(57)【要約】      （修正有）【課題】高速なデータ処理装置や複雑な機構を必要とせずに、溶接鋼管の突合わせ部の段差を精度よく検出できる溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法の提供。【解決手段】溶接鋼管の突合わせ部１２に非接触手段を走査させて２次元平面に展開された突合わせ部１２を含む特定検出範囲の形状座標データＬを得て、形状座標データＬに対し、上記特定検出範囲の始点Ａと終点Ｄ、始点Ａと突合わせ部１２との間に位置する第１選択点Ｂ、及び、突合わせ部１２と終点Ｄとの間に位置する第２選択点Ｃの座標を選出し、始点Ａ，終点Ｄ及び第１選択点Ｂを含む第１近似円α１と、始点Ａ，終点Ｄ及び第２選択点Ｃを含む第２近似円α２とを算出し、得られた第１近似円α１と第２近似円α２との偏差を突合わせ部１２の形状を表現する指標として用いる形状検出方法。【選択図】図５
2018099709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接鋼管(１０)の溶接された突合わせ部(１２)の形状を、非接触手段(１４)を走査することにより得た形状座標データ(Ｌ)であって２次元平面に展開された上記突合わせ部(１２)を含む特定検出範囲の形状座標データ(Ｌ)に基づいて検出する溶接鋼管(１０)の突合わせ部(１２)における形状検出方法であって、
上記形状座標データ(Ｌ)に対し、上記特定検出範囲の始点(Ａ)と終点(Ｄ)、上記始点(Ａ)と上記突合わせ部(１２)との間に位置する第１選択点(Ｂ)、及び、上記突合わせ部(１２)と上記終点(Ｄ)との間に位置する第２選択点(Ｃ)の座標を選出し、
上記の始点(Ａ)，終点(Ｄ)および第１選択点(Ｂ)を含む第１近似円(α１)と、上記の始点(Ａ)，終点(Ｄ)および第２選択点(Ｃ)を含む第２近似円(α２)とを算出し、
得られた第１近似円(α１)及び第２近似円(α２)を平均化した仮想円(Ｖ)を算出すると共に、上記特定検出範囲内における上記仮想円(Ｖ)と上記第１近似円(α１)又は第２近似円(α２)との間に形成される溶接鋼管(１０)の板厚方向の最大偏差を差分値(Ｔ１)として算出し、その差分値(Ｔ１)を突合わせ部(１２)の形状を表現する指標として用いる、ことを特徴とする溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法。
【請求項２】
溶接鋼管(１０)の溶接された突合わせ部(１２)の形状を、非接触手段(１４)を走査することにより得た形状座標データ(Ｌ)であって２次元平面に展開された上記突合わせ部(１２)を含む特定検出範囲の形状座標データ(Ｌ)に基づいて検出する溶接鋼管(１０)の突合わせ部(１２)における形状検出方法であって、
上記形状座標データ(Ｌ)に対し、上記特定検出範囲の始点(Ａ)と終点(Ｄ)、上記始点(Ａ)と上記突合わせ部(１２)との間に位置する第１選択点(Ｂ)、及び、上記突合わせ部(１２)と上記終点(Ｄ)との間に位置する第２選択点(Ｃ)の座標を選出し、
上記の始点(Ａ)，終点(Ｄ)および第１選択点(Ｂ)を含む第１近似円(α１)と、上記の始点(Ａ)，終点(Ｄ)および第２選択点(Ｃ)を含む第２近似円(α２)とを算出し、
得られた上記第１近似円(α１)の中心(Ｏ１)と上記第２近似円(α２)の中心(Ｏ２)との間の距離(Ｔ２)を求め、その距離(Ｔ２)を突合わせ部(１２)の形状を表現する指標として用いる、ことを特徴とする溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法において、
前記第１近似円(α１)の中心(Ｏ１)と前記第２近似円（α２）の中心(Ｏ２)との間の距離（Ｔ２）に代えて、上記第１近似円(α１)の中心(Ｏ１)と上記第２近似円(α２)の中心(Ｏ２)とのＸ軸方向の差分の距離(Ｔ３)及びＺ軸方向の差分の距離(Ｔ４)を突合わせ部(１２)の形状を表現する指標として用いる、ことを特徴とする溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法。
【請求項４】
請求項１に記載の溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法を用いた溶接鋼管の品質管理方法であって、
前記差分値(Ｔ１)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(１０)の突合わせ部(１２)の形状の良否を判定する、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理方法。
【請求項５】
請求項２に記載の溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法を用いた溶接鋼管の品質管理方法であって、
