JP5477227B2 - 管端開先加工部の検査方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管の端部における開先加工した部分の表面状態を検査するために用いる管端開先加工部の検査方法及び装置に関するものである。

ボイラ等におけるヘッダ（管寄せ）の１つの形式として、ヘッダ管に、ループ管となる複数の鋼管を接続した形式のものがある。

この種のヘッダを製造する場合は、上記ヘッダ管における上記鋼管の接続個所に孔を設け、該孔の周縁部に上記鋼管の端部を突き当てるように配置した状態で、該鋼管の端部の外周と、上記ヘッダ管の対応する孔の周縁部とを周方向の全周に亘り溶接するようにしてある。

そのため、上記溶接を行う鋼管の端部には、通常、上記ヘッダ管に設けた対応する孔の周縁部との間にＪ形やレ形の開先を形成するための開先加工を施すようにしてある。

又、２本の鋼管の端部同士を溶接により接続する場合は、接続対象となる２本の鋼管の端部同士の突合せ部分に、予めＵ形やＶ形の開先を形成しておき、この開先を周方向の全周に亘り溶接するようにしてある。

上記のような溶接対象となる鋼管の端部の開先加工には、切削あるいは研削加工が広く用いられている。

ところで、切削加工や研削加工では、加工機における切削用や研削用の工具と、被加工物との間で継続的なビビリ（ビビリ振動）が生じることがある。又、上記工具と被加工物との間で過剰な温度上昇が生じて焼き付きを生じることもある。

そのため、上記鋼管の端部の開先加工時に、該開先加工に用いる切削用や研削用の工具と被加工物である鋼管との間に上記したような継続的なビビリが生じると、該鋼管の端部に開先加工により形成するルート面や開先面の表面に、上記開先加工時に生じたビビリに起因する周期的に波打った形状の痕跡（以下、ビビリマークと云う）が周方向に沿って発生してしまう。

このようなビビリマークが生じたルート面や開先面は、その表面に、該ビビリマークの存在による周方向に周期的な凹凸が生じていて、表面状態が均一ではないため、後の工程で上記鋼管の端部の開先加工部におけるルート面と開先面によって形成させる開先を溶接する際に、鋼管の周方向の全周に亘り均等な溶接を行うことが困難になるという問題が生じる。

又、上記鋼管の端部の開先加工時に、該開先加工に用いる切削用や研削用の工具と被加工物である鋼管との間で温度上昇が生じて、該鋼管の端部に開先加工により形成するルート面や開先面の表面に焼き付きが生じると、該焼き付きが生じた部分では、表面の金属組織が酸化されているため、後の工程で、上記鋼管の端部の開先加工部のルート面と開先面によって形成させる開先を溶接しても、溶接部分に所望される溶接品質が得られないという可能性が生じてしまう。

そのために、鋼管の端部に開先加工を施した場合は、形成されたルート面や開先面について作業者が目視による検査を行って、ビビリマークや焼き付きが生じていない正常な表面健全性が得られていることを確認することが一般に行われている。

ところで、管端部に開先を形成するための面取り加工部を設けた被測定管について、その面取り加工部におけるルートフェイス寸法と、ベベル角度を測定するための手法として、たとえば、上記面取り加工部を設けた測定管の長手方向と直交する方向の管端位置に設けた撮像装置により、被測定管を挟んで上記撮像装置の反対側に設けた光照射装置で照明される該被測定管の管端最下部のシルエット形状を撮影し、該シルエット形状の静止画像を基に、画像処理により上記被測定管の面取り加工部のルートフェイス寸法と、ベベル角度を求める手法が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

又、鋼管端部に設けた面取り部分について、不良の有無の検査を行う手法の１つとして、被検査鋼管を一定速度で回転させながら、該被検査鋼管の面取端面からの反射光を一定の時間間隔で撮影して、撮影された反射光に基いて上記面取端面の残肉寸法及び外径寸法を電気信号として検出し、その検出された電気信号を予め設定した設定値と比較して、検出信号が設定値と異なっている場合は、上記被検査鋼管の面取りが正常に行われていないと判断するようにする手法が従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

更に、金属板を外形加工して作成されたリードフレーム等の金属試料について、金属試料表面を３つの異なる仰角位置から照明手段により順次照明し、それぞれの照明手段によって照明された同一領域の反射光を撮影手段で撮影し、各照明手段からの反射照明による撮影画像を、それぞれＲ，Ｇ，Ｂに割り当ててから各画像をカラー合成することにより、上記金属試料表面の角度が変化している部分を、欠陥部として検出する手法が従来提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

特許第２６００５６７号公報 実開昭５８−１６２０１１号公報 特開平１１−８３４５５号公報（図８，図９）

ところが、前記したように、鋼管の端部に開先加工を施した後、形成されたルート面や開先面について、作業者が目視によりビビリマークや焼き付きの有無を検査して該ルート面や開先面の表面健全性を検査する手法では、作業者の手間が嵩むと共に、ライティングの影響や目視検査する作業者の個人差により、上記ビビリマークや焼き付きの有無の判断の基準が一定にならないため、上記鋼管の端部に設けた開先加工部の品質にばらつきが生じてしまう。

なお、上記特許文献１に示された手法は、被測定管のシルエット形状の画像を基に、該被測定管の端部の面取り加工部におけるルートフェイス寸法とベベル角度という形状のデータについての測定を行うためのものであるため、鋼管の端部の開先加工部におけるルート面と開先面のビビリマークの有無や焼き付きの有無のような表面健全性の検査を行うことができるものではない。

又、特許文献２及び特許文献３に示されたものは、いずれも検査対象とする部分で生じる反射光を撮影した画像を基にして処理を行うものであるが、鋼管の端部の開先加工部に形成するルート面と開先面のような角度が異なる複数の面については、該各面での反射光の画像を一緒に撮影することはできない。そのため、上記特許文献２及び特許文献３に記載された手法は、上記鋼管の端部の開先加工部に形成するルート面と開先面という角度が異なる面についての表面健全性を一度に検査する手法に適用することができるものではない。

