JPH09182984A

JPH09182984A - 溶接管の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JPH09182984A
Application number: JP7353884A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Yagi; 則明八木; Tomotaka Hayashi; 智隆林; Manabu Nakamura; 学中村; Taketo Yagashira; 武人野頭
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1997-07-15
Anticipated expiration: 2015-12-29
Also published as: JP3090018B2

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ溶接における溶接精度が極めて高い溶
接管の製造方法及び製造装置を提供すること。【解決手段】端面衝合部Ｗより帯状金属板１１の移動
方向上流側の撮像領域Ｘを撮像するＣＣＤカメラ１３
と、撮像領域Ｘを照明する光源１４，１４と、オープン
パイプ状に曲成した帯状金属板１１にレーザ光を照射す
るレーザヘッド１２と、撮像データにより端縁データを
抽出する画像処理部１５と、端縁データを用いて夫々の
端縁を近似した端縁近似曲線を求め、夫々の端縁近似曲
線が交差する交点データを求める演算部１６とを設け、
交点データに基づいて、帯状金属板１１の移動方向と交
差する方向へレーザヘッド１２を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
溶接管を製造する溶接管の製造方法及び製造装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年ではレーザ発振器が出射したレーザ
光を用いて溶接管を製造することが行われている。図１
１はレーザ溶接により溶接管を製造する状態を示す模式
的斜視図である。帯状金属板１を矢符で示す帯状金属板
１の長さ方向に移動させて、帯状金属板１を、幅方向の
両側端縁が相対向するよう弯曲させて、オープンパイプ
状に形成し、形成されたオープンパイプを挾んで対向し
ているスクイズロール２，２を回転させて、オープンパ
イプの両側端縁の端面を衝合させる。

【０００３】また帯状金属板（以下被溶接材という）１
の端面衝合部Ｗから被溶接材１の移動方向上流側（矢符
と反対方向）へ適長離隔した位置を、加熱コイルＨＣに
より高周波加熱して被溶接材１の端面に入熱して予熱す
る。そして予熱に形成された端面衝合部Ｗにレーザ光Ｌ
Ｂを照射して端面衝合部Ｗを高温度に加熱して被溶接材
１の端面衝合部を溶着させて、溶接管を連続的に製造す
る。

【０００４】このようなレーザ溶接による溶接管の製造
方法においては、レーザ光のスポット径が小さいため溶
融ビード幅が狭い溶接管を製造することができるが、レ
ーザ光を端面衝合部に正確に照射できなかった場合は、
端面衝合部が完全に溶着しない溶接不良部分が発生す
る。そこで、レーザ光の照射位置を正確に端面衝合部に
追従させる必要がある。レーザ光の照射位置を被溶接材
の端面衝合部に追従させる方法、つまりシーム倣い制御
方法は、特公平４−３１７９９号公報に示されている。

【０００５】図１２は、そのシーム倣い溶接制御方法を
実施する模式的斜視図である。オープンパイプ状に曲成
された被溶接材１の端面をスクイズロール２，２により
衝合させながら被溶接材１を矢符方向へ移動させ、また
加工ヘッド３から被溶接材１の端面衝合部Ｗへレーザ光
ＬＢを照射する。また端面衝合部Ｗより手前であって、
被溶接材１の移動方向に所定間隔を離隔している２箇所
の位置を検出位置とし、この検出位置での端縁Ａ₁，Ｂ
₁の中間点Ｍ₁、端縁Ａ₂，Ｂ₂の中間点Ｍ₂夫々につ
いて溶接基準線Ｌからのずれベクトルを測定し、夫々の
ずれベクトルと夫々の検出位置の端面衝合部からの距離
Ｄ₁，Ｄ₁＋Ｄ₂に基づき、端面衝合部Ｗの溶接基準線
Ｌからのずれを算出し、それに応じて端面衝合部Ｗにレ
ーザ光ＬＢの照射位置を一致させる制御を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、前述した
従来のシーム倣い制御では、２箇所の検出位置に何らか
の外乱要素が影響する場合が多く、それにより端面衝合
部に以下の如き誤差が生じる。この誤差はいずれもレー
ザ溶接に要求される±０．１ｍｍの精度を考えると許容
できない大きさになる。即ち、オープンパイプ状に曲成
された被溶接材１１の端縁は、図１３、図１４に示すよ
うにスケールＦ、ばりＧによって必ずしも直線ではな
い。したがって、スケールＦ、ばりＧの部分を端縁と誤
検出して誤差が大きくなる。またこのようなスケールＦ
は材質によっては常時発生しており、ばりＧも多発
（０．５ｍ程度で１回）する。

