KR101652931B1

KR101652931B1 - 튜브의 품질을 결정하기 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR101652931B1
Application number: KR1020130110347A
Authority: KR
Inventors: 매튜 데이비드 알렌; 알란 지. 페리; 로날드 프란시스 코노패키; 로버트 프란시스 크록커
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2016-09-01
Also published as: US20140071266A1; MY168783A; JP6203791B2; JP6088390B2; ZA201306908B; JP2014055956A; KR20140035290A; JP6114666B2; TW201415004A; US9485473B2; SA113340847B1; MY168232A; CN110057826A; US9491412B2; TWI513975B; TWI512262B; KR102052138B1; JP2014055955A; CN103884275A; KR20150115712A

Abstract

서로 반대편에 있는 제 1 측부 및 제 2 측부를 가지는 시각적으로 투명한 기판, 마이크로프로세서, 데이터베이스, 시각적으로 투명한 기판의 제 1 측부 위에 배치된 카메라, 및 조명원을 포함하는 시스템이 개시된다. 조명원은 제 1 측부 상에서 카메라 주위에 링으로 배치되고, 시각적으로 투명한 기판의 제 2 측부 상에 배치된 물체를 조명하도록 동작한다. 또한, 카메라는 마이크로프로세서 및 데이터베이스와 동작 교신한다. 카메라는 시각적으로 투명한 기판의 제 2 측부 위에 배치된 물체의 이미지를 포착하도록 동작한다. 마이크로프로세서는 이미지로부터 물체의 치수 및 기하학적 구조를 계산하고 표준, 파라미터 또는 교정 차트에 기초하여 물체의 수용 또는 거절을 용이하게 하도록 동작한다.

Description

튜브의 품질을 결정하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING QUALITY OF TUBES}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2012년 9월 13일자 출원된 미국 특허 가출원 제61/700,750호(Docket W12/073-0), "튜브의 품질을 결정하기 위한 방법 및 시스템"이라는 명칭으로 본원과 동시에 출원된 관련 미국 특허 출원 (Serial Number: 13/___,___) (Docket W12/074-1), 및 2012년 9월 13일자 출원된 미국 특허 가출원 제61/700,788호(Docket W12/074-0)에 대해 우선권을 주장하며, 그 개시 내용은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.

본 발명은 튜브의 품질을 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 보일러에서 사용되는 선형 튜브 및 굽은 튜브의 품질을 결정하는 자동화된 방법을 가능하게 하는 시스템에 관한 것이다.

보일러 튜브 제조는 다양한 상이한 크기의 합금강 튜브를 사용한다. 튜브들은 제조 공정 동안 때때로 필요한 굽은 곳 지름(bend diameter)을 가지는 둥근 다이 주위에서 튜브를 인발하는 것에 의해 굽어진다. 튜브 벽에 있는 금속은 굽힘 공정 동안 치환된다. 부가하여, 내부 원주와 외부 원주는 굽힘 공정 동안 진원도(원형)을 상실할 수 있으며, 튜브의 섹션들의 진원도의 상실을 초래할 수 있다.

미국 제조 기술자 협회(American Society of Manufacturing Engineers, ASME) 보일러 코드 및 유럽 EN 보일러 코드 규정은 모두 최소 튜브 벽 두께, 최대 벽 두께, 튜브를 통한 유동 영역, 난형도(진원도) 및 편평점(flat spot)들과 같은 다수의 특성들에 대하여 튜브 굽은 곳의 검사를 지시한다. ASME 및 EN 규정에 따른 검사는 튜브 굽은 곳이 먼저 튜브의 다수의 단면을 노출시키도록 다수의 조각으로 단편화되는 것을 지시한다. 이러한 단면의 측정치는 버니어캘리퍼스 또는 마이크로미터와 같은 기계적인 측정 설비로부터 취해진다. 일부의 경우에, 튜브 단면의 이미지는 종이 조각에 스탬핑되고(잉크를 사용하여), 측정치들이 이미지 상에 만들어진다.

양 세트의 보일러 규정(ASME 및 EN)은 각 계산된 값을 위한 용인된 기준과 함께, 계산이 상기 측정치에 기초하여 수행되어야만 한다는 것을 명시한다. 전형적으로, 검사 리포트는 튜브의 단면 측정치를 취하고 필요한 계산을 수행한 후에 생성된다. 검사 리포트는 특정 굽은 샘플이 실패했는지 통과하였는지를 상세한다. 검사 실험에 의해 수행되면 이러한 전체 공정은 며칠이 걸릴 수 있다.

부가하여, 기계적인 측정 방법은 값비싼 설비 사용과 함께 인간 에러 및 설비 에러가 발생할 수 있다.

그러므로, 더욱 신속하고 에러를 줄이는 방법을 사용하는 것이 필요하다.

서로 반대편에 있는 제 1 측부와 제 2 측부를 가지는 시각적으로 투명한 기판; 마이크로프로세서; 데이터베이스; 상기 시각적으로 투명한 기판의 제 1 측부 위에 배치된 카메라; 및 상기 시각적으로 투명한 기판의 제 1 측부 상의 상기 카메라 주위에서 링으로 배치되고, 상기 제 2 측부 상에 배치된 물체를 조명하도록 동작하는 조명원을 포함하며; 상기 카메라는 상기 마이크로프로세서와 상기 데이터베이스와 동작 교신하고; 상기 카메라는 상기 시각적으로 투명한 기판의 제 2 측부 위에 배치된 물체의 이미지를 포착하도록 동작하고; 상기 마이크로프로세서는 상기 이미지로부터 물체의 치수 및 기하학적 구조를 계산하고 파라미터에 기초하여 물체의 수용 또는 거절을 용이하게 하도록 동작하는 시스템이 개시된다.

