JP6399264B1 - 溶接操業監視システムおよび溶接操業監視方法 - Google Patents

溶接操業監視システムおよび溶接操業監視方法 Download PDF

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Abstract

この溶接操業監視システムは、管状に形成される帯状鋼板の管内側及び管外側のうち、プラズマ流が供給される方とは反対側に配置され、V字領域越しにプラズマ流を含むカラー画像を撮影する撮像装置と；前記カラー画像から特定色成分を抽出した特定色成分画像を生成し、前記特定色成分画像中に示された前記V字領域に基づいて、前記カラー画像内の前記V字領域に対応する領域であるV字表示領域を特定することで、溶接操業の状態を解析する溶接操業監視装置と；を備える。

Description

本発明は、溶接操業監視システムおよび溶接操業監視方法に関する。
電縫鋼管を製造する電縫溶接では、帯状鋼板を搬送しながら連続的に管状に成形する。そして、帯状鋼板の両突合せ端部同士を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、スクイズロールによって加圧しながら両突合せ端部同士を溶接する。このような従来の電縫溶接では、電縫溶接を行う際に溶接部が大気に曝露されるため、溶接部表面に酸化物が生成される。この酸化物は、通常は排出されるが、溶接部表面に残留した場合には、溶接欠陥の原因となり得るペネトレーターが発生する。
近年、電縫溶接時に溶接部表面に生じる酸化物を低減するために、溶接部に対してプラズマ流を供給する技術が開示されている。以下、溶接部にプラズマ流を供給しながら電縫溶接を行う技術を、プラズマシールド電縫溶接と称する。なお、プラズマシールド電縫溶接は、プラズマそのものにより溶接を行うプラズマ溶接とは、技術思想が根本的に異なる。
プラズマシールド電縫溶接では、溶接部の適所にプラズマ流を供給することにより、帯状鋼板（以下、単に鋼板と呼ぶ場合がある）の突合せ端部が加熱、溶融する過程において、イオン化されたプラズマガスによる突き合せ端部のシールド作用や、イオン化されたプラズマガスによる還元作用等によって、突合せ端部の周囲雰囲気を酸素濃度の低い状態に保持できる。その結果、溶接後に酸化物欠陥となる可能性のある突合せ端部の酸化膜をその発生過程において抑制することができ、欠陥の少ない高品質な溶接が可能になる。
このような、鋼板の溶接部にプラズマ流を供給して電縫溶接を行うプラズマシールド電縫溶接の分野においては、溶接部の溶接状態を監視する溶接状態監視システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この溶接状態監視システムでは、溶接部にプラズマ流を供給するプラズマ流供給装置と、前記溶接部を撮像する撮像装置とが、管状に形成される鋼板の上方に配置されている。そして、鋼板の上方からプラズマ流が供給されている溶接部を、同じく鋼板の上方よりフィルタを介して撮像装置によって撮像し、得られた画像に対して所定の画像処理を行うことで溶接部の状態を解析している。
日本国特許第５８８０７９４号公報
しかしながら、このような従来の監視システムでは、撮像装置が配置された鋼板上方位置から溶接部に向けてプラズマ流が供給されることから、溶接部上にプラズマ流が重なってしまい、撮像した画像を基に溶接部の解析を行う際、プラズマ流の影響が大きいために解析しづらいという問題があった。また、従来の監視システムでは、撮像装置だけでなく、プラズマ流供給装置も鋼板の上方に配置する必要があることから、撮像装置およびプラズマ流供給装置の両方を鋼板上方に配置するための広い設置スペースが必要であるという問題もあった。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、鋼板周辺における機器設置スペースへの要求を減らしつつ、シールド用に供給されるプラズマ流の影響を従来よりも低減して溶接操業の状態を解析できる、溶接操業監視システムおよび溶接操業監視方法の提供を目的とする。
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために、以下の手段を採用した。
（１）本発明の一態様は、帯状鋼板を管状に成形しつつ、一対の突合せ端部同士をV字状に収束させ、V字領域を含む溶接部にプラズマ流を供給してシールドしながら電縫溶接を行う際の溶接操業を監視する溶接操業監視システムであって、前記管状に形成される前記帯状鋼板の管内側及び管外側のうち、前記プラズマ流が供給される方とは反対側に配置され、前記V字領域越しに前記プラズマ流を含むカラー画像を撮影する撮像装置と；前記カラー画像から特定色成分を抽出した特定色成分画像を生成し、前記特定色成分画像中に示された前記V字領域に基づいて、前記カラー画像内の前記V字領域に対応する領域であるV字表示領域を特定することで、前記溶接操業の状態を解析する溶接操業監視装置と；を備える。
（２）上記（１）に記載の態様において、前記溶接操業監視装置が、前記特定色成分画像として青成分画像を生成する青成分画像抽出部を備えてもよい。
（３）上記（２）の場合、前記溶接操業監視装置が、前記カラー画像の前記V字表示領域の部分から、赤成分画像および緑成分画像の少なくとも一方を抽出し、抽出した前記赤成分画像および前記緑成分画像の少なくとも一方の濃淡から、前記プラズマ流のプラズマ流中心領域を特定する、プラズマ流位置解析部をさらに備えてもよい。
（４）上記（３）の場合、前記プラズマ流位置解析部が、前記プラズマ流中心領域をなす一対のプラズマエッジをそれぞれ直線近似してV字収束角を求め、前記一対のプラズマエッジ間の二等分線をプラズマ流中心線として求める、プラズマ流中心線算出部を有してもよい。
（５）上記（４）の場合、前記溶接操業監視装置が、前記青成分画像に基づいて前記一対の突合せ端部同士が物理的に衝合する物理的衝合点を検出する物理的衝合点解析部をさらに備えてもよい。
（６）上記（５）の場合、前記プラズマ流位置解析部が、前記プラズマ流中心線の位置と、前記物理的衝合点解析部より得た前記物理的衝合点の位置との相対位置関係を求める比較部をさらに有してもよい。
（７）上記（２）又は（３）の場合、前記溶接操業監視装置が、前記青成分画像に基づいて前記一対の突合せ端部同士が物理的に衝合する物理的衝合点を検出する物理的衝合点解析部をさらに備えてもよい。
（８）上記（２）〜（７）のいずれか１項に記載の場合、前記溶接操業監視装置が、前記V字表示領域をなす一対の前記突合せ端部それぞれを直線近似した一対の近似直線を求め、前記一対の近似直線の交点を幾何学的V字収束点として検出する、幾何学的V字収束点解析部をさらに備えてもよい。
（９）上記（２）〜（８）のいずれか１項に記載の場合、前記溶接操業監視装置が、前記青成分画像に基づいて特定された前記プラズマ流の画像を前記カラー画像中から消去することで、溶接ビード線及び一対の溶融エッジ線を含むプラズマ流消去画像を生成し、前記プラズマ流消去画像に基づいて溶接点を求める、溶接点解析部をさらに備えてもよい。
（１０）上記（１）に記載の態様において、以下の構成を採用してもよい：前記撮像装置が、前記プラズマ流の赤成分のうちの特定波長に対応する成分の輝度を選択的に低減させる光学素子を備え；前記溶接操業監視装置が、前記撮像装置により前記光学素子を介して撮影された前記カラー画像から前記特定色成分画像として赤成分画像を抽出する赤成分画像抽出部と、前記赤成分画像を２値化処理する２値化処理部と、を備える。
（１１）上記（１０）の場合、前記溶接操業監視装置が、２値化された前記赤成分画像に基づいて前記プラズマ流のプラズマ流中心領域を特定するプラズマ流位置解析部をさらに備えてもよい。
（１２）上記（１１）の場合、前記プラズマ流位置解析部が、前記プラズマ流中心領域をなす一対のプラズマエッジをそれぞれ直線近似して得たV字収束角に基づき、前記一対のプラズマエッジ間の二等分線をプラズマ流中心線として求める、プラズマ流中心線算出部を有してもよい。
（１３）上記（１２）の場合、前記溶接操業監視装置が、２値化された前記赤成分画像に基づいて、前記一対の突合せ端部同士が物理的に衝合する物理的衝合点を検出する、物理的衝合点解析部をさらに備えてもよい。
（１４）上記（１３）の場合、前記プラズマ流位置解析部が、前記プラズマ流中心線の位置と、前記物理的衝合点解析部より得た前記物理的衝合点の位置との相対位置関係を求める比較部をさらに有してもよい。
（１５）上記（１０）又は（１１）に記載の場合、前記溶接操業監視装置が、２値化された前記赤成分画像に基づいて、前記一対の突合せ端部同士が物理的に衝合する物理的衝合点を検出する、物理的衝合点解析部をさらに備えてもよい。
（１６）上記（１０）〜（１５）の何れか１項に記載の場合、前記溶接操業監視装置が、２値化された前記赤成分画像に基づいて、前記一対の溶融エッジ線それぞれを直線近似した一対の近似直線を求め、前記一対の近似直線の交点を幾何学的V字収束点として求める、幾何学的V字収束点解析部をさらに備えてもよい。
（１７）上記（１０）〜（１６）のいずれか１項に記載の場合、前記溶接操業監視装置が、２値化された前記赤成分画像に基づいて特定された前記プラズマ流の画像を前記カラー画像中から消去することで、溶接ビード線及び一対の溶融エッジ線を含むプラズマ流消去画像を生成し、前記プラズマ流消去画像に基づいて溶接点を求める、溶接点解析部を備えてもよい。
（１８）また、本発明の他の態様は、帯状鋼板を管状に成形しつつ、一対の突合せ端部同士をV字状に収束させ、V字領域を含む溶接部にプラズマ流を供給してシールドしながら電縫溶接を行う際の溶接操業を監視する溶接操業監視方法であって、前記管状に形成される前記帯状鋼板の管内側及び管外側のうち、前記プラズマ流が供給される方とは反対側より、前記V字領域越しに前記プラズマ流を含むカラー画像を撮影する撮像工程と；前記カラー画像から特定色成分を抽出して特定色成分画像を生成し、前記特定色成分画像中に示された前記V字領域に基づいて、前記カラー画像内の前記V字領域に対応する領域であるV字表示領域を特定することで、前記溶接操業の状態を解析する溶接操業監視工程と；を有する。
（１９）上記（１８）に記載の場合、以下のようにしても良い：前記溶接操業監視工程で、前記特定色成分画像として青成分画像を生成し、前記V字領域の部分の前記カラー画像から、赤成分画像および緑成分画像の少なくともいずれか一方を抽出し、抽出した前記赤成分画像および前記緑成分画像の少なくともいずれか一方の濃淡から、前記プラズマ流のプラズマ流中心領域を特定する。
（２０）上記（１８）に記載の場合、以下のようにしても良い：前記撮像工程で、前記プラズマ流の赤成分のうちの特定波長に対応する成分の輝度を選択的に低減させて撮影することで前記カラー画像を取得し；前記溶接操業監視工程で、前記特定波長に対応する成分の輝度が選択的に低減された前記カラー画像に基づいて、前記溶接操業の状態を解析する。
本発明の上記各態様によれば、鋼板周辺における機器設置スペースへの要求を減らしつつ、シールド用に供給されるプラズマ流の影響を従来よりも低減して溶接操業の状態を解析できる。
本発明の第１実施形態に係る溶接操業監視システムの構成を示す概略図である。 従来の溶接操業監視システムで取得した画像を示す図であって、（Ａ）が、上方からプラズマ流を供給した溶接部を同じく上方から撮像装置により撮像したときのカラー画像である。また、（Ｂ）が、（Ａ）のカラー画像から赤成分を抽出した赤成分画像である。 本発明の第１実施形態の溶接操業監視システムで取得した画像を示す図であって、（Ａ）は、V字状切り欠き部を形成した銅板治具の裏面側からプラズマ流を供給するとともに、V字状切り欠き部を上方から撮像して得たカラー画像である。（Ｂ）は、（Ａ）のカラー画像から赤成分を抽出した赤成分画像であり、（Ｃ）は、（Ａ）のカラー画像から青成分を抽出した青成分画像である。 同実施形態の溶接操業監視システムで取得した画像を示す図であって、（Ａ）は、鋼管溶接部のV字状突合せ状態を模擬したV字状の切り欠きを設けた銅板の下方からプラズマ流を供給した溶接部を上方から撮像装置により撮像したときのカラー画像である。（Ｂ）は、（Ａ）のカラー画像から赤成分を抽出した赤成分画像であり、（Ｃ）は、（Ａ）のカラー画像から青成分を抽出した青成分画像である。 （Ａ）は、プラズマシールド電縫溶接における第１種の溶接状態を示す概略図であり、（Ｂ）は、プラズマシールド電縫溶接における第２種の溶接状態を示す概略図である。 （Ａ）は、プラズマシールド電縫溶接における遷移領域の溶接状態を示す概略図であり、（Ｂ）は、プラズマシールド電縫溶接における第２’種の溶接状態を示す概略図である。 プラズマシールド電縫溶接における過入熱の溶接状態を示す概略図である。 第１実施形態のプラズマ流供給装置の概略構成を示す側面図である。 同実施形態の溶接操業監視装置の回路構成を示すブロック図である。 （Ａ）は、抽出した青成分を２値化してＶ字表示領域を特定する際の説明に供する概略図である。（Ｂ）は、幾何学的V字収束点を検出し、幾何学的中心線を算出する際の説明に供する概略図である。（Ｃ）は、物理的衝合点を検出する際の説明に供する概略図である。 （Ａ）は、スリット探索領域を設定する際の説明に供する概略図である。（Ｂ）は、スリット探索領域の説明に供する概略図である。（Ｃ）は、溶接点を検出する際の説明に供する概略図である。 （Ａ）は、プラズマ流中心領域を特定する際の説明に供する概略図である。（Ｂ）は、プラズマ流中心線を算出する際の説明に供する概略図である。 Ｖ字表示領域内の赤成分および緑成分を抽出して２値化したプラズマ流中心領域と、Ｖ字表示領域を示す青成分画像と、を合成した画像である。 同溶接操業監視装置を用いた溶接操業解析処理手順を示すフローチャートである。 同溶接操業監視装置を用いたプラズマ流位置解析処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る溶接操業監視システムの構成を示す概略図である。 プラズマ輝度および黒体輻射輝度の波長と、バンドストップフィルタの透過率との関係を示すグラフである。 同実施形態の溶接操業監視装置の回路構成を示すブロック図である。 プラズマ流中心領域等を特定する際の説明に供する概略図である。 Ｖ字表示領域、幾何学的V字収束点、幾何学的中心線、物理的衝合点、を検出する際の説明に供する概略図である。 プラズマ流中心線を算出する際の説明に供する概略図である。 同溶接操業監視装置を用いた溶接操業解析処理手順を示すフローチャートである。 同溶接操業監視装置を用いたプラズマ流位置解析処理手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の溶接操業監視システムおよび溶接操業監視方法の各実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
