CN102791418B - 高频电阻焊接以及感应加热焊接的操作管理装置、操作管理方法及操作管理程序 - Google Patents

高频电阻焊接以及感应加热焊接的操作管理装置、操作管理方法及操作管理程序 Download PDF

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Abstract

该操作管理装置进行直缝焊接的操作管理，该直缝焊接为在输送带状的金属板的同时、以使其两端部逐渐相互对置的方式成形为圆筒状，并且对该两端部相互对置而对接的部分即V字会聚部进行焊接。并且，该操作管理装置具备：测定部，基于包括上述V字会聚部的区域的图像，测定上述金属板的上述两端部几何相交的第一V会聚点与上述金属板的上述两端部的对接点即第二V会聚点之间的距离(L[mm])以及在该第一V会聚点的V会聚角(θ[°])；以及判断部，判断上述距离(L[mm])及上述V会聚角(θ[°])是否满足下式(1)，Lmin(θ/θst)-0.15≤L≤35…(1)。

Description

高频电阻焊接以及感应加热焊接的操作管理装置、操作管理方法及操作管理程序
技术领域
本发明涉及对高频电阻焊接或感应加热焊接(以下称为直缝焊接)进行管理的操作管理装置、操作管理方法及操作管理程序，该高频电阻焊接或感应加热焊接为，在输送金属板的同时通过辊组将其连续地成形为圆筒状，并使在形成V字的同时会聚的该金属板的两端部加热熔融而对接。
本申请基于2010年3月23日在日本申请的特愿2010-66357号并主张优先权，将其内容援用于本申请。
背景技术
电焊钢管被使用于石油或天然气用管系、油井管、原子能用、地热用、化学设备用、机械构造用及普通配管用的管等较广泛的领域中。在电焊钢管的制造设备中，在输送带状的钢板的同时，以使其两端部(圆周方向两端部、两端边缘)逐渐对置的方式通过辊组将其连续地成形为圆筒状，并且通过加热使该两端部在相互对置的同时对接的部分、即V字会聚部熔融而对接。在该直缝焊接时，需要将输入热量控制为适当的范围而避免输入热量不足及输入热量过量。
作为这种技术，专利文献1公开了一种电焊钢管的制造方法，在钢板的板厚t(mm)和对接角度满足下式(101)的条件下，对包括焊缝金属在内的对接点及其附近进行摄影，根据所得到的图像数据，将输入热量控制为，在将未熔敷时的焊接点设定为原点时，焊接点的位置在焊接方向上成为-2.0mm以下。
此外，专利文献2公开了一种直缝焊接管的制造方法，通过高速摄影机对工件的焊接点附近部位进行连续摄影，基于该摄影图像，对从焊接点到V字会聚位置为止的窄间隙部的长度进行计测，并将直缝焊接的焊接输入热量调整为，该计测的窄间隙部的长度L满足下式(102)。
0.259t+0.013d-0.00548v-6.16＜L＜0.259t+0.013d-0.00548v+23.84…(102)
t：金属带的板厚(mm)，d：管的外径(mm)，v：焊接速度(mm/s)
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-212961号公报
专利文献2：日本特开2009-233678号公报
非专利文献
非专利文献1：重叠及对接滚焊，焊接学会技术资料No.10(1989年11月)，焊接学会轻构造接合加工研究委员会编
发明内容
发明要解决的课题
但是，专利文献1所公开的方法，仅能够应用于对接角度满足式(101)的情况，不能够应用于产生了对接角度不满足式(101)的对接状态的情况。
此外，在专利文献2所公开的方法中，从焊接点到V字会聚位置为止的窄间隙部的长度L依存于V会聚角，该长度L和V会聚角对加热效率产生较大影响，这些值根据辊的偏心及材料的状态而容易变动，因此可以认为焊接管理的精度较低。尤其是，当考虑到非专利文献1所记载的那样的直缝焊接的理论式(下述式(103))时，由于输入热当量Q依存于几何的V会聚角θ，因此可以认为在专利文献2中焊接管理的精度较低。
Q＝kPv-0.6l-0.55θ-0.15t-0.85…(103)
P：焊接功率，θ：几何的V会聚角
l：供电距离，k：由线结构决定的常数
