JP7100101B2

JP7100101B2 - 配管溶接部の検査装置

Info

Publication number: JP7100101B2
Application number: JP2020181570A
Authority: JP
Inventors: 勝則和田; 智章佐々木; 琢磨平岡; 慶藤井
Original assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Current assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2040-10-29
Also published as: JP2022072233A

Description

本発明は、配管溶接部の検査装置に関する。

例えば、金属や非鉄金属などを母材として用いた構造物（被溶接物）の溶接には、従来よりＴＩＧ溶接(Tungsten Inert Gas welding)又はプラズマアーク溶接等のＧＴＡＷ(Gas Tungsten Arc welding)と呼ばれる非消耗電極式のガスシールドアーク溶接が用いられている。

また、ＭＩＧ溶接(Metal Inert Gas welding)、ＭＡＧ溶接(Metal Active Gas welding)又は炭酸ガスアーク溶接等のＧＭＡＷ(Gas Metal Arc welding)と呼ばれる消耗電極式のガスシールドアーク溶接が用いられている。

これらの溶接方法では、一般に溶接用トーチを使用し、電極と被溶接物（母材）との間でアークを発生させて、このアークの熱により被溶接物を溶かして溶融池（プール）を形成しながら、溶接が行われる。また、溶接中は電極の周囲を囲むトーチノズルからシールドガスを放出し、このシールドガスで大気（空気）を遮断しながら溶接が行われる。

また、プラズマアークは、上述した溶接の用途に限らず、例えば、被加工物に対するロウ付けや、接合、切断、溶射、溶融炉などにも利用されている。なお、本発明では、このような溶接以外の用途についても、溶接の一形態として取り扱うものとする。

ところで、半導体製造プラントのような超高純度ガスを使用するプラントでは、ガス供給配管として、一般に電解研磨を施したステンレス配管が用いられている。ステンレス配管の接合には、自動ＴＩＧ溶接法が用いられている。

しかしながら、このような配管の接合では、溶接部の狙いずれがしばし発生することがある。このため、溶接部の狙いずれを溶接後に確認できるように、予め配管の接合端面から数ミリ又は数十ミリ程度の箇所にケガキ線を施している。そして、このケガキ線をもとに、溶接部の狙いずれが発生していないか、溶接部の凹みなどの欠陥が生じていないかなどの目視による検査（外観検査）が行われている（例えば、下記特許文献１を参照。）。

特開２００３－０５３５８１号公報

しかしながら、上述した半導体製造プラントで使用されるガス供給配管では、配管径が小さく、溶接部のビード幅も狭いため、溶接部の目視による検査が困難である。さらに、ケガキ線も細いため、目視によるケガキ線の確認も苦労を要する。

さらに、配管の全周を検査するためには、数台のカメラが必要となる。しかしながら、配管の周囲に複数のカメラを設置することはスペース的に困難である。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、配管の溶接部を全周に亘って適切に検査することを可能とした配管溶接部の検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕配管の溶接部を全周に亘って検査する配管溶接部の検査装置であって、
前記配管を径方向に挟み込んだ状態で着脱自在に保持する保持具と、
前記保持具に保持された前記配管の溶接部を撮像するカメラと、
前記配管の溶接部を挟んで前記カメラとは反対側に配置された一対のミラーとを備え、
前記一対のミラーは、前記配管の中心軸を挟んだ両側に位置して、互いに逆向きに傾斜した状態で配置され、
前記カメラは、前配溶接部の正面側画像と、前記一対のミラーに各々映し出された前記溶接部の背面側画像とを同時に撮像することを特徴とする配管溶接部の検査装置。
〔２〕前記一対のミラーの間における開き角が、８０～１４０°であることを特徴とする前記〔１〕に記載の配管溶接部の検査装置。
〔３〕前記カメラは、前記配管の溶接部をワイドダイナミックレンジで撮像することを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載の配管溶接部の検査装置。
〔４〕前記配管の溶接部に向けて照明光を照射する照明ランプを備えることを特徴とする前記〔１〕～〔３〕の何れか一項に記載の配管溶接部の検査装置。
〔５〕前記照明ランプは、前記配管の軸方向における前記カメラを挟んだ両側又は片側に各々配置されて、前記各々の位置から前記配管の溶接部に向けて照明光を照射することを特徴とする前記〔４〕に記載の配管溶接部の検査装置。
〔６〕前記保持具は、前記配管の前記溶接部を挟んだ軸方向の両側又は片側を保持することを特徴とする前記〔１〕～〔５〕の何れか一項に記載の配管溶接部の検査装置。
〔７〕前記保持具が前記配管を保持とした状態で、前記配管に取り付けられることを特徴とする前記〔１〕～〔６〕の何れか一項に記載の配管溶接部の検査装置。
〔８〕前記一対のミラーは、ミラーケースの内側に配置され、
前記ミラーケースは、前記保持具に対して回動自在に取り付けられていることを特徴とする前記〔１〕～〔７〕の何れか一項に記載の配管溶接部の検査装置。

