JP2006214798A - 張力測定装置,張力測定方法 - Google Patents

張力測定装置,張力測定方法 Download PDF

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聡一 北川
Seiji Yoshimura
省二 吉村
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Abstract

【課題】 前記被圧延材の張力を該被圧延材と非接触の状態で計測することが可能な張力測定装置及び張力測定方法を提供することにある。
【解決手段】 被圧延材1等の可撓性部材に対して,該可撓性部材に作用する張力の作用方向に交差する方向に圧縮気体をノズル体13に形成された噴射口から噴射し,前記ノズル体13に作用する前記圧縮気体に生じる反力を,反力検出手段(ロードセル14)により検出することで,前記張力を測定する張力測定装置として構成される。
【選択図】 図4

Description

本発明は,圧延機により圧延された圧延材等の可撓性部材に作用する張力を測定する張力測定装置に関するものであり,特に前記可撓性部材が当該張力測定装置と非接触の状態において前記張力を測定可能とする張力測定装置,張力測定方法に関するものである。
冷間圧延工程において,ワークロール対による圧延後の被圧延材の板形状を制御するため,実際に圧延がなされた前記被圧延材の板形状を検出し,予め入力された目標形状との偏差を小さくするように前記ワークロール対を制御するフィードバック方式がしばしば用いられる。
このようなフィードバック方式においてなされる前記板形状の検出は,圧延後の前記被圧延材の前記ワークロールの軸方向に沿った張力の分布を検出することにより行われる。前記張力の測定は以下のように測定される。即ち,前記被圧延材に対してそれに作用する張力の作用方向に交差する方向に押圧力が加えられ,前記被圧延材の撓みによる復元力(つまり,前記押圧力に対する反力)に基づいて前記被圧延材に作用する張力が測定される。
このような張力測定装置の具体例として,例えば特許文献1等に記載の応力測定ロールが広く知られ,用いられている。前記応力測定ロールは,前記ワークロール対の軸方向に沿って複数配列された応力測定用のセンサを表面に有するものである。前記応力測定ロールは前記被圧延材の圧延後の搬送経路に配置され,前記被圧延材は前記搬送経路において前記応力測定ロールに直接押圧されることにより前記被圧延材が撓ませられる。これにより生じる撓みの復元力(前記応力測定ロールによる押圧力の反力)から,前記被圧延材の張力分布が測定される。
尚,前記応力測定用のセンサは,前記被圧延材の幅方向に分布する各箇所の張力を独立して測定するものであり,前記応力測定用のセンサ各々による測定結果を前記幅方向に対してプロットしたものが,前記被圧延材の張力分布である。
特開平7−12662号公報
しかしながら,圧延時において被圧延材には,該被圧延材の冷却及び圧延効率の上昇などを目的として,前記被圧延材を圧延するワークロールとの接触部に圧延油が供給されている。そのため,前記被圧延材の表面は非常に摩擦係数が小さくなっており,前記被圧延材の張力分布を測定するための応力測定ロールとの間にスリップが生じ易い状態になっている。
このように,特許文献1に記載の技術では,被圧延材の応力を測定する応力測定ロールが前記被圧延材に直接接触するため,前記応力測定ロールとの間にスリップが生じると,ロール本体に複数のセンサを組み込むための隙間があることから,前記被圧延材に疵等をつけてしまい,前記被圧延材の品質を低下させるという問題がある。また,前記圧延油が前記応力測定ロールにおけるセンサ部分において固着すると,前記センサの張力検出能力が低下し,前記被圧延材の板形状の検出精度が悪化するという問題もある。
