JP2018099709A - 溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法及びそれを用いた溶接鋼管の品質管理方法並びにその装置 - Google Patents
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Abstract
Description
かかる方法によれば、光切断法を利用して得られた画像データをそのまま使用するのではなく、この画像データに対してノイズ除去や欠落部分の修復等の画像データの前処理を行って正確な画像に修正し、この画像に基づいて円弧当てはめ手法により段差の有無を判断する方法であるから、突合わせ部の段差が滑らかなプロファイルを描くような場合においても、精度よく段差検出が可能となる。
すなわち、上記特許文献1にて開示されているリファレンスマッチング方式では、予め検出した鋼管表面の円弧データなどをリファレンスデータとして保管して置かなければならず、また、鋼管表面に所定の光を照射して得た画像信号に対して、ノイズ除去処理,欠落部分の修復,傾き修正と言った画像処理を行った後、該画像処理を行って生成された大容量のデータと上記リファレンスデータとの差分を求める必要が有るため、高速なデータ処理装置や複雑な機構が必要となる。
溶接鋼管10の溶接された突合わせ部12の形状を、非接触手段14を走査することにより得た形状座標データLであって2次元平面に展開された上記突合わせ部12を含む特定検出範囲の形状座標データLに基づいて検出する。
上記形状座標データLに対し、上記特定検出範囲の始点Aと終点D、上記始点Aと上記突合わせ部12との間に位置する第1選択点B、及び、上記突合わせ部12と上記終点Dとの間に位置する第2選択点Cの座標を選出する。
上記の始点A,終点Dおよび第1選択点Bを含む第1近似円α1と、上記の始点A,終点Dおよび第2選択点Cを含む第2近似円α2とを算出する。
得られた第1近似円α1及び第2近似円α2を平均化した仮想円Vを算出すると共に、上記特定検出範囲内における上記仮想円Vと上記第1近似円α1又は第2近似円α2との間に形成される溶接鋼管10の板厚方向の最大偏差を差分値T1として算出し、その差分値T1を突合わせ部12の形状を表現する指標として用いる。
溶接鋼管10の溶接された突合わせ部12の形状を、非接触手段14を走査することにより得た形状座標データLであって2次元平面に展開された上記突合わせ部12を含む特定検出範囲の形状座標データLに基づいて検出する。
上記形状座標データLに対し、上記特定検出範囲の始点Aと終点D、上記始点Aと上記突合わせ部12との間に位置する第1選択点B、及び、上記突合わせ部12と上記終点Dとの間に位置する第2選択点Cの座標を選出する。
上記の始点A,終点Dおよび第1選択点Bを含む第1近似円α1と、上記の始点A,終点Dおよび第2選択点Cを含む第2近似円α2とを算出する。
得られた上記第1近似円α1の中心O1と上記第2近似円α2の中心O2との間の距離T2を求め、その距離T2を突合わせ部12の形状を表現する指標として用いる。
すなわち、上記第1近似円α1の中心O1と上記第2近似円α2の中心O2との間の距離T2に代えて、上記第1近似円α1の中心O1と上記第2近似円α2の中心O2とのX軸方向の差分の距離T3及びZ軸方向の差分の距離T4を突合わせ部12の形状を表現する指標として用いる。
特定検出範囲内における形状座標データLを、突合わせ部12を境に2つの象限に分割して各象限に対応する第1近似円α1及び第2近似円α2を算出する際に、それぞれ3つの座標点のみで演算処理が実行されるため、演算処理の高速化が可能となる。
加えて、突合わせ部12の形状判定に必要なデータとして、上記の通り算出した第1近似円α1及び第2近似円α2の座標データを用い、従来のリファレンスマッチング方式のようにリファレンスデータを必要とせず、又、複雑な画像処理的な演算も行わないことから、高速なデータ処理装置や複雑な機構が不要である。
また、本発明における第4の発明は、上記第2の発明の溶接鋼管10の突合わせ部12の形状検出方法を用いた溶接鋼管10の品質管理方法であって、「第1近似円α1の中心O1と第2近似円α2の中心O2との間の距離T2又は上記第1近似円α1の中心O1と上記第2近似円α2の中心O2とのX軸方向の差分の距離T3及びZ軸方向の差分の距離T4を、所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管10の突合わせ部12の形状の良否を判定する」ことを特徴とする。