以上のように、本発明によれば、配管の溶接部を全周に亘って適切に検査することを可能とした配管溶接部の検査装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る配管溶接部の検査装置の構成を示す斜視図である。図１に示す検査装置の構成を示す平面図である。図１に示す検査装置の構成を示す側面図である。図１に示す検査装置において、（Ａ）はミラーを設置した状態を示す斜視図、（Ｂ）はミラーの設置を解除した状態を示す斜視図である。保持具の変形例を示す側面図である。クランプ機構の別の構成例を示す側面図である。クランプ機構の別の構成例を示す側面図である。クランプ機構の別の構成例を示す側面図である。図１に示す検査装置を用いて、（Ａ）は配管の溶接部をワイドダイナミックレンジ有りで撮像した写真、（Ｂ）は配管の溶接部をワイドダイナミックレンジ無しで撮像した写真である。図１に示す検査装置を用いて、（Ａ）は配管の軸方向から照明光を照射したときの配管の溶接部を撮像した写真、（Ｂ）は配管の周方向から照明光を照射したときの配管の溶接部を撮像した写真である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施形態として、例えば図１～図４に示す配管溶接部の検査装置１について説明する。
なお、図１は、検査装置１の構成を示す斜視図である。図２は、検査装置１の構成を示す平面図である。図３は、検査装置１の構成を示す側面図である。図４は、検査装置１において、（Ａ）はミラーを設置した状態を示す斜視図、（Ｂ）はミラーの設置を解除した状態を示す斜視図である。

本実施形態の検査装置１は、図１～図４に示すように、配管Ｔの溶接部Ｗを全周に亘って検査するものであり、保持具２と、カメラ３と、一対のミラー４と、照明ランプ５とを備えている。

保持具２は、配管Ｔを保持するものであり、配管Ｔの溶接部Ｗを挟んだ軸方向の両側又は片側（本実施形態では両側）を保持する一対のクランプ機構６を有している。一対のクランプ機構６は、配管Ｔを径方向に挟み込んだ状態で着脱自在に保持する。

カメラ３は、保持具２に保持された配管Ｔの溶接部Ｗを撮像するものであり、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を有して、この撮像素子が受像した光を光電変換して電気信号として出力する。これにより、カメラ３では、外部のモニタに画像を表示したり、外部の記憶装置に画像を記録したりすることが可能となっている。

カメラ３は、配管Ｔの溶接部Ｗをワイドダイナミックレンジで撮像する機能（ワイドダイナミックレンジ機能）を有している。ワイドダイナミックレンジ機能では、電子シャッターのシャッター速度を変えながら、被写体（本実施形態では溶接部Ｗ）の明部に対応した画像と暗部に対応した画像とを撮像した後、これらの画像をデジタル信号処理で合成することによって、被写体の明部と暗部とを鮮明に映し出した画像を得ることが可能である。

一対のミラー４は、カメラ３に対して溶接部Ｗの背面側を各々映し出すためのものであり、配管Ｔの溶接部Ｗを挟んでカメラ３とは反対側に配置されている。一対のミラー４は、配管Ｔの中心軸を挟んだ両側に位置して、互いに逆向きに傾斜した状態でミラーケース７の内側に配置されている。

一対のミラー４の間における開き角θは、８０～１４０°であることが好ましく、より好ましく１００～１３０°はである。また、一対のミラー４の境界から配管Ｔまでの距離Ｄは、１０～３０ｍｍであることが好ましい。これにより、一対のミラー４に映し出された溶接部Ｗの背面側画像をカメラ３により撮像することが可能である。