そこで、本発明は、管端部に形成した開先加工部に正常で均一な表面健全性を備えた管（鋼管）の選定を容易に実施できるように、管端部の開先加工部におけるルート面と開先面を一緒に撮影した画像を基に、該ルート面と開先面のそれぞれの表面健全性を一度に且つ機械的に検査することができて、検査作業に要する手間を削減することができるようにするための管端開先加工部の検査方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、検査対象管の管端部に設けた開先加工部を暗空間内に配置し、上記開先加工部の周方向の一部を、照明装置により照明すると共に、照明された開先加工部の周方向の一部におけるルート面と開先面を撮影装置で一緒に撮影し、得られる画像上の上記開先加工部のルート面に対応する個所と開先面に対応する個所に、ルート面用計測領域と開先面用計測領域をそれぞれ設定し、次いで、設定された各計測領域について個別のコントラスト変換を行い、該コントラスト変換により各計測領域ごとに得られる濃淡変化及び色の濃さが、予め正常な表面健全性を備えた開先加工部を有する管に対して同様の処理を実施したときに得られている対応する計測領域の濃淡の変化、色の濃さの基準値に比して或るしきい値を越えると、上記検査対象管の開先加工部における表面健全性に不良があると判定する管端開先加工部の検査方法とする。

又、上記構成において、検査対象管の開先加工部の周方向の一部を照明装置により照明するとき、該開先加工部のルート面と開先面に明るさの差を生じさせるような照射角度で該照明装置より上記開先加工部の周方向の一部へ照明光を照射して、上記開先加工部のルート面と開先面に異なる角度で照射光が当たるようにし、撮影装置で上記ルート面と開先面を一緒に撮影して得られる画像上における上記ルート面と開先面の明るさの差に基づいて、該画像上の上記ルート面に対応する個所と開先面に対応する個所に、ルート面用計測領域と開先面用計測領域をそれぞれ設定するようにする。

更に、上記構成において、検査対象管の開先加工部を、Ｕ形開先又はＪ形開先用のルート面と、その外周側のＲ部分及び斜面部分からなる開先面を備えた開先加工部とし、該開先加工部の周方向の一部を照明装置により照明するとき、該開先加工部のルート面と開先面のＲ部分と斜面部分に明るさの差を生じさせるような照射角度で該照明装置より上記開先加工部の周方向の一部へ照明光を照射して、上記開先加工部のルート面と開先面の斜面部分に異なる角度で照射光が当たるようにすると共に、上記開先加工部の開先面のＲ部分に上記照明装置からの照明光が直接当たらないで陰になるようにし、撮影装置で上記ルート面と開先面のＲ部分及び斜面部分を一緒に撮影して得られる画像上における上記ルート面と開先面のＲ部分と斜面部分の明るさの差に基づいて、該画像上の上記ルート面に対応する個所と、開先面のＲ部分に対応する個所と、開先面の斜面部分に対応する個所に、ルート面用計測領域と、開先面Ｒ部分用計測領域と、開先面斜面部分用計測領域をそれぞれ設定するようにする。

又、請求項４に対応して、検査対象管の管端部の開先加工部の周辺に外部からの光を遮った暗空間を形成するための暗空間形成容器と、上記暗空間形成容器内に配置された検査対象管の開先加工部の周方向の一部を照明するための照明装置と、上記照明装置により照明された検査対象管の開先加工部のルート面と開先面を一緒に撮影するための撮影装置を備え、更に、上記撮影装置で撮影して得られた画像上にて、上記開先加工部のルート面に対応する個所と開先面に対応する個所に、ルート面用計測領域と開先面用計測領域をそれぞれ設定する機能と、該設定された各計測領域について個別のコントラスト変換を行う機能と、該コントラスト変換により各計測領域ごとに得られる濃淡変化及び色の濃さが、予め正常な表面健全性を備えた開先加工部を有する管に対して同様の処理を実施したときに得られている対応する計測領域の濃淡の変化、色の濃さの基準値に比して或るしきい値を越えると、上記検査対象管の開先加工部における表面健全性に不良があると判定する機能を有してなる処理装置を備えた構成を有する管端開先加工部の検査装置とする。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）検査対象管の管端部に設けた開先加工部を暗空間内に配置し、上記開先加工部の周方向の一部を、照明装置により照明すると共に、照明された開先加工部の周方向の一部におけるルート面と開先面を撮影装置で一緒に撮影し、得られる画像上の上記開先加工部のルート面に対応する個所と開先面に対応する個所に、ルート面用計測領域と開先面用計測領域をそれぞれ設定し、次いで、設定された各計測領域について個別のコントラスト変換を行い、該コントラスト変換により各計測領域ごとに得られる濃淡変化及び色の濃さが、予め正常な表面健全性を備えた開先加工部を有する管に対して同様の処理を実施したときに得られている対応する計測領域の濃淡の変化、色の濃さの基準値に比して或るしきい値を越えると、上記検査対象管の開先加工部における表面健全性に不良があると判定する管端開先加工部の検査方法及び装置としてあるので、検査対象管の管端部の開先加工部のルート面と開先面について、ビビリマークや焼き付き等による表面健全性の不良が生じているか否かの検査を行うことができる。
（２）又、撮影装置により開先加工部のルート面と開先面を一緒に撮影して得られる画像を基に、上記ルート面と開先面の表面健全性の検査を並行して一緒に行うことができるため、上記検査対象管の開先加工部全体の表面健全性の検査に要する時間を削減することができる。
（３）更に、上記開先加工部の表面健全性の検査を、作業者の目視により行う必要をなくすことができて、検査作業に要する手間と時間を削減することができる。しかも、上記開先加工部の表面健全性が正常か又は不良かの判断を機械的に行わせることができて、判断基準を一定にすることができる。
（４）したがって、開先加工部の表面健全性に不良があると判定されたものを除くことで、開先加工部の表面健全性が正常で且つ該開先加工部の品質が均一な管を選定することが可能になる。

