JPS6056206A - 溶接部検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は連続鋳造の溶接管等における溶接部を製造ラ
イン中で非破壊的に、しかも非接触で検出する溶接部検
出装置に関するものである。更に詳しく述べるならば、
連続鋳造の溶接管の製造では、鋼板の曲げ加工、溶接、
溶接材の洩れ出し剖の削除（以後ピードカットと称す）
、溶接部の焼きなまし、裁断等の工程を連続的に１つの
ラインで行うことによって製造時間の短縮、製造コスト
の低減が図られている。それら工程の中で溶接部の焼き
なましは溶接部付近を高周波加熱等によって局部的に高
温にし、溶接材と母材のなじみを良くするために行われ
るのであるが、効率よく浴接部近傍を加熱するためには
精度よく溶接部を検出し、溶接部に追従した加熱を行う
必要がある。又。

溶接部付近は他の部分に比べてストレスが集中し易いし
、熱影響も強く受けるので亀裂等の欠陥が生じ易い場所
であシ、そのため近年溶接部近傍を特に倉入シに探傷す
る傾向になってきた゛が、そのためにも精度よく溶接部
を検出し、欠陥位置検出精度を高める必要がある。

この発明は、前述したような焼きなまし工程や。

オンライン探傷工程を精度よく行うために精度よく溶接
部を検出する溶接部検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の検出方法としては熟練した検査員が目視
によって溶接部を検出する方法や、渦流センナを用いて
溶接部付近の組成変成部を渦電流損、情報と磁気抵抗情
報からめる方法等があった。

第１図に、渦を流センサを用いて溶接部を検出する方法
の原理を示す。第１図において、（１ａ）は溶接鋼管等
の被検材、　（２ａ）は溶接部、（３ａ）はビードカッ
ト部、（４）は送信用コイル、（５ａ）、　（５ｂ）は
それぞれ受信用コイル、（６ａ）、　（６ｂ）は送信用
コイル（４）と受信用コイル（５ａ）、　（５ｂ）の間
に形成される磁界。

（７）は送信用コイル（４）をＩＩＡ動し、受信用コイ
ル（５ａ）。

（５ｂ）の信号を検出する制御回路である。

次に動作について説明する。制御回路（７）から送信用
コイル（４）に低周波電流が流されると、それに応じて
送信用コイ／Ｉ／１４１０周辺に低周波磁界が発生し、
その一部は受信用コイル（５ａ）、　（５ｂ）を通る磁
界（６ａ）、　（６ｂ）になる。受信用コイル（５ａ）
、　（５ｂ）は磁界（６ａ）、　（Ｓｂ）を検出し、磁
界（６ａ）、　（６ｂ）の大きさに応じた低周波電流を
制御回路（４）に流す。この時、送信用コイル（４）、
受信用コイル（５ａ）、　（５ｂ）の前面の状態が送信
用コイル（４）に対して左右対称であれば２つの受信用
コイル（５ａ）、　（ｓｂ）の出力は等しいが、左右が
非対称、つまシ溶接部（２ａ）が左右のどちらかに偏っ
ている場合や、受信用コイル（ｓａ）、　（５ｂ）と被
検材（１ａ）までの距離が異なる場合には磁気抵抗や渦
電流損の条件が異なるため受信用コイル（５ａ）、　（
５ｂ）の出力が等しくならない。したがって制御回路＋
７１によって受信用コイル（５ａ）。

（５ｂ）の出力の差を検出し、その値が零になるように
送信用コイル（４）と受信用コイル（５ａ）、　（ｓｂ
）を走査することによって溶接部（２ａ）を検出するこ
とができる。しかし、実際には送信用コイル（４）と受
信用コイル（阻）、　（５ｂ）を内蔵した検出ヘッドは
ピードカット部（３ａ）の幅より大きくなるため、ビー
ドカット部（６ａ）の両側のエツジにおける被検材（１
ａ）表面の面の不連続を検出した信号の方が溶接部（２
ａ）近傍の組成変成部を検出した信号よシ大きいのが通
常である。そのため、従来のこの方式による溶接部検出
装置では、ピードカット部（５ａ）の両側のエツジが送
信用コイル（４）に対して対称になる位置、言い換えれ
はビードカット部（３ａ）の中心位置を検出することに
よって溶接部（２ａ）を検出するようになっている。