ミラーケース７は、保持具２に対して回動自在に取り付けられている。これにより、検査装置１では、図４（Ａ）に示すカメラ３に対して一対のミラー４が対向する設置位置と、図４（Ｂ）に示すカメラ３に対して一対のミラー４が離間する解除位置との間で、ミラーケース７の位置を切り替えることが可能である。

また、保持具２及びミラーケース７には、ミラー４に対する溶接部Ｗ以外の不要な映り込みを防止するため、例えば金属や樹脂、ゴムなどからなる遮蔽板８ａ，８ｂが取り付けられている。このうち、一方の遮蔽板８ａは、保持具２に取り付けられて、カメラ３とミラー４との間における配管Ｔを挟んだ一方側を遮蔽する。他方の遮蔽板８ｂは、ミラーケース７に回動自在に取り付けられて、カメラ３とミラー４との間における配管Ｔを挟んだ他方側を遮蔽する。

照明ランプ５は、配管Ｔの溶接部Ｗに向けて照明光Ｌを照射するものであり、白色光（可視光）を発するＬＥＤランプ等からなる。照明ランプ５は、配管Ｔの軸方向におけるカメラ３を挟んだ両側又は片側（本実施形態では両側）に各々配置されている。そして、照明ランプ５は、各々の位置から配管Ｔの溶接部Ｗに向けて照明光Ｌを照射する。また、配管Ｔの軸方向に対する照明光Ｌの照射角度ωは、０～８０°であることが好ましく、より好ましく０～７０°はである。

以上のような構成を有する本実施形態の検査装置１では、保持具２が配管Ｈを保持することによって、この検査装置１を配管Ｈに取り付けることが可能となっている。また、本実施形態の検査装置１では、この検査装置１の配管Ｈに対する取り付け位置を変えながら、各溶接部Ｗを検査することが可能である。

本実施形態の検査装置１では、保持具２に配管Ｔが保持された状態で、溶接部Ｗの正面側画像と、一対のミラー４に各々映し出された溶接部Ｗの背面側画像とをカメラ３により同時に撮像することが可能である。すなわち、この検査装置１では、１つのカメラ３で配管Ｔの溶接部Ｗの周囲を囲む３面を同時に撮像することが可能である。

また、本実施形態の検査装置１では、上述したカメラ３のワイドダイナミックレンジ機能により配管Ｔの溶接部Ｗを撮像することで、この溶接部Ｗに施されたケガキ線Ｒを含む溶接部Ｗの鮮明な画像を得ることが可能である。

また、本実施形態の検査装置１では、上述した配管Ｔの軸方向におけるカメラ３を挟んだ両側又は片側（本実施形態では両側）に位置する照明ランプ５から配管Ｔの溶接部Ｗに向けて照明光Ｌを照射することで、溶接部Ｗの鮮明な画像を得ることが可能である。

以上のように、本実施形態の検査装置１では、得られた溶接部Ｗの正面側画像及び背面側画像に基づいて、配管Ｔの溶接部Ｗを全周に亘って検査する。すなわち、ケガキ線Ｒをもとに、溶接部Ｗの狙いずれが発生していないか、溶接部Ｗの凹みなどの欠陥が生じていないかなどの目視による検査（外観検査）を行う。本実施形態の検査装置１では、配管Ｔの溶接部Ｗを全周に亘って適切に検査することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記保持具２については、図５に示すように、配管Ｔの溶接部Ｗを挟んだ軸方向の片側を保持するクランプ機構６により保持する構成であってよい。

また、上記保持具２については、図６（Ａ）～（Ｄ）に示すようなクランプ機構６Ａを用いることが可能である。

具体的に、このクランプ機構６Ａは、配管Ｔを挟み込む一対のクランプ部材６１ａ，６１ｂを有している。一対のクランプ部材６１ａ，６１ｂは、互いの突き合わせ面に、互いに対向する略Ｖ字状の溝部６２ａ，６２ｂを有している。

