TWI738876B

TWI738876B - 在製造操作中使用於定位管狀部件位置之系統、方法及裝置

Info

Publication number: TWI738876B
Application number: TW106132751A
Authority: TW
Inventors: 蘭朵卡諾帕奇; 艾倫費里; 馬修艾倫
Original assignee: 瑞士商通用電氣技術公司
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2021-09-11
Also published as: CN109791399A; US20180101943A1; JP2020507825A; WO2018065322A1; TW201821764A; US10354371B2; JP7167012B2

Abstract

一種用於定位管狀部件(12)的位置的系統(10)包括影像擷取裝置(14)，影像擷取裝置(14)被配置為擷取管狀部件(12)的影像，以固定的關係被安裝至所述影像擷取裝置(14)上的加工頭(30)；被配置為相對於所述管狀部件(12)調整所述影像擷取裝置(14)和所述加工頭(30)的位置之定位系統(34)；以及與所述影像擷取裝置(14)通訊的影像處理模組(16)，所述成像處理模組(16)被配置為從所述影像擷取裝置(14)接收影像並且識別所述管狀部件(12)的至少一個特徵。定位系統(34)被配置成基於影像內所識別的特徵的位置來調整影像擷取裝置(14)的位置，以將影像擷取裝置(14)與所識別的特徵對準，並且基於所述影像擷取裝置(14)和所述加工頭(30)之間的偏移將所述加工頭(30)與所識別的特徵軸向對準。

Description

在製造操作中使用於定位管狀部件位置之系統、方法及裝置

本發明的實施例總體上關於用於發電系統的部件的製造，並且更具體地關於用於在製造過程期間精確地定位諸如鍋爐管的部件的位置的系統，方法和裝置。

高壓換熱器被製造成具有以標準長度購買的數英里的導管，其隨後首尾端被焊接形成長管。在製造過程期間，每根管子的兩端都要首先被加工以準備用於焊接或其他操作，這就需要每根管子的位置和中心要相當精確地被定位。用以定位零件的傳統機械探針在X，Y和Z三個軸上運行。然而，圓管表面、來自製造不規則處的不規則輪廓、製造過程中不均勻的焊縫收縮以及每個管中心的大孔徑，使得這種現有的機械探針難以可靠地確定管的位置並定位管的真正中心。

結合上述，傳統的機械探針在以足夠的精度來適當地加工管的該等端部或管進行其他處理步驟來正確識別每個管的中心時具有困難。尤其是，結合管中的表面不規則處在X方向和Y方向上移動一位置探針越過圓管端部使得難以一致地檢測管的外徑，然後確定管中心的真實位置。探測管的內徑也有類似的問題，如果管中的擠出通孔偏離中心，其可以被放大。此外，管子、管道、管集箱和汽包可能不是完美的圓形，其將在中心定位過程中引入額外的誤差。另外，例如水冷壁管或管集箱奶嘴接頭等緊密集合在一起的管也藉由阻礙圍繞感興趣的管的探針運動或潛在地由於不期望的物理接觸而損壞探針而提供了使用探針的障礙。由於焊接在相鄰管之間的鰭條，水冷壁面板提出了額外的挑戰，所述鰭條覆蓋每個管的外表面的一部分，並且使管的位置從其外表面的檢測更具有挑戰性並且不太準確。許多現有的機器處理仍然依靠人類操作員來發現或至少確認加工工具與正在被製造的管子、管道、管集箱、汽包或其他中空導管的中心被正確地對準，其是繁瑣的，昂貴的並且經常仍然不精確。

鑑於以上所述，需要一種用於在製造過程期間精確地定位諸如鍋爐管的部件的位置的系統，方法和裝置。

在一個實施例中，提供了一種用於定位部件的位置的系統。所述系統包括：影像擷取裝置，所述影像擷取裝置被配置為擷取部件的影像；工作器具，被以與所述影像擷取裝置固定關係安裝；定位系統，被配置為調整所述影像擷取裝置以及與所述部件有關的工作器具的位置；以及與所述影像擷取裝置通訊的影像處理模組，所述成像處理模組被配置為從所述影像擷取裝置接收所述影像並識別所述部件的至少一個特徵。定位系統被配置為基於影像內的識別的特徵的位置來調整影像擷取裝置的位置，以使影像擷取裝置與識別的特徵對準，並且基於在影像擷取裝置和工作器具之間的偏移將工作器具與識別的特徵對準。

