JP2011011255A - 鋼管突合せ溶接部内面検査装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配管の敷設工事における鋼管突合せ溶接部の鋼管内面側表面に開口する欠陥の判定精度を向上し、溶接欠陥補修まで含めた溶接施工所要時間を短縮するための鋼管突合せ溶接部内面検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】鋼管突合せ溶接部３の鋼管内面側表面を鋼管内部から検査する溶接部内面検査装置１において、検査対象溶接部３を照明する照明装置１２で照明される部位を撮影する１台以上の撮像装置１３にて取得する鋼管内面側の溶接部表面の画像と１台以上の形状測定装置１４にて取得する溶接部表面形状測定結果から鋼管内面側の溶接部表面に開口する欠陥を判定する方法で判定精度を向上し、さらに初層溶接終了直後に検査することによって、鋼管内面側の表面に開口する欠陥を初層溶接の終了直後に発見し欠陥補修時間を短縮させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管と鋼管の突合せ溶接において、溶接状態を鋼管の内面から監視し、不具合部を探査する鋼管突合せ溶接部内面検査装置（以下、内面検査装置という。）に関する。

配管の敷設工事では、工場で製作された鋼管を敷設現地へ輸送し、現地で鋼管と鋼管を溶接することで延長している。鋼管と鋼管の突合せ溶接は、鋼管の厚さにより1層の溶接で終了しない場合は多層盛りで溶接される。多層盛りの溶接は、鋼管を移動させずにその場で全層を溶接する場合と、いくつかの層ごとに溶接作業場所を分けて流れ作業で溶接する場合がある。
特に海底パイプライン等での配管敷設工法の一つである敷設船工法は、長距離配管の敷設時に選択される工法で、特殊な敷設船上で鋼管を溶接しながら海底に敷設していく工法である。敷設船には、複数の溶接ステージと検査ステージ、その他必要に応じた作業ステージが設けられており、連続して溶接、検査される。つまり、多層盛りとなる溶接を複数の溶接ステージで分業し、検査その他作業を含めて工場のラインのように流れ作業とすることで長距離配管の敷設を効率的に行っている。

敷設船工法で溶接される海底配管の鋼管突合せ溶接部については、その品質を保証するため、複数の溶接ステージでの多層盛りの溶接がすべて完了した後、検査ステージで外観目視検査、放射線探傷法や超音波探傷法等による非破壊検査等を実施して溶接欠陥の有無を確認し、欠陥が発見された場合は、欠陥の除去、再溶接による溶接部の補修および再検査を実施している。
仮に、溶接欠陥が鋼管内面側に発生していた場合は、溶接部を鋼管外面側からグラインダー等で欠陥に到達するまで研削していき、欠陥部を除去した後、研削した部分を再度溶接することで溶接部を補修することになるため、研削作業と再溶接作業の所要時間は、鋼管外面に欠陥がある場合と比較して長くなる。特に初層溶接で欠陥が発生すると、全ての溶接層を除去しなければならないので、作業性だけでなく、配管敷設の生産性にまで大きく影響するため、この初層溶接パスの信頼性向上が強く求められている。
これは、海底配管に限らず、例えば、ガス配管や水道配管等の陸上配管や、プラント設備の配管等のように鋼管の板厚が厚いものや、鋼管内部に人や装置を入れることができず、鋼管内部から鋼管内面側の溶接欠陥を補修できない場合も同様である。

このように鋼管内面側の溶接欠陥を鋼管外部から補修することは効率が悪いため、溶接時に鋼管内面側の溶接状態を監視し、監視結果に基づいて溶接欠陥が発生しにくいように溶接機を制御する自動溶接装置が提案されている（例えば、特許文献１）。このような溶接装置は、自動溶接機と内面監視装置で構成されている。その内面検査装置には、外部モニター用のCCDカメラと開先情報検出手段と溶材の位置に関する情報検出手段としてレーザーセンサーが配置されている例が記載されている。しかし、この技術は、溶接施工中に溶接状態を監視するものであり、通常パイプラインの突合せ溶接などで行われる裏当て金を使用した溶接には、適用できない。また、溶接中の溶接状況（裏波プールの状況等）を監視するだけで、最終的な溶接部の溶接欠陥の検査をしていないので、溶接終了後の検査は不可欠であり、欠陥が発生していた場合の補修作業を完全に無くすことはできない。したがって、パイプライン等の配管敷設の生産性向上には結びついていない。

