WO2013069748A1 - 電縫溶接操業の監視装置、方法、プログラム、及び記憶媒体 - Google Patents

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WO2013069748A1
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temperature measurement
temperature
measurement region
convergence
unit
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PCT/JP2012/079036
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長谷川　昇
智博 中治
嘉文 軽部
山本　和人
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新日鐵住金株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K13/00—Welding by high-frequency current heating
    • B23K13/01—Welding by high-frequency current heating by induction heating
    • B23K13/02—Seam welding
    • B23K13/025—Seam welding for tubes

Definitions

  • ERW steel pipes are used in a wide range of fields such as oil or natural gas line pipes, oil well pipes, nuclear power, geothermal, chemical plant, machine structural pipes and general pipes.
  • the present invention relates to an electric resistance welded pipe manufacturing facility in which a steel sheet is continuously formed into a cylindrical shape by a roll group while conveying steel sheets, and both ends in the circumferential direction converged into a V shape are heated and melted to butt each other (
  • the present invention relates to an operation monitoring apparatus, method, program, and storage medium for monitoring high-frequency resistance welding, induction heating welding, and the like.
  • the welded portion refers to a portion where, after the heated and melted steel materials are abutted, upset is applied by a squeeze roll and the molten portion begins to be discharged from the plate thickness to the steel material surface.
  • the temperature is measured in a predetermined region around the butted portion at both ends in the circumferential direction of the steel plate by a radiation thermometer.
  • a predetermined region is set wider and, for example, an average temperature in the region is measured.
  • the low temperature region is included, so that the average temperature in the predetermined region is lower than the melting point of the steel material.
  • the area of the low temperature region varies depending on the amount of heat input, the thickness of the plate, etc., it cannot be said that the temperature of the weld is accurately measured, and is not a proof of melting.
  • the heating apparatus and method of the steel pipe material of patent document 1 are imaging devices, the thickness direction of a welding part, and the end surface of a steel plate.
  • a two-dimensional luminance distribution in the longitudinal direction is collected as an image, and a luminance distribution image output from the imaging device is subjected to image processing to extract a butt surface.
  • the temperature distribution in the thickness direction of the abutting surfaces is obtained by converting the luminance value into the temperature for each pixel, for example, by the radiation temperature measurement technique.
  • the radiance of the steel sheet has direction dependency, and there is an angle at which the radiance increases, for example, as shown in FIG. In FIG. 19, ⁇ n represents the vertical emissivity, and ⁇ ( ⁇ ) represents the ⁇ direction emissivity.
  • ⁇ n represents the vertical emissivity
  • ⁇ ( ⁇ ) represents the ⁇ direction emissivity.
  • the steel material must be photographed from a low angle where the angle dependency of the radiance is large.
  • the radiance strongly fluctuates with the relative position change of the imaging optical system with respect to the steel material. . Therefore, with this method, it is only possible to measure the relative distribution in the plate thickness direction from the captured luminance level, and it is difficult to measure the absolute temperature.
  • Patent Document 2 the luminance distribution of a linear region that is predetermined as a monitoring region at a position 20 to 500 mm downstream from the welding point and that is substantially orthogonal to the welding line is obtained by photographing with a luminance sensor.
  • An electric seam welded monitoring method for capturing and monitoring an image signal is disclosed.
  • the weld has reached the melting temperature even if a minute welding defect can be detected. It is difficult to prevent the cold welding defect that determines. Since the measurement is performed at a position downstream from the welding point, an oxide film is locally formed on the surface layer, and the molten part is discharged from the inside of the accurate temperature plate thickness to the steel surface. The weld that is finally joined at the surface is not measured.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and the temperature of the temperature measurement region including the welded portion where the steel material melted by the upset of the squeeze roll begins to be discharged from the inside of the plate thickness to the surface is stable in real time. It is an object of the present invention to perform melting proof that avoids welding conditions that may be unmelted by measuring with high accuracy. As a result, operation control such as setting to favorable welding conditions is possible, and therefore, the occurrence of defective portions due to unmelting can be suppressed.
  • the belt is continuously formed into a cylindrical shape by a roll group while transporting a belt-shaped steel plate, and the circumference of the steel plate converges into a V-shape.
  • An image acquisition unit for acquiring an image of a region including a V convergence portion, which is a portion where both ends in the circumferential direction converge in the V shape; and on the V shape based on the image acquired by the image acquisition unit
  • An abutting point detecting unit for detecting an abutting point at both ends in the circumferential direction of the steel plate that converges, and a V converging point that is a geometric convergence point at both ends in the circumferential direction of the steel plate that converges in the V shape
  • Any one of the V convergence point detectors for detecting the collision point; Based on one of the position of the collision point detected at the exit and the position of the V convergence point detected by the V convergence point detection unit, the molten portion inside the plate thickness of the steel sheet begins to be discharged to the surface
  • a temperature measurement region setting unit for setting a temperature measurement region including a welded portion; a luminance level calculation unit for calculating a luminance level of the temperature measurement region set by the temperature measurement region setting unit; and a calculation performed by the luminance level calculation unit
  • a temperature conversion unit that converts the luminance level of the temperature measurement region into a temperature of the temperature measurement region based on preset temperature conversion data; whether the temperature of the temperature measurement region is equal to or higher than a predetermined lower limit value;
  • a determination unit for determining whether or not.
  • the temperature measurement region setting unit has a constant distance from the position of the collision point.
  • the temperature measurement region may be set so as to include the welded portion, assuming that the welded portion is present only on the downstream side.
  • the collision point detection unit when the collision point detection unit detects the collision point, the collision point detection unit applies the image acquired by the image acquisition unit to the image acquired by the image acquisition unit. Based on the image obtained by the image acquisition unit based on the image acquired by the image acquisition unit, the collision point of the circumferential direction of the steel plate that converges in the V shape is primarily detected. Is there a segmented region where the downstream end of the V convergence part is segmented on an extension of the bisector of the V convergence angle obtained by linearly approximating both ends in the circumferential direction and intersecting these approximate lines? If it is determined that there is no parting area, the first detected collision point is detected as the parting point, while if it is determined that the parting area exists, the most downstream point of the parting area May be detected as the collision point.
  • the luminance level is higher than a predetermined value from the image acquired by the image acquisition unit.
  • a temperature measurement region setting step for setting a temperature measurement region including a welded portion where the molten portion starts to be discharged to the surface; a luminance level calculation step for calculating the luminance level of the temperature measurement region set in the temperature measurement region setting step; A temperature conversion step of converting the luminance level of the temperature measurement region calculated in the luminance level calculation step into a temperature of the temperature measurement region based on preset temperature conversion data; and a temperature of the temperature measurement region is predetermined.
  • a determination step for determining whether or not the lower limit value is greater than or equal to the lower limit value.
  • the program according to the third aspect of the present invention is to heat and melt both ends in the circumferential direction of the steel sheet which is continuously formed into a cylindrical shape by a group of rolls while transporting the belt-shaped steel sheet and converges into a V shape.
  • a program for monitoring the electro-welding welding operation to be made to match, and by photographing from at least one of the outer surface side and the inner surface side of the steel plate when formed into the cylindrical shape, the circumferential direction An image acquisition unit for acquiring an image of a region including a V convergence part, which is a part where both ends converge on the V shape; and the convergence on the V shape based on the image acquired by the image acquisition unit
  • a collision point detector for detecting a collision point at both ends in the circumferential direction of the steel sheet, and a V convergence point that is a geometric convergence point at the both circumferential ends of the steel sheet that converges in the V shape.
  • a temperature measurement region setting unit for setting a temperature measurement region including a welded portion; a luminance level calculation unit for calculating a luminance level of the temperature measurement region set by the temperature measurement region setting unit; and a calculation performed by the luminance level calculation unit
  • a temperature conversion unit that converts the luminance level of the temperature measurement region into a temperature of the temperature measurement region based on preset temperature conversion data; whether the temperature of the temperature measurement region is equal to or higher than a predetermined lower limit value; A determination unit for determining whether or not.
  • a storage medium according to the fourth aspect of the present invention is a storage medium recording the program described in (6) above.
  • the temperature measuring region can be set so as to include the welded portion where the molten steel material begins to be discharged from the inside of the plate thickness to the surface.
  • the temperature can be measured stably and accurately in real time, and a melting proof that avoids welding conditions that may not be melted can be performed.
  • operation control such as setting to favorable welding conditions is possible, and therefore, the occurrence of defective portions due to unmelting can be suppressed.
  • FIG. 1 shows the structure of the manufacturing equipment of an electric resistance welded pipe, and the operation monitoring apparatus of the electric resistance welding which concerns on 1st Embodiment. It is a flowchart which shows the operation monitoring method by the operation monitoring apparatus of the ERW welding which concerns on 1st Embodiment. It is a flowchart which shows the collision point detection process of the flowchart of FIG. It is a schematic diagram which shows the picked-up image by an imaging device. It is a 1st figure for demonstrating the setting method of a 2 step
  • FIG. 1 First, with reference to FIG. 1, the outline
  • a belt-shaped steel sheet 1 is continuously formed into a cylindrical shape by a roll group (not shown) while being conveyed in a direction 3 (conveying direction).
  • the impeder 6 is disposed inside the steel plate 1 formed into a cylindrical shape, and a high frequency current 5 is passed by a pair of contact tips 7 (high frequency resistance welding) or a dielectric coil (not shown) (induction heating welding) Add upset by squeeze roll 2.
  • both the circumferential direction both ends 4 and 4 are made to heat-melt, converging, converging and converging the steel plate 1 (electric-welding welding). (ERW)).
  • An imaging device 8 is disposed above the steel plate 1 and images a natural light pattern (radiation pattern) in a region including a V convergence portion that converges in a V shape on the outer surface of the steel plate 1 formed into a cylindrical shape.
  • a 3CCD color camera with 1600 ⁇ 1200 pixels is used as the imaging device 8, the imaging field of view is 30 [mm] or more in width, the length is 50 to 100 [mm], the imaging resolution is 50 to 100 [ ⁇ m / pixel], Shooting is performed under conditions where the shooting rate is 30 [fps] or more and the exposure time is 1/5000 [sec] or less.
  • the image data taken by the photographing device 8 is input to the operation monitoring device 100 for ERW welding. In addition, you may make it image
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an image captured by the imaging device 8.
