(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材をなす帯状鋼鈑を螺旋状に巻回して筒体を形成し、筒体を軸心廻りに回転させるとともに軸心方向に送り移動させながら、筒体内に挿入保持する溶接トーチの火口を隣接する母材の相対向する側縁に形成した開先に対して位置決め制御し、前記開先にビード溶接を施してスパイラル鋼管を形成する工程において、
溶接トーチの火口に対応する筒体の外周面を工業用テレビカメラで撮影し、撮影した画像情報を画像処理装置で画像処理することにより、内周面における開先に対する火口の位置ずれ量を検出し、検出した位置ずれ量に基づいて溶接トーチの火口の位置決め制御を行なうものであって、
画像処理において、溶接トーチの火口に対応する赤熱部の画像領域を求め、赤熱部の全面積に予め経験則により求める比率を乗算して赤熱部の先端部を算出するとともに、赤熱部の先端部における重心座標を溶接トーチの火口の位置Ｐ２として求め、
外周面上の母材の突合せ部に存在する標的物の画像領域を求め、標的物の画像領域の重心座標を通り予め設定する傾きを持つ直線を外側溶接線Ｌ３として求め、溶接トーチの火口の位置操作方向における火口の位置Ｐ２と外側溶接線Ｌ３との離間距離ｄを内周面における開先に対する火口の位置ずれ量として検出することを特徴とするスパイラル鋼管の内面溶接における火口の位置制御方法。
【請求項２】
赤熱部の画像領域における重心座標Ｐ１を求め、Ｐ１，Ｐ２を通る直線Ｌ１を求め、Ｌ１と平行でＬ１を挟んで一定距離隔てた一対の直線Ｌ１′、Ｌ１″を求め、全画像領域を赤熱部の画像領域を含む一側領域と残りの他側領域とに仕切る直線Ｌ２をＰ２から所定距離Δｙだけ離れた位置に設定し、直線Ｌ１′、Ｌ１″と直線Ｌ２に囲まれた領域において、外周面上の母材の突合せ部に存在する標的物の画像領域を求めることを特徴とする請求項１記載のスパイラル鋼管の内面溶接における火口の位置制御方法。
【請求項３】
予め経験側により、離間距離ｄと実際に溶接トーチの火口を移動させる操作距離との関係式を母材の板厚ごとに求め、火口の位置制御に際して前記関係式に基づいて火口の操作距離を決定することを特徴とする請求項１または２記載のスパイラル鋼管の内面溶接における火口の位置制御方法。
【請求項４】
スパイラル鋼管を製造する装置において、母材をなす帯状鋼鈑を螺旋状に巻回してなる筒体内に挿入保持する溶接トーチと、溶接トーチの火口を前記開先に対して位置決め操作する火口位置操作手段と、溶接トーチの火口に対応する筒体の外周面を撮影する工業用テレビカメラと、撮影した画像情報を画像処理する画像処理装置と、画像処理装置から信号出力する火口の位置ずれ量に基づいて火口位置操作手段を制御する制御装置とを設け、
画像処理装置は、溶接トーチの火口に対応する赤熱部の画像領域を求め、赤熱部の全面積に予め経験則により求める比率を乗算して赤熱部の先端部を算出するとともに、赤熱部の先端部における重心座標を溶接トーチの火口の位置Ｐ２として求め、
外周面上の母材の突合せ部に存在する標的物の画像領域を求め、標的物の画像領域の重心座標を通り予め設定する傾きを持つ直線を外側溶接線Ｌ３として求め、溶接トーチの火口の位置操作方向における火口の位置Ｐ２と外側溶接線Ｌ３との離間距離ｄを内周面における開先に対する火口の位置ずれ量として検出し、検出した位置ずれ量を制御装置に信号出力する機能回路を備えたことを特徴とするスパイラル鋼管の内面溶接における火口の位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパイラル鋼管の製造技術に係り、開先に火口を適切に位置決めするスパイラル鋼管の内面溶接における火口の位置制御方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