JP2019198877A - Monitoring method, monitoring system, and monitoring program for electric resistance welding - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接中の入力電力が、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態へ移行するときの入力電力からどの程度離れているかを推定する。【解決手段】本願開示の監視方法は、ERWにおいて、金属板の溶接状態を監視する監視方法である。監視方法は、金属板の両端の衝合部及びその周辺部を径方向から撮影した画像に基づいて、幾何学的V収束点V0点と、V収束点V1点との距離(LV0−LV1)を検出する工程と、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力を示す値であるSPLcrに対して、ある監視対象時点における入力電力がどの程度離れているかを示す値である電力評価値ξを、監視対象時点における距離(LV0−LV1)、金属板の厚みt、及び、金属管の直径Dを用いて算出する工程とを有する。【選択図】図17PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate how far the input power during welding is away from the input power at the time of shifting from a second type welding state to a two-stage convergent type second type welding state. A monitoring method disclosed in the present application is a monitoring method for monitoring a welding state of a metal plate in ERW. The monitoring method is a distance (LV0-LV1) between a geometrical V convergence point V0 point and a V convergence point V1 point, based on images obtained by photographing the abutting portions at both ends of the metal plate and the peripheral portion thereof from the radial direction. And the SPLcr that is a value indicating the reference input power determined as the input power in the transition region from the second-kind welding state to the two-stage convergence type second-kind welding state, at a certain monitoring target time point. A step of calculating a power evaluation value ξ, which is a value indicating how far the input powers are apart, by using the distance (LV0-LV1) at the time point to be monitored, the thickness t of the metal plate, and the diameter D of the metal tube. Have. [Selection diagram] Fig. 17
Description
本発明は、電縫溶接(すなわちElectric Resistance Welding、以下、ERWと称する)において、溶接部品質を管理する技術に関する。 The present invention relates to a technique for managing the quality of a welded portion in electric resistance welding (ie, electric resistance welding, hereinafter referred to as ERW).
ERWの技術を用いて製造された鋼管は電縫鋼管と呼ばれる。電縫鋼管は、例えば、石油又は天然ガス用ラインパイプ、油井管の他、原子力発電設備、地熱発電設備、化学プラント、各種機械の配管、及び一般配管に使用されている。電縫鋼管を製造する場合には、帯状の鋼板、例えば、熱延鋼帯を管状に成形する。その際、鋼板の周方向の両端すなわち互いに対向する端面を、径方向から見てV字状になるよう突き合わせる。互いに突き合わされるこれらの両端が衝合(接触)する部分に高周波電流を流すことよって、衝合部を加熱、溶融させて、溶接シームを形成する。 Steel pipes manufactured using ERW technology are called ERW steel pipes. ERW steel pipes are used, for example, for oil or natural gas line pipes, oil well pipes, nuclear power generation facilities, geothermal power generation facilities, chemical plants, piping of various machines, and general piping. When manufacturing an electric resistance steel pipe, a strip-shaped steel plate, for example, a hot-rolled steel strip is formed into a tubular shape. At that time, both ends of the steel plate in the circumferential direction, that is, end surfaces facing each other, are butted so as to be V-shaped when viewed from the radial direction. By passing a high-frequency current through a portion where these both ends abutted against each other abut (contact), the abutting portion is heated and melted to form a weld seam.
ERWでは、溶接欠陥を抑えるために、入熱量(すなわち入力電力)及び溶接速度等を適正な範囲に制御することが求められる。例えば、入熱が不足していたり、溶接速度が速かったりする場合には未溶接部が発生することがある。一方、入熱が過剰であったり、溶接速度が遅かったりする場合には、多量の酸化物が溶接部に残存することがある。 In ERW, in order to suppress welding defects, it is required to control the heat input amount (that is, input power), the welding speed, and the like within an appropriate range. For example, when the heat input is insufficient or the welding speed is high, an unwelded part may occur. On the other hand, if the heat input is excessive or the welding speed is slow, a large amount of oxide may remain in the weld.
一般に、電縫溶接における溶接の状態は、第1種溶接状態と、第2種溶接状態と、第3種溶接状態とに大別される。第1種溶接状態では、鋼板の端面が最初に接触する溶接点の位置変動が非常に小さい。この溶接点の位置変動は、第2種溶接状態、及び第3種溶接状態の順に大きくなる。第2種溶接状態では、衝合部に溶融スリットが発生する。また、溶接速度及び入熱量がある条件を満たす場合に、2段収束を伴う2段収束型第2種溶接状態が出現する。なお、溶接状態は、溶接現象と称されることもある。そのため、第1種溶接状態は第1溶接現象と、第2種溶接状態は第2種溶接現象と、第3種溶接状態は第3種溶接現象と、2段収束型第2種溶接状態は2段収束型第2種溶接現象と称されることもある。 Generally, the welding state in electric resistance welding is roughly divided into a first type welding state, a second type welding state, and a third type welding state. In the first type welding state, the position fluctuation of the welding point where the end face of the steel plate first contacts is very small. The position fluctuation of the welding point increases in the order of the second type welding state and the third type welding state. In the second type welding state, a melting slit is generated at the abutting portion. Moreover, when the welding speed and the heat input amount satisfy certain conditions, a two-stage convergence type second type welding state with two-stage convergence appears. In addition, a welding state may be called a welding phenomenon. Therefore, the first type welding state is the first welding phenomenon, the second type welding state is the second type welding phenomenon, the third type welding state is the third type welding phenomenon, and the two-stage convergence type second type welding state is Sometimes referred to as a two-stage convergence type second welding phenomenon.
2段収束型第2種溶接状態では、径方向から見てV字状に収束する鋼板の両端の延長線が交わる点(幾何学的V収束点:V0点)では鋼板の両端(エッジ)が接触しない。鋼板の端面が最初に接触するV収束点(V1点)は、V0点より造管方向の下流側になる。すなわち、鋼板の両端(エッジ)は、径方向から見て2段のテーパー状になる。なお、V収束点(V1点)は、V字状に収束する金属板の周方向の端部が物理的に衝合(接触)する点である。溶接点(W点)は、溶融スリットの終端点すなわち、溶融スリットの造管方向の下流の端である。 In the second-stage convergent type second welding state, both ends (edges) of the steel sheet are at points where the extension lines of both ends of the steel sheet converging in a V shape when viewed from the radial direction intersect (geometric V convergence point: V0 point). Do not touch. The V convergence point (V1 point) at which the end face of the steel plate first contacts is downstream of the V0 point in the pipe making direction. That is, both ends (edges) of the steel plate have a two-step taper shape when viewed from the radial direction. The V convergence point (V1 point) is a point at which the circumferential end of the metal plate converging in a V shape physically abuts (contacts). The welding point (W point) is the end point of the melting slit, that is, the downstream end of the melting slit in the pipe forming direction.
図1は、各種溶接状態と、溶接速度及び入力電力との関係を概念的に示す図である。図1において、領域2001が第1種溶接状態に対応する領域であり、領域2002が第2種溶接状態に対応する領域であり、領域2003が第3種溶接状態に対応する領域であり、領域2004が2段収束型第2種溶接状態に対応する領域である。また、Vmは2段収束型第2種溶接状態が現れる臨界溶接速度であり、Tmは鋼板の融点である。Tは、V0点における鋼板の両端(エッジ)の温度である。T=Tmの線より上の領域では、V0点で鋼板の両端が板厚全体にわたって溶融する。
FIG. 1 is a diagram conceptually showing the relationship between various welding states, welding speed, and input power. In FIG. 1, a
溶接速度が臨界溶接速度Vm未満の場合であって、入力電力が低い場合には、溶接の状態は第1種溶接状態(領域2001)となる。溶接速度が臨界溶接速度Vm未満であっても、入力電力を増加させると、溶接の状態は第2種溶接状態(領域2002)となり、更に入力電力を増加させると第3種溶接状態(領域2003)に移行する。一方、溶接速度が臨界溶接速度Vm以上の場合、溶接の状態は、入力電力の増加と共に、第1種溶接状態(領域2001)から第2種溶接状態(領域2002)に移行し、更に入力電力を増加させると、2段収束型第2種溶接状態(領域2004)となる。 When the welding speed is less than the critical welding speed Vm and the input power is low, the welding state is the first type welding state (region 2001). Even if the welding speed is less than the critical welding speed Vm, if the input power is increased, the welding state becomes the second type welding state (region 2002), and if the input power is further increased, the third type welding state (region 2003). ). On the other hand, when the welding speed is equal to or higher than the critical welding speed Vm, the welding state shifts from the first type welding state (region 2001) to the second type welding state (region 2002) as the input power increases, and the input power further increases. Is increased, a two-stage convergence type second welding state (region 2004) is obtained.
特許第5510615号公報(特許文献1)には、電縫鋼管を製造する際のERWの操業を管理する電縫溶接操業管理装置が記載されている。この電縫溶接操業管理装置は、撮像装置で撮像されたV字収束領域の表面と溶融スリット端および溶接点とを含む領域の画像(V字収束領域の画像)を入力する。電縫溶接操業管理装置は、このV字収束領域の画像に対する処理の結果を用いて、溶接の状態が2段収束型第2種溶接状態となるように、高周波電源から出力される電力量を制御する。 Japanese Patent No. 5510615 (Patent Document 1) describes an ERW welding operation management device that manages ERW operation when manufacturing an ERW steel pipe. This electric-welding welding operation management apparatus inputs an image of an area (image of a V-shaped convergence area) including the surface of the V-shaped convergence area, the melt slit end, and the welding point imaged by the imaging device. The electric seam welding operation management device uses the processing result for the image of the V-shaped convergence area to calculate the amount of power output from the high-frequency power supply so that the welding state becomes the second-stage convergence type second welding state. Control.
発明者らは、ラボ試験及び実機試験を行い、入力電力(入熱量)と溶接状態(溶接現象)の関係、及び溶接状態と溶接欠陥面積率の関係を明確化し、最適溶接条件を検討した。その結果、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態へ移行する際に遷移領域が出現することがわかった。そして、溶接欠陥面積率が目標値を満足する溶接条件は、遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力SPLcrから10%程度増加した入力電力における2段階収束型第2溶接状態となる場合があることがわかった。 The inventors conducted a laboratory test and an actual machine test, clarified the relationship between the input power (heat input) and the welding state (welding phenomenon), and the relationship between the welding state and the weld defect area ratio, and examined optimum welding conditions. As a result, it was found that a transition region appears when shifting from the second type welding state to the two-stage convergence type second type welding state. The welding condition in which the weld defect area ratio satisfies the target value may be a two-stage convergent second welding state at an input power increased by about 10% from the reference input power SPLcr determined as the input power in the transition region. I found out.
