JPH0577062A

JPH0577062A - 熱間電縫管溶接部の監視方法とその装置

Info

Publication number: JPH0577062A
Application number: JP24367291A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Uchida; 敏行内田; Ichiro Yasumura; 一朗安村; Kiyoshi Kamagata; 清鎌形
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-09-24
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接点付近および母材部の測定をともに精度よ
く測定し、製品品質を向上させる。【構成】電縫管１’の溶接点近傍を睨んで設置したカメ
ラにより、電縫管溶接点付近および母材エッジ部をオン
ラインで撮像し、得られる画像信号の輝度レベルを２値
化処理して、少なくとも溶接点位置および母材エッジを
検知する方法において；溶接点近傍領域Ｓ₁と、この領
域より上流側の管の送りラインと直交する母材エッジ部
検出ラインＳ₂とを区分して設定し、溶接点近傍領域Ｓ
₁および母材エッジ部検出ラインＳ₂ごと２値化レベル
を設定し、溶接点近傍領域Ｓ₁の２値化処理後の高輝度
範囲の中心点または高輝度度数の最高密集点を溶接点と
し、母材エッジ部検出ラインの２値化処理後の各高輝度
点を両母材エッジとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間電縫管の製造時に
溶接部をオンラインで監視する方法とその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電縫管を熱間製造するには、鋼板を成形
ロールで連続的に管状に成形し、その相対向する両母材
エッジ部を誘導加熱等を利用して突き合わせ溶接する。
この際、その両エッジ部は溶接点に収束するいわゆるＶ
角を形成する。

【０００３】かかる製造過程において、母材エッジ部の
温度がその溶接点温度（シーム部温度）より高温になる
と、溶接点のストリップ搬送方向への変化量と上記Ｖ角
が大きくなり、溶接が十分効率的に行えなくなる。逆に
溶接点温度がその母材温度よりも高温になると、上記エ
ッジ突き合わせ部に波打ちが生じ溶接点の周方向への変
動が激しくなり、製品の剛性が低下してしまう。また通
板されてくる母材の蛇行によって、溶接点の周方向への
変化が大きくなり、その結果、エッジ突き合わせ部での
肉厚差が発生する等の問題が生じる。

【０００４】したがって、より良い製品品質を得るため
には上記母材温度と溶接点温度が、ある一定範囲内に入
る必要があり、そのためには、少なくとも溶接点位置お
よびＶ角の挙動、さらには母材の蛇行の状況をオンライ
ンで測定・監視するのが望ましい。逆に、主として溶接
点の流れ方向の位置ずれは、電縫溶接誘導コイルからの
入熱量に大きく依存することから、溶接点の位置ずれを
監視して、誘導コイルによる入熱量制御に利用できる。

【０００５】従来、かかる監視装置として、特開昭61−
140384号公報に開示されているものがある。この装置
は、溶接点上方に設置した高速シャッター２次元イメー
ジセンサカメラを用いて撮影した溶接点周辺部の静止画
像をデジタル信号に変換し、コンピューターを用いて、
そのデジタル画像の濃度レベルから溶接点周辺の温度分
布の計測を行うか、または、汎用画像処理ボードに取り
込んで２値化画像演算処理を行って得られる２値化画像
より溶接点周辺の温度分布、溶鋼排出量、溶接点位置、
およびＶ角のうち１つ以上の計測を行うものである。す
なわち、従来装置では、溶接点周辺の画像処理をする
際、溶接部および母材部を区別せずに同一の２値化レベ
ルを設定し、２値化処理を施し、上記所定の計測を行う
ものであり、溶接点部とエッジ部との輝度レベルの差を
全く考慮していない。さらに、溶接点位置は、管の周方
向（Ｘ方向）のみを検知している。また、Ｖ角の測定に
おいては、母材エッジの２点をＸ，Ｙ座標上で定めるの
に対して、溶接点については管の周方向のＸ座標上での
み定め、母材エッジ部の２点のＸ方向距離と、その母材
エッジ部が位置するＹ座標上の位置と溶接点のＹ座標上
の位置との距離とで測定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記公報記載
の技術は、確かに有用であるものの、次記の難点があ
る。すなわち、第１に、たとえば輝度を高輝度点を白レ
ベルに低輝度点を黒レベルと２値化したときにおいて、
２値化の設定基準を、高輝度の溶接点の輝度を基準とし
て設定した場合には、母材エッジ部が黒レベルとして残
らず、逆に低輝度の母材エッジの輝度を基準として設定
した場合には、溶接点付近の白レベルが真の溶接点領域
以上に広がってしまう。従って、従来のような同一の２
値化レベル設定領域内で溶接点と母材エッジとを同時に
同定する方法では、いずれか一方の測定精度を犠牲とせ
ざるを得ない。

