JP2023035638A - 配管溶接部の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管溶接部の溶接欠陥の有無を判断するための検査の精度を向上する。
【解決手段】実施形態に係る配管溶接部の検査装置は、カメラとレーザー光計測装置と取付装置と検査部とを有する。カメラは、溶接により接続された第１の配管と第２の配管の溶接部を撮影する。レーザー光計測装置は、溶接部にレーザー光を照射して溶接部で反射したレーザー光を撮影することで画像を作成する。取付装置は、第１の配管もしくは第２の配管の周囲に配置されるレール台と、レール台に沿って溶接部の周囲を移動するリングレールギアと、リングレールギアにカメラおよびレーザー光計測装置を固定する取付台と、を有する。検査部は、カメラおよびレーザー光計測装置で撮影した画像に基づいて溶接部の溶接欠陥の有無を判断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、配管溶接部の検査装置に関する。

プラント設備においては多数の配管が存在し、それぞれの建設・改造工事において膨大な量の配管の溶接が行われる。これらの配管溶接部の非破壊試験として、溶接部表面を直接観察して溶接欠陥の有無を判断する外観検査、溶接部に検査液を浸透させ浸透した検査液を現像して欠陥部を示す画像を表示させることで溶接欠陥の有無を判断する浸透探傷試験がある。非破壊試験には、そのほかに、溶接部を磁石化させてそこに磁粉を付着させて磁粉で形成された画像から溶接欠陥の有無を判断する磁粉探傷試験、溶接部に超音波を照射して反射した超音波を画像化することで溶接欠陥の有無を判断する超音波探傷試験、放射線の漏れ量を画像化することで溶接欠陥の有無を判断する放射線透過試験などがある。

これらの試験で取得した膨大な量の検査画像を検証して溶接欠陥を発見するには、膨大な作業時間を要する。また、各試験で得られた画像から溶接欠陥の有無を判断するためには、熟練者の優れた検査技術が必要となる。この問題を解決するために、近年では、人工知能（ＡＩ）を用いた検査技術の開発が進められている。

特開２０２０－０２４２０１号公報

例えば、可燃性ガスを通す配管では、微細な溶接欠陥であってもそこから可燃性ガスが漏れ、大きな事故の要因となる場合がある。したがって、溶接欠陥の判断には、溶接部の撮影部位を細かいピッチで移動させて撮影した膨大な量の画像を必要とする。例えば、直径１ｍの２本の配管を接続した溶接部の溶接欠陥を判断するために使用する検査画像の枚数は、千枚以上であることが好ましい。千枚以上の静止画像を撮影するためには膨大な作業時間を要する。作業者が溶接部の周囲をデジタルカメラで動画撮影し、撮影した動画から千枚以上の静止画像を生成することにより、画像の作成時間を低減することができる。しかしながら、作業者が溶接部の周囲を動画撮影した場合、カメラを移動させる速度や溶接部に対する撮影角度等の撮影条件を一定に保つことが困難である。撮影条件が一定でない状態で撮影された画像を使用して配管溶接部の溶接欠陥の有無を判断した場合、溶接欠陥の有無を判断するための検査の精度が低下する恐れがある。

本発明は、上述の事情の下になされたもので、配管溶接部の溶接欠陥の有無を判断するための検査の精度を向上することを課題とする。

上記課題を解決するための実施形態に係る配管溶接部の検査装置は、カメラとレーザー光計測装置と取付装置と検査部とを有する。カメラは、溶接により接続された第１の配管と第２の配管の溶接部を撮影する。レーザー光計測装置は、溶接部にレーザー光を照射して溶接部で反射したレーザー光を撮影することで画像を作成する。取付装置は、第１の配管もしくは第２の配管の周囲に配置されるレール台と、レール台に沿って溶接部の周囲を移動するリングレールギアと、リングレールギアにカメラおよびレーザー光計測装置を固定する取付台と、を有する。検査部は、カメラおよびレーザー光計測装置で撮影した画像に基づいて溶接部の溶接欠陥の有無を判断する。

実施形態に係る配管溶接部の検査装置のブロック図である。 実施形態に係る取付装置の平面図である。 実施形態に係る取付装置の正面図である。 実施形態に係るリングレールギアについて説明するための図である。 実施形態に係る配管溶接部の検査装置を用いた検査処理について説明するためのフローチャートである。

以下、実施形態に係る配管溶接部の検査装置について、図を参照して説明する。説明にあたっては、相互に直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を適宜用いる。配管溶接部の検査装置は、溶接により接続された第１の配管と第２の配管の溶接部の溶接欠陥の有無を判断するための検査装置である。

図１は、実施形態に係る配管溶接部の検査装置１のブロック図である。検査装置１は、カメラ１１、レーザー光計測装置１２、検査部２０を有する。カメラ１１およびレーザー光計測装置１２は、後述する取付装置に取り付けられる。

カメラ１１は、第１の配管と第２の配管とが溶接により接続された溶接部を撮影する撮影装置である。カメラ１１は、撮影した画像の画像情報を検査部２０に送信する。カメラ１１は、自動的にピントを調整する調整機構を有している。カメラ１１のレンズの周囲には複数のＬＥＤが設けられている。複数のＬＥＤは、ＬＥＤによる光の照射方向がカメラ１１の撮影方向（カメラの光軸）と一致するように配置されている。

