JP6361840B1 - 電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

電縫溶接における目違いを精度良く検出できるようにすることを目的とする。帯状の金属板を上流側から下流側に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字状に収束する該金属板の周方向両端部を加熱溶融させて突合わせる電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置であって、前記円筒状に成形される金属板の外表面側又は内表面側から撮影装置により撮影した、前記周方向両端部がＶ字状に収束する部位であるＶ収束部位と前記Ｖ収束部位より下流側における電磁力により前記金属板の表面に流出した金属部分とを含む領域の画像に基づいて、前記金属板の外表面又は内表面における突合わせ位置の周方向両側での前記金属部分の発光領域の偏りを捉えることにより、目違いを検出する手段を備えることを特徴とする電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。

Description

本発明は、金属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鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接（以下、電縫溶接と称する）を監視する操業監視装置、方法及びプログラムに関する。

石油又は天然ガス用ラインパイプ、油井管、原子力用、地熱用、化学プラント用、機械構造用及び一般配管用等の広い分野において電縫鋼管が使用されている。電縫鋼管の製造設備では、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字状に収束する周方向両端部を加熱溶融させて突合わせる。

上記のように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するときに、鋼板の一方の端部と他方の端部との間に段差が生じる、所謂「目違い」と呼ばれる異常が発生することがある。この目違いは、電縫鋼管の強度不足等の品質不良につながることになるので、電縫溶接を監視して目違いを検出することが求められる。

この種の技術として、特許文献１には、帯状金属板を曲成し、その対向端面を連続的に突合せ溶接して溶接金属管を製造する際に、Ｖシエープ入側方向から、前記対向端面双方の溶接部分における板厚方向エツジ部と板厚方向中央部の温度分布を同時に検出し、検出された温度分布に基づき、前記突合せ溶接部分への入熱状況を推定する溶接状況監視方法が開示されている。そして、この方法により、左右の突合せ面が上下にずれた状態、即ち目違いも検出できるとされている。

特許文献２には、鋼板を連続的に管状に形成しながら突き合わせた該鋼板の両端部を加熱後に圧接して溶接する電縫溶接の溶接部を監視する電縫溶接の監視方法であって、溶鋼排出の起点位置を検出すること、前記両端部で検出された溶鋼排出の起点位置が該両端部の突合せ線に対して対称か否かを判定する判定すること、前記両端部で検出された溶鋼排出の起点位置が対称でないと判定された場合に、その旨を通知する情報を出力する出力することを含む電縫溶接の監視方法が開示されている。そして、この方法により、溶接において突き合わせる鋼板の両端部の加熱状態の非対称性を検知できるとされている。

特許文献３には、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方法であって、スクイズロールのアップセットによっ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こと；前記測温領域の輝度レベルを計算すること；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こと；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こと；を含む電縫溶接操業の監視方法が開示されている。そして、この方法により、未溶融の可能性がある溶接条件を回避する溶融証明を行って、未溶融に起因する不良部の発生を抑制することができるとされている。

特開昭６２−２０３６８０号公報 特開２０１５−２１７４２０号公報 特許第５５４９９６３号公報

特許文献１において、突合わせ溶接される両端面において溶融して発光している領域は、液状となることで粗度が低くなって又は凹凸がなくなって鏡面となる。しかも、突合わせの上流側で端面の酸化物除去処理を行うことがあり、その場合は両端面の大部分が鏡面となる。このように突合わせ溶接される両端面が鏡面となると、両端面の発光分布が均一化され、しかも元々の発光と反射された発光とを分離することは原理上できない。そのため、特許文献１のように両端面の温度分布を光学的なイメージとして測定する場合、多重反射による鏡像が重畳されたイメージとして測定されることになり、対向端面双方の溶接部分における温度分布を精度良く検出できず、特に段差の小さな目違いを検出できないことがあった。

特許文献２に記載の方法では、溶鋼排出の起点位置の差だけを検出するため、目違い上段側に偶発的に溶鋼排出が発生すると直接的に誤検出につながる問題がある。さらに鋼材の両エッジで形成されるＶ収束角のＷＳ（Ｗｏｒｋ ｓｉｄｅ）／ＤＳ（Ｄｒｉｖｅ ｓｉｄｅ）バランスが成形途中にずれる、所謂ローリングが発生することがあるが、この場合には撮影画像の水平軸と成形との基準軸がずれることになり、やはり誤検出の可能性が高くなる問題があった。

特許文献３に記載の方法では、スクイズロールのアップセットによって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の温度を測定対象としているため、未溶融の可能性がある溶接条件を回避する溶融証明を行うことはできるものの、目違いを精度良く検出することはできない。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、電縫溶接における目違いを精度良く検出できるようにすることを目的とする。