これにより、クランプ機構６Ａでは、径の異なる配管Ｔを一対のクランプ部材６１ａ，６１ｂの先端や溝部６２ａ，６２ｂの間で挟み込むことが可能である。

また、上記保持具２については、図７（Ａ），（Ｂ）に示すようなクランプ機構６Ｂを用いることが可能である。具体的に、このクランプ機構６Ｂは、配管Ｔを挟み込む一対のクランプ部材６３ａ，６３ｂを有している。このうち、一方のクランプ部材６３ａは、突き合わせ面の先端側に斜めに突出した突出部６４ａを有している。他方のクランプ部材６３ｂは、突き合わせ面の先端側に斜めに切り欠かれた切欠部６４ｂを有している。

これにより、クランプ機構６Ｂでは、径の異なる配管Ｔを一対のクランプ部材６３ａ，６３ｂにおける突出部６４ａと切欠部６４ｂとの間で挟み込むことが可能である。

また、上記保持具２については、図８（Ａ），（Ｂ）に示すようなクランプ機構６Ｃを用いることが可能である。具体的に、このクランプ機構６Ｃは、配管Ｔを挟み込む一対のクランプ部材６５ａ，６５ｂを有している。このうち、一方のクランプ部材６３ａは、突き合わせ面の先端側に略Ｖ字状の溝部６６ａを有している。他方のクランプ部材６５ｂは、突き合わせ面の先端側に平坦部６６ｂを有している。

これにより、クランプ機構６Ｃでは、径の異なる配管Ｔを一対のクランプ部材６５ａ，６５ｂにおける溝部６６ａと平坦部６６ｂとの間で挟み込むことが可能である。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

本実施例では、上記検査装置１を用いて、配管Ｔの溶接部Ｗをワイドダイナミックレンジ有りで撮像した写真を図９（Ａ）に示す。一方、配管Ｔの溶接部Ｗをワイドダイナミックレンジ無しで撮像した写真を図９（Ｂ）に示す。

図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、配管Ｔの溶接部Ｗをワイドダイナミックレンジで撮像することで、ケガキ線Ｒを含む溶接部Ｗの鮮明な画像を得ることが可能である。

本実施例では、上記検査装置１を用いて、配管Ｔの軸方向から照明光Ｌを照射したときの配管Ｔの溶接部Ｗを撮像した写真を図１０（Ａ）に示す。一方、配管Ｔの周方向から照明光Ｌを照射したときの配管Ｔの溶接部Ｗを撮像した写真を図１０（Ｂ）に示す。

図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、配管Ｔの軸方向から照明光Ｌを照射することで、ケガキ線Ｒを含む溶接部Ｗの鮮明な画像を得ることが可能である。

１…検査装置２…保持具３…カメラ４…ミラー５…照明ランプ６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…クランプ機構７…ミラーケース８…遮蔽板Ｔ…配管Ｗ…溶接部Ｒ…ケガキ線

Claims

配管の溶接部を全周に亘って検査する配管溶接部の検査装置であって、
前記配管を径方向に挟み込んだ状態で着脱自在に保持する保持具と、
前記保持具に保持された前記配管の溶接部を撮像するカメラと、
前記配管の溶接部を挟んで前記カメラとは反対側に配置された一対のミラーとを備え、
前記一対のミラーは、前記配管の中心軸を挟んだ両側に位置して、互いに逆向きに傾斜した状態で配置され、
前記カメラは、前配溶接部の正面側画像と、前記一対のミラーに各々映し出された前記溶接部の背面側画像とを同時に撮像することを特徴とする配管溶接部の検査装置。
前記一対のミラーの間における開き角が、８０～１４０°であることを特徴とする請求項１に記載の配管溶接部の検査装置。
前記カメラは、前記配管の溶接部をワイドダイナミックレンジで撮像することを特徴とする請求項１又は２に記載の配管溶接部の検査装置。
前記配管の溶接部に向けて照明光を照射する照明ランプを備えることを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の配管溶接部の検査装置。
前記照明ランプは、前記配管の軸方向における前記カメラを挟んだ両側又は片側に各々配置されて、前記各々の位置から前記配管の溶接部に向けて照明光を照射することを特徴とする請求項４に記載の配管溶接部の検査装置。
前記保持具は、前記配管の前記溶接部を挟んだ軸方向の両側又は片側を保持することを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の配管溶接部の検査装置。
前記保持具が前記配管を保持とした状態で、前記配管に取り付けられることを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の配管溶接部の検査装置。
前記一対のミラーは、ミラーケースの内側に配置され、
前記ミラーケースは、前記保持具に対して回動自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の配管溶接部の検査装置。