JP6206350B2 - 超音波探傷装置及び超音波探傷方法 - Google Patents

Description

本発明は、電縫管の溶接シーム部を超音波探傷する超音波探傷装置及び超音波探傷方法に関するものである。

一般に、電縫管は、鋼板を管状に成形し、鋼板の幅方向両端部を互いに押し付けながら溶接接合するというプロセスによって製造される。このような電縫管の製造プロセスでは、良好な溶接品質を得るために、電縫管は、超音波探傷装置を利用して溶接シーム部を超音波探傷し、シームアニーラによって溶接シーム部にアニール処理（溶接によって焼き入れ状態近くになった溶接シーム部を焼き戻す処理）を施すことによって、製品化される。

溶接シーム部を超音波探傷する際には、通常、溶接ビードの切削後や水圧試験後、溶接シーム部に対して斜めに超音波信号を入射させる斜角探傷が実施される。斜角探傷では、超音波信号が溶接シーム部に入射されるように、超音波探触子を備えるセンサヘッドを溶接シーム部に対して位置決めして超音波探傷を行う必要がある。特に集束された超音波信号を用いる場合には、超音波信号の焦点深度が短くなるため、その位置決めには精密さが要求される。

しかしながら、電縫管は製造ライン上で様々な力を受けるため、溶接シーム部が、必ずしもセンサヘッドの中心線上に位置しているとは限らず、センサヘッドの中心線に対して管周方向にずれてしまうことがある。そこで、溶接シーム部にある欠陥からの超音波反射信号を用いたシーム位置検出技術（特許文献１参照）や、電縫管の溶接シーム部を赤外線カメラで撮像することによって得られた温度分布からシーム位置を検出し、さらに溶接シーム部に存在する品質には影響しない微小酸化物からの超音波反射信号を用いてシーム位置を補正する技術（特許文献２参照）が提案されている。

特開２０１１−２２７０６０号公報 特開２００９−２２２４０８号公報

しかしながら、特許文献１，２記載の技術はいずれも、電縫管の溶接シーム部付近で超音波信号を電子的又は機械的に管周方向に走査することによって得られる、溶接シーム部に存在する品質には影響しない微小酸化物からの超音波反射信号に基づいて、シーム位置を検出するものである。このため、特許文献１，２記載の技術によれば、溶接シーム部に微小酸化物が存在しない場合、シーム位置を検出することができない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、溶接シーム部に存在する微小酸化物からの超音波反射信号に頼らずにシーム位置を精度良く検出し、溶接シーム部を精度良く探傷可能な超音波探傷装置及び超音波探傷方法を提供することにある。

本発明に係る超音波探傷装置は、電縫管の溶接シーム部の熱画像を撮影するシーム検出部と、前記シーム検出部の造管方向下流側に設置された、前記溶接シーム部を超音波探傷するための超音波探触子を有する超音波探傷用センサヘッドと、前記シーム検出部によって撮影された溶接シーム部の熱画像を用いて電縫管のシーム位置及びビード切削位置を演算するシーム位置演算部と、前記超音波探傷用センサヘッドの設置位置の直前又は直後に設置された、前記電縫管のビード切削帯を検出するビード切削帯検出部と、前記ビード切削帯検出部によって検出されたビード切削帯に基づいて電縫管のビード切削位置を演算するビード切削位置演算部と、前記シーム位置演算部によって演算されたシーム位置及びビード切削位置と前記ビード切削位置演算部によって演算されたビード切削位置とを用いて前記超音波探傷用センサヘッドの追従移動量を演算する追従移動量演算部と、前記追従移動量演算部によって演算された追従移動量に従って前記超音波探傷用センサヘッドを電縫管の溶接シーム部に追従移動させるセンサヘッド駆動部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る超音波探傷装置は、上記発明において、前記シーム位置演算部は、前記シーム検出部によって撮影された熱画像から電縫管の管周方向の温度分布を算出し、温度が所定の閾値を超えた管周方向位置の中点をシーム位置として演算することを特徴とする。

本発明に係る超音波探傷装置は、上記発明において、前記ビード切削帯検出部は、電縫管の上方左側方向から溶接シーム部の近辺に照明光を照射する第１の光源と、電縫管の上方右側方向から溶接シーム部の近辺に照明光を照射する第２の光源と、第１及び第２の光源から照明光を照射した際の溶接シーム部の近辺の画像を検出する、第１の光源と第２の光源との間に挟まれた画像検出部と、を備え、前記ビード切削位置演算部は、第１の光源から照明光を照射した際に検出された画像と第２の光源から照明光を照射した際に検出された画像とから最小輝度画像を演算し、最小輝度画像の管周方向に対して造管方向の所定の評価範囲内における輝度の最大値を演算した輝度分布を評価用輝度分布として演算し、評価用輝度分布と所定の閾値とに基づいてビード切削位置を演算することを特徴とする。

