KR101899264B1 - 초음파 탐상 장치 및 초음파 탐상 방법 - Google Patents
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Abstract
초음파 탐상 장치 (1) 는, 심 검출부 (13) 의 하류측에 설치된 초음파 탐상용 센서 헤드 (11), 심 검출부 (13) 에 의해 촬영된 용접 심부의 열화상을 사용하여 전봉관 (P) 의 심 위치 및 비드 절삭 위치를 연산하는 심 위치 연산부 (14a), 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 직전 또는 직후에 설치된, 전봉관 (P) 의 비드 절삭대를 검출하는 비드 절삭대 검출부 (15), 비드 절삭대 검출부 (15) 에 의해 검출된 비드 절삭대에 기초하여 전봉관 (P) 의 비드 절삭 위치를 연산하는 비드 절삭 위치 연산부 (14c), 및 심 위치 연산부 (14a) 에 의해 연산된 심 위치 및 비드 절삭 위치와 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 에 의해 연산된 비드 절삭 위치를 사용하여 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 추종 이동량을 연산하는 추종 이동량 연산부 (14d) 를 구비한다.
Description
본 발명은, 전봉관의 용접 심부를 초음파 탐상하는 초음파 탐상 장치 및 초음파 탐상 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전봉관은 강판을 관상으로 성형하고, 강판의 폭방향 양단부를 서로 가압하면서 용접 접합한다는 프로세스에 의해 제조된다. 이와 같은 전봉관의 제조 프로세스에서는, 양호한 용접 품질을 얻기 위해서, 전봉관은 초음파 탐상 장치를 이용하여 용접 심부를 초음파 탐상하고, 심 어닐러 (seam annealer) 에 의해 용접 심부에 어닐 처리 (용접에 의해 ?칭 상태에 가까워진 용접 심부를 탬퍼링하는 처리) 를 실시함으로써 제품화된다.
용접 심부를 초음파 탐상할 때에는, 통상적으로 용접 비드의 절삭 후나 수압시험 후, 용접 심부에 대해 비스듬하게 초음파 신호를 입사시키는 사각 (斜角) 탐상이 실시된다. 사각 탐상에서는, 초음파 신호가 용접 심부에 입사되도록, 초음파 탐촉자를 구비하는 센서 헤드를 용접 심부에 대해 위치 결정하여 초음파 탐상을 실시할 필요가 있다. 특히 집속된 초음파 신호를 사용하는 경우에는, 초음파 신호의 초점 심도가 짧아지기 때문에, 그 위치 결정에는 정밀함이 요구된다.
그러나, 전봉관은 제조 라인상에서 여러가지 힘을 받기 때문에, 용접 심부가 반드시 센서 헤드의 중심선 상에 위치하고 있다고는 한정되지 않고, 센서 헤드의 중심선에 대해 관주 (管周) 방향으로 어긋나는 경우가 있다. 그래서, 용접 심부에 있는 결함으로부터의 초음파 반사 신호를 사용한 심 위치 검출 기술 (특허문헌 1 참조) 이나, 전봉관의 용접 심부를 적외선 카메라로 촬상함으로써 얻어진 온도 분포로부터 심 위치를 검출하고, 또한 용접 심부에 존재하는 품질에는 영향을 미치지 않는 미소 산화물로부터의 초음파 반사 신호를 사용하여 심 위치를 보정하는 기술 (특허문헌 2 참조) 이 제안되어 있다.
그러나, 특허문헌 1, 2 에 기재된 기술은 모두, 전봉관의 용접 심부 부근에서 초음파 신호를 전자적 또는 기계적으로 관주 방향으로 주사함으로써 얻어지는, 용접 심부에 존재하는 품질에는 영향을 미치지 않는 미소 산화물로부터의 초음파 반사 신호에 기초하여 심 위치를 검출하는 것이다. 이 때문에, 특허문헌 1, 2 에 기재된 기술에 의하면, 용접 심부에 미소 산화물이 존재하지 않는 경우, 심 위치를 검출할 수 없다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 용접 심부에 존재하는 미소 산화물로부터의 초음파 반사 신호에 의존하지 않고 심 위치를 양호한 정밀도로 검출하고, 용접 심부를 양호한 정밀도로 탐상 가능한 초음파 탐상 장치 및 초음파 탐상 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 전봉관의 용접 심부의 열화상을 촬영하는 심 검출부와, 상기 심 검출부의 조관 (造管) 방향 하류측에 설치된, 상기 용접 심부를 초음파 탐상하기 위한 초음파 탐촉자를 갖는 초음파 탐상용 센서 헤드와, 상기 심 검출부에 의해 촬영된 용접 심부의 열화상을 사용하여 전봉관의 심 위치 및 비드 절삭 위치를 연산하는 심 위치 연산부와, 상기 초음파 탐상용 센서 헤드의 설치 위치의 직전 또는 직후에 설치된, 상기 전봉관의 비드 절삭대를 검출하는 비드 절삭대 검출부와, 상기 비드 절삭대 검출부에 의해 검출된 비드 절삭대에 기초하여 전봉관의 비드 절삭 위치를 연산하는 비드 절삭 위치 연산부와, 상기 심 위치 연산부에 의해 연산된 심 위치 및 비드 절삭 위치와 상기 비드 절삭 위치 연산부에 의해 연산된 비드 절삭 위치를 사용하여 상기 초음파 탐상용 센서 헤드의 추종 이동량을 연산하는 추종 이동량 연산부와, 상기 추종 이동량 연산부에 의해 연산된 추종 이동량에 따라 상기 초음파 탐상용 센서 헤드를 전봉관의 용접 심부에 추종 이동시키는 센서 헤드 구동부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 심 위치 연산부는, 상기 심 검출부에 의해 촬영된 열화상으로부터 전봉관의 관주 방향의 온도 분포를 산출하고, 온도가 소정의 임계값을 초과한 관주 방향 위치의 중점을 심 위치로 하여 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 비드 절삭대 검출부는, 전봉관의 상방 좌측 방향으로부터 용접 심부의 부근에 조명광을 조사하는 제 1 광원과, 전봉관의 상방 우측 방향으로부터 용접 심부의 부근에 조명광을 조사하는 제 2 광원과, 제 1 및 제 2 광원으로부터 조명광을 조사했을 때의 용접 심부의 부근의 화상을 검출하는, 제 1 광원과 제 2 광원 사이에 위치한 화상 검출부를 구비하고, 상기 비드 절삭 위치 연산부는, 제 1 광원으로부터 조명광을 조사했을 때에 검출된 화상과 제 2 광원으로부터 조명광을 조사했을 때에 검출된 화상으로부터 최소 휘도 화상을 연산하고, 최소 휘도 화상의 관주 방향에 대해 조관 방향의 소정의 평가 범위 내에 있어서의 휘도의 최대치를 연산한 휘도 분포를 평가용 휘도 분포로서 연산하고, 평가용 휘도 분포와 소정의 임계값에 기초하여 비드 절삭 위치를 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 비드 절삭 위치 연산부는, 상기 최소 휘도 화상의 조관 방향에 대해 관주 방향에 있어서의 최대 휘도치를 계산한 차트를 산출하고, 차트가 소정의 임계값을 초과하는 조관 방향의 범위를 상기 소정의 평가 범위로서 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 비드 절삭 위치 연산부는, 상기 최소 휘도 화상의 소정의 범위 내로 설정된 참조 휘도 연산 범위에 있어서의 관주 방향에 대해 조관 방향의 휘도의 최대치를 연산한 휘도 분포를 참조 휘도 분포로서 연산하고, 평가용 휘도 분포로부터 참조 휘도 분포를 감산한 휘도 분포와 소정의 임계값에 기초하여 비드 절삭 위치를 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 초음파 탐상용 센서 헤드에 적용되고 있는 초음파 탐상법이 음향 결합재로서 물을 사용하는 초음파 탐상법인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 방법은, 전봉관의 용접 