(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ビード切削部を含む測定領域を照明器で照明しつつカメラで撮影し、その撮影画像を画像処理して溶接ビード切削幅を測定する溶接ビード切削幅測定方法において、照明光をエリア光とし、該エリア光を測定領域がビード長手方向で相異なる二以上の輝度部に分かれるように照射し、前記画像処理では、ビード長手方向での輝度変化の最大値のビード幅方向分布から、前記溶接ビード切削幅を求めることを特徴とする溶接ビード切削幅測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ビード切削幅測定方法に関し、特に電縫鋼管の外面ビード切削後の溶接ビードの切削幅の測定性能を効果的に向上させる、溶接ビード切削幅測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電縫管の溶接ビード切削後の形状を計測する際にスリット光とＩＴＶカメラによる光切断方法を持って鋼管ビード切削部の映像を捕らえる溶接ビード切削形状計測方法においてその断面形状映像を細線化処理し断面形状を算出しその断面形状の輝度により切削部と非切削部である母材とを区別し、その区別した切削部中央値と切削部右端の値と切削部左端の値とを求め、この三つの計測値をもとに左右計測値と母材中央値とをもって切削深さ量を算出し左右計測値をもって切削傾き量を算出することでビード切削形状を精度良く測定できることを特徴とする電縫管溶接ビード切削形状計測方法が記載されている。
【０００３】
特許文献１の方法はスリット光による撮影画像を用いるものであるが、溶接ビード切削幅のみが測定対象であるときは、スリット（線）光ではなくエリア（面）光による撮影画像が用いられる場合もある。いずれにしても、その原理は、測定したい外面ビード切削部周辺に照明装置で光を照射し、該照射した部位をカメラで撮影し、該撮影した画像をもとに、切削部と非切削部とで光の反射率に差があることを利用して、受光レベル（輝度）の差によって切削部の境界を検出するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６１８３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電縫鋼管の電縫溶接部の探傷性能は、溶接ビード切削幅の測定精度に大きく影響され、この測定精度が悪いと電縫溶接部の探傷性能の向上は望めない。ビード切削幅測定にあたり、スリット光、エリア光のいずれの撮影画像を用いる場合でも、輝度による切削部の境界検出を行うが、その際、溶接ビード切削部の表面性状は、管素材板幅の変動、切削部の境界近傍の性状、水乗り等の環境条件、管円周方向の捩れ等々の外乱によって変化するため、切削部の撮影画像が不明瞭なものとなる場合が少なからずある。そのため信号処理として測定値の移動平均、異常データの排除など多くの演算処理が必要となっている。しかし、演算により平均化処理することで、溶接ビード切削幅の細かな変動を正確に測定することが困難であり、そのため電縫溶接部の探傷性能向上には限界があるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者は上記課題を解決するために鋭意検討し、その結果、溶接ビード切削幅の測定の信頼性を向上させうる撮影画像データ処理方法を見出し、本発明をなした。
すなわち本発明は、溶接ビード切削部を含む測定領域を照明器で照明しつつカメラで撮影し、その撮影画像を画像処理して溶接ビード切削幅を測定する溶接ビード切削幅測定方法において、照明光をエリア光とし、該エリア光を測定領域がビード長手方向で相異なる二以上の輝度部に分かれるように照射し、前記画像処理では、ビード長手方向での輝度変化の最大値のビード幅方向分布から、前記溶接ビード切削幅を求めることを特徴とする溶接ビード切削幅測定方法である。    
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、エリア光を測定領域がビード長手方向で相異なる二以上の輝度部に分かれるように照射し、前記画像処理では、ビード長手方向での輝度変化が最大値のビード幅方向分布から溶接ビード切削幅を求めるようにしたので、ビード長手方向の隣接二輝度部の境界に外乱によらず安定したコントラストを呈するビード切削部と、ビード長手方向の隣接二輝度部の境界のコントラストが明確でない非切削部とについて、それらの位置の同定が可能となり溶接ビード切削幅の測定信頼性が向上する。従って、本発明を電縫鋼管の電縫溶接部に適用した場合、電縫溶接部の探傷性能の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態についての説明図である。
【図２】長手方向の輝度分布を示すグラフであり、（ａ）はビード切削部、（ｂ）は非切削部の例である。
【図３】輝度変化の長手方向分布を示すグラフであり、（ａ）はビード切削部、（ｂ）は非切削部の例である。