本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于，能够进行在大范围的对接状态下没有对接面的一部分由于未熔融而未被接合的冷接缺陷及在对接面上存在氧化物的烧化缺陷的直缝焊接。
用于解决课题的手段
(1)本发明一个方案的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理装置，是进行高频电阻焊接或感应加热焊接的操作管理的装置，该高频电阻焊接或感应加热焊接为，在输送带状的金属板的同时、以使其两端部逐渐相互对置的方式成形为圆筒状，并且对该两端部相互对置而对接的部分即V字会聚部进行焊接，该操作管理装置具备：测定部，基于包括上述V字会聚部的区域的图像，测定上述金属板的上述两端部几何相交的第一V会聚点与上述金属板的上述两端部的对接点即第二V会聚点之间的距离L[mm]以及在该第一V会聚点的V会聚角θ[°]；以及判断部，判断上述距离L[mm]以及上述V会聚角θ[°]是否满足下式(1)。
Lmin(θ/θst)-0.15≤L≤35…(1)
Lmin[mm]：预先设定的基准距离
θst[°]：预先设定的基准角度
(2)上述(1)所述的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理装置，也可以进一步具备控制部，该控制部将输入热量控制为，由上述测定部测定的距离L[mm]以及V会聚角θ[°]满足上述式(1)。
(3)在上述(1)或(2)所述的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理装置中，上述测定部也可以具备第一检测部，该第一检测部将上述图像二值化而生成二值化图像，从上述二值化图像中确定上述金属板的上述两端部，在形成V字的同时会聚的方向的规定范围内，将上述金属板的上述两端部直线近似而生成两条近似直线，将这两条近似直线的交点检测作为上述第一V会聚点。
(4)在上述(1)或(2)所述的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理装置中，上述测定部也可以具备第二检测部，该第二检测部将上述图像二值化而生成二值化图像，从上述二值化图像中检测上述第二V会聚点。
(5)在上述(1)或(2)所述的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理装置中，上述测定部也可以具备：第一检测部，将上述图像二值化而生成二值化图像，从该二值化图像中确定上述金属板的上述两端部，在形成V字的同时会聚的方向的规定范围内，将上述金属板的上述两端部直线近似而生成两条近似直线，将这两条近似直线的交点检测作为上述第一V会聚点；以及第二检测部，将上述图像二值化而生成二值化图像，从该二值化图像中检测上述第二V会聚点。
(6)本发明一个方案的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理方法，是进行高频电阻焊接或感应加热焊接的操作管理的方法，该高频电阻焊接或感应加热焊接为，在输送带状的金属板的同时、以使其两端部逐渐相互对置的方式成形为圆筒状，并且对该两端部相互对置而对接的部分即V字会聚部进行焊接，在该操作管理方法中：通过摄影装置对包括上述V字会聚部的区域进行摄影而生成图像；基于上述图像，测定上述金属板的上述两端部几何相交的第一V会聚点与上述金属板的上述两端部的对接点即第二V会聚点之间的距离L[mm]以及在该第一V会聚点的V会聚角θ[°]；以及，判断上述距离L[mm]以及上述V会聚角θ[°]是否满足下式(2)。
Lmin(θ/θst)-0.15≤L≤35…(2)
Lmin[mm]：预先设定的基准距离
θst[°]：预先设定的基准角度
(7)本发明一个方案的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理程序，通过计算机对高频电阻焊接或感应加热焊接进行管理，该高频电阻焊接或感应加热焊接为，在输送带状的金属板的同时、以使其两端部逐渐相互对置的方式成形为圆筒状，并且对该两端部相互对置而对接的部分即V字会聚部进行焊接，该操作管理程序具备：测定工序，基于包括上述V字会聚部的区域的图像，测定上述金属板的上述两端部几何相交的第一V会聚点与上述金属板的上述两端部的对接点即第二V会聚点之间的距离L[mm]以及在该第一V会聚点的V会聚角θ[°]；以及判断工序，判断上述距离L[mm]以及上述V会聚角θ[°]是否满足下式(3)。