本発明に係る超音波探傷装置は、上記発明において、前記ビード切削位置演算部は、前記最小輝度画像の造管方向に対して管周方向における最大輝度値を計算したチャートを算出し、チャートが所定の閾値を超える造管方向の範囲を前記所定の評価範囲として設定することを特徴とする。

本発明に係る超音波探傷装置は、上記発明において、前記ビード切削位置演算部は、前記最小輝度画像の所定の範囲内に設定された参照輝度演算範囲における管周方向に対して造管方向の輝度の最大値を演算した輝度分布を参照輝度分布として演算し、評価用輝度分布から参照輝度分布を減算した輝度分布と所定の閾値とに基づいてビード切削位置を演算することを特徴とする。

本発明に係る超音波探傷装置は、上記発明において、前記超音波探傷用センサヘッドに適用されている超音波探傷法が音響結合材として水を用いる超音波探傷法であることを特徴とする。

本発明に係る超音波探傷方法は、電縫管の溶接シーム部を超音波探傷するための超音波探触子を有する超音波探傷用センサヘッドの設置位置の造管方向上流側において、溶接シーム部の熱画像を撮影するシーム検出ステップと、前記シーム検出ステップにおいて撮影された溶接シーム部の熱画像を用いて電縫管のシーム位置及びビード切削位置を演算するシーム位置演算ステップと、前記超音波探傷用センサヘッドの設置位置の直前又は直後において、前記電縫管のビード切削帯を検出するビード切削帯検出ステップと、前記ビード切削帯検出ステップにおいて検出されたビード切削帯に基づいて電縫管のビード切削位置を演算するビード切削位置演算ステップと、前記シーム位置演算ステップにおいて演算されたシーム位置及びビード切削位置と前記ビード切削位置演算ステップにおいて演算されたビード切削位置とを用いて前記超音波探傷用センサヘッドの追従移動量を演算する追従移動量演算ステップと、前記追従移動量演算ステップにおいて演算された追従移動量に従って前記超音波探傷用センサヘッドを電縫管の溶接シーム部に追従移動させるセンサヘッド駆動ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る超音波探傷装置及び超音波探傷方法によれば、溶接シーム部に存在する微小酸化物からの反射波に頼らずにシーム位置を精度良く検出し、溶接シーム部を精度良く探傷することができる。

図１は、本発明の一実施形態である超音波探傷装置の全体構成を示す模式図である。 図２は、図１に示すビード切削帯検出部の構成を示す模式図である。 図３は、本発明の一実施形態であるシーム追従制御処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、シーム検出部によって取得された電縫管の溶接シーム部の熱画像の一例を示す図である。 図５は、電縫管の管周方向の温度分布の一例を示す図である。 図６は、電縫管のシーム位置の演算方法を説明するための図である。 図７は、電縫管の管周方向の温度分布からビード切削位置を算出する方法を説明するための図である。 図８は、電縫管の管周方向の温度分布からビード切削位置を算出する方法を説明するための図である。 図９は、一方の光源から照明光を照射することによって撮影したビード切削帯の画像の一例を示す図である。 図１０は、他方の光源から照明光を照射することによって撮影したビード切削帯の画像の一例を示す図である。 図１１は、最小輝度演算処理によるビード切削帯の抽出方法を説明するための図である。 図１２は、本発明の一実施形態であるビード切削位置演算処理の流れを示すフローチャートである。 図１３は、図１２に示すステップＳ１４〜Ｓ１９の処理を説明するための図である。 図１４は、図１２に示すステップＳ２０の処理を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である超音波探傷装置の構成及びその動作について説明する。

〔構成〕
始めに、図１，図２を参照して、本発明の一実施形態である超音波探傷装置の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である超音波探傷装置の全体構成を示す模式図である。図２は、図１に示すビード切削帯検出部の構成を示す模式図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態である超音波探傷装置１は、ロールＲによって管状に成形された鋼板Ｓの幅方向両端部を溶接機２で溶接接合し、ビード切削機３によって溶接部のビード部分を切削することによって製造された電縫管Ｐの溶接シーム部を超音波探傷する装置である。

本発明の一実施形態である超音波探傷装置１は、超音波探傷用センサヘッド１１、シーム冷却部１２、シーム検出部１３、シーム追従制御部１４、ビード切削帯検出部１５、超音波送受信部１６、及び評価部１７を主な構成要素として備えている。

超音波探傷用センサヘッド１１は、電縫管Ｐの溶接シーム部を超音波探傷するための超音波探触子を備えている。超音波探触子は、電縫管Ｐの溶接シーム部に追従し、溶接シーム部の精密な超音波探傷が可能となるように、換言すれば、超音波探触子の感度範囲内に溶接シーム部が常に入るように、マニュピュレータ駆動部１１ａによって電縫管Ｐの管周方向に移動可能に構成されている。

