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図面 (7)

目的

UO鋼管円周方向における溶接部分の位置を正確に検出できるようにすることを目的とする。

構成

UO鋼管1の外面側に、測定範囲距離程度の距離を隔て、かつ円周方向の検出点間隔を設けて複数のレーザ式変位計4a、4bを配置するとともに、上記UO鋼管1を円周方向に回転させながら外周回転速度に同期させて上記複数のレーザ式変位計4a、4bで鋼管外周面距離値計測し、かつ同時に計測した異なる検出点位置での距離値の減算結果の時系列データに差分などの演算処理を行い、上記UO鋼管1の溶接部の判定および溶接部位置の算出を行うようにして、上記UO鋼管1の形状が真円でないことに起因して、上記UO鋼管1が回転中にその外周面位置の変動が生じた場合においても、上記UO鋼管1の溶接部を優れた信頼性で検出できるようにする。

概要

背景

鋼管溶接部位置検出を行う従来技術としては、例えば特開昭57−206592号公報に開示された検出方法がある。この技術は、溶接鋼管外周面近接させて1対の超音波送受波器を設け、上記超音波送受波器で鋼管の肉厚を検出する。そして、各々の肉厚測定信号の差を検出して得られた電圧値により肉厚の違いを判定することにより溶接部を検出し、その溶接部を所定位置に停止させるようにしている。

概要

UO鋼管円周方向における溶接部分の位置を正確に検出できるようにすることを目的とする。

UO鋼管1の外面側に、測定範囲距離程度の距離を隔て、かつ円周方向の検出点間隔を設けて複数のレーザ式変位計4a、4bを配置するとともに、上記UO鋼管1を円周方向に回転させながら外周回転速度に同期させて上記複数のレーザ式変位計4a、4bで鋼管外周面の距離値計測し、かつ同時に計測した異なる検出点位置での距離値の減算結果の時系列データに差分などの演算処理を行い、上記UO鋼管1の溶接部の判定および溶接部位置の算出を行うようにして、上記UO鋼管1の形状が真円でないことに起因して、上記UO鋼管1が回転中にその外周面位置の変動が生じた場合においても、上記UO鋼管1の溶接部を優れた信頼性で検出できるようにする。

目的

また、第2点としては、超音波層流柱の水からUO鋼管外面に入射する際に、外面溶接部の盛り上がりのために入射角が大きく変動して肉厚をきちんと測定できない問題があった。本発明は上述の問題点にかんがみ、UO鋼管の円周方向における溶接部分の位置を正確に検出できるようにすることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

UO鋼管の外面側に、上記UO鋼管の外面に対して測定範囲距離程度の間隔を隔てるとともに、上記UO鋼管の円周方向の検出点間隔を設けて複数のレーザ式変位計を配置し、上記UO鋼管を円周方向に回転させながらその回転速度に同期させて上記複数のレーザ式変位計により上記鋼管外周面距離値を同時に計測するとともに、上記複数のレーザ式変位計により同時に計測した異なる検出点位置での距離値の減算結果の時系列データに差分等の演算処理を行うことにより上記UO鋼管の溶接部の判定および溶接部位置の検出を行うようにしたことを特徴とするUO鋼管の溶接部位置検出方法

請求項2

UO鋼管をその円周方向に沿って回転させるためのターニングロールと、上記UO鋼管円周方向の異なる位置での鋼管外周面変位値を計測するために配置された複数のレーザ式変位計と、上記ターニングロールの回転速度を検出するためのパルス発信器と、上記パルス発信器が発生するパルスタイミングにおける上記レーザ式変位計の計測結果に基いて上記UO鋼管の溶接部分の判定、および位置の算出を行う計算機とを備えることを特徴とするUO鋼管の溶接部位置検出装置

技術分野

0001

本発明は、UO鋼管円周方向における溶接部分の位置を検出するために好適な溶接部位置検出装置および方法に関する。

背景技術

0002

鋼管の溶接部位置検出を行う従来技術としては、例えば特開昭57−206592号公報に開示された検出方法がある。この技術は、溶接鋼管外周面近接させて1対の超音波送受波器を設け、上記超音波送受波器で鋼管の肉厚を検出する。そして、各々の肉厚測定信号の差を検出して得られた電圧値により肉厚の違いを判定することにより溶接部を検出し、その溶接部を所定位置に停止させるようにしている。