前記第１近似円(α１)の中心(Ｏ１)と前記第２近似円(α２)の中心(Ｏ２)との間の距離(Ｔ２)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(１０)の突合わせ部(１２)の形状の良否を判定する、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理方法。
【請求項６】
請求項３に記載の溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法を用いた溶接鋼管の品質管理方法であって、
前記第１近似円(α１)の中心(Ｏ１)と前記第２近似円(α２)の中心(Ｏ２)とのＸ軸方向の差分の距離（Ｔ３)及びＺ軸方向の差分の距離(Ｔ４)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(１０)の突合わせ部(１２)の形状の良否を判定する、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理方法。
【請求項７】
溶接鋼管(１０)の溶接された突合わせ部(１２)を含む特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査する投光装置(１４ａ)、及び、上記投光装置(１４ａ)から上記特定検出範囲に向けて照射された光の反射光が入力され、その反射光に基づいて上記突合わせ部(１２)の位置や形状の変化が反映された形状座標データ(Ｌ)を出力するデータ出力装置(１４ｂ)を有する非接触手段(１４)と、
上記非接触手段(１４)により得られた形状座標データ(Ｌ)に対し、上記特定検出範囲の始点(Ａ)と終点(Ｄ)、上記始点(Ａ)と上記突合わせ部(１２)との間に位置する第１選択点(Ｂ)、及び、上記突合わせ部(１２)と上記終点(Ｄ)との間に位置する第２選択点(Ｃ)の座標を選出し、上記の始点(Ａ)，終点(Ｄ)および第１選択点(Ｂ)を含む第１近似円(α１)と、上記の始点(Ａ)，終点(Ｄ)および第２選択点(Ｃ)を含む第２近似円(α２)とを算出し、且つ、上記第１近似円(α１)及び第２近似円(α２)を平均化した仮想円(Ｖ)を算出し、上記仮想円(Ｖ)と上記第１近似円(α１)又は第２近似円(α２)との溶接鋼管(１０)の板厚方向の最大偏差である差分値(Ｔ１)を求める近似円演算・処理部(１６ｂ)、及び、上記の近似円演算・処理部(１６ｂ)で得られた差分値(Ｔ１)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(１０)の突合わせ部(１２)の形状の良否を判定する判定処理部(１６ｃ)を有する演算処理装置(１６)とを備える、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理装置。
【請求項８】
溶接鋼管(１０)の溶接された突合わせ部(１２)を含む特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査する投光装置(１４ａ)、及び、上記投光装置(１４ａ)から上記特定検出範囲に向けて照射された光の反射光が入力され、その反射光に基づいて上記突合わせ部(１２)の位置や形状の変化が反映された形状座標データ(Ｌ)を出力するデータ出力装置(１４ｂ)を有する非接触手段(１４)と、
上記非接触手段(１４)により得られた形状座標データ(Ｌ)に対し、上記特定検出範囲の始点(Ａ)と終点(Ｄ)、上記始点(Ａ)と上記突合わせ部(１２)との間に位置する第１選択点(Ｂ)、及び、上記突合わせ部(１２)と上記終点(Ｄ)との間に位置する第２選択点(Ｃ)の座標を選出し、上記の始点(Ａ)，終点(Ｄ)および第１選択点(Ｂ)を含む第１近似円(α１)と、上記の始点(Ａ)，終点(Ｄ)および第２選択点(Ｃ)を含む第２近似円(α２)とを算出し、且つ、上記第１近似円(α１)の中心(Ｏ１)と上記第２近似円(α２)の中心(Ｏ２)との間の距離(Ｔ２)を求める近似円演算・処理部(１６ｂ)、及び、上記の近似円演算・処理部(１６ｂ)で得られた距離(Ｔ２)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(１０)の突合わせ部(１２)の形状の良否を判定する判定処理部(１６ｃ)を有する演算処理装置(１６)とを備える、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理装置。
【請求項９】
請求項８に記載の溶接鋼管の品質管理装置において、
前記近似円演算・処理部（１６ｂ）は、前記第１近似円(α１)の中心(Ｏ１)と前記第２近似円（α２）の中心(Ｏ２)との間の距離（Ｔ２）に代えて、上記第１近似円(α１)の中心(Ｏ１)と上記第２近似円(α２)の中心(Ｏ２)とのＸ軸方向の差分の距離（Ｔ３）及びＺ軸方向の差分の距離（Ｔ４）を求め、
