WO2015194561A1 - レーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法、鋼管の製造方法、レーザ照射位置ずれ検出装置、鋼管のレーザ溶接装置、および鋼管の製造装置 - Google Patents

レーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法、鋼管の製造方法、レーザ照射位置ずれ検出装置、鋼管のレーザ溶接装置、および鋼管の製造装置 Download PDF

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児玉　俊文
重人 坂下
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/26—Seam welding of rectilinear seams
    • B23K26/262—Seam welding of rectilinear seams of longitudinal seams of tubes

Definitions

  • the present invention relates to laser welding for detecting a deviation between a butt position and a laser irradiation position in a steel pipe manufactured by continuously shaping a steel strip into a cylindrical shape and welding a butt position using a laser beam as a heat source.
  • the present invention relates to a method for detecting a laser irradiation position deviation of a steel pipe, a method for manufacturing a steel pipe, a laser irradiation position deviation detecting device, a laser welding apparatus for a steel pipe, and a device for manufacturing a steel pipe.
  • a welded steel pipe is manufactured as a steel pipe product by, for example, continuously welding hot-rolled steel sheets and the like that are shaped into a cylindrical shape and welded with their both ends being butted.
  • electric resistance welding EW method
  • a laser welding method in which laser light is used as a heat source has been used.
  • high performance laser welding machines with a shorter oscillation wavelength than conventional CO 2 gas oscillation lasers, such as semiconductor generated lasers and fiber lasers, have been developed, and the range of application is wide. It is expanding. In such a high-performance laser welding machine, efficiency reduction due to plasma generation or the like due to the interaction between the laser to be welded and the laser vaporized during welding is unlikely to occur.
  • Patent Document 1 describes a technique for directly observing a laser weld with a television camera and detecting a butt position (weld line or seam position) and a weld pool center position.
  • a butt position welding line or seam position
  • a weld pool center position when the welded portion is illuminated with external illumination (auxiliary light) and observed, the seam position is dark and the molten pool is observed bright. Therefore, in this technique, first, two different horizontal lines of the seam position detection line and the weld pool center position detection line are determined in the horizontal direction on the screen (direction orthogonal to the traveling direction of the welded steel pipe). It is done. Then, the seam position and the molten pool center position are detected by binarizing the luminance pattern (pattern ⁇ of intensity) of each horizontal line.
  • Patent Document 2 from a captured image obtained by imaging reflected light of a light beam from a projector irradiated on a welding position near a laser irradiation position and plasma light (plasma light), from a peripheral steel plate part.
  • a technique for detecting a portion with high luminance as a laser irradiation position is described.
  • the laser irradiation position and the positional relationship (seam deviation amount) between the molten pool and the seam position are not directly detected, and are used to control the position of the laser welding machine so that the plasma emission amount is reduced.
  • Patent Document 3 avoids the strong self-light emission (strong emitting light from weld part) of the welded portion, images a site upstream of the welded portion (the seam edge), detects both weld lines by image processing, A technique is described in which the intersection of straight lines extrapolating them is detected as a welding position in the direction orthogonal to the running of the steel strip.
  • the welded portion image or the like at the time of manufacturing the laser welded steel pipe is not necessarily symmetrical with respect to the center position of the weld line due to variation in the shape of the edge portion at the butt position of the welding material, dirt, or the like. Further, the reflectance varies depending on the surface properties of the base material. Therefore, it is difficult to detect the butt position stably only by binarization as in the technique described in Patent Document 1. Similarly, the shape of the molten pool is not necessarily symmetrical with respect to the center position of the molten pool. Therefore, sufficient reliability and measurement accuracy can be obtained by detecting the center position of the weld line and the molten pool by only binarizing the luminance on one line as in the technique described in Patent Document 1. There was no problem.
  • the plasma emits light by the interaction between the metal vapor and the laser beam that reach from the laser irradiation position, and the plasma emission position does not exactly match the laser irradiation position, and the distribution range is also spread. For this reason, even if image processing such as binarization or centroid calculation (calculation of gravity of pixel values) is performed as in the technique described in Patent Document 2, there is a problem that the representativeness as a high-precision laser irradiation position is lacking was there. In recent years, high-performance lasers such as fiber lasers have a low plasma generation amount, making it difficult to detect plasma using images.
  • the present invention has been made in view of the above, and a laser irradiation position deviation detection method and a laser irradiation position of a laser welded steel pipe that improve the yield of the laser welded steel pipe by preventing deviation of the laser irradiation position from the butting position.
  • An object of the present invention is to provide a deviation detection device.
  • Another object of the present invention is to provide a steel pipe laser welding apparatus, a steel pipe manufacturing method, and a steel pipe manufacturing apparatus for manufacturing a high-quality laser welded steel pipe by improving the strength of a laser weld.
  • a laser irradiation position deviation detection method for a laser welded steel pipe is a method in which a laser beam is irradiated to a butted position where both edges of a steel strip are butted and closed.
  • a laser irradiation position deviation detection method for a laser welded steel pipe that detects a deviation between the butt position and a laser irradiation position irradiated with a laser beam when manufacturing a welded steel pipe, wherein the laser irradiation position and the steel strip An imaging step of simultaneously imaging an area including a gap portion whose both edges have a predetermined gap or more and are not closed in the same direction as the irradiation direction of the laser light, and a laser irradiation position from the captured image And a detection step of detecting a matching position, and a calculation step of calculating a positional relationship between the detected laser irradiation position and the matching position.
  • the laser irradiation position deviation detection method for a laser welded steel pipe according to the present invention is the above-described invention, wherein in the calculation step, the laser irradiation position and the butt position detected in the direction perpendicular to the traveling direction of the steel strip. The deviation is calculated.
  • the laser irradiation position deviation detection method for a laser welded steel pipe according to the present invention is the method according to the above invention, wherein in the detection step, the irradiated laser beam penetrates from the groove portion to the back surface of the steel strip. The abutting position is detected based on a captured image of transmitted light transmitted through the surface.
  • the laser irradiation position deviation detection method for a laser welded steel pipe according to the present invention is the band limiting filter (bandpass) that transmits only light having a wavelength of 630 nm to 900 nm and a bandwidth of 20 nm or less in the imaging step. image) via a filter).
  • bandpass band limiting filter
  • the method for manufacturing a steel pipe according to the present invention is a method for manufacturing a steel pipe in which a laser beam is irradiated to a butt position where both edges of a steel strip are butted and closed, and a laser irradiation position of the laser welded steel pipe according to the invention is used.
  • the welding is performed while correcting the irradiation position of the laser beam based on the deviation amount between the laser irradiation position and the butting position detected by the deviation detection method.