発明が解決しようとする課題

0003

ところで、UO鋼管の断面は図4の断面図に示すようになっている。図4において、1はUO鋼管、2aはその溶接部、2bは母材部で、電縫溶接鋼管とは異なり外面の溶接部にも盛り上がり部がある。

0004

したがって、上記従来技術をUO鋼管に適用することを考えてみると、次のような問題点があり、溶接部を正確に検出できない不都合が生じる。すなわち、第1点として、この従来技術では、超音波伝播させるためにノズル鋼管外面との間に水の層流柱を形成する必要があり、盛り上がり部のある鋼管外面の溶接部において、UO鋼管をターニングさせながら上記層流柱を正確に形成することが難しい。

0005

また、第2点としては、超音波が層流柱の水からUO鋼管外面に入射する際に、外面溶接部の盛り上がりのために入射角が大きく変動して肉厚をきちんと測定できない問題があった。本発明は上述の問題点にかんがみ、UO鋼管の円周方向における溶接部分の位置を正確に検出できるようにすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明のUO鋼管の溶接部位置検出方法は、UO鋼管の外面側に、上記UO鋼管の外面に対して測定範囲距離程度の間隔を隔てるとともに、上記UO鋼管の円周方向の検出点間隔を設けて複数のレーザ式変位計を配置し、上記UO鋼管を円周方向に回転させながらその回転速度に同期させて上記複数のレーザ式変位計により上記鋼管外周面の距離値を同時に計測するとともに、上記複数のレーザ式変位計により同時に計測した異なる検出点位置での距離値の減算結果の時系列データに差分等の演算処理を行うことにより上記UO鋼管の溶接部の判定および溶接部位置の検出するようにしている。

0007

また、本発明のUO鋼管の溶接部位置検装置においては、UO鋼管をその円周方向に沿って回転させるためのターニングロールと、上記UO鋼管円周方向の異なる位置での鋼管外周面変位値を計測するために配置された複数のレーザ式変位計と、上記ターニングロールの回転速度を検出するためのパルス発信器と、上記パルス発信器が発生するパルスタイミングにおける上記レーザ式変位計の計測結果に基いて上記UO鋼管の溶接部分の判定、および位置の算出を行う計算機とを備えている。

0008

本発明では、測定距離範囲が比較的大きいレーザ式変位計を用いるので、UO鋼管の外面側に変位計を設置する際の変位計設置可能範囲が大幅に拡大し、適用対象が広くなる。また、UO鋼管の外面に円周方向の検出点間隔を設けて複数のレーザ式変位計を配置して外周面までの距離を同時に計測することで、鋼管が回転中に振動して計測距離値振れが発生しても、上記振れは配置したレーザ式変位計に同相でかつほぼ同じ大きさの外乱として計測されるので、複数の変位計で計測した距離値の減算を施した結果は鋼管の回転中に振動が発生しないものと同等の結果が得られる。本発明では、上記計測距離値の減算結果の時系列データを演算して溶接部の判定および位置検出を行うことにより、振動による検出誤差が実質上生じないようにしている。

0009

以下、本発明のUO鋼管の溶接部位置検出方法および装置の一実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。

0010

図1は、本発明装置における鋼管の溶接部検出装置の構成例を示す図、図2はレーザ式変位計での計測距離処理内容、および溶接部判定と位置検出を行うための信号を示す図、図3は溶接部検出を行う際の一例を示す検出フローチャートである。

0011

先ず、図1において、1はUO鋼管、2aはUO鋼管の溶接部、2bはUO鋼管の母材部、3はUO鋼管を円周方向に回転させるためのターニングロールである。

0012

また、4a、4bは鋼管1の溶接部2aを検出するための変位計であり、ここでは変位計を2個配置した場合について示す。これらの変位計4a、4bとしては、検出距離範囲が比較的大きなレーザ式変位計を用い、鋼管の円周方向に検出点間隔を設けて配置して、UO鋼管外周面までの距離を同時に各々計測するようにしている。

0013

5は変位計4a、4bを支持するための支柱であり、この支柱5はUO鋼管1の外径が変化しても変位計4a、4bと鋼管外周面との間隔を適切に設定するために、例えば電動式プリセット用昇降装置等の機構により上下方向に移動させた後、固定させて溶接部検出を行うものとする。

0014

6a、6bは変位計4a、4bからアナログで出力される信号をディジタル信号に変換するためのA/D変換器である。また、7はターニングロールを用いて回転させるUO鋼管1の回転外周速度が異なる場合でも一定の外周刻み幅にて変位計4a、4bで計測させるために計測タイミングを発生させるためのパルス発信器であり、例えばターニングロール3の回転軸等に取り付けられている。