前記判定処理部(１６ｃ)は、上記の近似円演算・処理部(１６ｂ)で得られた上記第１近似円(α１)の中心(Ｏ１)と上記第２近似円(α２)の中心(Ｏ２)とのＸ軸方向の差分の距離(Ｔ３)及びＺ軸方向の差分の距離(Ｔ４)を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管(１０)の突合わせ部(１２)の形状の良否を判定する、ことを特徴とする溶接鋼管の品質管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法と、それを用いた溶接鋼管の品質管理方法及びその装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接鋼管は、鋼帯をロール成形によりオープンパイプの形状にした後、互いに突合わせたエッジ部同士を溶接することによって製造される。この溶接の際に、エッジ部同士を突合わせた「突合わせ部」が正確に突合わされていないと、溶接された突合わせ部に段差が残ってしまい、その段差が或る一定の水準以上であれば不良品と判定される。例えば、突合わせ部の段差が鋼管の直径の０．５％以上であると、不良品と判定される。
【０００３】
従来より、このような段差を検出する方法として、非接触式の光学センサーなどを用いて鋼管表面のプロファイルを測定し、そのプロファイルデータを処理することによって突合わせ部の段差を検出する方法が行なわれている。しかしながら、かかる方法では、プロファイルデータを処理する場合において、突合わせ部の段差の形状は母材の滑らかな円弧形状からかなり急激な勾配の変化があるものと期待して処理方法が設定されるが、近年の鋼管製造技術の進歩により、突合わせ部の段差の形状は、プロファイルとしても滑らかに変化しており、他の母材部分に比較して特段の勾配の急変が認められないものも存在するようになって来ている。つまり、突合わせ部に段差が有ったとしても、従来の方法ではそれが認識されず、不良品を不良品と判定できなくなる事態が生じるようになって来た。
【０００４】
そこで、そのような問題を解消し得る技術として、例えば下記の特許文献１では、鋼管を周方向に回転させながら当該鋼管表面に扇状光を照射または光点を鋼管表面上で走査し、鋼管表面に照射された扇状光の帯状光線または走査される光点を画像信号として検出し、検出された画像信号のノイズ除去処理，欠落部分の修復，傾き修正の画像処理を行った後、該画像処理データと該データに予め検出した当該鋼管外周円の円弧を当てはめて得られた円弧データとの差分を求め、該差分データが予め設定したビード検出用閾値を超えた場合に溶接ビードに相当する凸部有りと判断するとともに、さらに前記閾値を超えた範囲の幅を計算し、この幅が予め設定した許容範囲を含むビード幅に合致する場合に該凸部を溶接ビードと判断し、その凸部の位置を溶接ビード位置(＝突合わせ部)として算出する方法(いわゆるリファレンスマッチング方式)が開示されている。
かかる方法によれば、光切断法を利用して得られた画像データをそのまま使用するのではなく、この画像データに対してノイズ除去や欠落部分の修復等の画像データの前処理を行って正確な画像に修正し、この画像に基づいて円弧当てはめ手法により段差の有無を判断する方法であるから、突合わせ部の段差が滑らかなプロファイルを描くような場合においても、精度よく段差検出が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０４６５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の従来技術には、次のような問題があった。
すなわち、上記特許文献１にて開示されているリファレンスマッチング方式では、予め検出した鋼管表面の円弧データなどをリファレンスデータとして保管して置かなければならず、また、鋼管表面に所定の光を照射して得た画像信号に対して、ノイズ除去処理，欠落部分の修復，傾き修正と言った画像処理を行った後、該画像処理を行って生成された大容量のデータと上記リファレンスデータとの差分を求める必要が有るため、高速なデータ処理装置や複雑な機構が必要となる。
【０００７】
それゆえに、本発明の主たる目的は、高速なデータ処理装置や複雑な機構を必要とせず、溶接鋼管の突合わせ部の段差が滑らかなプロファイルを描くような場合であっても精度よくその段差を検出することができる溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法を提供することにある。また、本発明の更なる目的は、そのような形状検出方法を用い、突合わせ部に品質基準を超える段差が生じた不良品を確実に見つけ出すことができる溶接鋼管の品質管理方法とその装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明における第１の発明は、例えば、図１から図５に示すように、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状検出方法を次のように構成した。
