專利名稱：海船上的金屬退化評估系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用來檢查和評估船上的金屬退化的一種系統(tǒng)和裝置，特別是采用佩戴式計算機的一種新型檢查系統(tǒng)。
現(xiàn)有的檢查/測量方法是由檢查員在船上獲得數(shù)據(jù)，但是必須將信息從手持設(shè)備傳送給一臺更強大的計算機來下載，然后與存儲的數(shù)據(jù)庫相比較并且進行分析。這種工作耗費時間，在多數(shù)情況下，當(dāng)實際確定船體狀態(tài)時，正常運行的船很可能正在航行途中。顯而易見，如果分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn)有重大問題，船就可能有危險。在發(fā)現(xiàn)問題時，毫無辦法的反應(yīng)是只能讓船繼續(xù)航行。這種決定有可能是致命的，因為船若是在這種情況下遇到壞天氣就可能因船體強度退化而沉沒。
在國際和其它航運業(yè)中，確保船在海洋中安全使用是極為重要的，并且為盡量減少因船舶腐蝕和故障所造成的危險狀態(tài)而設(shè)置了一套程序。因為海水有高度腐蝕性，所以船的鋼板厚度對安全運行極為重要。
為確定銅板厚度有幾種公知的測量方法；有些方法包括破壞性試驗，也有一些采用非破壞性測試方法，以下簡稱為“NDT”。在Det NorskeVeritas，Region Norway/RN010，Veritasveien 1，N-1322 HovikNorway(以下簡稱為“Veritas”)出版的一本名為“共振厚度測量(Resonance Thickness Measurement)”的手冊中描述了這樣一些方法。
采用射線照相術(shù)(X-射線)或是超聲波來測量商船以評估其結(jié)構(gòu)狀態(tài)。此類超聲波測試儀的領(lǐng)先制造商是Krautkramer，它的地址是工業(yè)園路50號，Lewistown，PA 17044。其結(jié)果要和一個已知的數(shù)據(jù)庫相比較來確定金屬退化。這可以對船體和船體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部零件作出確定。如果退化超過了預(yù)定限度，就需要采取適當(dāng)?shù)男袆?。采取行動和?zhí)行維修決定的時間可能需要幾天甚至幾個星期，在這一段時間內(nèi)，船要帶著可能有危險的缺陷繼續(xù)航行。不僅是物理檢查需要很多時間，將這些讀數(shù)送到一臺不在現(xiàn)場的計算機以便與一組標(biāo)準(zhǔn)相比較也需要很多時間。已知的數(shù)據(jù)庫往往被裝在計算機中使用，允許使用該計算機的時間以及計算機和檢查現(xiàn)場之間的實際距離也會使維修周期延長到一種無法接受的時間。一種能夠隨時在現(xiàn)場檢查和分析的系統(tǒng)對這一工業(yè)領(lǐng)域是極為重要的。
在說明書和權(quán)利要求書中通篇采用的術(shù)語“金屬探傷”的意思包括了上述Veritas文獻中所記載的所有金屬檢查方法和裝置以及其它適用的檢查系統(tǒng)。在這種金屬檢查中最常用的NDT設(shè)備(非破壞性測試設(shè)備)是超聲波或者射線照相設(shè)備，包括Veritas的那些設(shè)備。按照Veritas中所述什么是共振厚度測量(RTM)？1.共振方法是一種公知的原理，但是直到最近一直沒有進入市場是因為缺少發(fā)射機和計算技術(shù)。與傳統(tǒng)的超聲波檢查不同，共振方法能夠在嚴(yán)重侵蝕的表面上獲得精確的厚度。
什么是RTM探針？2.按照共振技術(shù)在被侵蝕的鋼鐵表面上完成可靠并有效的厚度測量的一種新型工具。
3.現(xiàn)有測量范圍是3-30mm，精度+/-0.1mm。
4.這種工具可以在空氣和流體中使用。如果在空氣中使用，不需要耦合劑凝膠。
5.測量的‘足跡’的意思(強度厚度)大約是60mm直徑。
6. 50,000個讀數(shù)連同任選的20個字符數(shù)字標(biāo)記的自動數(shù)據(jù)記錄。
7.RTM方法不能用于裂縫檢測或薄層檢查。
8.不需要除去銹蝕(侵蝕產(chǎn)物)或涂層。
什么是濕法表面船體掃描儀(WSHS)？9.WSHS由安裝在托架(ROV)上的若干RTM傳感器構(gòu)成，用來掃描船體的潮濕表面。
