CN112533717B - 用于在三维坐标系中定位管道加工设备的管道加工系统 - Google Patents

Abstract

在一个方面，提供一种管道加工系统，其包括定位设备、管道加工设备和联接到定位设备和管道加工设备的调节构件。该调节构件被配置为用于使管道加工设备相对于定位设备移动。在一个方面，管道加工系统还包括位置跟踪设备，该位置跟踪设备被配置为识别管道加工设备相对于管道加工系统安装在其上的管道的位置。

Description

用于在三维坐标系中定位管道加工设备的管道加工系统

本申请要求于2019年6月17日提交的美国专利申请序列号16/442,786的权益，其要求于2018年6月18日提交的美国临时申请序列号62/686,195的权益，其内容通过引用整体并入本文。

发明领域

本公开总体上涉及管道加工系统，并且更具体地涉及在三维坐标系中定位管道加工设备。

背景技术

存在多种对管道执行各种加工工艺的不同类型的管道加工设备。一种这样的工艺包括切割管道。可以切割这样的管道以移除损坏或磨损的管道部分并且便于取代所移除的管道部分接上替代管道部分。通常通过抵靠管道的内部或外部手动拧紧和松开夹持机构来手动地将管道加工设备联接到管道。这种手动工艺在某些环境中可能缺乏所需的准确性。一些环境包括大量的管道，并且这种环境需要非常精确和严格公差的管道切割，而这种切割切口不能通过手动实现。此外，在这种环境下，管道的绝对数量可能给操作者造成疑惑，即关于在哪里进行切割、哪个管道与管道加工设备联接以及在管道的一部分已经被移除之后将新的管道部分接到哪里。

发明内容

本公开由所附权利要求限定，并且本部分中的任何内容都不应被认为是对那些权利要求的限制。

在一个方面，提供了一种管道加工系统。

在一个方面，提供一种管道加工系统，其包括定位设备、管道加工设备和联接到定位设备和管道加工设备的调节构件。该调节构件被配置为用于使该管道加工设备相对于该定位设备并且相对于管道移动。

在一个方面，管道加工系统还包括位置跟踪设备，该位置跟踪设备被配置为识别该管道加工设备相对于管道的位置，其中管道加工系统安装在管道上。

在一个方面，提供了一种定位设备。

在一个方面，提供一种位置跟踪系统。

附图说明

参考以下附图和描述可以更好地理解本公开。附图中的部件不一定按比例绘制，重点在于说明本公开的原理。

图1是联接到管道的一个示例的管道加工系统的一个示例的前上方立体图，其中管道加工系统包括定位设备的一个示例、管道加工设备的一个示例和位置跟踪设备的一个示例；

图2是没有位置跟踪设备的管道加工系统的一部分的另一个前上方立体图；

图3是管道加工系统的局部分解图，示出了定位设备和管道加工设备；

图4是定位设备的正视图；

图4A是管道插入其中并处于第一位置的定位设备的前视图；

图4B是管道插入其中并处于第二位置的定位设备的前视图；

图5是沿着图4中的剖切线5-5截取的横截面图；

图5A和图5B是图5的一部分的放大视图；

图6是定位设备和管道加工设备的右侧正视图；

图7是沿着图4中的剖切线7-7截取的横截面图，示出了处于第一位置的定位设备的一部分和管道加工设备的一部分；

图8是与图7类似的横截面图，其中定位设备的一部分和管道加工设备的一部分被图示为在第二位置；

图9是沿着图6中的剖切线9-9截取的横截面图，示出了相对于定位设备处于多个位置中的管道加工设备的一部分；

图10是管道和定位设备的一个示例的前上方立体图，其中定位设备联接到管道；

图11是定位设备和管道加工设备的前上方立体图，管道加工设备如图示那样联接至定位设备但未联接至管道，例如通过管道加工设备的剖开部分可以看到的，该管道加工设备例如通过管道加工设备的夹具从管道移位并与管道脱离；

图12是管道加工设备的右侧正视图，其可通过定位设备定位在各个位置以提供各种切割平面；

图13是可通过定位设备定位在各个位置以提供各种切割平面的管道加工设备的顶视图，其中图12和13建立定位设备的三维移动能力，以移动管道加工设备，从而在三维坐标系内自由地定位切割平面；

图14是定位设备和管道加工设备在期望位置的前视图，其中管道定位设备通过接合管道的夹紧机构联接到管道；以及

图15A和图15B一起表示本公开的管道加工系统的一个示例的示意图。

具体实施方式

虽然本发明可以容许不同形式的实施例，但在附图中示出并在此将详细描述具体实施例，应理解，本公开应被认为是本发明原理的示例，而不旨在将本发明限于在此所示出和描述的实施例。因此，除非另外指出，否则本文所公开的特征可组合在一起以形成为简洁起见而未另外示出的额外组合。

参考图1，示出了管道加工系统20的一个示例。在该示例中，管道加工系统20包括定位设备24的一个示例、管道加工设备28的一个示例和位置跟踪设备32的一个示例。管道加工系统20能够将管道加工设备28定位在相对于管道P的期望位置，以使得管道加工设备28能够对管道P执行切割操作。定位设备24将管道加工设备28相对于管道P定位，并且位置跟踪设备32跟踪管道加工设备28的位置。可以以各种方式跟踪管道加工设备28的位置。在一个示例中，位置跟踪设备32跟踪管道加工设备28相对于管道P的位置。在一个示例中，位置跟踪设备32跟踪管道加工设备28在更大的三维坐标系或环境内的位置。这样的三维坐标系或环境可以是任何环境。这样的环境的示例可以包括但不限于制造设施、油气设施、精炼厂、化工设施、核设施、管道设施或其他管道环境，诸如船的船舶等。在一个示例中，位置跟踪设备32可以跟踪管道加工设备28相对于多个物体和/或环境(例如，既包括管道又在三维环境内)的位置。

