JPH04301709A - 金属管のシーム収束部突合せ形状計測方法 - Google Patents
金属管のシーム収束部突合せ形状計測方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属帯から連続的にロ
ール成形して溶接するシーム溶接管のシーム収束部分の
突合せ形状計測方法に関するものである。
ール成形して溶接するシーム溶接管のシーム収束部分の
突合せ形状計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、成形、溶接技術の進展に伴い、炭
素鋼管をはじめステンレス鋼管、Ｔｉ管、超合金管など
種々のシーム溶接管が製造されるようになり、その使用
用途はラインパイプ、配管、構造用管等と多岐にわたる
ようになってきた。これらのシーム溶接管の使用条件は
年々苛酷さを増し、溶接部に対する品質要求が厳しくな
る傾向にあり、溶接欠陥の防止が重要な課題となってい
る。
素鋼管をはじめステンレス鋼管、Ｔｉ管、超合金管など
種々のシーム溶接管が製造されるようになり、その使用
用途はラインパイプ、配管、構造用管等と多岐にわたる
ようになってきた。これらのシーム溶接管の使用条件は
年々苛酷さを増し、溶接部に対する品質要求が厳しくな
る傾向にあり、溶接欠陥の防止が重要な課題となってい
る。
【０００３】一般に金属帯から連続的にロール成形して
溶接するシーム溶接管の製造においては、シーム収束部
分の突合せ形状、特に両エッジ面の突合せ角度異常やオ
フセットが溶接品質に大きな影響を及ぼす。例えば、突
合せ形状不良は高周波電縫溶接管の場合、エッジの加熱
パターンや酸化物のスクイズアウト状況に著しく悪影響
を及ぼし、未溶着、冷接、ペネトレーターと称される溶
接欠陥の発生原因になる。またＴＩＧ溶接管のような溶
融溶接の場合でも融合不良などの原因になる。このため
シーム収束部分の突合せ角度やオフセットなどを立体的
に高精度な計測を行って、成形条件を高精度に設定する
ことは、電縫溶接部の品質管理の上で重要きわまりない
ことである。
溶接するシーム溶接管の製造においては、シーム収束部
分の突合せ形状、特に両エッジ面の突合せ角度異常やオ
フセットが溶接品質に大きな影響を及ぼす。例えば、突
合せ形状不良は高周波電縫溶接管の場合、エッジの加熱
パターンや酸化物のスクイズアウト状況に著しく悪影響
を及ぼし、未溶着、冷接、ペネトレーターと称される溶
接欠陥の発生原因になる。またＴＩＧ溶接管のような溶
融溶接の場合でも融合不良などの原因になる。このため
シーム収束部分の突合せ角度やオフセットなどを立体的
に高精度な計測を行って、成形条件を高精度に設定する
ことは、電縫溶接部の品質管理の上で重要きわまりない
ことである。
【０００４】従来の突合せ形状計測は、例えば高周波電
縫溶接管の場合、本溶接前に試験溶接を行い、図２に示
すように溶接噛止めサンプル１２を採取し、シーム収束
部３をプレス１３で押割ってＡ−Ａ′破断面の加熱パタ
ーン１４から突合せ形状を図３のようにＩ型、Ｖ型、逆
Ｖ型というように定性的に分類する方法がとられている
。この方法では、溶接品質が良好なＩ型の突合せ形状に
設定するために、ロール調整と突合せ形状調査を繰り返
さねばならないため長い停止時間を要し、生産性に支障
をきたすという大きな問題があった。またその設定精度
は低いものであった。このような突合せ形状計測は、高
周波電縫溶接以外の溶接法においても全く同様の方法が
とられており、新しい計測法の提案は全くない。このた
め高精度な突合せ形状計測を可能とする新しい計測方法
の開発が強く要望されている。
縫溶接管の場合、本溶接前に試験溶接を行い、図２に示
すように溶接噛止めサンプル１２を採取し、シーム収束
部３をプレス１３で押割ってＡ−Ａ′破断面の加熱パタ
ーン１４から突合せ形状を図３のようにＩ型、Ｖ型、逆
Ｖ型というように定性的に分類する方法がとられている
。この方法では、溶接品質が良好なＩ型の突合せ形状に
設定するために、ロール調整と突合せ形状調査を繰り返
さねばならないため長い停止時間を要し、生産性に支障
をきたすという大きな問題があった。またその設定精度
は低いものであった。このような突合せ形状計測は、高
周波電縫溶接以外の溶接法においても全く同様の方法が
とられており、新しい計測法の提案は全くない。このた
め高精度な突合せ形状計測を可能とする新しい計測方法
の開発が強く要望されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来法の欠点をなくするためになされたもので、焦点深
度が３０ｍｍ以下の光学レンズ系を用いて、シーム収束
部を管軸方向から撮像し、該像を画像解析することによ
って、突合せ形状を立体的、かつ高精度に計測すること
を目的とする。