そこで,本発明の目的は,上記のように前記被圧延材に直接接触することにより前記被圧延材の張力を測定する方法に代わり,その張力を非接触の状態において計測することが可能な張力測定装置及び張力測定方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は,可撓性部材に圧縮気体をノズル体から噴射して押圧力を加えることによって撓ませ,その押圧力に対する反力に基づいて前記可撓性部材に作用する張力を測定する張力測定装置として構成される。
このようにすることで,当該装置と前記可撓性部材とが非接触の状態において前記可撓性部材の張力を測定することが可能であり,装置と前記可撓性部材との直接的な接触により疵が生じるなどの様々な問題点が解消される。
また,前記可撓性部材の典型例としては圧延機により圧延された被圧延材等が考えられ,前記被圧延材に前記圧縮気体を噴射することによる表面洗浄の効果が期待でき,当該装置を張力測定の目的,及び洗浄の目的とに兼用することが可能である。これにより,例えば圧延装置における設備コストなどを大きく削減することが可能である。
ここで,前記ノズル体及びこれに対応する反力の検出機構として,前記可撓性部材の幅方向に複数並べて設けられる構成が考えられる。これにより,前記張力の前記直交方向における分布を測定することが可能である。
また,前記ノズル体を前記可撓性部材に対して近接する位置と離間した位置との間で移動させる前記ノズル体の変位機構を具備するものも考えられる。これにより,前記可撓性部材の張力を測定しないとき(圧縮気体を噴射しないとき)にも,前記変位機構により前記ノズル体を退避させることにより,前記ノズル体と前記可撓性部材との無駄な接触を回避することが可能であり,前記ノズル体との摩擦などによる前記可撓性部材の品質低下を防止することが可能である。
ここで,前記反力を検出する機構としてロードセルが考えられる。ロードセルを用いた簡単な構成により前記反力を精度良く測定することが可能である。また,その反力の検出機構による検出結果を張力に換算する演算手段を有する場合には前記反力が前記張力に直ちに変換される。
尚,本発明は非接触状態で可撓性部材の張力を測定する張力測定方法として捉えたものであってもよい。
本発明によれば,可撓性部材の張力を非接触で測定することが可能であり,当該張力装置と前記可撓性部材との直接的な接触により疵が生じるなど問題が解消される。また,前記可撓性部材に圧縮気体を噴射することによる表面洗浄の効果が期待でき,当該装置によって張力測定と洗浄とを同時に行うことが可能である。
以下添付図面を参照しながら,本発明の実施の形態について説明し,本発明の理解に供する。尚,以下の実施の形態は,本発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係る張力測定装置に圧縮気体を供給する空気制御システムの概略構成図,図2は本発明の実施の形態に係る張力測定装置及び該装置による被圧延材の張力分布検出部の斜視図,図3は本発明の実施の形態に係る張力測定装置の有する張力測定ユニットの斜視図,図4は本発明の実施の形態に係る張力測定装置による被圧延材の張力測定部の側面図,図5は被圧延材に作用する張力分布を説明する概念図である。
(1)本実施形態に係る張力測定装置に圧縮気体を供給する空気制御システムについて。
まず,図1に示される概略構成図を用いて,本発明の実施の形態に係る張力測定装置Xに圧縮気体を供給する空気制御システムの概略構成について説明する。
図1に示すように,前記空気制御システムはコンプレッサ2,電磁弁3,制御装置4,減圧弁5,フィルタ6,配管7,前記張力測定装置X等を有して概略構成される。
図1に示される,本発明の実施形態に係る張力測定装置Xは,不図示の圧延機により圧延された鋼材である被圧延材1(図2,図3参照,可撓性部材の一例)に対してこれに作用する張力の前記被圧延材1の幅方向(前記圧延材におけるワークロールの軸方向)における分布を測定するものである。詳しくは,前記張力の作用方向(前記被圧延材の搬送方向)に交差する方向,つまり前記被圧延材1の面に略直交する方向から前記被圧延材に圧縮気体を噴射することにより,前記被圧延材1に押圧力を作用させる。また,その押圧力に対する反力に基づいて前記被圧延材1に作用する張力分布を測定する。尚,前記張力測定装置Xは,後述のように各々が独立に前記被圧延材1の幅方向における複数箇所での張力を独立に測定する張力測定ユニットAが複数配列されたものとして(図2参照)概略構成される。
