JPWO2020184414A1 - 電縫鋼管溶接監視方法、電縫鋼管製造方法、電縫鋼管溶接監視装置、及び電縫鋼管製造装置 - Google Patents

Abstract

本発明の電縫鋼管溶接監視方法は、電縫鋼管の溶接時に、エッジ検出領域を含むＶ収束部およびＶ収束点と、肉厚内部からの溶鋼排出開始位置及びビードを含む溶接部と、を撮影して撮影画像を得る画像取得工程と；前記撮影画像を画像処理して、前記Ｖ収束点から前記溶鋼排出開始位置までの溶融長さ、及び、前記溶接部の溶融幅、の少なくとも一方を判定情報として取得する判定情報取得工程と；前記判定情報を、前記電縫鋼管の肉厚ごとに予め設定した判定用閾値と比較して、冷接であるか否かを判定する判定工程と；を有する。

Description

本発明は、電縫鋼管溶接監視方法、電縫鋼管製造方法、電縫鋼管溶接監視装置、及び電縫鋼管製造装置に関する。
本願は、２０１９年３月１３日に日本国に出願された特願２０１９−０４５３７２号と、２０１９年３月１３日に日本国に出願された特願２０１９−０４５３７３号と、に基づき優先権を主張し、これらの内容をここに援用する。

従来、電縫溶接により電縫鋼管を製造することが行われている。電縫溶接においては、投入電力（入熱量）によって電縫溶接現象が異なる。電縫溶接現象は、冷接領域、第１種領域、第２種領域、過入熱領域に分類できる。これらのうち、第２種領域は、広い入熱条件で安定した溶接品質が得られると考えられていた。しかしながら、溶接欠陥に着目した品質と、溶接現象の詳細な観察とを対比させた結果、第２種領域がさらに３つの領域に細分化されることが分かった。この３つの領域は、図２１に示すように、入熱量の低い方から順に、狭義の第２種領域、遷移領域、そして第２’種領域と定義できる。

図２２に示すように、溶接部をその上方から観察すると、電縫溶接現象毎に異なる現象が見られる。第１種領域は、溶接する鋼材エッジが溶接点に直線的に収束してＶ収束点を形成する現象であり、溶接スリットは発生しない。狭義の第２種領域は、鋼材エッジの状態が第１種領域の場合と同じであるが、Ｖ収束点と溶接点との間に溶接スリットが成長しており、この間にアークが発生する特徴がある。第２’種領域は、鋼材エッジのＶ収束点よりも実際の衝合点（物理的衝合点）が下流側に位置する。

一対の鋼材エッジが互いに近付くと近接効果によってこれら鋼材エッジの溶融が進む。そして、一対の鋼材エッジが２段階に収束する現象（２段収束）を伴うことで、物理的な衝合点がシフトする。さらに、狭義の第２種領域と第２’種領域との間に挟まれた入熱条件として、遷移領域がある。この遷移領域では、一対の鋼材エッジそれぞれが直線的に収束する状態と、２段収束する状態とが不規則に発現するため、溶接欠陥が増える可能性が高い。なお、溶接スリットは、第２種領域以上の入熱条件で発生する。

本発明者らは、第２’種領域における２段収束によって全厚溶融が得られることを見出し、第２’種領域での現象が発現する入熱状態に制御するためのシステムを構築及び導入してきた。例えば特許文献１及び特許文献２では、溶接スリットの長さを測定することで適切な溶接条件に制御するシステムを開示した。また、特許文献３では、２段収束型第２種溶接現象を自動検出することによって溶融証明及び入熱制御を行う技術や、溶接点位置及びスクイズロールセンター（以下、ＳＱロールセンターと称する）間の距離を測定することで入熱上限を監視する技術（特許文献３等）なども開示した。

これまでは、溶接スリットの発生や２段収束現象に注目し、主に第２種以上の入熱領域の溶接状態に着目した研究を行ってきた。
一方、例えば、自動車、機械及び構造用として用いられる、外径がφ１１４．３ｍｍ（４−１／２インチ）以下の小径鋼管を製造する小径電縫鋼管ミルでは、スパッタの発生が鋼管の内外表面欠陥の一因になっていた。スパッタが飛んで鋼管表面に付着した場合、このスパッタがロールで押されると鋼管表面に凹み傷が生じる。このような凹み傷の発生は、特に疲労耐久性が求められる自動車用鋼管では好ましくない。
この理由より、スパッタが不可避的に発生する第２種領域よりも低入熱側で溶接操業を行う必要があり、「溶融溶接可能な第１種領域」を得るための溶接条件を的確に把握する必要が生じていた。

「溶融溶接可能な第１種領域」は、高入熱側の「第２種領域」と、低入熱側の「冷接を伴う第１種領域」との間に位置する狭い領域であり、この領域だけが、スパッタおよび冷接を発生させずに溶接できる。「溶融溶接可能な第１種領域」と高入熱側の「第２種領域」との境界は、溶接スリット内に高い頻度でアーキングが発生することを利用して判定する手法が知られている。また、「溶融溶接可能な第１種領域」と、低入熱側の「冷接を伴う第１種領域」との境界は、入熱低下に伴って僅かながらＶ収束点位置が下流側にシフトすることを利用して判定する手法が知られている。すなわち、Ｖ収束点の絶対位置に閾値（最下流位置）を設定することによって、「溶融溶接可能な第１種領域」と冷接限界との境界を判定する。

ところが、低入熱側を判定する後者の判定方法では、ＳＱロールが溶接面を圧下するアプセット力によってＶ収束点の絶対位置が変動することが分かった。これは、溶接により加熱及び溶融して高温になった軟化部位が、アプセット力の変化を受けて変形量が変化するためであった。

上述の通り、第１種領域と高入熱側の第２種領域との境界は、成長した溶接スリット内にアークが発生することを利用して検出できる。一方、第１種領域と低入熱側の冷接発生限界との境界は、アーク発生や２段収束などの顕著な現象変化がないことから、これまでは見極めることが難しかった。そのため、アプセット力によるＶ収束点位置の変動量を見込んでＶ収束点の下流側閾値を設定せねばならず、本来の境界よりも比較的高入熱で操業することになっていた。
しかしながら、上述したように、「溶融溶接可能な第１種領域」はとても狭い領域である。そのため、高入熱側での操業は、第２種領域への入り込みを避ける上で好ましいものではなかった。このような理由により、「溶融溶接可能な第１種領域」と冷接限界との境界を正しく判定する監視を行いながら操業することが望まれていた。

日本国特許第５０１４８３７号公報 国際公開第１１／１１８５６０号 日本国特許第５５１０６１５号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、溶融溶接可能な第１種領域での溶接操業を適切に行うために冷接を検出可能とする、電縫鋼管溶接監視方法及び電縫鋼管溶接監視装置の提供を目的とする。さらに、本発明は、この電縫鋼管溶接監視方法を用いた電縫鋼管製造方法と、電縫鋼管溶接監視装置を備えた電縫鋼管製造装置の提供も目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電縫鋼管溶接監視方法は、
電縫鋼管の溶接時に、エッジ検出領域を含むＶ収束部およびＶ収束点と、肉厚内部からの溶鋼排出開始位置及びビードを含む溶接部と、を撮影して撮影画像を得る画像取得工程と；
前記撮影画像を画像処理して、前記Ｖ収束点から前記溶鋼排出開始位置までの溶融長さ、及び、前記溶接部の溶融幅、の少なくとも一方を判定情報として取得する判定情報取得工程と；
前記判定情報を、前記電縫鋼管の肉厚ごとに予め設定した判定用閾値と比較して、冷接であるか否かを判定する判定工程と；
を有する。

（２）上記（１）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定情報取得工程で、前記判定情報として前記溶融長さを取得してもよい。

（３）上記（２）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定情報取得工程における前記画像処理で、前記Ｖ収束点よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、前記溶融長さを取得してもよい。

（４）上記（２）または（３）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、以下のようにしてもよい：
前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
前記判定工程で、前記溶融長さが１．５ｍｍ以上か否かを前記判定用閾値として用いる。

（５）上記（２）〜（４）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定工程の前記判定用閾値を、前記電縫鋼管の品種毎に有してもよい。

（６）上記（１）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定情報取得工程で、前記判定情報として前記溶融幅を取得してもよい。

（７）上記（６）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定情報取得工程における前記画像処理は、前記Ｖ収束点よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、前記溶融幅を取得してもよい。