例えば、上記のように、基準入力電力SPLcrから10%程度増加した入力電力を最適入力電力(目標入力電力)と設定して溶接操業する場合、現在の入力電力が基準入力電力から何%離れているかを監視することが有用である。 For example, as described above, when the input power increased by about 10% from the reference input power SPLcr is set as the optimum input power (target input power) and welding operation is performed, the current input power is deviated by what percentage from the reference input power. It is useful to monitor whether
そこで、本発明は、溶接中の入力電力が、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力からどの程度離れているかを、推定可能にすることを目的とする。 Therefore, the present invention has an object to make it possible to estimate how far the input power during welding is away from the input power in the transition region from the second type welding state to the two-stage convergence type second type welding state. And
本発明の実施形態における監視方法は、金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てV字状になるよう互いに対向させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造工程において、前記衝合部の溶融状態を監視する監視方法である。
前記監視方法は、前記金属板の両端の衝合部及びその周辺部を前記径方向から撮影した画像に基づいて、前記金属板の両端の衝合部の上流における接触前の前記両端の延長線の幾何学的な交点である幾何学的V収束点V0点と、前記金属板の両端が接触し始める衝合点であるV収束点V1点との距離(LV0−LV1)を検出する工程と、ある監視対象時点における入力電力(又は入熱量)が、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力を示す値であるSPLcrに対して、どの程度離れているかを示す値である電力評価値ξを、前記監視対象時点における距離(LV0−LV1)、前記金属板の厚みt、及び成形される金属管の直径Dを用いて、算出する工程とを有する。
In the monitoring method according to the embodiment of the present invention, a metal plate is conveyed in the conveyance direction and formed into a cylindrical shape, and both ends in the circumferential direction of the metal plate are opposed to each other so as to be V-shaped when viewed from the outside in the radial direction. In the manufacturing process of the metal tube for forming and welding the molten metal by flowing an alternating current through the abutting portion where both ends are in contact, the monitoring method monitors the molten state of the abutting portion.
The monitoring method is based on an image obtained by photographing the abutting portions at both ends of the metal plate and its peripheral portion from the radial direction, and the extension lines at the both ends before contact at the upstream of the abutting portions at both ends of the metal plate. Detecting a distance (LV0-LV1) between a geometric V convergence point V0 which is a geometric intersection of the metal plate and a V convergence point V1 which is an abutting point where both ends of the metal plate start to come into contact with each other; The input power (or heat input) at a certain monitoring target time is a value indicating the reference input power determined as the input power in the transition region from the second type welding state to the two-stage convergent second type welding state. On the other hand, the power evaluation value ξ, which is a value indicating how far away, is obtained by using the distance (LV0-LV1) at the monitoring target time point, the thickness t of the metal plate, and the diameter D of the metal tube to be formed. And calculating.
本発明によれば、溶接中の入力電力が、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力からどの程度離れているかを、容易に推定することができる。 According to the present invention, how far the input power during welding is away from the reference input power determined as the input power in the transition region from the second type welding state to the two-stage convergence type second type welding state, Can be easily estimated.
発明者らは、溶接時の金属管端部の形状を注意深く観察した結果、第2種溶接状態から2段収束型第2溶接状態への移行時に遷移領域が存在することを見出した。さらに、発明者らは、その遷移領域及び2段収束型第2溶接状態において、入力電力(すなわち入熱量)の増加に伴い距離(LV0−LV1)が変化することを見出した。さらに、発明者らは、金属管の厚みt及び直径Dが変わると、距離(LV0−LV1)も変化することを見出した。これらの知見に基づいて、発明者らは、遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力に対する現在の入力電力の相対的な値を、距離(LV0―LV1)と、金属板の厚みt及び成形される金属管の直径Dを用いて計算できることに想到した。すなわち、距離(LV0―LV1)と、金属板の厚みt及び金属管の直径Dを用いることで、ある時点の入力電力が、基準入力電力に対して、どの程度離れているかを推定できることを見出した。この知見に基づき、以下の実施形態に想到した。 As a result of careful observation of the shape of the end portion of the metal pipe during welding, the inventors have found that a transition region exists at the time of transition from the second type welding state to the two-stage convergent second welding state. Furthermore, the inventors have found that the distance (LV0−LV1) changes with an increase in input power (that is, heat input) in the transition region and the two-stage convergent second welding state. Furthermore, the inventors have found that the distance (LV0-LV1) changes as the thickness t and diameter D of the metal tube change. Based on these findings, the inventors determined the relative value of the current input power to the reference input power determined as the input power in the transition region, the distance (LV0−LV1), the thickness t of the metal plate, and It was conceived that calculation can be performed using the diameter D of the metal tube to be formed. That is, it is found that by using the distance (LV0−LV1), the thickness t of the metal plate, and the diameter D of the metal tube, it is possible to estimate how far the input power at a certain point is away from the reference input power. It was. Based on this knowledge, the following embodiments were conceived.
本発明の実施形態における監視方法は、金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てV字状になるよう互いに対向させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造工程において、前記衝合部の溶融状態を監視する監視方法である。
前記監視方法は、前記金属板の両端の衝合部及びその周辺部を前記径方向から撮影した画像に基づいて、前記金属板の両端の衝合部の(造管方向における)上流における接触前の前記両端の延長線の幾何学的な交点である幾何学的V収束点V0点と、前記金属板の両端が接触し始める衝合点であるV収束点V1点との距離(LV0−LV1)を検出する工程と、ある監視対象時点における入力電力(又は入熱量)が、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力を示す値であるSPLcrに対して、どの程度離れているかを示す値である電力評価値ξを、前記監視対象時点における距離(LV0−LV1)、前記金属板の厚みt、及び成形される金属管の直径Dを用いて、算出する工程とを有する。
In the monitoring method according to the embodiment of the present invention, a metal plate is conveyed in the conveyance direction and formed into a cylindrical shape, and both ends in the circumferential direction of the metal plate are opposed to each other so as to be V-shaped when viewed from the outside in the radial direction. In the manufacturing process of the metal tube for forming and welding the molten metal by flowing an alternating current through the abutting portion where both ends are in contact, the monitoring method monitors the molten state of the abutting portion.
The monitoring method is based on an image obtained by photographing the abutting portions at both ends of the metal plate and its peripheral portion from the radial direction, before contacting the upstream of the abutting portions at both ends of the metal plate (in the pipe making direction). The distance (LV0-LV1) between the geometric V convergence point V0, which is the geometric intersection of the extension lines of the two ends, and the V convergence point V1, which is an abutting point where both ends of the metal plate start to contact And the reference input power determined as the input power in the transition region from the second type welding state to the two-stage convergent second type welding state, where the input power (or heat input) at a certain monitoring target time is A power evaluation value ξ that is a value indicating how far away from the SPLcr that is a value that is indicated is a distance (LV0−LV1) at the monitoring target time point, a thickness t of the metal plate, and a metal tube to be formed Calculated using diameter D of And a that process.
上記の監視方法を実現する装置、並びに、上記の監視方法をコンピュータに実行させるためのプログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体も、本発明の実施形態に含まれる。 An apparatus for realizing the above monitoring method, a program for causing a computer to execute the above monitoring method, and a recording medium storing the program are also included in the embodiments of the present invention.
上記監視方法を実現する装置の実施形態としての監視システムは、前記金属板の両端の衝合部及びその周辺部を前記径方向から撮影した画像に基づいて、前記金属板の両端の衝合部の上流における接触前の前記両端の延長線の幾何学的な交点である幾何学的V収束点V0点と、前記金属板の両端が接触し始める衝合点であるV収束点V1点との距離(LV0−LV1)を検出する画像情報検出部と、ある監視対象時点における入力電力が、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力を示す値であるSPLcrに対して、どの程度離れているかを示す値である電力評価値ξを、前記監視対象時点における距離(LV0−LV1)、前記金属板の厚みt、及び成形される金属管の直径Dを用いて、算出する評価算出部とを有する。 The monitoring system as an embodiment of the apparatus for realizing the monitoring method includes an abutting portion at both ends of the metal plate based on an image obtained by photographing the abutting portions at both ends of the metal plate and the peripheral portion thereof from the radial direction. The distance between the geometric V convergence point V0, which is the geometric intersection of the extension lines of the both ends before contact, upstream of the metal plate, and the V convergence point V1, which is an abutting point where both ends of the metal plate start to contact each other Image information detection unit that detects (LV0-LV1), and a reference in which input power at a certain monitoring target time point is determined as input power in a transition region from the second type welding state to the two-stage convergence type second type welding state A power evaluation value ξ, which is a value indicating how far away from the SPLcr, which is a value indicating the input power, a distance (LV0-LV1) at the monitoring target time point, a thickness t of the metal plate, and Metal pipe With diameter D, and a evaluation calculation unit for calculating.
上記の監視方法をコンピュータに実行させるためのプログラムの実施形態としての監視プログラムは、前記金属板の両端の衝合部及びその周辺部を前記径方向から撮影した画像に基づいて、前記金属板の両端の衝合部の上流における接触前の前記両端の延長線の幾何学的な交点である幾何学的V収束点V0点と、前記金属板の両端が接触し始める衝合点であるV収束点V1点との距離(LV0−LV1)を検出する処理と、ある監視対象時点における入力電力が、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力を示す値であるSPLcrに対して、どの程度離れているかを示す値である電力評価値ξを、前記監視対象時点における距離(LV0−LV1)、前記金属板の厚みt、及び成形される金属管の直径Dを用いて、算出する処理とを、コンピュータに実行させる。 A monitoring program as an embodiment of a program for causing a computer to execute the monitoring method described above is based on an image obtained by photographing the abutting portions at both ends of the metal plate and the periphery thereof from the radial direction. A geometric V convergence point V0, which is a geometric intersection of the extension lines of the both ends before contact, upstream of an abutting portion at both ends, and a V convergence point, which is an abutting point where both ends of the metal plate start to contact each other The process of detecting the distance (LV0-LV1) from the point V1 and the input power at a certain monitoring target time point are determined as the input power in the transition region from the second type welding state to the two-stage convergence type second welding state. The power evaluation value ξ, which is a value indicating how far away from the SPLcr which is a value indicating the reference input power, is a distance (LV0-LV1) at the monitoring target time, a thickness t of the metal plate, With a diameter D of the metal tube is finely formed, and a process of calculating, causes the computer to execute.