  • the laser irradiation position deviation detecting device for a laser welded steel pipe when manufacturing a laser welded steel pipe by irradiating a laser beam to a butted position where both edges of a steel strip are butted and closed, A laser irradiation position deviation detection device for a laser welded steel pipe that detects a deviation from a laser irradiation position irradiated with light, wherein the laser irradiation position and both edges of the steel strip have a gap of a predetermined amount or more.
  • An imaging unit that simultaneously captures an area including a groove portion that is not formed in the same direction as the laser light irradiation direction, a detection unit that detects a laser irradiation position and a butt position from the captured image, and And calculating means for calculating a positional relationship between the laser irradiation position and the butting position.
  • a steel pipe laser welding apparatus is provided with the laser irradiation position deviation detecting apparatus of the present invention.
  • the steel pipe manufacturing apparatus is characterized in that welding is performed while correcting the irradiation position of the laser beam based on the amount of deviation between the laser irradiation position and the butting position by the steel pipe manufacturing method of the above invention. To do.
  • the present invention it is possible to improve the yield of laser welded steel pipes by preventing deviation of the laser irradiation position from the butting position. Further, a high quality laser welded steel pipe can be manufactured by improving the strength of the laser welded part.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a laser welding process of a steel strip that is an object of the present invention and a schematic configuration of a laser irradiation position deviation detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the laser irradiation position deviation detection process of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the laser irradiation position deviation detection process of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a spectral distribution of self-emission during the laser welding process.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for setting the imaging field of view.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the laser irradiation position deviation detection processing procedure of the present embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a laser welding process of a steel strip that is an object of the present invention and a schematic configuration of a laser irradiation position deviation detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a laser irradiation position detection processing procedure.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a butt position detection processing procedure.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the amount of movement of the sample and the measured value of the seam deviation amount in this example.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the laser irradiation position movement amount and the seam deviation amount of the present embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a laser welding apparatus including a laser irradiation position deviation detection device and a laser irradiation head position control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows the laser irradiation position and the seam deviation amount when the laser irradiation position is corrected based on the seam deviation amount detected by the embodiment of FIG. 11 and when the laser irradiation position is not corrected. It is the graph compared.
  • the steel strip 1 is shaped from a concave shape into a cylindrical shape in the width direction according to running by a squeeze roll (not shown), and both edges in the width direction are abutted.
  • the laser beam 3 is irradiated by a laser welding device (not shown) with the butt position 2 where both edges in the width direction of the steel strip 1 are butted and closed as a standard.
  • the laser beam 3 is transmitted from an oscillator (not shown) through a transmission tube or an optical fiber combined with a mirror, and the energy density is increased at the laser irradiation position 4 by an optical system such as a concave mirror or a convex lens as necessary. So that it is condensed. And a laser welding process is performed in the laser irradiation position 4 of the steel strip 1, and a laser welded steel pipe is manufactured. In the laser welding process in the present embodiment, the laser beam 3 is penetrated to the back surface through the groove portion 5 where the both edges of the steel strip 1 have a gap larger than a predetermined value and are not closed at the abutting position 2. A penetration welding process is performed in which the vicinity of the butt position 2 of the belt 1 is melted and welded.
  • the laser irradiation position deviation detection device 10 includes a camera 11 and an image processing device 12, and detects a deviation between the butt position 2 and the laser irradiation position 4 by a laser irradiation position deviation detection process described later.
  • the camera 11 is realized by a commercially available camera for industrial monitoring such as a CCD camera or a CMOS camera, and includes an objective lens 13 and a band limiting filter 14.
  • the camera 11 is preferably a CMOS camera that does not generate smear or blooming because it captures a high-luminance measurement object.
  • the objective lens 13 is selected to have a magnification capable of capturing an imaging field to be described later. At that time, the magnification of the objective lens 13 is selected so that the laser irradiation position 4 can be enlarged corresponding to the adjustment in which the laser irradiation position 4 is moved in the longitudinal direction of the steel strip 1.
  • the objective lens 13 is attached with a band limiting filter 14 that transmits only light having a predetermined wavelength band.
  • the image processing device 12 is realized by a general-purpose computer such as a workstation or a personal computer, and includes an input device, a communication device, and the like in addition to an output device such as a display device 15 and a printing device.
  • the image processing apparatus 12 controls each component of the laser irradiation position deviation detection apparatus 10 using a memory that stores a processing program and the like and a CPU that executes the processing program.
  • a predetermined imaging field of view 6 including the laser irradiation position 4 of the steel strip 1 irradiated with the laser beam 3 through the objective lens 13 is captured by the camera 11. 3 is imaged in the same direction as the irradiation direction of the laser beam 3 from the same side as the oscillator 3 (not shown). Based on the captured image, the image processing device 12 executes a laser irradiation position deviation detection process described later.
  • the self-emission caused by the penetrating laser beam 3 is transmitted again through the groove portion 5 and is observed as transmitted light (hereinafter referred to as transmitted light region B).
  • the laser irradiation position deviation detection device 10 detects the center position of the high-intensity area A as a laser irradiation position 4 from one captured image and blocks the tip of the groove portion 5 from the transmitted light area B. Is detected as a butt position 2. Then, the laser irradiation position deviation detection device 10 calculates the deviation amount in the direction perpendicular to the traveling direction of the steel strip 1 between the butting position 2 and the laser irradiation position 4 as a seam deviation amount, and outputs it to the display device 15 or the like. .
  • the objective lens 13 is imaged by attaching a band-limited filter 14 that transmits only light having a wavelength of 630 nm or more and 900 nm or less and a bandwidth of 20 nm or less to obtain high brightness. Region A and transmitted light region B are detected.
  • the self-emission during the laser welding process includes a lot of wavelength components (components with shorter wavelength than 630 nm) of 630 nm or less. Therefore, the lower limit value of the wavelength of the band limiting filter 14 is 630 nm. This lower limit is preferably 800 nm. In addition, since the imaging sensitivity of a CCD camera or the like is lost in the infrared region of 900 nm or more, the upper limit value of the wavelength of the band limiting filter 14 is set to 900 nm.
  • the spectral characteristic of the laser beam 3 is about 5 nm in half width, whereas the practical half width of the band limiting filter 14 is about 10 nm (the transmittance is lowered when narrowed more than this).
  • the bandwidth of the limiting filter 14 is 10 nm or less.
  • the bandwidth of the band-limited filter 14 is preferably 20 nm or less in consideration of the filter characteristics, the center wavelength tolerance (manufacturing error) of the laser element (each ⁇ 5 nm).
