CN106537137B - 超声波探伤装置及超声波探伤方法 - Google Patents
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Abstract
超声波探伤装置(1)具备：超声波探伤用传感头(11)，设置在焊缝检测部(13)的下游侧；焊缝位置运算部(14a)，使用由焊缝检测部(13)拍摄到的焊接焊缝部的热图像来运算电焊钢管(P)的焊缝位置及焊道切削位置；焊道切削带检测部(15)，设置在超声波探伤用传感头(11)的紧前或紧后，并检测电焊钢管(P)的焊道切削带；焊道切削位置运算部(14c)，基于由焊道切削带检测部(15)检测到的焊道切削带来运算电焊钢管(P)的焊道切削位置；及跟踪移动量运算部(14d)，使用由焊缝位置运算部(14a)运算出的焊缝位置及焊道切削位置和由焊道切削位置运算部(14c)运算出的焊道切削位置来运算超声波探伤用传感头(11)的跟踪移动量。
Description
技术领域
本发明涉及对电焊钢管的焊接焊缝部进行超声波探伤的超声波探伤装置及超声波探伤方法。
背景技术
通常，电焊钢管通过将钢板成形为管状并且一边将钢板的宽度方向两端部相互压紧一边进行焊接接合这样的工艺来制造。在这样的电焊钢管的制造工艺中，为了得到良好的焊接品质，电焊钢管利用超声波探伤装置对焊接焊缝部进行超声波探伤，通过焊缝退火炉对焊接焊缝部实施退火处理(对于因焊接而接近于淬火状态的焊接焊缝部进行回火的处理)，由此进行产品化。
在对焊接焊缝部进行超声波探伤时，通常，在焊道的切削后或水压试验后，对于焊接焊缝部实施使超声波信号倾斜地入射的斜角探伤。在斜角探伤中，为了使超声波信号向焊接焊缝部入射，需要将具备超声波探头的传感头相对于焊接焊缝部定位来进行超声波探伤。尤其是在使用聚焦的超声波信号的情况下，超声波信号的焦点深度缩短，因此其定位要求精密度。
然而，电焊钢管在制造生产线上承受各种力，因此焊接焊缝部并非一定位于传感头的中心线上，也存在相对于传感头的中心线而沿管周方向偏移的情况。因此，提案了如下技术：使用来自存在于焊接焊缝部的缺陷的超声波反射信号的焊缝位置检测技术(参照专利文献1)；根据由红外线相机拍摄电焊钢管的焊接焊缝部而得到的温度分布来检测焊缝位置，进而使用来自存在于焊接焊缝部的对品质没有影响的微小氧化物的超声波反射信号对焊缝位置进行校正的技术(参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-227060号公报
专利文献2：日本特开2009-222408号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，专利文献1、2记载的技术都是基于在电焊钢管的焊接焊缝部附近将超声波信号电子性地或机械性地沿管周方向扫描而得到的、来自存在于焊接焊缝部的对品质没有影响的微小氧化物的超声波反射信号，来检测焊缝位置。因此，根据专利文献1、2记载的技术，在焊接焊缝部不存在微小氧化物的情况下，无法检测焊缝位置。
本发明鉴于上述课题而作出，其目的在于，提供一种不依赖于来自存在于焊接焊缝部的微小氧化物的超声波反射信号，而高精度地检测焊缝位置，并能够高精度地对焊接焊缝部进行探伤的超声波探伤装置及超声波探伤方法。
用于解决课题的方案
本发明的超声波探伤装置的特征在于，具备：焊缝检测部，拍摄电焊钢管的焊接焊缝部的热图像；超声波探伤用传感头，设置在所述焊缝检测部的造管方向下游侧，且具有用于对所述焊接焊缝部进行超声波探伤的超声波探头；焊缝位置运算部，使用由所述焊缝检测部拍摄到的焊接焊缝部的热图像来运算电焊钢管的焊缝位置及焊道切削位置；焊道切削带检测部，设置在所述超声波探伤用传感头的设置位置的紧前或紧后，并检测所述电焊钢管的焊道切削带；焊道切削位置运算部，基于由所述焊道切削带检测部检测到的焊道切削带来运算电焊钢管的焊道切削位置；跟踪移动量运算部，使用由所述焊缝位置运算部运算出的焊缝位置及焊道切削位置和由所述焊道切削位置运算部运算出的焊道切削位置，来运算所述超声波探伤用传感头的跟踪移动量；及传感头驱动部，根据由所述跟踪移动量运算部运算出的跟踪移动量，使所述超声波探伤用传感头跟踪电焊钢管的焊接焊缝部而移动。
本发明的超声波探伤装置以上述发明为基础，其特征在于，所述焊缝位置运算部根据由所述焊缝检测部拍摄到的热图像来算出电焊钢管的管周方向的温度分布，并运算温度超过了规定的阈值的管周方向位置的中点作为焊缝位置。
