JPH05280921A - 鋼材の断面積測定装置 - Google Patents

鋼材の断面積測定装置

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JPH05280921A
JPH05280921A JP8072792A JP8072792A JPH05280921A JP H05280921 A JPH05280921 A JP H05280921A JP 8072792 A JP8072792 A JP 8072792A JP 8072792 A JP8072792 A JP 8072792A JP H05280921 A JPH05280921 A JP H05280921A
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JP
Japan
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coil
sectional area
detection
cross
signal
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Withdrawn
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JP8072792A
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English (en)
Inventor
Hajime Suzuki
木 肇 鈴
Susumu Kamio
尾 進 神
Satoshi Hayama
山 聡 葉
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧延中における棒鋼あるいは線材の横断面積
を、悪環境下でも、非接触で連続して測定する装置を提
供する。 【構成】 同芯軸上に巻かれた励磁コイル5と励磁コイ
ル5の内側に巻かれた検出コイル4と、励磁コイル5の
外側周に設けた被検材Mを磁化するための磁化コイル6
からなる検出部と、検出コイル4の信号を直流に変換す
る全波整流部8と被検材Mの測温値から補正演算を行い
かつ差分演算を行う直流演算部9と線形補補正するリニ
ヤライザと、を有する。 【効果】 温度変化よる誤差が少いので精度良く鋼材の
断面積を測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧延中における棒鋼あ
るいは線材の断面積を、電気コイルと被検材間の電磁的
特性を利用し非接触で連続して測定する装置に関するも
のである。
【0002】
【従来技術】一般に圧延機等における鋼材の寸法精度の
良否は、鋼材の歩留まり,品質を左右する要素であり、
それを決定するのは特に熱間圧延中における圧下制御の
他に、被検材の断面積を常に把握しマスフロー制御する
事も有効な手段であることが認識され、圧延中の鋼材の
断面積を精度良く検出する方式の開発が要望されてい
る。 例えば、被検材を投,受光器で挟み、被検材で遮
光される受光量から寸法を計測する光学的手段がある。
これを複数点設けるかあるいは円周方向に投,受光器を
回転させ連続して被検材の直径を計測演算し断面積を算
出する。具体的には、ハロゲンランプ等を利用した投光
器とイメージセンサあるいはシリコン光電素子を備えた
受光器とから構成されている。これは技術的に完成され
ており多くの市販品が出回っている。また機械的な手段
としてノギスによる計測の自動化を図ったものがあり、
現在もよく普及している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光学的
装置では、機能上サンプリング計測法が主流のため、全
周測定するには一定の時間を要するので、圧延情報とし
て遅れを生じ問題となる。また投,受光器を全周に配置
すれば同時計測の可能性はあるが物理的に困難であり、
実際には、周方向に複数点配置し、そのデータから近似
計算により断面を推定している。このため精度上の問題
がある。さらに、圧延ライン等では、水蒸気,粉塵,雰
油などが発生しているので、それらによる光量の減衰あ
るいは遮光によって計測不能となるなど、光学的方法の