従来法の欠点をなくするためになされたもので、焦点深
度が３０ｍｍ以下の光学レンズ系を用いて、シーム収束
部を管軸方向から撮像し、該像を画像解析することによ
って、突合せ形状を立体的、かつ高精度に計測すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】本発明者らは
ビデオカメラおよび画像解析装置を利用して種々の実験
を重ねシーム収束部分の突合せ形状の計測法を検討した
結果、焦点深度が３０ｍｍ以下の光学レンズ系を用いて
シーム収束部分を管軸方向から撮影すると、エッジ面の
焦点距離の合った位置の断面像が高精度に観察でき、該
焦点距離を連続的に変化させることによりシーム収束部
の突合せ形状を立体的に観察できることが分かった。さ
らに該像を画像解析装置に入力して演算処理することに
よって突合せ角度やエッジコーナー４点位置を高精度に
検知し、前もって設定された適正値との差を算出して形
成ロール圧下駆動系を制御するための制御信号を出力す
ることにより、突合せ形状を高精度かつ高能率に計測、
制御できることを見出した。
ビデオカメラおよび画像解析装置を利用して種々の実験
を重ねシーム収束部分の突合せ形状の計測法を検討した
結果、焦点深度が３０ｍｍ以下の光学レンズ系を用いて
シーム収束部分を管軸方向から撮影すると、エッジ面の
焦点距離の合った位置の断面像が高精度に観察でき、該
焦点距離を連続的に変化させることによりシーム収束部
の突合せ形状を立体的に観察できることが分かった。さ
らに該像を画像解析装置に入力して演算処理することに
よって突合せ角度やエッジコーナー４点位置を高精度に
検知し、前もって設定された適正値との差を算出して形
成ロール圧下駆動系を制御するための制御信号を出力す
ることにより、突合せ形状を高精度かつ高能率に計測、
制御できることを見出した。
【０００７】以下、本発明を電縫鋼管の製造に適用した
場合について、図面により詳細に説明する。図１におい
て金属帯両エッジ１，１がＶ字状に収束しながらコンタ
クトシュー２，２から供給される高周波電流により加熱
溶融されて、シーム収束点３で衝合し、スクイズロール
４，４で加圧されて溶接がなされる。この電縫鋼管製造
設備においてコンタクトシュー２，２の上流側から溶接
点３に向かって管軸方向に撮影できるように撮像装置５
、光学レンズ系７、反射鏡８を配置する。撮像は対向す
るエッジ面６，６の中央位置から光軸が板厚中央と略一
致するようにし、視野はシーム収束点３を中心にして両
エッジ面６，６が画面上で略左右対称になるようにする
。この時、反射鏡の位置を上下に移動させるとともに角
度を調整して、測定したい位置に焦点を合わせてシーム
収束点３に向かって管軸方向に傾斜して撮像してもよい
。その場合には像の角度補正を行う。
場合について、図面により詳細に説明する。図１におい
て金属帯両エッジ１，１がＶ字状に収束しながらコンタ
クトシュー２，２から供給される高周波電流により加熱
溶融されて、シーム収束点３で衝合し、スクイズロール
４，４で加圧されて溶接がなされる。この電縫鋼管製造
設備においてコンタクトシュー２，２の上流側から溶接
点３に向かって管軸方向に撮影できるように撮像装置５
、光学レンズ系７、反射鏡８を配置する。撮像は対向す
るエッジ面６，６の中央位置から光軸が板厚中央と略一
致するようにし、視野はシーム収束点３を中心にして両
エッジ面６，６が画面上で略左右対称になるようにする
。この時、反射鏡の位置を上下に移動させるとともに角
度を調整して、測定したい位置に焦点を合わせてシーム
収束点３に向かって管軸方向に傾斜して撮像してもよい
。その場合には像の角度補正を行う。
【０００８】図１の場合、シーム収束部分を管軸方向か
ら見た像を反射鏡８で撮像装置５に伝送する例を示して
いるが、伝送手段としてはファイバースコープによる像
の伝送なども適用でき、特に制限を加えるものではない
。このように設定した光学レンズ系７で計測したい位置
に焦点を合せると、モニター９には図４（ａ）に示すよ
うに焦点が合った位置の断面形状が２本の曲線１５，１
５として像を結び突合せ形状を観察することができる。 また図１の光学レンズ系７の焦点距離を連続的に変化さ
せることによってシーム収束部の形状を立体的に観察す
ることができる。
ら見た像を反射鏡８で撮像装置５に伝送する例を示して
いるが、伝送手段としてはファイバースコープによる像
の伝送なども適用でき、特に制限を加えるものではない
。このように設定した光学レンズ系７で計測したい位置
に焦点を合せると、モニター９には図４（ａ）に示すよ
うに焦点が合った位置の断面形状が２本の曲線１５，１
５として像を結び突合せ形状を観察することができる。 また図１の光学レンズ系７の焦点距離を連続的に変化さ
せることによってシーム収束部の形状を立体的に観察す