  • a light emitting region 41 in which a region having a high temperature along the both ends 4, 4 of the steel plate 1 is observed as self-light emission appears.
  • a part of the region of both end portions 4 and 4 is melted to have a melting point or higher, and a wavy pattern that flows out in the plate width direction appears due to an electromagnetic pinch force.
  • the image processing unit 102 performs image processing such as red component extraction processing and binarization processing on the image input to the input unit 101.
  • the collision point detection unit 103 detects the collision point V 2 at which both ends 4 and 4 of the steel plate 1 converged in a V shape physically collide (contact) on the image processed by the image processing unit 102. .
  • V convergence point V 1 As shown by broken lines in FIGS. 5A and 5B, there is a V convergence point V 1 at which both ends 4 and 4 of the steel sheet 1 converge in a V shape geometrically intersect.
  • the both end portions 4,4 in V convergence point V 1 instead of abutting on the downstream side of the V convergence point V 1, both end portions 4, 4 of the steel plate 1 is physically abutted A two-stage convergence phenomenon in which there is an abutting point V 2 is observed.
  • the distance L 1 between the V convergence point V 1 and the collision point V 2 varies depending on the heat input amount, and the distance L 1 becomes longer as the heat input amount increases, that is, the V convergence point. It has been confirmed that V 1 and the collision point V 2 tend to be separated.
  • 5A and 5B illustrate the two-stage convergence phenomenon. As shown in FIG. 5A, when the amount of heat input is low, the V convergence point V 1 and the collision point V 2 are close. In this case, the melting at the center portion of the thickness t of the end portion 4 of the steel plate 1 is insufficient, and there is a possibility that unmelting occurs. On the other hand, as shown in FIG.
  • the temperature measurement region setting unit 104 sets the temperature measurement region 52 based on the position of the collision point V 2 detected by the collision point detection unit 103.
  • FIG. 5C As a result of intensive studies by the inventors of the present application, as shown in FIG. 5C, when the steel sheet 1 is melt-bonded while converging in a V shape, the geometrical phenomenon in the two-stage convergence phenomenon that explains the electric resistance welding phenomenon On the downstream side of the V convergence point V 1 that intersects theoretically, a phenomenon occurs in which the melted portion is melted from the plate edge portion by high-frequency heat melting, and the molten portion flows toward the surface by an electromagnetic pinch force. Both original plate edge portions should meet at a V convergence point V 1 that intersects geometrically as indicated by a thick line E1 in FIG. 5C.
  • the surface of the welded part V 3 is found to be almost flat by experiments, and it is possible to accurately convert from luminance to temperature with respect to the direction dependency of the radiance of the steel plate as a conventional problem. It became clear that.
  • the further downstream side of the weld zone V 3, and the process of plate thickness t inside of the molten portion after the end of welding is discharged to the surface is completed, it solidified portion V 4 the solidification of the surface begins, the plate surface of the welded portion V 3 It was confirmed that the unevenness was larger than that.
  • the temperature measuring region setting unit 104 assuming that there is a weld V 3 from the position of the abutting point V 2 detected by the abutting point detection unit 103 at a constant distance L 2 only downstream, welds V 3
  • the temperature measurement region 52 is set so as to include it.
  • an elongated rectangular temperature measuring region 52 extending in the X direction is set starting from a position downstream from the position of the collision point V 2 by a distance L.
  • the welded portion V 3 is positioned at the center in the longitudinal direction of 52.
  • a plurality of the distances L may be prepared according to the plate thickness t of the steel plate 1 based on past knowledge and the like, and selected and set according to the operating conditions such as the plate thickness t of the steel plate 1. Good.
  • the length and width of the temperature measuring region 52 are previously collected for each plate thickness t and set according to operating conditions such as the plate thickness t of the steel plate 1.
  • the present invention is not limited to this.
  • the width of the temperature measuring region 52 is 2 mm in consideration of the width of the light emitting region 41 and the like.
  • the V convergence point V 1 can be used instead of the collision point V 2 in order to obtain the temperature measurement region 52.
  • the inventors of the present application have confirmed that the distance between the V convergence point V 1 and the abutting point V 2 depends only on the amount of heat input if the plate thickness t and the tube diameter are constant. Since the amount of heat input can be measured from the voltage and current applied to the steel material, the distance between the V convergence point V 1 and the abutting point V 2 is measured by changing the amount of heat input in advance for each plate thickness t and tube diameter. If the distance L 2 between the contact point V 2 and the welded portion V 3 is added to the actually measured value, the same effect as the setting of the temperature measurement region 52 based on the contact point V 2 can be obtained.
  • the luminance level calculation unit 105 calculates the average luminance level of the temperature measurement region 52 set by the temperature measurement region setting unit 104 based on the captured image data obtained by the imaging device 8. In the present embodiment, the average luminance level of the temperature measuring region 52 is calculated, but the maximum luminance level may be calculated.
  • the temperature conversion unit 106 converts the average luminance level of the temperature measurement region 52 calculated by the luminance level calculation unit 105 into a temperature based on temperature conversion data that is preset calibration data.
  • FIG. 6 shows an example of temperature conversion data.
  • a standard blackbody furnace 9 and a standard radiation thermometer 10 capable of raising the temperature to near the melting point of steel (approximately 1500 ° C. depending on the steel type) are used.
  • a photographing device 8 is installed in front of the standard blackbody furnace 9 according to actual photographing conditions (distance, aperture, shutter speed, camera gain, etc.), and the photographed image is taken while changing the temperature of the standard blackbody furnace 9. save. Then, as shown in FIG.
  • the correlation curve between them is shown with the horizontal axis representing the radiation temperature measured at each temperature using the standard radiation thermometer 10 and the vertical axis representing the luminance level of the photographed image analyzed by the luminance analyzer 11.
  • Draw. Compensation is performed between the measured temperatures by using the Planck radiation coefficient (offset and magnification) shown below.
  • B ⁇ is the spectral radiance of the electromagnetic wave radiated from the black body
  • ⁇ is the frequency
  • T is the temperature
  • h the Planck constant
  • k is the Boltzmann constant
  • c the speed of light.
  • the brightness level is converted by adding the noise level of the camera to the product of the spectral radiance multiplied by the correction factor.
  • the emissivity of the steel material is not 1
  • the natural light pattern of the region including the V convergence portion of the actual steel plate 1 is photographed, the temperature measurement region is manually extracted, the luminance level is measured, and the molten steel material
  • the correction coefficient By setting the correction coefficient to match the luminance level, it can be converted to an absolute temperature that takes into account the emissivity.
  • a lab test in which a thermocouple is provided at the edge of the end 4 of the steel plate 1 for welding and temperature measurement has shown that the temperature does not rise above the melting point, as shown in FIG.
  • the luminance level at the melting point it is only necessary to measure the luminance level after the temperature rise measured by the thermocouple, that is, the luminance level at the melting point, and determine the correction coefficient so as to match the luminance level. If it is found that the melting point has been reached reliably without providing a thermocouple, the luminance level can be measured and the correction coefficient can be determined so as to match the luminance level.
  • the determination unit 107 determines whether or not the temperature of the temperature measurement region 52 obtained by the temperature conversion unit 106 is equal to or higher than a lower limit value.
  • This lower limit value is a threshold value for determining whether or not the heat input amount is sufficient, and when the temperature in the temperature measuring region 52 is lower than the lower limit value, it is determined that the heat input is insufficient.
  • the output unit 108 displays, for example, images handled by the units 101 to 107 on a display device (not shown). Further, when the determination unit 107 determines that the heat input is insufficient, for example, an alarm is output.
  • Photographing by the photographing device 8 is continuously performed at regular time intervals, and one photographed image is called a frame.
  • the image processing unit 102 extracts a red component (wavelength 580 to 700 nm) from the image data in order to clarify the contrast. (Step S2).
  • the image processing unit 102 binarizes (inverts) the image data from which the red component has been extracted in step S2 (step S3).
  • “0” is assigned to a pixel whose luminance level is equal to or higher than a predetermined threshold
  • “1” is assigned to a pixel whose luminance level is less than a predetermined value.
  • the threshold value at this time is set to be equal to or higher than the level of disturbance factors such as camera noise level and reflection from the top roll, and is adjusted within a range in which the shape of the melted part or the end of the steel material can be captured. For example, if the melted area is 160 levels with 255 gradations and the disturbance factor is 30 levels, about 40 levels are selected.
  • FIG. 9A shows a schematic diagram illustrating a binarized image.
  • the collision point detection unit 103 detects the collision point V 2 on the binarized image generated in step S3 (step S4).
  • FIG. 3 shows a specific example of the collision point detection process in step S4.
  • a labeling process for labeling each blob is performed (step S31), and it is determined whether or not a blob that matches a predetermined condition has been extracted (step S32).
  • the blob is “1” which is one of four pixels on the upper, lower, left and right sides or four pixels in the oblique direction, which are adjacent to each other in the binarized image. Means individual areas.
  • the labeling process is to extract specific blob by assigning the same label number to each blob, and position (maximum point and minimum point of X coordinate, maximum point and minimum point of Y coordinate) and width in the image. , The process of extracting the length, area, etc. is also performed. For example, in FIG. 9B, three blobs are labeled “1”, “2”, and “3”, respectively. If there is a blob that meets the predetermined condition in step S32, that blob (here, the label “ 2 ”) is extracted as a blob 91 of a V convergence portion, which is a portion where both ends 4 and 4 converge in a V shape (see FIG. 9C), and shape information such as coordinates and area is acquired.
  • the predetermined area condition for example, a condition that the area (actual dimension) of the blob is 15 to 150 mm 2 and / or a condition that the actual dimension of the circumscribed rectangle is 25 to 320 mm 2 may be set.
  • step S32 If a blob that matches the predetermined condition is extracted in step S32, as shown in FIG. 9C, the tip of the blob 91 at the extracted V convergence portion (ie, the most downstream point) is detected as the collision point V 2 (step S32). S33). If a blob that matches the predetermined condition is not extracted in step S32, an abnormal flag is set (step S34). For example, when the heat input is low, the blob at the V convergence portion is not extracted (see FIG. 10), and the process proceeds to step S34. Then, it is determined whether or not the abnormality flag is continuously raised for a predetermined number of frames (step S35). If the abnormality flag is continuously raised for a predetermined number of frames, an abnormality alarm is output (step S36). ).