继续参考图1，位置跟踪设备32能够是多种类型的位置跟踪设备。例如，位置跟踪设备32可以是基于激光的位置跟踪设备32，其包括激光发送器/接收器36和反射构件40，该反射构件40能够接收发射的激光并且将激光反射回激光发送器/接收器36。在一个示例中，激光发送器和接收器36可以在单个容壳内并且被认为是单个设备。在另一个示例中，激光发送器和激光接收器可以各自具有它们自己的容壳并且被认为是分开的设备。反射构件40联接到期望跟踪其位置的设备。在所示示例中，反射构件40联接到管道加工设备28，并且更具体地联接到管道加工设备28的工具载架44。如本领域已知，工具载架44可旋转地安装在机架46中，并且限定了管道加工设备28的纵向中央轴线B。在一些情况下，期望将反射构件40联接到管道加工设备28，以便跟踪管道加工设备28的切割平面CP的位置。在其它示例中，位置跟踪设备32可以是其它类型的位置跟踪设备，并且所有这些可能性都意图在本公开的精神和范围内。

参考图1-3，示出了管道加工设备28的一个示例。所示的示例性管道加工设备28可以类似于2013年3月12日提交的美国专利申请第13/796,121号中公开的管道加工设备28，其通过引用并入本文。提供本管道加工设备28以展示本公开的原理并且不旨在是限制性的。管道加工系统20能够具有多种类型的管道加工设备，并且所有这些可能性旨在落入本公开的精神和范围内。

继续参考图1，并进一步参考图2-4，定位设备24能够联接到管道P。在所示示例中，定位设备24可联接到管道P的外部。管道P具有纵向中央轴线PA，如图4A和4B所示。在其他示例中，定位设备24可以联接到管道P的内部。回头参考图示的示例，定位设备24具有机架58，该机架58通常是圆形的，并包括外表面或周缘50和限定在其中以提供内表面56的总体圆形腔52。在一个示例中，定位设备24的机架58可以包括在管道P的端部上插入的单个整体构件。在另一个示例中，机架58可以包括两个或更多个部分，这些部分选择性地联接和脱离以将这些部分围绕管道P的外部定位。该示例可以被称为蛤壳式装置。

参照图1-4，定位设备24包括多个联接构件或夹具60，这些联接构件或夹具选择性地朝向和远离管道P移动以将定位设备24联接到管道P。在所示示例中，定位设备24包括三个联接构件60；然而，应理解，定位设备24可包括任何数目的联接部件且仍在本发明的精神和范围内。回到所示示例，联接构件60延伸到定位设备24的腔52中以接合管道P的外部。可替代地，联接构件60可以翻转或它们的取向颠倒，使得联接构件60延伸超过或延伸到定位设备24的本体48的外表面或圆周50的外部。在这种替代布置中，定位设备24可以定位在管道的内部，并且联接构件60可以接合管道P的内部。为了便于说明，联接构件60是在一定取向上予以描述的，在该取向中，联接构件60延伸到定位设备24的空腔52中以与管道P的外部接合。

联接构件60可以是可手动或自动/动力致动的，以选择性地接合和脱离管道P，从而将定位设备24联接到管道P和从管道P脱离。在一些示例中，联接构件60都是可手动致动的。在其他示例中，联接构件60都是自动/动力可致动的。在另外的示例中，联接构件60中的一些是可手动致动的，并且联接构件60中的一些是可自动/动力致动的。

在联接构件60可手动致动的示例中，操作者用工具接合联接构件60并且用工具致动联接构件60，以根据需要选择性地使联接构件60与管道P接合或脱离。

继续参考附图1-4并另外参考图5，这些联接构件60是自动的或动力可致动的。在所示示例中，所有联接构件60在结构和功能上是类似的。因此，在此将仅详细描述单个联接构件60，应理解，以下描述适用于所有联接构件60。

具体参考图5,该联接构件60包括从该机架58延伸的外壳体62，该外壳体具有安装在其中的内部壳体组件64、滚珠螺母66、从动构件68(诸如滚珠螺杆)、轴承组件70，以及负载单元组件72。该联接构件60进一步包括驱动构件74，该驱动构件附接到外壳体62并且联接到从动构件68以便将旋转给予该从动构件68，如在此描述的。联接构件60进一步包括联接到内部壳体组件64的垫或底脚76。

壳体62具有第一下壳体区段78、第二中间壳体区段80和第三上壳体区段82，所有这些区段通过合适的装置(诸如紧固件84)固定在一起，参见图1。

下壳体区段78由本体86形成，该本体86从机架58延伸并与机架58一体地形成。中央通道从本体86的下端穿过本体纵向延伸到本体的上端。该中央通道具有从本体86的下端向上延伸的下圆柱形通道部分88，以及从该下通道部分88的上端延伸至该本体86的上端的上圆柱形通道部分90。与下通道部分88连通的键通路92从下通道部分88径向向外延伸，并从下通道部分88的下端纵向延伸到下通道部分88的上端。