Lmin(θ/θst)-0.15≤L≤35…(3)
Lmin[mm]：预先设定的基准距离
θst[°]：预先设定的基准角度
发明的效果
根据本发明，通过基于考虑了V会聚角的时间变动的条件来对直缝焊接的操作进行管理，由此能够进行在大范围的对接状态下没有冷接缺陷及烧化缺陷的直缝焊接。尤其是，从钢板的两端部的焊接开始到焊接结束，能够不受操作时的对接状态的时间变动的影响而进行稳定的焊接。
附图说明
图1是表示电焊钢管的制造设备及直缝焊接的操作管理装置的构成的概略图。
图2是表示直缝焊接的操作管理装置的操作管理方法的流程图。
图3是表示由摄影装置摄影的图像的示意图。
图4A是表示由测定部进行了处理的二值化图像的示意图。
图4B是表示二值化图像中的各像点的示意图。
图4C是表示所提取的V字会聚部的像点的示意图。
图4D是表示确定几何的V会聚点V1的方法的一例的示意图。
图5是表示确定对接点即V会聚点V2的方法的一例的示意图。
图6是表示V字会聚部的像点未被提取的二值化图像的例的示意图。
图7A是用于说明二级会聚现象的钢板的概略俯视图。
图7B是用于说明二级会聚现象的钢板端部的纵截面图。
图8A是用于说明二级会聚现象的钢板的概略俯视图。
图8B是用于说明二级会聚现象的钢板端部的纵截面图。
图9是表示用于说明对接距离的钢板端部的纵截面图。
图10是表示通过对接距离和输入热量的各组合来进行了焊接时的焊接品质的评价结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
首先，参照图1说明电焊钢管的制造设备的概要。如图1所示，在将带状的钢板(金属板)1朝向方向D1输送的同时，通过辊组(未图示)将该钢板1连续地成形为圆筒状。然后，在成形为圆筒状的钢板1的内部配置二端阻抗元件6，通过一对接触片7(对应于高频电阻焊接)或者感应线圈(未图示、对应于感应加热焊接)在钢板1的焊接部流过高频电流I 1，并且通过挤压辊2施加顶锻。由此，能够使钢板1的圆周方向两端部4、4(以下还简称为端部)在朝向方向D1会聚为V字状的同时加热熔融而对接，能够将钢板1熔融接合(直缝焊接(ERW))。
但是，在焊接时，钢板1的两端部4、4的端面不一定平行，而如图9所示那样，会在对接的钢板1的两端部4、4之间产生间隙。当该间隙的最大长度尺寸(以下称为对接距离)h较大时，有时不能够正常地进行焊接。并且，该对接距离h有时在焊接时随时间变动，在对接距离h变大的焊接部的位置上焊接品质容易降低。另外，在图9中仅记载了在钢材的上侧(钢管的外面侧)产生间隙的状态，但也有可能在下侧(钢管的内面侧)产生间隙。
因此，使钢板1的两端部4、4的对接状态和输入热量变化而进行了焊接品质的评价(160[℃]左右的高温下的夏比冲击试验)。结果，即使在对接距离h(参照图9)超过0.3[mm]的情况下，通过控制输入热量也正常地进行了焊接。图10表示通过对接距离h(0、0.3、0.6、0.9[mm])和输入热量(图10中的焊接状态A~D分别对应于低输入热量~高输入热量)的各组合来进行了焊接时的焊接品质的评价结果。在图10中，“不良”表示产生了冷接缺陷或烧化缺陷的情况，此外“良”表示未产生某种缺陷而正常地进行了焊接的情况。在焊接状态A，由于输入热量不足，因此产生了由熔融不足引起的冷接缺陷。尤其是，随着对接距离h变长，冷接缺陷的产生频度增加。此外，在焊接状态B，如果对接距离h较短(如果对接接近于平行)则正常地进行了焊接，但是当对接距离h变长时，则产生了冷接缺陷。进一步，在焊接状态C，输入热量被适当地控制，即使对接距离h超过0.3[mm]，也正常地进行了焊接。此外，在焊接状态D，由于输入热量过量，因此产生了冷接缺陷以及由于氧化状态下的压接而产生的烧化缺陷。在实际操作中，由于板厚、对接时的钢板1的两端面4、4的位置变动(时间变动)等，而对接距离h有时会超过0.3[mm]，因此焊接状态C是理想的焊接状态。