【０００７】また、レーザ溶接により、溶接部からは図
１５に示すように多数のスパッタＨが発生する。そのス
パッタＨが検出位置を通過した場合に端縁を誤検出して
誤差が発生する。更に、スパッタＨが加工ヘッドに付着
した場合は、それ以降の倣い制御が不可能になる。この
ように、オープンパイプ状に曲成された被溶接材１１の
端縁は微小な凹凸状となっており、一見直線であって
も、単に２箇所の検出位置で端縁を検出した場合は、誤
差が大きくなる。

【０００８】更にまた、前述したシーム倣い制御では、
被溶接材１１の端縁を直線と見做してその直線が交差す
る交点を端面衝合部Ｗとしている。しかし乍ら、端面衝
合部Ｗが変化する場合、被溶接材１１の端縁は次のよう
に弯曲する。即ち、被溶接材１１の端縁は、図１６に示
すように端面衝合部Ｗの上流側の図示しない最終成形ロ
ール（フィンパスロール）により拘束され、その際の端
縁位置は、溶接基準線Ｌから等寸法位置になる。一方、
両端縁が衝合する部分は図示しないスクイズロールによ
り拘束されるが、その際の位置は被溶接材の曲がり（キ
ャンバー）等の要因により変動する。つまり、端面衝合
部の位置が溶接基準線Ｌに対して変動する。

【０００９】そのため、両ロール間の被溶接材は、圧
縮、引張力を受けて図１７、図１８に示すように弯曲す
る。したがって、図１８に示すように端縁が直線とし
て、その直線の交点を求めた場合は誤差αが発生する。
そしてこの誤差αは高精度に端面衝合部を追従するレー
ザ溶接においては許容できない大きさとなる。因みにこ
の端縁の弯曲の程度は、オープンパイプ状の被溶接材の
径寸法、肉厚、材料強度等に依存する。また、端面衝合
部が溶接基準線Ｌから外れる程大きく弯曲する。したが
って、誤差の大きさは、その状況に応じて様々である
が、例えば溶接基準線に対する端縁のずれが約５ｍｍの
場合は、誤差αは０．７ｍｍ程度に達し、高精度のレー
ザ溶接が不可能であるという問題がある。

【００１０】本発明は斯かる問題に鑑み、オープンパイ
プ状に曲成された被溶接材の端縁の非対称、端縁の弯曲
及び端縁の凹凸による影響をうけずに、レーザ光を、被
溶接材の端面衝合部に正確に追従して照射でき、溶接精
度が極めて高い溶接管の製造方法及び製造装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る溶接管の
製造方法は、帯状金属板をその長さ方向に移動させて、
帯状金属板を、幅方向の両側端縁が相対向するよう弯曲
させてオープンパイプ状に形成し、両側端縁の端面衝合
部にレーザ光を照射して端面衝合部を溶接する溶接管の
製造方法において、前記端面衝合部より前記帯状金属板
の移動方向上流側における帯状金属板の端縁を撮像手段
により撮像し、撮像した前記両側端縁夫々の端縁位置を
示す複数の端縁データを抽出し、抽出した端縁データに
基づいて各端縁を直線近似又は曲線近似した端縁近似直
線又は端縁近似曲線を求めて、各端縁に対応している端
縁近似直線又は端縁近似曲線の交点を求め、求めた交点
のデータに基づいて前記レーザ光の照射位置を、前記移
動方向と交差する方向へ移動させることを特徴とする。