시각적으로 투명한 기판의 제 1 측부 상에 선형 튜브의 단면 영역을 배치하는 단계로서, 상기 단면 영역이 상기 단면 영역의 질량 중심을 통과하는 축에 직각으로 취해지는 선형 튜브 배치 단계; 이미지를 획득하도록 상기 단면 영역을 이미지화하는 단계; 상기 이미지를 마이크로프로세서로 전송하는 단계; 상기 이미지를 다수의 세그먼트로 분할하는 단계; 상기 다수의 세그먼트들의 각 세그먼트에 대한 내경 및 외경을 측정하는 단계; 및 상기 튜브의 내경, 외경, 질량 중심, 벽 두께, 진원도 및 유동 영역을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 또한 개시된다.

본 발명에 따라서, 저렴한 설비의 사용과 함께 인간 에러 및 설비 에러를 감소시키고, 더욱 신속하고 에러를 줄이면서 튜브의 품질을 결정할 수 있다.

도 1은 튜브의 치수 및 기하학적 구조를 측정하기 위하여 사용된 예시적인 시스템을 도시한 도면.
도 2는 굽은 튜브의 치수 및 기하학적 구조를 측정하기 위한 예시적인 방법을 도시한 도면.
도 3은 카메라로부터 획득된 데이터를 처리하고 저장하기 위한 예시적인 시스템을 도시한 도면.

튜브의 다양한 특징(치수 및 기하학적 구조)들을 측정하기 위한 시스템이 본 명세서에 개시된다. 튜브는 직선이거나(어떠한 굽힘도 없는) 또는 굽어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 시스템은 굽은 튜브의 치수 및 기하학적 구조를 측정하기 위하여 사용된다. 시스템은 시각적으로 투명한 기판, 조명원, 카메라, 마이크로프로세서 및 데이터베이스를 포함한다. 한 실시예에서, 카메라는 마이크로프로세서를 포함하고, 그러므로 데이터베이스와 통신한다. 데이터베이스는 컴퓨터의 부분일 수 있으며, 이후에 컴퓨터 데이터베이스로 지칭될 것이다.

튜브로부터 다수의 단면 절단을 신속하게 정확하게 검사하고 각 단면 상의 필요한 측정을 수행하며, ASME B31.1-2010 및 EN 2 952-5에 의해 규정된 값들과 같은 필요한 값들을 계산하는 방법이 또한 본원에 개시된다. 방법은 각 튜브에 대한 검사 리포트를 발생시키는 단계를 포함하며, 검사 데이터를 데이터베이스에 저장한다. 방법은 선형 튜브 또는 굽은 튜브에 사용될 수 있다. 방법은 또한 컴퓨터 데이터베이스에서 데이터를 저장, 처리 및 전송하는 단계를 포함한다.

방법은 어떠한 특정 트레이닝을 필요로 하지 않는 사람에 의한 측정치의 자동 수집을 포함하는 다른 이전에 사용된 방법들 이상의 중요한 이점을 가진다. 튜브 기하학적 구조의 측정은 보다 많은 측정 지점을 사용하고, 버니어캘리퍼스 및 마이크로미터를 가지고 손으로 만들어진 측정치보다 정확하고 반복 가능한 결과를 제공한다. 카메라로부터 마이크로프로세서 및 데이터베이스로 측정된 데이터의 자동 전달은 필기 오류(transcription errors)를 방지한다. 복잡한 수학적 계산의 자동 수행은 거의 또는 전혀 트레이닝되지 않은 사람에 의해 수행될 수 있다. 방법은 다른 전통적인 방법과 비교하여 수계산(hand calculation) 에러에서 감소를 유발한다. 검사 리포트는 몇개의 언어로 획득될 수 있다. 상이한 인간 언어의 모국어로 하는 사람들은 그들이 원하는 언어로 시스템과 방법을 사용할 수 있다. 검사 결과는 한시간 이내에 획득될 수 있다(이러한 것은 섹션들을 절단하고 예리한 가장자리를 제거하도록 절단 단부들을 연마하는 것과 같은 튜브 준비 시간을 포함한다).

