JP2004028937A - 溶接管の形状測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波探触子３は溶接管１の溶接部２を横切るように管の円周方向に往復運動１２を行いつつ形状を測定する溶接管の形状測定方法において、溶接部形状を正確に測定する。
【解決手段】円周方向運動で得られた同一円周位置における複数の形状測定データを加算し、該加算した形状測定データに基づいて溶接部の形状異常を検出する。円周方向で得られた板厚データの最大値と最小値から溶接部を特定することにより、溶接部の存在部位が変動する場合においても溶接部形状を測定する。得られた形状値信号が予め定めた許容値範囲から外れた場合に、あるいは連続測定中に隣り合う形状値信号同士が予め定めた値以上に離れた場合に、その測定値を異常値とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値をに基づいて前記異常値を置き換える。
【選択図】 図１
【解決手段】円周方向運動で得られた同一円周位置における複数の形状測定データを加算し、該加算した形状測定データに基づいて溶接部の形状異常を検出する。円周方向で得られた板厚データの最大値と最小値から溶接部を特定することにより、溶接部の存在部位が変動する場合においても溶接部形状を測定する。得られた形状値信号が予め定めた許容値範囲から外れた場合に、あるいは連続測定中に隣り合う形状値信号同士が予め定めた値以上に離れた場合に、その測定値を異常値とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値をに基づいて前記異常値を置き換える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探触子を用いて、溶接管の形状、特に電縫溶接鋼管の溶接部の形状を測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属溶接管、例えば電縫鋼管の製造においては、鋼帯を成形ロール群に通してその両端エッジ部が相対するように円筒状に成形し、端面に高周波電流を流してこの両側エッジ部を加熱しながらスクイズロール間に通し、両側エッジ部同士を衝合して溶接する。溶接部に形成されたビードは鋼管の内面側及び外面側に盛り上がるので、これらビードを内面側と外面側から切削除去する。
【０００３】
このようにして製造した電縫鋼管において、内面ビードの切削状況は外面側から目視観察することができないので、非破壊で検査するための内面形状の測定方法が重要となる。
【０００４】
電縫管溶接部の内面切削形状を測定する際に超音波を利用する技術が、従来から多く提案されている。電縫管の外周側から超音波を管表面に垂直に入射させた場合における外面反射波と内面反射波の到達時間差を測定し、これから溶接部における形状を求めようとするものである。これらの方法では、管を管軸方向に移動させつつ、電縫管の溶接部を横切るように超音波探触子を管の円周方向に往復運動させ、超音波探触子が溶接部を横切る際の超音波測定結果から溶接部の形状を測定する。測定される形状データは、外面形状、内面形状、板厚のそれぞれを得ることができる。
【０００５】
溶接管の溶接部における形状不良のうち、特に上述のとおり内面形状の測定が重要である。内面形状不良としては、図６に示すとおり、内面ビード切削バイトでの削り代が過剰な場合のオーバーカット２０、削り代不足の場合のアンダーカット２１、切削バイトに切り屑が詰まって切削できなくなる不削２２、およびバイト欠けによるチッピング２３などが挙げられる。これらの不良を、超音波探触子を用いた上記測定によって確実に検出することができれば、形状不良の管をいち早く検出することができ、不良品を後工程に送る無駄を防止することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
溶接管の溶接部において検出すべき形状不良は、例えば板厚の偏差であって極めて僅かな偏差を異常値として検出する必要がある。一方、超音波探触子を用いた形状測定では、管の表面の性状その他の要因により、測定データの雑音となる原因が多い。これら雑音のレベルは、上記検出すべき異常部の偏差に匹敵する値となることがある。これでは、雑音の中から形状異常を示すデータを抽出することが困難である。
【０００７】
超音波探触子を用いた電縫鋼管の形状測定については、電縫鋼管の造管ラインにおいて、管を切断する前に行うことが望ましい。造管ラインの電縫溶接部においては、移動する管の鉛直上方部が溶接部となる。ところが、超音波探触子を用いて形状測定を行う位置において、溶接鋼管の溶接部が常に管の鉛直上方部に位置するとは限らない。図７（ａ）では、溶接部２は図面に向かって右側に傾いた位置に存在し、図７（ｂ）では溶接部２は図面に向かって左側に傾いた位置に存在する場合を示している。溶接部存在範囲は、設備や操業条件によって差異があるが、鉛直上方を０°として±４０°程度になり得る。従来の超音波探触子を用いた溶接管の形状測定においては、管の円周方向における溶接部の位置を特定することができず、これでは溶接部の位置が変動する場合には溶接部形状を測定することができない。
【０００８】
表示画面に表示された形状測定データは時間の経過と共に消滅するので、これでは後工程で発見された形状不良の鋼管と対応付けを行うことが困難である。一方、形状測定データのすべてを記憶装置に記憶しようとすると、膨大な記憶容量を要することとなり好ましくない。
【０００９】
溶接管の表面に存在する傷などを原因として、超音波探触子を用いて得た形状測定データが大きく変動することがある。この部位において、板厚には何ら異常がないにもかかわらず、板厚が異常であると認識され、誤った判断がなされる問題があった。
【００１０】
本発明は、溶接管の形状測定方法において、形状測定データ中に雑音成分が混在する場合においても、僅かな形状異常を抽出することのできる方法を提供することを第１の目的とする。また、溶接部の存在位置が管円周方向で変動する場合においても溶接部形状を測定することのできる方法を提供することを第２の目的とする。さらに、少ない記憶容量で必要な形状測定データを記憶することのできる方法を提供することを第３の目的とする。さらに、測定異常が発生した場合においても誤った形状異常判断がなされないような方法を提供することを第４の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とすることろは以下の通りである。
（１）管軸方向に移動１１する溶接管１の形状を超音波探触子３によって測定し、超音波探触子３は溶接管１の溶接部２を横切るように管の円周方向に往復運動１２を行いつつ形状を測定する溶接管の形状測定方法において、超音波探触子の円周方向運動で得られた同一円周位置における複数の形状測定データ１６を加算し、該加算した形状測定データ１８に基づいて溶接部２の形状異常を検出することを特徴とする溶接管の形状測定方法。
（２）前記形状測定データ１６は板厚であることを特徴とする請求項１に記載の溶接管の形状測定方法。
（３）加算した板厚の最大値３１と最小値３２の差を算出し、差が所定の値を超えたら形状異常と判断することを特徴とする請求項２に記載の溶接管の形状測定方法。
（４）所定の回数について加算を行った形状測定データについて、前回の加算した形状測定データとの比較を行い、前回値と今回値との差が所定の値を超えたら形状異常と判断することを特徴とする請求項２に記載の溶接管の形状測定方法。