従来の溶接部検出装置は以上のように構成されているの
で、ピードカット部（３ａ）の両側のエツジにおける被
検材（１ａ）表面の面の不連続が大きければ、溶接部（
２）を精度よく検出することができるが。

ビードカット部（３ａ）の両側のエツジにおける不連続
が小さい場合、あるいは不連続の度合が両側のエツジで
異なる場合には溶接部（２ａ）の検出精度は著しく劣化
する。又、たとえピードカット部（６ａ）の両側のエツ
ジが精度よく検出できても、ピードカット部（３ａ）の
中心に溶接部が存在しないで、どちらかに偏っている場
合には１本質的にビードカット部（３ａ）の中心と溶接
部（２ａ）との距離が検出誤差として、溶接部検出装置
本来の検出誤差に上のせされる欠点がある。

〔発明の概要〕

この発明は、これらの欠点を解消するためになされたも
ので、溶接部（２ａ）がピードカット部（３ａ）の中心
になくても精度よく溶接部（２ａ）を検出することので
きる溶接部検出装置を提供するものである。

〔発明の実施例〕

以下、第２図に示す本発明の一実施例について説明する
。第２図において、（１ａ）は溶接鋼管等の被検材、　
（２ａ）ｉｔ：浴接部、　（５ａ）はビードカット部。

（８）は溶接部（２ａ）付近を照明するための散乱光臨
。

（９）は溶接部（２ａ）付近からの反射光を検出する２
素子ホトセンサ、αＱは溶接部（２ａ）付近の像を２素
子ホトセンサ（９）表向で結像するためのレンズ系、α
υは２素子赤外線センサ、０りは溶接部（２ａ）付近の
赤外線像を２素子赤外線センサ表面で結像するためのレ
ンズ系、０階は２素子赤外線センサＱ１１の赤外線検出
能力（Ｓ／Ｎ比）を向上させるためのチョツノく。

Ｉはチョッパ０を回転させるためのモーター機構である
。

散乱光源（８１によって被検側（１ａ）表面の溶接部（
２ａｍ近を照明することによって、入射光の一部は被検
材（１ａ）の表面で反射され、その一部はレンズ系Ｈを
通して２素子ホトセンサ（９）で受光される。

一方、連続鋳造の溶接鋼管等では、溶接直後の溶接部（
２ａ）付近の温度が高く、一般に溶接部（２ａ）を中心
とした正規分布に近い温度分布をしているので、溶接部
（２ａ）付近からはかなりの赤外線が放射されている。

この赤外線の一部はレンズ系ａ２を通して、２素子赤外
線センサ（１３１に受光される。２素子赤外線センサα
υの表面に投影される赤外線強度分布と２素子ホトセン
サ（９）の表面に投影される反射光の強度分布を模式的
に示した図が第３図と第４図であシ、第３図はビードカ
ット部（３ａ）の中心に溶接部（２ａ）が存在する場合
の２素子赤外線センサ（１１１の表面に投影される赤外
線強度分布（第３図（ａ））と、同じくビードカット部
（５ａ）の中心に溶接部（２ａ）が存在する場合の２素
子ホトセンサ（９）の表面に投影される反射光の強度分
布（第３図（ｂ））であシ、第４図はビードカット部（
３ａ）の中心に溶接部（２ａ）が存在しない場合の２素
子赤外線センサαυの表面に投影される赤外線強度分布
（第４図（ａ））と同じくビードカット部（６ａ）の中
心に溶接部（２ａ）が存在しない場合の２素子ホトセン
サ（９）の表面に投影される反射光の強度分布（第４図
（ｂ））である。

