JPH0447637Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、鋼材等の応力の自動測定装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

機械工作物の製作・加工時の残留応力および鋼
材自体の重さ等による初期応力等、鋼材等の応力
を測定するための装置として、従来から磁気異方
性センサが知られている。

磁気異方性センサは、鋼材等の強磁性体に応力
が作用すると、その磁気的な特性が変化する性質
を利用して、その応力を測定するものである。

鋼材等の強磁性体に引張り応力が作用すると、
応力方向の透磁率は増加し、応力方向に対して、
直角方向の透磁率は減少することが一般に知られ
ている。

上述した性質を利用した磁気異方性センサ（以
下M.A.Sという）による鋼材等の応力の測定原理
は、次に述べる如くである。

即ち、M.A.Sを鋼材等の被測定物の引張り応力
方向に当てると、計測方向とそれに対して直角方
向の透磁率との差に比例した誘起電圧Veが生じ
る。そこで、この誘起電圧Veを測定し、得られ
た測定値をあらかじめ被測定物と同一材質の引張
り試験片で求めておいた「応力とVeとの関係線
図」から応力に換算し、かくして、被測定物の応
力を求める。

以上述べたように、M.A.Sは、計測方向の応力
δ₁と、それに対して直角方向の応力δ₂との差であ
るところの主応力差δ₁−δ₂を測定するものであ
り、主応力差の絶対値｜δ₁−δ₂｜が最大となる方
向が主応力δ₁およびδ₂の方向となる。M.A.Sは、
前述の主応力差δ₁−δ₂およびその方向を測定する
ものである。

このようなM.A.Sによる被測定物の応力の測定
に際して、応力の作用方向が１方向、即ち、δ₂＝
０Kgｆ／mm²の１軸応力を測定する場合には、主応
力δ₁そのものを応力の測定値とすることができる
が、被測定物の応力の作用方向が２方向、即ち、
δ₂≠０Kgｆ／mm²の２軸応力を測定する場合には、
これにより、さらに、測定値をもとにして、剪断
応力差積分法で解析し、主応力δ₁およびδ₂を求め
る。

M.A.Sにより、前述した２軸応力を測定するに
は、第４図に示すように、被測定物９の自由端か
ら測定方向ｘ軸に対して平行に、１辺の長さが10
mmから20mmの正方形を等間隔にけがき、M.A.Sに
より、けがかれた正方形の各辺の中点Ai、Bi，
およびCiの各測定点の主応力差の最大値（δ₁−
δ₂）maxおよびその時のｘ軸に対するM.A.S１の
計測方向、即ち、反時計回り方向の角度θiを順次
測定していき、各測定点での測定値を別途、剪断
応力差積分法で解析する。かくして、Bi点での
主応力値δ₁およびδ₂が求められる。

このような、M.A.S１による（δ₁−δ₂）maxお
よびθ₁の測定は、従来次のようにして行なわれて
いた。即ち、第５図および第６図に示すように、
M.A.S１が差し込める様に中央を切り抜いたマグ
ネツト吸着式の分度器３１を被測定物９の測定点
上に配置し、次いでその中央部の孔にM.A.S１の
下部を手で保持した状態で差し込み、被測定物９
の測定点にM.A.S１の下面を当接する。M.A.S１
に導線で接続された計測器３２のデジタル表示器
３３に表示される（δ₁−δ₂）の値を観察しながら
M.A.S１を手で回し、（δ₁−δ₂）maxiを計測器３
２のデジタル表示器３３から、θiを分度器３１か
らそれぞれ読み取り、そして、記録用紙に記録す
る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前述したように、M.A.Sで２軸
応力を測定する場合の測定点数は、１軸応力の場
合の３倍となる。しかも、各測定点にM.A.Sを当
接して行う測定作業は、手作業である。

従つて、M.A.Sによつて２軸応力を測定する場
合、次に述べる問題がある。

(1) 測定に長時間を有する、 (2) 測定精度が悪い。

例えば、板幅1200mmの熱延鋼板の圧延による板
幅方向の残留応力分布を測定する場合には、次に
述べる如くである。

測定点数：180点〜240点、 測定人数および時間：作業員２人で約６〜８
時間、 測定誤差：主応力値換算で最大５Kgｆ／mm²
（同一測定者が同一測定物を２回測定した
場合の１回目と２回目との測定値の誤差）。