도 1은 튜브의 치수 및 기하학적 구조를 측정하기 위해 사용되는 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 굽은 튜브(104)의 섹션이 그 위에 배치되는 시각적으로 투명한 기판(102)을 포함한다. 투명 기판(102)은 제 1 측부와 제 2 측부를 가지며, 제 2 측부는 제 1 측부 반대편에 있다. 도면이 굽은 튜브를 도시하였지만, 튜브는 굽어지지 않고 선형일 수 있다는 것을 유념하여야 한다. 굽은 튜브(104)의 섹션은 검사의 목적을 위하여 다수의 섹션들로 절단된 굽은 튜브로부터 파생된다. 굽은 튜브(104)의 단면은 시각적으로 투명한 기판(102)의 표면(제 1 측부 상의)을 직접 접촉한다. 굽은 튜브는 시스템(100)의 부분이 아니지만, 그 특성들 중 하나가 측정된다. 카메라(106)는 굽은 튜브(104)가 배치되는 제 1 측부의 반대편에 있는, 투명 기판(102)의 제 2 측부 상에 배치된다. 카메라(106)는 시각적으로 투명한 기판(102)을 접촉하거나 접촉하지 않을 수 있다. 조명원(108)은 카메라(106) 주위에 실질적으로 동심으로 배치된다. 조명원(108)은 굽은 튜브(104)의 단면을 시각적으로 조명한다. 불투명 시트(110)는 어떠한 외부 광도 카메라(106)에 의해 수집된 이미지에서 왜곡을 유발하는 것을 방지하도록 시스템(100)의 상부 위에 선택적으로 배치된다. 한 실시예에서, 전체 시스템(100)은 카메라(106)에 의해 수집된 이미지를 외부 광이 왜곡하는(또는 그렇지 않으면 광학수차(optical aberrations)를 유발하는) 것을 방지하도록 불투명 케이스(112)로 봉입될 수 있다. 불투명 케이스는, 반사성이 아니며 개구를 가진 내부면을 가지며, 튜브는 개구를 통해 이미지화를 위하여 삽입되고 그런 다음 제거된다.

카메라(106)는 마이크로프로세서 및 데이터베이스와 동작 교신할 수 있다. 소형 터치스크린 모니터(카메라 스크린)는 검사를 기동하고 카메라 이미지 데이터를 보는 것을 허용한다. 도 3은 시스템(100)의 카메라, 마이크로프로세서, 모니터, 데이터베이스 및 사용자 디스플레이 사이의 통신을 도시한다. 카메라는 마이크로프로세서와 동작 교신하며, 마이크로프로세서는 모니터, 사용자 디스플레이 및 데이터베이스와 동작 교신할 수 있다. 시각적으로 투명한 기판 위에 배치되는 샘플들은 사용자 디스플레이 상에 배치되는 그 이미지를 가진다. 사용자 디스플레이는 이미지에 주석을 달고 이미지를 촬영하기 전에 시각적으로 투명한 기판 상에 튜브를 적절하게 할당하도록 사용될 수 있다. 마이크로프로세서는 이미지에 기초하여 튜브 치수를 계산하도록 사용될 수 있다. 계산과 함께 데이터는 그런 다음 데이터베이스에 저장될 수 있다. 사용자 인터페이스의 추가의 상세는 다음에 제공된다. 한 실시예에서, 동작 교신은 전기 통신을 포함한다. 대형 터치스크린 모니터(메인 스크린)를 가진 퍼스널 컴퓨터는 주석(annotation), 분석, 품질 기록 발생 및 저장을 제공한다. 네트워크 연계성은 데이터 및 기록에 대한 외부 접근을 제공한다.

마이크로프로세서와 데이터베이스 사이의 전기 통신은 전기 배선, 무선 통신, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 마이크로프로세서와 컴퓨터 데이터베이스는 인터넷으로 통신할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 카메라(106)는 이미지 처리 능력을 가진 디지털 카메라이다(즉, 카메라는 카메라에 의해 기록된 이미지들로부터 획득된 데이터를 처리하도록 동작하는 이미지 처리 라이브러리를 포함하는 마이크로프로세서를 포함한다). 예시적인 카메라는 Cognex company로부터 구입할 수 있다.

카메라 내에 있는 이미지 처리 라이브러리는 이미지 습득, 카메라 통신, 단면 두께 검출, 질량 중심 계산, 및 단면 영역(유체 유동 영역) 계산을 위해 사용된다. 부가하여, 이미지 처리 라이브러리의 기능은 내경 및 외경 측정을 수행하도록 커스텀 코드(custom code)를 통해 사용된다. 튜브의 중심, 다수(예를 들어, 72) 내경 및 외경 측정치가 주어지면, 추가의 커스텀 소프트웨어는 진원도, 벽 두께, 평탄도, 및 내경, 외경, 및 벽 두께에 대한 통계 자료(최소, 최대, 평균)를 계산한다.

그러므로, 이미지 처리 라이브러리는 예를 들어 튜브의 질량 중심, 튜브의 내경, 튜브의 외경, 튜브의 진원도, 벽 두께, 유량 면적, 및 튜브의 내경 상에서 편평점들의 존재와 같은 튜브의 특성들을 결정하도록 사용된다. 데이터베이스는 마이크로프로세서로부터 획득된 데이터를 저장하고, 굽은 곳 반경, 굽은 곳을 가로지르는 유동 영역 등과 같은 굽은 곳의 전체적인 특성을 계산하도록 데이터를 사용할 수 있다. 한 실시예에서, 시스템(100)은, 카메라를 제어하고 튜브 단면 영역의 이미지 및 다른 결과를 디스플레이하기 위한 모니터를 포함할 수 있다. 모니터는 컴퓨터와 전기 통신하며, 컴퓨터는 전체 시스템 제어, 주석, 데이터 저장, 보고 및 네트워크 접근을 위한 데이터베이스를 포함한다.

카메라(106)는 기판(102) 위에 배치되는 선형 튜브 또는 굽은 튜브의 단면을 이미지화하도록 사용된다. 카메라로부터 굽은 튜브의 단면을 접촉하는 기판의 표면까지의 거리 "l"는 알려지며, 튜브의 치수를 측정하는데 사용된다. 카메라(106)는 시각적으로 투명한 기판의 상기 표면으로부터 고정된 거리 "l"에서 카메라를 유지하는 수단을 구비한다. 이러한 것은 다른 측정들이 상이한 배율로 만들어지지 않는 것을 가능하게 한다.

