用于测量和加工管状元件的端部的自动系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于测量和加工管端的自动系统，包括：测量设备(1)，其具有：内部激光传感器(3)和外部激光传感器(2)，以测量管端的内径和外径；加工台(5)，具有用于加工管(14)的内径的至少一个加工工具以及用于加工管(12、13)的外径的至少一个加工工具，这些加工工具集中并彼此独立操作；电子中心单元提供了测量设备与加工工具之间的接口(6)，并且该电子中心单元包括管端的外径和内径的临界值的记录，其中，电子中心接口(6)从测量设备接收外径和内径的测量值，将测量值与临界值进行比较，并且根据比较结果控制加工工具(12、13、14)的操作，以使管的外径和内径的实际值接近临界值。

Automatic system and method for measuring and processing ends of tubular elements

The invention relates to an automatic system for measuring and processing tube ends, including a measuring device (1), which has an internal laser sensor (3) and an external laser sensor (2) to measure the inner diameter and outer diameter of the tube end, a machining table (5), at least one machining tool for the inner diameter of the processing tube (14) and the processing tube (12, 13). The outside diameter of at least one machining tool that concentrates and operates independently of each other; the electronic center unit provides an interface between the measuring device and the machining tool (6), and the electronic center unit includes the recording of the outer diameter and the critical value of the inner diameter of the tube end, in which the electronic center interface (6) receives the outer diameter from the measuring device. The measured values are compared with the critical values, and the operation of the machining tools (12, 13, 14) is controlled according to the comparison results, so that the actual value of the outer diameter of the tube and the diameter of the inner diameter is close to the critical value.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量和加工管状元件的端部的自动系统和方法
本专利技术涉及具有高精确性和高生产率的用于测量和加工管端的自动化系统和方法，其可以在生产线上或生产线外使用。测量方法可以用于不同技术应用的管道，其中是石油和天气然行业。
技术介绍
现今，由于离岸环境的条件越来越恶劣，石油公司及合作伙伴需要面临更大挑战以在开发和输送石油中确保质量、安全和生产力。在这种情形下，连接油井和平台之间的立管，以及油井与另一个油井之间的流送管，在石油和天然气的输送中起重要作用。除了具有特别研制的合金以及特殊加工线路的不同的刚组合物(用于生成对氢致断裂(HIC)、硫致断裂(SSC)的较好的阻力)以及改善的机械性能之外，尺寸公差是断裂力学中的重要参数并且应该被仔细检查，特别是它出现在用于石油传导和开采的管道之间的焊接接头。鉴于此，在管道端部处需要较窄公差，如图13所示，因为在焊接区域中焊接的管道端部之间的管壁厚度之间的差(Hi-Lo)可具有不良影响，例如，疲劳强度降低、非破坏性试验中的指示/拒绝问题、以及石油生产中的生产率的损失。至于石油管道(特别地，管线)的生产，技术规范中规定的端部的管壁厚度公差在大多数情况下不足以保证焊接管之间的良好匹配。因此，为了防止类似以上列出的问题，石油公司通常要求使每个管道的端部处匹配管壁并且识别所提供的管之间的最佳匹配，使得可以减少在焊接时由大壁差造成的影响。