  • the imaging field of view 6 is set as described below. That is, the width of the imaging visual field 6 orthogonal to the traveling direction of the steel strip 1 is set to about 20 mm. In this case, the roll gap of the squeeze roll is sufficiently included, so that the full width of the groove portion 5 is included. Moreover, the length of the imaging visual field 6 parallel to the traveling direction of the steel strip 1 is set so that the transmitted light region B from the groove portion 5 is reliably detected. Specifically, the length of the imaging visual field 6 is set in a range where the corner of the surface of one edge of the groove portion 5 of the steel strip 1 and the corner of the back surface of the other edge do not overlap each other by rolling.
  • the plate thickness of the steel strip 1 is t
  • the gap of the groove portion 5 is d
  • the radius of curvature of the steel strip 1 is R
  • the width where rolling can occur is ⁇ W / 2
  • the length of the imaging visual field 6 is The laser irradiation position 4 and the range where the following equation (1) is established are set to be imaged simultaneously.
  • the condition for detecting the transmitted light region B even when rolling occurs can be replaced by that the angle ⁇ is larger than the rolling angle ⁇ .
  • the angle ⁇ is an angle formed by the thickness direction of the steel strip 1 and the diagonal line between the corner of the surface of one edge of the groove portion 5 of the steel strip 1 and the corner of the back surface of the other edge.
  • the following expressions (2) and (3) are established for ⁇ and ⁇ . Therefore, the above formula (1) is derived.
  • the number of pixels for imaging is set to about one fifth of the measurement accuracy following general image processing.
  • the imaging cycle by the camera 11 is set to 30 frames / second following a general video camera.
  • the imaging cycle by the camera 11 is set to 30 frames / second following a general video camera.
  • step S1 the image processing device 12 acquires a captured image in the imaging visual field 6. Thereby, the laser irradiation position shift detection process proceeds to the process of step S2.
  • step S2 the image processing apparatus 12 performs laser irradiation position detection processing for detecting the laser irradiation position 4 from the high-intensity area A of the captured image. Specifically, as will be described later, the image processing device 12 detects a position Xp in the direction (horizontal direction of the captured image) orthogonal to the traveling direction of the steel strip 1 at the laser irradiation position 4 from the high luminance region A. Thereby, the process of step S2 is completed, and the laser irradiation position deviation detection process proceeds to the process of step S3.
  • step S3 the image processing device 12 performs a matching position detection process for detecting the matching position 2 from the transmitted light region B of the captured image. Specifically, as will be described later, the image processing device 12 detects a position Xs in a direction (horizontal direction of the captured image) orthogonal to the traveling direction of the steel strip 1 at the butting position 2 from the transmitted light region B. Thereby, the process of step S3 is completed, and the laser irradiation position deviation detection process proceeds to the process of step S4.
  • the image processing device 12 calculates the seam deviation amount based on the laser irradiation position 4 detected in the process of step S2 and the butting position 2 detected in the process of step S3.
  • the seam shift amount means a shift amount between the laser irradiation position 4 and the butting position 2 in a direction (horizontal direction of the captured image) orthogonal to the traveling direction of the steel strip 1. Specifically, it is expressed by multiplying a difference between a horizontal position Xp at a laser irradiation position 4 (to be described later) and a horizontal position Xs at a butting position 2 by pixel resolution.
  • step S5 the image processing device 12 outputs the calculated seam deviation amount to the display device 15 for display. Thereby, the process of step S5 is completed and a series of laser irradiation position shift detection processes are completed.
  • step S21 the image processing apparatus 12 cuts out a region including the high luminance region A from the captured image acquired in step S1, and calculates a luminance histogram.
  • region B of the captured image are isolate
  • step S22 the image processing apparatus 12 determines the highest luminance value l1 and the second highest luminance value l2 based on the histogram calculated in the process of step S21. Thereby, the process of step S22 is completed, and the laser irradiation position detection process proceeds to the process of step S23.
  • step S23 the image processing apparatus 12 performs a noise removal process on the area cut out in the process of step S21. Specifically, the image processing apparatus 12 sets the luminance value of a pixel having a luminance value equal to or lower than the luminance value lc calculated by the following expression (4) to 0. Thereby, the process of step S23 is completed, and the laser irradiation position detection process proceeds to the process of step S24.
  • step S24 the image processing apparatus 12 calculates the center position of this area by performing a center of gravity calculation in the area targeted for the process of step S23.
  • the image processing apparatus 12 calculates the horizontal direction (direction orthogonal to the traveling direction of the steel strip 1) position Xp with the center position calculated here as the laser irradiation position 4.
  • the process of step S24 is completed and a series of laser irradiation position detection processes are complete
  • step S31 a region including the transmitted light region B is cut out from the captured image acquired in the process of step S1, and a luminance histogram is calculated. Thereby, the process of step S31 is completed, and the matching position detection process proceeds to the process of step S32.
  • step S32 the image processing apparatus 12 determines the highest luminance value l3 and the second highest luminance value l4 based on the histogram calculated in the process of step S31. Thereby, the process of step S32 is completed, and the matching position detection process proceeds to the process of step S33.
  • step S33 the image processing apparatus 12 performs a noise removal process on the area cut out in the process of step S31. Specifically, the image processing device 12 sets the luminance value of a pixel having a luminance value less than the luminance value ld calculated by the following equation (5) to 0. Thereby, the process of step S33 is completed, and the matching position detection process proceeds to the process of step S34.
  • the image processing device 12 is a pixel having a luminance value of ld or more for each scanning line in the horizontal direction (a direction orthogonal to the traveling direction of the steel strip 1) in the region targeted for the process of step S33.
  • the width of is calculated.
  • step S35 the image processing apparatus 12 specifies a pixel having a luminance value ld on the scanning line in which the width calculated in step S34 is first zero.
  • the image processing apparatus 12 calculates the horizontal position Xs with the position of the pixel specified here as the matching position 2. Thereby, the process of step S35 is completed and a series of butting position detection processes are completed.
  • the laser irradiation position deviation detection device 10 and the laser irradiation position deviation detection process of the present embodiment the center position of the high-intensity region A of the captured image is detected as the laser irradiation position 4, and the captured image A position where the tip of the groove portion 5 is closed from the transmitted light region B is detected as a butt position 2. Then, the laser irradiation position deviation detection device 10 calculates the deviation amount in the direction perpendicular to the traveling direction of the steel strip 1 between the butting position 2 and the laser irradiation position 4 as a seam deviation amount, and outputs the calculated amount to the display device 15. . Thereby, the shift
  • a high-quality laser welded steel pipe can be manufactured by improving the strength of the laser welded part. .
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the amount of movement of the sample and the amount of seam deviation in this case. As shown in FIG. 9, the amount of movement of the sample and the amount of seam deviation show a substantially linear relationship, and it was confirmed that the amount of seam deviation can be detected with high accuracy.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the amount of movement of the laser irradiation position in the traveling direction of the steel strip 1 and the amount of seam deviation in this case.