本発明の管端開先加工部の検査装置の実施の一形態として、Ｕ形又はＪ形開先用の開先加工部を備えた管を検査対象管とする場合を示す概略側面図である。 図１のＡ−Ａ方向矢視図である。 図１の装置における照明装置による検査対象管の照明状態を示す概要図である。 図１の装置を用いて実施する本発明の管端開先加工部の検査方法の手順を示すフロー図である。 図１の装置における撮影装置で撮影される画像の概要を示す図である。 本発明の実施の他の形態として、Ｖ形又はレ形の開先用の開先加工部を備えた管を検査対象管とする場合を示す概略側面図である。 図６の装置における照明装置による検査対象管の照明状態を示す図である。 図６の装置を用いて実施する本発明の管端開先加工部の検査方法の手順を示すフロー図である。 図６の装置における撮影装置で撮影される画像の概要を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図５は本発明の管端開先加工部の検査方法及び装置の実施の一形態として、管端部にＵ形開先又はＪ形開先を形成するための開先加工部２として、軸心方向に垂直なルート面３を内周側端縁部に備え、且つ該ルート面３の外周側に、開先面４として、Ｒ部分（軸心方向に沿って湾曲した部分）４ａと斜面部分４ｂからなる開先面４を備えた形式の管（鋼管）を検査対象管１とする場合の適用例を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、本発明の管端開先加工部の検査装置は、図１に示すように、内部に暗空間を形成するための暗空間形成容器５を備えて、該暗空間形成容器５の内側に配置する検査対象管１の開先加工が施してある管端部の周辺に、外部からの光を遮った暗空間を形成できるようにする。

上記暗空間形成容器５の内部には、上記検査対象管１の管端部の開先加工部２における周方向の一部を照明するための照明装置６と、該照明装置６により照明された上記検査対象管１の開先加工部２のルート面３と開先面４を同時に撮影できるようにした撮影装置７とを、上記検査対象管１に対し周方向に相対移動できるように備える。これにより、上記照明装置６及び撮影装置７を、上記検査対象管１に対し、周方向に後述する所定の角度間隔で順次相対移動させることで、上記検査対象管１の開先加工部２におけるルート面３と開先面４について、周方向のすべての個所を網羅する画像（静止画像）を得ることができるようにする。

更に、上記撮影装置７より入力される画像の信号を処理するための処理装置８を備えてなる構成とする。

詳述すると、上記暗空間形成容器５は、暗室等のように、上記検査対象管１全体を収納可能なサイズを備えた形式としてもよく、あるいは、検査対象管１の長手方向における検査対象となる開先加工部２が設けてある管端部側を挿入して、上記開先加工部２を含む検査対象管１の長手方向の一部を部分的に覆う（取り囲む）形式としてもよい。なお、上記暗空間形成容器５を、検査対象管１の長手方向における検査対象となる開先加工部２が設けてある管端部側を部分的に覆う形式とする場合は、上記検査対象管１における検査対象となる開先加工部２が設けてある管端部とは反対側の管端部に、蓋又は栓（詰物）をすることにより、該検査対象管１の管内を通して外部の光が上記暗空間形成容器５内へ入らないようにしてあるものとする。

又、上記暗空間形成容器５により上記検査対象管１の検査対象となる開先加工部２が設けてある管端部の周辺に暗空間を形成させる場合、検査対象管１の長手方向の全長が長い場合であっても本発明の管端開先加工部の検査装置の設置のための上下方向の空間を大きくとる必要がないようにするためには、図１に示すように、上記検査対象管１を横に延びる姿勢で配置させることが望ましい。

なお、図示してないが、上記検査対象管１の長さ寸法が比較的短く限定されている場合は、該検査対象管１を、検査対象となる開先加工部２が設けてある管端部を上又は下に向けた姿勢に配置した状態で、暗空間形成容器５により、上記検査対象管１の検査対象となる開先加工部２が設けてある管端部の周辺に暗空間を形成させるようにした構成としてもよい。この場合は、以下で説明する照明装置６及び撮影装置７と、検査対象管１の開先加工部２との相対的な配置が維持されるように、検査対象管１の検査対象となる開先加工部２を上向き、あるいは、下向きとする姿勢の変化に応じて、上記照明装置６と撮影装置７の位置を適宜変化させるようにすればよい。

上記照明装置６は、上記検査対象管１の開先加工部２の周方向の１個所に向けて配置するようにしてあり、この際、該照明装置６が発する照明光６ａを、上記検査対象管１の開先加工部２に対し、後述するように処理装置８にて撮影装置７で撮影された図５に示す如き画像９上で設定するルート面用、開先面Ｒ部分用、及び、開先面斜面部分用の各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃに所望される或る中心角、たとえば、中心角２０度に応じた周方向領域よりもやや広い範囲に当てることができるようにしてある。

具体的には、上記照明装置６は、図１及び図２に示すように、上記検査対象管１の肉厚寸法と、開先加工部２における周方向に中心角２０度の領域に対応する弦の寸法よりもやや大きな寸法を縦横寸法とする矩形状の面で面発光する形式の照明装置６としてある。これにより、上記開先加工部２の上記中心角２０度よりもやや広い範囲に対して、ほぼ均一な照明光６ａを照射することができるようにしてあり、よって、該開先加工部２における上記照明装置６で照明された個所を上記撮影装置７で撮影する際に、ハレーションが生じる虞を回避できるようにしてある。