10.由于先進的工藝，建議的掃描速度可達到1m/s，能夠保證更經(jīng)濟地檢查。
11.如果配合著特制的高精度導(dǎo)航系統(tǒng)SWAPS，來自被掃描區(qū)域的數(shù)據(jù)可以數(shù)字式地被直接送入一個3D產(chǎn)品模型，例如DNYNauticus數(shù)據(jù)庫。所有數(shù)據(jù)都能在線處理，在完成掃描時就能獲得報告結(jié)果。
技術(shù)概要·ROV單位重量大約50kg·系統(tǒng)總重量150kg·尺寸1.06m×1.25m×0.38m·覆蓋100％潮濕表面，檢測速度為1m2/s·測量范圍100％掃描區(qū)域·測量精度+/-0.1mm·測量輸出平均強度厚度，與后壁凹陷無關(guān)因為船的檢查需要在船的周圍爬上爬下并且用人工調(diào)遣測量設(shè)備，所以非常希望能提供一種不用手的系統(tǒng)，其中用戶無需動手來執(zhí)行必要的分析。迄今為止還沒有這樣一種不用動手的診斷。
本發(fā)明的另一個目的是為了在現(xiàn)場確定金屬退化而提供一種不用動手的系統(tǒng)和裝置。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種時間效率更高的系統(tǒng)，用來確定船體或其它金屬容器結(jié)構(gòu)上的金屬退化。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種經(jīng)濟并有效的方法，用來改進現(xiàn)有技術(shù)中使用的金屬退化確定方法。
本發(fā)明的上述及其它目的是由這樣一種系統(tǒng)和裝置來實現(xiàn)的，其中用戶將金屬診斷設(shè)備和不用動手啟動的佩戴式計算機一起攜帶。利用NDT金屬探傷設(shè)備和佩戴式PC的組合，能夠便于決策者在現(xiàn)場獲得信息并及時采取正確的行動。通過超聲波測試設(shè)備與佩戴式計算機的組合，在檢查時可以在船的甲板上完成所有數(shù)據(jù)處理。即時可供使用的數(shù)據(jù)能夠?qū)l(fā)生災(zāi)難的概率減少到幾乎為零。船主/操作人員可以進行及時和必要的維修，因此，船就能安全地繼續(xù)其正常航行。組合技術(shù)的進一步優(yōu)點在于船員能夠在航行途中按規(guī)則檢查和監(jiān)視船體的狀態(tài)，這樣就能更加細致地計劃和編制維修和/或進干船塢的時間表。
能夠連接到佩戴式PC上的超聲波測試儀(或是金屬探傷)是Krautkramer制造的一種測試儀，它的地址是工業(yè)園路50號，Lewistown，PA 17044。檢察員獲得的讀數(shù)可以直接輸入功能完善的佩戴式PC中和已知的數(shù)據(jù)庫相比較。這樣就能在現(xiàn)場即刻提供有用的結(jié)果，以便在船帶著危險的缺陷啟航之前作出決定。這樣能防止傷亡并挽救生命，且避免了船和貨物的損失。如上所述，測試設(shè)備或是金屬探傷可以采用超聲波或射線照相術(shù)。測試程序可以直接裝入佩戴式計算機，因此僅僅需要由佩戴式PC直接提供一個測試傳感器。佩戴式PC裝有專用的程序和待測船只的原始數(shù)據(jù)。在輸入數(shù)據(jù)時，程序會以如下方式處理這些數(shù)據(jù)，即按照公式等將新輸入的數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)相比較，并且馬上將結(jié)果提供給決策者。這種方法可以在任何形式的維護檢查過程中應(yīng)用于管線(油/氣/水)以及鋼鐵結(jié)構(gòu)。在測試現(xiàn)場使用佩戴式計算機能夠馬上提供為采取行動所需的信息。這一點與建筑行業(yè)、高速公路和橋梁的建設(shè)階段也是相關(guān)的，在這些場合必須用NDT檢查焊接缺陷。這種方法能夠為現(xiàn)場決策提供即時的數(shù)據(jù)處理和結(jié)果。值得注意的是目前的測試設(shè)備沒有足夠的存儲器或能力來處理當(dāng)前的讀數(shù)和應(yīng)付大量存在的數(shù)據(jù)庫及比較程序。另外，必須要空出手來將測試儀放在被測表面上。人不可能拿著便攜式電腦進行測試，而手掌也不能操縱從測試到結(jié)果的全過程。當(dāng)空出手來攀登、抓牢并獲取讀數(shù)時，還需要為檢測過程增加一定的安全度。本發(fā)明的系統(tǒng)所具有的優(yōu)點包括1.精確的讀數(shù)和結(jié)果。