  • the measured value of the seam deviation changes following the command value for the movement of the position of the laser welding apparatus.
  • the steel pipe laser welding apparatus may be provided with a mechanism for controlling the laser irradiation position in addition to the laser irradiation position deviation detection apparatus 10 described above.
  • the laser welding apparatus 20A shown in FIG. 11 includes a laser irradiation head position control device 16 in addition to the laser irradiation position deviation detection device 10.
  • the laser irradiation head position control device 16 receives from the image processing device 12 a deviation amount (seam deviation amount) between the laser irradiation position 4 and the butt position of the steel strip 1, and the laser irradiation head 17 is based on this deviation amount. Correct the position of. In addition, since the position of the laser irradiation head is generally corrected by driving the coordinate position as a command value, such as a robot hand or an electric actuator, the position correction as described above is performed by a known technique. It is feasible.
  • the laser irradiation position compares the laser irradiation position and the amount of seam deviation between the case where the position of the laser irradiation head 17 is corrected and the case where the position is not changed when the steel pipe is actually welded by the laser welding apparatus 20A of FIG. FIG.
  • the laser irradiation position substantially follows the seam position (that is, the position where the seam deviation amount is 0 mm), and the seam deviation amount is almost zero. I understand that.
  • the position of the laser irradiation head 17 is not corrected, it can be seen that the laser irradiation position does not follow the seam position and the amount of seam deviation is large.
  • the laser welding apparatus 20A since the welding deviation itself is reduced, welding defects are reduced or eliminated, and the quality and reliability of the welded steel pipe to be manufactured can be improved.
  • the laser irradiation position deviation detection method, the steel pipe manufacturing method, the laser irradiation position deviation detection device, the steel pipe laser welding device, and the steel pipe manufacturing device according to the present invention match the laser irradiation positions. Since displacement from the position can be prevented, it can be applied to the manufacturing process of a laser welded steel pipe.

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Abstract

　レーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法は、カメラ（１１）が、レーザ照射位置（４）と、鋼帯（１）の両縁が所定以上のギャップを有して閉塞していない開先部（５）とを含む領域を、レーザ光（３）の照射方向と同じ方向に同時に撮像し、画像処理装置（１２）が、撮像された撮像画像からレーザ照射位置（４）と突合せ位置（２）とを検出し、検出されたレーザ照射位置（４）と突合せ位置（２）との位置関係を算出する。これにより、レーザ照射位置（４）の突合せ位置（２）からのずれを防止してレーザ溶接鋼管の歩留まりを向上させることができる。

Description

レーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法、鋼管の製造方法、レーザ照射位置ずれ検出装置、鋼管のレーザ溶接装置、および鋼管の製造装置
　本発明は、鋼帯を連続的に円筒形に整形して突合せ位置をレーザ光を熱源（heat source）として溶接して製造される鋼管における突合せ位置とレーザ照射位置とのずれを検出するレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ（deviation of irradiation position）検出方法、鋼管の製造方法、レーザ照射位置ずれ検出装置、鋼管のレーザ溶接装置、および鋼管の製造装置に関する。
　従来、溶接鋼管は、例えば、連続的に供給された熱延鋼板等が円筒形に整形されながらその両縁が突き合わされて溶接されることにより、鋼管製品として製造される。その溶接方法としては、電気抵抗溶接（ＥＲＷ法：electric resistance welding method）が多く用いられているが、近年では、レーザ光を熱源として溶接するレーザ溶接法が用いられるようになってきている。レーザ溶接法として、特に、半導体励起レーザ（semiconductor generated laser）、ファイバーレーザ（fiber laser）等、従来のＣＯ２等気体発振のレーザより発振波長が短い高性能レーザ溶接機が開発され、適用範囲が拡大している。このような高性能レーザ溶接機では、溶接時に蒸気化した被溶接金属とレーザとの相互作用によるプラズマ発生等による効率低下が発生しにくい。
