JP6323293B2

JP6323293B2 - 電縫溶接操業管理装置および電縫溶接操業管理方法

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Publication number: JP6323293B2
Application number: JP2014210091A
Authority: JP
Inventors: 長谷川　昇; 昇長谷川; 嘉文軽部; 学上田; 宗浩飯島
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-10-14
Also published as: JP2016078056A

Description

本発明は、電縫鋼管の製造に用いる電縫溶接操業管理装置および電縫溶接操業管理方法に関するものである。

電縫鋼管を製造する際には、鋼板を搬送しながら連続的に円筒状に成形して、その突き合わせ端部をＶ字状に収束させながら、高周波電流によって加熱溶融して、溶接シームを形成する電縫溶接操業が行われる。

電縫溶接における溶接の状態は、入熱量及び溶接速度等により変化する。出願人は、これらを適正な範囲に制御することによって溶接欠陥を回避する技術を各種開示している（例えば、特許文献１等）。

電縫溶接における溶接の状態は、図１に示すように、入熱量に応じて「第１種（冷接）」「広義の第２種」「第３種（過入熱）」の各溶接現象として発現することが知られており、更に、この「広義の第２種」は、入熱量に応じて「狭義の第２種（以下、単に「第２種」という）」「遷移域」「第２’種」の各溶接現象として発現することが知られている。

これらの各溶接現象のうち、入熱量が不足した「第１種」では、鋼板の突合せ端部に未溶融或いは未溶着箇所が残りやすく、これに起因して、溶接欠陥の発生率（図１における「欠陥面積率」）が高くなる傾向が見られる。また、入熱量が過剰となった「第３種」では、相互に突き合わさる鋼板の周方向の端部が過加熱となってスクイズロールによる排出がされにくくなるため、多量の酸化物が溶接部に残存しやすく、これに起因して、溶接欠陥の発生率が高くなる傾向が見られる。これに対し「広義の第２種」では、図１に示すように、「第１種」や「第３種」に比べて、溶接欠陥の発生率が顕著に低下し、溶接部品質を高レベルで安定的に維持することができることが知られている。

また「広義の第２種」内においても、「遷移域」では、「第２種」「第２’種」に比べて、溶接欠陥の発生率が上昇することが知られている。このため、より安定した溶接品位を実現するためには、溶接の状態が、確実に、「第２種」もしくは「第２’種」となるように、入熱を制御することが必要となる。これらの制御技術に関し、上記の特許文献１には、確実に、「第２’種」の状態となるように入熱を制御する技術が開示されている。

しかし、「第２’種」の状態では、入熱が高いことから溶接個所の周辺には溶融金属飛散（以下、スパッタ）が発生する頻度が高くなると考えられる。スパッタの鋼管表面への付着は、特に電縫鋼管が機械構造管等に用いられる場合には、外観品位や機械特性を損なう要因となるため、好ましくない。

溶接部品質と外観品位の双方に優れた電縫鋼管の製造には、鋼板の突合せ端部が完全に溶融している「第２種」状態での制御を行うことが求められるが、特許文献１にも記載のように、成形変動などの影響で「第２種」の状態となる範囲が狭くなる場合も多く、また、従来技術では、「第２種」と「遷移域」或いは「第１種」との判別は困難であり、これまで、「第２種」の状態となるように入熱を制御する技術が確立されていない。

特許５５１０６１５号公報

本発明の目的は前記の問題を解決し、「第２種」状態による電縫溶接操業を安定的に維持し、溶接部品質と外観品位の双方に優れた電縫鋼管を得ることができる技術を提供することである。

請求項１記載の本発明では、上記課題を解決するために、鋼板を搬送しながら連続的に円筒状に成形して、その突き合わせ端部をＶ字状に収束させながら、高周波電流によって加熱溶融して、溶接シームを形成して電縫鋼管を製造する際の電縫溶接操業を管理する電縫溶接操業管理装置において、前記鋼板のＶ字状に収束する領域であるＶ字収束領域を含む、一定の時間間隔で連続的に撮像された複数の画像を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段により入力された画像に基づいて、前記鋼板の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）と、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）との間に発生する溶接スリットを含む領域をアーク検出領域として抽出するアーク検出領域抽出手段と、前記アーク検出領域で発生するアークを検出するアーク検出手段と、前記アークの発生頻度を計測するアーク発生頻度計測手段と、前記アークの発生頻度が規定値以上であるか否かに基づいてその溶接現象を判定する溶接現象判定手段を有するものとする構成を採用している。

