特許 6553602 溶接プロセスのための熱エネルギー検出及び分析

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6553602

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】溶接プロセスのための熱エネルギー検出及び分析

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/20 20060101AFI20190722BHJP

   B23K 13/08 20060101ALI20190722BHJP

   B23K 13/02 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   G01N25/20 Z

   B23K13/08 542

   B23K13/02

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-528186(P2016-528186)

(86)(22)【出願日】2014年11月5日

(65)【公表番号】特表2016-539328(P2016-539328A)

(43)【公表日】2016年12月15日

(86)【国際出願番号】US2014064105

(87)【国際公開番号】WO2015069753

(87)【国際公開日】20150514

【審査請求日】2017年10月23日

(31)【優先権主張番号】61/901,585

(32)【優先日】2013年11月8日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507320188

【氏名又は名称】サーマツール コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・イグナトウスキー

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・エイ・ナレン

(72)【発明者】

【氏名】レスリー・ディー・フレイム

(72)【発明者】

【氏名】シーンパトリック・リンチ

【審査官】 野田 華代

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−００９５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２３８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２３７１９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６１−１４０３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０９１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０２６７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−０８２６５２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２００９／０５７８３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１５６４３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２５／００−７２

Ｂ２３Ｋ １３／０２

Ｂ２３Ｋ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接プロセスのための熱エネルギー検出及び処理システムに用いられる熱エネルギー検出装置であり、
デジタル赤外線カメラもしくは熱センサーと、
前記デジタル赤外線カメラもしくは熱センサーの環境制御をもたらす保護筺体と、
前記デジタル赤外線カメラもしくは熱センサーから溶接プロセス領域への観察経路であって、該観察経路のガスパージ、ガス陽圧流及び一以上の物理的封じ込めの少なくとも一つにより制御される観察経路と、
前記観察経路の前記一以上の物理的封じ込めと組み合わされて、一以上の障害物の周囲で前記観察経路を操作する一以上の前面ミラーと、
煙、泡、水、蒸気、霧及びほこりを含む環境要因による前記観察経路内での一時的な障害物に起因する望ましくない信号ノイズを物理的に制御するとともに、前記一時的な障害物に関連する一以上の特定の波長範囲のフィルタリングにより、前記望ましくない信号ノイズを電磁的に制御するための一以上のレンズ、一以上のフィルター及び／又は一以上の窓と
を備える熱エネルギー検出装置。

【請求項2】

前記観察経路の前記一以上の物理的封じ込めが、視野チューブを備える請求項１に記載の熱エネルギー検出装置。

【請求項3】

前記視野チューブが、前記一以上の前面ミラーとの組合せで非線形視野チューブを備え、前記一以上の前面ミラーが、前記非線形視野チューブ内に配置される請求項２に記載の熱エネルギー検出装置。

【請求項4】

前記視野チューブが、光ファイバーケーブルを備える請求項２に記載の熱エネルギー検出装置。

【請求項5】

前記溶接プロセス領域の熱エネルギーデータのための装置デジタイザー出力をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱エネルギー検出装置。

【請求項6】

前記溶接プロセス領域の熱エネルギーデータのための装置アナログ出力をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱エネルギー検出装置。

【請求項7】

前記熱エネルギーデータが、熱エネルギーデータ配列又はデータストリームを備える請求項５又は６に記載の熱エネルギー検出装置。

【請求項8】

前記溶接プロセス領域が、電気抵抗溶接された反対の対をなすストリップエッジの少なくとも一部を備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱エネルギー検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願は、２０１３年１１月８日に出願された米国仮出願第６１／９０１，５８５号の権利を請求するものであり、その全体を参照によりここに組み込む。

【0002】

本発明は概して、溶接プロセスの分析及び／又は制御、特に、溶接領域熱エネルギー検出を含む溶接プロセス分析及び／又は制御、溶接プロセスのパラメータに関する溶接領域熱エネルギー検出の分析、並びに／あるいは、分析に応じて検出された溶接プロセスパラメータ、及び、熱エネルギー検出装置から得られた報告された熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームの自動もしくは手動の調整に関するものである。

【背景技術】

【0003】

溶接プロセスの最適化は、いくつかのパラメータを同時に観察することを必要とする。多くの状況では、これらのパラメータは、溶接プロセス材料と溶接プロセス補助装置もしくは設備との間の空間的及び熱的な関係の両方を含む。溶接プロセス材料は、ストリップもしくはその他の素材、管、溶接棒または、溶接プロセスで用いられる他の材料を含むことがあり、また、溶接プロセス補助装置もしくは設備は、溶接ロールボックス、インピーダ、マンドレル、冷却剤ライン、材料操作、工具、溶接プロセス材料もしくは設備を操作するロボットアームアセンブリ、誘導コイルや電気接点のような溶接熱源、溶接機ユニット、電源ユニット、及び、他のプロセス補助装置もしくは設備を含むことがある。

【0004】

溶接プロセスの一つの種類は電気抵抗溶接（ＥＲＷ）として知られており、これは、ストリップ原料からの、チューブやパイプのような管状品もしくは製品のシームの溶接に用いることができる。ＥＲＷプロセスはまた、Ｉ型梁やＴ型梁のような工学的構造箇所もしくは製品の溶接に用いることもできる。管状製品のためのＥＲＷプロセスは、誘導または、直接的に適用された電極によるストリップエッジでの電流の導入を含む。供給電流は、ストリップエッジを加熱し、それらはその後、溶接ボックスを通過する際に相互に鍛造される。

