JP2008175577A - 電縫溶接管溶接部監視方法及び監視装置並びに電縫溶接管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型のレーザ発振装置や撮像装置を使用した機器配置により、管内面の円周方向プロフィルと管内面ビード切削部表面の映像を同一モニター画面で確認できる装置を提供する。
【解決手段】電縫溶接管の管内面溶接部表面にレーザを照射あるいは走査し、得られた反射光を撮像装置で撮像し、管内面の円周方向プロフィルと管内面ビード切削部表面の映像とを同一のモニター画面に表示することを特徴とする電縫溶接管溶接部監視方法であり、レーザ発振器とレーザ反射板とプリズムと撮像装置と温度調節装置とモニター画面を備えたことを特徴とする電縫溶接管溶接部監視装置である。更には、モニター表示情報に基づき切削、溶接条件を制御する電縫溶接管の製造方法である。
【選択図】図３

Description

本発明は、電縫溶接管製造時における管内面ビードの切削形状を監視する方法及び装置に関する。

電縫溶接管の溶接時に、圧接により管内外面に発生する電縫部のビードは、電縫溶接管の肉厚よりも盛り上がっており、このビードの形状は、製品での溶接部強度と関係があるため、通常電縫溶接後直ちにバイトにより除去される。

従って、電縫溶接部のビードを切削するときは、切削し過ぎによる肉厚不足や取り残しなど、切削が適正に行われているかを常時監視する必要がある。目視検査による場合は、造管後に製品長さに切断された後に、冷却床で鋼管内外面の形状を目視検査するのが一般的であるが、目視検査の場合は検査場が造管機から遠く離れており、目視検査にて造管の異常に気づいたときは、大量の不良品が発生しているという問題がある。

よって、目視がむつかしい電縫溶接管内面ビードの切削状況を常時監視するための方法が種々検討されている。従来の電縫溶接管ビード検出方法や装置に関する発明は、光学的方法、機械的方法や超音波による方法などが提案されている。

光学的方法としては、特許文献１には、管表面を撮像し、溶接部や母材部固有の信号波形特徴量を抽出して、予め記憶してある特徴量と符号させることでそれらを識別する方法が提案されている。

機械的方法としては、特許文献２には、検出ローラを溶接線を中心にして内面ビード切削部を斜行させながらその高さ方向の位置を変化させることにより、内面ビードの切削形状を検出する方法が提案されている。

超音波による方法としては、特許文献３には、電縫管の外面側から超音波を溶接部に所定走査ピッチで送波し、溶接部の外面反射波及び内面反射波を受波する。タイマ回路は外面反射波の検出タイミングと内面反射波の検出タイミングの間の時間差を計測する。次いで、メモリ回路に記憶したデータに基づいて内面ビードの突出量を演算回路で演算する方法が提案されている。
特公平７−１１７４９５号公報 特許第２６８３０６６号公報 特開昭６１−２７３２７３号公報

しかしながら、特許文献１の光学的方法では、ビード部と母材部との輝度の違いを検出する方法であるが、ビード部の輝度は、溶接条件や管の肉厚に大きく依存するため、安定したビード部の検出がむつかしく、ビード部の輝度が低い場合は、ビード部が識別できないという問題がある。

特許文献２の機械的方法では、高温、多湿、スパッタおよび蒸気などの存在する環境では、駆動系を持つセンサは、コロの摩耗や機械の損傷が激しいという問題がある。

また、特許文献３の超音波による方法では、パイプの高温部を走行するため、超音波発信装置を保護するために冷却水をかける必要があり、溶接部を急冷してしまい溶接部の品質に影響を及ぼすこと、や探傷子のシューをパイプの外径単位に揃える必要があるという問題がある。

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決すべくなされたもので、図１に示す小型のレーザ発振装置や撮像装置を使用した機器配置により、計測技術としては、光切断法と動的モーメント演算を応用した画像処理手法により管内面の円周方向プロフィルと管内面ビード切削部表面の映像を同一モニター画面で確認できる電縫溶接管溶接部監視方法及び監視装置であり、更には、光学的手段によりモニター画面に表示された情報に基づき、切削条件や溶接条件を制御する電縫溶接管の製造方法である。