上記の監視方法、監視システム、又は監視プログラムによれば、溶接中の入力電力が、遷移領域状態を発生させる入力電力からどの程度離れているかを、推定することが可能になる。ここで、入力電力は、金属板の衝合部に流す交流電流を供給するための電力である。入力電力を調整することで、金属板の溶接における入熱量を調整することができる。すなわち、金属板の溶接における入熱量は、入力電力に依存する。そのため、入力電力の値は、入熱量の値として表されてもよい。 According to the monitoring method, the monitoring system, or the monitoring program described above, it is possible to estimate how far the input power during welding is away from the input power that generates the transition region state. Here, the input power is power for supplying an alternating current that flows to the abutting portion of the metal plate. By adjusting the input power, the amount of heat input in the welding of the metal plate can be adjusted. That is, the amount of heat input in the welding of the metal plate depends on the input power. Therefore, the value of input power may be expressed as a value of heat input.
上記の構成において、溶接状態が第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域にある時の入力電力を、基準入力電力として決定することができる。基準入力電力は、溶接状態が厳密に遷移領域内にある場合の入力電力に限られず、例えば、遷移領域外であっても遷移領域と見なすことができる程度に遷移領域に近い場合の入力電力であってもよい。溶接状態が遷移領域であるか否かは、例えば、衝合部及びその周辺部を径方向から撮影した画像の処理結果に基づいて判断することができる。 In the above configuration, the input power when the welding state is in the transition region from the second type welding state to the two-stage convergence type second type welding state can be determined as the reference input power. The reference input power is not limited to the input power when the welding state is strictly within the transition region. For example, the input power when the welding state is close to the transition region to the extent that it can be regarded as the transition region even outside the transition region. There may be. Whether or not the welding state is the transition region can be determined based on, for example, a processing result of an image obtained by photographing the abutting portion and its peripheral portion from the radial direction.
上記の監視方法、監視システム、又は監視プログラムにおいて、前記電力評価値ξは、例えば、下記式(1)により算出することができる。
ξ= f(t/D)×(LV0-LV1)+g(t/D) (1)
t:金属管の厚み
D:金属管の直径
f(t/D):t/Dを変数とする関数
g(t/D):t/Dを変数とする関数
In the above monitoring method, monitoring system, or monitoring program, the power evaluation value ξ can be calculated by, for example, the following equation (1).
ξ = f (t / D) × (LV0-LV1) + g (t / D) (1)
t: Metal tube thickness
D: Diameter of the metal tube
f (t / D): Function with t / D as a variable
g (t / D): Function with t / D as a variable
上記の式(1)において、f(t/D)、g(t/D)は、tとDが決まれば定数となる。上記式(1)は、tとDで決まる値を、係数及び定数項とし、距離(LV0―LV1)を変数とする一次関数となる。式(1)を用いることにより、溶接中の入力電力が、基準入力電力SPLcrからどの程度離れているかを、正確に推定することができる。 In the above equation (1), f (t / D) and g (t / D) are constants when t and D are determined. The above equation (1) is a linear function in which the value determined by t and D is a coefficient and a constant term, and the distance (LV0−LV1) is a variable. By using Expression (1), it is possible to accurately estimate how far the input power during welding is away from the reference input power SPLcr.
なお、電力評価値ξを算出する式は、上記式に限られない。例えば、距離(LV0―LV1)を変数とする一次関数の代わりに、二次関数、指数関数、その他の関数を用いてもよい。また、例えば、係数及び定数項の少なくともいずれかは、tとDに加えて、他の値に依存する値であってもよい。また、上記例では、電力評価値ξは、例えば、百分率で表される値(すなわち単位が%の値)である。このように電力評価値ξは、基準入力電力SPLcrに対する入力電力の比率で表すことができる。なお、電力評価値ξは、基準値に対する比率の他、差分、その他の基準値に対する相対的な値で表されてもよい。 Note that the formula for calculating the power evaluation value ξ is not limited to the above formula. For example, a quadratic function, an exponential function, or another function may be used instead of the linear function having the distance (LV0−LV1) as a variable. For example, at least one of the coefficient and the constant term may be a value depending on other values in addition to t and D. In the above example, the power evaluation value ξ is, for example, a value expressed as a percentage (that is, a value having a unit of%). As described above, the power evaluation value ξ can be represented by the ratio of the input power to the reference input power SPLcr. The power evaluation value ξ may be represented by a difference or a relative value with respect to another reference value in addition to the ratio with respect to the reference value.
上記の監視方法、監視システム又は監視プログラムにおいて、前記電力評価値ξは、例えば、下記式(2)により算出することができる。
ξ= {1945 × (t/D)2−152×(t/D)+3.7}×(LV0-LV1)
+{−49834×(t/D)2+4198×(t/D)−82.5} (2)
In the above monitoring method, monitoring system, or monitoring program, the power evaluation value ξ can be calculated by, for example, the following formula (2).
ξ = {1945 × (t / D) 2 −152 × (t / D) +3.7} × (LV0-LV1)
+ {− 49834 × (t / D) 2 + 4198 × (t / D) −82.5} (2)
発明者らは、上記式(1)における、f(t/D)及びg(t/D)を、二次関数とすることで、精度よく、電力評価値ξを計算できることを見出した。上記式(1)のf(t/D)及びg(g/D)を二次関数として、実験データを基にフィッティングして得られた式が上記式(2)である。そのため、上記式(2)を用いることで、精度良く、電力評価値ξを算出することができる。 The inventors have found that the power evaluation value ξ can be calculated with high accuracy by using f (t / D) and g (t / D) in Equation (1) as quadratic functions. The equation (2) is obtained by fitting based on experimental data using f (t / D) and g (g / D) in the equation (1) as a quadratic function. Therefore, the power evaluation value ξ can be calculated with high accuracy by using the above equation (2).
上記監視方法を含む金属管の製造方法、監視システムを含む金属管の製造システム又は監視プログラムを含む金属管の製造プログラムも、本発明の実施形態に含まれる。この製造方法、製造システム又は製造プログラムは、前記算出された電力評価値をモニタ(表示装置)に出力するか、又は、前記算出された電力評価値に基づいて前記入力電力を制御する工程、機能部、又は処理をさらに含んでもよい。また、電力評価値が予め決められた条件を満たすか否かにより、溶接状態を判断する工程、機能部又は処理が含まれてもよい。これにより、電力評価値を用いた入力電力の制御を容易にすることができる。 Embodiments of the present invention also include a metal tube manufacturing method including the monitoring method, a metal tube manufacturing system including a monitoring system, or a metal tube manufacturing program including a monitoring program. This manufacturing method, manufacturing system, or manufacturing program outputs the calculated power evaluation value to a monitor (display device) or controls the input power based on the calculated power evaluation value, function A part or a process may be further included. Moreover, the process of determining a welding state, a function part, or a process may be included depending on whether or not the power evaluation value satisfies a predetermined condition. Thereby, control of input power using a power evaluation value can be facilitated.
前記製造方法は、例えば、前記電力評価値と、予め決められた目標入力電力の範囲とを同時に視認可能な状態でモニタに表示する工程を含んでもよい。また、前記製造方法は、前記電力評価値が、予め決められた目標入力電力の範囲内となるように、入力電力を制御する工程を含んでもよい。目標入力電力の範囲は、例えば、SPLcrよりも5%〜20%大きい入力電力の範囲内とすることができる。一例として、目標入力電力の範囲を、SPLcrから10%増加した入力電力から所定の範囲内とすることができる。 The manufacturing method may include, for example, a step of displaying the power evaluation value and a predetermined target input power range on a monitor in a state where the power evaluation value can be visually recognized simultaneously. In addition, the manufacturing method may include a step of controlling input power so that the power evaluation value falls within a predetermined target input power range. The range of the target input power can be, for example, within a range of input power that is 5% to 20% larger than SPLcr. As an example, the range of the target input power can be within a predetermined range from the input power increased by 10% from SPLcr.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施形態1]
<電縫鋼管の製造システム>
図2は、本発明の実施形態に係る電縫鋼管の製造システムの構成の一例を示す図である。尚、本実施形態では、電縫鋼管の製造システムの各構成要素の位置と、撮像された画像の位置は、それぞれ同一の3次元直交座標(x,y,z座標)で表されるものとする。すなわち、各図に示すx,y,z座標は、その方向のみを示すものであり、その原点の位置は各図において同一であるものとする。
[Embodiment 1]
<ERW pipe manufacturing system>
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of an electric resistance welded pipe manufacturing system according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the position of each component of the ERW steel pipe manufacturing system and the position of the captured image are represented by the same three-dimensional orthogonal coordinates (x, y, z coordinates), respectively. To do. That is, the x, y, and z coordinates shown in each figure indicate only the direction, and the position of the origin is the same in each figure.
