JP4300667B2 - 監視装置付き金属管内面肉盛装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は金属管の内面に肉盛溶接をおこなう肉盛装置に関し、さらに詳しくは、肉盛溶接状況を監視する監視装置をそなえた金属管内面肉盛装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油生産用や石油輸送用などの鋼管としては、耐食性が高く耐摩耗性に優れた鋼管が必要とされ、このために低合金製の鋼管の内面に高合金粉末を肉盛溶接して用いることが多い。
【０００３】
ところがこの種の鋼管は１本当りの長さが２〜１２ｍにも及ぶ長尺のものであり、その内面に肉盛溶接装置により肉盛作業をする際に、作業者が肉盛溶接状況を確認・監視することは困難である。そのため肉盛後に、鋼管内を内視鏡を用いて目視観察して欠陥を探し、製造品の評価をおこなってきた。しかしこの製造後の検査では、肉盛欠陥位置の正確な特定およびその欠陥部の補修は極めて困難であって、欠陥検出品は不良品となり、製造コストの上昇および納期の遅延を招くものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記従来の問題点を解決しようとするもので、肉盛ビードやアークの異常などの不具合発生を肉盛溶接作業中に発見でき、これに対して早期に不具合解消処置をとることにより不良品の発生を防止できる、監視装置付き金属管内面肉盛装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の監視装置付き金属管内面肉盛装置は、基端部を支持された水平方向に延びるアームの先端部に取付けた横向トーチにより、水平方向に延びる軸線のまわりに回転自在に支持された金属管の内面部に、前記金属管または前記横向トーチを前記軸線方向に移動させつつ肉盛溶接をおこなう金属管内面肉盛装置において、前記アームの先端部に取付けられ、前記横向トーチの近傍でかつ該横向トーチよりもさらにアーム先端側に位置するミラーと、前記ミラーから離間した位置に配置され前記横向トーチのアーク光近傍部の肉盛ビードを前記ミラーを介して撮像するとともに前記肉盛ビード像と同一画面内に前記アーク光を撮像するカメラと、前記カメラの出力する映像信号を画像として表示するモニタ装置とをそなえたことを特徴とする。
【０００６】
この請求項１の手段によれば、アーク光近傍部の肉盛ビードは、ミラーによる反射像としてカメラにより撮像されてモニタ装置に表示されるので、肉盛溶接作業中においてモニタ装置を観察することにより肉盛ビードの異常を直ちに発見でき、必要な処置をとることができる。
【０００７】
また肉盛ビードの反射像とともに、アーク光の画像がモニタ装置において同一画面内に表示されるので、肉盛溶接作業中においてモニタ装置を観察することにより肉盛ビードとともにアーク光の異常も直ちに発見でき、必要な処置をとることができる。
【０００８】
また請求項２記載の監視装置付き金属管内面肉盛装置は、基端部を支持された水平方向に延びるアームの先端部に取付けた横向トーチにより、水平方向に延びる軸線のまわりに回転自在に支持された金属管の内面部に、前記金属管または前記横向トーチを前記軸線方向に移動させつつ肉盛溶接をおこなう金属管内面肉盛装置において、前記アームの先端部に取付けられ、前記横向トーチの近傍でかつ該横向トーチよりもさらにアーム先端側に位置するミラーと、前記ミラーから離間した位置に配置され前記横向トーチのアーク光近傍部の肉盛ビードを前記ミラーを介して撮像するとともに前記肉盛ビード像と同一画面内に前記アーク光を撮像するカメラと、前記カメラの出力する映像信号にもとづいて肉盛の適否を判定する画像処理装置とをそなえたことを特徴とする。
【０００９】
この請求項２の手段によれば、アーク光近傍部の肉盛ビードは、ミラーによる反射像としてカメラにより撮像されてその映像信号にもとづいて画像処理装置により肉盛の適否を判定されるので、肉盛溶接作業中に画像処理装置の判定出力により肉盛溶接の異常を直ちに発見でき、必要な処置をとることができる。
【００１０】
また肉盛ビードの反射像の映像信号とともに、アーク光の映像信号にもとづいて画像処理装置により肉盛の適否を判定されるので、肉盛溶接作業中に画像処理装置の判定出力により肉盛ビードとともにアーク光の異常も直ちに発見でき、必要な処置をとることができる。
【００１１】
この発明においては、カメラには適宜のフィルタを用いることができるが、請求項３記載の発明のように、前記ミラーと前記カメラの間に、前記肉盛ビード部から前記カメラへの入射光に対して前記アーク光をより大きく減光させるフィルタを設けた構成とすれば、カメラの撮像面部に結像する肉盛ビードとアーク光の画像の明度差を少なくして、両者を鮮明な画像として撮像できるので、好ましい。
【００１２】
またこの発明においては、ミラーには格別の冷却装置を設けなくてもよいが、請求項４記載の発明のように、前記ミラーの受光面側に、該受光面冷却用ガスを流通させるミラー冷却装置を設けた構成とすれば、ミラーの受光面部が高温のアーク光や肉盛溶接金属部からの輻射熱によって溶損するのが防止され、肉盛ビードの反射像を常に鮮明な画像としてカメラにより撮像できるので、好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図１〜図５により、この発明の実施の形態の第１例を説明する。図１は装置の全体を示し、基台１の一端部に立設したフレーム２により、水平方向に延びるアーム３の基端部が固定支持され、このアーム３の先端部には肉盛溶接用の横向トーチ４が取付けてある。この横向トーチ４は、硬質合金粉（この例ではハステロイ）をプラズマアークにより溶融させ金属管である鋼管Ｗの内面に肉盛溶接するもので、この肉盛溶接に必要な粉末材料やガスは、材料供給部５から供給されるようになっている。またアーム３は、外筒部材６内に内筒部材７が軸方向に移動可能に嵌合した伸縮式のものであり、８はその伸縮駆動用のモータである。