＜本実施形態の溶接操業監視システムの構成＞
図１は、プラズマシールド電縫溶接に用いる、第１実施形態の溶接操業監視システム1の構成を示した概略図である。プラズマシールド電縫溶接では、帯状鋼板6（以下、「鋼板6」と呼ぶ）を搬送方向Xに向けて搬送しながら、ロール群（図示せず）によって鋼板6を管状に成形し、図示しないワークコイルによる誘導加熱またはコンタクトチップによる直接通電加熱を行い、鋼板6の両突合せ端部7a,7b同士を加熱及び溶融する。その際、管状に成形される鋼板6の管内側に設置されたプラズマ流供給装置2より溶接部に向けてシールド用のプラズマ流を供給する。
なお、図１において、Zは搬送方向Xと直交する高さ方向を示し、Yは、搬送方向Xおよび高さ方向Zの双方と直交し、突合せ端部7a,7bが互いに突合せをする方向（突合せ方向）を示す。
溶接操業監視システム1は、プラズマ流供給装置2が配置された管内側とは逆側となる鋼板6の管外側に配置される撮像装置3と、撮像装置3により撮像したRGBのカラー画像に対して後述する溶接操業解析処理やプラズマ流位置解析処理などを実行する溶接操業監視装置4と、を備えている。
プラズマ流供給装置2は、鋼板6の突合せ端部7a,7bがV字状に収束するV字領域ERvが形成された溶接部ERに対し、鋼板6の管内側から鋼板6の搬送方向Xに向けてプラズマ流を供給する（図１の符号PF参照）。プラズマ流供給装置2は、プラズマシールド電縫溶接の際に溶接部ERに対してプラズマ流を供給することにより、溶接部ERをプラズマ流で覆う。本実施形態の場合、プラズマ流供給装置2は、層流のプラズマ流を溶接部ERに供給し、プラズマシールド電縫溶接の際に溶接部ERへの大気の巻き込みを大幅に低減している。これにより、溶接部ERにおいて、溶鋼の表面に酸化物が生成されることを大幅に低減できる。
プラズマ流供給装置2は、溶接部ERの全範囲に対してプラズマ流を供給するため、鋼板６の長手方向に沿った長さで見た場合、鋼板6上において少なくとも長さ100[mm]以上、より好ましくは200[mm]以上の範囲にプラズマ流を供給できることが望ましい。なお、本実施形態のプラズマ流供給装置2は、消費電力が約40[kW]であり、これは、溶接専用のプラズマ溶接装置の消費電力の約1/10である。プラズマ流供給装置2は、Ar、N2を主成分としたプラズマ流を供給する。ただし、プラズマ流供給装置2は、H2を含有したプラズマ流を供給してもよく、この場合、プラズマ流によって、溶接部ERの周辺に還元性雰囲気を形成し得る。これにより、溶接部ERの周辺における酸素濃度が低くなり、溶接部ERの表面における酸化物の形成を抑制できる。
撮像装置3は、溶接部ERの上方に配置されており、溶接部ERの上方から同溶接部ERを撮像し得る。また、撮像装置3は、鋼板6の管内側からプラズマ流が供給された溶接部ERをその上方から撮像していることから、V字領域ERv越しに、プラズマ流を見ることができる。そのため、撮像装置3が撮像する範囲には、V字領域ERv越しにプラズマ流が見える領域が含まれ得る。
撮像装置3は、赤成分、緑成分および青成分（RGB）を含んだカラー画像を撮像可能に構成されており、得られたカラー画像を溶接操業監視装置4に入力し得る。具体的には、可視光（波長が380[nm]〜780[nm]の範囲にある光）を検出可能な撮像素子が設けられた撮像装置3を採用することが望ましい。
なお、V字領域ERvからは、管外側にプラズマ流が一定量漏れ出しており、V字領域ERvより広範囲にプラズマ流が広がっている。しかしながら、そうしたプラズマ流は管内側にあるプラズマ流に比べて圧倒的に量が少なく、撮像装置3で撮像される画像にはほとんど写らないことから、事実上無視することが可能であり、本実施形態における以下の説明においては説明を省略する。
撮像装置3の一例としては、V字領域ERvを含む溶接部ERからの自発光パターン（輻射パターン）を撮像し得る３ＣＣＤ型カラーカメラを用いることが望ましい。因みに、この実施形態においては、例えば、1920ピクセル×512ピクセルの画素数を有した撮像装置3によって、撮影視野が190［mm］×50［mm］で、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字領域ERvを含む溶接部ERを上方から撮像する。
ここで、溶接部ERの溶接状態を適切に監視するために、撮像装置3は、溶接部ERのうち、鋼板6が赤熱状態である部位から、鋼板内部からの溶鋼排出が始まる溶接点W（後述する）までを含む範囲を撮影する。溶接操業監視システム1では、撮像装置3により撮影された溶接部ERの画像に基づき、後述する溶接操業監視装置4において幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1および溶接点Wを検出する。そのため、撮像装置3は、溶接操業監視装置4が幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1および溶接点Wを決定するのに十分な分解能を持つ画像を取得できるように溶接部ERを撮影する。
ここで、鋼板6の突合せ端部7a,7bが突き合う位置は、管径、肉厚または入熱条件等によって搬送方向Xの上流方向（図１中では紙面右側）または下流方向（図１中では紙面左側）にずれる。そのため、撮像装置3は、鋼板6の搬送方向Xにおいて、100[mm]以上の画像視野を確保することが望ましく、この際に60[μm]以下の分解能を有することが望ましい。なお、60[μm]以下の分解能とは、60[μm]よりも細かい分解能を有する（より高い分解能特性を有する）ことを意味する。撮像装置3は、Y方向において130[mm]以上の幅を有する範囲を撮影した際に、60[μm]以下の分解能を有することがより望ましく、また150[mm]以上の幅を有する範囲を撮影した際も、60[μm]以下の分解能を有することが望ましい。
画像処理によって溶接状態を解析するには、溶接部ERの突合せ端部7a,7bだけでなく、撮像装置3により突合せ端部7a,7b周辺の溶接ビード部も鮮明に撮影することが望ましい。ここで言う溶接ビード部とは、両突合せ端部7a,7bを突き合わせる際に、管状に成形した鋼板6の内外面に、溶融した鋼が流出することにより成形された盛り上がり部分を示す。撮像装置3により溶接ビード部の撮影をする際には、被写界深度を±4[mm]以上にすることが好ましい。溶接部ERの上方3000[mm]程度の位置に撮像装置3を設置した場合には、上記の撮影条件を満たすために、撮像装置3の絞り値をF8〜F11に設定することが望ましい。撮像装置3は、プログレッシブスキャン法を採用することが好ましい。プログレッシブスキャン法は、同タイミングで撮影した画像を逐次走査する画像走査方法であり、動画の撮影に適している。
溶接操業監視装置4は、撮像装置3で得られたカラー画像が同撮像装置3から入力されると、同カラー画像に対して溶接操業解析処理（後述する）を実行することにより、溶接部ERにおける幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1および溶接点W（後述する）を検出し得る。また、この溶接操業監視装置4は、撮像装置3で得られたカラー画像が同撮像装置3から入力されると、同カラー画像に対してプラズマ流位置解析処理（後述する）を実行することにより、溶接部ERに対して供給されているプラズマ流の位置ずれを検出し得る。すなわち、本来であれば、平面視した場合のプラズマ流の中心線上に物理的衝合点V1が存在することが好ましいが、実際には、プラズマ流の中心線が物理的衝合点V1の位置に対してずれる場合があり、溶接操業監視装置4によれば、この位置ずれを検出することができる。
＜本実施形態による溶接操業監視システム１の概要＞
ここで、本実施形態による溶接操業監視システム1の概要について簡単に説明する。図２（Ａ）は、従来の監視システム（不図示）において、撮像装置とプラズマ流供給装置との両方を鋼板6の上方に配置し、溶接部ERに対してその上方からプラズマ流を供給したときの状態を、撮像装置で撮像したカラー画像を示す。
また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示したカラー画像から赤成分を抽出した赤成分画像を示す。図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、従来の監視システムで得られた画像では、溶接部上にプラズマ流が重なることで、プラズマ流の高輝度な自発光等の影響により、V字領域の突合せ端部を検出するのに十分なコントラストが得られ難いことが確認できる。特に図２（Ｂ）に示した赤成分画像では、プラズマ流の影響により、V字領域の突合せ端部を検出するのに十分なコントラストが一段と得られ難いことが確認できる。
次に、本実施形態の溶接操業監視システム1により得られる溶接部の画像について説明する。図３（Ａ）は、溶接部にプラズマ流を供給しなかったときの溶接部を、同溶接部の上方に設けた撮像装置3によって撮像したときのカラー画像を示す。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したカラー画像から赤成分のみを抽出した赤成分画像を示し、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示したカラー画像から青成分のみを抽出した青成分画像を示す。図３（Ｂ）と図３（Ｃ）との比較よりわかるように、溶接部における鋼板6表面では、青成分の輝度が、赤成分の輝度よりも格段的に低いことが確認できた。
次に、本実施形態の溶接操業監視システム1を用いて、鋼板6のV字状突合せを模擬してV字状の切り欠き部を作成した銅板治具の裏面側からプラズマ流装置２によって、V字状切り欠き部の頂点近傍にプラズマ流を供給するとともに、V字状切り欠き部の上方に設けた撮像装置３によって同V字状切り欠き部を上方から撮像することで、図４（Ａ）に示すようなカラー画像を得た。
銅板治具のV字状切り欠き部の角度は、実験的に計測した鋼板６のV字突合せ角度に合わせて作成しており、銅板治具のV字状切り欠き部の頂点近傍が実際の溶接部ERに相当する。実験で得られた画像は、実際の鋼管溶接時に、プラズマ流を鋼管内部から溶接部近傍に吹き付けている状況を、溶接部ERの上方から撮影装置３にて撮像した時に得られる画像を模擬したものとなっている。
図４（Ａ）に示すように、溶接部ERに対しその下方からプラズマ流を供給し、なおかつ溶接部ERの上方から同溶接部ERを撮像した場合には、溶接部ERに形成されたV字領域ERv越しに見えるプラズマ流によってV字領域ERvが特定できることが確認できた。
次に、図４（Ａ）のカラー画像から赤成分のみを抽出したところ、図４（Ｂ）に示すような赤成分画像が得られた。また、図４（Ａ）のカラー画像から青成分のみを抽出したところ、図４（Ｃ）に示すような青成分画像が得られた。図４（Ｃ）に示すように、青成分画像では、V字領域ERv越しに見えるプラズマ流における青成分の輝度が、図４（Ｂ）の赤成分の輝度よりも高いことが確認できる。プラズマ流を供給しなかったときの溶接部ERにおける青成分のみを抽出した図３（Ｃ）の青成分画像と、V字領域ERv越しに見えるプラズマにおける青成分のみを抽出した図４（Ｃ）の青成分画像と、を比較したところ、V字領域ERv越しに見えるプラズマ流の青成分の輝度（図４（Ｃ）で三角形をなしている光の輝度）が、プラズマ流を供給しなかったときの溶接部ERの表面における青成分の輝度（図３（Ｃ）でＶ字状をなしている光の輝度）よりも約2倍以上も高くなっていることが確認できた。
そこで、本実施形態による溶接操業監視システム1では、V字領域ERv越しに見えるプラズマ流の青成分の輝度が、溶接部ERの鋼板6の表面における青成分の輝度よりも約2倍以上も高くなっていることを利用する。すなわち、プラズマシールド電縫溶接時に溶接部ERの上方から同溶接部ERを撮像したカラー画像から、輝度の高い青成分のみを抽出することで、V字領域ERv越しに見えるプラズマ流の領域を特定する。このようにして特定されたプラズマ流の形状は、そのまま、V字領域ERvの形状でもあるので、結果として、V字領域ERvが特定される。これにより、溶接操業監視システム1では、この特定したV字領域ERvを利用して、溶接部ERにおける幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1および溶接点Wをそれぞれ検出し、さらに、V字領域ERv内におけるプラズマ流中心領域も特定して、溶接操業の状態を解析し得る。
