NO20140372A1

NO20140372A1 - Fremgangsmåte og anordning for å finne høyden på en oppstikkende rørdel eller en skjøt mellom to rør i et boremiljø

Info

Publication number: NO20140372A1
Application number: NO20140372A
Authority: NO
Inventors: Torbjørn Engedal; David Gustavsson
Original assignee: Voca As
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2014-06-20
Also published as: US20140233804A1; WO2013048260A3; WO2013048260A2; US9322950B2; GB2510742A; GB201407335D0; GB2510742B; NO344941B1

Abstract

En fremgangsmåte, en anordning, et data- maskinprogram og en datamaskin for automatisk deteksjon av rør (2) i en boreoperasjon, der fremgangsmåten omfatter: å anvende en eller en flerhet sensorer 5 (41) for å oppnå ett eller en flerhet datasett og/eller bilder som representerer rørområdet, der datasettene og/eller bildene representerer 3D- og/eller 2D-bilder av boreoperasjonen; og å prosessere datasettene og/eller bildene for å identifisere røret i datasettene og/eller bildene.

Description

Fremgangsmåte og anordning for å finne oppstikkhøyden til et rør eller finne en kobling mellom to rør i et boremiljø

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører generelt en innretning og et system for å finne oppstikkhøyden til et rør eller å finne en kobling mellom to rør i et boremiljø. Oppfinnelsen anvendes både under montering og demontering (boring og tripping) av borestrenger, stands og/eller foringsrør. Nærmere bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte og en innretning for å finne oppstikkhøyden til et rør over boregulvet når det er plassert i musehullet, rottehullet eller brønnsenteret ved sammenstilling av rør (stand-bygging) før standet anvendes til boring. Alternativt kan oppstikkhøyden være partiet av rørstrengen som stikker opp fra boregulvet gjennom rotasjonsbordet eller brønnsenteret, eller over røroppstillingskonstruksjonen (fingerbrettet), ved sammenstilling eller demontering av stands eller rør til borestrengen for fortsatt (bore-) operasjon. Eller, hvis ingen oppstikkhøyde blir funnet, returnere informasjon om at det ikke er noe rør til stede. Videre vedrører fremgangsmåten og innretningen å finne koblingen mellom to rør for å stramme til eller løsne rørene fra hverandre. Fremgangsmåten for å stramme til eller løsne utføres vanligvis ved hjelp av en såkalt rørkoblingsmaskin, og koblingsmaskinen trenger informasjon om posisjonen til koblingen mellom de to rørene. Oppfinnelsen vil tilveiebringe denne informasjonen og mate denne informasjonen inn i midlene som styrer koblingsmaskinen. Ytterligere informasjon tilveiebrakt av oppfinnelsen kan være rørdiameter og avstand mellom rørene for automatisk styring og optimalisering av rørposisjoner og krefter påført av koblingsmaskinen.

Oppfinnelsen omfatter også et alternativt system for å samle inn, lagre og administrere informasjonen vedrørende rørhåndteringen, og ytterligere presentere informasjonen via datamaskin eller styringsmekanismer til operatøren som vil handle ut fra denne informasjonen for å drive boreoperasjonen. Slike aktiviteter kan være å initiere operasjonen av koblingsmaskinen ved behov.

Oppfinnelsens bakgrunn

Boreutstyr for energiindustrien utvikles og optimaliseres for økt automatisering og autonomi. Rørhåndteringssystemer er spesielt utfordrende på grunn av den røffe håndteringen av rør. På grunn av røffe forhold og håndtering er det vanskelig eller nesten umulig å instrumentere rørene, hvilket igjen gjør det til en utfordrende oppgave å automatisere rørhåndtering. Flere utstyrsutviklere og -produsenter har automatisert store deler av rørhåndtering for boreutstyr, men det er fortsatt operasjoner som trenger manuell inngripen. Flere utstyrsprodusenter og -selskaper har forsøkt å løse de ovennevnte problemene uten hell. Den foreliggende oppfinnelsen vedrører automatisering av slike manuelle inngrep som vil fungere i utfordrende miljøer slik som sterkt sollys, fullstendig mørke, kunstig belysning og store fysiske vibrasjoner.

US 7114235 definerer en fremgangsmåte og anordning for å danne og bryte rørsammenkoblinger. Rørsammenføyningssystemet inkluderer en flyttbar støtteramme for å understøtte og integrere på et riggdekk verktøyene assosiert med å danne og bryte sammenkoblingen mellom to rør.

Felles for de mest tilgjengelige avanserte systemene er at de presenterer løsninger vedrørende mekanikken relatert til å danne og bryte rørkoblingene, og ikke til automatisert lokalisering av enten rørkoblingen eller den enkelte oppstikkhøyden for en rørdel som stikker opp fra et musehull, rotasjonsbord eller brønnsenter på et boregulv. Inntil nå har identifikasjon av et rør i et musehull eller rotasjonsbord vært avhengig av menneskelig deteksjon og aktivering av verktøyene assosiert med å danne og bryte sammenkoblingene mellom to rør.

Utfordringene med de aktuelle fremgangsmåtene og teknologiene ifølge teknikkens stand er det nødvendige involveringsnivået fra menneskelige operatører. Under tøffe forhold blir dette tydeligere og kan også representere en sikkerhetsrisiko. Og hvis operasjonen med å identifisere og gjenkjenne rørene i en boreoperasjon mislykkes, kan det skape betydelige forsinkelser og føre til tapt produksjonstid.

Det er et behov for et forbedret system for å tilveiebringe automatisk identifikasjon av rørkoblinger og av oppstikkhøyden til rør i et musehull, rotasjonsbord eller brønnsenter, eller til og med identifikasjon av om det er et rør i musehullet, rotasjonsbordet eller brønnsenteret eller ikke. Den foreliggende oppfinnelsen oppfyller disse behovene.

Kort beskrivelse av den foreliggende oppfinnelsen

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for å bestemme oppstikkhøyden til et rør, stand, streng eller foringsrør over boregulvet når det er plassert i musehullet, rottehullet, brønnsenteret, rotasjonsbordet eller over røroppstillingskonstruksjonen ved sammenstilling av rør eller stands. Fremgangsmåten og systemet kan omfatte et datamaskinmiddel eller lignende som kan håndtere, lagre og gjøre kalkuleringer og prediksjoner vedrørende rørhåndteringen. Systemet kan også omfatte en displayenhet som kan interagere med operatøren. Operatøren kan overstyre og/eller styre og/eller gi inndata til operasjonen av rørhåndteringsoperasjonen. For å oppnå bestemmelsen av oppstikkhøyde monteres en 3D-sensor i en slik posisjon og orientering at en tilstrekkelig stor del av sensorens synsfelt dekker boregulvet, eller en gjenkjent form dekker røret under oppstikkhøyden, eller et kjent parti rundt et imaginært plan definert av en forhåndsdefinert verdi eller ved gjenkjennelsen av et kjent objekt, en tilstrekkelig stor del av sensorens synsfelt dekker røret når til stede, og, hvis et rør er til stede i musehullet, rottehullet, brønnsenteret, rotasjonsbordet eller over røroppstillingskonstruksjonen, er partiet av røret som stikker opp, fullstendig dekket inne i synsfeltet. Hvis et rør er til stede, bestemmes høyden på partiet av røret som stikker opp.

Når koblingsmaskin anvendes i dette dokumentet, skal det forstås at det dekker enhver type verktøy som anvendes i operasjonen med å montere og demontere rør, strenger, foringsrør, stands og lignende.

Av praktiske grunner i den følgende beskrivelsen, når ordet rør anvendes, skal det forstås at dette kan representere et stand, en streng eller et foringsrør.

Av praktiske grunner i den følgende beskrivelsen, når ordet musehull anvendes, skal det forstås at dette kan representere et musehull, rottehull, brønnsenter, rotasjonsbord eller ethvert annet sted der en rørseksjon kan opereres på, lagres eller produseres. Dette skal også inkludere røroppstillingskonstruksjonen.