2.結(jié)果的永久電子記錄，包括每個測量點的時標(biāo)。
3.在現(xiàn)場用計算機處理信息，即時提供分析結(jié)果。
4.由于可以不用動手，所以執(zhí)行測量的檢察員是安全的。
5.能夠比以往更快地獲得有效信息，只需要很少的資源就能實現(xiàn)全面檢查。成本低，因為只需要少數(shù)檢察員和很短的時間。
6.連續(xù)的監(jiān)視，船員可以在航行途中連續(xù)監(jiān)視船體和結(jié)構(gòu)狀態(tài)。這樣就能早期檢測到問題以便根據(jù)需要提前作出計劃和維修的時間表。這樣就能縮短由于計劃外但是需要維修而造成的停工期。船不能按時啟航會造成貨物的損失，而計劃外的停工期也要付出昂貴的代價。
7.降低保險費用，如果船級協(xié)會和保險公司對船體狀態(tài)采納這種連續(xù)監(jiān)視和分析技術(shù)，它們一定會獎勵那些保持良好記錄的船，并且通過它們的電子文件來隨時示范船體強度。
8.如果在船啟航之前就知道船體狀態(tài)，則在現(xiàn)場進行降低Casualty-Early風(fēng)險的分析就能夠減少由于船體缺陷所帶來的傷亡風(fēng)險。而目前的情況是在船啟航的同時在岸上分析船的檢查結(jié)果。
9.通過預(yù)見、分析和糾正問題來節(jié)省潛在的責(zé)任和海上避險的費用。海上災(zāi)難要付出沉重的代價。當(dāng)船在海上遇險時總會可能有船只、貨物和人命的損失。當(dāng)船只溢出油或化學(xué)品時會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境破壞，由此產(chǎn)生的溢出物質(zhì)會帶來無法估量的費用和名譽損失。
10.便于使用，這種組合的測試儀對用戶很方便。操作人員只需要很短的學(xué)習(xí)時間?？梢蕴峁┯?xùn)練。
11.多功能，組合設(shè)備可以用于船體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的厚度測量，并且可以用于管道和壓力容器。通過輔助的訓(xùn)練還可以用于任何金屬焊接的裂縫檢測。
和本發(fā)明的金屬探傷設(shè)備配合使用的小型齊備的佩戴式計算機是在(Newman等人的)美國專利U.S.5,305,244和U.S.5,844,824中公開的佩戴式計算機。在U.S.5,305,244中提供了一種小型齊備的便攜式計算裝置，它完全由用戶支撐以便不用動手地進行檢索，并且能為用戶顯示信息。這種計算裝置包括一個和處理器相互通信的話音識別模塊，用來從用戶接收話音指令、將接收的話音指令轉(zhuǎn)換成電信號、識別轉(zhuǎn)換的電信號、并且將識別出的電信號傳送給處理器進行處理，所述話音識別模塊攜帶在用戶身上。該計算裝置還包括一個和處理器相互通信的顯示器，用來從處理器接收信息并且為用戶顯示接收到的信息，顯示器攜帶在用戶身上，因此用戶可以僅僅通過話音指令操作計算裝置而不用動手的方式顯示信息。
U.S.5,844,824中公開的佩戴式計算機是一種小型齊備的便攜式計算裝置，其至少有一部分完全由用戶支撐以便用于不動手地檢索和為用戶顯示信息。該計算裝置包括一個外殼，外殼上可以有固定裝置，用來可拆卸地將外殼固定在用戶身上以便由用戶來支撐。或者可以將外殼設(shè)在與用戶和其它部件分離的遠方位置。外殼中還包括用來存儲預(yù)先輸入信息的存儲裝置以及同存儲裝置相互通信的處理裝置，后者用來按照存儲的程序接收、檢索以及處理信息和用戶指令。由于這種齊備的移動式計算裝置能夠訪問ETM和IETM的大型數(shù)據(jù)庫，所以需要有一個裝置便于用來和包含該數(shù)據(jù)庫的存儲裝置實現(xiàn)接口。計算裝置的外殼包括一個訪問端口，因此能夠與包含數(shù)據(jù)的各種存儲裝置實現(xiàn)接口和通信。在存儲裝置和計算裝置之間訪問和傳送數(shù)據(jù)可以全部在本申請中所述的各種不用動手操作的裝置的控制下完成。訪問端口允許直接用電路連接存儲裝置；然而也可以采用其它有線和無線連接方式。計算裝置還包括視覺跟蹤、智能驅(qū)動裝置、與處理器裝置相互通信的帶有或不帶有音頻傳感和轉(zhuǎn)換裝置的傳感和轉(zhuǎn)換裝置，用來從用戶接收指令、將接收的指令轉(zhuǎn)換成電信號、識別轉(zhuǎn)換后的電信號、以及將識別到的電信號傳送給處理器裝置。傳感和轉(zhuǎn)換裝置可以或不用由用戶來支撐。計算裝置還包括與處理器裝置相互通信的顯示器，用來從處理器裝置接收信息并且為用戶顯示接收到的信息，顯示裝置由用戶來支撐，因此用戶可以僅僅利用帶有或不帶有音頻指令的智能驅(qū)動或視覺跟蹤而以不用動手的方式來操作計算裝置以顯示信息。