심부를 초음파 탐상하기 위한 초음파 탐촉자를 갖는 초음파 탐상용 센서 헤드의 설치 위치의 조관 방향 상류측에 있어서, 용접 심부의 열화상을 촬영하는 심 검출 스텝과, 상기 심 검출 스텝에 있어서 촬영된 용접 심부의 열화상을 사용하여 전봉관의 심 위치 및 비드 절삭 위치를 연산하는 심 위치 연산 스텝과, 상기 초음파 탐상용 센서 헤드의 설치 위치의 직전 또는 직후에 있어서, 상기 전봉관의 비드 절삭대를 검출하는 비드 절삭대 검출 스텝과, 상기 비드 절삭대 검출 스텝에 있어서 검출된 비드 절삭대에 기초하여 전봉관의 비드 절삭 위치를 연산하는 비드 절삭 위치 연산 스텝과, 상기 심 위치 연산 스텝에 있어서 연산된 심 위치 및 비드 절삭 위치와 상기 비드 절삭 위치 연산 스텝에 있어서 연산된 비드 절삭 위치를 사용하여 상기 초음파 탐상용 센서 헤드의 추종 이동량을 연산하는 추종 이동량 연산 스텝과, 상기 추종 이동량 연산 스텝에 있어서 연산된 추종 이동량에 따라 상기 초음파 탐상용 센서 헤드를 전봉관의 용접 심부에 추종 이동시키는 센서 헤드 구동 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 초음파 탐상 장치 및 초음파 탐상 방법에 의하면, 용접 심부에 존재하는 미소 산화물로부터의 반사파에 의존하지 않고 심 위치를 양호한 정밀도로 검출하고, 용접 심부를 양호한 정밀도로 탐상할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태인 초음파 탐상 장치의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 비드 절삭대 검출부의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태인 심 추종 제어 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4 는, 심 검출부에 의해 취득된 전봉관의 용접 심부의 열화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 전봉관의 관주 방향의 온도 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 전봉관의 심 위치의 연산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은, 전봉관의 관주 방향의 온도 분포로부터 비드 절삭 위치를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은, 전봉관의 관주 방향의 온도 분포로부터 비드 절삭 위치를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 는, 일방의 광원으로부터 조명광을 조사함으로써 촬영한 비드 절삭대의 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 타방의 광원으로부터 조명광을 조사함으로써 촬영한 비드 절삭대의 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 최소 휘도 연산 처리에 의한 비드 절삭대의 추출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 는, 본 발명의 일 실시형태인 비드 절삭 위치 연산 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 13 은, 도 12 에 나타내는 스텝 S14 ∼ S19 의 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 는, 도 12 에 나타내는 스텝 S20 의 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 비드 절삭대 검출부의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태인 심 추종 제어 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4 는, 심 검출부에 의해 취득된 전봉관의 용접 심부의 열화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 전봉관의 관주 방향의 온도 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 전봉관의 심 위치의 연산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은, 전봉관의 관주 방향의 온도 분포로부터 비드 절삭 위치를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은, 전봉관의 관주 방향의 온도 분포로부터 비드 절삭 위치를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 는, 일방의 광원으로부터 조명광을 조사함으로써 촬영한 비드 절삭대의 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 타방의 광원으로부터 조명광을 조사함으로써 촬영한 비드 절삭대의 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 최소 휘도 연산 처리에 의한 비드 절삭대의 추출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 는, 본 발명의 일 실시형태인 비드 절삭 위치 연산 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 13 은, 도 12 에 나타내는 스텝 S14 ∼ S19 의 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 는, 도 12 에 나타내는 스텝 S20 의 처리를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태인 초음파 탐상 장치의 구성 및 그 동작에 대해 설명한다.
〔구성〕
처음으로, 도 1, 도 2 를 참조하여, 본 발명의 일 실시형태인 초음파 탐상 장치의 구성에 대해 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태인 초음파 탐상 장치의 전체 구성을 나타내는 모식도이다. 도 2 는, 도 1 에 나타내는 비드 절삭대 검출부의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태인 초음파 탐상 장치 (1) 는, 롤 (R) 에 의해 관상으로 성형된 강판 (S) 의 폭방향 양단부를 용접기 (2) 로 용접 접합하고, 비드 절삭기 (3) 에 의해 용접부의 비드 부분을 절삭함으로써 제조된 전봉관 (P) 의 용접 심부를 초음파 탐상하는 장치이다.
본 발명의 일 실시형태인 초음파 탐상 장치 (1) 는, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11), 심 냉각부 (12) , 심 검출부 (13), 심 추종 제어부 (14), 비드 절삭대 검출부 (15), 초음파 송수신부 (16), 및 평가부 (17) 를 주된 구성 요소로서 구비하고 있다.
초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 는, 전봉관 (P) 의 용접 심부를 초음파 탐상하기 위한 초음파 탐촉자를 구비하고 있다. 초음파 탐촉자는, 전봉관 (P) 의 용접 심부에 추종하고, 용접 심부의 정밀한 초음파 탐상이 가능해지도록, 바꾸어 말하면, 초음파 탐촉자의 감도 범위 내에 용접 심부가 항상 들어가도록, 매니퓰레이터 구동부 (11a) 에 의해 전봉관 (P) 의 관주 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다.