（５）管軸方向に移動１１する溶接管１の形状を超音波探触子３によって測定し、超音波探触子３は溶接管１の溶接部２を横切るように管の円周方向に往復運動１２を行いつつ形状を測定する溶接管の形状測定方法において、形状測定データ１８は板厚であり、円周方向で得られた板厚データの最大値３１と最小値３２の円周方向位置を特定してそれぞれ最大値位置、最小値位置とし、板厚最大値３１と最大値位置付近の母材板厚３３との偏差を最大値偏差、板厚最小値３２と最小値位置付近の母材板厚３４との偏差を最小値偏差とし、最大値偏差と最小値偏差の絶対値同士を比較し、最大値偏差の絶対値の方が大きい場合は最大値位置を溶接部位置と特定し最大値偏差をビード高さ１３として形状異常の有無を判断し、最小値偏差の絶対値の方が大きい場合は最小値位置を溶接部位置と特定し最小値偏差をビード高さ１３として形状異常の有無を判断することを特徴とする溶接管の形状測定方法。
（６）溶接ビード切削バイトによって板厚に影響を受ける影響幅３５を管の円周方向で定め、最大値位置の両側に前記影響幅３５の１／２離れた位置における板厚（３３ａ、３３ｂ）を測定し、該両側の板厚のうち小さい方の板厚を母材板厚３３とし、板厚最大値３１から母材板厚３３を引いた値を最大値偏差とし、最小値位置の両側に前記影響幅３５の１／２離れた位置における板厚（３４ａ、３４ｂ）を測定し、該両側の板厚のうち大きい方の板厚を母材板厚３４とし、板厚最小値３２から母材板厚３４を引いた値を最小値偏差とすることを特徴とする請求項５に記載の溶接管の形状測定方法。
（７）ビード高さ１３が負の第１の所定値より小さいときはオーバーカット２１と判断し、ビード高さ１３が正の第２の所定値より大きいときはアンダーカット２０とし、ビード高さ１３が正の第３の所定値より大きいときは不削２２と判断し、溶接部位置を中心とした前記影響幅範囲内における隣り合う板厚データの差が第４の所定値より大きい場合はチッピング２３と判断することを特徴とする請求項６に記載の溶接管の形状測定方法。
（８）管軸方向に移動１１する溶接管１の形状を超音波探触子３によって測定し、超音波探触子３は溶接管１の溶接部２を横切るように管の円周方向に往復運動１２を行いつつ形状を測定する溶接管の形状測定方法において、形状測定データ１６の保存は、管の管軸方向部位毎に自動的に保存、操作者の指示に基づいて保存、形状異常発生時に自動的に保存の１又は２以上を行うことを特徴とする溶接管の形状測定方法。
（９）形状異常が連続して発生した場合においては、連続する異常データのうちの一部のデータのみを保存することを特徴とする請求項８に記載の溶接管の形状測定方法。
（１０）超音波探触子３を用いた溶接管１の形状測定方法において、得られた形状値信号が予め定めた許容値範囲４０から外れた場合に、その測定値を異常値３６とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えて補正後の値３８とすることを特徴とする溶接管の形状測定方法。
（１１）超音波探触子３を用いた溶接管１の形状測定方法において、連続測定中に隣り合う形状値信号同士が予め定めた値（閾値４１）以上に離れた場合に、その測定値を異常値３６とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えて補正後の値３８とすることを特徴とする溶接管の形状測定方法。
（１２）前記正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えるに際しては、正常な形状信号値を直線で結んで得られたデータに基づいて前記異常値を置き換えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の溶接管の形状測定方法。
（１３）形状測定データの表示画面において、前記異常値を別のデータに置き換えた測定値（補正後の値３８）については、表示画面中の表示を正常データと異なった色又は印とすることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の溶接管の形状測定方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
超音波探触子１によって溶接管２の溶接部２形状を測定するに際しては、超音波探触子３が溶接管１の円周方向に往復運動１２を行いつつ、溶接管１が管軸方向に移動１１する。超音波探触子３の往復運動範囲内に溶接管１の溶接部２が含まれるので、超音波探触子３は溶接管１の溶接部２を横切るように往復運動１２を行うこととなる。超音波探触子３は、往復運動中において常に管の中心との距離を一定に保持し、かつ超音波発射方向が管の表面に垂直になるように、即ち超音波４の発射方向が管の中心に向かうようにして運動を行う。このような往復運動１２を行いつつ超音波測定を行うことにより、溶接部２を含む領域において溶接管の外面形状、内面形状、板厚の推移を測定することができる。
【００１３】
第１の発明について説明を行う。
超音波探触子３が所定の複数回の往復運動１２を行う間において、溶接管１は管軸方向に移動１１を行っているが、その範囲内において溶接管１の溶接部２の円周方向位置をほぼ一定位置に保持することができる。従って、超音波探触子３の往復運動１１の片道毎に、溶接管円周方向の同一位置における形状測定データ１６を加算していけば、一定形状が繰り返される溶接部２の形状については加算につれて増幅した値として得られる。一方、形状測定を阻害する雑音１７の原因については、溶接管表面の傷や汚れあるいは電気的雑音についても、いずれも管の円周方向位置とは関係なくランダムに発生する性格を有しているので、超音波探触子の往復運動の片道毎に、溶接管円周方向の同一位置における形状測定データを加算していっても雑音成分が増幅されるということはない。図２において、図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ超音波探触子３の往復運動の片道毎に測定した形状測定データ（１６ａ〜１６ｃ）を示す。図２（ｄ）は、これら３つの形状測定データ（１６ａ〜１６ｃ）を加算した形状測定データ１８を示す。図２（ａ）〜（ｃ）では溶接部２の形状を示すデータは雑音１７の中に埋もれているが、図２（ｄ）に示す加算した形状測定データ１８では雑音１７よりも大きな変化として溶接部２の形状をとらえることができている。
【００１４】
以上のとおりであるから、たとえ１回の測定では溶接部２の形状を表す信号変化よりも雑音１７による信号変化の方が大きくなるような場合でも、形状測定データ１６を上記のように加算することにより、溶接部２の形状を表す信号変化を増幅させ、一方雑音１７による信号変化は基本的に増幅されないので、最終的には溶接部２の形状を正確に把握することが可能になる。もちろん、複数回の加算を行った後に、加算回数で加算データを除することにより、平均値を用いて形状の評価を行っても良い。
【００１５】
形状測定データの加算を行う回数については、検出すべき溶接部形状の信号変化の大きさと雑音レベルとから最適な回数を定めることができる。また、後述のように、造管ラインに於ける超音波測定を行う位置において、溶接部の位置が円周方向で変化する場合がある。このような場合においても、溶接部位置の変化は徐々に現れるので、溶接部位置が変化しない範囲で上記加算回数を定めることができる。超音波測定位置において溶接部の円周方向位置が変化しない場合には、形状測定データ中において溶接部の位置を明確に特定しておくことができる。
【００１６】
超音波測定データを用いて所定のデータ処理を行うことにより、外面形状（管中心から外面までの距離）、内面形状（管中心から内面までの距離）を算出することも可能であるが、測定データから板厚を算出する方法が好ましい。また、溶接管の外面ビード切削状況が良好であることは外面検査で明確にすることができるので、外面形状が良好であるという前提に立てば、板厚データから内面形状を推定することが可能である。従って、上記本発明において形状データとして板厚データを用いると好ましい。
【００１７】
