用于识别锅炉管的系统和设备的制作方法

背景技术：

本发明的实施方案整体涉及锅炉的制造，并且更具体地，涉及一种用于识别锅炉管的系统和设备。

领域的讨论

在常规锅炉中，水在金属锅炉管内循环，该金属锅炉管由用于蒸汽产生的炉腔中的热气体加热。通过管材的热传递是在锅炉中加热水和蒸汽两者的主要手段。锅炉内包括此类管材的组件可包括过热器、再热器、节能器和水墙。

锅炉管可由通常基于操作的温度和压力范围的各种外径、壁厚和材料组成组成。例如，管的组成可包括碳钢或各种合金钢。在其他情况下，可另选地使用不锈钢或镍合金。

在常规锅炉制造和组装中，从来源诸如炼钢厂成束接收原料管材。如所接收的，每根相应的管通常包括具有特定识别管相关信息的标签。标签可包括例如与相应管的起源、材料类型和物理尺寸相关的信息。标签通常以直接印刷在管的外表面上的条形码的形式提供。在其他情况下，条形码可以印刷在附接到管的外表面的标签上，诸如纸张或聚酯薄膜标签。此类标签提供在制造过程期间跟踪每根管的成本有效的技术。

然而，当从工厂接收时，通常首先通过清洁每根管的外表面来处理原料管材。包括化学和研磨技术在内的常规清洁技术可有效去除污垢、油和其它杂质。然而，清洁技术通常还导致去除印刷在管的外表面上或施加到管的外表面的信息。由于对于制造过程重要的是保持每根管的材料组成特性，因此通过清洁移除的标签信息可需要手动重新施加或由计算机驱动的印刷系统重新施加。此外，然后可附加地施加其它信息或数据作为标签的一部分。例如，新标签还可包括特定于管的生产信息、时间戳和序列号。附加信息可直接包括或以引用方式包括在内。

管上的印刷信息通常包括具有序列号的条形码以及沿管的总长度以每米或其他预定长度的重复模式的人类可读信息。例如，除了唯一识别序列号之外，条形码还可包含供应商、采购订单号、炉号(heatnumber)、店铺订单号、以及其它信息。该信息在制造系统中可以是可追踪的，并且还可通过位于各种后续操作处的手持式条形码扫描器和自动扫描器来识别。条形码通常为一维(1d)条形码或二维(2d)条形码。

为了允许在单个条形码符号中编码更大量的数据，已经开发出多个1d堆叠条形码符号体系，并且这些1d堆叠条形码符号体系在本领域中是熟知的。堆叠符号将编码数据划分为多行，每行包括相应的1d条形码图案，该条形码图案必须被扫描和解码，然后链接在一起以形成完整的消息。

已开发出另一种类型的条形码符号体系(被称为二维(2d)矩阵符号体系)，该二维矩阵符号体系提供无取向扫描以及比其1d对应物更大的数据密度和容量。2d矩阵码(例如，qr码)将数据编码为规则多边形矩阵内的暗或亮数据元素，伴有图形查找器、取向和参考结构。当扫描2d矩阵码时，以大致相等的分辨率记录数据元素的水平和垂直关系。2d条形码通常是优选的，因为它们可以保留比1d条形码更多的信息。

2d成像扫描器是更新类型的条形码读取器。它们使用相机和图像处理技术来解码条形码。在锅炉的组装期间，通常采用使用高分辨率工业相机的单个大视场读取器来捕获条形码的照片或图像。然后使用软件对出现在图像中的条形码进行解码。例如，使用相机和被布置为向图像处理装置提供条形码图像的照明设备(lighting)来采集条形码的图像。处理装置使用已知的软件和程序来应用各种数字图像处理技术以读取图像中的条形码。

通过沿总管长度重复条形码图案，即使管的一个区段或一部分在锅炉制造期间被切断或者一些未来的过程使其沿其长度的某些部分不可读，也保留了对应管信息的记录。以这种方式，每根管设置有唯一的标识或标签，这进一步使得管的可跟踪性能够使产品寿命管理(plm)系统实用于实现锅炉生产线。然而，每个标签必须精确地胶合到管上的预定位置，从而使得在条形码标签被放置或印刷在预定位置之外的情况下难以读取条形码。