카메라(106)는 튜브의 단면의 단일 이미지 또는 다수의 이미지들을 촬영하도록 사용되며, 마이크로프로세서로 이러한 이미지들을 전송한다. 한 실시예에서, 카메라(106)는 튜브의 각 단면 영역의 1 내지 12개의 이미지들을 촬영하도록 사용된다. 예시적인 실시예에서, 카메라(106)는 튜브의 단면의 단일 이미지를 촬영하도록 사용된다. 이미지는 그런 다음 마이크로프로세서에서 처리되고, 즉, 이미지는 섹션들로 분할되고, 각 섹션은 측정된 그 내경 및 외경을 가지며, 이어서, 튜브의 특성들(예를 들어, 질량 중심, 벽 두께, 유체 유동 영역 등)이 측정될 수 있다.

튜브(104)가 장착되는 시각적으로 투명한 기판(102)이 기판에 입사하는 광의 세기에 기초하여 75%보다 큰, 특히 85%보다 큰, 더욱 특히 95%보다 큰 투명도를 가지는 것이 바람직하다. 한 실시예에서, 시각적으로 투명한 기판은 기판에 입사하는 광의 적어도 75%, 특히 적어도 85%, 더욱 특히 적어도 95%를 전도할 수 있다. 시각적으로 투명한 기판은 대체로 6인치 x 6인치 크기이며, 내스크래치성이며, 석영, 실리카, 알루미나, 티타니아, 시각적으로 투명한 폴리머 등과 같은 시각적으로 투명한 재료로 제조될 수 있다. 사용될 수 있는 시각적으로 투명한 폴리머의 예는 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드 등, 또는 적어도 이전의 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 조합이다. 한 실시예에서, 내스크래치 코팅이 기판에 배치될 수 있다. 시각적으로 투명한 기판은 가요성 필름 또는 단단한 강성 패널의 형태를 할 수 있다. 한 실시예에서, 시각적으로 투명한 기판(102)은 튜브들의 위치 선정을 용이하게 하도록 그 위에 배치되는 그리드 라인을 가질 수 있다.

상기된 바와 같이, 시스템(100)은 불투명 케이스(112)에 선택적으로 수용되거나 또는 단지 불투명 시트(110)에 의해 덮여질 수 있다. 불투명 케이스(112) 또는 불투명 시트(110)는 외부 광이 카메라(106)에 충돌하여 수집된 이미지를 왜곡하는 것을 방지하도록 기능한다. 불투명 케이스는, 광이 카메라(106)로 들어오는 것을 재료가 방지하고 조명원(108)으로부터의 광을 광범위하게 반사하지 않는 한 목재, 직물, 금속, 세라믹 또는 폴리머로 제조될 수 있다.

조명원(108)은 바람직하게 카메라(106) 주위에 동심으로 분포된다. 조명원(108)은 형광 조명원을 포함할 수 있거나, 또는 카메라(106) 주위에 링의 형태로 배열된 발광 다이오드(LED)들을 포함할 수 있다. 다수의 반사 때문에 이미지 왜곡을 방지하도록 조명원으로서 점 조명원을 사용하는 것이 바람직하다. 점 조명원은 카메라 주위에 링의 형태로 배열된다. 카메라의 렌즈 주위에 동심으로 배열되는 링을 가지는 것이 바람직하다. 예시적인 실시예에서, 점 조명원은 발광 다이오드(LED)이다. 한 실시예에서, 카메라를 위하여 튜브 단면 영역을 조명하도록 사용되는 조명원(108)(예를 들어, 광 링)은 실제로 카메라보다 시각적으로 투명한 기판(102)에 근접하여 위치된다. 이러한 것은 그 자체의 단면 영역의 조명을 제공하는 한편, 튜브의 내부면의 조명을 최소화한다.

도 2는 선형 또는 굽은 튜브의 특성들을 측정하는 예시적인 방법을 나타낸다. 한 실시예에서, 시스템을 사용하는 하나의 방법에서, 튜브의 단면은 시각적으로 투명한 기판(102)의 표면 위에 배치되고 이를 직접 접촉한다. 선형 튜브는 먼저 절단되고, 절단된 선형 튜브(즉, 비굽은 튜브)의 단면은 그 내경 및 외경을 결정하도록 기판(102) 위에 배치된다. 카메라(106)는 절단된 튜브의 단면 영역의 이미지를 획득하도록 동작되며, 이러한 이미지는 그런 다음 내경, 외경, 벽 두께, 진원도, 내부 및 외부 원주 상의 임의의 편평점들의 길이 및 면적, 질량 중심 등을 계산하도록 사용된다. 이러한 치수 및 기하학적 구조로부터 따르는 이러한 측정 또는 계산은 컴퓨터 데이터베이스 상에 저장된다. 치수 및 기하학적 구조를 획득하기 위한 프로토콜(즉, 이미지 처리)은 다음에 간략하게 기술된다. 일련의 비굽은 튜브들이 측정되면, 이러한 특징들은 각 튜브를 위해 계산되며 컴퓨터 데이터베이스에 저장될 수 있다. 이러한 데이터는 다른 선형 튜브에서 획득된 데이터 또는 심지어 굽은 튜브와 비교하도록 사용될 수 있다. 한 실시예에서, 이것은 굽은 튜브 섹션들과 비교를 위한 기준선으로서 사용될 수 있다.