＜溶接部における溶接状態について＞
先ず始めに、プラズマシールド電縫溶接が行われる溶接部ERの一般的な溶接状態について説明するとともに、溶接操業監視装置4により検出する幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1および溶接点Wについても説明する。図５（Ａ）は、溶接部ERの溶接状態のうち、第1種の状態を示す模式図である。図５（Ｂ）は、溶接部ERの溶接状態のうち、第2種の状態を示す模式図である。図６（Ａ）は、溶接部ERの溶接状態のうち、遷移領域にある状態を示す模式図である。図６（Ｂ）は、溶接部ERの溶接状態のうち、第2’種を示す模式図である。図７は、溶接部ERの溶接状態のうち、過入熱状態を示す模式図である。
溶接部ERの溶接状態は、入熱量の違いにより、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図７の５種類に分けられており、図５（Ａ）から図７に進むに従い、溶接部ERに加えられる熱量（入熱量）が増加している。図５（Ａ）に示す第1種は、幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1および溶接点Wが全て一致する入熱条件の溶接であり、入熱量が溶接に必要な入熱量の下限に近い。図５（Ｂ）に示す第2種は、入熱量が、溶接を行うのに適切な入熱量であるときの溶接状態を示す。図６（Ａ）に示す遷移領域は、第2種よりも入熱量が増加したときの溶接状態を示し、図６（Ｂ）に示す第2’種は、遷移領域にある状態からさらに入熱量を増加したときの溶接状態を示す。図７に示す過入熱は、第2’種からさらに入熱量を増加させたときの溶接状態を示す。
溶接部ERの溶接状態をその上方から観察すると、幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1および溶接点Wの3つの点の位置や分離状況が入熱量によって変化する。幾何学的V字収束点V0は、V字状に収束する鋼板6の両突合せ端部7a,7bの近似直線が幾何学的に交わる点である。より具体的には、幾何学的V字収束点V0を求める際には、溶接操業監視装置4において、撮像装置3で撮影したカラー画像より特定した突合せ端部7a,7bの一部をそれぞれ直線近似し、これにより得られた一対の近似直線の交点を幾何学的V字収束点V0とする。
なお、幾何学的V字収束点V0を求める際は、予め、突合せ端部7a,7bのどの範囲を直線近似するか定めておく。突合せ端部7a,7bを直線近似する範囲は、例えば図５（Ｂ）を参照して説明すると、撮像装置3で撮影したカラー画像内において、鋼板6の搬送方向Xの上流側にある突合せ端部7a,7bの紙面左端から、搬送方向Xの下流側にある物理的衝合点V1までの任意の範囲として定めることができる。例えば、カラー画像内の突合せ端部7a,7bの左端から、物理的衝合点V1までの距離の50％の範囲において、突合せ端部7a,7bを直線近似するようにしてもよい。
物理的衝合点V1は、V字状に収束する鋼板6の両突合せ端部7a,7bが物理的に衝合（接触）する点である。溶接点Wは、スクイズロール8の圧下による溶鋼の排出が始まる点である。プラズマシールド電縫溶接の溶接部ERの溶接状態が第1種の状態の場合には、図５（Ａ）に示すように、幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1、および溶接点Wの３つの点は略重なっている。
プラズマシールド電縫溶接の溶接部ERの溶接状態が第2種の状態から過入熱の状態では、図５（Ｂ）〜図７に示すように、幾何学的V字収束点V0と溶接点Wとが分離し、スリットSと呼ばれる細長いギャップが発生する。さらに、プラズマシールド電縫溶接の溶接部ERの溶接状態が遷移領域の状態から過入熱の状態では、図６（Ａ）〜図７に示すように、幾何学的V字収束点V0と物理的衝合点V1とが分離する。プラズマシールド電縫溶接の溶接部ERの溶接状態が第2’種の状態の場合には、図６（Ｂ）に示すように、V字領域が、2段階のV字収束角を持つ特徴的な形状となる。このように、V字領域が2段階のV字収束角を有する現象を２段収束現象と言う。
プラズマシールド電縫溶接の溶接部ERの溶接状態が遷移領域の状態にある場合は、図６（Ａ）に示すように、両突合せ端部7a,7bと物理的衝合点V1とにより形成されるV字領域において、両突合せ端部7a,7b間の間隔が極めて狭い領域が形成される。このことに起因して、物理的衝合点V1が幾何学的V字収束点V0と溶接点Wとの間で変動する。このとき、物理的衝合点V1が搬送方向Xの上流（紙面左側）にホッピングすると、鋼板6の搬送方向Xの下流の電磁力が消失する。この場合、両突合せ端部7a,7bの酸化物が排出されなくなり、溶接欠陥が増加する傾向がある。
プラズマシールド電縫溶接による溶接部ERの溶接状態が過入熱の場合には、図７に示すように、溶接点Wがスクイズロール8の位置に近づくため、酸化物の排出が適切に行われなくなり、溶接部ERにおいて溶接欠陥が増加する傾向がある。本実施形態による溶接操業監視システム1では、溶接部ERにおいて入熱量の違いに応じて位置が移動する、これら幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1、および溶接点Wを、撮像装置3により得られたカラー画像を基に、溶接操業監視装置4で検出し得る。
＜プラズマ流供給装置の構成＞
次に、本実施形態の溶接操業監視システム1と組み合わせて用いられるプラズマ流供給装置2について説明する。このプラズマ流供給装置2は、鋼板6の管内側に設置される管内設置型であり、図８に示すように、管状に成形される鋼板6の管内側に配置されたマンドレル9上に設置され得る。プラズマ流供給装置2は、マンドレル9上に設置される基台10と、基台10上に設置されたプラズマ流供給機14と、を備えている。
基台10は、プラズマ流供給機14の配置位置及び配置角度を調整することにより、鋼板6に対するプラズマ流の供給位置等を調整することが可能になっている。
具体的には、基台10が鋼板6の搬送方向（図８のＸ方向）に沿った上流側又は下流側に水平移動することにより、プラズマ流供給機14も水平移動し、その結果、プラズマ流の中心線ａの位置をＸ方向に沿って調整可能としている。
また、基台10が上下動することにより、プラズマ流供給機14も上下動し、その結果、プラズマ流の中心線ａの位置を上下方向（図１で示したＺ方向）に調整可能としている。
また、基台10に対して相対的にプラズマ流供給機14を水平移動させることで、プラズマ流の中心線ａを水平方向（図１で示したＹ方向）に調整可能としている。なお、プラズマ流供給機14を水平移動させる代わりに首振りさせることで、プラズマ流の水平方向（図１で示したＹ方向）における供給位置を調整するようにしてもよい。
また、基台10が上下方向に傾動することにより、プラズマ流供給機14も上下方向に傾動し、その結果、図８に示す先端角度（以下、プラズマ流供給角度と称す）θを調整可能としている。
さらに、基台10に対して相対的に、プラズマ流供給機14を中心線ａに沿って移動させることで、プラズマ流供給機14を溶接部ERに近づけたり、或いは、プラズマ流供給機14を溶接部ERから遠ざけたりすることができ、プラズマ流を最適な距離で供給し得る。
なお、基台10の上記各動作は、溶接操業監視装置４からの指示を受けて電動で行われるように構成されている。
前記プラズマ流供給角度θは、プラズマ流供給機14の先端から供給されるプラズマ流の中心線aと、搬送方向Xとにより形成される、側面視した場合の角度を言い、30度以下であることが望ましい。プラズマ流供給角度θを30度以下とすることで、プラズマ流によりシールドされる突合せ端部7a,7b（溶融エッジとも称す）の長さが十分に確保され、これら突合せ端部7a,7bの酸化防止による溶接品質の確保が可能となる。
プラズマ流供給装置2は、プラズマ流供給機14の搬送方向Xに沿った配置、Y方向に沿った配置、Z方向に沿った配置、プラズマ流供給角度θ、などを調整することで、プラズマ流の供給位置を溶接部ERの最適な位置に合わせるよう調整可能である。因みに、プラズマ流供給機14から供給されるプラズマ流は、その吹き付け先位置において直径約20[mm]程度以上であることが望ましく、この径のプラズマ流が、溶接部ERの最適な位置に供給し得るように、プラズマ流供給機14の搬送方向Xに沿った配置、Y方向に沿った配置、Z方向に沿った配置、プラズマ流供給角度θ、などが調整され得る。
＜溶接操業監視装置の構成＞
次に、溶接操業監視装置4について以下説明する。図９に示すように、溶接操業監視装置4は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるマイクロコンピュータを構成する制御部31と、表示部32と、画像入力部33と、青成分画像抽出部34と、V字領域解析部35と、幾何学的V字収束点解析部36と、物理的衝合点解析部37と、溶接点解析部38と、突合せ端部解析部39と、プラズマ流位置解析部40とが、バス30を介して相互に接続された構成を有する。
制御部31は、図示しない操作部に作業者から各種操作命令が与えられると、ＲＯＭに予め格納している溶接操業解析処理プログラムやプラズマ流位置解析処理プログラム等を、操作命令に基づき適宜読み出してＲＡＭに展開することにより、溶接操業解析処理プログラムやプラズマ流位置解析処理プログラムに従って各回路部を制御する。制御部31は、これら溶接操業解析処理プログラムやプラズマ流位置解析処理プログラムの実行結果を表示部32に表示し、表示部32を介して、溶接操業の状態やプラズマ流供給位置を作業者に把握させ得る。
画像入力部33は、撮像装置3と接続されており、この撮像装置3により得られたカラー画像が入力されると、制御部31のＲＡＭや青成分画像抽出部34等に前記カラー画像を送出する。青成分画像抽出部34は、撮像装置3から入力されたカラー画像から青成分を抽出した青成分画像を生成する。ここで、撮像装置3で撮像される画像の輝度が飽和しない条件において、高周波電気加熱での溶融エッジ（突合せ端部7a,7b）を検出した場合（図３（Ａ））、赤成分R、緑成分G、青成分Bの各輝度値は、下記の比率となる。
R：G：B ＝ 1.0：0.6：0.2
また、カラー画像よりプラズマ流部分を検出した場合（図４（Ａ））には、このプラズマ流部分の各輝度値が下記の比率となる。なお、上記および下記の赤成分R、緑成分G、および青成分Bの各輝度値の比率は、それぞれ最大値を示しており、状況により、その最大値を超えない範囲内で、わずかに変化する。
R：G：B ＝ 0.5：0.5：1.2
例えば、予め設定した撮影条件（溶融エッジを撮影した際に、撮像装置3で撮像される画像の輝度が飽和しない条件）において、溶融エッジの赤成分レベル「1.0」の半分程度以上（0.2超）の輝度を、カラー画像から青成分を抽出する際の閾値として用いて青成分画像を得て、この青成分画像を2値化することが望ましい。この結果、青成分画像の２値化により、青い輝度の強いプラズマ領域として、鋼管エッジ70a、70bに挟まれたV字表示領域ER1を得る事ができる。
なお、このV字表示領域ER1と上記V字領域ERvとの関係について説明すると、V字領域ERvは、突合せ端部7a,7bにより形成されたV字領域の実物を意味し、一方、V字表示領域ER1は、V字領域ERvを撮影した映像を意味する。
カラー画像から抽出する青成分とは、波長が380[nm]〜550[nm]、より好ましくは使用するプラズマガスの主発光帯域（391［nm］、410［nm］、427［nm］、434［nm］、486［nm］など）を含む380[nm]〜500[nm]であることが望ましい。
V字領域解析部35は、青成分画像抽出部34で得られた青成分画像を2値化処理部42によって2値化処理し、必要に応じてエッジ強調処理し、図１０（Ａ）に示すような青成分2値化画像D1を生成する。ここで、青成分2値化画像D1は、V字領域ERv越しにプラズマ流が見える領域が青成分で示された青成分画像が2値化されていることから、V字領域ERvに相当する画素領域にV字表示領域ER1が表示される。例えば、青成分2値化画像D1としては、受光輝度が所定閾値以上の画素に画素値「1」が与えられ、残りの所定閾値未満の画素に画素値「0」が与えられる。V字領域解析部35は、V字領域特定部43によって、2値化処理部42で生成した青成分2値化画像D1内のうち、例えば受光輝度が所定閾値以上の画素領域を、V字領域ERvに相当するV字表示領域ER1として特定する。
幾何学的V字収束点解析部36は、直線近似部44によって、V字領域解析部35により特定したV字表示領域ER1のV字収束する両エッジを直線近似する。ここで、V字表示領域ER1のV字収束する両エッジは、鋼板6におけるV字領域ERvの突合せ端部7a,7bに相当する。そのため、図１０（Ｂ）に示すように、V字表示領域ER1の両鋼管エッジ70a,70bの近似直線L1a,L1bは、鋼板6におけるV字領域ERvの突合せ端部7a,7b（図５、図６）の近似直線と見なすことができる。