請求項２記載の本発明のように、前記の画像入力手段よって入力された画像データから、赤色成分を抽出する赤色成分抽出手段と、前記の画像入力手段よって入力された画像データから、青色成分を抽出する青色成分抽出手段と、これらの赤色成分抽出手段および青色成分抽出手段で得られた各色成分の画像データを２値化処理する２値化手段と、２値化手段で得られた２値化画像に対し、ブロッブ（Ｂｌｏｂ）毎にラベルをつけるラベリング処理を行うラベリング手段を含むものとすることが好ましい。

更に、前記のアーク検出領域抽出手段は、ラベリング手段によりラベルが付された赤色成分画像に基づいて、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部の幾何学的な近似線及びそれらの交点である幾何学的Ｖ収束点（Ｖ_０）の位置を検出するＶ_０点検出手段と、前記赤色成分画像に基づいて、Ｖ _０点と同じあるいはＶ _０点より下流に位置し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）の位置を検出するＶ_１点検出手段と、前記赤色成分画像に基づいて、Ｖ _１点と同じあるいはＶ _１点より下流に位置し、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）の位置を検出するＷ点検出手段と、前記Ｖ_１点とＷ点間を溶接スリットとして検出する溶接スリット検出手段を含むものとすることが好ましく、前記のアーク検出手段は、前記ラベリング手段によりラベルが付された青色成分画像に基づいて、ラベルを付与されたブロッブの各々のアスペクト比を導出し、アスペクト比が０．３〜０．５のブロッブがあるか否かを判定するアスペクト比判定手段を含むものとすることが好ましい。

請求項５記載の本発明では、上記課題を解決するために、鋼板を搬送しながら連続的に円筒状に成形して、その突き合わせ端部をＶ字状に収束させながら、高周波電流によって加熱溶融して、溶接シームを形成して電縫鋼管を製造する際の電縫溶接操業を管理する電縫溶接操業管理方法において、前記鋼板のＶ字状に収束する領域であるＶ字収束領域を含む画像を入力する画像入力工程と、前記画像入力工程において入力された画像に基づいて、前記鋼板の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）と、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）との間に発生する溶接スリットを含む領域をアーク検出領域として抽出するアーク検出領域抽出工程と、前記工程で抽出されたアーク検出領域で発生するアークを検出するアーク検出工程と、前記工程で検出されたアークの発生頻度を計測するアーク発生頻度計測工程と、前記工程で計測されたアークの発生頻度が規定値以上であるか否かに基づいてその溶接現象を判定する溶接現象判定工程を有するものとする構成を採用している。

ここで、前記のアーク検出領域抽出工程は、前記画像入力ステップにおいて入力された画像に基づいて、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部の幾何学的な近似線及びそれらの交点である幾何学的Ｖ収束点（Ｖ_０）の位置を検出するＶ_０点検出工程と、前記画像入力ステップにおいて入力された画像に基づいて、Ｖ _０点と同じあるいはＶ _０点より下流に位置し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）の位置を検出するＶ_１点検出工程と、前記画像入力ステップにおいて入力された前記複数の画像の各々に基づいて、Ｖ _１点と同じあるいはＶ _１点より下流に位置し、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）の位置を検出するＷ点検出工程と、前記Ｖ_１点とＷ点間を溶接スリットとして検出する溶接スリット検出工程を含むものとすることが好ましい。また、前記のアーク検出工程は、前記画像入力ステップにおいて入力された画像に基づいて、アーク検出領域の画像を２値化処理し、この２値化画像に基づいて、アスペクト比が０．３〜０．５の領域があるか否かを判定して、その判定結果に基づきアーク発生の有無を決定するものとすることが好ましい。

本発明者は、各種検討の結果、電縫溶接操業中に、鋼板の突き合わせ端部が完全に溶接される前段階で生じる溶接スリット（両エッジ間の幅狭かつ平行な領域）でアークが頻発する現象が、電縫溶接における「第１種（冷接）」「第２種」「遷移域」「第２’種」「第３種（過入熱）」の各溶接現象のうち、「第２種」に特有の現象であることを見出した。この現象に関し、本発明者は、「第２種」では、鋼板の突き合わせ端部の溶け込み量が少ないため、両端部の性状が固体に近い状態もしくは表面凹凸が残る状態にあり、このような両端部間において短絡がおこり、これによりアークが発生する確率が高くなっているものと推測している。