溶接部２の形状不良のうち、バイト欠けによるチッピング２３が発生している場合には、溶接部２のチッピング２３発生箇所で板厚が局所的に厚くなったデータが得られる。バイト傾き２４が発生している場合には、溶接部中に板厚が母材部より厚い箇所と母材部より薄い箇所が発生する。アンダーカット２１が発生している場合には、溶接部中心において板厚がその周辺より厚くなる。オーバーカット２０が発生している場合には、溶接部中心において板厚がその周辺より薄くなる。従って、測定された板厚データの最大値と最小値の差を算出し、差が所定の値を超えたら形状異常と判断することにより、本発明の形状測定データから溶接部の内面形状異常を検出することが可能になる。本発明においては測定データの加算を行っているので、雑音レベルに関わらず、板厚の最大値と最小値の差の閾値として小さな値を設定することが可能であり、ごく僅かな内面形状異常を検出することが可能である。
【００１８】
本発明においては、所定の回数について加算を行った形状測定データについて、前回の加算した形状測定データとの比較を行い、前回値と今回値との差が所定の値を超えたら形状異常と判断することとしてもよい。形状異常と認定できるのは、正常なときのデータとある一定の差が発生したときであり、それ以下の差のときは形状異常と認定しない。従って、本発明によって、認定されるべき形状異常のデータが明確になる。
【００１９】
第２の発明について説明を行う。
前述のとおり、造管ラインに於ける超音波探触子３を用いて形状測定を行う位置において、溶接管１の溶接部２が常に管の鉛直上方部に位置するとは限らない。図７にその状況を示すとおりである。溶接部２の存在範囲は、設備や操業条件によって差異があるが、鉛直上方を０°として±４０°程度になり得る。そして、測定時において管の溶接部２が円周方向のどの位置にあるかについては情報が与えられないので、これでは溶接部２の形状異常を検出することができない。
【００２０】
溶接部２を中心にした±４０°程度の範囲内においては、母材板厚に対する板厚偏差が最も大きな値となるのは溶接部である。バイト欠けに起因するチッピング２３発生時、アンダーカット２１発生時、およびバイト詰まりによる不削２２発生時には溶接部２が板厚最大部３１であり、ここにおいて母材部の板厚との差も最も大きな値となる。図３（ａ）は溶接部２においてアンダーカット２１が発生した場合を示している。オーバーカット２０発生時は溶接部２が板厚最小部３２であり、ここにおいて母材部の板厚との差も最も大きな値となる。図３（ｂ）は溶接部２においてオーバーカット２０が発生した場合を示している。バイト傾き２４発生時においては、板厚最大部３１と板厚最小部３２がともに溶接部２において発生する。図３（ｃ）は溶接部２においてバイト傾き２４が発生した場合を示している。
【００２１】
以上のとおりであるから、溶接部２を含む円周方向所定範囲を超音波探触子３でスキャンして板厚データを採取し、得られた板厚データの最大値３１と最小値３２の円周方向位置を特定してそれぞれ最大値位置、最小値位置とすれば、最大値位置と最小値位置のいずれかが溶接部２の位置である。また、板厚最大値３１と最大値位置付近の母材板厚３３との偏差を最大値偏差、板厚最小値３２と最小値位置付近の母材板厚３４との偏差を最小値偏差とし、最大値偏差と最小値偏差の絶対値同士を比較すれば、絶対値の大きい方が溶接部２の位置である。従って、図３（ａ）に示すように、最大値偏差の絶対値の方が大きい場合は最大値位置を溶接部２の位置と特定し最大値偏差をビード高さ１３として形状異常の有無を判断する。また図３（ｂ）のように最小値偏差の絶対値の方が大きい場合は最小値位置を溶接部２の位置と特定し最小値偏差をビード高さ１３として形状異常の有無を判断することができる。
【００２２】
最大値偏差、最小値偏差を計算する際における母材板厚の測定位置は、上記の通り、最大値偏差については最大値位置付近の母材板厚を用い、最小値偏差については最小値位置付近の母材板厚を用いる。ここにおいて好ましい実施の形態として、まず溶接ビード切削バイトによって板厚に影響を受ける影響幅３５を管の円周方向で定める。通常は、影響幅３５はバイト幅より若干広い幅となり、バイト幅との差異は管径によって定まる。次に、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、最大値偏差については、最大値位置の両側に影響幅３５の１／２離れた位置における板厚（３３ａ、３３ｂ）を測定し、該両側の板厚のうち小さい方の板厚を母材板厚３３とし、板厚最大値３１から母材板厚３３を引いた値を最大値偏差とする。最小値偏差については、最小値位置の両側に影響幅３５の１／２離れた位置における板厚（３４ａ、３４ｂ）を測定し、該両側の板厚のうち大きい方の板厚を母材板厚３４とし、板厚最小値３２から母材板厚３４を引いた値を最小値偏差とする。このようにして最大値偏差、最小値偏差を計算することにより、溶接部形状をより正確に特定することができる。
【００２３】
以上のようにして管の円周方向における溶接部２の位置が特定でき、さらにビード高さ１３が板厚の最大値偏差（正の値）または最小値偏差（負の値）のいずれかとして特定できる。
【００２４】
溶接部２におけるビード高さ１３が正の値であれば、ビードはアンダーカット２１あるいは削り屑詰まりによる不削２２である可能性がある。また、ビード高さ１３が負の値であればオーバーカット２０である可能性がある。本発明においては、負の第１の所定値、正の第２の所定値、正の第３の所定値を定め、ビード高さ１３が負の第１の所定値より小さいときはオーバーカット２０と判断し、ビード高さ１３が正の第２の所定値より大きいときはアンダーカット２１とし、ビード高さ１３が正の第３の所定値より大きいときは詰まりによる不削２２と判断する。通常の電縫鋼管の場合には、第１の所定値は−０．２ｍｍ程度、第２の所定値は＋０．２ｍｍ程度、第３の所定値は＋１．０ｍｍ程度となる。
【００２５】
バイト欠けによるチッピング２３が発生している場合には、溶接部２において局所的に板厚の大きな部分が出現する。本発明において、溶接部位置を中心とした前記影響幅範囲内における隣り合う板厚データの差が第４の所定値より大きい場合はチッピング２３と判断することができる。第４の所定値は、±０．０５ｍｍ程度である。
【００２６】
バイト傾き２４が発生している場合、溶接部２に板厚最大値３１と板厚最小値３２とが同居することになる。従って、板厚最大値位置と板厚最小値位置との間隔が影響幅範囲内であれば、バイト傾き２４と判断することができる。
【００２７】
上記第２の発明において第１の発明を併用し、超音波探触子の円周方向運動で得られた同一円周位置における複数の形状測定データを加算し、該加算した形状測定データに基づいて第２の発明を実施することとしてもよい。
【００２８】
第３の発明について説明を行う。
本発明において、形状測定データの保存は、管の管軸方向部位毎に自動的に保存、操作者の指示に基づいて保存、形状異常発生時に自動的に保存の１又は２以上を行うこととするとよい。データを保存することで、後工程で形状不良の鋼管が発見されたときに、データを参照することで鋼管形状不良との対応付けを行うことができる。また、すべての測定データを保存するのではなく、必要なデータのみを保存するので、データ保存のための記憶容量を小さくすることができる。
【００２９】
この場合において、形状異常が連続して発生した場合においては、連続する異常データのうちの一部のデータのみを保存することとするとよい。一度形状異常が発生すると、その形状に変化は生じないことが経験的にわかっており、連続する同じようなデータをすべて保存する必要がない。また、一部のデータのみを保存することにより、コンピュータの記憶容量の節約ができる。
【００３０】
第４の発明について説明を行う。
