CN103930233A - 缝焊操作的监视装置、方法、程序以及存储介质 - Google Patents

Abstract

一种缝焊操作的监视装置，是一边运送带状的钢板一边利用辊群将该钢板连续地成形为圆筒状，使收敛为V字状的所述钢板的周向两端部加热熔融并对接的缝焊操作的监视装置，其具备：图像取得部，该图像取得部取得包含所述周向两端部收敛为所述V字状的部位即V收敛部位的区域的图像；检测对接点的对接点检测部和检测V收敛点的V收敛点检测部中的任一方；测温区域设定部，该测温区域设定部设定包含所述钢板的板厚内部的熔融部分开始排出到表面的焊接区的测温区域；计算辉度水平的辉度水平运算部；变换为温度的温度变换部；以及判定部，该判定部判定所述测温区域的温度是否为规定的下限值以上。

Description

缝焊操作的监视装置、方法、程序以及存储介质

技术领域

在石油或天然气用管线管、油井管、原子能用、地热用、化学设备用、机械结构用的管以及一般配管用等广泛的领域中使用缝焊钢管(电焊钢管)。

本发明涉及在缝焊钢管制造设备中，对缝焊(高频电阻焊、感应加热焊接等)进行监视的操作监视装置、方法、程序以及存储介质，该缝焊是一边运送钢板一边利用辊群使钢板连续地成形为圆筒状，使收敛(合拢)为V字状的周向两端部加热熔融而对接。

本申请基于在2011年11月9日在日本提出申请的专利申请2011-245677号要求优先权，在此援引其内容。

背景技术

在缝焊钢管的制造设备中，一边运送带状的钢板一边利用辊群连续地使钢板成形为圆筒状，使收敛为V字状的周向两端部加热熔融而对接。

为了对这样的缝焊的操作进行监视、控制，需要使钢板的周向两端部对接后的焊接区的熔融充分，达到钢板的熔点温度而熔融这一证明(以下，称为熔融证明)，为此要求实时测定焊接区的准确的温度。在此提到的焊接区，表示被加热熔融了的钢材对接后，被夹紧辊加压，熔融部从板厚内部开始排出到钢材表面的部位。

以往，利用辐射温度计，在钢板的周向两端部的对接部周边的规定的区域测定温度。在这种情况下，由于有时焊接区在宽度方向、长度方向上变动，因此将规定的区域设定得较宽，测定该区域中的例如平均温度。

然而，当将规定的区域设定得较宽时，由于也包含了低温区域，因此在规定的区域中的平均温度成为比钢材的熔点低的温度。另外，由于低温区域的面积根据投入热量、板厚等而变化，因此不能说是焊接区的准确的温度测定，无法成为熔融证明。

另外，作为为了对缝焊进行控制而利用摄像装置的技术，例如专利文献1所记载的钢管材的加热装置以及方法是利用摄像装置，将焊接区的板厚方向、以及钢板的端面的长度方向的二维的辉度分布作为图像进行采集，对从摄像装置输出的辉度分布图像进行图像处理而提取对接面。然后，利用辐射测温技术，通过例如按像素进行从辉度值向温度的变换，获得对接面的板厚方向的温度分布。

然而，钢板的辐射辉度存在方向依赖性，例如如图19所示，存在辐射辉度变高的角度。在图19中，ε_n是垂直辐射率，ε(θ)表示θ方向辐射率。在专利文献1的拍摄配置中，必须从辐射辉度的角度依赖性变大的低角度对钢材进行拍摄。另一方面，在实际工艺中，收敛角、对接面因辊的偏心、成形变动等而随时间变动，因此，伴随着针对钢材的拍摄光学系统的相对位置变化，辐射辉度较强地变动。因此，在该方法中，只是能够从拍摄的辉度水平(辉度级)测定板厚方向的相对的分布，难以测定绝对温度。

接着，例如在专利文献2中，公开了如下的缝焊部的监视方法：在从焊接点向下游侧离开20～500mm的位置将作为监视区域而预先设定的、大致与焊接线正交的线状区域的辉度分布作为辉度传感器的通过拍摄所得到的图像信号来捕捉，对此进行监视。

然而，在从焊接点向下游侧离开20～500mm的位置、即在从焊接结束的位置离开的下游侧的监视中，即使能够检测到微小的焊接缺陷，也难以防止判定焊接区是否达到了熔融温度的冷接缺陷。另外，由于是在焊接点的下游侧的位置的测定，因此是在表层局部地正在形成氧化膜的状态，没有对熔融部从准确的温度板厚内部排出到钢材表面而在板表面最终接合的焊接区进行测定。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2009-113070号公报

专利文献2：日本国特开2011-036892号公报

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于，稳定地、精度良好地实时测定包含熔融的钢材通过夹紧辊的加压而从板厚内部开始排出到表面的焊接区的测温区域的温度，能够进行避免存在未熔融的可能性的焊接条件的熔融证明。由此能够进行设定为良好的焊接条件的操作控制，因此能够抑制由未熔融所引起的不良部的产生。

本发明人为了解决上述问题并达到相关目的，采用了以下方案。

(1)本发明的第一方式涉及的缝焊操作的监视装置，是一边运送带状的钢板一边利用辊群将该钢板连续地成形为圆筒状，使收敛为V字状的所述钢板的周向两端部加热熔融从而对接的缝焊操作的监视装置，其具备：图像取得部，其通过从成形为所述圆筒状时的所述钢板的外表面侧以及内表面侧的至少一方进行拍摄，取得包含所述周向两端部收敛为所述V字状的部位即V收敛部位的区域的图像；对接点检测部和V收敛点检测部中的任一方，所述对接点检测部基于由所述图像取得部取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的对接点，所述V收敛点检测部基于由所述图像取得部取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的几何学上的收敛点即V收敛点；测温区域设定部，其基于由所述对接点检测部检测到的所述对接点的位置和由所述V收敛点检测部检测到的所述V收敛点的位置中的任一方，设定包含所述钢板的板厚内部的熔融部分开始排出到表面的焊接区的测温区域；辉度水平运算部，其计算由所述测温区域设定部设定的所述测温区域的辉度水平；温度变换部，其基于预先设定的温度变换数据，将由所述辉度水平运算部计算出的所述测温区域的所述辉度水平变换为所述测温区域的温度；以及判定部，其判定所述测温区域的温度是否为规定的下限值以上。