在制造过程中，一些管可端对端对接焊接以在锅炉中形成回路。端对端焊接的管的总长度可超过100米(300英尺)。在锅炉制造期间，许多管可附加地具有沿其相应长度形成的多个弯曲部。在一些情况下，翅片可被焊接到某些管的外表面，以使表面积最大化以改善热传递。水壁的制造过程将多个管与边缘焊接的翅片条组合，该翅片条被布置成将每根管的长度连接到紧邻管的对应长度。在此类水壁中，每根管的外表面的整个圆周(即，360度)可不容易看见，因为某些区段可被翅片条的宽度遮挡。

所有部件上的序列号对于产品生命周期管理(plm)是必不可少的，因为它需要在整个制造过程中跟踪产品的所有部分。在锅炉的组装期间，一些管接合或焊接至其他管以形成元件组件。所印记的唯一标识或序列号允许相应的原料管被具体地标识为组件的单独元件而不是杂项件材料。每个条形码中的序列号允许给定管与其可通过焊接接合的一个或多个相应管相关联。这允许质量记录包含合同信息、材料认证(即，来自制管厂(tubemill)的材料认证)、处理的时间和日期，以及对该部件执行的所有质量检查和相关联的检查记录。

在锅炉耐压部分(pressurepart)制造期间，直到锅炉被构造于其最终位置为止，每根管在耐压部分中的最终位置才被完全限定。耐压部分被装配成多个子组件，这些子组件足够小以被装运至车间站点。通常为每个锅炉提供许多相同的子组件。当这些相同的子组件离开制造车间时，它们在锅炉中的最终位置尚未确定。在构造期间，相同的子组件将被安装到锅炉中。将成千上万的单独部件完全跟踪到其在完成的锅炉中的最终位置，需要从每根单独管进入制造设施的时间直到每根单独管被安装在完成的锅炉中完全跟踪。

与plm和质量跟踪系统组合，单独的管可与特定子组件中的特定位置相关联。稍后，在车间构造期间，可在成品锅炉中识别每个子组件的最终位置。此外，在安装时识别子组件可用于在构造期间跟踪现场焊接的工作进度(以及安装所需的工时或时间表)和质量评估。

在锅炉的制造期间，当每根管在工作站之间被转运时，通常通过它们的序列号来跟踪它们，以将其制造成相应的较长管并且随后被布置成管组件。通常，当管通过传送机从工作站移动到工作站时，使用手持式条形码扫描器手动读取印刷在每根管上的条形码，该手持式条形码扫描器可结合相机。

然而，存在许多问题，使得在制造环境中难以准确且快速地读取显示在管的表面上的条形码。例如，当管沿着传送机或其他常规装卸系统向下移动时，管上条形码的取向通常相对于条形码读取器或相机是不一致的。通常，条形码可难以快速定位，或者可难以用扫描器快速读取，这可减慢组装过程。在一些情况下，管可需要围绕其纵向轴线手动旋转，以将条形码相对于扫描器定向到可见的可扫描位置。

另外，常规条形码读取器从相对平坦的表面读取条形码是熟知的，然而，此类常规读取器难以从曲面诸如锅炉管的外表面读取条形码。在此类情况下，管表面上的条形码的几何畸变可妨碍正确识别。

此外，常规条形码读取器通常采用单个相机。然而，由于锅炉管的曲面，并非所有条形码都可出现在来自单个相机的图像中，这取决于管和相机的取向。此外，即使考虑一个以上相机，由于管通常处于连续运动中(诸如由于在典型的锅炉组装区域中使用的传送机的运动)，条形码的不同部分可出现在由多个相机形成的图像中的不同位置。另外，具有反射表面的管可产生使条形码模糊的明亮反射。

此外，当处理彼此具有不同外径的多种管时，每个不同的直径将导致其上的条形码图像的曲率不同，并且因此将改变条形码在所得图像中的预期位置。此外，对于保持在相同相对位置的管，垂直位移和焦点将随着直径的变化而变化。

