JP2018535102A - 管状部材の末端を測定および加工する自動システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

発明に関する特許「管状部材の末端を測定および加工する自動システムおよび方法」本発明は、パイプ末端を測定および加工する自動システムであって、パイプ末端の内径および外径を測定する内部レーザーセンサー（３）および外部レーザーセンサー（２）を有する測定機器（１）；パイプの内径を加工する少なくとも１の加工ツール（１４）およびパイプの外径を加工する少なくとも１の加工ツール（１２、１３）を有する加工ステーション（５）であって、加工ツールはそれぞれ独立して、セントラルにつながり、かつ、操作される、加工ツール；測定装置および加工ツールの間の電子インターフェースセントラル（６）であって、パイプ末端の外径および内径の臨界値の記録を有する電子インターフェースセントラルを含み、電子インターフェースセントラル（６）は、測定機器から外径および内径の測定値を受信し、これらを臨界値と比較し、かつ、パイプの外径および内径の実際の値が臨界値に近づくように、比較の結果に応じて加工ツール（１２、１３、１４）の操作を制御する、システムに関する。【選択図】図２

Description

本発明は、高精度および生産性で管末端を測定および加工する自動化されたシステムおよび方法に関し、これは生産ライン内および生産ライン外の双方に使用できる。測定方法は、種々の技術的用途（これらの中でもオイルおよびガス産業）のパイプに使用できる。

今日では、ますます厳しい状況にあるオフショア環境において、石油会社およびそのパートナーは、石油の利用および輸送における、品質、安全性および生産性を保証するために重大な挑戦に立ち向かう必要がある。この状況において、油井とプラットホームとを結ぶライザー、および、１の油井と別の油井との間のフローラインは、オイルおよびガスの輸送において重要な役割を果たす。

水素誘起割れ（ＨＩＣ）への、硫化物誘起割れ（ＳＳＣ）へのより大きな耐性および改良された機械的な特性をもたらすための、特別に開発された合金を有し、かつ、特別な処理ルートによる、鋼鉄の様々な組成のほかに、寸法公差は、割れのメカニズムの重要なパラメータであり得、これは、とりわけ、石油の導通および開拓のためにパイプ間をハンダ接合する際に慎重に検査されるべきである。この点について、管の端部にてより少ない公差が求められ、これは、図１３’’に示されるように、ハンダ付け領域においてハンダ付けされた管の末端間の壁の厚さ間の相違（Ｈｉ−Ｌｏ）が、有害な影響、例えば、疲労強度の低下、非破壊検査における兆候／不合格の問題だけでなく、石油の生産における生産性の損失等を有し得るためである。オイルパイプ、特にパイプラインの生産において、末端における壁の厚さの公差は、技術的規則で定められており、ほとんどの場合、ハンダ付けされたパイプ間の良好な適合を保証するには十分でない。従って、上記に列挙されたような問題を防ぐために、石油会社は、通常、各パイプラインの末端において壁をマップし、かつ、供給されるパイプ間の最適な適合を特定することを求め、その結果、壁の大きな相違によりハンダ付けのときに生じる影響を減少できる。このようなマッピングの副次的影響は、パイプの選択の必要性に起因するさらなるロジスティクスの複雑化、設備およびオフショアのパイプ層（あるいは、パイプ―レイヤー）の生産性の低下、ならびに動的用途における疲労強度への悪影響に関連する。

用語「Ｈｉ−Ｌｏ」は、２つのパイプの間の接合の工程に生じる、ハンダ付けされたパイプの末端の直径および厚さの相違およびばらつきを示すために用いられる。構造における「Ｈｉ−Ｌｏ」の正確なサイズの調節は、後続のハンダ付け工程のために、壁の厚さの相違を最小にする。しかしながら、３軸の機械的な旋盤に接続された測定システムの自動化なしでは、手動のパイプの測定およびマッピング工程が高価になり、一般に、低い生産性を示す。

文献ＣＮ１０２６５０５１６は、大きな直径の鋼鉄のパイプ末端の外径および楕円率を測定するためのオンライン測定方法に関し、以下の工程を有する：軸の位置を定めるために被測定鋼鉄のパイプの公称データを得ること、外径のレーザー変位センサーの間隔を定めること、センサーのプローブが測定のための軸に向けられることを可能とし、および、その後、被測定鋼鉄のパイプの直径Ｄを得ること、全周囲方向における外径を測定するために１８０度にわたってセンサーを回転すること、ならびに、被測定鋼鉄のパイプの平均径および楕円率を得ること。大きな直径の鋼鉄のパイプ末端の外径および楕円率のオンライン測定装置は、産業用ロボット、外径測定装置、および軸探知装置を含むことを特徴とする。標準的な産業用ロボットは、測定装置を持ち運ぶために適用され、被測定鋼鉄のパイプ末端の周囲に配置される。文献ＣＮ１０２６５０５１６は、パイプ末端の測定値の処理、およびそれに続く加工を示唆しない。

文献ＵＳ５７７８７４４は、シームレスパイプの面を加工する方法を記載し、シームレスパイプにしばしば存在する完全な円筒状断面のずれに起因する不精密性を除去するため、この方法はパイプ末端の内径および外径を特定するセンサーを使用する。該方法は、さらに、パイプ末端の理論上の断面、および、パイプの内径および外径の実寸法を考慮に入れ、および、２つの工程（粗削り加工である第１工程、および、仕上げ加工工程である第２工程）で加工を行う。しかしながら、この文献は、レーザーセンサーを使用することを示唆しておらず、末端面の加工に限定されており、かつ、壁の厚さならびに外径および内径を調整するために、パイプ末端の完全な加工を行うことを示唆しない。