レーザー光計測装置１２は、レーザー光を溶接部に向けて出力する出力部１２ａと溶接部で反射したレーザー光を受信する受信部１２ｂとを有する。受信部１２ｂは、溶接部で反射したレーザー光を撮影することで画像を作成するカメラである。受信部１２ｂに使用するカメラには、カメラ１１と同じカメラを使用することができる。ただし、受信部１２ｂに使用するカメラには、ＬＥＤを配置しない。出力部１２ａは、溶接部に対して所定の角度（例えば、４５度）でレーザー光が照射されるように配置される。所定の角度は、後述する取付台５６を用いて調整する。受信部１２ｂは、撮影方向が配管の中心を向くように配置される。溶接部に対するレーザー光の照射角度と溶接部で反射したレーザー光の受光角度とに角度差を設けることで、受信部で形成される画像には、溶接部のアンダーカットや余盛高さに応じた影が形成される。この影の形や大きさに基づいて溶接欠陥の有無を判断することができる。レーザー光の照射角度と受光角度との角度差を変えて撮影した画像により３次元画像を作成することで、溶接欠陥の有無を判断するための検査の精度を向上することができる。

検査部２０は、物理的には、ＣＰＵ、記憶部、入力部および出力部を有するコンピュータである。記憶部には、人工知能（ＡＩ：Artificial Intelligence）を用いた検査用アプリケーションソフトウエア（解析プログラム）、人工知能を用いた解析に使用する教師ありデータが記憶されている。検査部２０は、人工知能を用いた検査用アプリケーションソフトウエアと各種の計測装置で撮影した溶接部の画像に基づいて、溶接部の溶接欠陥の有無を判断する。

人工知能を用いた検査用アプリケーションソフトウエアは、市販のソフトウエアを使用することもできる。例えば、ニューラルネットワークで構成された機械学習、深層学習等のアルゴリズムを用いたソフトウエアを使用することができる。

教師ありデータは、後述する各試験で撮影した溶接部の複数の画像それぞれについて、溶接欠陥無しの画像には溶接欠陥無しの情報を、溶接欠陥有りの画像には溶接欠陥有りの情報を付加したデータである。具体的には、教師ありデータは、溶接部のアンダーカット、余盛の高さ、脚長、ごく微小なピットなどが微妙に異なる複数の画像それぞれに、溶接欠陥有りもしくは溶接欠陥無しの情報を付加することにより作成される。溶接欠陥有りもしくは溶接欠陥無しの判断は、各種の検査画像及び試験結果に基づいて、熟練した技術者により行われる。教師ありデータは多いほど好ましい。

検査部２０は、入力部２１，カメラ画像検査部２２、レーザー画像検査部２３、浸透探傷試験画像検査部２４，磁粉探傷試験画像検査部２５、超音波探傷試験画像検査部２６，放射線浸透試験画像検査部２７、出力部２８を有する。

入力部２１は、ネットインタフェース、ＵＳＢインタフェース等を備える。入力部２１は、カメラ１１で撮影した溶接部の画像、レーザー光計測装置１２で撮影した溶接部の画像の画像情報を入力する。また、入力部２１は、浸透探傷試験，磁粉探傷試験、超音波探傷試験，放射線浸透試験により取得した溶接部の画像の画像情報を入力する。

浸透探傷試験では、溶接部に検査液を浸透させ、浸透した現像液を現像する。溶接部に欠陥がある場合、毛細管現象により検査液が溶接部に浸透する。浸透した検査液は周囲に広がるので、溶接欠陥個所が視認できない微細な穴の場合でも、溶接欠陥個所が視認可能な大きさの画像に拡大される。したがって、溶接欠陥個所を視認可能な画像として表示することができる。

磁粉探傷試験では、配管内に磁石を配置する。配管の表面に欠陥があると磁束が欠陥箇所から漏洩する。配管の表面に磁粉を塗布すると、配管に欠陥がある場合、漏洩した磁束により漏洩箇所に磁粉が付着し、溶接欠陥個所を視認可能な画像として表示することができる。

超音波探傷試験では、配管に超音波を照射し、反射した超音波の強度分布を画像として作成する。反射波の強度分布が一様でない場合、溶接欠陥がある可能性が高い。

放射線浸透試験では、配管内に放射線源を配置し、接続部から浸透した放射線によりフィルムを感光することで画像を作成する。溶接欠陥がある場合、溶接部から浸透する放射線の強度が高くなる。フィルムの感光範囲が広いほど、溶接欠陥がある可能性が高い。

カメラ画像検査部２２は、溶接部をカメラ１１で撮影した画像に溶接欠陥の有無の情報が付加された教師ありデータと、人工知能を用いた検査用アプリケーションソフトウエアに基づいて、溶接部をカメラ１１で撮影した検査対象の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。

レーザー画像検査部２３は、レーザー光計測装置１２で撮影した溶接部の画像に溶接欠陥の有無の情報が付加された教師ありデータと、人工知能を用いた検査用アプリケーションソフトウエアに基づいて、レーザー光計測装置１２で撮影した検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。