0015

次いで、8は溶接部の判定および位置検出等の演算を行うためのディジタル計算装置、9はA/D変換器6a、6bおよびパルス発信器7からのディジタル計算装置8に入力するためのディジタル入力装置である。10は、ディジタル計算装置8で演算した溶接部2aの判定信号および位置検出信号等を出力するための出力装置である。

0016

図2は、レーザ式変位計での計測距離の処理内容および溶接部判定と位置検出を行うための信号を示す図である。

0017

図2において、(a)は変位計4aでの計測距離値、(b)は変位計4bでの計測距離値であり、これら計測距離値はパルス発信器7が発生するタイミング信号を用いて、UO鋼管の外周を一定の刻み幅で同時に計測を行った結果であり、図中に示すように時系列離散データとして得られる。変位計4bでは4aよりもUO鋼管円周方向に設けた検出点間隔分だけ溶接部の通過時刻遅れたものとなる。

0018

図2(c)は、同じタイミングでの変位計4bの計測距離値(b)から変位計4aの計測距離値(a)を減じて得られる減算値の時系列離散データであり、上記溶接部2aの通過時間が異なることにより、溶接部2aの端部付近で正および負で絶対値の大きな値となる。

0019

図2(d)は、減算値の時系列離散データ図2(c)のある時刻での値d〔t〕と、差分幅Δt個分だけ過去の値d〔t−Δt〕とにより、
S=d〔t〕−d〔t−Δt〕 …(1式)
の演算を行って得られる差分要素Sの時系列離散データを示したものである。

0020

差分要素Sについて、ノイズに対する検出しきい値を設けておき、検出しきい値を越えた部分でのピーク値を検出する。ピーク値の発生した時刻は、変位計4aと4bの検出点の中央を溶接部2aの端部が通過した時刻からΔt/2個のサンプル分だけ遅れた時刻とみなすことができる。

0021

差分要素Sのピーク値を用いて溶接部判定および溶接部位置検出を行う。しかしながら、UO鋼管の母材部分2bの外表面には前製造工程等で発生する凹み等によって差分要素Sは単発的に大きな値となることがあり、溶接部の端部が通過したと誤って判定する恐れがある。

0022

このような誤検出を防止する対策として、溶接端部が最小溶接部幅以上で最大溶接部幅以下の範囲に連続して検出できなければ、溶接部判定をキャンセルする方法を以下に説明する。

0023

すなわち、ディジタル計算装置8に溶接部幅値計測用カウンターを設けて、初期値として最大溶接部幅を越える値を入力しておく。溶接部幅値計測用カウンターから出力されるカウント値の一例を図2(e)に示す。溶接部2aの片側の端部が変位計4aおよび4bの検出点の間を通過して溶接部端部検出信号が検出しきい値を超過した時点で溶接部幅値計測用カウンターを0にリセットする。

0024

そして、溶接部端部検出信号がピーク値を越えた時点から溶接部幅値計測用カウンターをカウントし始める。溶接部幅値計測用カウンターの値が最小溶接部幅以上かつ最大溶接部幅以下に相当する値になる範囲で、溶接部検出イネーブルフラグをセットする。

0025

図2(f)に、溶接部検出イネーブルフラグを示す。溶接部検出イネーブルフラグがセットされた状態で、もう一方の溶接部端部が通過して溶接部端部検出信号が検出しきい値を超過した場合には、溶接部幅値計測用カウンターはリセットせずカウントを継続し、溶接部検出完了フラグをセットする。

0026

次に、図2(g)に溶接部検出完了フラグを示す。また、溶接部端部検出信号のピーク値における溶接部幅値計測用カウンターの値を読み込んで、溶接部幅検出値BWとする。

0027

さらに、溶接部端部検出信号が検出しきい値を下回る時点で溶接部幅値計測用カウンターの値を読み込んで、溶接部幅検出値BWを減じた値を検出ディレイ値DDとして得る。上記溶接部検出完了フラグ、および
CP=(BW/2)+DD+Δt/2 …(2式)
として、溶接部中央位置CPを外部機器に出力する。

0028

ここで、母材部の凹み等のノイズによって溶接部端部検出信号が単発的に大きく振れた場合について、図5を用いて説明する。母材部凹みで溶接部端部検出信号が単発的に大きくなり、検出しきい値を超過した時点では、溶接部幅検出用カウンターは0にリセットされ、溶接部端部検出信号のピーク値を越えた時点から再カウントを始める。