本発明は、上記知見に基づくものであり、鋼板を搬送しながら連続的に円筒状に成形して、その突き合わせ端部をＶ字状に収束させながら、高周波電流によって加熱溶融して、溶接シームを形成して電縫鋼管を製造する際の電縫溶接操業を管理する電縫溶接操業管理装置において、前記鋼板のＶ字状に収束する領域であるＶ字収束領域を含む、複数の画像を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段により入力された画像に基づいて、前記鋼板の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）と、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）との間に発生する溶接スリットを含む狭小領域をアーク検出領域として抽出するアーク検出領域抽出手段と、前記アーク検出領域で発生するアークを検出するアーク検出手段と、前記アークの発生頻度を計測するアーク発生頻度計測手段と、前記アークの発生頻度が規定値以上であるか否かに基づいてその溶接現象を判定する溶接現象判定手段を有するものとする構成により、電縫溶接操業が「第２種」の状態にあることを的確に把握し、また、電縫溶接操業を「第２種」の状態で安定的に維持することを可能としている。

このため、本発明によれば、「第２種」状態を的確に把握することができるとともに、「第２種」による電縫溶接操業を安定的に維持し、溶接部品質と外観品位の双方に優れた電縫鋼管を得ることができる。

入熱レベルに対する欠陥面積率の傾向を示すグラフである。電縫鋼管の製造システムの概略図である。「第１種」「第２種」「遷移域」「第２’種」の各溶接現象を説明する図である。入熱量を段階的に変化させながら溶接を行って、Ｖ_０とＶ_１の位置を検出したグラフである。図４と同条件で入熱量を段階的に変化させながら、溶融スリットＳに発生するアークおよびその頻度検出した結果と、図４で検出されたＶ_０とＶ_１から計算した「Ｖ_０-Ｖ_１」値と、溶接後に欠陥破面を観察することでそれぞれの溶接条件（「第1種」「第２種」「遷移域」「第２’種」）を確定した結果重ねて示したグラフである。電縫溶接操業管理装置の備える機能を示すブロック図である。撮像装置で撮像されたＶ字収束領域の画像データの説明図である。電縫溶接操業管理装置が、溶接現象判定を行う流れを説明する動作フローである。動作フロー（ＳＴ５）の説明図である。動作フロー（ＳＴ８）の説明図である。動作フロー（ＳＴ１１）の説明図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

＜電縫鋼管の製造システム概要＞
本発明の電縫溶接操業管理方法および電縫溶接操業管理装置は、図２に示す電縫鋼管の製造システム内で使用されるものである。

図２の電縫鋼管の製造システムでは、帯状の鋼板１が、図２中に示す「x軸」の正の方向に向かって搬送されながら、ロール群（図示せず）により連続的に円筒状に成形される。円筒状に成形される鋼板１の内部には、磁束を鋼板１の接合部に集中させるためのインピーダー４が配置されている。高周波電源６から高周波の電力が供給されると、一対のコンタクトチップ３ａ、３ｂ（又は誘電コイル（図示せず））から、鋼板１のＶ字状に収束する領域の表面に高周波電流が流れる。このとき、スクイズロール２ａ、２ｂにより、鋼板１に対してその両側方から押圧力が加えられる。このように、鋼板１の周方向の両端部１１ａ、１１ｂをＶ字状に収束させながら加熱・溶融させて突き合わせて鋼板１を溶融接合することにより、電縫溶接（ＥＲＷ）が行われる。尚、以下の説明では、「鋼板１のＶ字状に収束する領域」を必要に応じて「Ｖ字収束領域」と称する。