浸透探傷試験画像検査部２４は、浸透探傷試験で作成された溶接部の画像に溶接欠陥の有無の情報が付加された教師ありデータと、人工知能を用いた検査用アプリケーションソフトウエアに基づいて、検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。

磁粉探傷試験画像検査部２５は、磁粉探傷試験で作成された溶接部の画像に溶接欠陥の有無の情報が付加された教師ありデータと、人工知能を用いた検査用アプリケーションソフトウエアに基づいて、検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。

超音波探傷試験画像検査部２６は、超音波探傷試験で作成された溶接部の画像に溶接欠陥の有無の情報が付加された教師ありデータと、人工知能を用いた検査用アプリケーションソフトウエアに基づいて、検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。

放射線浸透試験画像検査部２７は、放射線浸透試験で作成された溶接部の画像に溶接欠陥の有無の情報が付加された教師ありデータと、人工知能を用いた検査用アプリケーションソフトウエアに基づいて、検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。

出力部２８は、液晶ディスプレイ、プリンター等で構成される。出力部２８は、カメラ画像検査部２２、レーザー画像検査部２３、浸透探傷試験画像検査部２４，磁粉探傷試験画像検査部２５、超音波探傷試験画像検査部２６，放射線浸透試験画像検査部２７の少なくとも何れか一つが「溶接欠陥有り」と判断した場合、該当する溶接部について、「溶接欠陥有り」との検査結果を出力する。

次に、取付装置５０について説明する。図２は、取付装置５０の平面図である。図３は、取付装置５０の正面図である。図３では、第１の配管１０１と第２の配管１０２と溶接部を溶接部Ｗと記載している。ここでは、図面に記載されているが本願発明に関係しない部分の説明はしない。取付装置５０は、カメラ１１およびレーザー光計測装置１２を溶接部の周囲に沿って移動させることで、カメラ１１およびレーザー光計測装置１２による溶接部の３次元画像の作成を可能にするための装置である。

取付装置５０は、レール台５１，リングレールギア５２，パンチ錠５３，モーター・エンコーダー５４，カメラ１１をリングレールギア５２に取り付ける取付台５５，レーザー光計測装置１２をリングレールギア５２に取り付ける取付台５６を備える。

レール台５１は、例えば鉄もしくはアルミニウム等の金属を素材として、リング状に形成された部材である。レール台５１は、レール台本体５１１、リングレールギア５２を保持する複数のレールガイド５１２、レールガイド５１２をレール台本体５１１に回転自在に保持する固定軸５１３を備える。

レール台本体５１１は、リング状の部材を２分割したレール台本体５１１ａと５１１ｂからなる。図２および図３では、中心線の左側に記載された部分がレール台本体５１１ａであり、右側に記載された部分がレール台本体５１１ｂである。レール台本体５１１は、レール台本体５１１ａと５１１ｂとをパンチ錠５３で連結することでリング状の部材となる。

レールガイド５１２は、金属もしくは樹脂で形成された部材である。レールガイド５１２は、図３に示されるように、Ｚ軸方向の中央付近に、溝５１２ａを有する。この溝５１２ａは、リングレールギア５２をガイドするための溝である。図２に示されるように、レールガイド５１２は、リングレールギア５２の外周および内周に沿って複数個所に配置される。レールガイド５１２は、レール台本体５１１から－Ｚ方向に突出して配置された固定軸５１３に保持され、固定軸５１３を回転軸として回転する。

レール台５１は、４本の装置保持脚５８を有する（図２参照）。装置保持脚５８は、配管の中心に向かってスライド可能なスライド部５８１と、配管の側面との接触面を形成する固定部５８２を有する（図３参照）。スライド部５８１は、配管の太さに応じた任意の位置で固定することができる。４本の装置保持脚５８の固定部５８２を配管に接した状態でスライド部５８１を固定することで、レール台５１は第１の配管１０１に固定される。装置保持脚５８は、スライド部５８１があるので、レール台５１を任意の太さの配管に固定することができる。

図４は、リングレールギア５２について説明するための図である。図４に示されるように、リングレールギア５２は、リング状に形成された第１部材５２１と第２部材５２２からなる。第１部材５２１と第２部材５２２の内周半径は同じである。第２部材５２２の外周半径は、第１部材５２１の外周半径よりも大きい。第１部材５２１の内周面と第２部材５２２の内周面とがそろうようにして、第１部材５２１は、第２部材５２２の－Ｚ側の面に結合されている。第１部材５２１の外周には、歯車が形成されている。図２および図３では、第１部材５２１の内周に歯車が形成されているが、図４では、後述する歯車との嵌合をわかりやすくするために、第１部材５２１の外周に歯車が形成されている図を記載している。第１部材５２１の内周に歯車を形成した方が装置を多少小型化できる。しかし、計測の精度に影響しないので、歯車は、第１部材５２１の内周と外周のどちらに設けてもよい。第２部材５２２の板厚（Ｚ軸方向の厚さ）は、外周に向かって薄くなるように形成されている。第２部材５２２の外周の板厚が薄くなった部分は、突起部５２２ａを形成している。