【０００７】第２に、Ｖ角の測定に際し、上記したよう
に、溶接点がエッジ２点の垂直２等分線上に存在するこ
とを前提しているため、カメラの設置精度等によりＶ角
に誤差が生じる。しかも、エッジ部は操業中若干の変動
はあるのが普通であるから、カメラと母材エッジ部との
相対位置を常に正確に維持するのはきわめて困難であ
る。また、溶接点は流れ方向（Ｙ方向）のみで監視して
いるので、母材の蛇行を検出することができない。

【０００８】したがって、本発明の課題は、溶接点位置
および母材エッジ部の検出を高精度が行うことができる
とともに、溶接点を流れ方向および周方向の両者で監視
でき、さらにＶ角および蛇行を精度よく検出することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明法は、電縫管の溶接点近傍を睨んで設置したカメラに
より、電縫管溶接点付近および母材エッジ部をオンライ
ンで撮像し、得られる画像信号の輝度レベルを２値化処
理して、少なくとも溶接点位置および母材エッジを検知
する方法において；面積をもった溶接点近傍領域と、こ
の領域より上流側の管の送りラインと直交する母材エッ
ジ部検出ラインとを区分して設定し、前記溶接点近傍領
域および母材エッジ部検出ラインごと２値化レベルを設
定し、溶接点近傍領域の２値化処理後の高輝度範囲の中
心点または高輝度度数の最高密集点を溶接点とし、母材
エッジ部検出ラインの２値化処理後の各高輝度点を両母
材エッジとすることを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明装置は、電縫管の溶接点近傍
を睨んで設置したカメラにより、電縫管溶接点付近およ
び母材エッジ部をオンラインで撮像し、得られる画像信
号の輝度レベルを２値化処理して、少なくとも溶接点位
置および母材エッジを検知する装置において；面積をも
った溶接点近傍領域と、この領域より上流側の管の送り
ラインと直交する母材エッジ部検出ラインとを区分して
設定し、前記溶接点近傍領域および母材エッジ部検出ラ
インごと２値化レベルを設定する手段と、１つのカメラ
に対して、溶接点近傍領域および母材エッジ部検出ライ
ン近傍の輝度レベルの差に対応して配設された２種類の
フィルターと、前記画像信号により得られた溶接点近傍
領域の２値化処理後の高輝度範囲の中心点または高輝度
度数の最高密集点を溶接点とし、かつ母材エッジ部検出
ラインの２値化処理後の各高輝度点を両母材エッジとす
る同定手段とを備えたことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明では、面積をもった溶接点近傍領域と、
この領域より上流側の管の送りラインと直交する母材エ
ッジ部検出ラインとを区分して設定し、前記溶接点近傍
領域および母材エッジ部検出ラインごと２値化レベルを
設定したので、従来装置のように、溶接点付近と母材エ
ッジ部とに同一の２値化レベルを設ける場合よりも、測
定精度の向上を図ることができる。しかも、画像信号に
より得られた溶接点近傍領域の２値化処理後の高輝度範
囲の中心点または高輝度度数の最高密集点を溶接点とし
ている。一方、従来のように、高輝度レベル検出域が複
数から１つに変わった点を溶接点とする場合には、図８
に示すように、溶接点にたまたま水蒸気や水滴がある場
合には、その影響域Ｑ内で溶接点を検出できない。ま
た、２値化処理による高輝度点をそのまま、溶接点とす
る場合には、水蒸気や水滴の影響により、その周囲部分
Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃を溶接点と判断してしまう。これに対
して、２値化処理後の高輝度範囲の中心点または高輝度
度数の最高密集点を溶接点とすると、水蒸気や水滴の影
響を受けることなく、また受けたとしても最小限にその
影響を防止して、的中精度の高い検出を行うことができ
る。