Av praktiske grunner i den følgende beskrivelsen, når ordet boregulv anvendes, skal det forstås at dette kan representere et flatt boregulv rundt musehullet, et imaginært plan rundt røret eller musehullet, et imaginært plan kalkulert ved å anvende og/eller identifisere og/eller gjenkjenne formen til en ikke-plan overflate som omgir røret.

Et annet formål med oppfinnelsen er å bestemme om et nedre rør er til stede, og i så fall det nedre rørets posisjon og orientering; og bestemme om et øvre rør er til stede, og i så fall bestemme det øvre rørets posisjon og orientering. Videre, hvis et øvre og et nedre rør er til stede, bestemme den vertikale avstanden mellom de to rørene. I denne utførelsesformen kan sensoren være montert på tilsvarende måte som for bestemmelsen av et rørs oppstikkhøyde over boregulvet når det er plassert i et musehull, eller slik at bare deler av rørene er i synsfeltet.

Et annet formål med oppfinnelsen er å bestemme beliggenheten til to sammenkoblede rørs sammenkoblingspunkt, hvis til stede. I denne utførelsesformen er sensoren montert på tilsvarende måte som for bestemmelsen av et rørs oppstikkhøyde over boregulvet når det er plassert i et musehull, eller slik at bare deler av rørene er i synsfeltet.

Det skal forstås at utførelsesf ormene som er beskrevet her, og antakelsene som er gjort, er for klarhet og forståelse, og at ulike ekvivalenter, alternativer og modifikasjoner er mulig innenfor oppfinnelsens omfang.

Standarder og spesifikasjoner i boreindustrien er vanlig, og foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset på noen måte eller hindret i å produseres for å samsvare med enhver gitt gyldig standard eller spesifikasjon som gjelder for miljøet som oppfinnelsen skal opereres i.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. IA er en systemoversikt sett fra siden av et typisk oppsett for bestemmelse av oppstikkhøyde der 3D-sensoren er montert for å fange inn både en del av boregulvet og et rørs oppstikkhøyde over boregulvet. Fig. IB viser visningen fra 3D-sensoren i fig. IA når det ikke er noe rør i musehullet, rottehullet eller rotasjonsbordet. Fig. 1C viser visningen fra 3D-sensoren i fig. IA når det er et rør i musehullet, rottehullet eller rotasjonsbordet.

Fig. 2 er et flytdiagram over hovedalgoritmen for beregning av oppstikkhøyde.

Fig. 3 er et flytdiagram av planekstraksjonen og estimeringen (RANSAC-basert).

Fig. 4 er et flytdiagram av rørestimeringsalgoritmen.

Fig. 5 er et flytdiagram av algoritmen for fjerning av statistiske uteliggere.

Fig. 6 er et flytdiagram av normalestimeringsalgoritmen.

Fig. 7 er en systemoversikt sett fra siden av et system for å finne en rørkobling (eng.: Tool Joint Finder System) med sensoren i en første posisjon. Fig. 8A er en systemoversikt sett fra siden av et system for å finne en rørkobling med sensoren i en andre posisjon.

Fig. 8B er en visning innfanget av sensoren i den andre posisjonen.

Fig. 9 er et flytdiagram over hovedalgoritmen for rørkoblingsfinner (TJF).

Fig. 10 er et flytdiagram av hovedrørekstraksjonsalgoritmen.

Fig. 11 A-F er systemoversikter sett fra siden av rørkoblingene under rørsammenkoblinger der

11 A) viser frakoblede koblinger

11 B) viser sammenkoblede, men ikke tilstrammede rør

11 C) viser sammenkoblede og tilstrammede rør

11 D) viser frakoblede koblinger

11 E) viser sammenkoblede, men ikke tilstrammede rør

11 F) viser sammenkoblede og tilstrammede rør

Fig. 12 er et flytdiagram over hovedalgoritmen for estimering av rørkoblingbeliggenhet. Fig. 13 er et diagram som viser den empiriske fordelingen av de projiserte rørradiusdataene. Fig. 14 er et flytdiagram over algoritmen for foring/rør-estimering ved å anvende 1D-projiserte data. Fig. 15 A er en systemoversikt sett fra siden av et typisk oppsett for bestemmelse av oppstikkhøyde når 3D-sensoren er montert i den andre posisjonen. Fig. 16 A er en systemoversikt sett fra siden av et typisk oppsett for bestemmelse av rørkoblingsområdet der en 3D-sensor og et vanlig kamera anvendes.

Fig. 16 B viser visningen fra den monterte sensoren (3D-sensor og/eller kamera).

Fig. 17 er et flytdiagram av algoritmen for beregning av rørkoblingsområdet ved sensorfusjon - dvs. kombinere data fra 3D-sensoren og et kamera.

Fig. 18 er et blokkdiagram av styringssystemet.

Alle de ulike delene som vises i figurene, vises som boksskjemaer, og det skal forstås at de ulike delene kan være konfigurert på en rekke alternative måter slik at de kan inkludere elementer slik som separate styringsinnretninger og datamaskinmidler.

Det vil bli benyttet spesifikk terminologi av hensyn til klarheten i oppfinnelsens beskrivelse og krav. Det skal forstås at hver spesifikk betegnelse inkluderer alle tekniske ekvivalenter som virker på en lignende måte for å oppnå et lignende formål.

3D-sensor - Sensorteknologi kombinert med algoritmer for å hente 3D-informasjon om en scene. Vanlige teknologier omfatter stereokamera (dvs. to kameraer) kombinert med trianguleringsalgoritmer, aktiv stereo med strukturert lys (kantmønster) kombinert med triangulering, laser(LIDAR)-skanner, radar eller flytidssensorer.

Røroppstilling:

Å plassere stands av borerør og vektrør i en vertikal posisjon på den ene siden av rotasjonsbordet i boretårnet eller masten på en bore- eller overhalingsrigg.

Catwalk:

Rampen på siden av boreriggen der et rør legges for å løftes til boretårngulvet av opphengswiren eller av en trvkkluftvinsi.

Kontrastforbedringsfilter - Kontrastforbedringsfilter utvider fordelingen av intensiteter i et bilde, slik at viktige detaljer fremheves mens andre mindre viktige detaljer kan undertrykkes.

Kovariansmatrise - En kovariansmatrise er en matrise hvis element i/',7-posisjonen er kovariansen mellom det /' -te ogy -te elementet i en vilkårlig vektor. Kovariansmatrisen estimeres ved

N

C = ^ JPi- p) T( Pt- p)

i-l

der

(dvs. middelverdien). For 3D-data - p = (x,y,z) - er kovariansmatrisen en 3x3-matrise som inneholder informasjon om hvordan datasettet varierer langs aksen. En vektet kovariansmatrise kan konstrueres ved å tilføye en vektfaktor til hvert punkt

Ved å gjøre en egenverdinedbrytning av kovariansmatrisen oppnås ortogonale orienteringer kalt hovedkomponenter. Den første hovedkomponenten har den høyeste mulige variansen, og den j-te hovedkomponenten har så høy varians som mulig begrenset av at den er ortogonal mot alle tidligere hovedkomponenter. Fremgangsmåten kalles hovedkomponentanalyse (PCA). Den korresponderende egenverdien gir hvor mye av variansen som forklares av de ulike hovedkomponentene. For 3D-data definerer de første to hovedkomponentene et plan som er optimalt i den forstand at det meste av variansen forklares av planet. 3D-hovedkomponenten er en normal på planet og anvendes ofte som en orientering av datasettet (som i normalestimeringsalgoritmen).

Eksponering - Eksponering er mengden lys som faller på kamerasensoren. Eksponeringen avhenger hovedsakelig av (linse-)åpningen og lukkerhastigheten. Ved å tilpasse eksponeringen kan det tas gode bilder ved varierende lysforhold slik som dag/natt eller solfylte/overskyede dager.

HDR-bilde - Høyt dynamisk omfang (eng.: High Dynamic Range)-avbildning er en teknikk der flere bilder som er tatt med ulik eksponering, kombineres for å utvide omfanget til hver piksel og følgelig inkludere høy kontrast i både "lyse" og "mørke" områder av et bilde (høye og lave verdier/intensiteter). Teknikken er ofte brukt Kalmanfilter - Kalmanfilteret er en matematisk metode oppkalt etter Rudolf E. Kalman. Dets formål er å anvende målinger som observeres over tid, og som inneholder støy (tilfeldige variasjoner) og andre unøyaktigheter, og produsere verdier som har en tendens til å være nærmere målingenes ekte verdier og deres assosierte kalkulerte verdier.