更に、上記照明装置６は、上記検査対象管１の開先加工部２における上記所定の中心角範囲に対して照明を行う際に、該開先加工部２に形成されているルート面３と、開先面４のＲ部分４ａと、斜面部分４ｂを、それぞれ異なる明るさで照明できるようにするために、たとえば、上記開先加工部２における上記所定の中心角の範囲の領域より検査対象管１の軸心位置Ｏに寄った位置に、上記ルート面３に対して斜め４５度の角度で照明光６ａを照射するように配置してある。これにより、図３に示すように、上記ルート面３に対しては、上記照明装置６より発せられた照明光６ａを斜め４５度の角度で直接当てるのに対し、上記開先面４のＲ部分４ａは、上記照明装置６より発せられる照明光６ａに対しては陰になるようにすることで、周辺に存在するものの散乱光による照明が行われようにし、又、上記開先面４の斜面部分４ｂは、上記照明装置６より発せられた照明光６ａを該斜面部分４ｂの傾斜角度に応じて斜め４５度よりも小さい角度で直接当てるようにすることで、上記照明装置６により照明される上記検査対象管１の開先加工部２の上記所定の中心角範囲にて、上記ルート面３と開先面４のＲ部分４ａと斜面部分４ｂに、それぞれ明るさの違いが生じるようにしてある。

上記撮影装置７は、図１に示すように、上記照明装置６によって照明される上記検査対象管１の開先加工部２の上記中心角２０度よりもやや広い範囲について、ルート面３と、開先面４のＲ部分４ａ及び斜面部分４ｂを一緒に撮影することができるように、たとえば、上記開先加工部２における上記照明装置６により照明される範囲を、検査対象管１の外側で且つ該検査対象管１の軸心方向に対し４５度傾いた角度で撮影できる位置に配置してある。

上記照明装置６と、上記撮影装置７は、連結手段１１で連結すると共に、該連結手段１１で連結された上記照明装置６及び撮影装置７を、上記検査対象管１の軸心位置Ｏに旋回軸を有する旋回装置１２に取り付けてある。これにより、上記検査対象管１の開先加工部２が形成してある管端部の位置を上記暗空間形成容器５内で回転しないよう固定した状態で、上記旋回装置１２を運転することにより、上記照明装置６及び撮影装置７を、上記検査対象管１の軸心位置Ｏを中心に円周動作させて、該照明装置６及び撮影装置７を、上記検査対象管１の開先加工部２に向いた姿勢を維持したまま、該開先加工部２に倣って周方向の全周に亘り移動させることができるようにしてある。

したがって、上記旋回装置１２により上記照明装置６及び撮影装置７を上記検査対象管１の開先加工部２の周方向の或る個所に対応させて配置した状態で、上記照明装置６により照明された開先加工部２を上記撮影装置７で撮影し、その後、上記旋回装置１２により、上記照明装置６及び撮影装置７を周方向の一方向へ中心角２０度間隔となる位置まで移動させてから、該位置にて上記照明装置６により照明された開先加工部２を上記撮影装置７で撮影するという操作を、順次１７回繰り返して行うことにより、上記検査対象管１における開先加工部２の周方向のすべての個所（周方向３６０度の個所）を、上記照明装置６により照明された状態として、１８枚の画像（静止画像）９に分けて撮影できるようにしてある。

上記撮影装置７は、上記のようにして検査対象管１の開先加工部を撮影すると、その画像９の信号を上記処理装置８へ出力するようにしてある。

上記処理装置８は、上記撮影装置７より入力される画像９の信号を処理する機能を備えると共に、上記撮影装置７に指令Ｃ１を与えて該撮影装置７の撮影を制御する機能、及び、上記旋回装置１２へ指令Ｃ２を与えて該旋回装置１２の運転を制御する機能を備えるようにしてある。

ここで、図４に示すフロー図を用いて、上記処理装置８による処理手順に即して本発明の管端開先加工部の検査方法について詳述する。

上記処理装置８は、計測開始に伴い、先ず、上記旋回装置１２へ指令Ｃ２を与えて、該旋回装置１２により、上記照明装置６及び撮影装置７を上記検査対象管１の開先加工部２の周方向の或る１個所に対応させて配置させる（ステップＳ１）。

次いで、この状態で、上記処理装置８は、撮影装置７へ指令Ｃ１を与えて上記検査対象管１の開先加工部２における上記照明装置６によって照明された個所を撮影させ、この撮影に伴って撮影装置７より入力される信号を基に、上記開先加工部２における撮影個所の画像９を取得する（ステップＳ２）。この際、上記撮影装置７より取得した画像９では、図５に示すように、検査対象管１の開先加工部２における中心角２０度よりもやや広い範囲のみが、上記照明装置６からの照明光６ａ（図１、図３参照）によって均一に照明されて明るく写った状態となっている。（なお、図５では、図示する便宜上、画像９上における上記検査対象管１の明るく写る部分と暗く写る部分の明暗の差を、ドットの粗密で示してある。又、上記画像９上における上記検査対象管１の背景は、暗空間形成容器５により外部の光を遮断した暗空間であるため、本来は暗く写るが、図５では、上記検査対象管１の外形を図示する便宜上、上記検査対象管１の背景は白抜きで示してある。後述する図９も同様。）
その後、上記処理装置８は、上記画像９上にて、上記開先加工部２の周方向における上記照明光６ａ（図１、図３参照）によって均一に照射されている中心角２０度の部分を選択し、更に、該選択部分において、前述したように上記照明装置６からの照明光６ａの当たり方が違うことに起因して開先加工部２のルート面３と、開先面４におけるＲ部分４ａと、斜面部分４ｂについて生じる明るさの差を基に、上記ルート面３と、開先面４のＲ部分４ａと、斜面部分４ｂにそれぞれ対応する個所に、図５に二点鎖線で示すように、ルート面用計測領域１０ａと、開先面Ｒ部分用計測領域１０ｂと、開先面斜面部分用計測領域１０ｃを分割して設定する（ステップＳ３）。

上記のようにして各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃが設定されると、上記処理装置８は、該各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃごとに個別のコントラスト変換を行ってから（ステップＳ４）、該コントラスト変換されたデータを基に、上記各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれについて、焼き付き及びビビリマークを検査する（ステップＳ５）。