即，焊接状态A是产生冷接缺陷的低输入热量的焊接状态，焊接状态B是在操作时的对接距离h变大了的情况下产生冷接缺陷的低输入热量(比焊接状态A高的输入热量)的焊接状态。焊接状态C是不依存于操作时的对接距离而能够正常地焊接的最佳输入热量(比焊接状态B高的输入热量)的焊接状态。此外，焊接状态D是产生冷接缺陷及烧化缺陷的输入热量过量(比焊接状态C高的输入热量)的焊接状态。另外，图10中的综合评价表示考虑了实际操作时的对接距离h的时间变动的评价。如图10所示，在焊接状态A、焊接状态B及焊接状态D，在实际操作时产生上述缺陷，但是在焊接状态C，在实际操作时能够稳定地进行焊接。
本发明的发明人发现，如上述那样在对接距离h超过0.3[mm]的情况下也能够正常地进行焊接的条件，与V会聚角两阶段地进行变化的现象(称为二级会聚现象)相关。二级会聚现象是如下现象：在钢板1的端部4的板厚方向的熔融部分在被排出的同时被对接时，由于板厚中心部熔融而被排出，因此观察到端部4好像进行了后退的现象(参照图8B)。
在从钢板1的上方对包括V字会聚部的区域的自发光图案进行高精细且清晰的摄影(摄影分辨率：60[μm/像素]、曝光时间：1/10000[秒]的条件)而以高精度测定了V会聚点时，观测到该二级会聚现象。当产生二级会聚现象时，如图8A所示，可知在输送方向D1的上游侧存在几何的V会聚点V1(以下称为第一V会聚点)，在下游侧存在对接点即V会聚点V2(以下称为第二V会聚点)。如图8A中的虚线所示，第一V会聚点是会聚为V字状的两端部4、4几何相交的点。即，是能够直线近似的上游侧的两端部4、4的切线(延长线)的交点。此外，第二V会聚点是会聚为V字状的两端部4、4物理对接(接触)的点。另外，焊接点(开始凝固的点)存在于第二V会聚点的更下游侧。
并且，确认到如下情况：第一V会聚点与第二V会聚点之间的距离L根据输入热量而变化，随着输入热量变高、而第一V会聚点与第二V会聚点远离。图7A、7B表示在焊接状态B观察到的二级会聚现象，如图7A所示，第一V会聚点与第二V会聚点较近(大致一致)。在该情况下，如图7B所示，钢板1的端部4的板厚中心部的熔融不充分，有可能产生冷接缺陷。相对于此，图8A、8B表示在焊接状态C观察到的二级会聚现象，如图8A所示，第一V会聚点与第二V会聚点远离。在该情况下，如图8B所示，钢板1的端部4的板厚中心部的熔融适当，能够正常地焊接钢板1的端部4、4。另外，图7B、图8B所示的箭头表示钢板1的端部4、4熔融而熔融部分被排出的状态。
如上所述，发现了如下情况：在二级会聚现象中出现的第一V会聚点与第二V会聚点之间的距离L，与钢板1的端部4的板厚中心部的熔融状态相关。本发明基于所述见解来确定该距离L的适当范围，通过图像处理来高精度地测定距离L，由此连续地管理直缝焊接的操作。
图1表示直缝焊接的操作管理装置100的功能构成。如图1所示，在钢板1的上方配置有摄影装置8，对钢板1的包括V字会聚部的区域的自发光图案(辐射图案)进行摄影。摄影装置8例如使用1600×1200像素的3CCD式彩色摄影机，以摄影视野为50[mm]×100[mm]、分辨率为50[μm/像素]、摄影速度为40[fps]、曝光时间为1/10000[秒]的条件，对上述自发光图案进行摄影。此处，为了后述的图像处理，而将摄像范围设定为，摄像图像中的第二V会聚点的位置，在稳定操作时，例如从输送方向D1的下游侧来到输送方向D1的视野宽度的大约1/3的位置。
直缝焊接的操作管理装置100具备输入部101、测定部102、判断部103以及控制部104。由摄影装置8摄影的图像数据向该输入部101输入。
测定部102基于输入到输入部101中的图像数据，测定第一V会聚点与第二V会聚点之间的距离L[mm]以及在第一V会聚点的V会聚角θ[°]。测定部102具备第一检测部102a、第二检测部102b以及运算部102c。第一检测部102a将输入到输入部101中的图像数据二值化而生成二值化图像，在从该二值化图像中确定了钢板1的两端部4、4之后，在会聚为V字状的方向的规定范围内将该钢板1的两端部4、4直线近似而生成两条近似直线，将这两条近似直线的交点检测作为第一V会聚点。此外，第二检测部102b将输入到输入部101中的图像数据二值化而生成二值化图像，从该二值化图像中检测第二V会聚点。并且，运算部102c根据由第一检测部102a检测出的第一V会聚点和由第二检测部102b检测出的第二V会聚点，来求出第一V会聚点与第二V会聚点之间的距离L[mm]以及在第一V会聚点的V会聚角θ[°]。