スパイラル鋼管の製造は、母材をなす帯状鋼鈑を巻回して筒体を形成しながら、隣接する母材間に形成した開先にビードを溶接することにより行っており、始めに筒体の外周面側における開先にビードを溶接し、その後に内周面側における開先にビードを溶接するとともに、筒体を軸心方向に送り出すことにより鋼管を連続して製造していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来においては、溶接トーチを設定位置に固定的に保持する状態において、筒体を軸心廻りに回転させるとともに軸心方向へ送り移動させており、搬送ローラの摩耗や搬送ローラと鋼板間におけるスリップ等に起因して回転速度と移動速度のバランスが崩れると、溶接トーチの火口に対して開先がずれて位置することになる。このために、溶接トーチの火口を溶接線上に位置決め調整する作業を作業員による手作業により行っていたが、この調整作業は作業者の主観に基づく調整であるために、常に一定の精度を以て溶接を行うことができず、溶接品質にばらつきの出る恐れがあると同時に、常なる監視を必要としていた。
【０００４】
本発明は、上記した課題を解決するものであり、開先に対する溶接トーチの火口の位置ずれを客観的な物理量として検出し、火口の位置決めを自動制御することができるスパイラル鋼管の内面溶接における火口の位置制御方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のスパイラル鋼管の内面溶接における火口の位置制御方法は、母材をなす帯状鋼鈑を螺旋状に巻回して筒体を形成し、筒体を軸心廻りに回転させるとともに軸心方向に送り移動させながら、筒体内に挿入保持する溶接トーチの火口を隣接する母材の相対向する側縁に形成した開先に対して位置決め制御し、前記開先にビード溶接を施してスパイラル鋼管を形成する工程において、
溶接トーチの火口に対応する筒体の外周面を工業用テレビカメラで撮影し、撮影した画像情報を画像処理装置で画像処理することにより、内周面における開先に対する火口の位置ずれ量を検出し、検出した位置ずれ量に基づいて溶接トーチの火口の位置決め制御を行なうものであって、
画像処理において、溶接トーチの火口に対応する赤熱部の画像領域を求め、赤熱部の全面積に予め経験則により求める比率を乗算して赤熱部の先端部を算出するとともに、赤熱部の先端部における重心座標を溶接トーチの火口の位置Ｐ２として求め、
外周面上の母材の突合せ部に存在する標的物の画像領域を求め、標的物の画像領域の重心座標を通り予め設定する傾きを持つ直線を外側溶接線Ｌ３として求め、溶接トーチの火口の位置操作方向における火口の位置Ｐ２と外側溶接線Ｌ３との離間距離ｄを内周面における開先に対する火口の位置ずれ量として検出するものである。
また、赤熱部の画像領域における重心座標Ｐ１を求め、Ｐ１，Ｐ２を通る直線Ｌ１を求め、Ｌ１と平行でＬ１を挟んで一定距離隔てた一対の直線Ｌ１′、Ｌ１″を求め、全画像領域を赤熱部の画像領域を含む一側領域と残りの他側領域とに仕切る直線Ｌ２をＰ２から所定距離Δｙだけ離れた位置に設定し、直線Ｌ１′、Ｌ１″と直線Ｌ２に囲まれた領域において、外周面上の母材の突合せ部に存在する標的物の画像領域を求めるものである。
【０００６】
また、予め経験側により、離間距離ｄと実際に溶接トーチの火口を移動させる操作距離との関係式を母材の板厚ごとに求め、火口の位置制御に際して前記関係式に基づいて火口の操作距離を決定するものである。
【０００７】
本発明のスパイラル鋼管の内面溶接における火口の位置制御装置は、スパイラル鋼管を製造する装置において、母材をなす帯状鋼鈑を螺旋状に巻回してなる筒体内に挿入保持する溶接トーチと、溶接トーチの火口を前記開先に対して位置決め操作する火口位置操作手段と、溶接トーチの火口に対応する筒体の外周面を撮影する工業用テレビカメラと、撮影した画像情報を画像処理する画像処理装置と、画像処理装置から信号出力する火口の位置ずれ量に基づいて火口位置操作手段を制御する制御装置とを設け、
