JPH0433289A - 電縫管の入熱制御装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は電縫管の入熱制御装置に関し、特に真の溶接温
度を推定する手段に特徴をもつものである。

Ｂ１発明の概要 本発明は電縫管の溶接温度を色温度計により計測し、そ
の計測結果に基づいて入熱制御を行う装置において、 例えばミル速度、板厚あるいは外光等に基づいて温度計
測値の補正値をファジィ推論により求め、この補正値と
温度計測結果との加算値を温度の真値として捉え、この
値に基づいて入熱制御を行うことによって、 溶接温度の推定値の信頼性を高め、優れた入熱制御の実
現を図ることにある。

Ｃ１従来の技術 電縫管溶接は第４図に示すように帯鋼板１を円形に成形
し、■形状の突き合わせ部分に例えばコンタクトチップ
２，２よりの電流を集中させ、ロール３．３で圧接しな
がら連続的に造管するものである。従って電縫管におけ
る溶接状態の決定要素としては、投入電力、鋼板の厚さ
及びライン速度等が挙げられる。

ここで電縫管の入熱制御については、温度を変化させる
計測可能な要素即ち板厚、速度、圧力を検出して基準値
と比較し、変化した分に相当する温度変化に応じて変化
をなくすように電力量をフィードフォワード的に制御す
る方法と、更に他要因による変化を包括的に温度で捉え
フィードバック的に補償する方法とを組み合わせている
。

このようなことがら電縫管溶接を行う場合、溶接温度は
製品の品質に大きく影響を与える。ここに従来温度計と
しては、色温度計である二色温度計が使用されており、
ＰＩ制御に用いる温度計測値としては二色温度計からの
信号を移動平均処理した値を用いている。

Ｄ２発明が解決しようとする課題 しかしながら次のような理由により各時点の温度計測値
は信頼性が低い。

即ち、第５図に示すように溶接する突き合わせ面の中心
点Ａの温度を計測することが理想であるが、環境上温度
計Ｂの設置位置に制約があり、通常同図のように突き合
わせ部分の上方に温度計を設置しているため、コーナＣ
の温度が測定されてしまう。コーナＣの温度は中心点Ａ
の温度よりも高く、その差分は板厚に関係しているため
、この場合温度計測値の信頼性は板厚によって左右され
ることになる。また板厚の他に電縫管の蛇行、外光、測
定点の位置あるいは外光等の外乱によっても温度計測値
が変わる。例えば測定すべき部位を突き合わせ部分のＶ
形状の頂点とすると、被溶接体が蛇行した場合前記部位
が左右に振れてしまい計測値が変化するし、あるいは天
候や作業場所の照明が変わったときにも計測値が変化す
る。従って温度計測値に基づいて入熱制御を行うといっ
ても、温度計測値そのものの信頼性が低いのでは制御安
定性や再現性が悪く、冷接や過熱によるベネレータ欠陥
を起こすことがあった。

本発明の目的はこのような課題を解決し、入熱制御に用
いる温度計測値を真値に近づけ、これにより制御安定性
及び制御再現性を確保することにある。

８１課題を解決するための手段 本発明は、電縫管の溶接温度を計測する色温度計と、こ
の色温度計の計測値を変化させる外乱因子について与え
たメンバシップ関数を前件部とし、前記計測値の補正値
について与えたメンバシップ関数を後件部とするファジ
ィルールを備え、前記外乱因子の値を前記ファジィルー
ルに適用してファジィ推論を実行し、これにより前記補
正値を推定する温度補正値推定部と、この温度補正値推
定部で推定された補正値と色温度計による計測結果とを
加算し、溶接温度の推定真値として出力する加算部とを
有し、この加算部よりの推定真値に基づいて入熱制御を
行うことを特徴とする。

Ｆ９作用 例えば色温度計の計測値の移動平均値を求めると共に、
上記の外乱因子例えば帯鋼板の板厚、ミル速度あるいは
外光の強さ等に基づいてファジィ推論により温度補正値
を求め、この補正値と上記の移動平均値との加算値を真
値の推定値とする。

温度計測値は外乱因子の大きさに応じて真値から外れる
ので、その外れた分を補正値として求めることによって
、推定値が真値に極めて近似した値となる。

Ｇ、実施例 第１図において４は温度補正値推定部であって、入力処
理部５、ルール格納部６、関数格納部７及びファジィ推
定部８よりなり、温度計測値の補正値Δθ、を推定する
。９は加算部であり、温度計測値の移動平均値θ、６と
前記補正値Δθ１とを加算する。１０は入熱制御部であ
り、前記加算部９よりの加算値等を入力して電力制御の
ための制御信号を出力する。

