JPH0875638A - 自動異材弁別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】放電発光分光法を利用した鋼材の異材弁別装置
に関するもので、成分濃度の測定誤差をもたらす放電に
より発生する測定対象の微粒などの要因を排除すること
により、オンラインで高精度に成分濃度を検出し、持続
性をもって誤検出が少なく、かつ確実に異材を弁別する
自動異材弁別装置を得る。 【構成】放電発光分光分析装置のセンサヘッド部と、セ
ンサヘッド移動手段と、測定対象鋼種の入力手段と、測
定結果の比較演算を行う演算手段と、センサヘッド部内
の燃焼室の清掃手段と、電極の研磨機とを具備したこと
を特徴とする自動異材弁別装置。更に自動校正手段、或
いは成分濃度測定の前段に、更に測定面研削手段を具備
することが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電発光分光分析法に
よりビレット、および鋼管等の鋼材の異材（製造目的の
正規の材料以外の材料）をオンラインで検出する自動異
材弁別装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来鋼材の異材弁別は火花試験によって
行われて来た。最近、実開平１−１８０６４３号公報に
記載されるような発光分光分析装置を利用した方法も提
案されている。

【０００３】火花試験は、グラインダを測定対象に押し
当てた際の火花の形状及び量などにより人間が目視で判
定するものであり、複数元素からなる鋼材の組成を定量
的に読みとることは難しく、異材混入を十分な確度で検
知出来なかった。

【０００４】実開平１−１８０６４３号公報に記載のも
のは、鋼管の表面を発光分光分析装置によりオンライン
で分析し、複数元素の濃度を検出する。そして、それぞ
れの元素濃度を、外部より入力された測定対象の有るべ
き濃度範囲と比較し、有るべき濃度範囲と異なる測定結
果を得た場合に異材として判定する装置である。

【０００５】なお、放電発光分光分析装置としては、測
定対象の近傍に放電電極を配置し測定対象と電極間で放
電させ、その放電によって放出されるスペクトル光を分
光器に導き、分光分析を行うものがよく用いられてい
る。

【０００６】高精度の分析を行う際にはＡｒ雰囲気内で
放電することが必要となり、電極及び測定対象を燃焼室
と呼ばれる部屋で外部と仕切り、燃焼室内をＡｒ雰囲気
とする場合もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のような、従来か
ら行われてきた火花試験法においては、人の目視官能検
査であるため、熟練を要する上に弁別結果に人的誤差及
び個人差が生じたり、あまり高い分解能、精度、および
再現性が得られなかった。

【０００８】実開平１−１８０６４３号公報に記載のよ
うな、自動的に放電発光分光分析法により鋼材を測定す
る装置においては、燃焼室内に放電によって蒸発した測
定対象の一部が微粒となり付着する。このため、この微
粒を放置しておくと、適正な放電がなされない場合が生
じたり、この微粒によりスペクトル光を受光するための
窓部が曇り、検出される光量が低下する、ならびにこの
光量低下が波長により異なるなどの理由により測定誤差
を生じることがあった。

【０００９】この微粒は放電電極にも付着して次の放電
時に溶融し、やがて電極先端に再凝固する。この状態を
放置すると電極と測定対象のギャップが変わり、放電状
態が変化する、このため測定誤差を生じることが多かっ
た。

【００１０】それらの要因および周囲温度の変化による
ドリフトも測定誤差を生じさせていた。

【００１１】さらに、製造時の熱影響などにより測定対
象の表面層は内部の成分を反映しておらず、前記の装置
では、表面を直接分析するため、十分な分析精度がえら
れなかった。

【００１２】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたもので、オンラインで高精度に測定対象の成分濃
度を検出し、持続性が有り、誤検出が少なく、かつ確実
に異材を弁別する自動異材弁別装置を得ることを目的と
してなされたものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る自動異材弁
別装置は、放電発光分光法を利用して鋼材の成分濃度を
検知し、異材を検出する装置において、放電発光分光分
析装置の放電部およびスペクトル光の受光光学系を有す
るセンサヘッド部と、該センサヘッド部を移動および位
置決めさせるセンサヘッド移動手段と、測定対象鋼種の
成分範囲を入力する入力手段と、該入力手段により入力
された成分と発光分光分析装置により測定された結果を
比較演算する演算手段と、前記センサヘッドの放電部内
燃焼室の清掃手段、該センサヘッド内電極の研磨機とを
備えたものである。

【００１４】上記本発明に係る自動異材弁別装置は、更
にセンサヘッド移動手段の作動範囲内に自動校正手段を
備えることが望ましい。また、前記センサヘッド移動手
段の前段に測定面研削手段を備えることが望ましい。