（１）第一の発明は、電縫溶接管の管内面溶接部表面にレーザを照射あるいは走査し、得られた反射光を撮像装置で撮像し、管内面の円周方向プロフィルと管内面ビード切削部表面の映像とを同一のモニター画面に表示することを特徴とする電縫溶接管溶接監視方法である。

（２）第二の発明は、管内面の円周方向プロフィルと管内面ビード切削部表面の映像とに基づき、ビード切削バイトの押圧力、造管ロールの押しつけ力を制御することを特徴とする電縫溶接管の製造方法である。

（３）第三の発明は、電縫溶接管ビード切削バイトのホルダーに取付けた、レーザ発振器とレーザ反射板とプリズムと撮像装置とを収納した光学検出手段と該光学検出手段内を測温し、冷却する温度調節手段と撮像装置で撮像した映像をモニター画面に表示するモニター手段とを備えたことを特徴とする電縫溶接管溶接監視装置。

ここに、管内面の円周方向プロフィルとは電縫溶接管の円周方向の管内表面の形状をいう。

本発明により、オンラインで電縫管内面切削形状管理に要求される形状をモニタリングできるようになったので管内面切削条件、更には溶接条件の調整がリアルタイムに行えるようになった。

図１に本発明の装置構成を示す。対象とした母管はφ８８mmの小径電縫鋼管である。
レーザ発振器１は管内径に合わせてレーザ照射方向を変化できるように上下左右に回転可能となっている。レーザ光は、レーザ反射板２で反射されて、窓６を通過してビード部９に照射される。レーザ反射板２も反射したレーザ光がビード部９に正確に照射できるように回転可能となっている。

窓６はレーザ光がビード部に照射されるようにケース５に開けた窓である。ビード部からの反射光はプリズム３で集光屈折して撮像装置４で受光される。撮像装置４としては、小型のCCDカメラ等が使用可能である。撮像装置４からの信号は切削バイトホルダー１０に取付けられたケーブルによりモニター装置に接続されている。

上述した各装置はケース５に収納されて、切削バイトホルダー１０に固定されている。
ケース５は防塵、耐熱、耐久性があればよくＳＵＳ材等が使用される。またケース５内は１２０度以上の高温となり、センサー類を損傷する危険性があるので、熱伝対で測温し、内部温度が３０℃以上になる場合は、フッソ樹脂配管により液体窒素を流して、ケース５内を冷却できるようにしている。

プリズム３の窓６に対向した面には保護ミラーを装着して、プリズムの損傷防止と防塵対策によりレーザ光の減衰防止を図っている。

図２はレーザ照射により電縫溶接管の管内面プロフィルを計測したもので、図２（ａ）は通常材でビード切削が適正に行われた例であり、管内面のプロフィルは円弧状を呈していることがわかる。図２（ｂ）は肉厚方向に深くビード部を切削した例で、プロフィルは円弧を２段重ねしたような形状となっている。図２（ｃ）は図２（ｂ）とは逆にビード部の切削が浅く、ビードが残存している例である。

図３（ｂ）及び図３（ｄ）の画面は、レーザ照射による管内面プロフィルとカメラ映像による管内表面の切削状態を同一モニター画面に表示したものである。従来技術（図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す画面）では、管内面プロフィルを表示した場合は、切削面の表面状態を示す映像は表示できなかったが、本発明によりカメラの絞りを最適化することにより図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すように、管内面プロフィルと管内表面の映像を同一モニター画面に表示できるようになった。

図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す画面では、図２に示すような管内面形状（管内面プロフィル）の相違での認識は可能であるが、凹凸のない材料表面映像で認識すべき差異を見いだすことは不可能である。一方、図３（ｂ）及び図３（ｄ）では、画像の濃淡差で識別すべき差異を認識することができる。

これらを可能とした理由は、以下に述べる（１）、（２）による。
（１）ビード切削部のように、管表面が滑らかで鏡面に近い部分では、光の殆どは正反射し、撮影方向に反射する光量は少ない。一方、削り残り（スジ残り）発生部は、ほぼもとの粗い表面（未切削面）のままなので、反射光の指向性がもっと広がり、撮影方向にも相当量の光量が返ってくる。この光量の差より、ビード切削部と母材（未切削部）の区別、あるいは削り残り（スジ残り）の発生が識別できる。