次に温度補正値推定部４について詳述する。

前記処理部５は色温度計例えば二色温度計の計測値を変
化させる外乱因子の値を取り込み、後述する各メンバシ
ップ関数の横軸に対応した値となるように処理を行う。

この例では外乱因子としてミル速度■１、板厚Ｔ、、外
光Ｒｖ１視野ズレ、計測点Ｐ０、溶接周波数ｆ、を用い
ている。ここでミル速度ｖｗ及び板厚Ｔ、の値としては
夫々ラインに設置された速度計及び板厚計よりの検出値
を用いている。また外光Ｒ，とは周囲の明るさに相当す
るものであり、例えば作業場に配置した照度計よりの照
度を用いている。視野ズレＦ、とは、ラインの中心軸に
対して電縫管の中心軸が左右に位置ズレした場合の変位
距離であり、電縫管が左右に振れた場合にこのような中
心軸の位置ズレが起こる。この視野ズレは、例えば７字
状の突き合わせ部分をカメラで監視し、このカメラより
の信号に基づいて求められる。計測点Ｐ、とは、色温度
計の計測点が本来の計測点から入口側あるいは出口側に
どれだけ変位しているかを示す値であり、例えば圧接ロ
ール３．３の中心軸を結ぶラインからの変位距離に相当
する。このように計測点Ｐ。

が外乱因子となる理由は、圧接ロール３．３の存在等に
より色温度計の設置位置が制約されることによる。従っ
て計測点Ｐは予め計測しておくことにより得られる。

ルール格納部６は、各外乱因子について与ターたメンバ
シップ関数を前件部とし、温度計測値の補正値について
与えたメンバシップ関数を後件部とするファジィルール
群を格納している。第２図は温度計測値と真値との関係
が外乱因子によって受ける影響を示した図である。なお
同図（ｂ）のソリプルとは電縫管に吹き付ける冷却水で
あり、その水量によって水蒸気の量が変わるので温度計
測値が変わる。ただし第１図の例ではソリプルは考慮し
ていない。以上のように外乱因子の影響を把握し、これ
に基づいて前記ファジィルールが作成されている。

関数格納部７は、各外乱因子毎に与えられたメンバシッ
プ関数と温度補正値Δθ１に与えられたメンバシップ関
数とを格納している。各メンバシップ関数を第３図（ａ
）〜（ｅ）に示し、各ファジィラベルの意味を以下に示
す。

（１）Δθ１について ＮＢ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｂｉｇ　ＮＳ：Ｎｅｇａｔｉ
ｖｅ　Ｓｍａｌｌ　ＺＺ：Ｚｅｒ。

ＰＳ：Ｐｏ５ｉｔｅｖｅ　Ｓｍａｌｌ　ＰＢ：Ｐｏ５ｉ
ｔｉｖｅ　Ｂｉｇ（２）Ｖ、について ＶＳ：Ｖｅｒｙ　Ｓｌｏｗ　ＳＬ：５１ｏｖ　ＭＤ：Ｍ
ｅｄｉｕｍ　ＰＡ：ＦａｓｔＶＦ：　Ｖｅｒｙ　Ｆａｓ
ｔ （３）Ｔ、について Ｍｌ　：　Ｖｅｒｙ　Ｔｈ１ｎ　ＴＮ：Ｔｈ１ｎ　ＭＤ
：Ｍｅｄｉｕｍ　ＴＫ：Ｔｈ１ｃｋＶＫ　Ｖｅｒｙ　Ｔ
ｈ１ｃｋ （４）Ｒ，について ＤＡ：Ｄａｒｋ　ＳＤ：Ｓｌｉｇｔｌｙ　　Ｄａｒｋ　
ＭＤ：Ｍｅｄｉｕｓ　ＳＬ：ＳＩｉｇｈｔｌｙ　Ｌｉｇ
ｈｔ　　ＬＩ：Ｌｉｇｈｔ（５）Ｆｖについて ＺＺ：Ｚｅｒｏ　　ＳＭ：Ｓｍａｌｌ　ＢＧ：ｂｉｇ（
６）Ｐｖについて ＩＳ：Ｉｎ５ｉｄｅ　ＣＮ：Ｃｅｎｔｅｒ　Ｏ８：０ｕ
ｔｓｉｄｅ（７）ｆ、について ＶＬ：Ｖｅｒｙ　Ｌｏｗ　ＳＬ：ＳＩｉｇｂｔｌｙ　Ｌ
ｏｗ　ＭＤ：ＭｅｄｉｕｍＳＨ：Ｓｌｉｇｈｔｌｙ　Ｈ
ｉｇｈ　ＶＨ：Ｖｅｒｙ　Ｈｉｇｈまた上記のファジィ
ルールの一例を以下に示す。