従つて、この考案の目的は、効率良く、且つ、
高精度にて鋼材等の応力を測定することができる
応力自動測定装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案は、被測定物の応力を測定するための
円柱状の磁気異方性センサと、前記磁気異方性セ
ンサを前記被測定物の上面に回動可能に垂直に保
持するための保持機構と、前記磁気異方性センサ
をその軸線を中心に回転させるための回転機構
と、前記磁気異方性センサの回転角度を検出する
ための回転角度検出器とからなる応力検出器と、
前記応力検出器に導線によつて接続された計測器
とからなり、前記計測器は、前記回転機構を制御
するためのコントローラと、前記磁気異方性セン
サからの電圧信号を増幅するための第１増幅器
と、前記回転角度検出器からの電圧信号を増幅す
るための第２増幅器と、前記第１増幅器によつて
増幅されたアナログ電圧信号をデジタル電圧信号
に変換するための第１変換器と、前記第２増幅器
によつて増幅されたアナログ電圧信号をデジタル
電圧信号に変換するための第２変換器と、前記磁
気異方性センサからのデジタル電圧信号の最大値
を検出し、同時にそのときの前記回転角度検出器
からのデジタル電圧信号値を検出し、前記コント
ローラに信号を発信するためのピーク検出用計算
器とからなつていることに特徴を有するものであ
る。

次にこの考案を図面を参照しながら説明する。
第１図はこの考案の１実施態様を示す部分断面
図、第２図は同平面図、第３図は同回路図であ
る。

第１図乃至第３図に示すように、この考案の装
置は、M.A.S１と、M.A.S１を保持する保持機構
２５と、回転機構としての電動モータ４と、回転
角度検出器５とからなる応力検出器１７と、応力
検出器１７に導線２６で接続れた計測器２７とか
らなつている。

M.A.S１は、縦長の円柱状であり、その下部に
は、やや径の小さい段部を有している。

保持機構２５は、内筒６と、内筒６の外側にス
ラストベアリング２およびストロークベアリング
３を介して内筒６と同芯に設けられた外筒７およ
びリフトオフ調整用外筒８とからなつている。

M.A.S１は、内筒６に嵌挿されており、内筒６
とM.A.S１とは、M.A.S固定用ビス１０によつて
固定されている。内筒６は、上端に環状のフラン
ジ６ａを、下端に環状のフランジ６ｂをそれぞれ
有している。

内筒６の外周面下部には、コイルバネ１１が巻
装されている。コイルバネ１１の下端は、フラン
ジ６ｂの上面に当接している。

内筒６は、スラストベアリング２およびストロ
ークベアリング３を介して外筒７に回転自在に嵌
挿されている。ストロークベアリング３の下端面
は、コイルバネ１１の上端に当接している。

外筒７の外周面下部およびリフトオフ調整用外
筒８の内周面には、螺子山が螺刻されており、外
筒７の外周面下部と、リフトオフ調整用外筒８の
内周面上部とは、前記螺子により螺合されてい
る。このような、外筒７をその軸線を中心に回転
させると、外筒７はリフトオフ調整用外筒８との
螺合によりその高さ方向に移動する。１３は、外
筒７とリフトオフ調整用外筒８とを固定する、外
筒固定ビスである。

M.A.S１の下面は、被測定物９に当接する。リ
フトオフ調整用外筒８は、M.A.S１の下面と被測
定物９との間の隙間量およびコイルバネ１１を介
したM.A.S１の押し付け圧を一定に保つためのリ
フトオフ調整機構としての機能を有する。

内筒６のフランジ６ａの外周面には、ギヤ１４
が設けられている。外筒７の外周面上端部の所定
位置には、電動モータ４が取り付けられている。
電動モータ４の駆動軸には、ギヤ１４と歯合する
電動モータ用ピニオン１５が軸支されている。

外筒７の外周面上端部の、電動モータ４が取り
付けられた箇所から所定角度ずれた位置には、回
転角度検出器５が取り付けられている。回転角度
検出器５は、ギヤ１４と歯合する回転角度検出器
用ピニオン１６の回転により作動する。

M.A.S１は、後述する計測器２７からの信号に
より作動する電動モータ４により、その軸線を中
心に回動する。

計測器２７は、M.A.S１に接続された第１増幅
器１８と、第１増幅器１８に接続された第１変換
器２０と、回転角度検出器５に接続された第２増
幅器２８と、第２増幅器２８に接続された第２変
換器２９と、第１変換器２０および第２変換器２
９に接続されたピーク検出用計算器２１と、ピー
ク検出用計算器２１に、接続されたコントローラ
１９と、ピーク検出用計算器２１に接続された主
計算器３０と、主計算器３０に各々接続された設
定標示器２２と、プリンタ２３およびスイツチ２
４とからなつている。コントローラ１９は、電動
モータ４に接続されている。