文献ＪＰＳ６２２２８３０２は、管の外表面に回転して接触する牽引（あるいは、トレイリング）ロールを備えることによって、その全長に亘って不均衡な壁の厚さを生じさせずにパイプの外部表面を加工する方法を記載し、切断工具の位置は、管の加工前の壁の厚さの分布および振れのデータに基づき、初期加工後の管の屈曲に追従する。この方法は、不均衡を除去するために、管の外壁のみの加工を補助するためにセンサーを使用する。しかしながら、この文献は、外部の加工と同様に、かつ、これと独立して、管の内部の加工を行うことを示唆しない。

［発明の目的］
本発明の第１の目的は、方法および自動化された測定システムであって、技術的規則および／または顧客により規定された最大および最小の限度の間の相違（または差）について低い値を保証するために、パイプ末端を調整し、最も狭いパイプ末端の公差に従って、加工後の平均および最小の壁の厚さを最大にし、および偏心度を安定させる加工処理が組み込まれたものを提供することである。

本発明の第２の目的は、測定値を処理し、パイプ末端が制限された公差を有するように加工され得るように加工座標を計算することを担う専用ソフトウェアを介して、測定システムとＣＮＣ旋盤とを統合することである。

さらに、本発明の目的は、パイプ末端を調整するための方法およびシステムであって、種々の種類の管、なかでも、例えばライザー、フローライン、移送ダクトに用いられ得、競争力のある価格／有益性を有するものを提供することである。

本発明の他の目的は、パイプ末端を調整するための方法およびシステムであって、パイプ末端の内径および外径を独立して測定でき、その後、セントラルにつながったツールとＣＮＣ旋盤を用いて、さらに内径および外径について独立に加工できるものを提供することである。

［発明の簡単な説明］
本発明の目的は、管状部材の末端を測定および加工する自動化されたシステムであって、パイプ長さの少なくとも１においてパイプ末端の内径を測定する内部レーザーセンサー；およびパイプ長さの少なくとも１においてパイプ末端の外径を測定する外部レーザーセンサー；を有する測定機器、パイプの内径を加工する少なくとも１の加工ツールおよび管の外径を加工する少なくとも１の加工ツールを有する加工ステーションであって、加工ツールはそれぞれ独立して操作される加工ステーション；測定機器および加工ツールの間の接合部分の電子セントラルであって、パイプ末端の外径および内径の臨界値の記録を含む電子セントラルを含み、電子インターフェースセントラルは、測定機器から外径および内径の測定値を受信し、外径および内径の臨界値を比較し、および、比較の結果に応じて内径および外径を加工する加工ツールを制御するシステムによって達成され、その結果、パイプの外径および内径の実際の値が、外径および内径の臨界値に近づく。

好ましくは、測定機器は、さらに、加工ツールの位置を測定する位置調整レーザーセンサー、および、複数の歯を備えるフォークを一方の末端に有する自動化されたアームを有し、各レーザーセンサーがフォーク状の歯に配置される。好ましくは、加工ステーションは、パイプの内径を加工する少なくとも１の加工ツール、および、パイプの外径を加工する２の加工ツールを有し、各ツールは独立に操作される。電子インターフェースセントラルは、パイプの偏心度を減少するように加工ステーションの操作を制御するコンピューター支援数値制御を有する。電子インターフェースセントラルは、好ましくは、加工の前および後に測定される管の外径および内径の数値を格納する。

電子インターフェースセントラルは、好ましくは、パイプの周状部の各位置における外径および内径の測定値の間の相違（または差）からパイプの壁の厚さを計算し、かつ、壁の厚さの計算値と壁の厚さの臨界値とを比較する測定分析ユニットを有する。電子インターフェースセントラルは、パイプの外径および内径の測定値に基づいて、パイプ末端の外径および内径、偏心度ならびに壁の厚さの最小値および最大値を決定する。電子インターフェースセントラルは、好ましくは、管状部材のサンプルの以前の測定によって、および、サンプルの測定された最大径および最小径の変動の統計的分析によって、パイプ末端の外径および内径の臨界値を計算する。

本発明の目的は、さらに、管状部材の末端を測定および加工する自動方法であって：少なくとも１のセクションにてパイプ末端の内径を測定すること；パイプ長さの少なくとも１のセクションにてパイプ末端の外径を測定すること；外径および内径の測定値を処理すること、および、これらを外径および内径の臨界値と比較すること、および、パイプの外径および内径の実際の値が外径および内径の臨界値に近づくように、パイプの偏心度を減少するように、制御された方法で比較の結果に応じてパイプ末端の外径および内径を加工すること、を含む方法によって達成される。パイプ末端の内径および外径の測定工程は、好ましくは、相互に独立して行われ、３のパイプ長さにおいて実行され得る。

加工工程の後、少なくとも１のパイプ長さにおいてパイプ末端の内径および外径を測定する新たな工程、および、加工後のパイプ末端の外径および内径の最終的な測定値を記録する工程が行われ得る。

