JPH06249609A - 棒鋼等の断面積測定装置 - Google Patents

棒鋼等の断面積測定装置

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JPH06249609A
JPH06249609A JP3967793A JP3967793A JPH06249609A JP H06249609 A JPH06249609 A JP H06249609A JP 3967793 A JP3967793 A JP 3967793A JP 3967793 A JP3967793 A JP 3967793A JP H06249609 A JPH06249609 A JP H06249609A
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JP
Japan
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coil
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receiving coil
instrument
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JP3967793A
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Inventor
Hajime Suzuki
木 肇 鈴
Susumu Kamio
尾 進 神
Yoichi Naganuma
沼 洋 一 永
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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等の断面積を電磁的特性
を利用し非接触で連続測定する。測定精度を高くする。 【構成】 同心軸上に巻回した同一仕様の送信コイルと
二個の受信コイル1、2からなる貫通型検出コイルと、
受信コイルで検出した誘起電圧を直流に変換する同期検
波器と、差分演算器と、その差分出力を線形補間するリ
ニヤライザとから構成した。 【効果】 磁界強度の非線形特性から生ずる被検材の振
動,位置ズレによる検出誤差が解消し、検出精度が向上
する。非接触,連続計測が実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、棒鋼等の断面積を、棒
鋼等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】
【従来の技術】一般に、圧延機等における棒鋼の寸法精
度の良否は、棒鋼の歩留まり,品質を左右する要素であ
る。棒鋼の寸法は熱間圧延中における圧下制御により定
まるが、圧下制御の他に、マスフロ−制御によっても寸
法を調整する事ができ、圧延前又は圧延後の棒鋼の寸法
を計測して、これをマスフロ−制御にフィ−ドフォワ−
ド又はフィ−ドバックするのが、高い寸法精度を得る上
で有効であることが認識され、圧延中の棒鋼の断面積を
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測定装置がある。この装置
を複数点設けるか、あるいは円周方向に投,受光器を回
転させて、連続して被検材の直径を計測する断面積計測
方法が実現されている。具体的にはハロゲンランプ等を
利用した投光器とイメ−ジセンサあるいはシリコン光電
素子を備えた受光器を用いている。このような測定装置
は、例えば、書籍名”やさしいセンサ技術”216頁
(発行所:(株)工業調査会、発行日:1980年10月3
0日)に記載されているように公知であり、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、今日よく普及して
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
測定装置では、その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、圧延制
御やマスフロ−制御等の棒鋼の寸法制御に用いる情報と
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−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
問題があり、さらに圧延ライン等では、水蒸気,粉塵,
霧油など発生しているので、それらによる光量の減衰あ
るいは遮光により計測不能となるなど、光学的方法の致
命的問題もある。また熱間棒鋼など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,応答性に問題があり適用し
難い。
【0004】本発明は、上記課題を解決するとともに簡
単な装置構成で、冷間,熱間を問わず棒鋼等の断面積の
連続測定が可能な測定装置を提供する事を目的とする。
また、棒鋼等、被検材金属の特性(強,非磁性体)ある
いは環境に関わらず測定可能とすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の測定装置は、同
芯軸上に巻かれた送信コイルとそれぞれ異なる位置に設