除了上文中所述Newman等人采用的話音驅(qū)動裝置之外，上述的兩種其它驅(qū)動裝置也能夠適合本發(fā)明，也就是視覺跟蹤和智能驅(qū)動裝置(EEG)。采用與Newman等人提供的相同的通用系統(tǒng)，可以用視覺跟蹤裝置和/或智能驅(qū)動技術(shù)裝置來全部或部分地取代話音驅(qū)動。在某些場合下，在Newman等人提供的便攜式不用動手的計算機系統(tǒng)中可能更適合采用話音驅(qū)動裝置、視覺跟蹤驅(qū)動裝置及智能驅(qū)動裝置的任意組合。與上述驅(qū)動裝置相結(jié)合，在某些計算環(huán)境下可以利用頭和手臂跟蹤裝置，例如這種環(huán)境可以是虛擬的現(xiàn)實應(yīng)用。美國專利U.S.5,305,244和U.S.5,844,824的說明書都可作為本發(fā)明的參考資料。如美國專利U.S.5,305,244和U.S.5,844,824中所述，通信裝置可以作為佩戴式PC結(jié)構(gòu)中的一部分，上述通信裝置可從以下設(shè)備構(gòu)成的組中選擇手持電話，蜂窩電話，有線電話，無線電，紅外線收發(fā)信機，雙向無線電裝置及其混合。在不用動手的計算機上可以安裝一些端口，用來連接外部設(shè)備，例如攝像機、打印機、PCMCIA卡或其它合適的外部設(shè)備。
為了說明本發(fā)明的原理，上文中已經(jīng)結(jié)合著附圖
介紹了本發(fā)明的最佳和優(yōu)選實施例，但還需要指出，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下還可以有各種各樣的修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種用于現(xiàn)場測試金屬結(jié)構(gòu)退化的裝置，它包括一臺與不用動手的佩戴式計算機配合使用的佩戴式NDT金屬探傷設(shè)備，所述不用動手的佩戴式計算機包括與其連接的顯示器，并且具有從以下設(shè)備構(gòu)成的組中所選出的不用動手的驅(qū)動裝置音頻驅(qū)動裝置，視覺跟蹤驅(qū)動裝置，腦電驅(qū)動裝置及其混合，所述裝置還包括用來將所述顯示器和所述不用動手的計算機安裝到用戶身上的裝置，使得用戶可以不用動手地攜帶和觀看該顯示器。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其中所述NDT金屬探傷設(shè)備是從以下設(shè)備構(gòu)成的組中選擇的超聲波裝置，射線照相裝置，共振厚度測量裝置及其混合。
3.按照權(quán)利要求1的裝置，其中所述NDT金屬探傷設(shè)備是超聲波。
4.按照權(quán)利要求1的裝置，其中所述NDT金屬探傷設(shè)備是射線照相。
5.按照權(quán)利要求1的裝置，其中將一種超聲波測試程序或射線照相測試程序直接裝入所述不用動手的佩戴式計算機中。
6.按照權(quán)利要求1的裝置，其中所述不用動手的佩戴式計算機有一個用來連接打印機的端口。
7.按照權(quán)利要求1的裝置，其中所述不用動手的佩戴式計算機有一個用來連接攝像機的端口。
8.按照權(quán)利要求1的裝置，其中所述裝置包括從以下設(shè)備構(gòu)成的組中選擇的通信裝置手持電話，蜂窩電話，有線電話，無線電，紅外線收發(fā)信機，雙向無線電裝置及其混合。
9.按照權(quán)利要求1的裝置，其中所述不用動手的佩戴式計算機、所述NDT金屬探傷設(shè)備和所述顯示器被組合在一個外殼內(nèi)以便由用戶以不用動手的方式佩戴。
10.一種用于現(xiàn)場診斷船體金屬結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，它包括一臺能夠以不用動手的方式使用的佩戴式NDT金屬探傷設(shè)備和一臺被電連接到所述NDT金屬探傷設(shè)備上的不用動手的佩戴式計算機，所述系統(tǒng)可以選配一個被電連接到所述NDT金屬探傷設(shè)備和所述不用動手的佩戴式計算機上的顯示裝置，所述不用動手的佩戴式計算機具有的驅(qū)動裝置可從以下設(shè)備構(gòu)成的組中選擇音頻驅(qū)動裝置，視覺跟蹤驅(qū)動裝置，腦電驅(qū)動裝置及其混合。