【図４】長手方向の輝度変化の最大値の、ビード幅方向の分布を示すグラフである。
【図５】本発明に用いたビード幅測定装置を示す模式図であり、（ａ）は側面断面模式図、（ｂ）は正面断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、溶接ビード切削部を含む測定領域を照明器で照明しつつカメラで撮影し、その撮影画像を画像処理して溶接ビード切削幅を測定するという点では、従来技術と同様である。尚、従来技術との重複範囲において、溶接ビード切削部（略してビード切削部）はビード長手方向に移動しつつ測定され、且つ画像処理では、撮影画像からビード幅方向の輝度分布を導出し、その分布内での輝度変化の大きさが第１位と第２位である二つのビード幅方向位置を検出して該二位置間がビード幅であると同定し、該二位置間の距離を算出してビード幅の値とする。
【００１０】
本発明では、照明光としてエリア光を用いる。エリア光は、相直交する二方向に広がるのでビード幅方向とビード長手方向との両方向に広がりを持つ測定領域を対象とする本発明に使えるが、スリット光では一方向にしか広がらないので本発明には使えない。
そして本発明では、エリア光を測定領域がビード長手方向で相異なる二以上の輝度部に分かれるように照射する。このようにしてビード長手方向に相異なる二以上の輝度部を現出させると、相異なる２つの輝度部の境界における輝度変化は、ビード切削部では安定したコントラストとして発現し、ビード切削部の幅方向両端の外側では、この境界における輝度変化がビード切削部に比較して明確とならないことを見出した。すなわち、上記隣接二輝度部間の境界はビード幅方向に延在し、該境界のビード幅方向両端の内側（ビード切削幅に対応させる部分）は外側（非切削部）に比べてコントラストが外乱の影響を受けにくく安定しているのである。
【００１１】
そこで、本発明では、画像処理の際、ビード長手方向での輝度変化の最大値のビード幅方向分布からビード切削幅を求めるようにした。ビード長手方向での輝度変化を測定していくと、ビード切削部では二輝度領域の境界におけるコントラストが明瞭となるため、この二輝度領域の境界においてビード長手方向での輝度変化が最大値を示す。一方、非切削部では、外乱の影響を強く受け、二輝度領域の境界においてもコントラストが明瞭とはならないため、ビード長手方向での輝度変化がこの境界で最大値を示さないこともある。そして、非切削部におけるビード長手方向での輝度変化の最大値は、ビード切削部の輝度変化の最大値に比べて必ず低い値を示す。したがって、ビード長手方向での輝度変化の最大値のビード幅方向分布を求めることで、ビード切削部がいずれの位置であるかを正確に判断することができ、よって、正確なビード切削幅を求めることができる。
【００１２】
尚、測定領域を二以上の輝度部に分ける方法としては、フィルタ面内の一方向の二以上の部分で透過率を相異させたフィルタに照明光を通す方法や、反射板を用いて照明光の一部を反射させて、直射光のみの入射域（低輝度）、直射光と乱反射光との重畳入射域（中輝度）、直射光と正反射光との重畳入射域（高輝度）を形成する方法などが挙げられる。
図１は、本発明の実施形態についての説明図である。これは、ビード長手方向に移動中の電縫鋼管を対象として、溶接ビード切削部（略してビード切削部）のビード幅測定に本発明を適用した例である。
【００１３】
この例では、図１の撮像画像に示すように、ビード長手方向１３に移動１２中の電縫鋼管１０のビード切削部１１を含む測定領域に、該測定領域がビード長手方向１３で相異なる三輝度部に分かれるように、エリア光を照射した。すなわち、照明光の照射光量を異ならせて３輝度部（図中のＡ部（照射光量：大）、Ｂ部（照射光量：中）、Ｃ部（照射光量:小））が得られるようにしている。この場合、画像処理によって検出されたビード長手方向１３での輝度変化が最大となる位置は、Ａ部とＢ部の境界であった。
【００１４】
得られた画像の画像処理は、Ａ部とＢ部の境界を含む領域Ｄについて行なう。そして、得られた画像を画像処理する際に、ビード幅方向に所定の間隔をあけて、長手方向輝度変化測定位置２０（以下、単に輝度変化測定位置２０という）を配列させて設定し、それぞれの輝度変化測定位置２０について、ビード長手方向１３の輝度変化の最大値を求める。図２（ａ）は、溶接ビード切削部である２０ａ位置における長手方向輝度分布を示すグラフであり、図２（ｂ）は非切削部である２０ｂ位置における長手方向輝度分布を示すグラフである。図２に示した２０ａおよび２０ｂ位置における長手方向輝度分布から、それぞれの位置２０ａ、２０ｂにおける輝度変化の長手方向分布は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すグラフのようになる。図３（ａ）に示すように、溶接ビード切削部では、輝度の異なる二領域の境界において輝度変化は大きい値を示す。そして、ビード切削部においては、輝度領域Ａ部とＢ部の境界において輝度変化の最大値が出現している。一方、非切削部では、図３（ｂ）に示すように、輝度領域の境界において明瞭な輝度変化は生じず、また輝度変化の最大値はビード切削部に比べても小さい。