ところで、溶接部表面に開口する欠陥の検査方法には、作業者による目視検査法や浸透探傷検査法、磁粉探傷検査法がある。これらの検査法は、作業者に習熟が必要であること、検査に時間がかかること、作業者が検査対象部に近づけなければならないこと等の理由から、鋼管の製造等の鋼材を溶接する工場の製造ラインにおいては、あまり採用されていない。それらに代わって、カメラ撮像による欠陥有無の判定法（例えば、特許文献２）や光切断法（対象物に投影するレーザースリット光を別の方向から見ると、レーザースリット光が対象物表面形状を表現する輪郭線となる様をＣＣＤカメラ等で撮影することにより対象物表面形状を測定する、三角測量の原理による表面形状測定方法）による溶接部の断面プロフィール計測による欠陥判定法（例えば、特許文献３）等が多く採用されており、溶接部検査の省力化、自動化が図られている。

しかし、カメラ撮像による欠陥有無判定法では、溶接表面開口部の有無は判定できるが溶接表面開口部の深さは計測できないため、深さによる欠陥の判定ができない。また、光切断法による溶接部の断面プロフィール計測による欠陥判定法は、複数の断面プロフィールを使用しないと溶接表面開口部の長さを計測できない。最近は、複数の平行なラインパターンによる細線化画像と基準細線化画像との比較から溶接ビードの欠陥の有無を判定する方法も提案されている（例えば、特許文献４）。しかし、特許文献４の方法においても、実際の測定装置に組み込めるラインパターン生成数は限られており、測定時間の削減効果には限界がある。
敷設船工法における鋼管突合せ溶接部の検査は、前述のように、溶接部外表面は目視検査法、溶接部内部は放射線探傷法や超音波探傷法による、鋼管外部からの検査が一般的である。これは、溶接に使用するインターナルクランプ等の装置が鋼管内部に配置されているとともに、流れ作業で溶接が実施されている鋼管内部に人が入って目視等の検査を実施することは、インターナルクランプ等の装置を移動させる、溶接作業を中断する等、配管敷設作業全体の妨げとなり、敷設作業効率を悪化させるためである。

特開２０００−１５３３５６号公報 特開昭６０−１３５７０５号公報 特開２００８−２６７８３６号公報 特開２００８−２１６１９９号公報

前述のように、溶接状態の監視結果に基づいて溶接する装置など溶接技術が革新しても、溶接部の検査は必須であり、さらに溶接技術の向上により溶接速度が上がっている分、検査効率も向上を図らなければならない。また、敷設船工法での鋼管突合せ溶接部検査方法のように、鋼管外部からの放射線探傷法や超音波探傷法等による非破壊検査では、鋼管内面側の溶接部表面に開口する欠陥については発見できないもしくは誤って欠陥と判定する可能性があり、敷設後重大な事故の原因となったり、不要な補修を実施したりして作業効率を悪化させることが問題となってきている。
敷設船工法を始めとした鋼管突合せ溶接においては、施工環境、インターナルクランプや裏当て金などの周辺装置との干渉、さらには流れ作業の生産性を維持するための時間制約などを考慮した上で、鋼管内面側の溶接部欠陥の監視、検出が求められている。

