JPS6056204A

JPS6056204A - 溶接部検出装置

Info

Publication number: JPS6056204A
Application number: JP16451283A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hiwasa; 日和佐　淳
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-09-07
Filing date: 1983-09-07
Publication date: 1985-04-01

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】〔発明の技術分野」この発明は連続鋳造の溶接管等における溶接部を製造ラ
イン中で非破壊的に、しかも非接触で検出する溶接部検
出装置に関するものである。更に詳しく述べるならば、
連続鋳造の溶接管の製造では、鋼板の曲げ加工、溶接、
溶接材の洩れ出し部の削除（以後ビードカットと称す）
、溶接部の焼きなまし、裁断等の工程を連続的に１つの
ラインで行うことによって製造時間の短縮、製造コスト
の低減が図られている。それら工程の中で溶接部の焼き
なましは、溶接部付近を高周波加熱等によって局部的に
高温にし、溶接材と母材のなじみを良くするために行わ
れるのであるが、効率よく溶接部近傍を加熱するために
は、精度よく溶接部を検出し、溶接部に追従した加熱を
行う必要がある。

又、溶接部付近は他の部分に比べてストレスが集中し易
いし、熱影響も強く受けるので亀裂等の欠陥が生じ易い
場所であり、そのため近年溶接部近傍を特に倉入りに探
傷する傾向になってぎたが。

そのためにも精度よく溶接部を検出し、欠陥位置検出精
度を高める必要がある。

この発明は、前述したような焼きなまし工程や。

オンライン探傷工程を精度よく行うために精度よく溶接
部を検出する溶接部検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の検出方法としては熟練した検査員が目視
によって溶接部を検出する方法や、渦流センサを用いて
溶接部付近の組成変成部を渦電流損情報と磁気抵抗情報
からめる方法等があった。

第１図に、渦電流センサを用いて溶接部な検出する方法
の原理を示す。第１図において、（１ａ）は溶接鋼管等
の被検材、（２ａ）は溶接部、（３ａ）はビードカット
部、（４）は送信用コイル、（５ａ）、　（５ｂ）はそ
れぞれ受信用コイル、（６ａ）（６ｂ）は、送信用コイ
ル（４）と受信用コイル（ｓａ）（５ｂ）の間に形成さ
れる磁界。

（７）は送信用コイル（４）を駆動し、受信用コイル（
５ａ）（５ｂ）の信号を検出する制御回路である。

次に動作について説明する。制御回路（７）から送信用
コイル（４）に低周波電流が流されると、それに応じて
送信用コイル（４）の周辺に低周波磁界が発生し、その
一部は受信用コイル（５ａ）（５ｂ）を通る磁界（６ａ
）、　（６ｂ）になる。受信用コイ＃　（５ａ）、　（
５ｂ）は。

磁界（６ａ）、　（６ｂ）を検出し、磁界（６ａ）、　
（６ｂ）の大きさに応じた低周波電流を制御回路（４）
に流す。この時、送信用コイル（４）、受信用コイル（
５ａ）、　（５ｂ）の前面の状態が送信用コイル（４）
に対して左右対称であれば２つの受信用コイル（５ａ）
、　（５ｂ）の出力は等しいが、左右が非対称、つまり
溶接部（２ａ）が左右のどちらかに偏っている場合や、
受信用コイル（５ａ）。

（５ｂ）と被検材（１ａ）までの距離が異なる場合には
磁気抵抗や渦電流損の条件が異なるため、受信用コイル
（５ａ）、　（５ｂ）の出力が等しくならない。したが
って、制御回路（７）によって受信用コイル（５ａ）、
　（ｓｂ）の出力の差を検出し、その値が零になるよう
に送信用コイル（４）と受信用コイル（５ａ）、　（５
ｂ）を走査することによって、溶接部（２ａ）を検出す
ることができる。しかし、実際には送信用コイル（４）
と受信用コイル（５ａ）、　（５ｂ）を内蔵した検出ヘ
ッドは、ビードカット部（３ａ）の幅より太ぎくなるた
め、ビードカット部（３ａ）の両側のエツジに２ける被
検材（１ａ）表面の面の不連続を検出した信号の方が、
溶接部（２ａ）近傍の組成変成部を検出した信号より大
きいのが通常である。そのため、従来のこの方式による
溶接部検出装置では、ビードカット部（３ａ）の両側の
エツジが送信用コイル（４）に対して対称になる位置、
言い換えればビードカット部（３ａ）の中心位置を検出
することによって溶接部（２ａ）を検出するようになっ
ている。

