JPH1133621A - 溶接温度測定方法及び装置並びに溶接管製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接対象の鋼板２０のエッジ部の溶接時の温
度を正確に測定する方法及び装置を提供する。 【解決手段】 衝合点１５の上流側の鋼板２０をＣＣＤ
カメラ１にて撮影し、得られた画像に基づいて、衝合前
の鋼板２０の左右内外面の４ヵ所のエッジの位置座標を
検出すると共に、鋼板２０における温度分布を算出し、
検出した座標と算出した温度分布とを照合してエッジ部
の温度を測定する。測定した温度情報に基づき、コンタ
クトチップ１０から鋼板２０に供給する高周波電流の大
きさを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯状金属板から溶
接管を製造する際に、オープンパイプ状の衝合エッジ部
の温度を測定する方法及び装置、並びに、その測定した
温度に応じて加熱処理を制御する溶接管製造方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電縫溶接鋼管の溶接品質に悪く影響を及
ぼす大きな原因の１つに、鋼板をオープンパイプ状に成
形して両側端縁を衝合加熱する際に加熱温度を適切に制
御できない点があり、電縫溶接鋼管を製造する場合に、
溶接部での温度管理が特に重要視されている。

【０００３】このような溶接部での温度管理は、従来、
オペレータの目視管理に依存されていたが、近年では、
放射温度計の測定精度が向上し、ビード部をスポットで
温度測定する方法、軸方向の温度分布を測定する方法、
周方向の温度分布を測定する方法等が実施されている。

【０００４】ところで、溶接部での温度管理にあって
は、衝合前の鋼板の外面及び／または内面のエッジの温
度を測定することが特に重要である。なぜならば、電縫
溶接鋼管を製造する際にはそのエッジ部が最も加熱され
て最も高い温度になり、その微小な部分の温度を管理す
ることにより、高品質の電縫溶接鋼管を製造できるから
である。

【０００５】このような点に鑑みて、衝合前のエッジ部
の温度を測定し、得られた温度の測定結果に基づいて溶
接制御を行う方法が、特公平３−72390 号公報に開示さ
れている。これは、オープンパイプ状に成形した帯状金
属板の両エッジの温度を放射温度計で測定し、その測定
結果から両エッジの最高温度差を求め、これに応じて両
エッジの段差を演算して衝合の不整合を修正する方法で
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この特公平３−72390
号公報に開示されている方法では、エッジ部近傍の温度
分布を測定し、そのときの最高温度を鋼板のエッジ部の
温度と判定している。しかしながら、この方法には以下
に述べるような問題点がある。

【０００７】鋼板にしばしば付着しているスケールは誘
導加熱されて溶融されるが、その際にスケールの温度が
エッジ部の温度よりも高温になることが多い。よって、
最高温度がエッジ部の温度とは必ずしも一致せず、最高
温度をエッジ部の温度と判定すると、エッジ部の正確な
温度を測定できていない。図７（ａ），（ｂ）は、この
ことを示す説明図であり、図７（ａ）に示すようにスケ
ールを通るような温度走査線Ｘの場合には、例えば図７
（ｂ）に示すような温度分布となり、スケールの部分が
最高温度となるので、そのスケールの部分の温度をエッ
ジ部の温度と誤認識することになる。

【０００８】また、電縫鋼管においてはその製造原理
上、内面エッジ及び外面エッジが集中的に加熱される
が、その加熱は必ずしも均一ではない。従って、図８
（ａ）に示すように鋼板の衝合がラップ状になっている
場合に、一方のエッジ部（図の左側のエッジ）では外面
側が加熱されやすく、他方のエッジ部（図の右側のエッ
ジ）では内面側が加熱されやすい。このような場合に温
度分布は図８（ｂ）に示すようになり、一方のエッジ部
（図の左側のエッジ）では外面エッジで最高温度とな
り、他方のエッジ部（図の右側のエッジ）では内面エッ
ジで最高温度となる。ここで、温度によってラップ段差
量を推定する場合は、両エッジの外面エッジ同士（また
は内面エッジ同士）の温度を比較する必要があり、単に
最高温度を比較する方法では正確にラップ段差量を推定
できない。しかも、このような場合には、実際の入熱量
に対して高めの温度を測定しまうことが多い。