図2において、電縫鋼管の製造システムは、スクイズロール2a、2bと、コンタクトチップ3a、3bと、インピーダー4と、撮像装置5と、高周波電源6と、管理システム100と、を有する。
In FIG. 2, the ERW steel pipe manufacturing system includes squeeze rolls 2 a and 2 b,
まず、電縫鋼管の製造設備の概要を説明する。図2に示すように、帯状の鋼板1がx軸の正の方向に向かって搬送されながら、ロール群(図示せず)により連続的に円筒状に成形される。円筒状に成形される鋼板1の内部には、磁束を鋼板1の衝合部に集中させるためのインピーダー4が配置されている。高周波電源6から高周波の電力が供給されると、一対のコンタクトチップ3a、3b(又は誘電コイル(図示せず))から、鋼板1のV字状に収束する領域の表面に高周波電流が流れる。このとき、スクイズロール2a、2bにより、鋼板1に対してその両側方から押圧力が加えられる。これにより、鋼板1の周方向の両端11a、11bをV字状に収束させながら突き合わせて接触させるとともに、両端11a、11bが接触する衝合部を加熱し溶融させて、鋼板1を溶融接合する。このような溶融接合は、電縫溶接(ERW)と称される。尚、以下の説明では、「鋼板1のV字状に収束する領域」を必要に応じて「V字収束領域」と称する。また、鋼板1の周方向の両端11a、11bが突き合わされて、1本の線状に観察される部分を必要に応じて「溶接線」と称する。
First, the outline of the production equipment for ERW steel pipe will be described. As shown in FIG. 2, the strip-shaped steel sheet 1 is continuously formed into a cylindrical shape by a roll group (not shown) while being conveyed in the positive direction of the x-axis. An impeder 4 for concentrating the magnetic flux on the abutting portion of the steel plate 1 is disposed inside the steel plate 1 formed into a cylindrical shape. When high-frequency power is supplied from the high-
撮像装置5は、V字収束領域の表面を含む領域の自発光パターン(輻射パターン)を撮像する。撮像装置5としては、例えば、1920×512の画素を有する3CCD型カラーカメラが用いられる。撮像装置5は、例えば、撮影視野が50[mm]×190[mm]、分解能が100[μm/画素]、撮影フレームレートが500[fps]、露光時間が1/10000[sec]の条件で、V字収束領域の表面を含む領域を撮像する。撮像装置5による撮像は一定の時間間隔で連続的に行われる。連続的に撮像された複数の画像における一枚の画像をフレームと呼ぶ。また、以下の説明では、撮像装置5で撮像された「画像」を必要に応じて「V字収束領域の画像」と称する。
The
管理システム100は、撮像装置5で撮像されたV字収束領域の画像を入力する。そして、管理システム100は、V字収束領域の画像に対する処理等を行って、溶接状態を監視する。すなわち、画像処理の結果として、溶接状態を示すデータが生成される。管理システム100は、画像処理により得られる溶接状態を示すデータに基づいて、溶接条件を決定する。例えば、管理システム100は、溶接の状態が2段収束型第2種溶接状態となるように、高周波電源6から出力される電力量(VA)を制御することができる。
The
管理システム100は、決定した溶接条件となるように、スクイズロール2a、2b、コンタクトチップ3a、3b、高周波電源6又はその他の部材の動作を制御する。このように、管理システム100は、溶接の状態を監視する監視装置(監視システム)と、監視結果に基づいて溶接を制御する制御装置(制御部)とを含むことができる。監視装置は、上記の撮像装置5で撮像された画像の他にも、必要に応じて、溶接条件に関する情報を取得してもよい。例えば、コンタクトチップ3a、3b及び高周波電源6の出力値、スクイズロール2a、2bの圧力、ロール間距離等、溶接に用いられる装置の動作を示す情報を取得することができる。
The
<2段収束型第2種溶接状態の説明>
図3A及び図3Bは、2段収束型第2種溶接状態におけるV字収束領域の一例を概念的に示す図である。具体的に図3Aは、V字収束領域をその上方(z方向)から見た図であり、図3Bは、鋼板1の搬送方向(x軸方向)すなわち造管方向の上流側からV収束点V1点の方向を見た図である。
<Description of 2-stage convergence type second welding state>
3A and 3B are diagrams conceptually illustrating an example of a V-shaped convergence region in a two-stage convergence type second type welding state. Specifically, FIG. 3A is a view of the V-shaped convergence region as viewed from above (z direction), and FIG. 3B is a V convergence point from the upstream side in the conveyance direction (x-axis direction) of the steel plate 1, that is, the pipe forming direction. It is the figure which looked at the direction of V1 point.
2段収束型第2種溶接状態では、鋼板1の周方向の両端11a、11bの厚み方向(z軸方向)の溶融部分が排出されながら両端11a、11bが突き合わせられる。その際、両端11a、11bの厚み方向の中心部が溶融して中心から外側へ向かって溶融部分が排出される(図3Bに示す矢印線を参照)。 In the two-stage convergent type second welding state, both ends 11a and 11b are brought into contact with each other while the melted portion in the thickness direction (z-axis direction) of both ends 11a and 11b in the circumferential direction of the steel plate 1 is discharged. At that time, the central portions in the thickness direction of both ends 11a and 11b are melted, and the melted portions are discharged outward from the center (see the arrow line shown in FIG. 3B).
鋼板1の上方からV字収束領域を含む領域の自発光パターンを高精細に且つ像流れなく撮像(撮影分解能:100[μm/画素]、露光時間:1/10000[sec]の条件)して高い精度でV収束点を測定したところ、2段収束型第2種溶接状態が観測された。溶接の状態が2段収束型第2種溶接状態となると、図3Aに示すように、鋼板1の搬送方向(x軸方向)すなわち造管方向の相対的に上流側の領域に幾何学的なV収束点である幾何学的V収束点V0点と、相対的に下流側の領域に衝合点であるV収束点V1点とが存在するようになる。幾何学的V収束点V0点は、V字状に収束する鋼板1の周方向の両端11a、11bの下流側への延長線(破線で示す)が幾何学的に交わる点である。一方、衝合点であるV収束点V1点は、V字状に収束する鋼板1の周方向の両端11a、11bが最初に物理的に衝合(接触)する点である。V字を形成していた両端11a、11bは、2段収束型第2種溶接状態では、V字先端から造管方向の上流側のある程度の位置k1、k2において屈曲した2段のテーパー状の形状となる。これに対して遷移領域における両端11a、11bは、直線状と2段のテーパー状の状態が交互に現れる不安定な形態を示す。 The self-luminous pattern in the region including the V-shaped convergence region from above the steel plate 1 is imaged with high definition and no image flow (imaging resolution: 100 [μm / pixel], exposure time: 1/10000 [sec]). When the V convergence point was measured with high accuracy, a two-stage convergence type second-type welding state was observed. When the welding state is a two-stage convergence type second-type welding state, as shown in FIG. A geometric V convergence point V0, which is a V convergence point, and a V convergence point V1, which is a collision point, exist in a relatively downstream region. The geometrical V convergence point V0 is a point where the extension lines (shown by broken lines) downstream of the circumferential ends 11a and 11b of the steel sheet 1 converging in a V shape intersect geometrically. On the other hand, the V convergence point V1, which is an abutting point, is a point at which both ends 11a and 11b in the circumferential direction of the steel sheet 1 converging in a V shape first physically abut (contact). Both ends 11a, 11b forming the V-shape are two-stage tapered in a two-stage convergent type second welding state, bent at a certain position k1, k2 upstream from the V-shaped tip in the tube forming direction. It becomes a shape. On the other hand, both ends 11a and 11b in the transition region show an unstable form in which linear and two-step tapered states appear alternately.
溶接の状態が第2種溶接状態となる入力電力以上の入力電力が与えられるときには、溶融スリットの終端点である溶接点W点は、衝合点であるV収束点V1点よりも更に造管方向の下流側の領域に存在する。V収束点V1点と溶接点W点との間には、鋼板1の厚み方向において鋼板1を貫通する溶融スリットSが形成される。さらに、この溶融スリットSは、V収束点V1点から、鋼板1の搬送方向(x軸方向)すなわち造管方向の下流側の方へ伸びた後、消失する。このような溶融スリットSのx軸方向の大きさの変動(溶融スリットSの成長と消失)は、数[msec]の周期で周期的に行われる。V収束点V1点と溶接点W点とは、ともに溶接線上に存在する。 When input power equal to or higher than the input power at which the welding state is the second type welding state is given, the welding point W that is the terminal point of the fusion slit is further in the direction of pipe formation than the V convergence point V1 that is the abutting point. It exists in the downstream area. Between the V convergence point V1 and the welding point W, a melting slit S that penetrates the steel plate 1 in the thickness direction of the steel plate 1 is formed. Further, the melting slit S disappears after extending from the V convergence point V1 toward the downstream side in the conveying direction (x-axis direction) of the steel plate 1, that is, the pipe forming direction. Such a change in the size of the melt slit S in the x-axis direction (growth and disappearance of the melt slit S) is periodically performed with a period of several [msec]. Both the V convergence point V1 and the welding point W are on the weld line.
発明者らは、最適溶接条件は、遷移領域状態における入力電力すなわち基準入力電力SPLcrから10%程度大きい2段収束型第2種溶接状態の入力電力である場合があることを見出した。しかし、2段収束型第2種溶接状態においては、入力電力が基準入力電力SPLcrからどの程度離れているのかを特定することが難しく、入力電力の監視が難しかった。 The inventors have found that the optimum welding condition may be the input power in the two-stage convergence type second welding state that is about 10% larger than the input power in the transition region state, that is, the reference input power SPLcr. However, in the two-stage convergence type second type welding state, it is difficult to specify how far the input power is from the reference input power SPLcr, and it is difficult to monitor the input power.
一方、入力電力が変化すると溶接部を直上(径方向)から観察した溶接部形状(V0点、V1点、W点)が変化することがこれまでに分かっている。そこで、発明者らは、溶接部を直上から観察したときの溶接部形状を注意深く観察した。その結果、溶接部形状と入力電力との間にある関係があることを見出した。この関係を用いて。溶接条件を監視する方法を発明した。以下に、発明者らによる実験及び検討の詳細を説明する。 On the other hand, it has been known that when the input power changes, the welded portion shape (V0 point, V1 point, W point) observed from directly above (radial direction) the welded portion changes. Therefore, the inventors carefully observed the shape of the weld when the weld was observed from directly above. As a result, it has been found that there is a relationship between the welded part shape and the input power. Using this relationship. A method for monitoring welding conditions was invented. Details of the experiments and examinations by the inventors will be described below.
<ラボシミュレータを用いた実験>
ラボ試験装置(以下、ラボシミュレータと称す)を使用して溶接実験を行った。供試材は炭素鋼を使用した。試験片の形状は、板厚8mm、幅32mm、長さ4000mmとした。溶接速度は20m/minとし、入力電力は425.9〜474.7VAとした。スクイズ量は4mmとした。溶接状態判定は、主にビデオカメラによる動画で実施した。
<Experiment using a lab simulator>
Welding experiments were performed using a lab test apparatus (hereinafter referred to as a lab simulator). The test material was carbon steel. The shape of the test piece was 8 mm thick, 32 mm wide, and 4000 mm long. The welding speed was 20 m / min, and the input power was 425.9 to 474.7 VA. The amount of squeeze was 4 mm. Welding state judgment was performed mainly by video using a video camera.