（８）上記（６）または（７）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、以下のようにしてもよい：
前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
前記判定工程で、前記溶融幅が０．３ｍｍ以上か否かを前記判定用閾値として用いる。

（９）上記（６）〜（８）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定工程の前記判定用閾値を、前記電縫鋼管の品種毎に有してもよい。

（１０）本発明の一態様に係る電縫鋼管製造方法は、
帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面間を溶接して電縫鋼管を製造する方法であって、
上記（１）〜（９）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視方法により得た、前記冷接に至らない入熱下限操業条件と、
前記Ｖ収束点の下流側に溶接スリットを生じない入熱上限操業条件と、
の間で前記溶接を行う。

（１１）上記（１０）に記載の電縫管製造方法において、
前記判定工程で前記冷接が生じたと判定された場合に、前記電縫鋼管のうちで前記冷接に対応した位置にマーキングを付すマーキング工程をさらに有してもよい。

（１２）本発明の一態様に係る電縫鋼管溶接監視装置は、
電縫鋼管の溶接時に、エッジを含むＶ収束部およびＶ収束点と、肉厚内部からの溶鋼排出開始位置及びビードを含む溶接部と、を撮影して撮影画像を得る撮像手段と；
前記撮影画像を画像処理して、前記Ｖ収束点から前記溶鋼排出開始位置までの溶融長さ、及び、前記溶接部の溶融幅、の少なくとも一方を判定情報として取得する判定情報取得手段と；
前記判定情報を、前記電縫鋼管の肉厚ごとに予め設定した判定用閾値と比較して、冷接であるか否かを判定する判定手段と；
を備える。

（１３）上記（１２）に記載の電縫鋼管溶接監視装置において、
前記判定情報が、前記溶融長さであってもよい。

（１４）上記（１３）に記載の電縫鋼管溶接監視装置において、
前記判定情報取得手段が、前記Ｖ収束点よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、前記溶融長さを取得してもよい。

（１５）上記（１３）または（１４）に記載の電縫鋼管溶接監視装置において、以下のようにしてもよい：
前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
前記判定手段が、前記溶融長さが１．５ｍｍ以上か否かを前記判定用閾値として用いる。

（１６）上記（１３）〜（１５）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視装置において、
前記判定手段が、前記判定用閾値を前記電縫鋼管の品種毎に有してもよい。

（１７）上記（１２）に記載の電縫鋼管溶接監視装置において、
前記判定情報が、前記溶融幅であってもよい。

（１８）上記（１７）に記載の電縫鋼管溶接監視装置において、
前記判定情報取得手段が、前記Ｖ収束点よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、前記溶融幅を取得してもよい。

（１９）上記（１７）または（１８）に記載の電縫鋼管溶接監視装置において、以下のようにしてもよい：
前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
前記判定手段が、前記溶融幅が０．３ｍｍ以上であるか否かを前記判定用閾値として用いる。

（２０）上記（１７）〜（１９）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視装置において、
前記判定手段が、前記判定用閾値を前記電縫鋼管の品種毎に有してもよい。

（２１）本発明の一態様に係る電縫鋼管製造装置は、
帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面間を溶接して電縫鋼管を製造する装置であって、
上記（１２）〜（２０）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視装置と；
前記溶接時の入熱量を、前記冷接に至らない入熱下限操業条件と、前記Ｖ収束点の下流側に溶接スリットを生じない入熱上限操業条件と、の間に制限する制御装置と；
を備える。

（２２）上記（２１）に記載の電縫鋼管製造装置において、
前記判定手段が、前記冷接が生じたと判定した場合に、前記電縫鋼管のうちで前記冷接に対応した位置にマーキングを付すマーキング手段をさらに備えてもよい。

本発明の上記各態様によれば、溶融溶接可能な第１種領域での溶接操業を適切に行うために冷接を検出可能とする、電縫鋼管溶接監視方法及び電縫鋼管溶接監視装置を提供できる。さらに、本発明の上記各態様によれば、この電縫鋼管溶接監視方法を用いた電縫鋼管製造方法と、電縫鋼管溶接監視装置を備えた電縫鋼管製造装置も提供できる。

本発明の第１実施形態を示す図であって、電縫鋼管溶接監視装置を備えた電縫鋼管製造装置の斜視図である。 溶融溶接可能な第１種領域で溶接を行った際に、エッジの角部から溶融していくことを表す斜視図である。 エッジを内側方から見た場合のＶ収束点から溶鋼排出開始位置までの距離を表すイメージ図であり、図２のＡ−Ａ矢視図である。（ａ）は溶融溶接可能な第１種領域の状態を示し、（ｂ）は冷接の状態を示す。 溶接部を電縫鋼管の軸線に垂直な断面で見た場合の、溶鋼の排出イメージ図である。（ａ）は溶融溶接可能な第１種領域の状態を示し、（ｂ）は冷接の状態を示す。 溶接部をその上方から撮影した画像例である。（ａ）は溶融溶接可能な第１種領域の状態を示し、（ｂ）は冷接の状態を示す。 第１実施形態における画像処理のアルゴリズムを表すフローチャートである。 近似直線とＶ収束点の一例を表す画像である。 Ｖ収束点から溶鋼排出開始位置までの距離の検出を表す画像例である。（ａ）は入熱量が基準入熱量である状態を表し、（ｂ）は入熱量が基準入熱量−８％（冷接）の状態を表す。 再二値化処理の際に閾値を求めるために用いる輝度のヒストグラムであり、横軸が輝度レベルを示し、縦軸が頻度を示す。（ａ）は溶融溶接可能な第１種領域の状態を示し、（ｂ）は冷接の状態を示す。 基準入熱量に対する入熱量の増減を％で示した数値（横軸）と、Ｖ収束点−溶鋼排出位置距離（Ｖ収束点から溶鋼排出開始位置までの距離（ｍｍ））（縦軸）と、の関係を表すグラフである。 第２種領域の入熱を加えた場合の溶接部を、その上方から撮影した画像例である。図中、白矢印が指している箇所でアークが発生している。 Ｖ収束点−溶鋼排出位置距離（Ｖ収束点から溶鋼排出開始位置までの距離）の経時変化の一例を表すグラフである。 本発明の第２実施形態を示す図であって、溶接部をその上方から撮影した画像例である。（ａ）は溶融溶接可能な第１種領域の状態を示し、（ｂ）は冷接の状態を示す。 溶接部を電縫鋼管の軸線に垂直な縦断面で見た場合の、溶融幅のイメージ図である。溶融溶接可能な第１種領域の状態を示し、（ｂ）は冷接の状態を示す。 放射率の角度依存性の例を表す図である。 第２実施形態における画像処理のアルゴリズムを表すフローチャートである。 溶融幅の検出例を表すグラフである。（ａ）は入熱量が基準入熱量である状態を表し、（ｂ）は入熱量が基準入熱量−８％（冷接）の状態を表す。 基準入熱量に対する入熱量の増減を％で示した数値（横軸）と、溶融幅（ｍｍ）（縦軸）と、の関係を表すグラフである。 溶融幅の経時変化を表すグラフである。 本発明の第３実施形態を示す図であって、画像処理アルゴリズムを表すフローチャートである。 入熱量の高低による分類分けを表す図であり、横軸が入熱量を表し、縦軸が欠陥面積率を表す。 第１種領域、狭義の第２種領域、遷移領域、第２’領域のそれぞれにおいて観察される溶接現象の違いを表した図である。

本発明の第１〜第３実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。

［第１実施形態］
まず、本実施形態の概要について説明する。
本実施形態では、溶接部を仔細に観察することで溶融状態と溶鋼排出位置との関係を明確にした。すなわち、Ｖ収束点と溶鋼排出開始位置との間の距離を高精度に測定することで、より安定した冷接限界の検出を実現した。なお、以下の説明における入熱量は、溶接部への投入電力（電圧×電流）である。

本実施形態の電縫鋼管溶接監視方法は、電縫鋼管溶接において、溶接部のＶ収束およびＶ収束点、肉厚内部からの溶鋼排出開始位置及びエッジ検出領域を含む溶接部をその上方から撮影する。そして、エッジ検出領域の撮影画像を処理してＶ収束点から溶鋼排出開始位置までの距離を算出する。さらに、この距離情報を、判定閾値と比較することで、冷接であるか否かを判定する。そのため、スパッタ発生が欠陥の一因になる自動車、機械及び構造用の小径鋼管を製造する小径電縫鋼管ミルで製造される電縫鋼管製造プロセスにおいて、溶融溶接可能な第１種領域の冷接を検出する溶接監視方法を提供可能とする。