リングレールギア５２は、複数のレールガイド５１２の溝５１２ａに第２部材５２２の突起部５２２ａを嵌合させて配置される。なお、図４では、リングレールギア５２の内周側に配置されるレールガイド５１２の記載を省略している。また、リングレールギア５２もレール台本体５１１ａと５１１ｂのように２つの部材から構成されているが、図４では２つの部材の接続部分の記載を省略している。

図２および図３に戻り、モーター・エンコーダー５４は、レール台５１に固定されている。モーター・エンコーダー５４は、蓄電池で動作する直流モーター５４１と歯車５４２含めて構成されている（図３では、直流モーター５４１の記載を省略）。モーター・エンコーダー５４は、図示しない制御部に搭載された計測用アプリケーションソフトウエアの指示に基づいて直流モーター５４１を回転させる。直流モーター５４１の回転軸は歯車５４２に接続されている。歯車５４２は、リングレールギア５２の第１部材５２１の外周に形成された歯車と嵌合して配置される（図４参照）。モーター・エンコーダー５４は、歯車５４２を回転させることとで、リングレールギア５２をレール台５１のレールガイド５１２に沿って回転させる。なお、モーター・エンコーダー５４は、複数設けられてもよい。

図２および図３に戻り、取付台５５は、カメラ１１をリングレールギア５２に取り付けるための部材である。取付台５５は、リングレールギア５２に固定される。取付台５５は、溶接部に対するカメラの撮影角度を調整する角度調整機構を有する。突合せ溶接やソケット溶接等の溶接条件に応じて撮影角度を調整することができる。また、取付台５５は、溶接部とカメラ１１との距離を調整する位置調整機構を有する。

レーザー光計測装置１２をリングレールギア５２に取り付ける取付台５６は、取付台５５の設置位置に対して配管の中心線を挟んで１８０度離れた位置でリングレールギア５２に固定される。取付台５６は、溶接部に対するレーザー光の照射角度（ＸＹ平面上のレーザー光の照射方向と受光方向との角度、および、レーザー光の照射方向とＺ軸との成す角度）を調整する角度調整機構５６１を有する。レーザー光計測装置１２の出力部１２ａは、角度調整機構５６１に取り付けられる。レーザー光計測装置１２の受信部１２ｂは、撮影方向が配管の中心を向く方向となるように設置される。取付台５６は、取付台５５に角度調整機構５６１を追加することで構成することもできる。

次に、図５を参照しながら、実施形態に係る配管溶接部の検査装置１を用いた検査処理について説明する。検査の前に、教師ありデータを作成して、検査装置１の記憶部に記憶しておく。具体的には、カメラ１１で撮影した画像およびレーザー光計測装置１２で撮影した画像について教師ありデータを作成し、記憶部に記憶する。また、浸透探傷試験，磁粉探傷試験、超音波探傷試験，放射線浸透試験により取得した画像についても教師ありデータを作成し、記憶部に記憶する。教師ありデータは多いほど好ましい。ここでは、浸透探傷試験，磁粉探傷試験、超音波探傷試験，放射線浸透試験は別途行われており、それぞれの試験結果の画像の画像情報が検査部２０の入力部２１に入力される場合について説明する。

最初に、取付装置５０を配管の溶接部近傍に固定する（ステップＳ１１）。具体的には、２つに分割されたレール台５１と２つに分割されたリングレールギア５２を配管を挟んでパンチ錠５３で結合する。そして、装置保持脚５８を調整することで、取付装置５０を配管の溶接部近傍に固定する。レールガイド５１２の溝５１２ａにリングレールギア５２の第２部材５２２の突起部５２２ａを嵌合させ、レールガイド５１２をレール台本体５１１に固定する。また、モーター・エンコーダー５４の歯車５４２がリングレールギア５２の第１部材５２１の外周に形成された歯車と嵌合するように位置決めをする。

次に、カメラ１１を取付台５５に固定し、溶接部に対するカメラ１１の撮影角度を所定の角度に調整する。また、レーザー光計測装置１２を取付台に固定し、溶接部に対するレーザーの照射角度およびレーザーの受光角度を所定の角度に調整する（ステップＳ１２）。

次に、計測用アプリケーションソフトウエアの指示に基づいて、モーター・エンコーダー５４によりリングレールギア５２を配管の周囲に回転させる。カメラ１１およびレーザー光計測装置１２は、計測用アプリケーションソフトウエアの指示に基づいて、リングレールギア５２の移動速度に対応した速度で溶接部の画像を撮影する。カメラ１１およびレーザー光計測装置１２は、リングレールギア５２が所定の距離（例えば、０．１ｍｍ）移動するごとに１枚の画像を取得できるように溶接部の画像を撮影する（ステップＳ１３）。所定の距離は、必要とされる検査精度に応じて決められる。