溶接部形状の測定はビデオカメラで撮影した画像から実施した。図3Aに示すように、鋼板エッジの延長線が接触する点を幾何学的V収束点(V0点)と定義して、スクイズロールの軸芯を結んだ線(スクイズロールセンター:SQC)と、V0点の距離をLV0(mm)とした。V0点より造管方向の下流側で鋼板エッジが接触する場合は、その接触点をV1点とした。SQCとV1点の距離をV1(mm)、V0点とV1点の距離をLV0−LV1(mm)とした。溶接点をW点とし、SQCとW点の距離をLW(mm)とした。距離LV0、LV1、LW、及びLV0−LV1の計測は、連続して撮影された100枚の画像(フレーム)の平均値とした。 The weld shape was measured from an image taken with a video camera. As shown in FIG. 3A, the point where the extension line of the steel plate edge contacts is defined as a geometric V convergence point (V0 point), and a line (squeeze roll center: SQC) connecting the squeeze roll shaft cores, The distance of V0 point was set to LV0 (mm). When the steel plate edge contacts the downstream side in the pipe making direction from the V0 point, the contact point is defined as the V1 point. The distance between the SQC and the point V1 is V1 (mm), and the distance between the points V0 and V1 is LV0-LV1 (mm). The welding point was the W point, and the distance between the SQC and the W point was LW (mm). The distances LV0, LV1, LW, and LV0-LV1 were measured as an average value of 100 images (frames) taken continuously.
図4〜図6は、上記ラボシミュレータによる実験結果を示す。図4に入力電力と溶接部画像例および溶接部形状計測値を示す。また図5に入力電力と距離LV0、LV1、LWそれぞれの関係を、図6に入力電力と距離(LV0−LV1)の関係を示す。 4 to 6 show experimental results by the lab simulator. FIG. 4 shows input power, a welded part image example, and a welded part shape measurement value. FIG. 5 shows the relationship between the input power and the distances LV0, LV1, and LW, and FIG. 6 shows the relationship between the input power and the distance (LV0-LV1).
LV0(mm)は入力電力の増加とともに増加した。LV1(mm)とLW(mm)は入力電力の増加とともに減少した。またLV0−LV1(mm)は、第2種溶接状態では0mmで、遷移領域になると増加し始め、入力電力の増加とともにさらに増加した。すなわち遷移領域以上の入力電力において入力電力と距離(LV0-LV1)に相関関係があることがわかった。 LV0 (mm) increased with increasing input power. LV1 (mm) and LW (mm) decreased with increasing input power. Moreover, LV0-LV1 (mm) was 0 mm in the second type welding state, and began to increase in the transition region, and further increased as the input power increased. That is, it was found that there is a correlation between the input power and the distance (LV0-LV1) in the input power above the transition region.
このラボシミュレータの実験の結果を検討し、あらかじめ適正入力電力におけるLV0−LV1(mm)を計測し、溶接中のLV0−LV1(mm)と比較することで、適正値からの入力電力の変化を監視できる可能性があることに、発明者らは想到した。 By examining the results of this laboratory simulator experiment, measuring LV0-LV1 (mm) at the appropriate input power in advance, and comparing it with LV0-LV1 (mm) during welding, the change in input power from the appropriate value The inventors have come up with the possibility of monitoring.
<実機における検証>
上記のラボシミュレータによる実験結果を受けて、発明者らは、実機で種々の板厚を用いて距離(LV0−LV1)と入力電力の関係を検証した。以下にその詳細を説明する。
<Verification on actual machine>
The inventors verified the relationship between the distance (LV0-LV1) and the input power by using various plate thicknesses with an actual machine in response to the experimental results obtained from the lab simulator. Details will be described below.
(1)実験条件
板厚6.4mm、12.7mm、19.0mm、外径404.4mmの鋼管を造管した。入力電力は第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態となるまでステップ状に増加させた。
(1) Experimental conditions A steel pipe having a thickness of 6.4 mm, 12.7 mm, 19.0 mm, and an outer diameter of 404.4 mm was formed. The input power was increased stepwise from the second type welding state to the two-stage convergent second type welding state.
(2)距離(LV0-LV1)計測方法
距離(LV0-LV1)の計測は、溶接部上方から撮影した画像を用いて行った。計測値は連続して撮影された100枚の画像(フレーム)の平均値とした。
(2) Measuring method of distance (LV0-LV1) The distance (LV0-LV1) was measured using an image taken from above the weld. The measured value was an average value of 100 images (frames) taken continuously.
板厚6.4mm、12.7mm、19.0mmのそれぞれにおける入力電力毎の溶接状態判定結果と溶接部画像を図7、図8、図9に示す。また、図10、図11、図12に、入力電力と距離(LV0−LV1)および溶接状態の関係を示す。いずれの板厚においても、第2種溶接状態での距離(LV0−LV1)は0mmであるが、入力電力を増加させて遷移領域状態に変化するとV0点とV1点が分離した。さらに入力電力を増加させると2段収束型第2種溶接状態に変化して距離(LV0―LV1)は増加し、2段収束型第2種溶接状態でも入力電力増加に伴って距離(LV0―LV1)が増加した。 7, 8, and 9 show welding state determination results and welded portion images for each input power at plate thicknesses of 6.4 mm, 12.7 mm, and 19.0 mm, respectively. 10, FIG. 11, and FIG. 12 show the relationship between input power, distance (LV0-LV1), and welding state. In any plate thickness, the distance (LV0-LV1) in the second type welding state is 0 mm, but when the input power is increased and changed to the transition region state, the points V0 and V1 are separated. When the input power is further increased, the distance (LV0−LV1) is changed to the two-stage convergence type second welding state, and the distance (LV0− LV1) increased.
図13に電力評価値ξと、距離(LV0―LV1)および板厚の関係を示す。ξは基準入力電力SPLcrに対する入力電力の増分の割合(%)を示す。図13より、ξが大きいほど距離(LV0−LV1)の値が大きく、また板厚が大きくなると、距離(LV0―LV1)が小さくなることが確認された。 FIG. 13 shows the relationship between the power evaluation value ξ, the distance (LV0−LV1), and the plate thickness. ξ represents the ratio (%) of the increment of the input power with respect to the reference input power SPLcr. From FIG. 13, it was confirmed that the distance (LV0-LV1) increases as ξ increases, and the distance (LV0-LV1) decreases as the plate thickness increases.
これらの結果から、実機においてもラボシミュレータと同様に、2段収束型第2種溶接状態の範囲で、入力電力の増加とともに距離(LV0−LV1)が増加することを確認した。以上のことから、あらかじめ設定された入力電力におけるLV0―LV1(mm)を計測し、溶接中のLV0−LV1(mm)と比較することで、最適溶接条件監視の可能性があることを見出した。 From these results, it was confirmed that the distance (LV0-LV1) increased with increasing input power in the range of the second-stage convergent type second welding state in the actual machine as well as in the laboratory simulator. From the above, it was found that there is a possibility of monitoring optimum welding conditions by measuring LV0-LV1 (mm) at preset input power and comparing with LV0-LV1 (mm) during welding. .
<LV0―LV1予測式構築による適正溶接条件監視技術の高度化提案>
上記の実験結果を基に、電力評価値ξが、距離(LV0−LV1)と、板厚tを金属管の直径Dで無次元化したt/Dによって求められると仮定して予測式を検討した。
<Sophistication proposal of appropriate welding condition monitoring technology by constructing LV0-LV1 prediction formula>
Based on the above experimental results, the prediction formula is examined on the assumption that the power evaluation value ξ is obtained by the distance (LV0−LV1) and t / D in which the thickness t is made dimensionless by the diameter D of the metal tube. did.
まず、t/D変化に伴うξと距離(LV0−LV1)の関係を図14に示す。ξが距離(LV0−LV1)とほぼ線形の関係にあることから、ξ予測式を、下記式(1)と仮定した。
ξ(%)= f(t/D)×(LV0-LV1)+g(t/D) (1)
First, FIG. 14 shows the relationship between ξ and distance (LV0−LV1) associated with t / D change. Since ξ has a substantially linear relationship with the distance (LV0−LV1), the ξ prediction equation is assumed to be the following equation (1).
ξ (%) = f (t / D) × (LV0-LV1) + g (t / D) (1)
また、図15(a)(b)(c)に、ξが、5%、10%、15%のときのt/Dと距離(LV0−LV1)の関係をそれぞれ示す。これらにより、いずれも二次関数で近似できることから、上記式(1)のf(t/D)とg(t/D)を二次関数と仮定して、フィッティングを行い、下記の予測式(2)を演算した。
ξ(%) = {1945 × (t/D)2−152×(t/D)+3.7}×(LV0-LV1)
+{−49834×(t/D)2+4198×(t/D)−82.5} (2)
FIGS. 15A, 15B and 15C show the relationship between t / D and distance (LV0-LV1) when ξ is 5%, 10% and 15%, respectively. Since both can be approximated by a quadratic function, fitting is performed assuming that f (t / D) and g (t / D) in the above formula (1) are quadratic functions, and the following prediction formula ( 2) was calculated.
ξ (%) = {1945 × (t / D) 2 −152 × (t / D) +3.7} × (LV0-LV1)
+ {− 49834 × (t / D) 2 + 4198 × (t / D) −82.5} (2)
上記式(2)では、f(t/D)、g(t/D)が、二次関数であるが、f(t/D)、g(t/D)は、二次関数に限られない。一次関数又はその他の関数を、実測値にフィッティングすることでf(t/D)、g(t/D)を決定することができる。図15(a)(b)(c)に示す例では、問題となるt/Dの範囲において、t/Dが増加するとf(t/D)、g(t/D)が減少するような関数を、f(t/D)、g(t/D)とすることができる。 In the above formula (2), f (t / D) and g (t / D) are quadratic functions, but f (t / D) and g (t / D) are limited to quadratic functions. Absent. F (t / D) and g (t / D) can be determined by fitting a linear function or another function to an actual measurement value. In the example shown in FIGS. 15A, 15B and 15C, f (t / D) and g (t / D) decrease as t / D increases in the problematic t / D range. The function can be f (t / D), g (t / D).
図16は、ξの実測値と計算値の関係を示すグラフである。図16に示す結果から、上記式(2)を用いた計算値は、実測値と合っていることがわかった。 FIG. 16 is a graph showing the relationship between the actually measured value of ξ and the calculated value. From the results shown in FIG. 16, it was found that the calculated value using the above formula (2) matches the actual measured value.