【0005】

図１（ａ）及び図１（ｂ）にＥＲＷの一例を示し、ここでは、ストリップが単一矢印の方向に前進するとともに、圧力が、ストリップのエッジ部分を互いに押し付けるように、二重矢印で示す方向に作用して、チューブ１１３が、溶接シーム１１７を形成するべく溶接点１１５で互いに押し付けられた金属ストリップから形成される。図１（ａ）では、誘導電力は、適切なＡＣ電源（図示せず）から誘導コイル１２１へ供給されて、ストリップのエッジを相互に押し付けることにより形成された「Ｖ」（ブイ）状領域の周りの金属に電流を誘導することができる。図１（ａ）では、誘導交流電流は、チューブの外側の周囲に流れるとともに、その後に、典型的な磁束線１１９（破線で示す）により示されるような溶接点１１５に向けて開いたブイ状エッジに沿って流れる。この「Ｖ」状領域の長さ２３は、溶接点に最も近いコイルの端部と溶接点との間の距離に等しい最大値を有するものとすることができる。

【0006】

図２に、誘導コイル１２１が、この例では交流電流もしくは直流電流または他の例とすることができる電流源へ接続される熱の供給としての一対の接点（電極）８及び９によって置き換えられることを除いて、図１（ａ）及び図１（ｂ）のプロセスと類似するＥＲＷプロセスの一例を示す。図２に、一対の金属ストリップ１０及び１１のエッジ表面、又は、図１のプロセスのようにチューブを形成するべく変形させられた単一の金属ストリップの反対側のエッジ表面とすることができる一対のエッジ表面２及び３を相互に、溶接点１で鍛接することを示す。エッジ表面２及び３は、矢印４の方向に前進させられて、溶接点１より前において隙間５で分離されている。いくつかのプロセスでは、「近接効果」を利用するため、上記の隙間は比較的小さく、エッジ表面間の角度６は、約２〜７度、又は、当該プロセスに適切とみなされるような他の角度とすることができる。溶接シーム７は現在、溶接点１の後に続いている。この例では、高周波電流、たとえば、少なくとも１０ｋＨｚの周波数の電流が、隙間５の一方側での一方の接点８及び隙間５の他方側での他方の接点９を有する一の部分もしくは複数の部分の上面１０及び１１との滑り係合にて、一対の接点８及び９によりエッジ表面２及び３に供給される。接点８はエッジ表面２に隣接し、また接点９はエッジ表面３に隣接する。通常は、図示のように、エッジ表面と、対応する接点との間に小さな間隔がある。接点８及び９から、高周波電流は、エッジ表面２及び３への複数の連続的な経路、各接点用の三つだけの経路、図２に点線で示す経路１６―１７―１８及び１９―２０―２１に沿って当該一の部分もしくは複数の部分に流れる。直流電流又は低周波電流では、各経路における電流量は、各経路の抵抗だけにより決定され、それにより、各経路における電流は大きく変化しない。しかしながら、高周波電流では、各経路における電流の大きさは、表皮効果に起因して、直流電流抵抗よりも高くなる各経路の抵抗によってのみならず、各経路の抵抗によっても決定される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、原料ストリップが管状製品へと溶接される電気抵抗溶接プロセスを含む電気抵抗溶接プロセスを含むことができる溶接プロセス又は、融接プロセスにおける溶接領域のための熱エネルギー検出及び処理システム及び方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一の側面では、本発明は、溶接プロセスのための熱エネルギー検出及び処理システム及び方法である。熱エネルギー検出装置は、溶接プロセス領域における一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットを保存する。溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムは、溶接プロセス領域における一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットを受信し、これは、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより処理されて、一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットのそれぞれのための熱エネルギーデータセット出力を生成する。熱エネルギーデータセット出力は、溶接プロセス領域の空間的特性、及び／又は、溶接プロセス領域の熱エネルギーデータを備える。溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムユーザ出力は、システムユーザ出力装置への熱エネルギーデータセット出力の表示のために与えることができ、また、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムユーザ入力装置は、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムへのシステムユーザ入力のために与えることができる。溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム溶接プロセス制御出力は、熱エネルギーデータセット出力又は、熱エネルギーデータセット出力から得られる溶接プロセスデータを、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム溶接プロセス制御出力に応じて、溶接プロセスパラメータを調整するための溶接プロセスコントローラへ送信するために与えることができる。溶接プロセス制御入力は、溶接プロセスコントローラ出力データを受信するべく、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムのために与えることができ、溶接プロセスコントローラ出力データに応じて、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムは、熱エネルギーデータセット出力、又は、熱エネルギーデータセット出力から得られる溶接プロセスデータを送信することができる。

【0009】

本発明の他の側面では、デジタル赤外線カメラ又は他の熱センサーのような熱エネルギー検出装置である。デジタル赤外線カメラ又は他の熱センサーの環境制御を構築するため、保護筺体を設ける。熱センサーから対象物への観察経路は、ガスパージ、ガス陽圧流もしくは、観察経路の一以上の物理的封じ込め、又は、それらの組合せを用いることにより制御される。観察経路はまた、観察経路の物理的封じ込め及び一以上の前面ミラーを用いることにより、一以上の障害物の周囲に操作されることができる。

【0010】

本発明の上記の及び他の側面は、この明細書及び添付の特許請求の範囲内に説明されている。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1(a)】誘電コイルが溶接熱源として使用される電気抵抗溶接プロセスの一例を示す。