(2)在上述(1)所记载的缝焊操作的监视装置中，在利用所述对接点检测部检测所述对接点的情况下，所述测温区域设定部，可以设想在距所述对接点的位置为一定距离的下游侧有所述焊接区，以包含所述焊接区的方式设定所述测温区域。

(3)在上述(2)所记载的缝焊操作的监视装置中，也可以是：在利用所述对接点检测部检测所述对接点的情况下，所述对接点检测部基于由所述图像取得部取得的所述图像，一次检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的所述对接点；基于由所述图像取得部取得的所述图像，将收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部进行直线近似，并判定在这些近似直线相交而成的V收敛角的平分线的延长线上是否有所述V收敛部位的下游侧顶端被截断的部分即截断区域；在判定为没有所述截断区域的情况下，将一次检测到的所述对接点检测作为所述对接点，另一方面，在判定为有所述截断区域的情况下，将所述截断区域的最下游点检测作为所述对接点。

(4)在上述(1)～(3)的任一项所记载的缝焊操作的监视装置中，也可以进一步具备掩模图像生成部，该掩模图像生成部生成用于从由所述图像取得部取得的所述图像将所述辉度水平为规定值以上的高辉度水平区域除外的掩模图像。

(5)本发明的第二方式涉及的缝焊操作的监视方法，是一边运送带状的钢板一边利用辊群将该钢板连续地成形为圆筒状，使收敛为V字状的所述钢板的周向两端部加热熔融从而对接的缝焊操作的监视方法，其具有：图像取得步骤，该步骤通过从成形为所述圆筒状时的所述钢板的外表面侧以及内表面侧的至少一方进行拍摄，取得包含所述周向两端部收敛为所述V字状的部位即V收敛部位的区域的图像；对接点检测步骤以及V收敛点检测步骤中的任一方，所述对接点检测步骤基于在所述图像取得步骤中取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的对接点，所述V收敛点检测步骤基于在所述图像取得步骤中取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的几何学上的收敛点即V收敛点；测温区域设定步骤，该步骤基于在所述对接点检测步骤中检测到的所述对接点的位置以及在所述V收敛点检测步骤中检测到的所述V收敛点的位置中的任一方，设定包含所述钢板的板厚内部的熔融部分开始排出到表面的焊接区的测温区域；辉度水平运算步骤，该步骤计算在所述测温区域设定步骤中设定的所述测温区域的辉度水平；温度变换步骤，该步骤基于预先设定的温度变换数据，将在所述辉度水平运算步骤中计算出的所述测温区域的所述辉度水平变换为所述测温区域的温度；以及判定步骤，该步骤判定所述测温区域的温度是否为规定的下限值以上。

(6)本发明的第三方式涉及的程序，是用于对一边运送带状的钢板一边利用辊群将该钢板连续地成形为圆筒状、并使收敛为V字状的所述钢板的周向两端部加热熔融从而对接的缝焊操作进行监视的程序，其具备：图像取得部，其通过从成形为所述圆筒状时的所述钢板的外表面侧以及内表面侧的至少一方进行拍摄，取得包含所述周向两端部收敛为所述V字状的部位即V收敛部位的区域的图像；对接点检测部以及V收敛点检测部中的任一方，所述对接点检测部基于由所述图像取得部取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的对接点，所述V收敛点检测部基于由所述图像取得部取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的几何学上的收敛点即V收敛点；测温区域设定部，其基于由所述对接点检测部检测到的所述对接点的位置以及由所述V收敛点检测部检测到的所述V收敛点的位置中的任一方，设定包含所述钢板的板厚内部的熔融部分开始排出到表面的焊接区的测温区域；辉度水平运算部，其计算由所述测温区域设定部设定的所述测温区域的辉度水平；温度变换部，其基于预先设定的温度变换数据，将由所述辉度水平运算部计算出的所述测温区域的所述辉度水平变换为所述测温区域的温度；以及判定部，其判定所述测温区域的温度是否为规定的下限值以上。

(7)本发明的第四方式涉及的存储介质，是存储了上述(6)所记载的程序的存储介质。

根据上述(1)～(7)所记载的方式，能够以包含熔融的钢材从板厚内部开始排出到表面的焊接区的方式设定测温区域，因此能够稳定地、精度良好地实时测定该焊接区的温度，能够进行避免存在未熔融的可能性的焊接条件的熔融证明。由此能够进行设定为良好的焊接条件那样的操作控制，因此能够抑制由未熔融引起的不良部的产生。