これらの発明では、突合わせ部12の形状の良否を判断する際に、当該突合わせ部12の段差角部に生じる変曲点を使用していないので、突合わせ部12の段差が滑らかなプロファイルを描き、変曲点を認識し難いような場合であっても、突合わせ部12の段差の程度を精度よく検出することができる。
溶接鋼管10の溶接された突合わせ部12を含む特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査する投光装置14aと、上記投光装置14aから上記特定検出範囲に向けて照射された光の反射光が入力され、その反射光に基づいて上記突合わせ部12の位置や形状の変化が反映された形状座標データLを出力するデータ出力装置14bとからなる非接触手段14を有する。
上記非接触手段14により得られた形状座標データLに対し、上記特定検出範囲の始点Aと終点D、上記始点Aと上記突合わせ部12との間に位置する第1選択点B、及び、上記突合わせ部12と上記終点Dとの間に位置する第2選択点Cの座標を選出し、上記の始点A,終点Dおよび第1選択点Bを含む第1近似円α1と、上記の始点A,終点Dおよび第2選択点Cを含む第2近似円α2とを算出し、且つ、上記第1近似円α1及び第2近似円α2を平均化した仮想円Vを算出し、上記仮想円Vと上記第1近似円α1又は第2近似円α2との溶接鋼管10の板厚方向の最大偏差である差分値T1を求める近似円演算・処理部16b、及び、上記の近似円演算・処理部16bで得られた差分値T1を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管10の突合わせ部12の形状の良否を判定する判定処理部16cで演算処理装置16が構成される。
溶接鋼管10の溶接された突合わせ部12を含む特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査する投光装置14aと、上記投光装置14aから上記特定検出範囲に向けて照射された光の反射光が入力され、その反射光に基づいて上記突合わせ部12の位置や形状の変化が反映された形状座標データLを出力するデータ出力装置14bとからなる非接触手段14を有する。
上記非接触手段14により得られた形状座標データLに対し、上記特定検出範囲の始点Aと終点D、上記始点Aと上記突合わせ部12との間に位置する第1選択点B、及び、上記突合わせ部12と上記終点Dとの間に位置する第2選択点Cの座標を選出し、上記の始点A,終点Dおよび第1選択点Bを含む第1近似円α1と、上記の始点A,終点Dおよび第2選択点Cを含む第2近似円α2とを算出し、且つ、上記第1近似円α1の中心O1と上記第2近似円α2の中心O2との間の距離T2又は上記第1近似円α1の中心O1と上記第2近似円α2の中心O2とのX軸方向の差分の距離T3及びZ軸方向の差分の距離T4を求める近似円演算・処理部16b、及び、上記の近似円演算・処理部16bで得られた上記距離T2或いは上記距離T3及びT4を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管10の突合わせ部12の形状の良否を判定する判定処理部16cで演算処理装置16が構成される。
図1は、本発明に係る溶接鋼管の品質管理装置の装置構成例を示す概略図である。この図が示すように、本発明の一実施形態の溶接鋼管の品質管理装置は、非接触手段14と演算処理装置16とを備える。
そして、このデータ出力装置14bで生成された形状座標データLは配線15を介して演算処理装置16に与えられる。
データバッファ部16aは、非接触手段14から連続的に提供される溶接鋼管10の突合わせ部12の形状座標データLを一時的に蓄えておく記憶装置である。
近似円演算・処理部16bは、データバッファ部16aより提供される上記の形状座標データLに対し、以下の演算を行うものである。
すなわち、特定検出範囲の中心となる突合わせ部12を境界として形状座標データLを左右の2象限に分割すると共に、その特定検出範囲の始点Aと終点D、並びに分割した左右各象限それぞれにおける形状座標データL上の任意の第1選択点B及び第2選択点Cの座標を選出する。
続いて、上記の始点A,終点Dおよび左象限中の第1選択点Bを含む第1近似円α1と、上記の始点A,終点Dおよび右象限中の第2選択点Cを含む第2近似円α2とを算出する。このような近似円を算出する際には、図4に示すようなアルゴリズムが用いられる。すなわち、形状座標データLから選んだ所定の3点(P1,P2,P3)について、線分P1・P2を二等分する垂線L1と線分P2・P3を二等分する垂線L2とを算出する。そして、垂線L1と垂線L2との交点を中心とし、点P1,P2,P3を通る円を求め、これを近似円とする。