幾何学的V字収束点解析部36は、幾何学的V字収束点検出部45によって、近似直線L1a,L1bの交点を幾何学的V字収束点V0（図１０（Ｂ））として検出する。また、幾何学的V字収束点解析部36は、幾何学的中心線算出部46によって、青成分2値化画像D1から求めた近似直線L1a,L1bと、幾何学的V字収束点V0と、により形成される角（V字収束角）の2等分線を幾何学的中心線L2（図１０（Ｂ））として算出する。
物理的衝合点解析部37は、前記V字領域特定部43で得られた青成分2値化画像D1に対し、ラベリング処理部48によってブロッブ（Ｂｌｏｂ）毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行う。
ここで言うブロッブとは、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割り当て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。物理的衝合点解析部37は、物理的衝合点検出部49によって、図１０（Ｃ）に示すように、ラベリング処理した画像D2内から、所定の条件に合致するブロッブを、鋼板6の突合せ端部7a,7bにより形成されるV字領域ERvを示すブロッブB1として抽出する。
V字領域ERvを示すブロッブB1であると決定する条件としては、例えば、画像D2の左端には接さずに、画像D2の右端のみに接しており、面積が50[mm2]以上であり、ブロッブの縦（搬送方向Xと直交するY方向）の長さを、ブロッブの横（搬送方向X）の長さで除算した値（アスペクト比）が0.2以下であるという条件が挙げられる。物理的衝合点解析部37は、この条件を基にV字領域ERvを示すブロッブB1を抽出すると、このブロッブB1の最下流点を物理的衝合点V1として検出する。
突合せ端部解析部39は、V字領域除去画像生成部56によって、撮像装置3から入力されたカラー画像から、V字領域解析部35で特定したV字表示領域ER1の画像部分を除去した、V字領域除去カラー画像を生成する。突合せ端部解析部39は、赤成分画像抽出部57によって、V字領域除去カラー画像から赤成分を抽出して、図１１（Ａ）に示すようなV字領域除去解析画像D3を生成する。
図１１（Ａ）に示すように、赤成分でなるV字領域除去解析画像D3では、V字表示領域ER1（図１０（Ａ））の画像部分が除去されたV字除去領域ER2が示されており、その他の領域に、鋼板6の溶接部ER表面に表れた溶接ビート部70等の状態が赤成分の濃淡で表示される。また、カラー画像から溶接ビート部70等の部分を抽出する際の赤成分とは、波長が550[nm]〜1100[nm]、より好ましくは青成分画像との分離が十分で、かつプラズマガスの主発光帯があまり含まれない波長であることが望ましいため、特に600[nm]〜740[nm]であることが望ましい。
溶接点解析部38は、スリット探索領域設定部51によって、図１１（Ｂ）に示すように、赤成分のV字領域除去解析画像D3内にスリット探索領域ER3を設定する。ここで、鋼板6の突合せ端部7a,7bが突き合わされ、1本の線状に観察される部分を溶接線とした場合、幾何学的V字収束点解析部36により得られたV字収束角の2等分線である幾何学的中心線L2上に、溶接線が位置すると仮定する。本実施形態の場合、スリット探索領域設定部51は、その長手方向にそって幾何学的中心線L2が縦断する矩形状の領域をスリット探索領域ER3と設定する。
具体的には、スリット探索領域ER3において搬送方向Xに延びる長手方向では、物理的衝合点解析部37で検出した物理的衝合点V1をスリット探索領域ER3の上流端とし、V字領域除去解析画像D3の下流端をスリット探索領域ER3の下流端VEとする。また、スリット探索領域ER3の長手方向と直交するY方向では、幾何学的中心線L2を中心に所定幅（例えば2[mm]）を有する領域とすることが望ましい。
溶接点解析部38は、2値化処理部52によって、スリット探索領域ER3を設定したV字領域除去解析画像D3を2値化処理した後、ラベリング処理部53によって、2値化したV字領域除去解析画像D3に対してブロッブ毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行う。溶接点解析部38は、溶接点検出部54によって、ラベリング処理したそれぞれのブロッブのアスペクト比を算出する。溶接点解析部38は、図１１（Ｃ）に示すように、2値化したV字領域除去解析画像D4内のスリット探索領域ER3において、アスペクト比が1/2未満である各ブロッブのうち、鋼板6の搬送方向Xの最下流にあるブロッブB2の最下流の点を溶接点Wとして検出する。
溶接点検出部54は、アスペクト比が1/2未満のブロッブがV字領域除去解析画像D4内に存在しないと判断した場合には、幾何学的中心線L2上にある各ブロッブを相互に接続した上で、この接続したブロッブにおける鋼板6の搬送方向Xの最下流の点を溶接点Wとして検出する。
このように、溶接点検出部54は、ブロッブのアスペクト比に基づいて溶接点Wを検出することにより、図１１（Ｃ）に示すように、例えばスリット探索領域ER3内にノイズに起因するブロッブB3がある場合でも、ノイズに起因したブロッブB3を除いて溶接点Wを検出することができる。
プラズマ流位置解析部40は、V字領域抽出部59によって、撮像装置3から入力されたカラー画像から、V字領域解析部35で特定したV字表示領域ER1（図１０（Ａ））の部分における赤成分のみを抽出してV字領域内解析画像を生成する。このV字領域内解析画像は、V字領域越しに見えるプラズマ流の赤成分であり、プラズマ流の中心部分に近づくほど輝度が高くなっている。ここで、V字領域内解析画像は、V字領域ERv内におけるプラズマ流が供給される領域のうちの中心となる中心領域（プラズマ流中心領域）を特定するために用いられる画像である。また、カラー画像内にあるV字表示領域ER1部分のみから抽出する赤成分は、波長が550[nm]〜1100[nm]、より好ましくは青成分画像との分離が不十分で、かつプラズマガスの主発光帯が含まれる波長であることが望ましいことから、特に640[nm]〜780[nm]であることが望ましい。
プラズマ流位置解析部40は、2値化処理部60によって、赤成分のV字領域内解析画像を2値化処理し、図１２（Ａ）に示すように、カラー画像から抽出したV字表示領域ER4内において、輝度が高いプラズマ流中心領域ER5が明暗で表された2値のV字領域内解析画像D5を生成する。ここで、撮像装置3で撮影する画像の輝度が飽和しない条件において、高周波電気加熱された溶融エッジを図３（Ａ）に示すように検出した場合、上述したように、溶融エッジにおける赤成分R、緑成分G、青成分Bの各輝度値の最大値の比率は下記のようになる。
R：G：B ＝ 1.0：0.6：0.2
また、上述したように、プラズマ流部分を検出した場合（図４（Ａ））には、各輝度値の最大値の比率は下記のようになる。
R：G：B ＝ 0.5：0.5：1.2
そのため、例えば、予め設定した撮影条件（溶融エッジ部を撮影した際に撮像装置3で撮影された画像の輝度が飽和しない条件）において、プラズマ流部分の赤成分Rの輝度は、溶融エッジの赤成分の輝度のレベル「1.0」に対して「0.5」程度である。そこで、カラー画像のV字表示領域ER1部分から赤成分を抽出する際の輝度の閾値を、溶融エッジの赤成分Rの輝度の0.1〜0.3倍程度（0.5倍よりも小さい値）として赤成分のV字領域内解析画像を得て、さらにこのV字領域内解析画像を2値化すれば、図１２（Ａ）に示すように、プラズマ流中心領域ER5を2値化によって明暗を分けたV字領域内解析画像D5を得ることができる。
プラズマ流位置解析部40は、ラベリング処理部61によって、2値化したV字領域内解析画像D5に対してブロッブ毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行い、所定の条件に合致するブロッブをプラズマ流中心領域ER5のブロッブとして抽出する。なお、プラズマ流中心領域ER5のブロッブとして決定する条件としては、例えば、V字領域内解析画像D5の左端には接さずに、V字領域内解析画像D5の右端のみに接し、かつ面積が20[mm2]以上であり、ブロッブの縦（搬送方向Xと直交するY方向）の長さを、ブロッブの横（搬送方向X）の長さで除算した値（アスペクト比）が0.2以下であるという条件が挙げられる。
プラズマ流位置解析部40は、プラズマ流中心線算出部62によって、図１２（Ｂ）に示すように、プラズマ流中心領域ER5の長手方向中心軸である、搬送方向X側に向かって延びるプラズマ流中心線L3を算出する。ここで、このようなプラズマ流中心線L3の算出方法としては、例えば、V字領域内解析画像D5内におけるプラズマ流中心領域ER5のブロッブが、V字収束した形状であるとき、V字収束する両プラズマエッジe1,e2を直線近似して得られた近似直線の交点を、プラズマ流中心先端点V2として検出する。次いで、プラズマ流中心線算出部62は、V字領域内解析画像D5で直線近似した一対のプラズマエッジe1,e2と、プラズマ流中心先端点V2と、により形成される、角（プラズマ流V字収束角）の2等分線を、プラズマ流中心線L3として算出する。
プラズマ流位置解析部40の比較部63は、前記物理的衝合点検出部49が算出した物理的衝合点V1とプラズマ流中心線L3とを比較し、プラズマ流中心線L3の延長線上から、物理的衝合点V1がズレているか否かを判断し得る。比較部63は、例えば物理的衝合点V1とプラズマ流中心線L3との相対位置が合致している場合、溶接部ERに十分なシールド効果が得られる最適な位置にプラズマ流が供給されていると判断する。
一方、比較部63は、例えば物理的衝合点V1が、プラズマ流中心線L3の延長線上からズレている場合は、溶接部ERに対して十分なシールド効果が得られる位置にプラズマ流が供給されていないと判断する。
このように、基本的には、物理的衝合点V1とプラズマ流中心線L3との相対位置関係に基づいてプラズマ流の供給状態の適否を判断するが、本発明は、この形態のみに限られない。例えば、幾何学的中心線L2の方向とプラズマ流中心線L3の方向とが相対的にズレている場合に、鋼板6の溶接部ERに対して十分な効果が得られる方向からプラズマ流が供給されていないと比較部63が判断する形態も、採用可能である。
溶接操業監視装置4は、これら幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1、および溶接点Wの検出結果や、物理的衝合点V1からプラズマ流中心線L3がズレているか否かの判断結果を表示部32に表示し、作業者に対して溶接操業を解析させ得るようになされている。因みに、溶接操業監視装置4は、例えば物理的衝合点V1からプラズマ流中心線L3がズレているか否かの判断結果を、単に表示部32に表示させるだけでなく、制御部31において、物理的衝合点V1に対してプラズマ流中心線L3を合致させるために必要な位置修正データを算出し、これをプラズマ流供給装置2に送出するようにしてもよい。これにより、プラズマ流供給装置2は、溶接操業監視装置4から受け取った位置修正データを基に、プラズマ流供給角度θや、プラズマ流供給機14のプラズマ流供給位置が修正され、溶接部ERに対して最適な位置および方向からプラズマ流を供給し得る。
また、溶接操業監視装置4は、図１３に示すように、V字領域ERvにおける青成分が抽出され、V字領域ERvがV字表示領域ER6として表示された画像に、図１２（Ａ）に示すような2値化したプラズマ流中心領域ER5を合成した合成画像D6を生成するようにしてもよい。図１３に示すように、合成画像D6では、溶接部ERにおけるV字領域ERvが青成分で表示されたV字表示領域ER6内に、プラズマ流中心領域ER5を表示させることができる。したがって、プラズマ流中心領域ER5を表示部32に表示させることで、作業者に対し、視覚を介して直観的にプラズマ流中心領域ER5のズレを把握させることができる。
以上説明の構成を有する溶接操業監視システム1を用いた溶接操業解析処理を、図１４のフローチャートを参照して以下に説明する。この溶接操業解析処理では、幾何学的V字収束点V0と、幾何学的中心線L2と、物理的衝合点V1と、V字領域除去解析画像と、溶接点Wと、を求める。
さらに、図１５のフローチャートを参照して、同溶接操業監視システム１を用いたプラズマ流位置解析処理についても以下に説明する。このプラズマ流位置解析処理では、物理的衝合点V1に対するプラズマ流中心線L3の位置ずれを求める。
＜溶接操業解析処理＞
まず、溶接操業解析処理について、図１４に示すフローチャートを用いて説明する。図１４に示すように、溶接操業監視装置4は、ルーチンＲＴ１の開始ステップから入ってステップＳＰ１に移り、撮像装置3からカラー画像が入力されると、次のステップＳＰ２に移る。ステップＳＰ２において、溶接操業監視装置4は、ステップＳＰ１で入力されたカラー画像から青成分を抽出して青成分画像を生成し、次のステップＳＰ３に移る。
ステップＳＰ３〜ステップＳＰ６は、幾何学的中心線L2を算出する処理ステップであり、ステップＳＰ８〜ステップＳＰ９は、物理的衝合点V1を算出する処理ステップである。ステップＳＰ３において、溶接操業監視装置4は、青成分画像を2値化処理し、必要に応じてエッジ強調処理し、青成分画像内においてV字領域ERvを示す画素領域をV字表示領域ER1として特定し、次のステップＳＰ４ステップＳＰ８，およびステップＳＰ１０に移る。ステップＳＰ４において、溶接操業監視装置4は、V字表示領域ER1のV字に収束する両エッジ線それぞれを直線近似し、次のステップＳＰ５に移る。