Nivåsatt (eng.: level set) segmentering - se segmentering.

Midlere kvadratisk feil (MSE) - Mål den kvadratiske feilen mellom en observasjon (y) og estimering (y') - (y-y')<A>2. Summering av alle par med observasjoner og estimeringer gir summen av kvadratisk feil, og delt på antallet observasjoner fås den midlere kvadratiske feilen. MSE er simpelthen den gjennomsnittlige kvadratiske feilen beregnet over et sett. MSE kan anvendes både som et optimalt kriterium for å finne en estimator (dvs. for å minimere MSE) og som fremgangsmåte for å evaluere en estimator. Erstatning av gjennomsnittet (i definisjonen ovenfor) med medianen gir median kvadratisk feil (som er robust overfor uteliggere). Erstatning av den kvadratiske feilen med den absolutte differansen (dvs. abs(y-y')) gir midlere absolutt differanse

(MAD).

Verdier innenfor grenseverdi/uteliggere -en uteligger er en observasjon som ligger tallmessig fjernt fra resten av dataene. Uteliggere er ofte indikative for målefeil. En verdi innenfor grenseverdi er en observasjon som ikke er en uteligger. En modelluteligger er en observasjon som ikke kan forklares av modellen (eller ikke passer med modellen), og en modellverdi innenfor grenseverdi er en observasjon som kan forklares av modellen. For et 3D-datasett kan et subset av punkter forklares av et plan (muligens estimert fra dataene), mens andre punkter kanskje ikke kan forklares av planet fordi de kan ligge på et annet plan eller på et rør.

Otzus metode - metode for å automatisk bestemme optimal terskelverdi T i histogram. Den er basert på antagelsen at histogrammet inneholder to dataklasser som skal separeres (dvs. histogrammet inneholder to moduser). Den optimale histogramterskelen T bestemmes ved å minimere intraklassevariansen.

Hovedkomponentanalyse (PCA) Se kovariansmatrise.

RANSAC (RANdom SAmple Consensus) - En robust estimator som ofte anvendes i datasyn. I stedet for å anvende alle punkter i datasettet til å estimere en modell (for

eksempel et plan), anvendes det minste antallet punkter til å passe modellen nøyaktig (i plantilfellet trengs 3 punkter). Antallet verdier innenfor grenseverdi for modellen telles og anvendes som et tilpasningskriterium (noen ganger estimeres modellen på nytt ved å anvende kun verdiene innenfor grenseverdi).

Dette gjentas mange ganger inntil en tilstrekkelig god modell er funnet (eller maksimalt antall iterasjoner er nådd). Den generelle fremgangsmåten kalles ofte SAC-modell eller SAC-estimator (SAmple Consensus) og det finnes mange versjoner som er litt ulike.

Robust estimator - Robuste statistiske fremgangsmåter er5fremgangsmåter som er intensive når det gjelder uteliggere i datasettet. Uteliggere i datasettet har ingen eller liten innvirkning på en robust estimator.

Segmentering - Segmentering er oppgaven med å dele et bilde i forskjellige deler som representerer forskjellige objekter. I den foreliggende oppfinnelsen er rørobjektene segmentert (og de andre objektene er bakgrunnen). De fleste segmenteringsfremgangsmåter er basert på antagelsen at objektene som skal segmenteres, har ulike farger (dvs. kontrastforskjell mellom objektene). Kantbaserte segmenteringsfremgangsmåter finner beliggenheten til kontrastforskjellen som representerer objektgrensen. Én vanlig kantbasert segmenteringsfremgangsmåte er nivåsatt, som utvikler en kurve som representerer objektgrensen. Kurven begynner inne i objektet ved hjelp av en startkjerne (dvs. et område eller et punkt inne i objektet) og utvikler seg utover inntil objektgrensen detekteres.

Rottehull - anvendes til å plassere stands midlertidig i forbindelse med boreoperasjoner.

Rotasjonsbord - anvendes på borerigger for å rotere det faktiske røret. Moderne borerigger

anvender ofte toppdrevet rotasjonssystem i stedet for rotasjonsbord.

Toppdrevet rotasjonssystem - anvendes til å rotere det faktiske røret, normalt lokalisert i boretårnet (masten) over boregulvet.

Rørhåndteringsmaskin - anvendes til å flytte og håndtere rør og stands.

Brønnsenter - brønnsenteret er det stedet der borerørene går inn i brønnen inn i et borehull. For borerigger som anvender et rotasjonsbord, er rotasjonsbordet plassert i brønnsenteret til boregulvet.

Standrack - anvendes til å midlertidig oppbevare komplette stands når de er montert, i forbindelse med boreoperasjoner.

Detaljert beskrivelse av utførelsesformer av oppfinnelsen

Systemet og innretningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet i flere operasjonsmoduser der systemet har tre hovedoperasjonsmoduser 1, 2 og 3: 1. å bestemme oppstikkhøyden til et parti av et rør over boregulvet når plassert i musehullet ved sammenstilling av rør 2. å bestemme om et nedre rør er til stede, og i så fall det nedre rørets posisjon og orientering; og bestemme om et øvre rør er til stede, og i så fall bestemme det øvre rørets posisjon og orientering. Videre, hvis et øvre og et nedre rør er til stede, bestemme den vertikale avstanden mellom de to rørene. 3. å bestemme beliggenheten til to sammenkoblede rørs sammenkoblingspunkt, hvis til stede

Operasjonsmodus 1 kan ha 3D-sensoren montert på ulike måter som beskrevet av utførelsesformene.

Operasjonsmodus 2 og 3 kan ha 3D-sensoren montert på ulike måter som beskrevet av utførelsesformene.

Alle operasjonsmoduser kan også omfatte et optisk kamera som beskrevet av utførelsesformene.

I en første utførelsesf orm montert ifølge alternativ én, som vist i fig. 1, innfanger en 3D-sensor 1 scenen/bildet i sanntid og genererer et datasett, definert av flerfoldige prøvepunkter, omfattende en 3D-datamodell av det innfangede bildet. Montert ifølge alternativ én er 3D-sensoren tilveiebrakt i en slik posisjon og orientering at de følgende kravene er oppfylt: - En tilstrekkelig stor del av sensorens synsfelt 4 dekker boregulvet 3 rundt musehullet 6. For eksempel 10 % av dataene eller minimum 100 prøvepunkter. - En tilstrekkelig stor del av sensorens synsfelt 4 dekker røret 2 når til stede. For eksempel 5 % av dataene eller minimum 50 prøvepunkter. - Hvis et rør 2 er plassert i musehullet 6, er delen av røret som stikker opp 20 over boregulvet, fullstendig dekket i synsfeltet.

I én utførelsesform har et tilstrekkelig stort område rundt musehullet 6 på boregulvet en kjent geometrisk form som kan anvendes som referanse for å definere et virtuelt plan, og at røret 2 kan være approksimert med en sylinder.

Boregulvet kan i noen tilfeller antas å være flatt. I dette tilfellet kalkuleres oppstikkhøyden fra planet som er approksimert til det flate boregulvet, og opp til toppen av den approksimerte sylinderen.

I et annet tilfelle kan betegnelsen "boregulv" faktisk være et virtuelt plan definert i en spesifikk posisjon og rotasjon i forhold til et objekt med geometrisk form som er forskjellig fra et plan. Dette objektet kan beskrives av en 3D-modell og anvendes til å detektere og definere det virtuelle planet. En annen mulighet er å la den foreliggende oppfinnelsen måle og lagre informasjon om objektet basert på sensordataene. Denne lagrede informasjonen om et annet objekt i stedet for et flatt område kan så anvendes til deteksjon og definering av det virtuelle planet under operasjon.