前記コンプレッサ2と前記電磁弁3,該電磁弁3と前記減圧弁5,該減圧弁5と前記フィルタ6,該フィルタ6と前記張力測定装置X(前記張力測定ユニットA各々)とは前記配管7により接続されている。
前記コンプレッサ2は前記張力測定装置X(前記張力測定ユニットA各々)に供給する圧縮気体を生成する気体の圧縮機である。前記コンプレッサ2により生成された前記圧縮気体は前記電磁弁3を通じて前記減圧弁5に導かれる。前記圧縮気体は,前記減圧弁5により前記圧縮気体の圧力が所定の圧力にまで減圧された後に,前記フィルタ6に導かれる。前記フィルタ6により,前記圧縮気体から微細な浮遊物の除去がなされ,前記圧縮気体は前記張力測定装置X(前記張力測定ユニットA各々)へと導かれ,上述したように前記被圧延材1(図2,図4参照)に噴射される。
尚,前記コンプレッサ2は前記制御装置4と接続されており,前記制御装置4からの制御信号に基づいて稼動状態と休止状態の切替,または前記圧縮気体の圧力調節を行う。更に,前記電磁弁3も前記制御装置4と接続されており,前記制御装置4により励磁/消磁制御がなされることにより,前記コンプレッサ1による前記圧縮気体の空気路が切り替えられる。
尚,前記制御装置4は前記圧延機を制御する不図示の圧延制御装置に連動して自動で前記コンプレッサ2,前記電磁弁3を制御するものであってもよいし,例えばオペレータの操作入力に従ってそれらを制御するものであってもよい。また,前記圧縮気体は前記被圧延材1との反応性が低い不活性ガスなどを用いるのが望ましいが,比較的不活性な窒素ガスを主成分とする圧縮空気を用いても大きな不都合は生じない。
(2)本実施形態に係る張力測定装置の概略構成について。
図2(a),(b)は本発明の実施の形態に係る張力測定装置X及び該装置による被圧延材の張力分布検出部の斜視図である。以下,図2(a),(b)を用いて本発明の実施の形態に係る張力測定装置による前記被圧延材の張力分布検出部について説明する。
図2(a),(b)に示されるように,前記張力測定装置Xは,複数の張力測定ユニットA,該張力測定ユニットAの設置台8,昇降機構9,アクチュエータ10等を有して概略構成される。尚,前記張力測定ユニットAとしては,詳しくは後述のように,前記被圧延材1の幅方向の各箇所において要求される分解能に応じて,様々な横幅(前記幅方向の長さ)のものが前記張力測定装置Xに配列され用いられるのが通常である。従って,以下,前記張力測定装置Xの有する前記張力測定ユニットA各々を,張力測定ユニットA(i)のように識別するものとする。但し,i=a,b,c…とする。また,前記張力測定ユニットA(a),A(b),A(c)…各々の横幅を,La,Lb,Lc…とする。
不図示の圧延機により圧延された被圧延材1は,複数の支持ローラ11によりガイドされ搬送される。前記張力測定ユニットA(i)は,前記被圧延材1の搬送経路における,所定の2つの前記支持ローラ11による前記被圧延材の支持箇所間において,前記被圧延材1に前記圧縮気体を噴射する噴射口12(図3参照)が対向するように,設置台8上に取り付け(設置)される。
また,前記張力測定ユニットA(i)は,前記設置台8上に前記圧延機の有するワークロール対の軸方向(前記被圧延材1の幅方向)に複数並べて設けられ,これにより前記被圧延材1の張力分布が測定される。即ち,前記張力測定ユニットA各々は前記被圧延材1の前記軸方向に沿った特定箇所における前記張力を独立に測定するので,前記張力測定ユニットA(i)各々による測定結果を前記軸方向に並べると,前記被圧延材1の前記軸方向における張力分布が得られる。
