement path causes a locus of the position of the tool head 4.
- the actuation path also includes three-dimensional, location-dependent, i.e. from the said locus, orientation data of the tool head 4, which describe the orientation of the tool head 4 in three-dimensional space.
- the actuation path includes a location-dependent, i.e. dependent on the said locus, movement speed of the tool head 4 (see FIG. 3) and location-dependent, i.e. dependent on the said locus, operating parameters of the water jet nozzle unit 7.
- step e automatic movement in step e). of the robot arm 3 and actuating the water jet nozzles of the water jet nozzle unit 7 according to the actuation path, so that the radioactively contaminated component 2 is treated.
- steps b) to e) the component 2 remains connected to the component holder 5, so that the position of the component 2 relative to the component holder 5 remains constant.
- Fig. 2 shows schematically a situation in step e).
- the component 2 is clamped to the clamping plate 10 with two clamping elements 20, which are fixed in grooves 13 of the clamping plate 10 of the component holder 5.
- the clamping elements 20 cover surface areas 21 that cannot be reached for treatment with a water jet 22 made of cleaning fluid from the water jet nozzle unit 7. Otherwise, reference is made to the above description of FIG. 1.
- 3 further shows a situation in step e), in which, in addition to the component 2, the already treated area 23 and a cleaning path 24 of the water jet 22 show on the surface 19 of the component 2 to be cleaned.
- an actuation path 25 is shown here, which, however, only represents the location component, but not the location-dependent orientation data of the tool head 4, the location-dependent movement speed of the robot arm 3 and the location-dependent operating parameters of the Water jet nozzle unit 7.
- FIG. 3 shows further covered surface areas 26, which are here due to the contact of the component with the clamping plate 10, i.e. the component holder 5. Furthermore, reference is made to the above description of Figures 1 and 2.
- FIG. 4 shows a schematic image of the water jet nozzle unit 7 in operation.
- a water jet 22 consisting of cleaning fluid comprising water and having a cone angle 28 emerges from a water jet nozzle 27.
- the water jet 22 has a longitudinal axis 29.
- the water jet 22 hits the surface 19 of the component 2 in an impact area 30. This will be explained in more detail with reference to FIG. 5.
- the water jet nozzle unit 7 is aligned at an angle of attack 31 to the surface 19.
- the angle of attack 31 is defined as the angle between the longitudinal axis 29 and a surface normal 32 of the surface 19 of the component 2 in the impact area 30.
- the surface normal 32 is identical for the entire surface 38. Two surface normals 32 are shown as examples.
- the water jet nozzle unit 7 has a distance 33 (see FIG. 5) from the surface 19 of the component 2 in the impact area 30.
- the collision protection 34 preferably includes a proximity switch, not shown here, which, when the collision protection 34 is actuated, outputs a signal which leads to the treatment being aborted.
- collision monitoring can be carried out by monitoring the driven axes of the robot arm 3 and/or the tool head 4, which provide feedback in the event of a collision of the tool head 4 with the component 2 by an increase in the axis torques of the affected axis. Damage to the tool head 4 and/or the component 2 can thus be avoided.
- FIG. 6 shows very schematically an example of a water jet nozzle unit 7, which comprises three water jet nozzles 27, which are surrounded and protected by a protective tube 36.
- the cones of the individual water jets of the individual water jet nozzles 27 overlap to form the water jet 22.
- the water jet nozzle unit is preferably designed to be rotatable about the longitudinal axis 29.
- the method presented here and the corresponding device 1 for the autonomous treatment of a radioactively contaminated component 2 by a water jet treatment with a water jet 22 from a cleaning fluid comprising water autonomously detects the component 2 via a laser scanning unit 8 and generates a component data set from the surface data obtained of clamping tools 20, with which the component 2 is clamped to a component holder 5, does not contain surface areas 21 covered. Based on this component data set, an actuation path 25 is defined for the tool head 4 with the water jet nozzle unit 7 in order to treat the surface 19 of the component 2, in particular for cleaning and/or stripping.
- This allows manual intervention by staff to be limited to the shortest possible interventions, as this can reduce the radiation dose to the staff and the time in which the staff has to wear protective equipment.
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Abstract
Description
Autonome Oberflächenbehandlung eines radioaktiv kontaminierten Bauteils Autonomous surface treatment of a radioactively contaminated component
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche eines radioaktiv kontaminierten Bauteils, bei dem die Oberfläche des Bauteils autonom vermessen wird, so dass beliebig geformte Bauteile einer Behandlung unterzogen werden können, ohne, dass eine manuelle Behandlung notwendig ist. The subject of the present invention is a method for treating a surface of a radioactively contaminated component, in which the surface of the component is measured autonomously, so that components of any shape can be subjected to treatment without manual treatment being necessary.
In kerntechnischen Anlagen kann eine radiologische Oberflächenkontamination von Bauteilen erfolgen, die einerseits zu einer eine radiologischen Kontamination auf der Oberfläche und andererseits auch zu einer Kontamination einer oberflächennahen Schicht des Bauteils führen kann, beispielsweise durch Einbinden der radiologischen Kontamination in einer auf der Oberfläche aufgebrachten Lackschicht oder auch durch die Bildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Bauteils. Insbesondere beim Rückbau der entsprechenden Bauteile oder der gesamten kerntechnischen Anlage muss das Bauteil behandelt werden, beispielsweise durch eine Wasserstrahlbehandlung bzw. -reinigung. Hier wird die Oberfläche mit einem Wasserstrahl von hohem Druck beaufschlagt somit die Oberfläche behandelt, insbesondere gereinigt und/oder abgetragen. Da es bis heute keine zuverlässigen automatischen Verfahren hierzu gibt, erfolgt diese Behandlung oftmals manuell. Hierzu wird von einer Person manuell in Schutzausrüstung die Behandlung durchgeführt. Dies ist mit erheblichen Belastungen und potentiell auch Gefährdungen der Person verbunden, gleichzeitig ist die Sicht auf das Bauteil durch den entstehenden Wassernebel oft getrübt, so dass regelmäßig die Reinigungsleistung ungenügend ist und eine Nachreinigung notwendig ist. Darüber setzt sich die Person grundsätzlich einer möglichen Strahlendosis aus, die auf das mindestmögliche Maß beschränkt werden soll. In nuclear facilities, radiological surface contamination of components can occur, which can lead, on the one hand, to radiological contamination on the surface and, on the other hand, to contamination of a layer of the component close to the surface, for example by incorporating the radiological contamination in a layer of paint applied to the surface or else through the formation of an oxide layer on the surface of the component. Particularly when dismantling the corresponding components or the entire nuclear facility, the component must be treated, for example by water jet treatment or cleaning. Here the surface is subjected to a high-pressure water jet and the surface is treated, in particular cleaned and/or removed. Since there are still no reliable automatic procedures for this, this treatment is often done manually. For this purpose, the treatment is carried out manually by a person wearing protective equipment. This is associated with considerable stress and potential danger to the person. At the same time, the view of the component is often clouded by the resulting water mist, so that the cleaning performance is regularly insufficient and subsequent cleaning is necessary. In principle, the person is exposed to a possible radiation dose, which should be limited to the minimum possible level.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Proceeding from this, the present invention is based on the object of at least partially overcoming the disadvantages known from the prior art.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet. The task is solved using the features of the independent claim. The dependent claims are aimed at advantageous further developments.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche eines Bauteils, umfasst die folgenden Schritte: a) Einspannen des radioaktiv kontaminierten Bauteils mit mindestens einem Spannelement an einer Bauteilaufnahme; b) Autonomes Erfassen der Oberfläche des eingespannten Bauteils mit einer Laserscaneinheit durch Bewegen eines Roboterarms relativ zum Bauteil, der einen Werkzeugkopf mit der Laserscaneinheit umfasst, zur Generierung eines Oberflächendatensatzes des eingespannten Bauteils umfassend Oberflächendaten des Bauteils und des mindestens einen Spannelements; c) Erzeugen eines dreidimensionalen Bauteildatensatzes des eingespannten Bauteils aus dem Oberflächendatensatz, wobei die Oberflächendaten des mindestens einen in Schritt a) verwendeten Spannelements nicht in den Bauteildatensatz einfließen; d) Autonomes Festlegen eines Betätigungsweges für eine an einem Werkzeugkopf des Roboterarms befestigte Wasserstrahldüseneinheit mit mindestens einer Wasserstrahldüse, wobei der Betätigungsweg eine dreidimensionale Bewegungsbahn, zugehörige ortsabhängige Orientierungsdaten des Werkzeugkopfes und eine zugehörige ortsabhängige Bewegungsgeschwindigkeit des Roboterarms und ortsabhängige Betriebsparameter der Wasserstrahldüseneinheit umfasst; und e) Autonomes Bewegen des Roboterarms und des Werkzeugkopfes und Betätigen der Wasserstrahldüseneinheit entsprechend dem Betätigungsweg, wobei während der Schritte b) bis e) das Bauteil mit der Bauteilaufnahme verbunden bleibt und wobei in Schritt d) der Betätigungsweg basierend auf zumindest folgenden Parametern festgelegt wird: dem Bauteildatensatz des eingespannten Bauteils und einem Wirkparameter eines mit den Betriebsparametern durch die Wasserstrahldüseneinheit auf der Oberfläche des Bauteils erzeugten Wasserstrahls.The method according to the invention for treating a surface of a component comprises the following steps: a) clamping the radioactively contaminated component with at least one clamping element on a component holder; b) autonomously detecting the surface of the clamped component with a laser scanning unit by moving a robot arm relative to the component, which includes a tool head with the laser scanning unit, to generate a surface data set of the clamped component comprising surface data of the component and the at least one clamping element; c) generating a three-dimensional component data set of the clamped component from the surface data set, wherein the surface data of the at least one clamping element used in step a) is not included in the component data set; d) autonomously determining an actuation path for a water jet nozzle unit attached to a tool head of the robot arm with at least one water jet nozzle, the actuation path comprising a three-dimensional movement path, associated location-dependent orientation data of the tool head and an associated location-dependent movement speed of the robot arm and location-dependent operating parameters of the water jet nozzle unit; and e) autonomously moving the robot arm and the tool head and actuating the water jet nozzle unit according to the actuation path, wherein during steps b) to e) the component remains connected to the component holder and wherein in step d) the actuation path is determined based on at least the following parameters: the component data set of the clamped component and an effective parameter of a water jet generated with the operating parameters by the water jet nozzle unit on the surface of the component.