本发明的超声波探伤装置以上述发明为基础，其特征在于，所述焊道切削带检测部具备：第一光源，从电焊钢管的上方左侧方向向焊接焊缝部的附近照射照明光；第二光源，从电焊钢管的上方右侧方向向焊接焊缝部的附近照射照明光；及图像检测部，检测从第一及第二光源照射了照明光时的焊接焊缝部的附近的图像，且所述图像检测部夹于第一光源与第二光源之间，所述焊道切削位置运算部根据从第一光源照射了照明光时检测到的图像和从第二光源照射了照明光时检测到的图像来运算最小亮度图像，运算对于最小亮度图像的管周方向而运算了造管方向的规定的评价范围内的亮度的最大值的亮度分布来作为评价用亮度分布，基于评价用亮度分布和规定的阈值来运算焊道切削位置。
本发明的超声波探伤装置以上述发明为基础，其特征在于，所述焊道切削位置运算部算出对于所述最小亮度图像的造管方向而计算了管周方向的最大亮度值的图表，设定图表超过规定的阈值的造管方向的范围来作为所述规定的评价范围。
本发明的超声波探伤装置以上述发明为基础，其特征在于，所述焊道切削位置运算部运算对于设定在所述最小亮度图像的规定的范围内的参照亮度运算范围的管周方向而运算了造管方向的亮度的最大值的亮度分布来作为参照亮度分布，基于从评价用亮度分布减去参照亮度分布而得到的亮度分布和规定的阈值来运算焊道切削位置。
本发明的超声波探伤装置以上述发明为基础，其特征在于，适用于所述超声波探伤用传感头的超声波探伤法是使用水作为声耦合材料的超声波探伤法。
本发明的超声波探伤方法的特征在于，包括如下步骤：焊缝检测步骤，在具有用于对电焊钢管的焊接焊缝部进行超声波探伤的超声波探头的超声波探伤用传感头的设置位置的造管方向上游侧，拍摄焊接焊缝部的热图像；焊缝位置运算步骤，使用在所述焊缝检测步骤中拍摄到的焊接焊缝部的热图像来运算电焊钢管的焊缝位置及焊道切削位置；焊道切削带检测步骤，在所述超声波探伤用传感头的设置位置的紧前或紧后，检测所述电焊钢管的焊道切削带；焊道切削位置运算步骤，基于在所述焊道切削带检测步骤中检测到的焊道切削带来运算电焊钢管的焊道切削位置；跟踪移动量运算步骤，使用在所述焊缝位置运算步骤中运算出的焊缝位置及焊道切削位置和在所述焊道切削位置运算步骤中运算出的焊道切削位置，来运算所述超声波探伤用传感头的跟踪移动量；及传感头驱动步骤，根据在所述跟踪移动量运算步骤中运算出的跟踪移动量，使所述超声波探伤用传感头跟踪电焊钢管的焊接焊缝部而移动。
发明效果
根据本发明的超声波探伤装置及超声波探伤方法，不依赖于从存在于焊接焊缝部的微小氧化物反射的反射波而高精度地检测焊缝位置，能够高精度地对焊接焊缝部进行探伤。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的超声波探伤装置的整体结构的示意图。
图2是表示图1所示的焊道切削带检测部的结构的示意图。
图3是表示本发明的一实施方式的焊缝跟踪控制处理的流程的流程图。
图4是表示由焊缝检测部取得的电焊钢管的焊接焊缝部的热图像的一例的图。
图5是表示电焊钢管的管周方向的温度分布的一例的图。
图6是用于说明电焊钢管的焊缝位置的运算方法的图。
图7是用于说明根据电焊钢管的管周方向的温度分布来算出焊道切削位置的方法的图。
图8是用于说明根据电焊钢管的管周方向的温度分布来算出焊道切削位置的方法的图。
图9是表示通过从一方的光源照射照明光而拍摄到的焊道切削带的图像的一例的图。
图10是表示通过从另一方的光源照射照明光而拍摄到的焊道切削带的图像的一例的图。
图11是用于说明基于最小亮度运算处理的焊道切削带的提取方法的图。
图12是表示本发明的一实施方式的焊道切削位置运算处理的流程的流程图。
图13是用于说明图12所示的步骤S14～S19的处理的图。
图14是用于说明图12所示的步骤S20的处理的图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的一实施方式的超声波探伤装置的结构及其动作。
〔结构〕
首先，参照图1、图2，说明本发明的一实施方式的超声波探伤装置的结构。
图1是表示本发明的一实施方式的超声波探伤装置的整体结构的示意图。图2是表示图1所示的焊道切削带检测部的结构的示意图。
如图1所示，本发明的一实施方式的超声波探伤装置1是对电焊钢管P的焊接焊缝部进行超声波探伤的装置，该电焊钢管P是将利用辊R而成形为管状的钢板S的宽度方向两端部通过焊接机2进行焊接接合，利用焊道切削机3对焊接部的焊道部分进行切削而制造出的电焊钢管。