【０００９】以上のように従来の方法では、鋼板に付着
するスケールにより誤測定を招くこともあり、また、左
右内外面の４ヵ所のエッジを区別して測定することは困
難であるので、電縫溶接鋼管の衝合部近傍における鋼板
のエッジ部の温度分布を正確に得ることができないとい
う問題がある。

【００１０】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、衝合部近傍（溶接部近傍）を撮影し、得られた
画像に基づいて左右内外面の４ヵ所のエッジにおける正
確な温度を測定することができる溶接温度測定方法及び
装置を提供することを目的とする。

【００１１】本発明の他の目的は、測定された正確な温
度情報に応じて、帯状金属板への加熱処理を制御するこ
とにより、より高品質の溶接管を製造できる溶接管製造
方法及び装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の溶接温度測定方
法は、帯状金属板をその長手方向に移動させ、該帯状金
属板をその幅方向の両側端縁が相対向するように湾曲さ
せてオープンパイプ状に形成し、その対向端面を衝合加
熱させて溶接する際に、衝合前の前記帯状金属板の両側
端縁の温度を測定する方法において、衝合前の前記帯状
金属板を撮影し、撮影した画像に基づいて、衝合前の前
記帯状金属板の両側端縁位置の座標を検出すると共に前
記帯状金属板の温度分布を算出し、検出した座標と算出
した温度分布とを照合してその検出座標における前記帯
状金属板の温度を求めることを特徴とする。

【００１３】本発明の溶接温度測定装置は、帯状金属板
をその長手方向に移動させ、該帯状金属板をその幅方向
の両側端縁が相対向するように湾曲させてオープンパイ
プ状に形成し、その対向端面を衝合加熱させて溶接する
際に、衝合前の前記帯状金属板の両側端縁の温度を測定
する装置において、衝合前の前記帯状金属板を撮影する
撮影手段と、該撮影手段にて得られた画像から衝合前の
前記帯状金属板の両側端縁位置の座標を検出する座標検
出手段と、前記撮影手段にて得られた画像から前記帯状
金属板の温度分布を算出する温度分布算出手段と、前記
座標検出手段の検出結果及び前記温度算出手段の算出結
果を照合して、前記帯状金属板の両側端縁位置での温度
を求める手段とを備えることを特徴とする。

【００１４】本発明の溶接管製造方法は、帯状金属板を
その長手方向に移動させ、該帯状金属板をその幅方向の
両側端縁が相対向するように湾曲させてオープンパイプ
状に形成し、その対向端面を衝合加熱させて溶接する溶
接管製造方法において、衝合前の前記帯状金属板を撮影
し、撮影した画像に基づいて、衝合前の前記帯状金属板
の両側端縁位置の座標を検出すると共に前記帯状金属板
の温度分布を算出し、検出した座標と算出した温度分布
とを照合してその検出座標における前記帯状金属板の温
度を求め、求めた温度に応じて前記帯状金属板への加熱
処理を制御することを特徴とする。

【００１５】本発明の溶接管製造装置は、帯状金属板を
その長手方向に移動させ、該帯状金属板をその幅方向の
両側端縁が相対向するように湾曲させてオープンパイプ
状に形成し、その対向端面を衝合加熱させて溶接する溶
接管製造装置において、前記帯状金属板を加熱する加熱
手段と、衝合前の前記帯状金属板を撮影する撮影手段
と、該撮影手段にて得られた画像から衝合前の前記帯状
金属板の両側端縁位置の座標を検出する座標検出手段
と、前記撮影手段にて得られた画像から前記帯状金属板
の温度分布を算出する温度分布算出手段と、前記座標検
出手段の検出結果及び前記温度分布算出手段の算出結果
を照合して、前記帯状金属板の両側端縁位置での温度を
求める手段と、求めた温度に応じて前記加熱手段での加
熱量を制御する手段とを備えることを特徴とする。

【００１６】本発明では、オープンパイプの衝合部近傍
（溶接部近傍）を撮影し、得られる画像に画像処理を施
して左右内外面の４ヵ所のエッジの位置座標を検出する
と共に、その画像の温度分布を算出し、検出した位置座
標と算出した温度分布とを照合してエッジ部の温度を測
定する。このようにすれば、スケール等の外乱を識別し
た左右内外面の４ヵ所のエッジの正確な位置情報に基づ
くエッジ部の温度の正確な測定結果が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。