具有压印或点刻到表面中的条形码的管从每个刻点产生多次反射，这可在条形码图像中产生亮点或暗点，从而减弱条形码的易读性。

因此，需要一种能够自动在不需要旋转管来定位条形码的情况下读取管表面上的条形码而不管管上的条形码在沿传送机行进时的取向如何的系统和方法。

还将期望装置和系统能够从单独的管进入制造过程的时间起跟踪这些管，直到它们被装运到车间站点进行安装。

技术实现要素：

在实施方案中，提供了一种用于读取显示在物体上的条形码的系统。该系统包括条形码读取器以及控制器装置，该条形码读取器具有通信地耦接到图像处理器的多个相机，该控制器装置通信地耦接至多个相机和图像处理器。该多个相机被布置成在其间限定第一开口，该第一开口具有第一直径，该第一直径的尺寸被设定成在其中容纳物体。控制器装置触发每个相机的操作。能够操作每个相机来捕获物体的外表面的不同对应部分的相应图像，并且将该相应图像发送到图像处理器。该图像处理器被配置成将从每个相机接收的相应图像组合成合成图像，并且从该合成图像读取条形码。

附图说明

通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将更好地理解本发明，其中：

图1是根据实施方案的具有四个相机的系统的局部透视图；

图2是具有八个相机的另选实施方案的图示；

图3是图1的实施方案的示意图；

图4a是根据实施方案的框架的透视图；

图4b是根据实施方案的另选框架的透视图；

图4c是根据实施方案的另一个另选框架的透视图；

图4d是根据实施方案的另一个另选框架的透视图；

图5是实施方案的局部横截面的图示；并且

图6是描绘根据实施方案的方法的示意图。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的示例性实施方案，其示例在附图中示出。只要有可能，在未重复描述的情况下，在整个附图中使用的相同引用字符是指相同或相似的部分。

虽然本文所公开的实施方案主要相对于针对物体诸如管的条形码读取器进行描述，但应当理解，本发明的实施方案可适用于受益于本文教导内容的其他设备和/或方法。如本文所用，术语“条形码”是指包含关于其所附接的项目的信息的任何机器可读光学标签。例如，如本文所用，术语“条形码”可以另外指各种类型的光学标签，诸如1d条形码、代码128、代码39、数据条(databar)、itf、ean、upc数据矩阵、qr码、2d条形码、pdf417、cadabar、代码93、aztec码或包含关于其所附接的项目的信息的任何其他机器可读光学标签。

现在参考图1，示出了用于读取显示在物体100(诸如细长管100)的外表面101上的条形码103的系统的实施方案的图示。如本文所述，管100被示出为具有圆形横截面，然而物体或管100可具有任何几何横截面，包括例如矩形、八边形、三角形、t形和i形。此外，预期实施方案不限于与管100一起操作，并且可使用允许实施方案如本文所述起作用的任何物体100来代替管100。多个相机155通信地耦接到图像处理器177。控制器装置133通信地耦接到多个相机155和图像处理器177。在一些实施方案中，图像处理器177与控制器装置133成一整体。在其他实施方案中，多个相机155可通过控制器装置133通信地耦接到图像处理器。多个相机155被布置成具有间隔开以在其间限定第一开口151的单独相机156。第一开口的尺寸被设定成在其中容纳物体100。例如，如图1所示，当管100被容纳在第一开口151内时，第一开口151可限定被布置成正交于管100的纵向轴线的平面。如图所示，第一开口151为圆形。然而，应当理解，第一开口151的特定形状不限于此，并且可包括例如矩形、多边形或不规则形状，其尺寸被设定成将管100容纳在其中。

多个相机155可包括大于一个的任何期望数量的相机156。在一些实施方案中，多个相机155可包括四个相机156a-d。在其它实施方案中，多个相机155可包括八个相机156a-h。在一些实施方案中，多个相机155中的单独的相机156的数量可增加以适应期望管100的外径的增加。例如，在被布置成用于读取1d条形码的实施方案中，可使用4个相机156a-d。在被布置成用于读取2d代码(例如，qr码)的其他实施方案中，可以使用8个相机156a-h。在其他实施方案中，可基于物体表面101的反射率和/或期望在条形码图像中分辨的细节水平(在图像处理期间已应用几何校正之后)来选择多个相机155中的相机156的数量，以获得足够的合成图像160。