本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）帯状の金属板を上流側から下流側に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字状に収束する該金属板の周方向両端部を加熱溶融させて突合わせる電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置であって、
前記円筒状に成形される金属板の外表面側又は内表面側から撮影装置により撮影した、前記周方向両端部がＶ字状に収束する部位であるＶ収束部位と前記Ｖ収束部位より下流側における電磁力により前記金属板の表面に流出した金属部分とを含む領域の画像に基づいて、前記金属板の外表面又は内表面における突合わせ位置の周方向両側での前記金属部分の発光領域の偏りを捉えることにより、目違いを検出すること
を特徴とする電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
（２）前記撮影装置から、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像が入力される入力手段と、
前記入力手段に入力された画像に対して画像処理を施す画像処理手段と、
前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出するＶ収束点検出手段と、
前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ収束点検出手段で検出した幾何学的なＶ収束点を通り且つ前記画像のＸ方向に平行な直線を求めて、当該直線を突合わせ位置として、当該直線で分断された一方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁と、同じく当該直線で分断された他方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂とをそれぞれ算出する面積算出手段と、
前記面積算出手段で算出した突合わせ位置の両側での発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂を比較して、目違いの発生の有無を判定する判定手段と
を備えたことを特徴とする、前記（１）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
（３）前記撮影装置から、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像が入力される入力手段と、
前記入力手段に入力された画像に対して画像処理を施す画像処理手段と、
前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出するＶ収束点検出手段と、
前記周方向両端部を直線近似した近似直線を、前記幾何学的なＶ収束点を超えて下流側にそれぞれ延長し、当該延長した近似直線の一方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁”と、当該延長した近似直線の他方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂”とをそれぞれ算出する面積算出手段と、
前記面積算出手段で算出した発光領域の面積Ｓ₁”、Ｓ₂”を比較して、目違いの発生の有無を判定する判定手段と
を備えたことを特徴とする、前記（１）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
（４）前記判定手段では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、前記（２）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
（５）前記判定手段では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、前記（３）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
（６）前記判定手段では、前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記幾何学的なＶ収束点が所定のＸ方向位置より上流側にあるか否かも判定することを特徴とする、前記（２）乃至（５）のいずれかに記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
（７）前記面積算出手段は、前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線が交わってなす角度の二等分線、又は、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線と前記画像のＸ方向の上流側の端部とが形成する三角形における前記幾何学的なＶ収束点を通る中線を求めて、前記面積算出手段で算出した前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と、前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂とを補正することを特徴とする、前記（２）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
（８）帯状の金属板を上流側から下流側に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字状に収束する該金属板の周方向両端部を加熱溶融させて突合わせる電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法であって、
前記円筒状に成形される金属板の外表面側又は内表面側から、撮影装置により前記周方向両端部がＶ字状に収束する部位であるＶ収束部位と前記Ｖ収束部位より下流側における電磁力により前記金属板の表面に流出した金属部分とを含む領域の画像を撮影し、その画像に基づいて、前記金属板の外表面又は内表面における突合わせ位置の周方向両側での前記金属部分の発光領域の偏りを捉えることにより、目違いを検出すること
を特徴とする電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
（９）前記撮影装置により、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像を撮影し、
前記撮影した画像に対して画像処理を施し、
前記画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出し、
前記画像処理した画像上で、前記検出した幾何学的なＶ収束点を通り且つ前記画像のＸ方向に平行な直線を求めて、当該直線を突合わせ位置とし、当該直線で分断された一方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁と、同じく当該直線で分断された他方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂とをそれぞれ算出し、
前記突合わせ位置の両側での発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂を比較して、目違いの発生の有無を判定すること
を特徴とする、前記（８）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
（１０）前記撮影装置により、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像を撮影し、
前記撮影した画像に対して画像処理を施し、
前記画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出し、
前記周方向両端部を直線近似した近似直線を、前記幾何学的なＶ収束点を超えて前記搬送方向下流側にそれぞれ延長し、当該延長した近似直線の一方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁”と、当該延長した近似直線の他方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂”とをそれぞれ算出し、
前記算出した発光領域の面積Ｓ₁”、Ｓ₂”を比較して、目違いの発生の有無を判定すること
を特徴とする、前記（８）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
（１１）前記判定では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、前記（９）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
（１２）前記判定では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、前記（１０）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
（１３）前記判定では、前記画像処理した画像上で、前記幾何学的なＶ収束点が所定のＸ方向位置より上流側にあるか否かも判定することを特徴とする、前記（９）乃至（１２）のいずれかに記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
（１４）前記面積Ｓ₁、Ｓ₂の算出では、前記画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線が交わってなす角度の二等分線、又は、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線と前記画像のＸ方向の上流側の端部とが形成する三角形における前記幾何学的なＶ収束点を通る中線を求めて、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ ₁と、前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂とを補正することを特徴とする、前記（９）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
（１５）帯状の金属板を上流側から下流側に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字状に収束する該金属板の周方向両端部を加熱溶融させて突合わせる電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の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金属板の外表面側又は内表面側から撮影装置により撮影した、前記周方向両端部がＶ字状に収束する部位であるＶ収束部位と前記Ｖ収束部位より下流側における電磁力により前記金属板の表面に流出した金属部分とを含む領域の画像に基づいて、前記金属板の外表面又は内表面における突合わせ位置の周方向両側での前記金属部分の発光領域の偏りを捉えることにより、目違いを検出する処理をコンピュータに実行させるための電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
（１６）前記撮影装置から、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像が入力される入力手段と、
前記入力手段に入力された画像に対して画像処理を施す画像処理手段と、
前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出するＶ収束点検出手段と、
前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ収束点検出手段で検出した幾何学的なＶ収束点を通り且つ前記画像のＸ方向に平行な直線を求めて、当該直線を突合わせ位置として、当該直線で分断された一方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁と、同じく当該直線で分断された他方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂とをそれぞれ算出する面積算出手段と、
前記面積算出手段で算出した突合わせ位置の両側での発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂を比較して、目違いの発生の有無を判定する判定手段として前記コンピュータを機能させること
を特徴とする、前記（１５）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
（１７）前記撮影装置から、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像が入力される入力手段と、
前記入力手段に入力された画像に対して画像処理を施す画像処理手段と、
前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出するＶ収束点検出手段と、
前記周方向両端部を直線近似した近似直線を、前記幾何学的なＶ収束点を超えて下流側にそれぞれ延長し、当該延長した近似直線の一方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁”と、当該延長した近似直線の他方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂”とをそれぞれ算出する面積算出手段と、
前記面積算出手段で算出した発光領域の面積Ｓ₁”、Ｓ₂”を比較して、目違いの発生の有無を判定する判定手段として前記コンピュータを機能させること
を特徴とする、前記（１５）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
（１８）前記判定手段では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、前記（１６）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
（１９）前記判定手段では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、前記（１７）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
（２０）前記判定手段では、前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記幾何学的なＶ収束点が所定のＸ方向位置より上流側にあるか否かも判定することを特徴とする、前記（１６）乃至（１９）のいずれかに記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
（２１）前記面積算出手段は、前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線が交わってなす角度の二等分線、又は、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線と前記画像のＸ方向の上流側の端部とが形成する三角形における前記幾何学的なＶ収束点を通る中線を求めて、前記面積算出手段で算出した前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と、前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂とを補正することを特徴とする、前記（１６）に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。

本発明によれば、円筒状に成形される金属板の外表面又は内表面における突合わせ位置の両側での発光領域の偏りを捉えることにより、目違いを検出するので、端面が鏡面となることの影響を受けることなく、電縫溶接における目違いを精度良く検出することができる。

電縫鋼管の製造設備及び第１の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置による操業監視方法を示すフローチャートである。 図２のフローチャートのＶ収束点検出処理を示すフローチャートである。 目違いが発生している状態を示す図である。 撮影装置により撮影した画像を示す模式図である。 Ｖ収束点を説明するための図である。 画像処理及びＶ収束点検出を行っている画像を示す模式図である。 Ｖ収束部位のブロッブが抽出されない２値化画像の例を示す模式図である。 第１の実施形態において面積算出を行っている画像を示す模式図である。 実操業において面積比を求めて、時間経緯に沿ってプロットした特性図である。 第２の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置による操業監視方法を示すフローチャートである。 目違いが発生している場合、目違いが発生していない場合に比べてＶ収束点Ｖ₁が上流側にずれる理由を説明するための図である。 第２の実施形態において面積算出を行っている画像を示す模式図である。 電縫鋼管の製造設備及び第３の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置の構成を示す図である。 第３の実施形態において面積算出を行っている画像を示す模式図である。 実操業において面積比を求めて、時間経緯に沿ってプロットした特性図である。 第４の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置による操業監視方法を示すフローチャートである。 第４の実施形態において面積算出を行っている画像を示す模式図である。 高周波電流の向き、電磁力による溶融部分の流出、及びアップセットによる溶融部分の排出を表す断面模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
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に向かって上流側から下流側に搬送しながら、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））。

