JPH0439883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、電縫管の外面溶接部の位置検出方
法に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

電縫管は、帯鋼板を成型ロール群に通して、前
記帯鋼板のシーム端が互いに向き合うように上方
に円形に成形し、次いで、このようにして円形に
成型された素管のシーム端を加熱しながらスクイ
ズロールによつて前記シーム端同士を加圧溶着し
て素管を調整し、そして、このようにして調整さ
れた素管の溶接ビードの余盛をバイトにより切削
することによつて連続的に製造される。

このようにして製造された電縫管は、上述した
製造ラインの下流側に設けられた探傷装置に搬送
され、前記探傷装置によつて、余盛を切削した後
の溶接部内部の欠陥が探傷され、そして、電縫管
は、必要に応じて、探傷装置の下流側に設けられ
た熱処理装置に搬送され、熱処理装置によつて、
溶接部に熱処理が連続的に施される。

上記電縫艦の溶接部の中心は、ほぼ電縫管の上
部に位置するが、電縫管製造過程で前記溶接部の
中心位置は、その周方向にシフトする。このため
に、上述した溶接欠陥の探傷および熱処理を正確
に施すには、これら探傷装置および熱処理装置を
溶接部の移動に追従させる必要があり、このため
には、溶接部の幅方向の中心位置を正確に検出す
る必要がある。

電縫管における溶接部の、従来の中心位置検出
方法が、特開昭58−37550号公報（以下、先行技
術という）に開示されている。この先行技術にか
かる溶接部の中心位置検出方法の原理を第８図お
よび第９図を参照しながら説明する。

電縫管１の製造時において、素管の溶接ビード
の余盛は、約1200℃の温度のものでバイトにより
切削されるために、溶接部２の表面は、急激に酸
化する。従つて、溶接部２の表面の反射率は、そ
の近接の母材部１′の表面の反射率より低くなる。
この点に着目し、第８図に示すように、電縫管１
の溶接部２の上方に受光器４を配置し、受光器４
の両側に１対の投光器３を配置し、１対の投光器
３によつて溶接部２およびその近傍の母材部１′
の表面に光を照射し、溶接部２および母材部１′
の表面の輝度を受光器４によつて検出し、そし
て、このようにして検出された前記輝度信号に基
づいて溶接部２の中心位置を検出する。

即ち、受光器４によつて検出された前記輝度信
号は、溶接部２の表面の輝度レベルより母材部
１′の表面の輝度レベルの方が高いことから、第
９図Ａに示すような波形となる。そこで、前記輝
度信号に対して所定の大きさのスレツシユホール
ドレベルを設定して、同図Ｂに示すように、前記
輝度信号を２値化し、そして、このようにして２
値化された輝度信号に基づいて、下式により溶接
部２の幅方向の中心位置Ｌを演算器５によつて演
算する。

Ｌ＝l₁＋l₂／２ ……(1) 但し、 l₁：２値化した輝度信号の最初の立下りまでの時
間に基づく寸法、 l₂：２値化した輝度信号の２回目の立上りまでの
時間に基ずく寸法。

しかし、上述した先行技術には、次に述べる問
題があつた。

(1) 溶接ビードを切削した後の電縫管１の溶接部
２に熱処理を施すと、溶接部２の表面は勿論、
その近傍の母材部１′の表面が酸化し、このた
めに、これらの表面の反射率が低下するので、
溶接部近傍の母材部１′の表面を輝度レベルは、
大幅に下がり、溶接部２の表面の輝度レベルと
の間の差が小さくなる。この結果、溶接部２の
中心位置を正確に検出することができない。

(2) 溶接部近傍の母材部１′の表面に、造管時、
スクイズロール等により疵が付くと、母材部
１′の表面の反射率が部分的に変化するので、
受光器４によつて得られる反射輝度信号の波形
が乱れる。この結果、溶接部２の位置を正確に
検出することができない。