撮像装置５は、Ｖ字収束領域の表面を含む領域の自発光パターン（輻射パターン）を撮像する。撮像装置５としては、例えば、１９２０×５１２の画素を有する３ＣＣＤ型カラーカメラが用いられる。撮像装置５は、例えば、撮影視野が１９０［ｍｍ］×５０［ｍｍ］、分解能が１００［μｍ／画素］以上、撮影フレームレートが２００［ｆｐｓ］、露光時間が１／１００００［ｓｅｃ］の条件で、Ｖ字収束領域の表面を含む領域を撮像する。ここで、電縫溶接操業管理装置１００が、後述する画像処理を行い、且つ、後述する溶接スリットＳの最下流の点であるスリット端ＳＥの位置の変動を捉えるために、Ｖ収束点Ｖ₁の撮像画像中の位置が、定常操業時において、例えば、鋼板１の搬送方向（ｘ軸方向）の下流側から約１／３の位置となるように、撮像装置５の撮像範囲が設定されている。撮像装置５による撮像は一定の時間間隔で連続的に行われる。同じタイミングで撮像された一枚の画像をフレームと呼ぶ。また、以下の説明では、撮像装置５で撮像された「画像」を必要に応じて「Ｖ字収束領域の画像」と称する。

本実施形態の電縫溶接操業管理装置１００は、撮像装置５で撮像されたＶ字収束領域の表面とスリット部を含む領域の画像（Ｖ字収束領域の画像）を入力する。そして、電縫溶接操業管理装置１００は、Ｖ字収束領域の画像に対する処理等を行って、溶接の状態が第２種溶接現象の状態となるように、高周波電源６から出力される電力量（ＶＡ）を制御する。電縫溶接操業管理装置１００の機能の詳細については後述する。

＜本発明者が新たに見出した知見＞
図３に示すように、入熱量が所定量を超えると、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）は、鋼板１の両端部１１ａ、１１ｂの衝合点であるＶ収束点（Ｖ₁）よりも更に下流側の領域に存在し、Ｖ収束点Ｖ₁と溶接点Ｗとの間には、鋼板１の厚み方向において鋼板１を貫通する溶融スリットＳが形成される。このとき、図３に示すように、入熱量に応じて、「第２種」「遷移域」「第２’種」の各溶接現象が発現する。

図４には、これらの溶接現象が発現する入熱領域において、溶接部上方から画像撮影しつつ、入熱量を段階的に変化させながら溶接を行い、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部の幾何学的な交点である幾何学的Ｖ収束点（Ｖ_０）とＶ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）の位置を検出したグラフを示している。図５には、図４と同条件で入熱量を段階的に変化させながら、溶融スリットＳに発生するアークおよびその頻度検出した結果と、図４で検出されたＶ_０とＶ_１から計算した「Ｖ_０-Ｖ_１」値と、溶接後に欠陥破面を観察することでそれぞれの溶接条件（「第1種」「第２種」「遷移域」「第２’種」）を確定した結果重ねて示したグラフを示している。

図４から、入熱量を段階的に増加させるにつれて、Ｖ_０とＶ_１が分離する方向に移動することが確認できる。また、図５から、「第1種」→「第２種」移行時に「Ｖ_０-Ｖ_１」値が増加し、更に「第２’種」領域における入熱増加に従って「Ｖ_０-Ｖ_１」値が大きくなる傾向が確認できる。また、「第２種」領域に特有の現象として、溶融スリットＳにおけるアークの発生頻度が顕著に高くなることが確認できる。

＜電縫溶接操業管理装置１００の機能＞
以下に、電縫溶接操業管理装置１００が有する機能を詳細に説明する。

図６は、電縫溶接操業管理装置１００の機能的な構成の一例を示す図である。電縫溶接操業管理装置１００は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、及び各種のインターフェースを備えた情報処理装置を用いることにより実現することができる。図６は、撮像装置５により撮像されたＶ字収束領域の画像の一例を図面化した図である。

（画像入力手段１０１）
画像入力手段１０１は、撮像装置５で撮像されたＶ字収束領域の画像データを入力する。具体的には、例えば、ＣＰＵが、通信インターフェースを介して、撮像装置５から画像データを取得し、取得した画像データを、ＲＡＭ等に一時的に記憶する。撮像装置５により撮像されたＶ字収束領域の画像では、図７（ａ）に示すように、鋼板１の周方向の端部１１ａ、１１ｂに沿って輝度レベルの高い高熱領域１２ａ、１２ｂが現れる。また、鋼板１の搬送方向（ｘ軸方向）の下流側の領域１２ｃには、鋼板１に周方向の端部１１ａ、１１ｂの溶融部分が排出されてできる波状の模様が現れる。