判断部103判断由测定部102测定的距离L[mm]以及V会聚角θ[°]是否满足下式(4)。
Lmin(θ/θst)-0.15≤L≤35…(4)
Lmin：预先设定的基准距离
θst：预先设定的基准角度
下限值Lmin(θ/θst)-0.15是对根据输入热量与(θ/θst)-0.15成正比例这种理论而通过实验得到的基准距离Lmin进行了修正的值。此外，当第一V会聚点与第二V会聚点之间的距离L[mm]比Lmin(θ/θst)-0.15[mm]短时，操作时的焊接状态会成为输入热量不足的焊接状态A或焊接状态B。Lmin及θst例如根据钢板1的材质、板厚、管径来设定。如果以碳钢为例进行说明，则例如可以如下那样细致地设定Lmin及θst：如果板厚小于4[mm]则Lmin为3.5[mm]、θst为3.5[°]，如果板厚为4[mm]以上且小于10[mm]则Lmin为5[mm]、θst为5[°]，如果板厚为10[mm]以上则Lmin为6.5[mm]、θst为7[°]。此外，例如也可以与板厚无关地将Lmin及θst一律设定为Lmin为5[mm]、θst为5[°]。对于其它材质的钢铁材料也能够同样地设定Lmin及θst。如此，通过将距离L控制为下限值Lmin(θ/θst)-0.15以上，由此即使在实际操作时存在上述对接距离h的时间变动(例如暂时的增加)的情况下，也能够防止由输入热量不足引起的冷接缺陷。
此外，上限值35是通过实验得到的值，当第一V会聚点与第二V会聚点之间的距离L[mm]变得比35[mm]长时，会成为输入热量过量的焊接状态D。即，当距离L变得比35[mm]长时，随着距离L的增加，氧化物(烧化缺陷)的发生频度增加。因此，通过将距离L控制为35[mm]以下，能够在实际操作时防止由输入热量过量引起的烧化缺陷。
在判断部103判断为距离L[mm]以及V会聚角θ[°]不满足上述式(4)的情况下，控制部104以满足上述式(4)的方式、改变向接触片7或感应线圈那样的焊接装置的施加电压(或频率)而控制输入热量。即，在距离L变得小于Lmin(θ/θst)-0.15的情况下提高输入热量，在距离L超过35[mm]的情况下降低输入热量，以距离L满足上述式(4)的方式控制输入热量。另外，在距离L满足上述式(4)的期间，既可以不变更输入热量地进行控制，也可以控制为满足上述式(4)的规定值。此外，当在距离L变得小于Lmin(θ/θst)-0.15的情况下提高输入热量时，不但距离L增加，V会聚角θ也增加，因此下限值Lmin(θ/θst)-0.15降低，能够使处理不发散而稳定地继续进行焊接。
图2表示直缝焊接的操作管理装置100的操作管理方法。摄影装置8的摄影，以一定的时间间隔连续地进行，将在某个定时摄影的一张图像称为帧。当从摄影装置8向输入部101输入图像数据时(步骤S1)，为了使对比度清晰，而在输入部101或者测定部102中从该图像数据中提取红色成分(波长590~680nm)(步骤S2)。图3表示由摄影装置8摄影的图像的示意图。另外，在以下的说明中，在图3、图4A~4D、图5、图6所示的图像中，将纵向(圆周方向)表现为Y方向、将横向(输送方向)表现为X方向。在由摄影装置8摄影的图像中，沿着钢板1的两端部4、4出现亮度等级较高的高温区域51，在输送方向(X方向)的下游侧出现两端部4、4的熔融部分被排出而形成的波状的图样。
测定部102的第一检测部102a将在步骤S2中被提取了红色成分的图像数据二值化(反相)(步骤S3)。此处，在亮度等级为一定值以上的像素中代入“0”，在小于一定值的像素中代入“1”。图4A表示二值化图像的示意图。