カメラ１１とレーザー光計測装置１２の設置位置（例えば、１８０度離れた位置）が分かっているので、溶接部の任意の位置をカメラ１１で撮影した画像と、同じ位置をレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを対応させることができる。具体的には、カメラ１１とレーザー光計測装置１２の設置位置、モーター・エンコーダー５４の直流モーター５４１の回転量、およびカメラ１１とレーザー光計測装置１２の撮影タイミングとの関係に基づき、溶接部の任意の部分をカメラ１１で撮影した画像と、同じ部分をレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを対応させる。カメラ１１で撮影した画像と同じ部分を撮影したレーザー光計測装置１２で撮影した画像とは、紐付けられて画像情報として記憶部に記憶される（ステップＳ１４）。次に、必要に応じて、カメラ１１の撮影角度、レーザー光計測装置１２のレーザー照射角度を変えて、ステップＳ１４の処理を繰り返す。カメラ１１の撮影角度およびレーザー光計測装置１２のレーザー照射角度を変えて撮影された画像も、溶接部の同じ部分を撮影した画像は、紐付けられて画像情報として記憶部に記憶される。撮影された画像それぞれは、その画像の溶接部における位置を特定可能な座標情報を付加されて記憶部に記憶される。

次に、浸透探傷試験，磁粉探傷試験、超音波探傷試験，放射線浸透試験による画像がある場合、その画像情報を検査部２０に入力する（ステップＳ１５）。

検査部２０は、入力された画像情報について、教師ありデータと人工知能を用いた検査用アプリケーションソフトウエアに基づいて、溶接欠陥の有無を解析する（ステップＳ１６）。具体的にはカメラ画像検査部２２は、カメラ１１で撮影された検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。レーザー画像検査部２３は、レーザー光計測装置１２で撮影した検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。カメラ１１で撮影された検査対象の画像とレーザー光計測装置１２で撮影した検査対象の溶接部の画像とは紐付けられているので、カメラ画像検査部２２とレーザー画像検査部２３とは、溶接部の同じ個所を撮影した画像に基づいて、溶接欠陥の有無を判断することができる。

また、浸透探傷試験画像検査部２４は、入力された検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。磁粉探傷試験画像検査部２５は、入力された検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。超音波探傷試験画像検査部２６は、入力された検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。放射線浸透試験画像検査部２７は、入力された検査対象の溶接部の複数の画像それぞれが「溶接欠陥有り」に属するか「溶接欠陥無し」に属するかを判断する。

そして、検査部２０は、カメラ画像検査部２２、レーザー画像検査部２３、浸透探傷試験画像検査部２４、磁粉探傷試験画像検査部２５、超音波探傷試験画像検査部２６、放射線浸透試験画像検査部２７の何れかが、検査対象の複数の画像の何れかについて「溶接欠陥有り」と判断した場合、該当する溶接部に溶接欠陥があることを出力部２８に出力する（ステップＳ１７）。また、検査部２０は、溶接欠陥有りと判断した根拠となる画像を、その画像の溶接部における位置を特定可能な座標情報とともに出力部２８に出力する。

検査部２０は、カメラ１１で撮影した画像の画像情報、レーザー光計測装置１２で撮影した画像の画像情報、浸透探傷試験で取得した画像情報、磁粉浸透探傷試験で取得した画像情報、超音波探傷試験で取得した画像情報、超音波探傷試験で取得した画像情報、放射線透過試験で取得した画像情報、それぞれにステップＳ１６もしくはステップＳ１７で行った溶接部の溶接欠陥の有無の判断結果の情報を付加した情報を新たな教師ありデータとして、記憶部に記憶されている教師ありデータに追加して記憶する（ステップＳ１８）。このように、教師ありデータを蓄積することで、以後の溶接部の溶接欠陥の有無を判断するための検査の精度を向上することができる。

以上に説明したように、本実施形態に係る配管溶接部の検査装置１は、カメラ１１およびレーザー光計測装置１２を取付て溶接部の周囲を回転する取付装置５０を有する。取付装置５０は、第１の配管もしくは第２の配管の周囲に配置されるレール台５１と、レール台５１に沿って溶接部の周囲を移動するリングレールギア５２と、リングレールギア５２にカメラ１１およびレーザー光計測装置１２を固定する取付台５５，５６と、を有する。この取付装置５０を使用することにより、カメラ１１およびレーザー光計測装置１２は、溶接部に対して一定の角度と距離および一定の間隔を維持して、溶接部の画像を撮影することができる。したがって、本実施形態に係る配管溶接部の検査装置１は、配管溶接部の溶接欠陥の検査に使用する画像の品質を向上することができ、配管溶接部の溶接欠陥の有無を判断するための検査の精度を向上することができる。

また、本実施形態に係る配管溶接部の検査装置１は、人工知能を用いた解析プログラムに基づいて溶接部の溶接欠陥を検出しているので、膨大な量の検査画像を検証する際の検査時間を短縮することができる。また、溶接欠陥の有無の判断には、熟練者の優れた検査技術を必要としない。

また、本実施形態に係る配管溶接部の検査装置１は、溶接部の溶接欠陥の有無の判断結果の情報をそれぞれの検査画像の画像情報に付加することで新たな教師ありデータを作成し、新たに作成された教師ありデータを記憶部に記憶された教師ありデータに追加する。そして、追加された教師ありデータを含めて、以後の溶接部の溶接欠陥の有無の判断をする。このように、教師ありデータを増やすことにより、溶接部の溶接欠陥の有無を判断するための検査の精度を向上することができる。