【００１２】第２発明に係る溶接管の製造方法は、前記
帯状金属板の端縁を、４５０ｎｍ以上の波長の光により
撮像することを特徴とする。

【００１３】第３発明に係る溶接管の製造方法は、前記
帯状金属板の端縁を、４５０ｎｍ以上の波長の光を受光
して撮像することを特徴とする。

【００１４】第４発明に係る溶接管の製造方法は、前記
帯状金属板を高周波加熱により予熱することを特徴とす
る。

【００１５】第５発明に係る溶接管の製造装置は、帯状
金属板を、その長さ方向に移動させて、帯状金属板を、
幅方向の両側端縁が相対向するよう弯曲させてオープン
パイプ状に形成し、両側端縁の端面衝合部にレーザ光を
照射して端面衝合部を溶接する溶接管の製造装置におい
て、前記端面衝合部より帯状金属板の移動方向上流側に
おける帯状金属板の端縁を撮像する撮像手段と、該撮像
手段により撮像したデータにより両側端縁夫々の端縁位
置を示す複数の端縁データを抽出する手段と、抽出した
各端縁に対応した２つの端縁近似直線又は端縁近似曲線
を求め、各端縁に対応した２つの端縁近似直線又は端縁
近似曲線の交点を求める手段と、求めた交点のデータに
基づいて前記レーザ光を、帯状金属板が移動する方向と
交差する方向へ移動させる手段とを備えることを特徴と
する。

【００１６】第６発明に係る溶接管の製造装置は、前記
帯状金属板の端縁と、前記撮像手段との間に、４５０ｎ
ｍ以下の波長の光が透過しない光学フィルタを備えるこ
とを特徴とする。

【００１７】第７発明に係る溶接管の製造装置は、前記
撮像手段が、４５０ｎｍ以下の波長の光を受光しない光
学特性であることを特徴とする。

【００１８】第８発明に係る溶接管の製造装置は、前記
帯状金属板を高周波加熱により予熱する予熱手段を備え
ることを特徴とする。

【００１９】本発明では、帯状金属板の移動方向上流側
位置で、帯状金属板の幅方向で対向する端縁を撮像す
る。撮像した画像を画像処理して帯状金属板の両側端縁
位置を示す複数の端縁データを抽出する。抽出した端縁
データにより両側端縁夫々の端縁近似直線又は端縁近似
曲線データを算出し、一側端縁に対応する端縁近似直線
又は端縁近似曲線と、他側端縁に対応する端縁近似直線
又は端縁近似曲線との交点を算出し、算出した交点を端
面衝合部として、算出した交点データにより帯状金属板
に照射するレーザ光を、帯状金属板の移動方向と交差す
る方向へ移動させる。なお、帯状金属板の厚さが厚い場
合は、高周波加熱して帯状金属板を予熱する。これによ
り、帯状金属板の端面衝合部を、対向する両側端縁の非
対称、端縁の弯曲及び端縁の凹凸による影響をうけずに
正確に検出でき、端面衝合部に追従してレーザ光を照射
でき、高い溶接精度が得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面により詳述する。〔実施の形態１〕図１は本発明に係る溶接管の製造方法
を実施するための実施の形態１の溶接管の製造装置の模
式的構成図である。溶接管１０を製造すべく帯状金属板
からなる被溶接材１１を、オープンパイプ状に曲成しな
がら矢符方向へ移動させるようになっている。曲成され
た被溶接材１１の端面衝合部Ｗの上方には、端面衝合部
Ｗに向けてレーザ光を照射するレーザヘッド１２が配設
されている。このレーザヘッド１２は被溶接材１１の移
動方向と直交する方向に移動可能になしてある。端面衝
合部Ｗの位置から適長離隔した矢符で示す移動方向の上
流側位置の上方には、撮像領域Ｘを約１２０〜１５０ｍ
ｍに調整した３８万画素の２次元ＣＣＤカメラ１３を、
被溶接材１１の端面高さ位置から５００ｍｍ離隔した位
置に、受光面を被溶接材１１側に向けて設置されてい
る。なお、ＣＣＤカメラ１３の水平走査方向は被溶接材
１１の移動方向と直交する方向に一致させてＣＣＤカメ
ラ１３を固定している。