図４（ａ）に示すように、溶接管１の表面に存在する傷５などを原因として、超音波探触子３を用いて得た形状測定データが大きく変動することがある。図４（ａ）においては、超音波４が傷５の位置において反射方向が変化し、超音波４が超音波探触子３に戻らない。板厚データの採取において、従来であれば図４（ｂ）に示すように板厚データが正常である正常範囲４０を定め、測定した板厚がこの正常範囲４０を外れた場合は異常と判断するロジックが採用されている。そして、板厚データが正常範囲下限を外れる場合には、この部位の板厚として正常範囲下限の値が採用される。板厚データが正常範囲上限を外れる場合には、図４（ｃ）に示すように、この部位の板厚として正常範囲上限の値３７が採用される。もともとこの部位において板厚には何ら異常がないにもかかわらず、表面の傷などに起因してこの部位の板厚が異常であると認識され、誤った判断がなされる問題があった。
【００３１】
本発明においては、超音波探触子を用いた溶接管の形状測定方法において、得られた形状値信号が予め定めた正常範囲４０（許容値範囲）から外れた場合に、その測定値を異常値３６とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えて補正後の値３８とすることにより、上記問題を解決することができる。最も簡単には、正常な形状信号値を直線で結んで得られたデータに基づいて前記異常値を置き換えることとするとよい。異常値発生直前における複数の正常な形状信号値と、異常値終了直後における複数の正常な形状信号値とを用い、直線近似ではなく曲線近似を行って得られたデータに基づいて異常値と置き換えることもできる。
【００３２】
また、表面の傷などに起因して形状測定値信号が正しい形状を表示しない場合において、図５（ａ）に示すように、当該異常形状値信号が予め定めた正常範囲４０内には入っていることもある。このような場合、隣り合う形状値信号同士が離れた値になっていることから異常であると認識することができる。従って、予め閾値４１を定めておき、図５（ａ）に示すように、連続測定中に隣り合う形状値信号同士が予め定めた値（閾値４１）以上に離れた場合に、その測定値を異常値３６とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えて補正後の値３８とすることとしてもよい（図５（ｂ））。閾値４１の値については、得られた測定データに基づいて最適な値を定めることができる。この場合においても、正常な形状信号値を直線で結んで得られたデータに基づいて前記異常値を置き換えても、あるいは異常値発生直前における複数の正常な形状信号値と、異常値終了直後における複数の正常な形状信号値とを用い、直線近似ではなく曲線近似を行って得られたデータに基づいて異常値と置き換えてもよい。
【００３３】
以上のように、異常値発生前後の正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えるに際しては、形状値表示においてこのデータが置き換えデータであることを表示しておく方が好ましい。本発明においては、形状測定データの表示画面において、前記異常値３６を別のデータに置き換えた測定値（補正後の値３８）については、図４（ｄ）、図５（ｂ）に示すように、表示画面中の表示を正常データと異なった色又は印とすることとすることにより、操作者や計測者はどのデータが置き換えデータであるかを認識することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、超音波探触子を用いて、溶接管の形状、特に電縫溶接鋼管の溶接部の形状を測定する溶接管の形状測定方法において、円周方向運動で得られた同一円周位置における複数の形状測定データを加算し、該加算した形状測定データに基づいて溶接部の形状異常を検出することにより、形状測定データ中に雑音成分が混在する場合においても、僅かな形状異常を抽出することができる。
【００３５】
本発明はまた、円周方向で得られた板厚データの最大値と最小値から溶接部を特定することにより、溶接部の存在部位が変動する場合においても溶接部形状を測定することができる。
【００３６】
本発明はさらに、形状測定データの保存は、管の管軸方向部位毎に自動的に保存、操作者の指示に基づいて保存、形状異常発生時に自動的に保存の１又は２以上を行うことにより、後工程で発見された形状不良の鋼管との対応付けが可能になる。
【００３７】
本発明はさらに、得られた形状値信号が予め定めた許容値範囲から外れた場合に、あるいは連続測定中に隣り合う形状値信号同士が予め定めた値以上に離れた場合に、その測定値を異常値とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えることにより、測定異常が発生した場合においても誤った形状異常判断がなされない。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波探触子を用いた溶接管の形状測定方法を示す斜視図である。
【図２】形状測定データを加算する本発明について説明する図であり、横軸は溶接管の円周方向位置、縦軸は板厚である。
【図３】円周方向で得られた板厚データの最大値と最小値から溶接部を特定する本発明について説明する図であり、横軸は溶接管の円周方向位置、縦軸は板厚である。
【図４】形状値信号が予め定めた許容値範囲から外れた場合に異常値を置き換える本発明について説明する図であり、（ａ）は測定位置の部分断面図、（ｂ）〜（ｄ）において横軸は溶接管の円周方向位置、縦軸は板厚である。
【図５】隣り合う形状値信号同士が予め定めた値以上に離れた場合に異常値を置き換える本発明について説明する図であり、横軸は溶接管の円周方向位置、縦軸は板厚である。
【図６】溶接管の溶接部形状異常について説明する図である。
【図７】超音波探触位置において、溶接部が溶接管の鉛直上方から傾いている状況を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 溶接管
２ 溶接部
３ 超音波探触子
４ 超音波
５ 傷
１１ 移動
１２ 往復運動
１３ ビード高さ
１４ 母材部の板厚
１５ 超音波探触子の軌跡
１６ 形状測定データ
１７ 雑音
１８ 加算した形状測定データ
２０ オーバーカット
２１ アンダーカット
２２ 不削
２３ チッピング
２４ バイト傾き
３１ 板厚最大値
３２ 板厚最小値
３３ 最大値位置付近の母材板厚
３４ 最小値位置付近の母材板厚
３５ 影響幅
３６ 異常値
３７ 正常範囲上限の値
３８ 補正後の値
４０ 許容値範囲（正常範囲）
４１ 閾値
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探触子を用いて、溶接管の形状、特に電縫溶接鋼管の溶接部の形状を測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属溶接管、例えば電縫鋼管の製造においては、鋼帯を成形ロール群に通してその両端エッジ部が相対するように円筒状に成形し、端面に高周波電流を流してこの両側エッジ部を加熱しながらスクイズロール間に通し、両側エッジ部同士を衝合して溶接する。溶接部に形成されたビードは鋼管の内面側及び外面側に盛り上がるので、これらビードを内面側と外面側から切削除去する。
【０００３】
このようにして製造した電縫鋼管において、内面ビードの切削状況は外面側から目視観察することができないので、非破壊で検査するための内面形状の測定方法が重要となる。
【０００４】
電縫管溶接部の内面切削形状を測定する際に超音波を利用する技術が、従来から多く提案されている。電縫管の外周側から超音波を管表面に垂直に入射させた場合における外面反射波と内面反射波の到達時間差を測定し、これから溶接部における形状を求めようとするものである。これらの方法では、管を管軸方向に移動させつつ、電縫管の溶接部を横切るように超音波探触子を管の円周方向に往復運動させ、超音波探触子が溶接部を横切る際の超音波測定結果から溶接部の形状を測定する。測定される形状データは、外面形状、内面形状、板厚のそれぞれを得ることができる。
【０００５】