また、本実施形態に係る配管溶接部の検査装置１は、カメラ１１で撮影した画像の画像情報、レーザー光計測装置１２で撮影した画像の画像情報、浸透探傷試験で作成した画像の画像情報、磁粉浸透探傷試験で作成した画像の画像情報、超音波探傷試験で作成した画像の画像情報、放射線透過試験で作成した画像の画像情報、のように複数の試験により作成した画像の画像情報について、人工知能を用いた解析プログラムに基づいて、溶接部の溶接欠陥の有無を判断する。これにより、溶接部の溶接欠陥の有無を判断するための検査の精度を向上することができる。

なお、上記の説明では、検査部２０が、カメラ画像検査部２２、レーザー画像検査部２３、浸透探傷試験画像検査部２４，磁粉探傷試験画像検査部２５、超音波探傷試験画像検査部２６，放射線浸透試験画像検査部２７を備える場合について説明したが、いずれかの検査部を省略することもできる。

また、上記の説明では、教師ありデータの作成についての説明および検査装置１に溶接欠陥の有無の判断をさせるときの説明において、突合せ溶接やソケット溶接等の溶接条件、アーク溶接やガス溶接等の溶接条件、配管の材質や配管の大きさや厚さ等の条件、などを指定しない場合について説明した。これらの条件と紐付けて教師ありデータを作成し、検査装置１に溶接欠陥の有無の判断をさせるときに、これらの条件を指定して溶接欠陥の有無を判断することにより、検査精度の向上を期待することができる。

また、上記の説明では、カメラ画像検査部２２、レーザー画像検査部２３、浸透探傷試験画像検査部２４，磁粉探傷試験画像検査部２５、超音波探傷試験画像検査部２６，放射線浸透試験画像検査部２７の少なくとも何れか一つが「溶接欠陥有り」と判断した場合に、該当する溶接部について、「溶接欠陥有り」との検査結果を出力する場合について説明した。他の実施形態としては、カメラ画像検査部２２、レーザー画像検査部２３、浸透探傷試験画像検査部２４，磁粉探傷試験画像検査部２５、超音波探傷試験画像検査部２６，放射線浸透試験画像検査部２７の二つ以上の検査部が「溶接欠陥有り」と判断した場合に、該当する溶接部について、「溶接欠陥有り」との検査結果を出力するようにしてもよい。

また、上記の説明では、検査部２０の記憶部に予め教師ありデータを記憶しておく場合について説明した。しかし、検査に使用する人工知能を用いた解析プログラムはこれに限定されない。例えば、深層学習のアルゴリズムを用いた人工知能の場合、学習が進むにしたがって、内部での判断に使用される数式のパラメータが適正化されていく。溶接欠陥の有無の判断の正解率が十分に高くなった状態（例えば、正解率が９９．９％以上）のパラメータを有する人工知能を使用する場合、教師ありデータを使用しなくても、溶接欠陥の有無の判断を行うことができる。

また、上記の説明では、取付装置５０がカメラ１１用の取付台５５とレーザー光計測装置１２用の取付台を備える場合について説明したが、取付台５５に取り付けられたカメラ１１を取り外し、レーザー光計測装置１２を取付台５５に取り付け、２回に分けてそれぞれの計測を行ってもよい。また、取付装置５０が、超音波探傷試験等に使用する計測装置の取付台を備えてもよい。

また、上記の説明では、レールガイド５１２が固定軸５１３によりレール台本体５１１に回転自在に保持される場合について説明したが、レールガイド５１２がレール台本体５１１に対して回転することなく固定されてもよい。

（変形例１）
上記の説明では、カメラ１１で撮影した画像とレーザー光計測装置１２で撮影した画像のそれぞれに、溶接欠陥有りもしくは溶接欠陥無しの情報を付加して教師ありデータを作成する場合について説明した。他の実施形態として、カメラ１１で撮影した溶接部の指定された部分の画像と、カメラ１１で撮影した溶接部の部分と同じ部分にレーザー光を照射して溶接部で反射したレーザー光を撮影した画像とを紐付けた情報に、溶接欠陥有りもしくは溶接欠陥無しの情報を付加して教師ありデータを作成してもよい。カメラ１１とレーザー光計測装置１２とは、決められた位置（例えば、１８０度離れた位置）に配置されている。したがって、カメラ１１とレーザー光計測装置１２の設置位置、モーター・エンコーダー５４の直流モーター５４１の回転量、およびカメラ１１とレーザー光計測装置１２の撮影タイミングとの関係に基づき、溶接部の任意の部分をカメラ１１で撮影した画像と、同じ部分をレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを紐付けることができる。そして、溶接欠陥の有無を検査する際には、溶接部の同じ個所をカメラ１１で撮影した画像とレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを紐付けた情報について、溶接欠陥の有無を判断する。この場合、カメラ画像検査部２２とレーザー画像検査部２３とは、一つの検査部となる。