【図1(b)】誘電コイルが溶接熱源として使用される電気抵抗溶接プロセスの一例を示す。

【図2】一対の接点もしくは電極が溶接熱源として使用される電気抵抗溶接プロセスの一例を示す。

【図3】電気抵抗溶接プロセスで使用される典型的な溶接プロセスストリップ材料及び溶接プロセス設備を図式的に示す。

【図4】本発明の熱エネルギー検出及び処理システムとともに、電気抵抗溶接プロセスでの熱エネルギーデータもしくはデータストリームのサンプルのための対象溶接領域の一例を図式的に示す。

【図5】本発明の熱エネルギー検出及び処理システムで用いられる溶接プロセス領域熱エネルギーデータのための溶接プロセス領域内に位置する関心のある選択部位の一例を図式的に示す。

【図6】本発明の溶接プロセスのための熱エネルギー検出及び処理システムの一例のブロック図である。

【図7】図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、溶接プロセス領域のような装置の熱エネルギーセンサーから対象物への観察経路の制御とともに、本発明の熱検出装置の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

明細書とともに図面に、本発明を実施する一以上の非限定的なモードを示す。本発明は、図面に示す配置及び内容に限定されるものではない。

【0013】

本発明は、溶接プロセスにおける溶接領域もしくは部位の熱エネルギー検出及び、熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームからのデータの処理のシステム及び方法を備える。

【0014】

図６に図式的に示すように、本発明の一例では、熱エネルギー検出及び処理システム５０は、サーマルカメラ又は他の熱検出測定装置５２（多くの場合、「熱エネルギー検出装置」と称する。）等の熱エネルギー検出装置を備え、これは、装置、すなわち、コンピュータープロセッサ５４（多くの場合、「溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム」と称する。）、システムユーザ（オペレータ）入力装置５６（キーボード、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチスクリーン又は他の適切なユーザ入力装置等）、及び、システムユーザ出力装置５８（ビデオディスプレイ及び／もしくは積層式ライトインジケータ又は他の適切なユーザ出力装置等）の少なくとも一つによって溶接プロセス領域が検出できるように配置される。ここでは、「熱画像及び処理システム」との用語は、「熱エネルギー検出及び処理システム」とも称する。ここでは、「溶接画像処理システム」との用語は、「溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム」とも称する。ここでは、「ユーザ入力装置」との用語は、「溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムユーザ入力装置」とも称する。溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムは、一連のアルゴリズム、コマンド、及び／又は、画像もしくはデータ配列もしくはデータストリーム分析ソフトウェアコード（多くの場合、「溶接検出プロセスソフトウェア」と称する。）を実行し、これは、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム５４内のデジタル記憶装置に記録されるか、または、リモート記憶場所もしくは装置からアクセスされることができる。ここでは、「溶接画像プロセスソフトウェア」との用語は、「一以上の溶接検出プロセスソフトウェア」プログラムとも称する。別段の開示がない限り、ここに開示する熱エネルギー処理は、適切なコンピュータープロセッサ、たとえばプログラマブル論理コントローラ又は他の適切なコンピュータープロセッサとともに、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム内の溶接検出プロセスソフトウェアにより達成される。サーマルカメラ又は他の熱エネルギー検出装置により受信（記録）される熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームは、（ハードウェア接続又はワイヤレスにより）適切なデータ収集速度、たとえば、熱エネルギー検出装置データ収集速度に限定されないが、サーマルカメラビデオストリーム用の毎秒５０フレームで、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムに入力されて、溶接プロセス領域における一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットを生成する。各フレーム又はデータ配列もしくはデータストリームセットを埋め合わせるデジタルデータ点は、フレーム又はデータ配列もしくはデータストリームセット内の各デジタルデータ点のためのコード化された熱エネルギー強度値であり、ここでは、各データ点は、たとえば、熱エネルギー検出装置からの各入力ピクセルに一致することがある。検出されて入力された熱エネルギー放射範囲に対応する温度範囲は一般に大きく、たとえば、検出されて分析される特定の溶接プロセスに応じて、準周囲温度（０〜２５℃）から２０００℃である。デジタルデータ点は、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより処理することができ、それにより、デジタルシグナルプロセッシング（ＤＳＰ）又は他の手段を用いる視野内の蒸気、煙、流体、飛散又は一時的な障害物の存在に起因する信号ノイズが、デジタル処理で及び／又は数学的に除去される。デジタルデータ点は、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより処理することができ、それにより、溶接プロセス、達成される溶接プロセス温度もしくは熱エネルギー、入力溶接プロセス熱の大きさの熱エネルギーデータ、溶接領域における熱エネルギーの分布、並びに、溶接プロセス領域における選択された溶接プロセス特性及び、溶接プロセス領域における溶接プロセス装置の熱エネルギーを生成する。

【0015】

本発明のいくつかの実施形態では、溶接プロセス領域熱エネルギーデータは、たとえば溶接検出プロセスソフトウェアにより、「相対的ブイ熱（relative Vee-Heat）」の生成及び測定を備える。「相対的ブイ熱」は、一連の可能性のある測定のなかで、電気抵抗溶接「熱入力」の一の相対的測定として用いられる。「相対的ブイ熱」は、電気抵抗溶接における溶接ブイ領域の加重熱シグネチャーとして規定される単位無しパラメータである。この単位無しパラメータの値は、熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットの分析に基き、溶接検出プロセスソフトウェアにより計算される。相対的ブイ熱は、電気抵抗溶接の間のプロセス制御のための、一連の可能性のあるパラメータのなかの一のパラメータとして使用することができる。