溶接管の溶接部における形状不良のうち、特に上述のとおり内面形状の測定が重要である。内面形状不良としては、図６に示すとおり、内面ビード切削バイトでの削り代が過剰な場合のオーバーカット２０、削り代不足の場合のアンダーカット２１、切削バイトに切り屑が詰まって切削できなくなる不削２２、およびバイト欠けによるチッピング２３などが挙げられる。これらの不良を、超音波探触子を用いた上記測定によって確実に検出することができれば、形状不良の管をいち早く検出することができ、不良品を後工程に送る無駄を防止することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
溶接管の溶接部において検出すべき形状不良は、例えば板厚の偏差であって極めて僅かな偏差を異常値として検出する必要がある。一方、超音波探触子を用いた形状測定では、管の表面の性状その他の要因により、測定データの雑音となる原因が多い。これら雑音のレベルは、上記検出すべき異常部の偏差に匹敵する値となることがある。これでは、雑音の中から形状異常を示すデータを抽出することが困難である。
【０００７】
超音波探触子を用いた電縫鋼管の形状測定については、電縫鋼管の造管ラインにおいて、管を切断する前に行うことが望ましい。造管ラインの電縫溶接部においては、移動する管の鉛直上方部が溶接部となる。ところが、超音波探触子を用いて形状測定を行う位置において、溶接鋼管の溶接部が常に管の鉛直上方部に位置するとは限らない。図７（ａ）では、溶接部２は図面に向かって右側に傾いた位置に存在し、図７（ｂ）では溶接部２は図面に向かって左側に傾いた位置に存在する場合を示している。溶接部存在範囲は、設備や操業条件によって差異があるが、鉛直上方を０°として±４０°程度になり得る。従来の超音波探触子を用いた溶接管の形状測定においては、管の円周方向における溶接部の位置を特定することができず、これでは溶接部の位置が変動する場合には溶接部形状を測定することができない。
【０００８】
表示画面に表示された形状測定データは時間の経過と共に消滅するので、これでは後工程で発見された形状不良の鋼管と対応付けを行うことが困難である。一方、形状測定データのすべてを記憶装置に記憶しようとすると、膨大な記憶容量を要することとなり好ましくない。
【０００９】
溶接管の表面に存在する傷などを原因として、超音波探触子を用いて得た形状測定データが大きく変動することがある。この部位において、板厚には何ら異常がないにもかかわらず、板厚が異常であると認識され、誤った判断がなされる問題があった。
【００１０】
本発明は、溶接管の形状測定方法において、形状測定データ中に雑音成分が混在する場合においても、僅かな形状異常を抽出することのできる方法を提供することを第１の目的とする。また、溶接部の存在位置が管円周方向で変動する場合においても溶接部形状を測定することのできる方法を提供することを第２の目的とする。さらに、少ない記憶容量で必要な形状測定データを記憶することのできる方法を提供することを第３の目的とする。さらに、測定異常が発生した場合においても誤った形状異常判断がなされないような方法を提供することを第４の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とすることろは以下の通りである。
（１）管軸方向に移動１１する溶接管１の形状を超音波探触子３によって測定し、超音波探触子３は溶接管１の溶接部２を横切るように管の円周方向に往復運動１２を行いつつ形状を測定する溶接管の形状測定方法において、超音波探触子の円周方向運動で得られた同一円周位置における複数の形状測定データ１６を加算し、該加算した形状測定データ１８に基づいて溶接部２の形状異常を検出することを特徴とする溶接管の形状測定方法。
（２）前記形状測定データ１６は板厚であることを特徴とする請求項１に記載の溶接管の形状測定方法。
（３）加算した板厚の最大値３１と最小値３２の差を算出し、差が所定の値を超えたら形状異常と判断することを特徴とする請求項２に記載の溶接管の形状測定方法。
（４）所定の回数について加算を行った形状測定データについて、前回の加算した形状測定データとの比較を行い、前回値と今回値との差が所定の値を超えたら形状異常と判断することを特徴とする請求項２に記載の溶接管の形状測定方法。
（５）管軸方向に移動１１する溶接管１の形状を超音波探触子３によって測定し、超音波探触子３は溶接管１の溶接部２を横切るように管の円周方向に往復運動１２を行いつつ形状を測定する溶接管の形状測定方法において、形状測定データ１８は板厚であり、円周方向で得られた板厚データの最大値３１と最小値３２の円周方向位置を特定してそれぞれ最大値位置、最小値位置とし、板厚最大値３１と最大値位置付近の母材板厚３３との偏差を最大値偏差、板厚最小値３２と最小値位置付近の母材板厚３４との偏差を最小値偏差とし、最大値偏差と最小値偏差の絶対値同士を比較し、最大値偏差の絶対値の方が大きい場合は最大値位置を溶接部位置と特定し最大値偏差をビード高さ１３として形状異常の有無を判断し、最小値偏差の絶対値の方が大きい場合は最小値位置を溶接部位置と特定し最小値偏差をビード高さ１３として形状異常の有無を判断することを特徴とする溶接管の形状測定方法。
（６）溶接ビード切削バイトによって板厚に影響を受ける影響幅３５を管の円周方向で定め、最大値位置の両側に前記影響幅３５の１／２離れた位置における板厚（３３ａ、３３ｂ）を測定し、該両側の板厚のうち小さい方の板厚を母材板厚３３とし、板厚最大値３１から母材板厚３３を引いた値を最大値偏差とし、最小値位置の両側に前記影響幅３５の１／２離れた位置における板厚（３４ａ、３４ｂ）を測定し、該両側の板厚のうち大きい方の板厚を母材板厚３４とし、板厚最小値３２から母材板厚３４を引いた値を最小値偏差とすることを特徴とする請求項５に記載の溶接管の形状測定方法。
（７）ビード高さ１３が負の第１の所定値より小さいときはオーバーカット２１と判断し、ビード高さ１３が正の第２の所定値より大きいときはアンダーカット２０とし、ビード高さ１３が正の第３の所定値より大きいときは不削２２と判断し、溶接部位置を中心とした前記影響幅範囲内における隣り合う板厚データの差が第４の所定値より大きい場合はチッピング２３と判断することを特徴とする請求項６に記載の溶接管の形状測定方法。
（８）管軸方向に移動１１する溶接管１の形状を超音波探触子３によって測定し、超音波探触子３は溶接管１の溶接部２を横切るように管の円周方向に往復運動１２を行いつつ形状を測定する溶接管の形状測定方法において、形状測定データ１６の保存は、管の管軸方向部位毎に自動的に保存、操作者の指示に基づいて保存、形状異常発生時に自動的に保存の１又は２以上を行うことを特徴とする溶接管の形状測定方法。
（９）形状異常が連続して発生した場合においては、連続する異常データのうちの一部のデータのみを保存することを特徴とする請求項８に記載の溶接管の形状測定方法。
（１０）超音波探触子３を用いた溶接管１の形状測定方法において、得られた形状値信号が予め定めた許容値範囲４０から外れた場合に、その測定値を異常値３６とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えて補正後の値３８とすることを特徴とする溶接管の形状測定方法。
（１１）超音波探触子３を用いた溶接管１の形状測定方法において、連続測定中に隣り合う形状値信号同士が予め定めた値（閾値４１）以上に離れた場合に、その測定値を異常値３６とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えて補正後の値３８とすることを特徴とする溶接管の形状測定方法。
（１２）前記正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えるに際しては、正常な形状信号値を直線で結んで得られたデータに基づいて前記異常値を置き換えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の溶接管の形状測定方法。