【００２１】これにより、ＣＣＤカメラ１３は一水平走
査で被溶接材１１の左右の端面の各データが得られるよ
うになっており、水平走査線を４８０本とすれば、左右
の端縁夫々について４８０点の端縁データが得られるよ
うになしてある。ＣＣＤカメラ１３の左，右側方には光
源１４，１４が配設されており、光源１４，１４の出射
光は撮像領域Ｘ及びその付近を照明するようになってい
る。ＣＣＤカメラ１３が撮像した撮像データはパーソナ
ルコンピュータＰＣの画像処理部１５へ入力される。画
像処理部１５は入力された撮像データによる画像を画像
処理して、撮像した被溶接材１１の端縁の所要点数の端
縁データを抽出するようになっている。この画像処理部
１５で抽出された端縁データは演算部１６へ入力され
る。

【００２２】演算部１６は、入力された端縁データによ
り、左，右各端縁の端縁近似曲線を示す曲線データを算
出するとともに、左端縁の端縁近似曲線と右端縁の端縁
近似曲線との交点のデータを算出するようになってい
る。演算部１６が算出して出力する交点の交点データは
出力部１７へ入力される。出力部１７は、入力された交
点データに相応する制御信号を出力するようになってい
る。そして出力部１７が出力した制御信号ＣＳは、前記
レーザヘッド１２を移動させる図示しない駆動部へ入力
され、制御信号ＣＳに応じてレーザヘッド１２を被溶接
材１１の移動方向と直交する方向へ移動させるようにな
っている。なお、照明のための光の投射は、必ずしも上
方から行う必要はなく、側方又は下方からの光の投射で
もよい。

【００２３】次にこのように構成したレーザ溶接装置に
より、レーザ溶接する動作を説明する。帯状金属板から
なる被溶接材１１をオープンパイプ状に曲成しつつ矢符
方向へ移動させて、レーザ光の照射位置で被溶接材１１
の端面を衝合させ、端面衝合部Ｗを形成する。被溶接材
１１の予熱状況次第では、光源１４，１４から光を投射
し、撮像領域Ｘを照明して被溶接材１１の端縁を明瞭に
判別できるようにする。そしてＣＣＤカメラ１３により
撮像領域Ｘを撮像して、その撮像データを画像処理部１
５へ入力する。そうすると画像処理部は、入力された画
像データを、明暗を強調する効果がある微分処理等の画
像処理を行い、被溶接材１１の左，右の端縁Ａ，Ｂ夫々
について端縁方向の、例えば２０点（箇所）の端縁デー
タを抽出する。抽出した端縁データを演算部１６へ入力
すると、演算部１６は、入力された多点の端縁データを
用いて端縁Ａ，Ｂ夫々の端縁近似曲線を示す端縁近似曲
線データを算出する。

【００２４】ここで曲線近似について説明する。曲線の
近似方法は多数存在する。最も一般的な方法として多項
式近似がある。これは

【００２５】

【数１】

【００２６】で表わされる関数曲線に対し、誤差が最小
となるようなａ_i（ｉ＝０〜ｎ）を決定する方法であ
る。ｎが大きくなるに従い、より高精度な曲線が得られ
るが、ｎが大きすぎると、演算に長い時間を要するた
め、ある程度の折り合いのところで実施する必要があ
る。ここではｎ＝２の場合を例に説明する。

【００２７】図２は算出した端縁近似曲線データによる
端縁近似曲線ｆ₁，ｆ₂を示したものである。図２は横
軸ｘを被溶接材１１の移動方向とし、縦軸ｙを被溶接材
１１の移動方向と直交する方向としている。この端縁近
似曲線ｆ₁，ｆ₂は、ｆ₁＝ａ（ｘ−ｂ）²＋ｃ …(2) ｆ₂＝ａ（ｘ−ｂ）²−ｃ …(3) で表わすことができる。そして演算部１６は算出した端
縁曲線データを用いて、端縁近似曲線ｆ₁，ｆ₂の交点
Ｐを算出する。このようにして算出した交点Ｐは、被溶
接材１１の縁線Ａ，Ｂの交点であり、レーザ光を照射す
べき被溶接材１１の端面衝合部Ｗ（図１参照）に対応
し、端面衝合部Ｗの位置データが得られたことになる。

【００２８】なお、近似曲線をより現実の被溶接材の端
縁形状に近似すべく多項式近似方法以外の近似方法によ
ることも可能である。例えば、

【００２９】

【数２】

【００３０】に近似する方法も有効である。しかし乍
ら、被溶接材により決まる定数ｌ，ｍを把握する必要が
ある等、不適当な点もある。つまり、これらの点も考慮
して折り合いがつく近似方法を選択する必要がある。