具体的には、予め、開先加工部２のルート面３、開先面４のＲ部分４ａ及び斜面部分４ｂについて、すべてビビリマークや焼き付きがないという表面健全性が確認されている管を対象として、上記ステップＳ１〜ステップＳ３と同様の処理を行うことで、上記表面健全性が確認されているルート面３と、開先面４のＲ部分４ａと、斜面部分４ｂに各々対応するルート面用計測領域１０ａと、開先面Ｒ部分用計測領域１０ｂと、開先面斜面部分用計測領域１０ｃを設定した後、上記表面健全性が得られている状態の上記各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃについて、該各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃごとに、最明部と最暗部との比を或る一定値に揃えるコントラスト変換を行い、このコントラスト変換後の上記各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおける濃淡の変化や、色の濃さを、該各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃの個別の基準値として、上記処理装置８に備えた図示しない記憶部に記憶しておく。

ところで、上記開先加工部２に焼き付きが存在すると、この焼き付きが生じた部分は、表面の金属組織が酸化されていることに伴って表面が着色されている。このため、開先加工部２のルート面３や、開先面４のＲ部分４ａや、斜面部分４ｂに焼き付きが存在していて、その部分が撮影装置７により撮影される場合は、処理装置８に取得される画像９にて、上記焼き付きの部分が、表面健全性が得られている部分に比して暗く写るようになる。

そのため、上記開先加工部２のルート面３や、開先面４のＲ部分４ａや、斜面部分４ｂに焼き付きが存在している場合に、開先加工部２に表面健全性が確認されている場合と同一の処理条件で上記ステップＳ１〜ステップＳ４の処理を行うと、コントラスト変換後の上記各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおける上記焼き付きが生じている部分の色の濃さが、上記処理装置８の図示しない記憶部に記憶してある各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃの個別の基準値よりも濃くなる。

そこで、上記処理装置８では、上記図示しない記憶部に記憶してある各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃの個別の基準値に対し、或るしきい値をそれぞれ定めるようにしてあり、これにより、実際の検査対象管１について上記処理装置８で上記ステップＳ１〜ステップＳ４の処理を行った後に、上記各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃのいずれかで、上記処理装置８の図示しない記憶部に記憶してある各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃの個別の基準値に比して、上記予め設定してある上記或るしきい値を越えて色の濃くなる部分が検出されると、該部分を焼き付きであると判断するようにしてある。

一方、上記開先加工部２にビビリマークが存在する場合は、上記照明装置６による照明光６ａを当てると、上記ビビリマークによる表面の波打った形状に応じて、その表面には、周方向に周期的な濃淡が生じるようになる。

そのため、上記開先加工部２のルート面３や、開先面４のＲ部分４ａや、斜面部分４ｂにビビリマークが存在している場合に、開先加工部２に表面健全性が確認されている場合と同一の処理条件で上記ステップＳ１〜ステップＳ４の処理を行うと、コントラスト変換後の上記各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおける上記ビビリマークが生じている部分は、上記処理装置８の図示しない記憶部に記憶してある各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃの個別の基準値に比して、周方向に色の濃淡が周期的に変化するパターンが生じるようになる。

そこで、上記処理装置８では、上記図示しない記憶部に記憶してある各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃの個別の基準値に対し、周方向の濃淡変化についての或るしきい値をそれぞれ定めるようにしてあり、これにより、実際の検査対象管１について上記処理装置８で上記ステップＳ１〜ステップＳ４の処理を行った後に、上記各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃのいずれかで、上記処理装置８の図示しない記憶部に記憶してある各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃの個別の基準値に比して、上記予め設定してある周方向の濃淡変化についての或るしきい値を越える濃淡の周期的な変化が検出されると、該部分にビビリマークが生じていると判断するようにしてある。なお、上記ビビリマークの検査を行う際は、上記コントラスト変換に加えて、エッジ抽出や２値化のフィルタを使用して表面の波打った形状をより浮かび上がらせるようにした上で、上記処理装置８の図示しない記憶部に記憶してある各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃの個別の基準値との比較を行うようにしてもよい。

上記処理装置８は、上記のようにしてステップＳ５で焼き付きとビビリマークの検査が終了すると、その後、ステップＳ６に進んで、上記ステップＳ５で焼き付きあるいはビビリマークが検出されたか否かの判定を行い、焼き付き及びビビリマークのいずれも検出されない場合は、直接ステップＳ８に進む一方、上記ステップＳ５で焼き付きあるいはビビリマークが検出されていた場合は、一旦ステップＳ７へ進んで、該処理装置８に接続してある異常判定出力部（図示せず）にて異常判定出力を行わせてから、上記ステップＳ８へ進むようにしてある。

その後、上記処理装置８は、上記ステップＳ８にて、上記検査対象管１の開先加工部２について、３６０度の検査が行われたか否かの判断を行い、３６０度の検査が未だ行われていない場合は、ステップＳ９へ進み、該ステップＳ９にて、旋回装置１２へ指令Ｃ２を与えて、該旋回装置１２の運転により、上記照明装置６及び撮影装置７を周方向の一方向へ２０度回転させて次の撮影位置へ移動させ、しかる後、上記ステップＳ２へ戻って、ステップＳ２から上記ステップＳ８までの処理を再度行うようにしてある。

これにより、検査対象管１の開先加工部２における中心角２０度の範囲についてのルート面３と開先面４のＲ部分４ａ及び斜面部分４ｂについてのビビリマークと焼き付きの検査が、周方向に中心角２０度で位置をずらしながら、検査範囲が３６０度に達するまで繰り返し行われるようになる。

上記のようにして開先加工部２の３６０度の検査が行われると、ステップＳ８に進んだ時点で３６０度の検査が終了したと判断されるようになることから、上記処理装置８は計測を終了するようにする。