（赤色成分抽出手段１０２）
赤色成分抽出手段１０２は、画像入力手段１０１により入力されたＶ字収束領域の画像データのコントラストを明確にするために、図７（ｂ）に示すように、その画像データから赤色成分（波長５９０ｎｍ〜６８０ｎｍ）を抽出する。具体的には、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から画像データを読み出して赤色成分を抽出し、抽出した赤色成分の画像データをＲＡＭ等に一時的に記憶する。

（２値化手段１０３）
２値化手段は、図７（ｃ）に示すように、赤色成分抽出手段で抽出された赤色成分の画像データを２値化（反転）する。ここでは、２値化手段は、輝度レベルが閾値以上の画素に画素値「０」を、閾値未満の画素に画素値「１」を与える。２値化手段１０３ａ、１０３ｂでは、輝度レベルの閾値が異なる。具体的には、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から前記の各色成分の画像データを読み出して、各々、２値化処理を行い、２値化画像データをＲＡＭ等に一時的に記憶する。

（ラベリング手段１０４）
ラベリング手段は、２値化手段で得られた２値化画像に対し、ブロッブ（Ｂｌｏｂ）毎にラベルをつけるラベリング処理を行う。ここでいうブロッブとは、ある画素に対し、上下左右方向において隣接する４画素と斜め方向において隣接する４画素とを含む隣接８画素の何れかにおいて、画素値「１」が与えられた画素が隣接している場合、それらの画素を連結することを各画素について行うことにより得られた個々の連結領域を意味する。また、ラベリング処理とは、個々のブロッブにラベル番号をつけて特定のブロッブを抽出し、抽出したブロッブの画像内の位置、幅、長さ、面積等を抽出する処理である。具体的には、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭ等から、２値化画像データを読み出してラベリング処理を行い、その結果をＲＡＭ等に一時的に記憶する。

（アーク検出領域抽出手段１０５）
アーク検出領域抽出手段は、ラベリング手段によりラベルが付された赤色成分画像に基づいて、前記鋼板の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）と、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）との間に発生する溶接スリットを含む狭小領域をアーク検出領域として抽出する。本実施形態において、アーク検出領域抽出手段１０６は、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部の幾何学的な近似直線及びそれらの交点である幾何学的Ｖ収束点（Ｖ_０）の位置を検出するＶ_０点検出手段１０６と、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）の位置を検出するＶ_１点検出手段１０７と、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）の位置を検出するＷ点検出手段１０８と、前記Ｖ_１点とＷ点間を溶接スリットとして検出する溶接スリット検出手段１０９を含み、周方向の両端部の幾何学的な近似線及び各点（Ｖ_１、Ｖ_０、Ｗ）の位置検出は、特許文献１等に記載されている公知の手法を用いて行われる。このように、アーク検出領域を予め抽出して、この領域内でアーク検出を行うことにより、電縫溶接操業過程において発生するスパークとの混同を回避することができる。

（青色成分抽出手段１１０）
青色成分抽出手段１１０は、画像入力手段１０１により入力されたＶ字収束領域の画像データのコントラストを明確にするために、その画像データから青色成分（波長波長４５０〜４９５ｎｍ）を、各々、抽出する。抽出された青色成分は、その後、２値化手段１０４で２値化処理された後、ラベリング手段１０５でラベリング処理が行われる。

（アーク検出手段１１１）
アーク検出手段は、前記アーク検出領域で発生するアークを検出する。本実施形態において、アーク検出手段は、前記のラベリング手段によりラベルが付された青色成分画像に基づいて、ラベルを付与されたブロッブの各々のアスペクト比を導出し、アスペクト比が０．３〜０．５のブロッブがあるか否かを判定するアスペクト比判定手段１１２を含む。他の実施形態として、アーク検出手段が、赤色成分画像に基づいて、アスペクト比を導出するものとすることもできる。このように、アスペクト比に基づいてアーク検出を行うことにより、「第２種」領域に特有の現象として現れるアーク以外の要素を排除し、確実に、「第２種」の判定を行うことができる。

（アーク発生頻度計測手段１１３）
アーク発生頻度計測手段は、単位時間あたりのアークの発生頻度を計測する。

（溶接現象判定手段１１４）
溶接現象判定手段は、単位時間あたりのアークの発生頻度が、規定値以上（本実施形態では、１０回/秒以上）の場合、溶接の状態が「第２種」状態であることを示す判定信号が生成される。この判定結果に基づいて、操業開始時に鋼板への入熱量を決定したり、操業中に入熱量をフィードバック制御することができる。入熱量の制御手法は特に限定されないが、例えば、高周波電源６から出力される電力量の調整により行うことができる。