接着，第一检测部102a在二值化图像中进行对每个像点附加标记的标示处理(参照图4B)(步骤S4)，并判断是否提取了符合规定条件的像点(步骤S5)。此处，像点是如下区域：在二值化图像中，“1”的像素所邻接的包括上下左右4个像素及倾斜方向4个像素在内的邻接8个像素的任意一个为“1”，且像素被连结而成为一块(此处为“1”的像素的块)的各个区域。此外，在标示处理中，对各个像点进行识别，对各个像点附加标记序号而提取特定的像点，并提取该特定的像点在图像内的位置(X坐标的最大点及最小点、Y坐标的最大点及最小点)、宽度、长度、面积等信息。例如，在图4B中，3个像点分别被附加标记[1]、[2]及[3]。在步骤S5中，如果存在符合规定条件的像点，则将该像点(此处为标记[2])提取作为圆周方向两端部4、4会聚为V字状的部位、即V字会聚部的像点52(参照图4C)，并对于该像点52取得坐标、面积等形状信息。例如，在图4A所示的二值化图像中，如果存在与左端相接且具有规定面积条件的像点，则将该像点提取作为V字会聚部的像点52。作为规定面积条件，例如设定像点面积的实际尺寸为15~150mm2这样的条件、外接的矩形框的实际尺寸为25~320mm2这样的条件等条件即可。此外，该规定面积条件能够组合多个条件。如果在步骤S5中没有提取到符合规定条件的像点，则进入步骤S17。例如，在输入热量过低的情况下，如图6所示那样，未提取V字会聚部的像点，因此进入步骤S17。
接着，第一检测部102a从在步骤S4、S5中提取的V字会聚部的像点52中检索钢板1的圆周方向两端部4、4。如图4D所示，从通过V字会聚部的像点52的输送方向的最下游点(在下述步骤S11中检测出的第二V会聚点)并与X方向平行的直线(在图4D中由点划线表示)上的点开始，朝向+Y方向及-Y方向分别检索第一个像素值成为“0”(“1”→“0”)的点，将该点确定为钢板1的端部4。在会聚为V字状的方向(X方向)的规定范围，例如在从二值化图像的左端(输送方向的上游侧)到V字会聚部的像点52的前端为止的范围中、从左端起的2/3的范围内，执行该检索处理。然后，在该规定范围内将钢板1的端部4直线近似(步骤S6)，并将近似直线的交点检测作为第一V会聚点(步骤S7)。另外，上述规定范围并非总是设定为相同基准(例如“从左端起的2/3的范围”)，优选根据操作条件而适宜地设定为适当范围。例如，根据操作条件，在第一V会聚点的位置有可能向输送方向的上游侧移动的情况下，优选将上述规定范围设定为更小的值(例如“从左端起的1/2的范围”)。
另外，在检索钢板1的端部4时，例如也可以从图4D所示的图像的上下位置(最上位置及最下位置)朝向内侧(中心部)检索第一个成为“1”(“0”→“1”)的点。但是，V字会聚部的像点52出现在图像的上下方向(Y方向)的中央附近，因此当从图像的最上位置及最下位置开始检索时，无用的处理变多。因此，如上所述那样，通过从V字会聚部的像点52的内侧朝向+Y方向及-Y方向检索第一个成为“0”(“1”→“0”)的点，由此缩短了处理时间。此外，在从图像的上下位置朝向内侧检索第一个成为“1”(“0”→“1”)的点的情况下，也能够通过标示处理来确定V字会聚部的像点52的大宽度部(图像左端)的Y方向位置，因此如果从该Y方向位置或其附近朝向内侧检索第一个成为“1”(“0”→“1”)的点，则能够缩短处理时间。
与步骤S3~S7的处理并行，测定部102的第二检测部102b将在步骤S2中被提取了红色成分的图像数据二值化(反相)(步骤S8)。此处，在亮度等级为一定值以上的像素中代入“0”，在小于一定值的像素中代入“1”。
接着，与第一检测部102a同样，第二检测部102b在二值化图像中进行对每个像点附加标记的标示处理(步骤S9)，并判断是否提取了符合规定条件的像点(步骤S10)。在步骤S10中，如果存在符合规定条件的像点，则将该像点提取作为V字会聚部的像点52，并对于该像点52取得坐标、面积等形状信息。然后，如图5所示，将V字会聚部的像点52的X方向的前端检测作为第二V会聚点(步骤S11)。在该情况下，如果在步骤S10中没有提取到符合规定条件的像点，则也进入步骤S17。
在本实施方式中，由第一检测部102a及第二检测部102b分别进行二值化处理，这是为了在各个检测部(处理)中将二值化处理的阈值设定为适当值。当然，如果二值化处理的阈值对于各个检测部可以为相同设定，则也可以在第一检测部102a及第二检测部102b中使二值化处理、标示处理等处理共通化。
在如以上那样检测出第一V会聚点和第二V会聚点之后，运算部102c求出第一V会聚点与第二V会聚点之间的距离L[mm](步骤S13)，并且求出几何的在V会聚点的V会聚角θ[°](步骤S12)。