ステップＳＰ５において、溶接操業監視装置4は、ステップＳＰ４で求めた一対の近似直線L1a,L1bの交点を幾何学的V字収束点V0として検出し、次のステップＳＰ６に移る。ステップＳＰ６において、溶接操業監視装置4は、ステップＳＰ４で求めた近似直線L1a,L1bと、ステップＳＰ５において検出した幾何学的V字収束点V0と、により形成される角（V字収束角）の2等分線を幾何学的中心線L2として算出し、次のステップＳＰ１２に移る。
一方、ステップＳＰ１０において、溶接操業監視装置4は、ステップＳＰ１で撮像装置3から得られたカラー画像から、ステップＳＰ３で得られたV字表示領域ER1部分を除去してV字領域除去カラー画像を生成し、次のステップＳＰ１１に移る。ステップＳＰ１１において、溶接操業監視装置4は、V字領域除去カラー画像から赤成分を抽出して、鋼板6の溶接部表面における溶接ビート部70等の状態が赤成分の濃淡で表示されたV字領域除去解析画像D3を生成し、次のステップＳＰ１２に移る。
また、ステップＳＰ８において、溶接操業監視装置4は、ステップＳＰ３で得られた青成分2値化画像に対し、ブロッブ毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行い、次のステップＳＰ９に移る。ステップＳＰ９において、溶接操業監視装置4は、ラベリング処理により得られたブロッブの中から、所定の条件に合致するブロッブを、鋼板6の突合せ端部7a,7bにより形成されるV字領域ERvを示すブロッブB1として抽出し、このブロッブB1の最下流点を物理的衝合点V1として検出して、次のステップＳＰ１２に移る。
ステップＳＰ１２において、溶接操業監視装置4は、ステップＳＰ１１で得られたV字領域除去解析画像D3内に、スリット探索領域ER3を設定し、次のステップＳＰ１３に移る。ステップＳＰ１３において、溶接操業監視装置4は、スリット探索領域ER3を設定したV字領域除去解析画像D3を2値化処理した後、次のステップＳＰ１４において、2値化したV字領域除去解析画像D4に対しブロッブ毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行い、次のステップＳＰ１５に移る。
ステップＳＰ１５において、溶接操業監視装置4は、ラベリング処理したそれぞれのブロッブのアスペクト比を算出し、スリット探索領域ER3内にアスペクト比が1/2未満のブロッブがあるか否かを判断する。ステップＳＰ１５において肯定結果（ＳＰ１５：YES）が得られると、このことは、スリット探索領域ER3内にアスペクト比が1/2未満のブロッブがあることを表しており、このとき、溶接操業監視装置4は、次のステップＳＰ１６に移る。ステップＳＰ１６において、溶接操業監視装置4は、スリット探索領域ER3内にある、アスペクト比が1/2未満のブロッブB2のうち、鋼板6の搬送方向Xの最下流にあるブロッブB2の最下流の点を溶接点Wとして検出し、次のステップＳＰ１８に移って上述した溶接操業解析処理手順を終了する。
一方、ステップＳＰ１５において否定結果（ＳＰ１５：NO）が得られると、このことは、スリット探索領域ER3内にアスペクト比が1/2未満のブロッブがないことを表しており、このとき、溶接操業監視装置4は、次のステップＳＰ１７に移る。ステップＳＰ１７において、溶接操業監視装置4は、幾何学的中心線L2上にあるブロッブを接続した上で、この接続したブロッブにおける鋼板6の搬送方向Xの最下流の点を溶接点Wとして検出し、次のステップＳＰ１８に移って上述した溶接操業解析処理手順を終了する。
本実施形態の溶接操業監視方法は、以上説明の流れに沿って溶接操業監視を行う。すなわち、この溶接操業監視方法では、鋼板6を管状に成形しつつ、一対の突合せ端部7a,7b同士をV字状に収束させ、V字領域ERvを含む溶接部ERにプラズマ流を供給してシールドしながら電縫溶接を行う際の溶接操業を監視する。その際、管状に形成される鋼板6の管内側及び管外側のうち、プラズマ流が供給される方である管内とは反対側である管外より、V字領域ERv越しにプラズマ流を含むカラー画像を撮影する撮像工程と；カラー画像から特定色成分を抽出して特定色成分画像を生成し、特定色成分画像中に示されたV字領域ERvに基づいて、カラー画像内でV字領域ERvに対応する領域であるV字表示領域ER1を特定することで、溶接操業の状態を解析する溶接操業監視工程と；を行う。
さらに、この溶接操業監視工程では、続くプラズマ流位置解析処理において説明するように、前記特定色成分画像として青成分画像を生成し、V字領域ERvの部分のカラー画像から、赤成分画像および緑成分画像の少なくともいずれか一方を抽出し、抽出した前記赤成分画像および前記緑成分画像の少なくともいずれか一方の濃淡から、プラズマ流のプラズマ流中心領域ER5を特定することを行う。
＜プラズマ流位置解析処理＞
次に、プラズマ流位置解析処理手順について、図１５に示すフローチャートを用いて説明する。図１５に示すように、溶接操業監視装置4は、ルーチンＲＴ２の開始ステップから入って、上述したステップＳＰ１〜ステップＳＰ３に従って、撮像装置3から入力されたカラー画像から青成分を抽出した後、得られた青成分画像を2値化処理し、必要に応じてエッジ強調処理し、V字領域ERvを示す画素領域をV字表示領域ER1として特定し、次のステップＳＰ２４に移る。
ステップＳＰ２４において、溶接操業監視装置4は、撮像装置3から入力されたカラー画像から、ステップＳＰ３で特定したV字表示領域ER1部分における赤成分のみを抽出してV字領域内解析画像を生成し、次のステップＳＰ２５に移る。ステップＳＰ２５において、溶接操業監視装置4は、赤成分のV字領域内解析画像を2値化処理し、輝度が高いプラズマ流中心領域ER5が明暗で表された2値のV字領域内解析画像D5を生成し、次のステップＳＰ２６に移る。ステップＳＰ２６において溶接操業監視装置4は、V字領域内解析画像D5に対してブロッブ毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行い、次のステップＳＰ２７に移る。
なお、上記ステップＳＰ２４において、ステップＳＰ３で特定したV字表示領域ER1部分の赤成分を抽出するものとしたが、赤成分に代わって緑成分を抽出するようにしてもよい。赤成分に代わって緑成分を抽出した場合も、ステップＳＰ２４に続くステップＳＰ２５以降の処理を同様に行うことが出来る。さらに言うと、上記ステップＳＰ２４において、赤成分及び緑成分の両方を抽出してそれぞれの成分毎に同様の処理を行い、そしてこれら２つの結果を併用することで算出精度をより向上させてもよい。
ステップＳＰ２７において、溶接操業監視装置4は、所定の条件に合致するブロッブをプラズマ流中心領域ER5のブロッブとして抽出した後、このブロッブに基づいてプラズマ流中心線L3を算出して求め、次のステップＳＰ２８に移る。ステップＳＰ２７では、例えば、プラズマ流中心領域ER5のブロッブのV字収束する両プラズマエッジe1,e2のそれぞれを直線近似した一対の近似直線と、これら一対の近似直線の交点であるプラズマ流中心先端点V2とから、プラズマ流V字収束角の2等分線をプラズマ流中心線L3として算出する。
ステップＳＰ２８において、溶接操業監視装置4は、上述したステップＳ９で得た物理的衝合点V1と、ステップＳＰ２７で算出したプラズマ流中心線L3と、を比較する。そして、プラズマ流中心線L3が物理的衝合点V1に対してズレているか否かを判断し、その判断結果を得た後、次のステップＳＰ２９に移ってプラズマ流位置解析処理手順を終了する。
＜第１実施形態のまとめ＞
本実施形態の溶接操業監視システム1の骨子を以下にまとめる。
溶接操業監視システム1は、鋼板（帯状鋼板）6を管状に成形しつつ、一対の突合せ端部7a,7b同士をV字状に収束させ、V字領域ERvを含む溶接部ERにプラズマ流を供給してシールドしながら電縫溶接を行う際の溶接操業を監視する。
そして、この溶接操業監視システム1は、撮像装置3と溶接操業監視装置4とを備えている。撮像装置3は、管状に形成される鋼板6の管内側及び管外側のうち、プラズマ流が供給される管内側とは反対側である管外側に配置され、V字領域ERv越しにプラズマ流を含むカラー画像を撮影する。また、溶接操業監視装置4は、前記カラー画像から特定色成分を抽出した特定色成分画像を生成し、前記特定色成分画像中に示されたV字領域ERvに基づいて、前記カラー画像内の前記V字領域ERvに対応する領域であるV字表示領域ER1を特定することで、溶接操業の状態を解析する。
さらに、溶接操業監視装置4は、前記特定色成分画像として青成分画像を生成する青成分画像抽出部34を備える。
上記構成を有する溶接操業監視システム1によれば、V字領域ERv越しに見えるプラズマ流の青成分の輝度が、溶接部ERの鋼板6の表面における青成分の輝度よりも約2倍以上高いため、溶接部ERを上方から撮像したカラー画像から、所定輝度以上の青成分を抽出することで、V字領域ERv越しに見えるプラズマ流の部分と、溶接部ERの鋼板6の表面部分とを、分離できる。かくして、溶接操業監視システム1では、所定輝度以上の青成分を抽出した青成分画像に基づいてV字領域ERvを特定でき、プラズマシールド電縫溶接時における溶接操業の解析を行うことができる。
また、溶接操業監視システム1では、プラズマ流供給装置2が配置された鋼板6の管内側とは逆側の管外側に撮像装置3を配置し、この撮像装置3によって、V字領域ERv越しにプラズマ流が見える溶接部ERを上方から撮像するようにした。この構成によれば、溶接部ER上にプラズマ流が重なることを抑止でき、その分、撮像したカラー画像を基に溶接操業の解析を行う際、プラズマ流の影響を低減できる。また、機器配置に関して言えば、プラズマ流供給装置2および撮像装置3のうち、撮像装置3のみを鋼板6の管外側に設置すればよいことから、その分、鋼板6の周辺における機器設置スペースを減らすことができる。
また、溶接操業監視装置4は、前記カラー画像のV字表示領域ER1の部分から、赤成分画像および緑成分画像の少なくとも一方を抽出し、抽出した赤成分画像および緑成分画像の少なくとも一方の濃淡からプラズマ流中心領域ER5を特定する、プラズマ流位置解析部40を備える。
このプラズマ流位置解析部40は、プラズマ流中心領域ER5をなす一対のプラズマエッジe1,e2をそれぞれ直線近似してV字収束角を求め、一対のプラズマエッジe1,e2間の二等分線をプラズマ流中心線L3として求めるプラズマ流中心線算出部62を有する。
また、溶接操業監視装置4は、青成分画像に基づいて一対の突合せ端部7a,7b同士が物理的に衝合する物理的衝合点V1を検出する物理的衝合点解析部37を備える。
そして、プラズマ流位置解析部40は、プラズマ流中心線L3の位置と、物理的衝合点解析部37より得た物理的衝合点V1の位置との相対位置関係を求める比較部63を有する。この相対位置関係により、プラズマ流の供給方向の適否判断と調整とを行うことができる。
また、溶接操業監視装置4は、幾何学的V字収束点解析部36を備える。この幾何学的V字収束点解析部36は、V字表示領域ER1をなす一対の突合せ端部7a,7bそれぞれを直線近似した一対の近似直線を求め、この一対の近似直線の交点を幾何学的V字収束点V0として検出することができる。
さらに、溶接操業監視装置4は、前記青成分画像に基づいて特定されたプラズマ流の画像を前記カラー画像中から消去することで、溶接ビード線及び一対の溶融エッジ線を含むプラズマ流消去画像を生成し、前記プラズマ流消去画像に基づいて溶接点Wを求める、溶接点解析部38を備える。
上記各構成を有する溶接操業監視システム1によれば、鋼板6の周辺における機器設置スペースへの要求を減らしつつ、シールド用に供給されるプラズマ流の影響を従来よりも低減して溶接操業の状態を解析することが可能となる。
＜第2実施形態＞
＜本実施形態の溶接操業監視システムの構成＞
図１６に、本発明の第2実施形態に係る溶接操業監視システム71の構成を示す。
溶接操業監視システム71は、選択波長低減画像撮像装置73と、溶接操業監視装置74とを備えている。この溶接操業監視システム71は、（１）選択波長低減画像撮像装置73が撮像装置本体73aのレンズの前に光学素子73bを備えている点と、（２）溶接操業監視装置74が、選択波長低減画像撮像装置73で撮影されたカラー画像より赤成分画像を生成して解析処理を行う点とが、上述した第1実施形態による溶接操業監視システム1と特に相違している。
図１６以降の各図及び以下の説明においては、上記第１実施形態で説明した各構成要素と同じ構成要素については同一符号を付し、主に上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。
＜選択波長低減画像撮像装置73＞
図１６に示すように、選択波長低減画像撮像装置73は、鋼板6の管外側でかつ溶接部ERの上方に配置されており、溶接部ERを上方から撮像したカラー画像を溶接操業監視装置74に入力する。光学素子73bは、例えばバンドストップフィルタであり、プラズマ流に含まれる赤成分のうち、特定波長の輝度を低下させる。すなわち、選択波長低減画像撮像装置73では、光学素子73bによって、プラズマ流に含まれる赤成分のうちの特定波長の輝度だけを局所的に低下させた、溶接部ERのカラー画像を生成し、これを溶接操業監視装置74に入力させる。
ここで、前記バンドストップフィルタの機能について説明する。図１７は、プラズマ輝度と、2種類のバンドストップフィルタ(i)，(ii)の透過率と、黒体輻射輝度との関係を示したグラフである。図１７に示すように、プラズマ流の発光輝度は、成分ガスにより決定され、波長0.6[μm]〜1.0[μm]の間に複数の鋭いピークが現れる。本実施形態においては、プラズマ流の主成分は、N2ガス、Arガス、水素ガスである。