本発明は、鋼管どうしの突き合わせ溶接において、鋼管内面側の溶接部欠陥の検出精度の向上と監視・検出速度の向上を図ることを課題とする。
特に、敷設船工法等への適用を念頭にして、鋼管内面側の溶接部表面に開口する欠陥の検出精度を向上させるとともに、分業化している溶接の所要時間にマッチした検査時間の達成と溶接欠陥の補修まで含めた溶接施工所要時間を短縮するため、本発明は、鋼管突合せ溶接部内面検査方法とそれを具現化する検査装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討の結果、鋼管内面側から溶接部を検査する際、広視野の撮像装置（後述する計測測定装置に比較して広視野という意味）によりマクロ的観察を行い欠陥部分の抽出と欠陥長さ（欠陥は概ね溶接方向、つまり鋼管の周方向に長い）の把握を行い、次に抽出した欠陥部分のみを形状測定装置によるミクロ的観察を行い、欠陥部分の深さを把握し、把握した欠陥の長さと深さから有害な表面欠陥を判定抽出する。このことにより、欠陥検出速度を上げながら欠陥検出精度も上げることが可能となることを見出し、本発明をなすに至った。

また、上記知見に基づく内面検査装置を用いて、初層溶接が終了した直後に検査することによって、有害な表面欠陥の発見直後に初層溶接部の補修ができるため、欠陥の補修時間を大幅に短縮することができる。初層溶接の終了後に初層溶接の鋼管内面側表面の有害な表面欠陥を補修することは、多層盛りの溶接が全て終了した後で鋼管外面側から鋼管内面側表面の有害な表面欠陥を補修する方法と比較して、溶接部の研削量と再溶接量を削減できるため、溶接欠陥の補修所要時間を短縮できるからである。

本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）鋼管どうしの突合せ溶接部を鋼管内部から検査する鋼管溶接部内面検査装置であって、前記溶接部の欠陥深さを計測できる形状計測装置と、当該形状計測装置より広視野を撮影できる撮像装置と、当該撮像装置の撮影視野を照明することができる照明装置とを、それぞれ少なくとも１機有し、これら装置を鋼管内面周方向に沿って移動することができるセンサー移動機構を有し、前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像を基に、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合は、前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測することを特徴とする鋼管突合せ溶接部内面検査装置。

（２）前記センサー移動機構が、前記鋼管内面の周方向に沿うように配置されたガイドレールとその上を走行する旋回装置から構成され、前記形状計測装置と前記撮像装置と前記照明装置が、前記旋回装置に搭載されていることを特徴とする（１）に記載の鋼管突合せ溶接部内面検査装置。
（３）前記センサー移動機構が、前記鋼管内部を周方向に回転可能な中空回転ステージで構成され、前記形状計測装置と前記撮像装置と前記照明装置が、前記中空回転ステージに固定されていることを特徴とする（１）に記載の鋼管突合せ溶接部内面検査装置。

（４）前記照明装置が、前記溶接部に対して対称になるよう配置され、それぞれの照明装置が、前記溶接部に対し１０°〜３０°の入射角で照らすことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の鋼管突合せ溶接部内面検査装置。

（５）鋼管突合せ溶接に用いるインターナルクランプ装置に接続する着脱装置を有していることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の鋼管突合せ溶接部内面検査装置。

（６）前記（１）に記載の鋼管内面溶接検査装置を使用して、鋼管どうしの突合せ溶接部を鋼管内部から検査する鋼管内面溶接部検査方法であって、前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像情報を処理し、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合はその欠陥位置と欠陥長さを決定し、次に、当該決定した欠陥位置に基づき前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測して得られる形状計測情報を処理して欠陥の深さを決定し、前記決定した欠陥の長さと深さから、有害な表面欠陥かどうかを判定することを特徴とする鋼管突合せ溶接部内面検査方法。

（７）前記有害な表面欠陥かどうかを判定する方法が、前記決定した欠陥の長さと深さが、予め定めた閾値と比較することによって有害な表面欠陥を判定することを特徴とする（６）に記載の鋼管突合せ溶接部内面検査方法。