在另一個實施例中，提供了一種用於使工作器具與部件對準的方法。該方法包括以下步驟：將部件定位在影像擷取裝置的視野內；利用影像擷取裝置獲取部件的影像；檢測影像內的至少一個特徵；使工作器具移動成與至少一個特徵對準，並用該工作器具對該部件進行製造操作。

在又一個實施例中，提供了一種用於定位在製造操作中使用的部件的中心的方法。該方法包括以下步驟：將管狀部件定位在照相機的視野內，將管狀部件的軸向端部在視野中定中心，使得照相機的軸線被與管的軸線對準，並且根據所述照相機軸線和所述工作器具的軸線之間的預定偏移來移動工作器具以使所述工作器具的軸線與所述管的軸線對準，其中所述步驟是自主地被執行而不接觸所述管道。

10:系統

12:管狀部件

14:影像擷取裝置

16:影像處理模組、控制單元、模組

18:透鏡

20:LED環、相機

22:接近性檢測裝置

24:顯示器

26:製造機器

28:固定座架、安裝台

30:加工頭

32:工具保持器

34:系統

36:軸線、管中心線

38:工具中心線

40:焊接準備物

42:接合構件

100:影像

102:圓疊合

104:圓疊合

106:圓疊合

108:圓疊合

110:圓疊合

112:圓疊合

114:點

透過參考附圖閱讀以下對非限制性實施例的描述，將更好地理解本發明，其中：圖1是根據本發明實施例的自動化部件定位和定中心系統的示意圖。

圖2是由圖1的系統的影像擷取裝置擷取的影像的示例性描繪。

圖3是圖2的影像的放大視圖。

圖4根據本發明的一個實施例是圖1的系統的另一實施方式的示意性俯視圖。

圖5是圖4的系統的示意性正視圖。

以下將詳細參考本發明的示例性實施例，其示例在附圖中示出。只要有可能，在整個附圖中使用的相同的附圖標記表示相同或相似的部分。儘管本發明的實施例適用於製造用於鍋爐的長管，但是本發明的實施例也可以被利用於確定任何管狀部件例如管道、導管、汽包等的位置和中心。在其他實施例中，更一般地，可以利用本發明來確定任何部件或結構的位置。

如本文所使用的，“可操作地耦合”是指可以是直接或間接的連接。連接不一定是機械附接。如本文所用，“流體連接”或“流體連通”是指兩個或更多個特徵的佈置，使得特徵以允許特徵之間的流體流動並允許流體傳送的方式連接。

本發明的實施例關於用於定位諸如鍋爐管的部件的位置的系統，方法和裝置。該系統包括數位相機，影像處理單元和測距儀，以精確確定管子的內徑和外徑，管子的二維位置以及與加工頭的距離。該系統被配置為首先將照相機與管的中心對準，然後基於照相機和加工頭之間的已知偏移將加工頭與管的中心對準，使得製造操作可以在管的末端進行。

在圖1中，示出了用於定位部件的位置的系統10，並且更具體地示出了用於隨後的製造操作的諸如管的管狀部件12的中心。系統10包括影像擷取裝置14，如數位照相機，與被配置為運行影像處理軟體的影像處理模組或控制單元16電性地或以其他方式通訊。如其中所示，影像擷取裝置14包括整合透鏡18，該整合透鏡18適合用於機械加工環境，並且能夠承受來自金屬屑，冷卻劑噴射，振動等的衝擊和侵入。影像擷取裝置14還可以包括照明機構，例如環繞或佈置在透鏡18周圍的LED環20，用於照亮透鏡18前方的環境。雖然示出了LED環20，但是也可以利用其他照明裝置和機構而不偏離本發明的更廣泛的態樣。例如，其他照明系統或裝置可以基於被裝配的部件的特性以及影響由影像擷取裝置14獲取的影像的環境條件來配置。影像擷取裝置14被配置為擷取部件的一部分的影像，例如管狀部件12的軸向端部，並將影像傳輸到處理模組16以進行特徵識別，如下文詳細討論的。