【００３１】そして、この交点データを出力部１７へ入
力すると、出力部１７は交点データに応じた制御信号Ｃ
Ｓを出力してレーザヘッド１２へ入力する。それにより
レーザヘッド１２が、交点データに応じて被溶接材１１
の移動方向と直交する方向へ移動して、レーザヘッド１
２が出射するレーザ光を端面衝合部Ｗへ正しく照射し、
端面衝合部Ｗを溶接することになる。そしてこのような
動作が連続的に行われる結果、レーザヘッド１２は端面
衝合部Ｗに追従することになり、端面衝合部Ｗと照射し
たレーザ光ＬＢとのずれが生じず、溶接精度を大幅に向
上させることができる。

【００３２】そして、端縁データの抽出点数を変えて、
端面衝合部とレーザ光照射位置との誤差を実測したとこ
ろ、図３及び図２０に示す如き測定結果が得られた。図
３は静止状態の端縁（ばり等の外乱なし）における誤差
測定結果であり、縦軸を誤差とし、横軸を端縁データ抽
出点数としている。この図から明らかなように、端縁デ
ータ数が多くなる程、端縁近似曲線が端縁を正確に近似
して端縁近似の誤差が減少する。また、端縁データが２
点では誤差は約０．１２５ｍｍに達することが判る。

【００３３】また、図２０は被溶接材の移動状態におけ
る誤差変動を測定した特性図であり、データ点数が
“４”，“１６”，“１２０”の３種類により同時に測
定したものである。そして、図２０は縦軸を端面衝合部
位置とし、横軸を時間としている。この図２０から明ら
かなように、データ点数が４点の場合では端面衝合部位
置算出結果のバラツキが大きく（＝１ｍｍ）、また、ば
り等の影響により大きな誤差が発生することが判る。

【００３４】ここで、端面衝合部Ｗとレーザ光照射位置
との許容誤差を考えると、レーザ光のスポット径は０．
６ｍｍであるから、端面衝合部Ｗはこの０．６ｍｍの範
囲内に位置させる必要があり、レーザヘッド１２の制御
精度は単純には±０．３ｍｍが必要となる。しかし、Ｃ
ＣＤカメラ１３の撮像誤差、レーザヘッド１２を駆動す
るサーボモータの駆動誤差等の誤差要因があるから、光
学的な誤差は±０．１ｍｍ以下である必要がある。その
ため、図３から明らかなように端縁データ抽出点数を３
点以上として端縁近似曲線を求めれば、端面衝合部とレ
ーザ光照射位置との誤差を０．１ｍｍ以内に確保でき、
高い溶接精度が得られることになる。なお、前述したよ
うに被溶接材の端縁を曲線近似したが、直線近似した場
合は誤差が若干大きくなるが、同様に溶接精度を高める
ことができる。

【００３５】図４は端縁データ抽出点数と、端面衝合部
に対するレーザ光の照射位置の誤差との関係を、被溶接
材の端縁を多点で直線近似した場合と、多点で曲線近似
した場合とを比較した特性図である。この図４から明ら
かなように３点以上の端縁データで端縁を曲線近似した
場合は、端面衝合部と、レーザ光照射位置との誤差は最
大で０．１ｍｍとなる。一方、３点以上の端縁データ
で、端縁を直線近似した場合は、前記同様の誤差は最大
で０．２ｍｍとなり、曲線近似した場合より若干誤差が
大きくなるが、この場合も溶接精度を大幅に高め得る。

【００３６】因みに、前述した従来のシーム倣い制御方
法では、特公平４−３１７９９号公報に示されているよ
うに、誤差は０．２５ｍｍである。したがって、本発明
によれば、端面衝合部とレーザ光照射位置との誤差を格
段に減少させることができ、高精度のレーザ溶接が可能
であることは明らかである。このようにして、被溶接材
１１を予熱せずにレーザ溶接を行う場合は、光源１４，
１４により撮像領域Ｘを照明するが、被溶接材１１の厚
さが厚い場合は被溶接材１１を高周波加熱により予熱し
てレーザ溶接を行う。その場合は、予熱により赤熱して
いる被溶接材１１の撮像範囲の端縁を像して、その端
縁を明瞭に判別することができるので、光源１４，１４
による照明を行わずに、照明を行った場合と同様にレー
ザヘッド１２の移動を制御して高精度にレーザ溶接する
ことができる。