バンドストップフィルタ（i）は、例えば0.725[μm]〜0.765[μm]の波長のみ輝度を低下させ、他の波長の光を透過させる特性がある。また、バンドストップフィルタ（ii）は、例えば0.755[μm]〜0.795[μm]の波長のみ輝度を低下させ、他の波長の光を透過させる特性がある。
例えば、光学素子73bとして、図１７に示す特性のバンドストップフィルタ（i）を適用した場合には、赤成分のうち、0.725[μm]〜0.765[μm]の波長範囲にあるプラズマ輝度のピーク（主発光輝度）を低下させることができる。一方、光学素子73bとして、図１７に示す特性のバンドストップフィルタ（ii）を適用した場合には、赤成分のうち、0.755[μm]〜0.795[μm]の波長範囲にあるプラズマ輝度のピーク（主発光輝度）を低下させることができる。これらの波長はいずれも、図１７のプラズマ発光の中でも輝度が高い部分に対応するため、この部分を低減させることで、赤成分画像に表れるプラズマ流部分の画像輝度を大きく低下させることができる。
一方、溶融エッジの発光は、黒体輻射の輝度分布に従う。例えば、1500[℃]における黒体輻射輝度は、波長0.6[μm]から1.0[μm]に連続的に存在し、長波長に向かうに従ってなだらかに増加する傾向にある（図１７破線）。このため、輝度低減範囲が数十nm波長分と極めて限定されたバンドストップフィルタを介した場合でも、赤成分画像内で検知される溶融エッジ部の輝度低下は極めて少ない。
この様な理由により、バンドストップフィルタを用いることで、赤成分画像において、プラズマ流に相当する部分の輝度のみを選択的に低下させ、赤成分画像内の溶融エッジ部及びプラズマ流部分間の輝度コントラストを拡大する事が可能となる。
＜溶接操業監視装置74の構成＞
図１８に示すように、溶接操業監視装置74は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるマイクロコンピュータを構成する制御部31と、表示部32と、画像入力部33と、赤成分画像抽出部134と、V字領域解析部35と、幾何学的V字収束点解析部36と、物理的衝合点解析部37と、溶接点解析部38と、突合せ端部解析部39と、プラズマ流位置解析部40とが、バス30を介して相互に接続された構成を有する。
本実施形態の溶接操業監視装置74は、上記第１実施形態の青成分画像抽出部34に代えて赤成分画像抽出部134を備えている点が、相違点の一つになっている。
画像入力部33は、選択波長低減画像撮像装置73と接続されており、この選択波長低減画像撮像装置73により得られたカラー画像が入力されると、制御部31のＲＡＭや赤成分画像抽出部134等に前記カラー画像を送出する。赤成分画像抽出部134は、選択波長低減画像撮像装置73から入力されたカラー画像から赤成分を抽出した赤成分画像を生成する（図１９（Ａ）に示す赤成分画像D7A参照）。
赤成分画像D7Aは、光学素子73bを介して撮像されたカラー画像を用いて生成された画像であるので、プラズマ流に相当する部分の輝度が選択的に低下されている。一方、溶融エッジ部及び溶接ビード部に対応する部分の輝度は、殆ど低下していない。よって、赤成分画像D7A内の溶融エッジ部及びプラズマ流部分間の輝度コントラストを高めることができる。特に、溶融エッジ部（突合せ端部7a,7b）と、プラズマ流中心領域ER5の周囲にあるV字のプラズマ流周辺領域Ebと、の間における輝度コントラストを高めることができる。その結果、次工程で行う2値化処理を容易に行える。
V字領域解析部35は、赤成分画像抽出部134で得られた赤成分画像D7Aを2値化処理部42によって2値化処理し、必要に応じてエッジ強調処理し、図１９（Ｂ）に示すような赤成分2値化画像D7Bを生成する。
前記2値化処理では、例えば、受光輝度が所定閾値以上の画素に画素値「1」が与えられ、残りの所定閾値未満の画素に画素値「0」が与えられる。具体的に言うと、赤成分2値化画像D7B内では、溶接後の溶融ビード線と、V字状の溶融エッジと、V字領域ERv越しに見えるプラズマ流の中心部分とのそれぞれを示す各画素がしきい値以上になって画素値「1」となっている。一方、プラズマ流の中心部分周囲（プラズマ流周辺領域Eb）における各画素は受光輝度が所定閾値未満であるため、画素値「0」となっている。よって、プラズマ流は、V字領域ERvよりも小さく縮小されたプラズマ流中心領域ER5として表示される。
V字領域解析部35のV字領域特定部43は、2値化処理部42で生成した赤成分2値化画像D7B内の、V字状の２本の線の内側をV字表示領域ER1として特定する。V字表示領域ER1の検出は、例えば以下の方法により行える。すなわち、赤成分2値化画像D7の右端に接する、プラズマ流中心領域ER5を、適切なアスペクト比範囲と面積を持つ塊として認識し、このプラズマ流中心領域ER5を画素値「0」にして反転させた画像D8を作成する（図１９（Ｃ）参照）。この画像D8では、画素値「0」であるプラズマ流中心領域ER5と、その周囲にある画素値「0」のプラズマ流周辺領域Ebとを一体化させている。よって、画像D8の右端に接する画素値「0」の領域を、適切なアスペクト比範囲と面積とを持つ塊として認識して、V字表示領域ER1を特定する。
幾何学的V字収束点解析部36は、直線近似部44によって、V字領域解析部35により特定したV字表示領域ER1のV字に収束する両エッジラインを、それぞれ直線近似する。ここで、V字表示領域ER1のV字に収束する両エッジラインは、鋼板6におけるV字領域ERvの突合せ端部7a,7bに相当する。そのため、図２０の画像D9に示すように、V字表示領域ER1の両鋼管エッジ70a,70bの近似直線L1a,L1bは、鋼板6におけるV字領域ERvの突合せ端部7a,7b（図５（Ａ）〜図６（Ｂ））の近似直線と見なすことができる。なお、図２０は、図１９（Ｃ）の画像D8に相当するものであるが、説明のために、図１９（Ｃ）の明暗を反転させた画像D9を示している。
幾何学的V字収束点解析部36は、幾何学的V字収束点検出部45によって、近似直線L1a,L1bの交点を幾何学的V字収束点V0（図２０）として検出する。
以上説明のように、幾何学的V字収束点解析部36は、V字表示領域ER1をなす一対の突合せ端部7a,7bそれぞれを直線近似した一対の近似直線L1a,L1bを求める。そして、幾何学的V字収束点解析部36は、一対の近似直線L1a,L1bの交点を幾何学的V字収束点V0として検出する。
さらに、幾何学的V字収束点解析部36は、幾何学的中心線算出部46によって、赤成分2値化画像D9から求めた近似直線L1a,L1bと、幾何学的V字収束点V0と、により形成される角（V字収束角）の2等分線を、幾何学的中心線L2（図２０の破線）として算出する。
物理的衝合点解析部37は、上述のようにV字領域特定部43によって特定されたV字表示領域ER1について、上記第１実施形態と同様に、ラベリング処理部48によってブロッブ（Ｂｌｏｂ）毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行う。
物理的衝合点解析部37は、物理的衝合点検出部49によって、ラベリング処理した画像内から、所定の条件に合致するブロッブを、鋼板6の突合せ端部7a,7bにより形成されるV字領域ERvを示すブロッブB1（図２０のハッチング部分）として抽出する。
V字領域ERvを示すブロッブB1であると決定する条件としては、例えば、図２０に示す2値化画像D9の左端には接さずに、2値化画像D9の右端のみに接しており、面積が50[mm2]以上であり、ブロッブB1の縦（搬送方向Xと直交するY方向）の長さを、ブロッブB1の横（搬送方向X）の長さで除算した値（アスペクト比）が0.2以下であるという条件が挙げられる。物理的衝合点解析部37は、この条件を基にV字領域ERvを示すブロッブB1を抽出すると、このブロッブB1の最下流点を物理的衝合点V1として検出する。すなわち、物理的衝合点解析部37の物理的衝合点検出部49は、赤成分2値化画像D9に基づいて、一対の突合せ端部7a,7bが物理的に衝合する物理的衝合点V1を求める。
突合せ端部解析部39のV字領域除去画像生成部56は、選択波長低減画像撮像装置73から入力されたカラー画像から、V字領域解析部35で特定したV字表示領域ER1の画像部分を除去した、V字領域除去カラー画像を生成する。突合せ端部解析部39の赤成分画像抽出部57は、V字領域除去カラー画像から赤成分を抽出して、V字領域除去解析画像D3を生成する（上記第１実施形態の図１１（Ａ）と同様であるため、図１１（Ａ）を参照する。以下、同様）。
図１１（Ａ）に示すように、赤成分でなるV字領域除去解析画像D3には、V字表示領域ER1（図２０参照）の画像部分が除去されたV字除去領域ER2が示されており、その他の領域に、鋼板6の溶接部ER表面に表れた溶接ビート部70等の状態が赤成分の濃淡で表示されている。
溶接点解析部38は、スリット探索領域設定部51によって、赤成分のV字領域除去解析画像D3内にスリット探索領域ER3を設定する（図１１（Ｂ）参照）。ここで、鋼板6の突合せ端部7a,7bが突き合わされ、1本の線状に観察される部分を溶接線とした場合、幾何学的V字収束点解析部36により得られたV字収束角の2等分線である幾何学的中心線L2上に、溶接線が位置すると仮定する。本実施形態の場合、スリット探索領域設定部51は、その長手方向にそって幾何学的中心線L2が縦断する矩形状の領域をスリット探索領域ER3と設定する。
具体的には、スリット探索領域ER3において搬送方向Xに延びる長手方向では、物理的衝合点解析部37で検出した物理的衝合点V1をスリット探索領域ER3の上流端とし、V字領域除去解析画像D3の下流端をスリット探索領域ER3の下流端VEとする（図１１（Ｂ）参照）。また、スリット探索領域ER3の長手方向と直交するY方向では、幾何学的中心線L2を中心に所定幅（例えば2[mm]）を有する領域とすることが望ましい。
溶接点解析部38は、2値化処理部52によって、スリット探索領域ER3を設定したV字領域除去解析画像D3を2値化処理した後、ラベリング処理部53によって、2値化したV字領域除去解析画像D3に対してブロッブ毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行う。
溶接点解析部38は、溶接点検出部54によって、ラベリング処理したそれぞれのブロッブのアスペクト比を算出する。溶接点解析部38は、図１１（Ｃ）に示すように、2値化したV字領域除去解析画像D4内のスリット探索領域ER3において、アスペクト比が1/2未満である各ブロッブのうち、鋼板6の搬送方向Xの最下流にあるブロッブB2の最下流の点を溶接点Wとして検出する。
溶接点検出部54は、アスペクト比が1/2未満のブロッブがV字領域除去解析画像D4内に存在しないと判断した場合には、幾何学的中心線L2上にある各ブロッブを相互に接続した上で、この接続したブロッブにおける鋼板6の搬送方向Xの最下流の点を溶接点Wとして検出する。
このように、溶接点検出部54は、ブロッブのアスペクト比に基づいて溶接点Wを検出することにより、例えばスリット探索領域ER3内にノイズに起因するブロッブB3がある場合でも、ノイズに起因したブロッブB3を除いて溶接点Wを検出することができる（図１１（Ｃ）参照）。
以上説明のように、溶接点解析部38は、カラー画像中のプラズマ流の部分の画像を反転して消去した、溶接ビード線と溶融エッジ線とで囲まれたV字除去領域ER2を含むプラズマ流消去画像に基づいて、溶接点Wを求める。
プラズマ流位置解析部40は、ラベリング処理部61によって、2値化画像D7Bに対してブロッブ毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行い、所定の条件に合致するブロッブをプラズマ流中心領域ER5のブロッブとして抽出する。なお、プラズマ流中心領域ER5のブロッブとして決定する条件としては、例えば、2値化画像D7Bの左端には接さずに、2値化画像D7Bの右端のみに接し、かつ面積が20[mm2]以上であり、ブロッブの縦（搬送方向Xと直交するY方向）の長さを、ブロッブの横（搬送方向X）の長さで除算した値（アスペクト比）が0.2以下であるという条件が挙げられる。
プラズマ流位置解析部40のプラズマ流中心線算出部62は、図２１の画像D10に示すように、プラズマ流中心領域ER5の長手方向中心線である、搬送方向X側に向かって延びるプラズマ流中心線L3を算出する。なお、図２１の画像D10では、説明のために、図１９（Ｂ）に示した2値化画像D7Bの明暗を反転させたり、各線を破線で示したりするなどの調整をしている。
プラズマ流中心線L3の算出方法としては、例えば、画像D10内におけるプラズマ流中心領域ER5のブロッブが、V字収束した形状であるとき、V字収束する両プラズマエッジe1,e2を直線近似して得られた近似直線の交点を、プラズマ流中心先端点V2として検出する。次いで、プラズマ流中心線算出部62は、2値化画像D10で直線近似した一対のプラズマエッジe1,e2と、プラズマ流中心先端点V2とにより形成される角（プラズマ流V字収束角）の2等分線を、プラズマ流中心線L3として算出する。
プラズマ流位置解析部40の比較部63は、前記物理的衝合点検出部49が得た物理的衝合点V1と、プラズマ流中心線算出部62が算出したプラズマ流中心線L3と、を比較し、プラズマ流中心線L3が物理的衝合点V1に対してズレているか否かを判断する。なお、プラズマ流中心線L3の比較対象として物理的衝合点V1の代わりに幾何学的中心線L2を用いる形態も考えられる。この場合、プラズマ流中心線L3及び幾何学的中心線L2が互いに平行をなす関係にあるのであれば、プラズマ流中心線L3と幾何学的V字収束点V0との相対的な位置ズレをもって、位置ズレ量を把握することができる。