シーム冷却部１２は、超音波探傷用センサヘッド１１の造管方向上流側に設置されている冷却装置である。シーム冷却部１２は、超音波探傷用センサヘッド１１の設置位置において電縫管Ｐの溶接シーム部の温度が約１００度以下になるように溶接シーム部を冷却する。溶接シーム部の冷却方法は、ラミナーノズルによる水冷方法が最も効果的であるが、超音波探傷用センサヘッド１１の設置位置で溶接シーム部の温度が約１００度以下となれば、水冷方法以外の冷却方法であっても良い。

超音波探傷用センサヘッド１１に適用されている超音波探傷法が音響結合材として水を用いる水柱超音波法（局部水浸法）や水膜法である場合、超音波探傷用センサヘッド１１の位置が電縫管Ｐの溶接シーム部に近い程、溶接時の熱の影響を受けて水が沸騰し、超音波信号の送受信が妨げられるために、超音波探傷が困難になる。また、超音波探傷用センサヘッド１１が熱によって破損する可能性もある。このため、本実施形態では、シーム冷却部１２は、超音波探傷用センサヘッド１１の設置位置において電縫管Ｐの溶接シーム部の温度が約１００度以下になるように、超音波探傷用センサヘッド１１の造管方向上流側において溶接シーム部を冷却する。

シーム検出部１３は、シーム冷却部１２の造管方向上流側に設置され、電縫管Ｐの溶接シーム部を検出する。本実施形態では、シーム検出部１３は、熱画像カメラによって構成され、熱画像カメラによって撮影された熱画像を利用して電縫管Ｐの温度分布から溶接シーム部を検出する。電縫管Ｐに対する熱画像カメラの高さ位置は、電縫管Ｐの外径に応じて常に所定のフォーカス位置で熱画像を撮影できるように、操業情報データベースから送信された電縫管Ｐの外径のデータに基づいてシーム検出部高さ位置調整部１３ａによって調整される。

溶接シーム部に対して超音波探傷用センサヘッド１１を精度良く追従させるためには、超音波探傷用センサヘッド１１にできるだけ近い位置にシーム検出部１３を配置することが好ましい。これは、超音波探傷用センサヘッド１１とシーム検出部１３とが離れている場合、電縫管Ｐの捩れの影響や、電縫管Ｐのボトム部分の造管に差し掛かり始めた際、成形ロール等の拘束力が徐々に弱くなり、電縫管Ｐが管周方向に回転しやすくなるといった影響によって、溶接シーム部に対して超音波探傷用センサヘッド１１を精度良く追従できなくなるためである。

しかしながら、上述の通り、超音波探傷法として水柱超音波法や水膜法を適用した場合、水の沸騰による超音波信号の送受信の妨害や超音波探触子の耐久性の問題があるため、超音波探傷用センサヘッド１１の造管方向上流側にシーム冷却部１２を設置しなければならない。一方、熱画像カメラを用いて温度分布から溶接シーム部を検出する場合、シーム冷却部１２によって電縫管Ｐを冷却した後は、冷却によって温度分布が変化するために、溶接シーム部を正確に検出することが困難になる。

このため、本実施形態では、造管方向上流側から順にシーム検出部１３、シーム冷却部１２、及び超音波探傷用センサヘッド１１を設置しなければならず、超音波探傷用センサヘッド１１の設置位置とシーム検出部１３の設置位置とが必然的に離れてしまう。そこで、本実施形態では、以下に示すシーム追従制御処理を実行することにより、超音波探傷用センサヘッド１１の設置位置とシーム検出部１３の設置位置とが離れ、電縫管Ｐのシーム位置が管周方向にずれたとしても、超音波探傷用センサヘッド１１が精度良く溶接シーム部に追従できるようにしている。

具体的には、本発明の発明者らは、超音波探傷用センサヘッド１１近辺での画像を用いると、ビード切削帯とそれ以外の部分との放射率の変化によってビード切削帯の幅が算出でき、算出されたビード切削帯の幅に基づいてシーム位置が算出できることに着目した。そして、シーム冷却部１２の造管方向上流側にシーム検出部１３を設置すると共に、シーム冷却部１２の造管方向下流側に設置した超音波探傷用センサヘッド１１の直前又は直後にビード切削帯を検出するビード切削帯検出部１５を設置した。

シーム追従制御部１４は、コンピュータ等の情報処理装置によって構成され、情報処理装置内部のＣＰＵ等の演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することによって、シーム位置演算部１４ａ、遅延部１４ｂ、ビード切削位置演算部１４ｃ、及び追従移動量演算部１４ｄとして機能する。これら各部の機能については後述する。

ビード切削帯検出部１５は、電縫管Ｐのビード切削帯を検出する装置であり、図２に示すように、光源１５ａ，１５ｂ及び画像検出部１５ｃを備えている。

光源１５ａ，１５ｂは、ＬＥＤ等の光源によって構成され、照明光の入射角度がそれぞれ入射角度θ_ａ，θ_ｂとなるように溶接シーム部の上方に設置されている。光源１５ａ，１５ｂは、ビード切削帯Ａを含む電縫管Ｐの周面に照明光を照射する。本実施形態では、光源１５ａ，１５ｂは、照明光の入射角度が共に４５°となるように溶接シーム部の上方に設置されている。