【００３７】〔実施の形態２〕図５は本発明に係る溶接
管の製造方法を実施するための実施の形態２の溶接管の
製造装置の構成図である。ＣＣＤカメラ１３の撮像レン
ズ１３ａの先端部に紫外線除去フィルタ２０を取付けて
おり、撮像領域Ｘの反射光を、紫外線除去フィルタ２０
を通してＣＣＤカメラ１３が受光するようになってい
る。それ以外の構成は図１に示す構成と同様となってお
り、同一構成部分には同一符号を付している。

【００３８】図６は紫外線除去フィルタ２０の透過波長
特性図である。縦軸を透過率とし、横軸を波長としてい
る。図３から明らかなように紫外線除去フィルタ２０は
５８０ｎｍの波長が透過限界波長となっており、透過限
界波長５８０ｎｍを中心として、透過率が徐々に変化す
る波長傾斜幅が存在する。そして波長傾斜幅の下限波長
以下の波長の光が透過せず、波長傾斜幅の上限波長以上
の波長の光が透過する特性となっている。

【００３９】次にこのように構成した溶接管の製造装置
の溶接動作を説明する。ＣＣＤカメラ１３が撮像した撮
像データによる画像を画像処理し、被溶接材１１の端縁
を近似する端縁近似曲線を求め、各端縁に対応する２つ
の端縁近似曲線の交点を算出し、算出した交点データに
よりレーザヘッド１２の移動を制御して、レーザ光の照
射位置を被溶接材１１の端面衝合部Ｗに追従させるべく
制御する動作は、図１に示した溶接管の製造装置の溶接
動作と同様である。

【００４０】ところで、被溶接材１１を高周波加熱して
被溶接材１１を例えば１１００℃に赤熱すると、その赤
熱により発生する金属溶融プラズマ光の分光特性は図７
に示す如く、４８０〜３８０ｎｍの波長については光強
度が大きい光が発生する。また赤熱部で発生する光の分
光特性は図８に示す如くなって、４８０ｎｍ以上の波長
については光強度が大きい光が発生する。したがって、
紫外線除去フィルタ２０を通してＣＣＤカメラ１３によ
り撮像領域Ｘを撮像すると、ＣＣＤカメラ１３は、金属
溶融プラズマ光を受光せず、予熱により赤熱した被溶接
材１１の端縁の赤熱部の光のみを受光する。そして、赤
熱部の光の大部分の成分は波長が６００ｎｍ以上の長波
長の赤外線成分になっている。したがって、ＣＣＤカメ
ラ１３は被溶接材１１の赤熱した端縁の形状を明瞭に撮
像し、図９に示すように、被溶接材１１の左右端縁Ａ，
Ｂのみが強調されたコントラストが良好な画像が得られ
る。

【００４１】なお、被溶接材１１を予熱しない場合にお
いても、長波長の赤外線成分の光を出射する光源によ
り、撮像領域Ｘを照明することにより、被溶接材１１の
端縁形状を明瞭に撮像することができる。それにより、
被溶接材の端縁をより高精度に撮像できて、端縁近似曲
線を実端縁に、より正確に近似でき、被溶接材の端面衝
合部とレーザ光照射位置との誤差をより僅少になし得、
溶接精度がより高められる。

【００４２】図１０はＣＣＤカメラの水平走査方向位置
と撮像画像の濃淡レベルとの関係を、紫外線除去フィル
タ２０を非装着の場合と装着した場合とで比較したグラ
フである。縦軸を画像濃淡レベルとし、横軸を水平走査
方向位置としている。この図１０は撮像した画像におけ
る図９に示す線ＨＬに対応している水平走査方向位置の
画像の濃淡レベルを測定したものである。この図１０に
見られるように、紫外線除去フィルタ２０を装着した場
合は、画像の濃淡レベルの差が少ないが、紫外線除去フ
ィルタ２０を装着することによって、４８０〜３８０ｎ
ｍの波長の光を受光しないようにしてＳ／Ｎ比を高めた
場合は、画像の濃淡レベルの差が拡大し、被溶接材１１
の端縁を明瞭に撮像できることを確認し得た。そのた
め、端縁データを用いて近似する端縁近似曲線の精度を
高め得、それによって、被溶接材１１の端面衝合部Ｗ
と、レーザ光の照射位置との誤差をより少なくできる。