　その一方で、鋼管にレーザ溶接法を適用してレーザ溶接鋼管を製造する際には、鋼帯の両エッジを突き合わせた位置にレーザ光を精度よく照射させることが必要である。しかし、鋼管のレーザ溶接では、コイル接合や厚板の接合、あるいはＵＯＥ鋼管の溶接等に比べて、整形ロール（shaping rolls）での鋼管の拘束具合の非対称性等により突合せ部のローリング変動が起こりやすいことが知られている。そのため、レーザ溶接部においてレーザ照射位置を連続的に検出して、レーザ照射位置を的確に制御するための技術が開発されている。
　例えば、特許文献１には、レーザ溶接部をテレビカメラで直接観察し、突合せ位置（溶接線（weld line）、ないしシーム位置）、溶融池（weld pool）中心位置を検出する技術が記載されている。ここで、溶接部を外部照明（auxiliary light）で照明して観察した場合、シーム位置は暗く溶融池は明るく観察される。そこで、この技術では、まず、画面上の水平方向（溶接鋼管の走行方向に直交する方向）に、シーム位置検出用のラインと溶接池中心位置検出用ラインとの異なる２本の水平ラインが決められる。そして、各水平ラインの輝度パターン（pattern of intensity）を２値化（binarize）することにより、シーム位置と溶融池中心位置とが検出される。
　また、特許文献２には、レーザ照射位置の近傍の溶接位置に照射した投光器からの光の鋼板での反射光とプラズマの光（Plasma light）とを撮像した撮像画像から、周辺の鋼板部より輝度が高い部分をレーザ照射位置として検出する技術が記載されている。この技術では、レーザ照射位置や溶融池とシーム位置との位置関係（シームずれ量）は直接検知されず、プラズマ発光量が小さくなるようにレーザ溶接機の位置を制御するのに用いられる。
　また、特許文献３には、溶接部の強力な自発光（strong emitting light from weld part）を避けて溶接部より上流の部位（シームエッジ）を撮像し、両方の溶接線を画像処理で検出し、それらを外挿した直線の交点を鋼帯走行と直交方向の溶接位置として検知する技術が記載されている。
特公昭５５－１８４３９号公報 特開２０００－２６３２６６号公報 特開平０７－１１６７号公報
　しかしながら、レーザ溶接鋼管の製造時の溶接部画像等は、溶接材の突合せ位置でのエッジ部の形状の変動や汚れ等により、必ずしも溶接線中心位置を中心として左右対称にはならない。また、母材の表面性状により反射率も異なる。したがって、特許文献１に記載の技術のように単純に２値化しただけでは、安定して突合せ位置を検出することは困難である。溶融池の形状についても同様に、必ずしも溶融池中心位置を中心として左右対称な形状にはならない。そのため、特許文献１に記載の技術のように、溶接線および溶融池の中心位置を各々１ライン上の輝度を２値化しただけで検出するのでは、十分な信頼性と測定精度は得られないという問題があった。
　また、前述のとおり、プラズマはレーザ照射位置からたちこめる金属蒸気とレーザ光との相互作用で発光するものであって、プラズマ発光位置は、レーザ照射位置とは正確に一致せず、その分布範囲も広がる。そのため、特許文献２に記載の技術のように、２値化や重心演算（calculation of gravity of pixel values）等の画像処理を施しても、精度のよいレーザ照射位置としての代表性に欠けるという問題があった。また、近年のファイバーレーザ等の高性能レーザでは、そもそもプラズマ発生量が少なくなっており、画像によるプラズマ検知が困難になっている。
　また、特許文献３に記載の技術では、熱延鋼板の両端が常に一定幅の直線であるとは限らないため、溶接位置の推定誤差が発生していた。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ照射位置の突合せ位置からのずれを防止してレーザ溶接鋼管の歩留まりを向上させるレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法およびレーザ照射位置ずれ検出装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、レーザ溶接部の強度向上等による高品質なレーザ溶接鋼管を製造する鋼管のレーザ溶接装置、鋼管の製造方法、および鋼管の製造装置を提供することにある。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法は、鋼帯の両縁が突き合わされ閉塞した突合せ位置にレーザ光を照射してレーザ溶接鋼管を製造する際、該突合せ位置とレーザ光が照射されたレーザ照射位置とのずれを検出するレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法であって、前記レーザ照射位置と、前記鋼帯の両縁が所定以上のギャップを有して閉塞していない開先部とを含む領域を、レーザ光の照射方向と同じ方向に同時に撮像する撮像ステップと、撮像された撮像画像からレーザ照射位置と突合せ位置とを検出する検出ステップと、検出された前記レーザ照射位置および前記突合せ位置との位置関係を算出する算出ステップと、を含むことを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法は、上記発明において、前記算出ステップにおいて、検出された前記レーザ照射位置および前記突合せ位置との鋼帯の走行方向に直交する方向でのずれを算出することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法は、上記発明において、前記検出ステップにおいて、照射されたレーザ光が前記開先部から前記鋼帯の裏面に貫通した後に前記鋼帯の表面に透過した透過光の撮像画像に基づいて、前記突合せ位置を検出することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法は、上記発明において、前記撮像ステップにおいて、波長が６３０ｎｍ以上９００ｎｍ以下で帯域幅が２０ｎｍ以下の光のみを透過する帯域限定フィルタ（bandpass filter）を介して撮像することを特徴とする。
　また、本発明に係る鋼管の製造方法は、鋼帯の両縁が突き合わされ閉塞した突合せ位置にレーザ光を照射して貫通溶接する鋼管の製造方法において、上記発明のレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法によって検出したレーザ照射位置と突合せ位置とのずれ量に基づいて、レーザ光の照射位置を修正しながら溶接することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出装置は、鋼帯の両縁が突き合わされ閉塞した突合せ位置にレーザ光を照射してレーザ溶接鋼管を製造する際、該突合せ位置とレーザ光が照射されたレーザ照射位置とのずれを検出するレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出装置であって、前記レーザ照射位置と、前記鋼帯の両縁が所定以上のギャップを有して閉塞していない開先部とを含む領域を、レーザ光の照射方向と同じ方向に同時に撮像する撮像手段と、撮像された撮像画像からレーザ照射位置と突合せ位置とを検出する検出手段と、検出された前記レーザ照射位置および前記突合せ位置との位置関係を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る鋼管のレーザ溶接装置は、上記発明のレーザ照射位置ずれ検出装置を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る鋼管の製造装置は、上記発明の鋼管の製造方法により、レーザ照射位置と突合せ位置とのずれ量に基づいて、レーザ光の照射位置を修正しながら溶接することを特徴とする。