在各种实施方案中，每个相机156可选择性地同步地、顺序地、随机地或与任何其他期望的定时一起触发。例如，参考图3，每个相机156a-d可各自由控制器装置133触发以按顺序操作，以捕获管100的外表面101的节段的整个周边的对应部分的相应图像159a-d。在其它实施方案中，控制器装置133可同步每个相机15a-d的同时触发以捕获每个相应的图像159a-d。多个相机155中的每个相机156a-d被定位成在管100被定位在第一开口151之内或近侧时捕获管100的表面的不同相应部分102a-102d的相应图像159a-d。多个相机155中的每个相机156a-d可协作地捕获相应图像159a-d。然后由图像处理器177将每个相应的图像159a-d与其他相应的图像159a-d组合，从而获得完整或合成图像160。这样，在不需要旋转管100或移动任何相机156的情况下，合成图像160提供管100的外表面101的部分102的整个周边的图像。通过将多个相机155的单独的相机156a-d布置成在其间限定开口，并且将物体容纳在开口内，相机156可易于被触发以捕获具有条形码的物体的纵向节段的整个外周边的相应图像159a-d，而不管物体的旋转取向如何。

在一些实施方案中，可以使用圆柱形投影来形成合成图像160，以提供条形码的平坦或直的图像160。应当理解，提供图3仅用于举例说明，并且图像159a-d可以与所示不同的方式布置和显示，并且使用比所示更多或更少的图像。此外，每个图像159a-d还可包括一系列图像(未示出)。在实施方案中，该一系列图像(未示出)可自身组合以获得相应的合成图像159a-d。另选地，在一些实施方案中，可省略图像159a-d中的一些。

在实施方案中，单独的相机156可包括微型高分辨率5兆像素或更大的相机。每个单独的相机156可包括专用控制器133，或者在其他实施方案中，多个相机155可由集中控制器133控制。相机155可使用中间硬件、定制处理器具或计算机内的帧抓取器，使用可商购获得的模拟或标准化数字接口诸如相机链路或coaxpress，通信地耦接到控制器133和图像处理器177。在实施方案中，相机156可以是能够经由firewire、usb或以太网接口直接连接(即，没有帧抓取器)到控制器133或图像处理器177的数字相机。

多个相机155可安装或刚性地附连在框架166上。在实施方案中，框架限定第二开口161，该第二开口的尺寸被设定成将管100容纳在其中。在一些实施方案中，框架166被布置为环面或环带以限定第二开口161，该第二开口的尺寸被设定成纵向地穿过其容纳管100。在实施方案中，第二开口161可与第一开口151同心。然而，第二开口161的特定形状可不同于第一开口的形状，并且可限定例如圆形、矩形、多边形或不规则形状，其尺寸被设定成在其中容纳管100。

框架166可限定盒或立方体形状。在一些实施方案中，框架166可限定环形或中空圆柱形状。在各种实施方案中，框架166被布置成支撑任何数量的相机156。另外，框架166可支撑一个或多个光源172，诸如led或白炽灯泡。在实施方案中，多个相机155围绕由框架166限定的内周边164或内径径向安装。在其他实施方案中，多个相机155安装在允许系统的框架166上的任何地方。另外，框架166被配置为支持操作每个相机156和光源172所需的必要控制和电源线(未示出)。

框架166的第二开口161的尺寸还可基于管100的外径或周边的预定尺寸范围。例如，在常规锅炉管材中，管100的外径一般在1.5英寸至3英寸(38mm至76mm)的范围内。开口或第一开口151的尺寸也可基于获得期望的图像质量所必需的焦距或相机155镜头到管100的外表面101的距离。