中间壳体区段80从下壳体区段78的上端延伸。该中间壳体区段80形成自本体94，该本体具有从下端到上端纵向地延伸穿过其中的中央通道。该中央通道包括从本体94的下端延伸的下圆柱形通道部分96，以及从该下通道部分96的上端纵向地延伸至该本体94的上端的上圆柱形通道部分98。上通道部分98的直径大于下通道部分96的直径。

上壳体区段82从中间壳体区段80的上端延伸。该上壳体区段82形成自本体100，该本体具有从下端到上端纵向地延伸穿过其中的中央通道。该中央通道102的直径小于该中间壳体区段80的上通道部分98的直径。

内部壳体组件64由内部壳体104和附接到内部壳体104的键106形成。

该内部壳体104形成自本体108，该本体具有外圆柱形表面并且具有从下端到上端纵向地延伸穿过其中的中央通道。该中央通道具有从本体108的下端纵向延伸的下圆柱形通道部分110，从该下通道部分110的上端纵向延伸的中间圆柱形通道部分112，以及从该中间通道部分112的上端纵向延伸到该本体108的上端的上圆柱形通道部分114。下通道部分110具有第一直径并且沿其长度具有螺纹。该中间通道部分112具有大于该第一直径的第二直径，并且沿其长度是无螺纹的。上通道部分114具有大于第二直径的第三直径，并且沿着其长度是无螺纹的。该本体108在其中具有凹部116，该凹部从该本体108的外表面径向向内延伸，但不与由通道部分110、112、114形成的中央通道连通。凹部116从本体108的下端纵向延伸至本体108的上端。

键106坐落在凹部116内并且固定地附接到本体108。键106从本体108的外表面径向向外延伸。在可选实施例中，内部壳体104和键106一体形成。

该本体108坐落在下壳体区段78的下通道部分88内并且从该下壳体区段78的下端向下延伸。键106坐落在下壳体区段78的键通路92内。

滚珠螺母66具有圆柱形本体118，该圆柱形本体118具有带螺纹的中央通道120，该带螺纹的中央通道从圆柱形本体的下端纵向地延伸穿过该圆柱形本体直至圆柱形本体的上端。配合凸缘122从本体118径向向外延伸。本体118部分地坐落在内部壳体104的上通道部分114内，并从内部壳体104的本体108的上端向外延伸，使得凸缘122紧靠本体108的上端。凸缘122通过合适的装置(诸如紧固件124)附接至本体108的上端。滚珠螺母66的中央通道120具有与内部壳体104的中间通道部分112相同的直径。结果，滚珠螺母66和内部壳体组件64不能相对于外壳体62的下壳体区段78旋转，但是滚珠螺母66和内部壳体组件64能够相对于外壳体62的下壳体区段78纵向平移。

从动构件68具有：从其下端纵向延伸的下螺纹部分126；下螺纹中间部分128，其从下螺纹部分126的上端纵向延伸到在下螺纹中间部分128的上端处径向向外延伸的凸缘130；从凸缘130纵向向上延伸的第一上中间无螺纹部分132、从第一上中间无螺纹部分132的上端纵向向上延伸的第二上中间螺纹部分134，以及从第二上中间部分134的上端纵向向上延伸的驱动构件接合端部136。如本文描述的，该径向延伸的凸缘130提供了肩台表面，轴承组件70坐落在该肩台表面上。下螺纹中间部分128的直径可以大于下螺纹部分126的直径。

该轴承组件70包括轴承盖138、坐落在该轴承盖138上的O形环组件140，以及坐落在该O形环组件140上的环轴承142。

该轴承盖138形成自本体144，该本体具有从其下端到其上端纵向地延伸穿过其中的中央通道。该中央通道具有从本体144的下端延伸的下圆柱形通道部分146，以及从下通道部分146的上端延伸至该本体144的上端的上圆柱形通道部分148。下通道部分146的直径大于滚珠螺母66的中央通道120的直径。上通道部分148的直径大于下通道部分146的直径。

该O形环组件140包括柔性O形环150，该柔性O形环坐落在环形保持杯152内并且被该环形保持杯固定。该O形环组件140坐落在轴承盖138的上通道部分148内，并且该O形环150坐落并抵靠在形成上通道部分148的壁的下表面上。轴承盖138通过合适的装置(例如紧固件154)附接到中间壳体区段80上，并且通过气隙与紧固件124的头部间隔开。保持杯152接合中间壳体区段80的下端，使得O形环组件140固定在中间壳体区段80和轴承盖138之间。O形环组件140的一部分在侧向上与中间壳体区段80的下通道部分96搭接。

环形轴承142包括位于保持杯152的上端上并且抵靠在中间壳体区段80的下通道部分96上的外座圈156、内座圈158，以及安装在它们之间的多个滚珠轴承160。内座圈158限定了穿过其中的圆柱形通道161。

从动构件68被布置成垂直于延伸穿过定位设备24的中央的纵向中央轴线A(参见图1和图2)。从动构件68的下中间部分128的螺纹与滚珠螺母66的中央通道120的螺纹螺纹接合。形成内部壳体104的中间圆柱形通道部分112的壁与从动构件68的下中间部分128的螺纹间隔开，使得形成中间圆柱形通道部分112的壁不与从动构件68的螺纹接合。凸缘130位于保持杯152的内侧并与保持杯152隔开。环轴承142的内座圈158位于由凸缘130形成的台肩表面上，并且固定到从动构件68的中间部分132。

