KR20140084280A

KR20140084280A - 전봉 용접 조업의 감시 장치, 방법 및 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능한 기억 매체

Info

Publication number: KR20140084280A
Application number: KR1020147014042A
Authority: KR
Inventors: 노보루 하세가와; 도모히로 나카지; 요시후미 가루베; 가즈토 야마모토
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2014-07-04
Also published as: BR112014010961A2; BR112014010961B1; JP5549963B2; EP2777859B1; EP2777859A1; KR101476594B1; CA2854097A1; JPWO2013069748A1; CN103930233A; EP2777859A4; CA2854097C; CN103930233B; WO2013069748A1

Abstract

이 전봉 용접 조업의 감시 장치는, 띠 형상의 강판을 반송하면서 롤 군에 의해 연속적으로 원통 형상으로 성형하고, V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 둘레 방향 양단부를 가열 용융시켜 맞대는 전봉 용접 조업의 감시 장치이며, 상기 둘레 방향 양단부가 상기 V자 형상으로 수렴되는 부위인 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 화상을 취득하는 화상 취득부와; 충합점을 검출하는 충합점 검출부 및 V 수렴점을 검출하는 V 수렴점 검출부 중 어느 한쪽과; 상기 강판의 판 두께 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하는 측온 영역을 설정하는 측온 영역 설정부와; 휘도 레벨을 계산하는 휘도 레벨 연산부와; 온도로 변환하는 온도 변환부와; 상기 측온 영역의 온도가 소정의 하한값 이상인지의 여부를 판정하는 판정부;를 구비하고 있다.

Description

전봉 용접 조업의 감시 장치, 방법, 프로그램 및 기억 매체 {MONITORING DEVICE, METHOD, AND PROGRAM FOR SEAM WELDING, AND STORAGE MEDIUM}

석유 또는 천연 가스용 라인 파이프, 유정관, 원자력용, 지열용, 화학 플랜트용, 기계 구조용의 파이프 및 일반 배관용 등의 넓은 분야에 있어서 전봉 강관이 사용되고 있다.

본 발명은 전봉 강관 제조 설비에 있어서, 강판을 반송하면서 롤 군에 의해 연속적으로 원통 형상으로 성형하고, V자 형상으로 수렴되는 둘레 방향 양단부를, 가열 용융시켜 맞대는 전봉 용접(고주파 저항 용접이나 유도 가열 용접 등)을 감시하는 조업 감시 장치, 방법, 프로그램 및 기억 매체에 관한 것이다.

본 발명은, 2011년 11월 9일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-245677호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

전봉 강관의 제조 설비에서는, 띠 형상의 강판을 반송하면서 롤 군에 의해 연속적으로 원통 형상으로 성형하고, V자 형상으로 수렴되는 둘레 방향 양단부를 가열 용융시켜 맞댄다.

이와 같은 전봉 용접의 조업을 감시하고, 제어하기 위해서는, 강판의 둘레 방향 양단부를 맞댄 후의 용접부의 용융이 충분하여, 강판의 융점 온도에 도달하여 용해되어 있다고 하는 증명이 필요하고(이하, 용융 증명이라고 칭함), 그것을 위해서는 용접부의 정확한 온도를 실시간으로 측정하는 것이 요구된다. 여기서 말하는 용접부라 함은, 가열 용융된 강재가 맞대어진 후, 스퀴즈 롤에 의해 업셋이 가해져 판 두께 내부로부터 용융부가 강재 표면으로 배출되기 시작하는 부위를 나타낸다.

종래는, 방사 온도계에 의해, 강판의 둘레 방향 양단부의 맞댐부 주변의 소정의 영역에서 온도를 측정하는 것이 행해지고 있다. 이 경우에는, 용접부가 폭 방향이나 길이 방향으로 변동되는 경우가 있으므로, 소정의 영역을 넓게 설정하여, 그 영역에서의, 예를 들어 평균 온도를 측정하도록 하고 있다.

그러나, 소정의 영역을 넓게 설정하면, 저온 영역도 포함되게 되므로, 소정의 영역에서의 평균 온도는 강재의 융점보다도 낮은 온도로 되어 버린다. 또한, 저온 영역의 면적은 투입 열량이나 판 두께 등에 의해 변화되기 때문에, 용접부의 정확한 온도 측정이라고는 할 수 없어, 용융 증명이 되지 않는다.

또한, 전봉 용접의 제어를 위해 촬상 장치를 이용하는 것으로서, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 강관재의 가열 장치 및 방법은, 촬상 장치로, 용접부의 판 두께 방향 및 강판의 단부면 길이 방향의 2차원의 휘도 분포를 화상으로서 채취하고, 촬상 장치로부터 출력되는 휘도 분포 화상을 화상 처리하여 맞댐면을 추출한다. 그리고, 방사 측온 기술에 의해, 예를 들어 화소마다 휘도값으로부터 온도로의 변환을 행함으로써 맞댐면의 판 두께 방향의 온도 분포를 얻도록 하고 있다.

그러나, 강판의 방사 휘도에는 방향 의존성이 있고, 예를 들어 도 19에 나타내는 바와 같이, 방사 휘도가 높아지는 각도가 존재한다. 도 19에 있어서, ε_n은 수직 방사율, ε(θ)는 θ 방향 방사율을 나타낸다. 특허문헌 1의 촬영 배치에서는, 방사 휘도의 각도 의존성이 커지는 저각도로부터 강재를 촬영해야만 한다. 한편, 실 프로세스에 있어서는, 롤의 편심이나 성형 변동 등에 의해 수렴각이나 맞댐면이 시간적으로 변동되므로, 강재에 대한 촬영 광학계의 상대 위치 변화에 수반하여, 방사 휘도가 강하게 변동되게 된다. 그로 인해, 이 방법에서는, 촬영한 휘도 레벨로부터 판 두께 방향의 상대적인 분포를 측정할 수 있는 것만으로, 절대 온도를 측정하는 것은 어렵다.

이어서, 예를 들어 특허문헌 2에는, 용접점으로부터 하류측으로 20∼500㎜ 이격된 위치에 감시 영역으로서 미리 정한, 용접선에 대략 직교하는 선 형상 영역의 휘도 분포를, 휘도 센서로의 촬영에 의한 화상 신호로서 파악하고, 이것을 감시하는 전봉 용접부의 감시 방법이 개시되어 있다.

그러나, 용접점으로부터 하류측으로 20∼500㎜ 이격된 위치, 즉 용접이 종료한 위치로부터 이격된 하류측에서의 감시로는, 미소한 용접 결함을 검출할 수 있어도, 용접부가 용융 온도에 도달하고 있는지를 판정하는 냉접 결함을 방지하는 것은 어렵다. 또한, 용접점으로부터 하류측에서의 위치에서의 측정이므로, 표층에는 국소적으로 산화막이 형성되어 있는 상태이며, 정확한 온도 판 두께 내부로부터 용융부가 강재 표면으로 배출되어, 판 표면에서 최종적으로 접합하는 용접부를 측정하고 있지 않다.

일본 특허 공개 제2009-113070호 공보 일본 특허 공개 제2011-036892호 공보

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 스퀴즈 롤의 업셋에 의해 용융된 강재가, 판 두께 내부로부터 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하는 측온 영역의 온도를, 실시간으로 안정적으로 고정밀도로 측정하여, 미용융의 가능성이 있는 용접 조건을 회피하는 용융 증명을 실시할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 이것에 의해 양호한 용접 조건으로 설정하는 조업 제어가 가능하게 되므로, 미용융에 기인하는 불량부의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해, 이하를 채용하기에 이르렀다.