在实施方案中，使用模块化可连接元件或区段组装框架166，以使框架166能够被调节到期望的尺寸和/或形状以适应不同的管尺寸。例如，框架166可被布置成模块化组件，该模块化组件使用一系列节段或联接件168来协作地构建框架166。联接件168连续地耦接或串联接合以限定环面或环带形状，该环面或环带形状具有穿过其限定的第二开口152。根据预期纵向定位在框架166内的管100的外径，可选择性地通过添加一个或多个联接件168使第二开口152的尺寸更大，或者通过移除一个或多个联接件168使第二开口152的尺寸更小。在其他实施方案中，一个或多个联接件168可以被配置成具有可调节的长度，使得第二开口152的尺寸可以延伸一个或多个联接件168的长度，或者通过减小一个或多个联接件168的长度而更小。

每个相应的联接件168可以多种方式耦接到连续的联接件168。例如，每个联接件168可以通过销、紧固件或夹片170接合到相邻的联接件168，以在它们之间限定接头163，该销、紧固件或夹片可移除地设置成穿过或耦接到每个相邻的联接件168。为了进一步加速组装，每个联接件168可以具有一个或多个相机156，以及在连接到相邻联接件168之前预先安装到相应联接件168的一个或多个灯172。

例如，图4a示出了框架166的实施方案，该框架包括使用销170以端对端方式连续耦接的三个节段或联接件168，以限定穿过其中的第二开口152，从而容纳穿过其中的具有第一外径的管100。通过在图4a的三腿框架166中的两个相邻或连续的联接件168之间选择性地添加联接件168，四腿框架166可因此被布置成如图4b所示。应当理解，通过将联接件168添加到图4a所示的框架而布置的图4b的四腿框架166将限定穿过其的开口152，该开口大于三腿框架166的开口152，并且将有利地被配置成容纳具有大于第一外径的第二外径的管100。

以类似的方式，通过在图4b的四腿框架166中的两个相邻或连续的联接件168之间选择性地串联添加节段或联接件168，可布置五腿框架166，如图4c所示。应当理解，当通过将联接件168添加到图4b所示的框架166来布置时，图4c所示的五腿框架将限定穿过其中的开口152，该开口大于图4b的四腿框架166的开口152，并且因此将有利地被配置成容纳具有大于第二外径的第三外径的管100。图4b、图4c和图4d中的框架166实施方案中的每一者可以通过移除一个或多个联接件168并且连续地连接剩余的联接件168以限定穿过其的第二开口152来选择性地减小尺寸。在各种实施方案中，框架166中的每个联接件168耦接到一个或多个相应的相机156。在其他实施方案中，并非框架166中的每个联接件168都耦接到相机156。

还应当理解，虽然每个框架166在图4a-4d中被示出为具有相对直的或细长的连续联接件168，并且具有基本上相等的长度，从而分别限定穿过其中的大致三角形、矩形、五边形和六边形的第二开口152，但其他实施方案并不限于此。例如，在其他实施方案中，节段或联接件168可以是弓形的，从而限定圆形的第二开口152。例如，如图5所示，示出了另选的实施方案，该另选的实施方案具有两个或更多个串联端对端连接以限定环形框架166的弓形联接件168。在其它实施方案中，包括框架166的每个连续联接件168可具有与相邻联接件168不同的几何形状和/或长度。

如图5所示的实施方案中进一步所示，多个相机155耦接到框架166的内表面164。虽然一些实施方案可包括外部照明设备(即，未附接到框架166的光源)，但其他实施方案可包括耦接到框架166的光源172。例如，参照图1，凹槽171限定在框架166的内侧的内表面164上。凹槽171可在两个或更多个相机156之间延伸，或者在其他实施方案中，在相机156与两个联接的联接件166之间的相应接头163之间延伸。可包括一个或多个灯或发光二极管(led)的光源172可设置在凹槽171中以在不减小第二开口152的有效尺寸的情况下提供附加或主要的照明。

在实施方案中，管100的至少一部分由支撑表面188支撑，而管100通过框架166被纵向容纳。例如，支撑表面188可包括传送机装置189。支撑表面188还可包括一系列辊181，诸如v型辊181，这些辊被布置成在其上纵向容纳管100，以使管100在传送机189上的v型辊181之间自定心。支撑表面188还可包括穿过其中的开口182。在实施方案中，开口182的尺寸和间隔被设定成在其中容纳框架166的至少一部分。