ここで、「溶融溶接可能な第１種領域」は、溶接スリットが生じない第１種領域の一部であり、Ｖ収束点と接合点とが合致している。「溶融溶接可能な第１種領域」は、高入熱側の「第２種領域」と低入熱側の「冷接を伴う第１種領域」との間に位置する狭い領域である。この「溶融溶接可能な第１種領域」では、スパッタおよび冷接を発生させずに溶接できる。「溶融溶接可能な第１種領域」と高入熱側の「第２種領域」との境界は、溶接スリットが発生するか否かを利用して、または、この溶接スリット内に生じるアーキングを利用して、判定できる。

本実施形態の電縫鋼管製造方法は、帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面間を溶接して電縫鋼管を製造する方法であって、上記電縫鋼管溶接監視方法により得た、冷接に至らない入熱下限操業条件と、Ｖ収束点の下流側に溶接スリットを生じない入熱上限操業条件と、の間で前記溶接を行う。
この電縫鋼管製造方法によれば、冷接や凹み傷の無い健全な溶接部を持つ小径の電縫鋼管を製造することが可能になる。

また、本実施形態の電縫鋼管溶接監視装置は、電縫鋼管溶接において、エッジ検出部を含むＶ収束部およびＶ収束点と、板厚内部からの溶鋼排出位置及びビードを含む溶接部とをそれらの上方から撮影する手段と、撮影画像を処理してＶ収束点から溶鋼排出開始位置までの距離情報を計測する手段と、この距離情報を判定閾値と比較することで冷接であるか否かを判定する手段とを有する。このため、スパッタ発生が欠陥の一因になる自動車、機械及び構造用のミルで製造される電縫鋼管製造プロセスにおいて、溶接工程における溶融溶接が可能な第１種領域の冷接を検出する溶接監視装置を提供することが可能になる。

本実施形態の電縫鋼管製造装置は、帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面間を溶接して電縫鋼管を製造する装置であって、上記溶接監視装置と；溶接時の入熱量を、冷接に至らない入熱下限操業条件と、Ｖ収束点の下流側に溶接スリットを生じない入熱上限操業条件と、の間に制限する制御装置と；を備える。
この電縫鋼管製造装置によれば、冷接や凹み傷の無い健全な溶接部を持つ小径の電縫鋼管を製造することが可能になる。

この電縫鋼管製造装置の一例を、図１に示す。なお、図１において、Ｘは帯状鋼板の搬送方向を示し、Ｚは搬送方向Ｘと直交する高さ方向を示し、Ｙは、搬送方向Ｘおよび高さ方向Ｚの双方と直交し、突合せ端面ｅ１，ｅ２が互いに突合せをする方向（突合せ方向）を示す。
本実施形態の電縫鋼管製造装置は、ロール群（後述のＳＱロールｒを除き不図示）と、加熱手段（不図示）と、電縫鋼管溶接監視装置１０と、制御装置２０とを備える。

前記ロール群は、帯状鋼板を搬送方向Ｘに向かって送りながら管状のオープン管ＯＰに成形する複数のロールを備える。これらロールには、溶接位置において突き合わせ端面ｅ１，ｅ２同士を相互に押し付け合うアプセット力を加えるスクイズロールｒ（以下、ＳＱロールｒと称する）を含む。
前記加熱手段は、誘導加熱を行うワークコイルを備え、オープン管ＯＰの長手方向一部を加熱する。オープン管ＯＰは、この加熱手段により加熱された状態で前記ＳＱロールｒによるアプセット力を受けることで、突き合わせ端面ｅ１，ｅ２同士が押し付けあって溶接される。

電縫鋼管溶接監視装置１０は、オープン管ＯＰに形成される一対の突き合わせ端面ｅ１，ｅ２間の溶接部Ｗをその上方からカメラ１１により撮像しながら監視する。より具体的に言うと、カメラ１１の撮像画像を処理することで、冷接有無と溶接スリット有無を判断する。
制御装置２０は、電縫鋼管溶接監視装置１０からの情報に基づいて、前記加熱手段を制御する。より具体的に言うと、制御装置２０は、前記情報に基づいて、入熱量、すなわち溶接部Ｗへの投入電力（電圧×電流）を制御する。

ここで、電縫溶接を行った際の、突き合わせ端面ｅ１，ｅ２の変化について説明する。図２に示すように、電縫溶接工程では、オープン管ＯＰに成形した帯状鋼板の突き合わせ端面ｅ１，ｅ２のそれぞれにおいて、肉厚方向（上下方向）の両方の角部から溶融が始まる。この溶融は、表皮効果によって高周波電流が角部に集中するために生じる。突き合わせ端面ｅ１，ｅ２間の距離が近くなると、近接効果も影響して溶接面全体に高周波電流が流れる。その結果、理想的な状態では、溶接面の肉厚方向中央位置まで溶融する。その後、ＳＱロールｒによって溶接面同士が圧下され、溶接面外に溶鋼が排出されて溶接ビードを形成する。

しかし、造管速度に対して入熱量が不十分な場合、肉厚方向中央位置が溶融する前に圧下されて冷接（Ｃｏｌｄ Ｗｅｌｄ）が発生することがある。冷接は、第１種領域において入熱量が低すぎた場合に生じるものであり、電縫鋼管の軸線に垂直な断面で見た場合に、溶接部において肉厚方向に沿った全厚が溶融しておらず部分的に未溶融部分が残っている溶接状態を言う。未溶融部分の形成位置は、溶接面の肉厚方向中央位置に限らず、肉厚方向中央位置よりも管径方向外側あるいは管径方向内側に形成される可能性もある。

これまでは、このような溶接不良を起こす冷接条件と、健全な溶接部が得られる溶融溶接可能な第１種領域との間で、Ｖ収束点位置が僅かしか違わないと考えられていた。しかし、本発明者らが溶接面を電縫管長手方向に沿った断面で観察したところ、溶融溶接可能な第１種領域の場合と冷接条件の場合とでは、図３に示すように、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの距離ｌ１（Ｖ収束点ｖ１−溶鋼排出開始位置ｉ１間の距離ｌ１）が異なることを見出した。すなわち、溶融溶接可能な第１種領域の場合よりも、冷接条件の場合の方が、距離ｌ１が短くなることを見出した。

溶接面をＣ方向断面（円周方向断面）から見ると、オープン管ＯＰの溶接面（突き合わせ端面ｅ１，ｅ２）は、図４（ａ）に示すように、その両方の角部から加熱、溶融される。そして、これら一対の溶接面が近づくと近接効果で肉厚中心方向まで溶融領域が広がっていく。

一方、図４（ａ），（ｂ）に示すように、各溶接面はそれらの肉厚中心部分が張り出た形状になっている。これにより、肉厚中心部分から溶融するため、ＳＱロールｒによる圧下を受けた結果、肉厚中心からオープン管ＯＰの内外表面に向かって溶鋼が排出される。この時、溶鋼の排出が鋼管内表面及び鋼管外表面のみからになるため、図４（ｂ）に示すように肉厚中心まで溶融が進んでいないと、図４（ａ）の場合よりも溶鋼の排出タイミングが早くなることを見出した。
すなわち、図４（ａ）に示す溶融溶接可能な第１種領域の場合に比べて、図４（ｂ）に示す冷接条件の場合の方が、溶鋼がオープン管ＯＰの内外表面に至るまでの距離が短くなる。そのため、冷接条件の場合では、溶鋼の排出タイミングが早くなる。この現象を溶接部Ｗの上方から観察すると、図５（ａ），（ｂ）に示すように、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの距離ｌ１や肉厚内部の溶鋼の湧き出し方が異なることが分かる。

そこで、本発明者らは、上記知見に基づいて冷接有無をオンラインで連続的に検出するためのアルゴリズムを構築し、システムとして完成させた。図６は、本実施形態のアルゴリズムで、最終的に「Ｖ収束点ｖ１−排出開始位置ｉ１間の距離ｌ１」を算出するものである。図７は、突き合わせ端面（溶接面エッジ）ｅ１，ｅ２の近似線からＶ収束点ｖ１を検出した画像例である。