负载单元组件72坐落在中间壳体区段80的上通道部分98内。该负载单元组件72包括负载单元162、安装在负载单元162的中央通道内并靠近其下端的间隔件164，以及安装在负载单元162的中央通道内并靠近其上端并在间隔件164上方的螺母166。间隔件164和螺母166包括穿过其中的中央通道。间隔件164围绕第一上中间无螺纹部分132，并且螺母166与从动构件68的第二上中间螺纹部分134螺纹接合并且抵靠间隔件164接合。螺母166将间隔件164偏压成与环形轴承142的内座圈158接合，以将内座圈158锁定在间隔件164与从动构件68的凸缘130之间。负载单元162的外部部分168夹在上壳体区段82的下端和形成中间壳体区段80的上通道部分98的下壁之间。负载单元162的工作部分170没有夹在这两者之间，并且与环形轴承142的外座圈156搭接并接触。由于保持杯152在O形环150的作用下浮动，保持杯152将环轴承142的外座圈156偏压成与负载单元162的工作部分170接触。

底脚76被螺纹附接到内部壳体104的下通道部分110，并且被定位在定位设备24的腔52中，使得底脚76向定位设备24的内表面56向内延伸。在所示示例中，底脚76紧固到内部壳体104。可替代地，底脚76可以以多种其他方式联接到内部壳体104上，这些方式包括但不限于焊接、粘结、粘附、一体形成为单件，或任何其他方式。

驱动构件74包括联接器172，该联接器将从动构件68附接到驱动构件74上，使得从动构件68在驱动构件74的作用下旋转。该驱动构件74通过合适的装置(诸如紧固件174)附接到该上壳体区段82，参见图1。

当从动构件68通过驱动构件74旋转时，从动构件68相对于螺母166和间隔件164旋转。内座圈158经由滚珠轴承160与从动构件68一起并且相对于外座圈156旋转。当从动构件68旋转时，滚珠螺母66、内部壳体104和底脚76沿着从动构件68并且在下壳体区段78内纵向地平移。从动构件68的旋转方向确定滚珠螺母66、内部壳体104和底脚76是远离驱动构件74还是朝向驱动构件74平移。从动构件68被旋转直到底脚76与管道P接合。

该负载单元162被配置为用于确定该联接构件60上的负载。因为底脚76与管道P的相互接合产生的负载的力从底脚76，通过内部壳体104、通过滚珠螺母66、通过从动构件68并通过其凸缘130、通过内座圈158、通过滚珠轴承160传递到外座圈156。外座圈156与负载单元162的工作部分170接触。当将管道P与底脚76接合时，这种载荷是重要的，因为可能需要预定量的载荷或力以确保联接构件60与管道P的充分接合或联接。因此，驱动构件74被致动，直到底脚76对管道P施加一定载荷。当负载单元162的工作部分170确定合适的负载时，驱动构件74停止使从动构件68旋转。

驱动构件74在相对于定位设备24的纵向中央轴线A和定位设备24与之联接的管道P的纵向中央轴线PA的径向方向上驱动每个联接构件60的底脚76。每个联接构件60的驱动构件74被致动直到相应的底脚76将一定负载施加到管道P。当每个底脚76延伸相同的量时，定位设备24的纵向中央轴线A和管道P的纵向中央轴线PA彼此对准。为了使定位设备24的纵向中央轴线A相对于管道P的纵向中央轴线PA有偏移，这些底脚76中的某些底脚从相应的外壳体62被向外驱动，而这些底脚76中的其它底脚被向内驱动到相应的外壳体62中，同时保持管道P上的载荷。这通过使用伺服电动机的编码器来实现，该伺服电动机用作与在此描述的控制器268通信的驱动构件74，以在轴线P和PA彼此偏离时维持管道P上的适当力。

驱动构件74可以是多种多样的驱动构件，并且所有这些可能性旨在处于本公开的精神和范围内。在所示示例中，驱动构件74是伺服电动机。在其他示例中，驱动构件74可以是由另一种流体提供动力的液压驱动构件，或各种其他类型的驱动构件。

参照图1-4，定位设备24还包括多个调节构件176，这些调节构件被配置为联接到管道加工设备28上并且调节管道加工设备28相对于定位设备24和管道P的位置。调节构件176可以是手动或自动/动力可致动的，以选择性地调节管道加工设备28的位置。在一些示例中，调节构件176都是可手动致动的。在其他示例中，调节构件176都是自动/动力可致动的。在进一步的示例中，调节构件176中的一些是可手动致动的，并且调节构件176中的一些是可自动/动力致动的。

在调节构件176可手动致动的示例中，操作者用工具接合调节构件176并且用工具致动调节构件176以调节管道加工设备28的位置。

继续参考图1-4并另外参考图6-8，调节构件176是自动或动力可致动的，并且除了在此指出的差异之外，在结构和功能上与联接构件60相同。同样地，用相同的附图标记表示相同的元件，但是在附图标记之后带有撇号(’)。在所示示例中，所有调节构件176在结构和功能上彼此类似。因此，本文将仅详细描述调节构件176中的一者，应理解，以下描述适用于所有调节构件176。

每个调节构件176与联接构件60相同，除了从动构件68’被布置成平行于定位设备24的纵向中央轴线A，并且调节构件176包括被配置为连接或联接到管道加工设备28上的连接器178，而不是底脚76。连接器178刚性地连接至内部壳体104’的一端并且与内部壳体104’一起平移。连接器178包括截头圆锥或锥形部分180和接合构件或球构件182。驱动构件74’在任一方向上旋转从动构件68’，这致使从动构件68、内部壳体104’以及连接器178相对于驱动构件74’选择性地伸出或缩回。在所示示例中，调节构件176的驱动构件74’使连接器178在相对于纵向中央轴线A的轴向方向上伸出和缩回。换言之，驱动构件74’使连接器178在平行于纵向中央轴线A的方向上伸出和缩回。

