CN109791128B - 测量和检查管材的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了有效并精确检查管材的方法和系统。使用激光或其它光测量系统获得管材沿整个长度的内径和外径测量值。可识别出管材的离散截面。对于每个截面，获得所述离散截面的外表面的外径的至少一个测量值和所述离散截面的内表面的内径的至少一个测量值。另外，获得所述管材的每个离散截面的几何中心坐标。记录界定与每个离散截面的纵向位置相关联的所述外表面、内表面和几何中心的测量值。

Description

测量和检查管材的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请案主张2016年7月12日申请的标题为“评估管材的方法和系统(METHODSAND SYSTEMS FOR ASSESSING TUBULAR GOODS)”的美国临时申请案第62/361,190号的益处，其内容以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

在数据的每个圆周平面与其纵向位置之间保持关联的数据库阵列中的管材的全长和圆周尺寸测量和数字结果的存储表示管材检查系统中的现有技术水平。所述系统的目标是使用数据来重构管材的虚拟三维表示，包括沿其长度的离轴偏差。针对这个目标的典型目前先进技术管材检查系统当前使用超声波测试(UT)部件来测量壁厚尺寸，以及使用激光或发光设备来测量相关联的外径。然而，那些当前的系统不能捕获与管材的基线纵向笔直性的离轴偏差。

所述壁厚的数据阵列和相关联的外径测量值产生管或其它管材在离散纵向位置的短(通常为二分之一英寸)截面的伪(虚拟)三维表示。每个相邻环截面的特征在于其自身的独立、离散的三维数据组，并且相邻离散截面之间唯一的相对量度为其之间的纵向距离。当这种类型的数据以图形方式显示时，在所有离散的环截面连接的情况下，产生管材的完全直的三维表示。换句话说，离散环截面的几何中心线自身沿纵向z轴线对齐，并且在横向x-y平面内不径向偏离。

然而，所制造的管从不是完全直的，并且具有在横向x-y平面内径向偏移的截面。当测量和以图形方式显示所制造的管的每个截面的几何中心时，通常观察到离轴钩(端部区域偏差)、扫掠(全长弓形)和螺旋不笔直的图案。目前使用的管材尺寸测量系统没有解决产生所制造管的真实三维表示所需的离轴相关数据，其呈现出复杂的离轴笔直性缺陷。

举例来说，为了捕获壁厚和相关联的外径尺寸，检查管的成本是几个因素的函数，包括测量设备的成本、用于存储和处理每个管生成的数据阵列的系统的成本、完成整个检查过程所需的时间、操作系统所需的人力和训练以及维护测量系统和数据存储和处理系统的成本。用于检查少量管的典型零售价格在每个石油专用管套接头$900到$1,200范围内。大量零售价格是大约每个接头$300。在维护方面，具有大的变换器阵列的超声波检查设施通常用于测量石油专用管材，其显著增加维护成本。检查成本可显著增加管材的成本。

在石油钻探工业中，机械、多臂、蜘蛛状装置用于物理上测量和录入管材沿其整个长度的内径。在其它工业，例如防御工业中，激光测量系统用于测量管状炮筒沿其整个长度的内径。这些系统中的每一者比全长超声波壁测量系统便宜的多，并且可在一部分时间内完成全长检查。然而，每个所述系统不能够解决传统系统的缺点，所述传统系统不能捕获与真实笔直性的基线的离轴偏差，或者在一些情况下不能捕获其它剩余的管尺寸。

附图说明

根据本公开的各种非限制性实施例的某些特征在随附实例中精确地阐述。然而，就操作的组织和方法以及其优点而言，各种实施例可以通过结合如下附图参照以下描述来达到更佳理解：

图1为根据至少一个根据本公开的实施例的检查系统的方块图；

图2说明使用激光或其它发光装置对外径和离轴尺寸进行检查的管结构并且描绘直壁测量的点；

图3说明使用激光或其它发光装置对外径和离轴尺寸进行检查的管结构并且使用单个跟踪UT装置描绘壁厚的测量值；

图4说明使用连接到安放在枪上的旋转电机上的激光或其它发光装置对内径进行检查的管结构；

图5说明使用连接到安放在电动吊运车上的旋转电机上的激光或其它发光装置对内径进行检查的管结构；

图6说明使用图2和图4中示出的组合检查单元对外径和内径进行检查的管结构。

图7说明根据至少一个根据本公开的非限制性实施例的管结构和其相应离散截面；并且

图8说明图7中所示的离散截面中的一者。

具体实施方式

阐述许多具体细节以提供如说明书中所描述和在附图中所说明的某些实施例的全部结构、功能、制造和使用的透彻理解。尚未详细描述众所周知的操作、组件和元件以免混淆说明书中所描述的实施例。读者将理解，本文中描述和说明的实施例是非限制性实例，并且因此可了解，本文中公开的具体结构和功能性细节可为代表性和说明性的。在不脱离实例的范围的情况下可对其作出变化和改变。