鋼板１の上方には撮影装置８が配置され、円筒状に成形される鋼板１の外表面の、Ｖ字状に収束するＶ収束部位を含む領域の自然光パターン（輻射パターン）を撮影する。Ｖ収束部位には、以下に説明する幾何学的なＶ収束点Ｖ₁、幾何学的なＶ収束点Ｖ_１に向かって鋼板１の両端部４、４が収束する部位、及び両端部４、４が物理的に衝合（接触）する衝合点Ｖ₂が含まれる。幾何学的なＶ収束点Ｖ_１に向かって鋼板１の両端部４、４が収束する部位とは、好ましくは、Ｖ収束点Ｖ_１から上流側に向かって５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の領域を含む。撮影装置８は、例えば１６００×１２００画素の３ＣＣＤ型カラーカメラが用いられ、撮影視野が幅３０［ｍｍ］以上、長さが５０〜１００［ｍｍ］、撮影分解能が５０〜１００［μｍ／画素］、撮影レートが３０［ｆｐｓ］以上、露光時間が１／５０００［秒］以下の条件で撮影する。撮影装置８により撮影した画像データは、電縫溶接の操業監視装置１００に入力される。

帯状の鋼板１を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形するときに、上記のように、鋼板の一方の端部と他方の端部との間に段差が生じる「目違い」が発生することがある。目違いが発生している場合、図４に示すように、鋼板１の両端部４、４の突合わせ端面のうち対面する箇所（突合わせ端面の実厚ｈ）に高周波電流５が集中する。その結果、上にずれている端部（図４の左側の端部）４では鋼板１の内表面側で温度が上昇し、溶融の度合いが高くなる。それに対して、下にずれている端部（図４の右側の端部）４では鋼板１の外表面側で温度が上昇し、溶融の度合いが高くなる。したがって、目違いが発生しているときには、鋼板１の外表面側及び内表面側において突合わせ位置の両側で溶融或いは赤熱による発光領域に偏りが生じることになる。目違いは、板厚の１０％以内にすることが好ましい。例えば、板厚が１０ｍｍのときに目違いを１．０ｍｍ以内にすることが好ましい。そこで、以下に詳述するように、円筒状に成形される鋼板１の外表面側から撮影装置８によりＶ収束部位とＶ収束部位より下流側における電磁力により金属板の表面に流出した金属部分とを含む領域の画像を撮影し、その画像に基づいて、鋼板１の外表面における突合わせ位置の両側での前記金属部分の発光領域の偏りを捉えることにより、目違いを検出することを見出した。撮影装置８を円筒状に成形される鋼板１の内表面側に配置して、撮影装置８を鋼板１の外表面側に配置する場合と同様に、鋼板１の内表面側から画像を撮影し目違いを検出してもよい。Ｖ収束部位より下流側における電磁力により金属板の表面に流出した金属部分とは、好ましくは、撮影装置で得られる画像の水平方向においてＶ収束部位から下流側に向かって０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の領域の金属部分を含む。

図１に説明を戻して、電縫溶接の操業監視装置１００において、１０１は入力部であり、撮影装置８により撮影した画像データが入力される。撮影装置８からは、鋼板１の搬送方向をＸ方向、鋼板１の突合わせ方向をＹ方向とする画像が入力される。図５には撮影装置８により撮影した画像を図示化した模式図を示す。撮影装置８により撮影した画像では、鋼板１の両端部４、４に沿って発光領域（輝度レベルの高い高熱領域）５１が現れ、搬送方向（Ｘ方向）の下流側では両端部４、４の溶融部分が電磁力により金属板の表面に流出してできる波状の模様が現れる。図１及び図１９に示すように、鋼板１の両端部４、４の突合わせ端面のうち対面する箇所に高周波電流５が逆方向に流れるので、両端部４、４の間に斥力が発生し、両端部４、４の溶融部分が電磁力により金属板の表面に流出する。その後、左右から強い圧力が加えられるアップセットによって溶鋼が上下方向に押し出される。本発明においては、この電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域の偏りを捉えて目違いを検出する。目違いが発生すると、下にずれている端部（図４の右側の端部）４の鋼板１の外表面側は電流が集中して溶融が加速される一方、上にずれている端部（図４の左側の端部）４の外表面側は電流が減少して溶融しにくいため、両端部４、４の溶融金属の金属板外表面への流出面積が異なる。同様に、目違いが発生すると、上にずれている端部（図４の右側の端部）４の鋼板１の内表面側は電流が集中して溶融が加速される一方、下にずれている端部（図４の左側の端部）４の内表面側は電流が減少して溶融しにくいため、両端部４、４の溶融金属の金属板内表面への流出面積が異なる。この変化は板厚の５％より小さい目違いでも明確に判別できるため、電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域の偏りを捉えることで、従来よりも目違いを精度よく検出することができる。

１０２は画像処理部であり、入力部１０１に入力された画像に対して、赤色成分抽出処理、２値化処理等の画像処理を施す。

１０３はＶ収束点検出部であり、画像処理部１０２で画像処理した画像上で幾何学的なＶ収束点Ｖ₁を検出する。幾何学的なＶ収束点Ｖ₁とは、図６に破線で示すように、Ｖ字状に収束する両端部４、４が幾何学的に交わる点である。幾何学的なＶ収束点Ｖ_１に向かって鋼板１の両端部４、４が収束する部位の自然光パターン（輻射パターン）を撮影することによって、両端部４、４の両エッジの近似線に基づいて幾何学的なＶ収束点Ｖ_１を検出することができる。なお、実際には、図６に示すように、幾何学的なＶ収束点Ｖ₁で両端部４、４が衝合するのではなく、幾何学的なＶ収束点Ｖ₁の下流側に、両端部４、４が物理的に衝合（接触）する衝合点Ｖ₂が存在する２段収束現象が観測される。また、溶接点（凝固が始まる点）は、衝合点Ｖ₂より更に下流側に存在する。なお、以降の説明では、幾何学的なＶ収束点Ｖ₁のことを単にＶ収束点Ｖ₁とも呼ぶことがある。