このような、計測器２７と応力検出器１７と
は、導線２６により接続されており、計測器２７
は応力検出器１７の近傍に配置する。

この考案の装置は、第４図に示した、被測定物
９の自由端から、測定方向ｘ軸に対して平行に、
そして、等間隔にけがかれた、１辺の長さが10mm
から20mmの正方形の各辺の中点Ai，BiおよびCi
の各測定点の主応力差の最大値（δ₁−δ₂）maxお
よびその時のｘ軸に対するM.A.S１の計測方向、
即ち反時計回り方向の角度θiを測定するものであ
る。

第１増幅器１８は、M.A.S１からのアナログ電
圧信号を増幅する。

第２増幅器２８は、回転角度検出器５からのア
ナログ電圧信号を増幅する。

コントローラ１９は、電動モータ４を制御す
る。

第１変換器２０は、増幅されたM.A.S１からの
アナログ電圧信号をデジタル信号に変換する。

第２変換器２９は、増幅された回転角度検出器
５からのアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に
変換する。

ピーク検出用計算器２１は、M.A.S１からのデ
ジタル電圧信号の最大値、即ち、（δ₁−δ₂）max
値を検出し、同時にそのときの回転角度検出器５
のデジタル信号値、即ちθiを検出し、次いで、θi
を検出した後に回転角度検出器５のデジタル信号
を検出しながら、M.A.S１が測定開始位置、即ち
基準点に戻るまで、電動モーター４のコントロー
ラ１９に信号を発信する。

設定標示器２２は、主計算器３０に測定点数を
指示し、さらに、測定値をリアルタイムでデジタ
ル表示する。

主計算器３０は、ピーク検出用計算器２１で読
み取つた（δ₁−δ₂）maxiおよびθiを各測定点別に
記憶し、その測定結果を設定標示器２２からの指
示によりプリンタ２３に出力し、且つ、設定標示
器２２から受けた指示をピーク検出用計算器２１
に指示する。

プリンタ２３は、各測定点の測定結果、即ち、
測定点のナンバーｉ、（δ₁−δ₂）maxiおよびθiを
プリントアウトする。

なお、設定標示器２２から指示された主計算器
３０からのピーク検出用計算器２１への指示は、
応力検出器１７の近傍または応力検出器１７に取
り付けられたスイツチ２４をオン・オフすること
により行われる。

〔作用〕

次にこの考案の装置の作用を説明する。

第４図に示すように、被測定物９の自由端か
ら，測定方向ｘ軸に対して平行に、１辺の長さが
10mmから20mmの正方形を等間隔にけがく。

被測定物の主応力の測定点数Biを設定標示器
２２によりインプツト後、けがかれた正方形の各
辺の中点Ai，Bi，Ciの各々に、測定点のナンバ
ー順に応力検出器１７を配置し、そして、スイツ
チ２４をオンする。かくして、自動的に（δ₁−
δ₂）maxi値およびθiが順次測定記録される。そ
して、設定標示器２２から指示された測定データ
の出力により、各測定点別に測定ナンバー、（δ₁
−δ₂）maxiおよびθiがプリンタ２３にプリント
アウトされる。

測定の開始にあたつて、先ず測定点に応力検出
器１７を配置する。

次いで、スイツチ２４をオンすると、主計算器
３０からの指示により電動モータ４が起動し、電
動モータ用ピニオン１５と歯合するギヤ１４を介
してM.A.S１が基準点に対して反時計回りに180°
回転し、その間における（δ₁−δ₂）maxi値およ
びその時のθiが、ピーク検出用計算器２１によつ
て検出され、主計算器３０に記憶される。

なお、M.A.S１が180°回転したかどうかは、回
転角度検出器５からの信号によりピーク検出用計
算器２１により判定され、M.A.S１が180°回転し
たことが確認されたときは、ピーク検出用計算器
２１からコントローラ１９に指示が出され電動モ
ータ４は停止する，次いで、M.A.S１が基準点に
戻るまで電動モータ４を逆転方向に起動させる。
逆転した電動モータ４の停止方法は、前述した正
転の場合と同じである。さらに、M.A.S１が時計
回りに回転して基準点に戻つた時点でピーク検出
用計算器２１から主計算器３０に測定終了信号が
発信され、かくして、測定は完了する。これによ
り、スイツチ２４は自動的にオフとなる。