一些实施方案(诸如采用平坦或非v型辊181的那些)还包括定心装置(未示出)，该装置用于保持管与相机视图等距。如果应用需要非常大范围的不同的管或管道直径，则将需要升高管100并使其定心。在这种情况下，光学或激光测量系统(未示出)可近似于管直径并且升高或降低装置以将管100保持在相机155的期望聚焦范围内。

在实施方案中，提供了与控制器133进行信号通信的接近传感器122。接近传感器122可以是任何已知类型的传感器，诸如电容式传感器、霍尔效应传感器、感应式传感器、磁性传感器或光电传感器。当管100被纵向馈送穿过框架166的第一入口侧166a时，接近传感器122被配置为检测管100在框架166内或其近侧的存在。接近传感器122还被配置成基于检测到管100的存在将第一信号输出到控制器133。响应于第一信号，控制器133可触发光源172接通或照亮以在管100的外表面上提供照明。另外，响应于第一信号，控制器133可被配置为触发相机156中的每一者的操作以捕获管100的相应图像159。光源172可被布置成在管100的外表面101的全部或在一些实施方案中一部分周围提供均匀的照明。在一些实施方案中，不透明盒或外壳159可被布置成包封框架166以减少杂散的环境光，从而控制管100上的照明。相机156上的偏振光和正交偏振滤光器可另外用于使管100表面101上的反射最小化。当管100穿过外壳159、通过框架166的第二出口侧166b退出时，接近传感器122还被配置为检测管100的离开或不存在。接近传感器还被配置为基于检测到管100从框架166的离开或不存在向控制器133输出第二信号。响应于第二信号，控制器133可以触发光源172断开。另外，响应于第二信号，控制器133可被配置成停止相机156中的每一者的操作。

如本文所述的实施方案还可包括一种读取显示在物体100上的条形码的方法。参考图6，该方法可包括在步骤601处将多个相机布置成在其间限定第一开口以在该第一开口中容纳物体，并且在步骤602处将多个相机通信地耦接到图像处理器，并且在603处将控制器装置通信地耦接到多个相机和图像处理器。

接下来在步骤604处，确定开口中物体的存在，并且605利用控制器装置触发多个相机中的每个相机的操作，从而606利用多个相机中的每个相机捕获表面的不同对应部分的相应图像。

在607处，将相应图像提供给图像处理器，并且608利用图像处理器将从每个相机接收的相应图像组合成合成图像；以及在步骤609处，从合成图像读取条形码。

虽然本文所述材料的尺寸和类型旨在限定各种实施方案的参数，但它们不是限制性的并且仅作为示例性实施方案。在回顾以上描述时，许多其他实施方案对本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明的范围应参考所附权利要求书以及授权的此类权利要求书的等同形式的全部范围来确定。在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(inwhich)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的纯英文等同形式。此外，在以下权利要求书中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“上方”、“下方”等的术语仅用作标记，并且不旨在对它们的对象施加数值或位置要求。此外，以下权利要求书的限制不是以平均值加函数格式书写的，并且不旨在解释为此类限制，除非且直到此类权利要求书限制在其他结构的空隙函数的说明之后明确使用短语“用于…的方式”。

该书面描述使用示例来公开本发明的若干实施方案，包括最佳模式，并且使得本领域普通技术人员能够实践本发明的实施方案，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。

如本文所用，以单数形式列举并且以词语“一个”或“一种”开头的元件或步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明这种排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的提及不旨在被解释为排除也包含所列举特征的其他实施方案的存在。此外，除非明确相反说明，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定属性的一个元件或多个元件的实施方案可包括不具有该属性的其他此类元件。

由于在不脱离本文所涉及的本发明实质和范围的情况下可在上述发明中进行某些改变，因此旨在将附图中所示的上文描述的所有主题应仅解释为示出本文发明构思的示例，并且不应理解为限制本发明。