JP4212950B2

JP4212950B2 - 粉粒体充填管の粉粒体充填率検出装置

Info

Publication number: JP4212950B2
Application number: JP2003128993A
Authority: JP
Inventors: 康樹楠; 田忠盛熊
Original assignee: 日鐵住金溶接工業株式会社
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: JP2004330240A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉粒体充填管の粉粒体充填率検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉粒体充填管とは、例えば、炭素鋼，ステンレス鋼，アルミニウム合金，あるいはその他の金属管の内部に、例えば、溶接用フラックス，酸化物超電導材，溶鋼用添加剤などの粉体，粒体あるいは粉体と粒体との混合物を充填したものである。例えば、ワイヤ径が０．８〜２．４ｍｍの溶接用フラックス入りワイヤは次のようにして製造される。即ち、鋼パイプにフラックスを振動充填したり、あるいは、断面がＵ字形の金属板のくさび形開口部からフラックスを充填した後、金属板をＯ形断面形状に成形し、両側端を互いに突き合わせて溶接する。フラックスが充填された管は、更に圧延や伸線によって９０％以上縮径される。
【０００３】
しかしながら、これらの方法により製造されたフラックス入りワイヤは、フラックスが鋼パイプ長手方向全長にわたって均一に充填されない場合があり、最悪の場合は、充填されない箇所も生じる。このようにフラックスの充填率〔＝｛（フラックス入りワイヤの重量−フラックス入りワイヤの外皮重量）／フラックス入りワイヤの重量｝×１００（％）〕が不均一、またはフラックス欠落部を有するフラックス入りワイヤを溶接に用いた場合、溶接部にピット，ブローホール等の溶接欠陥を生じることもあり、従ってフラックス入りワイヤの上述の製造過程での正確なフラックス充填率の測定が必要である。
【０００４】
特開昭６１−８６５６号公報には、検査対象のフラックス入りワイヤと同一種の、フラックス充填率が所望通りの基準ワイヤを通した比較コイルと、検出対象のフラックス入りワイヤが連続して通る検出コイルとをブリッジ接続して、位相検波により、比較コイルのインピーダンスに対する検出コイルのインピーダンスの偏差を表す検出信号をフラックス充填率偏差信号として得るブリッジ比較型の充填率検出装置が開示されている。
【０００５】
従来のブリッジ比較型充填率検出装置の検出コイルには、充填率測定対象となるフラックス入りワイヤが連続して通り、高速で通過する。一方比較コイルには、所望通りの充填率を有する基準ワイヤが通され、基準ワイヤ２は固定されている。検出コイルと比較コイルは平衡器と共にブリッジ回路を形成しており、このブリッジ回路には電力増幅器から４〜２００ＫＨｚの交流電圧が印加される。平衡器の計測信号出力端に発生する電圧は、同調増幅器を通してレベル調整をした後、位相検波器に与えられる。位相検波器には移相器が４〜２００ＫＨｚの交流信号を所定位相遅らせた信号を与え、位相検波器が平衡器の出力電圧の中から、ワイヤの肉厚と相関性が高い信号を抽出して出力する。この出力信号が充填率測定対象となるフラックス入りワイヤの充填率に対応する。しかしこの信号にはドリフト成分や、寸法変化による外乱が含まれる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２３９５８８号公報は、検出対象のフラックス入りワイヤの振動，ワイヤの速度の変化や温度変化による検出信号のいわゆるドリフトを補正する０点補償器を付加し、粉粒体充填率の計測信号の信頼性を高める技術を提示している。これによってドリフトの影響が除かれ、充填率に対応した出力信号の信頼性が向上する。
【０００７】
【特許文献２】