Basert på antagelsen om posisjonen og orienteringen til 3D-sensoren 1 og om scenen, kan planet 3 nær musehullet 6 ekstraheres fra datasettet som representerer det innfangede bildet. Datapunkter på planet kan så fjernes, og datapunkter som representerer røret, vil forbli i datasettet. Et rør 2 kan ekstraheres ved å anvende kun de gjenværende datapunktene i datasettet. Hvis rørekstraksjonen mislykkes, er det ikke noe rør til stede i musehullet 6. Hvis rørekstraksjonen lyktes, inneholder musehullet 6 et rør 2, og oppstikkhøyden 20 kan beregnes.

I én anvendelse av den første utførelsesf ormen kan de følgende antagelsene gjøres:

- Et tilstrekkelig stort område rundt musehullet 6 kan være plant, for eksempel en sirkel 22 med radius 30 cm større en musehullets 6 radius, eller området som omgir hullet, kan ha en annen gjenkjennelig geometrisk form. - Orienteringen og posisjonen til 3D-sensoren er slik at det tilstrekkelige antallet prøvepunkter er lokalisert i området som omgir musehullet 6. For eksempel 100 prøvepunkter. - Omtrentlig avstand 23 til musehullet 6 er kjent. For eksempel er avstanden til sentrum av musehullet 6 kjent, f.eks. med en nøyaktighet på +/-100 cm, mer foretrukket +/- 50 cm, mest foretrukket +/- 30 cm.

Når en punktsky som omfatter og representerer 3D-bildet, anvendes som inndata til et tilkoblet beregningsmiddel, kan fremgangsmåten beskrevet i fig. 2 avsløre om et rør er til stede i musehullet 6, og hvis et rør 2 er til stede, kan oppstikkhøyden 20 til partiet av røret over musehullet 6 beregnes.

I en andre utførelsesform er den foreliggende oppfinnelsen montert ifølge alternativ to, som vist i fig. 15, der en 3D-sensor 1 innfanger scenen/bildet i sanntid og genererer et datasett, definert av flerfoldige prøvepunkter, omfattende en 3D-datamodell av det innfangede bildet. Montert ifølge den første posisjonen (jf. fig. 1 og fig. 7) er 3D-sensoren tilveiebrakt i en slik posisjon og orientering at de følgende kravene er oppfylt: - En tilstrekkelig stor del av sensorens synsfelt 4 dekker røret 2 når til stede. For eksempel 5 % av dataene eller minimum 50 prøvepunkter. - Hvis et rør 2 er plassert i musehullet 6, er delen av røret som stikker opp 20 over boregulvet, fullstendig dekket i synsfeltet.

Det er ytterligere antatt at røret 2 kan approksimeres med en sylinder.

Det er ytterligere antatt at brukere manuelt tilfører informasjon om orienteringen og posisjonen til planet som representerer boregulvet. Det manuelt tilførte planet erstatter det tidligere automatisk beregnede planet. Datapunkter på planet kan så fjernes, og datapunkter som representerer røret, vil forbli i datasettet. Et rør 2 kan ekstraheres ved å anvende kun de gjenværende datapunktene i datasettet. Hvis rørekstraksjonen mislykkes, er det ikke noe rør til stede i musehullet 6. Hvis rørekstraksjonen lyktes, inneholder musehullet 6 et rør 2, og oppstikkhøyden 20 kan beregnes.

- Omtrentlig avstand 23 til musehullet 6 er kjent, feks. med en nøyaktighet på +/-100 cm, mer foretrukket +/- 50 cm, mest foretrukket +/- 30 cm.

Eventuelt kan orienteringen til røret, hvis til stede, og posisjonen/orienteringen til det detekterte planet identifiseres.

I fig. 2 kan de følgende trinnene defineres mer detaljert:

201. Avstandsfiltrering: Fjern datapunkter som er for nær sensoren eller for langt fra sensoren. For eksempel +/- 30 cm av den estimerte avstanden til musehullet.

202. Støyfj erning - Fj erning av stati sti ske uteliggere: Støyfj erning ved å

anvende algoritmen for fjerning av statistiske uteliggere i hvilken alle uteliggere fjernes fra datasettet som beskrevet i fig. 5).

203. Plandeteksjon/-estimering: Et plan detekteres og, hvis detektert,

estimeres ved å anvende robuste estimeringsfremgangsmåter (RANSAC-baserte) (se fig. 3). Hvis sensor er montert ifølge den andre posisjonen som beskrevet i fig. 8 og fig. 15, kan et virtuelt plan returneres i dette trinnet.

204. [Avgjørelse] Ble et plan detektert?

205. Fj erning av planverdier innenfor grenseverdi - verdier innenfor grenseverdi (dvs. punkter som ligger i planet) for den gjeldende planmodellen fjernes, og bare uteliggerne anvendes i den videre behandlingen

206. Rørdeteksjon/-estimering - Hvis et rør detekteres i datasettet, blir orienteringen, posisjonen og radiusen estimert som beskrevet i flytdiagram fig. 4.

207. [Avgjørelse] Ble et rør detektert?

208. Fj erning av røruteliggere - fj ern uteliggerne for den gj eldende rørestimeringen (dvs. at bare punktene som ligger på det detekterte røret, beholdes).

209. Beregning av oppstikkhøyde - kalkuler den lengste avstanden mellom rørdataverdier innenfor grenseverdi og det detekterte planet. Dette er den ortogonale avstanden mellom røret og planet (dvs. oppstikkhøyden).

210. Tidsinformasjon-filter (Kalman-type): Ved å blande oppstikkhøydeestimeringen med tidligere oppstikkhøydeestimeringer blir estimeringen mer robust og stabil. Det er også mulig å anvende andre filtreringsteknikker.

En RANSAC-basert estimeringsalgoritmefremgangsmåte for å bestemme planet er definert i fig. 3.1 fremgangsmåten anvendes datasettet som inndata, og beregningsmidler kan bestemme om et plan ble funnet eller ikke, en modell av planet definert som Ax + By + Cz + D = 0, og uteliggerne og verdiene innenfor grenseverdi funnet i datasettet. Et sett med styringsparametere for beregningene kan omfatte plantoleransen definert som den maksimale avstanden til planet som skal anses som en verdi innenfor grenseverdi, det minste antallet relative og/eller absolutte verdier innenfor grenseverdi, og den maksimale MSE-toleransen.

Figur 3 definerer mer detaljert fremgangsmåten som anvendes til å beregne de ovennevnte resultatene, og omfatter trinnene: 301. Initialiser variabler: best_plane = 0 og best MSE = maksverdi 302. Fortsett å forbedre verdier så lenge best MSE > Maksimal MSE-toleranse og antall iterasjoner er <= maks antall iterasjoner

303. Velg tilfeldig 3 punkter i datasettet.

304. Finn planet - P - definert av de 3 punktene.

305. Finn alle verdier innenfor grenseverdi -1 - for planet P ved å anvende

plantoleransen.

306. Hvis( #1 > Minste antall verdier innenfor grenseverdi)

307. Estimer et nytt plan P' ved å anvende kun verdiene innenfor grenseverdi

I.

308. Beregn MSE for det nye P'.

309. Hvis (MSE< bestJVISE)

310. bestJVISE = MSE og best_plane = P'

En RANSAC-basert estimeringsalgoritmefremgangsmåte for å bestemme røret er definert i fig. 4. Rørdeteksjonen gjøres i to trinn: først estimeres rørets orientering og deretter estimeres posisjonen og radiusen. Begge trinnene anvender de RANS AC/S AC-baserte fremgangsmåtene. Det antas at en normal er estimert i hvert punkt, og at normalene er normalisert (dvs. har lengde 1). I fremgangsmåten anvendes datasettet som inneholder punkt (beliggenhet) og normal (orientering) for hvert data - d= (p,n), p = (x,y,z) og n=(nx,ny,nz), som inndata, og beregningsmidler kan bestemme om et rør ble detektert, og hvis et rør ble detektert, en modell som inneholder rørets orientering, beliggenhet og radius. Et sett med styringsparametere for beregningene kan omfatte det maksimale antallet iterasjoner og akseptansenivået for verdier innenfor grenseverdi.