接着，判断部103进行由测定部102对每一帧测定的距离L[mm]以及V会聚角θ[°]的平均计算(步骤S14)。例如，对将步骤S1~S13反复进行例如16次左右而得到的距离L[mm]及V会聚角θ[°]进行平均计算，优选进行移动平均计算。然后，判断通过步骤S 14的平均计算而得到的距离L[mm]以及V会聚角θ[°]是否满足上述式(4)(步骤S15)。
在步骤S15中判断部103判断为距离L[mm]以及V会聚角θ[°]不满足上述式(4)的情况下，控制部104以满足上述式(4)的方式、改变向接触片7、感应线圈这样的焊接装置的施加电压(或频率)而控制输入热量(步骤S16)。即，在距离L变得小于Lmin(θ/θst)-0.15的情况下提高输入热量，在距离L成为35[mm]的情况下降低输入热量，以满足上述式(4)的方式控制输入热量。另外，在距离L满足上述式(4)的情况下，以输入热量被维持原样的方式控制输入热量。在步骤S16之后，再次返回步骤S1，反复进行输入热量的控制，直到焊接结束。另外，该从步骤S1到步骤S16的处理，优选每隔一定间隔(例如每隔摄影间隔)来进行。
另外，在步骤S17中，建立异常标志。之后，在步骤S18中，判断是否连续例如25帧以上地建立了异常标志。在步骤S18中，在异常标志的连续帧数未达到例如25次的情况下(“否”)，再次返回步骤S1。此外，在步骤S18中，在连续例如25帧以上地建立了异常标志的情况下(“是”)，在步骤S19中输出异常警报。并且，在该步骤S19之后，再次返回步骤S1。
另外，所检测的距离L[mm]以及V会聚角θ[°]的平均次数或移动平均次数不限制于16次，能够根据焊机、钢板的品种而适宜变更。同样，用于输出异常警报的异常标志的连续帧数不限制于25帧，能够根据焊机、钢板的品种而适宜变更。
如此，在本实施方式中，不仅能够在操作时对接距离h进行了时间变动(增加)的情况下防止冷接缺陷、烧化缺陷，而且能够仅使用上述距离L及V会聚角θ来控制输入热量，因此还能够稳定且高效率地进行焊接。
并且，使用图1的电焊钢管的制造设备，从钢板制作了钢管。
表1表示满足上述式(4)的例子(实施例)和不满足上述式(4)的例子(比较例)。
此处，t为钢板的板厚[mm]，V为焊接速度[mpm]，EpIp为输入功率[kW]。例如，在实施例No.1中，距离L为29.7[mm]，下限值Lmin(θ/θst)-0.15为4.9[mm]，因此距离L满足上述式(4)(4.9≤29.7≤35)。此外，例如在实施例No.11中，距离L为34.8[mm]，下限值Lmin(θ/θst)-0.15为4.3[mm]，因此虽然距离L接近上限值35[mm]，但距离L满足上述式(4)(4.3≤34.8≤35)。同样，在实施例No.3~13中，距离L满足上述式(4)。因此，在这些实施例No.1~13中，焊接现象类型为理想的焊接状态C。
另一方面，例如在比较例No.14中，距离L为0.2[mm]，低于作为下限值Lmin(θ/θst)-0.15的4.9[mm]。该情况下的焊接现象类型是由于输入热量不足而有可能产生由熔融不足引起的冷接缺陷的焊接状态A。同样，在比较例No.15、16、18、19、22、23、25、26、27、29、30中，距离L小于下限值Lmin(θ/θst)-0.15，因此焊接现象类型是输入热量不足的焊接状态A或焊接状态B。
此外，例如在比较例No.31中，距离L为37.6[mm]，超过上限值35[mm]。该情况下的焊接现象类型是由于输入热量过量而产生冷接缺陷以及由于焊接部在一部分氧化了的状态下被压接而产生的烧化缺陷的焊接状态D。同样，在比较例No.17、20、21、24、28、32中，距离L大于上限值35[mm]，因此焊接现象为输入热量过量的焊接状态D。
[表1]
如上所述那样，通过基于考虑了V会聚角θ的时间变动的式(4)来对直缝焊接的操作进行管理，由此即使在对接距离h超过0.3[mm]那样的对接状态下，也能够进行没有冷接缺陷及烧化缺陷的直缝焊接。
本发明的直缝焊接的操作管理装置，具体地说能够由具备CPU、ROM、RAM等的计算机系统构成，并通过CPU执行程序来实现。此外，本发明的直缝焊接的操作管理装置，可以由一个装置构成，也可以由多个设备构成。