そこで、溶接部２に熱処理を施しても、且つ、
溶接部近傍の母材部１′の表面に疵が存在しても
溶接部２の中心位置を常に正確に検出することが
できる、電縫管の外面溶接部の位置検出方法が望
まれているが、かかる方法は、未だ提案されてい
ない。

〔発明の目的〕

従つて、この発明の目的は、溶接部に熱処理を
施しても、且つ、溶接部近傍の母材部の表面に疵
が存在しても、常に正確に溶接部の中心位置を検
出することができる、電縫管の外面溶接部の位置
検出方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

この発明は、水平に移動中の電縫管の上方に左
側投光器および右側投光器を配置し、前記左側投
光器によつて前記電縫管の溶接部およびその近傍
の母材部の表面に斜め左上方から光を照射し、前
記右側投光器によつて前記表面に斜め右上方から
光を照射し、前記左側投光器および前記右側投光
器の間に配置した受光器によつて前記表面の輝度
を測定し、そして、このようにして測定した前記
輝度信号に基づいて前記溶接部の位置を検出する
ことからなる、電縫管の外面溶接部の位置検出方
法において、前記表面に前記左側投光器および前
記右側投光器から交互に光を照射し、前記左側投
光器からの照射光による前記表面の左側輝度およ
び前記右側投光器からの照射光による前記表面の
右側輝度を前記受光器によつて測定し、このよう
にして測定した前記左側輝度信号のレベルと前記
右側輝度信号のレベルとを、前記電縫管の周方向
表面の各位置毎に比較し、前記表面の各位置毎に
低い方のレベルを選択して、輝度信号として合成
することによつて、前記溶接部の表面の輝度信号
のみを抽出し、そして、このようにして抽出した
前記溶接部の表面輝度に基づいて前記溶接部の位
置を検出することに特徴を有するものである。

〔発明の構成〕

本願発明者等は、上述の問題点を解決すべく鋭
意研究を重ねた。その結果、次の知見を得た。即
ち、溶接部に熱処理を施しても、且つ、溶接部近
傍の母材部の表面に疵が存在しても、常に正確に
溶接部の中心位置を検出するには、溶接部および
その近傍の母材部の表面の輝度信号から溶接部の
表面の輝度信号のみを抽出すれば良い。

この発明は、上述した知見に基づいてなされた
ものである。以下、この発明の原理を図面を参照
しながら説明する。

第１図において、左側投光器３Ａおよび右側投
光器３Ｂは、電縫管１の溶接部２の真上に設置さ
れた受光器４の両側に配置されており、溶接部２
およびその近傍の母材部１′Ａ，１′Ｂの表面に光
を照射する。左側投光器３Ａおよび右側投光器３
Ｂは、その光の照射方向が、電縫管１の軸線と直
交し、且つ、溶接部２の幅方向中央部を通り電縫
管１の径方向に延びる直線ｌに対して角度（θ）
だけ傾くように受光器４の両側にそれぞれ配置さ
れている。左側投光器３Ａおよび右側投光器３Ｂ
からの照射光は、溶接部近傍の母材部１′Ａ，
１′Ｂの表面で正反射するが、前記正反射光のう
ち、第２図Ａに示すように、母材部１′Ａ，１′Ｂ
において、溶接部２から若干離れた位置の母材部
１″Ａ，１″Ｂの表面で正反射した光のみが、受光
器４に直接入射する。

従つて、左側投光器３Ａおよび右側投光器３Ｂ
から、電縫管１の溶接部２およびその近傍の母材
部１′Ａ，１′Ｂの表面に光を同時に照射すると、
受光器４からは第２図Ｂに示すような３つのピー
クを有する輝度信号が得られる。