【００１４】
また基台１上に敷設したレール１１上に、台車１２が水平方向に移動自在に載置され、この台車１２上には、肉盛対象の金属管である鋼管Ｗを内径側に同心状に支持した筒体状の冷却装置１３が、水平方向に延びる軸線１４のまわりに回転自在に支持されている。１５はこの冷却装置１３を歯車１６を介して回転駆動するモータであり、また台車１２に立設した支柱１７には、冷却装置１３の外筒体３５の外周部を支承する支持ローラ１８（図３参照）が取付けられている。
【００１５】
なお上記の基本的構成は、実用新案登録第２５０４９５４号の実用新案登録公報記載のものと同じであり、アーム３と鋼管Ｗの内周面との間の案内装置、およびアーム３の内筒部材７を外筒部材６と同心に支持する支持装置などの細部構造も、上記公報記載のものを使用することができる。
【００１６】
そして上記アーム３の先端部には、図２に詳細に示すようにミラー２１が取付けてある。このミラー２１は、横向トーチ４の近傍で、かつ横向トーチ４よりもさらにアーム先端側（ＣＣＤカメラ２４側）の位置に取付けられ、横向トーチ４のアーク光２２の近傍部の肉盛溶接ずみの肉盛ビード２３の像を反射して水平方向に出射するように取付角度を調整してある。
【００１７】
このミラー２１から離間した、基台１の他端部近くの位置に、ＣＣＤカメラ２４が配置され、この例ではこのＣＣＤカメラ２４は、前記ミラー２１による肉盛ビード２３の反射像２５（図５参照）とともに、横向トーチ４のアーク光２２をも直接撮像できるように、その上下位置および光軸角度を調節してある。２６はこのＣＣＤカメラ２４の出力する映像信号を可視化して表示するモニタ装置である。２７はＣＣＤカメラのレンズ前側に装着したフィルタで、ＣＣＤカメラ２４の受光部に到達するアーク光２２等の光量を適量に減光させるためのものである。
【００１８】
また冷却装置１３は、前記実用新案登録公報記載のものと同構成のものであって、図３に示すように、両端部に第１フランジ３１および第２フランジ３２を有する複数本の外筒管３０と、これら両フランジ間に形成される環状溝３３内に挟持されて鋼管Ｗを支持する環状支持部材３４と、上記両フランジ間を締付けることにより複数本の外筒管３０を長手方向に連結して長尺の外筒体３５を形成させるボルトナット３６とを備えている。
【００１９】
環状支持部材３４は、図４にも示すように銅或いはステンレスなどの金属製のＣ字形リングであって、環状溝３３のテーパ状底面３７と接するテーパ状外周面３８を備えており、これら両面の摺動作用によりボルトナット３６の締付けに伴って縮径させられることによって、鋼管Ｗの外周面の複数箇所を支持する。また、外筒体３５のアーム３側端部の第２フランジ３２には第３フランジ３９が、モータ１５側端部の第１フランジ３１にはモータ１５側へ突出する円筒部４１を備えた第４フランジ４０が、それぞれ締付され、上記第２フランジ３２と第３フランジ３９との間、および第１フランジ３１と第４フランジ４０との間に形成される環状溝３３にも、環状支持部材３４が挟持されている。そして環状支持部材３４の内周面には、図４にも示すように、冷却流体が流通する内周貫通溝４５が形成されている。４６，４７，４８は各部シール用のＯリングである。
【００２０】
冷却流体供給管５１は、ロータリジョイント５２を介して図示しない冷却流体循環装置と接続され、各外筒管３０内に配設されたホース５３および第１フランジ３１および第２フランジ３２を迂回する迂回ホース５４と直列に順次接続され、外筒体３５のアーム３側端部内に位置する流体放出リング５５へ冷却流体を供給する。流体放出リング５５は、複数の放出口５６を備えており、外筒体３５と鋼管Ｗの間に形成された流通空間５７へ冷却流体（この例では水）を放出する。外筒体３５のモータ１５側端部内には、上記冷却流体を流入させる複数の流入口５８を備えた流体吸入リング５９が設けられており、この流体吸入リング５９により吸入された冷却流体は、冷却流体還流管６０およびロータリジョイント５２を経て冷却流体循環装置に戻されるようになっている。
【００２１】
上記構成の装置により肉盛溶接をおこなうには、新しい鋼管Ｗを支持した冷却装置１３を台車１２上へ載せ、ロータリジョイント５２を冷却流体循環装置に接続後、鋼管Ｗの長さ、詳しくはその内面に施す肉盛領域Ｓの水平方向長さに応じて、アーム３の全長をモータ８により調節し、台車１２を図１に鎖線６１で示す位置まで前進させて、横向トーチ４を肉盛領域Ｓのモータ１５側端部に位置させる。そしてＣＣＤカメラ２４の焦点を合せてミラー２１による肉盛ビード２３の反射像およびアーク光２２の画像がカメラ受光部に明瞭に結像するようにレンズ系をセットする。このときもフィルタ２７を取外せば、モニタ装置２６の画面２８を見ながら焦点調節できる。
【００２２】
上記セット後、横向トーチ４による肉盛溶接を開始するとともに、モータ１５による冷却装置１３と一体の鋼管Ｗの軸線１４のまわりの回転駆動、および図示しない駆動装置による台車１２の矢印Ｘ方向への低速駆動により、鋼管Ｗの内面に肉盛溶接をおこなっていく。横向トーチ４の近傍部の肉盛された肉盛ビード２３は、ミラー２１による反射像２５としてＣＣＤカメラ２４により撮像されて、図５に示すようにモニタ装置２６の画面２８に表示されるとともに、アーク光２２も同画面上に表示される。
【００２３】
そこでこれらの画像を監視して、不揃いあるいは過小な肉盛ビード２３の発生やアーク光２２の不安定などの、肉盛ビードおよびアークの異常状態を発見したら、肉盛作業を中断して、材料供給部５による材料供給状況、ガス圧等の点検、横向トーチ４の鋼管外方への引出と点検・清掃などをおこない、要すれば過小肉盛部には再肉盛による補修をおこなったのち、肉盛溶接を再開・続行する。
【００２４】
このように肉盛溶接直後の肉盛ビード２３や肉盛溶接中のアーク光２２の異常を直ちに発見して、上記のような不具合解消処置をとることができるので、不良品発生を防止できるのである。