【0016】

熱エネルギー検出装置は、様々な開口部、レンズ又は他の手段（観察経路要素と称する。）を含むことができ、それにより、対象物から熱エネルギー検出装置への熱エネルギーの伝達（観察経路と称する。）を案内もしくは変更して、焦点距離及び視野選択をもたらし、また、レンズは、光学的赤外線信号強調もしくはフィルタリングをもたらすガリウムヒ素のような材料で形成することができる。レンズは、フィルタリングを増強させ、蒸気、煙又は他の汚染の存在に起因する信号ノイズをさらに低減することに使用できる。選択的に、前方反射ミラーは、本発明のいくつかの実施形態で使用することができ、それにより、熱エネルギー検出装置により溶接プロセス領域から示される熱エネルギー放射の間接的な観察を達成することができる。また、空気パージ、空気陽圧流を有する視野チューブ、空気ナイフ、雰囲気制御された筐体、及び／又は、類似の装置は、熱エネルギー検出装置及び観察経路要素を、汚染物質及び他の破片がない状態に維持することに使用できる。

【0017】

本発明の一の実施形態では、図７（ａ）に図式的に示すように、熱エネルギー検出装置は、熱エネルギー検出装置５１を備え、これは、カメラ又は熱エネルギーセンサーの周囲の環境からの保護のための保護筺体５３内に配置されたデジタル赤外線カメラ又は他のタイプの熱エネルギーセンサー５２を利用するものである。デジタル赤外線カメラ又は他のタイプの熱エネルギーセンサーの入力熱エネルギーセンサー５２ａから、溶接プロセス領域等の対象部位９０への観察経路５５は、観察経路５５内のガスパージもしくはガス陽圧流、並びに、たとえば視野チューブ又は、本発明の他の実施形態では図７（ｂ）に示すような他の観察経路構造５９を有する観察経路の物理的封じ込めを用いることにより制御できる。図７（ｃ）の本発明の他の実施形態に示すように、保護筺体５３と対象物９０との間の観察経路の部分は、必要に応じて屈曲又は他の非線形形状を含む視野チューブ５９ａ内の一以上の表面ミラー５７ａ及び５７ｂを用いることにより、一以上の障害物９２の周囲で操作することができる。本発明の他の実施形態では観察経路は、全内部反射（ＴＩＲ）現象とともに動作するケーブルもしくはチューブを用いることにより連続的に操作することができ、それにより、熱エネルギー流を、デジタル赤外線カメラ又は他のタイプの熱エネルギーセンサーの熱エネルギー入力センサー５２ａに案内し、これは、たとえば可視光信号の場合は光ファイバーケーブルである。本発明の他の実施形態では、観察経路内の一以上のレンズ、一以上のフィルター及び／又は一以上の窓は、煙、泡、水、蒸気、霧及びほこりのような環境要因に起因して、対象物への観察経路内の一時的な障害物により生じる望ましくない信号ノイズを物理的に制御するため、熱エネルギー入力センサー５２ａのために設けることができ、また、一時的な障害物に関連する電磁スペクトルにおける特定の波長範囲をフィルタリングすることにより、望ましくない信号ノイズを電磁的に制御するために設けることができる。

【0018】

入力された熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットは、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムによる溶接検出プロセスソフトウェアによりデジタル処理されて、それぞれの時系列のデータ配列もしくはデータストリームセット内の高コントラスト特性（たとえば、データセット内の点、レンズ及び他の熱エネルギー関連の幾何学的特性）を特定し、それにより、高コントラスト特性のコントラストマップを生成する。オペレータ（システムユーザ）は、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムに、選択可能な熱エネルギープロセスタイプ及び、必要に応じてデータ配列における関心のある一般的な部位又は検出された溶接ゾーンの特定の特性を入力することができ、これは、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより、選択可能な時間もしくはチューブ長さ間隔で、自動的に特定されて連続的に監視され得るものであり、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムは、溶接検出プロセスソフトウェアを実行し、センサーシステムのデータ収集速度に一致する熱エネルギーデータ（溶接プロセス領域熱エネルギーデータ）及び形状（溶接プロセス領域特性）に戻し、これは、オペレータへの表示のためにビデオスクリーン等の適切なユーザ出力装置上に出力され得る。

【0019】

本発明のいくつかの実施形態では、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムユーザ入力装置は、データ配列熱エネルギーデータ出力のための一以上の対象熱エネルギーデータ値のためのユーザの入力仕様書、データ配列熱エネルギーデータ出力のための対象熱エネルギーデータ値のための許容範囲のためのユーザの入力仕様書、一以上の溶接領域セットアップ詳細（たとえば、ブイ長さ、ブイ角度、溶接ロール位置、インピーダ位置又は他の溶接領域の関連する側面）のためのユーザの入力仕様書、並びに、溶接プロセスで溶接される製品の一以上の詳細のユーザの入力仕様書のための手段を含む。たとえば、ユーザの入力仕様書のための当該手段は、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムによる一以上の溶接検出プロセスソフトウェアプログラムの実行の間に、タッチスクリーンディスプレイ上にユーザへ表示される入力データフィールドとすることができる。

【0020】

本発明のいくつかの実施形態では、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムユーザ入力装置は選択的に、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムユーザ入力装置及び一次ユーザ入力ステーションから物理的に分離されるリモート溶接―検出―プロセス―ソフトウェアアクセス監視及び制御装置とすることができ、ここでは、一以上のシステムユーザ入力装置は、たとえば、溶接プロセスライン及び一次ユーザ入力ステーションから離れた現場外に配置することにより、又は、そこから離れた部屋もしくは現場の位置に配置される。リモート監視及び制御装置は、たとえば有線イーサネット（登録商標）リンク等のハードウェア接続又は、適切なワイヤレス接続のいずれかにより、熱エネルギー検出及び処理システムに接続することができる。