굽은 튜브의 치수들과 특성들이 필요할 때, 튜브는 먼저 필요한 치수로 굽어진다. 평가되는 굽은 튜브가 굽어졌을지라도, 분석된 섹션은 반드시 굽어지지 않다는 것을 유념하여야 한다. 치수화 시스템은 굽은 곳 단면 및 굽은 곳 내 및 주위의 굽지 않은 곳 단면 모두로부터 치수 데이트를 포착하고 측정하도록 사용된다. 이는 또한 계산 및 평가 동안 기준을 위한 표준(정상, 비굽힘) 섹션들은 치수화한다.

튜브(104)의 굽힘 부분들은 다수의 섹션들로 절단되고, 각 섹션은 투명 기판(102) 위에 배치된다. 한 실시예에서, 굽은 튜브는 2 내지 10개의 섹션들, 특히 3 내지 7개의 섹션들로 절단되고, 각 섹션의 양 단부들은 이미지화된 각 단면 영역을 가지도록 시각적으로 투명한 기판 상에 장착된다. 상기 단면 영역은 대체로 튜브의 벽들에 평행한 축에 직각이며, 상기 축은 단면 영역의 중심을 통과한다. 튜브에 대해 필수적이지는 않지만 그 중심이 카메라(106)의 중심 및 조명원(108)의 중심과 동심이도록 배열되는 것이 바람직하다. 한 실시예에서, 튜브는 이미지화될 단면 영역의 중심이 카메라(106)의 중심과 조명원(108)의 기하학적 중심을 포함하는 단일 축에 놓이도록 배열된다. 시각적으로 투명한 기판을 접촉하는 단면 영역을 구비한 기판 상에 튜브(104)를 장착할 시에, 단면 영역의 이미지는 카메라에 의해 촬영되어 마이크로프로세서로 전송되며, 다음에 상세히 설명되는 바와 같이 추가로 처리된다.

튜브의 한쪽 단부의 이미지의 포착에 이어서, 튜브의 반대편 단부의 제 2 이미지가 촬영될 수 있다. 제 1 섹션의 양쪽 단부들이 이미지화될 때, 제 2 섹션의 이미지들은 포착될 수 있으며, 제 3 섹션 등의 이미지가 이어진다. 튜브의 선형 섹션은 또한 절단되고 투명 기판(102) 위에 배치되고, 그 단면 특성들이 측정된다. 이러한 방식으로, 선형 튜브 또는 굽은 튜브의 다수의 단면 영역 이미지들이 포착되고 추가의 계산 처리를 위하여 마이크로프로세서로 전송될 수 있다. 이러한 추가 처리는 다음에 상세히 설명된다.

카메라(106)에 의해 획득된 단면 이미지는 다수의 방사상 세그먼트들로 분할된다(내경 및 외경 모두에서). 튜브(104)의 단면의 내경 및 외경은 각각의 세그먼트에서 측정된다. 한 실시예에서, 단면 이미지는 2 내지 288개의 방사상 세그먼트들, 특히 24 내지 144개의 세그먼트들, 더욱 특히 48 내지 96개의 방사상 세그먼트들로 분할된다. 예시적인 실시예에서, 단면 이미지는 내경 및 외경 모두를다라서 72개의 세그먼트들로 분할된다. 한 실시예에서, 이미지는 다수의 세그먼트들이 아니라 다수의 지점들로 분할된다. 그런 다음, 데이터의 분석은 다수의 지점들에서 수행된다.

마이크로프로세서에 있는 라이브러리는 단면 이미지를 위한 평균 내경과 평균 외경의 계산을 용이하게 한다. 이것은 단면 이미지의 내경과 외경을 위한 질량 중심, 진원도, 및 전체 단면 영역을 가로지르는 결과적인 벽 두께를 계산한다. 마이크로프로세서는 튜브의 내경 내에서 유동 영역을 또한 계산하고 찾을 수 있다. 마이크로프로세서는 튜브의 내부 표면적 상에 존재하는 임의의 편평점들의 존재를 계산하고 찾도록 사용될 수 있다.

이러한 계산은 다수의 표준을 위하여 만들어질 수 있다. 한 실시예에서, 계산은 ASME B31.1-2010 및 EN 2 952-5에 대하여 만들어질 수 있다. 질량 중심, 내경, 외경, 진원도, 벽 두께, 유동 영역, 굽힘 후에 튜브 벽에서의 최대 편평점들의 길이 및 면적 등을 위해 계산된 값들은 마이크로프로세서에 의해 컴퓨터 데이터베이스로 전송되어 저장된다. 컴퓨터 데이터베이스에 저장된 소프트웨어 프로그램은 튜브의 다른 통계학적 파라미터(굽은 곳의 반경, 유체 유동 영역, 유체 유동 체적 등)를 계산하도록 사용될 수 있다.

한 실시예에서, 데이터베이스는 굽은 튜브 상에서 획득된 데이터와 튜브의 선형 부분에서 획득된 데이터 사이의 비교를 용이하게 하도록 동작한다. 컴퓨터 모니터는 임의의 보일러 코드 계산을 수행하기 전에 작업자에게 이미지와 계산된 측정치를 디스플레이하기 위하여 사용될 수 있다. 시스템은 굽은 튜브가 준수하도록 예상되는 보일러 코드를 작업자가 선택하는 것을 또한 허용한다.시스템(즉, 관련된 데이터베이스에 덧붙여 컴퓨터)은 임의의 보일러 코드(ASME B31.1-2010 또는 EN 2 952-5를 포함하지만 이에 한정되지 않는)에 의해 요구되는 계산을 수행하는 것을 허용한다. 시스템은 각 굽은 튜브 섹션이 코드 요구조건들을 통과했는지 또는 실패했는지를 결정하기 위하여 코드 제한들에 보일러 코드 계산의 결과를 비교하도록 동작한다.