第３図及び第４図において、０９は２素子赤外線センサ
（Ｉｌｌの表面に投影される赤外線強度分布、（１６１
１）（１６ｂ）は２素子赤外線センサ１ｌｌ）を構成す
る赤外線センサニレメン）　、（１７ａ）、　（１７ｂ
）は赤外線センサエレメント（１６ａ）、　（１６ｂ）
に受光され電気エネルギーに変換される赤外線エネルギ
ー、０娘は左右の赤外線センサエレメントの中心、　Ｑ
ｌは２素子ホトセンサ（９）の表面に投影される反射光
の強度分布。

（２０ａ）、　（２０ｂ）は２素子ホトセンサ（９）を
構成するホトセンサエレメント、（２１ａ）、　（２１
ｂ）はホトセンサエレメント（２０ａ）、　（２０ｂ）
に受光され電気エネルギーに変換される光エネルギー、
Ｑｚは左右のホトセンサエレメントの中心である。尚、
第３図及び第４図には、被検材（１ａ）、溶接部（２ａ
）　、ビードカット部（３ａ）と投影される赤外線強度
分布α９．投影される反射光の強度分布Ｈとの位置関係
を明確にするために被検材（１ａ）の投影像（１ｔ＋）
、溶接部（２ａ）の投影像（２ｂ）　、ビードカット部
（３ａ）の投影像（３ｂ）も合せて示している。第３図
（ａ）、第４図（ａｌに示すように、溶接部（２ｂ）付
近の赤外線強度分布αωは。

実際には溶接部（２ａ）付近の温度分布のような正規分
布に近い形状（破線）ではなく、ビードカット部（６ｂ
）で複雑な形状（実線）をとるのが通常である。即ち、
溶接部（２ａ）付近の赤外線放射強度は表面温度に依存
するとともに表面の赤外線輻射効率に依存するためビー
ドカット直後のビードカット部（５ａ）のような鏡面に
近い表面状態で赤外線輻射効率がその周辺に比べて低い
部分では、赤外線輻射効率の不連続なところで複雑な赤
外線強度分布αりになるのである。したがって、第３図
（ａｌのように、ビードカット部（３ｂ）の中心に溶接
部（２ｂ）が存在する場合には、２つの赤外線センサエ
レメント（１６ａ）、　（１６に＋）に入射される赤外
線強度（１７ａ）、　（１７ｂ）が等しく、即と、２つ
の赤外線センサエレメント（１６ａ）、（１６ｂ）の出
力′祇圧が等しくなるように調節すると、２つの赤外線
センサニレメン）　（１６ａ）。

（１６ｂ）の中心部と溶接部（２ｂ）は一致するが、第
４図（ａｌのように、ビードカット部（３ｂ）の中心に
浴接部（２ａ）が存在しない場合には、同様の調節を行
っても２つの赤外線センサニレメン）　（１６ａ）、　
（１６ｂ）の中心＋ＩＩと溶接部（２ｂ）は一致しない
。

又、２素子ホトセンサ（９）の表面に投影される反射光
の強度分布については、ビードカット直後のビードカッ
ト部（５ａ）のような鏡面に近い表面状態で、光の反射
効率がその周辺に比べて高い９［、分において強い反射
強度が得られるので、第３図（ｂ）。

第４図（１）ｌのようにビードカット部（３ｂ）に依存
したかなシ矩形的な反射光強度分布０優になる。したが
って第３図（ｔｅｌのように、ビードカッＦ　Ｈｌｌ　
（＋ｂ）の中心に溶接部（２ｂ）が存在する場合には、
２つのホトセンサエレメント（２０ａ）、　（２ｏｂ）
に入射される反射光強度（２１ａ）、　（２１ｂ）が等
しく、即ち、２つのホトセンサエレメント（２０ａ）、
　（２０ｂ）の出力′屯田が等しくなるように調節する
と、２つのホトセンザエレ）１７　ト（２０ａ）、　（
２０ｂ）　（Ｄ中心ｃｎと溶接部（２ｂ）は一致するが
、第４図（ｂ）のように、ビードカット部（３ｂ）の中
心に溶接部（２ｂ）が存在しない場合には、同様の調節
を行っても２つのホトセンサエレメント（２０ａ）、　
（２０ｂ）の中心０２と溶接部（２ｂ）は一致しない。