【００１５】

【作用】前述のように、放電発光分光法を利用した異材
弁別装置では、放電によりサンプルの一部が微粒として
飛散し、燃焼室内に付着する。このため、スペクトル光
の受光系の窓部が汚染されスペクトル測定誤差の要因と
なり、また汚染が激しい場合には正常な放電を妨げる。

【００１６】そこで、図１に示すように、放電発光分光
分析装置を放電部およびスペクトル光の受光光学系を有
するセンサヘッド部１と分光機４に分離し、その間を光
ファイバー５に代表される可撓式光情報伝送手段で結合
する。前記センサヘッド部１を測定対象９のサンプリン
グ部位、および後述のメンテナンス部３への移動、並び
に位置ぎめを行うオートマニュピュレータ、またはロボ
ットアーム２からなるセンサヘッド移動手段に塔載す
る。

【００１７】センサヘッド部１を測定毎、もしくは２〜
５回毎にメンテナンス部３に設けられた燃焼室清掃手段
２０にセンサヘッド移動手段２により移動し、図４に示
す燃焼室１３の清掃を行う。燃焼室清掃手段としては、
図２にその一実施例を示すようにエアー及びＡｒ吹き込
み部、刷毛２１、刷毛回転機構部および刷毛洗浄器２５
よりなり、センサヘッド移動手段２により燃焼室が燃焼
室清掃手段２０の上部に来た際、Ａｒを吹き込みながら
刷毛部を回転しつつ、刷毛２１を燃焼室内に挿入引き抜
きを行う。なお刷毛２１は測定対象元素、およびその類
似元素を含有しない素材で作られており、数１０００回
に一度取り替えられることが望ましい。

【００１８】刷毛２１はセンサヘッド部１の清掃を行っ
ていない時、刷毛洗浄器２５の洗浄液２６に浸しながら
回転し、洗浄液から取り出してエアーを吹きながら回転
することにより刷毛自体の清浄性を保たせる。

【００１９】また、同じくメンテナンス部３に電極研磨
手段３０を設けることにより、電極先端の異物の成長を
抑制するとともに、電極３１と測定対象９のサンプリン
グ部位間との距離を一定に保持させる。図３に１００回
程度測定した後の電極３１の先端部を示す。測定を繰り
返すと電極３１の先端に異物３２が成長し、直径０．５
ｍｍ程度にもなる。一方、電極と測定対象との距離が数
ｍｍ程度であり、電極とサンプリング部位との距離は誤
差±０．１ｍｍより高精度に保持しなければならない。
放電発光分光分析装置によっては、サンプリング部位と
電極間の距離がより短いものもあり、より高精度にこの
間隔を管理する必要がある。この異物の成長により測定
誤差が生じ安定した異材弁別が出来なくなる。

【００２０】電極研磨手段としては、図４にその一例を
示すような電極先端の研磨機能およびサンプリング部位
と研磨後の電極先端との間隔を一定に保たせる機能を有
する電極研磨機３０が用いられる。なお、電極研磨は、
約２０〜３０回測定毎に実施することが好ましい。

【００２１】以上のような処理にもかかわらず生じる長
期変動誤差を抑制するため自動校正を行うのが望まし
い。自動校正手段としては、校正用サンプル５０および
チェクサンプル４０を前記メンテナンス部３、またはセ
ンサヘッド移動手段の移動範囲内に設置し、それらを使
用して自動的に校正を行なわせる。なお、校正のタイミ
ングとしては、たとえば８時間に一度、または周囲温度
の変化が５℃以上あった場合に行う。 また、同一鋼材
を一かたまり（その単位をロットと呼ぶ）として生産し
ている工場等においては、１ロットの直前にそのロット
と同一鋼種、または類似の鋼種にて校正を行うことも有
効である。

【００２２】弁別処理としては、図１に示すようにセン
サヘッド部１をセンサヘッド移動手段により測定対象９
のサンプリング部位に位置ぎめ後、測定を開始する、放
電により発生するスペクトル光は、例えば光ファイバ等
の光情報伝送手段により伝送され分光機４で分光検出さ
れる、検出された信号は、コンピュータ６に代表される
演算手段に伝送され、種々の元素濃度に換算される。一
方、測定対象の各元素の濃度許容範囲は後述の入力手段
により演算手段内に準備されており、測定値と濃度許容
値が元素毎に比較され異材であるか否かの判別がなされ
る。また、前測定値との比較により異材であるか否かの
判断をすることも可能である。

【００２３】異材と判別された場合には、演算手段より
制御信号が出力されオペレータにランプ、またはブザー
で知らせる、あるいは測定対象９がラインアウトされ
る。

【００２４】測定対象鋼種の成分範囲の入力手段として
は、各ロット毎に直接演算手段に入力する、またはあら
かじめ演算手段に各鋼種の成分範囲をデータベースとし
て持って置き、それより測定対象鋼種の必要データを抽
出使用する、或いは測定対象の鋼種情報を上位計算機７
から伝送する方法が取られる。

