JP5200469B2 - Welding spark detection method, spark detection device, and welded product manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、高周波加熱溶接や高周波抵抗溶接を行う際に発生するスパークの検出方法及びスパークの検出装置ならびに溶接製品の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for detecting sparks generated when performing high-frequency heating welding or high-frequency resistance welding, a detection device for sparks, and a method for manufacturing a welded product.
例えば、電縫溶接鋼管などの溶接製品の製造に用いられる高周波加熱溶接や高周波抵抗溶接などにおいては、正常な状態では、溶接部分の発熱や発光はほぼ一定に安定している。一方、種々の溶接条件により、異常となった場合には、加熱コイルの電流及び電圧に変動が生じ、スパークが発生する。 For example, in high-frequency heating welding and high-frequency resistance welding used for the manufacture of welded products such as electric-welded steel pipes, the heat generation and light emission of the welded portion are almost constant and stable under normal conditions. On the other hand, when abnormalities occur due to various welding conditions, fluctuations occur in the current and voltage of the heating coil and sparks are generated.
スパークとは、溶接部分を中心に、周囲へ激しく火花が飛び散る現象を指し、スパークが発生した部分は、一般的に、溶接不良となることが多いことが知られている。したがって、溶接時に、スパークが発生したか否かを正確に検出し、スパークを検出した場合には、需要家に出荷しないように、当該部位の切断除去を行なうことが必要である。 Spark is a phenomenon in which sparks violently scatter around the welded part, and it is known that the part where the spark is generated often results in poor welding. Accordingly, it is necessary to accurately detect whether or not a spark has occurred during welding, and when the spark is detected, it is necessary to cut and remove the part so as not to be shipped to the consumer.
特許文献1には、高周波加熱装置の出力電流及び電圧をモニタしてスパークを検出する技術が開示されている。この技術は、高周波加熱用コイルの電流及び電圧を監視して、正常な溶接時に対して、スパーク発生時には電流及び電圧が急激に変化することから、それを捕らえて、間接的にスパークの発生を検出しようとする方法である。
また、特許文献2には、正常な溶接と比較して、スパーク発生時に溶接部がより明るくなる特性に着目し、それを利用して検出する技術が開示されている。この技術は、溶接部をカメラで観察し、溶接部が発する光量をモニタする方法である。
しかしながら、溶接時には、スパークと似た火花による発光現象である、スパッタも発生する。スパッタは、一般に、スパークに比べて、発生頻度は高いものの、スパッタの発生した部位が溶接不良となる確率は低い。したがって、スパークの検出に当たっては、スパッタとの弁別を行うことが肝要である。 However, during welding, spatter, which is a light emission phenomenon due to sparks similar to sparks, also occurs. In general, spatter occurs more frequently than sparks, but there is a low probability that the sputtered portion will be welded poorly. Therefore, it is important to discriminate from the spatter when detecting the spark.
しかし、高周波加熱コイルの電流と電圧の変動から検出する特許文献1の技術では、スパークとスパッタともに、その発生時には、高周波加熱コイルの電流と電圧に変動を与える特性があるので、スパークとスパッタを弁別するのは困難である。
However, in the technique of
また、特許文献2の発光強度を監視する技術でも、スパーク、スパッタともに、溶接部の発光強度が変化するという点でよく似た現象であるため、スパークとスパッタを識別することは、極めて困難である。
Further, even in the technique of monitoring the light emission intensity of
上述のように、スパークとスパッタの弁別が困難な従来技術では、スパッタをスパークとして過剰に検出するため、超音波探傷を用いた、出荷前の重点的な品質検査において、再検査の作業が多数となってしまい、生産効率が阻害されるという問題がある。 As described above, in the conventional technology in which it is difficult to discriminate between spark and spatter, since spatter is excessively detected as spark, there are many re-inspection work in the focused quality inspection before shipment using ultrasonic flaw detection. As a result, there is a problem that production efficiency is hindered.
本発明の目的は、上述の課題を解決すべく、高周波抵抗溶接を行う際に発生するスパークを、正確かつ確実に検出することができる高周波抵抗溶接におけるスパーク検出法およびスパーク検出装置ならびに溶接製品の製造方法を提供するものである。 An object of the present invention is to provide a spark detection method, a spark detection apparatus, and a welding product for high-frequency resistance welding that can accurately and reliably detect sparks generated during high-frequency resistance welding in order to solve the above-described problems. A manufacturing method is provided.