Fig. 4 definerer mer detaljert fremgangsmåten som anvendes til å beregne de ovennevnte resultatene, og omfatter 2 faser som omfatter trinnene:

Fase 1 - bestemme rørets orienteringsakse:

401. [Avgjørelsessløyfe] Når det maksimale antallet iterasjoner ikke er nådd og

antallet verdier innenfor grenseverdi ikke er tilstrekkelig høyt.

402. Velg tilfeldig 2 datapunkter dl=(pl,nl) og d2 = (p2,n2).

403. Finn planet P definert av punktene 0, ni og n2. (ni og n2 vises som punkter på

enhetssfæren og et plan som skjærer gjennom enhetssfæren og går gjennom origo (0).)

404. Finn alle verdier innenfor grenseverdi I for planet P blant normalvektorene n

(ansett som punkter).

405. [Avgjørelse] Hvis antallet verdier innenfor grenseverdi er mer enn det forrige

beste

406. Oppdater det beste antallet verdier innenfor grenseverdi og den beste orienteringen til normalen til P.

Fase 2 - bestemme radius og punkt på akse (beliggenhet), der inndata til de neste prosesstrinnene er orienteringen u og verdiene innenfor grenseverdi for den beregnede orienteringen: 407. [Avgjørelsessløyfe] Når det maksimale antallet iterasjoner ikke er nådd og

antallet verdier innenfor grenseverdi ikke er tilstrekkelig høyt.

408. Velg tilfeldig 3 punkter pl, p2 og p3.

409. Projiser punktene på planet definert av u (som går gjennom origo).

410. Finn sirkelen C definert av de 3 projiserte punktene.

411. Beregn rørradiusen og punktet på rør p ved hjelp av C.

412. Finn alle verdier innenfor grenseverdi I for den komplette rørmodellen.

413. [Avgjørelse] Hvis antallet verdier innenfor grenseverdi er større enn det forrige

beste

414. Oppdater det gjeldende beste antallet verdier innenfor grenseverdi, radius og punkt på akse p.

En estimeringsalgoritmefremgangsmåte for å estimere normalen er definert i fig. 6. Et plan estimeres lokalt rundt hvert punkt ved å anvende en robust estimator. En lokal, vektet kovariansmatrise beregnes, der verdier innenfor grenseverdi har vekt 1 og uteliggernes vekt raskt reduseres med økende avstand til punktet. Egenvektoren som korresponderer med den minste egenverdien, er normalestimeringen.

I fremgangsmåten anvendes datasettet som inndata, og beregningsmidler kan estimere datasettet som inneholder punktskyen og en normal (orientering) for hvert punkt i skyen. Et sett med styringsparametere for estimeringen kan omfatte variabelen K som er antall naboer.

Fig. 6 definerer mer detaljert fremgangsmåten som anvendes til å beregne de ovennevnte resultatene, og omfatter trinnene:

601. For hvert punkt p i datasettet D

602. Finn k nærmest nabotopp (ved å anvende euklidsk avstand).

603. Estimer et plan for punktet p ved å anvende kun nabopunktene.

604. Beregn den vektede kovariansmatrisen C der verdier innenfor grenseverdi har vekt 1 og uteliggere har vekt som raskt reduseres medøkende avstand til punktet p.

605. Egenvektoren for C som korresponderer med den minste egenverdien, er normalestimeringen for punktet p (dvs. PCA-nedbrytning).

En beregningsalgoritmefremgangsmåte for å bestemme oppstikkhøyden er definert i fig. 5. Den største avstanden mellom dataverdiene innenfor grenseverdi og planet beregnes. I fremgangsmåten anvendes datasettet som inneholder verdier innenfor grenseverdi for det detekterte røret, som inndata, sammen med en plannormal (A,B,C) og den forskj øvede D, et sett med styringsparametere for beregningen kan omfatte variabelen K som er antallet naboer som skal anvendes, og D - standard awiksparameter.

Fig. 5 definerer mer detaljert fremgangsmåten som anvendes til å beregne de ovennevnte resultatene, og omfatter trinnene:

501. for hvert datapunkt p i datasettet

502. Finn k nærmeste nabo for punktet p (ved å anvende den euklidske avstanden). 503. Beregn middel - m - og standard avvik -d -.

504. [Avgjørelse] Hvis -d<*>D < p-m < d<*>D

505. beholdes punktet p

506. [ellers ] fjernes punktet fra datasettet (dvs. anses for å være en uteligger).

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er problemet som skal løses, å bestemme om et nedre rør 2 er til stede i musehullet 6, og i så fall bestemme det nedre rørets posisjon og orientering; og bestemme om et øvre rør 5 er til stede, og i så fall bestemme det øvre rørets posisjon og orientering. Videre, hvis et øvre 5 og et nedre rør 2 er til stede, bestemme den vertikale avstanden 21 mellom de to rørene.

3D-sensoren 1 er montert i én av to alternative posisjoner og orienteringer. I et første alternativ som vist i fig. 7 kan sensoren 1 være montert slik at en del av boregulvet 3 er omfattet av sensorens synsfelt 4.1 et andre alternativ som vist i fig. 8 er sensoren 1 montert slik at bare rørene 2, 5 er omfattet av sensorens synsfelt 4.

I det første alternativet når boregulvet er til stede i synsfeltet 4, kan rørekstraksjonsfremgangsmåten beskrevet ovenfor anvendt i beregningen av oppstikkhøyde anvendes direkte for å ekstrahere rørene 2, 5 basert på data fra kun den nedre delen av synsfeltet 4.1 det andre alternativet kan rørene 2, 5 ekstraheres direkte uten først å ekstrahere et plan.

I denne utførelsesf ormen må 3D-sensoren være tilveiebrakt i en slik posisjon og orientering at de følgende kravene er oppfylt: - Den antatte posisjonen til rørsammenkoblingen er omtrent i det vertikale senteret til synsfeltet 4. For eksempel det vertikale senteret 32 til synsfeltet 4 +/-20 % av den vertikale høyden til synsfeltet 4. - Det nedre røret 2 er til stede i den nedre vertikale delen 33 av synsfeltet 4. (I alternativ 2 vil boregulvet 3 også være til stede.) For eksempel i de vertikale nedre 25 % av sensordataene. - Det øvre røret 5 er til stede i den øvre vertikale delen 31 av synsfeltet. For eksempel i de vertikale øvre 25 % av sensordataene. 1 disse utførelsesformene er det antatt at avstanden 21 mellom rørene 2, 5 som skal sammenkobles, og ethvert annet objekt funnet i scenen er tilstrekkelig stor, og/eller formen på objektene er tilstrekkelig skjelnelige og gjenkjennelige. For eksempel er avstanden mellom sensoren 1 og musehullet 6 kjent, og avstanden til ethvert objekt som ikke er relevant for prosessen, slik som koblingsmaskin, f. eks. 100 cm (uten å utelukke andre avstander), og at rørene 2, 5 kan approksimeres med en sylinder (dvs. et rør kan parameteriseres med en radius, 3D-orienteringsvektor, startposisjon og lengde).

De følgende modellparameterne er omtrentlig kjent:

Avstanden 23 mellom 3D-sensoren 1 og musehullet 6.

Alternativt, for å redusere falsk rørdeteksjon, radiusen til røret 2, 5.1 én utførelsesform kan radiusen til røret 2, 5 være f.eks. 15 cm +/-10 cm (uten å utelukke andre radiuser).

Ett aspekt ved oppfinnelsen er å finne rørkoblingen som vist i flytdiagram fig. 9.

Det er antatt at det nedre røret 2, hvis til stede, er rommet i sensordataene som representerer den nedre delen 33 av sensorvisningen 4, for eksempel i de nederste 25 % av sensorens synsfelt 4. Hvis et øvre rør 5 er til stede, er det rommet i sensordataene som representerer den øvre delen 31 av sensorvisningen 4, for eksempel i de øvre 25 % av sensorens synsfelt. Sensoren 1 er montert slik at rørsammenkoblingen er omfattet omtrent i det vertikale senteret 32 til sensorens synsfelt 4.