特開平１０−２９６４８７号公報は、フラックス入りワイヤの外径のばらつきによる充填率測定誤差を解消するために、粉粒体充填管の外径の変動による粉粒体充填管のインピーダンス変動分を演算し、その分測定値を補正する技術を提示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、粉粒体充填管のインピーダンスは粉粒体内に含まれる鉄粉量で変動するため、比較コイル（標準コイル）内の所望の充填率を有する基準ワイヤ（標準粉粒体充填管）と検出コイル内の測定対象の粉粒体充填管の粉粒体成分が同一である必要がある。よって、標準粉粒体充填管（標準規格）とは粉粒体成分が異なる規格の粉粒体充填管の粉粒体充填率を検出するためには、標準コイル内の標準規格の粉粒体充填管を、検出しようとする粉粒体充填管の規格と同一規格の所望の充填率を有する粉粒体充填管（同一規格の基準粉粒体充填管）に交換し、標準規格の粉粒体充填管の測定のときと同じ検出特性（検出電圧／充填率）の検出電圧が得られるように、０点調整およびスパン調整（充填率１％あたり１Ｖの出力電圧とする調整）を行う必要があった。
【０００９】
このように、測定対象の粉粒体充填管を規格が異なるものに変更するたびに、標準コイル内の基準粉粒体充填管を交換し、しかも充填率検出回路の０点調整およびスパン調整を行わなければならず、手間がかかるばかりでなく、異なる規格の粉粒体充填管を溶接でつないで連続的に移送する異種管連続加工のラインで連続的に充填率を検出することが不可能である。また、０点調整およびスパン調整にばらつきを生じ易く、測定誤差を生じ易い。
【００１０】
本発明は、充填率検出対象の粉粒体充填管が異種規格のものに変る場合の充填率検出回路の調整を簡易又は不要にすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）移送される粉粒体充填管が通過する検出コイル(4)；
該検出コイルのインピーダンスを検出し該インピ−ダンス対応の粉粒体充填率信号を発生する、標準規格の充填率検出に設定された測定回路(6〜21)；
規格を指定する指定手段(26)；および、
前記標準規格とは異なる規格の粉粒体充填管の、前記測定回路が発生する粉粒体充填率信号を、標準規格の粉粒体充填管の充填率と同一であると同一のレベルの補正信号に変換するための、粉粒体充填率信号の各レベルに宛てたその補正信号レベルをもつ各規格宛ての補正テーブルを記憶するメモリ (23) を含み、前記測定回路が発生する粉粒体充填率信号を、前記メモリの、前記指定手段が指定した規格の補正テーブルを用いて変換する補正手段(22〜25)；を備える、粉粒体充填率検出装置。
【００１２】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項の記号を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。
【００１３】
これによれば、検出コイル(4)を通る粉粒体充填管がある規格のものから他の規格のものに変るときに、該他の規格の粉粒体充填管に当てられた変換機能を補正手段(22〜25)に指定することにより、該他の規格の測定対象の粉粒体充填管に対して補正手段(22〜25)が、標準規格(A)の粉粒体充填管の粉粒体充填率信号(Vmi)／充填率特性と同一の特性の補正信号(Vmai)を発生する。この補正信号が表わす充填率は、標準規格(A)の粉粒体充填管の測定時と同じである。
【００１４】
このように、測定対象の粉粒体充填管を規格が異なるものに変更するときは補正手段(22〜25)が使用する変換機能を新たな測定対象の粉粒体充填管の規格に宛てられたものに切換えるだけで、標準コイル内の基準粉粒体充填管を交換は不要である。しかも充填率検出回路の０点調整およびスパン調整を行う必要は無く、手間がかからないばかりでなく、異なる規格の粉粒体充填管を溶接でつないで連続的に移送する異種管連続加工のラインで実質上連続的に充填率を検出することが可能である。また、０点調整およびスパン調整のばらつきによる測定誤差を生じない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（２）前記メモリの補正テーブルがもつ補正信号レベルは、粉粒体充填率信号の各レベルに対応付けた各変換済データであり；
前記粉粒体充填率信号はアナログ電圧であり；
前記補正手段は、前記粉粒体充填率信号を充填率データにデジタル変換するＡ／Ｄ変換手段 (24) を含み、前記メモリの、前記指定手段が指定した規格の補正テーブルから、前記充填率データに対応付けられた変換済データを読み出す；上記（１）に記載の粉粒体充填率検出装置。
【００１６】