以上の結果から、今回の実験データを用いた場合に距離(LV0−LV1)の予測をすることが可能であることが分かった。この知見に基づき、発明者らは、溶接中の画像から距離(LV0−LV1)をとらえることで溶接条件を監視する方法及びシステムを発明した。以下にその具体例を説明する。 From the above results, it was found that the distance (LV0-LV1) can be predicted when the present experimental data is used. Based on this finding, the inventors have invented a method and system for monitoring welding conditions by capturing a distance (LV0-LV1) from an image during welding. Specific examples will be described below.
<溶接条件監視の具体例>
図17は、監視システムを含む管理システム100(製造システムの一例)の構成例を示す機能ブロック図である。管理システム100は、監視システム101、制御部104、及びモニタ105を含む。監視システム101は、画像情報検出部102、及び評価算出部103を含む。画像情報検出部102は、撮像装置5が金属板の両端の衝合部及びその周辺部を径方向から撮影した画像を取得する。画像情報検出部102は、取得した画像から、幾何学的V収束点V0点とV収束点V1点との距離(LV0−LV1)を検出する。評価算出部103は、ある監視対象時点における入力電力が、遷移領域における入力電力としていて決定される基準入力電力を示す値であるSPLcrに対して、どの程度離れているかを示す値である電力評価値ξを、算出する。電力評価値ξの算出には、監視対象時点における距離(LV0−LV1)、金属板の厚みt、及び成形される金属管の直径Dが用いられる。
<Specific example of monitoring welding conditions>
FIG. 17 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a management system 100 (an example of a manufacturing system) including a monitoring system. The
監視システム101は、評価算出部103で算出された電力評価値を、モニタ105に出力することができる。監視システム101は、操業中の連続する複数の時点のそれぞれにおける電力評価値を算出して、それらをモニタ105に出力してもよい。これにより、電力評価値をリアルタイムでモニタ105に表示することができる。
The
また、監視システム101は、評価算出部103で算出された電力評価値に基づいて入力電力を制御する制御部104をさらに備える。制御部104は、例えば、電力評価値が予め決められた条件を満たすように、入力電力を制御することができる。例えば、電力評価値の上限と下限を予め設定してもよい。この場合、制御部104は、電力評価値が上限を超えた場合に、入力電力を下げ、電力評価値が下限を下回った場合に、入力電力を上げる制御が可能である。
The
監視システム101は、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータによって構成される。画像情報検出部102及び評価算出部103の各部は、1又は複数のコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。そのようなプログラム及びそのプログラムを記録した非一時的(non-transitory)な記録媒体も、本発明の実施形態の一例である。プロセッサは、メモリに記録されたプログラムに従って処理を実行する。プログラムは、上記の画像情報検出部102及び評価算出部103を提供するためのプロセッサに対する命令を含むことができる。なお、制御部104も、1又は複数のコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。
The
図18は、管理システム100による溶接状態の監視処理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 18 is a flowchart illustrating an example of a welding state monitoring process performed by the
S1において、管理システム100は、溶接部に入力される入力電力EpIpを取得する。例えば、管理システム100は、各時刻t=t1、t2、t3、・・・、tnそれぞれにおける入力電力EpIpの値EpIp(t)を取得することができる。EpIp(t)は、例えば、高周波電源6の出力電圧及び出力電流から計算することができる。なお、管理システム100は、入力電力EpIpの代わりに、その他の入熱量を示す値を取得してもよい。
In S1, the
S2において、管理システム100は、撮像装置5で撮像された溶接部の画像を取得する。ここでは、一例として、撮像装置5で連続する時刻t=t1、t2、t3、・・・、tnそれぞれにおいて撮像された画像(フレーム)を、管理システム100が受け取る。管理システム100は、取得した各画像について、V0点とV1点との距離(LV0−LV1)を計算する(S3)。これにより、各時刻tにおける距離(LV0−LV1)が得られる。
In S <b> 2, the
S2で取得する画像は、鋼管の両端部11a、11bの衝合部及びその周辺を径方向(上方)から撮像した画像である。この画像の撮像範囲は、両端部11a、11bが接触し始めるV1点の造管方向の上流の両端がテーパー状又はV字状になって互いに対向する部分、及びV1点から下流の溶接点W点までを少なくとも含むことが好ましい。なお、画像に基づいて、距離(LV0−LV1)を検出する処理の例は、後述する。 The image acquired in S2 is an image obtained by capturing the abutting portions of the both ends 11a and 11b of the steel pipe and the periphery thereof from the radial direction (upward). The imaging range of this image is that the two ends upstream of the pipe forming direction at the point V1 where both ends 11a and 11b start to contact each other are tapered or V-shaped and facing each other, and the welding point W downstream from the point V1. It is preferable to include at least the point. An example of processing for detecting the distance (LV0-LV1) based on the image will be described later.
S4において、管理システム100は、S1で取得した入力電力EpIpと、S3で求めた距離(LV0−LV1)の時間遷移とに基づいて、基準入力電力を示す値SPLcrを検出する。例えば、管理システム100は、距離(LV0−LV1)が、LV0−LV1>0となりその後LV0−LV1>0の状態が一定時間継続する時点tvを決定する。時刻tvにおけるLV0−LV1が、所定の閾値Th1を越える場合に、その時刻tvの入力電力EpIp(tv)をSPLcrと決定することができる。閾値Th1は、例えば、金属管のサイズや材質等に応じて定められる。なお、SPLcrの検出処理は、上記例に限られない。
In S4, the
上記の条件を満たす距離(LV0−LV1)の時間遷移が検出されない場合、管理システム100は、SPLcrは未検出すなわち入力電力が基準入力電力に達していないと判断することができる(S5でNo)。例えば、入力電力が低く、第1種溶接状態又は第2種溶接状態の場合は、入力電力が基準入力電力SPLcrに達していないと判断される。
When the time transition of the distance (LV0-LV1) satisfying the above condition is not detected, the
S5でSPLcrが検出されないと判断された場合(S5でNo)、入力電力を上昇させて入熱量を増やして、S1〜S4の処理を繰り返す。SPLcrが検出されると(S5でYes)、管理システム100は、電力評価値ξを計算する(S7)。電力評価値ξは、S3で演算された距離(LV0−LV1)を、例えば、上記式(1)に代入して計算することができる。上記式(1)におけるf(t/D)、g(t/D)は、金属管の厚みt及び直径Dに基づいて、予め計算された値を用いることができる。
If it is determined that SPLcr is not detected in S5 (No in S5), the input power is increased to increase the amount of heat input, and the processes of S1 to S4 are repeated. When SPLcr is detected (Yes in S5), the
S8において、管理システム100は、S7で計算された電力評価値ξを用いて溶接状態を判定する。ここでは、電力評価値ξが、予め設定された範囲内にある場合に、溶接状態が良好と判定することができる。上記範囲を決める閾値は、例えば、5〜15%、好ましくは8〜12%等、10%付近を示す値とすることができる。また、電力評価値ξが、上記範囲より大きい場合は、入熱量が大きすぎると判定することができる。電力評価値ξが、上記範囲より小さい場合は、入熱量が小さすぎると判定することができる。
In S8, the
S9において、管理システム100は、S8で判定した結果を表示する。例えば、管理システムが備える又は接続されるモニタ105(ディスプレイ)、スピーカ、又はプリンタ等の出力装置を介して、判定結果を出力することができる。判定結果は、溶接状態の良否を示す情報であってもよいし、入熱量(入力電力)の適否、過不足、又は過不足の量を示す情報であってもよい。
In S9, the
S10において、管理システム100は、S8で判定した結果に基づいて、交流電源6を制御することにより、入力電力を制御する。例えば、S8で判定された入力電力の過不足の量に基づいて、交流電源6の出力値を変更することができる。S10で、入力電力が調整され、溶接が継続される。溶接が継続される間、S1〜S10の処理が繰り返し実行される。例えば、管理システム100は、S7で計算された電力評価値ξが、上記の予め設定された範囲内になるように、入力電力を制御することができる。
In S10, the
図18に示す処理によれば、入力電力の増加に伴って変化する電力評価値ξ及び距離(LV0−LV1)を監視することによって、溶接状態の良否が判定される。これにより、2段収束型第2種溶接状態における最適な入力電力を判断することができる。例えば、第1種溶接状態から、入力電力を徐々に増加し、第2種溶接状態を経て遷移領域になった後すなわちSPLcrが検出された後、2段収束型第2種溶接状態において、例えば、電力評価値ξが10%となるときの入力電力を、最適溶接条件として決定することができる。 According to the process shown in FIG. 18, the quality of the welding state is determined by monitoring the power evaluation value ξ and the distance (LV0−LV1) that change as the input power increases. Thereby, it is possible to determine the optimum input power in the two-stage convergence type second type welding state. For example, after the input power is gradually increased from the first type welding state and after entering the transition region through the second type welding state, that is, after SPLcr is detected, in the two-stage convergent type second welding state, for example, The input power when the power evaluation value ξ is 10% can be determined as the optimum welding condition.
上記式(1)により、t/Dをパラメータとして、適正溶接条件を満たすとき(例えば、電力評価値ξが10%となるとき)の距離(LV0−LV1)の予測が可能である。このように、適正溶接条件を満たすとこの距離(LV0―LV1)を高度に予測することで、溶接前に適正溶接条件の距離(LV0―LV1)を計測することなく適正溶接条件の監視と制御が可能になる。 The above formula (1) makes it possible to predict the distance (LV0−LV1) when the proper welding condition is satisfied (for example, when the power evaluation value ξ is 10%) using t / D as a parameter. As described above, when the proper welding condition is satisfied, this distance (LV0-LV1) is highly predicted, and the appropriate welding condition is monitored and controlled without measuring the distance (LV0-LV1) of the appropriate welding condition before welding. Is possible.
なお、上記例では、電力評価値ξを、LV0−LV1、及びt/Dを用いて計算しているが、これらの要素以外の要素を用いて電力評価値ξを決定することもできる。例えば、上記式(1)に、溶接速度又は外径データなど他のパラメータで決まる項を追加してもよいし、上記式(1)を用いて計算された値を、他のパラメータを用いて補正してもよい。 In the above example, the power evaluation value ξ is calculated using LV0−LV1 and t / D. However, the power evaluation value ξ can be determined using elements other than these elements. For example, a term determined by other parameters such as welding speed or outer diameter data may be added to the above equation (1), and the value calculated using the above equation (1) may be added using other parameters. It may be corrected.