术语“包含(comprise)”(以及包含的任何形式，例如“包含(comprises)”和“包含(comprising)”)、“具有(have)”(以及具有的任何形式，例如“具有(has)”和“具有(having)”)、“包括(include)”(以及包括的任何形式，例如“包括(includes)”和“包括(including)”)以及“含有(contain)”(以及含有的任何形式，例如“含有(contains)”和“含有(containing)”)是开放式连系动词。因此，“包含(comprises)”、“具有”、“包括(includes)”或“含有”一或多个要素的系统、装置或设备拥有那一或多个要素，但不限于仅拥有那一或多个要素。同样,“包含”、“具有”、“包括”或“含有”一或多个特征的系统、装置或设备的要素拥有那一或多个特征,但不限于仅拥有那一或多个特征。

本文中公开用于有效检查管材的各种非限制性方法和系统。在至少一个方面，管材沿管材的整个长度和圆周的壁厚测量值通过计算获得，所述计算涉及外径和内径尺寸，其通过激光或其它光测量系统测量。可识别出管材的离散环形截面。对于每个所述离散截面，获得所述离散截面的外表面的外径的至少一个测量值和所述离散截面的内表面的内径的至少一个测量值。另外，获得所述管材的每个离散截面的几何中心坐标。记录界定与每个离散截面的纵向位置相关联的所述外表面、内表面和几何中心的测量值。

外径和内径的和相关联的几何中心每个测量值可表示三维空间中管材的总相应直径和几何中心的一小部分。可利用多个所述测量形成管材的虚拟三维形式，包括笔直性异常，无论是性质上纵向的或螺旋的。

在至少一个方面，管材的离散截面的外径、内径和/或几何中心可在视觉上表示或显示以使得可易于检测受关注的异常，例如包括笔直性异常。在一个实例中，可以图形方式表示离散截面的外径、内径和/或几何中心。在一个实例中，不同阴影或色彩可表示离散截面的外径、内径和/或几何中心的不同数值。举例来说，较暗的阴影可表示较大的内径，并且较浅的阴影可表示较小的内径。

在至少一个可能的方面，可处理所记录的管材的离散截面的外径、内径和/或几何中心的数值以获得管材沿其长度的虚拟壁厚，和/或预测应力源对管材的作用，例如当管材在使用时可能遇到的应力源。

在至少一个方面，本公开涉及管材的非破坏性测量。举例来说，在至少一个方面，通过使用激光或其它光测量设备，非破坏性方法和系统用于测定钢管或其它管材的外部直径、内径、几何中心和/或壁厚。在至少一个方面，本公开涉及一种收集、存储、显示和另外利用来源于激光或其它光测量系统的信息的改善的方法以捕获管材的尺寸数据和计算以及存储管材的壁厚数据。在至少一个方面，本公开涉及使用激光或其它光测量系统以获得表示与关于每个小的离散截面的三维位置数据相关联的管外表面和内表面的小的离散截面的递增数据，以使得管的或实质上管的结构或其部分的壁可以经显示、成像、检验和/或在模拟/比较程序中用作三维对象。

在各种情况下，用于产生管或至少实质上管的结构或其区域的虚拟三维轮廓的方法包括在沿管结构的预定长度的离散位置处选择管结构的直径截面。在一个方面，预定长度可为管结构的整个长度。所述方法进一步包括针对每个截面测定多个截面的外表面的外径和多个截面的内表面的内径。所测量的内径和外径的数值表示所选择截面的所需分辨率。所述方法进一步包括测定每个截面的几何中心坐标。所述方法进一步包括采用所测定的内径、外径和相应几何中心坐标以形成管材的虚拟三维轮廓，包括例如表面异常。

参看图1，描绘用于检查管结构8的检查系统4。管结构8可例如为石油专用管材，例如管，如图2-6中所说明。系统4包括电路10。电路10包括控制器12、外部单元14、中间单元15和内部单元16。控制器12可包含耦接到至少一个存储器电路20的一或多个处理器18(例如，微处理器、微控制器)。至少一个存储器电路20存储机械可执行指令，其在由处理器18执行时，使处理器18执行一或多个功能。在一个方面，至少一个存储器电路20存储机械可执行指令，其在由处理器18执行时，基于来自内部单元16、中间单元15和外部单元14的输入数据使处理器18产生管结构8的虚拟三维轮廓。

由处理器18执行的步骤可包括在沿管结构8的预定长度的离散位置处选择管结构8的离散直径截面。在一个方面，预定长度可为管结构8或其部分的整个长度。由处理器18执行的步骤可进一步包括针对每个直径截面测定多个截面的外表面的外径和多个截面的内表面的内径。所测定的离散截面的内径和外径的数值表示所选择截面的所需分辨率。由处理器18执行的步骤可进一步包括确定每个截面的几何中心坐标，并且使用由中间单元15提供的壁测量值来校正相对于内径的外径的定向及位置，并且在管结构8移动通过外部单元14、中间单元15和内部单元16时纠正管结构8的摩擦滑移的任何误差。所述方法进一步包括采用管结构8的多个分析截面的所测定的内径、外径和相应几何中心坐标来形成管结构8的虚拟三维轮廓。