如在圖1中進一步所示。如圖1所示，系統還包括電連接或以其他方式與成像處理模組16通訊的接近性檢測裝置22。在一個實施例中，接近性檢測裝置22可以是雷射光或聲納裝置，其被配置為確定影像擷取裝置14和管狀部件12之間的距離。如圖1所示，接近性檢測裝置22被與影像擷取裝置14分離，然而，被預期到接近性檢測裝置22可被與影像擷取裝置14整合。

結合以上所述，影像擷取裝置14被配置為擷取佈置在透鏡18前方的部件或部件的一部分的影像，其在圖1中是管狀部件12的軸向端部。然後，擷取的影像被傳輸到影像處理模組16，以根據儲存在記憶體中的軟體和/或演算法進行處理。特別地，影像處理模組16被配置成使用諸如本領域中已知的一種或多種影像處理技術來識別影像中的物件的邊緣或特徵。在一個實施例中，雖然模組16和/或軟體可以被配置或程式化為找到任何配置的形狀或特徵，例如矩形，三角形，自由形式等，但是影像處理模組16被配置為找到圓形並且確定圓的中心，並且確定中心或與這種形狀或特徵相關的其他位置。

影像處理模組16還從接近性檢測裝置22接收指示影像擷取裝置14與管狀部件12的開口端之間的距離的距離資訊。如由管的外表面和內表面(在XY方向上)所定義之二維特徵(諸如圓形)的識別以及從管端部(Z方向)的距離的確定提供關於管狀部件12的位置的三維位置資訊，並且更具體地，管狀部件12的中心。如本文所使用的，管狀部件12的邊緣的位置以及管的中心在本文中被稱為“位置數據”或“定位數據”。該位置數據定義管的尺寸以及與影像擷取裝置14的距離。在一個實施例中，其中從影像擷取裝置14到管端部的距離藉由其他方式是已知的，可以使用該距離代替測量的距離。

圖2示出由影像擷取裝置16擷取的示例性影像100以及由影像處理模組16識別的圓形特徵。如圖2所示，影像處理模組16已經在影像100中識別了多個不同的圓，並且將每個這樣的圓以對比的或有色的圓(即，圓疊合102,104,106,108)覆蓋。在一個實施例中，更鮮豔或更清晰的邊緣被顯示為更亮或更厚的疊合。

在圖3中，示出了圓疊合104的放大視圖。從圖中可以看出，如圖3所示，疊合104包含兩個同心圓疊合110,112，其對應於管狀部件12的內邊緣和外邊緣(即，圓疊合110識別管狀部件12的內周，而圓疊合112識別管狀部件12的外周)。在定義管狀部件12的內表面和外表面的圓被識別之後，影像處理模組16還被配置為確定管狀部件12的中心。如圖3所示，影像處理模組16用點114標記管的精確中心。

在一個實施例中，系統10可以包括與影像處理模組16通訊的顯示裝置24，用於向技術人員或操作員顯示影像和疊合的圓(或其他識別的特徵)。例如，顯示裝置24可以被用來顯示所擷取的影像100。

結合以上所述，影像處理模組16被配置為在擷取的影像內找到圓，確定這些圓中的哪一個表示管的內表面和外表面，並且定位內圓和外圓的中心，如下所述用於工具定位。觀察管的末端，內表面和外表面被視為大致同心的圓形。預期的直徑可能會知道或可能不知道。在影像中找到圓開始於從影像擷取裝置14獲取視訊框或快照。在一個實施例中，影像然後被過濾，其可以包括將影像轉換成灰階，並應用高斯或其他過濾以減少雜訊。取決於已知工具環境的照明條件，可以應用額外的過濾。在一個實施例中，霍夫圓轉換(並且具體地說，梯度霍夫圓轉換)然後被應用於過濾影像以檢測影像內的圓。“最佳”或主圓從所檢測的圓被選擇，基於諸如距離管的預期位置的距離、完整性、銳度和橢圓度的標準。如在此使用的，“橢圓度”是指圓的圓度。假定最佳圓代表內管或外管表面。

對於必須檢測的內表面和外表面(取決於要執行的特定的後續製造或加工步驟)兩者的情況，“次佳”或次級圓被定位於主圓的內側和外側以找到一個與它大致同心的圓。這導致識別管狀部件12的內表面和外表面兩者。在一個實施例中，用於識別次級圓的搜索標準可以藉由將圓的中心定義為在從主要圓的中心徑向上的一小距離內而被限定。在知道管壁厚度的預期範圍的情況下，可以將次級圓的外部尺寸限制為小於或大於藉由略大於預期的最大壁厚的距離所找到的主圓的直徑。