図６のアルゴリズムについて説明する。
この処理においては、まずステップＳ０１においてカメラ１１で撮影を行って撮像画像を得る。
続くステップＳ０２において、前記撮影画像から赤色成分を抽出する。なお、抽出成分としては赤色成分の代わりに、緑色成分あるいは青色成分を用いてもよい。ただし、受光感度の高さより、青色成分よりも緑色成分の方が好ましい。また、緑色成分よりも赤色成分の方が好ましい。よって、赤色成分が抽出成分としては最も好ましい。
続くステップＳ０３において、突き合わせ端面（一対の溶接面エッジ）ｅ１，ｅ２の近似直線を検出する。この時、上流側の低輝度部分やＶ収束点ｖ１近傍の影響を受けにくいよう、エッジ検出領域を予め決めている。本例では、図７に示すように、突き合わせ端面ｅ１，ｅ２に囲まれたくさび型領域の上流側端部及び下流側端部のそれぞれ２０％ずつを除外し、その上で一対の近似直線を検出する。
続くステップＳ０４において、ステップＳ０３で得られた一対の近似線の交点を、Ｖ収束点ｖ１として検出する。

続くステップＳ０５において、Ｖ収束点ｖ１よりも下流側に、再二値化領域を設定する。図８（ａ），（ｂ）に示す例では、周方向（画像の紙面上下方向）２ｍｍ、長手方向１０ｍｍの長方形範囲を、これから再二値化を行う領域と設定する。

続くステップＳ０６において、ステップＳ０５で設定した領域を再二値化する。この再二値化を行う際の閾値について、図９（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図９（ａ），（ｂ）は、それぞれ横軸が画像内の輝度レベルを示し、縦軸が頻度を示している。これら図９（ａ），（ｂ）は、輝度レベル毎に画像内の画素数をカウントして出現頻度を得た結果を、輝度のヒストグラムとして得た後、ノイズを消すためにスムージングをかけることで得られる。図９（ａ）が適正入熱条件の場合を示し、また図９（ｂ）が冷接条件の場合を示している。

これら図９（ａ），（ｂ）から分かるように、輝度レベルの頻度は入熱量にかかわらず２つのピークを持つ。２つのピークのうち、相対的に低輝度側にある大きなピークの山は、突き合わせ端面ｅ１，ｅ２が溶けた溶鋼の光である。また、２つのピークのうち、相対的に高輝度側にある小さなピークの山は、オープン管ＯＰの外表面に向かって排出され溶鋼の光である。カメラ１１から見た場合、突き合わせ端面ｅ１，ｅ２内にある溶鋼が放つ光の方向と、オープン管ＯＰの外表面にある溶鋼が放つ光の方向との間には差がある。これら光の方向の差は、放射率の差として現れる。すなわち、突き合わせ端面ｅ１，ｅ２の向きとオープン管ＯＰの外表面の向きとをカメラ１１より見た場合の差が、放射率の差、さらには輝度差として現れることが、図９（ａ），（ｂ）に示す輝度のヒストグラムに現れている。

したがって、２つの山の間の輝度レベル、より具体的には相対的に高輝度レベル側にある小さなピークの山の、登り始め位置の輝度レベルをもって閾値とすることができる。再二値化を行う場合、通常であれば温度差に閾値を設定することも考えられるが、溶鋼の温度はどこも近いため、二値化処理の閾値には適さない。そこで、本発明者らは、温度に代わる二値化処理のパラメータを鋭意検討した結果、上述の理由により、輝度が二値化処理のパラメータとして適していることを見出した。

再び図６に戻り、ステップＳ０７，Ｓ０８において、ステップＳ０６で再二値化した領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出する。この時、正確な対象領域にするために再二値化領域の左端に接するブロッブ（ラベリング処理で一塊として検出された図８（ａ），（ｂ）の白色領域）を抽出する。
続くステップＳ０９において、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１（ブロッブの最下流座標）までの距離（最大長さ）ｌ１を算出する。
続くステップＳ１０において、ステップＳ０９で求めた距離ｌ１を、後述の判定閾値と比較することで正常か冷接かを判定する。すなわち、距離ｌ１が判定閾値以上（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１１に進んで「正常」と判定される。一方、距離ｌ１が判定閾値未満（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１２に進んで「冷接」と判定される。
ステップＳ１１，１２を経た後の制御フローは、ステップＳ０１に戻り、上記各ステップを再び繰り返す。

上述のように、撮影画像の処理は、Ｖ収束点ｖ１より下流側に再二値化領域を設定し、ラベリング処理することで高輝度領域を抽出した後、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの距離ｌ１を算出し、この距離ｌ１を判定閾値と比較して判定することが好ましい。また、この工程を可能とするために、撮影画像の処理手段は、Ｖ収束点ｖ１より下流側に再二値化領域を設定し、ラベリング処理することで高輝度領域を抽出した後、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの距離ｌ１を算出し、この距離ｌ１を判定閾値と比較して判定する機能を有することが好ましい。

図８（ａ）に正常状態（基準入熱）の処理結果例を示し、図８（ｂ）に冷接状態（基準入熱−８％）の処理結果例を示す。なお、電縫鋼管の肉厚は、共に、４．０ｍｍ〜６．０ｍｍの範囲内である。
図８（ａ）の処理結果例では４ｍｍ程度あったＶ収束点−溶鋼排出開始点距離が、図８（ｂ）の処理結果例では１ｍｍ以下まで短縮する様子が分かる。入熱量を変化させた場合における距離ｌ１の変化と、電縫鋼管の長手方向に垂直な断面を研磨及びエッチングして冷接有無を顕微鏡観察した結果とをグラフ化すると、図１０に示すように、両者にはよい整合性が見られた。図１０において、横軸が基準入熱量に対する入熱量の増減分（％）を示し、縦軸がＶ収束点−溶鋼排出開始点距離ｌ１（ｍｍ）を示す。なお、同図のプロットにおいて三角印と丸印とでは溶接速度が異なるが、両者に傾向の差異は見られなかった。

図１０において、横軸＝０％である基準入熱量は、第２種領域に入る入熱量から３％低い値に設定している。横軸＝−５％を冷接限界として、冷接有無が分かれている。すなわち、横軸＝−５％未満の領域では冷接が生じており、この領域が冷接領域となる。また、横軸＝３％を超えた領域は、溶接スリットが生じる第２種領域となる。したがって、横軸が−５％以上３％以下の領域が、溶接可能な第１種領域となる。そして、図中のプロットに引いた近似線と冷接限界である横軸＝−５％の縦線との交点における距離を求めた結果、１．５ｍｍと求まった。この距離＝１．５ｍｍを冷接限界の閾値として用いることで、溶接可能な第１種領域における電縫鋼管製造が可能になる。すなわち、図６のステップＳ１０における閾値として１．５ｍｍを設定することができる。なお、上記閾値（＝１．５ｍｍ）は一例であり、電縫鋼管の肉厚により増減する。上記閾値（＝１．５ｍｍ）は、電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍの範囲内において適用可能である。

このように、冷接有無の判定は、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの距離ｌ１が１．５ｍｍ以上か否かを基準に行うことが好ましい。また、このようなことを可能とするため、電縫鋼管溶接監視装置１０は、冷接有無の判定において、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの距離ｌ１が１．５ｍｍ以上か否かを基準に行う機能を有することが好ましい。

上記内容により、溶融溶接可能な第１種領域の下限（冷接限界）検出が実現できる。一方、入熱量の上限は第２種領域の下限に該当しており、成長した溶接スリットに発生するアーク頻度が高くなることが分かっている（図１１）。したがって、「溶融溶接可能な第１種領域の上限」は、「溶接スリットのアーク頻度を計測する手法」として知られた技術によって検出できる。

このようにして溶融溶接可能な第１種領域の範囲に関する情報を得た電縫鋼管溶接監視装置１０は、同情報を制御装置２０に送信する。制御装置２０は、電縫鋼管溶接監視装置１０から受け取った情報に基づいて、オープン管ＯＰを溶接する際の入熱量、すなわち溶接部Ｗへの投入電力（電圧×電流）を制御する。具体的には、溶融溶接可能な第１種領域の下限（冷接限界）と、第２種領域の下限入熱量（下限投入電力）よりも３％低い値との間に収まるように、溶接部Ｗへの投入電力（電圧×電流）を制御する。