まず、発明者等は、スパークとスパッタとの識別方法を検討するため、目視によって電縫溶接鋼管を製造している時の溶接状況について観察を行った。その結果、スパークは、極めて短時間の青白い閃光と火花の飛散と、が見られ、一方、スパッタは明るい火花の飛散が比較的長時間見られるものの、青白さは見られなかった、との定性的な知見を得た。 First, in order to examine the discrimination method between sparks and spatters, the inventors observed the welding situation when manufacturing an ERW welded steel pipe by visual observation. As a result, it was qualitative that sparks showed very short flashes and sparks, while spatters showed bright sparks for a relatively long time, but no paleness. Gained insights.
次に、目視観察における知見を定量的に把握するために、図1に示す実験装置を使って電縫溶接鋼管の製造時の溶接状況を撮像した。 Next, in order to grasp the knowledge in visual observation quantitatively, the welding situation at the time of manufacture of an ERW welded steel pipe was imaged using the experimental apparatus shown in FIG.
高周波加熱装置1によって製造中の電縫鋼管3の溶接されている溶接部2を、1秒間に30フレーム(コマ)で撮像装置4(ここでは、カラーカメラ)を用いて撮像した。そして、スパークまたは、スパッタが発生したと思われる画像を抽出し、それらの画像と、後工程で目視や超音波探傷などによる製品の溶接部の良否を確認した結果とを対応付けて、溶接不良を伴うスパークの画像と溶接不良には至らないスパッタの画像との相違をコンピュータ6で解析し、比較した。
The
図2は、後工程の確認で溶接不良部(つまり、溶接時にスパーク発生)と判定された部位に対応する画像、発光はあったが溶接不良では無かった部位(つまり、スパッタ発生)に対応する画像、発光は無く正常な部位に対応する画像を、それぞれ青、緑、赤の色成分の画像に分離し、それらの画像の平均輝度を比較したグラフである。 FIG. 2 corresponds to an image corresponding to a part determined to be a poorly welded portion (that is, a spark is generated at the time of welding) in a post-process confirmation, and corresponds to a part that was light-emitting but not a poorly welded (that is, spatter was generated) It is the graph which isolate | separated the image corresponding to a normal site | part without an image and light emission into the image of the color component of blue, green, and red, respectively, and compared the average luminance of those images.
スパークが発生した際の画像の各色成分の平均輝度を見ると、特に、青色成分の増加が顕著である。一方、溶接不良を伴わないスパッタの画像については、全体の光量は明るくなるが、青色成分には、特段の変化はなく、むしろ赤色成分が増加する傾向が見られる。 Looking at the average luminance of each color component of the image when a spark occurs, the increase in the blue component is particularly significant. On the other hand, for the sputtered image not accompanied by poor welding, the total amount of light becomes brighter, but the blue component has no particular change and rather tends to increase the red component.
更に、明るさの平均輝度は殆ど変化せず、青色領域のみの輝度が増加する変化が現れるスパークの画像があることも判明した。これは、例えば、特許文献2に示された、色領域を考慮しない光量変化のみを観察する方法では、スパークを見逃していた可能性を示唆する結果である。
Furthermore, it has been found that there is a spark image in which the average luminance of the brightness hardly changes, and a change in which the luminance of the blue region only increases appears. This is, for example, a result suggesting the possibility of missing a spark in the method of observing only the light amount change without considering the color region as disclosed in
次に、スパークとスパッタの発生時間を調べた結果を説明する。図3、図4は、両現象が発生した時刻の前後の数フレームの画像の概念図を示したものである。画像1フレームの撮像時間(露光時間)は約33ミリ秒で、各図とも33ミリ秒毎の連続した5フレームの画像を示した。 Next, the results of examining the spark and spatter generation time will be described. 3 and 4 are conceptual diagrams of images of several frames before and after the time when both phenomena occur. The imaging time (exposure time) of one image frame was about 33 milliseconds, and each figure showed images of five consecutive frames every 33 milliseconds.
スパーク発生時の状態を示す図3では、第2フレーム(図3では(2)と表記した画像)でのみスパークが確認できる以外は、他の第1、3、4、5は正常な溶接時の画像となっていた。 In FIG. 3 showing the state at the time of the occurrence of spark, the other first, third, fourth, and fifth are during normal welding except that the spark can be confirmed only in the second frame (the image described as (2) in FIG. 3). It was an image.
一方、スパッタ発生時の状態を示す図4では、第2〜第4フレーム(図4では、(2)〜(3)と表記した画像)の3つのフレームでスパッタが確認できる。これら、
図3、図4より、スパークの発光時間は33ミリ秒以内であるが、スパッタの発光時間は3フレーム分に対応する99ミリ秒程度まで継続していることから、スパッタの方がスパークよりも発光時間が長い特性があると判断できる。
On the other hand, in FIG. 4 showing the state at the time of occurrence of spatter, spatter can be confirmed in three frames of the second to fourth frames (images denoted as (2) to (3) in FIG. 4). these,
From FIG. 3 and FIG. 4, although the spark emission time is within 33 milliseconds, the sputter emission time lasts up to about 99 milliseconds corresponding to 3 frames, so that sputtering is more effective than spark. It can be determined that the light emission time has a long characteristic.