本发明的一实施方式的超声波探伤装置1具备超声波探伤用传感头11、焊缝冷却部12、焊缝检测部13、焊缝跟踪控制部14、焊道切削带检测部15、超声波发送接收部16及评价部17作为主要的构成要素。
超声波探伤用传感头11具备用于对电焊钢管P的焊接焊缝部进行超声波探伤的超声波探头。超声波探头跟踪电焊钢管P的焊接焊缝部，并以能够进行焊接焊缝部的精密的超声波探伤的方式，换言之，以使焊接焊缝部始终进入超声波探头的灵敏度范围内的方式，利用操纵器驱动部11a而能够沿着电焊钢管P的管周方向移动。
焊缝冷却部12是设置在超声波探伤用传感头11的造管方向上游侧的冷却装置。焊缝冷却部12以使在超声波探伤用传感头11的设置位置处的电焊钢管P的焊接焊缝部的温度成为约100度以下的方式对焊接焊缝部进行冷却。焊接焊缝部的冷却方法中，基于层流喷嘴的水冷方法最有效，但是只要使在超声波探伤用传感头11的设置位置处的焊接焊缝部的温度成为约100度以下即可，也可以是水冷方法以外的冷却方法。
适用于超声波探伤用传感头11的超声波探伤法是使用水作为声耦合材料的水柱超声波法(局部浸水法)或水膜法的情况下，超声波探伤用传感头11的位置越接近电焊钢管P的焊接焊缝部，则越受到焊接时的热量的影响而水越沸腾，会妨碍超声波信号的发送接收，因此超声波探伤变得困难。而且，超声波探伤用传感头11也存在因热量而破损的可能性。因此，在本实施方式中，焊缝冷却部12在超声波探伤用传感头11的造管方向上游侧对焊接焊缝部进行冷却，以使得在超声波探伤用传感头11的设置位置处的电焊钢管P的焊接焊缝部的温度成为约100度以下。
焊缝检测部13设置在焊缝冷却部12的造管方向上游侧，检测电焊钢管P的焊接焊缝部。在本实施方式中，焊缝检测部13由热图像相机构成，利用由热图像相机拍摄到的热图像，根据电焊钢管P的温度分布来检测焊接焊缝部。热图像相机相对于电焊钢管P的高度位置基于从操作信息数据库发送的电焊钢管P的外径的数据并利用焊缝检测部高度位置调整部13a来调整，以能够根据电焊钢管P的外径始终在规定的焦点位置拍摄热图像。
为了使超声波探伤用传感头11高精度地跟踪焊接焊缝部，优选在尽可能接近超声波探伤用传感头11的位置配置焊缝检测部13。这是因为，在超声波探伤用传感头11与焊缝检测部13分离的情况下，由于电焊钢管P的扭转的影响、在电焊钢管P的底部分的造管临近开始时成形辊等的限制力逐渐变弱而电焊钢管P沿管周方向容易旋转这样的影响，超声波探伤用传感头11无法高精度地跟踪焊接焊缝部。
然而，如上所述，在适用水柱超声波法或水膜法作为超声波探伤法的情况下，存在由水的沸腾引起的超声波信号的发送接收的妨碍、超声波探头的耐久性的问题，因此在超声波探伤用传感头11的造管方向上游侧必须设置焊缝冷却部12。另一方面，在使用热图像相机根据温度分布来检测焊接焊缝部的情况下，在由焊缝冷却部12对电焊钢管P进行了冷却之后，由于因冷却而温度分布发生变化，因此难以准确地检测焊接焊缝部。
因此，在本实施方式中，必须从造管方向上游侧依次设置焊缝检测部13、焊缝冷却部12及超声波探伤用传感头11，超声波探伤用传感头11的设置位置与焊缝检测部13的设置位置必然分离。因此，在本实施方式中，通过执行以下所示的焊缝跟踪控制处理，即使超声波探伤用传感头11的设置位置与焊缝检测部13的设置位置分离，电焊钢管P的焊缝位置沿管周方向偏移，超声波探伤用传感头11也能够高精度地跟踪焊接焊缝部。
具体而言，本发明的发明者们着眼于如下情况：当使用超声波探伤用传感头11附近的图像时，根据焊道切削带和除此以外的部分的放射率的变化能够算出焊道切削带的宽度，基于算出的焊道切削带的宽度能够算出焊缝位置。并且，在焊缝冷却部12的造管方向上游侧设置焊缝检测部13，并在设置于焊缝冷却部12的造管方向下游侧的超声波探伤用传感头11的紧前或紧后设置检测焊道切削带的焊道切削带检测部15。
焊缝跟踪控制部14由计算机等信息处理装置构成，通过信息处理装置内部的CPU等运算处理装置执行计算机程序，从而作为焊缝位置运算部14a、延迟部14b、焊道切削位置运算部14c及跟踪移动量运算部14d发挥作用。关于这各部的功能在后文叙述。
焊道切削带检测部15是检测电焊钢管P的焊道切削带的装置，如图2所示，具备光源15a、15b及图像检测部15c。
光源15a、15b由LED等光源构成，以使照明光的入射角度分别成为入射角度θa、θb的方式设置在焊接焊缝部的上方。光源15a、15b向包含焊道切削带A的电焊钢管P的周面照射照明光。在本实施方式中，光源15a、15b以使照明光的入射角度均成为45°的方式设置在焊接焊缝部的上方。