なお、本実施形態の電縫鋼管製造装置において、造管ラインに送管距離計（不図示）を装備して送管長さを測定してもよい。この場合、画像に基づいて送管長さがトラッキングできるように、前記制御装置２０（プロセスコンピュータなどの上位計算機）に品種ごとの判定閾値を記憶させておけば、溶接不良となる冷接判定ができる上に、冷接の発生位置も特定できる。これにより、冷接位置の管理やオペレータへの不良部位除外指示が可能となる。あるいは、溶接部より下流で不良部位へのスプレーなどによるマーキングも可能となる。

このように、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの距離ｌ１を、制御装置２０（上位計算機）に記憶させている品種ごとの判定閾値と比較して判定することが好ましい。また、このようなことを可能とするために、電縫鋼管溶接監視装置１０は、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの距離ｌ１を、制御装置２０に記憶させている品種ごとの判定閾値と比較して判定する機能を有することが好ましい。

また、判定結果に基づき、溶接不良と判定された電縫鋼管について、溶接部よりも下流位置で電縫鋼管の溶接不良箇所にマーキングすることが好ましい。このようなことを可能とするために、電縫鋼管製造装置に、判定結果に基づき、溶接不良と判定された電縫鋼管について、溶接部よりも下流位置で溶接不良箇所にマーキングする機能を備えることが好ましい。なお、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの距離ｌ１は、品質保証上、中継ぎ点などを除く全長を連続計測することが好ましい。
［実施例］

実際の製造ラインにおいて、撮影分解能２５μｍ（長手方向２Ｋ画素で視野５０ｍｍのカメラ）で肉厚内部からの溶鋼排出開始位置及びエッジ検出領域を含む溶接部Ｗを撮影し、２５ミリ秒間隔で溶接部全長の撮影と画像処理を行いながら溶接状態を監視した。対象としたパイプは、φ１００ｍｍ×５ｍｍｔの実管であり、撮像に用いたカメラの設定は、４０フレーム／秒、露光時間は１／１００００秒とした。入熱を意図的に変化させ、トラッキングして断面検鏡してボンドの有無を確認した結果と冷接判定した部位とを突き合わせた。

図１２は、本手法をオンライン適用して採取したデータ例である。開始から２．４分付近でＶ収束点−溶鋼排出位置の距離ｌ１が１．５ｍｍ以下になっており、冷接が発生したと判定された。画像処理装置には、ラインに装着されたＰＬＧ信号を取り込んで中継ぎ点からの長さを測定する機能があり、画像と実長がトラッキングされている。冷接が発生したと判定された位置をプロセスコンピュータに送信し、プロセスコンピュータからオペレータに除外部位を指定することができる。あるいは溶接より下流でスプレーなどによる不良箇所へのマーキングも可能である。本実施例では、Ｖ収束点−溶鋼排出位置の距離ｌ１が１．５ｍｍ以下と確認された箇所について、除外後に扁平試験すると割れたことから、冷接であったことが確認された。

以上説明の本実施形態によれば、冷接が発生した部位を自動検出することができ、不良部を除去することができるため、製品溶接部の健全性の確認が可能となる。

［第２実施形態］
まず、本実施形態の概要について説明する。
本実施形態では、溶接面角部の溶融幅と溶融状態との関係を明確化し、溶融幅を高精度に測定することで、より安定した冷接限界の検出を実現した。

以下に、本発明を実施するための形態を示す。なお、電縫鋼管製造装置の構成は上記第１実施形態と同じであるため、各構成要素には同一符号を用い、主に相違点を中心に説明する。
本実施形態の電縫鋼管溶接監視方法は、電縫管溶接において、エッジ検出領域を含むＶ収束部およびＶ収束点ｖ１と、肉厚内部からの溶鋼排出開始位置及びビードを含む溶接部Ｗとを溶接部上方から撮影する。そして、エッジ検出領域の撮影画像を処理して溶融幅ｗ１を算出する。さらに、この溶融幅ｗ１を、予め肉厚ごとのデータに基づいて設定した判定用閾値と比較して、冷接であるか否かを判定する。このため、前述のようにスパッタ発生が欠陥の一因になる自動車、機械及び構造用の小径鋼管を製造する小径電縫鋼管ミルで製造される電縫鋼管製造プロセスにおいて、溶融溶接が可能な第１種領域の冷接を検出する溶接監視方法を提供することが可能となる。

また、電縫鋼管溶接監視装置は、電縫鋼管溶接において、エッジ検出領域を含むＶ収束部およびＶ収束点ｖ１と、肉厚内部からの溶鋼排出位置及びビードを含む溶接部Ｗとをそれらの上方から撮影する手段と；撮影画像を処理して溶融幅ｗ１を計測する手段と；溶融幅の情報を、予め肉厚ごとのデータに基づいて設定した判定用閾値と比較して冷接であるか否かを判定する手段と；を有する。このため、スパッタ発生が欠陥の一因になる自動車、機械及び構造用のミルで製造される電縫鋼管製造プロセスにおいて、溶融溶接が可能な第１種領域の冷接を検出することが可能になる。

本発明者らが溶接部Ｗをその上方から撮影した画像を精緻に吟味したところ、図１３に示すように、正常状態と冷接状態とで溶融幅ｗ１が異なることが分かった。
オープン管ＯＰの突き合わせ端面ｅ１，ｅ２は、上記第１実施形態の図２に示したように、肉厚方向の両方の角部から加熱、溶融されていく。そして、突き合わせ端面ｅ１，ｅ２間の距離が近くなると近接効果で肉厚中心方向まで溶融領域が広がる。これに伴って突き合わせ端面ｅ１，ｅ２それぞれの肉厚方向の両角部の溶融も進むため、入熱量によって溶融幅が異なる。特に冷接時には、溶融が肉厚中心まで至らないため、図１３（ｂ）に示すように、角部間の溶融幅が著しく狭くなると推察される。この現象をカメラ１１で上方から撮影した図１３（ｂ）では、溶融幅ｗ１を示す領域の輝度が高いことが分かる。

本発明者らは、この現象を推測するために、放射輝度が見る方向によって変化する角度依存性を活用できないかについて検討した。冷延鋼板ではあるが、角度依存性の例を図１５に示す。この例では、板面の法線からの角度θが大きい、即ち板面から浅い角度の方が高輝度になる傾向が示されている。溶鋼も同じ傾向を持つとすると、図１４（ａ），（ｂ）に示す断面を上方のカメラ１１の位置から見た場合に浅い角度になる部位（エッジ角部、溶接面近傍）からの輝度が高くなると考えられた。この点に着目することで、図１３（ａ），（ｂ）に示すようにＶ収束点ｖ１より下流側の高輝度領域の最大幅寸法を溶融幅ｗ１とし、この溶融幅ｗ１を計測することで冷接限界を判定する手法を構築するに至った。

また、溶融幅をオンラインで連続的に検出するためのアルゴリズムを構築し、システムとして完成させた。図１６は、本実施形態のアルゴリズムの処理例で、最終的に「溶融幅」を計測する。図１７（ａ），（ｂ）に、一対の突き合わせ端面ｅ１，ｅ２の近似線からＶ収束点ｖ１を検出した画像例が示されている。

図１６のアルゴリズムについて説明する。
この処理においては、まずステップＳ０１Ａにおいてカメラ１１で撮影を行って撮像画像を得る。
続くステップＳ０２Ａにおいて、前記撮影画像から赤色成分を抽出する。なお、抽出成分としては赤色成分の代わりに、緑色成分あるいは青色成分を用いてもよい。ただし、受光感度の高さより、青色成分よりも緑色成分の方が好ましい。また、緑色成分よりも赤色成分の方が好ましい。よって、赤色成分が抽出成分としては最も好ましい。
続くステップＳ０３Ａにおいて、突き合わせ端面（一対の溶接面エッジ）ｅ１，ｅ２の近似直線を検出する。この時、上流側の低輝度部分やＶ収束点近傍の影響を受けにくいよう、エッジ検出領域を予め決めている。本例では、上記第１実施形態の図７でも示したように、突き合わせ端面ｅ１，ｅ２に囲まれたくさび型領域の上流側端部及び下流側端部のそれぞれ２０％ずつを除外し、その上で一対の近似直線を検出する。
続くステップＳ０４において、ステップＳ０３で得られた一対の近似線の交点を、Ｖ収束点ｖ１として検出する。

続くステップＳ０５Ａにおいて、Ｖ収束点ｖ１よりも下流側に、再二値化領域を設定する。図１７（ａ），（ｂ）に示す例では、周方向（画像の紙面上下方向）２ｍｍ、長手方向１０ｍｍの長方形範囲を、これから再二値化を行う領域と設定する。