けた第1受信コイル,第2受信コイル2からなる検出コ
イルとその外周に巻かれた磁化コイルとで構成された検
出部を有する。該検出部に棒鋼等被検材を貫通させた状
態で被検材を磁気飽和させ比透磁率を実質的に1とし、
次いで送信コイルにより励磁し被検材による渦電流損の
変化をそれぞれの受信コイルの誘起電圧変化として検出
し、該誘起電圧信号を同期検波器に入力し直流信号に変
換する。また演算処理部で第1受信コイルで得られる直
流信号出力と第2受信コイルで得られる直流信号を増幅
処理した信号出力との差分演算を行い、そしてリニアラ
イザで、棒鋼等の振動,位置ズレによる断面誤差を補償
する。
【0006】
【作用】本発明における棒鋼等断面積測定装置は、高周
波電流を送信コイルに通電し高周波磁界を生成、その磁
界内に金属導体を挿入する事により生じる渦電流損の変
化を受信コイルで検出するものであるが、一般に有限長
コイルでは均一な磁場を生成することは理論的に困難で
ある。このため検出コイル内の同一断面の金属導体であ
っても振動,位置ズレにより渦電流損が異なる、したが
って受信電圧が変化し検出誤差を生ずる。コイル軸(長
さ方向)の磁場の強さ、すなわち水平分はコイルから離
れるに伴い減衰し回折する、一方垂直成分が増加する。
この垂直成分の増加する領域に第2の受信コイルを設け
渦電流損による変化を検出する。この検出信号は第1受
信コイルに対し逆位相である。これを第1受信コイルの
検出信号から減算補正を行う事により、振動,位置ズレ
の影響を解消するものである。受信コイルの配置構成
は、送信コイル端における磁束密度(軸中心の水平成
分)の1/3以上の点に第1受信コイルを、また空芯時
において第1受信コイルで得られる誘起起電力の60%
以下の点に第2受信コイルをそれぞれ設けた貫通型コイ
ル構造であり、送,受信コイルとも同一仕様である。こ
れによって磁界強度が非線形分布特性であってもその影
響を解消することができ、高精度計測が可能となる。
【0007】
【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。
【0008】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のコイル構成
は、内周側に送信コイル4を挟むように受信コイル5
a,5bを併設し、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。受信コイル5a,5bの出力信号
は、増幅器7a,7bにより増幅され、同期検波器8
a,8bに検波用基準信号fとともに入力されて直流信
号に変換される。9a,9bは差分増幅器、cはバイア
ス調整器である。差分増幅器9a,9bは、同期検波器
8a,8bの出力信号からバイアス調整器cで設定され
た所定のバイアス電圧を減算する。差分増幅器9aに入
力されるバイアス電圧は、空心時(被検材Mが挿入され
ていない状態)に得られる同期検波出力相当とし、この
時差分増幅器9aは零出力となる。また差分増幅器9b
に入力されるバイアス電圧は、有心時において検出部S
と被検材Mの中心を一致させた時に得られる同期検波器
出力相当とし、同様に差分増幅器9bは零出力となり、
さらに10は直流増幅器で、被検材Mの位置ズレにより
発生する偏差信号をあらかじめ設定された利得のもとで
増幅する。この偏差信号が誤差補正量となり次段の差分
演算器11へ入力される。差分演算器11は、流増幅器
10の出力信号と差分増幅器9aの出力信号との差分演
算を行う。その演算結果はリニヤライザ12で線形化さ
れて最終出力となる。
【0009】差分演算器11による上述の差分演算によ
って、磁束密度分布の非線形性から生ずる被検材Mの位
置ズレによる誤差が解消され、高精度の断面検出が実現
した。前述のバイアス調整器cあるいは直流増幅器10
の設定量は、あらかじめ標準のサンプル毎に校成表を作
成しておき、検出対象(被検材M)に応じて設定する。
次に、検出部Sの送,受信コイルを、前述した配置条
件で設置した一実施例を説明する。図2に示すように送
信コイル4を挟んで受信コイル5a、5bを配置した。
コイルの仕様およびその間隔L1,L2は次の通りであ
る。
【0010】 送信コイル4:内側直径 55mm 長さ 10mm 巻数 10ターン 受信コイル5a,5b:同一仕様 内側直径 55mm 長さ 10mm 巻数 10ターン コイル間距離:L1 3mm L2 13mm 前述した配置条件を満足するコイル間距離L1、L2
は、これ例ではそれぞれ3mm、13mmである。また
送信コイル4に加えた交流は、周波数が200KHzの
サイン波である。
【0011】図3に、上記実施例での、サンプル軸(測
定対象棒鋼の中心線)を検出コイル中心軸に合わせ(サ
ンプル移動量0mm)の時の、受信コイル5a,5bの
出力信号を基準として、被検材(棒鋼)の径方向の移動
による出力変化(基準からの偏差)を示す。図中e1お
よびf1は、サンプル(棒鋼)直径35mmおよび25
mmにおける受信コイル5aから得られる偏差出力であ
り、またgおよびhは同様にして受信コイル5bから得
られる偏差出力である。図3から明らかなように、受信
コイル5aのみであれば同寸法の金属導体であってもコ
イルエッジに接近するほど偏差出力が増加し、このため
検出精度が低下する。一方、補正用受信コイル5bの特