附图说明

图1是表示缝焊钢管的制造设备以及第1实施方式涉及的缝焊的操作监视装置的构成的图。

图2是表示利用第1实施方式涉及的缝焊的操作监视装置的操作监视方法的流程图。

图3是表示图2的流程图的对接点检测处理的流程图。

图4是表示由拍摄装置得到的拍摄图像的示意图。

图5A是用于说明2段收敛现象以及测温区域的设定方法的第1图。

图5B是用于说明2段收敛现象以及测温区域的设定方法的第2图。

图5C是表示用于说明V收敛点、对接点、板厚内部的熔融部分开始排出到表面的焊接区、以及说明缝焊现象的图。

图6是表示温度变换数据的一例的图。

图7是用于说明作成温度变换数据的方法的图。

图8是表示钢板的焊接面的温度与时间的关系的特性图。

图9A是表示在第1实施方式中进行了图像处理以及对接点检测的图像的第1示意图。

图9B是表示在第1实施方式中进行了图像处理以及对接点检测的图像的第2示意图。

图9C是表示在第1实施方式中进行了图像处理以及对接点检测的图像的第3示意图。

图9D是表示在第1实施方式中进行了图像处理以及对接点检测的图像的第4示意图。

图10是表示V收敛部位的像点未被提取的二值化图像的一例的示意图。

图11A是表示用于说明图像的X方向与实际的钢板的运送方向错开的情况的图像的第1示意图。

图11B是表示用于说明图像的X方向与实际的钢板的运送方向错开的情况的图像的第2示意图。

图12A是表示在第2实施方式中进行了图像处理以及对接点检测的图像的第1示意图。

图12B是表示在第2实施方式中进行了图像处理以及对接点检测的图像的第2示意图。

图12C是表示在第2实施方式中进行了图像处理以及对接点检测的图像的第3示意图。

图13是表示利用第2实施方式涉及的缝焊的操作监视装置进行的操作监视方法的流程图。

图14A是表示在第3实施方式中进行了图像处理以及掩模图像的生成的图像的第1示意图。

图14B是表示在第3实施方式中进行了图像处理以及掩模图像的生成的图像的第2示意图。

图15是表示缝焊钢管的制造设备以及第3实施方式涉及的缝焊的操作监视装置的构成的图。

图16是表示利用第3实施方式涉及的缝焊的操作监视装置进行的操作监视方法的流程图。

图17是表示掩模图像的示意图。

图18是表示应用本发明设定测温区域，并对其温度进行了测定的实施例的结果的特性图。

图19是表示钢板的辐射辉度的方向依赖性的特性图。

图20是表示作为比较例设定测温区域，并对其温度进行了测定的比较例的结果的特性图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的合适的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

首先，参照图1，说明缝焊钢管的制造设备的概要。如图1所示，一边向方向3(运送方向)运送带状的钢板1，一边利用辊群(未图示)将钢板1连续地成形为圆筒状。并且，在成形为圆筒状的钢板1的内部配置二端阻抗元件6，一边利用一对接触片7(高频电阻焊)或感应线圈(未图示)(感应加热焊接)使高频电流5流动，一边利用夹紧辊2加压。由此，一边使钢板1的周向两端部4、4(以下也简称为端部)收敛为V字状一边使其加热熔融从而对接，能够将钢板1熔融接合(缝焊(ERW))。

在钢板1的上方配置有拍摄装置8，其拍摄成形为圆筒状的钢板1的外表面的、包含收敛为V字状的V收敛部位的区域的自然光图案(辐射图案)。拍摄装置8可使用例如1600×1200像素的3CCD型彩色相机，以拍摄视场为宽度30[mm]以上、长度为50～100[mm]、拍摄分辨率为50～100[μm/像素]、拍摄速率为30[fps]以上、曝光时间为1/5000[秒]以下的条件进行拍摄。由拍摄装置8得到的拍摄图像数据，被输入到缝焊的操作监视装置100。再者，也可以拍摄成形为圆筒状的钢板1的内表面的包含V收敛部位的区域的自然光图案。

在缝焊的操作监视装置100中，作为图像取得单元的输入部101，被输入由拍摄装置8得到的拍摄图像数据。从拍摄装置8输入以钢板1的运送方向为X方向、以钢板1的对接方向为Y方向的图像。在图4中，示出将由拍摄装置8得到的拍摄图像图示化后的示意图。在由拍摄装置8得到的拍摄图像中，显现出发光区域41，该发光区域41是沿着钢板1的两端部4、4成为高温的区域被作为自发光观测到的区域。并且，在运送方向的下游侧，两端部4、4的区域的一部分达到熔点以上而熔融，显现出由于电磁夹紧力而导致沿板宽度方向流出的波状的纹样。

图像处理部102，对输入到输入部101的图像实施红色成分提取处理、二值化处理等图像处理。

对接点检测部103，在由图像处理部102进行图像处理后的图像上检测收敛为V字状的钢板1的两端部4、4物理上对接(接触)的对接点V₂。如图5A、图5B中虚线所示，存在收敛为V字状的钢板1的两端部4、4几何学上相交的V收敛点V₁。然而，实际上，观测到如下的2段收敛现象：两端部4、4并不在该V收敛点V₁对接，而是在V收敛点V₁的下游侧存在钢板1的两端部4、4物理上对接的对接点V₂。

在线能量(热输入量)以外的条件相同的情况下，确认到：V收敛点V₁与对接点V₂的距离L₁根据线能量而变化，存在随着线能量变高距离L₁变长、即V收敛点V₁与对接点V₂远离的倾向。图5A、图5B是将2段收敛现象图示化后的图。如图5A所示，在线能量低的情况下，V收敛点V₁与对接点V₂变近。在该情况下，钢板1的端部4的板厚t中心部的熔融不充分，存在发生未熔融的可能性。相对于此，如图5B所示，若线能量变高，则V收敛点V₁与对接点V₂远离。通过谋求V收敛点V₁与对接点V₂的距离L₁合适化，钢板1的端部4的板厚t中心部的熔融变得合适，能够正常地进行焊接。