在各种情况下，本文所述的各种步骤中的一或多个可由包含组合逻辑电路或顺序逻辑电路的有限状态机执行，其中组合逻辑电路或顺序逻辑电路耦接到至少一个存储器电路。至少一个存储器电路存储有限状态机的当前状态。组合或顺序逻辑电路经配置以使有限状态机执行所述步骤。顺序逻辑电路可为同步或异步的。在其它情况下，例如，本文所述的各种步骤中的一或多个可由包括处理器18与有限状态机的组合的电路执行。

可使用集成和/或离散硬件元件、软件元件和/或两者的组合建构控制器12和/或本公开的其它控制器。集成硬件元件的实例可包括处理器、微处理器、微控制器、集成电路、ASIC、PLD、DSP、FPGA、逻辑门、寄存器、半导体装置、芯片、微芯片、芯片组、微控制器、SoC和/或SIP。离散硬件元件的实例可包括一或多个电路元件，例如逻辑门、场效应晶体管、双极晶体管、电阻器、电容器、电感器和/或继电器。在某些情况下，控制器12可包括混合电路，其例如包含一或多个衬底上的离散和集成电路元件或组件。

处理器18可以是所属领域中已知的多个单核或多核处理器中的任何一者。存储器电路20可包含易失性和非易失性存储介质。在一个实施例中，处理器18可包括指令处理单元和算术单元。指令处理单元可经配置以从存储器电路20接受指令。

参看图2-3，外部单元14包括可旋转滚筒22，其可经配置以围绕纵轴24旋转。如图2-3中所说明，可旋转滚筒22可具有圆柱形形状和固定外壳23。一或多个激光单元可定位在可旋转滚筒22的内壁上。在至少一个实例中，激光单元26、26'安置于可旋转滚筒22的内壁或正面的相对侧上。激光单元26和26'成90°和270°地沿圆周安置于可旋转滚筒22的内壁或正面上换句话说，作为一组的激光单元26、26'可在可旋转滚筒22的内壁或正面上成180°地沿圆周间隔开。激光单元26和26'可朝向彼此定向。额外组的激光测量单元可安置于成大约180°地间隔开的可旋转滚筒22的内壁或正面上。

在至少一个方面，基于通过激光单元26、26'和额外组的激光单元(如果存在)取的测量值，激光单元26、26'经配置以将输入数据输送到控制器12。控制器12可采用来自激光单元26、26'的输入数据来测定管结构8的外表面的外径数值，其是基于测量值。在某些情况下，测量值包含间隙距离，其在管结构通过可旋转滚筒22时在激光单元26、26'与管结构8的外表面之间同时进行测量。这可以是可在可旋转滚筒22的内壁或正面上采用的所述任何额外组的非干涉激光单元。

参看图4，内部单元16包括安装构件28，其呈静止芯棒形式，例如，沿纵轴24延伸。两个激光单元30、30'附连到连接到并且延伸自安装构件28的旋转电机17上。在图4中所说明的配置中，激光单元30、30'在沿垂直、或至少实质上垂直于纵轴的轴32的相对方向上定点，并且激光单元30和30'围绕纵轴24旋转。额外组的激光测量单元可成相隔大约180°地附连到旋转电机17。在另一实施例中，如图5中所说明，内部单元16'可利用拉动自身的电力驱使吊运车43和任何连接电缆44穿过管结构8的内部。在这个实施例中，激光单元30、30'连接到旋转电机17，其继而连接到吊运车43的前部。额外组的激光测量单元30、30'可成相隔大约180°地附连到旋转电机17。

尽管外部单元14和内部单元16可在不同工作台操作，但在至少一个实施例中，如图6中所说明，外部单元14和内部单元16在相同工作台操作，以使得激光单元26、26'、30、30'沿轴32彼此对齐。在至少一中情况下，安装构件28经配置以在管结构8的内部居中，其中使与管结构8的内壁接触的导爪或辊居中。

类似激光单元26、26'，基于通过激光单元30、30'取的测量值，激光单元30、30'经配置以将输入数据输送到控制器12。控制器12可采用来自激光单元30、30'的输入数据以测定管结构8的内表面的内径数值，其是基于通过激光单元30、30'取的测量值。在某些情况下，测量值包含间隙距离，其在激光单元30、30'与管结构8的内表面之间同时进行测量。

在操作中，如图6中所说明，管结构8围绕纵轴24居中。管结构8在如图2-5中所说明的单独的操作工作台处或在如图6中所说明的一些组合的操作工作台中沿纵轴24朝向内部单元16和外部单元14平移。在这些情况中的每一者中，管结构8平移从而穿过内部单元16与/或外部单元14之间。换句话说，管结构8经配置以在单独的操作工作台处或在单个组合工作台中移动穿过外部单元14并且围绕内部单元16。在管结构8轴向地相对于外部单元14和内部单元16平移时，激光单元26、26'、30、30'不断取管结构8的外部外表面和内表面的其相应测量值。