【００２５】
また冷却装置１３部においては、流通空間５７内を流通する冷却流体により鋼管Ｗが冷却され、鋼管Ｗの曲りが少量に抑制されるので、肉盛ビードの反射像２５がモニタ装置２６の画面２８内で大きくずれるのを防止でき、また特に鋼管Ｗの中間部外周面が環状支持部材３４によって支持されるので、鋼管Ｗの曲りが一層確実に防止される。
【００２６】
次に図６および図７により、この発明の実施の形態の第２例を説明する。この例では図６に示すように、ＣＣＤカメラ２４には、前記第１例と同じモニタ装置２６を接続するとともに、新たにＣＣＤカメラ２４の出力する映像信号にもとづいて肉盛の適否を判定する画像処理装置７０を接続してあり、その他の構成は第１例と同じであるので、図２と同一部分には同一符号を付してそれらの部分の説明は省略し、以下、他の例も同様とする。
【００２７】
画像処理装置７０は、図７に示すように、ＣＣＤカメラ２４の出力する映像信号、すなわち各撮像素子の明暗濃度信号から、肉盛ビード２３の巾，アーク光２２の形状および輝度等の監視対象物を認識し、そのデータと予め設定・入力してある許容範囲データとを比較して、許容範囲内のときはＯＫ信号を、許容範囲外のときはＮＧ信号を出力する回路構成を有するものである。
【００２８】
７１は上記のＮＧまたはＯＫ信号に応じて点灯する表示灯で、上記ＮＧ信号は、異常警報信号として表示灯７１に出力されてＮＧ灯を点灯させるとともに、肉盛中止信号Ｐとして肉盛溶接装置の制御部に出力される。なお表示灯７１のかわりに、あるいは併用する形で、ＮＧ時のみ吹鳴する警報ブザー等を設けてもよい。
【００２９】
また７２は上記判定結果を記録する記録装置で、必要に応じて設けるものである。なおこの記録装置７２に、撮像画面をそのまま記録するようにしてもよいし、モニタ装置２６をＣＣＤカメラ２４ではなく画像処理装置７０の出力側に接続して、画像処理装置７０を介して撮像画面をそのままモニタ装置２６に表示させるようにしてもよい。
【００３０】
上記構成の装置により第１例と同様に鋼管Ｗの回転駆動および台車１２の低速駆動等をおこないつつ横向トーチ４により肉盛溶接をおこなっていけば、肉盛ビード２３およびアーク光２２はＣＣＤカメラ２４により撮像されてモニタ装置２６の画面２８に表示されるとともに、過小な肉盛ビード２３の発生やアーク光２２の過小や過大などの異常が発生すると、画像処理装置７０がＮＧ信号を出力して表示灯７１のＮＧ灯を点灯させるとともに、肉盛中止信号Ｐの出力により肉盛作業が自動的に中断される。この中断後の不具合解消処置は前記第１例と同様にしておこなえばよい。
【００３１】
このように画像処理装置７０の判定出力により、肉盛ビード２３やアーク光２２の異常を直ちに発見して、必要な処置をとることができるので、不良品発生を防止できるのである。
【００３２】
なおこの第２例においては、モニタ装置２６を併用しているので、画像処理装置７０のＮＧ信号により表示灯７１の点灯および／または前述の警報ブザーの吹鳴等のみをおこなって、作業者のモニタ装置２６注視をうながし、溶接作業の中断は作業者の判断によるようにしてもよく、この場合は作業者は常時モニタ装置２６を監視していなくてもよいので、作業者の負担を減らすことができる。
【００３３】
また上記第２例において、モニタ装置２６は省略して画像処理装置７０のみにより肉盛の適否を判定するようにしてもよく、またこの場合も、上記の肉盛中止信号Ｐにより肉盛作業を自動させるかわりに、表示灯７１の点灯および／または前述の警報ブザーの吹鳴等のみをおこなって、溶接作業の中断は作業者の判断によるようにしてもよい。
【００３４】
次に図８〜図１０により、この発明の実施の形態の第３例を説明する。この例では、前記第１例におけるミラー２１のかわりにプリズム形式のミラー８０を用い、このミラー８０冷却用のミラー冷却装置８５を設けるとともに、前記第１例におけるＣＣＤカメラ２４のレンズ前面部に取付けるフィルタ２７のかわりに、ミラー８０とＣＣＤカメラ２４との間に特殊構成のフィルタ９０を介在させてあり、その他の構成は第１例と同じである。
【００３５】
ミラー８０は、傾斜面（背面）部に銀メッキ層からなる反射膜を被着したプリズム８１をケーシング８２中に収容し、その受光面側を保護ガラス板８３で覆ったものであり、アーム３の先端部に支軸８４により傾動調節自在に取付けてあり、前記第１例のミラー２１と同様に、横向トーチ４のアーク光２２の近傍部の肉盛溶接ずみの肉盛ビード２３の像を反射して水平方向に出射するように取付角度を調整してある。
【００３６】
ミラー冷却装置８５は、アーム３内を通って図示しないアルゴンガス供給源に接続された冷却用ガス供給管８６の先端部８６ａを図９に示すように屈曲させて、該先端部に複数個のガス吹出口８７を穿設し、このガス吹出口８７から吹出す冷却用ガス（アルゴンガス）Ｇが、保護ガラス板８３の表面に沿って流通するようになっている。
【００３７】
これによって、保護ガラス板８３の表面部が冷却用ガスＧにより冷却されて、該表面部がアーク光２２および肉盛溶接金属部からの輻射熱により溶損して曇りを生じるのが防止され、肉盛ビード２３の反射像を常に鮮明な画像としてＣＣＤカメラ２４により撮像することができるのである。
【００３８】
なお上記保護ガラス板８３を用いない場合は、直接プリズム８１の受光面側に沿って冷却用ガスＧを流通させるようにすればよく、また前記第１例の平板状のミラー２１を用いる場合にも、このミラー２１の表面（受光面）に沿って冷却用ガスＧを流通させるようにすればよい。
【００３９】
またフィルタ９０は、鋼管Ｗの開口端部を覆う形で図示しない支持アームにより基台１（図１参照）上に固設された２枚のフィルタ９１，９２から成り、肉盛ビード２３部からＣＣＤカメラ２４への入射光が通る上側のフィルタ９１よりも、アーク光２２が通る下側のフィルタ９２の減光率を大としてある。
【００４０】