由于管道分选的需要、设备和离岸管层处的较低的生产率、以及动态应用中的疲劳强度的负面影响，这种映射的副作用与较大的后勤复杂性相关。术语“Hi-Lo”用于表示焊接管的端部处的直径和厚度的差异和变化，其导致两个管之间的接头处的台阶。正确的“Hi-Lo”尺寸设计使用于随后焊接过程的管壁厚度中的差最小化。然而，在没有使耦接至三轴机械车床的测量系统自动化的情况下，手动测量和映射管的过程变得昂贵，并且通常呈现低的生产率。对比文件CN102650516涉及用于测量大直径钢管的端部的外径和椭圆度的在线测量方法，该方法具有以下步骤：获得要测量的钢管的标称数据用于确定轴线位置，为外径激光位移传感器设置间隔，能够在轴线处引导传感器的探针用于测量，然后获得要测量的钢管的直径D，使传感器旋转180度用于测量所有圆周方向上的外径，并且获得要测量的钢管的平均直径和椭圆度。用于大直径钢管端的外径和椭圆度的在线测量装置表征为包括工业机器人、外径测量装置和轴线检测装置。采用标准的工业机器人用于搬运测量装置并且围绕要测量的钢管端进行布置。对比文件CN102650516没有提出管端的测量值和随后加工的处理。对比文件US5778744描述了用于加工无缝管上的倒角的方法，该方法使用传感器识别管端的内径和外径，以便消除由于经常存在于无缝管上的完美的圆柱形轮廓的偏差导致的不精确性。该方法还考虑了管端的理论轮廓以及管的内径和外径的实际尺寸，并且以两个步骤执行加工，第一步骤是粗加工步骤，并且第二步骤是精加工步骤。然而，该文件没有提出激光传感器的使用并且局限于加工端部倒角，并且没有提出执行管端的完全加工以调整管壁厚度以及外径和内径。对比文件JPS62228302描述了一种用于加工管的外表面的方法，该方法通过使牵引式滚轮与管道的外表面滚动接触而不引起管壁厚度沿着其整个长度不均匀，并且基于管道加工之前的管壁厚度分布和偏转的数据，在初始加工之后切割工具的位置跟随管道弯头。该方法使用传感器来协助仅加工管道的外壁，以便消除不均匀。然而，该文件没有提出在管道内部执行加工以及独立于外部加工。专利技术目的本专利技术的第一目的是提出一种与用于管端对准的加工过程结合的方法和自动测量系统，遵循最窄的管端公差，使加工之后的平均管壁厚度和最小管壁厚度最大化，并且补偿偏心率，以确保较低的、通过技术规则和/或客户指定的最大和最小限制之间的差。本专利技术的第二目的是通过负责处理测量值、计算加工坐标的专用软件来集成测量系统和CNC车床，使得可以受限制的公差加工管端。本专利技术的另一个目的是提供一种用于对准管端的方法和系统，其可以用于具有竞争性的成本/收益的不同类型的管，诸如，立管、流送管(flowline)、输送管道等。本专利技术的另一个目的是提供一种用于对准管端的方法和系统，其能够独立地测量管端的内径和外径，随后使用具有集中的工具的CNC车床进行加工，对于内径和外径也是独立的。
技术实现思路
本专利技术的目的通过一种用于测量和加工管状元件的端部的自动化系统来实现，该系统包括：测量设备，具有内部激光传感器，该内部激光传感器测量至少一个管长度上的管端的内径；外部激光传感器，测量至少一个管长度上的管端的外径；加工台，该加工台具有：用于加工管的内径的至少一个加工工具以及用于加工管的外径的至少一个加工工具，这些加工工具彼此独立操作；用于测量设备与加工工具之间的电子接口中心，该电子接口中心包含用于管端的外径和内径的临界值的记录，电子接口中心从测量设备接收外径和内径的测量值，将测量值与外径和内径的临界值进行比较，并且根据比较结果控制用于加工内径和外径的加工工具，使得管的外径和内径的实际值将接近外径和内径的临界值。优选地，测量设备进一步具有测量加工工具的位置的定位激光传感器、以及在一端处具有叉件(具有多个齿)的自动臂，每个激光传感器布置在叉件的一个齿上。优选地，加工台具有用于加工管的内径的至少一个加工工具以及用于加工管的外径的两个加工工具，每个工具独立操作。电子接口中心具有控制加工台的操作的计算机辅助数字控制，以减少管偏心率。电子接口中心优选地存储管在加工之前和加工之后测量的的外径和内径的值。电子接口中心优选地具有测量分析单元，该测量分析单元通过管圆周的每个位置处的外径和内径的测量值之间的差计算管的管壁厚度，并且将所计算的管壁厚度的值与管壁厚度的临界值进行比较。电子接口中心基于管的外径和内径的测量值确定管端的外径和内径、偏心率和管壁厚度的最小值和最大值。电子接口中心优选地通过管状元件的样品的先前测量以及所测量的样品的最大直径和最小直径的变化性的统计分析来计算管端的外径和内径的临界值。本专利技术的目的进一步通过一种用于测量和加工管状元件的端部的自动方法实现，该方法包括：测量至少一个管长度上的管端的内径；测量至少一个管长度上的管端的外径；处理外径和内径的测量值并且将所述测量值与外径和内径的临界值进行比较，并且根据比较结果以控制的方式加工管端的内径和外径，使得管的外径和内径的实际值将接近外径和内径的临界值，以减少偏心率。测量管端的内径和外径的步骤优选地彼此独立执行，并且这些步骤可以在三个管长度上执行。在加工步骤之后，可以执行测量至少一个管长度上的管端的内部和外径的新的步骤、以及在加工之后记录管端的内径和外径的最终测量值的步骤。