パイプの内径および外径の加工工程の制御は、コンピューター支援数値制御によって行われる。パイプ末端の内径および外径の制御された加工は、パイプ長さのパイプの中心に向けて徐々に減少する寸法を有するように内径を加工し、および、パイプ長さのパイプの中心に向けて徐々に増加する寸法を有するように外径を加工し、パイプ末端とパイプ長さの残分の間により大きな壁の厚さの遷移領域を形成することを含む。

外径および内径の測定値の処理工程は、好ましくは：パイプの外径および内径の測定値に基づいて、パイプ末端の外部および内部およびパイプ末端の壁の厚さの最小値および最大値を決定することを含む。パイプの壁の厚さの決定工程は、測定された長さのパイプの周状部の各位置における外径および内径の測定値の間の相違を計算すること、壁の厚さの計算値と壁の厚さの臨界値とを比較すること、および、パイプの内径および外径における加工位置の座標を特定することを含む。

上記方法は、好ましくは、管状部材のサンプルの以前の測定、および該サンプルの測定された最大径および最小径の変動の統計的分析に基づいて、パイプ末端の外径および内径の臨界値を計算する初期工程を含む。上記方法は、好ましくは、加工工程の前に、内径および外径の測定値が、加工後に内径および外径の臨界値を達成するには十分でないときに、パイプを破棄する工程を含む。

（図面の簡単な説明）
本発明は、ここで、図面に表される実施態様の例を参照してより詳細に記載され得る。図面は、以下のとおりである。

図１は、本発明による管状部材の末端を測定および加工する自動システムの概略図である。 図２は、本発明によるシステムの加工ツールの斜視部分図である。 図３は、処理された後のパイプ末端の斜視図である。 図４は、図３のパイプの正面図であり、処理後の内径を示す。 図５は、処理の前のパイプの内径および外径の測定結果を示すグラフである。 図６は、処理後のパイプの内径および外径の測定結果を示すグラフである。 図７は、処理より前のパイプの外径の最小値、中間値および最大値の正規分布を示すグラフである。 図８は、処理後のパイプの外径の最小値、中間値および最大値の正規分布を示すグラフである。 図９は、処理より前のパイプの内径の最小値、中間値および最大値の正規分布を示すグラフである。 図１０は、処理後のパイプの内径の最小値、中間値および最大値の正規分布を示すグラフである。 図１１は、処理より前のパイプの壁の厚さの最小値、中間値および最大値の正規分布を示すグラフである。 図１２は、処理後のパイプの壁の厚さの最小値、中間値および最大値の正規分布を示すグラフである。 図１３は、パイプ末端の直径の間の相違（Ｈｉ−ｌｏ）を示す、２つのパイプのハンダ付け接合の断面図である。

（図面の詳細な説明）
図１は、本発明による管状部材の末端を自動的に測定および加工するシステムの、機器、ハードウエアおよびソフトウェアの構成の好ましい実施態様を概略的に示す。管状部材は、一般に、オイルおよびガス産業において使用される鋼鉄のパイプ１０であるが、本発明のシステムは、その末端を測定および／または加工する必要があるときには、他の種類および他の材料の管状部材にさらに適用され得る。

システムは、管状部材の末端から５００ｍｍの最大長さに沿って異なる位置／面における、加工前および／または後のパイプの直径（ＯＤ／ＩＤ）、楕円率および偏心度を測定するために作動され得る測定機器１を有し、測定は、結果を調整および検証するために、加工の前および後に同じ位置で行われる。測定機器１は、パイプ末端の内径を測定する内部レーザーセンサー３およびパイプ末端の外径を測定する外部レーザーセンサー２とともに提供され、双方はパイプ末端の長さの少なくとも１のセクションにある。好ましくは、測定機器１は、さらに位置調整レーザーセンサー４を有し、これは、それぞれの加工ツールの中央または加工ステーションに対する加工ツールの位置調整を測る。

本発明の一実施態様において、測定装置は、パイプ末端までレーザーセンサーを運ぶために必要となる全ての動作、および、測定が各角度で行われ得るようにセンサーを回転することを行うロボット１１によって構成される。このロボットは、自動化されたアーム７を有し、これは、レーザーセンサー２、３、４をパイプ末端の周状部の周囲におよび外面に沿って動かす。自動化されたアーム７の末端に、フォークが結合され、これらの歯の上にレーザーセンサー２、３、４が取り付けられる。本発明のこの実施態様において、これは３のセンサーを用い、フォークは３の歯を有する。下方の歯に、位置調整レーザーセンサー４が配置される。中央のものには、外部レーザーセンサー２が結合され、上方の歯には、内部レーザーセンサー３が結合される。外部センサー２および内部センサーは、パイプの外およびパイプ内にそれぞれ配置し、パイプ末端の長さの周囲におよび長さに沿って動かされる。

自動化されたアーム７は、パイプの軸方向にセンサー２、３を移動させ、これらは、パイプ末端に近い様々な軸方向の位置にて、パイプの内径および外径を測定し得る。

図１に示される発明の実施態様において、センサー２、３および４は、三角測量レーザーセンサーである。外部センサー２および内部センサーは、パイプの周状部の３６０度において測定を行い、パイプ周状部の各角度で測定を行う。通常、技術的記載および測定機器の構成によって、パイプ末端１０の軸方向に異なるセクションにて、最大３つの、および、好ましくはパイプ末端の端から約３００ｍｍまであるいは３００ｍｍを超えるあらゆる位置にて測定が行われる。レーザーセンサーと自動化されたアームとの組み合わせは、システムにおいて、パイプ末端の表面を極めて正確に測定することに寄与する。