【0021】

図６では、リンク７２は、少なくとも、熱エネルギー検出装置５２の熱エネルギーデータを表し、これは、適切な通信リンクを介して、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム５４内でデジタル化された装置の出力又はアナログ出力でデジタル化される。溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム５４は選択的に、適切な通信リンクを介して、装置５２へ信号、たとえば装置５２センサー配置制御を出力することができる。リンク７４は、別個のユーザ出力装置５８（この例では表示スクリーン５８）を表し、リンク７６は、別個の一以上のユーザ入力装置（この例ではキーボード、マウス５６）を表す。他の例では、ユーザ出力及び入力装置は、有線又は適切なワイヤレス双方向通信リンクを介して溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムと通信するディスプレイタッチスクリーン等の単一の装置内に組み合せることができる。リンク７９は、一方向（溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム５４がコントローラ６２へ出力する）又は、データ配列もしくはデータストリーム処理システム５４と溶接プロセスコントローラ６２との間の双方向の通信リンクのいずれかを表す。溶接プロセスコントローラ６２は、適切なコンピュータ処理装置、たとえば、誘導溶接装置のコンポーネントとして設けられるプログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）とすることができる。溶接プロセスコントローラ６２は、通信リンク８０を介する溶接プロセッサコントローラ６２へのデータ配列もしくはデータストリーム処理システム５４の入力に応じて、工場プロセスライン６４に信号を出力する。リンク８０が双方向通信リンクである場合、プロセスライン６４は、ライン速度等のプロセスライン変化を、リンク８０を介して溶接プロセスコントローラ６２に出力することができ、そして、溶接プロセッサコントローラ６２は、プロセスライン変化を、リンク７９を介して溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムに出力することができる。リンク７８は、一方向（溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム５４がプロセスライン６４に出力する）又は、データ配列もしくはデータストリーム処理システム５４とプロセスライン６４との間の双方向の通信リンクを表す。たとえば、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム５４は、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムが、許容範囲にある許容値から外れる条件を特定したときに、鍛接される管状製品の長手方向に沿う、スプレー塗装マーキング等の溶接ラインマーキング装置をアクティブにするため、溶接プロセス偏向信号を送信することができる。本発明の全ての例では、各通信リンクは、配線（銅もしくは光学）又は適切なワイヤレス通信リンクあるいはその組合せにより送信される個々の又は多重の物理的信号経路を表す。

【0022】

図３に、管状品にロールされて溶接される原料ストリップ９０のための典型的な電気抵抗溶接プロセスパラメータ及びプロセス装置を図式的に示し、これはすなわち、原料ストリップが図の左から右に移動する際に、溶接シーム４１をもたらす原料ストリップに圧力を作用させる鍛造ロール３０（典型的には図示しない溶接ボックス内に設置される）、電気接点３４ａ及び３４ｂ又は破線で示す誘導コイル３２の概略位置、ブイ端部４０、必然的に隣接する鍛造ロール３０の中心線Ｃ_Lにある鍛造（もしくは溶接）点４３、原料ストリップが鍛造ロールに接近したときに、反対のブイエッジ４４ａ及び４４ｂを形成する原料ストリップの反対のエッジ及びブイ角度４２である。

【0023】

電気抵抗溶接プロセスでは、熱エネルギー検出は、たとえば、図４の破線のボックスにより境界が示されるような溶接プロセス領域２１に向けることができ、それにより、加熱されたストリップエッジ４４ａ及び４４ｂの少なくとも一部が検出可能である。熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームは、検出可能なとき、加熱されたブイのエッジ４４ａ及び４４ｂの熱エネルギーデータ、ブイ端部４０、鍛造点４３及び、溶接ロール３０の位置を保存する。熱い溶接ブイエッジと、ブイエッジの下方のより冷たいチューブの内側部位（又はブイエッジの下方のチューブ内の光学的インピーダの上面）との間の熱エネルギーデータのコントラスト、あるいは他の溶接プロセス領域背景特性は、オペレータにむけて、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム、たとえば、モノクロもしくは多色のビデオディスプレイ又は溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム出力装置上に、データ配列もしくはデータストリーム出力（溶接プロセス領域特性としての熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリーム出力）の明瞭な高コントラストで表示することができる。熱エネルギーデータにおけるこれらの高コントラスト変動は、溶接検出プロセスソフトウェアを実行する溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより自動的に、デジタル処理で特定することができ、また、反対のブイエッジは、溶接検出プロセスソフトウェアの実行により、反対のブイエッジの曲線の線形化（curvilinearization）から、処理システム出力表示データ配列平面上の二つの曲線として計算することができる。これらの曲線の交点はまた、図４のブイ端部４０として、溶接検出プロセスソフトウェアにより計算することができ、また、反対のブイエッジを表すこれらの曲線間の角度はまた、溶接検出プロセスソフトウェアにより、ブイ角度４２として計算することができる。溶接プロセスで用いられる誘導コイルもしくは接点の先端の配置（組合せ）は、多くの場合、溶接加熱要素とも称するが、同様に、溶接検出プロセスソフトウェアを実行する溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムとともに、及び／又は、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムユーザ入力装置を介したユーザ入力とともに、熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリーム変動、及び／又は、サーマルカメラ検出装置の場合におけるピクセルの画像コントラストにより決定することができる。分析される一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームの各々について溶接処理システムによりオペレータに出力され得る位置データ（相対的な溶接領域の位置決めデータ、たとえば、ブイ、ブイ溶接点並びに、溶接加熱要素のブイ対向端部及びロール相対位置）は、これに限定されないが、（１）ロール３０及びブイ端部４０の端部に最も近接する図３及び図４に外形を示すように誘導コイル３２のエッジ３２ａの辺り（又は代わりの電気接点３４ａ及び３４ｂ）にて始まるブイ長さ（２３）、（２）ブイ角度４２、及び、（３）ブイ端部４０の位置を含むことができる。溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより自動的に特定されて分析される全ての幾何学的特性は、オペレータによっても手動で特定されて分析され得る。

