JP5549963B2 - 電縫溶接操業の監視装置、方法、プログラム、及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、電縫鋼管製造設備において、鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、V字状に収束する周方向両端部を、加熱溶融させて突合わせる電縫溶接(高周波抵抗溶接や誘導加熱溶接等)を監視する操業監視装置、方法、プログラム、及び記憶媒体に関する。
本願は、2011年11月9日に、日本に出願された特願2011−245677号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の第一の態様に係る電縫溶接操業の監視装置では、帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、V字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業の監視装置であって、前記円筒状に成形される際の前記鋼板の外表面側、及び内表面側の少なくとも一方より撮影することで、前記周方向両端部が前記V字状に収束する部位であるV収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得部と;前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記V字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の衝合点を検出する衝合点検出部、及び、前記V字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の幾何学的な収束点であるV収束点を検出するV収束点検出部の何れか一方と;前記衝合点検出部で検出した前記衝合点の位置、及び前記V収束点検出部で検出した前記V収束点の位置の何れか一方に基づいて、前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定部と;前記測温領域設定部で設定した前記測温領域の輝度レベルを計算する輝度レベル演算部と;前記輝度レベル演算部で計算した前記測温領域の前記輝度レベルを、予め設定された温度変換データに基づいて前記測温領域の温度に変換する温度変換部と;前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定部と;を備えている。
(第1の実施形態)
まず図1を参照して、電縫鋼管の製造設備の概要を説明する。図1に示すように、帯状の鋼板1を方向3(搬送方向)に向かって搬送しながら、ロール群(図示せず)により連続的に円筒状に成形する。そして、円筒状に成形される鋼板1の内部にインピーダー6を配置し、一対のコンタクトチップ7(高周波抵抗溶接)又は誘電コイル(図示せず)により(誘導加熱溶接)高周波電流5を流しつつ、スクイズロール2によりアップセットを加える。これにより、鋼板1の周方向両端部4、4(以下では単に端部ともいう)をV字状に収束させながら加熱溶融させて突合わせ、鋼板1を溶融接合することができる(電縫溶接(ERW))。
これにより、矩形状の測温領域52が実際の鋼板1の搬送方向に対して斜めにずれるという不具合を避けることができる。
次に、図12A、図12B、図12C、図13を参照して、第2の実施形態を説明する。円筒状に成形される鋼板1の外表面のV収束部位を含む領域の自然光パターンを撮影するときに、V収束部位の下流側先端で輝度レベルが下がりきらずに、V収束部位の下流側先端が分断されたかのように撮影されてしまうことがある。図12A、図12B、図12Cには、V収束部位の下流側先端が分断されたかのように撮影された画像の2値化画像を図示化した模式図を示す。
図13を参照して、第2の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置100による操業監視方法を詳細に説明する。第1の実施形態で説明した図2のフローチャートと同様の処理には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。撮影装置8から入力部101を介して画像データが入力されると(ステップS1)、画像処理部102はその画像データから赤色成分(波長580〜700nm)を抽出し(ステップS2)、赤色成分を抽出した画像データを2値化処理(反転)する(ステップS3)。
次に、図14A〜図17を参照して、第3の実施形態を説明する。円筒状に成形される鋼板1の外表面のV収束部位を含む領域の自然光パターンを撮影するときに、図14Aに示すように、アークやスパッタが写り込んで、撮影画像に例えば溶接部の1.5倍以上の高い輝度レベルを示す高輝度レベル領域131、132が現れることがある。また、鋼板の放射輝度の方向依存性に起因して(図19を参照)、撮影画像に鋼板1の端部4に沿うように実温よりも輝度レベルの高い線状領域133が現れることもある。これらアークやスパッタ、鋼板の放射輝度の方向依存性に起因する高輝度レベル領域131〜133が測温領域52に含まれると、測温領域52の平均輝度レベルが高くなってしまい、測温領域52の温度を正確に測定できなくなってしまう。
本発明の効果を検証するために、スクイズロールのアップセットによって溶融した鋼材が、板厚内部から表面に排出され始める溶接部を含む測温領域52を設定し、その温度を測定した実施例の結果を図18に示す。操業条件は、API(American Petroleum Institute)規格 5LX-65、サイズ:外径406.4mmφ、板厚:9.5mm、溶接速度:19mpmである。横軸は時間、縦軸は測温領域52での測定温度を示す。入熱量は過去の知見から適正な入熱量としたが、時間t1〜t2では入熱量を低くして入熱不足の状態とした。同図に示すように、適正な入熱量であれば、入熱開始から所定の時間を過ぎると、測温領域52での測定温度が鋼材の融点近くで推移した。そして、入熱不足になると(時間t1〜t2)、測温領域52での測定温度が低くなった。このことから、測温領域52での測定温度を、未溶融の可能性がある溶接条件を回避する溶融証明として利用できることがわかる。
本発明の測温領域52より下流の、溶接終了後の板厚t内部の溶融部分が表面に排出される過程が完了し、表面の凝固が始まる凝固部V4の部位を測温領域として、その温度を測定した比較例の結果を図20に示す。この測温領域は溶接部V3から25mm程度下流側に設定してあり、特許文献2に記載の領域に該当する。操業条件は実施例と同様、API(American Petroleum Institute)規格 5LX-65、サイズ:外径406.4mmφ、板厚:9.5mm、溶接速度:19mpmである。横軸は時間、縦軸は測温領域での測定温度を示す。入熱量は過去の知見から適正な入熱量としたが、鋼材の融点近傍或いは融点未満の温度で不安定に推移する結果となった。この測定領域は、測温領域52の溶接部V3と比較して、表面の凹凸が大きいばかりでなく、表層に放射率の異なる酸化膜が局所的に発生していることから、温度測定値が不安定になったと考えられる。従って、溶接部V3より下流の凝固部V4の温度測定結果から、測温領域が下流にずれると、温度測定値の変動が大きくなる。そして、実際に溶接の異常があった個所と正常に溶接が行われた個所の区別が困難になる。このように実施例と比較例の結果から、溶接部V3を含む領域に限定して測定することで、安定した温度測定及び溶融証明は可能となる。
2:スクイズロール
3:方向
4:周方向両端部
5:高周波電流
6:インピーダー
7:コンタクトチップ
8:撮影装置
9:標準黒体炉
10:標準放射温度計
11:輝度解析機
41:発光領域
52:測温領域
91:ブロッブ
100:電縫溶接の操業監視装置
101:入力部
102:画像処理部
103:衝合点検出部
104:測温領域設定部
105:輝度レベル演算部
106:温度変換部
107:判定部