以上より、スパークとスパッタの相違として以下の知見を得た。
(1)スパークの発光は、青色成分に変化が見られ、且つ1/30秒以内で発光が収まる。
(2)スパッタの発光は、青色成分に変化が見られず、且つ1/30秒を超えて発光が続く。
本発明は、これらの知見に基づきなされたもので、
第1の発明は、溶接時の溶接部に生じる発光状態を撮像する撮像工程と、該撮像した画像から200nmから500nmの波長成分強度を抽出する抽出工程と、該200nmから500nmの波長成分強度からスパークを判定する判定工程とを備えたことを特徴とする溶接のスパーク検出方法である。
From the above, the following knowledge was obtained as the difference between spark and sputtering.
(1) As for the light emission of the spark, a change is seen in the blue component, and the light emission stops within 1/30 seconds.
(2) In the emission of spatter, no change is observed in the blue component, and the emission continues for more than 1/30 seconds.
The present invention has been made based on these findings,
According to a first aspect of the present invention, there is provided an imaging step of imaging a light emission state generated in a welded part during welding, an extraction step of extracting a wavelength component intensity of 200 nm to 500 nm from the captured image, and a wavelength component intensity of 200 nm to 500 nm. A welding spark detection method comprising: a determination step of determining a spark.
第2の発明は、前記判定工程は、前記200nmから500nmの波長成分強度の変化量が所定値以上の場合に、スパークが発生したと判定することを特徴とする第1の発明に記載のスパーク検出方法である。 According to a second invention, in the spark according to the first invention, the determination step determines that a spark has occurred when a change amount of the wavelength component intensity of 200 nm to 500 nm is a predetermined value or more. It is a detection method.
第3の発明は、前記判定工程は、前記200nmから500nmの波長成分強度の変化量が所定値以上となる画像が、連続して所定数以下である場合に、スパークが発生したと判定することを特徴とする第2の発明に記載のスパーク検出方法である。 According to a third aspect of the present invention, the determination step determines that a spark has occurred when an image in which the change amount of the wavelength component intensity from 200 nm to 500 nm is a predetermined value or more is continuously a predetermined number or less. A spark detection method according to the second aspect of the invention.
第4の発明は、溶接時の溶接部に生じる発光状態を撮像する撮像装置と、該撮像装置から画像を入力し、該画像から200nmから500nmの波長成分強度を算出し、該200nmから500nmの波長成分強度に基づいてスパーク発生有無を判定する画像処理装置を備えたことを特徴とするスパーク検出装置である。 The fourth aspect of the invention is an imaging device that images a light emission state generated in a welded part during welding, an image is input from the imaging device, a wavelength component intensity from 200 nm to 500 nm is calculated from the image, and the 200 nm to 500 nm A spark detection device comprising an image processing device for determining whether or not a spark is generated based on a wavelength component intensity.
第5の発明は、溶接時の溶接部に生じる発光状態を、200nmから500nmの波長を透過するフィルタを介して、撮像する撮像装置と、該撮像装置から画像を入力し、該画像の強度に基づいてスパーク発生有無を判定する画像処理装置を備えたことを特徴とするスパーク検出装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, an image pickup device that picks up an image of a light-emitting state generated in a welded portion during welding through a filter that transmits a wavelength of 200 nm to 500 nm, and an image is input from the image pickup device to obtain an intensity of the image. A spark detection device comprising an image processing device that determines whether or not a spark has occurred based on the image processing device.
第6の発明は、金属材料に対して溶接を施す溶接工程と、請求項1乃至3の何れかに記載の溶接のスパーク検出方法を用いて、前記溶接工程で溶接されている溶接部の良否判定を行う検査工程とを含む溶接製品の製造方法である。
6th invention uses the welding process which welds with respect to a metallic material, and the spark detection method of the welding in any one of
本発明のスパーク検出方法及びスパーク検出装置は、溶接不良を伴うスパークを確実に検出できるので、スパッタによる過剰検出が抑制され、再検査の時間が大幅に短縮された。また、これにより、溶接不良部を確実に切断除去できるようになったので、溶接製品の製造を行うにあたり、品質保証レベルの向上が期待できる。 Since the spark detection method and the spark detection device of the present invention can reliably detect a spark with poor welding, excessive detection due to sputtering is suppressed, and the re-inspection time is greatly shortened. In addition, since it has been possible to reliably cut and remove the defective welded portion, an improvement in quality assurance level can be expected when manufacturing the welded product.
