本發(fā)明涉及一種用于探測(cè)管道的三維形狀的裝置以及方法，其中，該裝置包括用于管道的保持結(jié)構(gòu)以及用于探測(cè)管道形狀的器件。該方法相應(yīng)包括以下步驟：保持管道以及探測(cè)管道形狀。

背景技術(shù)：
通常管道或者借助于穿孔工藝(Lochdornprozess)和后置的(nachgeschalteten)軋制工藝由金屬塊來(lái)無(wú)縫地制造或者通過(guò)焊接預(yù)先成型成呈期望的形狀的板件來(lái)制造。在此尤其在將這樣的管道使用為用于輸送在很高的壓力下的液態(tài)的和氣態(tài)的介質(zhì)的管路元件時(shí)將特別重視管道的質(zhì)量和形狀精度。質(zhì)量要求不僅包括在整個(gè)管道長(zhǎng)度上的表面品質(zhì)以及與預(yù)先確定的壁厚度的最小可能的偏差，而且包括整個(gè)管道的三維形狀以及管道截面的二維輪廓的多個(gè)部位。首先，在管路管道(其被鋪設(shè)在海底上并且因此在使用地處不僅遭受需要的內(nèi)部壓力，而且遭受很高的外部壓力)處對(duì)管道在其總的長(zhǎng)度上的形狀存在特別高的要求。與管道截面的期望的圓度的已經(jīng)很小的偏差(即所謂的橢圓度)可導(dǎo)致管道的局部的壓痕(Eindrückung)或者在兩個(gè)管道彼此焊接時(shí)引起困難。因此管道制造者通常必須確保管道在其總的長(zhǎng)度上的圓度(因此即使遠(yuǎn)離管道端部)處于所要求的公差之內(nèi)。因此為了確定管道輪廓，通常在管道端部的區(qū)域中使用機(jī)械的測(cè)量元件，如游標(biāo)卡尺或者測(cè)量夾鉗(Messzange)。然后通常在整個(gè)管道長(zhǎng)度上在一至三個(gè)預(yù)先確定的測(cè)量點(diǎn)處探測(cè)管道的直徑，以便可因此得出整個(gè)管道的圓度或者橢圓度的結(jié)論。然而借此幾乎不可以或者僅可非常昂貴地確定管道在其長(zhǎng)度上的總的形狀。此外在進(jìn)行這樣的測(cè)量時(shí)，管道或者在倉(cāng)庫(kù)(Lager)中或者在輸送輥道上擱置于在位置和取向方面未限定的受限的數(shù)量的支架上，從而由于管道的自重不僅管道在其長(zhǎng)度上的彎曲而且管道的輪廓的變形對(duì)相應(yīng)的測(cè)量施加了不可忽略的影響。因此對(duì)用于確定這樣的管道的管道形狀和管道輪廓的迄今尚未存在的標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量方法存在需要。同樣存在可最大程度地自動(dòng)化地且優(yōu)選還標(biāo)準(zhǔn)化地實(shí)施對(duì)于質(zhì)量確定和質(zhì)量保障所需要的測(cè)量的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
因此本發(fā)明的目的在于提供這樣的裝置以及方法，即借助于其能夠可再現(xiàn)地且在沒(méi)有由于環(huán)境影響造成的防礙的情況下優(yōu)選自動(dòng)化地執(zhí)行管道在其總的長(zhǎng)度上的三維形狀。在根據(jù)本發(fā)明的意義中，該目的借助于包括權(quán)利要求1的特征的裝置以及包括權(quán)利要求10的特征的方法來(lái)解決。相應(yīng)地，在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)形式。在根據(jù)本發(fā)明的意義中提供了一種保持結(jié)構(gòu)，其具有用于從內(nèi)部支撐管道的至少一個(gè)支架，由此可避免與取決于情形的環(huán)境影響，如測(cè)量的地點(diǎn)(其應(yīng)在輥道上或者在倉(cāng)庫(kù)中)。在根據(jù)本發(fā)明的意義中，無(wú)接觸地進(jìn)行管道形狀的探測(cè)，其中，管道和對(duì)此用于無(wú)接觸地探測(cè)管道形狀的必要的器件布置成可在管道的總的長(zhǎng)度上相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)。一方面管道與另一方面用于探測(cè)管道形狀的器件相對(duì)彼此的可運(yùn)動(dòng)性可包括探測(cè)器件在靜止的管道上的運(yùn)動(dòng)、管道相對(duì)于固定地布置的探測(cè)器件的運(yùn)動(dòng)以及兩個(gè)裝置構(gòu)件彼此的運(yùn)動(dòng)。