测温区域设定部104，基于由对接点检测部103检测到的对接点V₂的位置来设定测温区域52。本申请发明人反复专心研究的结果，如图5C所示，在使钢板1一边收敛为V字状一边熔融接合的情况下，在说明缝焊现象的2段收敛现象中，发生如下现象：在几何学上相交的V收敛点V₁的下游侧，通过高频加热熔融，从板边缘部熔融下去，熔融部因电磁夹紧力而向表面方向流动。本来的两方的板边缘部应该如图5C中的粗线E1那样在几何学上相交的V收敛点V₁对接。但是，在上述的熔融遍及板厚t整个区域的情况下，发生具有2种收敛角的现象，沿着图5C中的细线E2在比几何学上相交的V收敛点V₁靠下游侧存在物理上的对接点V₂。并且已知：在更下游侧，存在板厚t内部的熔融部分由于夹紧辊2的加压而开始排出到表面的焊接区V₃。以目视观察的方式测定距离的结果，确认出：在钢板1的板厚t等为相同条件的情况下，焊接区V₃的位置在实用的范围内与线能量无关，存在于距对接点V₂的位置为一定的距离L₂的下游侧。而且，由实验得知焊接区V₃的板表面基本平坦，明确了相对于作为以往的课题的钢板的辐射辉度的方向依赖性，能够准确地从辉度向温度变换。确认出：焊接区V₃的更下游侧的、焊接结束后的板厚t内部的熔融部分向表面排出的过程结束、表面的凝固开始的凝固部V₄，与焊接区V₃的板表面相比凹凸较大。

因此，测温区域设定部104，设想在距由对接点检测部103检测到的对接点V₂的位置为一定的距离L₂的下游侧有焊接区V₃，以包含焊接区V₃的方式设定测温区域52。在图5A、图5B的例子中，设定以距对接点V₂的位置为距离L的下游侧的位置为起点、沿X方向延伸的细长的矩形状的测温区域52，使焊接区V₃位于测温区域52的长度方向的中心。该距离L，基于过去的见解等，根据钢板1的板厚t等而准备多个，根据钢板1的板厚t等的操作条件来选择、设定即可。另外，预先按板厚t采集数据，根据钢板1的板厚t等的操作条件来设定测温区域52的长度以及宽度。

再者，在图5A、图5B的例子中，示出了以焊接区V₃位于测温区域52的长度方向的中心的方式设定距离L的例子，但并不限于此。举出一例，在焊接区V₃存在于距对接点V₂的位置为L₂＝10mm的下游侧的情况下，考虑到因图像处理引起的对接点V₂的偏差等，测温区域52，为距对接点V₂的位置为7.5～15mm的下游的范围，即L＝7.5mm，将测温区域52的长度设定为7.5mm。另外，考虑到发光区域41的宽度等，测温区域52的宽度设定为2mm。

或者，为了求得测温区域52，也可以不使用对接点V₂而是使用V收敛点V₁。经本申请发明人的研究确认到：若板厚t、管径为一定，则V收敛点V₁与对接点V₂的距离仅依赖于线能量。线能量能够根据施加于钢材的电压和电流测定，因此，若预先按板厚t、管径而使线能量变化来实测V收敛点V₁与对接点V₂的距离，将对接点V₂与焊接区V₃的距离L₂加到该实测值中，则能够获得与将对接点V₂作为基准的测温区域52的设定相同的效果。

辉度水平运算部105，基于通过拍摄装置8得到的拍摄图像数据，计算由测温区域设定部104设定的测温区域52的平均辉度水平。再者，在本实施方式中，计算测温区域52的平均辉度水平，但也可以计算最大辉度水平。

温度变换部106，基于作为预先设定的校正数据的温度变换数据，将由辉度水平运算部105计算出的测温区域52的平均辉度水平变换为温度。在图6中，表示温度变换数据的一例。在制作温度变换数据时，如图7所示，使用能够温度上升至钢材的熔点(虽取决于钢种，但为1500℃左右)附近的标准黑体炉9和标准辐射温度计10。与实际的拍摄条件(距离、光圈、快门速度、相机增益等)相应地将拍摄装置8设置在标准黑体炉9前，一边使标准黑体炉9的温度变化一边进行拍摄，并保存拍摄图像。并且，如图6所示，以在各温度下使用标准辐射温度计10测定到的辐射温度为横轴，以由辉度解析机11解析到的拍摄图像的辉度水平为纵轴，描绘两者的相关曲线。测定温度间使用下式所示的普朗克的辐射公式的系数(补偿值和倍率)进行校准补充。B_ν是从黑体辐射的电磁波的分光辐射辉度，ν是频率，T是温度，h是普朗克常数，k是玻尔兹曼常数，c是光速。

$B_v=\frac{2h{v}^3/c^2}{\exp [\mathrm{hv}/\mathrm{kT}]-1}$

通过在分光辐射辉度乘以修正系数而得到的值中加入相机的噪声水平而向辉度水平变换。这时，由于钢材的辐射率不是1，因此拍摄实际的包含钢板1的V收敛部位的区域的自然光图案，手动地提取测温区域来测定辉度水平，设为与熔融钢材的辉度水平相符合那样的修正系数，从而能够变换为考虑了辐射率的绝对温度。在钢板1的端部4的边缘设置热电偶并进行焊接，通过温度测定的实验室试验，如图8所示得知未温度上升至熔点以上。因此，测定由热电偶测定的温度变得没有上升之后的辉度水平、即在熔点的辉度水平，以与该辉度水平相符合的方式决定修正系数即可。再者，即使不设置热电偶，如果得知确实达到了熔点，则也能够测定辉度水平，并以与该辉度水平相符合的方式决定修正系数。

判定部107，判定由温度变换部106求得的测温区域52的温度是否为下限值以上。该下限值是用于判定线能量是否足够的阈值，在测温区域52的温度低于下限值的情况下，判定为线能量不足。

输出部108，将例如由各部101～107处理的图像显示于显示装置(未图示)。另外，在由判定部107判定为线能量不足的情况下，例如进行警报输出。

接着，参照图2，详细地说明利用第1实施方式涉及的缝焊的操作监视装置100进行的操作监视方法。以一定的时间间隔连续地进行利用拍摄装置8的拍摄，将拍摄到的一张图像称为帧。从拍摄装置8经由输入部101输入图像数据(步骤S1)，图像处理部102为了使对比度明显，从该图像数据提取红色成分(波长580～700nm)(步骤S2)。