前記設置台8は,前記張力測定ユニットA(i)各々を後述のノズル体13が前記被圧延材1(可撓性部材の一例)に対して近接する測定位置(図2(a)に示される状態におけるノズル体13の位置)と,前記被圧延材1から離間した退避位置(図2(b)に示される状態における前記ノズル体13の位置)とに移動させる機能を有する前記昇降機構9と一体である。該昇降機構9は,図1に示される制御装置4の制御に従って駆動されるアクチュエータ10の駆動軸と接続されており,前記アクチュエータ10の駆動に伴って前記設置台8を図2(a),(b)における矢印αの方向に変位させ,これによりノズル体13が前記測定位置と前記退避位置との間で移動される。前記昇降機構9についてはウォームギア機構等の公知の構成を用いた様々な例が考えられる。
尚,前記昇降機構9,及び前記アクチュエータ10がノズル体移動手段の具体例である。
(3)被圧延材の張力分布について。
ここに,図5は被圧延材の張力分布を説明するための概念図である。以下,図5を参照しつつ,前記被圧延材1の張力分布の意味について更に詳しく説明する。
前述のように,前記被圧延材1には,前記搬送方向に沿って張力が作用されている。この張力は前記被圧延材1の幅方向に対して均一とは限らず,通常は前記圧延機により加えられる塑性変形に応じて不均一に分布する。従って,図5(a)に示されるように,前記被圧延材1の前記幅方向に沿って前記張力測定ユニットA(i)各々(但し,i=a,b,c…)との対向箇所1a,1b,1c…に作用される張力はTa,Tb,Tc…のように各々で異なる。
従って,前記対向箇所1a,1b,1c…各々に対して複数の前記張力測定ユニットA(i)を前記被圧延材1の幅方向に配置することにより,前記各部分1a,1b,1c各々に作用する張力Ta,Tb,Tcが独立に算出される。また,図5(b)(c)に示されるように,前記張力測定ユニットA各々が測定した張力Ta,Tb,Tcを前記幅方向にプロットしたものが,前記張力測定装置Xによる前記被圧延材1の張力分布の測定結果である。
ところで,前記張力測定ユニットA(i)の前記幅方向に対する配置数は,前記被圧延材1の張力分布を測定する際の分解能であると考えられる。従って,高分解能で前記被圧延材1に作用する張力分布を測定するには,張力測定ユニットAとしては横幅(前記設置台8上に取り付けられた場合の前記被圧延材1の幅方向に沿った方向の幅)が小さいものを用い,多数配置する必要がある(図5(c)に示される張力分布は,図5(b)に示される張力分布を測定するときに用いた張力測定ユニットAの半分の横幅のものを用い,2倍の数の張力測定ユニットAを配置して測定したものである)。
尚,前記被圧延材1の前記幅方向の両端付近は高分解能での張力測定が要求され,中央付近は左程の分解能が要求されない場合が多い。その場合には,前記両端付近に対しては横幅の小さな張力測定ユニットA(i)を多数配置し,前記中央部付近に対しては横幅の大きな張力測定ユニットA(i)を配置することが考えられる。そのような場合,図5(d)に示されるように,前記幅方向の中央付近に比べて両端部付近のみ高分解能で張力分布が得られる。
(4)本実施形態に係る張力測定装置の有する張力測定ユニットの概略構成について。
図3に示されるのは,本発明の実施の形態に係る張力測定装置Xの有する前記張力測定ユニットAの斜視図である。図3を用いて,前記張力測定ユニットAの概略構成について説明する。
図3に示すように,前記張力測定ユニットAは,前記被圧延材1(可撓性部材の一例)に対して前記張力の作用方向(前記被圧延材1の搬送方向)に交差する方向,具体的には前記被圧延材の面に略直交する方向に前記被圧延材に圧縮気体を噴射して,その圧縮気体の押圧力により非接触の状態で前記被圧延材を撓ませるノズル体13,及び前記被圧延材1から前記ノズル体13に対して作用する反力を検出する反力検出手段としてのロードセル14,前記ロードセル14により検出された反力を前記被圧延材1に作用する張力に換算する換算計算機15等を有して概略構成される。
前記ノズル体13の内部には導通路16が形成されている。該導通路16の一方は前記配管7(図1参照)に接続されており,該配管7から前記圧縮気体が供給される。該圧縮気体は前記導通路16を通じて2箇所の噴射口12に導かれ,該噴射口12より噴射される。このように,前記噴射口12を2箇所に設けることにより,前記被圧延材1に対する前記圧縮気体の噴射を均一にすることが可能であり,前記被圧延材1と前記ノズル体13との非接触状態を保つ上で望ましいものとなる。