これを本実施形態に当て嵌めると、始点A、第1選択点B、終点Dの3点を用いて、図4のアルゴリズムを用いることにより、第1近似円α1を算出することができる。また、始点A、第2選択点C、終点Dの3点を用いて図4のアルゴリズムを用いることにより、第2近似円α2を算出することができる。
また、第1近似円α1と第2近似円α2から、この2つの近似円を平均化した仮想円Vを算出する。この仮想円Vの算出は、例えば、第1近似円α1の中心O1と第2近似円α2の中心O2の中点を仮想円Vの中心とし、第1近似円α1の半径と第2近似円α2の半径の平均を仮想円Vの半径とするように決定すればよい。
また、本明細書において、「第1近似円α1を算出する」とは、図5に示したようにX軸とZ軸からなる2次元座標平面上で、第1近似円α1の中心O1のX座標とZ座標、並びに第1近似円α1の半径を決定すること等を言う。
一つ目は、得られた第1近似円α1及び第2近似円α2を平均化した仮想円Vを算出すると共に、特定検出範囲内における仮想円Vと第1近似円α1(又は第2近似円α2)との間に形成される溶接鋼管10の板厚方向の最大偏差を差分値T1として算出し、その差分値T1を突合わせ部12の形状を表現する指標として用いる方法である。
これら二つ目の方法は、上述した1つ目の方法と異なり、仮想円Vを算出しない。また、溶接鋼管10の板厚方向の最大偏差である差分値T1の代わりに、第1近似円α1の中心O1と第2近似円α2の中心O2との間の距離T2または上記X軸方向の差分の距離T3及び上記Z軸方向の差分の距離T4を突合わせ部12の形状を表現する指標として用いる。
判定処理部16cは、近似円演算・処理部16bで演算した、差分値T1や距離T2などと言った偏差を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管10の突合わせ部12の形状の良否を判定するものである。
例えば、直径φ101.6mmの鋼管に対し、突合わせ部の段差が鋼管の外径の0.5%以上である場合に不良品と判定される基準を適用する場合、溶接鋼管10の突合わせ部12の形状を表現する指標として差分値T1を用いる際には、閾値を0.25mmとすることができる。また、溶接鋼管10の突合わせ部12の形状を表現する指標として距離T2を用いる際には、閾値を0.72mmとすることができる。更に、溶接鋼管10の突合わせ部12の形状を表現する指標として距離T3とT4を用いる際には、T3に対する閾値を0.51mm、T4に対する閾値を0.518mmとすることができる。なお、必ずしも距離T3とT4とを同時に用いる必要はなく、例えば、距離T3だけ又は距離T4だけを判定に用いてもよい。
この判定処理部16cでは、偏差が閾値を超えるときに不良品と判定し、その信号を表示処理部16d及びイベント発生信号出力部16eに与える。
表示処理部16dは、配線17を介してモニターなどの表示装置18に接続されており、近似円演算・処理部16b及び判定処理部16cより与えられたデータを表示装置18で表示できるように変換するものである。
イベント発生信号出力部16eは、配線19を介して回転警告灯や警報ブザーなどの外部システム20に接続されており、判定処理部16cで判断された溶接鋼管10の突合わせ部12の良・不良の判定結果に基づいて外部システムに所定のイベント発生信号を与える。例えば、判定処理部16cで突合わせ部12の品質が不良と判定された際には、オペレーターに不良品の発生を伝えるべく、このイベント発生信号出力部16eより回転警告灯や警報ブザーなどの外部システム20が作動するようなイベント発生信号が発せられる。
続いて図3のステップS2では、データバッファ部16aより上記の形状座標データLが近似円演算・処理部16bへと与えられ、上述したように、特定検出範囲の中心となる突合わせ部12を境界として形状座標データLが左右の2象限に分割されると共に、その特定検出範囲の始点Aと終点D、並びに分割した左右各象限それぞれにおける形状座標データL上の任意の第1選択点B及び第2選択点Cの座標が選出される(図5参照)。その後、図4に示すアルゴリズムが用いられて、始点A,終点Dおよび左象限中の第1選択点Bを含む第1近似円α1と、始点A,終点Dおよび右象限中の第2選択点Cを含む第2近似円α2とが算出されると共に、第1近似円α1と第2近似円α2との2次元平面座標上での偏差が求められ、これらのデータが突合わせ部12の形状を表現する指標として判定処理部16cへと与えられる。
Claims (9)