溶接鋼管１０の溶接された突合わせ部１２の形状を、非接触手段１４を走査することにより得た形状座標データＬであって２次元平面に展開された上記突合わせ部１２を含む特定検出範囲の形状座標データＬに基づいて検出する。
上記形状座標データＬに対し、上記特定検出範囲の始点Ａと終点Ｄ、上記始点Ａと上記突合わせ部１２との間に位置する第１選択点Ｂ、及び、上記突合わせ部１２と上記終点Ｄとの間に位置する第２選択点Ｃの座標を選出する。
上記の始点Ａ，終点Ｄおよび第１選択点Ｂを含む第１近似円α１と、上記の始点Ａ，終点Ｄおよび第２選択点Ｃを含む第２近似円α２とを算出する。
得られた第１近似円α１及び第２近似円α２を平均化した仮想円Ｖを算出すると共に、上記特定検出範囲内における上記仮想円Ｖと上記第１近似円α１又は第２近似円α２との間に形成される溶接鋼管１０の板厚方向の最大偏差を差分値Ｔ１として算出し、その差分値Ｔ１を突合わせ部１２の形状を表現する指標として用いる。
【０００９】
本発明における第２の発明は、例えば、図１から図５に示すように、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状検出方法を次のように構成した。
溶接鋼管１０の溶接された突合わせ部１２の形状を、非接触手段１４を走査することにより得た形状座標データＬであって２次元平面に展開された上記突合わせ部１２を含む特定検出範囲の形状座標データＬに基づいて検出する。
上記形状座標データＬに対し、上記特定検出範囲の始点Ａと終点Ｄ、上記始点Ａと上記突合わせ部１２との間に位置する第１選択点Ｂ、及び、上記突合わせ部１２と上記終点Ｄとの間に位置する第２選択点Ｃの座標を選出する。
上記の始点Ａ，終点Ｄおよび第１選択点Ｂを含む第１近似円α１と、上記の始点Ａ，終点Ｄおよび第２選択点Ｃを含む第２近似円α２とを算出する。
得られた上記第１近似円α１の中心Ｏ１と上記第２近似円α２の中心Ｏ２との間の距離Ｔ２を求め、その距離Ｔ２を突合わせ部１２の形状を表現する指標として用いる。
【００１０】
なお、上記の第２の発明は、次の構成を含む。
すなわち、上記第１近似円α１の中心Ｏ１と上記第２近似円α２の中心Ｏ２との間の距離Ｔ２に代えて、上記第１近似円α１の中心Ｏ１と上記第２近似円α２の中心Ｏ２とのＸ軸方向の差分の距離Ｔ３及びＺ軸方向の差分の距離Ｔ４を突合わせ部１２の形状を表現する指標として用いる。
【００１１】
上記の第１及び第２の発明は、例えば、次の作用を奏する。
特定検出範囲内における形状座標データＬを、突合わせ部１２を境に２つの象限に分割して各象限に対応する第１近似円α１及び第２近似円α２を算出する際に、それぞれ３つの座標点のみで演算処理が実行されるため、演算処理の高速化が可能となる。
加えて、突合わせ部１２の形状判定に必要なデータとして、上記の通り算出した第１近似円α１及び第２近似円α２の座標データを用い、従来のリファレンスマッチング方式のようにリファレンスデータを必要とせず、又、複雑な画像処理的な演算も行わないことから、高速なデータ処理装置や複雑な機構が不要である。
【００１２】
本発明における第３の発明は、上記第１の発明の溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状検出方法を用いた溶接鋼管１０の品質管理方法であって、「差分値Ｔ１を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状の良否を判定する」ことを特徴とする。
また、本発明における第４の発明は、上記第２の発明の溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状検出方法を用いた溶接鋼管１０の品質管理方法であって、「第１近似円α１の中心Ｏ１と第２近似円α２の中心Ｏ２との間の距離Ｔ２又は上記第１近似円α１の中心Ｏ１と上記第２近似円α２の中心Ｏ２とのＸ軸方向の差分の距離Ｔ３及びＺ軸方向の差分の距離Ｔ４を、所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状の良否を判定する」ことを特徴とする。
これらの発明では、突合わせ部１２の形状の良否を判断する際に、当該突合わせ部１２の段差角部に生じる変曲点を使用していないので、突合わせ部１２の段差が滑らかなプロファイルを描き、変曲点を認識し難いような場合であっても、突合わせ部１２の段差の程度を精度よく検出することができる。
【００１３】
本発明における第５の発明の「溶接鋼管の品質管理装置」は、上記第３の発明の方法を実施するための装置であって、例えば図１から図５に示すように、溶接鋼管１０の品質管理装置を次のように構成したものである。
溶接鋼管１０の溶接された突合わせ部１２を含む特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査する投光装置１４ａと、上記投光装置１４ａから上記特定検出範囲に向けて照射された光の反射光が入力され、その反射光に基づいて上記突合わせ部１２の位置や形状の変化が反映された形状座標データＬを出力するデータ出力装置１４ｂとからなる非接触手段１４を有する。