比較部63は、物理的衝合点V1とプラズマ流中心線L3との相対位置が合致している場合（図２１のdif=0）、鋼板6の溶接部ERにおけるV字領域ERvの中心に沿って、プラズマ流中心領域ER5が位置しており、溶接部ERの最適な位置に最適な方向からプラズマ流が供給されていると判断する。一方、比較部63は、物理的衝合点V1に対してプラズマ流中心線L3の位置や方向が相対的にズレている場合（図２１のdifが０でない場合）、鋼板6の溶接部ERにおけるV字領域ERvの中心からプラズマ流中心領域ER5がズレており、溶接部ERに対して最適な位置および方向からプラズマ流が供給されていないと判断する。
以上説明のように、プラズマ流位置解析部40は、分離されたプラズマ流の画像より、プラズマ流のプラズマ流中心線L3を求めるプラズマ流中心線算出部62と、プラズマ流中心線L3と物理的衝合点V1との相対位置を求める比較部63とを有する。
溶接操業監視装置74は、これら幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V1、および溶接点Wの検出結果や、物理的衝合点V1からプラズマ流中心線L3がズレているか否かの判断結果を表示部32に表示し、作業者に対して溶接操業を解析させ得るようになされている。なお、上記第１実施形態と同様に、プラズマ流供給装置2は、溶接操業監視装置74から受け取った位置修正データを基に、プラズマ流供給角度θや、プラズマ流供給機14のプラズマ流供給位置が修正され、溶接部ERに対して最適な位置および方向からプラズマ流を供給し得る。
以上説明の構成を有する溶接操業監視システム71を用いた溶接操業解析処理を、図２２のフローチャートを参照して以下に説明する。この溶接操業解析処理では、幾何学的V字収束点V0と、幾何学的中心線L2と、物理的衝合点V1と、V字領域除去解析画像と、溶接点Wと、を求める解析処理を行う。
さらに、図２３のフローチャートを参照して、同溶接操業監視システム71を用いたプラズマ流位置解析処理についても以下に説明する。このプラズマ流位置解析処理では、物理的衝合点V1に対するプラズマ流中心線L3の位置ずれを求める解析処理を行う。
＜溶接操業解析処理＞
まず、溶接操業解析処理について、図２２に示すフローチャートを用いて説明する。図２２に示すように、溶接操業監視装置74は、ルーチンＲＴ１０１の開始ステップから入ってステップＳＰ１０１に移り、選択波長低減画像撮像装置73からカラー画像（赤成分のうち、特定波長の輝度が低下されている画像）が入力されると、次のステップＳＰ１０２に移る。ステップＳＰ１０２において、溶接操業監視装置74は、ステップＳＰ１０１で入力されたカラー画像から赤成分を抽出して赤成分画像を生成し、次のステップＳＰ１０３に移る。
ステップＳＰ１０３〜ステップＳＰ１０６は、幾何学的中心線L2を算出する処理ステップであり、ステップＳＰ１０８〜ステップＳＰ１０９は、物理的衝合点V1を算出する処理ステップである。ステップＳＰ１０３において、溶接操業監視装置74は、赤成分画像を2値化処理し、必要に応じてエッジ強調処理し、赤成分画像内においてV字領域ERvを示す画素領域をV字表示領域ER1として特定し、次のステップＳＰ１０４、ステップＳＰ１０８、ステップＳＰ１１０に移る。ステップＳＰ１０４において、溶接操業監視装置74は、V字表示領域ER1のV字に収束する両エッジ線それぞれを直線近似し、次のステップＳＰ１０５に移る。
ステップＳＰ１０５において、溶接操業監視装置74は、ステップＳＰ１０４で求めた一対の近似直線L1a,L1bの交点を幾何学的V字収束点V0として検出し、次のステップＳＰ１０６に移る。ステップＳＰ１０６において、溶接操業監視装置74は、ステップＳＰ１０４で求めた近似直線L1a,L1bと、ステップＳＰ１０５において検出した幾何学的V字収束点V0と、により形成される角（V字収束角）の2等分線を幾何学的中心線L2として算出し、次のステップＳＰ１１２に移る。
一方、ステップＳＰ１１０において、溶接操業監視装置74は、ステップＳＰ１０１で選択波長低減画像撮像装置73から得られたカラー画像から、ステップＳＰ１０３で得られたV字表示領域ER1部分を除去してV字領域除去カラー画像を生成し、次のステップＳＰ１１１に移る。ステップＳＰ１１１において、溶接操業監視装置74は、V字領域除去カラー画像から赤成分を抽出して、鋼板6の溶接部表面における溶接ビート部70等の状態が赤成分の濃淡で表示されたV字領域除去解析画像D3を生成し、次のステップＳＰ１１２に移る。
また、ステップＳＰ１０８において、溶接操業監視装置74は、ステップＳＰ１０３で得られた赤成分2値化画像に対し、ブロッブ毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行い、次のステップＳＰ１０９に移る。ステップＳＰ１０９において、溶接操業監視装置74は、ラベリング処理により得られたブロッブの中から、所定の条件に合致するブロッブを、鋼板6の突合せ端部7a,7bにより形成されるV字領域ERvを示すブロッブB1として抽出し、このブロッブB1の最下流点を物理的衝合点V1として検出して、次のステップＳＰ１１２に移る。
ステップＳＰ１１２において、溶接操業監視装置74は、ステップＳＰ１１１で得られたV字領域除去解析画像D3内に、スリット探索領域ER3を設定し、次のステップＳＰ１１３に移る。ステップＳＰ１１３において、溶接操業監視装置74は、スリット探索領域ER3を設定したV字領域除去解析画像D3を2値化処理した後、次のステップＳＰ１１４において、2値化したV字領域除去解析画像D4に対しブロッブ毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行い、次のステップＳＰ１１５に移る。
ステップＳＰ１１５において、溶接操業監視装置74は、ラベリング処理したそれぞれのブロッブのアスペクト比を算出し、スリット探索領域ER3内にアスペクト比が1/2未満のブロッブがあるか否かを判断する。ステップＳＰ１１５において肯定結果（ＳＰ１１５：YES）が得られると、このことは、スリット探索領域ER3内にアスペクト比が1/2未満のブロッブがあることを表しており、このとき、溶接操業監視装置74は、次のステップＳＰ１１６に移る。ステップＳＰ１１６において、溶接操業監視装置74は、スリット探索領域ER3内にある、アスペクト比が1/2未満のブロッブB2のうち、鋼板6の搬送方向Xの最下流にあるブロッブB2の最下流の点を溶接点Wとして検出し、次のステップＳＰ１１８に移って上述した溶接操業解析処理手順を終了する。
一方、ステップＳＰ１１５において否定結果（ＳＰ１１５：NO）が得られると、このことは、スリット探索領域ER3内にアスペクト比が1/2未満のブロッブがないことを表しており、このとき、溶接操業監視装置74は、次のステップＳＰ１１７に移る。ステップＳＰ１１７において、溶接操業監視装置74は、幾何学的中心線L2上にあるブロッブを接続した上で、この接続したブロッブにおける鋼板6の搬送方向Xの最下流の点を溶接点Wとして検出し、次のステップＳＰ１１８に移って上述した溶接操業解析処理手順を終了する。
以上説明のように、本実施形態では、撮像工程で撮影する際に、カラー画像の赤成分のうちの特定波長の輝度を選択的に低下させた。また、前記溶接操業監視工程で、赤成分のうちの特定波長の輝度が選択的に低下されたカラー画像に基づいて、溶接操業の状態を解析した。
＜プラズマ流位置解析処理＞
次に、プラズマ流位置解析処理手順について、図２３に示すフローチャートを用いて説明する。図２３に示すように、溶接操業監視装置74は、ルーチンＲＴ１０２の開始ステップから入って、上述したステップＳＰ１０１〜ステップＳＰ１０３に従って、選択波長低減画像撮像装置73から入力されたカラー画像から赤成分を抽出した後、得られた赤成分画像を2値化処理し、必要に応じてエッジ強調処理し、V字領域ERvを示す画素領域をV字表示領域ER1として特定し、次のステップＳＰ１２６に移る。
ステップＳＰ１２６において溶接操業監視装置74は、ステップＳ１０３で得た赤成分2値化画像D7B（図１９（Ｂ）参照）に対してブロッブ毎にラベルを割り当てるラベリング処理を行い、次のステップＳＰ１２７に移る。
ステップＳＰ１２７において、溶接操業監視装置74は、所定の条件に合致するブロッブをプラズマ流中心領域ER5のブロッブとして抽出した後、このブロッブに基づいてプラズマ流中心線L3を算出して求め、次のステップＳＰ１２８に移る。ステップＳＰ１２７では、例えば、プラズマ流中心領域ER5のブロッブのV字収束する両プラズマエッジe1,e2を直線近似した近似直線と、これら近似直線の交点であるプラズマ流中心先端点V2とから、プラズマ流V字収束角の2等分線をプラズマ流中心線L3として算出する。
ステップＳＰ１２８において、溶接操業監視装置74は、ステップＳＰ１０９で得た物理的衝合点V1と、ステップＳＰ１２７で算出したプラズマ流中心線L3と、を比較する。そして、プラズマ流中心線L3が物理的衝合点V1に対してズレているか否かを判断し、その判断結果を得た後、次のステップＳＰ１２９に移ってプラズマ流位置解析処理手順を終了する。
＜第２実施形態のまとめ＞
本実施形態の溶接操業監視システム71の骨子を以下にまとめる。
本実施形態の溶接操業監視システム71では、選択波長低減画像撮像装置73に、プラズマ流の赤成分のうちの特定波長に対応する輝度を選択的に低減させる光学素子73bが設けられている。そして、溶接操業監視装置74は、光学素子73bを介して撮影されたカラー画像から特定色成分画像として抽出した赤成分画像を用いて、溶接操業の状態を解析する。さらに、溶接操業監視装置74は、赤成分画像を二値化処理して、V字表示領域ER1の画像から、プラズマ流の画像を分離する。
すなわち、本実施形態の溶接操業監視装置74は、突合せ端部解析部39によって、選択波長低減画像撮像装置73から入力されたカラー画像から、V字領域解析部35で特定したV字表示領域ER1の画像部分を除去した、V字領域除去カラー画像を生成する。そして、V字領域除去カラー画像から赤成分を抽出して、図１１（Ａ）に示したようなV字領域除去解析画像（解析画像）D3を生成する。
この際、溶接操業監視装置74では、選択波長低減画像撮像装置73により赤成分のうちの特定波長成分のプラズマ輝度が選択的に低下されているカラー画像を基に、V字領域除去解析画像D3を生成している。よって、溶接部ERにおける鋼板6の表面上にプラズマ流の輝度が影響することを低減したV字領域除去解析画像D3を生成できる。かくして、溶接操業監視装置74では、プラズマ流による影響を低減できるので、溶接部ERにて生じる、2段階のV字収束角を持つ特徴的な形状の解析等も、一段と正確に行うことができる。
以上説明の構成による溶接操業監視システム71においても、プラズマ流供給装置2が配置された鋼板6の管内側とは逆側の管外側に選択波長低減画像撮像装置73を配置し、この選択波長低減画像撮像装置73によって、V字領域ERv越しにプラズマ流が見える溶接部ERを上方から撮影するようにしている。この構成によれば、溶接部ER上にプラズマ流が重なることを抑止でき、その分、撮像したカラー画像を基に溶接操業の解析を行う際、プラズマ流の影響を低減できる。さらに、溶接操業監視システム71では、プラズマ流供給装置2および選択波長低減画像撮像装置73のうちの一方である選択波長低減画像撮像装置73のみを鋼板6の管外側に設置すればよいことから、その分、鋼板6周辺における機器設置スペースを減らすことができる。
溶接操業監視システム71では、約0.725[μm]〜0.765[μm]の波長のみを低下させるバンドストップフィルタ(i)を光学素子73bとして選択波長低減画像撮像装置73に設けた場合、黒体輻射の輝度が3%程度しか低下せず、全体の輝度に対する影響を少なくしつつ、プラズマ流の輝度を18％低減できることが確認できた。
また、溶接操業監視システム71では、約0.755[μm]〜0.795[μm]の波長のみを低下させるバンドストップフィルタ(ii)を光学素子73bとして選択波長低減画像撮像装置73に設けた場合も、同じく、黒体輻射の輝度が3％程度しか低下せず、全体の輝度に対する影響を少なくしつつ、プラズマ流の輝度を22％低減できることが確認できた。
さらに、溶接操業監視システム71では、バンドストップフィルタ(i)，(ii)の両方を光学素子73bとして選択波長低減画像撮像装置73に設けた場合も、同じく、黒体輻射の輝度が3％程度しか低下せず、全体の輝度に対する影響を少なくしつつ、プラズマ流の輝度を38％低減できることが確認できた。かくして、第2実施形態による溶接操業監視システム71では、所定波長のみでの輝度を低下させる光学素子73bを備えた選択波長低減画像撮像装置73を設けたことにより、溶接部ＥＲ画像中の、溶融エッジ部とプラズマ流との区別を容易にし、幾何学的V字収束点V0、物理的衝合点V１、V字表示領域の幾何学的中心線L2、プラズマ流中心線L3の判定が可能となる。さらに選択波長低減画像撮像装置73で得られたカラー画像に基づいて溶接操業の解析を行う際、プラズマ流の影響を低減できる。
また、プラズマ流は、V字領域ERvから少量ながら管外側に漏れ出しているが、第2実施形態は、漏れ出したプラズマ流によるノイズの対策としても有用である。
さらに、本実施形態の溶接操業監視システム71は、以下の構成も備えている。