（８）前記（１）に記載の鋼管溶接部内面検査装置を使用して、鋼管どうしの突合せ溶接部を鋼管内部から検査する鋼管内面溶接部検査方法であって、初層溶接後に、前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像情報を処理し、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合はその欠陥位置と欠陥長さを決定し、次に、当該決定した欠陥位置に基づき前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測して得られる形状計測情報を処理して欠陥の深さを決定し、前記決定した欠陥の長さと深さから、有害な表面欠陥かどうかを判定し、有害な表面欠陥が存在する場合に、当該有害な表面欠陥部分を補修することを特徴とする鋼管突合せ溶接部内面検査方法。

本発明により、鋼管外部から放射線探傷法や超音波探傷法等の非破壊検査をする場合と比較して、鋼管内面側の溶接部表面を直接検査できるため、鋼管内面側の溶接部表面に開口する欠陥の検出精度が向上するだけでなく、検査速度も向上することができる。このことにより、鋼管突合せ溶接部の鋼管内面側表面の検査を初層溶接が終了した直後に実施でき、溶接欠陥が検出された場合は、多層盛りの溶接が全層完了した後に検査する場合と比較して溶接部の研削量と再溶接量を削減でき、溶接部欠陥の補修所要時間を大幅に短縮できる。
さらに、誤検出による不要な補修作業を回避するとともに、鋼管内面側の溶接部表面に開口する欠陥がないことを保障するデータとして提示することができ、パイプライン等の配管敷設生産性を著しく向上させることができる。

本発明による溶接部内面検査方法の実施形態の例（ガイドレール方式の例）を示す概念図。 溶接部内面検査装置（旋回装置１機搭載）例の概略図。 図２（ａ）は、ガイドレール方式の例を鋼管の管軸に垂直な断面を見た図である。 図２（ｂ）は、ガイドレール方式の例を鋼管の管軸方向の断面を見た図である。 図２（ｃ）は、中空回転ステージ方式の例を鋼管の管軸に垂直な断面を見た図である。 図２（ｄ）は、中空回転ステージ方式の例を鋼管の管軸方向の断面を見た図である。 照明装置の照射条件を示す図。 鋼管内壁表面までの距離一定保持機構の概略図。 溶接部内面検査装置（旋回装置４機搭載）例の概略図。 図５（ａ）は、鋼管の管軸に垂直な断面を見た図である。 図５（ｂ）は、鋼管の管軸方向の断面を見た図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明による溶接部内面検査方法の実施形態の一例を示す概念図である。
敷設船工法等における鋼管２ａと鋼管２ｂの突合せ溶接では、通常、インターナルクランプ装置４によって鋼管２ａと鋼管２ｂをクランプし、初層または初層から数層を溶接する。初層溶接終了後は鋼管２ａと鋼管２ｂのクランプを解除し、次に溶接される鋼管のクランプに使用するため、インターナルクランプ装置４は鋼管内部に留められる。このインターナルクランプ装置４に本発明に係る内面検査装置１を取り付けるとよい。もちろん、内面検査装置を単独で配置してもかまわない。内面検査装置１は、インターナルクランプ装置スキッド部５に容易に固定できるように着脱装置６を備える。内面検査装置１を検査対象溶接部３へ移動するときは、インターナルクランプ装置４を移動させることにより行い、さらに正確に位置あわせするために、内面検査装置１の旋回装置１５に組み込まれている管軸方向微動機能（図示はしていない）により行うことができる。もちろん、インターナルクランプ装置４に微動機能があれば、それにより行うこともできる。内面検査装置の精密な位置合わせができれば、どのような機能を使おうとも、特に問題はない。