通过计算机辅助数字控制执行加工管的内径和外径的步骤的控制。管端的内径和外径的受控加工可包括利用朝向管长度中的管中心逐渐减少的尺寸加工内径，并且利用朝向管长度中的管中心逐渐增加的尺寸加工外径，形成在管端与管长度的其余部分之间具有较大管壁厚度的过渡区域。优选地，处理外径和内径的测量值的步骤包括：基于管的外径和内径的测量值确定管端的外径和内径和管壁厚度的最小值和最大值。确定管的管壁厚度的步骤包括计算所测量的长度上的管圆周的每个位置中的外径和内径的测量值之间的差，将所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量和加工管状元件的端部的自动系统，其特征在于，包括：测量设备(1)，具有：内部激光传感器(3)，测量管长度的至少一部分上的管端的内径；外部激光传感器(2)，测量管长度的至少一部分上的所述管端的外径；加工台(5)，具有：用于加工所述管的内径的至少一个加工工具(14)以及用于加工所述管的外径的至少一个加工工具(12、13)，该些加工工具彼此独立操作；所述测量设备与该些加工工具之间的电子接口中心(6)，所述电子接口中心(6)包含用于所述管端的外径和内径的临界值的记录，所述电子接口中心(6)从所述测量设备接收外径和内径的测量值，将所述测量值与外径和内径的临界值进行比较，并且根据比较结果控制用于加工内径和外径的该些加工工具(12、13、14)的操作，使得所述管的外径和内径的实际值接近外径和内径的临界值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.17 BR BR102015024034-11.一种用于测量和加工管状元件的端部的自动系统，其特征在于，包括：测量设备(1)，具有：内部激光传感器(3)，测量管长度的至少一部分上的管端的内径；外部激光传感器(2)，测量管长度的至少一部分上的所述管端的外径；加工台(5)，具有：用于加工所述管的内径的至少一个加工工具(14)以及用于加工所述管的外径的至少一个加工工具(12、13)，该些加工工具彼此独立操作；所述测量设备与该些加工工具之间的电子接口中心(6)，所述电子接口中心(6)包含用于所述管端的外径和内径的临界值的记录，所述电子接口中心(6)从所述测量设备接收外径和内径的测量值，将所述测量值与外径和内径的临界值进行比较，并且根据比较结果控制用于加工内径和外径的该些加工工具(12、13、14)的操作，使得所述管的外径和内径的实际值接近外径和内径的临界值。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量设备进一步具有测量该些加工工具(12、13、14)的位置的定位激光传感器(4)。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述测量设备包括自动臂(7)，所述自动臂(7)在一端处设有具有多个齿的叉件，每个激光传感器被布置在所述叉件的一个齿上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述加工台(5)具有用于加工所述管的内径的至少一个加工工具以及用于加工所述管的外径的两个加工工具，每个工具独立操作。5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述电子接口中心(6)具有控制所述加工台(5)的操作的计算机辅助数字控制(8)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述电子接口中心(6)存储所述管在加工之前和加工之后测量的外径和内径的值。7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述电子接口中心(6)控制这些加工工具的加工操作以减少管偏心率。8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述电子接口中心(6)具有测量分析单元(9)，所述测量分析单元(9)通过管圆周的每个位置处的外径和内径的测量值之间的差计算所述管的壁厚，并且将所计算的壁厚的值与壁厚的临界值进行比较。9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述电子接口中心(6)基于所述管的外径和内径的测量值确定所述管端的外径和内径的、偏心率的以及壁厚的最小值和最大值。10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述电子接口中心(6)从管状元件的样品的先前测量以及所述样品的最大和...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡利奥·马尔西奥·西尔韦拉·E·席尔瓦，马塞洛·加尔迪姆·德·索扎，费利佩·利尔·卡尔瓦霍，古斯塔福·阿尔韦斯·皮涅罗，安德烈·里卡多·德·索扎·E·萨，
申请(专利权)人：瓦卢瑞克图沃斯巴西股份公司，
类型：发明
国别省市：巴西,BR