画像処理装置は、溶接トーチの火口に対応する赤熱部の画像領域を求め、赤熱部の全面積に予め経験則により求める比率を乗算して赤熱部の先端部を算出するとともに、赤熱部の先端部における重心座標を溶接トーチの火口の位置Ｐ２として求め、
外周面上の母材の突合せ部に存在する標的物の画像領域を求め、標的物の画像領域の重心座標を通り予め設定する傾きを持つ直線を外側溶接線Ｌ３として求め、溶接トーチの火口の位置操作方向における火口の位置Ｐ２と外側溶接線Ｌ３との離間距離ｄを内周面における開先に対する火口の位置ずれ量として検出し、検出した位置ずれ量を制御装置に信号出力する機能回路を備えたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図２において、スパイラル鋼管１の製造装置２は、母材をなす帯状鋼鈑３を螺旋状に巻回して筒体４を形成し、搬送ローラ（図示せず）等により筒体４を軸心廻りに回転させるとともに軸心方向に送り移動させながら、隣接する母材の相対向する側縁に形成した開先Ｇにビード溶接を施すことによりスパイラル鋼管を形成するものであり、溶接は外周面における溶接を施して後に、筒体４の内部に挿入保持する溶接トーチ５により筒体４の内周面における溶接を施している。
【０００９】
この製造装置には、溶接トーチ５を筒体４の軸心方向（Ｘ軸方向）に出退操作して火口を開先Ｇに位置決め操作する火口位置操作手段としてのサーボモータ６と、溶接トーチ５の火口に対応する部位における筒体４の外周面を撮影する赤外線カットフィルターを装備しない工業用テレビカメラ７と、筒体４の撮影部位にハロゲンランプの光をスリット状に照射する照明装置８と、撮影した画像情報を画像処理する画像処理装置９と、画像処理装置９の出力信号を受けてサーボモータ６の駆動を制御する制御装置１０とを設けており、サーボモータ６と工業用テレビカメラ７と画像処理装置９と制御装置１０とで火口の位置制御装置を構成している。
【００１０】
画像処理装置９は、内周面における溶接トーチ５の火口の位置と、筒体４の外周面溶接ビードの軌跡である外側溶接線とを算出し、その離間距離ｄを内周面における開先に対する火口の位置ずれ量として検出し、検出した位置ずれ量を制御装置に信号出力する機能回路を備えている。この機能回路におけるアルゴリズムは以下のことを前提にしている。
【００１１】
外周面側に溶着したビードは、その表面形状が一様でなく多面的であるために、撮影のための照明の反射光が線状に連続して映えることがなく、複数の点の列として輝く。このビードに代えて、撮影の標的物として開先Ｇ、または突き合わせ部に沿って設定したマーキングを用いることも可能であり、照明下における標的物の明暗状態を同様に創出できる。また、内周面側の溶接部は溶接時の熱のために赤色しており、他の部位と異なる輝度を有している。
【００１２】
したがって、撮影した画像を画像処理すると、外周面側のビードは線状に配列した複数の点として識別することができ、内周面側の溶接に伴う加熱部位は火口に対応する部位を先頭として流線形の帯状の赤熱部の領域として識別することができる。
【００１３】
以下にアルゴリズムを説明する。
１．図３に示すように、撮影した画像情報に対して予め設定した輝度レベルで画像処理を行ない、図形の面積を求め、予め定めた一定面積以上の図形を溶接トーチ３の火口に対応する赤熱部Ａの画像領域と見なす。
２．図４に示すように、溶接トーチ３の火口に対応する赤熱部Ａの画像領域における重心座標Ｐ１を求める。赤熱部Ａの全面積に予め経験則により求める比率、５〜１０％を乗算して赤熱部Ａの先端部Ｂを算出するとともに、先端部Ｂにおける重心座標を溶接トーチ３の火口の位置Ｐ２として求め、火口の進行方向として座標Ｐ１，Ｐ２を通る直線Ｌ１を求める。