以適合於期望的管的尺寸發現兩同心圓有助於減少基於找到的第一圓的測量誤差，確定用於構造加工工具的管直徑，並且可以用於定位管中的故障，例如在管擠壓期間產生的偏心孔。

如上所述，一旦找到最佳圓(即，對應於管的內和外(或外和內)表面的已知管的主圓和次圓)，則計算管的中心以確定影像中管的中心的位置。

在一個實施例中，如圖1所示，影像擷取裝置14可以被部署在具有固定座架28的製造機器26上或與其一體化，所述固定座架28具有與加工頭30相距三維的已知偏移。加工頭30或工作器具可以採用本領域已知的任何機床的形式，並且可以藉由本領域已知的方式安裝在製造機器26的工具保持器32中或以其他方式固定到製造機器26。製造機器26和其加工頭30可以與CNC或其他自動化控制和定位系統34整合，用於控制加工頭30、影像擷取裝置14和接近性檢測裝置22的位置。系統34與影像處理模組16通訊並且被配置為接收如由影像處理模組16確定的包括管邊緣和管中心的位置的管狀部件12的位置數據，如上所述。

在一個實施例中，CNC介面被用於X-Y-Z定位，用於定中心和用於工具部署。從CNC介面的輸入包括X-Y-Z定位輸入以了解位置並保持在指定的範圍內。至CNC介面的輸出包括X-Y-Z定位輸出以首先定位相機20，然後加工頭30。

在一個實施例中，偏移通常指在影像擷取裝置14和加工頭30之間或製造機器26(例如安裝台28)上的指定點之間的三個方向上的已知距離值。偏移值被儲存在控制和定位系統34的記憶體中以用於製造操作，如在下文中詳細討論的。

在另一個實施例中，影像擷取裝置14和/或接近性檢測裝置22可以被部署為使用任何標準工具介面(諸如工具保持器32)安裝在製造機器中的可拆卸工具。在一個實施例中，影像擷取裝置14和加工頭30可選擇性地被安裝在工具保持器32中，並使用自動工具更換器進行互換。例如，在一個實施例中，影像擷取裝置可以首先被用來使用這裡描述的過程來定位部件的中心。然後影像擷取裝置可以被交換為諸如機床之類的工作器具，返回到使用相機所識別的中心位置，並且在該位置執行加工，其中這些步驟是自主執行的。在一個實施例中，該方法可以包括以下步驟：從工具保持器上拾取照相機，將管於照相機影像定中心，將位置記錄在數據庫或記憶體中，將照相機返回到工具保持器，從保持器拾取機床返回到記憶位置(其中照相機已定中心的位置)，然後使用機床執行加工或其他製造操作。

在某些實施例中，例如在影像擷取裝置14被配置為安裝在工具保持器32或其他收費介面中的情況下，影像處理模組16與控制和定位系統34之間的無線通訊可以被實現。在一個實施例中，可以將無線基站附接到控制和定位系統，使用諸如802.111x WiFi，藍牙或Zigbee的任何標準通訊協定與影像處理模組16通訊。在又一個實施例中，客制的通訊協定可以代替標準協定。

在某些實施例中，例如在影像擷取裝置14和/或接近性檢測裝置22被配置為可拆卸工具的情況下，這樣的裝置可以由可再充電或拋棄式電池供電，使得這些裝置的操作裝置與提供給製造機器26的電力無關。與上述相關的是，影像擷取裝置14和/或接近性檢測裝置可包括微型開關，霍爾效應裝置，電容式感測器或類似的檢測技術以檢測何時工具安裝在工具保持器中，並確保在必要時才被開啟供電。

系統10可以以兩種模式中的一個進行操作。在第一模式中，管狀部件12的中心的位置首先由上面討論的找圓方法確定。然後，將管的中心的位置與照相機影像視野的已知中心(即，所擷取的影像的中心)進行比較。然後，管狀部件12的中心相對於所擷取的影像的中心的位置被傳送到控制和定位系統34。然後，控制和定位系統34如所需將影像擷取裝置14在從管中心的偏離的X和Y方向上移動，直到管狀部件12在影像視野中被定中心(即，檢測到的圓的中心被定位於照相機影像視野的中心)。如果影像擷取裝置14被平行於加工頭30並垂直於工具安裝台28對準，則這使得管正確地將中心定位在與影像擷取裝置14相同的軸線36上(即，確保軸向對準)。在一個實施例中，系統10被配置為自主地執行該過程以將影像擷取裝置14的中心線與管狀部件12的中心對準。