然而一種實(shí)施形式是優(yōu)選的，在其中，用于探測(cè)管道形狀的器件在僅靜止位于保持結(jié)構(gòu)上的管道的總的長(zhǎng)度上進(jìn)行，以便因此阻止僅由于管道的運(yùn)動(dòng)而造成的對(duì)管道形狀的探測(cè)的所有的影響。根據(jù)本發(fā)明的方法相應(yīng)地包括這樣的步驟：從內(nèi)部保持管道以及借助于合適的器件在管道的總的長(zhǎng)度上無(wú)接觸地探測(cè)管道形狀，其中在此對(duì)于探測(cè)過(guò)程來(lái)說(shuō)，使一方面管道與另一方面用于探測(cè)管道形狀的器件相對(duì)彼此在管道的總的長(zhǎng)度上運(yùn)動(dòng)。因此，首次提供用于探測(cè)整個(gè)管道的三維形狀的能夠標(biāo)準(zhǔn)化的方法，該方法可在不用考慮必然性即地點(diǎn)的影響的情況下提供可完全再現(xiàn)且可校驗(yàn)的結(jié)果。為了標(biāo)準(zhǔn)化地探測(cè)管道的三維形狀，僅必須確定用于支撐管道的支架的數(shù)量以及相應(yīng)的支架在內(nèi)部在管道內(nèi)壁處的位置，如有可能還將確定管道的一個(gè)或多個(gè)焊縫相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)支架的相應(yīng)的位置以及支承面?；谶@樣的事實(shí)，即僅從內(nèi)部支承管道可首次實(shí)現(xiàn)在管道的總的長(zhǎng)度上探測(cè)管道的總的三維形狀。如有可能，還可在同一工作步驟(但對(duì)此備選地也結(jié)合另外的測(cè)量方法)中同樣測(cè)量管道端部(其通常必須具有預(yù)先限定的形狀以用于引入連接焊縫)的形狀。因此在根據(jù)本發(fā)明的意義中能在不必以離散的步驟在管道長(zhǎng)度上實(shí)施大量的測(cè)量操作的情況下實(shí)現(xiàn)探測(cè)管道的完整的三維形狀。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，保持結(jié)構(gòu)具有接合到相應(yīng)的管道端部中且作用在管道端部的優(yōu)選預(yù)先限定的點(diǎn)處的兩個(gè)支架。在此特別優(yōu)選的是，管道端部的預(yù)先限定的點(diǎn)處于貝塞爾點(diǎn)(Bessel’schenPunkt)的區(qū)域中，其中，在用于管路管道的通常為12.5m至18m的管道長(zhǎng)度的情況中，與算出的貝塞爾點(diǎn)的為+/-25cm、特別優(yōu)選為+/-5cm的偏差被看作為可接受的。然而，如果支承點(diǎn)與被支承的管道的貝塞爾點(diǎn)幾乎重合，這是極其優(yōu)選的，因此布置成遠(yuǎn)離貝塞爾點(diǎn)小于1cm。貝塞爾點(diǎn)描述了均勻受載的橫梁的支架的最優(yōu)的位置，橫梁在其自身的重量或者均勻分布的載荷的作用下彈性地彎曲。因此貝塞爾點(diǎn)(其優(yōu)選應(yīng)作為用于由保持結(jié)構(gòu)保持的管道的支承點(diǎn)起作用)位于平均彎曲的最小值的區(qū)域中，由此在測(cè)量時(shí)引起管道的最小可能的彎曲。因此在探測(cè)管道的三維形狀時(shí)特別有利地優(yōu)化測(cè)量結(jié)果。因此出于標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)本發(fā)明的方法的原因建議確定貝塞爾點(diǎn)以及支架與貝塞爾點(diǎn)的最大可接受的偏差，以便如有可能可量化以及評(píng)定所探測(cè)的管道的標(biāo)準(zhǔn)彎曲。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)選的實(shí)施形式中，用于探測(cè)管道形狀的器件包括至少一個(gè)光源和用于由管道表面漫反射的(gestreut)光束的至少一個(gè)接收器。這樣的光源例如為超級(jí)發(fā)光二極管(Superlumineszenzdiode)或者白光源，其由管道表面漫反射的光可由接收器檢測(cè)。在根據(jù)本發(fā)明的意義中，使用包括光源和接收器的任何光學(xué)測(cè)量設(shè)備。