图像检测部15c在从光源15a及光源15b交替地照射照明光时，拍摄包含焊道切削带A的电焊钢管P的周面的图像，并将拍摄到的图像的数据向焊道切削位置运算部14c输出。通过使光源15a、15b采用LED，能够一边高速地交替切换照射照明光的光源，一边拍摄电焊钢管P的周面的图像。
需要说明的是，焊道切削带检测部15可以与焊缝检测部13同样地使用热图像相机来检测焊道切削带，也可以使用形状计测方法等的不同的其他的方法来检测焊道切削带。
超声波发送接收部16对于超声波探伤用传感头11具备的超声波探头输出超声波信号的发送接收指令，由此控制电焊钢管P的超声波探伤处理。超声波发送接收部16将超声波探头接收到的从焊接焊缝部反射的超声波信号(超声波反射信号)向评价部17输出。
评价部17对于从超声波发送接收部16输出的超声波反射信号实施了规定的处理之后，基于实施了规定的处理的超声波反射信号来执行在焊接焊缝部是否存在缺陷等的电焊钢管P的焊接焊缝部的品质评价。评价部17通过对电焊钢管P的焊接焊缝部的品质评价结果进行显示、记录，从而将与电焊钢管P的焊接焊缝部的品质评价结果相关的信息向操作员提供。
在具有这样的结构的超声波探伤装置1中，焊缝跟踪控制部14通过执行以下所示的焊缝跟踪控制处理，不依赖于从存在于焊接焊缝部的微小氧化物反射的反射波而检测电焊钢管P的焊缝位置，以跟踪检测到的焊缝位置的方式控制超声波探伤用传感头11。以下，参照图3～图8，说明执行焊缝跟踪控制处理时的超声波探伤装置1的动作。
〔焊缝跟踪控制处理〕
图3是表示本发明的一实施方式的焊缝跟踪控制处理的流程的流程图。图3所示的流程图在对于超声波探伤装置1输入了焊缝跟踪控制处理的执行命令的时刻开始，焊缝跟踪控制处理进入步骤S1的处理。
在步骤S1的处理中，焊缝检测部13取得电焊钢管P的焊接焊缝部的热图像，并将取得的热图像的数据向焊缝跟踪控制部14输出。图4是表示由焊缝检测部13取得的焊接焊缝部的热图像的一例的图。如图4所示，在热图像的中央部分能够确认到表示温度比周围高的情况的白色的焊接焊缝部。由此，步骤S1的处理完成，焊缝跟踪控制处理进入步骤S2的处理。
在步骤S2的处理中，焊缝位置运算部14a使用从焊缝检测部13输出的热图像的数据来运算电焊钢管P的焊缝位置Xc，并将运算出的焊缝位置Xc的数据向延迟部14b输出。以下，参照图5、图6，说明电焊钢管P的焊缝位置的运算方法。需要说明的是，图5是表示电焊钢管P的管周方向的温度分布的一例的图，横轴及纵轴分别表示管周方向的像素编号及温度。
如图5所示，电焊钢管P的管周方向的温度分布成为在焊接焊缝部的中央部附近存在温度低的部分的双峰形状。因此，在本实施方式中，如图6所示，焊缝位置运算部14a相对于电焊钢管P的管周方向的温度分布来设定阈值θt，算出管周方向的温度分布横切阈值θt的两个部位的X坐标Xa、Xb。并且，焊缝位置运算部14a使用以下所示的数学式(1)，算出两个部位的X坐标Xa、Xb的中点的坐标(与电焊钢管P的轴向垂直的方向上的焊接焊缝部的X坐标)Xc作为通过了焊缝检测部13的设置位置的时点的电焊钢管P的焊缝位置Xc。
【数学式1】
Xc＝(Xb+Xa)/2 …(1)
需要说明的是，阈值θt可以为固定值，也可以设为管周方向的温度分布的峰值乘以规定的比例而得到的值等变量。而且，也可以如图4的右端示出温度分布的平均化的范围那样，使用电焊钢管P的造管方向上的多个位置的温度值的平均值作为焊接焊缝部的管周方向的温度分布。通过使用平均化后的温度值，能够降低由来自焊接机2的噪声、在焊缝冷却部12产生的蒸气引起的热图像的摇晃的影响，提高焊缝位置的算出精度。由此，步骤S2的处理完成，焊缝跟踪控制处理进入步骤S3的处理。
在步骤S3的处理中，焊缝位置运算部14a使用从焊缝检测部13输出的热图像的数据来运算电焊钢管P的焊道切削位置(焊道切削带的管周方向端部位置)Xm1、Xm2，并将运算出的焊道切削位置Xm1、Xm2的数据向延迟部14b输出。在电焊钢管P的管周方向的温度分布中，在焊接焊缝部的中央部附近，温度下降。而且，焊道切削带与周边相比成为镜面状态，因此红外线的放射率与周边不同。因此，当根据使用了红外线的热图像来算出焊接焊缝部的温度分布时，如图5所示，在焊接焊缝部的中央部产生谷部分。因此，在本实施方式中，焊缝位置运算部14a通过从管周方向的温度分布中提取受到镜面状态对放射率的影响的范围，从而运算焊道切削位置Xm1、Xm2。