为校正外部单元14和内部单元16的测量数据以调节沿围绕圆周方向的长度或旋转滑移的任何摩擦滑移，如图2、5和6中所说明，中间单元15提供成相隔大约90°地并且在包括纵向分离距离27的管结构8的每个端部处的至少两个直壁测量值。在另一实施例中并且如图3中所说明，当管结构8推进穿过外部单元14时，中间单元15在沿管结构8的长度相隔大约90°地两条或多条线上提供连续或间歇的壁测量值。在这个实施例中，采用至少两个单一的跟踪壁测量装置，例如超声波测试(UT)变换器或其它合适的壁传感器。由中间单元15提供的壁测量数据也用于使由外部单元14和内部单元16提供的外径和内径数据同步以使得管结构8的合适地精确的三维关系建立并且可使得管结构8通过处理器18输出虚拟三维显示器或数据库。

例如，用户输入装置6也可用于键入与由检查系统4检查的特定管结构8对应的识别信息。也可键入其它信息，例如长度校准数据、其它特殊校准数据和检查的日期和时间。键入的信息可存储于存储介质中，例如存储器电路20。

在一替代性实施例中，内部单元16和外部单元14可朝向管结构8纵向转移，而管结构8保持静止。在所述实施例中，安装构件28经配置以纵向推进激光单元30、30'穿过管结构8。另外，可旋转滚筒22经配置以在其围绕管结构8旋转时纵向推进激光单元26、26'。

再次参看图2-4和图6，激光单元26、26'、30、30'经配置以在管结构8沿相对于外部单元14和内部单元16的纵轴24推进时围绕纵轴24旋转。激光单元26、26'、30、30'可经配置以围绕纵轴24以相同、或至少实质上相同的转速和旋转方向旋转。或者，激光单元26、26'、30、30'可经配置以围绕纵轴24以不同转速和/或以不同旋转方向旋转。在旋转期间，激光单元26、26'、30、30'不断取管结构8的外表面和内表面的其相应测量值。

激光单元26、26'、30、30'的转速也可影响由控制器12产生的管结构8的虚拟三维轮廓的分辨率。管结构8相对于内部单元16和外部单元14的速度越大，由控制器12针对管结构8的界定长度所测定的内径和外径的数值越小。在某些情况下，如图1中所说明，电路10包括用户输入装置6，其可用于选择与管结构8的虚拟三维轮廓的所需分辨率对应的管结构8穿过内部单元14和外部单元16的移动速度。不管管结构8的穿越速度和直径感测装置的转速，限制性分辨率是整个检查系统4的最大电子重复响应速度。

在各种实施例中，外部单元14轴向地固定。激光单元26、26'在管结构8平移穿过外部单元14时获得其测量值。另外，激光单元30、30'可在内部单元16在管结构8内前进和前进穿过管结构8时获得其测量值。激光单元30、30'的平移和旋转移动由控制器12跟踪。

参看图7，针对所需分辨率，管结构8或至少其一部分分为多个离散连续横截面或环46。截面或环46可在与纵轴24正交的平面内界定。对于每个环“j”，如图8中所说明，环“j”的外表面轮廓在固定全局坐标系统中基于坐标

绘制。另外，环“j”的内表面轮廓在与内部单元16相关的局部座标系统中基于坐标

绘制。如果存在沿管结构8的中心轴的M测量值(环)和沿圆周方向的N测量值，那么外表面和内表面中的每一个利用等于乘以值M的值N的多个测量值表示。三维测量值呈现于固定全局坐标系统中，分别利用外表面的

和内表面的

表示，其中i是圆周方向的1到N，并且j是轴线方向的1到M。

对于每个环“j”，可基于以下方程式确定外表面的几何中心：

类似地，可基于以下方程式确定每个环“j”的内表面的几何中心：

内表面和外表面的中心线的坐标可随后用于测定管结构8的笔直性。对于外表面，中心线的坐标是：

对于内表面，中心线的坐标是：

在各种情况下，针对内表面和外表面中的每一者，来自激光单元26、26'、30、30'的输入数据呈现于局部座标系统中。为处理输入数据，建构从局部座标系统转化成固定全局坐标系统。转可对与外表面和内表面对应的输入数据进行。一旦外表面和内表面的输入数据呈现于单一全局坐标系统中，可随后因此计算所有几何特性(例如，圆的中心、直径、椭圆度、壁偏心率、管笔直性等)。

对于外表面或内表面，输入数据可呈现于连接到取测量值的激光单元的如下的局部座标系统中：

穿过坐标转化(包括旋转和平移)，使用以下方程式，针对外表面和内表面的数据点，局部坐标可随后呈现于固定全局坐标系统中：

X＝Rx+T，

其中全局坐标

平移向量

并且旋转

矩阵：

并且其中θ_Z是围绕全局Z轴的转动角，θ_Y是围绕全局Y轴的转动角，并且θ_X是围绕全局X轴的转动角。

在各种情况下，对于沿管结构8的全长的每个离散横截面环，可以计算管结构8的塌缩和其它性能特性。此外，全部三维数据可用于三维建模以精确预测特定管结构8的塌缩强度和其它性能特性。