配管の溶接部の形状は溶接部ごとに様々である。また、ごみの付着等により変色することもある。溶接部に変色があっても、溶接欠陥とは言えない。したがって、カメラ１１で撮影した画像のみで溶接欠陥の有無を判断した場合、判断の正解率をあげることは困難である。一方、レーザー光計測装置１２で撮影した画像のみで溶接欠陥の有無を判断した場合、レーザー光の照射角度との関係で溶接欠陥を抽出できない場合もあり、判断の正解率をあげることは困難である。上記の実施形態で説明したように、人工知能による両者の判断結果の論理和によって、溶接欠陥の有無を判断することもできる。カメラ１１で撮影した画像とレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを紐付けない場合、例えば、カメラ１１で撮影した画像に対してカメラ画像検査部２２が「溶接欠陥有り」と判断し、レーザー画像検査部２３が同じ位置の画像に対して「溶接欠陥無し」と判断した場合、検査装置１は、「溶接欠陥有り」と判断する。溶接欠陥がない場合でも溶接部に変色がある場合、このように誤って判断される可能性が高い。

これに対し、カメラ１１で撮影した画像とレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを紐付けた場合、検査装置１の判断結果が変わる可能性が高い。カメラ１１で撮影した画像とレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを紐付けた場合と両者を紐付けない場合とでは、画像から抽出される特徴量が変わる可能性が高い。また、カメラ１１で撮影した画像とレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを紐付けた場合、深層学習のアルゴリズムを用いた人工知能では、深層学習における中間層のパラメータの値が溶接欠陥の判断に特有な値に変わる可能性が高い。よって、カメラ１１で撮影した画像とレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを紐付けた教師ありデータを作成し、カメラ１１で撮影した画像とレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを紐付けたデータについて、溶接欠陥の有無を判断することにより、検査精度の向上を期待することができる。

（変形例２）
変形例１の説明では、溶接部の同じ個所をカメラ１１で撮影した画像とレーザー光計測装置１２で撮影した画像とを紐付け、紐付けられた画像に対して、溶接欠陥有りもしくは溶接欠陥無しの情報を付加して教師ありデータを作成する場合について説明した。他の実施形態として、カメラ１１で撮影した画像の画像情報、レーザー光計測装置１２で撮影した画像の画像情報、浸透探傷試験で作成した画像の画像情報、磁粉浸透探傷試験で作成した画像の画像情報、超音波探傷試験で作成した画像の画像情報、放射線透過試験で作成した画像の画像情報、の複数の試験により作成した画像の画像情報を任意の組み合わせで紐付けた情報に、溶接欠陥の有無の情報を付加して教師ありデータを作成することもできる。

（変形例３）
変形例１および２に係る発明において、突合せ溶接やソケット溶接等の溶接条件、アーク溶接やガス溶接等の溶接条件、配管の材質や配管の大きさや厚さ等の条件、などの条件と紐付けて教師ありデータを作成する。そして、検査装置１に溶接欠陥の有無の判断をさせるときに、これらの条件を指定して溶接欠陥の有無を判断する。このように、溶接条件を指定して検査することにより、検査精度の向上を期待することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…検査装置
１１…カメラ
１２…レーザー光計測装置
１２ａ…出力部
１２ｂ…受信部
２０…検査部
２１…入力部
２２…カメラ画像検査部
２３…レーザー画像検査部
２４…浸透探傷試験画像検査部
２５…磁粉探傷試験画像検査部
２６…超音波探傷試験画像検査部
２７…放射線浸透試験画像検査部
２８…出力部
５０…取付装置
５１…レール台
５１１、５１１ａ、５１１ｂ…レール台本体
５１２…レールガイド
５１２ａ…溝
５１３…固定軸
５２…リングレールギア
５２１…第１部材
５２２…第２部材
５３…パンチ錠
５４…モーター・エンコーダー
５４１…直流モーター
５４２…歯車
５５…取付台
５６…取付台
５６１…角度調整機構
５８…装置保持脚
５８１…スライド部
５８２…固定部
１０１…第１の配管
１０２…第２の配管
Ｗ…溶接部

図２および図３に戻り、モーター・エンコーダー５４は、レール台５１に固定されている。モーター・エンコーダー５４は、蓄電池で動作する直流モーター５４１と歯車５４２を含んで構成されている（図３では、直流モーター５４１の記載を省略）。モーター・エンコーダー５４は、図示しない制御部に搭載された計測用アプリケーションソフトウエアの指示に基づいて直流モーター５４１を回転させる。直流モーター５４１の回転軸は歯車５４２に接続されている。歯車５４２は、リングレールギア５２の第１部材５２１の外周に形成された歯車と嵌合して配置される（図４参照）。モーター・エンコーダー５４は、歯車５４２を回転させることとで、リングレールギア５２をレール台５１のレールガイド５１２に沿って回転させる。なお、モーター・エンコーダー５４は、複数設けられてもよい。

次に、カメラ１１を取付台５５に固定し、溶接部に対するカメラ１１の撮影角度を所定の角度に調整する。また、レーザー光計測装置１２を取付台５６に固定し、溶接部に対するレーザーの照射角度およびレーザーの受光角度を所定の角度に調整する（ステップＳ１２）。

Claims (10)