内面検査装置１の外部には、鋼管内部に挿入される内面検査装置１の位置合わせや、センサー類（照明装置１２、撮像装置１３、形状測定装置１４）の位置制御のためのセンサー移動機構の動作や、撮像や形状計測等の動作を制御する制御装置７と、撮像装置１３からの情報を処理する撮像情報処理装置８と、形状測定装置からの情報を処理する形状情報処理装置９と、これら情報処理装置で処理された欠陥の形状情報や欠陥の位置情報等から有害な表面欠陥の判定を行う中央検査管理装置１０とが配置され、一連の情報を処理している。中央検査管理装置１０には、撮像装置１３と形状測定装置１４の原画像、画像処理画像を記録する画像記録機能を有しており、また、表示装置１１が備えられ、得られた画像（リアルタイムでの監視も可能）や、検査情報等を人間が監視できるようになっている。情報処理系の装置については、特にこの構成にこだわる必要はない。内面検査装置に搭載されたセンサーである撮像装置、形状測定装置からの情報（信号）を処理し、欠陥認識と有害な表面欠陥判断ができ、また欠陥情報に基づき装置を制御することができればよい。

検査の一連の流れは、例えば、次のようになる。まず、鋼管突合せ内面検査装置１を、外部の制御装置７により制御し、検査対象となる鋼管突合せ溶接部に配置し、鋼管内面から検査を開始する。まず、撮像装置１３でマクロ観察を行い、そこで得られた情報（もしくは信号）を撮像情報処理装置８へ送信し、そこで処理（画像処理等）し欠陥の位置情報、長さ情報、必要に応じて幅情報を抽出する。これを中央検査管理装置１０に送信し、詳細な検査を要する疵かどうかを判断し、詳細検査が必要な場合は、制御装置７にフィードバックし、当該欠陥の位置情報に基づき形状計測装置１４を作動させ、形状計測を行う。形状計測装置１４により得られた形状情報は形状情報処理装置９に送信され、そこで処理（画像処理等）し欠陥の形状情報を抽出する。これを中央検査管理装置１０に送信し、先に得られた撮像情報による欠陥情報と総合し、有害な表面欠陥かどうか判定する。判定結果や、欠陥形状情報、必要に応じて撮像画像等を表示装置（モニター）１１に表示し、オペレータが確認することにより人間系の判断を介入させることもできる。

有害な表面欠陥の判定方法は、例えば、欠陥の長さ、深さが、予め想定した閾値を超えたものや、予め想定した範囲になった時に有害な表面欠陥と判定する方法がある。目的とする欠陥に応じて、その判定方法を選択できるよう、中央検査管理装置（例えばPC）において柔軟に対処できるようにするとよい。

図２は、内面検査装置１の例を示す。図２（ａ）は、ガイドレール方式（センサー移動機構として、センサーを搭載した旋回装置がガイドレール上を走行する方式）の鋼管の管軸に垂直な断面を見た図である。図２（ｂ）は、ガイドレール方式の鋼管の管軸方向の断面を見た図である。
内面検査装置１は、検査対象部位を照明する照明装置１２と、検査する溶接部部位を広視野で撮影する撮像装置１３と、抽出した欠陥部の表面形状を測定する形状測定装置１４と、これらを搭載した旋回装置１５と、旋回装置１５が鋼管内面に沿って可動するためのガイドレール１６で構成されている例である。
図２（ｃ）は、中空回転ステージ方式（センサー移動機構として、センサーを固定した中空回転ステージが鋼管内部を回転する方式）の鋼管の管軸に垂直な断面を見た図である。図２（ｄ）は、中空回転ステージ方式の鋼管の管軸方向の断面を見た図である。この内面検査装置１は、照明装置１２と、撮像装置１３と、形状測定装置１４が、鋼管内径より小さい外形を有するリング形状の中空回転ステージ２４に固定され、さらにこの中空回転ステージ２４を回転させるモーター２５で構成されている例である。
以下、ガイドレール方式を基に説明するが、もちろん、センサー移動機構は、センサ類の位置決めができれば、これらの方法に限定される必要はまったくない。

内面検査装置１がインターナルクランプ装置に取り付けられるタイプの場合は、旋回装置１５はガイドレール１６上を走行する方法が例としてあげられる。この方式であれば管断面中心付近が空洞になり、インターナルクランプ装置４の動力供給や制御用のケーブル類２３を通すことができ、これらケーブル類２３が内面検査装置１の旋回動作を阻害することを防止できる。