画像検出部１５ｃは、光源１５ａ及び光源１５ｂから照明光が交互に照射された際にビード切削帯Ａを含む電縫管Ｐの周面の画像を撮影し、撮影された画像のデータをビード切削位置演算部１４ｃに出力する。光源１５ａ，１５ｂにＬＥＤを採用することにより、照明光を照射する光源を高速で交互に切り替えながら電縫管Ｐの周面の画像を撮影できる。

なお、ビード切削帯検出部１５は、シーム検出部１３と同様に熱画像カメラを用いてビード切削帯を検出しても良いし、形状計測手法等の異なる他の手法を用いてビード切削帯を検出しても良い。

超音波送受信部１６は、超音波探傷用センサヘッド１１が備えている超音波探触子に対して超音波信号の送受信指令を出力することによって、電縫管Ｐの超音波探傷処理を制御する。超音波送受信部１６は、超音波探触子が受信した溶接シーム部から反射した超音波信号（超音波反射信号）を評価部１７に出力する。

評価部１７は、超音波送受信部１６から出力された超音波反射信号に対して所定の処理を施した後、所定の処理が施された超音波反射信号に基づいて溶接シーム部に欠陥が存在するか否か等の電縫管Ｐの溶接シーム部の品質評価を実行する。評価部１７は、電縫管Ｐの溶接シーム部の品質評価結果を表示、記録することによって、電縫管Ｐの溶接シーム部の品質評価結果に関する情報をオペレータに提供する。

このような構成を有する超音波探傷装置１では、シーム追従制御部１４が、以下に示すシーム追従制御処理を実行することによって、溶接シーム部に存在する微小酸化物からの反射波に頼らずに電縫管Ｐのシーム位置を検出し、検出されたシーム位置に追従するように超音波探傷用センサヘッド１１を制御する。以下、図３〜図８を参照して、シーム追従制御処理を実行する際の超音波探傷装置１の動作について説明する。

〔シーム追従制御処理〕
図３は、本発明の一実施形態であるシーム追従制御処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、超音波探傷装置１に対してシーム追従制御処理の実行命令が入力されたタイミングで開始となり、シーム追従制御処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、シーム検出部１３が、電縫管Ｐの溶接シーム部の熱画像を取得し、取得した熱画像のデータをシーム追従制御部１４に出力する。図４は、シーム検出部１３によって取得された溶接シーム部の熱画像の一例を示す図である。図４に示すように、熱画像の中央部分に周囲より温度が高いことを示す白色の溶接シーム部を確認することができる。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、シーム追従制御処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、シーム位置演算部１４ａが、シーム検出部１３から出力された熱画像のデータを用いて電縫管Ｐのシーム位置Ｘｃを演算し、演算されたシーム位置Ｘｃのデータを遅延部１４ｂに出力する。以下、図５，図６を参照して、電縫管Ｐのシーム位置の演算方法について説明する。なお、図５は、電縫管Ｐの管周方向の温度分布の一例を示す図であり、横軸及び縦軸はそれぞれ管周方向の画素（ピクセル）番号及び温度を示す。

図５に示すように、電縫管Ｐの管周方向の温度分布は、溶接シーム部の中央部付近に温度が低い部分がある二瘤形状になっている。そこで、本実施形態では、図６に示すように、シーム位置演算部１４ａは、電縫管Ｐの管周方向の温度分布に対して閾値θｔを設定し、管周方向の温度分布が閾値θｔを横切る２箇所のＸ座標Ｘａ，Ｘｂを算出する。そして、シーム位置演算部１４ａは、以下に示す数式（１）を用いて、２箇所のＸ座標Ｘａ，Ｘｂの中点の座標（電縫管Ｐの軸方向と直角な方向における溶接シーム部のＸ座標）Ｘｃをシーム検出部１３の設置位置を通過した時点での電縫管Ｐのシーム位置Ｘｃとして算出する。