これによって、ＣＣＤカメラ２４の撮像面部（撮像素子部）に結像する肉盛ビード２３の反射像２５と、アーク光２２の画像との明度差を少なくして、両者を鮮明な画像として撮像することができるのである。
【００４１】
この発明は上記の例に限定されるものではなく、たとえば、上記の例では撮像用のカメラとしてＣＣＤカメラ２４を用いたので、ノイズの影響が少なく、画像処理装置７０における画像処理が容易であり、また肉盛作業記録がコンピュータ等へ容易にできるという長所を有するものであるが、撮像管カメラなど、ＣＣＤカメラ以外のカメラを使用してもよい。また鋼管Ｗの外周部に冷却用流体を流通させる冷却装置としては、上記の環状支持部材３４を有しないものなど、他形式の冷却装置を用いてもよいし、また鋼管が比較的短尺であったり肉盛溶接時の入熱量が少ない場合などは、冷却装置は省略することもできる。
【００４２】
また上記の例では横向トーチ４とＣＣＤカメラ２４を固定位置に配置し、鋼管Ｗを軸線１４方向に移動させつつ肉盛溶接する場合について説明したが、この発明は、一定位置で回転自在に支持された鋼管に対して、横向トーチを上記軸線方向に移動させつつ肉盛溶接する鋼管内面肉盛溶接装置にも適用でき、この場合は横向トーチとカメラを連動して移動させて、横向トーチと一体になって移動するミラーと、カメラの離間距離を、一定値に維持すればよい。
【００４３】
また以上は金属管が鋼管である場合について説明したが、この発明はたとえば銅管など、鋼管以外の金属管の肉盛溶接装置にも適用できるものである。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、アーク光近傍部の肉盛ビードの反射像がモニタ装置に表示されるので、肉盛溶接作業中において肉盛ビードの異常を直ちに発見でき、これに対して装置の点検や再肉盛による補修などの不具合解消処置をとることにより、不良品の発生を防止できるという効果に加えて、上記肉盛ビードの反射像とともにアーク光の画像がモニタ装置の同一画面内に表示されるので、肉盛溶接作業中において肉盛ビードとともにアーク光の異常も直ちに発見でき、これに対して上記と同様な不具合解消処置をとることにより、不良品の発生を防止できる。
【００４５】
また請求項２記載の発明によれば、アーク光近傍部の肉盛ビードは、ミラーによる反射像としてカメラにより撮像されてその映像信号にもとづいて画像処理装置により肉盛の適否を判定されるので、肉盛溶接作業中に画像処理装置の判定出力により肉盛溶接の異常を直ちに発見でき、これに対して装置の点検や再肉盛による補修などの不具合解消処置をとることにより、不良品の発生を防止できるという効果に加えて、肉盛ビードの反射像の映像信号とともに、アーク光の映像信号にもとづいて画像処理装置により肉盛の適否を判定されるので、肉盛溶接作業中において肉盛ビードとともにアーク光の異常も直ちに発見でき、これに対して上記と同様な不具合解消処置をとることにより、不良品の発生を防止できる。
【００４６】
また上記の請求項１および２記載の発明の効果に加えて、請求項３記載の発明によれば、肉盛ビードとアーク光の画像の明度差を少なくして、両者を鮮明な画像としてカメラにより撮像できる。
【００４７】
また上記の効果に加えて、請求項４記載の発明によれば、ミラーの受光面部が冷却用ガスにより冷却されるので該受光面部の溶損が防止され、肉盛ビードを常に鮮明な反射像としてカメラにより撮像できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態の第１例を示す鋼管内面肉盛装置の正面図である。
【図２】 図１の装置における肉盛および撮像状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図３】 図１の装置における冷却装置の縦断面図である。
【図４】 図３のＡーＡ線断面図である。
【図５】 図２に示す撮像時のモニタ装置における表示画面である。
【図６】 この発明の実施の形態の第２例を示す鋼管内面肉盛装置の肉盛および撮像状態を示す要部拡大縦断面図（図２相当図）である。
【図７】 図６の装置における画像処理装置のデータ処理工程を示すフローチャートである。
【図８】 この発明の実施の形態の第３例を示す鋼管内面肉盛装置の肉盛および撮像状態を示す要部拡大縦断面図（図２相当図）である。
【図９】 図８の矢視Ｂ−Ｂ底面図である。
【図１０】 図８の矢視Ｃ−Ｃ側面図である。
【符号の説明】
２…フレーム、３…アーム、４…横向トーチ、１１…レール、１２…台車、１３…冷却装置、１４…軸線、１８…支持ローラ、２１…ミラー、２２…アーク光、２３…肉盛ビード、２４…ＣＣＤカメラ、２５…反射像、２６…モニタ装置、２８…画面、３４…環状支持部材、３５…外筒体、５７…流通空間、７０…画像処理装置、７１…表示灯、８０…ミラー、８１…プリズム、８３…保護ガラス板、８５…ミラー冷却装置、８６…冷却用ガス供給管、８７…ガス吹出口、９０…フィルタ、９１…フィルタ、９２…フィルタ。
【発明の属する技術分野】
この発明は金属管の内面に肉盛溶接をおこなう肉盛装置に関し、さらに詳しくは、肉盛溶接状況を監視する監視装置をそなえた金属管内面肉盛装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油生産用や石油輸送用などの鋼管としては、耐食性が高く耐摩耗性に優れた鋼管が必要とされ、このために低合金製の鋼管の内面に高合金粉末を肉盛溶接して用いることが多い。
【０００３】