本発明による管状部材の末端を測定および加工する自動システムは、さらに、パイプ末端を加工し、かつ、サイズを調整することを担う加工ステーション５を有し、加工後に達成されるパイプの外径および内径、楕円率、偏心度および壁の厚さの実際の値が、可能な限りの最小のずれで、顧客および／または技術的規則によって規定された値、またはシステムによって計算された値に近接し得る（ここで、臨界値と称する）。システムは、ハンダ付けされたパイプ間のより良好な適合を提供するパイプ末端の最適な公差の値を達成するために、壁の厚さを最大にすること、および、パイプの偏心度を減少することを目的とする。

この目的のために、加工ステーション５は、図２に示されるように、パイプ１４の内径を加工する少なくとも１の、好ましくは２の加工ツール、ならびに、パイプ１２、１３の外径を加工する少なくとも１の、好ましくは２の加工ツールを含み、加工ツールを統合する。加工ツール１２、１３および１４は、加工ステーション５の同一の中心軸に結合される。加工ツールは、互いに独立に、操作し、かつ、パイプを加工する。

本発明によるシステムの電子インターフェースセントラル６は、測定機器１および加工ステーション５の間の接合（あるいは、インターフェース）を行うことを担う。この電子インターフェースセントラル６において、パイプ末端の外径および内径の臨界値が記録される。これらの臨界値は、これらのパイプの適用に必要な、あるいは要求される寸法の公差限度に基づいて、技術的規則および／または顧客からの規則に応じて定められ、このインターフェースセントラル６に予めプログラムされる。

電子インターフェースセントラル６は、加工前および／または加工後の、測定機器１によって測定される外径および内径の値を受信し、全ての製造されるパイプのこれらの数値を記録し続け得る。電子インターフェースセントラル６は、外径および内径の測定値と、それ以前に記録された外径および内径の臨界値とを比較し、比較の結果に応じて加工ツール１２、１３および１４の操作を制御し、これによって、パイプ１０が、計算された、あるいは予め記録された外径および内径の臨界値まで加工され得る。これらの数値は、インターフェースセントラル６により、通常、ソフトウェアを用いて計算される。システムは、さらに、パイプの偏心度（すなわち、内径および外径に対応する周状部が偏心し得るため）を減少するように、加工ツール１２、１３および１４の操作の制御を実行することを目的とする。

電子インターフェースセントラル６は、測定値の分析および加工を行い、さらに、測定機器１の、場合によっては、自動アーム７およびロボットの、操作を制御する測定分析ユニット９（図１に示される）を有する。センサーにより測定された数値に基づいて、測定分析ニット９は、実在のパイプ末端の外径および内径、偏心度および壁の厚さの実際の最小値および最大値を計算する。パイプの壁の厚さは、パイプ周状部の各位置における外部および内部の値の測定値の間の相違により計算される。

パイプの特定の／所望の最終的な形状を達成できるように、加工前に、測定分析ユニット９は、パイプが加工され、かつサイズ調節されるのに十分な材料および壁の厚さを有するかを検証する。パイプがこれらの要求を満たさない場合、これは破棄される。

測定分析ユニット９は、さらに、壁の厚さの計算値、ならびに、内径および外径の測定値と、以前に記録された壁の厚さおよび直径の臨界値とを比較することを担い、加工ツール１２、１３、１４の操作を制御するために用いられ得る制御信号を発生する。

本発明の一実施態様において、臨界値は、加工される全てのパイプにおける数サンプルの寸法の測定に基づき、および、分析から、専用ソフトウェアの支援を受けてシステムの電子セントラル６の測定分析ユニット９にて計算される。システムの専用ソフトウェアは、個別にかつ独立して、測定を実行すること、および、内径および外径の加工のための加工ツールの操作を制御することを可能とし、システムにより測定され、加工され、およびサイズ調節されるパイプの製造の速度を大幅に増加させる。さらに、システムは、異なる方法にプログラムされ得、これは、全てのケースにおいて良好なコスト／利点に関連し、オイルおよびガスの移送のためのライザーおよびフローラインの双方へのその適用を可能とする。

この専用ソフトウェアは、パイプがこれらの変数の閾値内でサイズ調節され得、パイプの内径および外径の最良の組み合わせを探すように、かつ、同一ロットのパイプ間のよりよい適合を達成するように構成される。ソフトウェアは、パイプのよりよい性能および質を達成するために、壁の厚さの最大化および偏心度の減少を常に達成することを、さらなる目的とする。

一例において、本発明によるシステムにより、１つのロットの約３００のパイプが予めスキャンされ、かつ、これらの外径および内径の値が測定され、これらの壁の厚さ、偏心度および楕円率が計算され、および、最大の内径および外径が特定される。電子セントラル６の測定分析ユニット９において、最大および最小の径の変動の分析を行い、その後、内径および外径の目標値が上記ソフトウェアで統計的に定められる。材料のさらなる損失を可能な限り防ぐように、かつ、上記の特定のロットのパイプのパイプ末端の公差限界およびより大きな壁の厚さを保証するように、内径および外径の目標値が計算される。

図１に示され得るように、電子インターフェースセントラル６は、加工ステーション５の操作を制御することを担うコンピューター支援数値制御（ＣＮＣ）８、および、より具体的には、外部１２および１３ならびに内部１４の加工ツールをそれぞれ有する。この制御ＣＮＣ８は、加工ツール１２、１３および１４の制御のために必要な、電子インターフェースセントラル６の測定分析ユニット９により計算された全てのデータを受信し、ソフトウェアによって計算された外径および内径の値を考慮に入れ、要求される極大化を考慮する。