１０４は面積算出部であり、画像処理部１０２で画像処理した画像上で、Ｖ収束点検出部１０３で検出したＶ収束点Ｖ₁を通り、画像のＸ方向に平行な直線Ｌ₁を求める。撮影装置８で得られる画像の水平方向が鋼板１の搬送方向（Ｘ方向）に平行になるように撮影装置８が設置されており、Ｖ収束点Ｖ_１を通り且つ撮影装置８で得られる画像の水平方向に平行な直線を直線Ｌ_１とする。そして、この直線Ｌ₁を突合わせ位置として、直線Ｌ₁で分断された一方の側におけるＶ収束点Ｖ₁より下流側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域の面積Ｓ₁と、同じく直線Ｌ₁で分断された他方の側におけるＶ収束点Ｖ₁より下流側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域の面積Ｓ₂とをそれぞれ算出する。Ｖ収束点Ｖ₁より下流側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分とは、好ましくは、撮影装置で得られる画像の水平方向においてＶ収束点Ｖ₁から下流側に向かって０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の領域の金属部分を含む。なお、面積Ｓ₁、Ｓ₂の算出の詳細は後述の図９において説明する。

１０５は判定部であり、面積算出部１０４で算出した突合わせ位置の両側での発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂を比較して、目違いの発生の有無を判定する。

１０６は出力部であり、例えば各部１０１〜１０５で取り扱う画像や、判定部１０５での面積Ｓ₁、Ｓ₂の比較結果を不図示の表示装置に表示する。また、判定部１０５で目違いの発生を判定した場合に、例えばアラーム出力を行う。

次に、図２を参照して、第１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。撮影装置８による撮影は一定の時間間隔で連続的に行われ、同タイミングで撮影された一枚の画像をフレームと呼ぶ。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、コントラストを明確にするために、その画像データから赤色成分（波長５９０〜６８０ｎｍ）を抽出する（ステップＳ２）。

画像処理部１０２は、ステップＳ２において赤色成分を抽出した画像データを２値化（反転）する（ステップＳ３）。ここでは、輝度レベルが予め定めた閾値以上の画素に「０」を、一定値未満の画素に「１」を代入する。このときの閾値は、カメラのノイズレベルやトップロールからの反射といった外乱要因のレベル以上とし、溶融部や鋼材端部の形状が捉えられる範囲で調整する。例えば、溶融している領域が２５５階調で１６０レベル、外乱要因が３０レベルである場合、４０レベル程度を選択する。この閾値の設定によって、本願で面積を計算する対象である発光領域の範囲が決まる。図７（ａ）には２値化画像を図示化した模式図を示す。

Ｖ収束点検出部１０３は、ステップＳ３において生成した２値化画像上で幾何学的なＶ収束点Ｖ₁を検出する（ステップＳ４）。図３に、ステップＳ４のＶ収束点検出処理の具体例を示す。まず、図７（ｂ）に示すように、ブロッブ毎にラベルをつけるラベリング処理を行い（ステップＳ４１）、所定の条件に合致するブロッブが抽出されたか否かを判定する（ステップＳ４２）。ここでいうブロッブとは、２値化画像（８ｂｉｔでは０または２５５レベル）において２５５レベルで一塊になった領域を意味し、より具体的には「１」の画素が隣接する上下左右の４画素或いは斜め方向４画素を含む隣接８画素のいずれか「１」であり、連結されて一塊になった個々の領域を意味する。また、ラベリング処理とは、個々のブロッブに同一のラベル番号をつけて特定のブロッブを抽出し、画像内の位置（Ｘ座標の最大点及び最小点、Ｙ座標の最大点及び最小点）や幅、長さ、面積等を抽出する処理をあわせて行うことを示す。例えば図７（ｂ）では、３つのブロッブがそれぞれ「１」、「２」及び「３」とラベル付けされており、ステップＳ４２において所定の条件に合致するブロッブがあれば、そのブロッブ（ここではラベル「２」）を、両端部４、４がＶ字状に収束する部位であるＶ収束部位のブロッブ５２として抽出し（図７（ｃ）を参照）、座標や面積等の形状情報を取得する。例えば図７（ａ）に示す２値化画像において、左端に接し、かつ、所定の面積条件を有するブロッブがあれば、それをＶ収束部位のブロッブ５２として抽出する。所定の面積条件としては、例えばブロッブの面積の実寸法が１５〜１５０ｍｍ²であるという条件及び／又は外接長方形の実寸法が２５〜３２０ｍｍ²であるという条件等を設定すればよい。

ステップＳ４２において所定の条件に合致するブロッブが抽出されれば、その抽出したＶ収束部位のブロッブ５２において鋼板１の両端部４、４を探索する（ステップＳ４３）。図７（ｃ）を拡大した図７（ｄ）に示すように、Ｖ収束部位のブロッブ５２の搬送方向の最下流点を通りＸ方向に平行な直線（図中で一点鎖線で示す）から＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に「１」→「０」になる点をそれぞれ探索し、その点を鋼板１の端部４とする。これを、Ｖ字状に収束する方向（Ｘ方向）の所定の範囲、例えば２値化画像の左端（搬送方向の下流側）からＶ収束部位のブロッブ５２の先端までの範囲のうち左端から２／３の範囲で実行する。そして、この所定の範囲で鋼板１の端部４、４を直線近似し（ステップＳ４４）、これら近似直線の交点を幾何学的なＶ収束点Ｖ₁として検出する（ステップＳ４５）。なお、上記所定の範囲は、常に「左端から２／３の範囲」とするのでなく、操業条件によってＶ収束点Ｖ₁の位置が搬送方向の上流側に移動するような場合には、より小さな値、例えば１／２に設定する等、適宜適切な値を設定するのがよい。

鋼板１の端部４を探索する際には、例えば図７（ｄ）に示す画像のＹ方向の上下位置から内側に向かって「０」→「１」になる点を探索するようにしてもよい。ただし、Ｖ収束部位のブロッブ５２は画像のＹ方向の中央付近に現れることはわかっており、画像の最上位置及び最下位置から探索を始めるのでは処理が無駄となる。そこで、上述したようにＶ収束部位のブロッブ５２の内側から＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に「１」→「０」になる点を探索することにより処理時間を短縮化させている。また、画像の上下位置から内側に向かって「０」→「１」になる点を探索する場合にも、ラベリング処理によりＶ収束部位のブロッブ５２の幅広部（画像の左端）のＹ方向位置を知ることができるので、そのＹ方向位置或いはその近傍から内側に向かって「０」→「１」になる点を探索すれば処理時間を短縮化させることができる。