심 냉각부 (12) 는, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 조관 방향 상류측에 설치되어 있는 냉각 장치이다. 심 냉각부 (12) 는, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 설치 위치에 있어서 전봉관 (P) 의 용접 심부의 온도가 약 100 도 이하가 되도록 용접 심부를 냉각시킨다. 용접 심부의 냉각 방법은, 라미나 노즐에 의한 수냉 방법이 가장 효과적이지만, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 설치 위치에서 용접 심부의 온도가 약 100 도 이하가 되면, 수냉 방법 이외의 냉각 방법이어도 된다.
초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 에 적용되어 있는 초음파 탐상법이 음향 결합재로서 물을 사용하는 수주 (水柱) 초음파법 (국부 수침법) 이나 수막법인 경우, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 위치가 전봉관 (P) 의 용접 심부에 가까울수록, 용접시의 열의 영향을 받아 물이 비등하여, 초음파 신호의 송수신이 방해되기 때문에, 초음파 탐상이 곤란해진다. 또, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 가 열에 의해 파손될 가능성도 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 심 냉각부 (12) 는, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 설치 위치에 있어서 전봉관 (P) 의 용접 심부의 온도가 약 100 도 이하가 되도록, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 조관 방향 상류측에 있어서 용접 심부를 냉각시킨다.
심 검출부 (13) 는, 심 냉각부 (12) 의 조관 방향 상류측에 설치되어, 전봉관 (P) 의 용접 심부를 검출한다. 본 실시형태에서는, 심 검출부 (13) 는, 열화상 카메라에 의해 구성되고, 열화상 카메라에 의해 촬영된 열화상을 이용하여 전봉관 (P) 의 온도 분포로부터 용접 심부를 검출한다. 전봉관 (P) 에 대한 열화상 카메라의 높이 위치는, 전봉관 (P) 의 외경에 따라 항상 소정의 포커스 위치에서 열화상을 촬영할 수 있도록, 조업 정보 데이터베이스로부터 송신된 전봉관 (P) 의 외경의 데이터에 기초하여 심 검출부 높이 위치 조정부 (13a) 에 의해 조정된다.
용접 심부에 대해 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 를 양호한 정밀도로 추종시키기 위해서는, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 에 가능한 한 가까운 위치에 심 검출부 (13) 를 배치하는 것이 바람직하다. 이것은, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 와 심 검출부 (13) 가 떨어져 있는 경우, 전봉관 (P) 의 비틀림의 영향이나, 전봉관 (P) 의 보텀 부분의 조관에 도달하기 시작했을 때, 성형 롤 등의 구속력이 서서히 약해져, 전봉관 (P) 이 관주 방향으로 회전하기 쉬워진다고 하는 영향에 의해, 용접 심부에 대해 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 를 양호한 정밀도로 추종할 수 없게 되기 때문이다.
그러나, 상기 서술한 바와 같이, 초음파 탐상법으로서 수주 초음파법이나 수막법을 적용한 경우, 물의 비등에 의한 초음파 신호의 송수신의 방해나 초음파 탐촉자의 내구성의 문제가 있기 때문에, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 조관 방향 상류측에 심 냉각부 (12) 를 설치해야 한다. 한편, 열화상 카메라를 사용하여 온도 분포로부터 용접 심부를 검출하는 경우, 심 냉각부 (12) 에 의해 전봉관 (P) 를 냉각시킨 후에는, 냉각에 의해 온도 분포가 변화하기 때문에, 용접 심부를 정확하게 검출하는 것이 곤란해진다.
이 때문에, 본 실시형태에서는, 조관 방향 상류측으로부터 순서대로 심 검출부 (13), 심 냉각부 (12), 및 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 를 설치해야 하며, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 설치 위치와 심 검출부 (13) 의 설치 위치가 필연적으로 멀어진다. 그래서, 본 실시형태에서는, 이하에 나타내는 심 추종 제어 처리를 실행함으로써, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 설치 위치와 심 검출부 (13) 의 설치 위치가 멀어져, 전봉관 (P) 의 심 위치가 관주 방향으로 어긋났다고 해도, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 가 양호한 정밀도로 용접 심부에 추종할 수 있도록 하고 있다.
구체적으로는, 본 발명의 발명자들은, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 부근에서의 화상을 사용하면, 비드 절삭대와 그 이외의 부분의 방사율의 변화에 의해 비드 절삭대의 폭을 산출할 수 있고, 산출된 비드 절삭대의 폭에 기초하여 심 위치를 산출할 수 있는 것에 주목하였다. 그리고, 심 냉각부 (12) 의 조관 방향 상류측에 심 검출부 (13) 를 설치함과 함께, 심 냉각부 (12) 의 조관 방향 하류측에 설치한 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 직전 또는 직후에 비드 절삭대를 검출하는 비드 절삭대 검출부 (15) 를 설치하였다.
심 추종 제어부 (14) 는, 컴퓨터 등의 정보 처리 장치에 의해 구성되고, 정보 처리 장치 내부의 CPU 등의 연산 처리 장치가 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써, 심 위치 연산부 (14a), 지연부 (14b), 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 및 추종 이동량 연산부 (14d) 로서 기능한다. 이들 각부의 기능에 대해서는 후술한다.
비드 절삭대 검출부 (15) 는, 전봉관 (P) 의 비드 절삭대를 검출하는 장치이며, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 광원 (15a, 15b) 및 화상 검출부 (15c) 를 구비하고 있다.
광원 (15a, 15b) 은, LED 등의 광원에 의해 구성되고, 조명광의 입사 각도가 각각 입사 각도 (θa, θb) 가 되도록 용접 심부의 상방에 설치되어 있다. 광원 (15a, 15b) 은, 비드 절삭대 (A) 를 포함하는 전봉관 (P) 의 둘레면에 조명광을 조사한다. 본 실시형태에서는, 광원 (15a, 15b) 은, 조명광의 입사 각도가 모두 45°가 되도록 용접 심부의 상방에 설치되어 있다.
화상 검출부 (15c) 는, 광원 (15a) 및 광원 (15b) 으로부터 조명광이 교대로 조사되었을 때에 비드 절삭대 (A) 를 포함하는 전봉관 (P) 의 둘레면의 화상을 촬영하고, 촬영된 화상의 데이터를 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 에 출력한다. 광원 (15a, 15b) 에 LED 를 채용함으로써, 조명광을 조사하는 광원을 고속으로 교대로 전환하면서 전봉관 (P) 의 둘레면의 화상을 촬영할 수 있다.