また,前記ノズル体13からの前記圧縮気体の噴射により前記被圧延材1には押圧力が作用され,該押圧力の反力が前記ノズル体13に作用する。前記ロードセル14は前記反力の作用方向において前記ノズル体13と一体であり,これにより前記反力は前記ロードセル14にも作用される。前記ロードセル14により検出された前記反力は,前記ロードセル14接続される前記換算計算機15に入力され,前記被圧延材1に作用する張力に換算される。前記換算計算機15による前記張力の換算結果は前述の圧延制御装置に入力され,前記被圧延材1の圧延制御に用いられる。尚,前記換算計算機15を設けずに,前記反力を前記制御装置4(図1参照)に直接入力し,前記反力の前記張力への変換は前記制御装置4において行うものとしてもよい。
(5)本実施形態に係る張力測定装置による非圧延材の張力の測定原理について。
図4は本発明の実施の形態に係る張力測定装置による被圧延材の張力測定部の側面図である。以下,図4を用いて本発明の実施の形態に係る張力測定装置による前記被圧延材の張力測定の原理について説明する。
前記張力ユニットA(i)各々における前記ノズル体13が上述した退避位置にある状態において,前記被圧延材1は図4に示される破線位置1bのように撓みのない状態となる。一方,前記ノズル体13が上述した前記測定位置にある状態において,前記被圧延材は図4に示される実線位置1aのように撓んだ状態となり,その撓みの復元力(前記被圧延材1に対する押圧力の反力F)が前記張力測定装置Xの有する前記張力測定ユニットA(i)各々に作用する。その状態で,前記ノズル体13における前記噴射口12から前記圧縮気体を噴射すると,前記圧縮気体は前記被圧延材1を前記ノズル体13から離間させようとする力となって前記被圧延材1に作用する。この力は前記噴射口12と前記被圧延材1との距離に依存しており,具体的には,該距離に従って急激に減少する。従って,前記圧縮気体により作用する力と前記反力Fとが均衡する位置まで前記被圧延材1が前記ノズル体13から浮上されるが,その浮上距離は非常に微小である。
以下,前記張力測定ユニットA(i)各々に作用する反力Fを,反力Fiのように区別して表記する。
ところで,前記押圧力の反力Fi各々は,後述のように前記被圧延材1における前記ノズル体13との対向箇所各々における張力に依存しており,前記反力Fi各々を検出することにより前記張力の算出が可能となる。
尚,前記噴射口12から前記圧縮気体が噴射されている噴射状態と,前記ノズル体13が直接当接することにより前記被圧延材1を撓ませる当接状態とでは,前記被圧延材1の撓み量は殆ど変化しない(上述したように,浮上距離は微小である)。従って,前記噴射状態と前記当接状態とでは前記反力Fiはほぼ同じであると考えればよい。
また,前記反力Fi各々は前記被圧延材1と前記ノズル体13との間の微小な空間における前記圧縮気体,及び前記ノズル体13を介して前記ロードセル14に作用され,該ロードセル14によりその大きさが検出される。
前記ロードセル14により検出された前記反力Fは,前記換算計算機15に入力され,以下の(1)式に基づいて前記被圧延材1に作用される,前記ノズル体13との(幅方向に分布する)対向箇所1a,1b,1c…各々(図5参照)での張力に換算される。
Figure 2006214798
但し,iは(前述のように)前記幅方向に配置される張力測定ユニットの番号を表す添え字,Tiはi各々に対する張力,Liは張力測定ユニットA(i)各々の横幅,Fiは前記ロードセル14各々による検出値である。また,Bは前記被圧延材1の幅である。
尚,Li,α,Bは既知であり,Fiさえ検出されれば前記被圧延材1における各対向箇所1a,1b,1c…における張力Ta,Tb,Tc…の計算が可能である。
以上のように,前記張力測定ユニットA(i)各々により前記被圧延材1の前記幅方向(ワークロールの軸方向)に沿った複数の箇所における張力が独立に測定され,その結果は前記圧延制御装置(不図示)に入力される。該圧延制御装置により前記張力測定ユニットA(i)各々による測定結果が前記幅方向(ワークロールの軸方向)に並べてプロットされ,前記被圧延材1の前記幅方向)における張力分布が得られる。