【００１２】また、従来公報例では、管の流れ方向に走
査した各走査ライン上において、高輝度レベル点のカウ
ント数が２から１に変わる点の流れ方向の座標位置を溶
接点としており、これでは管の流れ方向位置のみしか判
断できず、Ｖ角の測定精度の原因となる。これに対し
て、本発明では、溶接点近傍領域の２値化処理後の高輝
度範囲の中心点または高輝度度数の最高密集点を溶接点
とするので、管の流れ方向と共に管の周方向の両者を、
すなわちＸ，Ｙの両座標位置をもって溶接点を決定する
ので、後述のように、各エッジ部点および溶接点の各
Ｘ，Ｙの両座標位置を決めることにより、Ｖ角の算出を
精度よく行うことができる。したがって、カメラ設置精
度に影響されずに高精度で測定可能となる。

【００１３】

【実施例】次に本発明をさらに詳細に説明する。図１お
よび図２は電縫管の製造設備の要部の概要図であり、母
材である金属ストリップ１は矢印方向に搬送されるとと
もに順次丸に成形され、誘導コイル２により相対向する
エッジ部が誘導加熱された後、スクイズロール３により
突き合わされて溶接され、電縫管１’となる。図３も参
照すると、４はカメラ装置であり、ラインの下方から突
き合わせ領域を睨んでいる。カメラ装置４内の構造は、
図３に示すように、対象のストリップ１または電縫管
１’からの光を、フード５で囲まれた耐熱ガラス６を介
して取り込み、次いでミラー７で反射させ、レンズ８を
通過させた後、プリズム９により方向を変化させた後、
２種類のフィルター（たとえばグリーンフィルターとＮ
Ｄ２フィルター）１０を透過させ、この光をCCD カメラ
１１により撮像する構成としてある。この場合、たとえ
ば、CCD カメラ１１の前面に、円形のＮＤ２フィルター
を設け、さらにその前方に半割りのグリーンフィルター
を設けて、両者を透過した光を溶接部の検出用、ＮＤ２
フィルターのみを透過した光を母材エッジ部の検出用と
して用いることができる。

【００１４】次に、CCD カメラ１１に入った光は、図４
にブロック図で示すように、カメラモニター１２を介し
て画像処理ボード１３ａを有するパーソナルコンピュー
ター１３に入力される。このパーソナルコンピューター
１３内では２値化処理等の画像処理がなされ、その結果
のモニター１４に２値化画像表示としてモニタリングさ
せるとともに、溶接点、母材エッジ部の位置、Ｖ角、あ
るいは蛇行値などをＣＲＴ表示装置１５に表示するよう
になっている。

【００１５】本発明では、たとえば次記の処理手順によ
り画像処理される。溶接点近傍領域Ｓ₁および母材エッ
ジ部検出ライン近傍領域Ｓ₂の検出ラインごと２値化レ
ベルを設定し、上記画像処理を行うに際しては、２値化
処理のための初期値を設定し、次いでこの初期値に基づ
いて実際の溶接点部等の画像の取り込みを行う。以下そ
の具体的内容を順を追って説明する。（１）初期値の設定（Ａ）２値化領域の設定処理の高速化のため、図２に示すように、面積をもった
溶接点近傍領域Ｓ₁と、Ｖ角算出のために、この領域Ｓ
₁より上流側の管の送りラインと直交する母材エッジ部
検出ライン近傍領域Ｓ₂とに区分して設定する。（Ｂ）２値化レベルの設定溶接点近傍領域Ｓ₁の取り込み画像の最高輝度の算出
後、その輝度の何％以下を低輝度の黒レベル（０）と
し、残りを高輝度の白レベル（１）とするかを、予め設
定する。同様に母材エッジ検出ラインの２値化レベルも
設定する。この処理によって、原画像の明るさにとらわ
れず、常に最も明るい領域近傍（溶接点付近）を監視す
ることが可能となる。