従来の溶接部検出装置は以上のように構成されているの
で、ビードカット部（３ａ）の両側のエツジにおける被
検材（１ａ）表面の面の不連続が大きければ、溶接部（
２ａ）を精度よく検出することができるが、ビードカッ
ト部（３ａ）の両側のエツジにおける不連続が小さい場
合、あるいは不連続の度合が両側のエツジで異なる場合
には溶接部（２ａ）の検出精度は著しく劣化する。又、
たとえビードカット部（５ａ）の両側のエツジが精度よ
く検出できても、ビードカット部（３ａ）の中心に溶接
部が存在しないで。

どちらかに偏っている場合には、不質的にビードカット
部（３ａ）の中心と溶接部（２ａ）との距離が検出誤差
として、溶接部検出装置本来の検出誤差に上のせされる
欠点がある。

〔発明の概要〕

この発明は、これらの欠点改善するためになされたもの
で、溶接部（２ａ）がビードカット部（３ａ）の中心に
なくても精度よく溶接部（２ａ）を検出することのでき
る溶接部検出装置を提供するものである。

〔発明の実施例〕

以下、第２図に示す本発明の一実施例について説明する
。第２図において（１ａ）は溶接鋼管等の被検材、（２
ａ）は溶接部、（＋ａ）はビードカット部、（８）は赤
外線センサエレメントを溶接部（２ａ）の長手方向に並
列に多数配列した赤外線センサアレイ、（９）は赤外線
センサアレイ（８）の表面に溶接部（２ａ）付近の赤外
線放射強度分布を投影するためのレンズ系。

０Ｉは赤外線センサアレイ（８）の赤外線検出能力（Ｓ
／Ｎ比）を向上させるためのチョッパ、　ａｌｌはチョ
ッパ＋１１を回転させるためのモーター機構である。

連続鋳造の溶接鋼管等では、溶接直後の溶接部（２ａ）
付近の温度が高く、一般に溶接部（２ａ）を中心とした
正規分布に近い分布をしているので溶接部（２ａ）付近
からはかなりの赤外線が放射されている。

第３図、第４図は赤外線センサアレイ（８）表面に投影
された赤外線強度分布と被検材（１ａ）　、溶接部（２
ａ）、ピードカット部（３ａ）の関係を示した図である
。第３図、第４図において、（Ｉａ）は赤外線センサア
レイ（８）表面に投影されると思われる被検材（１ａ）
の断面、（２ｂ）は同じく溶接部、（３ｂ）は同じくビ
ードカット部である。又、　（１６は赤外線センサアレ
イ（８）表面に投影される赤外線強度分布、　０３は赤
外線センサアレイ（８）を構成する赤外線センサニレメ
ン）、Ｑ４１は赤外線センサエレメントθ謙において赤
外線−電気エネルギー変換に寄与する赤外線エネルギー
、ａり赤外線センサアレイ（８）の中心線である。