- 溶接鋼管(10)の溶接された突合わせ部(12)の形状を、非接触手段(14)を走査することにより得た形状座標データ(L)であって2次元平面に展開された上記突合わせ部(12)を含む特定検出範囲の形状座標データ(L)に基づいて検出する溶接鋼管(10)の突合わせ部(12)における形状検出方法であって、
上記形状座標データ(L)に対し、上記特定検出範囲の始点(A)と終点(D)、上記始点(A)と上記突合わせ部(12)との間に位置する第1選択点(B)、及び、上記突合わせ部(12)と上記終点(D)との間に位置する第2選択点(C)の座標を選出し、
上記の始点(A),終点(D)および第1選択点(B)を含む第1近似円(α1)と、上記の始点(A),終点(D)および第2選択点(C)を含む第2近似円(α2)とを算出し、
得られた第1近似円(α1)及び第2近似円(α2)を平均化した仮想円(V)を算出すると共に、上記特定検出範囲内における上記仮想円(V)と上記第1近似円(α1)又は第2近似円(α2)との間に形成される溶接鋼管(10)の板厚方向の最大偏差を差分値(T1)として算出し、その差分値(T1)を突合わせ部(12)の形状を表現する指標として用いる、ことを特徴とする溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法。 - 溶接鋼管(10)の溶接された突合わせ部(12)の形状を、非接触手段(14)を走査することにより得た形状座標データ(L)であって2次元平面に展開された上記突合わせ部(12)を含む特定検出範囲の形状座標データ(L)に基づいて検出する溶接鋼管(10)の突合わせ部(12)における形状検出方法であって、
上記形状座標データ(L)に対し、上記特定検出範囲の始点(A)と終点(D)、上記始点(A)と上記突合わせ部(12)との間に位置する第1選択点(B)、及び、上記突合わせ部(12)と上記終点(D)との間に位置する第2選択点(C)の座標を選出し、
上記の始点(A),終点(D)および第1選択点(B)を含む第1近似円(α1)と、上記の始点(A),終点(D)および第2選択点(C)を含む第2近似円(α2)とを算出し、
得られた上記第1近似円(α1)の中心(O1)と上記第2近似円(α2)の中心(O2)との間の距離(T2)を求め、その距離(T2)を突合わせ部(12)の形状を表現する指標として用いる、ことを特徴とする溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法。 - 請求項2に記載の溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法において、
前記第1近似円(α1)の中心(O1)と前記第2近似円(α2)の中心(O2)との間の距離(T2)に代えて、上記第1近似円(α1)の中心(O1)と上記第2近似円(α2)の中心(O2)とのX軸方向の差分の距離(T3)及びZ軸方向の差分の距離(T4)を突合わせ部(12)の形状を表現する指標として用いる、ことを特徴とする溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法。 - 請求項1に記載の溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法を用いた溶接鋼管の品質管理方法であって、
前記差分値(T1)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(10)の突合わせ部(12)の形状の良否を判定する、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理方法。 - 請求項2に記載の溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法を用いた溶接鋼管の品質管理方法であって、
前記第1近似円(α1)の中心(O1)と前記第2近似円(α2)の中心(O2)との間の距離(T2)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(10)の突合わせ部(12)の形状の良否を判定する、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理方法。 - 請求項3に記載の溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法を用いた溶接鋼管の品質管理方法であって、