【００１８】図１は、本発明の実施の形態の模式的構成
図である。鋼管１１を製造する原材としての帯状鋼板２
０は、その長手方向（移動方向）に直列に配置された図
示しない各種ロール成形スタンドにて搬送され、この間
に搬送方向に直交する幅方向の両端面が対向する断面円
形のオープンパイプ状に曲成されながら白抜矢符方向へ
移動される。そして、コンタクトチップ１０からの高周
波電流の表皮効果にて、帯状鋼板２０が電縫溶接されて
鋼管１１となる。このコンタクトチップ１０の高周波電
流は加熱制御器１４により制御される。

【００１９】溶接位置の上方には、撮像手段としての２
次元のＣＣＤカメラ１が、その受光面を帯状鋼板２０側
に向けて設置されている。ＣＣＤカメラ１は、移動機構
２に取り付けられていて、移動機構２の駆動により鋼管
１１の軸方向に移動可能であり、溶接時の衝合点１５，
鋼管１１のビード部１２及び帯状鋼板２０のエッジ部９
の任意の箇所を撮像できるようになっている。なお、Ｃ
ＣＤカメラ１は、光学フィルタ等の組合せによって赤外
線に感受性が強い設定にしている。

【００２０】ＣＣＤカメラ１は、温度測定範囲１３を撮
像し、その撮像データをカメラコントローラ３へ送る。
カメラコントローラ３は、撮像データを画像信号に変換
して画像処理装置４とパーソナルコンピュータ７とへ伝
送する。画像処理装置４及びパーソナルコンピュータ７
は、入力される画像信号に基づいて、後述するように、
左右内外面の４ヵ所のエッジの座標を検出すると共に、
任意の位置での温度を示す温度分布を算出し、その検出
結果と算出結果とを照合してエッジ部での温度を測定す
る。パーソナルコンピュータ７は、移動機構２へ移動用
の制御信号を送る。また、パーソナルコンピュータ７に
は、このような検出結果，算出結果，測定結果等を記録
しておく記録器５とそれらを表示するモニタ６とが接続
されている。

【００２１】画像処理装置４及びパーソナルコンピュー
タ７で得られた温度の測定データは、溶接処理を含むシ
ステム処理全体を制御するシステムコンピュータ８へ送
られる。システムコンピュータ８は、測定されたエッジ
部での温度に基づいて、コンタクトチップ１０から供給
される高周波電流の大きさを制御するための制御信号を
加熱制御器１４へ送る。

【００２２】次に、動作について説明する。帯状鋼板２
０をオープンパイプ状に曲成しつつ白抜矢符方向へ移動
させながら、帯状鋼板２０の両エッジ９部を衝合させ、
コンタクトチップ１０から供給される高周波電流の表皮
効果にて両エッジ部９を溶接して鋼管１１とする。この
際、ＣＣＤカメラ１にて、衝合点１５より少し上流側の
温度測定範囲１３が撮像され、その画像信号が画像処理
装置４及びパーソナルコンピュータ７へ送られる。

【００２３】画像処理装置４及びパーソナルコンピュー
タ７により、得られた画像信号を用いた画像処理によ
り、左右内外面の４ヵ所のエッジが抽出されて、その座
標が検出される。図２に、撮影画像の一例を示す。赤外
線の感受性が強いＣＣＤカメラ１にて得られる撮影画像
は、図２に示すように、左右内外面の４ヵ所のエッジの
みが強調されたものとなる。そして、エッジは直線また
は緩やかな曲線となる点に鑑みて、スケール等の外乱の
影響を除去するようにして、４ヵ所のエッジを抽出す
る。以下、この具体的手法について説明する。なお、Ｃ
ＣＤカメラ１の水平走査線数を４８０本とする。

【００２４】４８０本の走査線により構成される画像に
対して、各走査線毎に輝度プロフィールを算出し、微分
処理を施す。この微分処理は、原画像の輝度コントラス
トを強調するための処理である。図３（ａ），（ｂ）
は、１走査線における輝度プロフィールの算出結果，微
分処理後の結果を示す。輝度プロフィールが極大を示す
点がエッジ候補点に相当するので（図３（ａ））、微分
画像においては、正から負に変わる点がエッジ候補点に
該当する（図３（ｂ））。このような処理により、１本
の走査線について左右内外面の４点のエッジ候補点を求
めるので、１画像につき合計４８０（本）×４＝１９２
０（点）のエッジ候補点を検出することになる。