0029

溶接部幅値計測用カウンターの値が最小溶接部幅以上かつ最大溶接部幅以下に相当する値になる範囲で、溶接部検出イネーブルフラグをセットする。しかしながら、最小溶接部幅以上かつ最大溶接部幅以下の範囲で溶接部検出イネーブルフラグをセットしても、ノイズは単発的なものであるから、溶接部検出完了フラグはセットされず、溶接部の誤検出を防ぐことができる。

0030

図3は、上述の溶接部判定および溶接部位置検出を実施するための検出フローチャートの一例であり、以下に簡単な説明を加える。

0031

先ず、ステップP1において第1の初期設定を行う。これは、溶接部検出イネーブルフラグDEおよび溶接部検出完了フラグDetectをリセットする。また、溶接部幅計測カウンターBCに最大溶接幅BWmax よりも大きな初期値BC0 を入力したうえで、溶接部幅検出値BW、溶接部端部検出信号最大値Smax、検出ディレイ値DDにそれぞれ初期値0を代入する。

0032

次に、ステップP2に進み、第2の初期設定として、i=0〜(Δt−1)までのΔt回分の変位計4aおよび変位計4bでの計測距離値をサンプルし、それらの減算した結果を変位計4a、4b減算結果d〔i〕に代入する。

0033

これらの後、ステップP3において、溶接部幅計測用カウンターBCをインクリメントした後、ステップP4に進む。ステップP4では、溶接部幅計測用カウンター値を調べる。そして、溶接部幅計測用カウンター値が最小溶接幅および最大溶接幅に相当する値BCmin およびBCmax の間にないならば、ステップP5に進んで溶接部検出イネーブルフラグDEをセットしない。

0034

また、ステップP4の判定の結果が値BCmin およびBCmax の間にあるならば、ステップP6において溶接部検出イネーブルフラグDEをセットする。その後、ステップP7において変位計4a、4b減算結果d〔j〕(j=Δt〜1)について、
d〔j〕=d〔j−1〕 … (3式)
によるデータのシフト操作を行う。

0035

その後、ステップP8において、パルス発信機7による検出タイミングを待つ。そして、検出タイミングが可となれば、ステップP9において変位計4aおよび変位計4bでの計測距離値をサンプルし、それらの減算した結果を変位計4a、4bの減算結果d〔t〕に代入した後、ステップP10にて差分処理を行い、得られた差分要素SをステップP11にて検出しきい値Thと比較し、差分要素Sが検出しきい値Thを越えた部分のピークであるかどうかを調べる。

0036

ステップP11の判定の結果、検出しきい値Thを越えている場合にはステップP12にて差分要素Sがピークか否かを調べる。そして、差分要素Sがピークでなければ、ステップP3の溶接部幅計測カウンターBCのインクリメントに戻る。

0037

一方、差分要素Sがピークの場合には、ステップP13にて上述の溶接部検出イネーブルフラグがセットされたか否かを調べる。そして、溶接部検出イネーブルフラグがセットされた状態ならば、ステップP14にて溶接部検出完了フラグDetectをセットするとともに、ステップP15にて溶接部幅計測カウンターBCより溶接部幅BWの読み込みを行った後、溶接部幅計測カウンターBCのインクリメントに戻る。

0038

また、差分要素Sがピークであり、かつ前述の溶接部検出イネーブルフラッグがセットされていなければ、ステップP16にて溶接部幅計測用カウンターBCに0を代入してからインクリメントに戻る。

0039

また、ステップP11の判定の結果、差分要素Sが検出しきい値Thを越えていなければ、ステップP17に進み、溶接部検出完了フラグDetectを調べる。そのとき、溶接部検出完了フラグがセットされていなければ、ステップP18にて溶接部端部検出信号最大値Smax に0を代入して、溶接部幅計測カウンターBCのインクリメントに戻る。

0040

また、溶接部検出完了フラグがセットされているならば、ステップP19にて検出ディレイ値を読み込んで、ステップP20に進む。ステップP20では溶接部中央位置CPを計算し、その後ステップP20にて外部機器に溶接部判定信号と溶接部中央位置CP等を出力して溶接部検出動作を完了する。