接着，图像处理部102对在步骤S2中提取了红色成分的图像数据进行二值化处理(反转)(步骤S3)。在此，对于辉度水平为预先设定的阈值以上的像素代入「0」，对于低于一定值的像素代入「1」。此时的阈值设为相机的噪声水平和来自上轴的反射这样的外界干扰因素的水平以上，在能够捕捉到熔融部和钢材端部的形状的范围进行调整。例如，在熔融了的区域为255灰度且为160的水平，外界干扰因素为30的水平的情况下，选择40的水平程度。图9A中示出将二值化图像图示化后的示意图。

接着，对接点检测部103在步骤S3中生成的二值化图像上检测对接点V₂(步骤S4)。在图3中，示出步骤S4的对接点检测处理的具体例。首先，如图9B所示，进行按像点标注标志的标示处理(步骤S31)，判定是否提取出了与规定的条件一致的像点(步骤S32)。此处提到的像点是在二值化图像中「1」的像素相邻的上下左右的4像素或者包含斜向4像素的相邻8像素的任一个「1」，意指被连结而成一块的各个区域。另外，标示处理表示对各个像点标注相同的标志号而提取特定的像点，与提取图像内的位置(X坐标的最大点以及最小点、Y坐标的最大点以及最小点)、宽度、长度、面积等的处理一并进行。例如在图9B中，3个像点分别被标号为「1」、「2」和「3」，在步骤S32中如果存在与规定的条件一致的像点的话，则将该像点(此处为标志「2」)作为两端部4、4收敛为V字状的部位即V收敛部位的像点91提取(参照图9C)，并取得坐标、面积等的形状信息。例如图9A所示的二值化图像中，若存在与左端相接触、并且具有规定的面积条件的像点，则将其作为V收敛部位的像点91提取。作为规定的面积条件，设定例如像点的面积(的实际尺寸)为15～150mm²的条件和/或外接长方形的实际尺寸为25～320mm²的条件等即可。

若在步骤S32中提取出与规定的条件一致的像点，则如图9C所示，将该提取出的V收敛部位的像点91的顶端(即最下游点)检测作为对接点V₂(步骤S33)。再者，若在步骤S32中未提取出与规定的条件一致的像点，则树立异常标志(步骤S34)。在例如线能量低的情况下，由于V收敛部位的像点未被提取出(参照图10)，因此进入步骤S34。然后，对是否仅连续规定的帧数地树立了异常标志进行判定(步骤S35)，在仅连续规定的帧数地树立了异常标志的情况下，输出异常警报(步骤S36)。

返回至图2的说明，测温区域设定部104在步骤S3中生成的二值化图像上，设定以距在步骤S4中检测到的对接点V₂的位置距离为L的下游侧的位置为起点的测温区域52(步骤S5)。

如已述那样，测温区域52设定为具有根据钢板1的板厚t等的操作条件而设定的长度以及宽度的细长的矩形状。在该情况下，虽然可以使测温区域52仅为沿图像的X方向延伸的细长的矩形状，但在钢板1的运送过程中，有时钢板1会向运送方向的左右摆动、扭动，这时，如图11A所示，图像的X方向与实际的钢板1的运送方向错开。因此，若使测温区域52仅为沿图像的X方向延伸的细长的矩形状，则有时该矩形状的测温区域52相对于实际的钢板1的运送方向斜向错开。

因此，首先，在检测对接点V₂时使用的V收敛部位的像点91中，探察钢板1的两端部4、4。如将图9C放大的图9D所示，从通过V收敛部位的像点91的运送方向的最下游点且与图像的X方向平行的直线S₁在+Y方向以及-Y方向分别探察从「1」变为「0」的点，将该点作为钢板1的端部4。在收敛为V字状的方向(X方向)的规定的范围、例如从二值化图像的左端(运送方向的上游侧)至V收敛部位的像点91的顶端为止的范围之中的距左端2/3的范围内实行该探察。然后，在该规定的范围将钢板1的端部4、4进行直线近似，如图11B所示，在这些近似直线相交而成的V收敛角的平分线S₂的延长线上，设定沿该平分线S₂的方向延伸的细长的矩形状的测温区域52。

由此，能够避免矩形状的测温区域52相对于实际的钢板1的运送方向斜向错开这样的不良情况。

再者，上述规定的范围并不是总是设为“距左端2/3的范围”，在V收敛点V₁的位置由于操作条件而向运送方向的上游侧移动的情况下，设定为更小的值、例如1/2等，适当地设定合适的值即可。另外，在探察钢板1的端部4时，也可以例如从图9D所示的图像的Y方向的上下位置向内侧探察从「0」变为「1」的点。但是，可知V收敛部位的像点91出现在图像的Y方向的中央附近，从图像的最上位置以及最下位置开始探察会使处理浪费。因此，通过如上述那样从V收敛部位的像点91的内侧在+Y方向以及-Y方向探察从「1」变为「0」的点来缩短了处理时间。另外，在从图像的上下位置向内侧探察从「0」变为「1」的点的情况下，也能够通过标示处理得知V收敛部位的像点91的宽幅部(图像的左端)的Y方向位置，因此如果从该Y方向位置或者其附近向内侧探察从「0」变为「1」的点的话能够缩短处理时间。

返回至图2的说明，辉度水平运算部105，基于通过拍摄装置8得到的拍摄图像数据，计算在步骤S5中设定的测温区域52的平均辉度水平(步骤S6)。

接着，温度变换部106，基于预先设定的温度变换数据(参照图6)，将在步骤S6中计算出的测温区域52的平均辉度水平变换为温度(步骤S7)。

接着，判定部107对在步骤S7中求得的测温区域52的温度是否为下限值以上进行判定(步骤S8)。其结果，若测温区域52的温度为下限值以上则判定为正常，若低于下限值则判定为线能量不足。在测温区域52的温度低于下限值的情况下，输出部108进行输出警报等的异常输出(步骤S9)。该情况下，也可以只在下述情况下进行异常输出，所述情况是例如仅连续规定数的帧(例如10～15帧左右)或者规定时间(例如0.5秒左右)地测温区域52的温度低于下限值。也可以在进行异常输出后进行操作上的反馈控制。其结果，通过增加线能量削减不良部位能够提高成品率。