（２）モニター画面上のスリット光以外の領域を明るめに撮影することで、スジ残りの有無が識別できる。これらを得るため適正なカメラ設定（レンズ選択、絞り設定など）で可能となった。

図３（ｂ）の画面は切削位置とビード軸がずれたために正常な円弧が得られず肩張り部と未切削部が残存している。図３（ｄ）の画面は管内面のプロフィルは円弧に近い形状が得られたが、未切削部がスジ残りとして残存している。「スジ残り」とは、チッピングともよばれる切削欠陥で、切削バイトの刃先が適正でなく、未切削部が残存し、それがスジ状に見えるものである。この欠陥は、管内面プロフィルでは検出できない欠陥である。

従って、図３（ｂ）や図３（ｄ）に示すように管内面プロフィルとカメラ映像を同一モニター画面に表示することによって電縫溶接管を製造する際の管内面形状管理項目である「深削り」、「片削り」、「ビード残り」、「スジ残り」を一つのモニター画面で管理できるので欠陥や異常を生じた場合の上工程（ビード切削工程、溶接工程）へのフィードバックが迅速になされるようになった。

ここに「深削り」とは切削バイトの押しつけ力が強すぎてビード部が規定切削量よりも深く切削された切削欠陥をいう。このことは、電縫溶接管の肉厚が局部的に薄くなっていることを意味するので切削バイトの押しつけ力を調整する必要がある。

「片削り」とはビード幅全体が切削されずに片側のみ削った状態の切削欠陥である。この欠陥が発生すると切削バイトの管軸に対する方向性、設定位置の修正を行なったり、切削バイトだけでは修正できない場合は、溶接工程での管の捻れ等の修正も必要になる。

「ビード残り」とは切削バイトの当たりが弱く切削深さが浅くビードの山部が取り切れていない切削欠陥をいう。「スジ残り」は上述した通りである。

発生した上述した欠陥が発生した場合は、切削バイトの調整、ロールの調整などによりビード切削の修正をおこなう。

図４にその一例を示す。図４（ａ）は、造管した電縫溶接管がローリングしたため、内面ビードの位置と内面切削バイトの位置がずれて、ビード切削に片削りが発生した場合のモニター画面である。

このような場合は、電縫溶接管造管用ロールの押しつけ力やロール位置を調整して、ローリングを解消させて、内面ビードの位置と内面切削バイトの位置を合致させると図４（ｂ）に示すモニター画面が得られる。このように、管内面プロフィルとカメラ映像による管内表面の切削状態を同一のモニター画面に表示できるようにしたので、ビード切削欠陥の原因をオンラインで短時間に判断できるので、造管方法の調整が迅速におこなえる。

本発明により、外部から目視が出来ない製品内部の状況を確認する必要がある分野に適用することができる。

本発明の装置構成を説明する図である。 管内面プロフィルの計測結果を説明する図である。 管内面プロフィルと管内表面の切削状態を説明する図である。 造管方法の調整例を説明する図面である。

符号の説明

１ レーザ発振器
２ レーザ反射板
３ プリズム
４ 撮像装置
５ ケース
６ 窓
７ 電縫管
８ 切削バイト
９ ビード部
１０ 切削バイトホルダー
１１ 切削ビード

Claims (3)

1. 電縫溶接管の管内面溶接部表面にレーザを照射あるいは走査し、得られた反射光を撮像装置で撮像し、管内面の円周方向プロフィルと管内面ビード切削部表面の映像とを同一のモニター画面に表示することを特徴とする電縫溶接管溶接部監視方法。
2. 前記管内面の円周方向プロフィルと管内面ビード切削部表面の映像とに基づき、ビード切削バイトの押圧力、造管ロールの押しつけ力を制御することを特徴とする電縫溶接管の製造方法。
3. 電縫溶接管ビード切削バイトのホルダーに取付けた、レーザ発振器とレーザ反射板とプリズムと撮像装置とを収納した光学検出手段と該光学検出手段内を測温し、冷却する温度調節手段と撮像装置で撮像した映像をモニター画面に表示するモニター手段とを備えたことを特徴とする電縫溶接管溶接部監視装置。