（１）Ｖｗによるファジィルール ＩＦ　　Ｖ、　　ｉｓ　　ＶＳ　　ＴＨＥＮ　　６０ｗ
　　ｉｓ　　ＰＢＩＦ　　Ｖｖｉｓ　　ＳＬ　　ＴＨＥ
Ｎ　　ΔθＶ　　Ｉｓ　　ＰＳＩＦ　　Ｖｖｉｓ　　Ｍ
Ｄ　　ＴＨＥＮ　　Δθｖ　　ｉｓ　　ＺＺＩＦ　　Ｖ
、　　ｉｓ　　ＦＡ　　ＴＨＥＮ　　Δθｖ　　Ｉｓ　
　Ｎ５ＩＦ　　　Ｖ、　　　ｉｓ　　ＶＦ　　ＴＨＥＮ
　　６０ｗ　　　ｉｓ　　ＮＢ（２）Ｔ、によるファジ
ィルール ＩＦ　　Ｔｗｉｓ　　ＶＩ　　ＴＨＥＮ　　Δθｖ　　
ｉｓ　　ＮＢＩＦ　　Ｔ、　　ｉｓ　　ＴＮ　　ＴＨＥ
Ｎ　　ΔθＷ　　ｉｓ　　Ｎ５ＩＦ　　Ｔ、　　ｉｓ　
　ＭＤ　　ＴＨＥＮ　　６０ｗ　　ｚｓ　　ＺＥＩＦ　
　Ｔ、　　ｉｓ　　ＴＫ　　ＴＨＥＮ　　６０ｗ　　Ｉ
ＩＳ　　ＰＳＩＦ　　Ｔ、　　ｊｓ　　ＶＫ　　ＴＨＥ
Ｎ　　６０ｗ　　ｉｓ　　ＰＢ（３）Ｒ，によるファジ
ィルール ＩＦ　　Ｒｗｉｓ　　ＤＡ　　ＴＨＥＮ　　Δθｖ　　
ｚｓ　　ＰＢＩＰ　　Ｒ，ｉｓ　　ＳＤ　　ＴＨＥＮ　
　６０ｗ　　ｉｓ　　ＰＳＩＦ　　Ｒ，ｉｓ　　ＭＤ　
　ＴＨＥＮ　　Δθｖ　　Ｉｓ　　ＺＥＩＦ　　Ｒ，ｉ
ｓ　　ＳＬ　　ＴＨＥＮ　　６０ｗ　　ｉｓ　　Ｎ５Ｉ
Ｐ　　Ｒ，ｉｓ　　ＬＩ　　ＴＨＥＮ　　６０ｗ　　ｉ
ｓ　　ＮＢ（４）Ｐ、によるファジィルール ＩＦ　　Ｆ、　　ｉｓ　　ＺＥ　　ＴＨＥＮ　　Δθｖ
　　ｉｓ　　ＺＥＩＦ　　Ｆ、　　ｉｓ　　ＳＭ　　Ｔ
ｌ（ＥＮ　　６０ｗ　　ｉｓ　　Ｐ　ＳＩＦ　　Ｆｗ　
ｉｓ　　ＢＧ　　ＴＨＥＮ　　６０ｗ　　ｉｓ　　ＰＢ
（５）Ｐ、によるファジィルール ＩＦ　　Ｐ、　　ｉｓ　　ＩＮ　　ＴＨＥＮ　　６０ｗ
　　ｉｓ　　Ｎ５ＩＦ　　Ｐ、　　ｉｓ　　ＣＮ　　Ｔ
ＨＥＮ　　６０ｗ　　ｉｓ　　’ＺＺＩＦ　　Ｐ、　　
ｉｓ　　ＯＳ　　ＴＨＥＮ　　Δθ、　　ｉｓ　　ＰＳ
（６）ｆ、によるファジィルール ＩＦ　　ｆ、　　ｉｓ　　ＭＬ　　ＴＨＥＮ　　６０ｗ
　　ｉｓ　　ＮＢＩＦ　　ｆｗｉｓ　　ＳＬ　　ＴＨＥ
Ｎ　　６０ｗ　　ｚｓ　　Ｎ５ＩＦ　　ｆｗｉｓ　　Ｍ
Ｄ　　ＴＨＥＮ　　Δθｖ　　ｉｓ　　ＺＥＩＦ　　ｆ
、　　ｉｓ　　ＳＨＴＨＥＮ　　Δθｖ　　ｉｓ　　Ｐ
ＳＩＦ　　ｆ、　　ｉｓ　　ＶＨＴＨＥＮ　　６０ｗ　
　１　ｓ　　Ｐ　８次に上述実施例の作用について述べ
る。二色温度計の計測値が所定間隔で図示しない演算部
に取り込まれ、所定点数の移動平均値θ８゜が求められ
る。一方ミル速度ｖｖ、板厚ＴＶ等の上述した外乱因子
の値が入力処理部５に取り込まれ、ここで第３図に示す
メンバシップ関数の横軸に適合する値となるよう処理さ
れる。そしてファジィ推論部８はルール格納部６内のフ
ァジィルールこの例では先述した（１）〜（５）に記述
した合計２６個のルールを実行し、関数格納部７内のメ
ンバシップ関数を用いて温度補正値へ〇〇を推定する。