一旦管结构8的外表面和内表面的三维坐标获得并且存储于计算机存储系统中，可随后计算界定任何离散截面的中心的坐标。一般而言，并且参看图7，管材的整个长度的所有离散截面的中心的三维坐标形成三维线和曲线45。通过使用最小二乘法，可以计算特定管结构或其部分的笔直性的参考基线。在管工业中，不存在界定笔直性计算的参考基线的唯一部件。最终用户可指定其偏好的方法。在美国石油协会(the American PetroleumInstitute，API)规范5CT中提供两种常见的情形：对所述管两端的5英尺端部的截面的全长笔直性(扫掠)和端部笔直性(钩)的测量。利用本文所述的系统，不仅以更精确地评估以上两种常见的情形，还可以测量并且视觉上显示沿管材的整个长度的全长三维形状(例如螺旋曲线)和/或局部弓形，并且可通过数字或图形输出提供与参考基线的偏差。

参考图3，出于校准目的，单个跟踪壁厚测量仪器40可并入到检查系统4中以确保内表面轮廓或壳恰当地放在外表面轮廓或壳内。在至少一个方面，放在旋转鼓轮22外部并且相隔大约90°的两个跟踪足以将内表面和外表面轮廓锁在一起。或者，单个跟踪仪器40可定位在旋转鼓轮22的内部。合适的单个跟踪仪器40的实例包括不重叠的单个跟踪超声波测试(UT)、激光-UT、γ-射线、磁性和其它壁感测装置。在替代性实施例中，如图2、5和6中所说明，单个跟踪仪器40可以与至少四个直壁测量点42一起被取代或使用，两个或更多个直壁测量点42在管结构8的每个端部处，包括纵向分离距离27。在其它实施例中，先进的定位装置，例如单独的笔直性参考激光束或多维陀螺仪，可用于测定相对于几何中心坐标的离轴尺寸，所述几何中心坐标表示与外表面或内表面圆周测量相关的离散纵截面。

实例：

以下实例描述根据本公开的方法和系统的数个非限制性实施例的方面。

实例1-一种检查管材的方法包含选择所述管材的横截面，所述横截面横向于延伸穿过所述管材的纵轴；将至少一个测量设备纵向定位在相对于所述横截面的一个位置处；当所述测量设备处于所述位置时，确定所述测量设备沿所述管材的所述纵轴的纵向位置；当所述测量设备处于所述位置时，确定所述测量设备围绕所述横截面的圆周的圆周位置；在围绕所述管材的所述横截面的所述圆周的离散位置中选择直径截面；经由所述至少一个测量装置测量围绕所述横截面的圆周的所述直径截面中的每一者处的外径和内径；确定所述横截面的几何中心；以及在与所述纵轴正交的所述管材的多个其它截面处重复上文列举的步骤。

实例2-根据实例1所述的方法，其中所述测量装置包含激光测量装置。

实例3-根据实例1所述的方法，其中所述测量装置包含光测量装置。

实例4-根据实例1所述的方法，其进一步包含存储所述横截面的所述外径、所述内径和所述几何中心的数字记录的步骤。

实例5-根据实例4所述的方法，其中所述数字记录包含：经配置以界定所述管材的外表面的第一数字记录；和经配置以界定所述管材的内表面的第二数字记录。

实例6-根据实例1-5中一或多项所述的方法，其进一步包含将所述管材的所述外表面和所述内表面相关联以计算所述管材在三维空间中的壁的步骤。

实例7-根据实例1-6中一或多项所述的方法，其进一步包含以下步骤：测量初始截面的外表面几何中心点与所述初始截面的内表面几何中心点的相对位置和距离；和测量最后截面的外表面几何中心点与所述最后截面的内表面几何中心点的相对位置和距离。

实例8-根据实例4-8中一或多项所述的方法，其进一步包含使用至少一些所述数字记录来计算应力源对所计算的所述管材的壁的作用的步骤。

实例10-根据实例1所述的方法，其中所述直径截面的所述离散位置围绕所述圆周相等地间隔开。

实例11-一种检查管材的系统包含：包含至少一个外部测量装置的外部单元；包含至少一个内部测量装置的内部单元；和耦接到所述外部单元和所述内部单元上的控制电路，其中所述控制电路经配置以执行以下步骤：选择所述管材的横截面，所述横截面横切延伸穿过所述管材的纵轴；将所述外部单元纵向定位在所述横截面外部的第一位置处；当所述外部单元处于所述第一位置时，确定所述外部单元沿所述管材的所述纵轴的纵向位置；当所述外部单元处于所述第一位置时，确定所述外部单元围绕所述横截面的圆周的圆周位置；将所述内部单元纵向定位在所述横截面内部的第二位置处当所述内部单元处于所述第二位置时，确定所述内部单元沿所述管材的所述纵轴的纵向位置；当所述内部单元处于所述第二位置时，确定所述内部单元围绕所述横截面的所述圆周的圆周位置；在围绕所述管材的所述横截面的所述圆周的离散位置中选择直径截面；经由所述至少一个测量装置测量围绕所述横截面的所述圆周的所述直径截面中的每一者处的外径和内径；确定所述横截面的几何中心；以及在与所述纵轴正交的所述管材的多个其它截面处重复上文列举的步骤。