第３図、第４図に示すように、溶接部（２ｂ）付近の赤
外線強度分布α２は、実際には溶接部（２ａ）付近の温
度分布のような正規分布に近い形状（破線）ではなくビ
ードカット部（３ｂ）で複雑な形状（実線）をとるのが
通常である。即ち、浴接部（２ａ）付近の赤外線放射強
度は１表面温度に依存するとともに表面の赤外線輻射効
率に依存するため、ピードカット直後のビードカット部
（３ａ）のような鏡面に近い表面状態で赤外線輻射効率
がその周辺部に比べて低い部分では、赤外線強度分布Ｏ
２が複雑な形状をとるのである。しかし、ビードカット
部（３ｂ）の外側の赤外線強度分布Ｑ２に限れば、溶接
部（２ｂ）を対称軸とするような、かなり対称的な形状
をしている。本発明はこの点に着目し、ビードカット部
（３ｂ）の外側の赤外線強度分布αりを用いて溶接部（
２ａ）を検出するものである。第５図に本発明による溶
接部（２ａ）検出のための信号処理系のブロックダイア
グラムを示す。第４図において（１３−１）　〜（１３
−Ｎ）は、赤外線センサエレメント、（１６−１）〜（
１６−Ｎ）は前置アンプ、（１７−１）〜（１７−Ｎ）
はアナログスイッチ、（１８−１）〜（１８−２）は加
算器、（１９−１）〜（１９−２）はＡ／Ｄｉ換器、（
イ）はマルチプレク？、　ｃ２Ｉ）は減算器、（イ）は
マイクロプロセッサである。尚。

Ｎは赤外線センサエレメントの数で、２の倍数である・この信号処理系の動作は次の２つのモードからなる。

第１モード・・−・・・このモードは赤外線センサエレ
メント（１６−１）〜（１ｓ−Ｎ）と全て使って第３図
、第４図中に示した赤外線強度分布α２を測定し、ビー
ドカット部（３ｂ）の影響を受ける赤外線センサエレメ
ントの数を導出し、動作赤外線センサエレメントを選定
するモードである。動作を簡単に説明すると。

（イ）赤外線センサアレイ（８）表面の赤外線強度分布
ａｚは赤外線センサエレメント（１３−１）〜（１３−
Ｎ）によってサンプリングされ、前置アンプ（１６−１
）〜（１６−Ｎ）を通してマルチプレクサ（イ）に入力
される。

マルチプレクサ■はマイクロプロセッサ（ハ）の指令に
よってそれらの信号を逐次Ａ／Ｄコンバータ（１９−１
）に出力し、Ａ／　Ｄされた信号はマイクロプロセッサ
四に入力されて、そこで合成されて赤外線センサアレイ
（８）表面の赤外線強度分布がまる。

マイクロプロセッサ（２）では合成された赤外線強度分
布を基に使用しない赤外線センサエレメントの数を算出
する。その数は１例えば第３図のような場合には４エレ
メントで、第４図のような場合には６エレメントである
ように、ビードカット部（３ｂ）の領域及びビードカッ
ト部（３ｂ）の影響で左右の対称性が崩れている領域を
最も効率良く除去するように選ばれる。尚、このように
して選ばれた数が奇数の場合には、その数に１を加えて
偶数にする。

今、この数をｎとする。

（ロ）　アナログスイッチ（１７−１）〜（ｌ７−Ｎ）
のうち。

（１７−１）〜（１７−（、−７））、　（１７−（、
＋　１　＋、））〜（１７−Ｎ）をオンにし、（１７−
（−−−＋１））〜（１７−（−２−十、））をオフ２にする。したがって、赤外線センサアレイの中央付近の
ｎ個を除く両側のＮ−ｎ個の赤外線センサエレメントの
信号が次の第２モードで使用される。

第２モード・・・・・・このモードは第１モードで選定
された動作赤外線センサエレメントの信号を用いて。

浴接部（２ａ）を検出するモードである、動作を簡単に
説明すると。

（イ）赤外線センサアレイ（８）表面の赤外線強度分布
αのは赤外線センサニレメン）　（１３−１）〜（１３
−Ｎ）Ｉｃよってサンプリングされ、前置アンプ（１６
−１）〜（１６−Ｎ）を通してアナログスイッチ（１７
−１）〜（１７−Ｎ）に入力される。アナログスイッチ
（１７−１）〜（１７−Ｎ）のうち第１）近ドによって
導通状態に設定された両側のアナログスイッチ（１７−
１）〜（１７（２Ｔ））−（１７（＋１十号））〜（１
７−Ｎ）　ｆｒ通った信号は、左右側々に加算器（１８
−１）、　（１Ｂ−２）によって加算され、それぞれの
加算器（１ａ−１）、　（１Ｂ−２）の出力は減算器？
２幻によって減算される。