本発明の実施形態を、図5及び図6を用いて、電縫溶接鋼管の製造ラインに適用する例を以下に説明する。 An example in which the embodiment of the present invention is applied to a production line for an electric resistance welded steel pipe will be described below with reference to FIGS. 5 and 6.
電縫鋼管の製造工程は、高周波加熱装置1により鋼帯が電縫溶接されて電縫鋼管3が連続的に製造する。溶接部2の周辺には、図示しないロールが多数存在し、それらのロールによって電縫鋼管3は、矢印11方向に搬送される。
In the manufacturing process of the electric resistance welded steel pipe, the electric resistance welded
このような製造工程において、例えば、モノクロのCCDカメラやCMOSカメラなどの撮像装置4を、溶接が行われている溶接部2でのスパークやスパッタなどの発光現象を監視できるように、斜め上方に設置する。視野の範囲(視野サイズ)は、スパーク15の発生時に、スパーク15により照らされた周辺も含んで、撮像できるように適宜設定すればよく、たとえば、溶接部を中心に約300mm四方とすればよい。
In such a manufacturing process, for example, the
なお、撮像装置4の位置に関しては、必ずしも上記のとおりとする必要ないが、溶接部2から濃い噴煙が発生すること、及びスパーク15により高温の溶融鉄粉が周辺に飛散することから、溶接部2の真上は避け、また少なくとも500mm程度は離して設置するのが好ましい。
Note that the position of the
なお、撮像装置4は、1秒間に30フレーム(コマ)の撮像レートとし、露光時間は最大とする。これは、撮像レートの画像間隔に時間より、露光時間を短くすると、短時間の発光のスパークを見逃す可能性があるからである。したがって、撮像レートが30フレーム/秒であれば、露光時間は1/30秒(33ミリ秒)とする。
Note that the
カメラレンズの前面には、透過率が約300nm以上約500nm以下の波長の範囲で最大となり、約300nmから約500nmの波長成分の光強度を他の波長に比べて多く透過する特性を有する青色フィルタ5を装着する。これにより、モノクロの撮像装置でも、発光した光の青色成分を抽出して受光でき、その信号変化によって、スパッタと区別して、スパークを検出することができる。
Blue filter having a characteristic that the transmittance is maximum in the wavelength range of about 300 nm or more and about 500 nm or less, and the light intensity of the wavelength component of about 300 nm to about 500 nm is more transmitted than the other wavelengths on the front surface of the camera lens.
図7に青色フィルタ5の透過特性の例を示す。図7の例では、約400nmで透過率が最大であり、この青色フィルタを透過する光は200nmから500nmの範囲の波長成分である、青色成分がほとんど占める。本発明において、青色フィルタ5の透過特性は、重要な要素であり、特性の異なる複数のフィルタからスパーク検出精度が最も高いフィルタを、実験等により選択するのが好ましいが、必要な検出性能とコストとの兼ね合いで適宜決定すればよい。
FIG. 7 shows an example of the transmission characteristics of the
そのようにして、撮像された撮像装置4の画像信号を、信号処理装置6に入力する。
また、信号処理装置6には、電縫鋼管3の製造距離(製造した鋼管長さ)を計測し、その位置をトラッキングするためのロータリーエンコーダ8の信号が入力される。
In this way, the image signal of the imaged
In addition, the
信号処理装置6では、撮像装置から入力された画像の1フレームごとに、平均輝度を算出する。ここで、平均輝度は、カメラの視野の予め設定された部分領域における画素の輝度、または、全画面領域における画素の輝度を、加算平均して算出する。そして、算出された平均輝度の時間変化(フレームごとの変化)から、後述するスパーク発生の判定ロジックを実行する。
In the
この場合の輝度は、画像全体の平均輝度ではなく、画像の中で溶接部分を中心に、部分的な範囲(例えば、全画素が横512画素、横480画素として、横300画素、縦200画素程度の範囲)のみを選択して計算してもよい。これは、変動が出やすい箇所のみを選択することで、平均輝度の変化を、より敏感に検出するためである。 The brightness in this case is not the average brightness of the entire image, but a partial range centering on the welded part in the image (for example, all pixels are 512 pixels wide and 480 pixels wide, 300 pixels wide and 200 pixels high) It is also possible to select and calculate only the range of degree. This is because a change in average luminance is detected more sensitively by selecting only a portion where fluctuations are likely to occur.