实例12-根据实例11所述的系统，其中所述外部单元包含激光测量装置。

实例13-根据实例12所述的系统，其中所述内部单元包含激光测量装置。

实例14-根据实例11所述的系统，其中所述外部单元包含光测量装置。

实例15-根据实例14所述的系统，其中所述内部单元包含光测量装置。

实例16-根据实例11所述的系统，其中所述控制电路包含存储器，并且其中所述控制电路经配置以将所述横截面的所述外径、所述内径和所述几何中心的数字记录存储在所述存储器中。

实例17-根据实例16所述的系统，其中所述数字记录包含：经配置以界定所述管材的外表面的第一数字记录；和经配置以界定所述管材的内表面的第二数字记录。

实例18-根据实例11-17中一或多项所述的系统，其进一步包含将所述管材的所述外表面和所述内表面相关联以计算所述管材在三维空间中的壁的步骤。

实例19-根据实例11-18中一或多项所述的系统，其进一步包含中间单元，其中所述控制电路利用所述中间单元来执行以下步骤：测量初始截面的外表面几何中心点与所述初始截面的内表面几何中心点的相对位置和距离；和测量最后截面的外表面几何中心点与所述最后截面的内表面几何中心点的相对位置和距离。

实例20-根据实例14-20中一或多项所述的系统，其中所述控制电路经配置以使用至少一些存储在所述存储器中的所述数字记录建构所述管材的虚拟三维形式。

实例21-一种收集和存储表示管表面的外径和内径和代表管材的三维纵向或螺旋笔直性的纵截面的相关联的几何中心的信息的方法，所述方法包含：(a)选择所述管材的圆周的直径截面，关于所述直径截面的表示所述纵截面的所述外径、内径和几何中心的信息以由数字计算机部件可读取的形式记录；(b)确定围绕所述管材的纵截面的所述圆周的离散位置中的直径截面的数目和间距，其将产生表示具有所确定分辨率的所述管材的圆周外径和内径和代表所述相关联的纵截面的几何中心的信息；(c)纵向定位激光或光测量设备，所述激光或光测量设备能够测量在所需数目个围绕所述圆周的相邻位置处的所述外径和内径和测量在待检查的所述管材的区域中多个相邻位置中所述管材的每个相关联的纵截面的所述几何中心；(d)当所述激光或光测量设备处于所述位置时，确定所述激光或光测量设备沿所述管材的轴的所述纵向位置；(e)当所述激光或光测量设备处于所述位置时，确定所述激光或光测量设备围绕所述管材的圆周的所述圆周位置；(f)当所述激光或光测量设备处于所述位置时，使所述激光或光测量设备测定所述激光或光测量设备接近的所述管材的离散纵截面的所述外径和内径以及几何中心；(g)以相关联的关系进行外径和内径、所述截面的几何中心、所述纵向位置和所述圆周位置的数字记录；(h)在先前未确定和记录的所选择截面的多个其它圆周和纵向位置处重复以上步骤(c)到(g)，直到表示所选择的截面的所确定的分辨率的所有所述外径和内径已经测定和记录，并且利用多个记录表示，所述多个记录中的每一者以相关联的关系表示外径和内径、所述截面的所述外部和内部几何中心、所述管材的所计算的壁的离散部分的纵向位置和圆周位置；并且其中利用多个记录表示的所述全部外表面和利用多个不同记录表示的所述全部内表面随后通过测量以下在三维空间中进一步相关联：所述初始纵截面的外表面几何中心点与所述初始纵截面的内表面几何中心点的相对位置和距离，和所述最后纵截面的外表面几何中心点与所述最后纵截面的内表面几何中心点的相对位置和距离。

实例22-根据实例21所述的方法，其中所选择的截面包括所述全部管表面的外径和内径并且在整个所述管材的全部经度中与所述几何中心相关，并且进一步与以下相关：所述初始纵截面的外表面中心点相对于所述初始截面的内表面中心点的相对位置，和所述最后纵截面的外表面中心点相对于所述最后截面的内表面中心点的相对位置。

实例23-根据实例21-22中一或多项所述的方法，其中所述离散部分在所述管材的外表面和内表面的所述截面内的间距是使所述管的外表面和内表面的所述截面的每个相邻离散部分的外径和内径的每次测定适于所需分辨率，并且其中确定每个纵向离散部分的一个几何中心。

实例24-根据实例21-23中一或多项所述的方法，其中所述管材的所述外表面和内表面的截面内的大量所述离散部分围绕所述管的圆周分隔开以建立所确定的分辨率。

实例25-根据实例21-24中一或多项所述的方法，其进一步包括使数字计算机部件使用至少一些所述信息来计算应力源对所述管材的所计算的壁的作用的步骤，所述信息已以数字、计算机可读形式记录。