Die Schritte a) bis e) sind in zeitlicher Reihenfolge angeordnet, es erfolgt also immer eine Abfolge der Schritte a), b), c), d) und e). Nach dem Einspannen des Bauteils in Schritt a) wird das Bauteil als das eingespannte Bauteil bezeichnet. Das Bauteil kann eine beliebige Form und/oder Größe aufweisen, wobei gewährleistet sein muss, dass der Roboterarm so bewegt werden kann, dass die Oberfläche des Bauteils in Schritt e) mit dem entsprechenden Wasserstrahl erreicht werden kann. Bisher hat es sich als schwierig erwiesen, beliebige und damit in Form und Größe variable Bauteile, automatisch oder autonom zu behandeln. Insbesondere ist es bei beliebigen Bauteilen, die sich grundlegend in Form und Geometrie unterscheiden können, grundsätzlich nicht möglich, bei der Festlegung einer Bewegungsbahn eines Behandlungswerkzeugs wie einer Wasserstrahldüse auf historische Daten zurückzugreifen, da es diese nicht gibt oder das Verfahren ausschließlich für ähnliche bzw. identische Bauteile möglich wäre. Alternativ musste dann auf eine manuelle Behandlung zurückgegriffen werden, die jedoch oft nachteilig ist, insbesondere, wenn das Bauteil radioaktiv kontaminiert ist, da dann das Personal, welches die manuelle Behandlung ausführt, eine Strahlendosis akkumulieren kann. Bei der manuellen Behandlung von radioaktiv kontaminierten Bauteilen ist zudem eine den Strahlenschutzvorschriften und gegebenenfalls anderen Arbeitsschutzerfordernissen entsprechende Schutzausrüstung zu tragen, die die Arbeit für das Personal weiter erschwert. Zudem erschwert der bei der Wasserstrahlbehandlung entstehende Sprühnebel eine genaue Sicht auf das Bauteil, so dass oftmals die Behandlung nicht ausreichend ist und eine erneute Behandlung erfolgen musste. Steps a) to e) are arranged in chronological order, so there is always a sequence of steps a), b), c), d) and e). After clamping the component in step a), the component is referred to as the clamped component. The component can have any shape and/or size, although it must be ensured that the robot arm can be moved in such a way that the surface of the component can be reached in step e) with the appropriate water jet. So far, it has proven difficult to treat arbitrary components, which vary in shape and size, automatically or autonomously. In particular, for any components that can differ fundamentally in shape and geometry, it is fundamentally not possible to rely on historical data when determining a movement path of a treatment tool such as a water jet nozzle, since this does not exist or the method only applies to similar or identical ones components would be possible. Alternatively, manual treatment had to be resorted to, but this is often disadvantageous, especially if the component is radioactively contaminated, as the personnel carrying out the manual treatment can then accumulate a radiation dose. When manually treating radioactively contaminated components, protective equipment that complies with radiation protection regulations and, if necessary, other occupational health and safety requirements must also be worn, which further complicates the work for the personnel. In addition, the spray mist created during water jet treatment makes it difficult to see the component accurately, so that the treatment is often not sufficient and treatment has to be carried out again.
Die Wasserstrahldüseneinheit umfasst mindestens eine Wasserstrahldüse, aus der im Betrieb ein Reinigungsfluid umfassend Wasser austragbar ist. In Schritt b) erfolgt ein autonomes Erfassen der Oberfläche des Bauteils mit einer Laserscantechnik. Hierbei wird eine Laserscaneinheit eingesetzt, durch die die Oberfläche zeilenartig mit einem Laserstrahl überstrichen und die vom Bauteil reflektierte Laserstrahlung in einer entsprechenden Kamera der Laserscaneinheit erfasst wird. Die Laserscaneinheit wird dabei durch einen Roboterarm bewegt, der insbesondere sechs Bewegungsachsen aufweist. Aus den durch die Laserscaneinheit gesammelten Daten wird ein Oberflächendatensatz des Bauteils generiert. Dieser umfasst zumindest die sichtbare Oberfläche des Bauteils und die sichtbare Oberfläche des mindestens einen Spannelements. Er umfasst nicht die nicht sichtbare Oberfläche des Bauteils, die beispielsweise durch ein Spannelement verdeckt ist oder die auf der Oberfläche der Bauteilaufnahme aufliegt. Der Begriff „autonomes Erfassen" wird dabei so verstanden, dass während des Erfassungsvorgangs kein Eingriff eines Benutzers notwendig ist, sondern vielmehr automatisch dafür gesorgt wird, dass die gesamte sichtbare Oberfläche des Bauteils erfasst wird. The water jet nozzle unit comprises at least one water jet nozzle, from which a cleaning fluid comprising water can be discharged during operation. In step b), the surface of the component is recorded autonomously using laser scanning technology. Here, a laser scanning unit is used, through which the surface is scanned in lines with a laser beam and the laser radiation reflected by the component is recorded in a corresponding camera of the laser scanning unit. The laser scanning unit is moved by a robot arm, which in particular has six axes of movement. A surface data set of the component is generated from the data collected by the laser scanning unit. This includes at least the visible surface of the component and the visible surface of the at least one clamping element. It does not include the invisible surface of the component, which is covered, for example, by a clamping element or which rests on the surface of the component holder. The term “autonomous capture” is understood to mean that no user intervention is necessary during the capture process, but rather it automatically ensures that the entire visible surface of the component is captured.
In Schritt c) wird ein dreidimensionaler Bauteildatensatzes des eingespannten Bauteils aus dem Oberflächendatensatz erzeugt, wobei die Oberflächendaten des mindestens einen in Schritt a) verwendeten Spannelements nicht in den Bauteildatensatz einfließen. Der Bauteildatensatz stellt eine dreidimensionale Repräsentation des sichtbaren eingespannten Bauteils dar. Bei der Erstellung des Bauteildatensatzes werden also die Daten des mindestens einen Spannelementes eliminiert. Damit stellt der Bauteildatensatz eine Repräsentation des eingespannten Bauteils dar, welcher die einer Behandlung zugänglichen (sichtbaren) Oberflächenbereiche umfasst. In step c), a three-dimensional component data set of the clamped component is generated from the surface data set, with the surface data of the at least one clamping element used in step a) not being included in the component data set. The component data set represents a three-dimensional representation of the visible clamped component. When the component data set is created, the data of at least one clamping element is eliminated. The component data set thus represents a representation of the clamped component, which includes the (visible) surface areas accessible for treatment.
In Schritt d) wird ein Betätigungsweg für eine an dem Roboterarm befestigte Wasserstrahldüseneinheit festgelegt, wobei der Betätigungsweg eine durch den Roboterarm durchführbare dreidimensionale Bewegungsbahn, zugehörige ortsabhängige Orientierungsdaten des Werkzeugkopfes und eine ortsabhängiger Bewegungsgeschwindigkeit umfasst, sowie ortsabhängige Betriebsparameter der Wasserstrahldüseneinheit. Hierbei erfolgt die Festlegung des Betätigungsweges autonom, also ohne notwendigen Eingriff eines Benutzers, bevorzugt auf einem analytischen Wege und ohne Einsatz einer so genannten künstlichen Intelligenz. In step d), an actuation path is defined for a water jet nozzle unit attached to the robot arm, the actuation path comprising a three-dimensional movement path that can be carried out by the robot arm, associated location-dependent orientation data of the tool head and a location-dependent movement speed, as well as location-dependent operating parameters of the water jet nozzle unit. Here, the actuation path is determined autonomously, i.e. without the necessary intervention of a user, preferably in an analytical way and without the use of so-called artificial intelligence.
In Schritt e) werden der Roboterarm mit zugehörigem Werkzeugkopf autonom bewegt und die Wasserstrahldüseneinheit wird automatisch gemäß den ortsabhängigen Betriebsparametern betätigt, jeweils entsprechend dem Betätigungsweg. In step e), the robot arm with the associated tool head is moved autonomously and the water jet nozzle unit is automatically actuated according to the location-dependent operating parameters, each corresponding to the actuation path.