【００２５】次に、左右内外面の４ヶ所のエッジについ
て、各々４８０点のエッジ候補点により近似直線を算出
し、これを第１次仮想エッジとする。図４（ａ）にこの
概念を示す。図４（ａ）において、×印を付した点がエ
ッジ候補点として検出した点であり、直線Ａが第１次仮
想エッジとする近似直線である。但し、この第１次仮想
エッジにはスケール等による誤差が含まれているので、
この第１次仮想エッジを示す近似直線Ａより所定の閾値
以上離れている点（図４（ａ）のスケールにおける３つ
の点）については異常点であると判断して、これらのエ
ッジ候補点は除去し、残ったエッジ候補点により新たに
近似直線を算出し、これを第２次仮想エッジとする。図
４（ｂ）にこの概念を示す。図４（ｂ）において、×印
を付した点が残ったエッジ候補点であり、直線Ｂが第２
次仮想エッジとする近似直線である。更に最終的な確認
処理として、原画像と第２次仮想エッジとを照合し、各
走査線における第２次仮想エッジでの座標位置が温度分
布のピーク位置に合致するかを確認し、問題が無ければ
算出した第２次仮想エッジを真のエッジとして確定す
る。以上のような処理により、左右内外面の４ヶ所のエ
ッジの座標を検出する。

【００２６】また、このようなエッジの座標の検出処理
と並行して、画像上の任意の座標位置における温度を求
めて温度分布を算出する。温度は画像の輝度に基づいて
算出でき、例えば画像上での赤外線量を測定することに
より温度は算出可能である。本例では、赤外線に対する
感受性が強いＣＣＤカメラ１を使用しており、任意の座
標位置での温度を正確に算出できる。

【００２７】そして、検出したエッジの座標と算出した
温度とを照合させて、エッジでの温度を測定する。得ら
れた温度の情報は、システムコンピュータ８へ送られ
る。システムコンピュータ８では、このエッジでの温度
に基づいて最適な加熱条件が求められ、コンタクトチッ
プ１０から供給される高周波電流の大きさをその加熱条
件になるように設定するための制御信号が加熱制御器１
４へ送られる。そして、この制御信号に応じた加熱制御
器１４の制御により、最適な大きさの高周波電流がコン
タクトチップ１０から供給される。本発明ではエッジに
おける正確な温度が得られるので、鋼管１１を製造する
際の入熱量管理及び制御の信頼性を向上することがで
き、製造される鋼管１１の品質も向上できる。

【００２８】次に、オンラインシステムにおける本発明
の適用効果について説明する。図５（ａ）は、上述した
方法にて左右内外面の４ヵ所のエッジでの温度を求め、
その温度情報に従って入熱量を制御した本発明のチャー
ト例を示しており、図５（ｂ）は、従来法にてエッジの
温度を測定し、その測定結果に従って入熱量を制御した
従来のチャート例を示している。図５（ａ），（ｂ）を
比較することにより、本発明ではバラツキがかなり小さ
くなったことが分かる。

【００２９】なお、上述した例では、１台の撮像素子
（ＣＣＤカメラ１）を使用した装置構成としたが、複数
の撮像素子を使用し、座標検出と温度分布算出との処理
をそれぞれ異なる撮像素子からの画像信号に応じて行う
ような構成も可能である。図６はこのような場合の構成
例を示す模式図である。撮像手段として、第１ＣＣＤ２
１，第２ＣＣＤ２２及び赤外線反射フィルタ２３とを有
し、得られる撮像光を画像処理に都合が良い可視光と温
度分布算出に都合が良い赤外光とに赤外線反射フィルタ
２３にて分光し、可視光による第１ＣＣＤ２１からの画
像信号に応じてエッジの座標を検出すると共に、赤外光
による第２ＣＣＤ２２からの画像信号に応じて任意の座
標位置での温度を算出する。

【００３０】また、上述の座標検出と温度分布算出との
それぞれの処理において説明した手法は一例であり、他
の手法を用いて座標検出と温度分布算出との処理を行う
ようにしても良い。

【００３１】ところで、エッジ部の内面と外面との弁別
が鋼管の成形条件等により困難となる場合もあると予想
されるが、例えば左右の外面エッジの温度を検出できる
だけでも、充分に良好でかつ有効な温度データを得られ
ることになる。また、適用目的に応じて算出する温度デ
ータを選択すればよい。例えば、周方向の温度分布，軸
方向の温度分布，エッジ線に沿った温度分布等、任意の
温度情報得ることが可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明では、溶接
部周辺を撮像し、得られた画像に画像処理を施して外面
及び内面のエッジの座標を検出すると共に、得られた画
像から温度分布を算出し、検出した座標を温度分布に照
合して各エッジの温度を測定するので、各エッジにおけ
る正確な温度を測定できる。