또한, 비드 절삭대 검출부 (15) 는, 심 검출부 (13) 와 마찬가지로 열화상 카메라를 사용하여 비드 절삭대를 검출해도 되고, 형상 계측 수법 등의 상이한 다른 수법을 사용하여 비드 절삭대를 검출해도 된다.
초음파 송수신부 (16) 는, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 가 구비하고 있는 초음파 탐촉자에 대해 초음파 신호의 송수신 지령을 출력함으로써, 전봉관 (P) 의 초음파 탐상 처리를 제어한다. 초음파 송수신부 (16) 는, 초음파 탐촉자가 수신한 용접 심부로부터 반사한 초음파 신호 (초음파 반사 신호) 를 평가부 (17) 에 출력한다.
평가부 (17) 는, 초음파 송수신부 (16) 로부터 출력된 초음파 반사 신호에 대해 소정의 처리를 실시한 후, 소정의 처리가 실시된 초음파 반사 신호에 기초하여 용접 심부에 결함이 존재하는지 등의 전봉관 (P) 의 용접 심부의 품질 평가를 실행한다. 평가부 (17) 는, 전봉관 (P) 의 용접 심부의 품질 평가 결과를 표시, 기록함으로써, 전봉관 (P) 의 용접 심부의 품질 평가 결과에 관한 정보를 오퍼레이터에 제공한다.
이와 같은 구성을 갖는 초음파 탐상 장치 (1) 에서는, 심 추종 제어부 (14) 가, 이하에 나타내는 심 추종 제어 처리를 실행함으로써, 용접 심부에 존재하는 미소 산화물로부터의 반사파에 의존하지 않고 전봉관 (P) 의 심 위치를 검출하고, 검출된 심 위치에 추종하도록 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 를 제어한다. 이하, 도 3 ∼ 도 8 을 참조하여, 심 추종 제어 처리를 실행할 때의 초음파 탐상 장치 (1) 의 동작에 대해 설명한다.
〔심 추종 제어 처리〕
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태인 심 추종 제어 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 3 에 나타내는 플로우 차트는, 초음파 탐상 장치 (1) 에 대해 심 추종 제어 처리의 실행 명령이 입력된 타이밍에 개시가 되고, 심 추종 제어 처리는 스텝 S1 의 처리로 진행된다.
스텝 S1 의 처리에서는, 심 검출부 (13) 가, 전봉관 (P) 의 용접 심부의 열화상을 취득하고, 취득한 열화상의 데이터를 심 추종 제어부 (14) 에 출력한다. 도 4 는, 심 검출부 (13) 에 의해 취득된 용접 심부의 열화상의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 열화상의 중앙 부분에 주위보다 온도가 높은 것을 나타내는 백색의 용접 심부를 확인할 수 있다. 이로써, 스텝 S1 의 처리는 완료되고, 심 추종 제어 처리는 스텝 S2 의 처리로 진행된다.
스텝 S2 의 처리에서는, 심 위치 연산부 (14a) 가, 심 검출부 (13) 로부터 출력된 열화상의 데이터를 사용하여 전봉관 (P) 의 심 위치 Xc 를 연산하고, 연산된 심 위치 Xc 의 데이터를 지연부 (14b) 에 출력한다. 이하, 도 5, 도 6 을 참조하여, 전봉관 (P) 의 심 위치의 연산 방법에 대해 설명한다. 또한, 도 5 는, 전봉관 (P) 의 관주 방향의 온도 분포의 일례를 나타내는 도면으로, 가로축 및 세로축은 각각 관주 방향의 화소 (픽셀) 번호 및 온도를 나타낸다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 전봉관 (P) 의 관주 방향의 온도 분포는, 용접 심부의 중앙부 부근에 온도가 낮은 부분이 있는 2 개의 혹 형상으로 되어 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 심 위치 연산부 (14a) 는, 전봉관 (P) 의 관주 방향의 온도 분포에 대해 임계값 (θt) 을 설정하고, 관주 방향의 온도 분포가 임계값 (θt) 을 가로지르는 2 개 지점의 X 좌표 Xa, Xb 를 산출한다. 그리고, 심 위치 연산부 (14a) 는, 이하에 나타내는 수식 (1) 을 사용하여, 2 개 지점의 X 좌표 Xa, Xb 의 중점의 좌표 (전봉관 (P) 의 축 방향과 직각인 방향에 있어서의 용접 심부의 X 좌표) Xc 를 심 검출부 (13) 의 설치 위치를 통과한 시점에서의 전봉관 (P) 의 심 위치 Xc 로서 산출한다.
또한, 임계값 (θt) 은 고정값이어도 되고, 관주 방향의 온도 분포의 피크값에 대해 소정의 비율을 곱한 값 등의 변수여도 된다. 또, 도 4 의 우측단에 온도 분포의 평균화의 범위를 나타낸 바와 같이, 용접 심부의 관주 방향의 온도 분포로서, 전봉관 (P) 의 조관 방향에 있어서의 복수 위치의 온도값의 평균값을 사용해도 된다. 평균화한 온도값을 사용함으로써, 용접기 (2) 로부터의 노이즈나 심 냉각부 (12) 에서 발생하는 증기에 의한 열화상의 요동의 영향을 저감시켜, 심 위치의 산출 정밀도를 높일 수 있다. 이로써, 스텝 S2 의 처리는 완료되고, 심 추종 제어 처리는 스텝 S3 의 처리로 진행된다.
스텝 S3 의 처리에서는, 심 위치 연산부 (14a) 가, 심 검출부 (13) 로부터 출력된 열화상의 데이터를 사용하여 전봉관 (P) 의 비드 절삭 위치 (비드 절삭대의 관주 방향 단부 위치) Xm1, Xm2 를 연산하고, 연산된 비드 절삭 위치 Xm1, Xm2 의 데이터를 지연부 (14b) 에 출력한다. 전봉관 (P) 의 관주 방향의 온도 분포에 있어서, 용접 심부의 중앙부 부근에서는 온도가 저하되어 있다. 또, 비드 절삭대는 주변보다 경면 상태가 되는 점에서, 적외선의 방사율이 주변과는 상이하다. 이 때문에, 적외선을 사용한 열화상으로부터 용접 심부의 온도 분포를 산출하면, 도 5 에 나타낸 바와 같이 용접 심부의 중앙부에는 계곡 부분이 발생한다. 그래서, 본 실시형태에서는, 심 위치 연산부 (14a) 는, 경면 상태에 의한 방사율의 영향을 받고 있는 범위를 관주 방향의 온도 분포로부터 추출함으로써 비드 절삭 위치 Xm1, Xm2 를 연산한다.