上記非接触手段１４により得られた形状座標データＬに対し、上記特定検出範囲の始点Ａと終点Ｄ、上記始点Ａと上記突合わせ部１２との間に位置する第１選択点Ｂ、及び、上記突合わせ部１２と上記終点Ｄとの間に位置する第２選択点Ｃの座標を選出し、上記の始点Ａ，終点Ｄおよび第１選択点Ｂを含む第１近似円α１と、上記の始点Ａ，終点Ｄおよび第２選択点Ｃを含む第２近似円α２とを算出し、且つ、上記第１近似円α１及び第２近似円α２を平均化した仮想円Ｖを算出し、上記仮想円Ｖと上記第１近似円α１又は第２近似円α２との溶接鋼管１０の板厚方向の最大偏差である差分値Ｔ１を求める近似円演算・処理部１６ｂ、及び、上記の近似円演算・処理部１６ｂで得られた差分値Ｔ１を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状の良否を判定する判定処理部１６ｃで演算処理装置１６が構成される。
【００１４】
本発明における第６の発明は、上記第４の発明の方法を実施するための装置であって、例えば図１から図５に示すように、溶接鋼管１０の品質管理装置を次のように構成したものである。
溶接鋼管１０の溶接された突合わせ部１２を含む特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査する投光装置１４ａと、上記投光装置１４ａから上記特定検出範囲に向けて照射された光の反射光が入力され、その反射光に基づいて上記突合わせ部１２の位置や形状の変化が反映された形状座標データＬを出力するデータ出力装置１４ｂとからなる非接触手段１４を有する。
上記非接触手段１４により得られた形状座標データＬに対し、上記特定検出範囲の始点Ａと終点Ｄ、上記始点Ａと上記突合わせ部１２との間に位置する第１選択点Ｂ、及び、上記突合わせ部１２と上記終点Ｄとの間に位置する第２選択点Ｃの座標を選出し、上記の始点Ａ，終点Ｄおよび第１選択点Ｂを含む第１近似円α１と、上記の始点Ａ，終点Ｄおよび第２選択点Ｃを含む第２近似円α２とを算出し、且つ、上記第１近似円α１の中心Ｏ１と上記第２近似円α２の中心Ｏ２との間の距離Ｔ２又は上記第１近似円α１の中心Ｏ１と上記第２近似円α２の中心Ｏ２とのＸ軸方向の差分の距離Ｔ３及びＺ軸方向の差分の距離Ｔ４を求める近似円演算・処理部１６ｂ、及び、上記の近似円演算・処理部１６ｂで得られた上記距離Ｔ２或いは上記距離Ｔ３及びＴ４を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状の良否を判定する判定処理部１６ｃで演算処理装置１６が構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高速なデータ処理装置や複雑な機構を必要とせず、溶接鋼管の突合わせ部の段差が滑らかなプロファイルを描くような場合であっても精度よくその段差を検出することができる溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法と、そのような形状検出方法を用い、突合わせ部に品質基準を超える段差が生じた不良品を確実に見つけ出すことができる溶接鋼管の品質管理方法及び装置とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る溶接鋼管の品質管理装置の装置構成例を示す概略図である。
【図２】本発明に係る溶接鋼管の品質管理装置における演算処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の溶接鋼管の品質管理方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法における近似円演算用座標設定アルゴリズムのイメージ図である。
【図５】本発明の溶接鋼管の突合わせ部の形状検出方法における突合わせ部の形状確認アルゴリズムでの形状検出イメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る溶接鋼管の品質管理装置の装置構成例を示す概略図である。この図が示すように、本発明の一実施形態の溶接鋼管の品質管理装置は、非接触手段１４と演算処理装置１６とを備える。
【００１８】
非接触手段１４は、溶接鋼管１０の溶接された突合わせ部１２の表面形状の座標データ（すなわち、形状座標データＬ)を得るための装置で、本実施形態では、投光装置１４ａとデータ出力装置１４ｂとで構成された非接触式変位計がこれに該当する。
【００１９】