以下，参照图7、图8，具体说明焊道切削位置的运算方法。如图7所示，在本实施方式中，首先，焊缝位置运算部14a使用在步骤S2的处理中算出的焊缝位置Xc，在电焊钢管P的管周方向位置X比焊缝位置Xc小的范围内，算出温度成为最大的管周方向位置Xp1。
接下来，焊缝位置运算部14a在管周方向位置Xp1的前后几个点的范围内进行曲线拟合，由此算出温度成为最大的管周方向位置作为焊道切削位置Xm1。例如图8所示，焊缝位置运算部14a提取管周方向位置Xp1的前后5个点的温度，使用最小二乘法求出近似曲线，所述近似曲线是由二次函数对提取的前后5个点的温度能够进行拟合的近似曲线，算出该近似曲线表示的温度成为最大的管周方向位置作为焊道切削位置Xm1。而且，焊缝位置运算部14a按照同样的步骤，对于管周方向位置X比焊缝位置Xc大的范围也算出温度成为最大的管周方向位置Xp2，接下来使用其前后几个点，算出温度成为最大的真正的管周方向位置作为焊道切削位置Xm2。由此，步骤S3的处理完成，焊缝跟踪控制处理进入步骤S4的处理。
在步骤S4的处理中，延迟部14b使用由速度检测部14e等计测到的造管速度，算出焊缝位置Xc及焊道切削位置Xm1、Xm2通过焊道切削带检测部15的设置位置为止所需的时间td。并且，延迟部14b延迟时间td地将焊缝位置Xc及焊道切削位置Xm1、Xm2的数据向跟踪移动量运算部14d输出。由此，步骤S4的处理完成，焊缝跟踪控制处理进入步骤S5的处理。
在步骤S5的处理中，焊道切削位置运算部14c算出焊道切削带检测部15的设置位置处的焊道切削位置Xs1、Xs2，并将算出的焊道切削位置的数据向跟踪移动量运算部14d输出。关于焊道切削位置Xs1、Xs2的运算方法的详情在后文叙述。由此，步骤S5的处理完成，焊缝跟踪控制处理进入步骤S6的处理。
在步骤S6的处理中，跟踪移动量运算部14d算出超声波探伤用传感头11的跟踪移动量D。具体而言，跟踪移动量运算部14d使用以下所示的数学式(2)～(4)来算出超声波探伤用传感头11的跟踪移动量D。即，首先，跟踪移动量运算部14d使用数学式(2)来算出焊缝检测部13的设置位置处的焊道切削宽度中央位置(Xm1+Xm2)/2与焊缝位置Xc的偏移量d。
接下来，跟踪移动量运算部14d使用数学式(3)，算出利用偏移量d对焊道切削带检测部15的设置位置处的焊道切削带中央位置(Xs1+Xs2)/2进行了校正的坐标作为焊缝位置Xpos。并且，最后，跟踪移动量运算部14d使用数学式(4)，算出焊缝位置Xpos与预先设定的目标值Xd之差作为超声波探伤用传感头11的跟踪移动量D。由此，步骤S6的处理完成，焊缝跟踪控制处理进入步骤S7的处理。
【数学式2】
【数学式3】
【数学式4】
D＝Xpos-Xd …(4)
在步骤S7的处理中，焊缝跟踪控制部14对操纵器驱动部11a进行控制，以使超声波探伤用传感头11移动在步骤S6的处理中算出的跟踪移动量D。由此，步骤S7的处理完成，焊缝跟踪控制处理进入步骤S8的处理。
在步骤S8的处理中，超声波探伤装置1判别焊缝跟踪控制处理的停止指示是否存在。在判别的结果是焊缝跟踪控制处理的停止指示不存在的情况下，超声波探伤装置1使焊缝跟踪控制处理返回步骤S1的处理。另一方面，在焊缝跟踪控制处理的停止指示存在的情况下，超声波探伤装置1结束焊缝跟踪控制处理。
〔焊道切削位置运算处理〕
接下来，参照图9～图14，说明上述步骤S5的焊道切削位置运算处理。
图9、图10分别是表示通过从光源15a及光源15b照射照明光而拍摄到的焊道切削带的图像的一例的图。需要说明的是，图9、图10所示的图像是通过拍摄相同的焊道切削带而得到的图像。
通常，焊道切削带具有金属光泽，而且在焊道切削带上连续地形成有沿着电焊钢管的造管方向延伸的微细的线。因此，如图9、图10所示，在焊道切削带中，产生对于来自电焊钢管的管周方向的照明光具有强扩散性的反射光。相对于此，在电焊钢管的基表面部分，没有焊道切削带那样的镜面性，而且也没有微细的线。因此，在电焊钢管的基表面部分，随着从正反射位置偏离而反射光的光量急剧下降。
因此，通过进行当照射左右各自的照明光即从光源15a及光源15b照射照明光时拍摄到的2个图像的最小亮度运算处理，而仅将反射率及扩散性均高的高亮度部分提取作为焊道切削带。以下，参照图11，说明基于最小亮度运算处理的焊道切削带的提取方法。