ることができる。
【０００９】シーム収束形状の高精度な計測を行うため
には、エッジ面の焦点の合った部分を幅が０．５ｍｍ以
下の細い線がよい。細幅が極細になると識別しにくくな
るので、鮮明拡大化手段を設ければよいが、実用的には
０．１ｍｍ以上が望ましい。図５に示すようにこの線（
像）の幅Ｗは焦点深度Ｌとシーム収束角度θによってか
わり、Ｗ＝Ｌ ｔａｎθ／２の関係がある。シーム溶接
管の場合、シーム収束角度θは溶接法または計測位置に
よって約２〜１０度の範囲まであり、図６に示すように
線の幅：Ｗを好ましい０．５ｍｍ以下にするためにはシ
ーム収束角度θに応じて適当な焦点深度Ｌの選択が必要
である。本発明の適正条件領域は斜線部であり、この結
果から焦点深度Ｌの上限を３０ｍｍとした。
には、エッジ面の焦点の合った部分を幅が０．５ｍｍ以
下の細い線がよい。細幅が極細になると識別しにくくな
るので、鮮明拡大化手段を設ければよいが、実用的には
０．１ｍｍ以上が望ましい。図５に示すようにこの線（
像）の幅Ｗは焦点深度Ｌとシーム収束角度θによってか
わり、Ｗ＝Ｌ ｔａｎθ／２の関係がある。シーム溶接
管の場合、シーム収束角度θは溶接法または計測位置に
よって約２〜１０度の範囲まであり、図６に示すように
線の幅：Ｗを好ましい０．５ｍｍ以下にするためにはシ
ーム収束角度θに応じて適当な焦点深度Ｌの選択が必要
である。本発明の適正条件領域は斜線部であり、この結
果から焦点深度Ｌの上限を３０ｍｍとした。
【００１０】このようにして得た像は図１の撮像装置５
から画像記録装置１０に入力され録画される。録画され
た該像はさらに映像信号として画像信号処理装置に入力
され、図４（ｂ）のように該像からシーム収束部の突合
せ角度１６、管の外面側エッジコーナー位置１７，１７
および内面側エッジコーナー位置１８，１８を検知する
。さらに該計測結果と前もって設定された適正値との差
を演算し、ヘッドロール等の成形ロール圧下条件を制御
するための制御信号を出力する。以上の方法によって突
合せ形状が高精度、かつ高能率に計測、制御できる。
から画像記録装置１０に入力され録画される。録画され
た該像はさらに映像信号として画像信号処理装置に入力
され、図４（ｂ）のように該像からシーム収束部の突合
せ角度１６、管の外面側エッジコーナー位置１７，１７
および内面側エッジコーナー位置１８，１８を検知する
。さらに該計測結果と前もって設定された適正値との差
を演算し、ヘッドロール等の成形ロール圧下条件を制御
するための制御信号を出力する。以上の方法によって突
合せ形状が高精度、かつ高能率に計測、制御できる。
【００１１】
【実施例】図１に示す装置を用いて電縫鋼管を製造した
。表１に金属帯の化学成分を示し、表２に造管条件を示
す。造管サイズは４０６．４ｍｍφ×９．５ｍｍｔで、
突合せ形状はいづれもＩ型突合せを目標とし、標準的な
溶接条件で造管した。実験のくり返し数はＮ＝５とし溶
接品質のバラツキで評価した。実験Ｎｏ．１〜２は本発
明例で、実験Ｎｏ．３〜４は比較例である。比較例の実
験Ｎｏ．３は本発明と同様の方法で突合せ計測を行って
いるが、焦点深度が本発明範囲外の場合であり、実験Ｎ
ｏ．４は従来法による突合せ計測の場合である。なお実
験Ｎｏ．１〜３の突合せ形状計測は図１に示すように反
射鏡、光学レンズ、ＣＣＤカメラで構成される装置で撮
像して、該像は光ディスクに録画後リアルタイムに画像
信号解析装置に入力後突合せ角度と両エッジの外面側コ
ーナー位置を計測し、この計測値と適正値との差を演算
した。
。表１に金属帯の化学成分を示し、表２に造管条件を示
す。造管サイズは４０６．４ｍｍφ×９．５ｍｍｔで、
突合せ形状はいづれもＩ型突合せを目標とし、標準的な
溶接条件で造管した。実験のくり返し数はＮ＝５とし溶
接品質のバラツキで評価した。実験Ｎｏ．１〜２は本発
明例で、実験Ｎｏ．３〜４は比較例である。比較例の実
験Ｎｏ．３は本発明と同様の方法で突合せ計測を行って
いるが、焦点深度が本発明範囲外の場合であり、実験Ｎ
ｏ．４は従来法による突合せ計測の場合である。なお実
験Ｎｏ．１〜３の突合せ形状計測は図１に示すように反
射鏡、光学レンズ、ＣＣＤカメラで構成される装置で撮
像して、該像は光ディスクに録画後リアルタイムに画像
信号解析装置に入力後突合せ角度と両エッジの外面側コ
ーナー位置を計測し、この計測値と適正値との差を演算
した。
【００１２】突合せ形状の制御は演算結果を一対のヘッ
ドロールの圧下制御信号に変換してヘッドロールの圧下
力バランスを調整して突合せをＩ型とし、エッジの外面
側コーナー位置が水平になるようにした。必要に応じて
フィンパスロールの圧下調整を行うこともできる。溶接
後これらの電縫鋼管から溶接部に２ｍｍＶノッチを入れ
たＣ方向のシャルピー試験片を連続的に各５０本製作し