实例26-根据实例21-25中一或多者所述的方法，其进一步包含使数字计算机部件使用至少一些所述信息来显示与所述管材的每个离散纵截面的单个几何中心点相关联的外径和内径，从而建构所述管材的全长的真实虚拟三维形式的步骤，所述信息已以数字、计算机可读记录形式记录。

尽管装置的各种实施例已在本文中与某些公开的实施例结合描述，但可建构对那些实施例的许多修改和变化。此外，当公开某些组件的材料时，可使用其它材料。此外，根据多个实施例，单个组件可经多个组件置换，并且多个组件可经单个组件置换来执行给定一或多个功能。前述描述和以下实例意欲涵盖所有所述修改和变化。

虽然已将本发明描述为具有示例性设计，但可以在本公开的精神和范围内进一步修改本发明。因此，本申请意欲涵盖任何使用本发明的总体原理的对本发明的变化、使用或调适。

完全或部分地以引用的方式并入本文中的任何专利、公开案或其它公开内容材料仅按所并入的材料与本公开中阐述的现有定义、陈述或其它公开材料之间不出现冲突的程度上并入到本文中。因此，且在必要程度上，本文中明确处阐述的公开内容取代以引用的方式并入本文中的任何冲突材料。以引用的方式并入本文中但与本文中阐述的现有定义、陈述或其它公开内容材料相冲突的任何材料或其部分所并入的程度仅为在所并入的材料与本公开材料之间不出现冲突。

Claims (26)

1.一种检查管材的方法，所述方法包含：

选择所述管材的横截面，所述横截面横向于所述管材的纵轴；

将至少一个测量设备纵向定位在相对于所述横截面的一个位置处；

当所述测量设备处于所述位置时，确定所述测量设备沿所述管材的所述纵轴的纵向位置；

当所述测量设备处于所述位置时，确定所述测量设备围绕所述横截面的圆周的圆周位置；

在围绕所述横截面的所述圆周的离散位置中选择多个直径截面；

使用所述至少一个测量设备测量围绕所述横截面的圆周的所述多个直径截面中的每一者处的所述管材的外径和内径，其中每个直径截面的所述外径由测量的x坐标

测量的y坐标

和测量的Z坐标

定义，其中每个直径截面的所述内径由测量的x坐标

测量的y坐标

和测量的Z坐标

定义；

对于每个直径截面，计算所述横截面的外表面几何中心，所述横截面的外表面几何中心具有的外表面中心坐标

等于测量的外表面

坐标的平均值，具有的外表面中心坐标

等于测量的外表面

坐标的平均值，具有的外表面中心坐标

等于测量的外表面

坐标，且

对于每个直径截面，计算所述横截面的内表面几何中心，所述横截面的内表面几何中心具有的内表面中心坐标

等于测量的内表面

坐标的平均值，具有的内表面中心坐标

等于测量的内表面

坐标的平均值，且具有的内表面中心坐标

等于测量的内表面

坐标，其中i是圆周方向的1到N，并且j是轴线方向的1到M。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个测量设备包含激光测量设备。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个测量设备包含光测量设备。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含存储所述横截面的所述外径、所述内径和所述几何中心的坐标的数字记录。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述数字记录包含：

经配置以界定所述管材的外表面轮廓的第一数字记录；和

经配置以界定所述管材的内表面轮廓的第二数字记录。

6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含将所述管材的所述外表面轮廓和所述内表面轮廓相关联以计算所述管材在三维空间中的壁。

7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包含：

测量初始截面的外表面几何中心点与所述初始截面的内表面几何中心点的相对位置和距离；和

测量最后截面的外表面几何中心点与所述最后截面的内表面几何中心点的相对位置和距离。

8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包含使用至少一些所述数字记录来计算应力源对所计算的所述管材的壁的作用。

9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包含使用一个或多个所述数字记录来建构所述管材的虚拟三维形式。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述直径截面的离散位置围绕所述横截面的所述圆周相等地间隔开。