前記第1近似円(α1)の中心(O1)と前記第2近似円(α2)の中心(O2)とのX軸方向の差分の距離(T3)及びZ軸方向の差分の距離(T4)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(10)の突合わせ部(12)の形状の良否を判定する、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理方法。 - 溶接鋼管(10)の溶接された突合わせ部(12)を含む特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査する投光装置(14a)、及び、上記投光装置(14a)から上記特定検出範囲に向けて照射された光の反射光が入力され、その反射光に基づいて上記突合わせ部(12)の位置や形状の変化が反映された形状座標データ(L)を出力するデータ出力装置(14b)を有する非接触手段(14)と、
上記非接触手段(14)により得られた形状座標データ(L)に対し、上記特定検出範囲の始点(A)と終点(D)、上記始点(A)と上記突合わせ部(12)との間に位置する第1選択点(B)、及び、上記突合わせ部(12)と上記終点(D)との間に位置する第2選択点(C)の座標を選出し、上記の始点(A),終点(D)および第1選択点(B)を含む第1近似円(α1)と、上記の始点(A),終点(D)および第2選択点(C)を含む第2近似円(α2)とを算出し、且つ、上記第1近似円(α1)及び第2近似円(α2)を平均化した仮想円(V)を算出し、上記仮想円(V)と上記第1近似円(α1)又は第2近似円(α2)との溶接鋼管(10)の板厚方向の最大偏差である差分値(T1)を求める近似円演算・処理部(16b)、及び、上記の近似円演算・処理部(16b)で得られた差分値(T1)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(10)の突合わせ部(12)の形状の良否を判定する判定処理部(16c)を有する演算処理装置(16)とを備える、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理装置。 - 溶接鋼管(10)の溶接された突合わせ部(12)を含む特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査する投光装置(14a)、及び、上記投光装置(14a)から上記特定検出範囲に向けて照射された光の反射光が入力され、その反射光に基づいて上記突合わせ部(12)の位置や形状の変化が反映された形状座標データ(L)を出力するデータ出力装置(14b)を有する非接触手段(14)と、
上記非接触手段(14)により得られた形状座標データ(L)に対し、上記特定検出範囲の始点(A)と終点(D)、上記始点(A)と上記突合わせ部(12)との間に位置する第1選択点(B)、及び、上記突合わせ部(12)と上記終点(D)との間に位置する第2選択点(C)の座標を選出し、上記の始点(A),終点(D)および第1選択点(B)を含む第1近似円(α1)と、上記の始点(A),終点(D)および第2選択点(C)を含む第2近似円(α2)とを算出し、且つ、上記第1近似円(α1)の中心(O1)と上記第2近似円(α2)の中心(O2)との間の距離(T2)を求める近似円演算・処理部(16b)、及び、上記の近似円演算・処理部(16b)で得られた距離(T2)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(10)の突合わせ部(12)の形状の良否を判定する判定処理部(16c)を有する演算処理装置(16)とを備える、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理装置。 - 請求項8に記載の溶接鋼管の品質管理装置において、
前記近似円演算・処理部(16b)は、前記第1近似円(α1)の中心(O1)と前記第2近似円(α2)の中心(O2)との間の距離(T2)に代えて、上記第1近似円(α1)の中心(O1)と上記第2近似円(α2)の中心(O2)とのX軸方向の差分の距離(T3)及びZ軸方向の差分の距離(T4)を求め、
前記判定処理部(16c)は、上記の近似円演算・処理部(16b)で得られた上記第1近似円(α1)の中心(O1)と上記第2近似円(α2)の中心(O2)とのX軸方向の差分の距離(T3)及びZ軸方向の差分の距離(T4)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(10)の突合わせ部(12)の形状の良否を判定する、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理装置。
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