（３）前記補正手段は更に、前記メモリから読み出す変換済データを変換済アナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器(25)を含む、請求項２に記載の粉粒体充填率検出装置。
【００１７】
（４）更に、前記補正手段が変換した補正信号レベルが充填率下限値を表す基準レベルよりも低いと充填率不足信号を発生する手段 (27) ；を備える上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の粉粒体充填率検出装置。
【００１８】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００１９】
【実施例】
図１に、本発明の一実施例の構成を示す。検出コイル４中には充填率測定対象となるフラックス入りワイヤ１が連続して高速で通過する。所望通りの充填率を有し固定された、標準規格Ａの粉粒体充填管である基準ワイヤ２が比較コイル６を貫通している。
【００２０】
発振器１０は４〜２００ＫＨｚの範囲内の交流信号を発振し、この信号を電力増幅器９が増幅する。本実施例に於ける発振器１０の発振周波数は１２５ｋＨｚである。検出コイル４及び比較コイル６は、電力増幅器９から供給される交流電流により励磁される。検出コイル４中を充填率測定対象となるフラックス入りワイヤ１が通っているので、検出コイル４に誘起する交流信号成分の大きさは、同コイルのコアである測定対象ワイヤ１の透磁率に対応する。すなわち測定対象ワイヤ１に充填されているフラックスの充填率に対応する。
【００２１】
比較コイル６を所望通りの充填率を有する基準ワイヤ２が貫通しているので、比較コイル６に誘起する交流信号の大きさは、同コイルのコアである基準ワイヤ２の透磁率に対応する。基準ワイヤ２に充填されているフラックスの充填率は一定であるので、比較コイル６に誘起する交流信号の大きさは一定の値（基準値）となる。
【００２２】
検出コイル４と比較コイル６は平衡器１２に接続され、これらコイル及び平衡器１２によりブリッジ回路を形成している。このブリッジ回路出力、即ち平衡器１２の計測信号出力端に発生する電圧は同調増幅器１３によりレベル調整を行なった後、位相検波器１４に与えられる。位相検波器１４には移相器１１が４〜２００ＫＨｚの範囲内の交流信号（本実施例では１２５ＫＨｚ）を所定位相遅らせた信号を与え、位相検波器１４は平衡器１２の出力電圧の中からワイヤ１の肉厚との相関性が高い信号を抽出して出力する。この出力信号が、充填率測定対象となるフラックス入りワイヤ１が基準ワイヤ２と同一規格Ａである場合には、ワイヤ１の、基準ワイヤ２の充填率に対する偏差（充填率誤差）を表わす。
【００２３】
０点補償器１５は位相検波器１４の出力を時系列に平滑した平滑値を算出し、この値と位相検波器１４の出力との差をドリフト分として補正する。
【００２４】
この様に処理して得られた充填率差を表わす信号（充填率誤差信号）には、ワイヤ１の寸法変化による外乱が含まれる。
【００２５】
そこで本実施例では、充填率測定対象となるフラックス入りワイヤ１の外径を外径測定装置１６で測定し、演算処理器１８にて、基準ワイヤ２の外径（外径基準値）に対する測定外径の誤差に対応する充填率誤差補正量を算出して、この補正量分を、０点補償器１５が出力する充填率誤差信号に加える。
【００２６】
外径測定装置１６にはレーザ寸法測定器を使用した。該レーザ寸法測定器は赤外半導体レーザビームを、回転する１２面ポリゴンミラーに照射することによりビーム走査を行ない、１２００回／秒の高速サンプリングを行なう。該レーザビームをワイヤ１を横断するように走査し、受光器にてワイヤ１によってレーザビームが遮断された幅を算出してワイヤ１の外径を連続的に求める。増幅器１７は外径測定装置１６が出力する外径信号を増幅し、演算処理器１８に与える。
【００２７】
尚、ワイヤ１の外径の変化が緩やかな場合には外径測定装置１６と増幅器１７及び演算処理装置１８の構成で十分であるが、ワイヤ１の直径の変化が急激であったり、ワイヤ１の搬送速度が大きい場合には、検出コイル４と外径測定装置１６の設置位置の差（離間距離）Ｄ [m] が演算処理器１８による補正の誤差要因となる。
【００２８】