第２図Ｂに示すように、溶接部２から若干離れ
た位置の母材部１″Ａ，１″Ｂの表面の輝度レベル
が一番高いのは、左側投光器３Ａおよび右側投光
器３Ｂからの照射光が母材部１″Ａ，１″Ｂの表面
で正反射して受光器４に直接入射するからであ
る。溶接部２の表面の輝度レベルが、その両側の
母材部１′Ａ，１′Ｂ、即ち、母材部１″Ａ，１″Ｂ
に比べて溶接部２により近い母材部１′Ａ，１′Ｂ
の表面の輝度レベルに比べて高いのは、溶接部２
の表面は、溶接ビードの余盛がバイトによつて切
削されているので、乱反射面になつていて、これ
による乱反射光が受光器４に入射するからであ
る。

前述した、先行技術において、受光器４によつ
て得られる輝度信号が、第２図Ｂに示した波形に
ならないのは、先行技術においては、溶接部２か
ら若干離れた母材部１″Ａ，１″Ｂに比べて、溶接
部２により近い母材部１′Ａ，１′Ｂの表面で正反
対した投光器３からの照射光が、受光器４に直接
入射するためであると考えられる。

上述したようにして、左側投光器３Ａおよび右
側投光器３Ｂから、電縫器１の溶接部２およびそ
の近傍の母材部１′Ａ，１′Ｂの表面に光を照射す
ることによつて、溶接部２の表面の輝度信号を得
ることができるが、溶接部２の表面の輝度信号の
みを他の輝度信号から抽出する必要がある。

次に、この抽出方法について説明する。第３図
Ａに示すように、左側投光器３Ａから溶接部２の
表面に照射された光は、溶接部２の表面では乱反
射して受光器４に入射し、そして、同図Ｂに示す
ように、右側投光器３Ｂから溶接部２の表面に照
射された光は、溶接部２の表面で乱反射して受光
器４に入射する。

第４図Ａに示すように、左側投光器３Ａから溶
接部２の近傍の母材部１′Ａ，１′Ｂの表面に照射
された光は、母材部１′Ａ，１′Ｂの表面で正反射
するが、受光器４には、母材部１″Ａの表面で正
反射した光のみが入射する。そして、同図Ｂに示
すように、右側投光器３Ｂから溶接部２の近傍の
母材部１′Ａ，１′Ｂの表面に照射された光は、母
材部１′Ａ，１′Ｂの表面で正反射するが、受光器
４には、母材部１″Ｂの表面で正反射した光のみ
が入射する。

第５図Ａに示すように、左側投光器３Ａから溶
接部２の近傍の母材部１′Ａ，１′Ｂの表面につい
た疵６Ａ，６Ｂに照射された光は、疵６Ａ，６Ｂ
の表面で正反射するが、受光器４には、左側の疵
６Ａの表面で正反射した光のみが入射する。そし
て、同図Ｂに示すように、右側投光器３Ｂから溶
接部２の近傍の母材部１′Ａ，１′Ｂの表面につい
た疵６Ａ，６Ｂに照射された光は、疵６Ａ，６Ｂ
の表面で正反射するが、受光器４には、右側の疵
６Ｂの表面で正反射した光のみが入射する。スク
イズロール等によつてついたノツチ状の疵６Ａ，
６Ｂは、金属面が露出していて鏡面状であるため
に、左側および右側投光器３Ａ，３Ｂからの照射
光は、疵６Ａ，６Ｂで正反射する。

以上のことから明らかなように、溶接部２の表
面においては、左側および右側投光器３Ａ，３Ｂ
の何れからの照射光も乱反射して受光器４に入射
する。これに対して、母材部１′Ａ，１′Ｂの表面
においては、左側および右側投光器３Ａ，３Ｂの
何れか一方からの照射光しか正反対して受光器４
に入射しない。

従つて、左側投光器３Ａおよび右側投光器３Ｂ
から交互に溶接部２およびその近傍の母材部１′
Ａ，１′Ｂの表面に光を照射し、これによつて得
られた、左側投光器３Ａからの照射光による左側
輝度信号のレベルと右側投光器３Ｂからの照射光
による右側輝度信号のレベルとを、電縫管１の周
方向の各位置毎に比較し、それぞれの位置におい
て低い方の信号レベルを選択して輝度信号として
合成すれば、溶接部２の表面の輝度信号のみを抽
出することができる。