1. 溶接により接続された第１の配管と第２の配管の溶接部を撮影するカメラと、前記溶接部にレーザー光を照射して前記溶接部で反射したレーザー光を撮影することで画像を作成するレーザー光計測装置と、
   前記第１の配管もしくは前記第２の配管の周囲に配置されるレール台と、前記レール台に沿って前記溶接部の周囲を移動するリングレールギアと、前記リングレールギアに前記カメラおよび前記レーザー光計測装置を固定する取付台と、を有する取付装置と、
   前記カメラおよび前記レーザー光計測装置で撮影した画像に基づいて前記溶接部の溶接欠陥の有無を判断する検査部と、
   を有する配管溶接部の検査装置。
2. 前記検査部は、前記カメラで撮影した前記溶接部の画像を示す画像情報に溶接欠陥有りもしくは溶接欠陥無しの情報を付加した教師ありデータおよび前記レーザー光計測装置で撮影した前記溶接部の画像を示す画像情報に溶接欠陥有りもしくは溶接欠陥無しの情報を付加した教師ありデータを用い、人工知能を用いた解析プログラムに基づいて、前記溶接部の溶接欠陥の有無を判断する、
   請求項１に記載の配管溶接部の検査装置。
3. 前記カメラおよび前記レーザー光計測装置は、前記リングレールギアの所定の位置に固定されており、前記レーザー光計測装置は、前記カメラが撮影した前記溶接部の位置と同じ位置の画像を作成する、
   請求項１または２に記載の配管溶接部の検査装置。
4. 前記検査部は、前記カメラで撮影した前記溶接部の指定された部分の画像を示す画像情報と、前記レーザー光計測装置で前記溶接部の前記指定された部分にレーザー光を照射して前記溶接部で反射したレーザー光を撮影した画像を示す画像情報と、を紐付けた情報に、溶接欠陥有りもしくは溶接欠陥無しの情報を付加した教師ありデータを用い、人工知能を用いた解析プログラムに基づいて前記溶接部の溶接欠陥の有無を判断する、
   請求項３に記載の配管溶接部の検査装置。
5. 前記検査部は、前記カメラで撮影した前記溶接部の画像を示す画像情報および前記レーザー光計測装置で撮影した前記溶接部の画像を示す画像情報のそれぞれに、前記画像情報に対する前記溶接部の溶接欠陥の有無の判断結果の情報を付加した情報を前記教師ありデータに追加し、以後の溶接部の画像について溶接欠陥の有無を判断する、
   請求項２または４に記載の配管溶接部の検査装置。
6. 前記検査部は、
   浸透探傷試験により前記溶接部に浸透した検査液を現像した前記溶接部の画像を示す画像情報、磁粉浸透探傷試験により前記溶接部に付着した磁粉で表された前記溶接部の画像を示す画像情報、超音波探傷試験により計測した前記溶接部で反射した超音波による前記溶接部の画像を示す画像情報、放射線透過試験により得られた感光したフィルムによる前記溶接部の画像を示す画像情報、を入力する入力部を有し、
   前記検査部は、
   前記カメラで撮影した前記溶接部の画像を示す画像情報、前記レーザー光計測装置で撮影した前記溶接部の画像を示す画像情報、浸透探傷試験により取得した前記溶接部の画像を示す画像情報、磁粉浸透探傷試験により取得した前記溶接部の画像を示す画像情報、超音波探傷試験により取得した前記溶接部の画像を示す画像情報、放射線透過試験により取得した前記溶接部の画像を示す画像情報、の少なくとも何れか二つの情報を教師ありデータとして用いることにより、人工知能を用いた解析プログラムに基づいて、前記溶接部の溶接欠陥の有無を判断する、
   請求項２に記載の配管溶接部の検査装置。
7. 前記リングレールギアは、モーター・エンコーダーによって駆動され、前記レール台に沿って前記溶接部の周囲を移動する、
   請求項１に記載の配管溶接部の検査装置。
8. 前記取付台は、前記溶接部に対する前記カメラおよび前記レーザー光計測装置による撮影角度を調整する調整機構を有する、
   請求項１に記載の配管溶接部の検査装置。
9. カメラで撮影した溶接部の指定された部分の画像を示す画像情報と、レーザー光計測装置で前記溶接部の前記指定された部分にレーザー光を照射して前記溶接部で反射したレーザー光を撮影した画像を示す画像情報と、を紐付けた情報に、溶接欠陥有りもしくは溶接欠陥無しの情報を付加した教師ありデータを用い、
   検査対象である溶接部の指定された部分をカメラで撮影した画像を示す画像情報と、レーザー光計測装置で検査対象である前記溶接部の前記指定された部分にレーザー光を照射して前記溶接部で反射したレーザー光を撮影した画像を示す画像情報と、を紐付けた情報について、人工知能を用いた解析プログラムに基づいて前記溶接部の前記指定された部分についての溶接欠陥の有無を判断する、
   配管溶接部の検査装置。
10. 前記教師ありデータは、溶接部のアンダーカット、余盛の高さ、脚長が異なる前記溶接部の複数の画像を示す画像情報それぞれに、溶接欠陥有りもしくは溶接欠陥無しの情報を付加することにより作成される、
    請求項９に記載の配管溶接部の検査装置。

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