致命的問題もある。また高温被検材の場合、周辺の空気
温度にムラができ光学像が歪むなど、光学的手段では、
計測環境,対象物の特性等により多くの制限を受け、長
期に安定した精度を維持することが困難であった。また
ノギス計測はその信頼性は高いが、近年の生産ラインの
高速化には耐用性の点で問題があり適用し難い。
【0004】本発明は、上記課題を解決するとともに、
冷,熱間鋼材を問わず連続測定が可能な、鋼材の断面積
測定装置を提供する事を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の棒鋼の断面積測
定装置は、金属の特性(強磁性体,非磁性体)あるいは
環境に関わらず測定可能とするものである。その構成
は、同芯軸上に巻かれた励磁コイル(5)と該励磁コイル
(5)の内側に巻かれた検出コイル(4)と、前記励磁コイル
(5)の外側周に設けた、被検材(M)を磁化するための磁化
コイル(6)からなる検出部(S)と、検出コイル(4)からの
信号を直流に変換する全波整流部(8)と被検材(M)の測温
値から補正演算を行いその補正演算値との差分演算を行
う直流演算部(9)と被検材断面積信号を線形補間するリ
ニヤライザ部(10)とから構成される事を特徴とする。な
お、カッコ内の記号は図面に示し後述する実施例の対応
要素を示す。
【0006】
【作用】検出部(S)を貫通した被検材(M)が、磁化コイ
ル(6)で励磁されて磁気飽和し、被検緒(M)の比透磁率が
実質的に一となる。励磁コイル(5)による被検材(M)の磁
化による電磁気特性を検出コイル(4)が検出する。両波
整流部(8)がその検出信号を直流に変換し、直流演算部
(9)が、被検材の測温値から検出信信号に対して温度補
正演算を行いかつ差分演算部を行い、該演算部出力信号
をリニヤライザ部(10)が線形補正しその出力を棒鋼断面
積信号とする。
【0007】より具体的に説明すると、被検材(M)は、
中空円筒構造の検出部(S)の中心部を貫通する。交番電
流を励磁コイル(5)に通電すると共に磁化コイル(6)に直
流電流を通電し、被検材(M)を完全に磁気飽和させる。
このとき、励磁コイル(5)で生成された磁界が被検材(M)
に作用し渦電流が流れそれによる二次磁界が生成され合
成された磁界が検出コイル(4)に鎖交し、検出コイル(4)
には電圧が誘起する。この誘起電圧は、被検材の導電
率,透磁率,励振周波数に比例し、さらに充填率(被検
材Mの半径b/検出コイル4の半径a)の二乗に反比例
するレベルである。すなわち被検材(M)を同心に含む場
合、導体(被検材M)内の渦流損によって抵抗成分あるい
はリアクタンス成分が変化するが、その変化要因とし独
立なパラメータは、正規化周波数Fと充填率の二つであ
る。
【0008】ここで、正規化周波数Fは、 F≡ωL2 /R2 ≡2πμσa2 ・・・(1) ただし f:励振周波数 [Hz] a:検出コイル5の半径[m] μ:導体の透磁率 [H/m] R2 :導体の抵抗成分 [Ω] σ:導体の導電率 [Ω] ωL2 :導体のリアクタンス[Ω] ここで、予め導体(被検材)を磁気飽和したもとで正規
化周波数Fは、励振周波数f、コイル半径aおよび導体
の導電率σによって決まり、すなわち導体に生ずるイン
ダクタンスと抵抗成分の比で表わされまた、励振周波数
fと特性周波数fg の関係は、
【0009】
【数2】
【0010】ただし b:導体の半径 [m]、で表
記される。(1),(2)式から、
【0011】
【数3】
【0012】となる。
【0013】すなわち(b/a)は充填率であり、正規
化周波数Fはそれぞれの半径の比の二乗に反比例する。
従ってコイル仕様が決まれば導体の大きさに応じて正規
化周波数Fは変化し、検出コイル(4)で検出された検出
信号は、充填率が大きくなるにしたがって減少する。
【0014】以上のような検出コイル(4)の誘起電圧に
は、導電率の温度変化分も含まれている。導電率は温度
上昇により減少するので導体の渦電流は減少し、検出コ
イル(4)に誘起される電圧信号は導電率の低下に相応し
て増加する。すなわち測定対象とする被検材(M)は、温
度による固有の導電率特性を持っているので、直流演算
部(9)では、温度特性テーブルを準備しておき被検材(M)
の測温値に対応する導電率の増加率を求め、その増加率