Når en punktsky som omfatter og representerer 3D-bildet, anvendes som inndata til et tilkoblet beregningsmiddel, kan fremgangsmåten beskrevet i fig. 9 avsløre om 0, 1 eller 2 rør er til stede i synsfeltet 4 og hvis 0, 1 eller 2 rør er til stede, orienteringen og posisjonen til rørene, og hvis 2 rør 2, 5 er detektert, avstanden 21 mellom rørene 2, 5.

Oppstikkhøyden 20 til partiet av røret over musehullet 6 kan beregnes.

Inndataene omfatter datasettet (punktsky), og følgende utdata

forventes:

Rørdeteksjonsinformasjon - 0,1 eller 2 rør ble detektert i synsfeltet.

Hvis detektert - 0,1 eller 2 rør - rørets orientering og posisjon.

Hvis 2 rør ble detektert, avstanden mellom rørene.

Fig. 9 definerer mer detaljert fremgangsmåten som anvendes til å finne rørkoblingen, og omfatter trinnene: 901. Detekter og estimer et rør i den nedre delen av sensordataene: kun den vertikale nedre delen av sensordataene anvendes til å detektere og estimere et nedre rør.

902. [Avgjørelse] Et nedre rør ble detektert med orientering Ul. Hvis ikke noe nedre rør ble detektert, stopper algoritmen og returnerer 0. Hvis ikke noe nedre rør er til stede, kan ingen rørsammenkobling utføres. (Se fig. 10).

903. Detekter og estimer et rør i den øvre delen av sensordataene. Kun den vertikale øvre delen av sensordataene anvendes til å detektere og estimere et øvre rør.

904. [Avgjørelse] Et øvre rør ble detektert med orientering U2. Hvis ikke noe rør ble detektert, stopper algoritmen og returnerer 1 sammen med posisjonen og orienteringen til det nedre røret. (Se fig. 10).

905. Projiser verdiene innenfor grenseverdi 11 og 12 på U=%(U1+U2). U er den "gjennomsnittlige" orienteringen til det øvre og nedre røret. Hvis det øvre og nedre røret er sammenkoblet, vil de projiserte dataene kontinuerlig inneholde data langs U. Hvis rørene er sammenkoblet, vil den minste avstanden mellom de projiserte punktene på U i både positiv og negativ retning være liten. På den andre siden, hvis rørene ikke er sammenkoblet, vil de projiserte dataene inneholde et avbrudd, dvs. et større intervall som ikke inneholder noe projisert punkt. Endepunktene til rørene som er projisert på U, erkarakterisert vedegenskapen at de bare har nære naboer på én side.

906. [Avgjørelse] De projiserte lD-dataene inneholder et romlig avbrudd. Hvis de projiserte dataene inneholder et avbrudd, er de to rørene atskilt (dvs. ikke

sammenkoblet) og posisjonen og orienteringen for de to rørene må bestemmes.

907. Finn planet P med normal %(U1+U2) som går gjennom senteret av det

detekterte avbruddet.

908. Beregn den korteste avstanden dl mellom 11 og P, og d2 mellom 12 og P. 909. Beregn startpunktet og lengden til det øvre og nedre røret ved å anvende

verdiene innenfor grenseverdi og modellene.

910. Returner avstanden d = dl + d2, og det øvre og nedre røret, dl er avstanden mellom det nedre røret og planet som atskiller det nedre og øvre røret, og d2 er avstanden mellom det øvre røret og det samme planet. Avstanden mellom de to rørene er summen av de to avstandene (d = dl + d2).

911. [Avgjørelse] Hvis skjæringspunktet mellom 11 og 12 inneholder et stort antall punkter (dvs. verdier innenfor grenseverdi for begge rørmodeller), indikerer dette at de to rørene er sammenkoblet og bør modelleres som ett rør (i stedet for en øvre og nedre rørestimering).

912. Estimer en ny rørmodell M ved å anvende 11 og 12. Dette er estimeringen av det sammenkoblede røret som anvender begge sett med verdier innenfor grenseverdi. (Se fig. 10)

913. Returner rørmodellen M og d=0.

914. Beregn startpunktet og lengden til det øvre og nedre røret ved å anvende verdiene innenfor grenseverdi og modellene. Dette er tilfelle når det øvre røret er nedenfor det høyeste punktet til det nedre røret (dvs. det øvre røret er under sammenkoblingspunktet). Dette indikerer at det øvre røret er foran eller bak det nedre røret.

915. Returner avstanden d=-l, og det øvre og nedre røret.

Ekstraksjonsalgoritmen for hovedrøret er definert i fig. 10 og anvender datasettet som inneholder punktskyen, som inndata, mens utdataene omfatter et deteksjonsresultat (ekte eller falskt) som angir om et rør ble detektert, og en rørmodell.

Fig. 10 definerer mer detaljert fremgangsmåten som anvendes til å ekstrahere hovedrøret, og omfatter trinnene:

1001. Avstandsfilter - fjern datapunkter som er for nær eller for langt unna.

1002. Støyfjerning - Fjerning av statistiske uteliggere - fjern datapunkter som er

ansett for å være uteliggere. (Se fig. 5).

1003. Rørdeteksjon og -estimering - (Se fig. 5)

1004. Tidsinformasjon-filter (Kalman-type): Ved å blande den gjeldende rørestimeringen med tidligere rørestimeringer vil estimeringen bli mer robust og stabil. Tidsblandingen (dvs. rekursiv estimering) gjøres ved Kalman-filtrering, men andre filtreringsteknikker kan alternativt anvendes.

Fig. 11 A-C viser rørkoblingene under rørsammenkoblinger. Komponentene er øvre rør 5, "kjegleformet" del 9 av øvre kobling, "flat" del 10 av den øvre koblingen, øvre sammenkoblings-"skrue" 11, "flat" del 13 av det nedre røret, "kjegleformet" del 12 av

det nedre røret og nedre rør 2. 1 IA) viser rørene før rørene er sammenkoblet, 1 IB) viser rørene etter at de har blitt sammenkoblet ("entret"), men ikke strammet til, og 11C) viser rørene etter at de har blitt sammenkoblet og strammet til. 1 IB) er inndata for algoritmen for å finne kobling under rørmontering, og 11C) er inndata for algoritmen for å finne

kobling under rørdemontering.

En separat algoritme for å estimere rørkoblingsposisjonen tilbys i denne utførelsesformen. For å sikre en effektiv estimering bør en tilstrekkelig stor del av det øvre røret 5 (uten foring eller koblingsdel) være til stede i den vertikale øvre delen 31 av synsfeltet 4, feks. 10 % av den øverste delen av synsfeltet. En tilstrekkelig stor del av det nedre røret 2 (uten foring) bør være til stede i den vertikale nedre delen 33 av synsfeltet, feks. 10 % av den nederste delen av synsfeltet 4, og sammenkoblingen gjøres omtrent i senter 32 av det vertikale synsfeltet 4, feks. røret med foring er til stede i de mest sentrale 10 % av synsfeltet 4, og rørene er sammenkoblet (dette er tilfelle i fig.

1 IB og fig. 11C), radiusdifferansen mellom foringsområdet og ikke-foringsområdet er tilstrekkelig stor, feks. 3 cm, og sammenkoblingspunktet er antatt å være omtrent i midten av den totale lengden på foringsseksjonen av de to sammenkoblede rørene (dvs. rørkoblingsområdet etter tilstramming av rørene er symmetrisk). I tilfeller der størrelsen på skulder/koblingsdel/foring-områdene avviker fra standardstørrelser, kan en alarm utløses for å anvende alternative identifikasjonsmetoder for å finne sammenkoblingens nøyaktige beliggenhet. Dette kan implementeres for å unngå å tilveiebringe falsk koblingsposisjon i tilfeller der rørenes skulderområder er endret, feks. ved dannelse av nye gjenger.

Andre mekanismer vil også bli tilpasset når rørkobling ikke viser noen avbrudd eller skulderformer, dvs. i tilfellet 11F. Denne mekanismen kan inkludere identifikasjon ved hjelp av datamaskinmidler og displayfunksjon der operatøren anvender en markør på datamaskindisplayet for å identifisere rørkoblingen, eller en markør av farge, magnetisme, grafisk trykk eller annet kan identifisere rørkoblingsområdet.