ファジィルールの実行については、例えば上記の２６個
の全ルールに対して最大最小値法を適用することができ
る。こうして温度補正値Δθ、が推定されると、前記移
動平均値θｗ、に加算されて溶接温度の推定真値θ、と
じて入熱制御部ＩＯに与えられ、これに基づいてフィー
ドバック的に電力が制御される。

以上において、実施例に示した因子のうち少なくとも１
つのみを外乱因子として温度補正値推定部４に取り込ん
でファジィ推論を行うようにしてもよい。

Ｈ１発明の効果 本発明は、色温度計の計測値を変化させる外乱因子につ
いてその大きさにより温度計測値と温度真値との関係が
どのように変わってくるのかを把握して、これに基づき
予め、外乱因子の大きさと温度計測値の真値からのズレ
分との関係を規定したファジィルールを作成し、このル
ールを適用して求めた温度補正値に例えば温度計測値の
移動平均値を加算してこれを溶接温度の推定真値として
いる。従って本発明によれば、そのときの外乱に対応し
て温度計測値が修正されるので溶接温度の真値を高い信
頼性で推定することができる。この結果制御安定性及び
再現性を確保でき、優秀な電縫管入熱制御を実現でき、
適正温度から外れて冷接や過熱によるペネトレータ欠陥
を起こすおそれがなくなる。このためパイプの継目欠陥
のチエツクに要する労力が軽減され、また大幅な保留ま
り向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は外乱因
子に応じた温度計測値と真値との関係を示すグラフ、第
３図はメンバシップ関数を示すグラフ、第４図は電縫管
溶接の様子を示す斜視図、第５図は色温度計の計測点を
示す説明図である。 Ｉ・・・帯鋼板、３・・・圧接ロール、４・・・温度補
正値推定部、８・・・ファジィ推論部、９・・・加算部
、１０・入熱制御部。 外２名 第２図 （ａ）＠ヂ数ｆｗ （ｂ） ・／１１フＶし くｃ）禾外Ｔｗ （ｄ）りＹ　尤　Ｒｗ （ｅ）５１１度Ｖｗ （１）桜許スレＦｗ （９）＊φ１章、Ｐｗ Ｂｒ看ｊ道 第３図 メン！マンヅブ関数のグラフ （ａ） 醤Ｊ【楠゛圧遁ΔθＷ （ｂ） ミ　　１し遼　ガｔ　　Ｖｗ （Ｃ） 下に 浮 ｗ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電縫管の溶接温度を計測する色温度計と、この色
   温度計の計測値を変化させる外乱因子について与えたメ
   ンバシップ関数を前件部とし、前記計測値の補正値につ
   いて与えたメンバシップ関数を後件部とするファジィル
   ールを備え、前記外乱因子の値を前記ファジィルールに
   適用してファジィ推論を実行し、これにより前記補正値
   を推定する温度補正値推定部と、 この温度補正値推定部で推定された補正値と色温度計に
   よる計測結果とを加算し、溶接温度の推定真値として出
   力する加算部とを有し、 この加算部よりの推定真値に基づいて入熱制御を行うこ
   とを特徴とする電縫管の入熱制御装置。