なお、閾値θｔは固定値でも良いし、管周方向の温度分布のピーク値に対して所定の割合を乗算した値等の変数としても良い。また、図４の右端に温度分布の平均化の範囲を示したように、溶接シーム部の管周方向の温度分布として、電縫管Ｐの造管方向における複数位置の温度値の平均値を用いてもよい。平均化した温度値を用いることによって、溶接機２からのノイズやシーム冷却部１２で発生する蒸気による熱画像の揺らぎの影響を低減し、シーム位置の算出精度を高めることができる。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、シーム追従制御処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、シーム位置演算部１４ａが、シーム検出部１３から出力された熱画像のデータを用いて電縫管Ｐのビード切削位置（ビード切削帯の管周方向端部位置）Ｘ_ｍ１、Ｘ_ｍ２を演算し、演算されたビード切削位置Ｘ_ｍ１、Ｘ_ｍ２のデータを遅延部１４ｂに出力する。電縫管Ｐの管周方向の温度分布において、溶接シーム部の中央部付近では温度が低下している。また、ビード切削帯は周辺よりも鏡面状態となることから、赤外線の放射率が周辺とは異なっている。このため、赤外線を用いた熱画像から溶接シーム部の温度分布を算出すると、図５に示したように溶接シーム部の中央部には谷部分が生じる。そこで、本実施形態では、シーム位置演算部１４ａは、鏡面状態による放射率の影響を受けている範囲を管周方向の温度分布から抽出することによってビード切削位置Ｘ_ｍ１、Ｘ_ｍ２を演算する。

以下、図７，図８を参照して、ビード切削位置の演算方法を具体的に説明する。図７に示すように、本実施形態では、始めに、シーム位置演算部１４ａが、ステップＳ２の処理において算出されたシーム位置Ｘｃを用いて、電縫管Ｐの管周方向位置Ｘがシーム位置Ｘｃより小さい範囲において温度が最大となる管周方向位置Ｘ_ｐ１を算出する。

次に、シーム位置演算部１４ａは、管周方向位置Ｘ_ｐ１の前後数点の範囲でカーブフィッティングを行うことによって、温度が最大となる管周方向位置をビード切削位置Ｘ_ｍ１として算出する。例えば図８に示すように、シーム位置演算部１４ａは、管周方向位置Ｘ_ｐ１の前後５点の温度を抽出し、最小二乗法を用いて抽出された前後５点の温度を２次関数でフィッティングできる近似曲線を求め、この近似曲線が示す温度が最大となる管周方向位置をビード切削位置Ｘ_ｍ１として算出する。また、シーム位置演算部１４ａは、同様の手順により管周方向位置Ｘがシーム位置Ｘｃより大きな範囲についても、温度が最大になる管周方向位置Ｘ_ｐ２を算出し、次にその前後数点を用いて温度が最大になる真の管周方向位置をビード切削位置Ｘ_ｍ２として算出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、シーム追従制御処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、遅延部１４ｂが、速度検出部１４ｅ等によって計測された造管速度を用いてシーム位置Ｘｃ及びビード切削位置Ｘ_ｍ１，Ｘ_ｍ２がビード切削帯検出部１５の設置位置を通過するまでに要する時間ｔ_ｄを算出する。そして、遅延部１４ｂは、時間ｔ_ｄだけ遅延させてシーム位置Ｘｃ及びビード切削位置Ｘ_ｍ１，Ｘ_ｍ２のデータを追従移動量演算部１４ｄに出力する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、シーム追従制御処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、ビード切削帯検出部１５の設置位置におけるビード切削位置Ｘ_ｓ１，Ｘ_ｓ２を算出し、算出されたビード切削位置のデータを追従移動量演算部１４ｄに出力する。ビード切削位置Ｘ_ｓ１，Ｘ_ｓ２の演算方法の詳細については後述する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、シーム追従制御処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、追従移動量演算部１４ｄが、超音波探傷用センサヘッド１１の追従移動量Ｄを算出する。具体的には、追従移動量演算部１４ｄは、以下に示す数式（２）〜（４）を用いて超音波探傷用センサヘッド１１の追従移動量Ｄを算出する。すなわち、始めに、追従移動量演算部１４ｄは、数式（２）を用いてシーム検出部１３の設置位置におけるビード切削幅中央位置（Ｘ_ｍ１＋Ｘ_ｍ２）／２とシーム位置Ｘｃとのズレ量ｄを算出する。

次に、追従移動量演算部１４ｄは、数式（３）を用いてビード切削帯検出部１５の設置位置におけるビード切削帯中央位置（Ｘ_ｓ１＋Ｘ_ｓ２）／２をズレ量ｄで補正した座標をシーム位置Ｘ_ｐｏｓとして算出する。そして最後に、追従移動量演算部１４ｄは、数式（４）を用いてシーム位置Ｘ_ｐｏｓと予め設定した目標値Ｘ_ｄとの差を超音波探傷用センサヘッド１１の追従移動量Ｄとして算出する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、シーム追従制御処理はステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ７の処理では、シーム追従制御部１４が、ステップＳ６の処理において算出された追従移動量Ｄだけ超音波探傷用センサヘッド１１を移動させるようにマニュピュレータ駆動部１１ａを制御する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、シーム追従制御処理はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８の処理では、超音波探傷装置１が、シーム追従制御処理の停止指示があったか否かを判別する。判別の結果、シーム追従制御処理の停止指示がない場合、超音波探傷装置１は、シーム追従制御処理をステップＳ１の処理に戻す。一方、シーム追従制御処理の停止指示があった場合には、超音波探傷装置１は、シーム追従制御処理を終了する。