  • step S5 the temperature measuring region setting section 104, on the binarized image generated in step S3, as the starting point only the downstream location distance L from the position of the abutting point V 2 detected at step S4 Is set (step S5).
  • the temperature measuring region 52 is set to an elongated rectangular shape having a length and a width that are set according to the operation conditions such as the thickness t of the steel plate 1.
  • the temperature measurement region 52 may be simply an elongated rectangular shape extending in the X direction of the image, but in the process of transporting the steel sheet 1, the steel sheet 1 may swing or twist in the left and right directions in the transport direction.
  • the X direction of the image and the actual conveying direction of the steel sheet 1 are deviated. Therefore, if the temperature measurement region 52 is simply an elongated rectangular shape extending in the X direction of the image, the rectangular temperature measurement region 52 may be obliquely displaced with respect to the actual conveyance direction of the steel plate 1.
  • both ends 4 and 4 of the steel plate 1 are searched for in the blob 91 of the V convergence portion used when detecting the collision point V 2 .
  • FIG. 9D in which FIG. 9C is enlarged, “1” to “Y” in the + Y direction and the ⁇ Y direction from the straight line S 1 passing through the most downstream point in the conveying direction of the blob 91 at the V convergence portion and parallel to the X direction of the image
  • Each point that becomes “0” is searched, and the point is defined as an end 4 of the steel plate 1.
  • the end portions 4 and 4 of the steel plate 1 are linearly approximated within this predetermined range, and as shown in FIG. 11B, on the extension line of the bisector S 2 of the V convergence angle formed by the intersection of these approximate straight lines.
  • An elongated rectangular temperature measuring region 52 extending in the direction of the bisector S 2 is set. Thereby, the malfunction that the rectangular shaped temperature measurement area
  • the predetermined range is not always “a range of 2/3 from the left end”, but is smaller when the position of the V convergence point V 1 moves to the upstream side in the transport direction depending on the operation conditions. It is preferable to set an appropriate value such as a value, for example, 1/2. Further, when searching for the end 4 of the steel plate 1, for example, a point that changes from “0” to “1” inward from the vertical position in the Y direction of the image shown in FIG. 9D may be searched. . However, it is known that the blob 91 at the V convergence portion appears in the vicinity of the center in the Y direction of the image, and the processing is wasted if the search is started from the uppermost position and the lowermost position of the image.
  • the processing time is shortened by searching for points from “1” to “0” in the + Y direction and the ⁇ Y direction from the inside of the blob 91 at the V convergence portion. Also, when searching for a point that changes from “0” to “1” inward from the vertical position of the image, the Y-direction position of the wide portion (the left end of the image) of the blob 91 of the V-converged portion is obtained by the labeling process. Since it can be known, the processing time can be shortened by searching for a point that changes from “0” to “1” inward in the Y direction or in the vicinity thereof.
  • the luminance level calculation unit 105 calculates the average luminance level of the temperature measuring region 52 set in step S5 based on the imaged image data obtained by the imaging device 8 (step S6).
  • the temperature conversion unit 106 converts the average luminance level of the temperature measurement region 52 calculated in step S6 into a temperature based on preset temperature conversion data (see FIG. 6) (step S7).
  • the determination unit 107 determines whether or not the temperature of the temperature measurement region 52 obtained in step S7 is equal to or higher than a lower limit value (step S8). As a result, if the temperature of the temperature measuring region 52 is equal to or higher than the lower limit value, it is determined to be normal, and if the temperature is lower than the lower limit value, it is determined that the heat input is insufficient. When the temperature of the temperature measuring region 52 falls below the lower limit value, the output unit 108 performs an abnormal output such as an alarm output (step S9).
  • an abnormal output is generated. May be performed. Operation feedback control may be performed after abnormal output. As a result, the yield can be improved by increasing the amount of heat input and reducing defective portions.
  • the temperature measurement region 52 as the temperature measurement region can be set so as to include the welded portion V 3 which is a point where discharge starts. Therefore, it is not necessary to set the temperature measurement region 52 wider than necessary, and the low temperature region can be prevented from being included. Further, since the temperature can be measured based on the image obtained by photographing the temperature measurement region 52 from above, and the welded portion V 3 is flat without unevenness as shown in FIG. 5B, the radiance of the steel plate is reduced. The influence of direction dependency can be reduced. Thereby, the temperature of the temperature measurement region 52 can be measured stably and accurately in real time, and a melting proof that avoids welding conditions that may not be melted can be performed.
  • FIGS. 12A, 12B, 12C, and 13 are schematic diagrams illustrating a binarized image of an image captured as if the downstream end of the V convergence portion was cut.
  • the temperature measurement region 52 can be accurately set so as to include the welded portion V 3 even in the image captured as if the downstream end of the V convergence portion is divided in this way.
  • a portion where the downstream end of the V convergence portion is divided on the image is referred to as a divided region 122.
  • the collision point V 2 is not the apparent tip of the V convergence portion 121 but the top of the dividing region 122. Should be the downstream point.
  • step S1 the image processing unit 102 extracts a red component (wavelength 580 to 700 nm) from the image data (step S2), and the red component is extracted.
  • the extracted image data is binarized (inverted) (step S3).
  • the collision point detection unit 103 performs primary detection on the binarized image generated in step S3 as the collision point V 2 ′ as the apparent tip of the V convergence portion 121 (that is, the most downstream point) (step S10). ).
  • the collision point detection unit 103 on the binarized image generated in step S3, in the same manner as described in the first embodiment (see FIGS. 11A and 11B), the steel plate 1 within a predetermined range.
  • the end portions 4 and 4 are linearly approximated, and the bisector S 2 of the V convergence angle formed by the intersection of these approximate straight lines is detected (step S11).
  • step S12 whether there is a dividing region 122 on the extension of the bisector S 2, that is, whether the tip of the V convergence sites are separated. This is checked by whether e.g. aspect ratios along the bisector S 2 of V convergence angle is elongated blob in the conveying direction of 0.5 or less.
  • step S12 If it is determined that there is the divisional region 122 in step S12, the process proceeds to step S13, after detecting the leading end of the divisional region 122 (i.e. the most downstream point) as abutment point V 2, the process proceeds to step S5. On the other hand, if it is determined in step S12 that there is no divided region 122, the collision point V 2 ′ detected first in step S10 is regarded as the collision point V 2 , and the process proceeds to step S5.
  • the temperature measurement region setting unit 104 sets the temperature measurement region 52 starting from a position downstream by the distance L from the position of the collision point V 2 detected in step S10 or S13 (step S5). Then, the luminance level calculation unit 105 calculates the average luminance level of the temperature measuring region 52 (step S6), and the temperature conversion unit 106 converts the temperature into a temperature based on preset temperature conversion data (step S7).
  • the determination unit 107 determines whether or not the temperature of the temperature measurement region 52 obtained in step S7 is equal to or higher than a lower limit value (step S8). As a result, if the temperature of the temperature measuring region 52 is equal to or higher than the lower limit value, it is determined to be normal, and if the temperature is lower than the lower limit value, it is determined that the heat input is insufficient. When the temperature of the temperature measuring region 52 falls below the lower limit value, the output unit 108 performs an abnormal output such as an alarm output (step S9). After performing abnormal output, feedback control in operation may be performed to increase the amount of heat input to reduce defective parts and improve yield.
  • an abnormal output such as an alarm output
  • FIGS. 14A to 17 a third embodiment will be described with reference to FIGS. 14A to 17.
  • arcs and spatter are reflected, and the photographed image includes, for example, 1 of the welded portion.
  • high luminance level regions 131 and 132 showing a luminance level higher than 5 times may appear.
  • a linear region 133 having a brightness level higher than the actual temperature may appear along the end 4 of the steel plate 1 in the captured image. is there.
  • the average brightness level of the temperature measurement region 52 becomes high, and the temperature measurement region The temperature of 52 cannot be measured accurately.
  • the third embodiment it is possible to accurately measure the temperature of the temperature measurement region 52 by excluding the high luminance regions 131 to 133 that are an obstacle to the temperature measurement.
  • the operation monitoring device 200 for ERW welding according to the third embodiment is basically the same as the operation monitoring device 100 for ERW welding according to the first embodiment.
  • a mask image generation unit 109 that generates a mask image for excluding the luminance level region is further provided.
  • step S1 When image data is input from the imaging device 8 via the input unit 101 (step S1), the image processing unit 102 extracts a red component (wavelength 580 to 700 nm) from the image data (step S2), and the red component is extracted. The extracted image data is binarized (inverted) (step S3).
  • the mask image generation unit 109 extracts a blue component (wavelength 400 to 500 nm) or a green component (wavelength 500 to 580 nm) from the image data input via the input unit 101 (step S14), and binarizes it.
  • a mask image is set (step S15). By extracting the blue component (wavelength 400 to 500 nm) or the green component (wavelength 500 to 580 nm) in this way, only the high luminance level regions 131 to 133 can be extracted.
  • FIG. 14B and FIG. 17 are schematic diagrams illustrating mask images.
  • the collision point detection unit 103 detects the collision point V 2 on the binarized image generated in step S3 (step S4), and is downstream by a distance L from the position of the collision point V 2 detected in step S4.
  • the temperature measurement region 52 is set starting from the position of (1).
  • the luminance level calculation unit 105 calculates the average luminance level of the temperature measuring region 52 set in step S5 (step S6). At this time, if the temperature measurement region 52 set in step S5 includes the high luminance regions 131 to 133 appearing in the mask image generated in step S15, the high luminance regions 131 to 133 are excluded, Calculate the average luminance level in the remaining area.
  • the temperature conversion unit 106 converts the average luminance level of the temperature measurement region 52 calculated in step S6 into a temperature based on preset temperature conversion data (see FIG. 6) (step S7).
  • the determination unit 107 determines whether or not the temperature of the temperature measurement region 52 obtained in step S7 is equal to or higher than a lower limit value (step S8). As a result, if the temperature of the temperature measuring region 52 is equal to or higher than the lower limit value, it is determined to be normal, and if the temperature is lower than the lower limit value, it is determined that the heat input is insufficient. When the temperature of the temperature measuring region 52 falls below the lower limit value, the output unit 108 performs an abnormal output such as an alarm output (step S9). After performing abnormal output, feedback control in operation may be performed, and the yield may be improved by increasing the amount of heat input and reducing defective portions.