평가는 다양한 파라미터들에 대한 지정된 제한(파라미터에 의존하여 최소 또는 최대)에 기초하여 수행된다. 이것들은 정상값으로부터 백분율 또는 측정 단위(인치 또는 밀리미터)에서의 변화일 수 있다. 평가 및 임계치는 설계 코드, 절차(shop procedures), 및 고객 요구조건들에서 정의된다. 설계 코드는 "절대" 제한을 정의하며; 그러나, 특정 직업 또는 고객 제한은 설계 코드 제한보다 더욱 엄격하다.

시스템(100)은 다수의 이점을 가진다. 예를 들어, 단일 인클로저는 시스템(100)의 모든 설비를 수용할 수 있다. 인클로저는 안정성 및 안전을 위하여 벤치-탑(bench-top)에 볼팅될 수 있다. 소형 터치스크린 모니터(카메라 스크린)는 검사를 기동하고 카메라 이미지 데이터를 보기 위해 준비한다. 대형 터치스크린 모니터(주 스크린)를 구비한 퍼스널 컴퓨터는 주석, 분석, 품질 기록 발생 및 저장을 제공한다. 네트워크 연계성은 데이터 및 기록에 대한 외부 접근을 제공한다. 예시적인 인클로저는 약 40인치 높이, 20인치 폭 및 24인치 깊이이다.

시스템은 카메라 이미지, 데이터, 및 주석을 저장한다. 결과는 품질 기록 데이터베이스에 보존된다.

시스템(100)을 운영하는 작업자를 위한 절차는 다음과 같다. 굽은 곳은 상기에서 상세히 기술된 바와 같이 다수의 세그먼트들로 절단된다. 각 세그먼트는 거친 부분과 예리한 가장자리를 제거하도록 연마된다. 굽은 곳의 세그먼트들의 검사 및 측정은 시스템(100)의 모니터 상에서의 지시에 의해 안내된다. 대형 터치스크린 모니터(주 스크린) 상의 사용자 스크린은 시각적으로 투명한 기판 상에 제 1 굽은 섹션을 배치하도록 방향을 제공한다. 카메라는 튜브 섹션의 단면 영역의 이미지를 포착하도록 동작된다. 카메라 라이브러리는 그런 다음 내경, 외경, 벽 두께, 얇은 지점, 진원도, 유동 영역 및 영역 손실을 포착하도록 상기된 바와 같은 이미지(예를 들어 이미지를 섹션들로 분할하는)를 사용하고, 통계자료(예를 들어, 다양한 파라미터들에 대한 평균, 최소 및 최대)와 함께 통과/실패 평가를 제공한다. 스크린은 또한 이미지의 주석 및 이미지가 스크린 상에 보여지는 샘플의 식별을 허용한다.

굽은 섹션이 시각적으로 투명한 기판에 배치될 때, 조명 링(조명원)의 이미지에 대한 단면 영역의 이미지는 모니터에 나타난다. 이러한 이미지는 본원에서 도시되지 않는다. 굽은 튜브의 단면 영역의 이미지가 조명 링의 이미지의 중심에 밀접하여 놓이는 것이 바람직하다. 그러므로, 모니터는 사용자에게 위치 정보(굽은 튜브에 대한)를 제공한다. 예를 들어, 굽은 튜브의 단면이 적절하게 배치되지 않을 때, 모니터는 사용자에게 암시를 제공하며, 이미지의 추가 처리에서 충족시킬 수 없다. 다른 한편으로, 튜브의 단면이 적절하게 배치될 때, 모니터는 사용자에게 적절한 암시를 제공하고, 이미지를 추가 처리하도록 진행하게 된다.

이미지가 획득되고 처리된 후에(즉, 지름이 측정되고, 질량 중심이 계산되는 등), 이미지의 부분들은 사용자에 의해 주석이 달리거나 또는 컴퓨터에 의해 자동으로 주석이 달리게 된다. 하나의 예에서, 단면 영역 전체에 걸쳐 샘플링 지점들은 이미지 상에서 확인될 수 있다. 또 다른 예에서, 일탈적인 벽 두께는 모니터 스크린 상의 색깔이 있는 마킹들을 사용하여 확인될 수 있다.

모니터는 또한 제 1 굽은 섹션을 제거하고 굽은 튜브의 제 2 굽은 섹션으로 이를 대체하도록 사용자에게 지시한다. 상기 절차는 모니터가 이 방식을 따라서 각 단계를 수행하도록 작업자에게 지시하는 것으로 반복된다. 유사한 방식에서, 다른 굽은 섹션들로부터의 세그먼트들은 측정되고 특징화될 수 있다.