【００１６】（Ｃ）Ｘ，Ｙ軸方向位置基準の設定溶接点のあるべき基準位置と、溶接点位置が変化しても
製品品質に影響を与えない範囲を設定する。これは、そ
の領域外に溶接点が移動したときに、警報またはＣＲＴ
への異常表示を行うためのものである。なお、Ｘ軸は母
材の流れ方向、Ｙ軸は鋼管の周方向とする。

【００１７】またカメラのシャッター速度は、たとえば
一般造管速度（60m/min ）の場合、1/1000秒程度の速度
で撮影できる。

【００１８】（２）溶接点の監視（Ａ）原画像取り込み前述の２値化領域の設定にしたがって、溶接点近傍領域
Ｓ₁と母材エッジ部検出ライン近傍領域Ｓ₂とに区分し
て設定しているので、CCD カメラ１１に画像を取り込む
際に、溶接点近傍領域Ｓ₁については、輝度が高いので
グリーンフィルターとＮＤ２フィルターとの両フィルタ
ー１０を介して入射させ、母材エッジ部検出ライン近傍
領域Ｓ₂については、輝度が低いのでＮＤ２フィルター
のみを介して入射させる。

【００１９】かかるフィルター１０を介して入射された
画像信号は、適当な階調、例えば、256 階調に分解され
て、汎用画像処理ボード（メモリ）１３ａに取り込まれ
る。

【００２０】（Ｂ）最高輝度算出各領域Ｓ₁およびＳ₂内の最高輝度を算出する（Ｃ）２値化処理メモリに取り込まれた画像の予め設定した各領域Ｓ₁お
よびＳ₂内を、予め設定した２値化レベルに基づいて２
値化する。これにより、図５に示すような２値化後の画
像が得られる。

【００２１】（Ｄ）Ｘ・Ｙ軸方向のヒストグラム算出溶接点近傍領域Ｓ₁内の２値化処理後に、白レベル
（１）となった画素数を、x1〜xm、y1〜ynについて、図
６に示すように、それぞれの度数をとる。

【００２２】（Ｅ）ｘ方向有効領域の決定ｘ軸ヒストグラム（度数）の適当な値以上、例えば最大
値の２分の１以上の領域を有効領域とする。

【００２３】（Ｆ) ｙ方向有効領域の決定ｙ軸ヒストグラム（度数）の適当な値以上、例えば最大
値の２分の１以上の領域を有効領域とする。

【００２４】（Ｇ）溶接点位置とズレ量算出ｘ、ｙ軸それぞれの有効領域の中心を溶接点位置として
求め、基準位置からのズレ量をｘ、ｙ方向それぞれ算出
する。

【００２５】（Ｈ）母材エッジの検出母材エッジ検出ラインの２値化処理結果から母材エッジ
を同定する。この場合、２値化処理結果から直ちに高輝
度点を検出することもできるが、水滴などのノイズの要
因を排除するために、次記の処理を行った後に高輝度点
を母材エッジとすることが望ましい。すなわち、図９に
示すように、CCD カメラを一列の検出ラインとすると
き、たとえば符号Ｓの輝度分布を示すとき、ある閾値を
もって２値化すると、たとえばＴｔの信号を得ることが
できる。このままで、白レベルのｘ方向幅が大きい信号
の中心側の位置を母材エッジとすることもできるが、水
滴の付着などのノイズにより符号Ｔｆのような信号とな
ることもある。したがって、真に母材のエッジか否かを
判断する際に、信頼性に欠ける。そこで、Ｔｔの信号白
レベルを示す信号数が、複数、たとえば１０回続いたと
き、その最後の点をエッジＥｌ、さらに再び白レベルを
示す信号数が、たとえば１０回続いたとき、その最後の
点をエッジＥｒとすると、ノイズの発生はエッジの近傍
に多いことの拝啓の下で、信頼性の高いエッジ検出を行
うことができる。