そこで非接触速度計１９によって求めたワイヤ１の移動速度Ｖ [m/sec] と離間距離Ｄ [m] に対応して、０点補償器１５が出力する充填率誤差信号をＤ／Ｖ [sec] だけ遅延して、ワイヤ１の同一点の充填率誤差信号と外径信号を同時に演算処理器１８に与えるようにした。すなわち、０点補償器１５が出力する充填率誤差信号をシフトレジスタ２０の入力端に与え、非接触速度計１９が発生する速度信号（アナログ電圧）のレベル（速度Ｖを表わす）に比例する周波数の速度同期パルスをＶ／Ｆ変換器２１で発生し、この速度同期パルスに同期してシフトレジスタ２０をシフト付勢し、シフトレジスタ２０にて、Ｄ／Ｖ [sec] 前に入力された充填率誤差信号を演算処理器１８に出力する。
【００２９】
演算処理装置１８は、外径測定装置１６が出力する外径信号の、外径基準値に対する誤差を充填率誤差補正量に変換して、この補正量を、シフトレジスタ２０が出力する充填率誤差信号に加え、このように補正した充填率誤差信号に基準の充填率（基準ワイヤ２の粉粒体充填率）を加えて、測定対象ワイヤ１の粉粒体充填率を表す粉粒体充填率信号Ｖｍ（アナログ電圧）を発生して、Ａ／Ｄ変換器２４に出力する。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換器２４は粉粒体充填率信号Ｖｍを粉粒体充填率データＤｍに変換して、ＲＡＭ２３の、読出しアドレスデータの下位ビットとする。該読出しアドレスデータの上位ビットは、製品規格指定キー２６で指定された製品規格データであり、この上位ビットが、ＲＡＭ２３に書き込まれた補正テーブルＡ〜Ｎの１つを指定する。上記下位ビットは、指定された補正テーブルの中の、１つのデータを指定するものである。
【００３１】
ここで、ＲＡＭ２３の補正テーブルＡ〜Ｎのデータを説明する。図１に示す充填率検出回路（６〜２１）は、標準規格Ａのフラックス入りワイヤの充填率検出に、各部が設定および調整されており、比較コイルには、基準の充填率を有する標準規格Ａのワイヤすなわち基準ワイヤ２が装着されている。この状態で、標準規格Ａのフラックス入りワイヤ１が検出コイル４にあるとき、ワイヤ１の粉粒体充填率と粉粒体充填率信号Ｖｍとの関係は、図２の（ａ）に示すものとなる。
【００３２】
補正テーブルＡには、図２の（ｂ）に示す４５度傾斜の直線の横軸値をアドレスとして、アドレス値と同一値のデータが書込まれている。したがって、補正テーブルＡを指定してそのアドレスに充填率データＤｍを与えると、補正テーブルＡ上のアドレスＤｍの、アドレス値と同一値のデータＤｍが読み出される。これは、測定対象のワイヤ１が標準規格Ａである場合には、充填率検出回路（６〜２１）が標準規格Ａに設定および調整されているので、粉粒体充填率信号Ｖｍの補正が不必要で、粉粒体充填率信号Ｖｍをそのまま出力することと同義である。したがって、補正テーブルＡは省略し、製品規格指定キー２６で標準規格Ａが指定された場合には、ＲＡＭ２３をバイパスして充填率データＤｍをそのままＲＡＭ２３の出力データＤｍａとしてＤ／Ａ変換器２５およびディスプレイ２８に出力するようにしてもよい。
【００３３】
充填率測定対象のワイヤ１を規格Ｂのものに切替えると、粉粒体充填率信号Ｖｍは図３の（ａ）に実線で示すものとなる。従来は規格Ｂに切換えると、粉粒体充填率信号Ｖｍが、標準規格Ａのワイヤの測定のときと同様な電圧／充填率特性（図２の（ａ）の実線および図３の（ａ）の一点鎖線）となるように、充填率検出回路（６〜２１）の０点調整およびスパン調整を行っていたが、本実施例ではそれらを省略するために、補正テーブルＢを備えて、それに、図３の（ａ）に示す検出電圧Ｖｍｉ（データＤｍｉ）をアドレスとして、検出電圧Ｖｍｉを発生する充填率を表わす標準規格Ａの場合の検出電圧Ｖｍａｉ（データＤｍａｉ）を書込んでいる。ｉ＝０〜Ｖｍａｘである。すなわち、補正テーブルＢには、図３の（ｂ）に示す、検出電圧Ｖｍｉ（データＤｍｉ）を補正電圧Ｖｍａｉ（データＤｍａｉ）に変換するデータが書込まれている。
【００３４】
したがって、規格Ｂのワイヤの充填率検出をするときには、製品規格キー２６で規格Ｂ（補正テーブルＢ）を指定して、補正テーブルＢのアドレスに充填率データＤｍを与えると、補正テーブルＢ上のアドレスＤｍの、補正済データＤｍａが読み出される。この補正済データＤｍａは、規格Ａのワイヤの充填率検出をしているときの図２の（ａ）に示す電圧／充填率特性と同じ特性となり、規格が異なっても正確な検出信号Ｖｍａ（補正済データＤｍａ）が得られる。
【００３５】
ＲＡＭ２３には、規格Ｂ宛ての補正テーブルＢと同様な、他の規格Ｃ，Ｄ，Ｅ，・・・Ｎのそれぞれ宛ての補正テーブルＣ，Ｄ，Ｅ，・・・Ｎがある。
【００３６】