ところで、第４図（ａ）、第４図（ｂｌから明らかなよ
うに、ビードカット部（５ｂ）の中心に溶接部（２ｂ）
が存在しない場合の赤外線センサエレメントの中心ｔＪ
ｅとホトセンサエレメントの中心Ｑ２の位置ずれの方向
が溶接部（２ｂ）に対して逆方向である。本発明はこの
点に着目し、２素子赤外線七ンサαυと２素子ホトセン
サ（９）の両方の信号を用いることで、それぞれ単独に
用いた場合に生じる誤差を補正し。

ビードカット部（気）の中心に溶接部（２ａ）が存在し
ない場合においても、精度よく溶接部（２ａ）を検出で
きるようにするものである。第５図に本発明による溶接
部（２ａ）検出のための信号処理系のブロックダイアグ
ラムを示す。第５図においテ、（２３ａ）。

（２３ｂ）はそれぞれ赤外線センサニレメン）　（１６
ａ）。

（１６ｔ＋）用の前置アンプ、（２４ａ）、　（２４ｂ
）はそれぞれホトセンサエレメント（２０＆）、　（２
０ｂ）用の前置アンプ、（２５ａ）、　（２５ｂ）は減
算器、（２６ａ）、　（２６１））はアンプ、（２７ａ
）、　（２７ｂ）はアッテネータ、弼は加算器である。

この信号処理系の動作を簡単に説明すると。

１．２素子赤外線センサａυ表面の赤外線強度分布ａυ
は赤外線センサエレメント（１６ａ）、（１６ｂ）によ
ってサンプリングされ、前置アンプ（２＋ａ）。

（２３１））を通して減算器（２５ａ）に入力される。

減算器（２５ａ）の出力はアンプ（２６ａ）によって適
当に増幅され、アッテネータ（２７ａ）を通して加算器
（ハ）に入力される。一方、２素子ホトセンサ（９）表
面の反射光強度分布α値はホトセンサエレメント（２０
ａ）、　（２０ｂ）によってサンプリングされ、前置ア
ンプ（２４ａ）、　（２４ｂ）を通して減算器（２５ｔ
＋）に入力される。減算器（２５に＋）の出力はアンプ
（２６ｂ）によって適当に増幅され、アッテネータ（２
７ｂ）を通して加算器（ハ）に入力される。

２　アッテネータ（２７ａ）、　（２７ｂ）は、第２図
に示した２素子赤外線センサａυ、２素子赤外線センサ
用レンズ系（１３，２素子ホトセ／すｔ’ｌｌ、２素子
ホトセンサ用レンズ系０１．照明装置（８１を同時に被
検材（１ａ）表面に平行でかつ溶接部（２ａ）に垂直方
向に移動した時に、その移動距離に対する加算器（２）
の２つの入力信号の変化量が等しくなるように調節する
。第６図は、このように調節した場合における移動距離
に対する加算器（ハ）の２つの入力信号と加算器（至）
の出力信号の変化の様子を示した図である。

第６図において、　ＣＡＬ　０１はそれぞれ加算器シ榎
の２つの入力信号、ＯＩ）は加算器（２）の出力信号で
ある。

又第６図中に示した座標軸の横軸は、溶接部（２ａ）を
原点とした時の原点からの移動距離で、縦軸は加算器□
□□の２つの入力信号（至）、山と加算器弼の出力信号
Ｇυの電圧である。加算器（２）の２つの入力信号（２
）、０１は、アッテネータ（２７ａ）、　（２７ｂ）の
出力としてどちらの場合もあシ得るが、第４図（ａ）、
第４図（ｂｌに示すように、それらの出力が零になる移
動距離、即ち、２つの赤外線センサニレメン）　（１６
ａ）（１６ｂ）の出力電圧が等しくなる移動距離と、２
つのホトセンサエレメント（２０ａ）、　（２０ｂ）の
出力電圧が等しくなる移動距離とは溶接部（２ａ）に対
して逆方向でおる。したがって、加算器（ハ）の出力信
号Ｇυの移動距離に対する特性は第６図に示すように溶
接音［１（２ａ）で零クロスするようにすることができ
るのである。