在其他實施例中，顯示器24可以包括使用者介面，使用者可以透過該使用者介面來調整影像擷取裝置16的位置以使影像擷取裝置與管狀部件12定中心。與此相關，顯示器24可以是呈現相機視圖並且顯示指示用於使影像擷取裝置14或加工頭30定中心的運動方向的箭頭的動態顯示器。諸如星號或閃爍邊界之類的另一個指示符可以表示在規定的或預定的容差內影像擷取裝置14的成功定中心。

一旦影像擷取裝置14被定中心在管狀部件12上方，控制和定位系統34就可以根據已知偏移(即，影像擷取裝置14和加工頭30之間的已知偏移)自動地移動加工頭30以使加工頭30與管狀部件12的中心線一致定中心。也就是說，如果在影像擷取裝置14和加工頭30之間存在偏移，如圖1所示，根據已知的偏移移動加工頭30然後將加工頭30與管狀部件12的端部適當地對準。該模式既不需要距離測量來將加工頭30在管上(在X和Y軸上)定中心，而且不確定從加工頭30到管(Z軸)的距離。

在第二模式中，使用上述的找圓方法將管的中心定位在擷取的影像中，而不管在影像中管位於何處。該模式需要(使用接近性檢測裝置22)從影像擷取裝置到管端部的距離測量來確定圓直徑在Z軸上從加工頭30的距離以及在X軸和Y軸上從工具中心線38到管中心線36偏移的距離。根據該資訊，控制和定位系統34可以將影像擷取裝置14定位在管中心上或者從影像計算X，Y和Z的偏移。

在一個實施例中，影像處理模組16可以以幾種不同的方式與主CNC控制器(例如，控制和定位系統34)通訊。現代機床可以由支持工業標準通訊的可程式化邏輯控制器所控制，如ModBus系統(ModBus)，PROFIBUS標準(ProfiBus)或基礎現場總線匯流排(Foundation Fieldbus)，以及供應商專有的通訊匯流排。影像處理模組16可以使用標準或供應商專有通訊匯流排來與控制和定位系統34交換資訊。通用通訊網絡，例如乙太網或802.11x WiFi無線通訊上的TCP/IP也可以被使用。標準模擬和數位訊號也可以被用於影像處理模組16和機器控制器34之間通訊。例如，來自影像處理模組16的兩個類比輸出可以描述在影像擷取裝置14的中心軸線36之間的X和Y方向上的偏移。來自影像處理模組16的數位輸出可以提供可操作性狀態，並且指示影像擷取裝置14何時在管狀部件12上被定中心。

在一個實施例中，至少包括影像處理模組和找圓方法的系統10是PC相容的。運行時/部署平台可以是基於Android的，也可以是其他計算機系統，如平板電腦，嵌入式計算機或個人電腦。

可以設想的是，系統10可以與被配置為執行各種特定的製造或加工操作的各種特定的加工頭或工作器具結合使用。例如，圖1示出了用於管集箱奶嘴接頭焊接準備物的焊接準備裝置形式的加工頭30。管集箱由焊接在一起的管道長度和配件所組成，以形成用於收集來自水冷壁板和諸如節能器，過熱器，再熱器元件或各管的組之元件中的一組管道中的水或蒸汽的組合件。從管集箱本體到這些元件的連接是被稱為奶嘴接頭的管，其用擴張環焊接到管集箱本體上以保持管撓性操作。這導致了各種幾何形狀。每個奶嘴接頭管都必須被給予一個加工的焊接準備物以連接現場的元件。在本文描述的發明之前，這些焊接準備物的應用已經在製造設施處人工完成。最普遍的是，無論是便攜式終端準備機器還是徑向鑽機都被用來做終端的準備。事實上，在本文描述的發明之前，CNC或類似的機器尚未用於製造這些終端準備，因為由於管的彎曲和焊接收縮的不準確，管的端部的確切位置將變化很大。