上記図18に示す例では、S4でSPLcrが計算された場合に、電力評価値ξを用いた溶接状態の判定を実行している。これに対して、S4のSPLcrの計算及び、その判定(S5)、判定結果に基づく電力制御(S10)は省略することができる。 In the example shown in FIG. 18, when SPLcr is calculated in S4, the welding state determination using the power evaluation value ξ is executed. On the other hand, calculation of SPLcr of S4, its determination (S5), and power control based on the determination result (S10) can be omitted.
(距離(LV0L−V1)の計算例)
画像情報検出部102は、V字収束部を含む画像に基づいて、幾何学的V収束点V0点を求める処理、V収束点V1点を求める処理、及び距離(LV0−LV1)を求める処理を実行する。
(Example of calculating distance (LV0L-V1))
The image
幾何学的V収束点V0点を求める処理は、例えば、画像を2値化して2値化画像を生成する処理、2値化画像から金属板の周方向の両端部を決定する処理、両端部を示す2本の近似線を生成する処理、及び、これら2本の近似線の交点を幾何学的V収束点V0点として決定する処理を含むことができる。或いは、幾何学的V収束点V0点を求める処理は、画像におけるエッジ抽出処理、抽出されたエッジに対してテンプレートマッチングすることにより金属板の周方向の両端部及び交点を決定する処理、この交点を幾何学的V収束点V0点として決定する処理を含んでもよい。なお、幾何学的V収束点V0点を求める処理は、これらの例に限られない。 The process for obtaining the geometrical V convergence point V0 is, for example, a process for binarizing an image to generate a binarized image, a process for determining both ends in the circumferential direction of the metal plate from the binarized image, And a process of determining an intersection of these two approximate lines as a geometric V convergence point V0. Alternatively, the process for obtaining the geometrical V convergence point V0 includes an edge extraction process in the image, a process for determining both ends and intersections in the circumferential direction of the metal plate by template matching with the extracted edges, May be included as a geometric V convergence point V0. The process for obtaining the geometric V convergence point V0 is not limited to these examples.
V収束点V1点を求める処理は、例えば、画像を2値化して2値化画像を生成する処理、2値化画像からV収束点V1点を決定する処理を含むことができる。或いは、V収束点V1点を求める処理は、画像におけるエッジ抽出処理、抽出されたエッジに対してテンプレートマッチングすることによりV収束点V1点を決定する処理を含んでもよい。なお、V収束点V1点を求める処理は、これらの例に限られない。 The process for obtaining the V convergence point V1 can include, for example, a process for binarizing an image to generate a binarized image and a process for determining the V convergence point V1 from the binarized image. Alternatively, the process for obtaining the V convergence point V1 may include an edge extraction process in the image and a process for determining the V convergence point V1 by performing template matching on the extracted edge. Note that the process for obtaining the V convergence point V1 is not limited to these examples.
画像情報検出部102は、例えば、幾何学的V収束点V0点とV収束点V1点と座標から距離(LV0−LV1)を計算することができる。
For example, the image
次に、画像情報検出部102の処理の一例を具体的に説明する。図19は、撮像装置5により撮像されたV字収束領域の画像の一例を図面化した図である。
Next, an example of processing of the image
図19に示すように、撮像装置5により撮像されたV字収束領域の画像では、鋼板1の周方向の端部11a、11bに沿って輝度レベルの高い高熱領域81a、81bが現れる。また、鋼板1の搬送方向(x軸方向)の下流側の領域82には、鋼板1に周方向の端部11a、11bの溶融部分が排出されてできる波状の模様が現れる。またV字状に収束している領域付近から鋼板1の搬送方向(x軸方向)に沿って溶融スリットSが現れる。
As shown in FIG. 19, in the image of the V-shaped convergence region imaged by the
画像データ処理は、例えば、CPUが、通信インターフェースを介して、撮像装置5から画像データを取得し、取得した画像データを、RAM等に一時的に記憶することにより実現される。
The image data processing is realized, for example, by the CPU acquiring image data from the
(赤色成分抽出処理)
画像情報検出部102は、入力されたV字収束領域の画像データのコントラストを明確にするために、その画像データから赤色成分(波長590[nm]〜680[nm])を抽出する。
(Red component extraction process)
The image
赤色成分抽出処理は、例えば、CPUが、RAM等から画像データを読み出して赤色成分を抽出し、抽出した赤色成分の画像データをRAM等に一時的に記憶することにより実現される。 The red component extraction processing is realized, for example, by the CPU reading out image data from a RAM or the like, extracting a red component, and temporarily storing the extracted red component image data in the RAM or the like.
(2値化処理)
画像情報検出部102は、赤色成分抽出処理で得られた赤色成分の画像データを2値化(反転)する。ここでは、画像情報検出部102は、輝度レベルが閾値以上の画素に画素値「0」を、閾値未満の画素に画素値「1」を与える。幾何学的V収束点V0点とV収束点V1点の処理では、輝度レベルの閾値が異なってもよい。図20は、2値化画像の一例を図面化して示す図である。
(Binarization processing)
The image
画像情報検出部102の2値化処理は、例えば、CPUが、RAM等から赤色成分の画像データを読み出して2値化処理を行い、2値化画像データをRAM等に一時的に記憶することにより実現される。
In the binarization process of the image
(ラベリング処理)
画像情報検出部102は、2値化処理で得られた2値化画像に対し、ブロッブ(Blob)毎にラベルをつけるラベリング処理を行う。ここでいうブロッブとは、ある画素に対し、上下左右方向において隣接する4画素と斜め方向において隣接する4画素とを含む隣接8画素の何れかにおいて、画素値「1」が与えられた画素が隣接している場合、それらの画素を連結することを各画素について行うことにより得られた個々の連結領域を意味する。また、ラベリング処理とは、個々のブロッブにラベル番号をつけて特定のブロッブを抽出し、抽出したブロッブの画像内の位置(x座標の最大点及び最小点、y座標の最大点及び最小点)、幅、長さ、面積等を抽出する処理である。
(Labeling process)
The image
図21は、ラベリング処理が行われた2値化画像の一例を図面化して示す図である。 FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a binarized image on which a labeling process has been performed.
図21に示す例では、3つのブロッブに、それぞれラベル番号「1」、「2」及び「3」が付けられている場合が示されている。 In the example shown in FIG. 21, the case where the label numbers “1”, “2”, and “3” are respectively attached to the three blobs is shown.
ラベリング処理は、例えば、CPUが、RAM等から、2値化画像データを読み出してラベリング処理を行い、その結果をRAM等に一時的に記憶することにより実現される。 The labeling process is realized, for example, by the CPU reading the binarized image data from the RAM or the like, performing the labeling process, and temporarily storing the result in the RAM or the like.
なお、幾何学的V収束点V0点の計算及びV収束点V1点の計算で、2値化処理で用いられる輝度レベルの閾値が同じである場合、2値化処理及びラベリング処理をそれぞれ共通にすることができる。 Note that, in the calculation of the geometric V convergence point V0 and the calculation of the V convergence point V1, when the threshold of the luminance level used in the binarization process is the same, the binarization process and the labeling process are shared. can do.
(V収束点導出処理)
V収束点導出処理は、ラベリング処理によりラべル番号が付与されたブロッブのうち、所定の条件に合致するブロッブが抽出されたか否かを判定する処理を含む。V収束点導出処理では、画像情報検出部102は、所定の条件に合致するブロッブがあると判定した場合、そのブロッブ(図21に示す例ではラベル番号「2」が付与されたブロッブ)を、V字収束領域のブロッブ91として抽出する。そして、画像情報検出部102は、抽出したV字収束領域のブロッブ91の座標や面積等の形状情報を取得する。図22は、V字収束領域のブロッブ91が抽出された様子の一例を図面化して示す図である。また、図23は、V収束点V1点が検出された様子の一例を図面化して示す図である。
(V convergence point derivation process)
The V convergence point deriving process includes a process of determining whether or not a blob that matches a predetermined condition is extracted from the blobs assigned the label number by the labeling process. In the V convergence point deriving process, when the image
ここで、画像情報検出部102は、例えば、図20に示す2値化画像において、左端に接し、且つ、所定の面積条件を有するブロッブがあれば、それをV字収束領域のブロッブ91として抽出する。所定の面積条件としては、例えば、ブロッブの面積の実寸法が15[mm2]〜150[mm2]であるという条件と、ブロッブに外接する矩形ブロックの実寸法が25[mm2]〜320[mm2]であるという条件との少なくとも何れか一方を満たす等の条件を設定すればよい。
Here, for example, in the binarized image shown in FIG. 20, the image
図24に示すように、画像情報検出部102は、V字収束領域のブロッブ91のx軸の正の方向(鋼板1の搬送方向の下流の方向)の先端を、衝合点であるV収束点V1点(の位置)として検出する。
As shown in FIG. 24, the image
本実施形態では、一例として、1つの監視対象時点についてV収束点V1点と幾何学的V収束点V0点との間の距離(LV0−LV1)を測定する際には、画像情報検出部102は、撮像装置5により3[sec]に亘って連続的に撮像された複数のV字収束領域の画像のそれぞれについて、V収束点V1点の位置を検出する。撮像装置5は、500[fps]の撮影フレームレートで画像を撮像するので、1500個のV収束点V1点の位置が画像情報検出部102により検出される。ただし、例えば、V収束点V1点の位置の変動が僅かである場合、画像情報検出部102は、1つの画像から導出したV収束点V1点の位置を検出してもよい(すなわち、必ずしも複数の画像のそれぞれからV収束点V1点を導出する必要はない)。
In this embodiment, as an example, when measuring the distance (LV0−LV1) between the V convergence point V1 and the geometric V convergence point V0 for one monitoring target time point, the image
なお、電縫溶接操業管理装置100が鋼板1に対する入熱量の制御を行っているときに、所定のフレーム数以上連続して所定の条件に合致するブロッブが抽出されなければ、画像情報検出部102は、オペレータにエラーメッセージを出力することができる。
Note that when the ERW
V収束点導出処理は、例えば、CPUが、ラベリング処理が行われた2値化画像データをRAM等から読み出して、V収束点V1点の座標を導出し、その結果をRAM等に一時的に記憶することにより実現される。 In the V convergence point deriving process, for example, the CPU reads the binarized image data subjected to the labeling process from the RAM or the like, derives the coordinates of the V convergence point V1, and temporarily stores the result in the RAM or the like. This is realized by memorizing.