　本発明によれば、レーザ照射位置の突合せ位置からのずれを防止してレーザ溶接鋼管の歩留まりを向上させることができる。また、レーザ溶接部の強度向上等により高品質なレーザ溶接鋼管を製造することができる。
図１は、本発明の対象である鋼帯のレーザ溶接処理の概要と、本発明の一実施形態に係るレーザ照射位置ずれ検出装置の概略構成とを示す模式図である。 図２は、本実施の形態のレーザ照射位置ずれ検出処理の原理を説明するための図である。 図３は、本実施の形態のレーザ照射位置ずれ検出処理の原理を説明するための図である。 図４は、レーザ溶接処理時の自発光のスペクトル分布を示す図である。 図５は、撮像視野を設定するための説明図である。 図６は、本実施形態のレーザ照射位置ずれ検出処理手順を示すフローチャートである。 図７は、レーザ照射位置検出処理手順を示すフローチャートである。 図８は、突合せ位置検出処理手順を示すフローチャートである。 図９は、本実施例のサンプルの移動量とシームずれ量の測定値との関係を示す図である。 図１０は、本実施例のレーザ照射位置移動量とシームずれ量との関係を示す図である。 図１１は、本発明の一実施形態に係るレーザ照射位置ずれ検出装置と、レーザ照射ヘッド位置制御装置とを備えるレーザ溶接装置の概略構成を示す模式図である。 図１２は、図１１の実施形態によって検知したシームずれ量に基づいてレーザ照射位置の修正を行った場合と、レーザ照射位置の修正を行わなかった場合とにおける、レーザ照射位置およびシームずれ量を比較したグラフである。
　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるレーザ照射位置ずれ検出装置およびレーザ照射位置ずれ検出処理を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
［鋼帯のレーザ溶接処理とレーザ照射位置ずれ検出装置］
　まず、図１を参照して本発明で対象とする鋼帯のレーザ溶接処理の流れと、本実施の形態のレーザ照射位置ずれ検出装置１０の概略構成について説明する。図１に示すように、鋼帯１は、図示しないスクイズロール（squeeze roll）により、走行に従って幅方向に凹型（concave shape）から円筒形に整形され、幅方向の両縁が突き合わされる。そして、図示しないレーザ溶接装置により、この鋼帯１の幅方向の両縁が突き合わされ閉塞した突合せ位置２を標準にして、レーザ光３が照射される。レーザ光３は、図示しない発振器からミラー等が組み合わされた伝送チューブや光ファイバ等で伝送され、必要に応じて凹面鏡（concave mirror）や凸レンズ等の光学系によってレーザ照射位置４でエネルギー密度が高まるように集光される。そして、鋼帯１のレーザ照射位置４においてレーザ溶接処理が施され、レーザ溶接鋼管が製造される。本実施の形態におけるレーザ溶接処理では、突合せ位置２においてレーザ光３を鋼帯１の両縁が所定以上のギャップを有して閉塞していない開先部５を介して裏面に貫通させ、鋼帯１の突合せ位置２の近傍を溶融させて溶接する貫通溶接処理が施される。
　レーザ照射位置ずれ検出装置１０は、カメラ１１と画像処理装置１２とを備え、後述するレーザ照射位置ずれ検出処理により、突合せ位置２とレーザ照射位置４とのずれを検出する。
　カメラ１１は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等の工業監視用カメラとして市販されているもので実現され、対物レンズ（objective lens）１３と帯域限定フィルタ１４とを備える。カメラ１１は、高輝度の測定対象を撮像するため、スミヤ（smear）やブルーミング（blooming）が発生しないＣＭＯＳカメラが好ましい。また、対物レンズ１３は、後述する撮像視野を撮像可能な倍率のものが選定される。その際、レーザ照射位置４を鋼帯１の長手方向に移動させる調整が行われる場合に対応して拡大可能に対物レンズ１３の倍率が選定される。また、対物レンズ１３には、所定の帯域の波長の光のみが透過する帯域限定フィルタ１４が取り付けられる。
　画像処理装置１２は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータで実現され、表示装置１５や印刷装置等の出力装置の他、入力装置、通信装置等を備えて構成される。画像処理装置１２は、処理プログラム等を記憶したメモリおよび処理プログラムを実行するＣＰＵ等を用いて、レーザ照射位置ずれ検出装置１０の各構成部を制御する。
　このように構成されたレーザ照射位置ずれ検出装置１０において、カメラ１１が対物レンズ１３を介して、レーザ光３が照射された鋼帯１のレーザ照射位置４を含む所定の撮像視野６をレーザ光３の図示しない発振器と同一側からレーザ光３の照射方向と同一方向に撮像する。そして撮像された撮像画像に基づいて、画像処理装置１２が、後述するレーザ照射位置ずれ検出処理を実行する。
［レーザ照射位置ずれ検出処理の原理］
　ここで、図２～図４を参照して、レーザ照射位置ずれ検出処理の原理について説明する。図２に示すように、レーザ溶接処理中にレーザ照射位置４の近傍をレーザ光３の発振器と同一側から撮像した撮像画像において、レーザ照射位置４では、溶接熱や鋼帯１の溶融等による高輝度の部位（以下、高輝度領域Ａ）が観察される。またこの同一の撮像画像では、鋼帯１の上流側の両縁が所定以上のギャップを有して閉塞していない位置（開先部５）で、鋼帯１の裏面（凹型の内部）に貫通したレーザ光３に起因する自発光が再び開先部５を透過して、透過光として（以下、透過光領域Ｂ）観察される。レーザ照射位置ずれ検出装置１０は、撮像された１枚の撮像画像から、高輝度領域Ａの中心位置をレーザ照射位置４として検出し、透過光領域Ｂから開先部５の先端の閉塞している位置を突合せ位置２として検出する。そして、レーザ照射位置ずれ検出装置１０は、突合せ位置２とレーザ照射位置４との鋼帯１の走行方向に直交する方向でのずれ量をシームずれ量として算出し、表示装置１５等に出力する。
　一方、図３に示すように、鋼帯１の表面での発光が拡散して、撮像画像において溶接熱や鋼帯１の溶融等による高輝度領域Ａや開先部５からの透過光領域Ｂが観察できない場合がある。そのような場合には、以下に説明するように、対物レンズ１３に波長が６３０ｎｍ以上９００ｎｍ以下で帯域幅が２０ｎｍ以下の光のみを透過する帯域限定フィルタ１４を取り付けて撮像することにより、高輝度領域Ａと透過光領域Ｂとを検出する。
　レーザ溶接処理時の自発光には、図４に示すスペクトル分布（distribution of spectrum）からわかるように、６３０ｎｍ以下の波長成分（components with shorter wavelength than 630nm）が多く含まれる。そこで、帯域限定フィルタ１４の波長の下限値は６３０ｎｍとする。この下限値は、８００ｎｍとすることが好ましい。また、ＣＣＤカメラ等の撮像感度が９００ｎｍ以上の赤外線領域で失われることから、帯域限定フィルタ１４の波長の上限値は９００ｎｍとする。
　また、レーザ光３のスペクトル特性は半値幅で５ｎｍ程度であるのに対し、帯域限定フィルタ１４の実用的な半値幅は１０ｎｍ程度（これ以上狭くすると透過率も低下する）であることから、帯域限定フィルタ１４の帯域幅は１０ｎｍ以下とする。ただし、実用的には、フィルタ特性とレーザ素子の中心波長公差（製造誤差）と（それぞれ±５ｎｍ）を考慮して、帯域限定フィルタ１４の帯域幅は２０ｎｍ以下とすることが好ましい。