(1) 본 발명의 제1 형태에 관한 전봉 용접 조업의 감시 장치에서는, 띠 형상의 강판을 반송하면서 롤 군에 의해 연속적으로 원통 형상으로 성형하고, V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 둘레 방향 양단부를 가열 용융시켜 맞대는 전봉 용접 조업의 감시 장치이며, 상기 원통 형상으로 성형될 때의 상기 강판의 외표면측 및 내표면측 중 적어도 한쪽으로부터 촬영함으로써, 상기 둘레 방향 양단부가 상기 V자 형상으로 수렴되는 부위인 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 화상을 취득하는 화상 취득부와; 상기 화상 취득부에서 취득한 상기 화상에 기초하여, 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 충합(衝合)점을 검출하는 충합점 검출부 및 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 기하학적인 수렴점인 V 수렴점을 검출하는 V 수렴점 검출부 중 어느 한쪽과; 상기 충합점 검출부에서 검출한 상기 충합점의 위치 및 상기 V 수렴점 검출부에서 검출한 상기 V 수렴점의 위치 중 어느 한쪽에 기초하여, 상기 강판의 판 두께 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하는 측온 영역을 설정하는 측온 영역 설정부와; 상기 측온 영역 설정부에서 설정한 상기 측온 영역의 휘도 레벨을 계산하는 휘도 레벨 연산부와; 상기 휘도 레벨 연산부에서 계산한 상기 측온 영역의 상기 휘도 레벨을, 미리 설정된 온도 변환 데이터에 기초하여 상기 측온 영역의 온도로 변환하는 온도 변환부와; 상기 측온 영역의 온도가 소정의 하한값 이상인지의 여부를 판정하는 판정부;를 구비하고 있다.

(2) 상기 (1)에 기재된 전봉 용접 조업의 감시 장치에서는, 상기 충합점 검출부에 의해 상기 충합점을 검출하는 경우, 상기 측온 영역 설정부는, 상기 충합점의 위치로부터 일정한 거리만큼 하류측에, 상기 용접부가 있는 것으로 하고, 상기 용접부를 포함하도록 상기 측온 영역을 설정해도 된다.

(3) 상기 (2)에 기재된 전봉 용접 조업의 감시 장치에서는, 상기 충합점 검출부에 의해 상기 충합점을 검출하는 경우, 상기 충합점 검출부는, 상기 화상 취득부에서 취득한 상기 화상에 기초하여, 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 상기 충합점을 1차 검출하고; 상기 화상 취득부에서 취득한 상기 화상에 기초하여, 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부를 직선 근사하고, 이들 근사 직선이 교차하여 이루는 V 수렴각의 이등분선의 연장선상에 상기 V 수렴 부위의 하류측 선단이 분단된 부분인 분단 영역이 있는지의 여부를 판정하고; 상기 분단 영역이 없다고 판정한 경우에는, 1차 검출한 상기 충합점을 상기 충합점으로서 검출하는 한편, 상기 분단 영역이 있다고 판정한 경우에는, 상기 분단 영역의 최하류점을 상기 충합점으로서 검출해도 된다.

(4) 상기 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 전봉 용접 조업의 감시 장치에서는, 상기 화상 취득부에서 취득한 상기 화상으로부터, 상기 휘도 레벨이 소정값 이상인 고휘도 레벨 영역을 제외하기 위한 마스크 화상을 생성하는 마스크 화상 생성부를 더 구비하고 있어도 된다.

(5) 본 발명의 제2 형태에 관한 전봉 용접 조업의 감시 방법에서는, 띠 형상의 강판을 반송하면서 롤 군에 의해 연속적으로 원통 형상으로 성형하고, V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 둘레 방향 양단부를 가열 용융시켜 맞대는 전봉 용접 조업의 감시 방법이며, 상기 원통 형상으로 성형될 때의 상기 강판의 외표면측 및 내표면측 중 적어도 한쪽으로부터 촬영함으로써, 상기 둘레 방향 양단부가 상기 V자 형상으로 수렴되는 부위인 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 화상을 취득하는 화상 취득 스텝과; 상기 화상 취득 스텝에서 취득한 상기 화상에 기초하여, 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 충합점을 검출하는 충합점 검출 스텝 및 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 기하학적인 수렴점인 V 수렴점을 검출하는 V 수렴점 검출 스텝 중 어느 한쪽과; 상기 충합점 검출 스텝에서 검출한 상기 충합점의 위치 및 상기 V 수렴점 검출 스텝에서 검출한 상기 V 수렴점의 위치 중 어느 한쪽에 기초하여, 상기 강판의 판 두께 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하는 측온 영역을 설정하는 측온 영역 설정 스텝과; 상기 측온 영역 설정 스텝에서 설정한 상기 측온 영역의 휘도 레벨을 계산하는 휘도 레벨 연산 스텝과; 상기 휘도 레벨 연산 스텝에서 계산한 상기 측온 영역의 상기 휘도 레벨을, 미리 설정된 온도 변환 데이터에 기초하여 상기 측온 영역의 온도로 변환하는 온도 변환 스텝과; 상기 측온 영역의 온도가 소정의 하한값 이상인지의 여부를 판정하는 판정 스텝;을 갖는다.

(6) 본 발명의 제3 형태에 관한 프로그램은, 띠 형상의 강판을 반송하면서 롤 군에 의해 연속적으로 원통 형상으로 성형하고, V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 둘레 방향 양단부를 가열 용융시켜 맞대는 전봉 용접 조업을 감시하기 위한 프로그램이며, 상기 원통 형상으로 성형될 때의 상기 강판의 외표면측 및 내표면측 중 적어도 한쪽으로부터 촬영함으로써, 상기 둘레 방향 양단부가 상기 V자 형상으로 수렴되는 부위인 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 화상을 취득하는 화상 취득부와; 상기 화상 취득부에서 취득한 상기 화상에 기초하여, 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 충합점을 검출하는 충합점 검출부 및 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 기하학적인 수렴점인 V 수렴점을 검출하는 V 수렴점 검출부 중 어느 한쪽과; 상기 충합점 검출부에서 검출한 상기 충합점의 위치 및 상기 V 수렴점 검출부에서 검출한 상기 V 수렴점의 위치 중 어느 한쪽에 기초하여, 상기 강판의 판 두께 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하는 측온 영역을 설정하는 측온 영역 설정부와; 상기 측온 영역 설정부에서 설정한 상기 측온 영역의 휘도 레벨을 계산하는 휘도 레벨 연산부와; 상기 휘도 레벨 연산부에서 계산한 상기 측온 영역의 상기 휘도 레벨을, 미리 설정된 온도 변환 데이터에 기초하여 상기 측온 영역의 온도로 변환하는 온도 변환부와; 상기 측온 영역의 온도가 소정의 하한값 이상인지의 여부를 판정하는 판정부;를 구비하고 있다.

(7) 본 발명의 제4 형태에 관한 기억 매체는, 상기 (6)에 기재된 프로그램을 기록한 기억 매체이다.

상기 (1)∼(7)에 기재된 형태에 의하면, 용융된 강재가 판 두께 내부로부터 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하도록 측온 영역을 설정할 수 있으므로, 이 용접부의 온도를 실시간으로 안정적으로 고정밀도로 측정하여, 미용융의 가능성이 있는 용접 조건을 회피하는 용융 증명을 행할 수 있다. 이것에 의해 양호한 용접 조건으로 설정하는 조업 제어가 가능하게 되므로, 미용융에 기인하는 불량부의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 전봉 강관의 제조 설비 및 제1 실시 형태에 관한 전봉 용접의 조업 감시 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 전봉 용접의 조업 감시 장치에 의한 조업 감시 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 도 2의 흐름도의 충합점 검출 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 촬영 장치에 의한 촬영 화상을 나타내는 모식도이다.
도 5a는 2단 수렴 현상 및 측온 영역의 설정 방법을 설명하기 위한 제1 도면이다.
도 5b는 2단 수렴 현상 및 측온 영역의 설정 방법을 설명하기 위한 제2 도면이다.
도 5c는 V 수렴점, 충합점, 판 두께 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되기 시작하는 용접부의 설명과, 전봉 용접 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 온도 변환 데이터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 온도 변환 데이터를 작성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 강판의 용접면의 온도와 시간의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 9a는 제1 실시 형태에 있어서 화상 처리 및 충합점 검출을 행하고 있는 화상을 나타내는 제1 모식도이다.
도 9b는 제1 실시 형태에 있어서 화상 처리 및 충합점 검출을 행하고 있는 화상을 나타내는 제2 모식도이다.
도 9c는 제1 실시 형태에 있어서 화상 처리 및 충합점 검출을 행하고 있는 화상을 나타내는 제3 모식도이다.
도 9d는 제1 실시 형태에 있어서 화상 처리 및 충합점 검출을 행하고 있는 화상을 나타내는 제4 모식도이다.
도 10은 V 수렴 부위의 브로브(BLOB: binary large object)가 추출되지 않는 2치화 화상의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 11a는 화상의 X 방향과 실제의 강판 반송 방향이 어긋나 있는 경우를 설명하기 위한 화상을 도시하는 제1 모식도이다.
도 11b는 화상의 X 방향과 실제의 강판 반송 방향이 어긋나 있는 경우를 설명하기 위한 화상을 도시하는 제2 모식도이다.
도 12a는 제2 실시 형태에 있어서 화상 처리 및 충합점 검출을 행하고 있는 화상을 나타내는 제1 모식도이다.
도 12b는 제2 실시 형태에 있어서 화상 처리 및 충합점 검출을 행하고 있는 화상을 나타내는 제2 모식도이다.
도 12c는 제2 실시 형태에 있어서 화상 처리 및 충합점 검출을 행하고 있는 화상을 나타내는 제3 모식도이다.
도 13은 제2 실시 형태에 관한 전봉 용접의 조업 감시 장치에 의한 조업 감시 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 14a는 제3 실시 형태에 있어서 화상 처리 및 마스크 화상의 생성을 행하고 있는 화상을 나타내는 제1 모식도이다.
도 14b는 제3 실시 형태에 있어서 화상 처리 및 마스크 화상의 생성을 행하고 있는 화상을 나타내는 제2 모식도이다.
도 15는 전봉 강관의 제조 설비 및 제3 실시 형태에 관한 전봉 용접의 조업 감시 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 16은 제3 실시 형태에 관한 전봉 용접의 조업 감시 장치에 의한 조업 감시 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 17은 마스크 화상을 나타내는 모식도이다.
도 18은 본 발명을 적용하여 측온 영역을 설정하고, 그 온도를 측정한 실시예의 결과를 나타내는 특성도이다.
도 19는 강판의 방사 휘도의 방향 의존성을 나타내는 특성도이다.
도 20은 비교예로서 측온 영역을 설정하고, 그 온도를 측정한 비교예의 결과를 나타내는 특성도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명한다.