Durch die Verbindung des Bauteils mit der Bauteilaufnahme während der Schritte b) bis e) ist gewährleistet, dass zwischen der Erfassung der Oberflächendaten in Schritt b) und dem aktuellen Behandeln der Oberfläche in Schritt e) keine Lageänderung und/oder Positionsänderung des Bauteils oder des mindestens einen Spannelements erfolgt und eine eindeutige Zuordnung des Betätigungsweges zum Bauteil vorliegt. Zudem wird eine Bewegung des Bauteils bei der Behandlung in Schritt e) verhindert. Durch die Verbindung des Bauteils mit der Bauteilaufnahme während der Schritte b) bis e) wird gleichzeitig die Verwendung historischer Daten gewonnen basierend auf anderen Bauteilen überflüssig gemacht, so dass auf diese vorteilhaft verzichtet wird. Durch die Schritte b) bis e) soll eine möglichst effiziente Behandlung des Bauteils gewährleistet werden. Bevorzugt soll bei nur einem Durchgang der Wasserstrahldüseneinheit eine vollständige Behandlung der sichtbaren Oberfläche des Bauteils erreicht werden, die eine weitere oder wiederholte Behandlung der Oberfläche überflüssig macht. Um dies zu gewährleisten, wird in Schritt d) der Betätigungsweg basierend auf zumindest folgenden Parametern festgelegt: dem Bauteildatensatz des eingespannten Bauteils, und einem Wirkparameter eines mit den Betriebsparametern durch die Wasserstrahldüseneinheit auf der Oberfläche des Bauteils erzeugten Wasserstrahls.. The connection of the component to the component holder during steps b) to e) ensures that there is no change in position and/or position of the component or the at least between the acquisition of the surface data in step b) and the current treatment of the surface in step e). a clamping element takes place and there is a clear assignment of the actuation path to the component. In addition, movement of the component during treatment in step e) is prevented. By connecting the component to the component holder during steps b) to e), the use of historical data obtained based on other components is simultaneously made superfluous, so that this is advantageously dispensed with. Steps b) to e) are intended to ensure that the component is treated as efficiently as possible. Preferably, a complete treatment of the visible surface of the component should be achieved in just one pass of the water jet nozzle unit, which makes further or repeated treatment of the surface unnecessary. To ensure this, in step d) the actuation path is determined based on at least the following parameters: the component data set of the clamped component, and an effective parameter of a water jet generated with the operating parameters by the water jet nozzle unit on the surface of the component.
Bevorzugt erfolgt die Festlegung des Betätigungsweges basierend auf beiden genannten Parametern. Unter den Betriebsparametern wird insbesondere ein Abstand der Wasserstrahldüseneinheit beziehungsweise einer oder mehrerer Wasserstrahldüsen der Wasserstrahldüseneinheit von der Bauteiloberfläche, eine Bewegungsgeschwindigkeit der Wasserstrahldüseneinheit relativ zur Bauteiloberfläche und ein Anstellwinkel der Wasserstrahldüseneinheit, ein Volumenstrom des Reinigungsmittels durch die mindestens eine Wasserstrahldüse und bevorzugt ein Betriebsdruck der Wasserstrahldüseneinheit, ein Abstrahlwinkel (oder auch Kegelwinkel) der Wasserstrahldüseneinheit und/oder eine Drehzahl einer drehbaren Wasserstrahldüseneinheit verstanden. Ein Wirkparameter ist der Energieeintrag pro Oberfläche. Der Anstellwinkel ist definiert als eine Neigung der Wasserdüseneinheit relativ zur Normalen der Bauteiloberfläche im Punkt des Auftreffens des Wasserstahls. Unter dem Begriff Wasserstrahl wird grundsätzlich insbesondere auch ein Strahl eines Reinigungsmittels verstanden, welches Wasser umfasst. The actuation path is preferably determined based on both parameters mentioned. The operating parameters include, in particular, a distance of the water jet nozzle unit or one or more water jet nozzles of the water jet nozzle unit from the component surface, a movement speed of the water jet nozzle unit relative to the component surface and an angle of attack of the water jet nozzle unit, a volume flow of the cleaning agent through the at least one water jet nozzle and preferably an operating pressure of the water jet nozzle unit Beam angle (or cone angle) of the water jet nozzle unit and / or a speed of a rotatable water jet nozzle unit is understood. One effective parameter is the energy input per surface. The angle of attack is defined as an inclination of the water nozzle unit relative to the normal of the component surface at the point of impact of the water jet. The term water jet is fundamentally understood to mean, in particular, a jet of a cleaning agent which includes water.
Bevorzugt erfolgt Schritt d) so, dass basierend auf einem Ziel des Wirkparameters, also beispielsweise einem möglichst nur in kleinen Grenzen schwankenden Wirkparameter, beispielsweise einem Energieeintrag pro Oberfläche, der beispielsweise um maximal 10% um einen Mittelwert schwankt, der Betätigungsweg festgelegt wird, so dass sich der Wirkparameter in den genannten Grenzen bewegt. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Parameteranpassung, beispielsweise eine Kurvenanpassung (einen so genannten Fit) und/oder durch entsprechende Simulationen erfolgen. Der Betätigungsweg wird insbesondere so festgelegt, dass die gesamte mit der Behandlung erreichbare Oberfläche des Bauteils, also insbesondere ohne die Oberflächenbereiche, die durch das mindestens eine Spannelement abgedeckt sind oder die auf der Bauteilaufnahme aufliegen, behandelt wird. Step d) preferably takes place in such a way that the actuation path is determined based on a target of the active parameter, for example an active parameter that fluctuates, if possible, only within small limits, for example an energy input per surface that fluctuates, for example, by a maximum of 10% around an average value, so that the effective parameter moves within the limits mentioned. This can be done, for example, through an appropriate parameter adjustment, for example a curve adjustment (a so-called fit) and/or through appropriate simulations. The actuation path is determined in particular so that the entire surface of the component that can be reached with the treatment, i.e. in particular without the surface areas that are covered by the at least one clamping element or that rest on the component holder, is treated.
Bevorzugt wird in Schritt d) auch berücksichtigt, wenn bereits vorher eine Behandlung der Bauteiloberfläche stattgefunden hat, insbesondere dann, wenn das Bauteil umgespannt wurde, um nun Teile der Oberfläche zu erreichen, die vorher beispielsweise durch Spannelemente abgedeckt waren, und/oder um lediglich nachzureinigen, wenn die Oberflächenbehandlung nicht ausreichend war. Preferably, in step d) it is also taken into account if the component surface has already been treated beforehand, in particular if the component has been re-clamped in order to now reach parts of the surface that were previously covered, for example, by clamping elements, and/or in order to simply re-clean if the surface treatment was not sufficient.
Bei der Behandlung erfolgt insbesondere eine Oberflächenreinigung und/oder entschichtung, beispielsweise werden Filme von Fluiden wie beispielsweise Ölen oder ähnlichem entfernt, gleichzeitig werden bevorzugt Oxidschichten und/oder Lackschichten von der Oberfläche entfernt. During the treatment, in particular surface cleaning and/or stripping takes place, for example films of fluids such as oils or the like are removed, at the same time oxide layers and/or lacquer layers are preferably removed from the surface.
Das hier beschriebene erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine autonome Behandlung der Oberfläche eines beliebigen Bauteils, grundsätzlich ohne, dass ein menschlicher Eingriff nach Einspannen des Bauteils in Schritt a) notwendig ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine große Stückzahl von Bauteilen behandelt werden muss und um eine Strahlenexposition des Benutzers wirkungsvoll zu reduzieren. The method according to the invention described here allows autonomous treatment of the surface of any component, in principle without human intervention being necessary after clamping the component in step a). This is particularly advantageous when a large number of components have to be treated and in order to effectively reduce the user's exposure to radiation.
Bevorzugt ist die Bauteilaufnahme um eine Rotationsachse rotierbar und eine Rotationsbewegung der Bauteilaufnahme wird bei der Festlegung des Betätigungsweges in Schritt d) und in Schritt e) berücksichtigt. Hier dient dann die Rotationsachse der Bauteilaufnahme als siebte Bewegungsachse zusätzlich zu den sechs Bewegungsachsen des Roboterarms. Bevorzugt ist die Bauteilaufnahme als ein Tisch mit einer rotierbaren Spannplatte ausgebildet. Die Spannplatte ist bevorzugt abnehmbar und über ein Nullpunktspannsystem definiert mit einem Motor oder einer Motoreinheit verbindbar. The component holder is preferably rotatable about a rotation axis and a rotational movement of the component holder is taken into account when determining the actuation path in step d) and in step e). Here, the rotation axis of the component holder then serves as the seventh axis of movement in addition to the six movement axes of the robot arm. The component holder is preferably designed as a table with a rotatable clamping plate. The clamping plate is preferably removable and can be connected to a motor or a motor unit in a defined manner via a zero-point clamping system.