尚,前記被圧延材1の張力分布を前記幅方向に対して均一な分解能で測定する場合,即ち張力測定ユニットとして全て同一の横幅のものを用いる場合には,前記張力測定ユニットA各々を区別する必要が無い(即ち,前記幅方向におけるユニット毎の横幅をLiのように区別する必要が無い)ので,上述の(1)式に代わって下記の(2)式により算出することが可能である。
Figure 2006214798
言うまでもなく,上記の(2)式のLは前記張力測定ユニットA1つあたりの横幅である。これを前記幅方向に並べたものを測定された張力分布としても良い。
上述の実施例では,可撓性部材の具体例として圧延機により圧延された被圧延材を例にとって説明したが,これはあくまで本発明に係る張力測定装置の適用の具体例を示したものであり,シート状部材などの可撓性部材における張力であれば上述した実施形態と同様の構成により検出することが可能である。
本発明の実施の形態に係る張力測定装置に圧縮気体を供給する空気制御システムの概略構成図。 本発明の実施の形態に係る張力測定装置及び該装置による被圧延材の張力分布検出部の斜視図。 本発明の実施の形態に係る張力測定装置の有する張力測定ユニットの斜視図。 本発明の実施の形態に係る張力測定装置による被圧延材の張力測定部の側面図。 被圧延材に作用する張力分布を説明する概念図。
符号の説明
X…本発明の実施の形態に係る張力測定装置
A…張力測定装置Xの有する張力測定ユニット
1…被圧延材
2…コンプレッサ
3…電磁弁
4…制御装置
5…減圧弁
6…フィルタ
7…配管
8…設置台
9…昇降機構
10…アクチュエータ
11…支持ローラ
12…噴射口
13…ノズル体
14…ロードセル
15…換算計算機
16…導通路

Claims (7)

  1. 可撓性部材に対しこれに作用する張力の作用方向に交差する方向に押圧力を加えることによって前記可撓性部材を撓ませ,その押圧力に対する反力に基づいて前記可撓性部材に作用する張力を測定する張力測定装置であって,
    前記可撓性部材に対し前記張力の作用方向に交差する方向に圧縮気体を噴射してその押圧力により非接触の状態で前記可撓性部材を撓ませるノズル体と,
    前記ノズル体に対して作用する前記圧縮気体に生じる反力を検出する反力検出手段と,
    を具備してなることを特徴とする張力測定装置。
  2. 前記ノズル体及びこれに対応する前記反力検出手段が,前記可撓性部材の幅方向に複数並べて設けられてなる請求項1に記載の張力測定装置。
  3. 前記ノズル体を前記可撓性部材に対して近接する測定位置と離間した退避位置とに移動させるノズル体移動手段を具備してなる請求項1又は2のいずれかに記載の張力測定装置。
  4. 前記反力検出手段がロードセルである請求項1〜3のいずれかに記載の張力測定装置。
  5. 前記反力検出手段により検出された反力を前記可撓性部材に作用する張力に換算する換算手段を具備してなる請求項1〜4のいずれかに記載の張力測定装置。
  6. 前記可撓性部材が,圧延機により圧延された後に搬送中の圧延鋼板である請求項1〜5のいずれかに記載の張力測定装置。
  7. 可撓性部材に対しこれに作用する張力の作用方向に交差する方向に押圧力を加えるとによって前記可撓性部材を撓ませ,その押圧力に対する反力に基づいて前記可撓性部材に作用する張力を測定する張力測定方法であって,
    所定のノズル体により前記可撓性部材に対し前記張力の作用方向に交差する方向に圧縮気体を噴射してその押圧力により非接触の状態で前記可撓性部材を撓ませる圧縮気体噴射工程と,
    前記圧縮気体噴射工程による圧縮気体の噴射により前記可撓性部材側から前記ノズル体に対して作用する反力を検出する反力検出工程と,
    前記反力検出工程により検出された反力を前記可撓性部材に作用する張力に換算する換算工程と,
    を有してなることを特徴とする張力測定方法。
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