このようにして、溶接部２の表面の輝度信号の
みが抽出されたら、前記輝度信号に対して、所定
のスレツシユホールドレベルを設定して、前記輝
度信号を２値化すれば、２値化された輝度信号に
基づいて、溶接部２の幅方向の中心位置を検出す
ることができる。

第６図Ａに示すように、電縫管１の溶接部２の
左側母材部１′Ａの表面に疵６Ａが付いている場
合の、左側投光器３Ａからの照射光による左側輝
度信号の波形を同図Ｂに示し、右側投光器３Ｂか
らの照射光による右側輝度信号の波形を同図Ｃに
示し、これらの輝度信号のレベルを、電縫管１の
周方向の各位置毎に比較し、それぞれの位置にお
いて低い方の信号のレベルを選択して合成した輝
度信号の波形を同図Ｄに示し、そして、同図Ｅ
に、２値化した輝度信号の最小値の波形を示す。
溶接部２の中心位置Ｌは、同図Ｅから下式によつ
て演算される。

Ｌ＝l₃＋l₄／２ ……(2) 但し、 l₃：２値化した輝度信号の立上りまでの時間に基
づく寸法、 l₄：２値化した輝度信号の立下りまでの時間に基
ずく寸法。

次に、この発明を電縫管の溶接部自動追従装置
に適用した実施例を、第７図のブロツク図を参照
しながら説明する。

第７図において、架台７は、電縫管１と同一の
曲率でわん曲したレール８にそつて、倣いモータ
９により自在に移動する。架台７には、受光器４
と、受光器４の両側に配置された左側投光器３Ａ
および右側投光器３Ｂとが取り付けられている。
左側および右側投光器３Ａ，３Ｂは、点滅制御回
路１０によつて所定時間間隔ごとに交互に点滅す
る。

受光器４の左側に配置された左側投光器３Ａか
らの照射光による溶接部２およびその近傍の母材
部１′Ａ，１′Ｂの表面の左側輝度のアナログ信号
は、Ａ／Ｄ変換器１１によつてデジタル信号に変
換される。これと同様に、受光器４の右側に配置
された右側投光器３Ｂからの照射光による溶接部
２およびその近傍の母材部１′Ａ，１′Ｂの表面の
右側輝度のアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器１１に
よつてデジタル信号に変換される。

このようにしてデジタル信号に変換された左側
および右側輝度信号は、点滅制御回路１０からの
指令によつて交互に、左側記憶回路１２および右
側記憶回路１３に記憶される。

左側および右側記憶回路１２，１３によつて記
憶された左側および右側輝度信号は、輝度信号検
出回路１４によつて比較され、溶接部２の表面の
輝度信号のみが抽出される。

このようにして抽出された、溶接部２の表面の
輝度信号は、中心位置演算回路１５によつて、予
め設定されたスレツシユホールドレベルに基づき
２値化されて、溶接部２の幅方向の中心位置が演
算される。

中心位置演算回路１５による、溶接部２の中心
位置の演算結果は、平均値演算回路１６によつて
複数個集められ、その平均値が演算される。

このようにして平均化された、溶接部２の中心
位置の演算結果は、偏差演算回路１７によつて、
予め設定された基準値と比較され、その偏差が零
になるような信号が、倣いモータ９に送られる。