굽은 섹션들이 측정되었을 때, 작업자는 스크린 상에서 "스위치 뷰(switch view)" 피연산 함수를 선택하고, 스크린은 굽지 않은 튜브들의 특성들을 측정하도록 작업자에게 상기한다. 이미지들은 상기에서 상세히 설명된 바와 같이 처리된다. 튜브 샘플의 굽지 않은 부분은 벽 비대화(thickening), 박화(thinning), 면적 손실, 및 다른 치수 특성 및 변화에 대해 체크하도록 굽은 튜브 샘플에 대해 비교하기 위하여 사용된다. 직선의 굽지 않은 튜브의 측정은 튜브가 굽어지기 전 또는 후에 만들어질 수 있다. 그러므로, 시스템은 굽힘 공정으로 인한 찌그러짐을 측정하고 평가할 수 있다. 또한 사용자에게 통과/실패 정보를 발부할 수 있다. 데이터는 추가의 컴파일링(compiling)을 위하여 그리고 인터넷을 통하여 다른 사용자와 공유하기 위하여 데이터베이스에 저장된다.

그러므로, 요약하여, 각 굽은 섹션에 대하여, 시스템(모니터 스크린을 통하여)은 먼저 시각적으로 투명한 기판에 굽은 곳의 단면 영역을 배치하도록 지시한다. 시스템은 제 1 이미지를 획득하고 이러한 이미지를 처리한다. 이에 이어서, 시스템은 스크린 상에서 굽지 않은 단면 영역을 배치하도록 지시한다. 시스템은 제 1 이미지를 획득하고 이러한 이미지를 처리한다. 2개의 이미지들로부터 획득된 치수들은 통과/실패 정보를 획득하도록 비교된다. 데이터는 작업자에게 보여지고 데이터베이스에 저장되며, 하드카피를 제공하도록 종이 또는 컴팩트 디스크 상에 인쇄될 수 있으며, 이어서, 다음의 굽은 섹션이 검사될 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 굽은 섹션들이 반복적으로 특징화될 수 있다.

한 실시예에서, 시스템은 다수의 튜브 단면으로부터 계산된 결과를 선형 튜브 또는 굽은 튜브를 위한 보일러 코드 순응을 위하여 전체적인 계산으로 결합하도록 동작한다. 컴퓨터 모니터는 검사 리포트 내로, 측정 및 위치의 주석이 달린, 각 튜브 단면의 이미지들의 디스플레이 및 컴파일링을 허용한다. 컴퓨터 데이터베이스는 모든 중요한 측정 및 계산된 데이터를 저장하도록 동작하고, 이러한 데이터는 품질 기록 데이터베이스 내로 저장되거나, 조종되거나 또는 요약될 수 있다. 데이터베이스는 임의의 필요한 시간에 검사 리포트를 발생시키도록 사용될 수 있으며, 이러한 리포트의 내용은 작업자에 의해 선택된 보일러 코드의 요구조건에 따라서 적합화될 수 있다. 데이터베이스는 명령에서 다양한 다른 언어(영어, 독일어, 및 중국어인 예)로 검사 리포트를 제공하도록 동작한다. 검사 리포트는 다양한 다른 포맷(예를 들어, PDF, HTML 등)으로 발생될 수 있다. 컴퓨터 데이터베이스는 또한 모든 필요한 측정을 취하고 검사 리포트를 발생시키는 공정을 통하여 보일러 코드 준수(boiler code compliance)에 친숙하지 않은 작업자를 또한 안내할 수 있다.

본 발명이 일부 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변형이 만들어지고 등가물이 그 요소를 대체할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 부가하여, 많은 변경들이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 자료를 적응하도록 만들어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위하여 고려된 최상의 모드로서 개시된 특정 실시예로 제한되지 않고, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 놓인 모든 실시예를 포함하도록 의도된다.