性g,hに見られるように逆位相で同等の偏差出力が得
られている。ただし、同等であるのは、直流増幅器10
により出力レベルを調整した結果である。gおよびhの
偏差出力を、受信コイル5aの差分増幅器9aの出力か
ら減算してやれば、棒鋼の径方向位置ズレによる誤差補
正が可能となる。
【0012】図4に、サンプル(棒鋼)の位置ズレの補
正前および補正後の誤差曲線e2,f2およびe0,f0を
示す。X軸はサンプルの移動量を、Y軸は断面積誤差を
示す。e0,e2およびf0,f2は、それぞれサンプル直
径35mmおよび25mmの特性曲線である。図4にお
いて補正前の特性e2,f2は、サンプル位置ズレ5mm
により約2%の誤差が発生したことを示している。一
方、補正後は約0.15%以内に誤差が抑制された。特
に、サンプル移動距離5mmの点でそれぞれ誤差が0%
となっているのは、この点で直流増幅器10の利得を設
定したことによるものである。
【0013】図5に、各サンプルの補正後の検出出力を
示す。X軸は断面積、Y軸はリニアライザ12による線
形補正後の出力である。断面積に対応した良好な検出出
力が得られることが分かる。このように、図4に示す補
正効果が現われ、簡単な装置構成で高精度検出が実現す
る。またリアルタイム計測が可能である。実操業ライン
で製造される棒鋼等の寸法は、一ロット内でのバラツキ
は小さいので製造される棒鋼等毎に検出コイルを準備し
ておけば、より高精度な検出を期待できる。また、一連
の信号処理は電子計算機で容易に処理できることは言う
までもない。
【0014】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は棒鋼等被検材を非接触で磁気飽和をさせ、透磁率μの
影響を皆無にし、高周波送信電流による磁界を適用する
ことにより導電率の影響を解消すると共に磁界強度の非
線形特性による受信コイル出力への影響を補償する簡単
な装置構成で、精度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かつ悪環境のも
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
を満足する制御性能を得ることが困難であり、また適切
なセンサが無くマスフロ−制御への試みも不可能であっ
たが、本発明を適用することによりこれらが可能とな
り、また計測システムの簡素化をはじめ、操業の安定
化、寸法,品質向上等に対し充分な効果が得られ、生産
性を向上させることができるなど、その効果大である。
【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】 図1に示す検出部Sの縦断面図である。
【図3】 一実施例における2個の受信コイルの検出出
力を示すグラフである。
【図4】 被検材の位置ズレによる測定誤差を示すグラ
フである。
【図5】 一実施例の断面積検出出力を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
S:検出部 5a,5b:受信コ
イル M:被検材 6:磁化コ
イル 1:発振器 7a,7b:増幅器 2:電力増幅器 8a,8b:同期検
波器 3:直流電源 9a,9b:差分増
幅器 4:送信コイル 10:直流増
幅器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】棒鋼等の断面積を電磁気的に測定する装置
    において、同芯軸上に巻かれた送信コイルと該送信コイ
    ルを挟むように2つの受信コイルとからなる検出コイル
    と該検出コイルの外周に設けた被検材を磁化するための
    磁化コイルとからなる検出部と、それぞれの受信コイル
    からの信号を直流に変換する同期検波部と、一方の差分
    演算器は空芯時の同期検波出力を減算する機能を有し、
    他方の差分演算器は予め利得設定された直流増幅器を有
    し、有芯時の同期検波出力を減算する機能を有する二つ
    の差分演算器と、該二つの差分演算器出力の減算を行う
    減算器と、該減算器の出力を補正するリニヤライザと、
    を備える棒鋼等の断面積測定装置。
  2. 【請求項2】検出コイルは、同軸円筒上に巻回した同一
    仕様の第1受信コイルおよび第2受信コイルでなり、送
    信コイル端における磁束密度の1/3以上の位置に第1
    受信コイルを、空芯時における第1,第2受信コイルの
    出力電圧比が1:0.6以下となる位置に第2受信コイ
    ルを設け、送信コイルからそれぞれ離して構成した、請
    求項1記載の、棒鋼等の断面積測定装置。
JP3967793A 1993-03-01 1993-03-01 棒鋼等の断面積測定装置 Withdrawn JPH06249609A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012519287A (ja) * 2009-03-02 2012-08-23 マイクロ−エプシロン・メステヒニク・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カー・ゲー 位置センサ

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