従って、独立してセントラルにつながり（セントラリゼイション）、およびさらに独立した構成の各加工ツール１２、１３、１４の個々の臨界値に基づいて、外径および内径のそれぞれの加工を制御することが可能である。例えば、本発明によるシステムは、全ての範囲において、同じ精密さで１１．４３ｃｍ−４０．６４ｃｍ（４ １／２″−１６″）の範囲で外径を加工することを可能とする。外径がこの範囲にあることにより、システムは８時間のワークシフト毎に平均８０のパイプを加工することを可能とする。

図５および６のグラフは本発明の機能のよりよい理解を可能とし、これらはパイプから得られた内径および外径の測定結果を示し、それぞれ、加工前および加工後のこれらの断面図を表す。図５に示されるように、通常、加工より前のパイプの壁の厚さは、目標とする臨界値よりも大きい。この図において、内径および外径の臨界／目標の値は実線で示され、一方、測定値は破線で示される。数値は、ＩＤ面１、ＩＤ面２、ＯＤ面１、ＯＤ面２で示される２のパイプ長さに沿って測定された。外径および内径の双方において臨界値に対する相違がある。従って、本発明によるシステムは、パイプ末端の周状部の至るところにて所望の壁の厚さを達成するために、同時に、内径および外径の間の偏心度を可能な限り減少するために、パイプ表面のどの部分が内壁および外壁の組み合わせにおいて加工されるかを決定する必要がある。

図５において、臨界値に対するパイプ壁の内径および外径の相違、および、これらの壁の表面の凹凸および起伏に起因して、パイプの内径および外径の臨界値に対応する周状部の位置を調整する必要があることをさらに注意すべきであり、その結果、加工後のパイプの周状部に亘って所望の壁の厚さを保証する。

加工の結果が図６に示され、ここでは内部表面の凹凸が比較的減少し、内径は図５の連続線によって表される臨界値に近い寸法へと増加した。外径の寸法も臨界値に近づき、かつ、外部表面の凹凸が減少され、同時に、内径および外径の実際の周状部がより同心円に近くなった。

本発明によるシステムは、さらに、例えば、パイプの寸法を調整することが必要でない場合には、パイプの直径および壁の厚さの寸法を測定するためだけに用いられ得る。

本発明は、さらに、管状部材の末端を測定および加工する自動方法に関し、少なくとも１のパイプ長さにて、パイプ末端の内径および外径を初期に測定する方法による。これらの２つの直径の測定は、相互に独立に行われる。パイプ周状部の３６０度において測定が実行され得、例えば、各測定間１度間隔で、あるいは、所望のもしくは必要であれば、より大きな間隔もしくはより小さな間隔で実行され得る。この間隔は、プログラム化および調整され得る。通常、パイプ末端の異なる長さにおいて３つまでの測定が行われ、好ましくはパイプ末端から約３００ｍｍまでの位置で行われる。

測定が行われた後、外径および内径の測定値は、処理され、かつ、設計および所望の用途に基づいて前もって定められた、または、該ロットからのパイプサンプルのスキャン後に電子セントラル６によって予め計算された外径および内径の臨界値と比較される。壁の厚さの計算だけでなく、外径および内径の最小、最大および中間の値が、パイプ末端の周状部の周囲のセンサーによるこのスキャンの最終成果である。これらの直径の中間値は、計算され、かつ、記録される。パイプの測定値の図５に示される図面に見られるように、パイプ末端の周状部に亘って、これらの２つの直径および壁の厚さの間の偏心度をさらに確認できる。パイプの壁の厚さの決定は、測定長さのパイプの周状部の各位置における外径および内径の測定値の間の相違に基づいてなされる。

直径および壁の厚さの決定された数値は、パイプの表面のどの部分が加工される必要があるか、および、加工をどの程度実施する必要があるかを決定するため、予め定められたそれぞれの臨界値と続けて比較され、その結果、パイプの外径および内径および壁の厚さの最終の実際の値が外径および内径の臨界値に近づく。加工される部分のこの決定は、パイプ末端の最適の公差の値を達成するために、壁の厚さの最大化およびパイプの偏心度の減少を達成することをさらに求める。この工程において、これらのパラメータの実際の測定値を考慮して、パイプの内径および外径の最適の組み合わせが識別され、その結果、これらの変数の臨界値内でサイズが調節される。コントロールセントラルの専用ソフトウェアは、制限された公差の値が加工後に末端にて達成され得るように、加工座標を計算する。ソフトウェアは、管の位置および加工される材料の量を示す。

この専用ソフトウェアにより得られた計算の結果によって、末端が加工されるか、または加工されないかを決定する、すなわち、パイプの基準寸法が、特定された測定結果に対して、パイプ末端を残すのに十分であり得るか、または、十分であるかを決定する。加工は、末端が最終の目標形状を達成するのに十分な材料を有する場合のみに行われる。それ以外は、パイプは排斥される。

パイプ末端の寸法が加工されるのに十分なとき、加工位置の座標は、加工ツールのコントロールＣＮＣに送られ、加工工程はソフトウェアによりリリースされる（あるいは解除される）。パイプ末端の内径および外径の加工は、上記の処理工程の計算の結果に応じて、制御された方法で実行される。コンピューター支援数値制御（ＣＮＣ）は、正確な方法で加工を制御するために用いられ、内径および外径の加工は、互いに独立に行われ得る。