【００２６】（Ｉ）Ｖ角の算出と母材蛇行量の推定図７に示すように、溶接点座標を（ＸA,ＹA)、一方の母
材エッジ座標を（ＸB,ＹB)、もう一方の母材エッジ座標
を（ＸB,ＹC)とすれば、Ｖ角θ（＝θ₁＋θ₂）は、

【００２７】

【数１】

【００２８】として誤差なく求まる。

【００２９】また、母材蛇行量Ｄは次の式から求めるこ
とができる。Ｄ＝α×（溶接点のＹ座標の基準位置からのズレ）（ここで、αは蛇行量と基準位置からのズレ量との相関
関係を示す係数）上記実施例では、予め溶接部２値化領
域を設定することとしているが、一般に溶接点は最も高
温であり、最も輝度の高い点である点に着目し、取り込
んだ画像全域から最高輝度の点を検出し、その点の周囲
において２値化領域を自動的に設定する態様でもよい。

【００３０】さらに、溶接点の搬送方向のズレ量は、電
縫溶接誘導コイルの入熱量から大きな影響を受けている
ので、入熱量と搬送方向ズレ量との相関を決定し、入熱
量の自動制御をすることもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、溶接点位
置および母材エッジ部の検出を高精度が行うことができ
るとともに、溶接点を流れ方向および周方向の両者で監
視でき、さらにＶ角および蛇行を精度よく検出するでき
るなどの利点がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る監視装置の概要を示す正面図であ
る。

【図２】本発明に係る監視装置の概要を示す底面図であ
る。

【図３】監視装置におけるカメラの配置状況断面図であ
る。

【図４】本発明における画像処理法を示すブロック図で
ある。

【図５】ウインドウ内の原画像を示す図である。

【図６】２値化後の画像およびヒストグラムの説明図で
ある。

【図７】Ｖ角の算出用説明図である。

【図８】水滴などによる溶接点近傍の状態の説明図であ
る。

【図９】エッジの検出および同定態様る説明図である。

【符号の説明】

１…ストリップ、１’…電縫管、２…誘導コイル、３…
スクイズロール、４…カメラ装置、８…レンズ、10…光
学フィルター、11…CCD カメラ、Ｓ₁…溶接点近傍領
域、Ｓ₂…母材エッジ部検出ライン近傍領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電縫管の溶接点近傍を睨んで設置したカメ
ラにより、電縫管溶接点付近および母材エッジ部をオン
ラインで撮像し、得られる画像信号の輝度レベルを２値
化処理して、少なくとも溶接点位置および母材エッジを
検知する方法において；面積をもった溶接点近傍領域
と、この領域より上流側の管の送りラインと直交する母
材エッジ部検出ラインとを区分して設定し、前記溶接点
近傍領域および母材エッジ部検出ラインごと２値化レベ
ルを設定し、溶接点近傍領域の２値化処理後の高輝度範囲の中心点ま
たは高輝度度数の最高密集点を溶接点とし、母材エッジ
部検出ラインの２値化処理後の各高輝度点を両母材エッ
ジとすることを特徴とする熱間電縫管溶接部の監視方
法。
【請求項２】電縫管の溶接点近傍を睨んで設置したカメ
ラにより、電縫管溶接点付近および母材エッジ部をオン
ラインで撮像し、得られる画像信号の輝度レベルを２値
化処理して、少なくとも溶接点位置および母材エッジを
検知する装置において；面積をもった溶接点近傍領域
と、この領域より上流側の管の送りラインと直交する母
材エッジ部検出ラインとを区分して設定し、前記溶接点
近傍領域および母材エッジ部検出ラインごと２値化レベ
ルを設定する手段と、１つのカメラに対して、溶接点近傍領域および母材エッ
ジ部検出ライン近傍の輝度レベルの差に対応して配設さ
れた２種類のフィルターと、前記画像信号により得られた溶接点近傍領域の２値化処
理後の高輝度範囲の中心点または高輝度度数の最高密集
点を溶接点とし、かつ母材エッジ部検出ラインの２値化
処理後の各高輝度点を両母材エッジとする同定手段とを
備えたことを特徴とする熱間電縫管溶接部の監視装置。