〔ビード切削位置演算処理〕
次に、図９〜図１４を参照して、上記ステップＳ５のビード切削位置演算処理について説明する。

図９，図１０はそれぞれ、光源１５ａ及び光源１５ｂから照明光を照射することによって撮影したビード切削帯の画像の一例を示す図である。なお、図９，図１０に示す画像は同じビード切削帯を撮影することによって得られたものである。

一般に、ビード切削帯は金属光沢を有し、またビード切削帯には電縫管の造管方向に延びる微細な筋が連続的に形成されている。このため、図９，図１０に示すように、ビード切削帯では、電縫管の管周方向からの照明光に対して強い拡散性を有する反射光が生じる。これに対して、電縫管の地肌部分には、ビード切削帯のような鏡面性がなく、また微細な筋もない。このため、電縫管の地肌部分では、正反射位置からずれるに従って反射光の光量が急激に低下する。

従って、左右別々の照明光、すなわち光源１５ａ及び光源１５ｂから照明光を照射した際に撮影された２つの画像の最小輝度演算処理を行うことによって反射率及び拡散性が共に高い高輝度部分のみをビード切削帯として抽出することができる。以下、図１１を参照して、最小輝度演算処理によるビード切削帯の抽出方法について説明する。

図１１は、最小輝度演算処理によるビード切削帯の抽出方法を説明するための図である。図１１に示すように、この抽出方法では、光源１５ａから照明光を照射した際に撮影された画像（図１１（ａ））及び光源１５ｂから照明光を照射した際に撮影された画像（図１１（ｂ））について、それぞれ対応する画素位置において各輝度を比較し、輝度の最小値を保持することによって最小輝度画像（図１１（ｃ））を得る。最小輝度演算処理を実行することにより、ビード切削帯以外の位置からの拡散反射光が相殺され、ビード切削帯の画像のみを抽出することができる。

次に、図１２を参照して、最小輝度画像を用いたビード切削位置の演算方法について説明する。図１２は、本発明の一実施形態であるビード切削位置演算処理の流れを示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートは、上記ステップＳ４の処理が完了したタイミングで開始となり、ビード切削位置演算処理はステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１１の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、光源１５ａを制御することによって光源１５ａから溶接シーム部に照明光を照射することにより、画像検出部１５ｃから第一の画像を取得する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、ビード切削位置演算処理はステップＳ１２の処理に進む。

ステップＳ１２の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、光源１５ｂを制御することによって光源１５ｂから溶接シーム部に照明光を照射することにより、画像検出部１５ｃから第二の画像を取得する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、ビード切削位置演算処理はステップＳ１３の処理に進む。

ステップＳ１３の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、ステップＳ１１の処理によって取得した第一の画像とステップＳ１２の処理によって取得した第二の画像とを用いて最小輝度画像を算出する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、ビード切削位置演算処理はステップＳ１４の処理に進む。

ステップＳ１４の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、ビード切削位置を演算するための最小輝度画像中におけるビード検出評価範囲を設定する。具体的には、ビード切削位置演算部１４ｃは、最小輝度画像の造管方向に対して、管周方向における最大輝度値を計算したチャートを算出し、チャートが閾値を超える造管方向の範囲をビード切削帯が明瞭に撮影される範囲、すなわちビード検出評価範囲（例えば図１３（ａ）に示す画像位置Ｄｅ〜Ｄｓの範囲）として設定する。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、ビード切削位置演算処理はステップＳ１５の処理に進む。

ステップＳ１５の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、ステップＳ１４の処理において設定されたビード検出評価範囲内における管周方向に対して、造管方向の輝度の最大値を演算した輝度分布を評価用輝度分布（図１３（ｂ）参照）として算出する。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、ビード切削位置演算処理はステップＳ１６の処理に進む。

ステップＳ１６の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、ステップＳ１４の処理において設定されたビード検出評価範囲に対して、造管方向に予め任意に設定された位置に参照輝度範囲（例えば図１３（a）に示す画素位置Ｒｅ〜Ｒｓの範囲）を設定する。この時、ビード切削位置演算部１４ｃは、参照輝度範囲とビード検出評価範囲とが重ならないように参照輝度範囲を設定をする。具体的には、ビード切削位置演算部１４ｃは、参照輝度範囲とビード検出評価範囲との間の画素距離（例えば図１３（ａ）に示す画素位置Ｒｓと画素位置Ｄｅとの間の画素距離）、及び参照輝度範囲の画素距離（例えば図１３（ａ）に示す画素位置Ｒｅと画素位置Ｒｓとの間の画素距離）を予め設定しておく。そして、ビード切削位置演算部１４ｃは、ステップＳ１４の処理によってビード切削位置演算部１４ｃによりビード検出評価範囲が設定されたら、ビード検出評価範囲に基づいて自動的に参照輝度範囲を設定する。なお、ビード切削位置演算部１４ｃは、最小輝度画像及び設定されたビード検出評価範囲を操作者に対して表示し、操作者がビード検出評価範囲と重ならないように参照輝度範囲を任意に手動で設定してもよい。これにより、ステップＳ１６の処理は完了し、ビード切削位置演算処理はステップＳ１７の処理に進む。