继续参考图1-4和6-8，示出的定位设备24的示例包括三个调节构件176。在其他示例中，定位设备24可以包括任何数量的调节构件176。此外，定位设备24能够包括具有与联接构件60不同的结构和/或功能的调节构件176，并且所有这些可能性意图在本公开的精神和范围内。

现在参考图3和图6-8，管道加工设备28包括多个连接构件184，该多个连接构件184被配置为连接或联接至调节构件176的连接器178中的相应一者。定位设备24和管道加工设备28包括互补的数个连接器178和连接构件184。在所示示例中，管道加工设备28包括三个连接构件184，但能够包括任何数量的连接构件184以容纳任何数量的连接器178。在所示示例中，连接构件184在结构和功能上基本上类似。因此，本文将仅详细描述连接构件184中的一者，应理解，本文的描述旨在适用于所有连接构件184。

具体参考图7,连接构件184包括安装在管道加工设备28的机架46上的壳体188、螺纹联接到壳体188的帽192、限定在壳体188和帽192内的腔196、臂200、第一偏压构件204、第二偏压构件208、第一插口构件212、第二插口构件216和插口帽220。臂200包括接合壳体188的基部224和从基部224延伸的突出部228。第一偏压构件204被定位在由壳体188和帽192限定的空腔196中，并且被压缩在帽192与基部224之间。在突出部228中限定了突出部腔232。在所示示例中，基部224具有与壳体188接合的弯曲或半球形表面236，以利于三维摇摆运动。第一偏压构件204将力施加到基部224并且因此施加到臂200以将臂200定位在如图7所示的居中位置中。帽192在其中限定开口240，并且突出部228延伸穿过开口240并延伸到开口240之外。突出部228在帽192外部的一端包括在其上的螺纹。插口帽220包括与突出部螺纹互补的第一螺纹，并与突出部228的外螺纹接合。第一插口构件212和第二偏压构件208被定位在突出部腔232中，其中第二偏压构件208被压缩在基部224与第一插口构件212之间。第一插口构件212限定用于接收第二偏压构件208的一部分的插口244。插口244帮助保持第二偏压构件208相对于第一插口构件212和基座224的正确对准。第一插口构件212在其中限定第一凹面248，该第一凹面248被配置为接合和接收连接器178的球构件182的一部分。第二插口构件216包括与插口帽220的第二螺纹螺纹接合的螺纹、第二插口腔252和第二凹面256。连接器178被定位在第二插口腔252中并且延伸穿过第二插口腔252。第二凹面256被配置为用于接合并接纳连接器178的球构件182的一部分。在插口帽220螺纹连接到臂的情况下，由第一凹面248和第二凹面256形成插口，球构件182定位在插口中，并且连接器178联接或固定到连接构件184。

具体参考图7和8，如上所述，调节构件176被配置为平移，这导致连接器178平移。当连接器178平移时，连接器178向连接构件184施加力，连接构件184向管道加工设备28施加力。因此，管道加工设备28将移动。定位设备24包括多个调节构件176，这些调节构件被配置为彼此独立地操作。这意味着在一些情况下，调节构件176中的仅一个或两个可被致动，这导致管道加工设备28相对于定位设备24成角度或倾斜(相反地，如果所有调节构件176同时且以相同的量被致动，管道加工设备28将保持其相对于定位设备24的取向，并且将仅仅沿直线远离或朝向定位设备24移动)。

此外，定位设备24可以限定平面P1，该平面P1平行于定位设备24的前表面和后表面和/或与前表面或后表面中的一者共面(在图1-4和图6中与前表面共面)。类似地，管道加工设备28可以限定与切割工具共线并且平行于管道加工设备28的前表面260和后表面264的切割平面CP(如上所述)。任意数量的调节构件176可以被致动以使管道加工设备28的切割平面CP相对于定位设备24的平面P1移动。在一些示例中，可以致动一个或多个调节构件176以将切割平面CP定位成平行于平面P1。在其他示例中，调节构件176和联接构件60中的一者或多者可以被致动以将切割平面CP定位成横向于或不平行于平面P1，同时保持管道加工设备28的纵向轴线B与管道P的纵向轴线PA对准。

在两个平面CP、P1不平行的示例中，管道加工设备28相对于定位设备24的倾斜可以在三维坐标系中的任何方向上发生。因此，连接器178与连接构件184之间的联接必须被配置为适应在三维中或沿着三维轴线的移动。球构件182的球形性质以及由第一凹面248和第二凹面256形成的互补插口有利于在三维空间中移动。

具体参考图8,示出了管道加工设备28相对于定位设备24的倾斜位置的一个示例。在该示例性位置，臂200不再与连接器178纵向对齐。相反，臂200相对于连接器178的纵向范围倾斜或成角度。连接器178的截头圆锥体或锥形部分180与第二插口构件216中的第二插口腔252一起允许连接器178相对于臂200移动。另外，限定在帽192中的开口240的尺寸足以允许臂200相对于帽192和壳体188移动必要的量。基座224的弯曲或半球形表面236使基座224摇摆，并且还允许臂200和相关部件相对于壳体188和管道加工设备28的三维运动(或沿着三条轴线)。当连接器178缩回时(在图8观察时向右移动)，施加到连接构件184的力被移除或减小，并且第一偏压构件204和第二偏压构件208将连接构件184的部件偏压到图7所示的其静止位置和纵向对准位置。因此，连接器178和连接构件184之间的相互作用有助于管道加工设备28相对于定位设备24的三维运动。