如上所述，能够以包含排出开始的点即焊接区V₃的方式设定作为测温区域的测温区域52。因此，无需将测温区域52设定得比需要的大，能够不包含低温区域。另外，能够基于从上方对测温区域52进行拍摄得到的图像测定温度，由于如图5B所示焊接区V₃不存在凹凸而是平坦的，因此，能够减少钢板的辐射辉度的方向依赖性的影响。由此，能够稳定地、精度良好地实时测定测温区域52的温度，进行避免存在未熔融的可能性的焊接条件的熔融证明。

(第2实施方式)

接着，参照图12A、图12B、图12C、图13，说明第2实施方式。在拍摄成形为圆筒状的钢板1的外表面的包含V收敛部位的区域的自然光图案时，有时会出现如下情况：辉度水平在V收敛部位的下游侧顶端不完全下降，被拍摄成V收敛部位的下游侧顶端被截断(隔断)了。在图12A、图12B、图12C中，示出将被拍摄成V收敛部位的下游侧顶端被截断了的图像的二值化图像图示化后的示意图。

在第2实施方式中，在像这样被拍摄成V收敛部位的下游侧顶端被截断了的图像中，也能够以包含焊接区V₃的方式准确地设定测温区域52。在此，将在图像上V收敛部位的下游侧顶端被截断了的部分称为截断区域122。如图12A、图12B、图12C所示，在V收敛部位的顶端存在截断区域122的情况下，对接点V₂不是表观上的V收敛部位121的顶端，而应该是截断区域122的最下游点。

以下，对第2实施方式详细叙述。再者，缝焊的操作监视装置100的构成与第1实施方式同样，在此省略其说明。

参照图13，详细地说明利用第2实施方式涉及的缝焊的操作监视装置100进行的操作监视方法。对与在第1实施方式中说明的图2的流程图同样的处理标注相同的附图标记，省略其详细的说明。从拍摄装置8经由输入部101输入图像数据(步骤S1)，图像处理部102从该图像数据提取红色成分(波长580～700nm)(步骤S2)，对提取了红色成分的图像数据进行二值化处理(反转)(步骤S3)。

接着，对接点检测部103在步骤S3中生成的二值化图像上，将表观上的V收敛部位121的顶端(即最下游点)一次检测作为对接点V₂′(步骤S10)。

接着，对接点检测部103在步骤S3中生成的二值化图像上，与在第1实施方式中所做的说明同样地(参照图11A、11B)，在规定的范围将钢板1的端部4、4进行直线近似，检测这些近似直线相交而成的V收敛角的平分线S₂(步骤S11)。然后，对在该平分线S₂的延长线上是否有截断区域122、即V收敛部位的顶端是否被截断进行判定(步骤S12)。该判定是通过沿着V收敛角的平分线S₂是否有例如纵横比为0.5以下的在运送方向上细长的像点来进行判定。

在步骤S12中判定为有截断区域122的情况下，进入步骤S13，将该截断区域122的顶端(即最下游点)检出作为对接点V₂后，进入步骤S5。相对于此，在步骤S12中判定为不存在截断区域122的情况下，将在步骤S10中一次检测到的对接点V₂′设为对接点V₂，进入步骤S5。

接着，测温区域设定部104以距在步骤S10或S13中检测到的对接点V₂的位置距离为L的下游侧的位置为起点设定测温区域52(步骤S5)。然后，辉度水平运算部105计算测温区域52的平均辉度水平(步骤S6)，温度变换部106基于预先设定的温度变换数据变换为温度(步骤S7)。

接着，判定部107对在步骤S7中求得的测温区域52的温度是否为下限值以上进行判定(步骤S8)。其结果，若测温区域52的温度为下限值以上则判定为正常，若低于下限值则判定为线能量不足。在测温区域52的温度低于下限值的情况下，输出部108进行输出警报等的异常输出(步骤S9)。也可以在进行异常输出后，进行操作上的反馈控制，增加线能量从而削减不良部位，提高成品率。

(第3实施方式)

接着，参照图14A～图17，说明第3实施方式。在拍摄成形为圆筒状的钢板1的外表面的包含V收敛部位的区域的自然光图案时，如图14A所示，有时会映入电弧、飞溅物，而在拍摄图像中出现显示例如焊接区的1.5倍以上的较高的辉度水平的高辉度水平区域131、132。另外，起因于钢板的辐射辉度的方向依赖性(参照图19)，有时也会在拍摄图像中沿着钢板1的端部4那样出现辉度水平比实际温度高的线状区域133。若在测温区域52中包含由这些电弧、飞溅物、钢板的辐射辉度的方向依赖性所引起的高辉度水平区域131～133，则测温区域52的平均辉度水平变高，无法准确地测定测温区域52的温度。

在第3实施方式中，通过排除成为这样地测定温度时的妨碍因素的辉度高的区域131～133，能够准确地测定测温区域52的温度。

以下，对第3实施方式详细叙述。如图15所示，第3实施方式涉及的缝焊的操作监视装置200，基本上与第1实施方式的缝焊的操作监视装置100同样，但还具备生成用于排除高辉度水平区域的掩模图像的掩模图像生成部109。

参照图16，详细地说明利用第3实施方式涉及的缝焊的操作监视装置200进行的操作监视方法。对与在第1实施方式中说明的图2的流程图同样的处理标注相同的附图标记，省略其详细的说明。从拍摄装置8经由输入部101输入图像数据(步骤S1)，图像处理部102从该图像数据提取红色成分(波长580～700nm)(步骤S2)，对提取了红色成分的图像数据进行二值化处理(反转)(步骤S3)。