て、＋１００℃で試験し延性破壊させた。次にこのシャ
ルピー試験片の破面を１０〜５０倍の実体顕微鏡で観察
し、溶接欠陥の面積率を測定した。その結果を表２に示
す。本発明による方法は調整時間が短かく、その溶接品
質は、高グレードの溶接管に要求される欠陥面積率０．
１％以下を安定して満たしている。
ドロールの圧下制御信号に変換してヘッドロールの圧下
力バランスを調整して突合せをＩ型とし、エッジの外面
側コーナー位置が水平になるようにした。必要に応じて
フィンパスロールの圧下調整を行うこともできる。溶接
後これらの電縫鋼管から溶接部に２ｍｍＶノッチを入れ
たＣ方向のシャルピー試験片を連続的に各５０本製作し
て、＋１００℃で試験し延性破壊させた。次にこのシャ
ルピー試験片の破面を１０〜５０倍の実体顕微鏡で観察
し、溶接欠陥の面積率を測定した。その結果を表２に示
す。本発明による方法は調整時間が短かく、その溶接品
質は、高グレードの溶接管に要求される欠陥面積率０．
１％以下を安定して満たしている。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、シーム収束部分の突合
せ形状を立体的に、かつ高精度に計測することができ、
この計測技術を用いて成形条件を設定することにより、
溶接欠陥の少ない金属管の高能率な製造が可能になる。
せ形状を立体的に、かつ高精度に計測することができ、
この計測技術を用いて成形条件を設定することにより、
溶接欠陥の少ない金属管の高能率な製造が可能になる。
【図１】本発明の装置配置の一例を示す概略図。
【図２】従来の突合せ形状調査法を示す概略図。
【図３】従来の突合せ形状パターン分類を示す模式図。
【図４】本発明法により撮影した映像と画像解析の一例
を示す模式図。
を示す模式図。
【図５】像の幅、焦点深度、およびシーム収束角度の関
係を示す模式図。
係を示す模式図。
【図６】像の幅、焦点深度、およびシーム収束角度の関
係を示す図。
係を示す図。
１ 金属帯エッジ
２ コントタクトシュー
３ シーム収束点
４ スクイズロール
５ 撮像装置
６ エッジ面
７ 光学レンズ系
８ 反射鏡
９ モニター
１０ 画像記録装置
１１ 画像信号処理装置
１２ 溶接噛止めサンプル
１３ プレス
１４ 加熱パターン
１５ 曲線
１６ 突合せ角度
１７ 外面側エッジコーナー位置
１８ 外面側エッジコーナー位置
Ｗ 線（像）の幅
Ｌ 焦点深度
θ シーム収束角度
Claims (2)
- 【請求項１】 金属帯を連続的にロール成形して溶接
するシーム溶接管の製造において、焦点深度が３０ｍｍ
以下の光学レンズ系を有する撮像装置を用いて、前記溶
接管のシーム収束部の像を管進行方向前方から撮影し、
前記像を画像処理することを特徴とする金属管のシーム
収束部突合せ形状計測方法。 - 【請求項２】 前記像の画像処理に続いて、前もって
設定された適正突合せパターンとの差異を演算して、成
形ロール圧下条件を調整する制御信号を出力することを
特徴とする金属管のシーム収束部突合せ形状計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6719691A JPH04301709A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 金属管のシーム収束部突合せ形状計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6719691A JPH04301709A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 金属管のシーム収束部突合せ形状計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04301709A true JPH04301709A (ja) | 1992-10-26 |
Family
ID=13337913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6719691A Withdrawn JPH04301709A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 金属管のシーム収束部突合せ形状計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04301709A (ja) |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP6719691A patent/JPH04301709A/ja not_active Withdrawn
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