  • the operation monitoring device for ERW welding according to the present invention can be specifically configured by a computer system including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and is realized by the CPU executing a program.
  • the operation monitoring device for electric resistance welding according to the present invention may be composed of a single device or a plurality of devices.
  • the object of the present invention can also be achieved by supplying a storage medium storing a program code of software that realizes the above-described operation monitoring function of ERW welding to a system or apparatus.
  • the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the program code itself and the storage medium storing the program code constitute the present invention.
  • a storage medium for supplying the program code for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
  • the steel material melted by the upset of the squeeze roll is set to a temperature measuring region 52 including a welded portion that starts to be discharged from the inside of the plate thickness, and the temperature is measured.
  • the results are shown in FIG.
  • the operating conditions are API (American Petroleum Institute) standard 5LX-65, size: outer diameter 406.4 mm ⁇ , plate thickness: 9.5 mm, welding speed: 19 mpm.
  • the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the measured temperature in the temperature measurement region 52.
  • the amount of heat input was determined to be an appropriate amount of heat input based on past knowledge, but the amount of heat input was lowered from time t 1 to t 2 to make the heat input insufficient.
  • the measured temperature in the temperature measuring region 52 changes near the melting point of the steel material after a predetermined time has passed since the start of heat input.
  • the heat input was insufficient (time t 1 to t 2 )
  • the measured temperature in the temperature measuring region 52 was lowered. From this, it can be seen that the measured temperature in the temperature measuring region 52 can be used as a melting proof that avoids welding conditions that may not be melted.
  • the amount of heat input was determined to be an appropriate amount of heat input based on past knowledge, but the result was that it was unstable at temperatures near or below the melting point of the steel.
  • This measurement region has not only large surface irregularities, but also an oxide film having a different emissivity on the surface layer as compared with the welded portion V 3 of the temperature measurement region 52. Seems to have become unstable. Accordingly, the temperature measurement result of the downstream coagulation part V 4 from the welding unit V 3, when the temperature measurement region is shifted downstream, variation of the temperature measurement value increases. In addition, it becomes difficult to distinguish between a location where welding abnormality has actually occurred and a location where welding has been performed normally. Thus, from the results of Examples and Comparative Examples, stable temperature measurement and melting proof are possible by measuring only in the region including the welded portion V 3 .
  • the temperature measurement region can be set so as to include the welded portion where the molten steel material starts to be discharged from the inside of the plate thickness to the surface, the temperature of the welded portion is measured stably and accurately in real time.
  • operation control such as setting to favorable welding conditions is possible, and therefore, the occurrence of defective portions due to unmelting can be suppressed.
  • Luminance analyzer 41 Light-emitting area 52: Temperature measurement area 91: Blob 100: Operation monitoring device for ERW welding 101: Input section 102: Image processing section 103: Collision point detection section 104: Temperature measurement area setting section 105: Brightness level calculation section 106: Temperature Conversion unit 107: Determination unit 108: Output unit 109: Mask image generation unit 121: Apparent V convergence portion 122: Fragmented region 131: High luminance level region 132: High luminance level region 133: High luminance level region (linear region) ) 200: electric-resistance welding operation monitoring device L: distance between the abutment point V 2 and the temperature measuring region 52 L 1: the distance between the V convergence point V 1 and abutment point V 2 L 2:

Landscapes

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Abstract

　この電縫溶接操業の監視装置は、帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業の監視装置であって、前記周方向両端部が前記Ｖ字状に収束する部位であるＶ収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得部と；衝合点を検出する衝合点検出部、及び、Ｖ収束点を検出するＶ収束点検出部の何れか一方と；前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定部と；輝度レベルを計算する輝度レベル演算部と；温度に変換する温度変換部と；前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定部と；を備えている。

Description

電縫溶接操業の監視装置、方法、プログラム、及び記憶媒体
　石油又は天然ガス用ラインパイプ、油井管、原子力用、地熱用、化学プラント用、機械構造用のパイプ及び一般配管用等の広い分野において電縫鋼管が使用されている。
　本発明は、電縫鋼管製造設備において、鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、Ｖ字状に収束する周方向両端部を、加熱溶融させて突合わせる電縫溶接（高周波抵抗溶接や誘導加熱溶接等）を監視する操業監視装置、方法、プログラム、及び記憶媒体に関する。
　本願は、２０１１年１１月９日に、日本に出願された特願２０１１－２４５６７７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　電縫鋼管の製造設備では、帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、Ｖ字状に収束する周方向両端部を加熱溶融させて突合わせる。
　このような電縫溶接の操業を監視し、制御するためには、鋼板の周方向両端部を突合わせた後の溶接部の溶融が十分であって、鋼板の融点温度に達し溶解しているという証明が必要であり（以下、溶融証明と称する）、そのためには溶接部の正確な温度をリアルタイムで測定することが求められる。ここでいう溶接部とは、加熱溶融された鋼材が突き合わされた後、スクイズロールによってアップセットが加えられて板厚内部から溶融部が鋼材表面に排出され始める部位を示す。