＜動作フロー＞
次に図８のフローを参照しながら、電縫溶接操業管理装置１００が、溶接現象判定を行う流れを説明する。

（ＳＴ１）
画像入力手段１０１が、撮像装置５で撮像されたＶ字収束領域の画像データを入力する。
（ＳＴ２）
赤色成分抽出手段１０２が、ＳＴ１で入力されたＶ字収束領域の画像データから赤色成分（波長５９０〜６８０ｎｍ）を抽出する。
（ＳＴ３）
２値化手段１０３が、ＳＴ２で得られた赤色成分の画像データを２値化（反転）する。
（ＳＴ４）
ラベリング手段１０４が、ＳＴ３で得られた２値化画像に対し、ブロッブ（Ｂｌｏｂ）毎にラベルをつけるラベリング処理を行う。
（ＳＴ５）
Ｖ_１点検出手段１０７が、図９に示すように、ＳＴ４で行われたラベリング処理においてラべル番号が付与されたブロッブのうち所定の条件に合致するブロッブをＶ字収束領域のブロッブ１３として抽出し、抽出したＶ字収束領域のブロッブから、衝合点であるＶ₁点の位置を検出する。
（ＳＴ６）
Ｖ_０点検出手段１０６が、ＳＴ２で得られた赤色成分の画像データから、鋼板１の端部１１ａ、１１ｂを検出して直線近似処理を行い、これらの直線の交点をＶ_０点の位置として検出する。また、これらの直線のなす角を、アペックス角として検出する。
（ＳＴ７）
ＳＴ６で得られたアペックス角の二等分線を導出する。
（ＳＴ８）
アーク検出領域抽出手段１０５が、図１０に示すように、ＳＴ７で得られた二等分線１４を含む矩形状の領域であって、ＳＴ５で得られたＶ₁点を最上流端、画像の最下流端を下流端とし、この二等分線からｙ軸の正の方向及び負の方向にそれぞれ距離Ｄ（本実施形態では３ｍｍ）だけ離れた位置の間の長さを幅として有する領域をアーク検出領域１５として抽出する。
（ＳＴ９）
青色成分抽出手段１１０が、ＳＴ１で入力されたＶ字収束領域の画像データから青色成分（波長４５０〜４９５ｎｍ）を抽出する。
（ＳＴ１０）
２値化手段１０３が、ＳＴ９で得られた青色成分の画像データの２値化処理を行う。
（ＳＴ１１）
アスペクト比判定手段１１２が、ＳＴ１０で得られた２値化画像に対し、アスペクト比が０．３〜０．５のブロッブがあるか否かの判定を行い、図１１に示すように、０．３〜０．５のブロッブ１６がある場合には、アークの発生有りとの判定を行う。
（ＳＴ１２）
アーク発生頻度計測手段１１３が、ＳＴ１１により検出されるアークの発生頻度を計測し、規定値以上（本実施形態では、例えば１００回/秒以上）の場合、溶接の状態が「第２種」状態であるとの判定を行う。

１鋼板
２ａ、２ｂスクイズロール
３ａ、３ｂコンタクトチップ
４インピーダー
５撮像装置
６高周波電源
１１ａ、１１ｂ鋼板の端部
１２ａ、１２ｂ輝度レベルの高い高熱領域
１２ｃ下流側の領域
１３ブロッブ
１４二等分線
１５アーク検出領域
１６ブロッブ
１００電縫溶接操業管理装置