加工は、壁の厚さおよび末端の公差について同じく異なるパラメータで、異なるサイズおよび性質のパイプに対して、制御されかつ調整される。さらに、パイプの疲労強度を向上させるために、遷移領域１５、１６がパイプ上に加工され得、これは遷移テーパリング（またはトランジションテーパリング）と称され、図３および４に示されるように、内表面および外表面の双方において、パイプ末端およびパイプ胴部の間で、滑らかであり、かつ、尖った点を有しない。外表面の遷移領域１５において、外径は、パイプの軸方向の胴部の中央に向けて徐々に増加する寸法を有するように加工され、一方、内表面の遷移領域１６において、内径は、パイプの中央部にむけて徐々に減少する寸法を有するように加工され、パイプ末端およびその胴部の残りの部分の間で大きな壁の厚さの遷移領域を形成する。本発明の一実施態様において、加工されたパイプ末端の長さは約３００ｍｍであり、遷移領域を含む。この長さは、必要に応じて、３００ｍｍよりも長くてもよい。

最後に、制御された加工後に、加工前に測定が行われたパイプ長さに沿った同じ位置におけるパイプ末端の内径および外径を測定する新しい工程を実行し得、最終測定がソフトウェアにより想定された目標値の範囲内にあるかを検証する。加工後の測定値は記録される。このようにして、例えば同一ロットにおける、加工されたパイプの寸法の最終の値の記録をもたらす。

本発明の好ましい実施態様において、本明細書に記載される方法の全ての工程は、本明細書に記載される本発明によるシステムによって実行され得る。このシステムおよびこの方法は、パイプの生産ライン（例えば、最終段階において）、および、パイプの製造フローの干渉を受けない生産ライン外の双方において用いられるように、開発され、かつ考案されてきた。さらに、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、パイプ末端の測定の点において生産ラインに対しても、これらのパイプの測定および加工の組み合わせに対しても、柔軟性を与える。

本発明による方法の実行および／または本発明によるシステムの使用の前および使用中の双方において、使用される機器の部品の較正の手順を実行することが重要であり、これは、方法およびシステムの適切な働きのために必要な回数繰り返され得る。較正は、既知の寸法のテストパイプ長さにおいて行われ得る。

図３および４にて、これは、本発明によるシステムによりおよび方法により、加工およびサイズを調節された後のパイプ末端を示すものであり、最終的な内部表面および外部表面が最大値１２５ＲＭＳ（Ｎ８，Ｒａ＝３．２μＭ）の粗さを示すことが表され得る。設計の仕様によれば、内径の領域にて、最小の比率７：１の勾配（あるいは傾斜）１２（「遷移テーパー（または、トランジションテーパー）」としても知られる）の形状の遷移粗さが用いられた。外部コーティングの適用中の問題を回避するために、１５：１の比率のより滑らかな勾配の形状の遷移領域が、外径の遷移領域１２に適用された。内径および外径の緩やかな遷移領域は、さらに、疲労強度の向上に寄与する。勾配の形状の遷移領域は、顧客の仕様の技術的な基準仕様を満たすように、機器によりサイズ調節され得る。

本発明によるシステムおよび方法は、外径（±０．７５ｍｍ）および内径（±０．２５ｍｍ）の非常に制限されたパイプ末端のブラジル（サンパウロ、グアラ−ルラおよびＰ−５５）の石油開発におけるライザーの構造に用いられる、あるいは、内径のさらにより制限された（例えば約±０．２０ｍｍ）メキシコ湾の構造ＬＬＯＧに用いられる、管状ラインの生産を可能とする。外径において、システムの公差は、±０．２０ｍｍに達し得る。これらの構造は、約１３，５００のパイプに十分に供給され、これらはＪ−ｌａｙまたはＲｅｅｌ−Ｌａｙ法によって、ハンダ付けされ、および、敷設された。ハンダ付け接合部の疲労の結果は良好であり、および、これらは、これらの構造の適用され得る厳しい仕様に適合していた。全てのパイプ末端の公差の有効な寸法制御は、オイルまたはガスの製造用のハンダ付けされるパイプ操作する際に（これは、オフショアベース（スプールベース）における、または敷設船におけるものであってよい）に、パイプのいかなる種類の分類および選択の必要性を回避し、および、いかなる種類のハンダ付け方法の間中においても全てのパイプの結合の良好な適合を保証する。

内径および外径の最大値および最小値の間の相違に対するこの厳しい制御の理由は、良好な疲労強度（これは、ライザーの適用に対して特に厳しい）を確保するために、ハンダ付けされた接合部に適用される厳密な仕様に関連する。本発明のシステムおよび方法は、内径の±０．２０ｍｍ程度の最大および最小の限度の相違を保証する。

図５−１２に、有効性の観点から、本明細書に記載される管状部材の末端を測定および加工する自動システムおよび方法の良好な性能を表す結果を示し、外径、内径および壁の厚さのジオメトリー（あるいは形状）が達成されている。試験の行われたパイプ（図面を参照）は、ライザー構造として用いられた。測定は、比較のために、および、パイプ末端の寸法を向上させる機器の能力を示すために、加工操作の前および後において行われた。