(제1 실시 형태)

먼저, 도 1을 참조하여, 전봉 강관의 제조 설비의 개요를 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 띠 형상의 강판(1)을 방향(3)(반송 방향)을 향하여 반송하면서, 롤 군(도시하지 않음)에 의해 연속적으로 원통 형상으로 성형한다. 그리고, 원통 형상으로 성형되는 강판(1)의 내부에 임피더(6)를 배치하고, 한 쌍의 콘택트 칩(7)(고주파 저항 용접) 또는 유전 코일(도시하지 않음)에 의해(유도 가열 용접) 고주파 전류(5)를 흘리면서, 스퀴즈 롤(2)에 의해 업셋을 가한다. 이에 의해, 강판(1)의 둘레 방향 양단부(4, 4)(이하에서는 간단히 단부라고도 함)를 V자 형상으로 수렴시키면서 가열 용융시켜 맞대고, 강판(1)을 용융 접합할 수 있다[전봉 용접(ERW)].

강판(1)의 상방에는 촬영 장치(8)가 배치되고, 원통 형상으로 성형되는 강판(1)의 외표면의, V자 형상으로 수렴되는 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 자연광 패턴(복사 패턴)을 촬영한다. 촬영 장치(8)는, 예를 들어 1600×1200화소의 3CCD형 컬러 카메라가 사용되고, 촬영 시야가 폭 30[㎜] 이상, 길이 50∼100[㎜], 촬영 분해능이 50∼100[㎛/화소], 촬영 레이트가 30[fps] 이상, 노광 시간이 1/5000[초] 이하의 조건으로 촬영한다. 촬영 장치(8)에 의한 촬영 화상 데이터는, 전봉 용접의 조업 감시 장치(100)에 입력된다. 또한, 원통 형상으로 성형되는 강판(1)의 내표면의 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 자연광 패턴을 촬영하도록 해도 된다.

전봉 용접의 조업 감시 장치(100)에 있어서, 화상 취득 수단인 입력부(101)는 촬영 장치(8)에 의한 촬영 화상 데이터가 입력된다. 촬영 장치(8)로부터는, 강판(1)의 반송 방향을 X 방향, 강판(1)의 맞댐 방향을 Y 방향으로 하는 화상이 입력된다. 도 4에, 촬영 장치(8)에 의한 촬영 화상을 도시화한 모식도를 나타낸다. 촬영 장치(8)에 의한 촬영 화상에서는, 강판(1)의 양단부(4, 4)를 따라 고온이 된 영역이 자발광으로서 관측되는 발광 영역(41)이 나타난다. 그리고, 반송 방향의 하류측에서는 양단부(4, 4)의 영역의 일부가 융점 이상으로 되어 용융되고, 전자기적인 핀치력에 의해 판 폭 방향으로 흘러나오는 물결 형상의 모양이 나타난다.

화상 처리부(102)는 입력부(101)에 입력된 화상에 대해, 적색 성분 추출 처리, 2치화 처리 등의 화상 처리를 실시한다.

충합점 검출부(103)는 화상 처리부(102)에서 화상 처리한 화상상에서, V자 형상으로 수렴되는 강판(1)의 양단부(4, 4)가 물리적으로 충합(접촉)하는 충합점(V₂)을 검출한다. 도 5a, 도 5b에 파선으로 나타내는 바와 같이, V자 형상으로 수렴되는 강판(1)의 양단부(4, 4)가 기하학적으로 교차하는 V 수렴점(V₁)이 존재한다. 그러나, 실제로는, 이 V 수렴점(V₁)에서 양단부(4, 4)가 충합하는 것은 아니고, V 수렴점(V₁)의 하류측에, 강판(1)의 양단부(4, 4)가 물리적으로 충합하는 충합점(V₂)이 존재한다고 하는 2단 수렴 현상이 관측된다.

입열량 이외의 조건이 동일한 경우, V 수렴점(V₁)과 충합점(V₂)의 거리 L₁은 입열량에 따라 변화되고, 입열량이 높아지는 것에 따라서 거리 L₁이 길어지는, 즉 V 수렴점(V₁)과 충합점(V₂)이 이격되는 경향이 있는 것이 확인되고 있다. 도 5a, 도 5b는 2단 수렴 현상을 도시화한 것이다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 입열량이 낮은 경우, V 수렴점(V₁)과 충합점(V₂)이 가까워진다. 이 경우, 강판(1)의 단부(4)의 판 두께(t) 중심부에서의 용융이 불충분하여, 미용융의 발생 가능성이 있다. 그에 대해 도 5b에 도시한 바와 같이, 입열량이 높아지면, V 수렴점(V₁)과 충합점(V₂)이 이격된다. V 수렴점(V₁)과 충합점(V₂)의 거리 L₁의 적정화를 도모함으로써, 강판(1)의 단부(4)의 판 두께(t) 중심부의 용융이 적정으로 되어, 정상적으로 용접할 수 있다.

측온 영역 설정부(104)는 충합점 검출부(103)에서 검출한 충합점(V₂)의 위치에 기초하여, 측온 영역(52)을 설정한다. 본원 발명자들이 예의 검토를 거듭한 결과, 도 5c에 도시한 바와 같이, V자 형상으로 수렴시키면서 강판(1)을 용융 접합하는 경우, 전봉 용접 현상을 설명하는 2단 수렴 현상 중에서, 기하학적으로 교차하는 V 수렴점(V₁)의 하류측에는, 고주파 가열 용융에 의해, 판 에지부로부터 용융되어 가는, 용융부가 전자기적인 핀치력에 의해 표면 방향으로 흐르는 현상이 발생한다. 본래의 양쪽 판 에지부는, 도 5c 중의 굵은 선 E1과 같이 기하학적으로 교차하는 V 수렴점(V₁)에서 충합할 것이다. 그러나, 상기한 용융이 판 두께(t) 전체 영역에 미친 경우에는, 2종류의 수렴각을 갖는 현상이 발생하고, 도 5c 중의 가는 선 E2를 따라 기하학적으로 교차하는 V 수렴점(V₁)보다도 하류측에 물리적인 충합점(V₂)이 존재하게 된다. 그리고, 더 하류측에는, 스퀴즈 롤(2)의 업셋에 의해 판 두께(t) 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되기 시작하는 용접부(V₃)가 존재하는 것을 알 수 있었다. 육안 관찰하여 거리를 측정한 바, 강판(1)의 판 두께(t) 등이 동일한 조건인 경우, 용접부(V₃)의 위치는, 실용적인 범위에서는 입열량에 의하지 않고, 충합점(V₂)의 위치로부터 일정한 거리 L₂만큼 하류측에 존재하는 것이 확인되었다. 또한, 용접부(V₃)의 판 표면은, 대략 평탄한 것을 실험에 의해 알 수 있고, 종래의 과제로서의 강판의 방사 휘도의 방향 의존성에 대해 휘도로부터 온도로 정확하게 변환되는 것이 가능한 것이 밝혀졌다. 용접부(V₃)의 더 하류측의, 용접 종료 후의 판 두께(t) 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되는 과정이 완료되고, 표면의 응고가 시작되는 응고부(V₄)는, 용접부(V₃)의 판 표면과 비교하여 요철이 큰 것이 확인되었다.