なお９以上は連続鋳造の溶接鋼管における溶接部検出の
場合について説明したが、この発明はこれに限らず、溶
接後ビードカットを施した被検材であるならばすべてに
適用することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、溶接部がビードカッ
ト部の中央に存在しない被検材においても、あるいは溶
接部とビードカット部の位置が変動するような被検材に
おいても精度よく溶接部を検出することのできる溶接部
検出装置を実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶接部検出装置の動作原理を説明する図
、第２図は本発明の一実施例を示した図。 第３図（ａ）、第４図［ａｌは２素子赤外線センサθυ
表面に投影される赤外線強度分布の例を示した図、第３
図（ｂ）、第４図（ｂｌは２素子ホトセンサ田）表面に
投影される反射光の強度分布の例を示した図、第５図は
本発明による溶接部（２ａ）検出のための信号処理系の
ブロックダイアグラム、第６図は、第５図の信号処理系
のブロックダイアグラムの動作を説明するための図であ
る。図中、（１ａ）は被検材。 （１ｂ）は投影された被検材、　（２ａ）は溶接部、　
（２ｂ）は投影された溶接部、　（３ａ）はビードカッ
ト部、　（５ｂ’）は投影されたビードカット部、（４
）は送信用コイル。 （５ａ）、　（５ｂ）は受信用コイル、（６ａ）、　（
６ｂ）は磁界。 （７１は制御回路、（８Ｉは照明装置Ｍ、、　（９１は
２素子ホトセンサ、α〔はレンズ系、　Ｑｌｌは２素子
赤外線センサ。 ａ々はレンズ系、０：ｌはチョッパ、０４はモータ、α
りは赤外線強度分布、（１６ａ）、　（１（Ｓｂ）は赤
外線センサエレメント、（１７ａ）、　（１７ｂ）は赤
外線強度、α騰は２素子赤外線センサの中心、Ｑｌは反
射光の強度分布。 （２０ａ）、　（２０ｂ）はホトセンサエレメント、（
２１ａ）。 （２１ｂ）は反射光強度、　Ｃ＋Ｚは２素子ホトセンサ
の中心、（２５ａ）、　（２３ｂ）は前置アンプ、（２
４ａ）、　（２４ｂ）装置アンプ、（２ｓａ）、　（２
ｓｂ）は減算器、（２６ａ）、　（２６ｂ）はアンプ、
（２７ｅＬ）、　（２７ｂ）はアッテネータ、弼は加算
器、（２）、（至）はそれぞれ加算器の入力信号、Ｇυ
は加算器の出力信号である。 なお１図中、同一あるいは相当部分には同一符号を付し
て示しである。 代理人　大　岩　増　雄 第１図 第　２　図 第３図 （α） Ｃｂ） −２２ 第４図 （α） ｃｂ） 第５閃 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 連続鋳造の溶接鋼管等の溶接部を非破壊的に検出する溶
   接部検出装置において、前記溶接部付近を照明する機構
   と、前記溶接部からの反射光を検出する２素子ホトセン
   サと、前記２素子ホトセンサ表面に前記溶接部付近の像
   を結像するように配置したレンズ系と、２素子赤外線セ
   ンサと、前記２素子赤外線センサ表面に前記２素子ホト
   センサ表面に結像した領域の溶接部付近の像を結像する
   ように配置したレンズ系とを有し、前記２素子ホトセン
   サの出力の差と前記２素子赤外線センサの出力の差を加
   算し、しかる後、前記加算出力が零になる点を検出する
   ことによって、前記溶接部を検出することを特徴とする
   溶接部検出装置。