これらの図に示される結果は、以下の実際の寸法を到達することを目的とするパイプに関する：壁の厚さ：２５．４ｍｍ −８％ ＋１０％、目標外径：２０３±０．７５ｍｍ／目標内径：１５４．１５±０．２５ｍｍ。

各パイプ末端において、全ての長さの全測定結果の分析は、本発明のシステムおよび方法に用いられるソフトウェアによって自動的に行われる。再度、図５の例に関し、このグラフにおいて、これは破線にて、加工操作前の末端から５０ｍｍおよび１５０ｍｍにおけるパイプ末端の２の長さの測定結果を示し、これは、ＩＤ面１、ＩＤ面２、ＯＤ面１、ＯＤ面２によって示される。２つの測定セクションにおける内径は、分析された３６０度に亘って著しく変動し、これに対して、外径は、ラミネーション工程の最後の最終検定を合格していることから、比較的変動しないと観察することが重要である。連続線は、設計にて要求される適用条件に従ってソフトウェアにより計算された、参照用の臨界の内径および外径に相当する。

図６に示されるように、これは加工工程後の測定結果を示し、内径の楕円率の十分な向上を観察できる。これは、本発明によるシステムおよび方法の効果を示し、以前の測定結果におよび目的とする臨界値の適切な計算に基づいて、ジオメトリー、ならびにパイプ末端の内径および外径、壁の厚さおよび偏心率に関する公差を向上する。従って、生産された全てのパイプにおいて最適な適合を達成し、ハンダ付け操作の間の生産性の損失を防ぎ、および、これらの適用中に製品の性能の向上を提供することが可能である。

図７および８のグラフは、それぞれ、加工前および後のパイプの外径（ＯＤ）の最小（ＯＤ ｍｉｎ）、中間（ＯＤ Ａｖｅ）および最大（ＯＤ Ｍａｘ）の正規分布を示す。横座標は、ミリメートルで測定された外径の値を示し、縦座標は、外径の各測定にて得られた頻度を示す。垂直線は外径の所望の目標値、ならびに、それぞれの最大および最小の公差を示す（２０３±０．７５ｍｍ）。これらの図面間の比較は、本発明によるシステムにより、および、方法により定められるパラメータを用いることによって、加工後、外径の寸法に顕著な修正が得られることを示し、その結果、パイプ末端の壁の厚さおよび偏心度の最大値を達成する。外径の最小、中間および最大の値の正規分布曲線は、公差（２０３±０．７５ｍｍ）を含む外径の目標値の範囲に全体的に移動し、これらの曲線の中間値は、中心目標値２０３ｍｍに近くなる。

図９および１０のグラフは、それぞれ、加工前および後の、パイプの外径（ＩＤ）の最小（ＩＤ ｍｉｎ）、中間（ＩＤ Ａｖｅ）および最大（ＩＤ Ｍａｘ）の値を示す。横軸は、ミリメートルで中間の内径の値を示し、縦軸は、内径の各測定における得られた頻度を示す。垂直線は、内径の所望の目標値、ならびに、それぞれの最大および最小の公差を表す（１５４．１５±０．２５ｍｍ）。これらの２つの図の分析は、加工操作前は、内径のすべての中間値は、図９に示され得るように公差（１５４．１５±０．２５ｍｍ）を含む内径の目標値の範囲外であり、かつ、目標値の範囲から完全に離れていることを示す。加工後は、内径の最小、中間および最大の値の正規分布は、目標値の範囲に全体的に移動し、かつ、これらの曲線の中間値は、１５４．１５ｍｍの中心の目標値に極めて近くなる。

従って、パイプ末端の内表面および外表面は、内径が最小の公差限度に近い値に到達するまで、かつ、外径が最大の公差限度に近い値に到達するまで加工されたことになる。図１１および１２は、それぞれ、加工の前および後の、このパイプ末端の壁の厚さ（Ｗｔ）の最小値（Ｗｔ ｍｉｎ）、中間値（Ｗｔ Ａｖｅ）および最大値（Ｗｔ Ｍａｘ）の正規分布を示す。加工後、最小、中間および最大の値も、所望の中間の壁の厚さ、および、垂直線によって表されるそのそれぞれの公差（２５．４ｍｍ −８％ ＋１０％）に極めて近くなることに注目されるべきである。さらに、２６．５ｍｍよりも高い値である最大の壁の厚さがの測定値が特定され、これは達成された壁の厚さの最大値を示す。

従って、本発明によるところのシステムおよび方法が、直径の最大および最小の値の間の相違を最小にし、および、壁の厚さの最大の特定の公差を得るという、所望の目的を達成することが確認できる。

管状部材の末端の測定および加工の自動システムおよび方法によって達成される結果は、最小および中間の壁の厚さを最大にし、かつ、偏心度を低減させるために、これらが適切な加工パラメータを計算する高い能力を有すると結論付け得る。本発明によるところのシステムおよび方法は、さらに、外径および内径の楕円率／環状化を補正するために極めて有効である。直径の最大および最小の値の間の相違は、制御された加工後、本発明のシステムによって、および、方法によって著しく改良され得る。

さらに、本発明によるところのシステムおよび方法は、パイプの全ロットの高い反復性および再現能力を可能とし、オンショアベースおよびパイプ層における選別および追加の選択の必要性を回避する。サイズ調節末端の手動方法と比較してより良好な生産性によって、本発明によるところのシステムおよび方法は、オイルおよびガスの移送ラインに同様に用いられる。