と検出部構造で決まる定数との積を補正量とする。次い
で検出信号と前記した補正量との差分演算をすることに
より高精度の断面積信号を得る。
【0015】
【実施例】図1に、本発明の一実施例の概要を示す。図
1において、1は発振器、2は発振器1の出力を増幅し
かつ定電流機能を有する電力増幅器、3は直流電源、M
は被検材、Sは検出部、および、6は被検材Mを完全に
飽和させるための磁化コイルである。
【0016】図2に、検出部Sの断面を示す。検出部S
は同心軸上にコイルを巻回した貫通型コイルであり、そ
の同心軸部を被検材Mが通過する。検出部Sのコイルの
構成は、内周側より検出コイル4、励磁コイル5、さら
にその外周上に磁化コイル6を巻回したものである。T
は温度センサで被検材Mの測温を行う。検出コイル4の
出力信号(交流信号)は、信号増幅器7により増幅され
て両波整流器8に入力されて直流信号に変換される。直
流演算増幅器9は、前記両波整流器8の直流信号を増幅
するとともに、温度センサTからの温度情報が入力され
被検材Mの温度に対応して、導電率σの温度対応の変化
による誤差分の補正演算を行う。リニヤライザ10は、
直流演算増幅器9の出力を線形補正し、その出力が断面
積信号となる。
【0017】検出部Sの励磁コイル5の長さLとその直
径Dの比L/Dは少なくとも3以上とすることが好まし
い。すなわちL/Dが小さいと励振コイル5で生成され
る磁束密度分布が非線形となるため被検材の通過位置が
ずれることにより検出コイル4の検出電圧が変化しノイ
ズの原因となる。また図示していないが検出コイル4の
長さL’は可能な限り励磁コイル5の長さLに対して充
分短い方がよく、高精度を維持するためには、発明者等
によればL7/Lは1/50以下が好ましいという結果
を得た。
【0018】図4に、L/D比による検出信号への影響
を示す。これは、直径20mmの被検材をL/Dをパラメ
ータとし励磁コイル5の横断面中心点から左右に移動し
たときの検出コイル4の相対出力特性を示す。充填率
(ν)が同じでも中心点からの位置ずれが大きくなるほ
ど出力が低下しこれがノイズとなる。被検材の位置変動
によるノイズを軽減するためには、少なくともL/Dが
3以上必要である。ちなみにコイル仕様を記述すると、 励磁コイル5:内側直径 50mm、 長さ 150mm、 検出コイル4:外側直径 50mm、 長さ 3mm、 である。このように設計すれば図4に、L/D=3の曲
線で示すように、被検材Mの位置ズレが±5mm以内で
は、被検材Mの位置ズレによるノイズの影響が無視でき
るほど軽減する。被検材Mが検出コイル4内を通過する
とき、検出コイル4は、充填率νと温度による導電率変
化の重畳された電圧信号を出力する。
【0019】この電圧Veは、 Ve=K{f(σ1 ΔT)・f(ν)} ・・・(4) ただし k:励振コイル電流および検出部構造で決
まる定数、 σ1 ΔT:温度に依存する導電率変化、 ν:充填率、 (4)式における、f(σ1 ΔT)成分は、直流演算増幅
器9が、温度に対応する導電率の増加量を近似的に変換
し、その値と検出部構造で決まる定数との積を求めるこ
とにより算出する。直流演算増幅器9は、該算出した値
を電圧信号Veから減算する。そして減算結果をリニヤ
ライザ10に入力し線形補正する。かくして目的とする
断面積信号が得られる。
【0020】次に、この信号を得るための鋼材の導電率
特性について明らかにする。図5に、鋼材の温度による
比抵抗率(1/σ)の変化を示す。図5から明らかなよ
うに約900°Kまではほぼ温度に比例した比抵抗率の
変化がみられ従って温度情報をもとにその補正を実現で
きる。図3に、断面積測定結果を示す。図3において横
軸は断面積、縦軸は出力で被検材Mの無い空芯時を10
0%とし相対値で示している、aは直流演算増幅器9で
f(σ1 ΔT)成分を減算しないで得られた信号であり
温度による導電率変化分が重畳された特性を示し、bは
aを温度補正演算し被検材の真の断面積特性を示してい
る。実施例での測定条件として直径10mmから5mm
毎に直径30mmまでの棒鋼を約500°Cに昇温した
状態で測定した結果である。温度補正後のb特性に見ら
れるように断面積に良く対応した出力特性が得られてい
る。しかしこの実施例で充填率が10%以下になると非