此外，通过将记录了实现上述带状体的直缝焊接的操作管理功能的软件的程序代码的存储介质向系统或装置进行供给，由此也能够实现本发明的目的。在该情况下，从存储介质读出的程序代码本身实现上述实施方式的功能，程序代码本身及存储了该程序代码的存储介质构成本发明。作为供给程序代码的存储介质，例如能够使用软盘、硬盘、光盘、光磁盘、CD-ROM、CD-R、磁带、非易失性的存储卡、ROM等。
工业可利用性
基于考虑了V会聚角的时间变动的条件来对直缝焊接的操作进行管理，能够进行在大范围的对接状态下没有冷接缺陷及烧化缺陷的直缝焊接。
符号的说明
101输入部
102测定部
102a第一检测部
102b第二检测部
102c运算部
103判断部
104控制部

Claims (6)

1.一种高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理装置，是进行高频电阻焊接或感应加热焊接的操作管理的装置，该高频电阻焊接或感应加热焊接为，在输送带状的金属板的同时、以使其两端部逐渐相互对置的方式成形为圆筒状，并且对该两端部相互对置而对接的部分即V字会聚部进行焊接，该操作管理装置的特征在于，具备：
测定部，基于包括上述V字会聚部的区域的图像，测定上述金属板的上述两端部几何相交的第一V会聚点与上述金属板的上述两端部的对接点即第二V会聚点之间的距离L[mm]以及在该第一V会聚点的V会聚角θ[°]；以及
判断部，判断上述距离L[mm]以及上述V会聚角θ[°]是否满足下式(1)，
Lmin(θ/θst)-0.15≤L≤35…(1)
Lmin[mm]：预先设定的基准距离
θst[°]：预先设定的基准角度。
2.如权利要求1所述的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理装置，其特征在于，
进一步具备控制部，该控制部将输入热量控制为，由上述测定部测定的距离L[mm]以及V会聚角θ[°]满足上述式(1)。
3.如权利要求1或2所述的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理装置，其特征在于，
上述测定部具备第一检测部，该第一检测部将上述图像二值化而生成二值化图像，从该二值化图像中确定上述金属板的上述两端部，在形成V字的同时会聚的方向的规定范围内，将上述金属板的上述两端部直线近似而生成两条近似直线，将这两条近似直线的交点检测作为上述第一V会聚点。
4.如权利要求1或2所述的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理装置，其特征在于，
上述测定部具备第二检测部，该第二检测部将上述图像二值化而生成二值化图像，从该二值化图像中检测上述第二V会聚点。
5.如权利要求1或2所述的高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理装置，其特征在于，
上述测定部具备：
第一检测部，将上述图像二值化而生成二值化图像，从该二值化图像中确定上述金属板的上述两端部，在形成V字的同时会聚的方向的规定范围内，将上述金属板的上述两端部直线近似而生成两条近似直线，将这两条近似直线的交点检测作为上述第一V会聚点；以及
第二检测部，将上述图像二值化而生成二值化图像，从该二值化图像中检测上述第二V会聚点。
6.一种高频电阻焊接及感应加热焊接的操作管理方法，是进行高频电阻焊接或感应加热焊接的操作管理的方法，该高频电阻焊接或感应加热焊接为，在输送带状的金属板的同时、以使其两端部逐渐相互对置的方式成形为圆筒状，并且对该两端部相互对置而对接的部分即V字会聚部进行焊接，该操作管理方法的特征在于，
通过摄影装置对包括上述V字会聚部的区域进行摄影而生成图像；
基于上述图像，测定上述金属板的上述两端部几何相交的第一V会聚点与上述金属板的上述两端部的对接点即第二V会聚点之间的距离L[mm]以及在该第一V会聚点的V会聚角θ[°]；以及
判断上述距离L[mm]以及上述V会聚角θ[°]是否满足下式(2)，
Lmin(θ/θst)-0.15≤L≤35…(2)
Lmin[mm]：预先设定的基准距离
θst[°]：预先设定的基准角度。
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