続くステップＳ０６Ａにおいて、ステップＳ０５Ａで設定した領域を再二値化する。この再二値化に際しての閾値の設定等については、上記第１実施形態で説明済みであるため、ここでは省略する。

ステップＳ０７Ａ，Ｓ０８Ａにおいて、ステップＳ０６Ａで再二値化した領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出する。この時、正確な対象領域にするために再二値化領域の左端に接するブロッブ（ラベリング処理で一塊として検出された図１７（ａ），（ｂ）の白色領域）を抽出する。そして、この高輝度領域の溶融幅を測定する。

続くステップＳ０９Ａにおいて、ステップＳ０８Ａで求めた溶融幅を、後述の判定閾値と比較することで正常か冷接かを判定する。すなわち、溶融幅が判定閾値以上（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１０Ａに進んで「正常」と判定される。一方、距離が判定閾値未満（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１１Ａに進んで「冷接」と判定される。
ステップＳ１０Ａ，１１Ａを経た後の制御フローは、ステップＳ０１Ａに戻り、上記各ステップを再び繰り返す。

図１７（ａ）に正常状態（基準入熱）の処理結果例を示し、図１７（ｂ）に冷接状態（基準入熱−８％）の処理結果例を示す。なお、電縫鋼管の肉厚は、共に、４．０ｍｍ〜６．０ｍｍの範囲内である。
図１７（ａ）の処理結果例では０．４ｍｍ程度あった溶融幅が、図１７（ｂ）の処理結果例では０．０６ｍｍまで狭くなることが分かる。入熱量を変化させた場合における溶融幅ｗ１の変化と、電縫鋼管の長手方向に垂直な断面を研磨及びエッチングして冷接有無を顕微鏡観察した結果とをグラフ化すると、図１８に示すように、両者にはよい整合性が見られた。図１８において、横軸が基準入熱量に対する入熱量の増減分（％）を示し、縦軸が溶融幅ｗ１（ｍｍ）を示す。

図１８において、横軸＝０％である基準入熱量は、第２種領域に入る入熱量から３％低い値に設定している。
図１８の結果では、横軸が−４％以上では冷接無しとなり、横軸が−６％以下では冷接有りとなった。このように、横軸＝−５％を冷接限界として、冷接有無が分かれている。すなわち、横軸＝−５％未満の領域では冷接が生じており、この領域が冷接領域となる。また、横軸＝３％を超えた領域では溶接スリットが生じる第２種領域となる。したがって、横軸が−５％以上３％以下の領域が、溶接可能な第１種領域となる。そして、図中のプロットに引いた近似線と冷接限界である横軸＝−５％の縦線との交点における溶融幅ｗ１を求めた結果、０．３ｍｍと求まった。この溶融幅ｗ１＝０．３ｍｍを冷接限界の閾値として用いることで、溶接可能な第１種領域における電縫鋼管製造が可能になる。すなわち、図１６のステップＳ０９Ａにおける閾値として０．３ｍｍを設定することができる。
尚、溶融幅ｗ１の上限は特に規定しないが、入熱量を上げると溶融幅ｗ１が広くなる前に第２種領域に入る。このため、原理的にビード幅（図１７（ａ）の例では約３ｍｍ）以上になることはないので、溶融幅ｗ１の上限値は３ｍｍとしてもよい。尚、上記数値は、電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍの場合である。

このように、冷接有無の判定は、まず、Ｖ収束点ｖ１より下流側に再二値化領域を設定し、ラベリング処理することで高輝度領域を抽出した後、溶融幅ｗ１を算出する。そして、この溶融幅ｗ１を、予め肉厚ごとのデータに基づいて設定した判定用閾値であると比較して判定することが好ましい。すなわち、電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍの場合、溶融幅ｗ１が０．３ｍｍ以上か否かを基準に判定することが好ましい。
また、このようなことを可能とするために、撮影画像の処理手段は、Ｖ収束点ｖ１より下流側に再二値化領域を設定し、ラベリング処理することで高輝度領域を抽出した後、溶融幅ｗ１を算出し、この溶融幅ｗ１を、予め肉厚ごとのデータに基づいて設定した判定用閾値と比較して判定する機能を有することが好ましい。すなわち、電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍの場合、溶融幅ｗ１が０．３ｍｍ以上か否かを基準に判定する機能を有することが好ましい。

上記内容により、溶融溶接可能な第１種領域の下限（冷接限界）を検出できる。一方、入熱量の上限は第２種領域の下限に該当しており、成長した溶接スリット間に発生するアーク頻度が高くなることが分かっている（上記第１実施形態の図１１参照）。したがって、「溶融溶接可能な第１種領域の上限」は、「溶接スリット間のアーク頻度を計測する手法」として知られた技術によって検出できる。

このようにして溶融溶接可能な第１種領域の範囲に関する情報を得た電縫鋼管溶接監視装置１０は、同情報を制御装置２０に送信する。制御装置２０は、電縫鋼管溶接監視装置１０から受け取った情報に基づいて、オープン管ＯＰを溶接する際の入熱量、すなわち溶接部Ｗへの投入電力（電圧×電流）を制御する。具体的には、溶融溶接可能な第１種領域の下限（冷接限界）と、第２種領域の下限入熱量（下限投入電力）よりも３％低い値との間に収まるように、溶接部Ｗへの投入電力（電圧×電流）を制御する。

なお、本実施形態の電縫鋼管製造装置において、造管ラインに送管距離計（不図示）を装備して送管長さを測定してもよい。この場合、画像に基づいて送管長さがトラッキングできるように、前記制御装置２０（プロセスコンピュータなどの上位計算機）に品種ごとの判定閾値を記憶させておけば、溶接不良となる冷接判定ができる上に、冷接の発生位置も特定できる。これにより、冷接位置の管理やオペレータへの除外部位指示が可能となる。あるいは、溶接より下流でスプレーなどによる実物へのマーキングも可能となる。

このように、溶融幅ｗ１を、制御装置２０（上位計算機）に記憶させている品種ごとの判定用閾値と比較して判定することが好ましい。また、このようなことを可能とするため、電縫鋼管溶接監視装置１０は、溶融幅ｗ１を、制御装置２０に記憶させている品種ごとの判定閾値と比較して判定する機能を有することが好ましい。

また、判定結果に基づき、溶接不良と判定された電縫鋼管について、溶接部Ｗよりも下流位置で電縫鋼管の溶接不良箇所にマーキングすることが好ましい。このようなことを可能とするために、電縫鋼管製造装置に、判定結果に基づき、溶接不良と判定された電縫鋼管について、溶接部よりも下流位置で溶接不良箇所にマーキングする機能を備えることが好ましい。なお、溶融幅ｗ１の計測は、品質保証上、中継ぎ点などを除く全長を連続計測することが好ましい。
［実施例］

実際の製造ラインにおいて、撮影分解能が２５μｍ（長手方向２Ｋ画素で視野５０ｍｍのカメラ）で肉厚内部からの溶鋼排出位置及びエッジ検出領域を含む溶接部Ｗを撮影し、２５ミリ秒間隔で連続的に撮影と画像処理を行いながら溶接状態を監視した。対象としたパイプは、φ１００ｍｍ×５ｍｍｔの実管であり、撮像に用いたカメラは、４０フレーム／秒、露光時間は１／１００００秒とした。入熱を意図的に変化させ、トラッキングして断面検鏡してボンドの有無を確認した結果と冷接判定した部位とを突き合わせた。

図１９は、本手法をオンライン適用して採取したデータ例である。開始から１分付近で溶融幅ｗ１が０．３ｍｍ以下になっており、冷接が発生したと判定された。画像処理装置にはラインに装着されたＰＬＧ信号を取り込んで中継ぎ点からの長さを測定する機能があり、画像と実長がトラッキングされている。冷接が発生したと判定された位置をプロセスコンピュータに送信し、プロセスコンピュータからオペレータに除外部位を指定することができる。あるいは、溶接部Ｗよりも下流でスプレーなどによる実物へのマーキングも可能である。実施例では、溶融幅ｗ１が０．３ｍｍ以下になった箇所について、除外後に扁平試験すると割れたことから、冷接であったことが確認された。