線形な特性を示している。これは被検材の組成ばらつ
き、および信号処理回路系のもつノイズが重畳されS/
N比が低下しているものである。したがってこれを解消
するために被検材の寸法範囲に応じて複数個の検出コイ
ルを準備することによって高精度検出を実現できる。ま
た実ラインでは頻繁に寸法の変更は無いので実用上特に
問題とはならない。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は被検材を非接触で磁気飽和をさせ、透磁率μの影響を
皆無とし、導電率の温度依存性を補正することにより精
度の良い断面積測定が可能になり、特に高応答特性を有
し非接触で連続測定できさらに悪環境のもとで充分適用
できるので容易にオンラインへ供することができる。ま
た従来棒鋼等の圧延プロセスでは、オンライン測定が困
難であったため圧延制御モデルの構造が複雑になり、か
つ処理時間がかかるなど応答性,精度等、満足する制御
性能を得ることが困難であったし、また適切なセンサが
無くマスフロー制御への試みも不可能であったが、本発
明を供することによりこれらの制御性能を得ることが可
能となり、かつシステムの簡素化をはじめ、操業の安定
化,寸法向上,品質向上等に対し高い効果が得られ、生
産性を向上させることができるなどその効果が大であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1実施例の概要を示すブロック図で
ある。
【図2】 図1に示す検出部Sの断面図である。
【図3】 上記実施例による測定出力を示すグラフであ
る。
【図4】 図2に示す励振コイル5の長さLと直径Dの
比L/Dおよび鋼材の通過位置ずれに対する測定出力を
示すグラフである。
【図5】 鋼材の温度と鋼材の抵抗率の関係を示すグラ
フである。
【符号の説明】
S:検出部 M:被検材 1:発振器 2:定電流電力増幅
器 3:直流磁化電源 4:検出コイル 5:励磁コイル 6:磁化コイル 7:信号増幅器 8:両波整流器 9:直流演算増幅器 10:リニヤライザ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 棒鋼あるいは線材の断面積を電気コイル
    を用いて電磁気的に測定する装置において、同芯軸上に
    巻かれた励磁コイルと該励磁コイルの内側に巻かれた検
    出コイルと、前記励磁コイルの外側周に設けた被検材を
    磁化するための磁化コイルからなる検出部と、検出コイ
    ルからの信号を直流に変換する全波整流部と被検材の測
    温値から補正演算を行いその補正演算値との差分演算を
    行う直流演算部と被検材断面積信号を線形補間するリニ
    ヤライザ部とから構成される事を特徴とする棒鋼の断面
    積測定装置。
  2. 【請求項2】 励磁コイルはその長さLに対してその直
    径Dの比L/Dが3以上、検出コイルはその長さL’
    が、励磁コイル長Lの1/50以下である事を特徴とす
    る請求項1記載の鋼材の断面積測定装置。
JP8072792A 1992-04-02 1992-04-02 鋼材の断面積測定装置 Withdrawn JPH05280921A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020063963A (ja) * 2018-10-16 2020-04-23 ナブテスコ株式会社 変位センサ
JP2020063962A (ja) * 2018-10-16 2020-04-23 ナブテスコ株式会社 変位センサ
JP2020143958A (ja) * 2019-03-05 2020-09-10 株式会社テイエルブイ プローブ及び厚さ測定装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020063963A (ja) * 2018-10-16 2020-04-23 ナブテスコ株式会社 変位センサ
JP2020063962A (ja) * 2018-10-16 2020-04-23 ナブテスコ株式会社 変位センサ
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Effective date: 19990608