　従来は、放射温度計により、鋼板の周方向両端部の突合わせ部周辺の所定の領域で温度を測定することが行われている。この場合には、溶接部が幅方向や長手方向に変動することがあることから、所定の領域を広めに設定して、その領域での例えば平均温度を測定するようにしている。
　しかしながら、所定の領域を広めに設定すると、低温領域も含まれることになるため、所定の領域での平均温度は鋼材の融点よりも低い温度となってしまう。また、低温領域の面積は投入熱量や板厚等によって変化するため、溶接部の正確な温度測定とはいえず、溶融証明とはならない。
　また、電縫溶接の制御のために撮像装置を利用するものとして、例えば特許文献１に記載の鋼管材の加熱装置及び方法は、撮像装置で、溶接部の板厚方向、及び鋼板の端面の長手方向の２次元の輝度分布を画像として採取し、撮像装置から出力される輝度分布画像を画像処理して突合せ面を抽出する。そして、放射測温技術によって、例えば画素ごとに輝度値から温度への変換を行うことで突合わせ面の板厚方向の温度分布を得るようにしている。
　しかしながら、鋼板の放射輝度には方向依存性があり、例えば図１９に示すように、放射輝度が高くなる角度が存在する。図１９において、εnは垂直放射率、ε(θ)はθ方向放射率を示す。特許文献１の撮影配置では、放射輝度の角度依存性が大きくなる低角度から鋼材を撮影しなくてはならない。一方、実プロセスにおいては、ロールの偏心や成形変動等によって収束角や突合せ面が時間的に変動するため、鋼材に対する撮影光学系の相対位置変化に伴って、放射輝度が強く変動することになる。そのため、この方法では、撮影した輝度レベルから板厚方向の相対的な分布を測定できるだけで、絶対温度を測定することは難しい。
　次に、例えば特許文献２には、溶接点から下流側に２０～５００ｍｍ離間した位置に監視領域として予め定めた、溶接線にほぼ直交する線状領域の輝度分布を、輝度センサでの撮影による画像信号として捉え、これを監視する電縫溶接部の監視方法が開示されている。
　しかしながら、溶接点から下流側に２０～５００ｍｍ離間した位置、すなわち溶接が終了した位置から離れた下流側での監視では、微小な溶接欠陥を検出できても、溶接部が溶融温度に達しているかを判定する冷接欠陥を防止することは難しい。また、溶接点から下流側での位置での測定なので、表層には局所的に酸化膜が形成されつつある状態であり、正確な温度板厚内部から溶融部が鋼材表面に排出されて、板表面で最終的に接合する溶接部を測定していない。
日本国特開２００９－１１３０７０号公報 日本国特開２０１１－０３６８９２号公報
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スクイズロールのアップセットによって溶融した鋼材が、板厚内部から表面に排出され始める溶接部を含む測温領域の温度を、リアルタイムで安定的に精度良く測定して、未溶融の可能性がある溶接条件を回避する溶融証明を行えるようにすることを目的とする。これにより良好な溶接条件に設定するような操業制御が可能になるため、未溶融に起因する不良部の発生を抑制することができる。
　本発明者らは、上記課題を解決して係る目的を達成するために、以下を採用するに到った。
（１）本発明の第一の態様に係る電縫溶接操業の監視装置では、帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業の監視装置であって、前記円筒状に成形される際の前記鋼板の外表面側、及び内表面側の少なくとも一方より撮影することで、前記周方向両端部が前記Ｖ字状に収束する部位であるＶ収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得部と；前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の衝合点を検出する衝合点検出部、及び、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の幾何学的な収束点であるＶ収束点を検出するＶ収束点検出部の何れか一方と；前記衝合点検出部で検出した前記衝合点の位置、及び前記Ｖ収束点検出部で検出した前記Ｖ収束点の位置の何れか一方に基づいて、前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定部と；前記測温領域設定部で設定した前記測温領域の輝度レベルを計算する輝度レベル演算部と；前記輝度レベル演算部で計算した前記測温領域の前記輝度レベルを、予め設定された温度変換データに基づいて前記測温領域の温度に変換する温度変換部と；前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定部と；を備えている。
（２）上記（１）に記載の電縫溶接操業の監視装置では、前記衝合点検出部により前記衝合点を検出する場合、前記測温領域設定部は、前記衝合点の位置から一定の距離だけ下流側に、前記溶接部が有るとして、前記溶接部を含むように前記測温領域を設定してもよい。
（３）上記（２）に記載の電縫溶接操業の監視装置では、前記衝合点検出部により前記衝合点を検出する場合、前記衝合点検出部は、前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の前記衝合点を一次検出し；前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部を直線近似し、これら近似直線が交わってなすＶ収束角の二等分線の延長線上に、前記Ｖ収束部位の下流側先端が分断された部分である分断領域が有るか否かを判定し；前記分断領域が無いと判定した場合は、一次検出した前記衝合点を前記衝合点として検出する一方、前記分断領域が有ると判定した場合は、前記分断領域の最下流点を前記衝合点として検出してもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか１項に記載の電縫溶接操業の監視装置では、前記画像取得部で取得した前記画像から、前記輝度レベルが所定値以上である高輝度レベル領域を除外するためのマスク画像を生成するマスク画像生成部を更に備えていてもよい。
（５）本発明の第二の態様に係る電縫溶接操業の監視方法では、帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業の監視方法であって、前記円筒状に成形される際の前記鋼板の外表面側、及び内表面側の少なくとも一方より撮影することで、前記周方向両端部が前記Ｖ字状に収束する部位であるＶ収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得ステップと；前記画像取得ステップで取得した前記画像に基づいて、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の衝合点を検出する衝合点検出ステップ、及び、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の幾何学的な収束点であるＶ収束点を検出するＶ収束点検出ステップの何れか一方と；前記衝合点検出ステップで検出した前記衝合点の位置、及び前記Ｖ収束点検出ステップで検出した前記Ｖ収束点の位置の何れか一方に基づいて、前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定ステップと；前記測温領域設定ステップで設定した前記測温領域の輝度レベルを計算する輝度レベル演算ステップと；前記輝度レベル演算ステップで計算した前記測温領域の前記輝度レベルを、予め設定された温度変換データに基づいて前記測温領域の温度に変換する温度変換ステップと；前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定ステップと；を有する。
（６）本発明の第三の態様に係るプログラムは、帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業を監視するためのプログラムであって、前記円筒状に成形される際の前記鋼板の外表面側、及び内表面側の少なくとも一方より撮影することで、前記周方向両端部が前記Ｖ字状に収束する部位であるＶ収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得部と；前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の衝合点を検出する衝合点検出部、及び、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の幾何学的な収束点であるＶ収束点を検出するＶ収束点検出部の何れか一方と；前記衝合点検出部で検出した前記衝合点の位置、及び前記Ｖ収束点検出部で検出した前記Ｖ収束点の位置の何れか一方に基づいて、前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定部と；前記測温領域設定部で設定した前記測温領域の輝度レベルを計算する輝度レベル演算部と；前記輝度レベル演算部で計算した前記測温領域の前記輝度レベルを、予め設定された温度変換データに基づいて前記測温領域の温度に変換する温度変換部と；前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定部と；を備えている。
（７）本発明の第四の態様に係る記憶媒体は、上記（６）に記載のプログラムを記録した記憶媒体である。
　上記（１）～（７）に記載の態様によれば、溶融した鋼材が板厚内部から表面に排出され始める溶接部を含むように測温領域を設定することができるので、この溶接部の温度をリアルタイムで安定的に精度良く測定して、未溶融の可能性のある溶接条件を回避する溶融証明を行うことができる。これにより良好な溶接条件に設定するような操業制御が可能になるため、未溶融に起因する不良部の発生を抑制することができる。
電縫鋼管の製造設備及び、第１の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置による操業監視方法を示すフローチャートである。 図２のフローチャートの衝合点検出処理を示すフローチャートである。 撮影装置による撮影画像を示す模式図である。 ２段収束現象及び測温領域の設定の仕方を説明するための第１の図である。 ２段収束現象及び測温領域の設定の仕方を説明するための第２の図である。 Ｖ収束点、衝合点、板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部の説明と、電縫溶接現象を説明するための図である。 温度変換データの一例を示す図である。 温度変換データを作成する方法を説明するための図である。 鋼板の溶接面の温度と時間との関係を示す特性図である。 第１の実施形態において画像処理及び衝合点検出を行っている画像を示す第１の模式図である。 第１の実施形態において画像処理及び衝合点検出を行っている画像を示す第２の模式図である。 第１の実施形態において画像処理及び衝合点検出を行っている画像を示す第３の模式図である。 第１の実施形態において画像処理及び衝合点検出を行っている画像を示す第４の模式図である。 Ｖ収束部位のブロッブが抽出されない２値化画像の一例を示す模式図である。 画像のＸ方向と実際の鋼板の搬送方向とがずれている場合を説明するための画像を示す第１の模式図である。 画像のＸ方向と実際の鋼板の搬送方向とがずれている場合を説明するための画像を示す第２の模式図である。 第２の実施形態において画像処理及び衝合点検出を行っている画像を示す第１の模式図である。 第２の実施形態において画像処理及び衝合点検出を行っている画像を示す第２の模式図である。 第２の実施形態において画像処理及び衝合点検出を行っている画像を示す第３の模式図である。 第２の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置による操業監視方法を示すフローチャートである。 第３の実施形態において画像処理及びマスク画像の生成を行っている画像を示す第１の模式図である。 第３の実施形態において画像処理及びマスク画像の生成を行っている画像を示す第２の模式図である。 電縫鋼管の製造設備及び、第３の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置による操業監視方法を示すフローチャートである。 マスク画像を示す模式図である。 本発明を適用して測温領域を設定し、その温度を測定した実施例の結果を示す特性図である。 鋼板の放射輝度の方向依存性を示す特性図である。 比較例として測温領域を設定し、その温度を測定した比較例の結果を示す特性図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