（１３）形状測定データの表示画面において、前記異常値を別のデータに置き換えた測定値（補正後の値３８）については、表示画面中の表示を正常データと異なった色又は印とすることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の溶接管の形状測定方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
超音波探触子１によって溶接管２の溶接部２形状を測定するに際しては、超音波探触子３が溶接管１の円周方向に往復運動１２を行いつつ、溶接管１が管軸方向に移動１１する。超音波探触子３の往復運動範囲内に溶接管１の溶接部２が含まれるので、超音波探触子３は溶接管１の溶接部２を横切るように往復運動１２を行うこととなる。超音波探触子３は、往復運動中において常に管の中心との距離を一定に保持し、かつ超音波発射方向が管の表面に垂直になるように、即ち超音波４の発射方向が管の中心に向かうようにして運動を行う。このような往復運動１２を行いつつ超音波測定を行うことにより、溶接部２を含む領域において溶接管の外面形状、内面形状、板厚の推移を測定することができる。
【００１３】
第１の発明について説明を行う。
超音波探触子３が所定の複数回の往復運動１２を行う間において、溶接管１は管軸方向に移動１１を行っているが、その範囲内において溶接管１の溶接部２の円周方向位置をほぼ一定位置に保持することができる。従って、超音波探触子３の往復運動１１の片道毎に、溶接管円周方向の同一位置における形状測定データ１６を加算していけば、一定形状が繰り返される溶接部２の形状については加算につれて増幅した値として得られる。一方、形状測定を阻害する雑音１７の原因については、溶接管表面の傷や汚れあるいは電気的雑音についても、いずれも管の円周方向位置とは関係なくランダムに発生する性格を有しているので、超音波探触子の往復運動の片道毎に、溶接管円周方向の同一位置における形状測定データを加算していっても雑音成分が増幅されるということはない。図２において、図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ超音波探触子３の往復運動の片道毎に測定した形状測定データ（１６ａ〜１６ｃ）を示す。図２（ｄ）は、これら３つの形状測定データ（１６ａ〜１６ｃ）を加算した形状測定データ１８を示す。図２（ａ）〜（ｃ）では溶接部２の形状を示すデータは雑音１７の中に埋もれているが、図２（ｄ）に示す加算した形状測定データ１８では雑音１７よりも大きな変化として溶接部２の形状をとらえることができている。
【００１４】
以上のとおりであるから、たとえ１回の測定では溶接部２の形状を表す信号変化よりも雑音１７による信号変化の方が大きくなるような場合でも、形状測定データ１６を上記のように加算することにより、溶接部２の形状を表す信号変化を増幅させ、一方雑音１７による信号変化は基本的に増幅されないので、最終的には溶接部２の形状を正確に把握することが可能になる。もちろん、複数回の加算を行った後に、加算回数で加算データを除することにより、平均値を用いて形状の評価を行っても良い。
【００１５】
形状測定データの加算を行う回数については、検出すべき溶接部形状の信号変化の大きさと雑音レベルとから最適な回数を定めることができる。また、後述のように、造管ラインに於ける超音波測定を行う位置において、溶接部の位置が円周方向で変化する場合がある。このような場合においても、溶接部位置の変化は徐々に現れるので、溶接部位置が変化しない範囲で上記加算回数を定めることができる。超音波測定位置において溶接部の円周方向位置が変化しない場合には、形状測定データ中において溶接部の位置を明確に特定しておくことができる。
【００１６】
超音波測定データを用いて所定のデータ処理を行うことにより、外面形状（管中心から外面までの距離）、内面形状（管中心から内面までの距離）を算出することも可能であるが、測定データから板厚を算出する方法が好ましい。また、溶接管の外面ビード切削状況が良好であることは外面検査で明確にすることができるので、外面形状が良好であるという前提に立てば、板厚データから内面形状を推定することが可能である。従って、上記本発明において形状データとして板厚データを用いると好ましい。
【００１７】
溶接部２の形状不良のうち、バイト欠けによるチッピング２３が発生している場合には、溶接部２のチッピング２３発生箇所で板厚が局所的に厚くなったデータが得られる。バイト傾き２４が発生している場合には、溶接部中に板厚が母材部より厚い箇所と母材部より薄い箇所が発生する。アンダーカット２１が発生している場合には、溶接部中心において板厚がその周辺より厚くなる。オーバーカット２０が発生している場合には、溶接部中心において板厚がその周辺より薄くなる。従って、測定された板厚データの最大値と最小値の差を算出し、差が所定の値を超えたら形状異常と判断することにより、本発明の形状測定データから溶接部の内面形状異常を検出することが可能になる。本発明においては測定データの加算を行っているので、雑音レベルに関わらず、板厚の最大値と最小値の差の閾値として小さな値を設定することが可能であり、ごく僅かな内面形状異常を検出することが可能である。
【００１８】
本発明においては、所定の回数について加算を行った形状測定データについて、前回の加算した形状測定データとの比較を行い、前回値と今回値との差が所定の値を超えたら形状異常と判断することとしてもよい。形状異常と認定できるのは、正常なときのデータとある一定の差が発生したときであり、それ以下の差のときは形状異常と認定しない。従って、本発明によって、認定されるべき形状異常のデータが明確になる。
【００１９】
第２の発明について説明を行う。
前述のとおり、造管ラインに於ける超音波探触子３を用いて形状測定を行う位置において、溶接管１の溶接部２が常に管の鉛直上方部に位置するとは限らない。図７にその状況を示すとおりである。溶接部２の存在範囲は、設備や操業条件によって差異があるが、鉛直上方を０°として±４０°程度になり得る。そして、測定時において管の溶接部２が円周方向のどの位置にあるかについては情報が与えられないので、これでは溶接部２の形状異常を検出することができない。
【００２０】
溶接部２を中心にした±４０°程度の範囲内においては、母材板厚に対する板厚偏差が最も大きな値となるのは溶接部である。バイト欠けに起因するチッピング２３発生時、アンダーカット２１発生時、およびバイト詰まりによる不削２２発生時には溶接部２が板厚最大部３１であり、ここにおいて母材部の板厚との差も最も大きな値となる。図３（ａ）は溶接部２においてアンダーカット２１が発生した場合を示している。オーバーカット２０発生時は溶接部２が板厚最小部３２であり、ここにおいて母材部の板厚との差も最も大きな値となる。図３（ｂ）は溶接部２においてオーバーカット２０が発生した場合を示している。バイト傾き２４発生時においては、板厚最大部３１と板厚最小部３２がともに溶接部２において発生する。図３（ｃ）は溶接部２においてバイト傾き２４が発生した場合を示している。
【００２１】
以上のとおりであるから、溶接部２を含む円周方向所定範囲を超音波探触子３でスキャンして板厚データを採取し、得られた板厚データの最大値３１と最小値３２の円周方向位置を特定してそれぞれ最大値位置、最小値位置とすれば、最大値位置と最小値位置のいずれかが溶接部２の位置である。また、板厚最大値３１と最大値位置付近の母材板厚３３との偏差を最大値偏差、板厚最小値３２と最小値位置付近の母材板厚３４との偏差を最小値偏差とし、最大値偏差と最小値偏差の絶対値同士を比較すれば、絶対値の大きい方が溶接部２の位置である。従って、図３（ａ）に示すように、最大値偏差の絶対値の方が大きい場合は最大値位置を溶接部２の位置と特定し最大値偏差をビード高さ１３として形状異常の有無を判断する。また図３（ｂ）のように最小値偏差の絶対値の方が大きい場合は最小値位置を溶接部２の位置と特定し最小値偏差をビード高さ１３として形状異常の有無を判断することができる。