另外，掩模图像生成部109从经由输入部101输入的图像数据提取蓝色成分(波长400～500nm)或绿色成分(波长500～580nm)(步骤S14)，进行二值化而形成为掩模图像(步骤S15)。通过这样地提取蓝色成分(波长400～500nm)或绿色成分(波长500～580nm)，能够仅提取高辉度水平区域131～133。在图14B和图17中示出将掩模图像图示化后的示意图。

接着，对接点检测部103在步骤S3中生成的二值化图像上检测对接点V₂(步骤S4)，以距在步骤S4中检测到的对接点V₂的位置距离为L的下游侧的位置为起点设定测温区域52(步骤S5)。

接着，辉度水平运算部105计算在步骤S5中设定的测温区域52的平均辉度水平(步骤S6)。这时，若在步骤S5中设定的测温区域52包含在步骤S15中生成的掩模图像中所出现的辉度较高的区域131～133，则将该辉度较高的区域131～133排除，计算剩下的区域的平均辉度水平。

接着，温度变换部106基于预先设定的温度变换数据(参照图6)，将在步骤S6中计算出的测温区域52的平均辉度水平变换为温度(步骤S7)。

接着，判定部107对在步骤S7中求得的测温区域52的温度是否为下限值以上进行判定(步骤S8)。其结果，若测温区域52的温度为下限值以上则判定为正常，若低于下限值则判定为线能量不足。在测温区域52的温度低于下限值的情况下，输出部108进行警报输出等的异常输出(步骤S9)。也可以在进行异常输出后，进行操作上的反馈控制，通过增加线能量削减不良部位从而提高成品率。

以上，与各种实施方式一起说明了本发明，但本发明并不仅限于这些实施方式，能够在本发明的范围内做出变更等。例如在上述实施方式中说明的图像处理只不过是一例，只要是适于检测对接点V₂、检测V收敛角的平分线S₂的图像处理即可。

本发明的缝焊的操作监视装置，具体而言能够由具备CPU、ROM、RAM等的计算机系统构成，通过CPU执行程序来实现。本发明的缝焊的操作监视装置既可以由一个装置构成，也可以由多个设备构成。

另外，本发明的目的也可以通过将存储有实现上述的缝焊的操作监视功能的软件的程序编码的存储介质供给到系统或者装置而达到。该情况下，从存储介质读取的程序编码自身实现上述的实施方式的功能，程序编码自身以及存储有该程序编码的存储介质构成本发明。作为用于供给程序编码的存储介质，能够使用例如软盘、硬盘、光盘、光磁盘、CD-ROM、CD-R、磁带、非易失性存储卡、ROM等。

[实施例]

为了验证本发明的效果，设定包含熔融了的钢材通过夹紧辊的加压而从板厚内部开始排出到表面的焊接区的测温区域52，对其温度进行测定后的实施例的结果示于图18。操作条件是，API(American PetroleumInstitute)规格5LX-65、尺寸：外径406.4mmφ、板厚：9.5mm、焊接速度：19mpm。横轴表示时间，纵轴表示在测温区域52的测定温度。线能量根据过去的知识设定为合适的线能量，但在时间t₁～t₂降低线能量而设定为线能量不足的状态。如在该图中所示，若为合适的线能量，则从热输入开始经过规定的时间，在测温区域52的测定温度在钢材的熔点附近推移。并且，当变为线能量不足时(时间t₁～t₂)，在测温区域52的测定温度变低。由此得知，能够将在测温区域52的测定温度利用作为避免存在未熔融的可能性的焊接条件的熔融证明。

[比较例]

将凝固部V₄的部位作为测温区域，该凝固部V₄的部位是比本发明的测温区域52靠下游的、焊接结束后的板厚t内部的熔融部分排出到表面的过程结束、表面的凝固开始的部位，在图20中示出对其温度进行测定后的比较例的结果。该测温区域设定在距焊接区V₃为25mm左右的下游侧，相当于专利文献2中记载的区域。操作条件与实施例相同，API(AmericanPetro`eum Institute)规格5LX-65、尺寸：外径406.4mmφ、板厚：9.5mm、焊接速度：19mpm。横轴表示时间，纵轴表示在测温区域的测定温度。线能量根据过去的知识设定为合适的线能量，但在钢材的熔点附近或者低于熔点的温度下成为不稳定地推移的结果。该测定区域与测温区域52的焊接区V₃相比，不仅表面的凹凸较大，还在表层局部地产生辐射率不同的氧化膜，由此认为温度测定值变得不稳定。因此，根据比焊接区V₃靠下游的凝固部V₄的温度测定结果，若测温区域向下游偏移，则温度测定值的变动变大。并且，实际上存在焊接异常的部位和正常地进行焊接的部位的区分变得困难。这样由实施例与比较例的结果来看，通过限定于包含焊接区V₃的区域来进行测定，能够实现稳定的温度测定以及熔融证明。

产业上的利用可能性

根据本发明，能够以包含熔融的钢材从板厚内部开始排出到表面的焊接区的方式设定测温区域，因此能够稳定地、精度良好地实时测定该焊接区的温度，能够进行避免存在未熔融的可能性的焊接条件的熔融证明。由此能够进行设定为良好的焊接条件那样的操作控制，因此能够抑制由未熔融引起的不良部的产生。

附图标记说明

1：    钢板

2：    夹紧辊

3：    方向

4：    周向两端部

5：    高频电流

6：    二端阻抗元件

7：    接触片

8：    拍摄装置

9：    标准黑体炉

10：   标准辐射温度计

11：   辉度解析机

41：   发光区域

52：   测温区域

91：   像点

100：  缝焊的操作监视装置

101：  输入部

102：  图像处理部

103：  对接点检测部

104：  测温区域设定部

105：  辉度水平运算部

106：  温度变换部

107：  判定部

108：  输出部

109：  掩模图像生成部

121：  表观上的V收敛部位

122：  截断区域

131：  高辉度水平区域

132：  高辉度水平区域

133：  高辉度水平区域(线状区域)