Inndataene til algoritmen omfatter datasettet, og utdataene omfatter rørkoblingsområdets posisjon, orientering, lengde og diameter. Forhåndsdefinerte parametere er approksimering av den ikke-forede rørradiusen, for eksempel 10 cm +/-7 cm, og approksimering av den forede rørradiusen, for eksempel 17 cm +/- 7 cm.

Fig. 12 definerer mer detaljert fremgangsmåten som anvendes til å estimere rørkoblingsposisjonen, og omfatter trinnene: 1201. Avstandsfilter - fjern datapunkter som er for nær eller for langt fra sensoren. 1202. Støyfjerning - Fjerning av statistiske uteliggere. (Se fig. 5).

1203. Rørestimering Pl ved å anvende kun den øvre og nedre delen av sensordataene. Det er antatt at øvre og nedre del av synsfeltet utelukkende inneholder ikke-forede rør. Disse dataene anvendes til å estimere ett sammenkoblet rør Pl.

1204. Filtrering av verdier innenfor grenseverdi ved å anvende Pl med en større radiustoleranse. Fjern punkter som er uteliggere for rørmodellen Pl, men anvend en større radiustoleranse, slik at både forings- og ikke-foringsdataene beholdes. (Forings- og ikke-foringsdataene vil ha den samme aksen, men ulik radius).

1205. Projiser hvert punkt p i I på røraksen U. Lagre det projiserte punktet a og

avstanden r - d= (a, r). Settet med alle projiserte punkter er angitt med D.

1206. Anvend settet med alle projiserte punkter D til å estimere rørkoblingsområdets posisjon, lengde og diameter. (Se fig. 13 og fig. 14.)

1207. Returner rørkoblingsområdets posisjon, orientering, lengde og diameter.

En estimeringsalgoritme anvendes til estimering av en lD-rørkobling og er definert i fig. 12, og antar at radiusdifferansen mellom den forede og ikke-forede delen av røret er tilstrekkelig stor, feks. 2 cm, at datasettet er tilstrekkelig stort, feks. mer enn 100 datapunkter på rørene, at inndata - radius r - kan modelleres med to gaussiske fordelinger med middel ri og r2, og varianser sl og s2 for dataene for henholdsvis forede og ikke-forede rør, og at rørets vertikale senter (gitt synsfeltet) inneholder det forede røret.

Inndata omfatter datasettet D som inneholder projiserte data (projisert posisjon) og avstander til røraksen dvs. sett av d = (a,r) der a er posisjonen på røraksen (dvs. koordinat på aksen) og r er den estimerte radiusen for det punktet (dvs. avstanden til røraksen).

Fig. 14 definerer mer detaljert fremgangsmåten som anvendes til å estimere 1D-rørkoblingsposisjonen, og omfatter trinnene:

1401. Lavpassfiltrering - utglatting/støyfj erning for radiusdataene.

1402. Beregn radiusfordelingshistogrammet - ved å anvende 100 grupper jevnt fordelt over [r_min,r_max]. Histogrammet vil inneholde antallet punkter i den gitte radiusen bestemt av gruppene. Histogrammet vil inneholde to topper (moduser), én topp for den ikke-forede rørdelen - med radius ri - og én topp for den forede rørdelen - med radius r2.

1403. Finn den optimale terskelen T for å separere de to radiusene ri og r2 ved å anvende Outs' metode. Outs' metode er en effektiv metode for å finne den optimale separasjonsverdien i en tomodusfordeling. Outs' metode gjør at intraklassevariansen minimeres. (Se fig. 13).

1404. Terskle dataene og behold bare foringsdataene dvs. >T. Terskelverdien T

anvendes til å filtrere dataene slik at bare foringsdatapunktene beholdes.

1405. Fjern isolerte foringsdata. Foringsdatapunkter uten noen nære naboer

fjernes (ansett for å være "støy").

1406. Koble nære foringsdatapunkter med start fra senteret inntil endepunktene er funnet. Det er antatt at det sentrale punktet vil inneholde foringsdata og anvendes derfor som startkjerne for den "oversvømmelse"-baserte aggregeringen. Foringsområdet ekspanderes ved å tilsette lD-naboer som er innenfor en gitt avstand til det gjeldende foringsområdet. "Oversvømmelse"-prosessen fortsetter inntil ingen flere punkter kan tilføyes.

1407. Returner endepunktene for foringen.

I en annen utførelsesform kan rørets oppstikkhøyde være den nøyaktige bestemmelsen av det øverste punktet på et stand eller rør ved bygging av standet for plassering i en røroppstillingskonstruksjon. Denne byggefasen kan gjøres i flere nivåer over bakken og kan omfatte dedikerte utførelsesformer av oppfinnelsen med intervaller definert av lengden på rørene som brukes. Typisk anvendes tre rør til å danne et stand, og i en slik utførelsesform kan mer enn én enhet av oppfinnelsen anvendes.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er en 3D-sensor 1 og et kamera 25 omfattet i systemet. En alternativ algoritme for estimering av rørkoblingsposisjonen er presentert i fig. 17. Fusjon av sensorinformasjon fra kameraet 25 og 3D-sensoren 1 vil øke systemets nøyaktighet og operasjonsrekkevidde. Kameraet 25 og 3D-sensoren 1 er montert sammen og kan omfattes i et felles hus. Posisjonen og orienteringen (positur) til de to sensorene 1, 25 er kjent (og kalibrert). Sensorene 1, 25 er faste, slik at den relative posisjonen og orienteringen mellom de to ikke endrer seg. Den relative faste posisjonen og orienteringen mellom sensoren 1, 25 muliggjør mapping av 3D-dataene til 2D-bildedataene, og 2D-bildedataene til 3D-dataene. Med andre ord, hvis et objekt detekteres i 3D-dataene, er det mulig å mappe dette objektets kontur/kanter fra 3D-dataene til 2D-bildedataene innfanget av kameraet. Dette kan oppnås ved å anvende vanlig 3D-transformasjonsmatematikk ved å projisere objektet fra 3D-dataene over på det virtuelle bildeplanet til 2D-kameraet. Dette vil tilveiebringe informasjon i 2D-bildedataene som vil indikere hvor objektet ble detektert/lokalisert i 3D-dataene. For kjente faste positurer er datainnrettingsproblemet ansett for å være løst (dvs. vanlige robuste og effektive standardfremgangsmåter for denne typen datainnretting finnes).

Tilnærmingen beskrevet ovenfor med å fusjonere data fra en 3D-sensor og et 2D-kamera kan også anvendes på alle andre fremgangsmåter beskrevet i den foreliggende oppfinnelsen.

For å sikre en effektiv estimering bør en tilstrekkelig stor del av det øvre røret 5 (uten foring) være til stede i den vertikale øvre delen 31 av synsfeltet 4 og av synsfeltet 24, feks. 10 % av den øverste delen av synsfeltet. En tilstrekkelig stor del av det nedre røret 2 (uten foring, skulder eller koblingsdel) bør være til stede i den vertikale nedre delen 33 av synsfeltet, feks. 10 % av den nederste delen av synsfeltet 4 og av synsfeltet 24, og sammenkoblingen gjøres omtrent i senter 32 av det vertikale synsfeltet 4 og av synsfeltet 24, feks. røret med foring er til stede i de mest sentrale 10 % av synsfeltet 4 og av synsfeltet 24, og rørene er sammenkoblet (dette er tilfelle i fig. 1 IB og fig. 11C), radiusdifferansen mellom foringsområdet og ikke-foringsområdet er tilstrekkelig stor, feks. 3 cm, og sammenkoblingspunktet er antatt å være omtrent i midten av den totale lengden på foringsseksjonen av de to sammenkoblede rørene (dvs. rørkoblingsområdet etter tilstramming av rørene er symmetrisk).

Inndataene til algoritmen beskrevet i fig. 17 omfatter datasettet fra 3D-sensoren og 2D-bildet fra kameraet 25. Utdataene omfatter rørkoblingsområdets posisjon, orientering, lengde og diameter.

Fig. 17 definerer en fremgangsmåte der 3D-sensordata og kameradata fusjoneres for å estimere rørkoblingsposisjonen, og omfatter trinnene: 1701. Detekter og lokaliser røret ved å anvende 3D-sensordataene (som beskrevet i

fig. 9).