３．図５に示すように、直線Ｌ１と平行で、かつＬ１を挟んで予め定めた一定距離だけ隔てる一対の直線Ｌ１′、Ｌ１″を求め、座標Ｐ２から予め定めた所定距離Δｙだけ離れた位置に直線Ｌ２を設定する。直線Ｌ２は筒体の外周面における外面ビードの画像領域Ｃと赤熱部Ａの画像領域を仕切るものであり、直線Ｌ１′、Ｌ１″と直線Ｌ２に囲まれた領域において外面ビードの画像領域Ｃの検出処理を行なう。
【００１４】
この検出処理においては、外面ビード部が赤熱部Ａに比べて非常に暗いので、赤熱部Ａとは異なる輝度レベルで画像処理し、得られた図形の面積を計算し、予め定めた一定面積以上のものが２個以上ある場合を外面ビード部と見なす。検出処理は、直線Ｌ１′、Ｌ１″と直線Ｌ２に囲まれた狭い領域において行なうので、ノイズの影響を軽減できるとともに、処理速度が早くなる。
４．図６に示すように、外面ビードの複数の画像領域Ｃの重心の平均座標を標的物の重心座標として求め、この重心座標を通り、スパイラル鋼管のスパイラル形成角度から一義に決まる傾きを持つ直線を外側溶接線Ｌ３として求め、内周面における火口の位置Ｐ２と外周面における外側溶接線Ｌ３とのＸ軸方向の離間距離ｄを内周面における開先に対する火口の位置ずれ量として検出し、この位置ずれ量を制御装置１０に信号出力する。
【００１５】
ところで、制御装置１０には、図７のグラフに示すように、制御における時間遅れを考慮し、離間距離ｄと実際に溶接トーチ５の火口を移動させる最適な操作距離との関係式を母材の板厚ごとに予め経験側により求めた関係式を設定しており、火口の位置制御に際しては前記関係式に基づいて火口の操作距離を決定する。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、赤熱部の先端部における重心座標を溶接トーチの火口の位置Ｐ２として求め、火口の位置Ｐ２と外側溶接線Ｌ３との離間距離ｄにより、内周面における開先に対する火口の位置ずれ量を客観的な物理量として検出することができ、作業者による監視を行なうことなく、火口の適切な位置決めを自動制御できる。しかも、対面溶接線の検出は、火口の進行方向Ｌ１に沿った一定領域において行なうので、ノイズの影響を軽減し、処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における火口の位置ずれ検出方法を説明するための模式図である。
【図２】同実施形態における筒体内での溶接トーチの位置を示す模式図である。
【図３】同実施形態における画像処理の画像を示す模式図である。
【図４】同実施形態における画像処理の画像を示す模式図である。
【図５】同実施形態における画像処理の画像を示す模式図である。
【図６】同実施形態における画像処理の画像を示す模式図である。
【図７】同実施形態における検出した火口の位置ずれ量とトーチの移動量の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１    スパイラル鋼管
２    製造装置
３    帯状鋼鈑
４    筒体
５    溶接トーチ
６    サーボモータ
７    工業用テレビカメラ
８    照明装置
９    画像処理装置
１０    制御装置
【図１】
0003818745.tif 000002
【図２】
0003818745.tif 000003
【図３】
0003818745.tif 000004
【図４】
0003818745.tif 000005
【図５】
0003818745.tif 000006
【図６】
0003818745.tif 000007
【図７】
0003818745.tif 000008