【００３３】また、温度管理において最も重要である外
面及び内面のエッジでの正確な温度を測定できるので、
この温度測定結果を用いて加熱処理を制御することによ
り、高品質の溶接管を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の模式的構成図である。

【図２】撮影画像の一例を示す図である。

【図３】撮影原画像の輝度プロフィール及び微分処理画
像の微分値を示す図である。

【図４】エッジの座標検出の概念を示す図である。

【図５】オンラインシステムにおける本発明の適用効果
を示す図である。

【図６】本発明の他の実施の形態における撮像手段の構
成図である。

【図７】従来例の問題点を説明するための図である。

【図８】従来例の他の問題点を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ ＣＣＤカメラ ４ 画像処理装置 ７ パーソナルコンピュータ ８ システムコンピュータ ９ エッジ部 １０ コンタクトチップ １１ 鋼管 １３ 温度測定範囲 １４ 加熱制御器 １５ 衝合点 ２０ 帯状鋼板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状金属板をその長手方向に移動させ、
   該帯状金属板をその幅方向の両側端縁が相対向するよう
   に湾曲させてオープンパイプ状に形成し、その対向端面
   を衝合加熱させて溶接する際に、衝合前の前記帯状金属
   板の両側端縁の温度を測定する方法において、衝合前の
   前記帯状金属板を撮影し、撮影した画像に基づいて、衝
   合前の前記帯状金属板の両側端縁位置の座標を検出する
   と共に前記帯状金属板の温度分布を算出し、検出した座
   標と算出した温度分布とを照合してその検出座標におけ
   る前記帯状金属板の温度を求めることを特徴とする溶接
   温度測定方法。
2. 【請求項２】 帯状金属板をその長手方向に移動させ、
   該帯状金属板をその幅方向の両側端縁が相対向するよう
   に湾曲させてオープンパイプ状に形成し、その対向端面
   を衝合加熱させて溶接する際に、衝合前の前記帯状金属
   板の両側端縁の温度を測定する装置において、衝合前の
   前記帯状金属板を撮影する撮影手段と、該撮影手段にて
   得られた画像から衝合前の前記帯状金属板の両側端縁位
   置の座標を検出する座標検出手段と、前記撮影手段にて
   得られた画像から前記帯状金属板の温度分布を算出する
   温度分布算出手段と、前記座標検出手段の検出結果及び
   前記温度算出手段の算出結果を照合して、前記帯状金属
   板の両側端縁位置での温度を求める手段とを備えること
   を特徴とする溶接温度測定装置。
3. 【請求項３】 帯状金属板をその長手方向に移動させ、
   該帯状金属板をその幅方向の両側端縁が相対向するよう
   に湾曲させてオープンパイプ状に形成し、その対向端面
   を衝合加熱させて溶接する溶接管製造方法において、衝
   合前の前記帯状金属板を撮影し、撮影した画像に基づい
   て、衝合前の前記帯状金属板の両側端縁位置の座標を検
   出すると共に前記帯状金属板の温度分布を算出し、検出
   した座標と算出した温度分布とを照合してその検出座標
   における前記帯状金属板の温度を求め、求めた温度に応
   じて前記帯状金属板への加熱処理を制御することを特徴
   とする溶接管製造方法。
4. 【請求項４】 帯状金属板をその長手方向に移動させ、
   該帯状金属板をその幅方向の両側端縁が相対向するよう
   に湾曲させてオープンパイプ状に形成し、その対向端面
   を衝合加熱させて溶接する溶接管製造装置において、前
   記帯状金属板を加熱する加熱手段と、衝合前の前記帯状
   金属板を撮影する撮影手段と、該撮影手段にて得られた
   画像から衝合前の前記帯状金属板の両側端縁位置の座標
   を検出する座標検出手段と、前記撮影手段にて得られた
   画像から前記帯状金属板の温度分布を算出する温度分布
   算出手段と、前記座標検出手段の検出結果及び前記温度
   分布算出手段の算出結果を照合して、前記帯状金属板の
   両側端縁位置での温度を求める手段と、求めた温度に応
   じて前記加熱手段での加熱量を制御する手段とを備える
   ことを特徴とする溶接管製造装置。