【００４３】〔実施例〕なお、撮像領域Ｘを照明して、
被溶接材１１の端面衝合部Ｗをレーザ溶接して溶接管を
製造する前者の製造方法においては、被溶接材１１の移
動速度を３〜２０ｍ／分、製造すべき溶接管の外径寸法
を４０６．９〜６０９．６ｍｍ、被溶接材を予熱する場
合はその入熱温度を１０００℃以下としている。また、
撮像領域Ｘを照明せず、被溶接材１１の端面衝合部Ｗを
レーザ溶接して溶接管を製造する後者の製造方法におい
ては、被溶接材１１の移動速度を３〜１０ｍ／分、製造
すべき溶接管の外径寸法を４０６．９〜６０９．６ｍ
ｍ、被溶接材１１を予熱する入熱温度を１１００℃程度
としている。

【００４４】図２１は端面衝合部の追従性の評価テスト
結果を示す特性図である。試験用溶接管ミルに本発明装
置を適用してテストしたところ、極めて良好な追従性が
得られることが判る。評価テスト方法として、レーザ光
を１０秒間隔で照射、非照射を繰り返し、そのレーザ光
の照射開始時点、または照射終了時点における端面衝合
部とレーザ光とのずれ量をルーペにて測定した。その結
果、図２１に示すように±０．３ｍｍ以内の端面衝合部
の許容ずれに対し、±０．１ｍｍの精度で追従できてい
ることが確認できた。

【００４５】〔条件〕照明ありオープンパイプの径４５７．２φ 入熱温度８００℃ また、図１９は端面衝合部の挙動を示したもので、縦軸
を変位とし、横軸を時間としている。

【００４６】なお、本発明の実施の形態では、被溶接材
の端縁を明瞭に撮像するように紫外線除去フィルタを用
いたが、紫外線除去フィルタを用いずに同様の光透過特
性、つまり４５０ｎｍ以下の波長の光を受光しないＣＣ
Ｄカメラを用いても同様の効果が得られる。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明は溶接点であ
るオープンパイプ状に形成された帯状金属板の端面衝合
部より、帯状金属板の移動方向上流側の位置を撮像した
撮像データにより帯状金属板の端縁データを抽出し、抽
出した複数の端縁データを用いて対向する各端縁を近似
した端縁近似直線又は端縁近似曲線を求めて、夫々の端
縁に対応している端縁近似直線又は端縁近似曲線の交点
を求め、求めた交点データに基づいてレーザ光の照射位
置を帯状金属板の移動方向に交差する方向へ移動させる
ようにしたので端面衝合部に高精度にレーザ光を照射で
きる。

【００４８】また、光学フィルタを通して、あるいは光
学フィルタと同透過特性の光を受光する撮像手段により
対向する端縁を撮像した場合は、端縁をより正確に撮像
できて、端面衝合部に対しより高精度にレーザ光を照射
できて、溶接精度が極めて高い溶接管の製造方法及び製
造装置を提供できる。それにより、溶接不良箇所を皆無
になし得て、品質が格段に高い溶接管を製造することが
可能である等、本発明は産業界に寄与することが大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る溶接管の製造方法を実施する溶接
管の製造装置の実施の形態１の模式的構成図である。