(幾何学的V収束点導出処理)
幾何学的V収束点導出処理は、ラベリング処理によりラベル番号が付与されたブロッブのうち、所定の条件に合致するブロッブが抽出されたか否かを判定する処理を含む。画像情報検出部102は、所定の条件に合致するブロッブがあると判定した場合、そのブロッブを、V字収束領域のブロッブ91として抽出する。そして、画像情報検出部102は、抽出したV字収束領域のブロッブ91の座標や面積等の形状情報を取得する(図21、図22を参照)。なお、画像情報検出部102は、V収束点導出処理で抽出されたV字収束領域のブロッブ91の情報を流用することもできる。
(Geometric V convergence point derivation process)
The geometrical V convergence point deriving process includes a process of determining whether or not a blob that matches a predetermined condition is extracted from the blobs assigned label numbers by the labeling process. When the image
次に、画像情報検出部102は、抽出したV字収束領域のブロッブ91から、鋼板1の周方向の端部11a、11bに対応する領域を探索する。
Next, the image
図23は、画像情報検出部102が鋼板1の周方向の端部11a、11bに対応する領域を探索する様子の一例を図面化して示す図である。
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a state in which the image
図23に示すように、画像情報検出部102は、V字収束領域のブロッブ91の、搬送方向(x軸方向)の最下流点(V収束点導出処理により検出されたV収束点V1点)を通り、且つ、x軸方向と平行な直線(図23に示す一点鎖線)から、y軸の正の方向及びy軸の負の方向に、画素値が「1」から「0」に変化する点をそれぞれ探索し、その点を鋼板1の周方向の端部11aおよび11bとする探索処理を行う。
As shown in FIG. 23, the image
画像情報検出部102は、この探索処理を、V字状に収束する方向(x軸方向)の所定の範囲、例えば2値化画像の左端(鋼板1の搬送方向の上流側)から、V字収束領域のブロッブ91の先端までの範囲のうち、左端から2/3の範囲で実行する(図23に示す「直線近似する領域」を参照)。そして、画像情報検出部102は、探索した鋼板1の周方向の端部11a、11bに対応する領域をそれぞれ直線近似し、それぞれの近似直線の交点を幾何学的V収束点V0点として検出する。
The image
本実施形態では、画像情報検出部102は、V収束点V1点の位置を検出したときに使用したのと同じV字収束領域の画像のそれぞれについて、幾何学的V収束点V0点を検出する。
In the present embodiment, the image
上記の実施形態では、製造対象の金属管が鋼管である場合について説明したが、本発明は、鋼管以外の金属管の製造に適用してもよい。 In the above embodiment, the case where the metal pipe to be manufactured is a steel pipe has been described, but the present invention may be applied to the manufacture of a metal pipe other than a steel pipe.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。 While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.
2a、2b スクイズロール
3a、3b コンタクトチップ
4 インピーダー
5 撮像装置
6 高周波電源
100 管理システム
2a, 2b Squeeze rolls 3a, 3b Contact chip 4
Claims (6)
前記金属板の両端の衝合部及びその周辺部を前記径方向から撮影した画像に基づいて、前記金属板の両端の衝合部の上流における接触前の前記両端の延長線の幾何学的な交点である幾何学的V収束点V0点と、前記金属板の両端が接触し始める衝合点であるV収束点V1点との距離(LV0−LV1)を検出する工程と、
ある監視対象時点における入力電力が、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力を示す値であるSPLcrに対して、どの程度離れているかを示す値である電力評価値ξを、前記監視対象時点における距離(LV0−LV1)、前記金属板の厚みt、及び成形される金属管の直径Dを用いて、算出する工程とを有する、監視方法。 While the metal plate is conveyed in the conveying direction and formed into a cylindrical shape, both ends in the circumferential direction of the metal plate are opposed to each other so as to be V-shaped when viewed from the outside in the radial direction, and the abutting portions are in contact with both ends In a manufacturing process of a metal tube for forming and welding a molten metal by flowing an alternating current to the monitoring method, the monitoring method for monitoring the molten state of the abutting portion,
Based on the images obtained by photographing the abutting portions at both ends of the metal plate and the peripheral portion thereof from the radial direction, the geometrical lines of the extension lines at both ends before the contact upstream of the abutting portions at both ends of the metal plate are obtained. Detecting a distance (LV0-LV1) between a geometric V convergence point V0 that is an intersection and a V convergence point V1 that is an abutment point at which both ends of the metal plate start to contact;
How much is the input power at a certain monitoring target time with respect to SPLcr which is a value indicating the reference input power determined as the input power in the transition region from the second type welding state to the two-stage convergence type second type welding state? A step of calculating a power evaluation value ξ that is a value indicating whether they are separated by using a distance (LV0-LV1) at the monitoring target time point, a thickness t of the metal plate, and a diameter D of a metal tube to be formed; A monitoring method.
前記電力評価値ξは、下記式(1)により算出される、監視方法。
ξ= f(t/D)×(LV0-LV1)+g(t/D) (1)
t:金属管の厚み
D:金属管の直径
f(t/D):t/Dを変数とする関数
g(t/D):t/Dを変数とする関数 The monitoring method according to claim 1,
The power evaluation value ξ is a monitoring method calculated by the following formula (1).
ξ = f (t / D) × (LV0-LV1) + g (t / D) (1)
t: Metal tube thickness
D: Diameter of the metal tube
f (t / D): Function with t / D as a variable
g (t / D): Function with t / D as a variable
前記電力評価値ξは、下記式(2)により算出される、監視方法。
ξ= {1945 × (t/D)2−152×(t/D)+3.7}×(LV0-LV1)
+{−49834×(t/D)2+4198×(t/D)−82.5} (2) The monitoring method according to claim 2,
The power evaluation value ξ is a monitoring method calculated by the following formula (2).
ξ = {1945 × (t / D) 2 −152 × (t / D) +3.7} × (LV0-LV1)
+ {− 49834 × (t / D) 2 + 4198 × (t / D) −82.5} (2)
前記算出された電力評価値をモニタに出力するか、又は、前記算出された電力評価値に基づいて前記入力電力を制御する工程をさらに備える、金属管の製造方法。 A method for manufacturing a metal tube, including the monitoring method according to claim 1, for manufacturing a metal tube,
A method of manufacturing a metal tube, further comprising a step of outputting the calculated power evaluation value to a monitor or controlling the input power based on the calculated power evaluation value.
前記金属板の両端の衝合部及びその周辺部を前記径方向から撮影した画像に基づいて、前記金属板の両端の衝合部の上流における接触前の前記両端の延長線の幾何学的な交点である幾何学的V収束点V0点と、前記金属板の両端が接触し始める衝合点であるV収束点V1点との距離(LV0−LV1)を検出する画像情報検出部と、
ある監視対象時点における入力電力が、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力を示す値であるSPLcrに対して、どの程度離れているかを示す値である電力評価値ξを、前記監視対象時点における距離(LV0−LV1)、前記金属板の厚みt、及び成形される金属管の直径Dを用いて、算出する評価算出部とを有する、監視システム。 While the metal plate is conveyed in the conveying direction and formed into a cylindrical shape, both ends in the circumferential direction of the metal plate are opposed to each other so as to be V-shaped when viewed from the outside in the radial direction, and the abutting portions where both ends contact In a manufacturing process of a metal tube for forming and welding a molten metal by passing an alternating current through the monitoring system, the monitoring system monitors the molten state of the abutting portion,
Based on the images obtained by photographing the abutting portions at both ends of the metal plate and the peripheral portion thereof from the radial direction, the geometrical lines of the extension lines at both ends before the contact upstream of the abutting portions at both ends of the metal plate are obtained. An image information detection unit for detecting a distance (LV0-LV1) between a geometric V convergence point V0 that is an intersection and a V convergence point V1 that is an abutting point at which both ends of the metal plate start to contact;
How much is the input power at a certain monitoring target time with respect to SPLcr which is a value indicating the reference input power determined as the input power in the transition region from the second type welding state to the two-stage convergence type second type welding state? Evaluation calculation for calculating a power evaluation value ξ, which is a value indicating whether or not the object is separated, using the distance (LV0-LV1) at the monitoring target time point, the thickness t of the metal plate, and the diameter D of the metal tube to be formed. And a monitoring system.
前記金属板の両端の衝合部及びその周辺部を前記径方向から撮影した画像に基づいて、前記金属板の両端の衝合部の上流における接触前の前記両端の延長線の幾何学的な交点である幾何学的V収束点V0点と、前記金属板の両端が接触し始める衝合点であるV収束点V1点との距離(LV0−LV1)を検出する処理と、
ある監視対象時点における入力電力が、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力として決定される基準入力電力を示す値であるSPLcrに対して、どの程度離れているかを示す値である電力評価値ξを、前記監視対象時点における距離(LV0−LV1)、前記金属板の厚みt、及び成形される金属管の直径Dを用いて、算出する処理とを、コンピュータに実行させる、監視プログラム。 While the metal plate is conveyed in the conveying direction and formed into a cylindrical shape, both ends in the circumferential direction of the metal plate are opposed to each other so as to be V-shaped when viewed from the outside in the radial direction, and the abutting portions are in contact with both ends In a manufacturing process of a metal tube for forming and welding a molten metal by flowing an alternating current to a monitoring program, the monitoring program monitors the molten state of the abutting portion,
Based on the images obtained by photographing the abutting portions at both ends of the metal plate and the peripheral portion thereof from the radial direction, the geometrical lines of the extension lines at both ends before the contact upstream of the abutting portions at both ends of the metal plate are obtained. A process of detecting a distance (LV0-LV1) between a geometric V convergence point V0 that is an intersection point and a V convergence point V1 point that is an abutment point where both ends of the metal plate start to contact;
How much is the input power at a certain monitoring target time with respect to SPLcr which is a value indicating the reference input power determined as the input power in the transition region from the second type welding state to the two-stage convergence type second type welding state? A process of calculating a power evaluation value ξ that is a value indicating whether or not the object is separated by using a distance (LV0-LV1) at the monitoring target time point, a thickness t of the metal plate, and a diameter D of a metal tube to be formed; A monitoring program that causes a computer to execute.
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