【００２５】図５に鋼材の表面を順次研削しながら、放
電発光分光分析装置により鋼中のＣ濃度を測定した結果
を示す。図５に示すとおり、鋼材の表面は内部の成分を
反映しておらず、鋼材の表面直接、または表面の酸化膜
を除去したのみの状態では測定値が大きくばらつき、こ
のままでは正しい判別がなされない。たとえば、Ｃ濃度
の分析の場合では、火花試験の熟練者並みのＣ分析判別
能力の±0.05％以内の判別性を得るには、少なくとも深
さ０．５ｍｍ以上内部をサンプリング部位としなければ
ならない。なお、他の元素についても同様である。

【００２６】従って、センサヘッド移動手段による、セ
ンサヘッド部１の測定対象９のサンプリング部位への位
置ぎめより前段に、前記サンプリング部位を所定量研削
する測定面研削手段を配するのが望ましい。なお、該測
定面研削手段としては、研削部位の位置ぎめ部、装置の
移動・倣い部、研削砥石またはペーパーグラインダ、お
よび駆動装置、並びに研削量計測・制御部からなる研削
機を用いるのが望ましい。

【００２７】

【実施例】図１に本発明を弁別対象としてパイプ（鋼
管）に適用した装置の一実施例の構成を示す。 製管後
の搬送ライン８に測定面研削機１０およびセンサヘッド
部１を塔載したロボットアーム２を設置した。パイプが
所定の位置に来た際、研削位置の近傍に設置された近接
スイッチから搬送ライン８の制御部へパイプ検知信号が
送られ、パイプを固定すると同時に、図６に示すような
測定面研削機１０がパイプ先端より所定の位置を研削し
た。

【００２８】測定面研削機１０としては、直径400 〜50
0mm のグラインダ６１を用い、グラインダの両端に倣い
ロール６２を設置した。グラインダ６１の直径は研削を
行っていないタイミングで測定され、グラインダ端部は
倣いロール６２より約０．５ｍｍ迫り出すように位置制
御した。研削時には倣いロールを測定パイプに接触させ
ながら研削した。グラインダ６１の直径測定にはレーザ
変位計６３を用い、レーザ変位計６３の測定用窓にはシ
ャッターが設置されており、研削中は該シャッターは閉
じており、窓の汚れを抑制する構造とした。なお研削位
置としては管端部などの最終的には製品から切り離され
る部位とした。

【００２９】研削後、センサヘッド部１が研削された測
定面に移動・位置ぎめされ放電発光分光分析を行なっ
た。センサヘッド部１はロボットアーム２の先端に設置
されており前記研削面に移動され測定を行った。また、
センサヘッド部１は放電用電極３１のある燃焼室１３
と、スペクトル光の導波路への入射光学系と、Ａｒパー
ジ機構、および接触検知センサーとで構成した。センサ
ヘッド部１が測定対象９に接触したことを接触検知セン
サーが検知し、その信号をトリガー信号として測定を開
始した。放電により発生するスペクトル光は石英の光フ
ァイバー５により５ｍ以下で分光機４に伝送後、その分
光機４で分光され、分光機の出側においてリニアアレイ
検出機で検出された。検出された信号はコンピュータ６
に伝送され、種々の元素濃度に換算された。一方、測定
対象の鋼種は上位計算機７より伝送されており、その鋼
種における各元素の濃度許容範囲をコンピュータ６内に
テーブルとして用意して置く、測定値と濃度許容値を各
元素毎に比較し、異材であるか否かの判別を行った。異
材と判定された場合にはランプおよびブザーでオペレー
タに知らせるとともに制御信号を搬送ライン８の制御部
へ伝送し測定対象９をラインアウトした。

【００３０】センサヘッド部１は所定測定回数終了毎に
ロボットアーム２により、前述のように測定位置以外に
メンテナンス部３にあるの燃焼室清掃機２０、電極研磨
機３０、校正用サンプル、またはチェックサンプル４０
の位置へと移動させた。いずれの手段もロボットアーム
２の位置信号により動作を開始するようにした。

【００３１】燃焼室清掃機２０としては、図２にその一
実施例を示すように、エアーおよびＡｒの吹き出し口２
２と、プラスチック製の刷毛２１と、刷毛２１の回転用
モータ２３と、エアー及びＡｒ配管で構成した。

【００３２】２回の放電終了後、ロボットアーム２によ
りセンサヘッド部１の燃焼室が燃焼室清掃機２０の上部
に移動された際、Ａｒを吹き込みながら刷毛２１を数１
０Ｈｚで回転しつつ、刷毛２１を燃焼室内で挿入・引き
抜きし清掃を行った。また、清掃終了後に、ロボットア
ーム２はセンサヘッド部１を測定位置の近傍まで戻して
置き次の測定に備えさせた。