200：  缝焊的操作监视装置

L：    对接点V₂与测温区域52的距离

L₁：   V收敛点V₁与对接点V₂的距离

L₂：   对接点V₂与焊接区V₃的距离

E1：   粗线

E2：   细线

S₁：   直线

S₂：   平分线

t：    板厚

V₁：   V收敛点

V₂：   对接点

V₂′： 对接点

V₃：   板厚内部的熔融部分开始排出到表面的焊接区

V₄：   板厚表面的凝固开始的凝固部

Claims (7)

1.一种缝焊操作的监视装置，是一边运送带状的钢板一边利用辊群将该钢板连续地成形为圆筒状，使收敛为V字状的所述钢板的周向两端部加热熔融从而对接的缝焊操作的监视装置，其特征在于，具备：

图像取得部，其通过从成形为所述圆筒状时的所述钢板的外表面侧以及内表面侧的至少一方进行拍摄，取得包含所述周向两端部收敛为所述V字状的部位即V收敛部位的区域的图像；

对接点检测部和V收敛点检测部中的任一方，所述对接点检测部基于由所述图像取得部取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的对接点，所述V收敛点检测部基于由所述图像取得部取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的几何学上的收敛点即V收敛点；

测温区域设定部，其基于由所述对接点检测部检测到的所述对接点的位置和由所述V收敛点检测部检测到的所述V收敛点的位置中的任一方设定测温区域，所述测温区域包含所述钢板的板厚内部的熔融部分开始排出到表面的焊接区；

辉度水平运算部，其计算由所述测温区域设定部设定的所述测温区域的辉度水平；

温度变换部，其基于预先设定的温度变换数据，将由所述辉度水平运算部计算出的所述测温区域的所述辉度水平变换为所述测温区域的温度；以及

判定部，其判定所述测温区域的温度是否为规定的下限值以上。

2.根据权利要求1所述的缝焊操作的监视装置，其特征在于，在利用所述对接点检测部检测所述对接点的情况下，所述测温区域设定部，设想在距所述对接点的位置为一定距离的下游侧有所述焊接区，以包含所述焊接区的方式设定所述测温区域。

3.根据权利要求2所述的缝焊操作的监视装置，其特征在于，

在利用所述对接点检测部检测所述对接点的情况下，所述对接点检测部基于由所述图像取得部取得的所述图像，一次检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的所述对接点；基于由所述图像取得部取得的所述图像，将收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部进行直线近似，并判定在这些近似直线相交而成的V收敛角的平分线的延长线上是否有所述V收敛部位的下游侧顶端被截断的部分即截断区域；在判定为没有所述截断区域的情况下，将一次检测到的所述对接点检测作为所述对接点，另一方面，在判定为有所述截断区域的情况下，将所述截断区域的最下游点检测作为所述对接点。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的缝焊操作的监视装置，其特征在于，进一步具备掩模图像生成部，该掩模图像生成部生成用于从由所述图像取得部取得的所述图像将所述辉度水平为规定值以上的高辉度水平区域除外的掩模图像。

5.一种缝焊操作的监视方法，是一边运送带状的钢板一边利用辊群将该钢板连续地成形为圆筒状，使收敛为V字状的所述钢板的周向两端部加热熔融从而对接的缝焊操作的监视方法，其特征在于，具有：

图像取得步骤，该步骤通过从成形为所述圆筒状时的所述钢板的外表面侧以及内表面侧的至少一方进行拍摄，取得包含所述周向两端部收敛为所述V字状的部位即V收敛部位的区域的图像；

对接点检测步骤以及V收敛点检测步骤中的任一方，所述对接点检测步骤基于在所述图像取得步骤中取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的对接点，所述V收敛点检测步骤基于在所述图像取得步骤中取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的几何学上的收敛点即V收敛点；

测温区域设定步骤，该步骤基于在所述对接点检测步骤中检测到的所述对接点的位置以及在所述V收敛点检测步骤中检测到的所述V收敛点的位置中的任一方设定测温区域，所述测温区域包含所述钢板的板厚内部的熔融部分开始排出到表面的焊接区；

辉度水平运算步骤，该步骤计算在所述测温区域设定步骤中设定的所述测温区域的辉度水平；

温度变换步骤，该步骤基于预先设定的温度变换数据，将在所述辉度水平运算步骤中计算出的所述测温区域的所述辉度水平变换为所述测温区域的温度；以及

判定步骤，该步骤判定所述测温区域的温度是否为规定的下限值以上。

6.一种程序，是用于对一边运送带状的钢板一边利用辊群将该钢板连续地成形为圆筒状，并使收敛为V字状的所述钢板的周向两端部加热熔融从而对接的缝焊操作进行监视的程序，其特征在于，具备：

图像取得部，其通过从成形为所述圆筒状时的所述钢板的外表面侧以及内表面侧的至少一方进行拍摄，取得包含所述周向两端部收敛为所述V字状的部位即V收敛部位的区域的图像；

对接点检测部以及V收敛点检测部中的任一方，所述对接点检测部基于由所述图像取得部取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的对接点，所述V收敛点检测部基于由所述图像取得部取得的所述图像，检测收敛为所述V字状的所述钢板的所述周向两端部的几何学上的收敛点即V收敛点；

测温区域设定部，其基于由所述对接点检测部检测到的所述对接点的位置以及由所述V收敛点检测部检测到的所述V收敛点的位置中的任一方设定测温区域，所述测温区域包含所述钢板的板厚内部的熔融部分开始排出到表面的焊接区；

辉度水平运算部，其计算由所述测温区域设定部设定的所述测温区域的辉度水平；

温度变换部，其基于预先设定的温度变换数据，将由所述辉度水平运算部计算出的所述测温区域的所述辉度水平变换为所述测温区域的温度；以及

判定部，其判定所述测温区域的温度是否为规定的下限值以上。

7.一种存储介质，其特征在于，存储了权利要求6所述的程序。