すなわち、溶接操業監視装置74が、２値化された赤成分画像に基づいてプラズマ流のプラズマ流中心領域ER5を特定するプラズマ流位置解析部40を備える。
このプラズマ流位置解析部40は、プラズマ流中心領域ER5をなす一対のプラズマエッジe1,e2をそれぞれ直線近似して得たV字収束角に基づき、一対のプラズマエッジe1,e2間の二等分線をプラズマ流中心線L3として求める、プラズマ流中心線算出部62を有する。
溶接操業監視装置74は、２値化された赤成分画像に基づいて、一対の突合せ端部7a,7b同士が物理的に衝合する物理的衝合点V1を検出する、物理的衝合点解析部37を備える。
そして、プラズマ流位置解析部40は、プラズマ流中心線L3の位置と、物理的衝合点解析部37より得た物理的衝合点V1の位置との相対位置関係を求める比較部63を有する。
溶接操業監視装置74は、２値化された赤成分画像に基づいて、一対の溶融エッジ線それぞれを直線近似した一対の近似直線L1a,L1bを求め、一対の近似直線L1a,L1bの交点を幾何学的V字収束点V0として求める、幾何学的V字収束点解析部36を備える。
さらに、溶接操業監視装置74は、２値化された赤成分画像に基づいて特定されたプラズマ流の画像をカラー画像中から消去することで、溶接ビード線及び一対の溶融エッジ線を含むプラズマ流消去画像を生成し、前記プラズマ流消去画像に基づいて溶接点Wを求める、溶接点解析部38を備える。
＜他の実施形態＞
上述した第１及び第２実施形態においては、管状に成形される鋼板6の管内側に、溶接部ERの下方からプラズマ流を供給するプラズマ流供給装置2を設け、一方、プラズマ流供給装置2が配置された鋼板6の管内側とは逆側の管外側に、V字領域ERv越しにプラズマ流が見える溶接部ERを上方から撮影する撮像装置3（又は選択波長低減画像撮像装置73）を設けた場合について述べた。しかしながら、本発明は、この構成のみに限らず、管状に成形される鋼板6の管外側に、溶接部ERの上方からプラズマ流を供給するプラズマ流供給装置2を設け、一方、プラズマ流供給装置2が配置された鋼板6の管外側とは逆側である管内側に、V字領域ERv越しにプラズマ流が見える溶接部ERを下方から撮影する撮像装置3（又は選択波長低減画像撮像装置73）を設けるようにしてもよい。
また、上述した第１実施形態においては、図９に示したように、溶接操業監視装置74の突合せ端部解析部39に、V字領域除去カラー画像から赤成分を抽出して、V字領域除去解析画像D3を生成する赤成分画像抽出部57を設けた場合について述べた。しかしながら、本発明はこの構成のみに限らず、V字領域除去カラー画像から、赤成分及び緑成分の少なくとも一方の特定色を抽出して、V字領域除去解析画像を生成する特定色成分画像抽出部を突合せ端部解析部39に設けてもよい。この際、緑成分を抽出する場合には、波長が450[nm]超〜650[nm]、より好ましくは青成分や赤成分と重ならない510[nm]〜560[nm]の緑成分であることが望ましい。
また、上述した第１実施形態においては、図９に示したように、溶接操業監視装置74のプラズマ流位置解析部40に、撮像装置3から入力されたカラー画像から、V字領域解析部35で特定したV字表示領域ER1（図１０（Ａ））部分における赤成分のみを抽出してV字領域内解析画像を生成するV字領域抽出部59を設けた場合について述べた。しかしながら、本発明はこの構成のみに限らず、撮像装置3から入力されたカラー画像から、V字領域解析部35で特定したV字表示領域ER1（図１０（Ａ））部分における赤成分および緑成分の少なくともいずれか一方を抽出してV字領域内解析画像を生成するV字領域抽出部59を、プラズマ流位置解析部40に設けてもよい。この際、緑成分を抽出する場合には、波長が450[nm]超〜650[nm]、より好ましくは青成分や赤成分と重ならない510[nm]〜560[nm]の緑成分であることが望ましい。
本発明によれば、鋼板周辺における機器の設置スペースへの要求を減らしつつ、従来よりもプラズマ流の影響を低減して溶接操業を解析できる、溶接操業監視システムおよび溶接操業監視方法の提供が可能となる。よって、産業上の利用可能性は大である。
1,71 溶接操業監視システム
3 撮像装置
4,74 溶接操業監視装置
6 鋼板（帯状鋼板）
7a,7b 突合せ端部
34 青成分画像抽出部
36 幾何学的V字収束点解析部
37 物理的衝合点解析部
38 溶接点解析部
40 プラズマ流位置解析部
42 ２値化処理部
62 プラズマ流中心線算出部
63 比較部
73 選択波長低減画像撮像装置（撮像装置）
73b 光学素子
134 赤成分画像抽出部
ER1 V字表示領域
ER5 プラズマ流中心領域
ERv V字領域
L1a,L1b 近似直線
L2 幾何学的中心線
L3 プラズマ流中心線
V0 幾何学的V字収束点
V1 物理的衝合点
W 溶接点

Claims (20)

  1. 帯状鋼板を管状に成形しつつ、一対の突合せ端部同士をV字状に収束させ、V字領域を含む溶接部にプラズマ流を供給してシールドしながら電縫溶接を行う際の溶接操業を監視する溶接操業監視システムであって、
    前記管状に形成される前記帯状鋼板の管内側及び管外側のうち、前記プラズマ流が供給される方とは反対側に配置され、前記V字領域越しに前記プラズマ流を含むカラー画像を撮影する撮像装置と；
    前記カラー画像から特定色成分を抽出した特定色成分画像を生成し、前記特定色成分画像中に示された前記V字領域に基づいて、前記カラー画像内の前記V字領域に対応する領域であるV字表示領域を特定することで、前記溶接操業の状態を解析する溶接操業監視装置と；
    を備えることを特徴とする溶接操業監視システム。
  2. 前記溶接操業監視装置は、前記特定色成分画像として青成分画像を生成する青成分画像抽出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接操業監視システム。
  3. 前記溶接操業監視装置は、
    前記カラー画像の前記V字表示領域の部分から、赤成分画像および緑成分画像の少なくとも一方を抽出し、抽出した前記赤成分画像および前記緑成分画像の少なくとも一方の濃淡から、前記プラズマ流のプラズマ流中心領域を特定する、プラズマ流位置解析部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項２に記載の溶接操業監視システム。
  4. 前記プラズマ流位置解析部は、
    前記プラズマ流中心領域をなす一対のプラズマエッジをそれぞれ直線近似してV字収束角を求め、前記一対のプラズマエッジ間の二等分線をプラズマ流中心線として求める、プラズマ流中心線算出部を有する
    ことを特徴とする請求項３に記載の溶接操業監視システム。
  5. 前記溶接操業監視装置は、
    前記青成分画像に基づいて前記一対の突合せ端部同士が物理的に衝合する物理的衝合点を検出する物理的衝合点解析部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項４に記載の溶接操業監視システム。
  6. 前記プラズマ流位置解析部は、
    前記プラズマ流中心線の位置と、前記物理的衝合点解析部より得た前記物理的衝合点の位置との相対位置関係を求める比較部をさらに有する
    ことを特徴とする請求項５に記載の溶接操業監視システム。
  7. 前記溶接操業監視装置は、
    前記青成分画像に基づいて前記一対の突合せ端部同士が物理的に衝合する物理的衝合点を検出する物理的衝合点解析部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項２又は３に記載の溶接操業監視システム。
  8. 前記溶接操業監視装置は、
    前記V字表示領域をなす一対の前記突合せ端部それぞれを直線近似した一対の近似直線を求め、前記一対の近似直線の交点を幾何学的V字収束点として検出する、幾何学的V字収束点解析部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の溶接操業監視システム。
  9. 前記溶接操業監視装置は、
    前記青成分画像に基づいて特定された前記プラズマ流の画像を前記カラー画像中から消去することで、溶接ビード線及び一対の溶融エッジ線を含むプラズマ流消去画像を生成し、前記プラズマ流消去画像に基づいて溶接点を求める、溶接点解析部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の溶接操業監視システム。
  10. 前記撮像装置は、前記プラズマ流の赤成分のうちの特定波長に対応する成分の輝度を選択的に低減させる光学素子を備え；
    前記溶接操業監視装置は、
    前記撮像装置により前記光学素子を介して撮影された前記カラー画像から前記特定色成分画像として赤成分画像を抽出する赤成分画像抽出部と、
    前記赤成分画像を２値化処理する２値化処理部と、
    を備える；
    ことを特徴とする請求項１に記載の溶接操業監視システム。
  11. 前記溶接操業監視装置は、
    ２値化された前記赤成分画像に基づいて前記プラズマ流のプラズマ流中心領域を特定するプラズマ流位置解析部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１０に記載の溶接操業監視システム。
  12. 前記プラズマ流位置解析部は、
    前記プラズマ流中心領域をなす一対のプラズマエッジをそれぞれ直線近似して得たV字収束角に基づき、前記一対のプラズマエッジ間の二等分線をプラズマ流中心線として求める、プラズマ流中心線算出部を有する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の溶接操業監視システム。
  13. 前記溶接操業監視装置は、
    ２値化された前記赤成分画像に基づいて、前記一対の突合せ端部同士が物理的に衝合する物理的衝合点を検出する、物理的衝合点解析部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１２に記載の溶接操業監視システム。
  14. 前記プラズマ流位置解析部は、
    前記プラズマ流中心線の位置と、前記物理的衝合点解析部より得た前記物理的衝合点の位置との相対位置関係を求める比較部をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の溶接操業監視システム。
  15. 前記溶接操業監視装置は、
    ２値化された前記赤成分画像に基づいて、前記一対の突合せ端部同士が物理的に衝合する物理的衝合点を検出する、物理的衝合点解析部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の溶接操業監視システム。
  16. 前記溶接操業監視装置は、
    ２値化された前記赤成分画像に基づいて、前記一対の溶融エッジ線それぞれを直線近似した一対の近似直線を求め、前記一対の近似直線の交点を幾何学的V字収束点として求める、幾何学的V字収束点解析部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１０〜１５の何れか１項に記載の溶接操業監視システム。
  17. 前記溶接操業監視装置は、
    ２値化された前記赤成分画像に基づいて特定された前記プラズマ流の画像を前記カラー画像中から消去することで、溶接ビード線及び一対の溶融エッジ線を含むプラズマ流消去画像を生成し、前記プラズマ流消去画像に基づいて溶接点を求める、溶接点解析部を備える
    ことを特徴とする請求項１０〜１６の何れか１項に記載の溶接操業監視システム。
  18. 帯状鋼板を管状に成形しつつ、一対の突合せ端部同士をV字状に収束させ、V字領域を含む溶接部にプラズマ流を供給してシールドしながら電縫溶接を行う際の溶接操業を監視する溶接操業監視方法であって、
    前記管状に形成される前記帯状鋼板の管内側及び管外側のうち、前記プラズマ流が供給される方とは反対側より、前記V字領域越しに前記プラズマ流を含むカラー画像を撮影する撮像工程と；
    前記カラー画像から特定色成分を抽出して特定色成分画像を生成し、前記特定色成分画像中に示された前記V字領域に基づいて、前記カラー画像内の前記V字領域に対応する領域であるV字表示領域を特定することで、前記溶接操業の状態を解析する溶接操業監視工程と；
    を有することを特徴とする溶接操業監視方法。
  19. 前記溶接操業監視工程で、
    前記特定色成分画像として青成分画像を生成し、
    前記V字領域の部分の前記カラー画像から、赤成分画像および緑成分画像の少なくともいずれか一方を抽出し、
    抽出した前記赤成分画像および前記緑成分画像の少なくともいずれか一方の濃淡から、前記プラズマ流のプラズマ流中心領域を特定する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の溶接操業監視方法。
  20. 前記撮像工程では、前記プラズマ流の赤成分のうちの特定波長に対応する成分の輝度を選択的に低減させて撮影することで前記カラー画像を取得し；
    前記溶接操業監視工程では、前記特定波長に対応する成分の輝度が選択的に低減された前記カラー画像に基づいて、前記溶接操業の状態を解析する；
    ことを特徴とする請求項１８に記載の溶接操業監視方法。
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