11.按照權(quán)利要求10的裝置，其中所述NDT金屬探傷設(shè)備是從以下設(shè)備構(gòu)成的組中選擇的超聲波裝置，射線照相裝置，共振厚度測量裝置及其混合。
12.按照權(quán)利要求10的裝置，其中所述NDT金屬探傷設(shè)備是超聲波。
13.按照權(quán)利要求10的裝置，其中所述NDT金屬探傷設(shè)備是射線照相。
14.按照權(quán)利要求10的裝置，其中將一種超聲波測試程序或射線照相測試程序直接裝入所述不用動手的佩戴式計算機中。
15.按照權(quán)利要求10的裝置，其中所述不用動手的佩戴式計算機有一個用來連接打印機的端口。
16.按照權(quán)利要求10的裝置，其中所述不用動手的佩戴式計算機有一個用來連接攝像機的端口。
17.按照權(quán)利要求10的裝置，其中所述裝置包括從以下設(shè)備構(gòu)成的組中選擇的通信裝置手持電話，蜂窩電話，有線電話，無線電，紅外線收發(fā)信機，雙向無線電裝置及其混合。
18.按照權(quán)利要求10的裝置，其中所述不用動手的佩戴式計算機、所述NDT金屬探傷設(shè)備和所述顯示器被組合在一個外殼內(nèi)以便由用戶以不用動手的方式佩戴。
19.一種用于現(xiàn)場測試金屬結(jié)構(gòu)退化的方法，包括提供一臺與不用動手的佩戴式計算機配合使用的佩戴式NDT金屬探傷設(shè)備；為所述不用動手的佩戴式計算機提供一個與其電連接的顯示器；在所述不用動手的計算機中裝設(shè)從以下設(shè)備構(gòu)成的組中所選出的不用動手的驅(qū)動裝置音頻驅(qū)動裝置，視覺跟蹤驅(qū)動裝置，腦電驅(qū)動裝置及其混合；提供用來將所述顯示器和所述不用動手的計算機安裝到用戶身上的裝置，以便用戶可以不用動手地攜帶和觀看該顯示器；接著使用所述NDT金屬探傷設(shè)備和存儲在所述不用動手的計算機中的程序在現(xiàn)場確定所述金屬結(jié)構(gòu)的退化。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述NDT金屬探傷設(shè)備是從以下設(shè)備構(gòu)成的組中選擇的超聲波裝置，射線照相裝置，共振厚度測量裝置及其混合。
21.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述NDT金屬探傷設(shè)備是超聲波。
22.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述NDT金屬探傷設(shè)備是射線照相。
23.按照權(quán)利要求19的方法，其中將一種超聲波測試程序或射線照相測試程序直接裝入所述不用動手的佩戴式計算機中。
24.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述不用動手的佩戴式計算機有一個用來連接打印機的端口。
25.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述不用動手的佩戴式計算機有一個用來連接攝像機的端口。
26.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述裝置包括從以下設(shè)備構(gòu)成的組中選擇的通信裝置手持電話，蜂窩電話，有線電話，無線電，紅外線收發(fā)信機，雙向無線電裝置及其混合。
27.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述不用動手的佩戴式計算機、所述NDT金屬探傷設(shè)備和所述顯示器被組合在一個外殼內(nèi)以便由用戶以不用動手的方式佩戴。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于現(xiàn)場測試和檢查金屬結(jié)構(gòu)及其退化的裝置。由檢察員所佩戴的NDT和不用動手的計算機隨時為其提供測試結(jié)果。
文檔編號G01N17/00GK1356640SQ01125798
公開日2002年7月3日 申請日期2001年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月30日
發(fā)明者R·S·比扎 申請人:齊伯瑙特有限公司