これによつて、電縫管１の溶接部２の位置が造
管時に周方向にシフトしても、架台７は、その動
きに常に追従する。従つて、架台７と、例えば探
傷装置とを連結すれば、溶接部２の探傷が常時適
確に行なえる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、溶接
部およびその近傍の母材部の表面の輝度の状態に
依らず、常時、正確に溶接部の中心位置を検出す
ることができるといつたきわめて有用な効果がも
たらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の原理を示す正面図、第２
図Ａは、左側および右側投光器からの照射光が母
材部１″Ａ，１″Ｂの表面で正反射した状態を示す
正面図、同Ｂ図は、左側および右側投光器から溶
接部およびその近傍の母材部の表面に光が照射さ
れたときの輝度と電縫管周方向の位置との関係を
示すグラフ、第３図Ａは、左側投光器からの照射
光が溶接部の表面で乱反射した状態を示す正面
図、同Ｂ図は、右側投光器からの照射光が溶接部
の表面で乱反射した状態を示す正面図、第４図Ａ
は、左側投光器からの照射光が左側母材部の表面
で正反射した状態を示す正面図、同図Ｂは、右側
投光器からの照射光が右側母材部の表面で正反射
した状態を示す正面図、第５図Ａは、左側投光器
からの照射光が左側母材部の疵の表面で正反射し
た状態を示す正面図、同図Ｂは、右側投光器から
の照射光が右側母材部の疵の表面で正反対した状
態を示す正面図、第６図Ａは、左側および右側投
光器からの照射光が左側母材部に疵が付いている
電縫管の表面で反射した状態を示す正面図、同Ｂ
図は、左側輝度と電縫管周方向の位置との関係を
示すグラフ、同Ｃ図は、右側輝度と電縫管周方向
の位置との関係を示すグラフ、同Ｄ図は、溶接部
表面の輝度と電縫管周方向の位置との関係を示す
グラフ、同Ｅ図は、２値化された溶接部表面の輝
度を示すグラフ、第７図は、この発明を電縫管の
溶接部自動追従装置に適用した実施例のブロツク
図、第８図は、先行技術の原理を示す正面図、第
９図Ａは、先行技術により溶接部およびその近傍
の母材部表面に光を照射したときの前記表面の輝
度と電縫管周方向の位置との関係を示すグラフ、
同Ｂ図は、２値化された輝度を示すグラフであ
る。図面において、 １……電縫管、２……溶接部、１′……母材部、
１′Ａ……左側母材部、１′Ｂ……右側母材部、３
……投光器、３Ａ……左側投光器、３Ｂ……右側
投光器、４……受光器、５……演算器、６Ａ，６
Ｂ……疵、７……架台、８……レール、９……倣
いモータ、１０……点滅制御回路、１１……Ａ／
Ｄ変換器、１２……左側記憶回路、１３……右側
記憶回路、１４……輝度信号検出回路、１５……
中心位置演算回路、１６……平均値演算回路、１
７……偏差演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水平に移動中の電縫管の上方に左側投光器お
   よび右側投光器を配置し、前記左側投光器によつ
   て前記電縫管の溶接部およびその近傍の母材部の
   表面に斜め左上方から光を照射し、前記右側投光
   器によつて前記表面に斜め右上方から光を照射
   し、前記左側投光器および前記右側投光器の間に
   配置した受光器によつて前記表面の輝度を測定
   し、そして、このようにして測定した前記輝度信
   号に基づいて前記溶接部の位置を検出することか
   らなる、電縫管の外面溶接部の位置検出方法にお
   いて、 前記表面に前記左側投光器および前記右側投光
   器から交互に光を照射し、前記左側投光器からの
   照射光による前記表面の左側輝度および前記右側
   投光器からの照射光による前記表面の右側輝度を
   前記受光器によつて測定し、このようにして測定
   した前記左側輝度信号のレベルと前記右側輝度信
   号のレベルとを、前記電縫管の周方向表面の各位
   置毎に比較し、前記表面の各位置毎に低い方のレ
   ベルを選択して、輝度信号として合成することに
   よつて、前記溶接部の表面の輝度信号のみを抽出
   し、そして、このようにして抽出した前記溶接部
   の表面輝度に基づいて前記溶接部の位置を検出す
   ることを特徴とする、電縫管の外面溶接部の位置
   検出方法。