結合以上所述，加工頭30可以是被構造成在管的端部和其他部件上執行操作的任何類型的裝置，操作包括但不限於焊接，拋光，熱處理，放電機械加工(electrical discharge machining；EDM)，填縫，清潔等。事實上，可以設想的是，工作器具不必限於機床，而是廣泛地包括任何能夠在管上進行製造操作的裝置。在其他實施例中，加工頭30可以是照相機或其他視覺檢查裝置(並且在一些實施例中，可以是影像擷取裝置本身)，用於執行部件的視覺檢查。

迄今為止，習知的加工探針和雷射光掃描器在尋找圓形加工準備物的真實圓或中心的這方面效率低下，並且每個單獨的管位置必須被手動找到，並且機床被與管對準。然而，系統10被配置成使用上面討論的過程使加工刀具(即，加工頭30)自動地對準每個奶嘴接頭管狀部件12上的焊接準備物，然後將焊接準備物40切割成每個奶嘴接頭管狀部件12的末端如圖1所示。特別地，影像擷取裝置14和影像處理模組16被用於定位管集箱上的各個奶嘴接頭的頂部的精確位置，並且逐漸定位每個管的中心。系統10然後在控制和定位系統34的控制下自動定位用於加工焊接準備物的切割器。

參照圖4和圖5，在另一實施例中，製造機器26可以採取具有接合構件42的端帽拆卸工具的形式，所述接合構件42被配置成朝向管狀部件12延伸，抓住端帽，從帶有端帽的管中縮回，並釋放端帽。如上所述，系統10被配置成首先使用影像處理模組16定位管狀部件12的中心，然後定位端帽拆卸管，使得其與管端部定中心，使得工具可被部署。具體地，在一個實施例中，影像擷取裝置14和加工頭30或工具(以端帽彈出器具的形式)被安裝成使得兩個裝置被(例如沿著X軸)對準。影像擷取裝置14和控制和定位系統34可以然後被連接到PC或其他計算裝置。然後可以將管定位在影像擷取裝置的視野中，垂直於定位系統的X-Y平面。實時相機視圖可能會顯示在顯示螢幕上。使用影像擷取裝置14、影像處理模組16以及控制和定位系統34，影像擷取裝置14可以在管狀部件12上定中心。一旦影像擷取裝置14已經被定中心，則端帽彈出器具可以是藉由將已知的偏移(例如，影像擷取裝置14與工具中心線之間的距離)移位彈出器具的X-Y位置而被與管狀部件12對準。

在其他實施例中，可以設想，系統10還可以用於需要以管將製造工具定中心的各種其他製造處理，包括用於管道水冷壁划痕(涉及照相機，夾具，鋸，電漿火炬和火焰清理工具)，端帽安裝以及如汽包或管集箱等厚壁部件的端面。

如上所述，系統10因此能夠準確且一致地定位用於製造操作的管端部。因此，可以消除或減少導致部件的不正確加工的定位誤差。另外，與手動定位相比，設置時間可能會顯著減少。而且，對於密集的管子來說，可能沒有可用於傳統機械“觸摸”探針的空間去配合於管子之間中。然而，本發明的系統10不需要管之間的任何最小間距來適當地工作。藉由系統10使用的影像處理也比使用機械探針物理地接觸管上的多個位置去確定其位置更快。

在一個實施例中，提供了一種用於定位部件的位置的系統。所述系統包括：影像擷取裝置，所述影像擷取裝置被配置為擷取部件的影像；以與所述影像擷取裝置固定關係安裝的工作器具；被配置為以與所述部件的關係調整所述影像擷取裝置以及工作器具的位置之定位系統；以及與所述影像擷取裝置通訊的影像處理模組，所述成像處理模組被配置為從所述影像擷取裝置接收所述影像並識別所述部件的至少一個特徵。定位系統被配置為基於影像內的識別的特徵的位置來調整影像擷取裝置的位置，以使影像擷取裝置與識別的特徵對準，並且基於在影像擷取裝置和工作器具之間的偏移將工作器具與識別的特徵對準。在一個實施例中，影像擷取裝置是數位相機。在一個實施例中，所述部件是管的軸向端部，並且所述至少一個特徵包括由所述管的外表面或內表面定義的圓中的至少一個。在一個實施例中，所述至少一個特徵包括所述圓的中心。定位系統被配置成基於圓的中心的位置和影像的中心的關聯來調整影像擷取裝置的位置。在一個實施例中，所述系統還可以包括接近性檢測裝置，所述接近性檢測裝置被配置成確定所述管的所述軸向端部距所述影像擷取裝置的距離，其中所述影像處理模組被配置為從所述接近性檢測裝置接收距離測量，並基於距離測量將工作器具與圓心對準。在一個實施例中，定位系統是CNC定位系統。在一個實施例中，工作器具是焊接準備裝置和端帽拆卸裝置中的一種。在一個實施例中，影像處理模組被配置成過濾影像以產生被過濾的影像，識別被過濾的影像內的多個圓，並基於設定標準選擇多個圓中的主圓。在一個實施例中，所述設定標準包括距所述管的預期位置的距離、所述圓的完整性，所述圓的銳度以及所述圓的橢圓度中的至少一個。