然而，如果用于探測(cè)管道形狀的器件包括至少一個(gè)激光源和至少一個(gè)激光檢測(cè)器，則這是優(yōu)選的。因此提供這樣的裝置，即其利用特別精確地工作的器具允許以很高的精度探測(cè)管道形狀。此外測(cè)量快速地進(jìn)行并且可節(jié)省結(jié)構(gòu)空間地集成到承載結(jié)構(gòu)中。光源優(yōu)選將結(jié)構(gòu)光(Lichtstruktur)尤其點(diǎn)、線(xiàn)或者圖案投射到管道的表面上。特別優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)光可隨地點(diǎn)和/或時(shí)間而改變。然后通過(guò)接收器和優(yōu)選利用合適的控制和存儲(chǔ)單元(經(jīng)由其然后能實(shí)現(xiàn)確定管道本身的(二維)截面輪廓和(三維)形狀)來(lái)進(jìn)行已漫反射的結(jié)構(gòu)光的檢測(cè)和評(píng)估。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)選的設(shè)計(jì)形式中，用于探測(cè)管道形狀的器件包括框架，優(yōu)選地，該框架垂直于管道的縱向取向完全包圍管道。就此而論，如果多個(gè)光源優(yōu)選激光發(fā)射器優(yōu)選等距離地布置在框架的周緣上，這是特別優(yōu)選的。就此而論，如果16至24個(gè)激光發(fā)射器和相應(yīng)數(shù)量的接收器布置在框架的周緣上，這是極其優(yōu)選的。因此可在相對(duì)簡(jiǎn)單地安裝用于單個(gè)的光源的承載結(jié)構(gòu)的情況下來(lái)確保：一方面在測(cè)量或探測(cè)過(guò)程期間可同時(shí)探測(cè)管道的整個(gè)周緣，且另一方面保證單個(gè)的光源相對(duì)于管道表面的可靠且保持不變的取向和布置。就此而論，如果框架包括單個(gè)的框架部分(其分別承載相同數(shù)量的光源和接收器)，則這是特別優(yōu)選的。因此以特別簡(jiǎn)單且有效的方法來(lái)支持用于探測(cè)三維的管道形狀的器件的構(gòu)件式的更換和安裝。如果至少一個(gè)光源至少可沿徑向、優(yōu)選不僅可沿徑向而且可沿切向移動(dòng)地布置在框架內(nèi)部，這是極其優(yōu)選的。如果光源經(jīng)由合適的設(shè)定器件以成組的方式可移動(dòng)地布置在框架部分內(nèi)部，以便可因此進(jìn)行用于探測(cè)三維的管道形狀的器件有效地與相應(yīng)的待探測(cè)的管道截面匹配，這是尤其優(yōu)選的。就此而論，如果光源將結(jié)構(gòu)光(其優(yōu)選重疊地覆蓋待探測(cè)的管道的整個(gè)周緣)投射到表面上，以便因此保證完全且無(wú)間隙地探測(cè)管道的三維形狀，這是優(yōu)選的。如果用于探測(cè)管道形狀的器件可在靜止的管道的總的長(zhǎng)度上行進(jìn)，那么這將尤其特別有利地被支持，其中在此如開(kāi)頭所提到的那樣首先考慮這樣的情況，即管道的任何運(yùn)動(dòng)可影響測(cè)量精度并且因此可導(dǎo)致不精確地探測(cè)三維的管道形狀。在根據(jù)本發(fā)明的裝置以及根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選的實(shí)施形式中，可以限定的角位置旋轉(zhuǎn)管道，以便例如在保持裝置內(nèi)部占據(jù)焊縫的預(yù)先確定的取向，例如在12點(diǎn)或3點(diǎn)上。就此而論，特別優(yōu)選的是在支架處的旋轉(zhuǎn)裝置，例如呈至少一個(gè)輥式棱柱(Rollenprisma)的形式。同樣特別優(yōu)選的是用于使管道圍繞管道的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的器具，該器具未與保持裝置相連接，而是在管道貼靠在支架上之前將管道帶到限定的旋轉(zhuǎn)位置中。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，該方法利用用于探測(cè)管道的三維形狀的根據(jù)本發(fā)明的裝置。因此，利用根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的效果與在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的裝置包括其優(yōu)選的實(shí)施形式時(shí)可獲得的效果相符。