Bevorzugt werden nach Schritt e) folgende Schritte durchgeführt: f) Lösen des mindestens einen Spannelements; g) neues Einspannen des Bauteils an der Bauteilaufnahme mit mindestens einem Spannelement, wobei sich mindestens eine der Positionen eines Spannelementes relativ zum Bauteil von der in Schritt a) gewählten Position eines Spannelementes relativ zum Bauteil unterscheidet; h) Automatisches Erfassen der Oberfläche des eingespannten Bauteils mit einer Laserscantechnik zur Generierung eines geänderten Oberflächendatensatzes des eingespannten Bauteils; i) Durchführen der Schritte d) und e); wobei während Schritt d) bei der Bestimmung des Betätigungsweges der geänderte Oberflächendatensatz und gegebenenfalls ein früherer Betätigungsweg berücksichtigt wird. Schritt h) umfasst hier bevorzugt eine Art Grobscan des Bauteils, um lediglich Daten im dreidimensionalen Bauteilsatz ergänzen zu können, falls notwendig. Unter einem Grobscan wird eine Datenerfassung verstanden, bei der die Ortsauflösung und ggf. die Signalauflösung des durch die Kamera erfassten Signals im Vergleich zur in Schritt b) verwendeten Auflösung reduziert wird. The following steps are preferably carried out after step e): f) loosening the at least one clamping element; g) new clamping of the component on the component holder with at least one clamping element, whereby at least one of the positions of a clamping element relative to the component differs from the position of a clamping element relative to the component selected in step a); h) Automatically detecting the surface of the clamped component using a laser scanning technique to generate a modified surface data set of the clamped component; i) performing steps d) and e); wherein during step d) the changed surface data set and, if necessary, an earlier actuation path are taken into account when determining the actuation path. Step h) here preferably includes a kind of rough scan of the component in order to only be able to supplement data in the three-dimensional component set if necessary. A coarse scan is understood to mean data acquisition in which the spatial resolution and, if applicable, the signal resolution of the signal captured by the camera is reduced compared to the resolution used in step b).
Hierdurch kann nach einem Umspannen des Bauteiles eine Behandlung auch der Oberflächen erfolgen, die vorher von dem mindestens einen Spannelement abgedeckt waren, ohne, dass außer dem Umspannen des Bauteils ein weiterer manueller Eingriff notwendig wäre. As a result, after the component has been re-clamped, the surfaces that were previously covered by the at least one clamping element can also be treated, without any further manual intervention apart from re-clamping the component being necessary.
Bevorzugt wird während Schritt g) die Position des Bauteils relativ zur Bauteilaufnahme geändert und vor Schritt i) eine Detektion der Positionsänderung des Bauteils durchgeführt. Die Detektion umfasst hier bevorzugt eine Erfassung durch die Laserscaneinheit. Alternative oder zusätzliche Ansätze sind möglich. So kann auch bei einer Lageänderung des Bauteils auf der Bauteilaufnahme autonom ein Betätigungsweg festgelegt werden, der es insbesondere auch erlaubt, die Oberflächen zu reinigen, die vorher auf der Bauteilaufnahme auflagen oder die durch ein Spannelement verdeckt waren. Preferably, the position of the component is changed relative to the component holder during step g) and a detection of the change in position of the component is carried out before step i). The detection here preferably includes detection by the laser scanning unit. Alternative or additional approaches are possible. In this way, even if the position of the component on the component holder changes, an actuation path can be determined autonomously, which in particular also allows the surfaces that previously rested on the component holder or that were covered by a clamping element to be cleaned.
Bevorzugt wird bei der erneuten Bestimmung des Betätigungsweges ein früherer Betätigungsweg berücksichtigt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein neues Einspannen des Bauteils (Schritt g)) erfolgt ist. So kann der Betätigungsweg so bestimmt werden, dass ein früherer Behandlungsvorgang berücksichtigt wird, um so die für die Behandlung notwendige Zeit zu reduzieren. When determining the actuation path again, an earlier actuation path is preferably taken into account. This is particularly advantageous if the component has been clamped again (step g)). So the actuation path can be like this It can be determined that an earlier treatment process is taken into account in order to reduce the time required for the treatment.
Bevorzugt umfassen die Betriebsparameter der Wasserstrahldüseneinheit mindestens einen der folgenden Parameter: The operating parameters of the water jet nozzle unit preferably include at least one of the following parameters:
A) den an der Wasserstrahldüseneinheit anliegenden Wasserdruck; A) the water pressure applied to the water jet nozzle unit;
B) einen Anstellwinkel der Wasserstrahldüseneinheit relativ zur behandelten Oberfläche des Bauteils; B) an angle of attack of the water jet nozzle unit relative to the treated surface of the component;
C) eine Vorschubgeschwindigkeit der Wasserstrahldüseneinheit; C) a feed speed of the water jet nozzle unit;
D) eine Strahlkegelcharakteristik der Wasserstrahldüseneinheit; D) a jet cone characteristic of the water jet nozzle unit;
E) ein Abstand der mindestens einen Wasserstrahldüse der Wasserstrahldüseneinheit relativ zur behandelten Oberfläche; E) a distance of the at least one water jet nozzle of the water jet nozzle unit relative to the treated surface;
F) eine Rotationsgeschwindigkeit der Wasserstrahldüseneinheit; und F) a rotation speed of the water jet nozzle unit; and
G) ein durch die Wasserstrahldüseneinheit abzugebender Volumenstrom an Reinigungsfluid G) a volume flow of cleaning fluid to be delivered by the water jet nozzle unit
Der an der Wasserstrahldüseneinheit anliegende Wasserdruck und der Abstand der mindestens einen Wasserstrahldüse der Wasserstrahldüseneinheit, insbesondere der Austrittsöffnung der jeweiligen Wasserstrahldüse von der Oberfläche, sowie der Volumenstrom an Reinigungsfluid, der durch die mindestens eine Wasserstrahldüse der Wasserstrahldüseneinheit ausgetragen wird, beeinflussen direkt den Impuls, den der Wasserstrahl beim Auftreffen auf die Oberfläche des Bauteils auf die Bauteiloberfläche ausübt. Dies gilt auch für die Strahlkegelcharakteristik, die insbesondere als ein Kegelwinkel des durch die Wasserstrahldüseneinheit erzeugten Wasserstrahls verstanden wird, da dadurch die Auftrefffläche des Wasserstrahls bei konstantem Abstand zur Bauteiloberfläche verändert wird. Die Wasserstrahldüseneinheit kann eine Veränderung des Kegelwinkels und der Strahlkegelcharakteristik erlauben oder diese sind konstruktiv vorgeben. Der Anstellwinkel der Wasserstrahldüseneinheit erlaubt eine Definition der Richtung des Impulseintrags in die Oberfläche. Die Richtung kann bei einer rotierbaren Wasserstrahldüseneinheit durch die Rotation variiert und über die Rotationsgeschwindigkeit kontrolliert geändert werden. The water pressure applied to the water jet nozzle unit and the distance of the at least one water jet nozzle of the water jet nozzle unit, in particular the outlet opening of the respective water jet nozzle, from the surface, as well as the volume flow of cleaning fluid, which is discharged through the at least one water jet nozzle of the water jet nozzle unit, directly influence the impulse that the Water jet exerts on the component surface when it hits the surface of the component. This also applies to the jet cone characteristic, which is understood in particular as a cone angle of the water jet generated by the water jet nozzle unit, since this changes the impact area of the water jet at a constant distance from the component surface. The water jet nozzle unit can allow a change in the cone angle and the jet cone characteristics or these can be specified in the design. The angle of attack of the water jet nozzle unit allows the direction of the pulse input into the surface to be defined. With a rotatable water jet nozzle unit, the direction can be varied by rotation and changed in a controlled manner via the rotation speed.
Bevorzugt wird die Wasserstrahldüseneinheit mit einem Reinigungsfluid umfassend Wasser bei einem Druck von mindestens 500 bar beaufschlagt. Mit der Wasserstrahldüseneinheit wird also insbesondere ein Höchstdruck-Wasserstrahlverfahren beziehungsweise ein Ultra-Hochdruck (UHD) Wasserstrahlverfahren umgesetzt. Hierdurch kann auch eine Entschichtung der Oberfläche erreicht werden. Der Wasserdruck liegt hier bevorzugt bei mindestens 1.500 bar, insbesondere bei bis zu 3.000 bar, 4.000 bar oder sogar 6.000 bar. Der Druck wird dabei insbesondere an die notwendige Behandlung angepasst, also insbesondere abhängig von der Frage, ob die Oberfläche des Bauteils zu reinigen ist und wenn ja von welchen Stoffen oder ob eine Entschichtung einer Oxidschicht und/oder eine Lackschicht vorgenommen werden soll. The water jet nozzle unit is preferably supplied with a cleaning fluid comprising water at a pressure of at least 500 bar. With the Water jet nozzle unit, in particular, a high-pressure water jet process or an ultra-high pressure (UHD) water jet process is implemented. This can also achieve a decoating of the surface. The water pressure here is preferably at least 1,500 bar, in particular up to 3,000 bar, 4,000 bar or even 6,000 bar. The pressure is adapted in particular to the necessary treatment, i.e. in particular depending on the question of whether the surface of the component needs to be cleaned and, if so, from which substances or whether an oxide layer and/or a lacquer layer should be removed.
Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang weiterhin, dass das Reinigungsfluid mindestens einen Zusatzstoff ausgewählt aus einer Liste umfassend mindestens ein Tensid, mindestens eine Säure, mindestens eine Base, mindestens ein organisches Lösungsmittel und mindestens ein Strahlmittelumfasst. Durch den Einsatz mindestens eines Tensids kann die Reinigung der Oberfläche von Flüssigkeiten, die sich normalerweise nicht mit Wasser vermischen, verbessert werden. Dies betrifft beispielsweise die Reinigung von Ölen etc. Die Zugabe einer Säure wie beispielsweise Salzsäure oder einer Base wie beispielsweise Natriumhydroxid erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von der Oberfläche des Bauteils und der zu entfernenden Stoffe auf der Oberfläche. So wird beispielsweise bevorzugt eine Säure eingesetzt, wenn Kalkablagerungen entfernt werden sollen. Sollen beispielsweise organische Stoffe entfernt werden, wird bevorzugt eine Base oder Alkalie zugegeben. Unter einem Strahlmittel wird hier ein abrasives Strahlmittel verstanden, welches Partikel umfasst, die mit ihrem eigenen Impuls auf die Oberfläche einwirken. Hierzu werden beispielsweise bevorzugt Glasperlen, Keramikkugeln, Mineralien und/oder Edelstahlpartikel eingesetzt. Auch kann ein organisches Lösungsmittel wie beispielsweise Alkohol, Aceton und Butylglycol bevorzugt eingesetzt werden, insbesondere zum Reinigen der Oberfläche des Bauteils von fetthaltigen Verschmutzungen und/oder Lacken. In this context, it is further preferred that the cleaning fluid comprises at least one additive selected from a list comprising at least one surfactant, at least one acid, at least one base, at least one organic solvent and at least one blasting agent. By using at least one surfactant, the cleaning of the surface of liquids that do not normally mix with water can be improved. This applies, for example, to the cleaning of oils etc. The addition of an acid such as hydrochloric acid or a base such as sodium hydroxide is preferably carried out depending on the surface of the component and the substances on the surface to be removed. For example, an acid is preferably used if limescale deposits need to be removed. If, for example, organic substances are to be removed, a base or alkali is preferably added. Here, a blasting agent is understood to mean an abrasive blasting agent that includes particles that act on the surface with their own momentum. For this purpose, glass beads, ceramic balls, minerals and/or stainless steel particles are preferably used. An organic solvent such as alcohol, acetone and butyl glycol can also preferably be used, in particular for cleaning the surface of the component from greasy dirt and/or paint.
Bevorzugt wird in Schritt d) aus dem Bauteildatensatz manuell eine zu reinigende Teilmenge ausgewählt. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine manuell auswählbare Nachreinigung eines Teilbereichs der Oberfläche des Bauteils. In step d), a subset to be cleaned is preferably manually selected from the component data set. This advantageously enables a manually selectable subsequent cleaning of a portion of the surface of the component.
Bevorzugt wird überwacht, ob die Wasserstrahldüseneinheit mit dem Bauteil kollidiert und bei Feststellung einer Kollision die Behandlung abgebrochen wird. Dies kann beispielsweise durch einen Kontaktschalter an der Wasserstrahldüseneinheit erreicht werden, der ein entsprechendes Signal bei Kontakt der Wasserstrahldüseneinheit mit dem Bauteil bereitstellt oder über eine Überwachung des Verhaltens der einzelnen Achsen des Roboterarms und/oder des Werkzeugkopfes, da hier ein Widerstand de- tektiert werden kann. Preferably, it is monitored whether the water jet nozzle unit collides with the component and if a collision is detected, the treatment is stopped. This can can be achieved, for example, by a contact switch on the water jet nozzle unit, which provides a corresponding signal when the water jet nozzle unit comes into contact with the component, or by monitoring the behavior of the individual axes of the robot arm and / or the tool head, since resistance can be detected here.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum automatischen Reinigen eines Bauteils vorgeschlagen, umfassend According to a further aspect of the invention, a device for automatically cleaning a component is proposed, comprising
■ einen Roboterarm mit sechs Bewegungsachsen zur Bewegung eines Werkzeugkopfes und ■ a robot arm with six movement axes for moving a tool head and
■ eine Bauteilaufnahme, die um eine Rotationsachse drehbar ist, wobei der Werkzeugkopf eine Wasserstrahldüseneinheit mit mindestens einer Wasserstrahldüse und eine Laserscaneinheit umfasst, wobei eine Steuereinheit ausgebildet ist, die mit der Laserscaneinheit und der Wasserstrahldüseneinheit steuernd verbindbar ist, wobei die Steuereinheit so angepasst ist, dass sie die Schritte des Verfahrens wie hier beschrieben ausführen kann. ■ a component holder that can be rotated about an axis of rotation, the tool head comprising a water jet nozzle unit with at least one water jet nozzle and a laser scanning unit, a control unit being formed which can be connected in a control manner to the laser scanning unit and the water jet nozzle unit, the control unit being adapted so that she can carry out the steps of the procedure as described here.
Die Laserscaneinheit umfasst insbesondere eine Laserquelle, die einen Linienförmigen Laserstrahl auf der Bauteiloberfläche erzeugt und eine Kamera, die die dadurch entstehenden Bilder aufnimmt. Der Laserstrahl wird bevorzugt über die Oberfläche des Bauteils bewegt, um einen vollständigen Oberflächendatensatz zu erzeugen. The laser scanning unit includes in particular a laser source that generates a line-shaped laser beam on the component surface and a camera that records the resulting images. The laser beam is preferably moved over the surface of the component in order to generate a complete surface data set.
Bevorzugt umfasst der Werkzeugkopf weiterhin eine offen- und schließbare Abdeckung, mit der die Laserscaneinheit abdeckbar ist. Dies ermöglicht einen Schutz der Laserscaneinheit vor dem aus der Wasserstrahldüseneinheit austretenden Reinigungsfluidstrahl bzw. Wasserstrahl, in der Umgebung vorkommenden Partikeln und/oder Wassernebel. Die Abdeckung ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie auch bei hohen Drücken des Reinigungsmittelstrahls die Laserscaneinheit dichtend abdeckt, so dass auch bei sehr hohen Drücken von bis zu 6.000 bar die Lasereinheit sicher geschützt ist. The tool head preferably further comprises an openable and closable cover with which the laser scanning unit can be covered. This enables the laser scanning unit to be protected from the cleaning fluid jet or water jet emerging from the water jet nozzle unit, particles occurring in the environment and/or water mist. The cover is preferably designed in such a way that it sealingly covers the laser scanning unit even at high pressures of the cleaning agent jet, so that the laser unit is reliably protected even at very high pressures of up to 6,000 bar.
Der Roboterarm umfasst weiterhin bevorzugt entsprechende Leitungen, über die insbesondere die Wasserstrahldüseneinheit mit Reinigungsmittel versorgbar ist, Druckluft zum Werkzeugkopf führbar ist, eine Energieversorgung herstellbar ist und Steuerleitungen zum Transfer von Daten. Der Werkzeugkopf ist bevorzugt innen mit einem Gas, insbesondere Luft, beaufschlagbar, dessen Druck über dem Umgebungsdruck liegt. So kann vorteilhafter Weise das Eindringen von Schmutz und Wasser bzw. Reinigungsfluid von außen in den Werkzeugkopf verhindert werden. The robot arm preferably further comprises corresponding lines through which the water jet nozzle unit in particular can be supplied with cleaning agent, Compressed air can be fed to the tool head, a power supply can be produced and control lines for transferring data. The tool head can preferably be acted upon internally with a gas, in particular air, whose pressure is above the ambient pressure. In this way, the penetration of dirt and water or cleaning fluid from outside into the tool head can advantageously be prevented.
Bevorzugt ist die Wasserstrahldüseneinheit übereinen Kollisionsschutz am Werkzeugkopf angebunden ist. Bevorzugt umfasst der Kollisionsschutz wenigstens ein Federelement und/oder insbesondere zusätzlich einen Kontaktschalter. Durch die Ausbildung eines mechanischen Kollisionsschutzes insbesondere umfassend mindestens ein Federelement, jeweils umfassend bevorzugt mindestens eine Druckfeder, kann eine Beschädigung der Wasserstrahldüseneinheit verhindert werden. Durch den Kontaktschalter kann bevorzugt eine entsprechende Kollisionswarnung ausgegeben und die Behandlung wird bevorzugt abgebrochen. Alternativ kann über die Überwachung der Antriebe von Roboterarm und/oder Werkzeugkopf eine Überwachung realisiert werden, die einen der Bewegung entgegenwirkenden Widerstand detektiert. Dies kann dann als Kollisionswarnung genutzt werden, um gegebenenfalls die Behandlung abzubrechen. The water jet nozzle unit is preferably connected to the tool head via collision protection. The collision protection preferably comprises at least one spring element and/or in particular additionally a contact switch. By designing a mechanical collision protection, in particular comprising at least one spring element, each preferably comprising at least one compression spring, damage to the water jet nozzle unit can be prevented. The contact switch can preferably be used to issue a corresponding collision warning and the treatment is preferably aborted. Alternatively, monitoring can be implemented by monitoring the drives of the robot arm and/or tool head, which detects resistance that counteracts the movement. This can then be used as a collision warning in order to abort the treatment if necessary.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste", „zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. As a precaution, it should be noted that the number words used here (“first”, “second”, ...) primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or order of these objects, sizes or prescribe processes to each other. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it will be obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen: The invention and the technical environment are explained in more detail below using the figures. It should be noted that the invention is not intended to be limited by the exemplary embodiments shown. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description and/or figures. In particular, it should be noted that the figures and in particular those shown Size relationships are only schematic. The same reference numbers designate the same objects, so that explanations from other figures can be used in addition if necessary. Show it:
Fig. 1 schematisch eine Ansicht einer Vorrichtung zum Behandeln der Oberfläche eines Bauteils; 1 shows a schematic view of a device for treating the surface of a component;
Fig. 2 ein Detail eines eingespannten Bauteils; Fig. 2 shows a detail of a clamped component;
Fig. 3 schematisch beispielhaft eine Bewegungsbahn; Fig. 3 shows a schematic example of a movement path;
Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen einer Wasserstrahldüseneinheit;.4 and 5 schematic representations of a water jet nozzle unit.
Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf eine Wasserstrahldüseneinheit. Fig. 6 is a schematic top view of a water jet nozzle unit.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum automatischen Behandeln eines radioaktiv kontaminierten Bauteils 2, beispielsweise aus dem Rückbau einer kerntechnischen Anlage, umfassend einen Roboterarm 3 mit sechs Bewegungsachsen zur Bewegung eines Werkzeugkopfes 4 und eine Bauteilaufnahme 5, die um eine Rotationsachse 6 drehbar ist. Das Bauteil 2 kann dabei eine beliebige Form und Größe aufweisen. Bevorzugt ist die Größe des Bauteils 2 an den Bewegungsradius des Roboterarms 3 angepasst. Das Bauteil 2 wird durch eine Hochdruckwasserstrahlbehandlung behandelt, insbesondere gereinigt und/oder entschichtet. Unter einer Hochdruckwasserstrahlbehandlung wird im Kontext dieses Dokumentes die Behandlung des Bauteils 2 mit einem Strahl aus einem Reinigungsfluid umfassend Wasser verstanden, welches mit einem Druck von wenigstens 500 bar, bevorzugt wenigstens 1.000 bar oder sogar wenigstensl .500 bar oder sogar wenigstens 2.500 bar aus der Wasserstrahldüseneinheit ausgetragen wird. Hierdurch werden beispielsweise auf der Oberfläche des Bauteils 2 anhaftende Partikel oder Fluide entfernt und/oder eine Entschichtung der Oberfläche des Bauteils 2 durchgeführt. Insbesondere kann durch die Behandlung eine Lackschicht und/oder eine Oxidschicht von der Oberfläche des Bauteils 2 entfernt werden. Dazu umfasst der Werkzeugkopf 4 eine Wasserstrahldüseneinheit 7 und eine Laserscaneinheit 8. Die Wasserstrahldüseneinheit 7 umfasst eine oder mehrere Wasserstrahldüsen, ein Beispiel einer Wasserstrahldüseneinheit 7 ist in Fig. 5 gezeigt. Die Laserscaneinheit 8 ist durch eine Abdeckung 9 automatisch öffenbar und verschließbar, um die Laserscaneinheit 8 beispielsweise vor Wasser oder durch das Wasser von der Oberfläche des Bauteils gelösten Partikeln im geschlossenen Zustand zu schützen oder aber eine Benutzung der Laserscaneinheit 8 im geöffneten Zustand zu ermöglichen. Fig. 1 shows schematically a device 1 for automatically treating a radioactively contaminated component 2, for example from the dismantling of a nuclear facility, comprising a robot arm 3 with six axes of movement for moving a tool head 4 and a component holder 5, which is rotatable about an axis of rotation 6. The component 2 can have any shape and size. The size of the component 2 is preferably adapted to the radius of movement of the robot arm 3. The component 2 is treated, in particular cleaned and/or stripped, by a high-pressure water jet treatment. In the context of this document, high-pressure water jet treatment is understood to mean the treatment of the component 2 with a jet of a cleaning fluid comprising water, which comes from the water jet nozzle unit at a pressure of at least 500 bar, preferably at least 1,000 bar or even at least 1,500 bar or even at least 2,500 bar is carried out. In this way, for example, particles or fluids adhering to the surface of the component 2 are removed and/or the surface of the component 2 is stripped of the coating. In particular, the treatment can remove a lacquer layer and/or an oxide layer from the surface of the component 2. For this purpose, the tool head 4 comprises a water jet nozzle unit 7 and a laser scanning unit 8. The water jet nozzle unit 7 comprises one or more water jet nozzles; an example of a water jet nozzle unit 7 is shown in FIG. 5. The laser scanning unit 8 can be opened and closed automatically by a cover 9, in order to protect the laser scanning unit 8, for example, from water or particles released by the water from the surface of the component in the closed state or to enable the laser scanning unit 8 to be used in the open state.
Die Bauteilaufnahme 5 ist als eine Spannplatte 10 ausgebildet, die motorisch gegenüber einer Basiseinheit 11 um die Rotationsachse 6 gedreht werden. Der entsprechende Motor 12 ist in die Basiseinheit 11 integriert. Die Spannplatte 10 weist mehrere Nuten 13, insbesondere T-Nuten und Gewindelöcher 37, die der Übersichtlichkeit halber nur zum Teil mit Bezugszeichen versehen sind, auf, in denen Spannelemente (in Fig. 1 nicht gezeigt) fixiert werden können, mit denen das Bauteil 2 an der Bauteilaufnahme 5 einspannbar ist. Durch das Einspannen des Bauteils 2 ist dieses fest mit der Bauteilaufnahme 5 verbunden. Eine Rotation der Spannplatte 10 der Bauteilaufnahme 5 um die Rotationsachse 6 bewirkt damit ebenfalls eine Rotation des Bauteils 2 um die Rotationsachse 6. Durch das Einspannen mit den Spannelementen ist auch gewährleistet, dass bei der Wasserstrahlbehandlung eine Verschiebung des Bauteils 2 nicht erfolgen kann. The component holder 5 is designed as a clamping plate 10, which is rotated by a motor about the axis of rotation 6 relative to a base unit 11. The corresponding motor 12 is integrated into the base unit 11. The clamping plate 10 has a plurality of grooves 13, in particular T-slots and threaded holes 37, which are only partially provided with reference numbers for the sake of clarity, in which clamping elements (not shown in FIG. 1) can be fixed, with which the component 2 can be clamped on the component holder 5. By clamping the component 2, it is firmly connected to the component holder 5. A rotation of the clamping plate 10 of the component holder 5 about the axis of rotation 6 also causes a rotation of the component 2 about the axis of rotation 6. Clamping with the clamping elements also ensures that the component 2 cannot be displaced during the water jet treatment.
Der Roboterarm 3 stellt einen sechsachsigen Industrieroboter dar, der sechs angetriebene Achsen zur Bewegung und Ausrichtung des Werkzeugkopfes aufweist. Die Rotationsachse 6 der Bauteilaufnahme 5 stellt somit die siebte angetriebene Achse der Vorrichtung 1 dar. The robot arm 3 represents a six-axis industrial robot that has six driven axes for moving and aligning the tool head. The axis of rotation 6 of the component holder 5 thus represents the seventh driven axis of the device 1.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 14, die über Steuerleitungen 15 steuernd mit dem Roboterarm 3 und über diesen mit dem Werkzeugkopf 7, sowie dem Motor 12 verbindbar ist. Unter einer steuernden Verbindung wird verstanden, dass die Steuereinheit 14 den Roboterarm 3, den Werkzeugkopf 4 und den Motor 12 steuern kann, um so eine bestimmte Relativbewegung zwischen Werkzeugkopf 4 und Bauteil 2 und eine entsprechende Betätigung der Wasserstrahldüseneinheit 7 verstanden. Die Steuerleitungen 15 können sowohl über eine Kabel- und/oder Faserverbindung als auch durch elektromagnetische Wellen realisiert werden. Neben Steuerkommandos für den Roboterarm 3, den Werkzeugkopf 4 und/oder den Motor 12 können auch Daten wie beispielsweise Bilddaten, Oberflächendaten, Bauteildatensätze und/oder Betriebsdaten des Werkzeug kopfes 4 über die Steuerleitungen 15 zwischen Werkzeugkopf 4, Roboterarm 3 und/oder Motor 12 einerseits und der Steuereinheit 14 andererseits übertragen werden. The device 1 further comprises a control unit 14, which can be connected via control lines 15 to the robot arm 3 and via this to the tool head 7 and the motor 12. A controlling connection is understood to mean that the control unit 14 can control the robot arm 3, the tool head 4 and the motor 12, in order to understand a certain relative movement between the tool head 4 and the component 2 and a corresponding actuation of the water jet nozzle unit 7. The control lines 15 can be implemented via a cable and/or fiber connection as well as via electromagnetic waves. In addition to control commands for the robot arm 3, the tool head 4 and/or the motor 12, data such as image data, surface data, component data sets and/or operating data of the tool head 4 can also be transmitted via the control lines 15 Tool head 4, robot arm 3 and / or motor 12 on the one hand and the control unit 14 on the other hand are transmitted.