旋回装置１５は、制御装置７での操作で鋼管外部から旋回開始、停止、速度調整することができる。
撮像装置１３および形状測定装置１４は、これら装置により溶接部を撮影および形状計測できるように旋回装置１５上に鋼管内壁面の垂線に対して一定の角度および鋼管内壁面までの一定の距離を保持して固定される。これら角度と距離は、制御装置７での操作で鋼管外部から可変できることが望ましい。撮像装置１３の例としては、ＣＣＤカメラがあり、オートフォーカス機能が搭載されているものもしくは制御装置７からの操作でフォーカス調整できるものが望ましい。

形状測定装置１４の例としては、光切断法による計測センサーがある。この場合、ラインレーザー発振部と受光部が一体となっていても、別々となっていても問わないが、レーザー発振強度の調整および受光感度の調整ができることが望ましい。
照明装置１２は、溶接線を中心とした線対称の位置に配置され、片側づつまたは同時に、溶接部(被検査部)のうち少なくとも前記撮像装置で撮像する範囲を照明できるようにする。図２の例では2台の照明装置としているが、一体化したものでもよい。ただし、照明条件として図３に示すように、照明装置による照明装置と鋼管内壁面の成す傾斜角１９（θ）が１０°〜３０°の条件で照明できるように、照明装置１２は旋回装置１５上に固定されることが望ましい。なお、照明装置１２は、制御装置７での操作により鋼管外部から管軸方向の距離１７、管断面中心方向の距離１８、傾斜角１９を可変制御できることが望ましい。

旋回装置１５上の照明装置１２、撮像装置１３および形状測定装置１４は、検査対象溶接部に対する距離を旋回中でも一定に保持されなければならない。このための距離一定保持機構の例を図４に示す。旋回装置１５を上部１５ａと下部１５ｂに分割し、スプリング２０によって接続する。旋回装置上部１５ａには、鋼管内壁面までの距離を一定に保持するためのアーム２１が取り付けられ、アーム先端にあるボールベアリング２２はスプリング２０の伸び力により鋼管内壁面と常に接触する。このため、鋼管内壁面が管断面内側に凹んだり、管断面外側に膨らんだりし、変形部分があっても、スプリング２０の伸縮により常に旋回装置上部１５ａと鋼管内壁面の距離は一定となり、照明装置１２、撮像装置１３および形状測定装置１４の鋼管内壁面までの距離も一定に保持される。なお、アーム先端にあるボールベアリング２２により、管軸方向および管周方向への移動は拘束されない。

欠陥検査の方法について説明する。
前述したように、撮像装置によりマクロ的観察を行い、欠陥部分の抽出と欠陥長さ（欠陥は概ね溶接方向、つまり鋼管の周方向に長い）の計測を行う。上記したように、撮像はＣＣＤカメラ等の広視野撮像装置で、ある一定の範囲を一括撮像する。得られた画像信号は、撮像画像用撮像情報処理装置８に送られ、画像処理を行う。画像処理は、照明装置により照らされた溶接部分の陰影を強調し、欠陥の有無を判断する。欠陥があると判断されたら、欠陥長さも計測する。形状測定装置で欠陥長さを測定してもよいが、通常、溶接欠陥は、溶接方向（この場合、鋼管の周方向）に発生し易いため、この撮像画像にて欠陥長さを計測した方が効率がよい。

次に、撮像装置画像による画像処理で欠陥部位が特定されたら、その欠陥深さを計測するため、形状計測装置をその位置まで移動させ、深さ計測を行う。前述したように、光切断法が、非接触式の形状センサーでは、コンパクトでありながら計測精度もよく、また計測速度も速いので、望ましい。光切断法自体は、公知の技術であり、溶接ビードの形状測定に使用された例は多い。特許文献４もこの一例である。形状計測装置で得られた情報は、形状測定画像用形状情報処理装置９に送られ、画像処理を行い、欠陥の深さを計測する。