따라서, 측온 영역 설정부(104)는 충합점 검출부(103)에서 검출한 충합점(V₂)의 위치로부터 일정한 거리 L₂만큼 하류측에 용접부(V₃)가 있다고 상정하여, 용접부(V₃)를 포함하도록 측온 영역(52)을 설정한다. 도 5a, 도 5b의 예에서는, 충합점(V₂)의 위치로부터 거리 L만큼 하류측의 위치를 시점으로 하여, X 방향으로 연장되는 가늘고 긴 직사각 형상의 측온 영역(52)을 설정하도록 하여, 측온 영역(52)의 길이 방향의 중심에 용접부(V₃)가 위치하도록 하고 있다. 이 거리 L은, 과거의 지식 등에 기초하여, 강판(1)의 판 두께(t) 등에 따라 복수 준비해 두고, 강판(1)의 판 두께(t) 등의 조업 조건에 따라 선택, 설정하도록 하면 된다. 또한, 측온 영역(52)의 길이 및 폭은, 미리 판 두께(t)마다 데이터를 채용해 두고, 강판(1)의 판 두께(t) 등의 조업 조건에 따라 설정한다.

또한, 도 5a, 도 5b의 예에서는, 측온 영역(52)의 길이 방향의 중심에 용접부(V₃)가 위치하도록 거리 L을 설정하는 예를 나타내었지만, 그것으로 한정되는 것은 아니다. 일례를 들면, 충합점(V₂)의 위치로부터 L₂＝10㎜만큼 하류측에 용접부(V₃)가 있는 경우, 화상 처리에 의한 충합점(V₂)의 편차 등을 고려하여, 측온 영역(52)은 충합점(V₂)의 위치로부터 7.5∼15㎜만큼 하류의 범위, 즉 L＝7.5㎜로, 측온 영역(52)의 길이를 7.5㎜로 설정한다. 또한, 측온 영역(52)의 폭은, 발광 영역(41)의 폭 등을 고려하여 2㎜로 한다.

또는, 측온 영역(52)을 구하기 위해, 충합점(V₂)이 아니라 V 수렴점(V₁)을 사용하는 것도 가능하다. 판 두께(t), 관 직경이 일정하면, V 수렴점(V₁)과 충합점(V₂)의 거리는 입열량에만 의존하는 것이 본원 발명자의 검토로 확인되고 있다. 입열량은 강재에 인가하는 전압과 전류로부터 측정하는 것이 가능하므로, 미리 판 두께(t), 관 직경마다 입열량을 변화시켜 V 수렴점(V₁)과 충합점(V₂)의 거리를 실측해 두면, 이 실측값에 충합점(V₂)과 용접부(V₃)의 거리 L₂를 더하면, 충합점(V₂)을 기준으로 한 측온 영역(52)의 설정과 동일한 효과가 얻어진다.

휘도 레벨 연산부(105)는 촬영 장치(8)에 의한 촬영 화상 데이터에 기초하여, 측온 영역 설정부(104)에서 설정한 측온 영역(52)의 평균 휘도 레벨을 계산한다. 또한, 본 실시 형태에서는 측온 영역(52)의 평균 휘도 레벨을 계산하도록 하였지만, 최대 휘도 레벨을 계산하도록 해도 된다.

온도 변환부(106)는 휘도 레벨 연산부(105)에서 계산한 측온 영역(52)의 평균 휘도 레벨을, 미리 설정된 교정 데이터인 온도 변환 데이터에 기초하여 온도로 변환한다. 도 6에, 온도 변환 데이터의 일례를 나타낸다. 온도 변환 데이터를 작성할 때에는, 도 7에 도시한 바와 같이, 강재의 융점(강종에 의하지만 1500℃ 전후) 가까이까지 온도 상승할 수 있는 표준 흑체로(9)와 표준 방사 온도계(10)를 사용한다. 실제의 촬영 조건(거리, 조리개, 셔터 속도, 카메라 게인 등)에 맞추어 표준 흑체로(9) 앞에 촬영 장치(8)를 설치하고, 표준 흑체로(9)의 온도를 변화시키면서 촬영하고, 촬영 화상을 보존한다. 그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 각 온도에서 표준 방사 온도계(10)를 사용하여 방사 온도를 측정한 것을 횡축, 휘도 해석기(11)로 해석한 촬영 화상의 휘도 레벨을 종축으로 하여 양자의 상관 곡선을 그린다. 측정 온도 사이는, 하기 수학식에 나타내는 플랑크의 복사식의 계수(오프셋과 배율)를 사용하여 조정 보완한다. B_ν는 흑체로부터 복사되는 전자파의 분광 방사 휘도, ν는 주파수, T는 온도, h는 플랑크 상수, k는 볼츠만 상수, c는 광속도이다.

휘도 레벨은, 분광 방사 휘도에 보정 계수를 곱한 것에 카메라의 노이즈 레벨을 더함으로써 변환된다. 이때, 강재의 방사율은 1이 아니기 때문에, 실제의 강판(1)의 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 자연광 패턴을 촬영하고, 수동으로 측온 영역을 추출하여 휘도 레벨을 측정하여, 용융 강재의 휘도 레벨에 맞는 보정 계수로 함으로써 방사율을 가미한 절대 온도로 변환할 수 있다. 강판(1)의 단부(4)의 에지에 열전대를 설치하여 용접을 행하고, 온도 측정한 연구소 시험에 의해, 도 8에 나타내는 바와 같이, 융점 이상으로 온도 상승하지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 열전대에서 측정하는 온도의 상승이 없어진 후의 휘도 레벨, 즉 융점에서의 휘도 레벨을 측정하고, 그 휘도 레벨에 맞도록 보정 계수를 결정하면 된다. 또한, 열전대를 설치하지 않아도, 확실하게 융점에 도달하고 있는 것을 알 수 있으면, 휘도 레벨을 측정하고, 그 휘도 레벨에 맞도록 보정 계수를 정할 수도 있다.

판정부(107)는 온도 변환부(106)에서 구한 측온 영역(52)의 온도가 하한값 이상인지의 여부를 판정한다. 이 하한값은, 입열량이 충분한지의 여부를 판정하기 위한 임계값이며, 측온 영역(52)의 온도가 하한값을 하회하는 경우, 입열 부족이라고 판정한다.

출력부(108)는, 예를 들어 각 부(101∼107)에서 취급하는 화상을 표시 장치(도시하지 않음)에 표시한다. 또한, 판정부(107)에서 입열 부족이라고 판정한 경우에, 예를 들어 알람 출력을 행한다.

이어서, 도 2를 참조하여, 제1 실시 형태에 관한 전봉 용접의 조업 감시 장치(100)에 의한 조업 감시 방법을 상세하게 설명한다. 촬영 장치(8)에 의한 촬영은 일정한 시간 간격으로 연속적으로 행해지고, 촬영된 1매의 화상을 프레임이라고 칭한다. 촬영 장치(8)로부터 입력부(101)를 통해 화상 데이터가 입력되면(스텝 S1), 화상 처리부(102)는 콘트라스트를 명확히 하기 위해, 그 화상 데이터로부터 적색 성분(파장 580∼700㎚)을 추출한다(스텝 S2).