次いで、次の測定点の測定を行うために、応力
検出器１７を次の測定点に配置換えし、前述と同
様の操作を行う。

このようにして、すべての測定点の測定を行う
ことにより、短時間で測定は終了する。

例えば、〔考案が解決しようとする問題点〕の
項で述べた、板幅1200mmの熱延鋼板の圧延による
板幅方向の残留応力分布を、本考案の装置によつ
て測定すると、測定点数、測定人数、測定時間お
よび測定誤差は次述の如くとなる。

測定点数：180点〜240点、 測定人数および時間：作業員１人で約１〜２
時間、 測定誤差：主応力値換算で最大２Kgｆ／mm²
（同一測定者が同一測定物を２回測定した
場合の１回目と２回目との測定値の誤差）。

以上述べたように、作業時間は大幅に短縮し、
測定精度は大幅に向上する。

なお、本考案の装置と数値制御（NC）方式の
Ｘ−Ｙスキヤナーとを組み合わせた装置を使用す
ることにより、被測定物への測定ポイント等のけ
がき作業および測定ポイントへの応力検出器の手
作業による移動が不要となつて、完全自動測定が
可能となる。

この考案の装置は、次のような測定に適用する
ことができる。

(1) 熱延鋼板の精整ラインおよび冷延鋼板圧延・
精整ラインにおける鋼板の残留応力のオンライ
ン測定。

(2) 溶接および機械工作物の製作・加工時の残留
応力のオンライン測定。

〔考案の効果〕

以上説明したように、この考案の装置によれ
ば、鋼材等の応力の測定に当り、測定時間が大幅
に短縮され、測定精度が大幅に向上するととも
に、測定精度の向上による切断、曲げ加工後の加
工歪の予測、残留応力の定量的把握による残留応
力低減操業方法の確立が可能となり、更に、構造
物等の寿命予測、即ち、強度評価の精度が向上す
る等、幾多の工業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の１実施態様を示す部分断面
図、第２図は同平面図、第３図は同回路図、第４
図は測定点がけがかれた鋼板の平面図、第５図は
従来のM.A.Sの１例を示す側面図、第６図は同平
面図である。 図面において、１……磁気異方性センサ、２…
…スラストベアリング、３……ストロークベアリ
ング、４……電動モータ、５……回転角度検出
器、６……内筒、６ａ，６ｂ……フランジ、７…
…外筒、８……リフトオフ調整用外筒、９……被
測定物、１０……M.A.S固定用ビス、１１……コ
イルバネ、１３……外筒固定ビス、１４……ギ
ヤ、１５……電動モータ用ピニオン、１６……回
転角度検出器用ピニオン、１７……応力検出器、
１８……第１増幅器、１９……コントローラ、２
０……第１変換器、２１……ピーク検出用計算
器、２２……設定表示器、２３……プリンタ、２
４……スイツチ、２５……保持機構、２６……導
線、２７……計測器、２８……第２増幅器、２９
……第２変換器、３０……主計算器、３１……分
度器、３２……計測器、３３……デジタル表示
器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被測定物の応力を測定するための円柱状の磁気
   異方性センサと、前記磁気異方性センサを前記被
   測定物の上面に回動可能に垂直に保持するための
   保持機構と、前記磁気異方性センサをその軸線を
   中心に回転させるための回転機構と、前記磁気異
   方性センサの回転角度を検出するための回転角度
   検出器とからなる応力検出器と、前記応力検出器
   に導線によつて接続された計測器とからなり、前
   記計測器は、前記回転機構を制御するためのコン
   トローラと、前記磁気異方性センサからの電圧信
   号を増幅するための第１増幅器と、前記回転角度
   検出器からの電圧信号を増幅するための第２増幅
   器と、前記第１増幅器によつて増幅されたアナロ
   グ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するための
   第１変換器と、前記第２増幅器によつて増幅され
   たアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換す
   るための第２変換器と、前記磁気異方性センサか
   らのデジタル電圧信号の最大値を検出し、同時に
   そのときの前記回転角度検出器からのデジタル電
   圧信号値を検出し、前記コントローラに信号を発
   信するためのピーク検出用計算器とからなつてい
   ることを特徴とする、応力自動測定装置。