また、ロータリーエンコーダ8の信号から、電縫鋼管の製造距離(製造長さ)を計算し、スパーク15が発生したと判定した時点で、その製造距離(製造長さ)を記憶装置に記憶する。こうすることで、スパーク15が、電縫鋼管3のどの位置で発生したかを管理することができる。なお、この検査工程の後工程に設置されている自動マーカ12に、スパーク15を検出した位置を出力することにより、その位置をトラッキングして、電縫鋼管外面のスパーク発生位置において、欠陥存在を表示する欠陥マーキングを行う。
Further, the manufacturing distance (manufacturing length) of the ERW steel pipe is calculated from the signal of the
なお、全領域または部分領域の平均輝度に代えて、スパーク発生と判定できる輝度レベルを閾値に設定し、各画像について、その閾値を超えた画素(面積)を求め、それが所定値を超えた場合に、スパークと判定するようにしてもよい。この判定は、図3のフレーム(2)におけるスパークが発生した場合と、フレーム(1)、フレーム(3)〜(5)のような正常溶接部しか見ていない場合とで、白く(明るく)見える部分の面積が異なるからであり、それを利用するものである。 In addition, instead of the average luminance of the entire region or the partial region, a luminance level that can be determined as a spark occurrence is set as a threshold value, and for each image, a pixel (area) that exceeds the threshold value is obtained, and it exceeds a predetermined value. In such a case, the spark may be determined. This determination is white (bright) when a spark occurs in the frame (2) in FIG. 3 and when only normal welds such as the frame (1) and the frames (3) to (5) are seen. This is because the area of the visible portion is different, and it is used.
図8に、連続した8フレームの画像の平均輝度を計算した例を示す。図8の左から2番目のスパーク発生フレームは、スパークが発生した時点の平均輝度であり、他のフレームは、正常な溶接時の平均輝度である。同様に、図9にスパッタの平均輝度の様子を示す。 FIG. 8 shows an example in which the average luminance of 8 consecutive frames of images is calculated. The second spark generation frame from the left in FIG. 8 is the average luminance at the time when the spark is generated, and the other frames are the average luminance at the time of normal welding. Similarly, FIG. 9 shows the state of average brightness of sputtering.
図8、図9で明らかなように、青色フィルタを用いて、スパークの輝度は大きく、スパッタと正常時の輝度は小さくなるようにできたので、その間の輝度レベルに閾値を設定すればよい。図8の場合、例えば、平均輝度の閾値を200とし、平均輝度が200を超え、かつ、それが1フレームの画像のみである場合に、スパークと判定する。 As apparent from FIGS. 8 and 9, the blue filter is used to increase the luminance of the spark and decrease the luminance at the time of sputtering and normal. Therefore, a threshold value may be set for the luminance level between them. In the case of FIG. 8, for example, when the threshold value of the average luminance is 200, the average luminance exceeds 200, and it is only an image of one frame, it is determined as a spark.
この判断処理のフローチャートの例を図10に示す。まず、撮像装置から、1/30秒ごとに画像を入力する(ステップS1)。次に、入力した画像について、全領域、あるいは、部分的に選択した領域の平均輝度を算出する(ステップS2)。そして、ステップS2で算出した平均輝度が、予め設定した閾値を超えたかを判定する(ステップS3)。そして、次フレームの画像の平均輝度は閾値B未満か(発光時間が1/30秒以内か)を判定する(ステップ4)。その結果、いずれもYesの場合にスパークであると判断する(ステップ5)。 An example of a flowchart of this determination process is shown in FIG. First, an image is input from the imaging device every 1/30 seconds (step S1). Next, for the input image, the average luminance of the entire region or a partially selected region is calculated (step S2). Then, it is determined whether the average luminance calculated in step S2 exceeds a preset threshold value (step S3). Then, it is determined whether the average luminance of the image of the next frame is less than the threshold value B (light emission time is within 1/30 second) (step 4). As a result, in the case of Yes, it is determined that it is a spark (step 5).
上述の実施形態では、スパークが常に1/30秒の露光時間内、すなわち1画像に収まるとして説明したが、実際にそうなるとは限らず、あるスパークの始まりと終わりが2画像に跨ることもあり、その場合は見逃し(未検出)となり得るので、そのような状況も考慮する必要がある。 In the above-described embodiment, it has been described that a spark is always within an exposure time of 1/30 seconds, that is, fits in one image. However, this is not always the case, and the beginning and end of a spark may span two images. In that case, it can be overlooked (undetected), so such a situation must also be considered.
そこで、隣り合う(連続する前後の)2画像の輝度の加算平均値を計算し、その値の変化に基づく判定も行う。この判定の考え方を、図11を用いて以下に説明する。 Therefore, an average value of luminances of two adjacent images (before and after) is calculated, and determination based on the change in the value is also performed. The concept of this determination will be described below with reference to FIG.