0041

以上の説明は、レーザ式変位計を2個用いる場合について説明を行ったが、例えばレーザ式変位計11a、11b、11cを3個として構成することも考えられる。

0042

その場合には、レーザ式変位計は、例えば、図6に示すようにUO鋼管1の円周方向に等しく検出点間隔を設けて配置し、上記3個のレーザ式変位計を11a、11b、11cとした場合の鋼管外周面位置の角レーザ式変位計での測定結果La 、Lb 、Lc を用いて、
S=(La −Lb )−(Lb −Lc ) … (4式)
として得る差分要素Sの時系列輪データのピークを判定することにより溶接部の判定を行う。

0043

その場合のピーク判定手法は、上述したレーザ式変位計2個の場合と同様に行う。また、溶接部分位置の検出においては、レーザ式変位計11bの位置を基準として、
CP=(BW/2)+DD… (5式)
とする等の手法で対応できる。

0044

次に、具体例を説明する。ターニングロール3によって、直径約450〜1500mmのUO鋼管1を円周方向に周速約10mpmで回転させながら、管端部から約30cmの位置に鋼管円周方向の検出点間隔3mm、鋼管長手方向の検出点間隔26mmにて配置した一対のレーザ式変位計4a、4bを用いて、鋼管1の外周面方向までの距離をターニングロール回転軸に取り付けたパルス発信機7の発生するタイミングにより外周面方向の検出刻み幅0.5mmにて同時に計測する。

0045

この計測結果を基に溶接部端部検出信号を作成し、検出しきい値0.2mmを超過する部分でのピーク値を求めて溶接部の片側端部と判定する。そして、ピーク値の検出した点から溶接部幅12mm以上45mm以下の範囲で溶接部検出イネーブルフラグをセットし、この範囲で溶接部のもう一方の端部が通過して溶接部端部検出信号が検出しきい値を超過した場合には、溶接部検出完了フラグをセットして、溶接部位置の算出を行い、これらの結果を外部機器に出力する。

0046

これらの装置によって、鋼管1の外面溶接部分が母材部分と比較して1mm以上の肉盛りがあるUO鋼管の溶接部分の判定および位置の検出を行い、上記溶接部位置より回転方向後方の所定位置に到るまで、前述のパルス発信機の信号を基にした鋼管1の回転角度監視しながらインチング等の操作を行うことで、鋼管1の溶接部分2aを上記所定位置に停止させる。

発明の効果

0047

本発明は上述したように、本発明の鋼管溶接部位置検出方法および装置によれば、複数のレーザ式変位計をUO鋼管の外面に円周方向の検出点間隔を設けて配置し、UO鋼管を円周方向に回転させながら回転外周速度に同期させて変位計で鋼管外周面の距離値を計測し、同時に計測した異なる検出点位置での距離値の減算結果の時系列データに差分等の演算処理を行い、鋼管の溶接部の判定および溶接部位置の算出を行うようにしたので、ターニングロールにて鋼管の円周方向に回転させる際に、溶接部がターニングロールに乗り上げる等によって発生する振動や、鋼管の形状が真円でないことに起因する鋼管の外周面位置の変動等が生じた場合においても、外面溶接部の肉盛り高さが比較的小さいものに到るまで鋼管の溶接部を優れた信頼性で検出できる。また、例えばレーザ式変位計など検出範囲の大きな変位計を用いることにより、センサを設置する際の設置可能範囲の拡大を図ることができる。

図面の簡単な説明

0048

図1本発明のUO鋼管の溶接部位置検出装置における鋼管の溶接部検出装置を、2個のレーザ式変位計で構成した例を示す図である。
図2レーザ式変位計での計測距離の処理内容および溶接部判定と位置検出を行うための信号を示す図である。
図3本発明により溶接部検出を行う際の一例を示す検出フローチャートである。
図4UO鋼管の断面図である。
図5レーザ式変位計でUO鋼管母材部の凹みを検出した場合に、誤判定を避ける手法における処理内容を示す図である。
図6本発明装置における鋼管の溶接部検出装置を3個のレーザ式変位計で構成した場合の変位計の配置例を示す図である。

--

0049

1UO鋼管
2a UO鋼管の溶接部
2b UO鋼管の母材部
3ターニングロール
4aレーザ式変位計
4b レーザ式変位計
5 レーザ式変位計支持機構
6a レーザ式変位計用信号変換器
6b レーザ式変位計用信号変換器
回転同期信号発生用パルス発信機
ディジタル計算機
9 ディジタル計算機の入力装置
10 ディジタル計算機の出力装置
11a レーザ式変位計
11b レーザ式変位計
11c レーザ式変位計

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