ところがこの種の鋼管は１本当りの長さが２〜１２ｍにも及ぶ長尺のものであり、その内面に肉盛溶接装置により肉盛作業をする際に、作業者が肉盛溶接状況を確認・監視することは困難である。そのため肉盛後に、鋼管内を内視鏡を用いて目視観察して欠陥を探し、製造品の評価をおこなってきた。しかしこの製造後の検査では、肉盛欠陥位置の正確な特定およびその欠陥部の補修は極めて困難であって、欠陥検出品は不良品となり、製造コストの上昇および納期の遅延を招くものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記従来の問題点を解決しようとするもので、肉盛ビードやアークの異常などの不具合発生を肉盛溶接作業中に発見でき、これに対して早期に不具合解消処置をとることにより不良品の発生を防止できる、監視装置付き金属管内面肉盛装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の監視装置付き金属管内面肉盛装置は、基端部を支持された水平方向に延びるアームの先端部に取付けた横向トーチにより、水平方向に延びる軸線のまわりに回転自在に支持された金属管の内面部に、前記金属管または前記横向トーチを前記軸線方向に移動させつつ肉盛溶接をおこなう金属管内面肉盛装置において、前記アームの先端部に取付けられ、前記横向トーチの近傍でかつ該横向トーチよりもさらにアーム先端側に位置するミラーと、前記ミラーから離間した位置に配置され前記横向トーチのアーク光近傍部の肉盛ビードを前記ミラーを介して撮像するとともに前記肉盛ビード像と同一画面内に前記アーク光を撮像するカメラと、前記カメラの出力する映像信号を画像として表示するモニタ装置とをそなえたことを特徴とする。
【０００６】
この請求項１の手段によれば、アーク光近傍部の肉盛ビードは、ミラーによる反射像としてカメラにより撮像されてモニタ装置に表示されるので、肉盛溶接作業中においてモニタ装置を観察することにより肉盛ビードの異常を直ちに発見でき、必要な処置をとることができる。
【０００７】
また肉盛ビードの反射像とともに、アーク光の画像がモニタ装置において同一画面内に表示されるので、肉盛溶接作業中においてモニタ装置を観察することにより肉盛ビードとともにアーク光の異常も直ちに発見でき、必要な処置をとることができる。
【０００８】
また請求項２記載の監視装置付き金属管内面肉盛装置は、基端部を支持された水平方向に延びるアームの先端部に取付けた横向トーチにより、水平方向に延びる軸線のまわりに回転自在に支持された金属管の内面部に、前記金属管または前記横向トーチを前記軸線方向に移動させつつ肉盛溶接をおこなう金属管内面肉盛装置において、前記アームの先端部に取付けられ、前記横向トーチの近傍でかつ該横向トーチよりもさらにアーム先端側に位置するミラーと、前記ミラーから離間した位置に配置され前記横向トーチのアーク光近傍部の肉盛ビードを前記ミラーを介して撮像するとともに前記肉盛ビード像と同一画面内に前記アーク光を撮像するカメラと、前記カメラの出力する映像信号にもとづいて肉盛の適否を判定する画像処理装置とをそなえたことを特徴とする。
【０００９】
この請求項２の手段によれば、アーク光近傍部の肉盛ビードは、ミラーによる反射像としてカメラにより撮像されてその映像信号にもとづいて画像処理装置により肉盛の適否を判定されるので、肉盛溶接作業中に画像処理装置の判定出力により肉盛溶接の異常を直ちに発見でき、必要な処置をとることができる。
【００１０】
また肉盛ビードの反射像の映像信号とともに、アーク光の映像信号にもとづいて画像処理装置により肉盛の適否を判定されるので、肉盛溶接作業中に画像処理装置の判定出力により肉盛ビードとともにアーク光の異常も直ちに発見でき、必要な処置をとることができる。
【００１１】
この発明においては、カメラには適宜のフィルタを用いることができるが、請求項３記載の発明のように、前記ミラーと前記カメラの間に、前記肉盛ビード部から前記カメラへの入射光に対して前記アーク光をより大きく減光させるフィルタを設けた構成とすれば、カメラの撮像面部に結像する肉盛ビードとアーク光の画像の明度差を少なくして、両者を鮮明な画像として撮像できるので、好ましい。
【００１２】
またこの発明においては、ミラーには格別の冷却装置を設けなくてもよいが、請求項４記載の発明のように、前記ミラーの受光面側に、該受光面冷却用ガスを流通させるミラー冷却装置を設けた構成とすれば、ミラーの受光面部が高温のアーク光や肉盛溶接金属部からの輻射熱によって溶損するのが防止され、肉盛ビードの反射像を常に鮮明な画像としてカメラにより撮像できるので、好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図１〜図５により、この発明の実施の形態の第１例を説明する。図１は装置の全体を示し、基台１の一端部に立設したフレーム２により、水平方向に延びるアーム３の基端部が固定支持され、このアーム３の先端部には肉盛溶接用の横向トーチ４が取付けてある。この横向トーチ４は、硬質合金粉（この例ではハステロイ）をプラズマアークにより溶融させ金属管である鋼管Ｗの内面に肉盛溶接するもので、この肉盛溶接に必要な粉末材料やガスは、材料供給部５から供給されるようになっている。またアーム３は、外筒部材６内に内筒部材７が軸方向に移動可能に嵌合した伸縮式のものであり、８はその伸縮駆動用のモータである。
【００１４】
また基台１上に敷設したレール１１上に、台車１２が水平方向に移動自在に載置され、この台車１２上には、肉盛対象の金属管である鋼管Ｗを内径側に同心状に支持した筒体状の冷却装置１３が、水平方向に延びる軸線１４のまわりに回転自在に支持されている。１５はこの冷却装置１３を歯車１６を介して回転駆動するモータであり、また台車１２に立設した支柱１７には、冷却装置１３の外筒体３５の外周部を支承する支持ローラ１８（図３参照）が取付けられている。
【００１５】
なお上記の基本的構成は、実用新案登録第２５０４９５４号の実用新案登録公報記載のものと同じであり、アーム３と鋼管Ｗの内周面との間の案内装置、およびアーム３の内筒部材７を外筒部材６と同心に支持する支持装置などの細部構造も、上記公報記載のものを使用することができる。
【００１６】