図11は、横軸は時間の経過、即ち画像の番号を示し、この中で、縦軸は正常な溶接時の画像平均輝度を100とした場合の、各画像の相対平均輝度である。図11の白抜きの棒グラフは画像1フレーム毎の平均輝度であり、図8に示したグラフと同じ意味のものである。さらに、隣り合う2画像の加算平均値(図11では、2フレーム加算平均輝度と表記)を、現画像に対して、所定数フレーム(例えば、20フレーム)以前の2フレーム加算平均輝度の平均値を100として、現在処理している2画像の加算平均値を相対値で表示した。なお、図11において、出荷前の超音波探傷試験で、溶接不良と確認された箇所は、横軸のフレーム番号と対応付けると、2〜3付近、9〜10付近、15〜17付近であった。 In FIG. 11, the horizontal axis indicates the passage of time, that is, the image number, and the vertical axis indicates the relative average luminance of each image when the average image luminance during normal welding is 100. The white bar graph in FIG. 11 is the average luminance for each frame of the image, and has the same meaning as the graph shown in FIG. Furthermore, the addition average value of two adjacent images (in FIG. 11, expressed as two-frame addition average luminance) is the average value of the two-frame addition average luminance before a predetermined number of frames (for example, 20 frames) with respect to the current image. The average value of the two images currently being processed is displayed as a relative value. In addition, in FIG. 11, in the ultrasonic flaw detection test before shipment, locations that were confirmed to be poor welds were around 2 to 3, near 9 to 10, and around 15 to 17 when associated with the frame numbers on the horizontal axis. .
これに対して、図10の処理で、閾値B(フレーム毎にBを超えたらスパーク候補とする値で、図10の閾値Bと同じ)を、例えば200とすれば、スパークと判定されるのは、図11の横軸の画像番号が2と16である。したがって、9〜10付近は見逃し(未検出)となってしまうことになる。この理由は、2画面に跨ったためであると考え、2画像の加算平均値を用いて未検出とならない判定を加えることにした。
On the other hand, in the process of FIG. 10, if the threshold value B (a value that is a spark candidate when exceeding B for each frame, which is the same as the threshold value B of FIG. 10) is 200, for example, it is determined as a spark. Are
ここで、隣り合う2画像の加算平均値は、常に当該各画像の中間値になるので、2画像の加算平均値に基づいてスパークを検出する際の閾値Aは、図10に示す1画像毎の判断処理に用いる閾値より低く設定しなければならない。図11では、画面番号10を検出するための閾値Aは、例えば150とした。 Here, since the addition average value of two adjacent images is always an intermediate value between the images, the threshold A when detecting a spark based on the addition average value of the two images is set for each image shown in FIG. It must be set lower than the threshold used for the determination process. In FIG. 11, the threshold A for detecting the screen number 10 is set to 150, for example.
この判定処理のフローチャートを、図12を用いて、以下に説明する。
まず、撮像装置から、1/30秒ごとに画像を入力する(ステップS11)。次に、入力した画像について、全領域、あるいは、部分的に選択した領域の平均輝度を算出し、前の画像で算出した平均輝度と今回入力した画像の平均輝度との加算平均値である加算平均輝度を求める(ステップS12)。なお、図示していないが、計測開始時の最初の1フレームを入力する場合、前のフレームが無いので、1フレーム目の平均輝度データを算出するのみで、2画面の加算平均処理はせず、ステップS11に戻る。
A flowchart of this determination process will be described below with reference to FIG.
First, an image is input from the imaging device every 1/30 seconds (step S11). Next, with respect to the input image, the average luminance of the entire region or a partially selected region is calculated, and an addition that is an average value of the average luminance calculated in the previous image and the average luminance of the image input this time Average luminance is obtained (step S12). Although not shown, when the first frame at the start of measurement is input, since there is no previous frame, only the average luminance data of the first frame is calculated, and the addition averaging process of the two screens is not performed. Return to step S11.
次に、ステップS12で算出した加算平均輝度の値を、スパークを検出するための閾値Aと比較する(ステップS13)。ここで、閾値Aは、上述のように、加算平均輝度が、常に当該各画像の中間の値になるので、図10に示す1画像毎の判断処理に用いる閾値Bより低く設定する。 Next, the value of the addition average luminance calculated in step S12 is compared with a threshold A for detecting a spark (step S13). Here, as described above, the threshold A is set lower than the threshold B used for the determination process for each image shown in FIG. 10 because the addition average luminance is always an intermediate value between the images.