11.一种用于检查管材的系统，所述系统包含：

包含至少一个外部测量装置的外部单元；

包含至少一个内部测量装置的内部单元；和

耦接到所述外部单元和所述内部单元上的控制电路，其中所述控制电路经配置以执行以下步骤：

选择所述管材的横截面，所述横截面横切延伸穿过所述管材的纵轴；

将所述外部单元纵向定位在所述横截面外部的第一位置处；

当所述外部单元处于所述第一位置时，确定所述外部单元沿所述管材的所述纵轴的纵向位置；

当所述外部单元处于所述第一位置时，确定所述外部单元围绕所述横截面的圆周的圆周位置；

将所述内部单元纵向定位在所述横截面内部的第二位置处；

当所述内部单元处于所述第二位置时，确定所述内部单元沿所述管材的所述纵轴的纵向位置；

当所述内部单元处于所述第二位置时，确定所述内部单元围绕所述横截面的所述圆周的圆周位置；

在围绕所述管材的所述横截面的所述圆周的离散位置中选择直径截面；

经由所述至少一个外部测量装置和所述至少一个内部测量装置测量围绕所述横截面的所述圆周的所述直径截面中的每一者处的外径和内径；

其中每个直径截面的所述外径由测量的x坐标

测量的y坐标

和测量的Z坐标

定义，其中每个直径截面的所述内径由测量的x坐标

测量的y坐标

和测量的Z坐标

定义；

对于每个直径截面，计算所述横截面的外表面几何中心，所述横截面的外表面几何中心具有的外表面中心坐标

等于测量的外表面

坐标的平均值，具有的外表面中心坐标

等于测量的外表面

坐标的平均值，具有的外表面中心坐标

等于测量的外表面

坐标，且

对于每个直径截面，计算所述横截面的内表面几何中心，所述横截面的内表面几何中心具有的内表面中心坐标

等于测量的内表面

坐标的平均值，具有的内表面中心坐标

等于测量的内表面

坐标的平均值，且具有的内表面中心坐标

等于测量的内表面

坐标，其中i是圆周方向的1到N，并且j是轴线方向的1到M；以及

在与所述纵轴正交的所述管材的多个其它截面处重复上文列举的步骤。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述外部单元包含激光测量装置。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述内部单元包含激光测量装置。

14.根据权利要求11所述的系统，其中所述外部单元包含光测量装置。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述内部单元包含光测量装置。

16.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制电路包含存储器，并且其中所述控制电路经配置以存储所述横截面的所述外径、所述内径和所述几何中心的坐标的数字记录。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述数字记录包含：

经配置以界定所述管材的外表面轮廓的第一数字记录；和

经配置以界定所述管材的内表面轮廓的第二数字记录。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制电路进一步经配置以将所述管材的所述外表面轮廓和所述内表面轮廓相关联以计算所述管材在三维空间中的壁。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制电路进一步经配置以：

测量初始截面的外表面几何中心点与所述初始截面的内表面几何中心点的相对位置和距离；和

测量最后截面的外表面几何中心点与所述最后截面的内表面几何中心点的相对位置和距离。

20.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制电路进一步经配置以使用至少一些存储在所述存储器中的所述数字记录建构所述管材的虚拟三维形式。

21.一种检查管材的系统，所述系统包含：

包含外部发光装置的外壳；

包含内部发光装置的内壳；和

耦接到所述外部发光装置和所述内部发光装置上的控制电路，其中所述控制电路经配置以：

选择所述管材的横截面，所述横截面横切延伸穿过所述管材的纵轴；

当所述外部发光装置处于第一位置时，确定所述外壳沿所述管材的所述纵轴的纵向位置；

当所述外部发光装置处于所述第一位置时，确定所述外壳围绕所述横截面的圆周的圆周位置；

当所述内部发光装置处于不同于所述第一位置的第二位置时，确定所述内壳沿所述管材的所述纵轴的纵向位置；

当所述内部发光装置处于所述第二位置时，确定所述内壳围绕所述横截面的所述圆周的圆周位置；

在围绕所述管材的所述横截面的所述圆周的离散位置中选择直径截面；

由所述外部发光装置的读数确定所述直径截面的外径；

由所述内部发光装置的读数确定所述直径截面的内径，其中每个直径截面的所述外径由测量的x坐标

测量的y坐标

和测量的Z坐标

定义，其中每个直径截面的所述内径由测量的x坐标

测量的y坐标

和测量的Z坐标

定义；

对于每个直径截面，计算所述横截面的外表面几何中心，所述横截面的外表面几何中心具有的外表面中心坐标

等于测量的外表面

坐标的平均值，具有的外表面中心坐标

等于测量的外表面

坐标的平均值，具有的外表面中心坐标

等于测量的外表面

坐标，且

对于每个直径截面，计算所述横截面的内表面几何中心，所述横截面的内表面几何中心具有的内表面中心坐标

等于测量的内表面

坐标的平均值，具有的内表面中心坐标

等于测量的内表面

坐标的平均值，且具有的内表面中心坐标

等于测量的内表面

坐标，其中i是圆周方向的1到N，并且j是轴线方向的1到M。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述控制电路包含存储器，并且其中所述控制电路经配置以将所述横截面的所述内径、所述外径和所述几何中心的坐标的数字记录存储在所述存储器中。

23.根据权利要求22所述的系统，其中所述数字记录包含：

经配置以界定所述管材的外表面轮廓的第一数字记录；和

经配置以界定所述管材的内表面轮廓的第二数字记录。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述控制电路进一步经配置以将所述管材的所述外表面轮廓和所述内表面轮廓相关联以计算所述管材在三维空间中的壁。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述控制电路进一步经配置以：

测量初始截面的外表面几何中心点与所述初始截面的内表面几何中心点的相对位置和距离；和

测量最后截面的外表面几何中心点与所述最后截面的内表面几何中心点的相对位置和距离。

26.根据权利要求25所述的系统，其中所述控制电路进一步经配置以使用至少一些存储在所述存储器中的所述数字记录建构所述管材的虚拟三维形式。

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