이하, 도 7, 도 8 을 참조하여, 비드 절삭 위치의 연산 방법을 구체적으로 설명한다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 처음으로, 심 위치 연산부 (14a) 가, 스텝 S2 의 처리에 있어서 산출된 심 위치 Xc 를 사용하여, 전봉관 (P) 의 관주 방향 위치 X 가 심 위치 Xc 보다 작은 범위에 있어서 온도가 최대가 되는 관주 방향 위치 Xp1 을 산출한다.
다음으로, 심 위치 연산부 (14a) 는, 관주 방향 위치 Xp1 의 전후 수 점의 범위에서 커브 피팅을 실시함으로써, 온도가 최대가 되는 관주 방향 위치를 비드 절삭 위치 Xm1 로서 산출한다. 예를 들어 도 8 에 나타내는 바와 같이, 심 위치 연산부 (14a) 는, 관주 방향 위치 Xp1 의 전후 5 점의 온도를 추출하고, 최소 이승법을 사용하여 추출된 전후 5 점의 온도를 2 차 함수로 피팅할 수 있는 근사 곡선을 구하고, 이 근사 곡선이 나타내는 온도가 최대가 되는 관주 방향 위치를 비드 절삭 위치 Xm1 로서 산출한다. 또, 심 위치 연산부 (14a) 는, 동일한 수순에 의해 관주 방향 위치 X 가 심 위치 Xc 보다 큰 범위에 대해서도, 온도가 최대가 되는 관주 방향 위치 Xp2 를 산출하고, 다음으로 그 전후 수 점을 사용하여 온도가 최대가 되는 진정한 관주 방향 위치를 비드 절삭 위치 Xm2 로서 산출한다. 이로써, 스텝 S3 의 처리는 완료되고, 심 추종 제어 처리는 스텝 S4 의 처리로 진행된다.
스텝 S4 의 처리에서는, 지연부 (14b) 가, 속도 검출부 (14e) 등에 의해 계측된 조관 속도를 사용하여 심 위치 Xc 및 비드 절삭 위치 Xm1, Xm2 가 비드 절삭대 검출부 (15) 의 설치 위치를 통과할 때까지 필요로 하는 시간 td 를 산출한다. 그리고, 지연부 (14b) 는, 시간 td 만큼 지연시켜 심 위치 Xc 및 비드 절삭 위치 Xm1, Xm2 의 데이터를 추종 이동량 연산부 (14d) 에 출력한다. 이로써, 스텝 S4 의 처리는 완료되고, 심 추종 제어 처리는 스텝 S5 의 처리로 진행된다.
스텝 S5 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 비드 절삭대 검출부 (15) 의 설치 위치에 있어서의 비드 절삭 위치 Xs1, Xs2 를 산출하고, 산출된 비드 절삭 위치의 데이터를 추종 이동량 연산부 (14d) 에 출력한다. 비드 절삭 위치 Xs1, Xs2 의 연산 방법의 상세한 것에 대하여는 후술한다. 이로써, 스텝 S5 의 처리는 완료되고, 심 추종 제어 처리는 스텝 S6 의 처리로 진행된다.
스텝 S6 의 처리에서는, 추종 이동량 연산부 (14d) 가, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 추종 이동량 D 를 산출한다. 구체적으로는, 추종 이동량 연산부 (14d) 는, 이하에 나타내는 수식 (2) ∼ (4) 를 사용하여 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 추종 이동량 D 를 산출한다. 즉, 처음으로, 추종 이동량 연산부 (14d) 는, 수식 (2) 을 사용하여 심 검출부 (13) 의 설치 위치에 있어서의 비드 절삭폭 중앙 위치 (Xm1 ＋ Xm2)/2 와 심 위치 Xc 의 엇갈림량 d 를 산출한다.
다음으로, 추종 이동량 연산부 (14d) 는, 수식 (3) 을 사용하여 비드 절삭대 검출부 (15) 의 설치 위치에 있어서의 비드 절삭대 중앙 위치 (Xs1 ＋ Xs2)/2 를 엇갈림량 d 로 보정한 좌표를 심 위치 Xpos 로서 산출한다. 그리고 마지막으로, 추종 이동량 연산부 (14d) 는, 수식 (4) 을 사용하여 심 위치 Xpos 와 미리 설정한 목표값 Xd 의 차이를 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 추종 이동량 D 로서 산출한다. 이로써, 스텝 S6 의 처리는 완료되고, 심 추종 제어 처리는 스텝 S7 의 처리로 진행된다.
스텝 S7 의 처리에서는, 심 추종 제어부 (14) 가, 스텝 S6 의 처리에 있어서 산출된 추종 이동량 D 만큼 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 를 이동시키도록 매니퓰레이터 구동부 (11a) 를 제어한다. 이로써, 스텝 S7 의 처리는 완료되고, 심 추종 제어 처리는 스텝 S8 의 처리로 진행된다.
스텝 S8 의 처리에서는, 초음파 탐상 장치 (1) 가, 심 추종 제어 처리의 정지 지시가 있었는지의 여부를 판별한다. 판별의 결과, 심 추종 제어 처리의 정지 지시가 없는 경우, 초음파 탐상 장치 (1) 는 심 추종 제어 처리를 스텝 S1 의 처리로 되돌린다. 한편, 심 추종 제어 처리의 정지 지시가 있었던 경우에는, 초음파 탐상 장치 (1) 는 심 추종 제어 처리를 종료한다.
〔비드 절삭 위치 연산 처리〕
다음으로, 도 9 ∼ 도 14 를 참조하여, 상기 스텝 S5 의 비드 절삭 위치 연산 처리에 대해 설명한다.
도 9, 도 10 은 각각 광원 (15a) 및 광원 (15b) 으로부터 조명광을 조사함으로써 촬영한 비드 절삭대의 화상의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 도 9, 도 10 에 나타내는 화상은 동일한 비드 절삭대를 촬영함으로써 얻어진 것이다.