（ロ）減算器ＣＨＩ）の出力はＡ／Ｄコンバータ（１９
−２）によってマイクロプロセッサ（２）に入力される
と共に。

そのままアナログ信号として外部へ出力される。

この減算器Ｑ１１の出力が溶接部（２ａ）の検出信号と
なり、この出力が零の時が第３図、第４図に示すように
赤外線センサアレイ（８）の中心線と溶接部（２ｂ）が
一致したことな示す。

（ハ）減算器Ｃ！υの出力が零になるようにマイクロプ
ロセッサ（２）が制御信号を出し、第２図に示した赤外
線センサアレイ（８）、レンズ系＋９１．　チョッパａ
Ｏ。

モータαυを駆動する。高速性が要求される時には。

アナログ信号をそのままサーボ系に入力することによっ
て赤外線センサアレイ（８）、レンズ系（９）、チョッ
パ＋１＋１．モータ０υを駆動することもできる。尚。

追従機能が不要の時にはマイクロプロセッサ（２）の出
力もしくはアナログ信号をモニタ信号とすることによっ
て溶接部（２ａ）を検出することができる。

尚１以上の第１モード、第２モードは適当な周期で反復
することによってより精密な溶接部（２ａ）の検出を行
うことができる。又、ビードカット部（３ａ）と溶接部
（２ａ）の位置関係が前もって明白な場合には、最初に
第１モードの動作な行って動作赤外線センサエレメント
を選定するだけであとは第２モードの動作に従って溶接
部（Ｚａ）　＋連続的に検出することができるのである
。

なお２以上は連続鋳造の溶接鋼管における溶接部検出の
場合について説明したが、この発明はこれに限らず、溶
接を施した被検材であるならば。

すべてに適用することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、溶接部がビードカッ
ト部の中央にない被検材においても精度よく溶接部を検
出することのできる溶接部検出装置を実現できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶接部検出装置の動作原理を説明する図
、第２図は２本発明の一実施例を示した図、第３図、第
４図は赤外線センサアレイ（８）表面に投影される赤外
線強度分布の例を示した図、第５図は本発明による溶接
部（２ａ）検出のための信号処理系のブロックダイアグ
ラムである６図中、　（１ａ）は被検材、（１ｂ）は投
影された被検材、（２ａ）は溶接部、（２ｂ）は投影さ
れた被検材、（３ａ）はビードカット部、（３ｂ）は投
影されたビードカット部、（４）は送信用コイＡ／、（
５ａ）、　（５ｂ）は受信用コイル、（６ａ）、　（６
ｂ）は磁界、（７）は制御回路、（８）は赤外線センサ
アレイ。（９）はレンズ系、　Ｑｌはチョッパ、　＋１１１はチ
ョッパ駆動用モータ、Ｑ６は赤外線強度分布、（１ｘ−
１）〜（１３−Ｎ）は赤外線センサニレメン）、（１４
は赤外線強度、ａ９は赤外線センサアレイの中心、（１
６−１）〜（１６−Ｎ）は前置アンプ、（１７−１）〜
（１７−Ｎ）はアナログスイッチ。（１Ｂ−１）〜（１８−２）は加算器、（１９−１）〜
（１９−２）はＡ／Ｄコンバータ、■はマルチプレクサ
、ｃｌυは減算器。（２）はマイクロプロセッサである。なお１図中、同一
あるいは相当部−分には同一符号な付して示しである。代理人大岩増雄第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

連続鋳造の溶接鋼管等の溶接部を非破壊的に検出する溶
接部検出装置において、被溶接材表面に平行でかつ溶接
ラインに垂直方向に一次元配列された赤外線センサアレ
イと、前記赤外線センサアレイ表面に前記溶接部付近の
赤外線像が結像するように配置したレンズ系とを有し、
前記溶接部付近表面から放射される赤外線の前記溶接ラ
インに垂直方向の分布を前記赤外線センサアレイで計測
することによって前記溶接部の位置な検出することを特
徴とする溶接部検出装置。