【0024】

幾何学的及び位置データ（溶接プロセス領域特性）は、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより追跡されて傾向を示されることができ、それにより、ブイ長さ、ブイ角度及びブイ端部位置を含む一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットの熱エネルギーデータ配列出力における変動及び揺らぎを監視する。溶接検出プロセスソフトウェアによる各パラメータの変動及び揺らぎの分析は、オペレータに製品の品質及び非最適溶接プロセス制御を特定することに用いることができる。たとえば、ブイ角度の変化（ブイの非安定もしくは「呼吸」により生じる）は、ストリップ幅、均一なチューブ形成、一定のストリップライン送り速度及び、溶接ロールにより作用される一定の鍛造圧力の指標として重要である。

【0025】

ここで説明する一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットのそれぞれのための熱エネルギーデータ配列出力は通常、溶接プロセス領域特性を備え、これは、溶接プロセス領域特性とも称する幾何学的な位置決めを含む。一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットのそれぞれのための熱エネルギーデータ配列出力はまた、溶接プロセス領域熱エネルギーデータを含むことができる。

【0026】

関心のある部位（ＲＯＩ）は、関心のある部位ＲＯＩ３、ＲＯＩ２、ＲＯＩ１のそれぞれのための図５の図示例により示すような、ブイ端部での及び溶接シーム点での、加熱された反対のブイエッジに沿って、溶接システムにより自動で選択され、又は、オペレータ入力により手動で選択され得る。破線の長方形ボックスにより特定されるようなこれらの関心のある部位内のデータ点（たとえばサーマルカメラ検出装置に場合におけるピクセル）の配列により表される熱エネルギー強度は、数学的に平均化することができ、また、追加的な数学的処理で、これらの関心のある多数の部位は、一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットの一つ一つから単一の熱エネルギーデータストリームをもたらす溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより、合計加重平均（又は他の数学アルゴリズム）として結合することができる。加重単一熱エネルギーデータストリームは、溶接プロセス領域の実際の熱揺らぎを反映することに用いることができ、これは、たとえば熱エネルギー検出視野内のプロセス冷却材、蒸気もしくは煙、アーク放電又は、溶接プロセスで発生する他の異常、並びに、少なくとも、熱エネルギー検出視野の一時的な妨げにより生じる単発的な熱エネルギー揺らぎを物理的に又はデジタル処理でフィルターにかける。溶接プロセス領域熱エネルギーデータはまた、絶対的熱エネルギー値（絶対的熱エネルギー値の例は温度であることがある）ではなく、相対的熱エネルギー強度に基くものとすることができる。必要な変数が全て既知であれば絶対温度測定は可能であるが、熱源の放出された放射熱エネルギーに基く相対的な熱エネルギー強度の使用（対象、たとえば溶接プロセス領域特性）は、対象の真の熱エネルギー状態のより安定した且つ正確な表現をもたらす。この理由は、サーマルカメラ検出装置の場合、（赤外線）熱画像カメラが、対象の赤外線強度（すなわち放射された熱エネルギー）の測定を可能にするからである。検出された熱エネルギー源は、式（１）により合計される。

【0027】

【数1】

【0028】

式（１）より、測定された（検出された）入射エネルギーであるＥ_Iは、熱源から放出された熱エネルギーＥ_Eに依存し、それに、遠隔源から対象物を通って伝達した熱エネルギーＥ_Tと、隣接する源から反射した熱エネルギーＥ_Rとを足し合わせ、透過率、周囲雰囲気による分散及び吸収に依存する全ての損失Ｅ_Lを差し引き、補正係数Ｃを足し合わせたものであり、この補正係数Ｃは、ここでは述べていないが特定の溶接プロセスのために決定され得る他の損失及びエネルギー付加を含むことができる。Ｅ_Iは、材料特性放射率が分かる場合、絶対温度に変換することができる。対象物もしくは材料の放射率は、他の条件のなかで、材料の表面仕上げ、組成、材料の温度及び、関心のある赤外線波長の範囲の関数である。対象物材料の温度揺らぎを含むいかなるプロセスでも、対象物材料の放射率は必然的に変化している。放射率は一般に、任意の所定の材料で、全ての温度、構成表面仕上げ、波長及び他の関連する条件において知られていないので、熱エネルギー検出装置により検出される生の入射エネルギーに基く相対的熱エネルギー値は、熱エネルギーの非接点検出を通して決定されたときの絶対温度よりも、プロセスの熱的特性のより信頼性及び再現性のある表現をもたらすことができる。