이어서, 화상 처리부(102)는 스텝 S2에 있어서 적색 성분을 추출한 화상 데이터를 2치화 처리(반전)한다(스텝 S3). 여기서는, 휘도 레벨이 미리 정한 임계값 이상의 화소에 「0」을, 일정값 미만의 화소에 「1」을 대입한다. 이때의 임계값은, 카메라의 노이즈 레벨이나 톱 롤로부터의 반사라고 하는 외란 요인의 레벨 이상으로 하고, 용융부나 강재 단부의 형상이 파악되는 범위에서 조정한다. 예를 들어, 용융되어 있는 영역이 255계조로 160레벨, 외란 요인이 30레벨인 경우, 40레벨 정도를 선택한다. 도 9a에는 2치화 화상을 도시화한 모식도를 나타낸다.

이어서, 충합점 검출부(103)는 스텝 S3에 있어서 생성된 2치화 화상상에서 충합점(V₂)을 검출한다(스텝 S4). 도 3에, 스텝 S4의 충합점 검출 처리의 구체예를 나타낸다. 먼저, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 브로브마다 라벨을 부여하는 라벨링 처리를 행하고(스텝 S31), 소정의 조건에 합치하는 브로브가 추출되었는지의 여부를 판정한다(스텝 S32). 여기서 말하는 브로브가라 함은, 2치화 화상에 있어서 「1」의 화소가 인접하는 상하 좌우의 4화소 또는 경사 방향 4화소를 포함하는 인접 8화소 중 어느 하나 「1」이며, 연결되어 하나의 덩어리가 된 개개의 영역을 의미한다. 또한, 라벨링 처리라 함은, 개개의 브로브에 동일한 라벨 번호를 부여하여 특정한 브로브를 추출하고, 화상 내의 위치(X 좌표의 최대점 및 최소점, Y 좌표의 최대점 및 최소점)나 폭, 길이, 면적 등을 추출하는 처리를 함께 행하는 것을 나타낸다. 예를 들어 도 9b에서는, 3개의 브로브가 각각 「1」, 「2」 및 「3」이라고 라벨이 부여되어 있고, 스텝 S32에 있어서 소정의 조건에 합치하는 브로브가 있으면, 그 브로브(여기서는 라벨 「2」)을 양단부(4, 4)가 V자 형상으로 수렴되는 부위인 V 수렴 부위의 브로브(91)으로서 추출하고(도 9c를 참조), 좌표나 면적 등의 형상 정보를 취득한다. 예를 들어, 도 9a에 나타내는 2치화 화상에 있어서, 좌측 단부에 접하고, 또한, 소정의 면적 조건을 갖는 브로브가 있으면, 그것을 V 수렴 부위의 브로브(91)으로서 추출한다. 소정의 면적 조건으로서는, 예를 들어 브로브의 면적(의 실치수)이 15∼150㎟라고 하는 조건 및/또는 외접 직사각형의 실치수가 25∼320㎟라고 하는 조건 등을 설정하면 된다.

스텝 S32에 있어서 소정의 조건에 합치하는 브로브가 추출되면, 도 9c에 나타내는 바와 같이, 그 추출된 V 수렴 부위의 브로브(91)의 선단(즉, 최하류점)을 충합점(V₂)으로서 검출한다(스텝 S33). 또한, 스텝 S32에 있어서 소정의 조건에 합치하는 브로브가 추출되지 않으면, 이상 플래그를 세트한다(스텝 S34). 예를 들어, 입열량이 낮은 경우에는, V 수렴 부위의 브로브는 추출되지 않으므로(도 10을 참조), 스텝 S34로 진행하게 된다. 그리고, 소정의 프레임수만큼 연속해서 이상 플래그가 세트되어 있는지의 여부를 판정하고(스텝 S35), 소정의 프레임수만큼 연속해서 이상 플래그가 세트되어 있는 경우, 이상 알람을 출력한다(스텝 S36).

도 2의 설명으로 되돌아가, 측온 영역 설정부(104)는 스텝 S3에 있어서 생성된 2치화 화상상에서, 스텝 S4에 있어서 검출된 충합점(V₂)의 위치로부터 거리 L만큼 하류측의 위치를 시점으로서의 측온 영역(52)을 설정한다(스텝 S5).

전술한 바와 같이, 측온 영역(52)은 강판(1)의 판 두께(t) 등의 조업 조건에 따라 설정되는 길이 및 폭을 갖는 가늘고 긴 직사각 형상으로 설정한다. 이 경우에, 측온 영역(52)을 단순히 화상의 X 방향으로 연장되는 가늘고 긴 직사각 형상으로 해도 되지만, 강판(1)의 반송 과정에 있어서, 강판(1)이 반송 방향의 좌우로 흔들리거나, 비틀어지는 경우가 있고, 그때에는, 도 11a에 도시한 바와 같이, 화상의 X 방향과 실제의 강판(1)의 반송 방향이 어긋난다. 그로 인해, 측온 영역(52)을 단순히 화상의 X 방향으로 연장되는 가늘고 긴 직사각 형상으로 하면, 이 직사각 형상의 측온 영역(52)이 실제의 강판(1)의 반송 방향에 대해 비스듬히 어긋나 버리는 경우가 있다.

따라서, 먼저, 충합점(V₂)을 검출할 때에 사용한 V 수렴 부위의 브로브(91)에 있어서 강판(1)의 양단부(4, 4)를 탐색한다. 도 9c를 확대한 도 9d에 나타내는 바와 같이, V 수렴 부위의 브로브(91)의 반송 방향의 최하류점을 통해 화상의 X 방향과 평행한 직선 S₁로부터 ＋Y 방향 및 -Y 방향으로 「1」로부터「0」이 되는 점을 각각 탐색하고, 그 점을 강판(1)의 단부(4)로 한다. 이것을, V자 형상으로 수렴되는 방향(X 방향)의 소정의 범위, 예를 들어 2치화 화상의 좌측 단부(반송 방향의 상류측)로부터 V 수렴 부위의 브로브(91)의 선단까지의 범위 중 좌측 단부로부터 2/3의 범위에서 실행한다. 그리고, 이 소정의 범위에서 강판(1)의 단부(4, 4)를 직선 근사하고, 도 11b에 도시한 바와 같이, 이들 근사 직선이 교차하여 이루는 V 수렴각의 이등분선 S₂의 연장선상에, 이 이등분선 S₂의 방향으로 연장되는 가늘고 긴 직사각 형상의 측온 영역(52)을 설정한다.

이에 의해, 직사각 형상의 측온 영역(52)이 실제의 강판(1)의 반송 방향에 대해 비스듬히 어긋난다고 하는 문제를 피할 수 있다.

또한, 상기 소정의 범위는, 항상 「좌측 단부로부터 2/3의 범위」로 하는 것은 아니고, 조업 조건에 의해 V 수렴점(V₁)의 위치가 반송 방향의 상류측으로 이동하는 경우에는, 보다 작은 값, 예를 들어 1/2로 설정하는 등, 적절히 적절한 값을 설정하는 것이 좋다. 또한, 강판(1)의 단부(4)를 탐색할 때에는, 예를 들어 도 9d에 나타내는 화상의 Y 방향의 상하 위치부터 내측을 향하여 「0」으로부터「1」이 되는 점을 탐색하도록 해도 된다. 단, V 수렴 부위의 브로브(91)은 화상의 Y 방향의 중앙 부근에 나타나는 것을 알고 있고, 화상의 최상 위치 및 최하 위치로부터 탐색을 시작하는 것으로는 처리가 불필요해진다. 따라서 상술한 바와 같이 V 수렴 부위의 브로브(91)의 내측으로부터 ＋Y 방향 및 -Y 방향으로 「1」로부터 「0」이 되는 점을 탐색함으로써 처리 시간을 단축화시키고 있다. 또한, 화상의 상하 위치로부터 내측을 향하여 「0」으로부터 「1」이 되는 점을 탐색하는 경우에도, 라벨링 처리에 의해 V 수렴 부위의 브로브(91)의 광폭부(화상의 좌측 단부)의 Y 방향 위치를 알 수 있으므로, 그 Y 방향 위치 또는 그 근방부터 내측을 향하여 「0」으로부터 「1」이 되는 점을 탐색하면 처리 시간을 단축화시킬 수 있다.

도 2의 설명으로 되돌아가, 휘도 레벨 연산부(105)는 촬영 장치(8)에 의한 촬영 화상 데이터에 기초하여, 스텝 S5에 있어서 설정된 측온 영역(52)의 평균 휘도 레벨을 계산한다(스텝 S6).