以上説明の本実施形態によれば、冷接が発生した部位を自動検出することができ、不良部を除去することができるため、製品溶接部の健全性の確認が可能となる。

［第３実施形態］
本実施形態は、上記第１実施形態で説明した図６のアルゴリズムと、上記第２実施形態で説明した図１６のアルゴリズムとを併用して、冷接有無を総合的に判断する。すなわち、本実施形態では、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの距離ｌ１に基づく冷接有無の判定と、溶融幅ｗ１に基づく冷接有無の判定との両方を行う。そして、これら２つの判定結果が共に一致すれば、正しく冷接有無が判定されたと判断する。一方、これら２つの判定結果が一致しない場合は、正しく冷接有無が判定されていないと判断する。その具体例を、図２０に示すアルゴリズムを用いて以下に説明する。

この処理においては、まずステップＳ０１Ｃにおいて、Ｖ収束およびＶ収束点ｖ１と、肉厚内部からの溶鋼排出開始位ｉ１置及びエッジ検出領域を含む溶接部Ｗとを、カメラ１１で撮影して撮影画像を得る。
続くステップＳ０２Ｃにおいて、前記撮影画像から赤色成分を抽出する。前記撮影画像から赤色成分を抽出する。なお、抽出成分としては赤色成分の代わりに、緑色成分あるいは青色成分を用いてもよい。ただし、受光感度の高さより、青色成分よりも緑色成分の方が好ましい。また、緑色成分よりも赤色成分の方が好ましい。よって、赤色成分が抽出成分として最も好ましい。
続くステップＳ０３Ｃにおいて、突き合わせ端面（一対の溶接面エッジ）ｅ１，ｅ２の近似直線を検出する。この時、上流側の低輝度部分やＶ収束点近傍の影響を受けにくいよう、エッジ検出領域を予め決めている。本例では、上記第１実施形態の図７で示したように、突き合わせ端面ｅ１，ｅ２に囲まれたくさび型領域の上流側端部及び下流側端部のそれぞれ２０％ずつを除外し、その上で一対の近似直線を検出する。
続くステップＳ０４Ｃにおいて、ステップＳ０３Ｃで得られた一対の近似線の交点を、Ｖ収束点ｖ１として検出する。

続くステップＳ０５Ｃにおいて、Ｖ収束点ｖ１よりも下流側に、再二値化領域を設定する。例えば上記第１実施形態の図８（ａ），（ｂ）に示した例のように、周方向（画像の紙面上下方向）２ｍｍ、長手方向１０ｍｍの長方形範囲を、これから再二値化を行う領域と設定することができる。

続くステップＳ０６Ｃにおいて、ステップＳ０５Ｃで設定した領域を再二値化する。この再二値化を行う際の閾値については、上記第１実施形態において図９（ａ），（ｂ）を用いて説明した通りである。
このステップＳ０６Ｃの後、ステップＳ０７Ｃを経てステップＳ０８Ｃ〜Ｓ１２Ｃを行う第１の処理と、ステップＳ０７Ｃを経てステップＳ１３Ｃ〜ステップＳ１６Ｃを行う第２の処理とが、並列的に行われる。

まず、第１の処理では、ステップＳ０７Ｃ，Ｓ０８Ｃにおいて、ステップＳ０６Ｃで再二値化した領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出する。この時、正確な対象領域にするために再二値化領域の左端に接するブロッブ（上記第１実施形態において図８（ａ），（ｂ）に示した白色領域）を抽出する。
続くステップＳ０９Ｃにおいて、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置（ブロッブの最下流座標）ｉ１までの距離ｌ１を算出する。
続くステップＳ１０Ｃにおいて、ステップＳ０９Ｃで求めた距離ｌ１を、判定閾値と比較することで正常か冷接かを判定する。すなわち、距離ｌ１が判定閾値以上（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１１Ｃに進んで「一次判定＝冷接無し」と判定される。一方、距離が判定閾値未満（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１２Ｃに進んで「一次判定＝冷接有り」と判定される。

続いて、第２の処理では、ステップＳ０７Ｃ，Ｓ１３Ｃにおいて、ステップＳ０６Ｃで再二値化した領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出する。この時、正確な対象領域にするために再二値化領域の左端に接するブロッブ（上記第２実施形態において、ラベリング処理で一塊として検出された図１７（ａ），（ｂ）の白色領域）を抽出する。そして、この高輝度領域の溶融幅ｗ１を測定する。

続くステップＳ１４Ｃにおいて、ステップＳ１３Ｃで求めた溶融幅ｗ１を、判定閾値と比較することで正常か冷接かを判定する。すなわち、溶融幅ｗ１が判定閾値以上（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１５Ｃに進んで「二次判定＝冷接無し」と判定される。一方、溶融幅ｗ１が判定閾値未満（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１６Ｃに進んで「二次判定＝冷接有り」と判定される。

以上説明の一次判定の結果と二次判定の結果とがステップＳ１７Ｃに導入され、両者の判定結果が一致する（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ１８Ｃに進んで「判定異常なし」と判断される。一方、両者の判定結果が一致しない（Ｎｏ）の場合にはステップＳ１９Ｃに進んで「判定異常有り」と判断される。この場合、何らかの不都合（例えば、撮影範囲に冷却水がかかった、異物が入り込んだ等）が生じて判定結果の信頼性が損なわれたと判断できる。
ステップＳ１８Ｃ，Ｓ１９Ｃを経た後の制御フローは、ステップＳ０１Ｃに戻り、上記各ステップを再び繰り返す。なお、ステップＳ１９Ｃに進んで「判定異常有り」と判断された場合には、これを保存しておいて、後々の信頼性判断に用いてもよいし、または、アラームを表示してオペレータに報知してもよい。

以上、本発明の第１実施形態〜第３実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれらの形態のみに限定されない。本発明の骨子は、以下の通りである。
（１）本発明の各実施形態に係る電縫鋼管溶接監視方法は、
電縫鋼管の溶接時に、エッジ検出領域を含むＶ収束部及びＶ収束点ｖ１と、肉厚内部からの溶鋼排出開始位置ｉ１及びビードを含む溶接部Ｗと、を撮影して撮影画像を得る画像取得工程と；
前記撮影画像を画像処理して、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの溶融長さｌ１、及び、溶接部Ｗの溶融幅ｗ１、の少なくとも一方を判定情報として取得する判定情報取得工程と；
前記判定情報を、電縫鋼管の肉厚ごとに予め設定した判定用閾値と比較して、冷接であるか否かを判定する判定工程と；
を有する。

（２）上記（１）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定情報取得工程で、前記判定情報として溶融長さｌ１を取得してもよい。

（３）上記（２）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定情報取得工程における前記画像処理で、Ｖ収束点ｖ１よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、溶融長さｌ１を取得してもよい。

（４）上記（２）または（３）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、以下のようにしてもよい：
前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
前記判定工程で、溶融長さｌ１が１．５ｍｍ以上か否かを前記判定用閾値として用いる。

（５）上記（２）〜（４）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定工程の前記判定用閾値を、前記電縫鋼管の品種毎に有してもよい。

（６）上記（１）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定情報取得工程で、前記判定情報として溶融幅ｗ１を取得してもよい。

（７）上記（６）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定情報取得工程における前記画像処理は、Ｖ収束点ｖ１よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、溶融幅ｗ１を取得してもよい。

（８）上記（６）または（７）に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、以下のようにしてもよい：
前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
前記判定工程で、溶融幅ｗ１が０．３ｍｍ以上か否かを前記判定用閾値として用いる。

（９）上記（６）〜（８）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視方法において、
前記判定工程の前記判定用閾値を、前記電縫鋼管の品種毎に有してもよい。

（１０）本発明の一態様に係る電縫鋼管製造方法は、
帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管ＯＰに成形しつつ、一対の突合せ端面ｅ１，ｅ２間を溶接して電縫鋼管を製造する方法であって、
上記（１）〜（９）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視方法により得た、前記冷接に至らない入熱下限操業条件と、
前記Ｖ収束点の下流側に溶接スリットを生じない入熱上限操業条件と、
の間で前記溶接を行う。

（１１）上記（１０）に記載の電縫管製造方法において、
前記判定工程で前記冷接が生じたと判定された場合に、前記電縫鋼管のうちで前記冷接に対応した位置にマーキングを付すマーキング工程をさらに有してもよい。