1702. Map det detekterte rørets 3D-posisjon til 2D-bildene. Beregn en avgrensningsboks i 2D-bildekoordinatet som dekker hele røret og et tilstrekkelig stort område rundt røret (dvs. noen bakgrunnsdata i horisontal retning).

1703. Ta bilder ved å anvende ulike eksponeringstider - El, ...,En - fra kameraet 23.

Dette vil gi gode 2D-bildedata under varierende lysforhold.

1704. Ekstraher avgrensningsboksen fra de innfangede bildene - El,...,En.

Avgrensningsboksen inneholder bilder av røret og noen bakgrunnsdata innfanget

ved å anvende ulike eksponeringstider.

1705. Beregn den optimale eksponeringstiden ved å anvende de ekstraherte avgrensningsboksene, dvs. finn avgrensningsboksen med den optimale eksponeringstiden. Ett mulig optimalt kriterium kan være å maksimere differansen mellom middelverdien av de 10 % lyseste pikslene og de 10 % mørkeste pikslene gitt at mindre enn 1 % av pikseldataene er mettet eller "svarte". Andre kriterier er

også mulig.

1706. Anvend kontrastforbedringsfilter for å forbedre avgrensningsboksbildet. 1707. 2D-segmentering: 2D-avgrensingsboksen kan segmenteres inn i rør- og ikke-rør-områder svært robust på grunn av den optimale eksponeringsinnfangingen, kontrastforbedringen og omtrentlige kunnskapen om rørets posisjon og utstrekning. Grunnområde som ekspanderes ved nivåsatt segmentering vil gi en svært robust segmentering. Posisjonen som ble beregnet fra 3D-sensordataene, anvendes som startkjerne for fremgangsmåten for ekspanderende område. Ved å

begynne med kjernen vil området ekspandere inntil rørets grense er detektert. 1708. Skulder-/rørdeldeteksjon: Når røret er nøyaktig segmentert skal de øvre og nedre rørdelene på rørkoblingsområdet detekteres og lokaliseres. Etter segmenteringen har rørets indre verdi én og det ytre (bakgrunnen) verdi null. Rørdelene kan detekteres ved å summere antallet piksler som tilhører røret i horisontal retning. Dette vil resultere i en endimensjonal vektor som inneholder rørets tykkelse (i piksler). Fordi rørkoblingsområdet har en større diameter enn røret, vil den endimensjonale vektoren ha følgende generelle struktur. Først vil den inneholde rørdiameteren (i piksel), så vil den øke langsomt - dette er rørets nedre rørdel - inntil rørkoblingsområdet er nådd - hvilket har en større diameter enn røret - dataene vil være stabile inntil den øvre rørdelen er nådd, og endelig stabile når røret er nådd. Den øvre og nedre delen av de to rørdelene kan detekteres ved å detektere begynnelsen og slutten av den langsomtøkende/minkende radiusen i de projiserte endimensjonale dataene.

1709. Map begynnelsen og slutten av den øvre og nedre rørdelen tilbake til 3D-sensordataene, og returner 3D-posisjonen (eller høyden over boregulvet).

Som et alternativ til trinn 1704 og 1705 er det mulig å anvende en HDR-bilde-tilnærming for å slå sammen alle innfangede bilder under ulike

eksponeringsinnstillinger for å øke dynamikkområdet for de innfangede dataene, og følgelig øke kvalitetsnivået i bildet.

Et datamaskinsystem eller lignende, omfattende én eller flere sensorer 41, styringsmidler 40, rørhåndteringsmidler 42 og kommunikasjonslinjer mellom blokkene, vises i fig. 18. Systemet kan gjøre det mulig for en operatør å overvåke rørhåndteringsoperasjonen. Styringsmidlene 40 leser mottar informasjon fra sensorinstallasjonen 41 (1, 25 og andre). Styringsmidlene 40 kan omfatte en datamaskin og en displayenhet som eventuelt kan interagere med operasjonen, dvs. en berøringsskjerm som viser bildet av rørhåndteringsoperasjonen og nøkkeltall og/eller tilbyr interaktive trekk som operatøren kan handle ut fra. Styringsmidlene styrer også operasjonen av rørhåndteringsmidlene 42 som kan omfatte verktøy slik som en koblingsmaskin, kran eller lignende, i operasjonsprosessen for rørhåndteringen. Selv om styringsmidlene vises i en separat blokk, kan styringsmidlene håndteres helt eller delvis av sensorinstallasjonen 41 og/eller rørhåndteringsmidlene 42. Styringsmidlene kan i en annen implementering av oppfinnelsen være et fjerntliggende styringsanlegg eller lignende der linjene mellom modulene i fig. 18 representerer trådløse kommunikasj onsbaner.

Fremgangsmåtene for automatisk gjenkjenning kan også anvendes i operasjonen med å finne, hente og flytte et rør fra en lagerposisjon (typisk i en haug med rør som ligger horisontalt) og over på catwalken av en kran utformet for denne oppgaven, eller vice versa for å finne, plukke opp og flytte et rør fra catwalken til lagringsområdet for rør.

De beskrevne utførelsesformene og detaljene beskrevet i hver utførelsesform skal ikke anvendes som begrensninger av oppfinnelsen, men simpelthen som eksempel på mulige utførelsesf ormer. Trekk som beskrives i utførelsesformene, er ikke begrenset til den respektive beskrivelsen av utførelsesformen, men skal anses som trekk som kan anvendes i hvilke som helst av utførelsesformene eller i hvilken som helst annen beskrevet situasjon i denne beskrivelsen av oppfinnelsen eller i kravene eller figurene.

Claims

1. Fremgangsmåte for automatisk deteksjon av rør (2) i en boreoperasjon omfattende; å anvende én eller en flerhet sensorer (41) for å oppnå ett eller en flerhet datasett og/eller bilder som representerer rørområdet, der datasettene og/eller bildene representerer 3D-bilder av boreoperasjonen; og å prosessere datasettene og/eller bildene for å identifisere røret i datasettene og/eller bildene, der prosesseringen omfatter: å beregne oppstikkhøyden (20) til røret (2) eller koblingen mellom to rør (2, 5, 9, 10,11,12, 13), og å beregne avstanden (23) mellom sensorene (41) og et musehull (6) i hvilket røret (2, 5) er lokalisert, eller koblingen mellom to rør (2, 5, 9, 10, 11, 12, 13), eller å identifisere rørskjøten mellom de to rørene (2, 5, 9, 10, 11, 12, 13).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der rørhåndteringsmidlet (42) ledes til røret ved å anvende oppstikkhøyden (20) eller beliggenheten til koblingen mellom to rør (2, 5, 9, 10, 11, 12, 13) og/eller avstanden (23) mellom sensorene (41) og musehullet (6) som en inndataparameter.

3. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 2, der omgivelsen rundt rørene (2, 5, 9, 10, 11, 12, 13) elimineres fra datasettene og/eller bildene.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 3, der oppstikkhøyden (20) eller beliggenheten til koblingen mellom to rør (2, 5, 9, 10, 11, 12, 13) beregnes fra et estimert boregulv (3).

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, der avstanden (21) mellom rørene (2, 5) beregnes fra datasettene og/eller bildene.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, der rørhåndteringsmiddelet (42) ledes til rørskjøten også ved å anvende avstanden (21) mellom rørene (2, 5) som en inndataparameter.

7. Anordning anordnet for å utføre en fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de foregående kravene.

8. Datamaskinprogram anordnet for å styre et datamaskinsystem for å utføre prosessering i en fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6.

9. Datamaskin som inneholder eller er programmert av et program ifølge krav 8.

10. Datamaskinlesbart medium som inneholder et program ifølge krav 8.

11. Overføring over et nettverk av et program ifølge krav 8.

12. Datamaskin ifølge krav 9 omfattende inndatamidler for å motta operatørinstruksj oner.

13. Datamaskin ifølge krav 9 eller 12 omfattende en eller en flerhet displayenheter for å vise bilder og parametere slik de er oppnådd ved hvilke som helst av de foregående fremgangsmåtekravene.