実施態様の好ましい例が説明されたが、本発明の範囲は、他の可能な変更を含み、可能な均等のものを含む添付の請求項の内容のみによって制限されることを理解するべきである。

Claims (22)

1. 管状部材の末端を測定および加工する自動システムであって、
   パイプ長さの少なくとも１のセクションにてパイプ末端の内径を測定する内部レーザーセンサー（３）；
   パイプ長さの少なくとも１のセクションにてパイプ末端の外径を測定する外部レーザーセンサー（２）；
   を有する測定機器（１）：
   パイプの内径を加工する少なくとも１の加工ツール（１４）およびパイプの外径を加工する少なくとも１の加工ツール（１２、１３）であって、加工ツールはそれぞれ独立に操作される、加工ツール；
   測定機器および加工ツールの間の電子インターフェースセントラル（６）であって、パイプ末端の外径および内径の臨界値の記録を含む電子インターフェースセントラル
   を有する加工ステーション（５）：
   を含み、
   電子インターフェースセントラル（６）は、測定機器から外径および内径の測定値を受信し、これらを外径および内径の臨界値と比較し、および、パイプの外径および内径の実際の値が外径および内径の臨界値に近づくように、比較の結果に応じて内径および外径を加工する加工ツール（１２、１３、１４）の操作を制御することを特徴とする、システム。
2. 測定機器が、加工ツール（１２、１３、１４）の位置を測定する位置調整レーザーセンサー（４）をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 測定機器が、自動化されたアーム（７）であって、複数の歯を備えるフォークを一方の末端に有し、各レーザーセンサーがフォークの１の歯に配置されているアーム（７）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のシステム。
4. 加工ステーション（５）が、パイプの内径を加工する少なくとも１の加工ツール、および、パイプの外径を加工する２の加工ツールを有し、各ツールは独立に操作されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 電子インターフェースセントラル（６）が、加工ステーション（５）の操作を制御するコンピューター支援数値制御（８）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 電子インターフェースセントラル（６）が、加工の前および後に測定される、パイプの外径および内径の数値を格納することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 電子インターフェースセントラル（６）が、パイプの偏心度を減少するように、加工ツールの加工操作を制御することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 電子インターフェースセントラル（６）が、パイプの周状部の各位置の外径および内径の測定値の間の相違からパイプの壁の厚さを計算し、かつ、壁の厚さの計算値と壁の厚さの臨界値とを比較する、測定分析ユニット（９）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 電子インターフェースセントラル（６）が、パイプの外径および内径の測定値に基づいて、パイプ末端の外径および内径、偏心度ならびに壁の厚さについての最大値および最小値を決定することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 電子インターフェースセントラル（６）が、管状部材のサンプルの以前の測定、および、該サンプルの最大および最小の測定値の変動の統計的分析から始め、パイプ末端の外径および内径の臨界値を計算することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 管状部材の末端を測定および加工する自動方法であって、
    パイプ長さの少なくとも１のセクションにてパイプ末端の内径を測定すること；
    パイプ長さの少なくとも１のセクションにてパイプ末端の外径を測定すること；
    外径および内径の測定値を処理すること、および、これらを外径および内径の臨界値と比較すること、および、パイプの外径および内径の実際の値が外径および内径の臨界値に近づくように、制御された方法で比較の結果に応じてパイプ末端の内径および外径を加工すること、
    を含むことを特徴とする、方法。
12. 加工工程の後、パイプ長さの少なくとも１のセクションでパイプ末端の内径および外径を測定する新たな工程、および、加工後のパイプ末端の内径および外径の最終的な測定値を記録する工程を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. パイプ末端の内径および外径を測定する工程が、相互に独立して行われることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。
14. パイプの内径および外径の加工工程の制御が、コンピューター支援数値制御によって行われることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. パイプ末端の内径および外径の制御された加工が、
    パイプ長さのセグメントにおいて、パイプ中央に向けて徐々に減少する寸法を有するように内径を加工し、および、パイプ長さの該セグメントにおいて、パイプ中央に向けて徐々に増加する寸法を有するように外径を加工し、パイプ末端およびパイプ長さの残部の間により大きな壁の厚さの遷移領域を形成することを含むことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. パイプ末端の内径および外径の制御された加工が、パイプの偏心度を減少するように、制御された方法でパイプ末端の内径および外径を加工することを含むことを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 外径および内径の測定値の処理工程が、パイプの外径および内径の測定値に基づいてパイプ末端の外径および内径、偏心度および壁の厚さについての最小値および最大値を決定することを含むことを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. パイプの壁の厚さの決定工程が、測定されたセクションにおいてパイプの周状部の各位置における外径および内径の測定値の間の相違を計算すること、壁の厚さの計算値と壁の厚さの臨界値とを比較すること、および、パイプの内径および外径における加工位置の座標を特定することを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. パイプ末端の内径および外径の測定工程が、パイプ長さの前記セクションで行われることを特徴とする、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 管状部材のサンプルの以前の測定、および、該サンプルの最大測定値および最小測定値の変動の統計的分析から始め、パイプ末端の外径および内径の臨界値を計算する初期工程を含むことを特徴とする、請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 加工工程の前に、内径および外径の測定値が加工後に内径および外径の臨界値を達成するのに十分でないとき、パイプを破棄する工程を含むことを特徴とする、請求項１１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 請求項１〜１０のいずれかに記載のシステムにより行われることを特徴とする、請求項１１〜２１のいずれか１項に記載の方法。

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