ステップＳ１７の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、ステップＳ１６の処理において設定された参照輝度範囲における管周方向に対して、造管方向の輝度の最大値を演算した輝度分布を参照輝度分布（図１３（ｃ）参照）として演算する。これにより、ステップＳ１７の処理は完了し、ビード切削位置演算処理はステップＳ１８の処理に進む。

ステップＳ１８の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、ステップＳ１５の処理において算出された評価用輝度分布からステップＳ１７の処理において演算された参照輝度分布を減算した輝度分布（図１３（ｄ）参照）を演算する。これにより、ステップＳ１８の処理は完了し、ビード切削位置演算処理はステップＳ１９の処理に進む。

ステップＳ１９の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、ステップＳ１８の処理において演算された輝度分布に対してメディアンフィルタ演算を施す（図１３（ｅ）参照）。最小輝度演算により得られた画像ではビード切削帯は周辺に比べて明るいが、ビード切削帯の周辺の輝度レベルは必ずしも均一ではなく、単純にはビード切削位置を特定することができない。そこで、本実施形態では、ステップＳ１５〜１９の処理によって、ビード切削帯の周辺部の輝度分布を補正している。これにより、ステップＳ１９の処理は完了し、ビード切削位置演算処理はステップＳ２０の処理に進む。

ステップＳ２０の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、図１４に示すように補正された輝度分布が所定の閾値を超えた位置をビード切削帯の幅方向端部位置、すなわちビード切削位置（ビードエッジ）Ｘ_ｓ１，Ｘ_ｓ２として算出する。ビード切削帯の幅方向端部位置を算出する際に用いる所定の閾値として、輝度の最大値に所定の割合を乗算した値を用いることにより、ビード切削帯の輝度変動に対応することができる。これにより、ステップＳ２０の処理は完了し、ビード切削位置演算処理はステップＳ２１の処理に進む。

ステップＳ２１の処理では、ビード切削位置演算部１４ｃが、ステップＳ２０の処理において算出されたビード切削位置Ｘ_ｓ１，Ｘ_ｓ２のデータを追従移動量演算部１４ｄに出力する。これにより、ステップＳ２１の処理は完了し、ビード切削位置演算処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である超音波探傷装置１は、電縫管Ｐの溶接シーム部の熱画像を撮影するシーム検出部１３と、シーム検出部１３の造管方向下流側に設置された、溶接シーム部を超音波探傷するための超音波探触子を有する超音波探傷用センサヘッド１１と、シーム検出部１３によって撮影された溶接シーム部の熱画像を用いて電縫管Ｐのシーム位置及びビード切削位置を演算するシーム位置演算部１４ａと、超音波探傷用センサヘッド１１の設置位置の直前又は直後に設置された、電縫管Ｐのビード切削帯を検出するビード切削帯検出部１５と、ビード切削帯検出部１５によって検出されたビード切削帯に基づいて電縫管Ｐのビード切削位置を演算するビード切削位置演算部１４ｃと、シーム位置演算部１４ａによって演算されたシーム位置及びビード切削位置とビード切削位置演算部１４ｃによって演算されたビード切削位置とを用いて超音波探傷用センサヘッド１１の追従移動量を演算する追従移動量演算部１４ｄと、追従移動量演算部１４ｄによって演算された追従移動量に従って超音波探傷用センサヘッド１１を電縫管Ｐの溶接シーム部に追従移動させるマニュピュレータ駆動部１１ａと、を備える。これにより、溶接シーム部に存在する微小酸化物からの反射波に頼らずにシーム位置を精度良く検出し、溶接シーム部を精度良く探傷することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 超音波探傷装置
２ 溶接機
３ ビード切削機
１１ 超音波探傷用センサヘッド
１１ａ マニュピュレータ駆動部
１２ シーム冷却部
１３ シーム検出部
１３ａ シーム検出部高さ位置調整部
１４ シーム追従制御部
１４ａ シーム位置演算部
１４ｂ 遅延部
１４ｃ ビード切削位置演算部
１４ｄ 追従移動量演算部
１４ｅ 速度検出部
１５ ビード切削帯画像検出部
１５ａ，１５ｂ 光源
１５ｃ 画像検出部
１６ 超音波送受信部
１７ 評価部
Ｐ 電縫管
Ｒ ロール
Ｓ 鋼板

Claims (6)