　まず図１を参照して、電縫鋼管の製造設備の概要を説明する。図１に示すように、帯状の鋼板１を方向３（搬送方向）に向かって搬送しながら、ロール群（図示せず）により連続的に円筒状に成形する。そして、円筒状に成形される鋼板１の内部にインピーダー６を配置し、一対のコンタクトチップ７（高周波抵抗溶接）又は誘電コイル（図示せず）により（誘導加熱溶接）高周波電流５を流しつつ、スクイズロール２によりアップセットを加える。これにより、鋼板１の周方向両端部４、４（以下では単に端部ともいう）をＶ字状に収束させながら加熱溶融させて突合わせ、鋼板１を溶融接合することができる（電縫溶接（ＥＲＷ））。
　鋼板１の上方には撮影装置８が配置され、円筒状に成形される鋼板１の外表面の、Ｖ字状に収束するＶ収束部位を含む領域の自然光パターン（輻射パターン）を撮影する。撮影装置８は、例えば１６００×１２００画素の３ＣＣＤ型カラーカメラが用いられ、撮影視野が幅３０［ｍｍ］以上、長さ５０～１００［ｍｍ］、撮影分解能が５０～１００［μｍ／画素］、撮影レートが３０［ｆｐｓ］以上、露光時間が１／５０００［秒］以下の条件で撮影する。撮影装置８による撮影画像データは、電縫溶接の操業監視装置１００に入力される。なお、円筒状に成形される鋼板１の内表面のＶ収束部位を含む領域の自然光パターンを撮影するようにしてもよい。
　電縫溶接の操業監視装置１００において、画像取得手段である入力部１０１は、撮影装置８による撮影画像データが入力される。撮影装置８からは、鋼板１の搬送方向をＸ方向、鋼板１の突合わせ方向をＹ方向とする画像が入力される。図４に、撮影装置８による撮影画像を図示化した模式図を示す。撮影装置８による撮影画像では、鋼板１の両端部４、４に沿って高温になった領域が自発光として観測される発光領域４１が現れる。そして、搬送方向の下流側では両端部４、４の領域の一部が融点以上となって溶融し、電磁気的なピンチ力によって板幅方向に流れ出る波状の模様が現れる。
　画像処理部１０２は、入力部１０１に入力された画像に対して、赤色成分抽出処理、２値化処理等の画像処理を施す。
　衝合点検出部１０３は、画像処理部１０２で画像処理した画像上で、Ｖ字状に収束する鋼板１の両端部４、４が物理的に衝合（接触）する衝合点Ｖ2を検出する。図５Ａ、図５Ｂに破線で示すように、Ｖ字状に収束する鋼板１の両端部４、４が幾何学的に交わるＶ収束点Ｖ1が存在する。しかしながら、実際には、このＶ収束点Ｖ1で両端部４、４が衝合するのではなく、Ｖ収束点Ｖ1の下流側に、鋼板１の両端部４、４が物理的に衝合する衝合点Ｖ2が存在するという２段収束現象が観測される。
　入熱量以外の条件が同じである場合、Ｖ収束点Ｖ1と衝合点Ｖ2との距離Ｌ1は入熱量によって変化し、入熱量が高くなるに従って距離Ｌ1が長くなる、すなわちＶ収束点Ｖ1と衝合点Ｖ2とが離れる傾向があることが確認されている。図５Ａ、図５Ｂは２段収束現象を図示化したものである。図５Ａに示すように、入熱量が低い場合、Ｖ収束点Ｖ1と衝合点Ｖ2とが近くなる。この場合、鋼板１の端部４の板厚ｔ中心部での溶融が不十分で、未溶融の発生の可能性がある。それに対して、図５Ｂに示すように、入熱量が高くなると、Ｖ収束点Ｖ1と衝合点Ｖ2とが離れる。Ｖ収束点Ｖ1と衝合点Ｖ2との距離Ｌ1の適正化を図ることにより、鋼板１の端部４の板厚ｔ中心部の溶融が適正となり、正常に溶接することができる。
　測温領域設定部１０４は、衝合点検出部１０３で検出した衝合点Ｖ2の位置に基づいて、測温領域５２を設定する。本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、図５Ｃに示すように、Ｖ字状に収束させながら鋼板１を溶融接合する場合、電縫溶接現象を説明する２段収束現象の中で、幾何学的に交わるＶ収束点Ｖ1の下流側には、高周波加熱溶融により、板エッジ部から溶融されていき、溶融部が電磁気的なピンチ力によって表面方向に流れる現象が発生する。本来の両方の板エッジ部は、図５Ｃ中の太線Ｅ１のように幾何学的に交わるＶ収束点Ｖ1で衝合するはずである。しかし、上記の溶融が板厚ｔ全域に及んだ場合は、２種類の収束角を持つような現象が発生し、図５Ｃ中の細線Ｅ２に沿って幾何学的に交わるＶ収束点Ｖ1よりも下流側に物理的な衝合点Ｖ2が存在するようになる。そして、更に下流側には、スクイズロール２のアップセットによって板厚ｔ内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部Ｖ3が存在することがわかった。目視観察して距離を測定したところ、鋼板１の板厚ｔ等が同条件である場合、溶接部Ｖ3の位置は、実用的な範囲では入熱量によらず、衝合点Ｖ2の位置から一定の距離Ｌ2だけ下流側に存在することが確認された。更に、溶接部Ｖ3の板表面は、ほぼ平坦であることが実験によりわかり、従来の課題としての鋼板の放射輝度の方向依存性に対して、輝度から温度へ正確に変換されることが可能であることが明らかになった。溶接部Ｖ3の更に下流側の、溶接終了後の板厚ｔ内部の溶融部分が表面に排出される過程が完了し、表面の凝固が始まる凝固部Ｖ４は、溶接部Ｖ3の板表面と比較して凹凸が大きいことが確認された。
　そこで、測温領域設定部１０４は、衝合点検出部１０３で検出した衝合点Ｖ2の位置から一定の距離Ｌ2だけ下流側に溶接部Ｖ3があると想定して、溶接部Ｖ3を含むように測温領域５２を設定する。図５Ａ、図５Ｂの例では、衝合点Ｖ2の位置から距離Ｌだけ下流側の位置を始点として、Ｘ方向に延びる細長の矩形状の測温領域５２を設定するようにして、測温領域５２の長手方向の中心に溶接部Ｖ3が位置するようにしている。この距離Ｌは、過去の知見等に基づいて、鋼板１の板厚ｔ等に応じて複数用意しておき、鋼板１の板厚ｔ等の操業条件に応じて選択、設定するようにすればよい。また、測温領域５２の長さ及び幅は、予め板厚ｔ毎にデータを採っておき、鋼板１の板厚ｔ等の操業条件に応じて設定する。
　なお、図５Ａ、図５Ｂの例では、測温領域５２の長手方向の中心に溶接部Ｖ3が位置するように距離Ｌを設定する例を示したが、それに限られるものではない。一例を挙げれば、衝合点Ｖ2の位置からＬ2＝１０ｍｍだけ下流側に溶接部Ｖ3がある場合、画像処理による衝合点Ｖ2のばらつき等を考慮して、測温領域５２は、衝合点Ｖ2の位置から７．５～１５ｍｍだけ下流の範囲、すなわちＬ＝７．５ｍｍで、測温領域５２の長さを７．５ｍｍに設定する。また、測温領域５２の幅は、発光領域４１の幅等を考慮して２ｍｍとする。
　或いは、測温領域５２を求めるために、衝合点Ｖ2ではなくＶ収束点Ｖ1を用いることも可能である。板厚ｔ、管径が一定であれば、Ｖ収束点Ｖ1と衝合点Ｖ2との距離は入熱量のみに依存することが本願発明者の検討で確認されている。入熱量は鋼材に印加する電圧と電流から測定することが可能であるから、予め板厚ｔ、管径ごとに入熱量を変化させてＶ収束点Ｖ1と衝合点Ｖ2との距離を実測しておけば、この実測値に衝合点Ｖ2と溶接部Ｖ3との距離Ｌ2を加えれば、衝合点Ｖ2を基準にした測温領域５２の設定と同じ効果が得られる。
　輝度レベル演算部１０５は、撮影装置８による撮影画像データに基づいて、測温領域設定部１０４で設定した測温領域５２の平均輝度レベルを計算する。なお、本実施形態では測温領域５２の平均輝度レベルを計算するようにしたが、最大輝度レベルを計算するようにしてもよい。
　温度変換部１０６は、輝度レベル演算部１０５で計算した測温領域５２の平均輝度レベルを、予め設定された校正データである温度変換データに基づいて温度に変換する。図６に、温度変換データの一例を示す。温度変換データを作成する際には、図７に示すように、鋼材の融点（鋼種にもよるが１５００℃前後）近くまで温度上昇できる標準黒体炉９と標準放射温度計１０とを用いる。実際の撮影条件（距離、絞り、シャッター速度、カメラゲイン等）に合わせて標準黒体炉９前に撮影装置８を設置し、標準黒体炉９の温度を変化させながら撮影し、撮影画像を保存する。そして、図６に示すように、各温度で標準放射温度計１０を用いて放射温度を測定したものを横軸、輝度解析機１１で解析した撮影画像の輝度レベルを縦軸として両者の相関曲線を描く。測定温度間は、下式に示すプランクの輻射式の係数（オフセットと倍率）を用いて合わせ込み補完する。Ｂνは黒体から輻射される電磁波の分光放射輝度、νは周波数、Ｔは温度、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン定数、ｃは光速度である。
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　輝度レベルへは、分光放射輝度に補正係数を掛けたものにカメラのノイズレベルを足すことで変換される。この際、鋼材の放射率は１ではないため、実際の鋼板１のＶ収束部位を含む領域の自然光パターンを撮影し、手動で測温領域を抽出して輝度レベルを測定して、溶融鋼材の輝度レベルに合うような補正係数とすることで放射率を加味した絶対温度に変換することができる。鋼板１の端部４のエッジに熱電対を設けて溶接を行い、温度測定したラボ試験により、図８に示すように、融点以上に温度上昇しないことがわかっている。したがって、熱電対で測定する温度の上昇がなくなった後の輝度レベル、すなわち融点での輝度レベルを測定し、その輝度レベルに合うように補正係数を決定すればよい。なお、熱電対を設けなくても、確実に融点に達していることがわかれば、輝度レベルを測定し、その輝度レベルに合うように補正係数を決めることもできる。
　判定部１０７は、温度変換部１０６で求めた測温領域５２の温度が下限値以上であるか否かを判定する。この下限値は、入熱量が足りているか否かを判定するための閾値であり、測温領域５２の温度が下限値を下回る場合、入熱不足であると判定する。
　出力部１０８は、例えば各部１０１～１０７で取り扱う画像を表示装置（図示せず）に表示する。また、判定部１０７で入熱不足であると判定した場合に、例えばアラーム出力を行う。
　次に、図２を参照して、第１の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置１００による操業監視方法を詳細に説明する。撮影装置８による撮影は一定の時間間隔で連続的に行われ、撮影された一枚の画像をフレームと呼ぶ。撮影装置８から入力部１０１を介して画像データが入力されると（ステップＳ１）、画像処理部１０２は、コントラストを明確にするために、その画像データから赤色成分（波長５８０～７００ｎｍ）を抽出する（ステップＳ２）。
　次に、画像処理部１０２は、ステップＳ２において赤色成分を抽出した画像データを２値化処理（反転）する（ステップＳ３）。ここでは、輝度レベルが予め定めた閾値以上の画素に「０」を、一定値未満の画素に「１」を代入する。このときの閾値は、カメラのノイズレベルやトップロールからの反射といった外乱要因のレベル以上とし、溶融部や鋼材端部の形状が捉えられる範囲で調整する。例えば、溶融している領域が２５５階調で１６０レベル、外乱要因が３０レベルである場合、４０レベル程度を選択する。図９Ａには２値化画像を図示化した模式図を示す。
　次に、衝合点検出部１０３は、ステップＳ３において生成した２値化画像上で衝合点Ｖ2を検出する（ステップＳ４）。図３に、ステップＳ４の衝合点検出処理の具体例を示す。まず、図９Ｂに示すように、ブロッブ毎にラベルをつけるラベリング処理を行い（ステップＳ３１）、所定の条件に合致するブロッブが抽出されたか否かを判定する（ステップＳ３２）。ここでいうブロッブとは、２値化画像において「１」の画素が隣接する上下左右の４画素或いは斜め方向４画素を含む隣接８画素のいずれか「１」であり、連結されて一塊になった個々の領域を意味する。また、ラベリング処理とは、個々のブロッブに同一のラベル番号をつけて特定のブロッブを抽出し、画像内の位置（Ｘ座標の最大点及び最小点、Ｙ座標の最大点及び最小点）や幅、長さ、面積等を抽出する処理をあわせて行うことを示す。例えば図９Ｂでは、３つのブロッブがそれぞれ「１」、「２」及び、「３」とラベル付けされており、ステップＳ３２において所定の条件に合致するブロッブがあれば、そのブロッブ（ここではラベル「２」）を、両端部４、４がＶ字状に収束する部位であるＶ収束部位のブロッブ９１として抽出し（図９Ｃを参照）、座標や面積等の形状情報を取得する。例えば図９Ａに示す２値化画像において、左端に接し、かつ、所定の面積条件を有するブロッブがあれば、それをＶ収束部位のブロッブ９１として抽出する。所定の面積条件としては、例えばブロッブの面積（の実寸法）が１５～１５０ｍｍ2であるという条件及び／又は外接長方形の実寸法が２５～３２０ｍｍ2であるという条件等を設定すればよい。