【0029】

本発明は、特定の溶接プロセスに適するとみなされる場合の絶対温度測定に依存するものとすることができる。本発明はまた、溶接プロセス制御及び監視のための相対的熱エネルギーデータを採用する。熱エネルギーデータ（熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリーム出力）は、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより、適切なデジタルデータ記憶装置へ出力することができる。熱エネルギーデータは、リアルタイムで、又は、選択的なオペレータ溶接プロセスステップのような一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットの多数のデータセットの平均値として、又は、ユーザ入力有りで又は無しで溶接検出プロセスソフトウェアにより特定される最適化パラメータの所定のセットとして、デジタルデータ記憶装置に記録することができる。出力された熱エネルギーデータ出力は、選択された警報点に基く溶融プロセス制御を可能にするため、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより追跡することができ、それにより、限定的ではないが、溶接電力の大きさ及び／又は周波数、ストリッププロセスライン送り速度、溶接固定（溶接ボックス構造及びロール位置を含む）、鍛造圧力、設定もしくは誘導コイル位置又は電極位置（融接プロセス）、プロセス冷却材流れ及び位置、選択的なインピーダ位置及び機能、溶接前の熱「ソーク」時間及びブイ長さ、熱入力、並びに、鍛造（もしくは溶融）溶接位置を含む溶接プロセスパラメータが、期待熱エネルギー値より高いもしくは低い傾向を補うべく、手動もしくは自動で調節される。たとえば、自動電力調整は、即時の電力調整又は、増分電力レベルでの遅延（滞留遅延）調整で行うことができ、それにより、溶接プロセスシステム平衡を可能にするとともに、全ての異常に高いもしくは低い熱エネルギー測定が適切に無視されることを確保する。滞留遅延は、比例・積分・微分（ＰＩＤ）ループ、保管製品レシピ、フィードバック及びフィードフォワードプログラム、並びに／又は、適切な手段を用いる特定の溶接プロセスシステムに適するように調整することができる。データトレンディングは、時間（タイムスタンプ）もしくは距離（製造される管状製品の長さ）の関数として、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより行うことができる。自動溶接プロセスでは、インターフェース制御装置（データ変換装置）は、必要に応じて、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムの出力と、溶接プロセスコントローラの入力との間に設けることができ、それにより、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムの熱エネルギーデータセット出力を、溶接プロセスコントローラに適合する溶接プロセッサ入力に変換する。

【0030】

本発明のいくつかの実施形態では、比例ゲイン制御又は比例・積分・微分制御は、プロセスコントローラ出力を受信するための溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム制御入力、熱エネルギーデータセット出力のための対象熱エネルギーデータ値を特定するユーザ入力、溶接プロセスコントローラへの熱エネルギーデータセット出力に基いて、熱エネルギー検出及びプロセスシステムで用いられる。

【0031】

図６に示すように、溶接プロセス領域特性及び溶接プロセス領域熱エネルギーデータ並びに、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム５４によりそこから分析される溶接プロセスパラメータを含む熱エネルギーデータセットは、溶接プロセスシステム６０内で、（直接的に又はデータ変換装置を介して）溶接プロセスライン６４を制御するための溶接プロセスコントローラ６２へ送ることができ、それにより、溶接プロセスコントローラは、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム５４からの入力データに基き、一以上の溶接プロセスパラメータを調整することができる。

【0032】

溶接プロセス領域は、溶接プロセス領域特性及び溶接プロセス熱エネルギーデータの溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムからの熱エネルギーデータセット出力のための一つの溶接プロセス領域を示す。他の境界される溶接データ配列もしくはデータストリームプロセス部位、たとえば、熱エネルギー検出のための関心のある部位の選択は、たとえば、溶接検出プロセスソフトウェア内で、一以上の境界される溶接データ配列もしくはデータストリームプロセス部位の選択のためのアルゴリズムを含むことにより、予め決定され、あるいは、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムと通信する溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムの外部の溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム又はコンピュータシステムを介して、データロギングもしくはトレンディングのための溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムへのオペレータ入力により手動で選択されることができる。

【0033】

本発明のいくつかの実施形態では、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システム出力はまた、熱エネルギーデータセット出力のデータログ及び少なくとも一のトレンディング図を備えることができ、それにより、熱エネルギーデータセットは、溶接プロセスにおける期間、溶接プロセスで溶接される製品（チューブ等）の長さ及び／又は、溶接プロセスで溶接される製品の固有の製品識別子（製品固有のバーコード又は他のコードマーカー）の関数として表すことができる。

【0034】

本発明の熱エネルギー検出及び処理のシステム及び方法は、管状製品の高周波溶接及び溶接等の連続溶接プロセスのためのプロセス制御及びプロセス監視に特に適しており、ここでは、溶接領域熱入力（溶接プロセス領域熱エネルギーデータ）及び形状／位置（溶接プロセス領域特性）は、プロセス品質の重要な変数である。

【0035】

本発明の熱エネルギー検出及び処理のシステム及び方法は、安定した溶接プロセス条件、ブイ角度、ブイ端部及び溶接品質を確保するため、高周波溶接プロセスでの溶接ブイを監視することに特に適している。本発明の熱エネルギー検出及び処理のシステム及び方法はまた、電極先端の位置を監視するため、電極ベースの融接プロセスを監視することにも適用することができ、これは、人間の介入なしに、電極位置の調整を可能にするロボットの又は自動の溶接動作に有効になり得る。

【0036】

先に開示した溶接プロセス領域特性及び溶接プロセス領域熱エネルギーデータに加えて、本発明の熱エネルギー検出及び処理システムは、ストリップのエッジから反対エッジへの熱入力差、インピーダ（用いられる場合）性能及び、特に先述していない溶接プロセス領域に関連する幾何学的な溶接プロセス領域特性もしくは熱エネルギー特性を監視することに用いることができる。