参考图9，示出了连接器178和连接构件184的一部分的横截面图。在该图中，示出了连接和连接构件184的位置的多个示例。该图示出了连接器178和连接构件184的三维移动的原理。图9所示的点PT表示连接器178和连接构件184的居中的静止位置，如图7所示。

参考图15A和15B，示出了管道加工系统20的一个示例。应当理解，提供管道加工系统20的所示示例是为了说明本公开的至少一些原理，而并非旨在限制本公开。管道加工系统20能够具有多种其他配置、部件和功能，并且所有这些可能性旨在落入本公开的精神和范围内。

在一个示例中，管道加工系统20包括定位设备24、管道加工设备28、位置跟踪设备32、多个调节构件176和控制器268。控制器268与定位设备24、管道加工设备28、位置跟踪设备32和多个调节构件176电通信，并且能够从这些部件接收数据和向这些部件发送数据。该控制器268被配置为接收数据、解释该数据，并且向系统20的这些部件输出数据以便按希望控制这些部件使得这些部件运作。控制器268可以是被配置为执行管道加工系统20的所有必要功能的常规控制器，并且因此，控制器268被配置为包括所有必要的硬件和软件以实现必要的功能。

在一个示例中，控制器268包括但不限于存储器272、电源276和中央处理单元(CPU)280。控制器268可以包括更多或更少的部件，并且所有这些可能性意图在本公开的精神和范围内。本公开中给出的控制器268的示例性组件仅仅是各种可能组件中的一些的示例，并且被提供来说明本公开的至少一些原理。

控制器268能够以各种方式与管道加工系统20的各种部件电通信，并且所有这些可能性意图在本公开的精神和范围内。例如，控制器268可以经由包括一个或多个导线的有线连接与部件电通信。在其他示例中，控制器268可以经由无线连接与部件电通信。在这样的无线示例中，控制器268包括无线通信装置284，该无线通信装置284包括但不限于发送器288和接收器292。类似地，在这样的无线示例中，管道加工系统20的各个部件可以包括类似的无线通信装置284，该无线通信装置284包括但不限于发送器288和接收器292。这些无线通信装置将有利于管道加工系统20的部件之间的无线通信。在进一步的示例中，控制器268可以通过有线和无线连接的组合与管道加工系统20的部件电通信。

在一些示例中，控制器268与定位设备24电通信以将数据传送到定位设备24，从而根据需要致动联接构件60的驱动构件74。控制器268还与联接构件60中的负载单元162电通信，以接收来自联接构件60施加到管道P的力的大小的反馈数据。当联接构件60施加期望量的力时，控制器268将数据传送到联接构件60以停止进一步致动联接构件60。类似地，控制器268与联接构件60电通信以将联接构件60从管道P撤回或脱离。

在一些示例中，控制器268与多个调节构件176通信以将数据传送到调节构件176并从调节构件176接收数据，从而根据需要致动调节构件176的驱动构件74’。控制器268还与位置跟踪设备32电通信，以向位置跟踪设备32传送数据和从位置跟踪设备32接收数据。位置跟踪设备32联接到管道加工设备28。由位置跟踪设备32接收的数据与反射构件40的位置相关联，并且因此与管道加工设备28的位置和/或切割平面CP的位置相关联。控制器268与位置跟踪设备32电通信以接收与反射构件40的位置相关联的数据。控制器268包括与管道加工设备28的期望位置相关联的数据，并且经由反射构件40确定管道加工设备28和/或切割平面CP是否定位在期望位置中。如果管道加工设备28/切割平面CP和反射构件40不在期望位置，则控制器268将数据传送到一个或多个调节构件176以将管道加工设备28和切割平面CP移动到期望位置。当管道加工设备28和/或切割平面CP处于期望位置时，控制器268将数据传送到一个或多个调节构件176以停止与一个或多个调节构件176相关联的一个或多个驱动构件74’的致动。

在一些示例中，控制器268与管道加工设备28的联接构件296电通信。在这样的示例中，在管道加工设备28处于期望位置的情况下，控制器268将数据电通信至管道加工设备28的联接构件296，以便致动联接构件296的驱动构件。管道加工设备28的联接构件296可以包括负载单元。控制器268可以从负载单元接收反馈数据，该反馈数据与通过联接构件296施加到管道P的力的大小相关联。当联接构件296对管道P施加期望大小的力时，控制器268将数据传送至联接构件296的驱动构件，以停止进一步致动联接构件296。管道加工设备28现在操作就绪。

管道加工设备28的位置可以通过使用反射构件40和位置跟踪设备32以各种方式确定。在一个示例中，管道加工设备28可以促使工具载架44进行一次或多次旋转，该工具载架是管道加工设备28的承载切割工具和反射构件40的部分。位置跟踪设备32在反射构件40通过一次或多次旋转而移动时跟踪反射构件的移动。然后，位置跟踪设备32将与反射构件40的旋转相关联的数据传送到控制器268，并且控制器268根据需要作出反应。在其他示例中，可以在反射构件40静止并且位置跟踪设备32确定反射构件40静止时的位置的情况下确定管道加工设备28的位置。然后，位置跟踪设备32将与反射构件40的位置有关的数据传送到控制器268。控制器268然后可以根据需要采取行动。

现在参考图10-14，示出了系统20的安装过程的一个示例。应当理解，该示例性过程仅是可用于将系统20安装到管道P的多种安装过程中的一个示例，并且所有这些可能性旨在落入本公开的精神和范围内。