100 : 시스템 102 : 투명 기판
104 : 굽은 튜브 106 : 카메라
108 : 조명원 110 : 불투명 시트
112 : 불투명 케이스

Claims

튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템으로서,
서로 반대편에 있는 제 1 측부와 제 2 측부를 가지는 시각적으로 투명한 기판;
마이크로프로세서;
데이터베이스;
상기 시각적으로 투명한 기판의 제 1 측부 위에 배치된 카메라; 및
상기 제 1 측부 상에 배치되고, 상기 시각적으로 투명한 기판의 제 2 측부 상에 배치된 튜브의 단면 영역을 조명하도록 동작하는 조명원을 포함하며;
상기 카메라는 상기 마이크로프로세서 및 상기 데이터베이스와 동작 교신하고;
상기 카메라는 상기 시각적으로 투명한 기판의 제 2 측부 위에 배치된 상기 튜브의 단면 영역의 이미지를 포착하도록 동작하고;
상기 마이크로프로세서는 상기 이미지로부터 튜브의 치수 및 기하학적 구조를 계산하고 파라미터에 기초하여 상기 튜브의 수용 또는 거절을 결정하도록 동작하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 튜브는 선형 튜브 및 굽은 튜브로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시각적으로 투명한 기판은 석영, 실리카, 알루미나, 티타니아, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 및 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 조명원은 상기 카메라 주위에서 링으로 배열된 복수의 점 광원들을 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 시스템 전체는 상기 튜브를 도입하고 제거하기 위한 개구를 구비한 불투명 케이스에 수용되는 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 선형 튜브에 대해 획득된 데이터와 상기 굽은 튜브에 대해 획득된 데이터가 비교되는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 카메라는 상기 마이크로프로세서 및 데이터베이스와 전기 통신하며; 상기 전기 통신은 전기 배선, 무선 통신, 또는 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 시스템.
제 1 항에 있어서, 품질 결정은 ASME B31.1-2010 또는 EN 2 952-5를 따르는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 상기 튜브를 위한 이미지 처리 라이브러리를 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 튜브의 내경, 외경, 벽 두께, 진원도, 유량 면적, 질량 중심 및 상기 튜브의 내부면 상의 편평점(flat spot)들의 크기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 값을 계산하도록 동작하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 보일러 코드에 의해 요구되는 계산들을 수행하도록 동작하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 굽은 튜브를 위한 보일러 코드 준수(boiler code compliance)의 전체 계산으로 복수의 튜브 단면들로부터의 결과들을 계산하고 컴파일링하도록 동작하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 외부 광이 상기 시스템에 충돌하고 상기 이미지를 간섭하는 것을 방지하는 불투명 커버를 추가로 포함하는 시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 시스템은 굽힘 반경, 유량 면적, 평균 내경 및 평균 외경으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 값을 계산하도록 동작하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 카메라 이미지 데이터를 보거나 검사를 개시하기 위한 모니터를 추가로 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시각적으로 투명한 기판 상에 배치된 상기 튜브의 이미지들을 디스플레이하거나, 이미지에 주석을 달거나, 상기 튜브를 상기 시각적으로 투명한 기판 상에 배치하기 위한 사용자 디스플레이를 추가로 포함하는 시스템.
튜브의 품질을 결정하기 위한 방법으로서,
시각적으로 투명한 기판의 제 1 측부 상에 카메라와 조명원을 배치하는 단계;
상기 시각적으로 투명한 기판의 제 2 측부 상에 튜브의 단면 영역을 배치하는 단계로서, 상기 단면 영역은 상기 단면 영역의 질량 중심을 통과하는 축에 수직으로 취해지는, 상기 단면 영역 배치 단계;
상기 조명원에 의해 상기 튜브의 단면 영역을 조명하는 단계;
상기 카메라로 상기 단면 영역을 이미지화하여 이미지를 획득하는 단계;
상기 이미지를 마이크로프로세서로 전송하는 단계;
상기 이미지로부터 상기 튜브의 치수 및 기하학적 구조를 나타내는 파라미터를 결정하는 단계; 및
상기 파라미터에 기초하여 상기 튜브의 수용 또는 거절을 결정하는 단계;를 포함하는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 튜브를 굽혀서 굽은 튜브를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 굽은 튜브의 굽은 부분을 다수의 섹션들로 절단하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 19 항에 있어서, 각 굽은 부분의 서로 반대편에 있는 단면 영역들을 이미지화하여 상기 이미지의 단면 영역을 획득하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 20 항에 있어서, 보일러 코드에 의해 요구되는 계산들을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 굽은 튜브를 위한 보일러 코드 준수의 전체 계산으로 복수의 굽은 튜브 단면들로부터의 결과들을 계산하고 컴파일링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 이미지를 복수의 세그먼트들로 분할하는 단계;
상기 복수의 세그먼트들의 각 세그먼트에 대한 파라미터를 측정하는 단계; 및
상기 튜브의 내경, 외경, 질량 중심, 벽 두께, 진원도 및 유량 면적으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 값을 결정하는 단계;를 추가로 포함하는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 튜브는 선형 튜브 및 굽은 튜브로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 시각적으로 투명한 기판은 석영, 실리카, 알루미나, 티타니아, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 및 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 조명원은 상기 카메라 주위에서 링으로 배열된 복수의 점 광원들을 포함하는 방법.
제 17 항에 있어서, 시스템 전체는 상기 튜브를 도입하고 제거하기 위한 개구를 구비한 불투명 케이스에 수용되는 방법.
제 24 항에 있어서, 상기 선형 튜브에 대해 획득된 데이터와 상기 굽은 튜브에 대해 획득된 데이터가 비교되는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 카메라는 상기 마이크로프로세서 및 데이터베이스와 전기 통신하며; 상기 전기 통신은 전기 배선, 무선 통신, 또는 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
제 17 항에 있어서, 품질 결정은 ASME B31.1-2010 또는 EN 2 952-5를 따르는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 상기 튜브를 위한 이미지 처리 라이브러리를 포함하는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 방법은 상기 튜브의 내경, 외경, 벽 두께, 진원도, 유량 면적, 질량 중심 및 상기 튜브의 내부면 상의 편평점들의 크기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 값을 계산하도록 동작하는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 방법은 보일러 코드에 의해 요구되는 계산들을 수행하도록 동작하는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 방법은 굽은 튜브를 위한 보일러 코드 준수의 전체 계산으로 복수의 튜브 단면들로부터의 결과들을 계산하고 컴파일링하도록 동작하는 방법.
제 17 항에 있어서, 외부 광이 시스템에 충돌하고 상기 이미지를 간섭하는 것을 방지하는 불투명 커버를 추가로 포함하는 방법.
제 34 항에 있어서, 상기 방법은 굽힘 반경, 유량 면적, 평균 내경 및 평균 외경으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 값을 계산하도록 동작하는 방법.
제 17 항에 있어서, 모니터 상에서 카메라 이미지 데이터를 보거나 검사를 개시하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 시각적으로 투명한 기판 상에 배치된 상기 튜브의 이미지들을 디스플레이하거나, 이미지에 주석을 달거나, 상기 튜브를 상기 시각적으로 투명한 기판 상에 배치하기 위한 사용자 디스플레이를 추가로 포함하는 방법.