【００２２】
最大値偏差、最小値偏差を計算する際における母材板厚の測定位置は、上記の通り、最大値偏差については最大値位置付近の母材板厚を用い、最小値偏差については最小値位置付近の母材板厚を用いる。ここにおいて好ましい実施の形態として、まず溶接ビード切削バイトによって板厚に影響を受ける影響幅３５を管の円周方向で定める。通常は、影響幅３５はバイト幅より若干広い幅となり、バイト幅との差異は管径によって定まる。次に、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、最大値偏差については、最大値位置の両側に影響幅３５の１／２離れた位置における板厚（３３ａ、３３ｂ）を測定し、該両側の板厚のうち小さい方の板厚を母材板厚３３とし、板厚最大値３１から母材板厚３３を引いた値を最大値偏差とする。最小値偏差については、最小値位置の両側に影響幅３５の１／２離れた位置における板厚（３４ａ、３４ｂ）を測定し、該両側の板厚のうち大きい方の板厚を母材板厚３４とし、板厚最小値３２から母材板厚３４を引いた値を最小値偏差とする。このようにして最大値偏差、最小値偏差を計算することにより、溶接部形状をより正確に特定することができる。
【００２３】
以上のようにして管の円周方向における溶接部２の位置が特定でき、さらにビード高さ１３が板厚の最大値偏差（正の値）または最小値偏差（負の値）のいずれかとして特定できる。
【００２４】
溶接部２におけるビード高さ１３が正の値であれば、ビードはアンダーカット２１あるいは削り屑詰まりによる不削２２である可能性がある。また、ビード高さ１３が負の値であればオーバーカット２０である可能性がある。本発明においては、負の第１の所定値、正の第２の所定値、正の第３の所定値を定め、ビード高さ１３が負の第１の所定値より小さいときはオーバーカット２０と判断し、ビード高さ１３が正の第２の所定値より大きいときはアンダーカット２１とし、ビード高さ１３が正の第３の所定値より大きいときは詰まりによる不削２２と判断する。通常の電縫鋼管の場合には、第１の所定値は−０．２ｍｍ程度、第２の所定値は＋０．２ｍｍ程度、第３の所定値は＋１．０ｍｍ程度となる。
【００２５】
バイト欠けによるチッピング２３が発生している場合には、溶接部２において局所的に板厚の大きな部分が出現する。本発明において、溶接部位置を中心とした前記影響幅範囲内における隣り合う板厚データの差が第４の所定値より大きい場合はチッピング２３と判断することができる。第４の所定値は、±０．０５ｍｍ程度である。
【００２６】
バイト傾き２４が発生している場合、溶接部２に板厚最大値３１と板厚最小値３２とが同居することになる。従って、板厚最大値位置と板厚最小値位置との間隔が影響幅範囲内であれば、バイト傾き２４と判断することができる。
【００２７】
上記第２の発明において第１の発明を併用し、超音波探触子の円周方向運動で得られた同一円周位置における複数の形状測定データを加算し、該加算した形状測定データに基づいて第２の発明を実施することとしてもよい。
【００２８】
第３の発明について説明を行う。
本発明において、形状測定データの保存は、管の管軸方向部位毎に自動的に保存、操作者の指示に基づいて保存、形状異常発生時に自動的に保存の１又は２以上を行うこととするとよい。データを保存することで、後工程で形状不良の鋼管が発見されたときに、データを参照することで鋼管形状不良との対応付けを行うことができる。また、すべての測定データを保存するのではなく、必要なデータのみを保存するので、データ保存のための記憶容量を小さくすることができる。
【００２９】
この場合において、形状異常が連続して発生した場合においては、連続する異常データのうちの一部のデータのみを保存することとするとよい。一度形状異常が発生すると、その形状に変化は生じないことが経験的にわかっており、連続する同じようなデータをすべて保存する必要がない。また、一部のデータのみを保存することにより、コンピュータの記憶容量の節約ができる。
【００３０】
第４の発明について説明を行う。
図４（ａ）に示すように、溶接管１の表面に存在する傷５などを原因として、超音波探触子３を用いて得た形状測定データが大きく変動することがある。図４（ａ）においては、超音波４が傷５の位置において反射方向が変化し、超音波４が超音波探触子３に戻らない。板厚データの採取において、従来であれば図４（ｂ）に示すように板厚データが正常である正常範囲４０を定め、測定した板厚がこの正常範囲４０を外れた場合は異常と判断するロジックが採用されている。そして、板厚データが正常範囲下限を外れる場合には、この部位の板厚として正常範囲下限の値が採用される。板厚データが正常範囲上限を外れる場合には、図４（ｃ）に示すように、この部位の板厚として正常範囲上限の値３７が採用される。もともとこの部位において板厚には何ら異常がないにもかかわらず、表面の傷などに起因してこの部位の板厚が異常であると認識され、誤った判断がなされる問題があった。
【００３１】
本発明においては、超音波探触子を用いた溶接管の形状測定方法において、得られた形状値信号が予め定めた正常範囲４０（許容値範囲）から外れた場合に、その測定値を異常値３６とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えて補正後の値３８とすることにより、上記問題を解決することができる。最も簡単には、正常な形状信号値を直線で結んで得られたデータに基づいて前記異常値を置き換えることとするとよい。異常値発生直前における複数の正常な形状信号値と、異常値終了直後における複数の正常な形状信号値とを用い、直線近似ではなく曲線近似を行って得られたデータに基づいて異常値と置き換えることもできる。
【００３２】
また、表面の傷などに起因して形状測定値信号が正しい形状を表示しない場合において、図５（ａ）に示すように、当該異常形状値信号が予め定めた正常範囲４０内には入っていることもある。このような場合、隣り合う形状値信号同士が離れた値になっていることから異常であると認識することができる。従って、予め閾値４１を定めておき、図５（ａ）に示すように、連続測定中に隣り合う形状値信号同士が予め定めた値（閾値４１）以上に離れた場合に、その測定値を異常値３６とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えて補正後の値３８とすることとしてもよい（図５（ｂ））。閾値４１の値については、得られた測定データに基づいて最適な値を定めることができる。この場合においても、正常な形状信号値を直線で結んで得られたデータに基づいて前記異常値を置き換えても、あるいは異常値発生直前における複数の正常な形状信号値と、異常値終了直後における複数の正常な形状信号値とを用い、直線近似ではなく曲線近似を行って得られたデータに基づいて異常値と置き換えてもよい。
【００３３】
以上のように、異常値発生前後の正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えるに際しては、形状値表示においてこのデータが置き換えデータであることを表示しておく方が好ましい。本発明においては、形状測定データの表示画面において、前記異常値３６を別のデータに置き換えた測定値（補正後の値３８）については、図４（ｄ）、図５（ｂ）に示すように、表示画面中の表示を正常データと異なった色又は印とすることとすることにより、操作者や計測者はどのデータが置き換えデータであるかを認識することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、超音波探触子を用いて、溶接管の形状、特に電縫溶接鋼管の溶接部の形状を測定する溶接管の形状測定方法において、円周方向運動で得られた同一円周位置における複数の形状測定データを加算し、該加算した形状測定データに基づいて溶接部の形状異常を検出することにより、形状測定データ中に雑音成分が混在する場合においても、僅かな形状異常を抽出することができる。