Weiterhin umfasst der Roboterarm neben den Antrieben für die angetriebenen Achsen Leitungen zur Versorgung der Antriebe des Roboterarms 3 und des Werkzeugkopfes 4 mit Energie, der Wasserstrahldüseneinheit 7 beispielsweise mit unter Druck stehendem Wasser oder einem Reinigungsfluid umfassend Wasser, zum Datenaustausch etc. Diese Leitungen sind in einer Führungseinrichtung 16 geführt, die gewährleistet, dass bei einer Bewegung von Roboterarm 3 und/oder Werkzeugkopf 4 die Leitungen nicht beschädigt oder beeinträchtigt werden. Weiterhin weist der Werkzeugkopf 4 eine Reinigungsmittelleitung 17 auf, über die die Wasserstrahldüseneinheit 7 mit unter Druck stehendem Reinigungsfluid versorgt wird. Die Reinigungsmittelleitung 17 wird dabei aus der Führungseinrichtung 16 zum Werkzeugkopf 4 geführt. Das Innere des Werkzeugkopfes 4 wird über eine nicht gezeigte Druckluftleitung mit Luft versorgt, die im Vergleich zur Umgebung einen Überdruck aufweist, um so das Eindringen von Verschmutzungen in den Werkzeugkopf 4 zu vermeiden. Die Führungseinrichtung 16 ist über Halterungen 39 an einer Zugentlastung 18 am Roboterarm 3 befestigt. Furthermore, in addition to the drives for the driven axes, the robot arm includes lines for supplying the drives of the robot arm 3 and the tool head 4 with energy, the water jet nozzle unit 7, for example with pressurized water or a cleaning fluid comprising water, for data exchange, etc. These lines are in one Guide device 16 guided, which ensures that the lines are not damaged or impaired when the robot arm 3 and / or tool head 4 moves. Furthermore, the tool head 4 has a cleaning agent line 17, via which the water jet nozzle unit 7 is supplied with cleaning fluid under pressure. The cleaning agent line 17 is guided from the guide device 16 to the tool head 4. The interior of the tool head 4 is supplied with air via a compressed air line, not shown, which has an excess pressure compared to the surroundings in order to prevent contamination from entering the tool head 4. The guide device 16 is attached to a strain relief 18 on the robot arm 3 via brackets 39.
Betrachtet man das oben beschriebene Verfahren, so zeigt Fig. 1 die Situation nach Schritt a), also nach dem Einspannen des Bauteils 2. Nach dem Einspannen des Bauteils 2 erfolgt zunächst in einem Schritt b) ein autonomes Erfassen einer sichtbaren Oberfläche 19 des eingespannten Bauteils 2 mit der Laserscaneinheit 8 durch Bewegen des Werkzeugkopfes 4 des Roboterarms 3 relativ zum Bauteil 2 zur Generierung eines Oberflächendatensatzes des eingespannten Bauteils 2. Hierbei wird der Roboterarm 3 so bewegt, dass die vollständige sichtbare Oberfläche 19 des Bauteils 2 inklusive der sichtbaren Oberfläche des oder der Spannelemente erfasst wird. Diese umfasst nicht die von dem mindestens einen Spannelement abgedeckte Oberfläche und die Oberfläche, des Bauteils 2, die auf der Bauteilaufnahme 5 aufliegt (siehe hierzu Fig. 2). Looking at the method described above, Fig. 1 shows the situation after step a), i.e. after the component 2 has been clamped. After the component 2 has been clamped, a visible surface 19 of the clamped component is first autonomously detected in a step b). 2 with the laser scanning unit 8 by moving the tool head 4 of the robot arm 3 relative to the component 2 to generate a surface data set of the clamped component 2. Here, the robot arm 3 is moved in such a way that the entire visible surface 19 of the component 2 including the visible surface of the Clamping elements are detected. This does not include the surface covered by the at least one clamping element and the surface of the component 2 that rests on the component holder 5 (see FIG. 2).
In einem Schritt c) wird autonom ein dreidimensionaler Bauteildatensatz des eingespannten Bauteils 2 aus dem Oberflächendatensatz erzeugt, der nicht die Oberflächen des oder der Spannelemente umfasst. Der dreidimensionale Bauteildatensatz repräsentiert also die zu behandelnde Oberfläche des Bauteils 2. In a step c), a three-dimensional component data set of the clamped component 2 is generated autonomously from the surface data set, which is not the Surfaces of the clamping element(s). The three-dimensional component data set therefore represents the surface of component 2 to be treated.
Danach erfolgt in Schritt d) ein autonomes Festlegen eines Betätigungsweges für die an dem Roboterarm 3 und am Werkzeugkopf 4 befestigte Wasserstrahldüseneinheit 7, wobei der Betätigungsweg eine dreidimensionale Bewegungsbahn des Roboterarms 3 umfasst. Diese dreidimensionale Bewegungsbahn bedingt eine Ortskurve der Position des Werkzeugkopfes 4. Der Betätigungsweg umfasst ferner dreidimensionale ortsabhängige, also von der genannten Ortskurve, Orientierungsdaten des Werkzeugkopfes 4, die die Orientierung des Werkzeugkopfes 4 im dreidimensionalen Raum beschreiben. Weiterhin umfasst der Betätigungsweg eine ortsabhängige, also von der genannten Ortskurve abhängige, Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugkopfes 4 (siehe hierzu Fig. 3) und ortsabhängige, also von der genannten Ortskurve abhängige, Betriebsparameter der Wasserstrahldüseneinheit 7. Daran anschließend erfolgt in Schritt e) ein automatisches Bewegen des Roboterarms 3 und Betätigen der Wasserstrahldüsen der Wasserstrahldüseneinheit 7 entsprechend dem Betätigungsweg, so dass dadurch die Behandlung des radioaktiv kontaminierten Bauteils 2 erfolgt. Thereafter, in step d), an actuation path is autonomously determined for the water jet nozzle unit 7 attached to the robot arm 3 and the tool head 4, the actuation path comprising a three-dimensional movement path of the robot arm 3. This three-dimensional movement path causes a locus of the position of the tool head 4. The actuation path also includes three-dimensional, location-dependent, i.e. from the said locus, orientation data of the tool head 4, which describe the orientation of the tool head 4 in three-dimensional space. Furthermore, the actuation path includes a location-dependent, i.e. dependent on the said locus, movement speed of the tool head 4 (see FIG. 3) and location-dependent, i.e. dependent on the said locus, operating parameters of the water jet nozzle unit 7. This is followed by automatic movement in step e). of the robot arm 3 and actuating the water jet nozzles of the water jet nozzle unit 7 according to the actuation path, so that the radioactively contaminated component 2 is treated.
Während der Schritte b) bis e) bleibt das Bauteil 2 mit der Bauteilaufnahme 5 verbunden, so dass die Position des Bauteils 2 relativ zur Bauteilaufnahme 5 konstant bleibt. During steps b) to e), the component 2 remains connected to the component holder 5, so that the position of the component 2 relative to the component holder 5 remains constant.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Situation in Schritt e). Das Bauteil 2 ist mit zwei Spannelementen 20, die in Nuten 13 der Spannplatte 10 der Bauteilaufnahme 5 fixiert sind, an der Spannplatte 10 eingespannt. Die Spannelemente 20 decken dabei Oberflächenbereiche 21 ab, die für die Behandlung mit einem Wasserstrahl 22 aus Reinigungsfluid aus der Wasserstrahldüseneinheit 7 nicht erreichbar sind. Im Übrigen wird auf die obige Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen. Fig. 3 zeigt weiterhin eine Situation in Schritt e), auf der neben dem Bauteil 2 der bereits behandelte Bereich 23 und einen Reinigungsweg 24 des Wasserstrahls 22 auf der Oberfläche 19 des zu reinigenden Bauteils 2 zeigt. Exemplarisch ist hier ein Betätigungsweg 25 eingezeichnet, der jedoch nur die Ortskomponente darstellt, nicht jedoch die ortsabhängigen Orientierungsdaten des Werkzeugkopfes 4, die ortsabhängige Bewegungsgeschwindigkeit des Roboterarms 3 und die ortsabhängigen Betriebsparameter der Wasserstrahldüseneinheit 7. Weiterhin zeigt Fig. 3 weitere abgedeckte Oberflächenbereiche 26, die hier im Kontakt des Bauteils mit der Spannplatte 10, also der Bauteilaufnahme 5, begründet sind. Im Übrigen wird auf die obige Beschreibung zu den Figuren 1 und 2 verwiesen. Fig. 2 shows schematically a situation in step e). The component 2 is clamped to the clamping plate 10 with two clamping elements 20, which are fixed in grooves 13 of the clamping plate 10 of the component holder 5. The clamping elements 20 cover surface areas 21 that cannot be reached for treatment with a water jet 22 made of cleaning fluid from the water jet nozzle unit 7. Otherwise, reference is made to the above description of FIG. 1. 3 further shows a situation in step e), in which, in addition to the component 2, the already treated area 23 and a cleaning path 24 of the water jet 22 show on the surface 19 of the component 2 to be cleaned. As an example, an actuation path 25 is shown here, which, however, only represents the location component, but not the location-dependent orientation data of the tool head 4, the location-dependent movement speed of the robot arm 3 and the location-dependent operating parameters of the Water jet nozzle unit 7. Furthermore, FIG. 3 shows further covered surface areas 26, which are here due to the contact of the component with the clamping plate 10, i.e. the component holder 5. Furthermore, reference is made to the above description of Figures 1 and 2.