108:出力部
109:マスク画像生成部
121:見た目上のV収束部位
122:分断領域
131:高輝度レベル領域
132:高輝度レベル領域
133:高輝度レベル領域(線状領域)
200:電縫溶接の操業監視装置
L:衝合点V2と測温領域52との距離
L1:V収束点V1と衝合点V2との距離
L2:衝合点V2と溶接部V3との距離
E1:太線
E2:細線
S1:直線
S2:二等分線
t:板厚
V1:V収束点
V2:衝合点
V2´:衝合点
V3:板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部
V4:板厚表面の凝固が始まる凝固部
Claims (7)
- 帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、V字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業の監視装置であって、
前記円筒状に成形される際の前記鋼板の外表面側、及び内表面側の少なくとも一方より撮影することで、前記周方向両端部が前記V字状に収束する部位であるV収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得部と;
前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記V字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の衝合点を検出する衝合点検出部、及び、前記V字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の幾何学的な収束点であるV収束点を検出するV収束点検出部の何れか一方と;
前記衝合点検出部で検出した前記衝合点の位置、及び前記V収束点検出部で検出した前記V収束点の位置の何れか一方に基づいて、前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定部と;
前記測温領域設定部で設定した前記測温領域の輝度レベルを計算する輝度レベル演算部と;
前記輝度レベル演算部で計算した前記測温領域の前記輝度レベルを、予め設定された温度変換データに基づいて前記測温領域の温度に変換する温度変換部と;
前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定部と;
を備えていることを特徴とする電縫溶接操業の監視装置。 - 前記衝合点検出部により前記衝合点を検出する場合、前記測温領域設定部は、前記衝合点の位置から一定の距離だけ下流側に、前記溶接部が有るとして、前記溶接部を含むように前記測温領域を設定することを特徴とする請求項1に記載の電縫溶接操業の監視装置。
- 前記衝合点検出部により前記衝合点を検出する場合、前記衝合点検出部は、
前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記V字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の前記衝合点を一次検出し;
前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記V字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部を直線近似し、これら近似直線が交わってなすV収束角の二等分線の延長線上に、前記V収束部位の下流側先端が分断された部分である分断領域が有るか否かを判定し;
前記分断領域が無いと判定した場合は、一次検出した前記衝合点を前記衝合点として検出する一方、前記分断領域が有ると判定した場合は、前記分断領域の最下流点を前記衝合点として検出する;
ことを特徴とする請求項2に記載の電縫溶接操業の監視装置。 - 前記画像取得部で取得した前記画像から、前記輝度レベルが所定値以上である高輝度レベル領域を除外するためのマスク画像を生成するマスク画像生成部を更に備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電縫溶接操業の監視装置。
- 帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、V字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業の監視方法であって、
前記円筒状に成形される際の前記鋼板の外表面側、及び内表面側の少なくとも一方より撮影することで、前記周方向両端部が前記V字状に収束する部位であるV収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得ステップと;
前記画像取得ステップで取得した前記画像に基づいて、前記V字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の衝合点を検出する衝合点検出ステップ、及び、前記V字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の幾何学的な収束点であるV収束点を検出するV収束点検出ステップの何れか一方と;
前記衝合点検出ステップで検出した前記衝合点の位置、及び前記V収束点検出ステップで検出した前記V収束点の位置の何れか一方に基づいて、前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定ステップと;
前記測温領域設定ステップで設定した前記測温領域の輝度レベルを計算する輝度レベル演算ステップと;
前記輝度レベル演算ステップで計算した前記測温領域の前記輝度レベルを、予め設定された温度変換データに基づいて前記測温領域の温度に変換する温度変換ステップと;
前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定ステップと;
を有することを特徴とする電縫溶接操業の監視方法。 - 帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、V字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業を監視するためのプログラムであって、
前記円筒状に成形される際の前記鋼板の外表面側、及び内表面側の少なくとも一方より撮影することで、前記周方向両端部が前記V字状に収束する部位であるV収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得部と;
前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記V字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の衝合点を検出する衝合点検出部、及び、前記V字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の幾何学的な収束点であるV収束点を検出するV収束点検出部の何れか一方と;
前記衝合点検出部で検出した前記衝合点の位置、及び前記V収束点検出部で検出した前記V収束点の位置の何れか一方に基づいて、前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定部と;
前記測温領域設定部で設定した前記測温領域の輝度レベルを計算する輝度レベル演算部と;
前記輝度レベル演算部で計算した前記測温領域の前記輝度レベルを、予め設定された温度変換データに基づいて前記測温領域の温度に変換する温度変換部と;
前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定部と;
を備えていることを特徴とするプログラム。 - 請求項6に記載のプログラムを記録したことを特徴とする記憶媒体。
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