そして上記アーム３の先端部には、図２に詳細に示すようにミラー２１が取付けてある。このミラー２１は、横向トーチ４の近傍で、かつ横向トーチ４よりもさらにアーム先端側（ＣＣＤカメラ２４側）の位置に取付けられ、横向トーチ４のアーク光２２の近傍部の肉盛溶接ずみの肉盛ビード２３の像を反射して水平方向に出射するように取付角度を調整してある。
【００１７】
このミラー２１から離間した、基台１の他端部近くの位置に、ＣＣＤカメラ２４が配置され、この例ではこのＣＣＤカメラ２４は、前記ミラー２１による肉盛ビード２３の反射像２５（図５参照）とともに、横向トーチ４のアーク光２２をも直接撮像できるように、その上下位置および光軸角度を調節してある。２６はこのＣＣＤカメラ２４の出力する映像信号を可視化して表示するモニタ装置である。２７はＣＣＤカメラのレンズ前側に装着したフィルタで、ＣＣＤカメラ２４の受光部に到達するアーク光２２等の光量を適量に減光させるためのものである。
【００１８】
また冷却装置１３は、前記実用新案登録公報記載のものと同構成のものであって、図３に示すように、両端部に第１フランジ３１および第２フランジ３２を有する複数本の外筒管３０と、これら両フランジ間に形成される環状溝３３内に挟持されて鋼管Ｗを支持する環状支持部材３４と、上記両フランジ間を締付けることにより複数本の外筒管３０を長手方向に連結して長尺の外筒体３５を形成させるボルトナット３６とを備えている。
【００１９】
環状支持部材３４は、図４にも示すように銅或いはステンレスなどの金属製のＣ字形リングであって、環状溝３３のテーパ状底面３７と接するテーパ状外周面３８を備えており、これら両面の摺動作用によりボルトナット３６の締付けに伴って縮径させられることによって、鋼管Ｗの外周面の複数箇所を支持する。また、外筒体３５のアーム３側端部の第２フランジ３２には第３フランジ３９が、モータ１５側端部の第１フランジ３１にはモータ１５側へ突出する円筒部４１を備えた第４フランジ４０が、それぞれ締付され、上記第２フランジ３２と第３フランジ３９との間、および第１フランジ３１と第４フランジ４０との間に形成される環状溝３３にも、環状支持部材３４が挟持されている。そして環状支持部材３４の内周面には、図４にも示すように、冷却流体が流通する内周貫通溝４５が形成されている。４６，４７，４８は各部シール用のＯリングである。
【００２０】
冷却流体供給管５１は、ロータリジョイント５２を介して図示しない冷却流体循環装置と接続され、各外筒管３０内に配設されたホース５３および第１フランジ３１および第２フランジ３２を迂回する迂回ホース５４と直列に順次接続され、外筒体３５のアーム３側端部内に位置する流体放出リング５５へ冷却流体を供給する。流体放出リング５５は、複数の放出口５６を備えており、外筒体３５と鋼管Ｗの間に形成された流通空間５７へ冷却流体（この例では水）を放出する。外筒体３５のモータ１５側端部内には、上記冷却流体を流入させる複数の流入口５８を備えた流体吸入リング５９が設けられており、この流体吸入リング５９により吸入された冷却流体は、冷却流体還流管６０およびロータリジョイント５２を経て冷却流体循環装置に戻されるようになっている。
【００２１】
上記構成の装置により肉盛溶接をおこなうには、新しい鋼管Ｗを支持した冷却装置１３を台車１２上へ載せ、ロータリジョイント５２を冷却流体循環装置に接続後、鋼管Ｗの長さ、詳しくはその内面に施す肉盛領域Ｓの水平方向長さに応じて、アーム３の全長をモータ８により調節し、台車１２を図１に鎖線６１で示す位置まで前進させて、横向トーチ４を肉盛領域Ｓのモータ１５側端部に位置させる。そしてＣＣＤカメラ２４の焦点を合せてミラー２１による肉盛ビード２３の反射像およびアーク光２２の画像がカメラ受光部に明瞭に結像するようにレンズ系をセットする。このときもフィルタ２７を取外せば、モニタ装置２６の画面２８を見ながら焦点調節できる。
【００２２】
上記セット後、横向トーチ４による肉盛溶接を開始するとともに、モータ１５による冷却装置１３と一体の鋼管Ｗの軸線１４のまわりの回転駆動、および図示しない駆動装置による台車１２の矢印Ｘ方向への低速駆動により、鋼管Ｗの内面に肉盛溶接をおこなっていく。横向トーチ４の近傍部の肉盛された肉盛ビード２３は、ミラー２１による反射像２５としてＣＣＤカメラ２４により撮像されて、図５に示すようにモニタ装置２６の画面２８に表示されるとともに、アーク光２２も同画面上に表示される。
【００２３】
そこでこれらの画像を監視して、不揃いあるいは過小な肉盛ビード２３の発生やアーク光２２の不安定などの、肉盛ビードおよびアークの異常状態を発見したら、肉盛作業を中断して、材料供給部５による材料供給状況、ガス圧等の点検、横向トーチ４の鋼管外方への引出と点検・清掃などをおこない、要すれば過小肉盛部には再肉盛による補修をおこなったのち、肉盛溶接を再開・続行する。
【００２４】
このように肉盛溶接直後の肉盛ビード２３や肉盛溶接中のアーク光２２の異常を直ちに発見して、上記のような不具合解消処置をとることができるので、不良品発生を防止できるのである。
【００２５】
また冷却装置１３部においては、流通空間５７内を流通する冷却流体により鋼管Ｗが冷却され、鋼管Ｗの曲りが少量に抑制されるので、肉盛ビードの反射像２５がモニタ装置２６の画面２８内で大きくずれるのを防止でき、また特に鋼管Ｗの中間部外周面が環状支持部材３４によって支持されるので、鋼管Ｗの曲りが一層確実に防止される。
【００２６】
次に図６および図７により、この発明の実施の形態の第２例を説明する。この例では図６に示すように、ＣＣＤカメラ２４には、前記第１例と同じモニタ装置２６を接続するとともに、新たにＣＣＤカメラ２４の出力する映像信号にもとづいて肉盛の適否を判定する画像処理装置７０を接続してあり、その他の構成は第１例と同じであるので、図２と同一部分には同一符号を付してそれらの部分の説明は省略し、以下、他の例も同様とする。
【００２７】