1. 電縫管の溶接シーム部の熱画像を撮影するシーム検出部と、
   前記シーム検出部の造管方向下流側に設置された、前記溶接シーム部を超音波探傷するための超音波探触子を有する超音波探傷用センサヘッドと、
   前記シーム検出部によって撮影された溶接シーム部の熱画像を用いて電縫管のシーム位置及びビード切削位置を演算するシーム位置演算部と、
   前記超音波探傷用センサヘッドの設置位置の直前又は直後に設置された、前記電縫管のビード切削帯を検出するビード切削帯検出部と、
   前記ビード切削帯検出部によって検出されたビード切削帯に基づいて電縫管のビード切削位置を演算するビード切削位置演算部と、
   前記シーム位置演算部によって演算されたシーム位置及びビード切削位置と前記ビード切削位置演算部によって演算されたビード切削位置とを用いて前記超音波探傷用センサヘッドの追従移動量を演算する追従移動量演算部と、
   前記追従移動量演算部によって演算された追従移動量に従って前記超音波探傷用センサヘッドを電縫管の溶接シーム部に追従移動させるセンサヘッド駆動部と、を備え、
   前記ビード切削帯検出部は、電縫管の上方左側方向から溶接シーム部の近辺に照明光を照射する第１の光源と、電縫管の上方右側方向から溶接シーム部の近辺に照明光を照射する第２の光源と、第１及び第２の光源から照明光を照射した際の溶接シーム部の近辺の画像を検出する、第１の光源と第２の光源との間に挟まれた画像検出部と、を備え、
   前記ビード切削位置演算部は、第１の光源から照明光を照射した際に検出された画像と第２の光源から照明光を照射した際に検出された画像とから最小輝度画像を演算し、最小輝度画像の管周方向に対して造管方向の所定の評価範囲内における輝度の最大値を演算した輝度分布を評価用輝度分布として演算し、評価用輝度分布と所定の閾値とに基づいてビード切削位置を演算することを特徴とする超音波探傷装置。
2. 前記シーム位置演算部は、前記シーム検出部によって撮影された熱画像から電縫管の管周方向の温度分布を算出し、温度が所定の閾値を超えた管周方向位置の中点をシーム位置として演算することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
3. 前記ビード切削位置演算部は、前記最小輝度画像の造管方向に対して管周方向における最大輝度値を計算したチャートを算出し、チャートが所定の閾値を超える造管方向の範囲を前記所定の評価範囲として設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探傷装置。
4. 前記ビード切削位置演算部は、前記最小輝度画像の所定の範囲内に設定された参照輝度演算範囲における管周方向に対して造管方向の輝度の最大値を演算した輝度分布を参照輝度分布として演算し、評価用輝度分布から参照輝度分布を減算した輝度分布と所定の閾値とに基づいてビード切削位置を演算することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の超音波探傷装置。
5. 前記超音波探傷用センサヘッドに適用されている超音波探傷法が音響結合材として水を用いる超音波探傷法であることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載の超音波探傷装置。
6. 電縫管の溶接シーム部を超音波探傷するための超音波探触子を有する超音波探傷用センサヘッドの設置位置の造管方向上流側において、溶接シーム部の熱画像を撮影するシーム検出ステップと、
   前記シーム検出ステップにおいて撮影された溶接シーム部の熱画像を用いて電縫管のシーム位置及びビード切削位置を演算するシーム位置演算ステップと、
   前記超音波探傷用センサヘッドの設置位置の直前又は直後において、前記電縫管のビード切削帯を検出するビード切削帯検出ステップと、
   前記ビード切削帯検出ステップにおいて検出されたビード切削帯に基づいて電縫管のビード切削位置を演算するビード切削位置演算ステップと、
   前記シーム位置演算ステップにおいて演算されたシーム位置及びビード切削位置と前記ビード切削位置演算ステップにおいて演算されたビード切削位置とを用いて前記超音波探傷用センサヘッドの追従移動量を演算する追従移動量演算ステップと、
   前記追従移動量演算ステップにおいて演算された追従移動量に従って前記超音波探傷用センサヘッドを電縫管の溶接シーム部に追従移動させるセンサヘッド駆動ステップと、を含み、
   前記ビード切削帯検出ステップは、第１の光源を用いて電縫管の上方左側方向から溶接シーム部の近辺に照明光を照射し、第２の光源を用いて電縫管の上方右側方向から溶接シーム部の近辺に照明光を照射し、第１の光源と第２の光源との間に挟まれた画像検出部を用いて第１及び第２の光源から照明光を照射した際の溶接シーム部の近辺の画像を検出するステップを含み、
   前記ビード切削位置演算ステップは、第１の光源から照明光を照射した際に検出された画像と第２の光源から照明光を照射した際に検出された画像とから最小輝度画像を演算し、最小輝度画像の管周方向に対して造管方向の所定の評価範囲内における輝度の最大値を演算した輝度分布を評価用輝度分布として演算し、評価用輝度分布と所定の閾値とに基づいてビード切削位置を演算するステップを含むことを特徴とする超音波探傷方法。