加算平均輝度が閾値A以下場合(ステップS13のNo)は、スパークの発生は無いとして、ステップS11に戻る。
加算平均輝度が閾値Aを超えた場合(ステップS13のYes)は、次フレームのタイミングで算出される加算平均値が閾値A未満であるかを判断し(ステップS14)、ステップS14でもYesの場合(連続する2画面毎の加算平均輝度のうち、先の加算平均輝度が閾値Aを超え、かつ、後の加算平均輝度が閾値A未満の場合)にスパークであると判定する(ステップS15)。図11の例において、図12のフローチャートの処理によってスパークと判定されるのは画像番号3、10、17となり、見逃しを防ぐことが可能となる。
When the addition average luminance is equal to or less than the threshold value A (No in step S13), it is determined that no spark is generated, and the process returns to step S11.
When the addition average luminance exceeds the threshold A (Yes in step S13), it is determined whether the addition average value calculated at the timing of the next frame is less than the threshold A (step S14). It determines that it is a spark in the case where the previous addition average luminance exceeds the threshold value A and the subsequent addition average luminance is less than the threshold value A among the addition average luminance values for every two consecutive screens (step S15). In the example of FIG. 11, the
加えて、非常に大規模な発光(例えば、図11の画像番号15)は、スパークかスパッタかを問わず、何らかの異常であるとの判断される。したがって、発光時間即ち画像数に関わらず、1フレームの画像でも平均輝度が非常に大きい場合、例えば図11の閾値Cに示すような、高い閾値を超えた場合もスパークと判定するようにした。
In addition, a very large-scale light emission (for example,
この判定フローチャートを図13に示した。本フローチャートでは発光時間を問わず、ある画像の平均輝度が閾値Cを超えた場合(ステップS23のYes)をスパークが発生したと判定する(ステップS24)。図11の例において、図13のフローチャートに処理によって、スパークと判定されるのは、画像番号で15である。
This determination flowchart is shown in FIG. In this flowchart, regardless of the light emission time, it is determined that a spark has occurred when the average luminance of a certain image exceeds the threshold value C (Yes in step S23) (step S24). In the example of FIG. 11, the
上記説明したとおり、本実施形態ではスパークと判断するケースは以下に示すA、B、Cの3ケースである。 As described above, in this embodiment, there are three cases of A, B, and C shown below as a spark determination.
(A)画像の平均輝度が閾値Bを超え、かつ、その次の画像の平均輝度が閾値B未満である場合。 (A) When the average brightness of an image exceeds the threshold B and the average brightness of the next image is less than the threshold B.
(B)連続する2画像の平均輝度の加算平均値が閾値Aを超え、かつ、その次の加算平均値が閾値A未満である場合。 (B) A case where the addition average value of the average luminance of two consecutive images exceeds the threshold A and the next addition average value is less than the threshold A.
(C)発光時間を問わず、画像の平均輝度が閾値Cを超えた場合。 (C) When the average luminance of the image exceeds the threshold C regardless of the light emission time.
ただし、閾値A<閾値B<閾値Cとする。 However, it is assumed that threshold A <threshold B <threshold C.
本発明の実施結果では、スパークと認識された事例の90%以上が(A)のケースであったが、(B)の条件に合致した例もあり、(A)の判断処理だけでは、平均輝度が閾値B以下のため未検出となったはずのところを回避できた。また、発光時間にかかわらず、明らかな溶接異常と思われる大規模な発光を(C)の条件で検出することができた。 In the implementation results of the present invention, 90% or more of the cases recognized as sparks were cases of (A), but there were also examples that met the conditions of (B). It was possible to avoid the place where the luminance was supposed to be undetected because the luminance was below the threshold value B. In addition, regardless of the light emission time, large-scale light emission that seems to be an obvious welding abnormality could be detected under the condition (C).
閾値の調整方法としては、例えば、最初は閾値Aおよび閾値Bを極めて低く設定する。こうすると致命的な溶接不良を伴わない小規模なスパークも検出するので、検出結果と溶接不良との関係を取りつつ、次第に設定値を上げていって、適正な閾値を決定すればよい。 As a method for adjusting the threshold value, for example, the threshold value A and the threshold value B are initially set to be extremely low. In this way, a small-scale spark that does not involve a fatal welding failure is also detected, so that an appropriate threshold value may be determined by gradually increasing the set value while taking the relationship between the detection result and the welding failure.
閾値は、製造条件即ち、鋼管の径や肉厚などの材料のサイズ、溶接速度、あるいは製品のグレード等にも依存するため、製造条件毎に閾値を設定する運用も可能である。 Since the threshold value also depends on manufacturing conditions, that is, the material size such as the diameter and thickness of the steel pipe, the welding speed, the product grade, and the like, the threshold value can be set for each manufacturing condition.