画像処理装置７０は、図７に示すように、ＣＣＤカメラ２４の出力する映像信号、すなわち各撮像素子の明暗濃度信号から、肉盛ビード２３の巾，アーク光２２の形状および輝度等の監視対象物を認識し、そのデータと予め設定・入力してある許容範囲データとを比較して、許容範囲内のときはＯＫ信号を、許容範囲外のときはＮＧ信号を出力する回路構成を有するものである。
【００２８】
７１は上記のＮＧまたはＯＫ信号に応じて点灯する表示灯で、上記ＮＧ信号は、異常警報信号として表示灯７１に出力されてＮＧ灯を点灯させるとともに、肉盛中止信号Ｐとして肉盛溶接装置の制御部に出力される。なお表示灯７１のかわりに、あるいは併用する形で、ＮＧ時のみ吹鳴する警報ブザー等を設けてもよい。
【００２９】
また７２は上記判定結果を記録する記録装置で、必要に応じて設けるものである。なおこの記録装置７２に、撮像画面をそのまま記録するようにしてもよいし、モニタ装置２６をＣＣＤカメラ２４ではなく画像処理装置７０の出力側に接続して、画像処理装置７０を介して撮像画面をそのままモニタ装置２６に表示させるようにしてもよい。
【００３０】
上記構成の装置により第１例と同様に鋼管Ｗの回転駆動および台車１２の低速駆動等をおこないつつ横向トーチ４により肉盛溶接をおこなっていけば、肉盛ビード２３およびアーク光２２はＣＣＤカメラ２４により撮像されてモニタ装置２６の画面２８に表示されるとともに、過小な肉盛ビード２３の発生やアーク光２２の過小や過大などの異常が発生すると、画像処理装置７０がＮＧ信号を出力して表示灯７１のＮＧ灯を点灯させるとともに、肉盛中止信号Ｐの出力により肉盛作業が自動的に中断される。この中断後の不具合解消処置は前記第１例と同様にしておこなえばよい。
【００３１】
このように画像処理装置７０の判定出力により、肉盛ビード２３やアーク光２２の異常を直ちに発見して、必要な処置をとることができるので、不良品発生を防止できるのである。
【００３２】
なおこの第２例においては、モニタ装置２６を併用しているので、画像処理装置７０のＮＧ信号により表示灯７１の点灯および／または前述の警報ブザーの吹鳴等のみをおこなって、作業者のモニタ装置２６注視をうながし、溶接作業の中断は作業者の判断によるようにしてもよく、この場合は作業者は常時モニタ装置２６を監視していなくてもよいので、作業者の負担を減らすことができる。
【００３３】
また上記第２例において、モニタ装置２６は省略して画像処理装置７０のみにより肉盛の適否を判定するようにしてもよく、またこの場合も、上記の肉盛中止信号Ｐにより肉盛作業を自動させるかわりに、表示灯７１の点灯および／または前述の警報ブザーの吹鳴等のみをおこなって、溶接作業の中断は作業者の判断によるようにしてもよい。
【００３４】
次に図８〜図１０により、この発明の実施の形態の第３例を説明する。この例では、前記第１例におけるミラー２１のかわりにプリズム形式のミラー８０を用い、このミラー８０冷却用のミラー冷却装置８５を設けるとともに、前記第１例におけるＣＣＤカメラ２４のレンズ前面部に取付けるフィルタ２７のかわりに、ミラー８０とＣＣＤカメラ２４との間に特殊構成のフィルタ９０を介在させてあり、その他の構成は第１例と同じである。
【００３５】
ミラー８０は、傾斜面（背面）部に銀メッキ層からなる反射膜を被着したプリズム８１をケーシング８２中に収容し、その受光面側を保護ガラス板８３で覆ったものであり、アーム３の先端部に支軸８４により傾動調節自在に取付けてあり、前記第１例のミラー２１と同様に、横向トーチ４のアーク光２２の近傍部の肉盛溶接ずみの肉盛ビード２３の像を反射して水平方向に出射するように取付角度を調整してある。
【００３６】
ミラー冷却装置８５は、アーム３内を通って図示しないアルゴンガス供給源に接続された冷却用ガス供給管８６の先端部８６ａを図９に示すように屈曲させて、該先端部に複数個のガス吹出口８７を穿設し、このガス吹出口８７から吹出す冷却用ガス（アルゴンガス）Ｇが、保護ガラス板８３の表面に沿って流通するようになっている。
【００３７】
これによって、保護ガラス板８３の表面部が冷却用ガスＧにより冷却されて、該表面部がアーク光２２および肉盛溶接金属部からの輻射熱により溶損して曇りを生じるのが防止され、肉盛ビード２３の反射像を常に鮮明な画像としてＣＣＤカメラ２４により撮像することができるのである。
【００３８】
なお上記保護ガラス板８３を用いない場合は、直接プリズム８１の受光面側に沿って冷却用ガスＧを流通させるようにすればよく、また前記第１例の平板状のミラー２１を用いる場合にも、このミラー２１の表面（受光面）に沿って冷却用ガスＧを流通させるようにすればよい。
【００３９】
またフィルタ９０は、鋼管Ｗの開口端部を覆う形で図示しない支持アームにより基台１（図１参照）上に固設された２枚のフィルタ９１，９２から成り、肉盛ビード２３部からＣＣＤカメラ２４への入射光が通る上側のフィルタ９１よりも、アーク光２２が通る下側のフィルタ９２の減光率を大としてある。
【００４０】
これによって、ＣＣＤカメラ２４の撮像面部（撮像素子部）に結像する肉盛ビード２３の反射像２５と、アーク光２２の画像との明度差を少なくして、両者を鮮明な画像として撮像することができるのである。
【００４１】
この発明は上記の例に限定されるものではなく、たとえば、上記の例では撮像用のカメラとしてＣＣＤカメラ２４を用いたので、ノイズの影響が少なく、画像処理装置７０における画像処理が容易であり、また肉盛作業記録がコンピュータ等へ容易にできるという長所を有するものであるが、撮像管カメラなど、ＣＣＤカメラ以外のカメラを使用してもよい。また鋼管Ｗの外周部に冷却用流体を流通させる冷却装置としては、上記の環状支持部材３４を有しないものなど、他形式の冷却装置を用いてもよいし、また鋼管が比較的短尺であったり肉盛溶接時の入熱量が少ない場合などは、冷却装置は省略することもできる。
【００４２】