이어서, 온도 변환부(106)는 스텝 S6에 있어서 계산된 측온 영역(52)의 평균 휘도 레벨을, 미리 설정된 온도 변환 데이터(도 6을 참조)에 기초하여 온도로 변환한다(스텝 S7).

이어서, 판정부(107)는 스텝 S7에 있어서 구한 측온 영역(52)의 온도가 하한값 이상인지의 여부를 판정한다(스텝 S8). 그 결과, 측온 영역(52)의 온도가 하한값 이상이면 정상이라고 판정하고, 하한값을 하회하고 있으면 입열 부족이라고 판정한다. 측온 영역(52)의 온도가 하한값을 하회한 경우, 출력부(108)는 알람 출력을 행하는 등의 이상 출력을 행한다(스텝 S9). 이 경우에, 예를 들어 소정의 수의 프레임(예를 들어, 10∼15프레임 정도) 또는 소정의 시간(예를 들어, 0.5초 정도)만큼 계속해서 측온 영역(52)의 온도가 하한값을 하회한 경우에만, 이상 출력을 행하도록 해도 된다. 이상 출력을 행한 후, 조업상의 피드백 제어를 행해도 된다. 그 결과, 입열량을 늘려 불량 개소를 삭감함으로써 수율의 향상이 가능하게 된다.

이상 서술한 바와 같이 배출이 시작되는 점인 용접부(V₃)를 포함하도록 측온 영역으로서의 측온 영역(52)을 설정할 수 있다. 따라서, 측온 영역(52)을 필요 이상으로 넓게 설정할 필요가 없어, 저온 영역이 포함되지 않도록 할 수 있다. 또한, 측온 영역(52)을 상방으로부터 촬영한 화상에 기초하여 온도를 측정할 수 있는 것과, 도 5b에 도시된 바와 같이 용접부(V₃)가, 요철이 없고 평탄하기 때문에, 강판의 방사 휘도의 방향 의존성의 영향을 적게 할 수 있다. 이에 의해, 측온 영역(52)의 온도를 실시간으로 안정적으로, 고정밀도로 측정하여, 미용융의 가능성이 있는 용접 조건을 회피하는 용융 증명을 행할 수 있다.

(제2 실시 형태)

이어서, 도 12a, 도 12b, 도 12c, 도 13을 참조하여, 제2 실시 형태를 설명한다. 원통 형상으로 성형되는 강판(1)의 외표면의 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 자연광 패턴을 촬영할 때에, V 수렴 부위의 하류측 선단에서 휘도 레벨이 완전히 낮아지지 않고, V 수렴 부위의 하류측 선단이 분단된 것처럼 촬영되어 버리는 경우가 있다. 도 12a, 도 12b, 도 12c에는, V 수렴 부위의 하류측 선단이 분단된 것처럼 촬영된 화상의 2치화 화상을 도시화한 모식도를 나타낸다.

제2 실시 형태에서는, 이와 같이 V 수렴 부위의 하류측 선단이 분단된 것처럼 촬영된 화상에 있어서도, 용접부(V₃)를 포함하도록 측온 영역(52)을 정확하게 설정할 수 있도록 한다. 여기서, 화상상에 있어서 V 수렴 부위의 하류측 선단이 분단된 부분을 분단 영역(122)이라고 칭한다. 도 12a, 도 12b, 도 12c에 나타내는 바와 같이, V 수렴 부위의 선단에 분단 영역(122)이 존재하는 경우, 충합점(V₂)은, 외견상의 V 수렴 부위(121)의 선단이 아니라, 분단 영역(122)의 최하류점으로 해야 한다.

이하, 제2 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 전봉 용접의 조업 감시 장치(100)의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이며, 여기서는 그 설명을 생략한다.

도 13을 참조하여, 제2 실시 형태에 관한 전봉 용접의 조업 감시 장치(100)에 의한 조업 감시 방법을 상세하게 설명한다. 제1 실시 형태에서 설명한 도 2의 흐름도와 동일한 처리에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다. 촬영 장치(8)로부터 입력부(101)를 통해 화상 데이터가 입력되면(스텝 S1), 화상 처리부(102)는 그 화상 데이터로부터 적색 성분(파장 580∼700㎚)을 추출하고(스텝 S2), 적색 성분을 추출한 화상 데이터를 2치화 처리(반전)한다(스텝 S3).

이어서, 충합점 검출부(103)는 스텝 S3에 있어서 생성된 2치화 화상상에서, 외견상의 V 수렴 부위(121)의 선단(즉, 최하류점)을 충합점(V₂')으로서 1차 검출한다(스텝 S10).

이어서, 충합점 검출부(103)는 스텝 S3에 있어서 생성된 2치화 화상상에서, 제1 실시 형태에서 설명한 것과 마찬가지로(도 11a, 11b를 참조), 소정의 범위에서 강판(1)의 단부(4, 4)를 직선 근사하고, 이들 근사 직선이 교차하여 이루는 V 수렴각의 이등분선 S₂를 검출한다(스텝 S11). 그리고, 이 이등분선 S₂의 연장선상에 분단 영역(122)이 있는지의 여부, 즉 V 수렴 부위의 선단이 분단되어 있는지의 여부를 판정한다(스텝 S12). 이것은, V 수렴각의 이등분선 S₂를 따라, 예를 들어 종횡비가 0.5 이하의 반송 방향으로 가늘고 긴 브로브가 있는지의 여부로 판정한다.

스텝 S12에 있어서 분단 영역(122)이 있다고 판정한 경우, 스텝 S13으로 진행하고, 이 분단 영역(122)의 선단(즉, 최하류점)을 충합점(V₂)으로서 검출한 후, 스텝 S5로 진행한다. 그에 대해 스텝 S12에 있어서 분단 영역(122)이 없다고 판정한 경우, 스텝 S10에 있어서 1차 검출한 충합점(V₂')이 충합점(V₂)이라고 하여, 스텝 S5로 진행한다.

이어서, 측온 영역 설정부(104)는 스텝 S10 또는 S13에 있어서 검출된 충합점(V₂)의 위치로부터 거리 L만큼 하류측의 위치를 시점으로 하여 측온 영역(52)을 설정한다(스텝 S5). 그리고, 휘도 레벨 연산부(105)는 측온 영역(52)의 평균 휘도 레벨을 계산하고(스텝 S6), 온도 변환부(106)는 미리 설정된 온도 변환 데이터에 기초하여 온도로 변환한다(스텝 S7).

이어서, 판정부(107)는 스텝 S7에 있어서 구한 측온 영역(52)의 온도가 하한값 이상인지의 여부를 판정한다(스텝 S8). 그 결과, 측온 영역(52)의 온도가 하한값 이상이라면 정상이라고 판정하고, 하한값을 하회하고 있으면 입열 부족이라고 판정한다. 측온 영역(52)의 온도가 하한값을 하회한 경우, 출력부(108)는 알람 출력을 행하는 등의 이상 출력을 행한다(스텝 S9). 이상 출력을 행한 후, 조업상의 피드백 제어를 행하여, 입열량을 늘려 불량 개소를 삭감하여, 수율의 향상을 행해도 된다.

(제3 실시 형태)

이어서, 도 14a∼도 17을 참조하여, 제3 실시 형태를 설명한다. 원통 형상으로 성형되는 강판(1)의 외표면의 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 자연광 패턴을 촬영할 때에, 도 14a에 나타내는 바와 같이, 아크나 스퍼터가 찍혀, 촬영 화상에, 예를 들어 용접부에 1.5배 이상의 높은 휘도 레벨을 나타내는 고휘도 레벨 영역(131, 132)이 나타나는 경우가 있다. 또한, 강판의 방사 휘도의 방향 의존성에 기인하여(도 19를 참조), 촬영 화상에 강판(1)의 단부(4)를 따르도록 실온보다도 휘도 레벨이 높은 선 형상 영역(133)이 나타나는 경우도 있다. 이들 아크나 스퍼터, 강판의 방사 휘도의 방향 의존성에 기인하는 고휘도 레벨 영역(131∼133)이 측온 영역(52)에 포함되면, 측온 영역(52)의 평균 휘도 레벨이 높아져 버려, 측온 영역(52)의 온도를 정확하게 측정할 수 없게 되어 버린다.

제3 실시 형태에서는, 이와 같이 온도를 측정할 때의 저해 요인으로 되는 휘도가 높은 영역(131∼133)을 제외함으로써, 측온 영역(52)의 온도를 정확하게 측정할 수 있도록 한다.