ステップＳ４２において所定の条件に合致するブロッブが抽出されなければ、異常フラグを立てる（ステップＳ４６）。例えば入熱量が低いような場合には、図８に示すようにＶ収束部位のブロッブは抽出されないので、ステップＳ４６に進むことになる。そして、所定のフレーム数だけ連続して異常フラグが立っているか否かを判定し（ステップＳ４７）、所定のフレーム数だけ連続して異常フラグが立っている場合、異常アラームを出力する（ステップＳ４８）。

図２に説明を戻して、面積算出部１０４は、図９（ａ）に示すように、ステップＳ３において生成した２値化画像上で、ステップＳ４において検出したＶ収束点Ｖ₁を通り、画像のＸ方向に平行な直線Ｌ₁を求める（ステップＳ５）。なお、図９では、見易さを考慮して、図７のような黒、白の色分けを省略している。そして、面積算出部１０４は、直線Ｌ₁を突合わせ位置として、ラベリング処理により、直線Ｌ₁で分断された一方の側におけるＶ収束点Ｖ₁より下流側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域の面積Ｓ₁と、同じく直線Ｌ₁で分断された他方の側におけるＶ収束点Ｖ₁より下流側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域の面積Ｓ₂とをそれぞれ算出する（ステップＳ６）。

判定部１０５は、ステップＳ６において算出した一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と他方の側における発光領域の面積Ｓ₂との和に対する、予め指定されているいずれかの側の発光領域の面積Ｓ₁又はＳ₂の比が上下限値内にあるか否かを判定する（ステップＳ７）。その結果、面積比Ｓ₁／（Ｓ₁＋Ｓ₂）又はＳ₂／（Ｓ₁＋Ｓ₂）が上下限値内にあれば目違いは発生していないと判定し、上限値または下限値を超えていれば目違いが発生していると判定する。図４で説明したように、目違いが発生しているときには、鋼板１の外表面側または内表面側において突合わせ位置の両側で発光領域に偏りが生じ、図９（ｂ）に示すような状態となる。したがって、面積比が１／２の近傍にある、即ち例えば４０％以上、６０％以下の範囲にあれば目違いは発生しておらず、４０％を下回る又は６０％を上回れば目違いが発生していると判定すればよい。また、事前に目違いを変化させて段差と面積比との相関をとった検量線に基づいて正常／目違い発生を判定するようにしてもよい。面積比が上限値または下限値を超えた場合、アラーム出力を行う等の異常出力を行う（ステップＳ８）。

ステップＳ７において、面積Ｓ₁と面積Ｓ₂との比や、面積Ｓ₁と面積Ｓ₂との差の絶対値を算出して、それが所定の閾値を超えるか否かを判定するようにしてもよい。しかしながら、鋼板１の搬送時の振れや捩れ等により面積Ｓ₁、Ｓ₂のうち一方の面積が変動すると、その変動分が他方の面積にそのまま影響するため、単純に面積Ｓ₁と面積Ｓ₂との比や差を求めると、判定が過敏になってしまう傾向となる。それに対して、本実施形態のように、全体の面積に対する一方の面積の比（Ｓ₁／（Ｓ₁＋Ｓ₂）又はＳ₂／（Ｓ₁＋Ｓ₂））に基づいて判定することにより、安定した判定が可能になる。

図１０（ａ）、（ｂ）には、実操業において全体の面積に対する一方の面積比（Ｓ₁／（Ｓ₁＋Ｓ₂）又はＳ₂／（Ｓ₁＋Ｓ₂））を求めて、時間経緯に沿ってプロットした特性図である。図１０（ａ）に示すように、操業中に常時プロットしつつモニタした結果、時刻１５：０３：２１以降で面積比が上限値を超える状態が継続するようになった。その後、実材をトレースして検査したところ、実際にその時点で目違いが発生していたことが確認された。この結果からも、本発明を適用した目違いの検出手法が有効なものであることがわかる。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のデータを時系列で７点の移動平均をとってプロットしなおした図である。図１０（ａ）では、１５：０３：２１より前でも面積比が一時的に下限値を超えることがあるが、ノイズ成分である可能性が高い。そこで、数点程度のデータの移動平均をとってグラフを滑らかにして、ノイズ成分を除去することにより、目違いの発生をより明確に判定できるようになる。

以上説明したように、円筒状に成形される鋼板１の外表面または内表面における突合わせ位置の両側での電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域の偏りを捉えることにより、目違いを検出するので、端面が鏡面となることの影響を受けることなく、電縫溶接における目違いを精度良く検出することができる。本発明を適用することにより、段差が２〜３ｍｍ程度の小さな段差が発生した場合でも目違いを検出することが可能であった。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、判定部１０５において、第１の実施形態で述べたように突合わせ位置の両側での電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂を比較することに加えて、画像処理部１０２で画像処理した画像上で、Ｖ収束点Ｖ₁が所定のＸ方向位置より上流側にあるか否かも判定して、目違いの発生の有無を判定するようにした例である。なお、以下では第１の実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

鋼板１の搬送過程において、鋼板１が搬送方向の左右に振れたり、捩れたりすることがある。第１の実施形態で説明したように、Ｖ収束点Ｖ₁を通り、画像のＸ方向に平行な直線Ｌ₁を求めて、この直線Ｌ₁の両側での発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂を算出するが、鋼板１が搬送方向の左右に振れたり、捩れたりすると、実際の突合わせ位置が直線Ｌ₁に対して斜めになることがある（図１５（ａ）を参照）。その場合、目違いの発生の有無とは関係なく、直線Ｌ₁の両側での発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂に差が生じてしまう。