（１２）本発明の一態様に係る電縫鋼管溶接監視装置１０は、
電縫鋼管の溶接時に、エッジ検出領域を含むＶ収束部およびＶ収束点ｖ１と、肉厚内部からの溶鋼排出開始位置ｉ１及びビードを含む溶接部Ｗと、を撮影して撮影画像を得る撮像手段と；
前記撮影画像を画像処理して、Ｖ収束点ｖ１から溶鋼排出開始位置ｉ１までの溶融長さｌ１、及び、溶接部Ｗの溶融幅ｗ１、の少なくとも一方を判定情報として取得する判定情報取得手段と；
前記判定情報を、前記電縫鋼管の肉厚ごとに予め設定した判定用閾値と比較して、冷接であるか否かを判定する判定手段と；
を備える。

（１３）上記（１２）に記載の電縫鋼管溶接監視装置１０において、
前記判定情報が、溶融長さｌ１であってもよい。

（１４）上記（１３）に記載の電縫鋼管溶接監視装置１０において、
前記判定情報取得手段が、Ｖ収束点ｖ１よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、溶融長さｌ１を取得してもよい。

（１５）上記（１３）または（１４）に記載の電縫鋼管溶接監視装置１０において、以下のようにしてもよい：
前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
前記判定手段が、溶融長さｌ１が１．５ｍｍ以上か否かを前記判定用閾値として用いる。

（１６）上記（１３）〜（１５）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視装置１０において、
前記判定手段が、前記判定用閾値を前記電縫鋼管の品種毎に有してもよい。

（１７）上記（１２）に記載の電縫鋼管溶接監視装置１０において、
前記判定情報が、溶融幅ｗ１であってもよい。

（１８）上記（１７）に記載の電縫鋼管溶接監視装置１０において、
前記判定情報取得手段が、Ｖ収束点ｖ１よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、溶融幅ｗ１を取得してもよい。

（１９）上記（１７）または（１８）に記載の電縫鋼管溶接監視装置１０において、以下のようにしてもよい：
前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
前記判定手段が、溶融幅ｗ１が０．３ｍｍ以上であるか否かを前記判定用閾値として用いる。

（２０）上記（１７）〜（１９）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視装置において、
前記判定手段が、前記判定用閾値を前記電縫鋼管の品種毎に有してもよい。

（２１）本発明の一態様に係る電縫鋼管製造装置は、
帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面間ｅ１，ｅ２を溶接して電縫鋼管を製造する装置であって、
上記（１２）〜（２０）の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視装置１０と；
前記溶接時の入熱量を、前記冷接に至らない入熱下限操業条件と、Ｖ収束点ｖ１の下流側に溶接スリットを生じない入熱上限操業条件と、の間に制限する制御装置２０と；
を備える。

（２２）上記（２１）に記載の電縫鋼管製造装置において、
前記判定手段が、前記冷接が生じたと判定した場合に、前記電縫鋼管のうちで前記冷接に対応した位置にマーキングを付すマーキング手段をさらに備えてもよい。

本発明によれば、溶融溶接可能な第１種領域での溶接操業を適切に行うために冷接を検出可能とする、電縫鋼管溶接監視方法及び電縫鋼管溶接監視装置を提供できる。さらに、本発明によれば、この電縫鋼管溶接監視方法を用いた電縫鋼管製造方法と、電縫鋼管溶接監視装置を備えた電縫鋼管製造装置も提供できる。

１０ 電縫鋼管溶接監視装置
１１ カメラ（撮像手段）
２０ 制御装置
ｅ１，ｅ２ 一対の突合せ端面
ｉ１ 溶鋼排出開始位置
ｌ１ 溶融長さ
ＯＰ オープン管
ｖ１ Ｖ収束点
Ｗ 溶接部
ｗ１ 溶融幅

Claims (22)

1. 電縫鋼管の溶接時に、エッジ検出領域を含むＶ収束部およびＶ収束点と、肉厚内部からの溶鋼排出開始位置及びビードを含む溶接部と、を撮影して撮影画像を得る画像取得工程と；
   前記撮影画像を画像処理して、前記Ｖ収束点から前記溶鋼排出開始位置までの溶融長さ、及び、前記溶接部の溶融幅、の少なくとも一方を判定情報として取得する判定情報取得工程と；
   前記判定情報を、前記電縫鋼管の肉厚ごとに予め設定した判定用閾値と比較して、冷接であるか否かを判定する判定工程と；
   を有することを特徴とする電縫鋼管溶接監視方法。
2. 前記判定情報取得工程で、前記判定情報として前記溶融長さを取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管溶接監視方法。
3. 前記判定情報取得工程における前記画像処理では、前記Ｖ収束点よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、前記溶融長さを取得する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電縫鋼管溶接監視方法。
4. 前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
   前記判定工程で、前記溶融長さが１．５ｍｍ以上か否かを前記判定用閾値として用いる；
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の電縫鋼管溶接監視方法。
5. 前記判定工程の前記判定用閾値を、前記電縫鋼管の品種毎に有する
   ことを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視方法。
6. 前記判定情報取得工程で、前記判定情報として前記溶融幅を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管溶接監視方法。
7. 前記判定情報取得工程における前記画像処理は、前記Ｖ収束点よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、前記溶融幅を取得する
   ことを特徴とする請求項６に記載の電縫鋼管溶接監視方法。
8. 前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
   前記判定工程で、前記溶融幅が０．３ｍｍ以上か否かを前記判定用閾値として用いる；
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の電縫鋼管溶接監視方法。
9. 前記判定工程の前記判定用閾値を、前記電縫鋼管の品種毎に有する
   ことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視方法。
10. 帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面間を溶接して電縫鋼管を製造する方法であって、
    請求項１〜９の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視方法により得た、前記冷接に至らない入熱下限操業条件と、
    前記Ｖ収束点の下流側に溶接スリットを生じない入熱上限操業条件と、
    の間で前記溶接を行う
    ことを特徴とする電縫鋼管製造方法。
11. 前記判定工程で前記冷接が生じたと判定された場合に、前記電縫鋼管のうちで前記冷接に対応した位置にマーキングを付すマーキング工程をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電縫鋼管製造方法。
12. 電縫鋼管の溶接時に、エッジ検出領域を含むＶ収束部およびＶ収束点と、肉厚内部からの溶鋼排出開始位置及びビードを含む溶接部と、を撮影して撮影画像を得る撮像手段と；
    前記撮影画像を画像処理して、前記Ｖ収束点から前記溶鋼排出開始位置までの溶融長さ、及び、前記溶接部の溶融幅、の少なくとも一方を判定情報として取得する判定情報取得手段と；
    前記判定情報を、前記電縫鋼管の肉厚ごとに予め設定した判定用閾値と比較して、冷接であるか否かを判定する判定手段と；
    を備えることを特徴とする電縫鋼管溶接監視装置。
13. 前記判定情報が、前記溶融長さである
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電縫鋼管溶接監視装置。
14. 前記判定情報取得手段が、前記Ｖ収束点よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、前記溶融長さを取得する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電縫鋼管溶接監視装置。
15. 前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
    前記判定手段が、前記溶融長さが１．５ｍｍ以上か否かを前記判定用閾値として用いる；
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の電縫鋼管溶接監視装置。
16. 前記判定手段が、前記判定用閾値を前記電縫鋼管の品種毎に有する
    ことを特徴とする請求項１３〜１５の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視装置。
17. 前記判定情報が、前記溶融幅である
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電縫鋼管溶接監視装置。
18. 前記判定情報取得手段が、前記Ｖ収束点よりも下流側の領域にラベリング処理をすることで高輝度領域を抽出した後に、前記溶融幅を取得する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の電縫鋼管溶接監視装置。
19. 前記電縫鋼管の肉厚が４．０ｍｍ〜６．０ｍｍであり；
    前記判定手段が、前記溶融幅が０．３ｍｍ以上であるか否かを前記判定用閾値として用いる；
    ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の電縫鋼管溶接監視装置。
20. 前記判定手段が、前記判定用閾値を前記電縫鋼管の品種毎に有する
    ことを特徴とする請求項１７〜１９の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視装置。
21. 帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面間を溶接して電縫鋼管を製造する装置であって、
    請求項１２〜２０の何れか１項に記載の電縫鋼管溶接監視装置と；
    前記溶接時の入熱量を、前記冷接に至らない入熱下限操業条件と、前記Ｖ収束点の下流側に溶接スリットを生じない入熱上限操業条件と、の間に制限する制御装置と；
    を備えることを特徴とする電縫鋼管製造装置。
22. 前記判定手段が、前記冷接が生じたと判定した場合に、前記電縫鋼管のうちで前記冷接に対応した位置にマーキングを付すマーキング手段をさらに備える
    ことを特徴とする請求項２１に記載の電縫鋼管製造装置。

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