参考图10,定位设备24围绕管道P定位。控制器268致动联接构件60以与管道P的外部接合，从而通过每个底脚上的期望载荷将定位设备24固定到管道P。定位设备24以管道P为中心，使得定位设备24与管道P同心并且纵向中央轴线A、PA彼此对准。

现在参考图10和图11，一旦定位设备24联接到管道P，管道加工设备28经由调节构件176联接到定位设备24。调节构件176的连接器178联接到管道加工设备28的相应连接构件184。该管道加工设备28包括多个联接构件296并且这些联接构件296在未联接位置与联接位置之间是可移动的，在该未联接位置中这些联接构件296的底脚是间隔开的并且与该管道P的外部脱离接合，在该联接位置中这些联接构件296的底脚接合该管道P的外部以便将该管道加工设备28固定到该管道P上。在图11中,联接构件296被维持在该非联接位置中。

现在参考图12和图13，控制器268与定位设备24电通信，该定位设备24联接到管道加工设备28以将管道加工设备28移动到期望位置。如上所述，控制器268可独立地致动联接构件60和调节构件176中的一者或多者，以根据需要移动管道加工设备28。图12和图13示出了代表各种平面CP的示例性平面CP(所示示例中的切割平面)，其中管道加工设备28可以定位在三维坐标系内。

参考图14，一旦管道加工设备28和/或切割平面CP处于期望的位置，那么管道加工设备28的联接构件296被致动以将联接构件296移动到它们的联接位置以将管道加工设备28固定到管道P。一旦管道加工设备28被固定到管道P，管道加工设备可以操作以切割管道P。在一个实施例中，管道加工设备28的联接构件296的构造与定位设备24的联接构件60的构造相同，并且在此不再重复这些细节；这些联接构件296被附接到机架46。与定位设备24的调节构件176和联接构件60类似，管道加工设备28的联接构件296可以是手动致动的或通过驱动构件自动/动力致动的。在所示示例中，管道加工设备28的联接构件296是用工具手动操纵的。在联接构件296被自动致动的示例中，联接构件296可以包括类似于定位设备24的联接构件的驱动构件和负载单元。在这样的示例中，控制器268类似地与驱动构件和负载单元通信，以充分致动联接构件296，从而确保管道加工设备28与管道P的期望联接。

应当理解，本文中任何取向或方向术语的使用，例如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“背部”、“左部”、“右部”、“侧部”等，并非旨在仅暗示与其相关联的项目的单一取向或以任何方式限制本公开。这种取向或方向术语的使用旨在帮助理解本文所公开的原理并对应于附图中所示的示例性取向。例如，可以以任何取向使用管道加工系统20，并且这些术语的使用旨在对应于附图中所示的管道加工系统20的示例性取向。与管道加工系统20相关的这些术语的使用并不旨在将管道加工系统20限制为单一取向或以任何方式限制管道加工系统20。

还应当理解，数字术语诸如“第一”、“第二”、“第三”等的使用不应被解释为暗示部件或功能的顺序或次序。此外，这些数字术语的使用并非旨在仅涉及利用它们来指示的部件和/或功能。相反，这些数字术语的使用仅用于帮助读者理解本公开的主题。例如，说明书中的部件之一可以被称为“第一部件”，但是在权利要求中可以用不同方式来表示相同的部件(例如，第二或第三部件)。

提供本公开的摘要以允许读者快速地确定技术公开的性质。其提交应理解为不用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前述详细描述中，可以看出，为了使本公简单化，在各种实施例中将各种特征分组在一起。本公开的方法不应被解释为反映要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确陈述的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，本发明主题具有的特征少于单个公开实施例的所有特征。因此，所附权利要求由此结合到详细描述中，每个权利要求独立地作为单独要求保护的主题。

虽然已经描述了本公开的各种实施例，但是对于本领域的普通技术人员显而易见的是，在本公开的范围内其他实施例和实施方式是可能的。因此，除了根据所附的权利要求及其等同物之外，本发明不受限制。

Claims (23)

1.一种被配置为加工管道的管道加工系统，包括：

定位设备，所述定位设备包括本体和设置在所述本体上的多个联接构件，每个联接构件具有被配置为接合所述管道的底脚以及联接到所述底脚且被配置成相对于所述管道移动所述底脚的从动构件；

管道加工设备，所述管道加工设备被配置为安装到所述管道并且对所述管道执行切割操作；

多个调节构件，所述多个调节构件联接到所述定位设备和所述管道加工设备，每个调节构件包括被配置为使所述管道加工设备相对于所述定位设备和相对于所述管道移动的从动构件；

位置跟踪设备，所述位置跟踪设备被配置为识别所述管道加工设备的位置；以及

控制器，所述控制器与所述位置跟踪设备、所述多个联接构件和所述多个调节构件通信，用于从所述位置跟踪设备、从所述多个联接构件和从所述多个调节构件接收数据，并且用于将数据传输到所述位置跟踪设备、所述多个联接构件和所述多个调节构件，以使所述多个联接构件的所述从动构件以及所述多个调节构件的所述从动构件中的每一个从动构件选择性地运作。

2.根据权利要求1所述的管道加工系统，其中所述位置跟踪设备包括激光发送器和接收器以及反射构件，所述反射构件能够接收所发射的激光并且将所述激光反射回所述激光发送器和接收器，所述反射构件安装在所述管道加工设备上。