目違いが発生している場合、目違いが発生していない場合に比べて、Ｖ収束点検出部１０３で検出するＶ収束点Ｖ₁が上流側にずれることがわかった。目違いが発生していない場合、極端に描くと図１２（ａ）に示すように、両端部４、４の内表面側及び外表面側が略均等に溶融する。一方、目違いが発生している場合、極端に描くと図１２（ｂ）に示すように、上にずれている端部（図１２の左側の端部）４では鋼板１の内表面側で溶融の度合いが高くなるのに対して、下にずれている端部（図１２の右側の端部）４では鋼板１の外表面側で溶融の度合いが高くなる。そのため、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、両端部４、４の間隔が等しい状況でも、溶融部分１２０が電磁力により金属板の表面に流出したとすると、矢印Ｚ方向から観察したときに、目違いが発生している場合の見た目の距離ｌ₁が、目違いが発生していない場合の見た目の距離ｌ₂に比べて短くなる。換言すれば、矢印Ｚ方向から観察したときに、目違いが発生している場合は、目違いが発生していない場合に比べて、早い段階、即ち上流側でＶ収束点Ｖ₁が検出されることになる。そこで、本実施形態では、Ｖ収束点Ｖ₁が所定のＸ方向位置より上流側にあるか否かも判定することにしている。

次に、図１１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。ステップＳ１〜Ｓ６及びＳ８は、第１の実施形態の図２と同様であり、ここではその説明は省略する。ステップＳ１７で、判定部１０５は、ステップＳ６において算出した一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と他方の側における発光領域の面積Ｓ₂との和に対する、予め指定されているいずれかの側の発光領域の面積Ｓ₁又はＳ₂の比が上下限値内にあるか否かを判定する。加えて、ステップＳ４において検出したＶ収束点Ｖ₁が所定のＸ方向位置Ｘ_Sより上流側にあるか否かも判定する。その結果、面積比Ｓ₁／（Ｓ₁＋Ｓ₂）又はＳ₂／（Ｓ₁＋Ｓ₂）が上限値または下限値を超えて、かつ、Ｖ収束点Ｖ₁が所定のＸ方向位置Ｘ_Sより上流側にあれば目違いが発生していると判定し（図１３（ｂ）を参照）、それ以外は、目違いは発生していないと判定する（図１３（ａ）を参照）。例えば面積比Ｓ₁／（Ｓ₁＋Ｓ₂）又はＳ₂／（Ｓ₁＋Ｓ₂）が上限値または下限値を超えていても、Ｖ収束点Ｖ₁が所定のＸ方向位置Ｘ_Sより上流側になければ、鋼板１の振れや捩れ等に起因する可能性が高いとして、目違いは発生していないと判定する。幾何学的なＶ収束点Ｖ₁の位置を正常／異常判別の条件に加えることで、面積比の上下限値を第１の実施形態よりも広く取ることができるので、前述のように、鋼板１が搬送方向の左右に振れたり、捩れたりした場合にも、精度が高く安定した判定が可能となる。

以上述べたように、鋼板１の振れや捩れ等による影響を除くようにして目違いを検出できるので、電縫溶接における目違いを精度良く検出することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、図１４に示すように、面積算出部１０４が補正部１０４ａを備え、算出した面積Ｓ₁、Ｓ₂を補正する機能を持つ例である。なお、以下では第１の実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

第２の実施形態でも述べたが、鋼板１の搬送過程において、鋼板１が搬送方向の左右に振れたり、捩れたりすると、実際の突合わせ位置が直線Ｌ₁に対して斜めになる。そのため、図１５（ａ）に示すように、目違いの発生の有無とは関係なく、直線Ｌ₁の両側での発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂に差が生じることがある。

そこで、面積算出部１０４は、図１５（ａ）に示すように、まず第１の実施形態と同様、Ｖ収束点Ｖ₁を通り、画像のＸ方向に平行な直線Ｌ₁を求めて、直線Ｌ₁で分断された一方の側におけるＶ収束点Ｖ₁より下流側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域の面積Ｓ₁と、同じく直線Ｌ₁で分断された他方の側におけるＶ収束点Ｖ₁より下流側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域の面積Ｓ₂とをそれぞれ算出する。

次に、補正部１０４ａは、図１５（ｂ）に示すように、図３のステップＳ４４において求めた鋼板１の両端部４、４の近似直線が交わってなす角度の二等分線Ｌ₂を求める。そして、Ｖ収束点Ｖ₁より下流側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域において直線Ｌ₁と二等分線Ｌ₂とに囲まれる領域を補正領域として、その補正領域の面積Ｓ₃を算出する。

次に、補正部１０４ａは、図１５（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｖ収束点Ｖ₁より下流側の発光領域において二等分線Ｌ₂が通らない領域の面積（図示例の場合面積Ｓ₁）に面積Ｓ₃を加えるとともに、二等分線Ｌ₂が通る領域の面積（図示例の場合面積Ｓ₂）から面積Ｓ₃を減らして、補正後の面積Ｓ₁´（＝Ｓ₁＋Ｓ₃）、Ｓ₂´（＝Ｓ₂−Ｓ₃）を算出する。換言すれば、二等分線Ｌ₂で分断された一方の側におけるＶ収束点Ｖ₁より下流側の発光領域の面積Ｓ₁´と、同じく二等分線Ｌ₂で分断された他方の側におけるＶ収束点Ｖ₁より下流側の発光領域の面積Ｓ₂´とをそれぞれ算出する。

その後、第１の実施形態と同様、一方の側における発光領域の補正後の面積Ｓ₁´と他方の側における発光領域の補正後の面積Ｓ₂´との和に対する、予め指定されているいずれかの側の発光領域の補正後の面積Ｓ₁´又はＳ₂´の比が上下限値内にあるか否かを判定する。その結果、面積比Ｓ₁´／（Ｓ₁´＋Ｓ₂´）又はＳ₂´／（Ｓ₁´＋Ｓ₂´）が上下限値内にあれば目違いは発生していないと判定し、上限値または下限値を超えていれば目違いが発生していると判定する。

以上述べたように、鋼板１の振れや捩れ等による影響を除くようにして目違いを検出できるので、電縫溶接における目違いを精度良く検出することができる。

図１６には、実操業において実際に鋼板１の捩れが生じているときの、「補正なし」の面積比（Ｓ₁／（Ｓ₁＋Ｓ₂）又はＳ₂／（Ｓ₁＋Ｓ₂））及び「補正あり」の面積比（Ｓ₁´／（Ｓ₁´＋Ｓ₂´）又はＳ₂´／（Ｓ₁´＋Ｓ₂´））を求めて、時間経緯に沿ってプロットした特性図である。図中の細線が「補正なし」、太線が「補正あり」の特性線である。時間ｔ₁までは目違いは発生していないことが確認されているが、「補正なし」の場合は下限値を下回っているのに対して、「補正あり」の場合はノイズ成分を除いて上下限値内に収まっており、鋼板１に捩れが生じている状態でも目違いを精度良く検出できることが確認された。