【００３５】
本発明はまた、円周方向で得られた板厚データの最大値と最小値から溶接部を特定することにより、溶接部の存在部位が変動する場合においても溶接部形状を測定することができる。
【００３６】
本発明はさらに、形状測定データの保存は、管の管軸方向部位毎に自動的に保存、操作者の指示に基づいて保存、形状異常発生時に自動的に保存の１又は２以上を行うことにより、後工程で発見された形状不良の鋼管との対応付けが可能になる。
【００３７】
本発明はさらに、得られた形状値信号が予め定めた許容値範囲から外れた場合に、あるいは連続測定中に隣り合う形状値信号同士が予め定めた値以上に離れた場合に、その測定値を異常値とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えることにより、測定異常が発生した場合においても誤った形状異常判断がなされない。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波探触子を用いた溶接管の形状測定方法を示す斜視図である。
【図２】形状測定データを加算する本発明について説明する図であり、横軸は溶接管の円周方向位置、縦軸は板厚である。
【図３】円周方向で得られた板厚データの最大値と最小値から溶接部を特定する本発明について説明する図であり、横軸は溶接管の円周方向位置、縦軸は板厚である。
【図４】形状値信号が予め定めた許容値範囲から外れた場合に異常値を置き換える本発明について説明する図であり、（ａ）は測定位置の部分断面図、（ｂ）〜（ｄ）において横軸は溶接管の円周方向位置、縦軸は板厚である。
【図５】隣り合う形状値信号同士が予め定めた値以上に離れた場合に異常値を置き換える本発明について説明する図であり、横軸は溶接管の円周方向位置、縦軸は板厚である。
【図６】溶接管の溶接部形状異常について説明する図である。
【図７】超音波探触位置において、溶接部が溶接管の鉛直上方から傾いている状況を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 溶接管
２ 溶接部
３ 超音波探触子
４ 超音波
５ 傷
１１ 移動
１２ 往復運動
１３ ビード高さ
１４ 母材部の板厚
１５ 超音波探触子の軌跡
１６ 形状測定データ
１７ 雑音
１８ 加算した形状測定データ
２０ オーバーカット
２１ アンダーカット
２２ 不削
２３ チッピング
２４ バイト傾き
３１ 板厚最大値
３２ 板厚最小値
３３ 最大値位置付近の母材板厚
３４ 最小値位置付近の母材板厚
３５ 影響幅
３６ 異常値
３７ 正常範囲上限の値
３８ 補正後の値
４０ 許容値範囲（正常範囲）
４１ 閾値
Claims (13)
- 管軸方向に移動する溶接管の形状を超音波探触子によって測定し、該超音波探触子は溶接管の溶接部を横切るように管の円周方向に往復運動を行いつつ形状を測定する溶接管の形状測定方法において、超音波探触子の円周方向運動で得られた同一円周位置における複数の形状測定データを加算し、該加算した形状測定データに基づいて溶接部の形状異常を検出することを特徴とする溶接管の形状測定方法。
- 前記形状測定データは板厚であることを特徴とする請求項１に記載の溶接管の形状測定方法。
- 加算した板厚の最大値と最小値の差を算出し、差が所定の値を超えたら形状異常と判断することを特徴とする請求項２に記載の溶接管の形状測定方法。
- 所定の回数について加算を行った形状測定データについて、前回の加算した形状測定データとの比較を行い、前回値と今回値との差が所定の値を超えたら形状異常と判断することを特徴とする請求項２に記載の溶接管の形状測定方法。
- 管軸方向に移動する溶接管の形状を超音波探触子によって測定し、該超音波探触子は溶接管の溶接部を横切るように管の円周方向に往復運動を行いつつ形状を測定する溶接管の形状測定方法において、
形状測定データは板厚であり、円周方向で得られた板厚データの最大値と最小値の円周方向位置を特定してそれぞれ最大値位置、最小値位置とし、
板厚最大値と最大値位置付近の母材板厚との偏差を最大値偏差、板厚最小値と最小値位置付近の母材板厚との偏差を最小値偏差とし、最大値偏差と最小値偏差の絶対値同士を比較し、
最大値偏差の絶対値の方が大きい場合は最大値位置を溶接部位置と特定し最大値偏差をビード高さとして形状異常の有無を判断し、最小値偏差の絶対値の方が大きい場合は最小値位置を溶接部位置と特定し最小値偏差をビード高さとして形状異常の有無を判断することを特徴とする溶接管の形状測定方法。 - 溶接ビード切削バイトによって板厚に影響を受ける影響幅を管の円周方向で定め、
最大値位置の両側に前記影響幅の１／２離れた位置における板厚を測定し、該両側の板厚のうち小さい方の板厚を母材板厚とし、板厚最大値から母材板厚を引いた値を最大値偏差とし、
最小値位置の両側に前記影響幅の１／２離れた位置における板厚を測定し、該両側の板厚のうち大きい方の板厚を母材板厚とし、板厚最小値から母材板厚を引いた値を最小値偏差とすることを特徴とする請求項５に記載の溶接管の形状測定方法。 - 前記ビード高さが負の第１の所定値より小さいときはオーバーカットと判断し、前記ビード高さが正の第２の所定値より大きいときはアンダーカットとし、前記ビード高さが正の第３の所定値より大きいときは不削と判断し、溶接部位置を中心とした前記影響幅範囲内における隣り合う板厚データの差が第４の所定値より大きい場合はチッピングと判断することを特徴とする請求項６に記載の溶接管の形状測定方法。
- 管軸方向に移動する溶接管の形状を超音波探触子によって測定し、該超音波探触子は溶接管の溶接部を横切るように管の円周方向に往復運動を行いつつ形状を測定する溶接管の形状測定方法において、形状測定データの保存は、管の管軸方向部位毎に自動的に保存、操作者の指示に基づいて保存、形状異常発生時に自動的に保存の１又は２以上を行うことを特徴とする溶接管の形状測定方法。
- 形状異常が連続して発生した場合においては、連続する異常データのうちの一部のデータのみを保存することを特徴とする請求項８に記載の溶接管の形状測定方法。
- 超音波探触子を用いた溶接管の形状測定方法において、得られた形状値信号が予め定めた許容値範囲から外れた場合に、その測定値を異常値とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えることを特徴とする溶接管の形状測定方法。
- 超音波探触子を用いた溶接管の形状測定方法において、連続測定中に隣り合う形状値信号同士が予め定めた値以上に離れた場合に、その測定値を異常値とし、異常値発生直前における正常な形状信号値と、異常値終了直後における正常な形状信号値とを用い、それら正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えることを特徴とする溶接管の形状測定方法。
- 前記正常な形状信号値に基づいて前記異常値を置き換えるに際しては、正常な形状信号値を直線で結んで得られたデータに基づいて前記異常値を置き換えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の溶接管の形状測定方法。
- 形状測定データの表示画面において、前記異常値を別のデータに置き換えた測定値については、表示画面中の表示を正常データと異なった色又は印とすることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の溶接管の形状測定方法。
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