이하, 제3 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 도 15에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태에 관한 전봉 용접의 조업 감시 장치(200)는 기본적으로는 제1 실시 형태에 관한 전봉 용접의 조업 감시 장치(100)와 마찬가지이지만, 고휘도 레벨 영역을 제외하기 위한 마스크 화상을 생성하는 마스크 화상 생성부(109)를 더 구비하고 있다.

도 16을 참조하여, 제3 실시 형태에 관한 전봉 용접의 조업 감시 장치(200)에 의한 조업 감시 방법을 상세하게 설명한다. 제1 실시 형태에서 설명한 도 2의 흐름도와 동일한 처리에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다. 촬영 장치(8)로부터 입력부(101)를 통해 화상 데이터가 입력되면(스텝 S1), 화상 처리부(102)는 그 화상 데이터로부터 적색 성분(파장 580∼700㎚)을 추출하고(스텝 S2), 적색 성분을 추출한 화상 데이터를 2치화 처리(반전)한다(스텝 S3).

또한, 마스크 화상 생성부(109)는 입력부(101)를 통해 입력된 화상 데이터로부터 청색 성분(파장 400∼500㎚) 또는 녹색 성분(파장 500∼580㎚)을 추출하고(스텝 S14), 2치화하여 마스크 화상으로 한다(스텝 S15). 이와 같이 청색 성분(파장 400∼500㎚) 또는 녹색 성분(파장 500∼580㎚)을 추출함으로써, 고휘도 레벨 영역(131∼133)만을 추출할 수 있다. 도 14b 및 도 17에는, 마스크 화상을 도시화한 모식도를 나타낸다.

이어서, 충합점 검출부(103)는 스텝 S3에 있어서 생성된 2치화 화상상에서 충합점(V₂)을 검출하고(스텝 S4), 스텝 S4에 있어서 검출된 충합점(V₂)의 위치로부터 거리 L만큼 하류측의 위치를 시점으로 하여 측온 영역(52)을 설정한다(스텝 S5).

이어서, 휘도 레벨 연산부(105)는 스텝 S5에 있어서 설정된 측온 영역(52)의 평균 휘도 레벨을 계산한다(스텝 S6). 이때, 스텝 S5에 있어서 설정된 측온 영역(52)에, 스텝 S15에 있어서 생성된 마스크 화상에 나타나는 휘도가 높은 영역(131∼133)이 포함되어 있으면, 그 휘도가 높은 영역(131∼133)을 제외하고, 나머지의 영역에서의 평균 휘도 레벨을 계산한다.

이어서, 판정부(107)는 스텝 S7에 있어서 구한 측온 영역(52)의 온도가 하한값 이상인지의 여부를 판정한다(스텝 S8). 그 결과, 측온 영역(52)의 온도가 하한값 이상이라면 정상이라고 판정하고, 하한값을 하회하고 있으면 입열 부족이라고 판정한다. 측온 영역(52)의 온도가 하한값을 하회한 경우, 출력부(108)는 알람 출력을 행하는 등의 이상 출력을 행한다(스텝 S9). 이상 출력을 행한 후, 조업상의 피드백 제어를 행하여, 입열량을 늘려 불량 개소의 삭감을 행함으로써 수율의 향상을 행해도 된다.

이상, 본 발명을 각종 실시 형태와 함께 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시 형태만으로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위 내에서 변경 등이 가능하다. 예를 들어 상기 실시 형태에서 설명한 화상 처리는 일례에 지나지 않고, 충합점(V₂)을 검출하거나, V 수렴각의 이등분선 S₂를 검출하는 데에 적합한 것이면 된다.

본 발명의 전봉 용접의 조업 감시 장치는, 구체적으로는 CPU, ROM, RAM 등을 구비한 컴퓨터 시스템에 의해 구성할 수 있고, CPU가 프로그램을 실행함으로써 실현된다. 본 발명의 전봉 용접의 조업 감시 장치는, 하나의 장치로 구성되어도, 복수의 기기로 구성되어도 된다.

또한, 본 발명의 목적은, 상술한 전봉 용접의 조업 감시 기능을 실현하는 소프트웨어의 프로그램 코드를 기록한 기억 매체를, 시스템 또는 장치에 공급하는 것에 의해서도 달성된다. 이 경우, 기억 매체로부터 판독된 프로그램 코드 자체가 상술한 실시 형태의 기능을 실현하게 되고, 프로그램 코드 자체 및 그 프로그램 코드를 기억한 기억 매체는 본 발명을 구성하게 된다. 프로그램 코드를 공급하기 위한 기억 매체로서는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, CD-R, 자기 테이프, 불휘발성의 메모리 카드, ROM 등을 사용할 수 있다.

[실시예]

본 발명의 효과를 검증하기 위해, 스퀴즈 롤의 업셋에 의해 용융된 강재가, 판 두께 내부로부터 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하는 측온 영역(52)을 설정하고, 그 온도를 측정한 실시예의 결과를 도 18에 나타낸다. 조업 조건은, API(American Petroleum Institute) 규격 5LX-65, 크기: 외경 406.4㎜φ, 판 두께:9.5㎜, 용접 속도:19mpm이다. 횡축은 시간, 종축은 측온 영역(52)에서의 측정 온도를 나타낸다. 입열량은 과거의 지식으로부터 적정한 입열량으로 하였지만, 시간 t₁∼t₂에서는 입열량을 낮게 하여 입열 부족의 상태로 하였다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 적정한 입열량이면, 입열 개시로부터 소정의 시간이 지나면, 측온 영역(52)에서의 측정 온도가 강재의 융점 근처에서 추이하였다. 그리고, 입열 부족으로 되면(시간 t₁∼t₂), 측온 영역(52)에서의 측정 온도가 낮아졌다. 이 점에서, 측온 영역(52)에서의 측정 온도를, 미용융의 가능성이 있는 용접 조건을 회피하는 용융 증명으로서 이용할 수 있는 것을 알 수 있다.

[비교예]

본 발명의 측온 영역(52)보다 하류의, 용접 종료 후의 판 두께(t) 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되는 과정이 완료되고, 표면의 응고가 시작되는 응고부(V₄)의 부위를 측온 영역으로 하여, 그 온도를 측정한 비교예의 결과를 도 20에 나타낸다. 이 측온 영역은 용접부(V₃)로부터 25㎜ 정도 하류측에 설정되어 있고, 특허문헌 2에 기재된 영역에 해당한다. 조업 조건은 실시예와 마찬가지로, API(American Petroleum Institute) 규격 5LX-65, 크기:외경 406.4㎜φ, 판 두께:9.5㎜, 용접 속도:19mpm이다. 횡축은 시간, 종축은 측온 영역에서의 측정 온도를 나타낸다. 입열량은 과거의 지식으로부터 적정한 입열량으로 하였지만, 강재의 융점 근방 또는 융점 미만의 온도에서 불안정하게 추이하는 결과로 되었다. 이 측정 영역은, 측온 영역(52)의 용접부(V₃)와 비교하여, 표면의 요철이 클 뿐만 아니라, 표층에 방사율이 다른 산화막이 국소적으로 발생하고 있는 점에서, 온도 측정값이 불안정하게 되었다고 생각된다. 따라서, 용접부(V₃)로부터 하류의 응고부(V₄)의 온도 측정 결과로부터, 측온 영역이 하류로 벗어나면, 온도 측정값의 변동이 커진다. 그리고, 실제로 용접의 이상이 있었던 개소와 정상적으로 용접이 행해진 개소의 구별이 곤란해진다. 이와 같이 실시예와 비교예의 결과로부터, 용접부(V₃)를 포함하는 영역으로 한정하여 측정함으로써, 안정된 온도 측정 및 용융 증명은 가능하게 된다.

본 발명에 따르면, 용융된 강재가 판 두께 내부로부터 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하도록 측온 영역을 설정할 수 있으므로, 이 용접부의 온도를 실시간으로 안정적으로 고정밀도로 측정하여, 미용융의 가능성이 있는 용접 조건을 회피하는 용융 증명을 행할 수 있다. 이것에 의해 양호한 용접 조건으로 설정하는 조업 제어가 가능하게 되므로, 미용융에 기인하는 불량부의 발생을 억제할 수 있다.