撮像画像用撮像情報処理装置８にて得られた欠陥の位置情報と欠陥長さ情報と、形状測定画像用形状情報処理装置９で得られた欠陥深さ情報を、中央検査管理装置１０におくり、有害な表面欠陥の判定を行う。有害な表面欠陥の判定方法は、パイプライン等の配管の求める条件によるので、ここでは一意に決められない。例えば、所定の長さや深さを超えるものを有害な表面欠陥と判定することもできる。いずれにせよ、これら有害な表面欠陥の判定方法は、予め中央検査管理装置１０に組み込んでおき、リアルタイムで判定することができるようにすることが望ましい。

有害な表面欠陥の判定結果は、表示装置１１等を通してオペレータが認識できるようにすることがよい。これにより、次に行うべきアクションへとつながり、パイプライン等の配管敷設工事の生産性向上につながる。

この配管内面検査方法の重要な部分である有害な表面欠陥の判定プロセスの速度向上は、検査速度の向上に直結している。そこで本発明のように、欠陥探索をＣＣＤカメラ等の比較的広視野撮像装置に分担させ、欠陥が抽出され位置が特定された後、形状測定装置に詳細解析を分担させることにより、検査時間を大幅に短縮することが可能となった。

一台の配管内面検査装置に、複数の旋回装置を配置し、これらを同時に作動させることにより、さらに検査時間の短縮ができる。図５には、旋回装置を４機搭載した例を示す。この場合、一台の旋回装置が配管全周の１／４を分担すればよいので、検査時間も概ね１／４に短縮される。従って、パイプライン等の配管敷設の作業性に応じて検査速度を設定できる。

図１に示すように、インターナルクランプ装置につけた内面検査装置にて、実際の配管突き合わせ溶接の初層溶接部の内面検査を実施し、その検査精度、検査速度を検証した。
目標検査精度は、現在実施されている配管外部からの放射線透過試験もしくは超音波探傷試験と同等の検出能力とし、0.5mmを超える欠陥を有害な表面欠陥として検出することとした。
試験条件：７５０Ａ配管の突き合わせ溶接を行い、初層溶接後、内面検査装置にて溶接部全周を検査し、検査時間を測定した。このとき、最初に形状計測装置による全周検査を行い疵の位置と大きさを正確に把握し、次に上記したように撮像装置＋形状計測装置での全周検査を行った。溶接は、欠陥が出やすいよう、溶接速度を通常より速くした。

試験結果：
（１）形状計測装置（光切断法）のみによる計測
０．５ｍｍを超える欠陥を判定するためには、少なくとも０．５ｍｍピッチで計測する必要がある。従って全周検査に約１８５秒かかった。欠陥個数は、全周で２個検出され、いずれも１ｍｍであった。
（２）本発明に係る検査方法での計測
撮像装置による撮像画像視野は、事前のオフラインでの確認試験で、０．５ｍｍの欠陥検出が十分可能である３０ｍｍｘ３０ｍｍとした。欠陥検出精度を上げるため、画像と画像の間に５０％の重複部分を設けるよう、１５ｍｍピッチでの撮像を行った。
その結果、撮像装置での全周検査に７５秒かかった。この撮像装置の画像処理にて欠陥は２箇所確認でき、いずれも形状計測装置で検出したところと同じであった。
この２箇所の疵に対し、形状計測装置にて計測した時間は、移動時間も含め、１秒以下であった。
以上の結果から、鋼管の突き合わせ溶接において、初層溶接直後に本発明に係る内面検査方法および装置で十分検査精度を確保できることが確認できた。

本発明は、パイプライン等の配管の突き合わせ溶接において、利用することができる。特に、敷設船工法のような流れ作業的な配管敷設工事に適用することにより、高い検査精度と速い検査速度、さらに初層溶接直後の検査により、欠陥補修時間が短縮する効果が得られ、今後のエネルギー事情を支えるパイプライン等の高信頼性化と、敷設生産性の大幅な向上に貢献するものと確信する。