なお、標準規格Ａとは異なる規格Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・・Ｎの補正テーブルＢ，Ｃ，Ｄ，・・・Ｎは、図３の（ａ）に実線で示すような各規格のワイヤの検出電圧／充填率特性を予め測定して、測定電圧と図２の（ａ）に示す標準規格Ａの検出電圧との対応（図３の（ｂ））を作成して、規格データおよび測定電圧をアドレスとしてそこに標準規格Ａの対応する検出電圧を割付たものとし、これらの補正テーブルＢ，Ｃ，Ｄ，・・・Ｎを標準規格Ａの補正テーブルＡとともに、あらかじめＨＤＤ（ハードディスク）２２に登録している。そして、図１に示す充填率測定装置に電源が投入されると、その直後の初期化において、ＨＤＤ２２から読み出されてＲＡＭ２３に書込まれる。
【００３７】
オペレータが、製品規格指定キー２６で、検出コイル４を通るワイヤ１の規格例えば規格Ｂを指定すると、充填率検出データＤｍ（Ｖｍｉ）が補正テーブルＢで、図３の（ｂ）に示す補正特性で補正データＤｍａｉ（Ｖｍａｉ）に変換されてＲＡＭ２３から出力される。
【００３８】
出力データＤｍａｉは、Ｄ／Ａ変換器２５でアナログ電圧である補正信号Ｖｍａｉに変換されて比較器２７に与えられる。比較器２７は、補正信号Ｖｍａｉの電圧レベルが充填率下限値を表わす基準レベルよりも低いと充填率不足を表わす高レベルＨの充填率不足信号を発生する。この充填率不足信号に応答してディスプレイ２８が不足警告を表示し、警報器２９が不足警報音を発生し、速度検出器１９の下流にあるマーカ３０が、欠陥箇所を示す塗料をワイヤに吹付ける。なおディスプレイは、充填率データＤｍａｉを表示する。
【００３９】
以上に説明した実施例によれば、検出コイル４を通るワイヤ１が、規格が異なるものに変るときに、製品規格指定キー２６によって規格指定を新たなワイヤの規格に切換えるだけで、図２の（ａ）に示す標準規格Ａの検出電圧／充填率特性と同一特性の充填率検出信号Ｖｍａが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は標準規格Ａのフラックス入り溶接ワイヤの検出電圧／充填率特性を示すグラフ、（ｂ）は該規格Ａに適用する補正テーブルＡの補正特性を示すグラフである。
【図３】（ａ）は規格Ｂのフラックス入り溶接ワイヤの検出電圧／充填率特性（実線）を示すグラフ、（ｂ）は該規格Ｂに適用する補正テーブルＢの補正特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１：充填率測定対象のフラックス入りワイヤ
２：基準ワイヤ４：検出コイル
６：比較コイル１９：速度計
２７：比較器
Ｄ：検出コイルと外径測定器との距離
Ｖ：フラックス入りワイヤ搬送速度

Claims

移送される粉粒体充填管が通過する検出コイル；
該検出コイルのインピーダンスを検出し該インピ−ダンス対応の粉粒体充填率信号を発生する、標準規格の充填率検出に設定された測定回路；
規格を指定する指定手段；および、
前記標準規格とは異なる規格の粉粒体充填管の、前記測定回路が発生する粉粒体充填率信号を、標準規格の粉粒体充填管の充填率と同一であると同一のレベルの補正信号に変換するための、粉粒体充填率信号の各レベルに宛てたその補正信号レベルをもつ各規格宛ての補正テーブルを記憶するメモリ (23) を含み、前記測定回路が発生する粉粒体充填率信号を、前記メモリの、前記指定手段が指定した規格の補正テーブルを用いて変換する補正手段；を備える、粉粒体充填率検出装置。
前記メモリの補正テーブルがもつ補正信号レベルは、粉粒体充填率信号の各レベルに対応付けた各変換済データであり；
前記粉粒体充填率信号はアナログ電圧であり；
前記補正手段は、前記粉粒体充填率信号を充填率データにデジタル変換するＡ／Ｄ変換手段を含み、前記メモリの、前記指定手段が指定した規格の補正テーブルから、前記充填率データに対応付けられた変換済データを読み出す；請求項１に記載の粉粒体充填率検出装置。
前記補正手段は更に、前記メモリから読み出す変換済データを変換済アナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器を含む、請求項２に記載の粉粒体充填率検出装置。
更に、前記補正手段が変換した補正信号レベルが充填率下限値を表す基準レベルよりも低いと充填率不足信号を発生する手段；を備える請求項１乃至３のいずれか１つに記載の粉粒体充填率検出装置。