根據(jù)本發(fā)明的方法至少包括以下步驟：保持管道以及探測(cè)管道形狀，其中，保持管道借助于用于從內(nèi)部支撐管道的至少一個(gè)支架來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且執(zhí)行無(wú)接觸地探測(cè)管道形狀，在其中，管道與用于探測(cè)管道形狀的器件在管道的總的長(zhǎng)度上相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，管道經(jīng)由合適的器具諸如輥道運(yùn)送至用于管道的保持結(jié)構(gòu)和用于探測(cè)管道形狀的器件處，然后由保持結(jié)構(gòu)抓住且最終或者從輥道上抬起或者通過(guò)至少降低輥道區(qū)段來(lái)僅由保持結(jié)構(gòu)保持。優(yōu)選地，然后用于探測(cè)管道形狀的器件在管道的總的長(zhǎng)度上掃過(guò)靜止的管道，以便因此無(wú)接觸地探測(cè)三維的管道形狀。如果在探測(cè)之前至少一個(gè)光源優(yōu)選至少一個(gè)激光發(fā)射器在承載一個(gè)或者多個(gè)光源的框架內(nèi)部相對(duì)于管道表面至少沿徑向被調(diào)整，這是特別優(yōu)選的，由此可特別優(yōu)選地調(diào)節(jié)各個(gè)光源距管道表面的相同的間距。還特別優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)切向調(diào)節(jié)一個(gè)或者多個(gè)光源的局部的位置，因此光源基本上垂直于徑向的調(diào)整運(yùn)動(dòng)移動(dòng)，以便如此實(shí)現(xiàn)探測(cè)器件的所有的光源相對(duì)于待探測(cè)的管道的優(yōu)選等距離的取向。如果管道在探測(cè)管道形狀期間僅擱置在保持結(jié)構(gòu)上，優(yōu)選擱置在包圍管道內(nèi)壁的優(yōu)選預(yù)先限定的點(diǎn)的支架上，這是尤其優(yōu)選的。因此保證可提供可再現(xiàn)的且優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)化的方法以用于在沒(méi)有從外部影響測(cè)量結(jié)果的情況下探測(cè)三維的管道形狀。附圖說(shuō)明接下來(lái)參考6張附圖來(lái)進(jìn)一步解釋本發(fā)明，其中，這些附圖示意性地示出了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形式。其中，圖1顯示了用于探測(cè)管道的三維形狀的根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意性的側(cè)視圖，圖2顯示了待探測(cè)的管道運(yùn)輸?shù)礁鶕?jù)本發(fā)明的裝置中的運(yùn)輸步驟的示意性的側(cè)視圖，圖3示意性地顯示了將待探測(cè)的管道運(yùn)輸?shù)礁鶕?jù)本發(fā)明的裝置中的第二步，圖4顯示了將待探測(cè)的管道運(yùn)輸?shù)礁鶕?jù)本發(fā)明的裝置中的第三步，圖5顯示了在探測(cè)三維的管道形狀期間根據(jù)本發(fā)明的裝置的使用，以及圖6顯示了用于探測(cè)三維的管道形狀的根據(jù)本發(fā)明的器件的一種實(shí)施形式。具體實(shí)施方式圖1顯示了用于探測(cè)管道1的三維形狀的根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意性的側(cè)視圖，該裝置包括用于管道的帶有可升高和可降低的兩個(gè)輥道滾輪11a,11b和兩個(gè)保持結(jié)構(gòu)2a,2b(其包括可升高和可降低的兩個(gè)支架4a,4b)的運(yùn)輸裝置。將保持結(jié)構(gòu)2a,2b設(shè)置成可分別駛向到管道1處并且可從該管道1再運(yùn)動(dòng)離開(kāi)。最后，裝置包括用于探測(cè)管道形狀的器件3，該器件3可運(yùn)動(dòng)越過(guò)整個(gè)管道長(zhǎng)度并且優(yōu)選能探測(cè)由保持結(jié)構(gòu)2a,2b保持的管道1的整個(gè)周緣。