1 : 강판
2 : 스퀴즈 롤
3 : 방향
4 : 둘레 방향 양단부
5 : 고주파 전류
6 : 임피더
7 : 콘택트 칩
8 : 촬영 장치
9 : 표준 흑체로
10 : 표준 방사 온도계
11 : 휘도 해석기
41 : 발광 영역
52 : 측온 영역
91 : 브로브
100 : 전봉 용접의 조업 감시 장치
101 : 입력부
102 : 화상 처리부
103 : 충합점 검출부
104 : 측온 영역 설정부
105 : 휘도 레벨 연산부
106 : 온도 변환부
107 : 판정부
108 : 출력부
109 : 마스크 화상 생성부
121 : 외견상의 V 수렴 부위
122 : 분단 영역
131 : 고휘도 레벨 영역
132 : 고휘도 레벨 영역
133 : 고휘도 레벨 영역(선 형상 영역)
200 : 전봉 용접의 조업 감시 장치
L : 충합점(V₂)과 측온 영역(52)의 거리
L₁ : V 수렴점(V₁)과 충합점(V₂)의 거리
L₂ : 충합점(V₂)과 용접부(V₃)의 거리
E1 : 굵은 선
E2 : 가는 선
S₁ : 직선
S₂ : 이등분선
t : 판 두께
V₁ : V 수렴점
V₂ : 충합점
V₂' : 충합점
V₃ : 판 두께 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되기 시작하는 용접부
V₄ : 판 두께 표면의 응고가 시작되는 응고부

Claims

띠 형상의 강판을 반송하면서 롤 군에 의해 연속적으로 원통 형상으로 성형하고, V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 둘레 방향 양단부를 가열 용융시켜 맞대는 전봉 용접 조업의 감시 장치이며,
상기 원통 형상으로 성형될 때의 상기 강판의 외표면측 및 내표면측 중 적어도 한쪽으로부터 촬영함으로써, 상기 둘레 방향 양단부가 상기 V자 형상으로 수렴되는 부위인 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 화상을 취득하는 화상 취득부와;
상기 화상 취득부에서 취득한 상기 화상에 기초하여, 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 충합점을 검출하는 충합점 검출부 및 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 기하학적인 수렴점인 V 수렴점을 검출하는 V 수렴점 검출부 중 어느 한쪽과;
상기 충합점 검출부에서 검출한 상기 충합점의 위치 및 상기 V 수렴점 검출부에서 검출한 상기 V 수렴점의 위치 중 어느 한쪽에 기초하여, 상기 강판의 판 두께 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하는 측온 영역을 설정하는 측온 영역 설정부와;
상기 측온 영역 설정부에서 설정한 상기 측온 영역의 휘도 레벨을 계산하는 휘도 레벨 연산부와;
상기 휘도 레벨 연산부에서 계산한 상기 측온 영역의 상기 휘도 레벨을, 미리 설정된 온도 변환 데이터에 기초하여 상기 측온 영역의 온도로 변환하는 온도 변환부와;
상기 측온 영역의 온도가 소정의 하한값 이상인지의 여부를 판정하는 판정부;를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 전봉 용접 조업의 감시 장치.
제1항에 있어서,
상기 충합점 검출부에 의해 상기 충합점을 검출하는 경우, 상기 측온 영역 설정부는, 상기 충합점의 위치로부터 일정한 거리만큼 하류측에, 상기 용접부가 있는 것으로 하고, 상기 용접부를 포함하도록 상기 측온 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는, 전봉 용접 조업의 감시 장치.
제2항에 있어서,
상기 충합점 검출부에 의해 상기 충합점을 검출하는 경우, 상기 충합점 검출부는,
상기 화상 취득부에서 취득한 상기 화상에 기초하여, 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 상기 충합점을 1차 검출하고;
상기 화상 취득부에서 취득한 상기 화상에 기초하여, 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부를 직선 근사하고, 이들 근사 직선이 교차하여 이루는 V 수렴각의 이등분선의 연장선상에 상기 V 수렴 부위의 하류측 선단이 분단된 부분인 분단 영역이 있는지의 여부를 판정하고;
상기 분단 영역이 없다고 판정한 경우에는, 1차 검출한 상기 충합점을 상기 충합점으로서 검출하는 한편, 상기 분단 영역이 있다고 판정한 경우에는, 상기 분단 영역의 최하류점을 상기 충합점으로서 검출하는; 것을 특징으로 하는, 전봉 용접 조업의 감시 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화상 취득부에서 취득한 상기 화상으로부터, 상기 휘도 레벨이 소정값 이상인 고휘도 레벨 영역을 제외하기 위한 마스크 화상을 생성하는 마스크 화상 생성부를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 전봉 용접 조업의 감시 장치.
띠 형상의 강판을 반송하면서 롤 군에 의해 연속적으로 원통 형상으로 성형하고, V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 둘레 방향 양단부를 가열 용융시켜 맞대는 전봉 용접 조업의 감시 방법이며,
상기 원통 형상으로 성형될 때의 상기 강판의 외표면측 및 내표면측 중 적어도 한쪽으로부터 촬영함으로써, 상기 둘레 방향 양단부가 상기 V자 형상으로 수렴되는 부위인 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 화상을 취득하는 화상 취득 스텝과;
상기 화상 취득 스텝에서 취득한 상기 화상에 기초하여, 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 충합점을 검출하는 충합점 검출 스텝 및 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 기하학적인 수렴점인 V 수렴점을 검출하는 V 수렴점 검출 스텝 중 어느 한쪽과;
상기 충합점 검출 스텝에서 검출한 상기 충합점의 위치 및 상기 V 수렴점 검출 스텝에서 검출한 상기 V 수렴점의 위치 중 어느 한쪽에 기초하여, 상기 강판의 판 두께 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하는 측온 영역을 설정하는 측온 영역 설정 스텝과;
상기 측온 영역 설정 스텝에서 설정한 상기 측온 영역의 휘도 레벨을 계산하는 휘도 레벨 연산 스텝과;
상기 휘도 레벨 연산 스텝에서 계산한 상기 측온 영역의 상기 휘도 레벨을, 미리 설정된 온도 변환 데이터에 기초하여 상기 측온 영역의 온도로 변환하는 온도 변환 스텝과;
상기 측온 영역의 온도가 소정의 하한값 이상인지의 여부를 판정하는 판정 스텝;을 갖는 것을 특징으로 하는, 전봉 용접 조업의 감시 방법.
띠 형상의 강판을 반송하면서 롤 군에 의해 연속적으로 원통 형상으로 성형하고, V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 둘레 방향 양단부를 가열 용융시켜 맞대는 전봉 용접 조업을 감시하기 위한 프로그램이며,
상기 원통 형상으로 성형될 때의 상기 강판의 외표면측 및 내표면측 중 적어도 한쪽으로부터 촬영함으로써, 상기 둘레 방향 양단부가 상기 V자 형상으로 수렴되는 부위인 V 수렴 부위를 포함하는 영역의 화상을 취득하는 화상 취득부와;
상기 화상 취득부에서 취득한 상기 화상에 기초하여, 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 충합점을 검출하는 충합점 검출부 및 상기 V자 형상으로 수렴되는 상기 강판의 상기 둘레 방향 양단부의 기하학적인 수렴점인 V 수렴점을 검출하는 V 수렴점 검출부 중 어느 한쪽과;
상기 충합점 검출부에서 검출한 상기 충합점의 위치 및 상기 V 수렴점 검출부에서 검출한 상기 V 수렴점의 위치 중 어느 한쪽에 기초하여, 상기 강판의 판 두께 내부의 용융 부분이 표면으로 배출되기 시작하는 용접부를 포함하는 측온 영역을 설정하는 측온 영역 설정부와;
상기 측온 영역 설정부에서 설정한 상기 측온 영역의 휘도 레벨을 계산하는 휘도 레벨 연산부와;
상기 휘도 레벨 연산부에서 계산한 상기 측온 영역의 상기 휘도 레벨을, 미리 설정된 온도 변환 데이터에 기초하여 상기 측온 영역의 온도로 변환하는 온도 변환부와;
상기 측온 영역의 온도가 소정의 하한값 이상인지의 여부를 판정하는 판정부;를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 프로그램.
제6항에 기재된 프로그램을 기록한 것을 특징으로 하는, 기억 매체.