　ステップＳ３２において所定の条件に合致するブロッブが抽出されれば、図９Ｃに示すように、その抽出したＶ収束部位のブロッブ９１の先端（すなわち最下流点）を衝合点Ｖ2として検出する（ステップＳ３３）。なお、ステップＳ３２において所定の条件に合致するブロッブが抽出されなければ、異常フラグを立てる（ステップＳ３４）。例えば入熱量が低いような場合には、Ｖ収束部位のブロッブは抽出されないので（図１０を参照）、ステップＳ３４に進むことになる。そして、所定のフレーム数だけ連続して異常フラグが立っているか否かを判定し（ステップＳ３５）、所定のフレーム数だけ連続して異常フラグが立っている場合、異常アラームを出力する（ステップＳ３６）。
　図２の説明に戻って、測温領域設定部１０４は、ステップＳ３において生成した２値化画像上で、ステップＳ４において検出した衝合点Ｖ2の位置から距離Ｌだけ下流側の位置を始点としての測温領域５２を設定する（ステップＳ５）。
　既述したように、測温領域５２は、鋼板１の板厚ｔ等の操業条件に応じて設定される長さ及び幅を有する細長の矩形状に設定する。この場合に、測温領域５２を単に画像のＸ方向に延びる細長の矩形状としてもよいが、鋼板１の搬送過程において、鋼板１が搬送方向の左右に振れたり、捩れたりすることがあり、そのときには、図１１Ａに示すように、画像のＸ方向と実際の鋼板１の搬送方向とがずれる。そのため、測温領域５２を単に画像のＸ方向に延びる細長の矩形状とすると、この矩形状の測温領域５２が実際の鋼板１の搬送方向に対して斜めにずれてしまうことがある。
　そこで、まず、衝合点Ｖ2を検出するときに用いたＶ収束部位のブロッブ９１において鋼板１の両端部４、４を探索する。図９Ｃを拡大した図９Ｄに示すように、Ｖ収束部位のブロッブ９１の搬送方向の最下流点を通り画像のＸ方向に平行な直線Ｓ1から＋Ｙ方向及び－Ｙ方向に「１」から「０」になる点をそれぞれ探索し、その点を鋼板１の端部４とする。これを、Ｖ字状に収束する方向（Ｘ方向）の所定の範囲、例えば２値化画像の左端（搬送方向の上流側）からＶ収束部位のブロッブ９１の先端までの範囲のうち左端から２／３の範囲で実行する。そして、この所定の範囲で鋼板１の端部４、４を直線近似し、図１１Ｂに示すように、これら近似直線が交わってなすＶ収束角の二等分線Ｓ2の延長線上に、この二等分線Ｓ2の方向に延びる細長の矩形状の測温領域５２を設定する。
　これにより、矩形状の測温領域５２が実際の鋼板１の搬送方向に対して斜めにずれるという不具合を避けることができる。
　なお、上記所定の範囲は、常に「左端から２／３の範囲」とするのでなく、操業条件によってＶ収束点Ｖ1の位置が搬送方向の上流側に移動するような場合には、より小さな値、例えば１／２に設定する等、適宜適切な値を設定するのがよい。また、鋼板１の端部４を探索する際には、例えば図９Ｄに示す画像のＹ方向の上下位置から内側に向かって「０」から「１」になる点を探索するようにしてもよい。ただし、Ｖ収束部位のブロッブ９１は画像のＹ方向の中央付近に現れることはわかっており、画像の最上位置及び最下位置から探索を始めるのでは処理が無駄となる。そこで、上述したようにＶ収束部位のブロッブ９１の内側から＋Ｙ方向及び－Ｙ方向に「１」から「０」になる点を探索することにより処理時間を短縮化させている。また、画像の上下位置から内側に向かって「０」から「１」になる点を探索する場合にも、ラベリング処理によりＶ収束部位のブロッブ９１の幅広部（画像の左端）のＹ方向位置を知ることができるので、そのＹ方向位置或いはその近傍から内側に向かって「０」から「１」になる点を探索すれば処理時間を短縮化させることができる。
　図２の説明に戻って、輝度レベル演算部１０５は、撮影装置８による撮影画像データに基づいて、ステップＳ５において設定した測温領域５２の平均輝度レベルを計算する（ステップＳ６）。
　次に、温度変換部１０６は、ステップＳ６において計算した測温領域５２の平均輝度レベルを、予め設定された温度変換データ（図６を参照）に基づいて温度に変換する（ステップＳ７）。
　次に、判定部１０７は、ステップＳ７において求めた測温領域５２の温度が下限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。その結果、測温領域５２の温度が下限値以上であれば正常であると判定し、下限値を下回っていれば入熱不足であると判定する。測温領域５２の温度が下限値を下回った場合、出力部１０８はアラーム出力を行う等の異常出力を行う（ステップＳ９）。この場合に、例えば所定の数のフレーム（例えば１０～１５フレーム程度）或いは所定の時間（例えば０．５秒程度）だけ続いて測温領域５２の温度が下限値を下回った場合のみ、異常出力を行うようにしてもよい。異常出力を行ったのち、操業上のフィードバック制御を行ってもよい。その結果、入熱量を増やして不良箇所を削減することによって歩留まりの向上が可能となる。
　以上述べたように、排出が始まる点である溶接部Ｖ3を含むように測温領域としての測温領域５２を設定することができる。したがって、測温領域５２を必要以上に広く設定する必要がなく、低温領域が含まれないようにすることができる。また、測温領域５２を上方から撮影した画像に基づいて温度を測定することができることと、図５Ｂに示されるように溶接部Ｖ3が、凹凸が無く平坦であるため、鋼板の放射輝度の方向依存性の影響を少なくすることができる。これにより、測温領域５２の温度をリアルタイムで安定的に、精度良く測定して、未溶融の可能性がある溶接条件を回避する溶融証明を行うことができる。
（第２の実施形態）
　次に、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１３を参照して、第２の実施形態を説明する。円筒状に成形される鋼板１の外表面のＶ収束部位を含む領域の自然光パターンを撮影するときに、Ｖ収束部位の下流側先端で輝度レベルが下がりきらずに、Ｖ収束部位の下流側先端が分断されたかのように撮影されてしまうことがある。図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃには、Ｖ収束部位の下流側先端が分断されたかのように撮影された画像の２値化画像を図示化した模式図を示す。
　第２の実施形態では、このようにＶ収束部位の下流側先端が分断されたかのように撮影された画像においても、溶接部Ｖ3を含むように測温領域５２を正確に設定できるようにする。ここで、画像上においてＶ収束部位の下流側先端が分断された部分を分断領域１２２と呼ぶ。図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃに示すように、Ｖ収束部位の先端に分断領域１２２が存在する場合、衝合点Ｖ2は、見た目上のＶ収束部位１２１の先端ではなく、分断領域１２２の最下流点とすべきである。
　以下、第２の実施形態について詳述する。なお、電縫溶接の操業監視装置１００の構成は第１の実施形態と同様であり、ここではその説明を省略する。
　図１３を参照して、第２の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置１００による操業監視方法を詳細に説明する。第１の実施形態で説明した図２のフローチャートと同様の処理には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。撮影装置８から入力部１０１を介して画像データが入力されると（ステップＳ１）、画像処理部１０２はその画像データから赤色成分（波長５８０～７００ｎｍ）を抽出し（ステップＳ２）、赤色成分を抽出した画像データを２値化処理（反転）する（ステップＳ３）。
　次に、衝合点検出部１０３は、ステップＳ３において生成した２値化画像上で、見た目上のＶ収束部位１２１の先端（すなわち最下流点）を衝合点Ｖ2´として一次検出する（ステップＳ１０）。
　次に、衝合点検出部１０３は、ステップＳ３において生成した２値化画像上で、第１の実施形態で説明したのと同様に（図１１Ａ、１１Ｂを参照）、所定の範囲で鋼板１の端部４、４を直線近似し、これら近似直線が交わってなすＶ収束角の二等分線Ｓ2を検出する（ステップＳ１１）。そして、この二等分線Ｓ2の延長線上に分断領域１２２があるか否か、すなわちＶ収束部位の先端が分断されているか否かを判定する（ステップＳ１２）。これは、Ｖ収束角の二等分線Ｓ2に沿って例えば縦横比が０．５以下の搬送方向に細長いブロッブがあるかどうかで判定する。
　ステップＳ１２において分断領域１２２があると判定した場合、ステップＳ１３に進み、この分断領域１２２の先端（すなわち最下流点）を衝合点Ｖ2として検出した後、ステップＳ５に進む。それに対して、ステップＳ１２において分断領域１２２がないと判定した場合、ステップＳ１０において一次検出した衝合点Ｖ2´が衝合点Ｖ2であるとして、ステップＳ５に進む。
　次に、測温領域設定部１０４は、ステップＳ１０又はＳ１３において検出した衝合点Ｖ2の位置から距離Ｌだけ下流側の位置を始点として測温領域５２を設定する（ステップＳ５）。そして、輝度レベル演算部１０５は測温領域５２の平均輝度レベルを計算し（ステップＳ６）、温度変換部１０６は予め設定された温度変換データに基づいて温度に変換する（ステップＳ７）。
　次に、判定部１０７は、ステップＳ７において求めた測温領域５２の温度が下限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。その結果、測温領域５２の温度が下限値以上であれば正常であると判定し、下限値を下回っていれば入熱不足であると判定する。測温領域５２の温度が下限値を下回った場合、出力部１０８はアラーム出力を行う等の異常出力を行う（ステップＳ９）。異常出力を行ったのち、操業上のフィードバック制御を行い、入熱量を増やして不良箇所を削減し、歩留まりの向上を行ってもよい。
（第３の実施形態）
　次に、図１４Ａ～図１７を参照して、第３の実施形態を説明する。円筒状に成形される鋼板１の外表面のＶ収束部位を含む領域の自然光パターンを撮影するときに、図１４Ａに示すように、アークやスパッタが写り込んで、撮影画像に例えば溶接部の１．５倍以上の高い輝度レベルを示す高輝度レベル領域１３１、１３２が現れることがある。また、鋼板の放射輝度の方向依存性に起因して（図１９を参照）、撮影画像に鋼板１の端部４に沿うように実温よりも輝度レベルの高い線状領域１３３が現れることもある。これらアークやスパッタ、鋼板の放射輝度の方向依存性に起因する高輝度レベル領域１３１～１３３が測温領域５２に含まれると、測温領域５２の平均輝度レベルが高くなってしまい、測温領域５２の温度を正確に測定できなくなってしまう。
　第３の実施形態では、このように温度を測定する際の阻害要因となる輝度の高い領域１３１～１３３を除外することにより、測温領域５２の温度を正確に測定できるようにする。
　以下、第３の実施形態について詳述する。図１５に示すように、第３の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置２００は、基本的には第１の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置１００と同様であるが、高輝度レベル領域を除外するためのマスク画像を生成するマスク画像生成部１０９を更に備えている。
　図１６を参照して、第３の実施形態に係る電縫溶接の操業監視装置２００による操業監視方法を詳細に説明する。第１の実施形態で説明した図２のフローチャートと同様の処理には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。撮影装置８から入力部１０１を介して画像データが入力されると（ステップＳ１）、画像処理部１０２はその画像データから赤色成分（波長５８０～７００ｎｍ）を抽出し（ステップＳ２）、赤色成分を抽出した画像データを２値化処理（反転）する（ステップＳ３）。
　また、マスク画像生成部１０９は、入力部１０１を介して入力された画像データから青色成分（波長４００～５００ｎｍ）或いは緑色成分（波長５００～５８０ｎｍ）を抽出し（ステップＳ１４）、２値化してマスク画像とする（ステップＳ１５）。このように青色成分（波長４００～５００ｎｍ）或いは緑色成分（波長５００～５８０ｎｍ）を抽出することにより、高輝度レベル領域１３１～１３３だけを抽出することができる。図１４Ｂ及び図１７には、マスク画像を図示化した模式図を示す。
　次に、衝合点検出部１０３は、ステップＳ３において生成した２値化画像上で衝合点Ｖ2を検出し（ステップＳ４）、ステップＳ４において検出した衝合点Ｖ2の位置から距離Ｌだけ下流側の位置を始点として測温領域５２を設定する（ステップＳ５）。