3.根据权利要求1所述的管道加工系统，其中每个联接构件和每个调节构件进一步包括联接到所述从动构件上的负载单元，所述负载单元被配置为确定对应的所述联接构件和所述调节构件上的负载并且将信息传输到所述控制器。

4.根据权利要求1所述的管道加工系统，其中每个调节构件的所述从动构件可旋转地联接到所述定位设备，并且每个调节构件还包括附接到相应调节构件的所述从动构件的球构件，以及与所述管道加工设备和所述球构件接合的臂，所述臂被配置为能够相对于所述管道加工设备和所述球构件移动。

5.根据权利要求4所述的管道加工系统，其中每个调节构件的所述臂具有与所述管道加工设备接合的曲面。

6.根据权利要求5所述的管道加工系统，其中每个调节构件的所述臂从所述管道加工设备的相应壳体延伸，并且其中每个调节构件进一步包括安装在所述臂与所述相应壳体之间的至少一个偏压构件。

7.根据权利要求6所述的管道加工系统，其中每个调节构件的所述臂包括凹部和安装在所述凹部内的插口构件，每个调节构件的所述球构件定位在相应的所述插口构件中，并且其中每个调节构件进一步包括在所述凹部内并与所述插口构件接合的偏压构件。

8.根据权利要求1所述的管道加工系统，其中所述管道加工设备具有被配置为接合所述管道的多个底脚。

9.根据权利要求8所述的管道加工系统，其中所述管道加工设备的每个底脚由从动构件驱动。

10.一种被配置为加工管道的管道加工系统，包括：

定位设备，所述定位设备包括本体和设置在所述本体上的多个联接构件，每个联接构件具有底脚和从动构件，所述底脚被配置为接合所述管道，所述从动构件联接至所述底脚并且被配置为使所述底脚相对于所述管道移动；

管道加工设备，所述管道加工设备被配置为安装到所述管道并且对所述管道执行切割操作；

多个调节构件，所述多个调节构件联接到所述定位设备和所述管道加工设备，每个调节构件包括被配置为使所述管道加工设备相对于所述定位设备和相对于所述管道移动的从动构件；以及

控制器，所述控制器与所述多个联接构件和所述多个调节构件通信，用于从所述多个联接构件和从所述多个调节构件接收数据，并且用于将数据传输到所述多个联接构件和所述多个调节构件，以使所述多个联接构件的所述从动构件以及所述多个调节构件的所述从动构件中的每个从动构件选择性地运作。

11.根据权利要求10所述的管道加工系统，其中每个联接构件和每个调节构件进一步包括联接到所述从动构件上的负载单元，所述负载单元被配置为确定对应的所述联接构件和所述调节构件上的负载并且将信息传输到所述控制器。

12.根据权利要求10所述的管道加工系统，其中每个调节构件的所述从动构件可旋转地联接到所述定位设备，并且每个调节构件还包括附接到相应调节构件的所述从动构件的球构件，以及与所述管道加工设备和所述球构件接合的臂，所述臂被配置为能够相对于所述管道加工设备和所述球构件移动。

13.根据权利要求12所述的管道加工系统，其中每个调节构件的所述臂具有与所述管道加工设备接合的曲面。

14.根据权利要求13所述的管道加工系统，其中每个调节构件的所述臂从所述管道加工设备的相应壳体延伸，并且其中每个调节构件进一步包括安装在所述臂与所述相应壳体之间的至少一个偏压构件。

15.根据权利要求14所述的管道加工系统，其中每个调节构件的所述臂包括凹部和安装在所述凹部内的插口构件，每个调节构件的所述球构件定位在相应的所述插口构件中，并且其中每个调节构件进一步包括在所述凹部内并与所述插口构件接合的偏压构件。

16.一种切割管道的方法，包括：

将定位设备定位在所述管道上，其中所述定位设备包括本体和设置在所述本体上的多个联接构件，每个联接构件具有被配置为接合所述管道的底脚并且每个联接构件具有联接到所述底脚的从动构件；

相对于所述管道移动所述定位设备以使所述定位设备在所述管道上居中；

将管道加工设备附接到所述定位设备，其中多个调节构件被联接到所述定位设备以及被联接到所述管道加工设备，每个调节构件包括从动构件；

使用位置跟踪设备来识别所述管道加工设备的位置，

在控制器处接收数据，所述控制器与所述位置跟踪设备、所述多个联接构件和所述多个调节构件通信，所述控制器从所述位置跟踪设备、从所述多个联接构件和从所述多个调节构件接收数据，并且将数据传输到每个从动构件，以使所述多个联接构件的所述从动构件以及所述多个调节构件的所述从动构件中的每一个从动构件选择性地运作；

使用所述多个调节构件使所述管道加工设备相对于所述定位设备并且相对于所述管道移动，以对所述管道执行切割操作。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述管道加工设备的切割平面被移动到与平行于所述定位设备的前表面和后表面的平面平行的位置。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述管道加工设备的切割平面被移动到与平行于所述定位设备的前表面和后表面的平面不平行的位置。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括在相对于所述定位设备移动所述管道加工设备的同时，相对于所述管道移动所述定位设备。

20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括跟踪所述管道加工设备的位置；

所述方法进一步包括使用所述管道加工设备切割所述管道。

21.根据权利要求16所述的方法，其中所述定位设备包括联接构件，所述联接构件被致动以在所述管道上定位所述定位设备。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述联接构件被手动致动或被动力致动。

23.根据权利要求16所述的方法，其中所述定位设备包括调节构件，所述调节构件被致动以相对于所述定位设备以及相对于所述管道移动所述管道加工设备。