圖2顯示了將管道1運(yùn)輸?shù)礁鶕?jù)本發(fā)明的裝置中的第一步。借助于抬起的輥道滾輪11a,11b從左向右在兩個(gè)保持結(jié)構(gòu)2a,2b之間運(yùn)送管道1，其中，還可在保持結(jié)構(gòu)2a,2b之間橫向運(yùn)輸管道。用于探測(cè)管道形狀的器件3在該工作步驟期間已經(jīng)以環(huán)狀物的形式布置在保持結(jié)構(gòu)2a,2b之間，其中，管道1在保持結(jié)構(gòu)2a,2b之間被運(yùn)輸時(shí)被引導(dǎo)穿過(guò)器件3的框架的基本上封閉的環(huán)。圖3顯示了將待探測(cè)的管道1運(yùn)輸?shù)礁鶕?jù)本發(fā)明的裝置中的第二步。管道1仍然擱置在已抬起的輥道滾輪11a,11b上，其中，保持結(jié)構(gòu)2a,2b以及降低的支架4a,4b分別朝著管道1相向運(yùn)動(dòng)，并且支架4a已經(jīng)穿過(guò)左側(cè)的管道端部1a而位于管道內(nèi)壁1c的限定的點(diǎn)5a下方。與此相反，右側(cè)的保持結(jié)構(gòu)2b還未朝管道1運(yùn)動(dòng)到這樣的程度，即支架4b應(yīng)穿過(guò)右側(cè)的管道端部1b到達(dá)用于支架4b的限定的點(diǎn)5b下方。在該工作步驟中，用于探測(cè)管道形狀的器件3以側(cè)向遠(yuǎn)離管道1的方式布置在不工作位置(Ruheposition)中。圖4示意性地顯示了將管道1運(yùn)輸進(jìn)入到根據(jù)本發(fā)明的裝置中的另一步驟。保持結(jié)構(gòu)2a,2b的支架4a,4b與管道內(nèi)壁1c處于接觸并且被繼續(xù)抬起，以便將管道1從輥道滾輪11a,11b抬起。在該時(shí)間點(diǎn)上，管道1的周緣尚未完全自由，從而用于探測(cè)管道形狀的器件3繼續(xù)停留在圖3的不工作位置中。圖5顯示了在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法期間根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，管道1僅由保持結(jié)構(gòu)2a,2b的支架4a,4b保持。輥道滾輪11a,11b降低到不工作位置中，使得以?xún)H從內(nèi)部支撐的方式將管道1保持在裝置內(nèi)部。器件3可從現(xiàn)在起在管道1的總的長(zhǎng)度上在保持結(jié)構(gòu)2a,2b之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以便無(wú)接觸地三維地探測(cè)和描繪管道1的整個(gè)形狀。最后，圖6顯示了用于探測(cè)管道1的形狀的根據(jù)本發(fā)明的器件3的框架10。如可識(shí)別的那樣，管道1布置成與圓形的框架10同心，其中，不僅可水平地而且可豎直地任意調(diào)整框架10以便使框架10相對(duì)于管道1精確地取向。在框架10內(nèi)部彼此等距離地布置有16個(gè)單元13，其中，8個(gè)單元13設(shè)置在框架10的前側(cè)處且8個(gè)單元13設(shè)置在框架10的背側(cè)處。這些單元13中的每一個(gè)包括激光光源以及光束成型光學(xué)器件(Strahlformungsoptik)，其從激光光束形成激光線(xiàn)，激光光束在上部單元13下方示意性地示出為扇形的結(jié)構(gòu)光12。最后，每個(gè)單元13還包括檢測(cè)單元－在示出的情況中為圖像檢測(cè)器。單個(gè)的單元13布置成可在框架10內(nèi)部分別以朝向管道1的方向和以遠(yuǎn)離管道1的方向沿徑向被調(diào)節(jié)，使得由單元13發(fā)射的結(jié)構(gòu)光12覆蓋管道1的預(yù)先限定的部分周緣。由管道1的表面漫反射的光然后由關(guān)聯(lián)于每個(gè)單元13的檢測(cè)器接收并且輸送給合適的成像單元，以便在此完全再現(xiàn)管道1的三維形狀。優(yōu)選地朝著管道1徑向地進(jìn)給單元13優(yōu)選激光傳感器，以便達(dá)到盡可能高的測(cè)量精度，因?yàn)閱卧?3的測(cè)量范圍通常受到限制。但同時(shí)還期望可利用同樣的設(shè)備測(cè)量很大范圍的管道直徑。