このように、本発明の管端開先加工部の検査方法及び装置によれば、検査対象管１の管端部に設けてある開先加工部２のルート面３、開先面４のＲ部分４ａ及び斜面部分４ｂについて、ビビリマークや焼き付きの検査を行うことができ、上記開先加工部２のルート面３、開先面４のＲ部分４ａ及び斜面部分４ｂのいずれかにビビリマークや焼き付きが生じている場合は、処理装置８に接続してある異常判定出力部（図示せず）に異常判定出力を行わせることができる。

よって、或る検査対象管１に対して本発明の管端開先加工部の検査方法及び装置による検査を実施する際に、上記処理装置８に接続してある異常判定出力部（図示せず）で異常判定出力が生じた場合は、そのとき検査した検査対象管１が、開先加工部２のルート面３と、開先面４のＲ部分４ａと、斜面部分４ｂの少なくとも１個所にビビリマークや焼き付きによる表面状態の不良を生じているものであると容易に判定することができる。

一方、或る検査対象管１に対して本発明の管端開先加工部の検査方法及び装置による検査を実施しても、上記異常判定出力部（図示せず）における異常判定出力が生じない場合は、そのとき検査した検査対象管１が、開先加工部２のルート面３、開先面４のＲ部分４ａ及び斜面部分４ｂのすべてに正常な表面健全性を有するものであると容易に判定することができる。

更に、本発明の管端開先加工部の検査方法及び装置では、撮影装置７により開先加工部２のルート面３と開先面４のＲ部分４ａと斜面部分４ｂにおける照明装置６で照明された範囲を一緒に撮影し、得られる画像９上で、上記ルート面３と、開先面４のＲ部分４ａと、斜面部分４ｂについて、それぞれの明るさの差を基にルート面用計測領域１０ａと、開先面Ｒ部分用計測領域１０ｂと、開先面斜面部分用計測領域１０ｃを個別に設定して、該各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃごとに、独立したコントラスト変換を行うことによるビビリマークや焼き付きの有無を検査する処理を行うようにしてあり、しかも、この各計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃごとのビビリマークや焼き付きの有無を検査する処理は、並行して一緒に行うことが可能なため、上記検査対象管１の開先加工部２全体の表面健全性の検査に要する時間を削減することができる。

なお、上記開先加工部２の開先面４のＲ部分４ａは、上記照明装置６からの照明光６ａは直接当たらない陰になるようにして、周辺からの散乱光による照明を行うようにしてあるため、上記処理装置８で取得する画像９における上記開先面４のＲ部分４ａは、上記照明装置６からの照明光６ａが直接当たるようにしてあるルート面３や、開先面４の斜面部分４ｂに比して暗く写ることになるが、該画像９上で、上記Ｒ部分４ａに対応する開先面Ｒ部分用計測領域１０ｂを、上記ルート面３に対応するルート面用計測領域１０ａや、上記開先面４の斜面部分４ｂに対応する開先面斜面部分用計測領域１０ｃと分けて設定した上で、該開先面Ｒ部分用計測領域１０ｂについて独立したコントラスト変換を行うようにしてあるため、上記開先面４のＲ部分４ａが、ルート面３や開先面４の斜面部分４ｂに比して暗く写ることの影響を受けることなく、開先面Ｒ部分用計測領域１０ｂについてのビビリマークや焼き付きの有無を検査することができるようになる。

又、上記開先加工部２の表面健全性の検査を、作業者の目視により行う必要をなくすことができるため、検査作業に要する手間と時間を削減することができる。しかも、上記開先加工部の表面健全性が正常であるか又は不良であるかの判断は機械的に行わせることができることから、判断基準を一定にすることができる。したがって、開先加工部２における表面健全性が正常であるとされた検査対象管１は、開先加工部２の品質を均一なものとすることができる。

次に、図６乃至図９は本発明の実施の他の形態として、管端部にＶ形開先又はレ形開先を形成するための開先加工部２Ａとして、軸心方向に垂直なルート面３を内周側端縁部に備え、且つ該ルート面３の外周側に、径方向に一定の角度で傾斜する斜面となる開先面４ｃを備えた形式の管（鋼管）を検査対象管１Ａとする場合の適用例を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、本実施の形態における管端開先加工部の検査装置は、図１及び図２に示したと同様の構成において、照明装置６を、上記検査対象管１Ａの開先加工部２Ａに形成されているルート面３と斜面である開先面４ｃをそれぞれ異なる明るさで照明できるようにする。具体的には、たとえば、上記検査対象管１Ａの軸心位置Ｏに寄った位置に、上記ルート面３に対して斜め４５度の角度で照明光６ａを照射するように配置する。これにより、図７に示すように、上記ルート面３に対しては、上記照明装置６より発せられた照明光６ａを斜め４５度の角度で当てるのに対し、上記開先面４ｃには、斜面である該開先面４ｃの傾斜角度に応じて上記照明装置６より発せられる照明光６ａを斜め４５度よりも小さい角度で当てるようにすることで、上記照明装置６により照明される範囲の上記検査対象管１Ａの開先加工部２Ａにおける上記ルート面３と開先面４ｃに、それぞれ明るさの違いが生じるようにしてある。

又、撮影装置７は、図６に示すように、上記検査対象管１Ａの開先加工部２Ａにおける上記照明装置６によって照明される範囲について、ルート面３と開先面４ｃを一緒に撮影することができるように、たとえば、上記開先加工部２Ａにおける上記照明装置６により照明される範囲を、検査対象管１Ａの外側で且つ該検査対象管１Ａの軸心方向に対し４５度傾いた角度で撮影できる位置に配置する。

上記照明装置６と撮影装置７は、図１に示したと同様に、連結手段１１を介して連結すると共に、旋回装置１２により、該照明装置６と撮影装置７を一緒に上記検査対象管１Ａの開先加工部２Ａに倣って周方向の全周に亘り移動させることができるようにする。