【図２】端縁を近似した端縁近似曲線図である。

【図３】端縁データ抽出点数と誤差との関係を示すグラ
フである。

【図４】端縁データ抽出点数と誤差との関係を、端縁を
直線近似した場合と曲線近似した場合とで比較したグラ
フである。

【図５】本発明に係る溶接管の製造方法を実施する溶接
管の製造装置の実施の形態２の模式的構成図である。

【図６】紫外線除去フィルタの透過波長特性図である。

【図７】溶融プラズマ光の波長と光強度との関係を示す
特性図である。

【図８】赤熱部の光の波長と光強度との関係を示す特性
図である。

【図９】帯状金属板の対向する端縁を撮像した画像を示
す図である。

【図１０】水平走査方向位置に対する画像の濃淡レベル
の変化を示すグラフである。

【図１１】レーザ光を用いて溶接管を製造する状態を示
す斜視図である。

【図１２】従来のシーム倣い制御方法の説明図である。

【図１３】被溶接材の端縁の模式的拡大図である。

【図１４】被溶接材の端縁の模式的拡大図である。

【図１５】溶接時における被溶接材上面の模式図であ
る。

【図１６】被溶接材の端縁の状態図である。

【図１７】オープンパイプ状に曲成された帯状金属板の
端縁の状態図である。

【図１８】端面衝合部と中間点を通る直線とのずれが発
生する説明図である。

【図１９】帯状金属板の端縁の挙動を示すグラフであ
る。

【図２０】被溶接材を移動させて端面衝合部位置の誤差
変動を測定した特性図である。

【図２１】レーザ光照射位置と端面衝合部とのずれの変
動を示す特性図である。

【符号の説明】

１０溶接管１１帯状金属板（被溶接材）１２レーザヘッド１３ＣＣＤカメラ１４光源１５画像処理部１６演算部２０紫外線除去フィルタＷ端面衝合部Ａ，Ｂ端縁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０６Ｔ 7/60 Ｇ０６Ｆ 15/70 ３５０Ｂ (72)発明者野頭武人和歌山県和歌山市湊1850番地住金制御エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状金属板をその長さ方向に移動させ
て、帯状金属板を、幅方向の両側端縁が相対向するよう
弯曲させてオープンパイプ状に形成し、両側端縁の端面
衝合部にレーザ光を照射して端面衝合部を溶接する溶接
管の製造方法において、前記端面衝合部より前記帯状金属板の移動方向上流側に
おける帯状金属板の端縁を撮像手段により撮像し、撮像
した前記両側端縁夫々の端縁位置を示す複数の端縁デー
タを抽出し、抽出した端縁データに基づいて各端縁を直
線近似又は曲線近似した端縁近似直線又は端縁近似曲線
を求めて、各端縁に対応している端縁近似直線又は端縁
近似曲線の交点を求め、求めた交点のデータに基づいて
前記レーザ光の照射位置を、前記移動方向と交差する方
向へ移動させることを特徴とする溶接管の製造方法。
【請求項２】前記帯状金属板の端縁を、４５０ｎｍ以
上の波長の光により撮像する請求項１記載の溶接管の製
造方法。
【請求項３】前記帯状金属板の端縁を、４５０ｎｍ以
上の波長の光を受光して撮像する請求項１記載の溶接管
の製造方法。
【請求項４】前記帯状金属板を高周波加熱により予熱
する請求項１記載の溶接管の製造方法。
【請求項５】帯状金属板を、その長さ方向に移動させ
て、帯状金属板を、幅方向の両側端縁が相対向するよう
弯曲させてオープンパイプ状に形成し、両側端縁の端面
衝合部にレーザ光を照射して端面衝合部を溶接する溶接
管の製造装置において、前記端面衝合部より帯状金属板の移動方向上流側におけ
る帯状金属板の端縁を撮像する撮像手段と、該撮像手段
により撮像したデータにより両側端縁夫々の端縁位置を
示す複数の端縁データを抽出する手段と、抽出した各端
縁に対応した２つの端縁近似直線又は端縁近似曲線を求
め、各端縁に対応した２つの端縁近似直線又は端縁近似
曲線の交点を求める手段と、求めた交点のデータに基づ
いて前記レーザ光を、帯状金属板が移動する方向と交差
する方向へ移動させる手段とを備えることを特徴とする
溶接管の製造装置。
【請求項６】前記帯状金属板の端縁と、前記撮像手段
との間に、４５０ｎｍ以下の波長の光が透過しない光学
フィルタを備える請求項５記載の溶接管の製造装置。
【請求項７】前記撮像手段が、４５０ｎｍ以下の波長
の光を受光しない光学特性である請求項５記載の溶接管
の製造装置。
【請求項８】前記帯状金属板を高周波加熱により予熱
する予熱手段を備える請求項５記載の溶接管の製造装
置。