１ 鋼管突合せ溶接部内面検査装置
２ａ 鋼管
２ｂ 鋼管
３ 検査対象溶接部（初層溶接部）
４ インターナルクランプ装置
５ インターナルクランプ装置スキッド部
６ 着脱装置
７ 制御装置
８ 撮像情報処理装置
９ 形状情報処理装置
１０ 中央検査管理装置
１１ 表示装置
１２ 照明装置
１３ 撮像装置
１４ 形状測定装置
１５ 旋回装置
１５ａ 旋回装置上部
１５ｂ 旋回装置下部
１６ ガイドレール
１７ 検査対象溶接線から管軸方向の距離X
１８ 鋼管内面から管断面中心方向の距離Z
１９ 照明装置による照明と鋼管内壁面の成す傾斜角θ
２０ スプリング
２１ アーム
２２ ボールベアリング
２３ インナークランプ装置用ケーブル
２４ モーター駆動式中空回転ステージ
２５ モーター

Claims (8)

1. 鋼管どうしの突合せ溶接部を鋼管内部から検査する鋼管溶接部内面検査装置であって、前記溶接部の欠陥深さを計測できる形状計測装置と、当該形状計測装置より広視野を撮影できる撮像装置と、当該撮像装置の撮影視野を照明することができる照明装置とを、それぞれ少なくとも１機有し、これら装置を鋼管内面周方向に沿って移動することができるセンサー移動機構を有し、前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像を基に、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合は、前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測して検査することを特徴とする鋼管溶接部内面検査装置。
2. 前記センサー移動機構が、鋼管内面の周方向に沿うように配置されたガイドレールとその上を走行する旋回装置から構成され、前記形状計測装置と前記撮像装置と前記照明装置が、前記旋回装置に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管溶接部内面検査装置。
3. 前記センサー移動機構が、鋼管内部を周方向に回転可能な中空回転ステージで構成され、前記形状計測装置と前記撮像装置と前記照明装置が、前記中空回転ステージに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管突合せ溶接部内面検査装置。
4. 前記照明装置が、前記溶接部に対して対称になるよう配置され、それぞれの照明装置が、前記溶接部に対し１０°〜３０°の入射角で照らすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼管内面溶接検査装置。
5. 鋼管突合せ溶接に用いるインターナルクランプ装置に接続する着脱装置を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼管内面溶接検査装置。
6. 請求項１に記載の鋼管内面溶接検査装置を使用して、鋼管どうしの突合せ溶接部を鋼管内部から検査する鋼管内面溶接部検査方法であって、
   前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像情報を処理し、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合はその欠陥位置と欠陥長さを決定し、次に、当該決定した欠陥位置に基づき前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測して得られる形状計測情報を処理して欠陥の深さを決定し、
   前記決定した欠陥の長さと深さから、有害な表面欠陥かどうかを判定することを特徴とする鋼管内面溶接部検査方法。
7. 前記有害な表面欠陥かどうかを判定する方法が、前記決定した欠陥の長さと深さが、予め定めた閾値と比較することによって有害な表面欠陥を判定することを特徴とする請求項６に記載の鋼管内面溶接部検査方法。
8. 請求項１に記載の鋼管溶接部内面検査装置を使用して、鋼管どうしの突合せ溶接部を鋼管内部から検査する鋼管内面溶接部検査方法であって、
   初層溶接後に、前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像情報を処理し、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合はその欠陥位置と欠陥長さを決定し、次に、当該決定した欠陥位置に基づき前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測して得られる形状計測情報を処理して欠陥の深さを決定し、前記決定した欠陥の長さと深さから、有害な表面欠陥かどうかを判定し、有害な表面欠陥が存在する場合に、当該有害な表面欠陥部分を補修することを特徴とする鋼管内面溶接部検査方法。

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