本実施形態では、鋼板１の両端部４、４の近似直線が交わってなす角度の二等分線Ｌ₂を求めるようにしたが、それに限定されるものではない。例えば鋼板１の両端部４、４の近似直線と画像のＸ方向の端部Ｘ₀とが形成する三角形におけるＶ収束点Ｖ₁を通る中線を求めてもよい。

（第４の実施形態）
第１の実施形態〜第３の実施形態では、幾何学的なＶ収束点Ｖ₁より下流側の面積の偏りを検出するために、幾何学的なＶ収束点Ｖ₁を通る水平線、更には近似直線が交わってなす角度の二等分線を用いた。それに対して、本実施形態では、幾何学的なＶ収束点Ｖ₁を探すための近似直線だけを用いて、面積の偏りを検出するようにした例である。なお、以下では第１の実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

図１７を参照して、第４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。ステップＳ５に代えてステップＳ１５の処理を行うもので、ステップＳ１〜Ｓ４及びＳ６〜Ｓ８は、第１の実施形態の図２と同様であり、ここではその説明は省略する。ステップＳ１５で、ステップＳ４（ステップＳ４４）で得た鋼板１の端部４、４の近似直線を、Ｖ収束点Ｖ₁の下流側に延長する。そして、ステップＳ６で、面積算出部１０４は、図１８（ａ）に示すように、Ｖ収束点Ｖ₁より下流側の一方の側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域のうち、延長した近似直線より周方向外側の面積Ｓ₁”と、同じくＶ収束点Ｖ₁より下流側の他方の側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分の発光領域のうち、延長した近似直線より周方向外側の面積Ｓ ₂”とをそれぞれ算出する。Ｖ収束点Ｖ₁より下流側の電磁力により金属板の表面に流出した金属部分とは、好ましくは、撮影装置で得られる画像の水平方向においてＶ収束点Ｖ₁から下流側に向かって０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の領域の金属部分を含む。

ステップＳ７で、判定部１０５は、第１の実施形態と同様に、面積比（Ｓ₁”／（Ｓ₁”＋Ｓ₂”）又はＳ₂”／（Ｓ₁”＋Ｓ₂”））或いは面積の差の絶対値（｜Ｓ₁”−Ｓ₂”｜）が上下限値内にあるか否かを判定する。目違いが発生しているときには、鋼板１の外表面側または内表面側において突合わせ位置の両側で発光領域に偏りが生じ、図１８（ｂ）に示すような状態となる。このようにして、鋼板１が搬送方向の左右に振れたり、捩れたりしても精度よく且つ安定して検出を行うことができる。また、Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線を延長するだけでよいので、幾何学的なＶ収束点Ｖ₁を通る水平線、更には近似直線が交わってなす角度の二等分線を算出しなくてもよく、演算処理が簡単になる。

本実施形態のように面積Ｓ₁”、Ｓ₂”を求める場合にも、第２の実施形態で説明したように、幾何学的なＶ収束点Ｖ₁が所定のＸ方向位置より上流側にあるか否かを併せて判定してもよい。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば上記実施形態では、３ＣＣＤ型カラーカメラを用いるとしたが、モノクロカメラに波長５７０〜７４０ｎｍ程度を通過する光学フィルタを装着しても、カラーカメラのＲ成分と同等の画像が得られる。例えば１／３型ＣＣＤ素子（ＸＧＡサイズ）を備えるカメラを用いＶ収束部位までの距離が１．２ｍの場合、焦点距離ｆ＝７５ｍｍ、明るさＦ８のレンズをＶ収束部位の上方に設定して撮影する。望ましくはγ補正をかけて鋼板１の端部４の輝度が低い領域も正確に検出できるようにする。

本発明の電縫溶接の操業監視装置は、具体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータシステムにより構成することができ、ＣＰＵがプログラムを実行することによって実現される。本発明の電縫溶接の操業監視装置は、一つの装置から構成されても、複数の機器から構成されてもよい。

また、本発明の目的は、上述した電縫溶接の操業監視機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

１：鋼板
２：スクイズロール
３：搬送方向
４：周方向端部
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
１００：電縫溶接の操業監視装置
１０１：入力部
１０２：画像処理部
１０３：Ｖ収束点検出部
１０４：面積算出部
１０４ａ：補正部
１０５：判定部
１０６：出力部
ｈ：突合わせ端面の実厚
Ｌ_１：画像のＸ方向に平行な直線
Ｌ_２：鋼板の両端部の近似直線が交わってなす角度の二等分線
ｌ_１：目違いが発生している場合の見た目の距離
ｌ_２：目違いが発生していない場合の見た目の距離
ｔ： 鋼板の厚み
Ｓ_１：一方の側における発光領域の面積
Ｓ２：他方の側における発光領域の面積
Ｓ３：直線Ｌ₁と二等分線Ｌ₂とに囲まれる補正領域
Ｓ₁´：Ｓ₁＋Ｓ₃
Ｓ_２´：Ｓ₂−Ｓ₃
Ｖ_１：Ｖ収束点
Ｖ_２：衝合点
Ｘ_０：画像のＸ方向の端部
Ｘ_Ｓ：所定のＸ方向位置

Claims (21)