更に、処理装置８Ａを、図４に示したフロー図に代えて、図８に示すフロー図の如き処理機能を備えてなるものとする。

その他の構成は図１乃至図５に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

以下、上記処理装置８Ａにおける処理手順について具体的に説明する。

上記処理装置８Ａは、計測開始に伴い、先ず、図４に示したステップＳ１と同様に、上記旋回装置１２により、上記照明装置６及び撮影装置７を上記検査対象管１の開先加工部２の周方向の或る１個所に対応させて配置させた後、この状態で、処理装置８Ａは、図４に示したステップＳ２と同様に、撮影装置７へ指令Ｃ１を与えて上記検査対象管１の開先加工部２における上記照明装置６によって照明された個所を撮影させて、該開先加工部２における撮影個所の画像９を取得する。この際、上記撮影装置７より取得した画像９では、図９に示すように、検査対象管１Ａの開先加工部２Ａの周方向の一部が、上記照明装置６からの照明光６ａ（図６、図７参照）によって均一に照明されて明るく写った状態となっている。

その後、上記処理装置８Ａは、上記画像９上にて、上記開先加工部２Ａの周方向における上記照明光６ａ（図６、図７参照）によって均一に照射されている所定の中心角の部分、たとえば、中心角２０度の部分を選択し、更に、該選択部分において、前述したように上記照明装置６からの照明光６ａの当たり方が違うことに起因して開先加工部２Ａのルート面３と、開先面４ｃについて生じる明るさの差を基に、上記ルート面３と、開先面４ｃにそれぞれ対応する個所に、図９に二点鎖線で示すように、ルート面用計測領域１０ａと、開先面用計測領域１０ｄを分割して設定する（ステップＳ３ａ）。

上記のようにして各計測領域１０ａ，１０ｄが設定された後は、上記処理装置８Ａは、図４に示したフロー図におけるステップＳ４からステップＳ７までの手順と同様に、該各計測領域１０ａ，１０ｄごとに個別のコントラスト変換を行ってから、該コントラスト変換されたデータを基に、上記各計測領域１０ａ，１０ｄのそれぞれについて、予め正常な表面健全性が得られている場合のデータとの比較により、焼き付き及びビビリマークを検査してから、焼き付きあるいはビビリマークが検出されたか否かの判定を行い、焼き付きあるいはビビリマークが検出された場合は、処理装置８Ａに接続してある異常判定出力部（図示せず）にて異常判定出力を行わせる。

その後、上記処理装置８Ａは、図４のフロー図におけるステップＳ８と同様に、上記検査対象管１Ａの開先加工部２Ａについて、３６０度の検査が行われたか否かの判断を行い、３６０度の検査が未だ行われていない場合は、ステップＳ９へ進み、該ステップＳ９にて、旋回装置１２へ指令Ｃ２を与えて、該旋回装置１２の運転により、上記照明装置６及び撮影装置７を周方向の一方向へ２０度回転させて次の撮影位置へ移動させ、しかる後、上記ステップＳ２へ戻って、ステップＳ２から上記ステップＳ８までの処理を再度行うようにしてある。

しかる後、上記ステップＳ８で上記開先加工部２Ａの３６０度の検査が終了したと判断されると、上記処理装置８Ａは計測を終了するようにする。

このように、本実施の形態の管端開先加工部の検査方法及び装置によれば、検査対象管１Ａの管端部に設けてある開先加工部２Ａのルート面３、及び、斜面となる開先面４ｃについて、ビビリマークや焼き付きの検査を行うことができ、上記開先加工部２Ａのルート面３、開先面４ｃのいずれかにビビリマークや焼き付きが生じている場合は、処理装置８Ａに接続してある異常判定出力部（図示せず）に異常判定出力を行わせることができる。

よって、或る検査対象管１Ａに対して本実施の形態の管端開先加工部の検査方法及び装置による検査を実施する際に、上記処理装置８Ａに接続してある異常判定出力部（図示せず）での異常判定出力の有無に基いて、そのとき検査した検査対象管１Ａが、開先加工部２Ａのルート面３及び開先面４ｃにビビリマークや焼き付きによる表面状態の不良を生じているものか、あるいは、開先加工部２のルート面３及び開先面４ｃの双方に正常な表面健全性を有するものであるかを容易に判定することができる。

以上により、本実施の形態の管端開先加工部の検査方法及び装置によっても、図１乃至図５の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、管端部に開先加工を施すようにしてある管であれば、ループ管以外のいかなる用途の管を検査対象管１，１Ａとして、その開先加工部２，２Ａの検査に適用してもよい。

検査対象管１，１Ａの開先加工部２，２Ａの周方向について、照明装置６により照明する範囲、撮影装置７により撮影する範囲、上記計測領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを設定する中心角の範囲は、検査対象管１，１Ａの径寸法に応じて変化する開先加工部２，２Ａの円周寸法、照明装置６のサイズ、撮影装置７の撮影範囲（視野）の大小に応じて、適宜変更してもよい。

上記撮影装置７を検査対象管１，１Ａの開先加工部２，２Ａの周方向に所要間隔で移動させて撮影する画像の数は、上記検査対象管１，１Ａの開先加工部２，２Ａの周方向について照明装置６による照明を行いながら撮影装置７により撮影可能となる範囲の中心角の大小に応じて、周方向のすべての個所の画像を得ることができるように適宜増減してもよい。

開先加工部２にＵ形開先又はＪ形開先用のルート面３と、Ｒ部分４ａ及び斜面部分４ｂからなる開先面４を設けた場合は、上記ルート面３と、開先面４のＲ部分４ａと、斜面部分４ｂに明るさの差が生じるように照明でき、又、開先加工部２ＡにＶ形開先又はレ形開先用のルート面３と斜面となる開先面４ｃを設けた場合は、上記ルート面３と、開先面４ｃに明るさの差が生じるように照明できるようにしてあれば、照明装置６の配置は、図示した以外の任意の位置に設定してよい。又、面発光する形式以外のいかなる形式の照明装置６を採用してもよい。