投光装置１４ａは、溶接鋼管１０の溶接された突合わせ部１２を中心とした特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査する装置である。具体的には、レーザーやランプ等の発光素子が放射する光をシリンドリカルレンズ等で線状に収束されたスリット光源を用いたものや、照射位置で点状に収束するような光をミラー等で溶接鋼管１０の突合わせ部１２に略直交する方向（Ｘ軸方向）に走査するような走査点光源を用いたものなどを例示することができる。なお、Ｘ軸方向は溶接鋼管１０の突合わせ部１２に対して必ずしも正確に直交する必要はなく、略直交するもので差し支えないが、突合わせ部１２の段差をできるだけ滑らかでなく検出する観点から、できるだけ正確に直交するものであることが好ましい。
【００２０】
データ出力装置１４ｂは、投光装置１４ａから上記の特定検出範囲に向けて照射された光の反射光が入力され、その反射光に基づいて突合わせ部１２の位置や形状の変化が反映された形状座標データＬであって、突合わせ部１２を中心とする特定検出範囲の形状を２次元平面に展開した形状座標データＬを出力する装置である。具体的には、２Ｄエルノスターレンズ，ＣＭＯＳイメージセンサ及びマイクロプロセッサなどで構成され、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の表面で拡散反射した反射光をＣＭＯＳイメージセンサの受光素子上に結像させ、位置・形状の変化を検出し、その位置や形状の変化を表す形状座標データＬを生成する装置である。なお、このデータ出力装置１４ｂを含む非接触手段１４では、形状座標データＬの生成が溶接鋼管１０の長手方向(Ｙ軸方向)に対して連続的に行われる。
そして、このデータ出力装置１４ｂで生成された形状座標データＬは配線１５を介して演算処理装置１６に与えられる。
【００２１】
本発明に係る溶接鋼管の品質管理装置において、Ｚ軸方向は、図１に示したように、Ｘ軸とＹ軸のどちらに対しても直交する方向とする。このように決めたＺ軸方向は、図５に示したように溶接鋼管１０の突合わせ部１２の近傍においては、突合わせ部１２の段差の高さ方向に一致する。また、このように決めたＺ軸方向は、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の近傍においては、溶接鋼管１０の板厚方向に一致する。
【００２２】
演算処理装置１６は、コンピューター(図示せず)上に設けられ、命令を解読し演算を行う装置であり、図２に示すように、データバッファ部１６ａ，近似円演算・処理部１６ｂ，判定処理部１６ｃ，表示処理部１６ｄ及びイベント発生信号出力部１６ｅの各部が、Ｗｉｎｄｏｗｓ(登録商標) やＬｉｎｕｘ(登録商標)と言った汎用のオペレーティングシステム１６ｘ上に構成されている。
【００２３】
（データバッファ部１６ａ）
データバッファ部１６ａは、非接触手段１４から連続的に提供される溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状座標データＬを一時的に蓄えておく記憶装置である。
【００２４】
（近似円演算・処理部１６ｂ）
近似円演算・処理部１６ｂは、データバッファ部１６ａより提供される上記の形状座標データＬに対し、以下の演算を行うものである。
すなわち、特定検出範囲の中心となる突合わせ部１２を境界として形状座標データＬを左右の２象限に分割すると共に、その特定検出範囲の始点Ａと終点Ｄ、並びに分割した左右各象限それぞれにおける形状座標データＬ上の任意の第１選択点Ｂ及び第２選択点Ｃの座標を選出する。
続いて、上記の始点Ａ，終点Ｄおよび左象限中の第１選択点Ｂを含む第１近似円α１と、上記の始点Ａ，終点Ｄおよび右象限中の第２選択点Ｃを含む第２近似円α２とを算出する。このような近似円を算出する際には、図４に示すようなアルゴリズムが用いられる。すなわち、形状座標データＬから選んだ所定の３点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）について、線分Ｐ１・Ｐ２を二等分する垂線Ｌ１と線分Ｐ２・Ｐ３を二等分する垂線Ｌ２とを算出する。そして、垂線Ｌ１と垂線Ｌ２との交点を中心とし、点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通る円を求め、これを近似円とする。
これを本実施形態に当て嵌めると、始点Ａ、第１選択点Ｂ、終点Ｄの３点を用いて、図４のアルゴリズムを用いることにより、第１近似円α１を算出することができる。また、始点Ａ、第２選択点Ｃ、終点Ｄの３点を用いて図４のアルゴリズムを用いることにより、第２近似円α２を算出することができる。
また、第１近似円α１と第２近似円α２から、この２つの近似円を平均化した仮想円Ｖを算出する。この仮想円Ｖの算出は、例えば、第１近似円α１の中心Ｏ１と第２近似円α２の中心Ｏ２の中点を仮想円Ｖの中心とし、第１近似円α１の半径と第２近似円α２の半径の平均を仮想円Ｖの半径とするように決定すればよい。
【００２５】
なお、本明細書において、「点Ａの座標を選出する」とは、図５に示したようにＸ軸とＺ軸からなる２次元座標平面上で、点ＡのＸ座標とＺ座標を決定することを言う。