　なお、撮像視野６は、以下に説明するように設定される。すなわち、鋼帯１の走行方向に直交する撮像視野６の幅は、２０ｍｍ程度に設定される。こうすれば、スクイズロールのロールギャップが十分に含まれるので、開先部５の全幅が含まれる。また、鋼帯１の走行方向に平行な撮像視野６の長さは、開先部５からの透過光領域Ｂが確実に検知されるように設定される。具体的に、撮像視野６の長さは、鋼帯１の開先部５の一方の縁の表面の角と他方の縁の裏面の角とがローリングにより重なり合わない範囲に設定される。したがって、鋼帯１の板厚をｔ、開先部５のギャップをｄ、鋼帯１の曲率半径をＲ、ローリングが発生しうる幅を±Ｗ／２とすると、撮像視野６の長さは、レーザ照射位置４と、次式（１）が成立する範囲とが同時に撮像されるように設定される。
　より詳細には、図５に示すように、ローリングが発生した場合にも透過光領域Ｂが検知されるための条件は、角度αがローリング角度θより大きいことに置き換えることができる。ここで、角度αは、鋼帯１の板厚方向と、鋼帯１の開先部５の一方の縁の表面の角と他方の縁の裏面の角との対角線とがなす角度とする。この場合、α，θについて次の式（２）および式（３）が成立する。したがって、上記式（１）が導出される。その際、撮像の画素数は、一般的な画像処理に倣い測定精度の５分の１程度に設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また、カメラ１１による撮像周期は、一般的なビデオカメラに倣って３０フレーム／秒とする。ただし、近年の電子デバイスの進歩により、市販のカメラ１１でその２～３倍の処理速度で撮像可能であることから、貫通溶接不良にならずに許容される貫通溶接処理の最短時間等を勘案して設定されることが望ましい。
［レーザ照射位置ずれ検出処理］
　次に、図６のフローチャートを参照して、レーザ照射位置ずれ検出装置１０によるレーザ照射位置ずれ検出処理手順について説明する。図６のフローチャートは、例えば、操作者によりレーザ照射位置ずれ検出の指示入力があったタイミングで開始となり、レーザ照射位置ずれ検出処理はステップＳ１の処理に進む。
　ステップＳ１の処理では、画像処理装置１２が、撮像視野６内の撮像画像を取得する。これにより、レーザ照射位置ずれ検出処理はステップＳ２の処理に進む。
　ステップＳ２の処理では、画像処理装置１２が、撮像画像の高輝度領域Ａからレーザ照射位置４を検出するレーザ照射位置検出処理を行う。具体的には後述するように、画像処理装置１２は、高輝度領域Ａからレーザ照射位置４の鋼帯１の走行方向に直交する方向（撮像画像の水平方向）の位置Ｘｐを検出する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、レーザ照射位置ずれ検出処理はステップＳ３の処理に進む。
　ステップＳ３の処理では、画像処理装置１２が、撮像画像の透過光領域Ｂから突合せ位置２を検出する突合せ位置検出処理を行う。具体的には後述するように、画像処理装置１２は、透過光領域Ｂから突合せ位置２の鋼帯１の走行方向に直交する方向（撮像画像の水平方向）の位置Ｘｓを検出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、レーザ照射位置ずれ検出処理はステップＳ４の処理に進む。
　ステップＳ４の処理では、画像処理装置１２が、ステップＳ２の処理で検出されたレーザ照射位置４と、ステップＳ３の処理で検出された突合せ位置２とに基づいて、シームずれ量を算出する。ここで、シームずれ量とは、鋼帯１の走行方向に直交する方向（撮像画像の水平方向）におけるレーザ照射位置４と突合せ位置２とのずれ量を意味する。具体的には、後述するレーザ照射位置４の水平方向位置Ｘｐと突合せ位置２の水平方向位置Ｘｓとの差に画素分解能を乗じたもので表される。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、レーザ照射位置ずれ検出処理はステップＳ５の処理に進む。
　ステップＳ５の処理では、画像処理装置１２が、算出されたシームずれ量を表示装置１５に出力して表示させる。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、一連のレーザ照射位置ずれ検出処理は終了する。
［レーザ照射位置検出処理］
　次に、図７を参照して、ステップＳ２のレーザ照射位置検出処理手順について説明する。ステップＳ２１の処理では、画像処理装置１２が、ステップＳ１の処理で取得された撮像画像から高輝度領域Ａを含む領域を切り出して、輝度のヒストグラムを算出する。なお、撮像画像の高輝度領域Ａと透過光領域Ｂとは、図２に例示したように、長手方向（鋼帯１の走行方向）に分離しているため、撮像画像から長手方向に別々に切り出すことができる。これにより、ステップＳ２１の処理は完了し、レーザ照射位置検出処理はステップＳ２２の処理に進む。
　ステップＳ２２の処理では、画像処理装置１２が、ステップＳ２１の処理で算出されたヒストグラムに基づいてから、頻度が最も高い輝度値ｌ１と２番目に高い輝度値ｌ２とを決定する。これにより、ステップＳ２２の処理は完了し、レーザ照射位置検出処理はステップＳ２３の処理に進む。
　ステップＳ２３の処理では、画像処理装置１２が、ステップＳ２１の処理で切り出された領域のノイズ除去処理を行う。具体的に、画像処理装置１２は、次式（４）で算出される輝度値ｌｃ以下の輝度値をもつ画素の輝度値を０にする。これにより、ステップＳ２３の処理は完了し、レーザ照射位置検出処理はステップＳ２４の処理に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ステップＳ２４の処理では、画像処理装置１２が、ステップＳ２３の処理の対象とした領域において重心演算を行って、この領域の中心位置を算出する。画像処理装置１２は、ここで算出された中心位置をレーザ照射位置４として、その水平方向（鋼帯１の走行方向に直交する方向）位置Ｘｐを算出する。これにより、ステップＳ２４の処理は完了し、一連のレーザ照射位置検出処理は終了する。
［突合せ位置検出処理］
　次に、図８を参照して、ステップＳ３の突合せ位置検出処理手順について説明する。ステップＳ３１の処理では、ステップＳ１の処理で取得された撮像画像から透過光領域Ｂを含む領域を切り出して、輝度のヒストグラムを算出する。これにより、ステップＳ３１の処理は完了し、突合せ位置検出処理はステップＳ３２の処理に進む。
　ステップＳ３２の処理では、画像処理装置１２が、ステップＳ３１の処理で算出されたヒストグラムに基づいてから、頻度が最も高い輝度値ｌ３と２番目に高い輝度値ｌ４とを決定する。これにより、ステップＳ３２の処理は完了し、突合せ位置検出処理はステップＳ３３の処理に進む。
　ステップＳ３３の処理では、画像処理装置１２が、ステップＳ３１の処理で切り出された領域のノイズ除去処理を行う。具体的に、画像処理装置１２は、次式（５）で算出される輝度値ｌｄ未満の輝度値をもつ画素の輝度値を０にする。これにより、ステップＳ３３の処理は完了し、突合せ位置検出処理はステップＳ３４の処理に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ステップＳ３４の処理では、画像処理装置１２が、ステップＳ３３の処理の対象とした領域で、水平方向（鋼帯１の走行方向に直交する方向）の走査線毎に、輝度値がｌｄ以上の画素の幅を算出する。これにより、ステップＳ３４の処理は完了し、突合せ位置検出処理はステップＳ３５の処理に進む。
　ステップＳ３５の処理では、画像処理装置１２が、ステップＳ３４で算出された幅が最初に０となる走査線上で、輝度値がｌｄとなる画素を特定する。画像処理装置１２は、ここで特定された画素の位置を突合せ位置２として、その水平方向位置Ｘｓを算出する。これにより、ステップＳ３５の処理は完了し、一連の突合せ位置検出処理は終了する。