Claims

鋼板を搬送しながら連続的に円筒状に成形して、その突き合わせ端部をＶ字状に収束させながら、高周波電流によって加熱溶融して、溶接シームを形成して電縫鋼管を製造する際の電縫溶接操業を管理する電縫溶接操業管理装置であって、
前記鋼板のＶ字状に収束する領域であるＶ字収束領域を含む、一定の時間間隔で連続的に撮像された複数の画像を入力する画像入力手段と、
前記画像入力手段により入力された画像に基づいて、前記鋼板の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）と、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）との間に発生する溶接スリットを含む領域をアーク検出領域として抽出するアーク検出領域抽出手段と、
前記アーク検出領域で発生するアークを検出するアーク検出手段と、
前記アークの発生頻度を計測するアーク発生頻度計測手段と、
前記アークの発生頻度が規定値以上であるか否かに基づいてその溶接現象を判定する溶接現象判定手段を有する
ことを特徴とする電縫溶接操業管理装置。
前記の画像入力手段よって入力された画像データから、赤色成分を抽出する赤色成分抽出手段と、前記の画像入力手段よって入力された画像データから、青色成分を抽出する青色成分抽出手段と、これらの赤色成分抽出手段および青色成分抽出手段で得られた各色成分の画像データを２値化処理する２値化手段と、２値化手段で得られた２値化画像に対し、ブロッブ（Ｂｌｏｂ）毎にラベルをつけるラベリング処理を行うラベリング手段を含むことを特徴とする請求項１記載の電縫溶接操業管理装置。
前記のアーク検出領域抽出手段は、
前記ラベリング手段によりラベルが付された赤色成分画像に基づいて、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部の幾何学的な近似線及びそれらの交点である幾何学的Ｖ収束点（Ｖ_０）の位置を検出するＶ_０点検出手段と、
前記赤色成分画像に基づいて、Ｖ _０点と同じあるいはＶ _０点より下流に位置し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）の位置を検出するＶ_１点検出手段と、
前記赤色成分画像に基づいて、Ｖ _１点と同じあるいはＶ _１点より下流に位置し、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）の位置を検出するＷ点検出手段と、
前記Ｖ_１点とＷ点間を溶接スリットとして検出する溶接スリット検出手段を含むことを特徴とする請求項２記載の電縫溶接操業管理装置。
前記のアーク検出手段は、
前記ラベリング手段によりラベルが付された青色成分画像に基づいて、ラベルを付与されたブロッブの各々のアスペクト比を導出し、アスペクト比が０．３〜０．５のブロッブがあるか否かを判定するアスペクト比判定手段を含むことを特徴とする請求項２記載の電縫溶接操業管理装置。
鋼板を搬送しながら連続的に円筒状に成形して、その突き合わせ端部をＶ字状に収束させながら、高周波電流によって加熱溶融して、溶接シームを形成して電縫鋼管を製造する際の電縫溶接操業を管理する電縫溶接操業管理方法であって、
前記鋼板のＶ字状に収束する領域であるＶ字収束領域を含む一定の時間間隔で連続的に撮像された画像を入力する画像入力工程と、
前記画像入力工程において入力された画像に基づいて、前記鋼板の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）と、前記鋼板の両端部が溶接される溶接点（Ｗ）との間に発生する溶接スリットを含む領域をアーク検出領域として抽出するアーク検出領域抽出工程と、
前記工程で抽出されたアーク検出領域で発生するアークを検出するアーク検出工程と、
前記工程で検出されたアークの発生頻度を計測するアーク発生頻度計測工程と、
前記工程で計測されたアークの発生頻度が規定値以上であるか否かに基づいてその溶接現象を判定する溶接現象判定工程を有する
ことを特徴とする電縫溶接操業管理方法。
前記のアーク検出領域抽出工程は、
前記画像入力ステップにおいて入力された画像に基づいて、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部の幾何学的な近似線及びそれらの交点である幾何学的Ｖ収束点（Ｖ_０）の位置を検出するＶ_０点検出工程と、
前記画像入力ステップにおいて入力された画像に基づいて、Ｖ _０点と同じあるいはＶ _０点より下流に位置し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向の両端部が衝合する衝合点であるＶ収束点（Ｖ_１）の位置を検出するＶ_１点検出工程と、
前記画像入力ステップにおいて入力された前記複数の画像の各々に基づいて、Ｖ _１点と同じあるいはＶ _１点より下流に位置し、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点（Ｗ）の位置を検出するＷ点検出工程と、
前記Ｖ_１点とＷ点間を溶接スリットとして検出する溶接スリット検出工程を含むことを特徴とする請求項５記載の電縫溶接操業管理方法。
前記のアーク検出工程では、前記画像入力ステップにおいて入力された画像に基づいて、アーク検出領域の画像を２値化処理し、この２値化画像に基づいて、アスペクト比が０．３〜０．５の領域があるか否かを判定して、その判定結果に基づきアーク発生の有無を決定することを特徴とする請求項５記載の電縫溶接操業管理方法。