　次に、輝度レベル演算部１０５は、ステップＳ５において設定した測温領域５２の平均輝度レベルを計算する（ステップＳ６）。このとき、ステップＳ５において設定した測温領域５２に、ステップＳ１５において生成したマスク画像に現れる輝度の高い領域１３１～１３３が含まれていれば、その輝度の高い領域１３１～１３３を除外して、残りの領域での平均輝度レベルを計算する。
　次に、温度変換部１０６は、ステップＳ６において計算した測温領域５２の平均輝度レベルを、予め設定された温度変換データ（図６を参照）に基づいて温度に変換する（ステップＳ７）。
　次に、判定部１０７は、ステップＳ７において求めた測温領域５２の温度が下限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。その結果、測温領域５２の温度が下限値以上であれば正常であると判定し、下限値を下回っていれば入熱不足であると判定する。測温領域５２の温度が下限値を下回った場合、出力部１０８はアラーム出力を行う等の異常出力を行う（ステップＳ９）。異常出力を行ったのち、操業上のフィードバック制御を行い、入熱量を増やして不良箇所の削減を行うことにより歩留まりの向上を行ってもよい。
　以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば上記実施形態で説明した画像処理は一例に過ぎず、衝合点Ｖ2を検出したり、Ｖ収束角の二等分線Ｓ2を検出したりするのに適したものであればよい。
　本発明の電縫溶接の操業監視装置は、具体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータシステムにより構成することができ、ＣＰＵがプログラムを実行することによって実現される。本発明の電縫溶接の操業監視装置は、一つの装置から構成されても、複数の機器から構成されてもよい。
　また、本発明の目的は、上述した電縫溶接の操業監視機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
　［実施例］
　本発明の効果を検証するために、スクイズロールのアップセットによって溶融した鋼材が、板厚内部から表面に排出され始める溶接部を含む測温領域５２を設定し、その温度を測定した実施例の結果を図１８に示す。操業条件は、API(American Petroleum Institute)規格 5LX-65、サイズ：外径406.4mmφ、板厚：9.5mm、溶接速度：19mpmである。横軸は時間、縦軸は測温領域５２での測定温度を示す。入熱量は過去の知見から適正な入熱量としたが、時間ｔ1～ｔ2では入熱量を低くして入熱不足の状態とした。同図に示すように、適正な入熱量であれば、入熱開始から所定の時間を過ぎると、測温領域５２での測定温度が鋼材の融点近くで推移した。そして、入熱不足になると（時間ｔ1～ｔ2）、測温領域５２での測定温度が低くなった。このことから、測温領域５２での測定温度を、未溶融の可能性がある溶接条件を回避する溶融証明として利用できることがわかる。
　［比較例］
　本発明の測温領域５２より下流の、溶接終了後の板厚ｔ内部の溶融部分が表面に排出される過程が完了し、表面の凝固が始まる凝固部Ｖ４の部位を測温領域として、その温度を測定した比較例の結果を図２０に示す。この測温領域は溶接部Ｖ3から２５ｍｍ程度下流側に設定してあり、特許文献２に記載の領域に該当する。操業条件は実施例と同様、API(American Petroleum Institute)規格 5LX-65、サイズ：外径406.4mmφ、板厚：9.5mm、溶接速度：19mpmである。横軸は時間、縦軸は測温領域での測定温度を示す。入熱量は過去の知見から適正な入熱量としたが、鋼材の融点近傍或いは融点未満の温度で不安定に推移する結果となった。この測定領域は、測温領域５２の溶接部Ｖ3と比較して、表面の凹凸が大きいばかりでなく、表層に放射率の異なる酸化膜が局所的に発生していることから、温度測定値が不安定になったと考えられる。従って、溶接部Ｖ3より下流の凝固部Ｖ４の温度測定結果から、測温領域が下流にずれると、温度測定値の変動が大きくなる。そして、実際に溶接の異常があった個所と正常に溶接が行われた個所の区別が困難になる。このように実施例と比較例の結果から、溶接部Ｖ3を含む領域に限定して測定することで、安定した温度測定及び溶融証明は可能となる。
　本発明によれば、溶融した鋼材が板厚内部から表面に排出され始める溶接部を含むように測温領域を設定することができるので、この溶接部の温度をリアルタイムで安定的に精度良く測定して、未溶融の可能性がある溶接条件を回避する溶融証明を行うことができる。これにより良好な溶接条件に設定するような操業制御が可能になるため、未溶融に起因する不良部の発生を抑制することができる。
　１：鋼板
　２：スクイズロール
　３：方向
　４：周方向両端部
　５：高周波電流
　６：インピーダー
　７：コンタクトチップ
　８：撮影装置
　９：標準黒体炉
　１０：標準放射温度計
　１１：輝度解析機
　４１：発光領域
　５２：測温領域
　９１：ブロッブ
　１００：電縫溶接の操業監視装置
　１０１：入力部
　１０２：画像処理部
　１０３：衝合点検出部
　１０４：測温領域設定部
　１０５：輝度レベル演算部
　１０６：温度変換部
　１０７：判定部
　１０８：出力部
　１０９：マスク画像生成部
　１２１：見た目上のＶ収束部位
　１２２：分断領域
　１３１：高輝度レベル領域
　１３２：高輝度レベル領域
　１３３：高輝度レベル領域（線状領域）
　２００：電縫溶接の操業監視装置
　Ｌ：衝合点Ｖ２と測温領域５２との距離
　Ｌ１：Ｖ収束点Ｖ１と衝合点Ｖ２との距離
　Ｌ２：衝合点Ｖ２と溶接部Ｖ３との距離
　Ｅ１：太線
　Ｅ２：細線
　Ｓ１：直線
　Ｓ２：二等分線
　ｔ：板厚
　Ｖ１：Ｖ収束点
　Ｖ２：衝合点
　Ｖ2´：衝合点
　Ｖ３：板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部
　Ｖ４：板厚表面の凝固が始まる凝固部
 

Claims (7)

  1. 　帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業の監視装置であって、
    　前記円筒状に成形される際の前記鋼板の外表面側、及び内表面側の少なくとも一方より撮影することで、前記周方向両端部が前記Ｖ字状に収束する部位であるＶ収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得部と；
    　前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の衝合点を検出する衝合点検出部、及び、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の幾何学的な収束点であるＶ収束点を検出するＶ収束点検出部の何れか一方と；
    　前記衝合点検出部で検出した前記衝合点の位置、及び前記Ｖ収束点検出部で検出した前記Ｖ収束点の位置の何れか一方に基づいて、前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定部と；
    　前記測温領域設定部で設定した前記測温領域の輝度レベルを計算する輝度レベル演算部と；
    　前記輝度レベル演算部で計算した前記測温領域の前記輝度レベルを、予め設定された温度変換データに基づいて前記測温領域の温度に変換する温度変換部と；
    　前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定部と；
    を備えていることを特徴とする電縫溶接操業の監視装置。
  2. 　前記衝合点検出部により前記衝合点を検出する場合、前記測温領域設定部は、前記衝合点の位置から一定の距離だけ下流側に、前記溶接部が有るとして、前記溶接部を含むように前記測温領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の電縫溶接操業の監視装置。
  3. 　前記衝合点検出部により前記衝合点を検出する場合、前記衝合点検出部は、
    　前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の前記衝合点を一次検出し；
    　前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部を直線近似し、これら近似直線が交わってなすＶ収束角の二等分線の延長線上に、前記Ｖ収束部位の下流側先端が分断された部分である分断領域が有るか否かを判定し；
    　前記分断領域が無いと判定した場合は、一次検出した前記衝合点を前記衝合点として検出する一方、前記分断領域が有ると判定した場合は、前記分断領域の最下流点を前記衝合点として検出する；
    ことを特徴とする請求項２に記載の電縫溶接操業の監視装置。
  4. 　前記画像取得部で取得した前記画像から、前記輝度レベルが所定値以上である高輝度レベル領域を除外するためのマスク画像を生成するマスク画像生成部を更に備えていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の電縫溶接操業の監視装置。
  5. 　帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業の監視方法であって、
    　前記円筒状に成形される際の前記鋼板の外表面側、及び内表面側の少なくとも一方より撮影することで、前記周方向両端部が前記Ｖ字状に収束する部位であるＶ収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得ステップと；
    　前記画像取得ステップで取得した前記画像に基づいて、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の衝合点を検出する衝合点検出ステップ、及び、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の幾何学的な収束点であるＶ収束点を検出するＶ収束点検出ステップの何れか一方と；
    　前記衝合点検出ステップで検出した前記衝合点の位置、及び前記Ｖ収束点検出ステップで検出した前記Ｖ収束点の位置の何れか一方に基づいて、前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定ステップと；
    　前記測温領域設定ステップで設定した前記測温領域の輝度レベルを計算する輝度レベル演算ステップと；
    　前記輝度レベル演算ステップで計算した前記測温領域の前記輝度レベルを、予め設定された温度変換データに基づいて前記測温領域の温度に変換する温度変換ステップと；
    　前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定ステップと；
    を有することを特徴とする電縫溶接操業の監視方法。
  6. 　帯状の鋼板を搬送しながらロール群により連続的に円筒状に成形し、Ｖ字状に収束する前記鋼板の周方向両端部を加熱溶融させて突き合わせる電縫溶接操業を監視するためのプログラムであって、
    　前記円筒状に成形される際の前記鋼板の外表面側、及び内表面側の少なくとも一方より撮影することで、前記周方向両端部が前記Ｖ字状に収束する部位であるＶ収束部位を含む領域の画像を取得する画像取得部と；
    　前記画像取得部で取得した前記画像に基づいて、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の衝合点を検出する衝合点検出部、及び、前記Ｖ字状に収束する前記鋼板の前記周方向両端部の幾何学的な収束点であるＶ収束点を検出するＶ収束点検出部の何れか一方と；
    　前記衝合点検出部で検出した前記衝合点の位置、及び前記Ｖ収束点検出部で検出した前記Ｖ収束点の位置の何れか一方に基づいて、前記鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部を含む測温領域を設定する測温領域設定部と；
    　前記測温領域設定部で設定した前記測温領域の輝度レベルを計算する輝度レベル演算部と；
    　前記輝度レベル演算部で計算した前記測温領域の前記輝度レベルを、予め設定された温度変換データに基づいて前記測温領域の温度に変換する温度変換部と；
    　前記測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する判定部と；
    を備えていることを特徴とするプログラム。
  7. 　請求項６に記載のプログラムを記録したことを特徴とする記憶媒体。
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