【００３３】なお、刷毛２１はセンサヘッド部１の清掃
を行っていないときは、刷毛洗浄器２５内で洗浄液２６
につけ回転させ、洗浄液より取り出してエアーを吹きな
がら回転することにより、刷毛自体の清浄性を保つよう
にした。なお本実施例では洗浄液２６として水を用い
た。また、刷毛は、2000回に一度取り替えた。

【００３４】電極の研磨についても同様にして実施し
た。本発明による電極研磨機３０の一実施例を図４に示
す、電極研磨には先端が平面の硬質の金属棒３４からな
る研磨機３０を用いた。先端の電極研磨面３２にはダイ
アモンドコーティングを施した。

【００３５】研磨機３０の先端は同一面内で回転する
が、回転軸３６から外れた位置にて電極３１が接して電
極先端が研磨される構造とした。研磨機３０はセンサヘ
ッド部１の測定対象と接する点３３から一定距離入り込
んだ位置に研磨機３０の電極研磨面３２がくるようにし
た。これにより、電極研磨後はサンプリング面と電極先
端のギャップが一定に保たれた。

【００３６】なお、電極研磨は、２０回測定毎に実施し
た。

【００３７】自動校正用に、校正用サンプル５０とし
て、普通鋼、高Ｃｒ鋼、およびＣｒＮｉ鋼について各２
個づつ用意した。チェックサンプル４０として、 200×
200mmの表面積を有する板を用いメンテナンス部３の所
定の位置に固定した。

【００３８】チェックサンプル４０を８時間に一度、ま
たは周囲温度が前回の測定時より３℃以上変化した際に
測定することとした。チェックサンプル４０での測定誤
差が小さければ通常の測定を継続した。前記の測定誤差
が大きければ、校正を行った。校正用サンプル５０は、
ターンテーブル上に載せて置き、これから測定すべき鋼
種に相当する校正サンプルのみを測定し校正が行えるよ
うにした。

【００３９】なお、自動校正は、前述のタイミング以外
に１日に一度、一定時刻に行った。

【００４０】

【発明の効果】本発明の装置によれば、測定誤差を生じ
させる燃焼室内の放電によって発生する微粒を清掃排除
して燃焼室内を常にクリーンに保たせる。放電電極の先
端に形成される異物を研磨して取り去るとともに電極と
測定対象とのギャップを一定に保たせる。また周囲温度
などの環境変化、および経時的なドリフトによる測定誤
差も自動校正される。さらに測定対象の内部の成分を反
映している部位をサンプリングすることも可能となっ
た。

【００４１】したがって、本発明により、オンラインで
高精度に測定対象の成分濃度を検出し、持続性を有し誤
検出がすくなく、かつ確実に異材を弁別する自動異材弁
別装置を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動異材弁別装置の一実施例の概念図
である。

【図２】本発明装置に用いた燃焼室清掃機の一実施例の
説明図であり、上部は、燃焼室清掃時の状態を、下部点
線部は刷毛洗浄状態を示す。

【図３】使用前後の放電電極の模式図であり、（ａ）は
使用前の、（ｂ）は使用後の状態を示す。

【図４】本発明装置に用いた電極研磨機及びセンサヘッ
ド部内燃焼室の一実施例の断面図である。

【図５】鋼材の表面からの研削深さとＣ濃度の測定精度
との関係を示す図である。

【図６】本発明装置に用いた測定面研削機の一実施例の
平面図である。

【符号の説明】

１ センサヘッド部 ２ ロボットアーム ３ メンテナンス部 ４ 分光機 ５ 光ファイバー ６ コンピュータ ７ 上位計算機 ８ 搬送ライン ９ 測定対象 １０ 測定面研削機 ２０ 燃焼室清掃機 ３０ 電極研磨機 ４０ チェックサンプル ５０ 校正用サンプル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電発光分光法を利用して鋼材の成分濃度
   を検知し、異材を検出する装置において、放電発光分光
   分析装置の放電部およびスペクトル光の受光光学系を有
   するセンサヘッド部と、該センサヘッド部を移動および
   位置決めさせるセンサヘッド移動手段と、測定対象鋼種
   の成分範囲を入力する入力手段と、該入力手段により入
   力された成分と放電発光分光分析装置により測定された
   結果を比較演算する演算手段と、前記センサヘッド部の
   放電部内燃焼室の清掃手段と、該センサヘッド部内電極
   の研磨機とを具備したことを特徴とする自動異材弁別装
   置。
2. 【請求項２】前記センサヘッド移動手段の作動範囲内に
   自動校正手段を具備したことを特徴とする、請求項１に
   記載の自動異材弁別装置。
3. 【請求項３】前記センサヘッド移動手段の前段に測定面
   研削手段を具備したことを特徴とする、請求項１または
   請求項２に記載の自動異材弁別装置。