また、画像から直接、平均輝度を算出する代わりに、画像ごとに2値化処理を行い、溶接部を含めた発光部分の面積(2値化閾値を超えた画素数)を求め、面積が所定値を超えたらスパークと判断する方法でも同様な検出結果を得られる。どちらを選択するかは、画像処理装置の仕様で決めればよい。 Also, instead of calculating the average luminance directly from the image, binarization processing is performed for each image, and the area of the light emitting portion including the welded portion (the number of pixels exceeding the binarization threshold) is obtained. A similar detection result can be obtained by a method of determining a spark when the value is exceeded. Which to select may be determined by the specifications of the image processing apparatus.
上述の説明では、モノクロカメラの前に、青色フィルタを設置する構成として説明したが、カラーカメラを用いて、青色成分の信号だけを取り出して処理してもよい。 In the above description, the blue filter is installed before the monochrome camera. However, only a blue component signal may be extracted and processed using a color camera.
さらには、本実施例では、毎秒30フレームの画像レートで撮像可能なカメラを用いたが、リアルタイムの画像処理が間に合うのであれば、例えば、毎秒60フレーム以上の高速撮像可能なカメラを用いて時間分解能を上げて測定してもよい。一方、毎秒30フレームと同様の画像を得て処理するためには、隣り合う複数フレームの平均輝度値の加算値または加算平均値を算出して、監視する方法でもよい。また、時間の基準を1/30秒としたが、これに限定されるものでなく、測定対象や撮像周期などの測定条件にあわせて、値を適宜設定変更すればよい。 Furthermore, in this embodiment, a camera capable of imaging at an image rate of 30 frames per second is used. However, if real-time image processing is in time, for example, a camera capable of high-speed imaging of 60 frames per second or more is used. Measurement may be performed with increased resolution. On the other hand, in order to obtain and process an image similar to 30 frames per second, a method of calculating and monitoring an addition value or an addition average value of average luminance values of a plurality of adjacent frames may be used. In addition, although the time reference is set to 1/30 second, the present invention is not limited to this, and the value may be appropriately changed according to measurement conditions such as a measurement target and an imaging cycle.
また、正常な溶接を行っていても、製造条件によっては、平均輝度が少しずつ変動するため、平均輝度の変化を絶対値で観測する場合は、正常な溶接時の平均輝度が約100程度になるよう、CCDカメラの感度を自動制御することが望ましい。若しくは、計算される画像毎の平均輝度を例えば、現時点から前に遡り10画像分程度の輝度を平均し、その平均値が100程度になるようカメラレンズの絞りを制御してもよい。 Even if normal welding is performed, the average luminance varies little by little depending on the manufacturing conditions. Therefore, when the change in average luminance is observed as an absolute value, the average luminance during normal welding is about 100. Therefore, it is desirable to automatically control the sensitivity of the CCD camera. Alternatively, the average luminance for each image to be calculated may be controlled, for example, by averaging the luminance of about 10 images going back from the present time and making the average value about 100.
正常な溶接の平均輝度が変動することに対処する別な方法として、平均輝度の時間的移動平均値を計算し、画像毎の平均輝度の変化率を計算して、特定の変化率を超えたらスパークであるという判断をしてもよい。 As another way to deal with fluctuations in the average brightness of normal welding, calculate the temporal moving average value of the average brightness, calculate the change rate of the average brightness for each image, and if a specific change rate is exceeded You may decide that it is a spark.
そして、図6に示すように、スパークを検出した位置をロータリーエンコーダ8によってトラッキングして、スパーク発生箇所に、自動マーカによってマーキングを行う。マーキング範囲は、後再検査工程における目視確認等で、確実に認識できる程度の長さとすればよく、スパーク箇所を挟んで例えば500mm長さ程度とすればよい。このマーキングされた箇所は超音波探傷等により再検査し、不良があれば当該箇所を切断除去して、出荷する。
Then, as shown in FIG. 6, the position where the spark is detected is tracked by the
なお、電縫溶接鋼管の製造方法に適用する例を説明したが、
本発明のスパーク検知方法は電縫鋼管以外の溶接により製造される溶接製品の製造方法、例えば、構造物などの溶接監視等の用途にも適用できることはいうまでもない。
In addition, although the example applied to the manufacturing method of ERW welded steel pipe was explained,
It goes without saying that the spark detection method of the present invention can also be applied to a method for manufacturing a welded product manufactured by welding other than an electric resistance welded steel pipe, for example, a use for monitoring welding of a structure or the like.
1 高周波加熱装置
2 溶接部
3 電縫鋼管
4 撮像装置
5 青色フィルタ
6 コンピュータ
7 搬送ロール
8 ロータリーエンコーダ
9 鋼管の通過方向
11 鋼管製品の搬送方向
12 自動マーカ
13 溶接不良部を含む鋼管
14 製品
15 スパーク
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