일반적으로, 비드 절삭대는 금속 광택을 갖고, 또 비드 절삭대에는 전봉관의 조관 방향으로 연장되는 미세한 줄무늬가 연속적으로 형성되어 있다. 이 때문에, 도 9, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 비드 절삭대에서는, 전봉관의 관주 방향으로부터의 조명광에 대해 강한 확산성을 갖는 반사광이 발생한다. 이에 대하여, 전봉관의 표면 부분에는, 비드 절삭대와 같은 경면성이 없고, 또 미세한 줄무늬도 없다. 이 때문에, 전봉관의 표면 부분에서는, 정반사 위치로부터 어긋남에 따라 반사광의 광량이 급격하게 저하된다.
따라서, 좌우 다른 조명광, 즉 광원 (15a) 및 광원 (15b) 으로부터 조명광을 조사했을 때에 촬영된 2 개의 화상의 최소 휘도 연산 처리를 실시함으로써 반사율 및 확산성이 모두 높은 고휘도 부분만을 비드 절삭대로서 추출할 수 있다. 이하, 도 11 을 참조하여, 최소 휘도 연산 처리에 의한 비드 절삭대의 추출 방법에 대해 설명한다.
도 11 은, 최소 휘도 연산 처리에 의한 비드 절삭대의 추출 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 11 에 나타내는 바와 같이, 이 추출 방법에서는, 광원 (15a) 으로부터 조명광을 조사했을 때에 촬영된 화상 (도 11(a)) 및 광원 (15b) 으로부터 조명광을 조사했을 때에 촬영된 화상 (도 11(b)) 에 대하여, 각각 대응하는 화소 위치에 있어서 각 휘도를 비교하고, 휘도의 최소값을 유지함으로써 최소 휘도 화상 (도 11(c)) 을 얻는다. 최소 휘도 연산 처리를 실행함으로써, 비드 절삭대 이외의 위치로부터의 확산 반사광이 상쇄되어, 비드 절삭대의 화상만을 추출할 수 있다.
다음으로, 도 12 를 참조하여, 최소 휘도 화상을 사용한 비드 절삭 위치의 연산 방법에 대해 설명한다. 도 12 는, 본 발명의 일 실시형태인 비드 절삭 위치 연산 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 12 에 나타내는 플로우 차트는, 상기 스텝 S4 의 처리가 완료된 타이밍에 개시가 되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S11 의 처리로 진행된다.
스텝 S11 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 광원 (15a) 을 제어함으로써 광원 (15a) 으로부터 용접 심부에 조명광을 조사함으로써, 화상 검출부 (15c) 로부터 제 1 화상을 취득한다. 이로써, 스텝 S11 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S12 의 처리로 진행된다.
스텝 S12 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 광원 (15b) 을 제어함으로써 광원 (15b) 으로부터 용접 심부에 조명광을 조사함으로써, 화상 검출부 (15c) 로부터 제 2 화상을 취득한다. 이로써, 스텝 S12 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S13 의 처리로 진행된다.
스텝 S13 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 스텝 S11 의 처리에 의해 취득한 제 1 화상과 스텝 S12 의 처리에 의해 취득한 제 2 화상을 사용하여 최소 휘도 화상을 산출한다. 이로써, 스텝 S13 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S14 의 처리로 진행된다.
스텝 S14 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 비드 절삭 위치를 연산하기 위한 최소 휘도 화상 중에 있어서의 비드 검출 평가 범위를 설정한다. 구체적으로는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 는, 최소 휘도 화상의 조관 방향에 대하여, 관주 방향에 있어서의 최대 휘도값을 계산한 차트를 산출하고, 차트가 임계값을 초과하는 조관 방향의 범위를 비드 절삭대가 명료하게 촬영되는 범위, 즉 비드 검출 평가 범위 (예를 들어 도 13(a) 에 나타내는 화상 위치 De ∼ Ds 의 범위) 로서 설정한다. 이로써, 스텝 S14 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S15 의 처리로 진행된다.
스텝 S15 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 스텝 S14 의 처리에 있어서 설정된 비드 검출 평가 범위 내에 있어서의 관주 방향에 대하여, 조관 방향의 휘도의 최대치를 연산한 휘도 분포를 평가용 휘도 분포 (도 13(b) 참조) 로서 산출한다. 이로써, 스텝 S15 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S16 의 처리로 진행된다.
스텝 S16 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 스텝 S14 의 처리에 있어서 설정된 비드 검출 평가 범위에 대하여, 조관 방향으로 미리 임의로 설정된 위치에 참조 휘도 범위 (예를 들어 도 13(a) 에 나타내는 화소 위치 Re ∼ Rs의 범위) 를 설정한다. 이 때, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 는, 참조 휘도 범위와 비드 검출 평가 범위가 겹치지 않게 참조 휘도 범위를 설정한다. 구체적으로는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 는, 참조 휘도 범위와 비드 검출 평가 범위 사이의 화소 거리 (예를 들어 도 13(a) 에 나타내는 화소 위치 Rs 와 화소 위치 De 사이의 화소 거리), 및 참조 휘도 범위의 화소 거리 (예를 들어 도 13(a) 에 나타내는 화소 위치 Re 와 화소 위치 Rs 사이의 화소 거리) 를 미리 설정해 둔다. 그리고, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 는, 스텝 S14 의 처리에 의해 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 에 의해 비드 검출 평가 범위가 설정되면, 비드 검출 평가 범위에 기초하여 자동적으로 참조 휘도 범위를 설정한다. 또한, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 는, 최소 휘도 화상 및 설정된 비드 검출 평가 범위를 조작자에 대해 표시하고, 조작자가 비드 검출 평가 범위와 겹치지 않게 참조 휘도 범위를 임의로 수동으로 설정해도 된다. 이로써, 스텝 S16 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S17 의 처리로 진행된다.
스텝 S17 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 스텝 S16 의 처리에 있어서 설정된 참조 휘도 범위에 있어서의 관주 방향에 대하여, 조관 방향의 휘도의 최대치를 연산한 휘도 분포를 참조 휘도 분포 (도 13(c) 참조) 로서 연산한다. 이로써, 스텝 S17 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S18 의 처리로 진행된다.
스텝 S18 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 스텝 S15 의 처리에 있어서 산출된 평가용 휘도 분포로부터 스텝 S17 의 처리에 있어서 연산된 참조 휘도 분포를 감산한 휘도 분포 (도 13(d) 참조) 를 연산한다. 이로써, 스텝 S18 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S19 의 처리로 진행된다.