【００１５】
図４は、長手方向の輝度変化の最大値を、設定した各輝度変化測定位置２０それぞれについて求め、この最大値をビード幅方向の分布としてグラフ化したものである。このグラフからもわかるように、ビード切削部に相当する領域において、輝度変化の最大値が大きい値を示す。したがって、この図４に示すように、ビード長手方向の輝度変化の最大値のビード幅方向分布が出せるので、これからビード切削幅を求めることが可能となる。図４におけるｘ１の位置が図１におけるビード切削部左側端部３０に相当し、図４におけるｘ２の位置が図１におけるビード切削部右側端部３１に相当する。ビード切削幅を求めるにあたっては、具体的には、ビード切削部に対応する部分は、非切削部に対応する部分に比較して、ビード長手方向の輝度変化の最大値が大きくなるので、ビード切削部に対応する部分と非切削部に対応する部分と区別するための閾値を設けておき、この閾値よりも輝度変化の最大値が大きい（あるいは閾値以上である）幅方向位置をビード切削部とし、このビード切削部の幅を演算することにより、ビード切削幅を求めることができる。
【００１６】
以上の説明において、長手方向輝度変化測定位置２０はビード幅方向に所定の間隔をあけてビード幅方向に配列させるが、この間隔があまりに広いと、ビード切削部と非切削部との境界位置の特定精度が悪くなり、結果としてビード切削幅の測定精度も悪くなる。また、この間隔が狭すぎるとデータ処理の時間がかかる。したがって、この間隔はデータ処理能力とビード切削幅の測定精度とを勘案して適宜設定しておく。
【００１７】
なお、画像処理における信号処理乃至演算機能の詳細は、通常の技術の範囲内の事項で
あるので、詳しい説明は省略する。
【実施例】
【００１８】
電縫鋼管の溶接ビード切削幅測定に本発明を適用し、従来と比較した。
なお、本発明例においては、照射光（エリア光）による測定領域が、ビード長さ方向で三輝度領域となるように、反射板を用いて直射光と正反射光との重畳入射域Ａ部（高輝度領域）、直射光と乱反射光との重畳入射域Ｂ部（中輝度領域）、直射光のみの入射域Ｃ部（低輝度領域）を形成させた。図５は、本発明例で用いたビード幅測定装置を示す模式図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は正面断面図を示す。このビード幅測定装置は、電縫鋼管１０のビード切削部１１を含む測定領域にエリア光を照射する照明器１を１つの筐体２に内蔵し、筐体２の光射出口部２Ａに、照明器１から発した光の一部を反射させて該反射した中の正反射光を測定領域のビード移動方向１２の三輝度領域の一端側の一部であるＡ部に入射させ、前記反射した中の乱反射光を三輝度領域の中央側の一部であるＢ部に入射させ、前記三輝度領域の他端側の一部であるC部には前記正反射光及び乱反射光を入射させない反射面４Ａを有するフード４を配設したものである。そして、筐体２には、測定領域を撮影するカメラ３が内蔵されており、このカメラ３からの撮影画像データを、図示しない画像処理装置に伝送するようにしてある。画像処理装置では、伝送された撮影画像データから、直射光と正反射光との重畳入射域Ａ部と、直射光と乱反射光との重畳入射域Ｂ部（中輝度領域）との境界を含む領域を画像処理領域として設定し（図１中の領域D）、上述した方法に従ってビード長手方向での輝度変化の最大値のビード幅方向分布からビード切削幅を求めた。
【００１９】
また、従来例としては、図５の本発明例で用いたビード幅測定装置に対して、フード４が設置されていないビード幅測定装置を用いて、測定領域を直射光のみの入射域のみ（一輝度領域）とし、この一輝度領域の撮影画像を用いて、ビード切削部を含む領域についてビード幅方向の輝度分布を求め、この輝度分布からビード切削部の位置を同定することで、ビード切削幅を求めた。
【００２０】
その結果、従来では約２０分間の連続測定において、測定値の半数近くが異常と判定され、実際はそんなに異常値が多いはずはないので、測定の信頼性が不十分であった。尚、この測定異常の検出方法は、過去に蓄積された目視測定による実績データの範囲外に測定値が入ったことをもって測定異常であると判定する方法である。これに対し、本発明例では、約２０分間の連続測定において、測定異常が９５％以上排除（測定値全数の５％未満まで低減）でき、測定の信頼性が向上した。
【符号の説明】
【００２１】
１  照明器
２  筐体
３  カメラ
４  フード
４Ａ  反射面
１０  電縫鋼管
１１  ビード切削部（溶接ビード切削部）
１２  移動
１３  ビード長手方向
２０  長手方向輝度変化測定位置
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005516443.tif 000005
【図１】
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