また、本明細書において、「第１近似円α１を算出する」とは、図５に示したようにＸ軸とＺ軸からなる２次元座標平面上で、第１近似円α１の中心Ｏ１のＸ座標とＺ座標、並びに第１近似円α１の半径を決定すること等を言う。
【００２６】
次に、第１近似円α１と第２近似円α２との２次元平面座標上での偏差を求める方法としては、大別して次の２つの方法が挙げられる（図５参照）。
一つ目は、得られた第１近似円α１及び第２近似円α２を平均化した仮想円Ｖを算出すると共に、特定検出範囲内における仮想円Ｖと第１近似円α１(又は第２近似円α２)との間に形成される溶接鋼管１０の板厚方向の最大偏差を差分値Ｔ１として算出し、その差分値Ｔ１を突合わせ部１２の形状を表現する指標として用いる方法である。
【００２７】
なお、図５では、特定検出範囲内における仮想円Ｖと第１近似円α１との間に形成される溶接鋼管１０の板厚方向の最大偏差を差分値Ｔ１とする方法を図示しているが、特定検出範囲内における仮想円Ｖと第２近似円α２との間に形成される溶接鋼管１０板厚方向の最大偏差を差分値Ｔ１として用いてもよいし、それら差分値Ｔ１の両方を同時に用いるようにしてもよい。
【００２８】
二つ目は、得られた第１近似円α１の中心Ｏ１と第２近似円α２の中心Ｏ２の間の距離Ｔ２を求め、その距離Ｔ２を突合わせ部１２の形状を表現する指標として用いる方法である。または、上記の距離Ｔ２に代えて、第１近似円α１の中心Ｏ１と第２近似円α２の中心Ｏ２とに関し、Ｘ軸方向の差分の距離Ｔ３とＺ軸方向の差分の距離Ｔ４とを求め、これらを突合わせ部１２の形状を表現する指標として用いる方法である（図５参照）。
これら二つ目の方法は、上述した１つ目の方法と異なり、仮想円Ｖを算出しない。また、溶接鋼管１０の板厚方向の最大偏差である差分値Ｔ１の代わりに、第１近似円α１の中心Ｏ１と第２近似円α２の中心Ｏ２との間の距離Ｔ２または上記Ｘ軸方向の差分の距離Ｔ３及び上記Ｚ軸方向の差分の距離Ｔ４を突合わせ部１２の形状を表現する指標として用いる。
【００２９】
そして、近似円演算・処理部１６ｂは、得られた仮想円Ｖと、第１近似円α１または第２近似円α２について求めた差分値Ｔ１を突合わせ部１２の形状を表現する指標として判定処理部１６ｃ及び表示処理部１６ｄへと与える。或いは、近似円演算・処理部１６ｂは、第１近似円の中心Ｏ１と第２近似円の中心Ｏ２とに関し、その間の距離Ｔ２，Ｘ軸方向の差分の距離Ｔ３及びＺ軸方向の差分の距離Ｔ４を、突合わせ部１２の形状を表現する指標として判定処理部１６ｃ及び表示処理部１６ｄへと与える。
【００３０】
（判定処理部１６ｃ）
判定処理部１６ｃは、近似円演算・処理部１６ｂで演算した、差分値Ｔ１や距離Ｔ２などと言った偏差を所定の閾値と比較することにより、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状の良否を判定するものである。
例えば、直径φ１０１．６ｍｍの鋼管に対し、突合わせ部の段差が鋼管の外径の０．５％以上である場合に不良品と判定される基準を適用する場合、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状を表現する指標として差分値Ｔ１を用いる際には、閾値を０．２５ｍｍとすることができる。また、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状を表現する指標として距離Ｔ２を用いる際には、閾値を０．７２ｍｍとすることができる。更に、溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状を表現する指標として距離Ｔ３とＴ４を用いる際には、Ｔ３に対する閾値を０．５１ｍｍ、Ｔ４に対する閾値を０．５１８ｍｍとすることができる。なお、必ずしも距離Ｔ３とＴ４とを同時に用いる必要はなく、例えば、距離Ｔ３だけ又は距離Ｔ４だけを判定に用いてもよい。
この判定処理部１６ｃでは、偏差が閾値を超えるときに不良品と判定し、その信号を表示処理部１６ｄ及びイベント発生信号出力部１６ｅに与える。
【００３１】
（表示処理部１６ｄ）
表示処理部１６ｄは、配線１７を介してモニターなどの表示装置１８に接続されており、近似円演算・処理部１６ｂ及び判定処理部１６ｃより与えられたデータを表示装置１８で表示できるように変換するものである。
【００３２】
（イベント発生信号出力部１６ｅ）
イベント発生信号出力部１６ｅは、配線１９を介して回転警告灯や警報ブザーなどの外部システム２０に接続されており、判定処理部１６ｃで判断された溶接鋼管１０の突合わせ部１２の良・不良の判定結果に基づいて外部システムに所定のイベント発生信号を与える。例えば、判定処理部１６ｃで突合わせ部１２の品質が不良と判定された際には、オペレーターに不良品の発生を伝えるべく、このイベント発生信号出力部１６ｅより回転警告灯や警報ブザーなどの外部システム２０が作動するようなイベント発生信号が発せられる。
【００３３】