在另一個實施例中，提供了一種用於使工作器具與部件對準的方法。該方法包括以下步驟：將部件定位在影像擷取裝置的視野內；利用影像擷取裝置獲取部件的影像；檢測影像內的至少一個特徵；使工作器具移動成與至少一個特徵對準，並用該工作器具對該部件進行製造操作。在一個實施例中，所述方法還可以包括以下步驟：在將所述工作器具移動成與所述至少一個特徵對準之前，使所述影像擷取裝置與所述至少一個特徵定中心。在一個實施例中，部件可以是管的軸向端部，並且至少一個特徵可以是由管的外表面或內表面中的至少一個定義的圓的中心。在一個實施例中，將所述工作器具移動成與所述至少一個特徵對準包括基於所述影像擷取裝置和所述工作器具之間的已知偏移來移動所述工作器具。在一個實施例中，已知偏移包括X、Y和Z方向分量。在一個實施例中，該方法還可以包括確定影像擷取裝置與管的軸向端部之間的軸向距離的步驟。在一個實施例中，該方法還可以包括以下步驟：從工具保持器拆卸影像擷取裝置並將工作器具放置在工具保持器中。在一個實施例中，製造操作包括在管的軸向端部上加工焊接預備物和從管的軸向端部拆卸端帽中的至少一個。在一個實施例中，檢測圓的中心的步驟包括對影像進行過濾以產生被過濾的影像，並且將霍夫圓變換應用於被過濾的影像以檢測被過濾的影像內的多個圓。在一個實施例中，對影像進行過濾的步驟包括將影像轉換成灰階，並應用高斯過濾來降低雜訊。在一個實施例中，檢測圓的中心包括基於一組標準從多個圓中選擇圓，該組標準包括距所述管的預期位置的距離、所述圓的完整性，所述圓的銳度以及所述圓的橢圓度中的至少一個。

在又一個實施例中，提供了一種用於定位在製造操作中使用的部件的中心的方法。該方法包括以下步驟：將管狀部件定位在照相機的視野內，使管狀部件的軸向端部在視野中定中心，使得照相機的軸線與管的軸線對準，並且移動工作根據所述照相機軸線和所述工作器具的軸線之間的預定偏移來實施以使所述工作器具的軸線與所述管的軸線對準，其中所述步驟是自主地執行而不接觸所述管道。

如本文所使用的，以單數形式敘述並且前面帶有詞語“一”或“一個”的元件或步驟應當被理解為不排除複數個所述元件或步驟，除非這種排除被明確地聲明。此外，對本發明的“一個實施例”的引用不意圖被解釋為排除也包含所述特徵的附加實施例的存在。此外，除非相反者被明確地指出，否則“包括”，“包括”或“具有”具有特定屬性的元件或多個元件的實施例可包括不具有該屬性的額外的這樣的元件。

本書面描述的實施方式使用示例來揭示包括最佳模式的本發明的若干實施例，並且還使得本領域的普通技術人員能夠實踐包括製作和使用任何裝置或系統以及執行納入方法之本發明的實施例。本發明的可專利範圍由申請專利範圍定義，並且可以包括本領域普通技術人員想到的其他示例。如果這樣的其它示例具有不與申請專利範圍的字面語言不同的結構元件，或者如果它們包括與申請專利範圍的字面語言無實質區別的等同結構元件，則這樣的其它示例被期望在申請專利範圍的範圍內。