스텝 S19 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 스텝 S18 의 처리에 있어서 연산된 휘도 분포에 대해 미디언 필터 연산을 실시한다 (도 13(e) 참조). 최소 휘도 연산에 의해 얻어진 화상에서는 비드 절삭대는 주변에 비해 밝지만, 비드 절삭대의 주변의 휘도 레벨은 반드시 균일하지 않고, 단순하게는 비드 절삭 위치를 특정할 수 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 스텝 S15 ∼ 19 의 처리에 의해, 비드 절삭대의 주변부의 휘도 분포를 보정하고 있다. 이로써, 스텝 S19 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S20 의 처리로 진행된다.
스텝 S20 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 도 14 에 나타내는 바와 같이 보정된 휘도 분포가 소정의 임계값을 초과한 위치를 비드 절삭대의 폭방향 단부 위치, 즉 비드 절삭 위치 (비드 에지) Xs1, Xs2 로서 산출한다. 비드 절삭대의 폭방향 단부 위치를 산출할 때에 사용하는 소정의 임계값으로서, 휘도의 최대치에 소정의 비율을 곱한 값을 사용함으로써, 비드 절삭대의 휘도 변동에 대응할 수 있다. 이로써, 스텝 S20 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 스텝 S21 의 처리로 진행된다.
스텝 S21 의 처리에서는, 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 가, 스텝 S20 의 처리에 있어서 산출된 비드 절삭 위치 Xs1, Xs2 의 데이터를 추종 이동량 연산부 (14d) 에 출력한다. 이로써, 스텝 S21 의 처리는 완료되고, 비드 절삭 위치 연산 처리는 종료된다.
이상의 설명으로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태인 초음파 탐상 장치 (1) 는, 전봉관 (P) 의 용접 심부의 열화상을 촬영하는 심 검출부 (13) 와, 심 검출부 (13) 의 조관 방향 하류측에 설치된, 용접 심부를 초음파 탐상하기 위한 초음파 탐촉자를 갖는 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 와, 심 검출부 (13) 에 의해 촬영된 용접 심부의 열화상을 사용하여 전봉관 (P) 의 심 위치 및 비드 절삭 위치를 연산하는 심 위치 연산부 (14a) 와, 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 설치 위치의 직전 또는 직후에 설치된, 전봉관 (P) 의 비드 절삭대를 검출하는 비드 절삭대 검출부 (15) 와, 비드 절삭대 검출부 (15) 에 의해 검출된 비드 절삭대에 기초하여 전봉관 (P) 의 비드 절삭 위치를 연산하는 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 와, 심 위치 연산부 (14a) 에 의해 연산된 심 위치 및 비드 절삭 위치와 비드 절삭 위치 연산부 (14c) 에 의해 연산된 비드 절삭 위치를 사용하여 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 의 추종 이동량을 연산하는 추종 이동량 연산부 (14d) 와, 추종 이동량 연산부 (14d) 에 의해 연산된 추종 이동량에 따라 초음파 탐상용 센서 헤드 (11) 를 전봉관 (P) 의 용접 심부에 추종 이동시키는 매니퓰레이터 구동부 (11a) 를 구비한다. 이로써, 용접 심부에 존재하는 미소 산화물로부터의 반사파에 의존하지 않고 심 위치를 양호한 정밀도로 검출하고, 용접 심부를 양호한 정밀도로 탐상할 수 있다.
이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 적용한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 실시형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술 및 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않는다. 즉, 본 실시형태에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 용접 심부에 존재하는 미소 산화물로부터의 초음파 반사 신호에 의존하지 않고 심 위치를 양호한 정밀도로 검출하고, 용접 심부를 양호한 정밀도로 탐상 가능한 초음파 탐상 장치 및 초음파 탐상 방법을 제공할 수 있다.
1 : 초음파 탐상 장치
2 : 용접기
3 : 비드 절삭기
11 : 초음파 탐상용 센서 헤드
11a : 매니퓰레이터 구동부
12 : 심 냉각부
13 : 심 검출부
13a : 심 검출부 높이 위치 조정부
14 : 심 추종 제어부
14a : 심 위치 연산부
14b : 지연부
14c : 비드 절삭 위치 연산부
14d : 추종 이동량 연산부
14e : 속도 검출부
15 : 비드 절삭대 화상 검출부
15a, 15b : 광원
15c : 화상 검출부
16 : 초음파 송수신부
17 : 평가부
P : 전봉관
R : 롤
S : 강판
2 : 용접기
3 : 비드 절삭기
11 : 초음파 탐상용 센서 헤드
11a : 매니퓰레이터 구동부
12 : 심 냉각부
13 : 심 검출부
13a : 심 검출부 높이 위치 조정부
14 : 심 추종 제어부
14a : 심 위치 연산부
14b : 지연부
14c : 비드 절삭 위치 연산부
14d : 추종 이동량 연산부
14e : 속도 검출부
15 : 비드 절삭대 화상 검출부
15a, 15b : 광원
15c : 화상 검출부
16 : 초음파 송수신부
17 : 평가부
P : 전봉관
R : 롤
S : 강판
Claims (10)
- 전봉관의 용접 심부의 열화상을 촬영하는 심 검출부와,
상기 심 검출부의 조관 방향 하류측에 설치된, 상기 용접 심부를 초음파 탐상하기 위한 초음파 탐촉자를 갖는 초음파 탐상용 센서 헤드와,
상기 심 검출부에 의해 촬영된 용접 심부의 열화상을 사용하여 전봉관의 심 위치 및 비드 절삭 위치를 연산하는 심 위치 연산부와,
상기 초음파 탐상용 센서 헤드의 설치 위치의 직전 또는 직후에 설치된, 상기 전봉관의 비드 절삭대를 검출하는 비드 절삭대 검출부와,
상기 비드 절삭대 검출부에 의해 검출된 비드 절삭대에 기초하여 전봉관의 비드 절삭 위치를 연산하는 비드 절삭 위치 연산부와,
상기 심 위치 연산부에 의해 연산된 심 위치 및 비드 절삭 위치와 상기 비드 절삭 위치 연산부에 의해 연산된 비드 절삭 위치를 사용하여 상기 초음파 탐상용 센서 헤드의 추종 이동량을 연산하는 추종 이동량 연산부와,