次に、以上のように構成された溶接鋼管１０の品質管理装置を用いて溶接配管１０の突合わせ部１２の品質管理を行う際には、図３で示すフローのように、本発明の溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状検出方法と、それを用いた品質管理方法とがこの順で実行される。
【００３４】
すなわち、図３のステップＳ１において、非接触手段１４を走査させることにより溶接鋼管１０の突合わせ部１２を中心とする特定検出範囲の形状座標データＬが２次元平面に展開された形で取得され、配線１５を介して演算処理装置１６のデータバッファ部１６ａに与えられる。
続いて図３のステップＳ２では、データバッファ部１６ａより上記の形状座標データＬが近似円演算・処理部１６ｂへと与えられ、上述したように、特定検出範囲の中心となる突合わせ部１２を境界として形状座標データＬが左右の２象限に分割されると共に、その特定検出範囲の始点Ａと終点Ｄ、並びに分割した左右各象限それぞれにおける形状座標データＬ上の任意の第１選択点Ｂ及び第２選択点Ｃの座標が選出される(図５参照)。その後、図４に示すアルゴリズムが用いられて、始点Ａ，終点Ｄおよび左象限中の第１選択点Ｂを含む第１近似円α１と、始点Ａ，終点Ｄおよび右象限中の第２選択点Ｃを含む第２近似円α２とが算出されると共に、第１近似円α１と第２近似円α２との２次元平面座標上での偏差が求められ、これらのデータが突合わせ部１２の形状を表現する指標として判定処理部１６ｃへと与えられる。
【００３５】
そして、図３のステップＳ３において、判定処理部１６ｃでは、上述のように第１近似円α１と第２近似円α２との２次元平面座標上での偏差を所定の閾値と比較することによって溶接鋼管１０の突合わせ部１２の形状の良否が判定される。突合わせ部１２の形状が良の場合には、同ステップＳ４において良製品である旨の判定ＯＫ処理が行われ、逆に、突合わせ部１２の形状が不良の場合には、同ステップＳ５において不良品である旨の判定ＮＧ処理、具体的には、上述したようにオペレーターに不良品の発生を伝えるべく、イベント発生信号出力部１６ｅより回転警告灯や警報ブザーなどの外部システム２０が作動するようなイベント発生信号が発せられる。
【００３６】
ここで、レーザー溶接機を備えた実際の溶接鋼管製造ラインにおいて、直径φ５０．８ｍｍの溶接鋼管(板厚１．２ｍｍ)の製造に際し、品質管理装置として市販の高精度２次元レーザー変位計を用い、不良判定基準(閾値)を段差０．２５ｍｍ以上として品質管理を行いながら操業を行った結果、検査本数４６，２４６本に対して不良品の流出本数６本、不良品流出率０．０１％であった。これに対し、品質管理装置の演算処理装置１６を本実施形態のものに変更し、差分値Ｔ１を用いる場合の閾値を０．１３ｍｍ、距離Ｔ２を用いる場合の閾値を０．３６ｍｍ、距離Ｔ３と距離Ｔ４とを用いる場合の閾値を、それぞれ０．２５ｍｍと０．２５ｍｍとして操業を行った場合には、検査本数１６，４１７本に対して不良品の流出本数０本、不良品流出率０．００％であった。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、非接触手段１４として、投光装置１４ａを用いたものを示しているが、この非接触手段１４は、溶接鋼管１０の溶接された突合わせ部１２の表面形状の座標データ（すなわち、形状座標データＬ)を得ることができるものであれば如何なる態様であってもよく、この投光装置１４ａに換えて超音波発生装置やレーダーなどを用いるものであってもよい。
【００３８】
また、本発明の方法及び装置が適用される溶接配管１０について、その溶接方法は特に限定されるものではなく、例えば、高周波，アーク，プラズマ，レーザー等、如何なる溶接方法であってもよい。
【００３９】
さらに、上記実施形態では、特定検出範囲の選定に際し、突合わせ部１２を中心とする場合を示しているが、この特定検出範囲は、（始点Ａ及び終点Ｄを除く部分に）突合わせ部１２が含まれているものであれば如何なる態様であってもよく、上記実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１０：溶接鋼管，１２：突合わせ部，１４：非接触手段，１４ａ：投光装置，１４ｂ：データ出力装置，１６：演算処理装置，１６ｂ：近似円演算・処理部，１６ｃ：判定処理部，Ａ：（特定検出範囲の）始点，Ｂ：第１選択点，Ｃ：第２選択点，Ｄ：（特定検出範囲の）終点，Ｌ：形状座標データ，Ｖ：仮想円，Ｏ１：(第１近似円の)中心，Ｏ２：(第２近似円の)中心，α１：第１近似円，α２：第２近似円，Ｔ１：差分値，Ｔ２：(Ｏ１とＯ２との間の)距離，Ｔ３：(Ｏ１とＯ２とのＸ軸方向の差分の)距離，Ｔ４：(Ｏ１とＯ２とのＺ軸方向の差分の)距離．
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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