　以上、説明したように、本実施の形態のレーザ照射位置ずれ検出装置１０およびレーザ照射位置ずれ検出処理では、撮像画像の高輝度領域Ａの中心位置をレーザ照射位置４として検出し、撮像画像の透過光領域Ｂから開先部５の先端の閉塞している位置を突合せ位置２として検出する。そして、レーザ照射位置ずれ検出装置１０は、突合せ位置２とレーザ照射位置４との鋼帯１の走行方向に直交する方向でのずれ量をシームずれ量として算出して、表示装置１５に出力する。これにより、レーザ照射位置の突合せ位置からのずれを防止してレーザ溶接鋼管の歩留まりを向上させることができる。
　また、このようなレーザ照射位置ずれ検出装置１０を備えた鋼管のレーザ溶接装置２０（図１参照）によれば、レーザ溶接部の強度向上等により高品質なレーザ溶接鋼管を製造することができる。
　上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。
［実施例］
　まず、レーザ溶接処理中の鋼管を模したサンプルを走行方向に直交する方向に移動させながら、上記のレーザ照射位置ずれ検出装置１０を用いてシームずれ量を測定した。図９は、この場合のサンプルの移動量とシームずれ量との関係を例示する図である。図９に示すように、サンプルの移動量とシームずれ量とはほぼ直線性の関係を示しており、シームずれ量を高精度に検出できることが確認された。
　次に、鋼管のレーザ溶接処理中に、レーザ溶接装置の位置（すなわち、レーザ照射位置）を鋼管の走行方向に直交する方向に段階的に移動させる指令を出しながら、上記のレーザ照射位置ずれ検出装置１０を用いてシームずれ量を測定した。図１０は、この場合の鋼帯１の走行方向へのレーザ照射位置の移動量とシームずれ量との関係を例示する図である。図１０に示すように、鋼管自体のローリングに加え、レーザ溶接装置の位置の移動の指令値に追随して、シームずれ量の測定値が変化していることがわかる。これにより、本実施の形態のレーザ照射位置ずれ検出装置１０のレーザ照射位置ずれ検出処理の有効性が確認された。
　なお、鋼管のレーザ溶接装置は、前記したレーザ照射位置ずれ検出装置１０に加えて、レーザの照射位置を制御する機構を備えていてもよい。例えば、図１１に示すレーザ溶接装置２０Ａは、レーザ照射位置ずれ検出装置１０に加えて、レーザ照射ヘッド位置制御装置１６を備えている。
　レーザ照射ヘッド位置制御装置１６は、画像処理装置１２からレーザ照射位置４と鋼帯１の突合せ位置とのずれ量（シ―ムずれ量）が入力され、このずれ量に基づいてレーザ照射ヘッド１７の位置を修正する。なお、例えばロボットハンドや電動アクチュエーター等、座標位置を指令値として駆動させることでレーザ照射ヘッドの位置を修正することは一般的に行われているため、上記のような位置修正は公知の技術により実現可能である。
　図１２は、図１１のレーザ溶接装置２０Ａによって実際に鋼管を溶接した場合において、レーザ照射位置およびシームずれ量を、レーザ照射ヘッド１７の位置修正を行った場合と行わなかった場合とで比較した図である。同図に示すように、レーザ照射ヘッド１７の位置修正を行った場合は、レーザ照射位置がほぼシーム位置（すなわちシームずれ量０ｍｍの位置）に追従し、シームずれ量がほぼゼロになっていることが分かる。一方、レーザ照射ヘッド１７の位置修正を行わなかった場合は、レーザ照射位置がシーム位置に追従せず、シームずれ量が大きくなっていることが分かる。このように、レーザ溶接装置２０Ａによれば、溶接ずれそのものが低減するため、溶接不良が減少あるいは皆無となり、製造する溶接鋼管の品質や信頼性を向上させることができる。
　以上のように、本発明に係るレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法、鋼管の製造方法、レーザ照射位置ずれ検出装置、鋼管のレーザ溶接装置、および鋼管の製造装置は、レーザ照射位置の突合せ位置からのずれを防止することができるため、レーザ溶接鋼管の製造工程に適用することができる。
　１　鋼帯
　２　突合せ位置
　３　レーザ光
　４　レーザ照射位置
　５　開先部
　６　撮像視野
　１０　レーザ照射位置ずれ検出装置
　１１　カメラ（撮像手段）
　１２　画像処理装置
　１３　対物レンズ
　１４　帯域限定フィルタ
　１５　表示装置
　１６　レーザ照射ヘッド位置制御装置
　１７　レーザ照射ヘッド
　２０，２０Ａ　レーザ溶接装置
　Ａ　高輝度領域
　Ｂ　透過光領域

Claims (8)

  1. 　鋼帯の両縁が突き合わされ閉塞した突合せ位置にレーザ光を照射してレーザ溶接鋼管を製造する際、該突合せ位置とレーザ光が照射されたレーザ照射位置とのずれを検出するレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法であって、
    　前記レーザ照射位置と、前記鋼帯の両縁が所定以上のギャップを有して閉塞していない開先部とを含む領域を、レーザ光の照射方向と同じ方向に同時に撮像する撮像ステップと、
    　撮像された撮像画像からレーザ照射位置と突合せ位置とを検出する検出ステップと、
    　検出された前記レーザ照射位置と前記突合せ位置との位置関係を算出する算出ステップと、
    　を含むことを特徴とするレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法。
  2. 　前記算出ステップにおいて、検出された前記レーザ照射位置と前記突合せ位置との鋼帯の走行方向に直交する方向でのずれを算出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法。
  3. 　前記検出ステップにおいて、照射されたレーザ光が前記開先部から前記鋼帯の裏面に貫通した後に前記鋼帯の表面に透過した透過光の撮像画像に基づいて、前記突合せ位置を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法。
  4. 　前記撮像ステップにおいて、波長が６３０ｎｍ以上９００ｎｍ以下で帯域幅が２０ｎｍ以下の光のみを透過する帯域限定フィルタを介して撮像することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法。
  5. 　鋼帯の両縁が突き合わされ閉塞した突合せ位置にレーザ光を照射して貫通溶接する鋼管の製造方法において、
    　請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出方法によって検出したレーザ照射位置と突合せ位置とのずれ量に基づいて、レーザ光の照射位置を修正しながら溶接することを特徴とする鋼管の製造方法。
  6. 　鋼帯の両縁が突き合わされ閉塞した突合せ位置にレーザ光を照射してレーザ溶接鋼管を製造する際、該突合せ位置とレーザ光が照射されたレーザ照射位置とのずれを検出するレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出装置であって、
    　前記レーザ照射位置と、前記鋼帯の両縁が所定以上のギャップを有して閉塞していない開先部とを含む領域を、レーザ光の照射方向と同じ方向に同時に撮像する撮像手段と、
    　撮像された撮像画像からレーザ照射位置と突合せ位置とを検出する検出手段と、
    　検出された前記レーザ照射位置と前記突合せ位置との位置関係を算出する算出手段と、
    　を備えることを特徴とするレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出装置。
  7. 　請求項６に記載のレーザ溶接鋼管のレーザ照射位置ずれ検出装置を備えることを特徴とする鋼管のレーザ溶接装置。
  8. 　請求項５に記載の鋼管の製造方法により、レーザ照射位置と突合せ位置とのずれ量に基づいて、レーザ光の照射位置を修正しながら溶接することを特徴とする鋼管の製造装置。
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