Fig. 4 und 5 zeigen zwei schematische Ansichten einer Wasserstrahldüseneinheit 7 im Betrieb, die im Folgenden, wenn nicht explizit anders dargestellt, gemeinsam beschrieben werden. Fig. 4 zeigt schematisch ein Bild der Wasserstrahldüseneinheit 7 im Betrieb. Aus einer Wasserstrahldüse 27 tritt ein Wasserstrahl 22 aus Reinigungsfluid umfassend Wasser aus, der einen Kegelwinkel 28 aufweist. Der Wasserstrahl 22 weist dabei eine Längsachse 29 auf. Der Wasserstrahl 22 trifft in einem Auftreffbereich 30 auf die Oberfläche 19 des Bauteils 2. Dies wird näher unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert. Die Wasserstrahldüseneinheit 7 ist in einem Anstellwinkel 31 zur Oberfläche 19 ausgerichtet. Der Anstellwinkel 31 ist dabei als der Winkel zwischen der Längsachse 29 und einer Oberflächennormale 32 der Oberfläche 19 des Bauteils 2 im Auftreffbereich 30 definiert. Die Oberflächennormale 32 ist in vorliegendem Beispiel für die gesamte Fläche 38 identisch. Beispielhaft sind zwei Oberflächennormalen 32 eingezeichnet. Die Wasserstrahldüseneinheit 7 weist einen Abstand 33 (vgl. Fig. 5) zur Oberfläche 19 des Bauteils 2 im Auftreffbereich 30 auf. 4 and 5 show two schematic views of a water jet nozzle unit 7 in operation, which will be described together below, unless explicitly shown otherwise. Fig. 4 shows a schematic image of the water jet nozzle unit 7 in operation. A water jet 22 consisting of cleaning fluid comprising water and having a cone angle 28 emerges from a water jet nozzle 27. The water jet 22 has a longitudinal axis 29. The water jet 22 hits the surface 19 of the component 2 in an impact area 30. This will be explained in more detail with reference to FIG. 5. The water jet nozzle unit 7 is aligned at an angle of attack 31 to the surface 19. The angle of attack 31 is defined as the angle between the longitudinal axis 29 and a surface normal 32 of the surface 19 of the component 2 in the impact area 30. In the present example, the surface normal 32 is identical for the entire surface 38. Two surface normals 32 are shown as examples. The water jet nozzle unit 7 has a distance 33 (see FIG. 5) from the surface 19 of the component 2 in the impact area 30.
Fig. 5 zeigt weiterhin, dass die Wasserstrahldüseneinheit 7 über einen Kollisionsschutz 34 an den Werkzeugkopf 4 angebunden ist. Der Kollisionsschutz 34 umfasst neben einem oder mehreren als Stoßdämpfer wirkenden Federelementen 35, die bevorzugt Druckfedern umfassen, bevorzugt einen hier nicht gezeigten Näherungsschalter, der bei einer Betätigung des Kollisionsschutzes 34 ein Signal ausgibt, welches zu einem Abbruch der Behandlung führt. Alternativ kann eine Kollisionsüberwachung über eine Überwachung der angetriebenen Achsen des Roboterarms 3 und/oder des Werkzeugkopfes 4 erfolgen, die eine Rückmeldung bei Kollision des Werkzeugkopfes 4 mit dem Bauteil 2 durch einen Anstieg der Achsmomente der betroffenen Achse geben. So kann eine Beschädigung des Werkzeugkopfes 4 und/oder des Bauteils 2 vermieden werden. Im Übrigen wird auf die obige Beschreibung zu den Figuren 1 bis 3 verwiesen. Fig. 6 zeigt sehr schematisch ein Beispiel einer Wasserstrahldüseneinheit 7, die drei Wasserstrahldüsen 27 umfasst, die von einem Schutzrohr 36 umgeben und geschützt sind. Die Kegel der einzelnen Wasserstrahle der einzelnen Wasserstrahldüsen 27 überlappen sich zur Bildung des Wasserstrahls 22. Die Wasserstrahldüseneinheit ist bevorzugt drehbar um die Längsachse 29 ausgebildet. 5 further shows that the water jet nozzle unit 7 is connected to the tool head 4 via a collision protection 34. In addition to one or more spring elements 35 acting as shock absorbers, which preferably comprise compression springs, the collision protection 34 preferably includes a proximity switch, not shown here, which, when the collision protection 34 is actuated, outputs a signal which leads to the treatment being aborted. Alternatively, collision monitoring can be carried out by monitoring the driven axes of the robot arm 3 and/or the tool head 4, which provide feedback in the event of a collision of the tool head 4 with the component 2 by an increase in the axis torques of the affected axis. Damage to the tool head 4 and/or the component 2 can thus be avoided. Furthermore, reference is made to the above description of Figures 1 to 3. Fig. 6 shows very schematically an example of a water jet nozzle unit 7, which comprises three water jet nozzles 27, which are surrounded and protected by a protective tube 36. The cones of the individual water jets of the individual water jet nozzles 27 overlap to form the water jet 22. The water jet nozzle unit is preferably designed to be rotatable about the longitudinal axis 29.
Das hiervorgestellte Verfahren und die entsprechende Vorrichtung 1 zum autonomen Behandeln eines radioaktiv kontaminierten Bauteils 2 durch eine Wasserstrahlbehandlung mit einem Wasserstrahl 22 aus einem Reinigungsfluid umfassend Wasser erfasst autonom über eine Laserscaneinheit 8 das Bauteil 2 und generiert aus den ge- wonnenen Oberflächendaten einen Bauteildatensatz, der die von Spannwerkzeugen 20, mit denen das Bauteil 2 an einer Bauteilaufnahme 5 eingespannt ist, abgedeckten Oberflächenbereiche 21 nicht enthält. Basierend auf diesem Bauteildatensatz wird ein Betätigungsweg 25 für den Werkzeugkopf 4 mit der Wasserstrahldüseneinheit 7 festgelegt, um die Oberfläche 19 des Bauteils 2 zu behandeln, insbesondere zu Reinigen und/oder zu Entschichten. Hierdurch kann ein manueller Eingriff des Personals auf möglichst kurze Eingriffe zu beschränken, da so eine Strahlendosis des Personals und eine Zeit reduziert werden kann, in der das Personal Schutzausrüstung tragen muss. The method presented here and the corresponding device 1 for the autonomous treatment of a radioactively contaminated component 2 by a water jet treatment with a water jet 22 from a cleaning fluid comprising water autonomously detects the component 2 via a laser scanning unit 8 and generates a component data set from the surface data obtained of clamping tools 20, with which the component 2 is clamped to a component holder 5, does not contain surface areas 21 covered. Based on this component data set, an actuation path 25 is defined for the tool head 4 with the water jet nozzle unit 7 in order to treat the surface 19 of the component 2, in particular for cleaning and/or stripping. This allows manual intervention by staff to be limited to the shortest possible interventions, as this can reduce the radiation dose to the staff and the time in which the staff has to wear protective equipment.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
1 Vorrichtung zum automatischen Reinigen von Bauteilen1 device for automatic cleaning of components
2 Bauteil 2 component
3 Roboterarm 3 robot arm
4 Werkzeugkopf 4 tool head
5 Bauteilaufnahme 5 component holder
6 Rotationsachse 6 rotation axis
7 Wasserstrahldüseneinheit 7 water jet nozzle unit
8 Laserscaneinheit 8 laser scanning unit
9 Abdeckung 9 cover
10 Spannplatte 10 clamping plate
11 Basiseinheit 11 base unit
12 Motor 12 engine
13 Nut 13 groove
14 Steuereinheit 14 control unit
15 Steuerleitung 15 control line
16 Führungseinrichtung 16 management facility
17 Reinigungsmittelleitung 17 cleaning agent line
18 Zugentlastung 18 strain relief
19 Oberfläche 19 surface
20 Spannelement 20 clamping element
21 Abgedeckter Oberflächenbereich 21 Covered surface area
22 Reinigungsfluidstrahl 22 cleaning fluid jet
23 Behandelter Bereich 23 Treated area
24 Behandlungsweg 24 treatment route
25 Betätigungsweg 25 actuation path
26 Abgedeckter Oberflächenbereich 26 Covered surface area
27 Wasserstrahldüse 27 water jet nozzle
28 Kegelwinkel 28 cone angles
29 Längsachse 29 longitudinal axis
30 Auftreffbereich 31 Anstellwinkel 30 impact area 31 angle of attack
32 Oberflächennormale32 surface standards
33 Abstand 33 distance
34 Kollisionsschutz 35 Federelement 34 Collision protection 35 Spring element
36 Schutzrohr 36 protective tube
37 Gewindeloch 37 threaded hole
38 Fläche 38 area
39 Halterung 39 bracket
Claims
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP23718246.4A EP4508662A1 (en) | 2022-04-14 | 2023-04-06 | Autonomous surface treatment of a radioactively contaminated component |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102022109210.0A DE102022109210B3 (en) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | Autonomous surface treatment of a radioactively contaminated component |
| DE102022109210.0 | 2022-04-14 |
Publications (1)
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|---|---|
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Family
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Family Applications (1)
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Also Published As
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