1. 帯状の金属板を上流側から下流側に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字状に収束する該金属板の周方向両端部を加熱溶融させて突合わせる電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置であって、
   前記円筒状に成形される金属板の外表面側又は内表面側から撮影装置により撮影した、前記周方向両端部がＶ字状に収束する部位であるＶ収束部位と前記Ｖ収束部位より下流側における電磁力により前記金属板の表面に流出した金属部分とを含む領域の画像に基づいて、前記金属板の外表面又は内表面における突合わせ位置の周方向両側での前記金属部分の発光領域の偏りを捉えることにより、目違いを検出する手段を備えること
   を特徴とする電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
2. 前記撮影装置から、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像が入力される入力手段と、
   前記入力手段に入力された画像に対して画像処理を施す画像処理手段と、
   前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出するＶ収束点検出手段と、
   前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ収束点検出手段で検出した幾何学的なＶ収束点を通り且つ前記画像のＸ方向に平行な直線を求めて、当該直線を突合わせ位置として、当該直線で分断された一方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁と、同じく当該直線で分断された他方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂とをそれぞれ算出する面積算出手段と、
   前記面積算出手段で算出した突合わせ位置の両側での発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂を比較して、目違いの発生の有無を判定する判定手段と
   を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
3. 前記撮影装置から、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像が入力される入力手段と、
   前記入力手段に入力された画像に対して画像処理を施す画像処理手段と、
   前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出するＶ収束点検出手段と、
   前記周方向両端部を直線近似した近似直線を、前記幾何学的なＶ収束点を超えて下流側にそれぞれ延長し、当該延長した近似直線の一方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁”と、当該延長した近似直線の他方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂”とをそれぞれ算出する面積算出手段と、
   前記面積算出手段で算出した発光領域の面積Ｓ₁”、Ｓ₂”を比較して、目違いの発生の有無を判定する判定手段と
   を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
4. 前記判定手段では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、請求項２に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
5. 前記判定手段では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、請求項３に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
6. 前記判定手段では、前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記幾何学的なＶ収束点が所定のＸ方向位置より上流側にあるか否かも判定することを特徴とする、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
7. 前記面積算出手段は、前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線が交わってなす角度の二等分線、又は、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線と前記画像のＸ方向の上流側の端部とが形成する三角形における前記幾何学的なＶ収束点を通る中線を求めて、前記面積算出手段で算出した前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と、前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂とを補正することを特徴とする、請求項２に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視装置。
8. 帯状の金属板を上流側から下流側に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字状に収束する該金属板の周方向両端部を加熱溶融させて突合わせる電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法であって、
   前記円筒状に成形される金属板の外表面側又は内表面側から、撮影装置により前記周方向両端部がＶ字状に収束する部位であるＶ収束部位と前記Ｖ収束部位より下流側における電磁力により前記金属板の表面に流出した金属部分とを含む領域の画像を撮影し、その画像に基づいて、前記金属板の外表面又は内表面における突合わせ位置の周方向両側での前記金属部分の発光領域の偏りを捉えることにより、目違いを検出すること
   を特徴とする電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
9. 前記撮影装置により、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像を撮影し、
   前記撮影した画像に対して画像処理を施し、
   前記画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出し、
   前記画像処理した画像上で、前記検出した幾何学的なＶ収束点を通り且つ前記画像のＸ方向に平行な直線を求めて、当該直線を突合わせ位置とし、当該直線で分断された一方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁と、同じく当該直線で分断された他方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂とをそれぞれ算出し、
   前記突合わせ位置の両側での発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂を比較して、目違いの発生の有無を判定すること
   を特徴とする、請求項８に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
10. 前記撮影装置により、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像を撮影し、
    前記撮影した画像に対して画像処理を施し、
    前記画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出し、
    前記周方向両端部を直線近似した近似直線を、前記幾何学的なＶ収束点を超えて前記搬送方向下流側にそれぞれ延長し、当該延長した近似直線の一方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁”と、当該延長した近似直線の他方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂”とをそれぞれ算出し、
    前記算出した発光領域の面積Ｓ₁”、Ｓ₂”を比較して、目違いの発生の有無を判定すること
    を特徴とする、請求項８に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
11. 前記判定では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、請求項９に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
12. 前記判定では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、請求項１０に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
13. 前記判定では、前記画像処理した画像上で、前記幾何学的なＶ収束点が所定のＸ方向位置より上流側にあるか否かも判定することを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
14. 前記面積Ｓ₁、Ｓ₂の算出では、前記画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線が交わってなす角度の二等分線、又は、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線と前記画像のＸ方向の上流側の端部とが形成する三角形における前記幾何学的なＶ収束点を通る中線を求めて、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と、前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂とを補正することを特徴とする、請求項９に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視方法。
15. 帯状の金属板を上流側から下流側に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字状に収束する該金属板の周方向両端部を加熱溶融させて突合わせる電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の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金属板の外表面側又は内表面側から撮影装置により撮影した、前記周方向両端部がＶ字状に収束する部位であるＶ収束部位と前記Ｖ収束部位より下流側における電磁力により前記金属板の表面に流出した金属部分とを含む領域の画像に基づいて、前記金属板の外表面又は内表面における突合わせ位置の周方向両側での前記金属部分の発光領域の偏りを捉えることにより、目違いを検出する処理をコンピュータに実行させるための電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
16. 前記撮影装置から、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像が入力される入力手段と、
    前記入力手段に入力された画像に対して画像処理を施す画像処理手段と、
    前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出するＶ収束点検出手段と、
    前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ収束点検出手段で検出した幾何学的なＶ収束点を通り且つ前記画像のＸ方向に平行な直線を求めて、当該直線を突合わせ位置として、当該直線で分断された一方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁と、同じく当該直線で分断された他方の側における前記幾何学的なＶ収束点より下流側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂とをそれぞれ算出する面積算出手段と、
    前記面積算出手段で算出した突合わせ位置の両側での発光領域の面積Ｓ₁、Ｓ₂を比較して、目違いの発生の有無を判定する判定手段として前記コンピュータを機能させること
    を特徴とする、請求項１５に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
17. 前記撮影装置から、前記金属板の搬送方向をＸ方向、前記金属板の周方向をＹ方向とする画像が入力される入力手段と、
    前記入力手段に入力された画像に対して画像処理を施す画像処理手段と、
    前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部が幾何学的に交わる点である幾何学的なＶ収束点を、該周方向両端部を直線近似して、これら近似直線の交点として検出するＶ収束点検出手段と、
    前記周方向両端部を直線近似した近似直線を、前記幾何学的なＶ収束点を超えて下流側にそれぞれ延長し、当該延長した近似直線の一方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₁”と、当該延長した近似直線の他方より外側の前記金属部分の発光領域の面積Ｓ₂”とをそれぞれ算出する面積算出手段と、
    前記面積算出手段で算出した発光領域の面積Ｓ₁”、Ｓ₂”を比較して、目違いの発生の有無を判定する判定手段として前記コンピュータを機能させること
    を特徴とする、請求項１５に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
18. 前記判定手段では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、請求項１６に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
19. 前記判定手段では、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”と前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”との和に対する、前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁”及び前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂”のいずれかの比を求めて、その比が所定の上下限値内にあるか否かを判定することを特徴とする、請求項１７に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
20. 前記判定手段では、前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記幾何学的なＶ収束点が所定のＸ方向位置より上流側にあるか否かも判定することを特徴とする、請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。
21. 前記面積算出手段は、前記画像処理手段で画像処理した画像上で、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線が交わってなす角度の二等分線、又は、前記Ｖ字状に収束する周方向両端部の近似直線と前記画像のＸ方向の上流側の端部とが形成する三角形における前記幾何学的なＶ収束点を通る中線を求めて、前記面積算出手段で算出した前記一方の側における発光領域の面積Ｓ₁と、前記他方の側における発光領域の面積Ｓ₂とを補正することを特徴とする、請求項１６に記載の電縫鋼管の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業監視プログラム。