開先加工部２にＵ形開先又はＪ形開先用のルート面３と、Ｒ部分４ａ及び斜面部分４ｂからなる開先面４を設けた場合は、上記開先加工部２における照明装置６により照明された周方向の一部にて、上記ルート面３と、開先面４のＲ部分４ａと、斜面部分４ｂを一緒に撮影することができ、又、開先加工部２ＡにＶ形開先又はレ形開先用のルート面３と斜面となる開先面４ｃを設けた場合は、上記開先加工部２Ａにおける照明装置６により照明された周方向の一部にて、上記ルート面３と、開先面４ｃを一緒に撮影することができるようにしてあれば、撮影装置７の位置や姿勢（向き）を適宜変更してもよい。

照明装置６及び撮影装置７を検査対象管１，１Ａの周方向に相対移動させる手段としては、検査対象管１，１Ａの開先加工部２，２Ａの周方向の一部に臨むように配置した照明装置６及び撮影装置７を位置固定した状態で、上記検査対象管１，１Ａを回転させるようにしてもよい。

本発明の管端開先加工部の検査方法及び装置は、処理装置８，８Ａにて、検査対象管１，１Ａの開先加工部２，２Ａのルート面３や開先面４，４ｃの画像上におけるコントラスト変換後に、予め正常な表面健全性が得られている場合のデータとの比較により部分的に変色した部分を検出させるようにすることで、上記開先加工部２，２Ａのルート面３や開先面４，４ｃの表面に存在する傷等の欠陥部を検査する処理に適用してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１，１Ａ 検査対象管
２，２Ａ 開先加工部
３ ルート面
４ 開先面
４ａ Ｒ部分
４ｂ 斜面部分
４ｃ 開先面
５ 暗空間形成容器
６ 照明装置
６ａ 照明光
７ 撮影装置
８，８Ａ 処理装置
９ 画像
１０ａ ルート面用計測領域
１０ｂ 開先面Ｒ部分用計測領域
１０ｃ 開先面斜面部分用計測領域
１０ｄ 開先面用計測領域

Claims (4)

1. 検査対象管の管端部に設けた開先加工部を暗空間内に配置し、上記開先加工部の周方向の一部を、照明装置により照明すると共に、照明された開先加工部の周方向の一部におけるルート面と開先面を撮影装置で一緒に撮影し、得られる画像上の上記開先加工部のルート面に対応する個所と開先面に対応する個所に、ルート面用計測領域と開先面用計測領域をそれぞれ設定し、次いで、設定された各計測領域について個別のコントラスト変換を行い、該コントラスト変換により各計測領域ごとに得られる濃淡変化及び色の濃さが、予め正常な表面健全性を備えた開先加工部を有する管に対して同様の処理を実施したときに得られている対応する計測領域の濃淡の変化、色の濃さの基準値に比して或るしきい値を越えると、上記検査対象管の開先加工部における表面健全性に不良があると判定することを特徴とする管端開先加工部の検査方法。
2. 検査対象管の開先加工部の周方向の一部を照明装置により照明するとき、該開先加工部のルート面と開先面に明るさの差を生じさせるような照射角度で該照明装置より上記開先加工部の周方向の一部へ照明光を照射して、上記開先加工部のルート面と開先面に異なる角度で照射光が当たるようにし、撮影装置で上記ルート面と開先面を一緒に撮影して得られる画像上における上記ルート面と開先面の明るさの差に基づいて、該画像上の上記ルート面に対応する個所と開先面に対応する個所に、ルート面用計測領域と開先面用計測領域をそれぞれ設定するようにする請求項１記載の管端開先加工部の検査方法。
3. 検査対象管の開先加工部を、Ｕ形開先又はＪ形開先用のルート面と、その外周側のＲ部分及び斜面部分からなる開先面を備えた開先加工部とし、該開先加工部の周方向の一部を照明装置により照明するとき、該開先加工部のルート面と開先面のＲ部分と斜面部分に明るさの差を生じさせるような照射角度で該照明装置より上記開先加工部の周方向の一部へ照明光を照射して、上記開先加工部のルート面と開先面の斜面部分に異なる角度で照射光が当たるようにすると共に、上記開先加工部の開先面のＲ部分に上記照明装置からの照明光が直接当たらないで陰になるようにし、撮影装置で上記ルート面と開先面のＲ部分及び斜面部分を一緒に撮影して得られる画像上における上記ルート面と開先面のＲ部分と斜面部分の明るさの差に基づいて、該画像上の上記ルート面に対応する個所と、開先面のＲ部分に対応する個所と、開先面の斜面部分に対応する個所に、ルート面用計測領域と、開先面Ｒ部分用計測領域と、開先面斜面部分用計測領域をそれぞれ設定するようにする請求項２記載の管端開先加工部の検査方法。
4. 検査対象管の管端部の開先加工部の周辺に外部からの光を遮った暗空間を形成するための暗空間形成容器と、上記暗空間形成容器内に配置された検査対象管の開先加工部の周方向の一部を照明するための照明装置と、上記照明装置により照明された検査対象管の開先加工部のルート面と開先面を一緒に撮影するための撮影装置を備え、更に、上記撮影装置で撮影して得られた画像上にて、上記開先加工部のルート面に対応する個所と開先面に対応する個所に、ルート面用計測領域と開先面用計測領域をそれぞれ設定する機能と、該設定された各計測領域について個別のコントラスト変換を行う機能と、該コントラスト変換により各計測領域ごとに得られる濃淡変化及び色の濃さが、予め正常な表面健全性を備えた開先加工部を有する管に対して同様の処理を実施したときに得られている対応する計測領域の濃淡の変化、色の濃さの基準値に比して或るしきい値を越えると、上記検査対象管の開先加工部における表面健全性に不良があると判定する機能を有してなる処理装置を備えた構成を有することを特徴とする管端開先加工部の検査装置。

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