图11是用于说明基于最小亮度运算处理的焊道切削带的提取方法的图。如图11所示，在该提取方法中，关于从光源15a照射了照明光时拍摄到的图像(图11(a))及从光源15b照射了照明光时拍摄到的图像(图11(b))，分别在对应的像素位置处将各亮度进行比较，通过保持亮度的最小值而得到最小亮度图像(图11(c))。通过执行最小亮度运算处理，能够使来自焊道切削带以外的位置的扩散反射光相抵，仅提取焊道切削带的图像。
接下来，参照图12，说明使用了最小亮度图像的焊道切削位置的运算方法。图12是表示本发明的一实施方式的焊道切削位置运算处理的流程的流程图。图12所示的流程图在上述步骤S4的处理完成后的时刻开始，焊道切削位置运算处理进入步骤S11的处理。
在步骤S11的处理中，焊道切削位置运算部14c通过控制光源15a而从光源15a向焊接焊缝部照射照明光，由此从图像检测部15c取得第一图像。由此，步骤S11的处理完成，焊道切削位置运算处理进入步骤S12的处理。
在步骤S12的处理中，焊道切削位置运算部14c通过控制光源15b而从光源15b向焊接焊缝部照射照明光，由此从图像检测部15c取得第二图像。由此，步骤S12的处理完成，焊道切削位置运算处理进入步骤S13的处理。
在步骤S13的处理中，焊道切削位置运算部14c使用由步骤S11的处理而取得的第一图像和由步骤S12的处理而取得的第二图像来算出最小亮度图像。由此，步骤S13的处理完成，焊道切削位置运算处理进入步骤S14的处理。
在步骤S14的处理中，焊道切削位置运算部14c设定用于运算焊道切削位置的最小亮度图像中的焊道检测评价范围。具体而言，焊道切削位置运算部14c算出对于最小亮度图像的造管方向计算了管周方向上的最大亮度值的图表，将图表超过阈值的造管方向的范围设定作为能清楚地拍摄焊道切削带的范围，即焊道检测评价范围(例如图13(a)所示的图像位置De～Ds的范围)。由此，步骤S14的处理完成，焊道切削位置运算处理进入步骤S15的处理。
在步骤S15的处理中，焊道切削位置运算部14c算出对于在步骤S14的处理中设定的焊道检测评价范围内的管周方向而运算了造管方向的亮度的最大值的亮度分布来作为评价用亮度分布(参照图13(b))。由此，步骤S15的处理完成，焊道切削位置运算处理进入步骤S16的处理。
在步骤S16的处理中，焊道切削位置运算部14c对于在步骤S14的处理中设定的焊道检测评价范围，在沿造管方向预先任意设定的位置处设定参照亮度范围(例如图13(a)所示的像素位置Re～Rs的范围)。此时，焊道切削位置运算部14c以避免参照亮度范围与焊道检测评价范围重叠的方式设定参照亮度范围。具体而言，焊道切削位置运算部14c预先设定参照亮度范围与焊道检测评价范围之间的像素距离(例如图13(a)所示的像素位置Rs与像素位置De之间的像素距离)、及参照亮度范围的像素距离(例如图13(a)所示的像素位置Re与像素位置Rs之间的像素距离)。并且，焊道切削位置运算部14c在通过步骤S14的处理利用焊道切削位置运算部14c设定了焊道检测评价范围之后，基于焊道检测评价范围而自动地设定参照亮度范围。需要说明的是，焊道切削位置运算部14c也可以对于操作者显示最小亮度图像及所设定的焊道检测评价范围，操作者以避免与焊道检测评价范围重叠的方式任意地手动设定参照亮度范围。由此，步骤S16的处理完成，焊道切削位置运算处理进入步骤S17的处理。
在步骤S17的处理中，焊道切削位置运算部14c运算对于在步骤S16的处理中设定的参照亮度范围的管周方向而运算了造管方向的亮度的最大值的亮度分布来作为参照亮度分布(参照图13(c))。由此，步骤S17的处理完成，焊道切削位置运算处理进入步骤S18的处理。
在步骤S18的处理中，焊道切削位置运算部14c运算从在步骤S15的处理中算出的评价用亮度分布减去在步骤S17的处理中运算出的参照亮度分布而得到的亮度分布(参照图13(d))。由此，步骤S18的处理完成，焊道切削位置运算处理进入步骤S19的处理。
在步骤S19的处理中，焊道切削位置运算部14c对于在步骤S18的处理中运算出的亮度分布实施中值滤波运算(参照图13(e))。在利用最小亮度运算得到的图像中，焊道切削带比周边明亮，但是焊道切削带的周边的亮度等级未必均一，无法单纯地特定焊道切削位置。因此，在本实施方式中，利用步骤S15～19的处理对焊道切削带的周边部的亮度分布进行校正。由此，步骤S19的处理完成，焊道切削位置运算处理进入步骤S20的处理。