【0037】

本発明のいくつかの実施形態では、溶接プロセスは、溶接プロセス領域の一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットの検出、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムでの溶接検出プロセスソフトウェアプログラムの実行、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムへの溶接プロセス領域の一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットの送信、一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットのための熱エネルギーデータセット出力であって、少なくとも一の溶接プロセス領域特性又は溶接プロセス領域熱エネルギーデータを備える熱エネルギーデータセット出力の生成、並びに、溶接プロセスシステムインターフェースへの熱エネルギーデータセット出力の送信により制御される。溶接プロセスシステムインターフェースは、システムユーザ入力装置又は溶接プロセスシステム制御装置を備えることができる。

【0038】

工場は、原製品を受け取るとともに処理ステップを適用して原製品を中間もしくは最終製品に変換する機械又は機械群である。たとえば、電気抵抗溶接チューブ工場では、原製品は、ストリップのコイルからなるものであり、機械群は、ストリップをチューブ状に形成するための工具、チューブシームの反対エッジを連結するための溶接機、プロセス加熱設備、プロセス矯正設備、プロセス規模調整もしくは再形成設備及び、インラインせん断もしくは切断等のチューブ切断手段、又は他の適切な設備を含むことができる。

【0039】

本発明のいくつかの実施形態では、熱エネルギーデータセット出力は、工場プロセスシステムに送ることができ、これを通じて、規定プロセス制御の外部が制限されているときに、工場プロセス指標システムが、不適合な製品を特定もしくはマークするべく再現（始動）され得る。工場プロセスシステムは、専用のプログラム、サーバ、直接リンク又は他の適切な手段を通じて、工場コンポーネントを連結する任意の手段とすることができ、それにより、個々のコンポーネントが、工場で他のコンポーネントから入力及び出力を受信する。工場プロセスシステムの第一の例では、インライン検査システムは、塗装マーキング システムに信号を出力することができ、これは、不適合の製品が存在するとき、塗装とともにプロセスラインを通って移動する間に製品をマークする。工場プロセスシステムの第二の例では、工場は、出力を、製品レシピリコール及びトレーサビリティのための他の工場コンポーネントへ送信し又は当該他の工場コンポーネントから受信するため、バーコードラベリング及び読取りシステムを備えることができる。

【0040】

本発明のいくつかの実施形態では、工場切断システムへの熱エネルギーデータセット出力は、切断長さ及び電気溶接周波数の変化を引き起こし（始動させ）、たとえばスクラップを減らすとともに、品質保証サンプリングを改善することに利用できる。工場切断システムは、長さ切断製品、プレカット製品、品質保証目的又は他の目的のサンプリングに使用されるインラインせん断又はカットオフ切断とすることができる。

【0041】

本発明のいくつかの実施形態では、溶接プロセス熱エネルギーデータは、二次データ処理を行うために記録することができ、それによってプロセス変動性を決定し、これは、プロセス変動性を予測し軽減するための予測アルゴリズムを含む。二次データ処理は、別個のソフトウェアを用いるデータセットの統計分析、別個のソフトウェアを用いるビデオもしくは画像ファイルの画像分析を含むことができ、これは、熱エネルギーデータからレポートを生成し、熱エネルギーデータを他の工場データ値と結合してスクラップ重量、コスト、電力使用量及び電力効率、水消費量及び効率、工場工具能力及び摩耗速度又は、溶接プロセスに関する他の類似のパラメータ等のパラメータを計算する。

【0042】

「一連の時系列の熱エネルギーデータ配列もしくはデータストリームセットのそれぞれ」との用語は、処理される一連のデータセットが、処理システムにより受信される一連のデータセットと等しいかどうかに関わらず、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムにより処理される一連のデータセット（たとえばサーマルカメラセンサー用のビデオにおけるフレーム）について言い表すために用いており、すなわち、当該用語は、受信される全てのデータセットの処理、選択されて受信されるデータセット（たとえば毎秒ごとに受信されるセット）の処理又は、一連の受信されるデータセットのバッチ処理を含む。

【0043】

ここで用いる「溶接プロセスシステムインターフェース」との用語は、溶接データ配列もしくはデータストリーム処理システムユーザ入力もしくは出力装置又は、溶接プロセスコントローラに言及している。

【0044】

ここで用いる「送信」との用語は一般に、適切な信号プロトコルでのハードウェア接続もしくはワイヤレス接続による送信を意味する。

【0045】

上述したところにおいて、説明の目的で、例及び実施形態の深い理解をもたらすため、
多数の具体的な要求及び様々な具体的な細部を説明した。しかしながら、一以上の他の例もしくは実施形態は、これらの具体的な細部なしで実施できることは当業者には明らかである。説明した特定の実施形態は、本発明を限定するためではなく、それを例示するために与えられる。

【0046】

この明細書のなかにおける「一の例もしくは実施形態」、「例もしくは実施形態」、「一以上の例もしくは実施形態」又は「異なる例もしくは実施形態」との言及は、たとえば特定の構成が、本発明の実施に含まれ得ることを意味する。発明の詳細な説明において、様々な構成は、開示を簡素化して様々な発明の側面の理解を補助するための単一の例、実施形態、図面又はその説明と一緒にまとめられることがある。

【0047】

好ましい例及び実施形態に関して本発明を説明した。明示的に述べた場合を除き、本発明の範囲内で、均等、代替及び変更が可能である。

【図1(a)】

【図1(b)】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図7(c)】