また上記の例では横向トーチ４とＣＣＤカメラ２４を固定位置に配置し、鋼管Ｗを軸線１４方向に移動させつつ肉盛溶接する場合について説明したが、この発明は、一定位置で回転自在に支持された鋼管に対して、横向トーチを上記軸線方向に移動させつつ肉盛溶接する鋼管内面肉盛溶接装置にも適用でき、この場合は横向トーチとカメラを連動して移動させて、横向トーチと一体になって移動するミラーと、カメラの離間距離を、一定値に維持すればよい。
【００４３】
また以上は金属管が鋼管である場合について説明したが、この発明はたとえば銅管など、鋼管以外の金属管の肉盛溶接装置にも適用できるものである。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、アーク光近傍部の肉盛ビードの反射像がモニタ装置に表示されるので、肉盛溶接作業中において肉盛ビードの異常を直ちに発見でき、これに対して装置の点検や再肉盛による補修などの不具合解消処置をとることにより、不良品の発生を防止できるという効果に加えて、上記肉盛ビードの反射像とともにアーク光の画像がモニタ装置の同一画面内に表示されるので、肉盛溶接作業中において肉盛ビードとともにアーク光の異常も直ちに発見でき、これに対して上記と同様な不具合解消処置をとることにより、不良品の発生を防止できる。
【００４５】
また請求項２記載の発明によれば、アーク光近傍部の肉盛ビードは、ミラーによる反射像としてカメラにより撮像されてその映像信号にもとづいて画像処理装置により肉盛の適否を判定されるので、肉盛溶接作業中に画像処理装置の判定出力により肉盛溶接の異常を直ちに発見でき、これに対して装置の点検や再肉盛による補修などの不具合解消処置をとることにより、不良品の発生を防止できるという効果に加えて、肉盛ビードの反射像の映像信号とともに、アーク光の映像信号にもとづいて画像処理装置により肉盛の適否を判定されるので、肉盛溶接作業中において肉盛ビードとともにアーク光の異常も直ちに発見でき、これに対して上記と同様な不具合解消処置をとることにより、不良品の発生を防止できる。
【００４６】
また上記の請求項１および２記載の発明の効果に加えて、請求項３記載の発明によれば、肉盛ビードとアーク光の画像の明度差を少なくして、両者を鮮明な画像としてカメラにより撮像できる。
【００４７】
また上記の効果に加えて、請求項４記載の発明によれば、ミラーの受光面部が冷却用ガスにより冷却されるので該受光面部の溶損が防止され、肉盛ビードを常に鮮明な反射像としてカメラにより撮像できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態の第１例を示す鋼管内面肉盛装置の正面図である。
【図２】 図１の装置における肉盛および撮像状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図３】 図１の装置における冷却装置の縦断面図である。
【図４】 図３のＡーＡ線断面図である。
【図５】 図２に示す撮像時のモニタ装置における表示画面である。
【図６】 この発明の実施の形態の第２例を示す鋼管内面肉盛装置の肉盛および撮像状態を示す要部拡大縦断面図（図２相当図）である。
【図７】 図６の装置における画像処理装置のデータ処理工程を示すフローチャートである。
【図８】 この発明の実施の形態の第３例を示す鋼管内面肉盛装置の肉盛および撮像状態を示す要部拡大縦断面図（図２相当図）である。
【図９】 図８の矢視Ｂ−Ｂ底面図である。
【図１０】 図８の矢視Ｃ−Ｃ側面図である。
【符号の説明】
２…フレーム、３…アーム、４…横向トーチ、１１…レール、１２…台車、１３…冷却装置、１４…軸線、１８…支持ローラ、２１…ミラー、２２…アーク光、２３…肉盛ビード、２４…ＣＣＤカメラ、２５…反射像、２６…モニタ装置、２８…画面、３４…環状支持部材、３５…外筒体、５７…流通空間、７０…画像処理装置、７１…表示灯、８０…ミラー、８１…プリズム、８３…保護ガラス板、８５…ミラー冷却装置、８６…冷却用ガス供給管、８７…ガス吹出口、９０…フィルタ、９１…フィルタ、９２…フィルタ。
Claims (4)
- 基端部を支持された水平方向に延びるアームの先端部に取付けた横向トーチにより、水平方向に延びる軸線のまわりに回転自在に支持された金属管の内面部に、前記金属管または前記横向トーチを前記軸線方向に移動させつつ肉盛溶接をおこなう金属管内面肉盛装置において、前記アームの先端部に取付けられ、前記横向トーチの近傍でかつ該横向トーチよりもさらにアーム先端側に位置するミラーと、前記ミラーから離間した位置に配置され前記横向トーチのアーク光近傍部の肉盛ビードを前記ミラーを介して撮像するとともに前記肉盛ビード像と同一画面内に前記アーク光を撮像するカメラと、前記カメラの出力する映像信号を画像として表示するモニタ装置とをそなえたことを特徴とする監視装置付き金属管内面肉盛装置。
- 基端部を支持された水平方向に延びるアームの先端部に取付けた横向トーチにより、水平方向に延びる軸線のまわりに回転自在に支持された金属管の内面部に、前記金属管または前記横向トーチを前記軸線方向に移動させつつ肉盛溶接をおこなう金属管内面肉盛装置において、前記アームの先端部に取付けられ、前記横向トーチの近傍でかつ該横向トーチよりもさらにアーム先端側に位置するミラーと、前記ミラーから離間した位置に配置され前記横向トーチのアーク光近傍部の肉盛ビードを前記ミラーを介して撮像するとともに前記肉盛ビード像と同一画面内に前記アーク光を撮像するカメラと、前記カメラの出力する映像信号にもとづいて肉盛の適否を判定する画像処理装置とをそなえたことを特徴とする監視装置付き金属管内面肉盛装置。
- 前記ミラーと前記カメラの間に、前記肉盛ビード部から前記カメラへの入射光に対して前記アーク光をより大きく減光させるフィルタを設けた請求項１または２記載の監視装置付き金属管内面肉盛装置。
- 前記ミラーの受光面側に、該受光面冷却用ガスを流通させるミラー冷却装置を設けた請求項１または２または３記載の監視装置付き金属管内面肉盛装置。
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