在步骤S20的处理中，焊道切削位置运算部14c算出如图14所示校正后的亮度分布超过了规定的阈值的位置作为焊道切削带的宽度方向端部位置即焊道切削位置(焊道边缘)Xs1、Xs2。作为在算出焊道切削带的宽度方向端部位置时使用的规定的阈值，通过使用将亮度的最大值乘以规定的比例而得到的值，能够应对焊道切削带的亮度变动。由此，步骤S20的处理完成，焊道切削位置运算处理进入步骤S21的处理。
在步骤S21的处理中，焊道切削位置运算部14c将在步骤S20的处理中算出的焊道切削位置Xs1、Xs2的数据向跟踪移动量运算部14d输出。由此，步骤S21的处理完成，焊道切削位置运算处理结束。
根据以上的说明可知，本发明的一实施方式的超声波探伤装置1具备：焊缝检测部13，拍摄电焊钢管P的焊接焊缝部的热图像；超声波探伤用传感头11，设置在焊缝检测部13的造管方向下游侧，且具有用于对焊接焊缝部进行超声波探伤的超声波探头；焊缝位置运算部14a，使用由焊缝检测部13拍摄到的焊接焊缝部的热图像来运算电焊钢管P的焊缝位置及焊道切削位置；焊道切削带检测部15，设置在超声波探伤用传感头11的设置位置的紧前或紧后，且对电焊钢管P的焊道切削带进行检测；焊道切削位置运算部14c，基于由焊道切削带检测部15检测到的焊道切削带来运算电焊钢管P的焊道切削位置；跟踪移动量运算部14d，使用由焊缝位置运算部14a运算出的焊缝位置及焊道切削位置和由焊道切削位置运算部14c运算出的焊道切削位置来运算超声波探伤用传感头11的跟踪移动量；及操纵器驱动部11a，根据由跟踪移动量运算部14d运算出的跟踪移动量来使超声波探伤用传感头11跟踪电焊钢管P的焊接焊缝部而移动。由此，不依赖于从存在于焊接焊缝部的微小氧化物反射的反射波而能够高精度地检测焊缝位置，能够高精度地对焊接焊缝部进行探伤。
以上，说明了适用了由本发明者们作出的发明的实施方式，但是没有通过基于本实施方式的构成本发明的公开的一部分的记述及附图来限定本发明。即，基于本实施方式而由本领域技术人员等作出的其他的实施方式、实施例及运用技术等全部包含于本发明的范畴。
工业实用性
根据本发明，能够提供一种不依赖于来自存在于焊接焊缝部的微小氧化物的超声波反射信号而高精度地检测焊缝位置，能够高精度地对焊接焊缝部进行探伤的超声波探伤装置及超声波探伤方法。
标号说明
1 超声波探伤装置
2 焊接机
3 焊道切削机
11 超声波探伤用传感头
11a 操纵器驱动部
12 焊缝冷却部
13 焊缝检测部
13a 焊缝检测部高度位置调整部
14 焊缝跟踪控制部
14a 焊缝位置运算部
14b 延迟部
14c 焊道切削位置运算部
14d 跟踪移动量运算部
14e 速度检测部
15 焊道切削带图像检测部
15a、15b 光源
15c 图像检测部
16 超声波发送接收部
17 评价部
P 电焊钢管
R 辊
S 钢板
Claims (10)
1.一种超声波探伤装置，其特征在于，具备：
焊缝检测部，拍摄电焊钢管的焊接焊缝部的热图像；
超声波探伤用传感头，设置在所述焊缝检测部的造管方向下游侧，且具有用于对所述焊接焊缝部进行超声波探伤的超声波探头；
焊缝位置运算部，使用由所述焊缝检测部拍摄到的焊接焊缝部的热图像来运算电焊钢管的焊缝位置及焊道切削位置；
焊道切削带检测部，设置在所述超声波探伤用传感头的设置位置的紧前或紧后，并检测所述电焊钢管的焊道切削带；
焊道切削位置运算部，基于由所述焊道切削带检测部检测到的焊道切削带来运算电焊钢管的焊道切削位置；
跟踪移动量运算部，使用由所述焊缝位置运算部运算出的焊缝位置及焊道切削位置和由所述焊道切削位置运算部运算出的焊道切削位置，来运算所述超声波探伤用传感头的跟踪移动量；及
传感头驱动部，根据由所述跟踪移动量运算部运算出的跟踪移动量，使所述超声波探伤用传感头跟踪电焊钢管的焊接焊缝部而移动，
所述焊道切削带检测部具备：第一光源，从电焊钢管的上方左侧方向向焊接焊缝部的附近照射照明光；第二光源，从电焊钢管的上方右侧方向向焊接焊缝部的附近照射照明光；及图像检测部，检测从第一及第二光源照射了照明光时的焊接焊缝部的附近的图像，且所述图像检测部夹于第一光源与第二光源之间，
所述焊道切削位置运算部根据从第一光源照射了照明光时检测到的图像和从第二光源照射了照明光时检测到的图像来运算最小亮度图像，将对于最小亮度图像的管周方向运算了造管方向的规定的评价范围内的亮度的最大值的亮度分布作为评价用亮度分布来进行运算，基于评价用亮度分布和规定的阈值来运算焊道切削位置。
2.根据权利要求1所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述焊缝位置运算部根据由所述焊缝检测部拍摄到的热图像来算出电焊钢管的管周方向的温度分布，并运算温度超过了规定的阈值的管周方向位置的中点作为焊缝位置。