상기 추종 이동량 연산부에 의해 연산된 추종 이동량에 따라 상기 초음파 탐상용 센서 헤드를 전봉관의 용접 심부에 추종 이동시키는 센서 헤드 구동부를 구비하고,
상기 비드 절삭대 검출부는, 전봉관의 상방 좌측 방향으로부터 용접 심부의 부근에 조명광을 조사하는 제 1 광원과, 전봉관의 상방 우측 방향으로부터 용접 심부의 부근에 조명광을 조사하는 제 2 광원과, 제 1 및 제 2 광원으로부터 조명광을 조사했을 때의 용접 심부의 부근의 화상을 검출하는, 제 1 광원과 제 2 광원 사이에 위치한 화상 검출부를 구비하고,
상기 비드 절삭 위치 연산부는, 제 1 광원으로부터 조명광을 조사했을 때에 검출된 화상과 제 2 광원으로부터 조명광을 조사했을 때에 검출된 화상으로부터 최소 휘도 화상을 연산하고, 최소 휘도 화상의 관주 방향에 대해 조관 방향의 소정의 평가 범위 내에 있어서의 휘도의 최대치를 연산한 휘도 분포를 평가용 휘도 분포로서 연산하고, 평가용 휘도 분포와 소정의 임계값에 기초하여 비드 절삭 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 심 위치 연산부는, 상기 심 검출부에 의해 촬영된 열화상으로부터 전봉관의 관주 (管周) 방향의 온도 분포를 산출하고, 온도가 소정의 임계값을 초과한 관주 방향 위치의 중점을 심 위치로 하여 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 비드 절삭 위치 연산부는, 상기 최소 휘도 화상의 조관 방향에 대해 관주 방향에 있어서의 최대 휘도값을 계산한 차트를 산출하고, 차트가 소정의 임계값을 초과하는 조관 방향의 범위를 상기 소정의 평가 범위로서 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 비드 절삭 위치 연산부는, 상기 최소 휘도 화상의 조관 방향에 대해 관주 방향에 있어서의 최대 휘도값을 계산한 차트를 산출하고, 차트가 소정의 임계값을 초과하는 조관 방향의 범위를 상기 소정의 평가 범위로서 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 비드 절삭 위치 연산부는, 상기 최소 휘도 화상의 소정의 범위 내로 설정된 참조 휘도 연산 범위에 있어서의 관주 방향에 대해 조관 방향의 휘도의 최대치를 연산한 휘도 분포를 참조 휘도 분포로서 연산하고, 평가용 휘도 분포로부터 참조 휘도 분포를 감산한 휘도 분포와 소정의 임계값에 기초하여 비드 절삭 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 비드 절삭 위치 연산부는, 상기 최소 휘도 화상의 소정의 범위 내로 설정된 참조 휘도 연산 범위에 있어서의 관주 방향에 대해 조관 방향의 휘도의 최대치를 연산한 휘도 분포를 참조 휘도 분포로서 연산하고, 평가용 휘도 분포로부터 참조 휘도 분포를 감산한 휘도 분포와 소정의 임계값에 기초하여 비드 절삭 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 비드 절삭 위치 연산부는, 상기 최소 휘도 화상의 소정의 범위 내로 설정된 참조 휘도 연산 범위에 있어서의 관주 방향에 대해 조관 방향의 휘도의 최대치를 연산한 휘도 분포를 참조 휘도 분포로서 연산하고, 평가용 휘도 분포로부터 참조 휘도 분포를 감산한 휘도 분포와 소정의 임계값에 기초하여 비드 절삭 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 비드 절삭 위치 연산부는, 상기 최소 휘도 화상의 소정의 범위 내로 설정된 참조 휘도 연산 범위에 있어서의 관주 방향에 대해 조관 방향의 휘도의 최대치를 연산한 휘도 분포를 참조 휘도 분포로서 연산하고, 평가용 휘도 분포로부터 참조 휘도 분포를 감산한 휘도 분포와 소정의 임계값에 기초하여 비드 절삭 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파 탐상용 센서 헤드에 적용되고 있는 초음파 탐상법이 음향 결합재로서 물을 사용하는 초음파 탐상법인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치. - 전봉관의 용접 심부를 초음파 탐상하기 위한 초음파 탐촉자를 갖는 초음파 탐상용 센서 헤드의 설치 위치의 조관 방향 상류측에 있어서, 용접 심부의 열화상을 촬영하는 심 검출 스텝과,
상기 심 검출 스텝에 있어서 촬영된 용접 심부의 열화상을 사용하여 전봉관의 심 위치 및 비드 절삭 위치를 연산하는 심 위치 연산 스텝과,
상기 초음파 탐상용 센서 헤드의 설치 위치의 직전 또는 직후에 있어서, 상기 전봉관의 비드 절삭대를 검출하는 비드 절삭대 검출 스텝과,
상기 비드 절삭대 검출 스텝에 있어서 검출된 비드 절삭대에 기초하여 전봉관의 비드 절삭 위치를 연산하는 비드 절삭 위치 연산 스텝과,
상기 심 위치 연산 스텝에 있어서 연산된 심 위치 및 비드 절삭 위치와 상기 비드 절삭 위치 연산 스텝에 있어서 연산된 비드 절삭 위치를 사용하여 상기 초음파 탐상용 센서 헤드의 추종 이동량을 연산하는 추종 이동량 연산 스텝과,
상기 추종 이동량 연산 스텝에 있어서 연산된 추종 이동량에 따라 상기 초음파 탐상용 센서 헤드를 전봉관의 용접 심부에 추종 이동시키는 센서 헤드 구동 스텝을 포함하고,
상기 비드 절삭대 검출 스텝은, 제 1 광원을 사용하여 전봉관의 상방 좌측 방향으로부터 용접 심부의 부근에 조명광을 조사하고, 제 2 광원을 사용하여 전봉관의 상방 우측 방향으로부터 용접 심부의 부근에 조명광을 조사하고, 제 1 광원과 제 2 광원 사이에 위치한 화상 검출부를 사용하여 제 1 및 제 2 광원으로부터 조명광을 조사했을 때의 용접 심부의 부근의 화상을 검출하는 스텝을 포함하고,
상기 비드 절삭 위치 연산 스텝은, 제 1 광원으로부터 조명광을 조사했을 때에 검출된 화상과 제 2 광원으로부터 조명광을 조사했을 때에 검출된 화상으로부터 최소 휘도 화상을 연산하고, 최소 휘도 화상의 관주 방향에 대해 조관 방향의 소정의 평가 범위 내에 있어서의 휘도의 최대치를 연산한 휘도 분포를 평가용 휘도 분포로서 연산하고, 평가용 휘도 분포와 소정의 임계값에 기초하여 비드 절삭 위치를 연산하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
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| GRNT | Written decision to grant |