3.根据权利要求1所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述焊道切削位置运算部算出对于所述最小亮度图像的造管方向计算了管周方向的最大亮度值的图表，设定图表超过规定的阈值的造管方向的范围来作为所述规定的评价范围。
4.根据权利要求2所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述焊道切削位置运算部算出对于所述最小亮度图像的造管方向计算了管周方向的最大亮度值的图表，设定图表超过规定的阈值的造管方向的范围来作为所述规定的评价范围。
5.根据权利要求1所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述焊道切削位置运算部将对于设定在所述最小亮度图像的规定的范围内的参照亮度运算范围的管周方向运算了造管方向的亮度的最大值的亮度分布作为参照亮度分布来进行运算，基于从评价用亮度分布减去参照亮度分布而得到的亮度分布和规定的阈值来运算焊道切削位置。
6.根据权利要求2所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述焊道切削位置运算部将对于设定在所述最小亮度图像的规定的范围内的参照亮度运算范围的管周方向运算了造管方向的亮度的最大值的亮度分布作为参照亮度分布来进行运算，基于从评价用亮度分布减去参照亮度分布而得到的亮度分布和规定的阈值来运算焊道切削位置。
7.根据权利要求3所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述焊道切削位置运算部将对于设定在所述最小亮度图像的规定的范围内的参照亮度运算范围的管周方向运算了造管方向的亮度的最大值的亮度分布作为参照亮度分布来进行运算，基于从评价用亮度分布减去参照亮度分布而得到的亮度分布和规定的阈值来运算焊道切削位置。
8.根据权利要求4所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述焊道切削位置运算部将对于设定在所述最小亮度图像的规定的范围内的参照亮度运算范围的管周方向运算了造管方向的亮度的最大值的亮度分布作为参照亮度分布来进行运算，基于从评价用亮度分布减去参照亮度分布而得到的亮度分布和规定的阈值来运算焊道切削位置。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的超声波探伤装置，其特征在于，
适用于所述超声波探伤用传感头的超声波探伤法是使用水作为声耦合材料的超声波探伤法。
10.一种超声波探伤方法，其特征在于，包括如下步骤：
焊缝检测步骤，在具有用于对电焊钢管的焊接焊缝部进行超声波探伤的超声波探头的超声波探伤用传感头的设置位置的造管方向上游侧，拍摄焊接焊缝部的热图像；
焊缝位置运算步骤，使用在所述焊缝检测步骤中拍摄到的焊接焊缝部的热图像来运算电焊钢管的焊缝位置及焊道切削位置；
焊道切削带检测步骤，在所述超声波探伤用传感头的设置位置的紧前或紧后，检测所述电焊钢管的焊道切削带；
焊道切削位置运算步骤，基于在所述焊道切削带检测步骤中检测到的焊道切削带来运算电焊钢管的焊道切削位置；
跟踪移动量运算步骤，使用在所述焊缝位置运算步骤中运算出的焊缝位置及焊道切削位置和在所述焊道切削位置运算步骤中运算出的焊道切削位置，来运算所述超声波探伤用传感头的跟踪移动量；及
传感头驱动步骤，根据在所述跟踪移动量运算步骤中运算出的跟踪移动量，使所述超声波探伤用传感头跟踪电焊钢管的焊接焊缝部而移动，
所述焊道切削带检测步骤包括：利用第一光源从电焊钢管的上方左侧方向向焊接焊缝部的附近照射照明光，利用第二光源从电焊钢管的上方右侧方向向焊接焊缝部的附近照射照明光，并利用夹于第一光源与第二光源之间的图像检测部检测从第一及第二光源照射了照明光时的焊接焊缝部的附近的图像的步骤，
所述焊道切削位置运算步骤包括：根据从第一光源照射了照明光时检测到的图像和从第二光源照射了照明光时检测到的图像来运算最小亮度图像，将对于最小亮度图像的管周方向运算了造管方向的规定的评价范围内的亮度的最大值的亮度分布作为评价用亮度分布来进行运算，基于评价用亮度分布和规定的阈值来运算焊道切削位置的步骤。
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