JPH062185U - 応力自動測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 脱磁に要する時間を大幅に短縮し、迅速且つ
精度良く鋼板等の２軸応力場の応力を測定する。 【構成】 磁気異方性センサ１の外側を全方向脱磁装置
２によって囲む。全方向脱磁装置２は３つのヨーク型脱
磁器2a、2b、2cからなる。全方向脱磁装置２に三相交流
電力を供給して磁界を回転させて無方向性とし、全方向
脱磁を行なう。脱磁後、応力を測定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、鋼板等の被測定物の応力の自動測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

機械工作物の製作時および加工時の残留応力、並びに鋼板自体の重さ等による 初期応力等、鋼板等の鋼材中には応力が存在する。こ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。鋼板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、一方、応力方向に直角方向の 透磁率は減少することが一般に知られている。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。

【０００３】 例えば、実開昭63-161338 号公報に、磁気異方性センサを用いた応力自動測定 装置が開示されている。図７は従来の応力自動測定装置を示す部分断面図、図８ は平面図である。この装置は、その明細書中に示されるように、円柱状の磁気異 方性センサ１にこれを回転可能に保持する保持機構４、回転機構（電動モータ５ ）および回転角度検出器６を取り付けて、磁気異方性センサ１を回転可能および その回転角度を検出可能として応力検出器Ａを構成し、更に、応力検出器Ａに磁 気異方性センサ１からの電圧信号の最大値と磁気異方性センサ１の回転角度の信 号から応力を計測するための計測器Ｂを取り付けることにより、被測定物の応力 の検出を迅速且つ正確に行なうものである（以下、「先行技術１」という）。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、鋼板中には、外部から受けた様々な磁化履歴および応力履歴が 残っている。磁化履歴は、例えば、地磁気、鋼板製造の過程において搬送に使用 されるリフティング・マグネット、あるいは電磁誘導加熱等の影響により、また 、応力履歴は、自重および外力等から受けることにより、鋼板中に残る。

【０００５】 従って、先行技術１のような磁気異方性センサを用いた応力測定装置を使用し て応力を測定する場合においても、残留するこれら履歴を除去するために、測定 作業の前に脱磁装置を用いて脱磁作業を行なう必要がある。

【０００６】 被測定物が、例えばレールのように、１軸応力場の場合には、特開昭60-17330 号公報、特開昭60-243526 号公報に開示されるように、脱磁方向は１方向でよい 。図５は１方向脱磁装置およびその原理を説明する斜視図、図６は１方向脱磁に よる脱磁状態を説明する平面図である。図５および図６において、16は被測定物 、2dはヨーク型脱磁器である。図中矢印は脱磁方向を示す。

【０００７】 これに対して、例えば鋼板のように、２軸応力場の場合には、測定方向全てに 脱磁を行なう必要がある。このため、従来は、１箇所の脱磁に約２分（即ち、10 秒× 360°/ 30°）かかり、例えば、1200mm幅の鋼板の場合には、脱磁に約360 分（即ち、２分×180 点) の時間を必要とする。しかも、脱磁している間に地磁 気の影響を受けるので、応力測定精度が低いという問題も有している。

【０００８】 従ってこの考案の目的は、上述の問題を解決し、迅速且つ精度良く、鋼板等の ２軸応力場の応力測定を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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

考案者らは上述の課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、上記課 題は、磁気異方性センサを用いた従来から公知の応力測定装置 (例えば、先行技 術１）を使用し、この応力測定装置に全方向脱磁装置を組み込み、各測定点にお いて、測定の直前に被測定物に残留している磁化履歴および応力履歴等の履歴を この全方向脱磁装置によって除去し、しかる後に応力測定をすることにより解決 できることを知見した。

【００１０】 この考案は上述の知見に基づいてなされたものであって、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 物の上面に回転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 に導線によって接続された、前記応力検出器の検出結果から前記被測定物の応力 を計測するための計測器とからなる応力自動測定装置において、 前記応力自動測定装置は、被測定物に残留している磁化履歴および応力履歴等 の履歴を除去するための前記磁気異方性センサの外側に設けられた全方向脱磁装 置と、前記全方向脱磁装置に電力を供給するための脱磁電源装置とを備えること に特徴を有するものである。

【００１１】 次に、この考案の第１実施態様を図面を参照しながら説明する。 図１はこの考案の装置の第１実施態様を示す平面図である。 この考案の応力自動測定装置は、応力検出器Ａと、全方向脱磁装置２と、全方 向脱磁装置２に三相交流電力を供給するための脱磁電源装置と、応力検出器Ａに 接続された計測器Ｂとからなっており、図１においては、脱磁電源装置は図示を 省略している。

【００１２】 応力検出器Ａは、公知（図７、図８に示す先行技術１）のものであるが、以下 に概略説明する。１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 サである。磁気異方性センサ１は保持機構４によって被測定物の上面に垂直に保 持される。更に、磁気異方性センサ１は、電動モータからなる回転機構５によっ てその軸線を中心に回転自在である。また、磁気異方性センサ１にはその回転角 度を検出するための回転角度検出器６が取り付けられている。磁気異方性センサ １、保持機構４、回転機構５および回転角度検出器６によって応力検出器Ａが構 成される。

【００１３】 応力検出器Ａには導線17を介して計測器Ｂが接続されている。図９に示す計測 器Ｂは、公知（先行技術１）のものであるが、以下に概略説明する。コントロー ラ９は、全方向脱磁装置２および回転機構５の動作を制御する機能を有している 。第１増幅器９は、磁気異方性センサ１からの電圧を増幅する機能を有している 。第２増幅器10は、回転角度検出器６からの電圧信号を増幅する機能を有してい る。第１変換器11は、第１増幅器９からのアナログ電圧信号をディジタル電圧信 号に変換する機能を有している。第２変換器12は、第２増幅器10からのアナログ 電圧信号をディジタル電圧信号に変換する機能を有している。計測器Ｂによって 第１変換器11の出力の最大値を検出し、同時にその時の第２変換器12の出力の読 み取りがなされる。

【００１４】 図１に示すように、磁気異方性センサ１の周囲には、全方向脱磁装置２が設け られている。全方向脱磁装置２は３個のヨーク型脱磁器2a、2b、2cからなってい る。ヨーク型脱磁器2a、2b、2cの各々は、互いに60°の角度で交差しており、各 ヨーク型脱磁器の両端は、磁気異方性センサ１を中心としてその周囲に60°の角 度毎に位置している。全方向脱磁装置２には、脱磁電源装置（図示せず）が接続 され、該脱磁電源装置によって全方向脱磁装置２に三相交流電力が供給される。 全方向脱磁装置２は、その外側の外筒13およびその内側の内筒14によって囲まれ て設けられている。

【００１５】 第１実施態様の作用は、以下の通りである。図２は全方向脱磁装置およびその 原理を説明する斜視図、図３は全方向脱磁の脱磁状態を説明する平面図である。 脱磁電源装置（図示せず）によって全方向脱磁装置２に三相交流電力（Ｒ相、Ｓ 相、Ｔ相）を供給すれば、三相交番磁界による誘導電動機の回転と同様に、磁界 は図３に矢印で示すように自ら回転し、無方向性となる。図１中の（Ｒ＋）、（ Ｒ−）、（Ｓ＋）、（Ｓ−）、（Ｔ＋）、（Ｔ−）がヨーク型脱磁器に流れる三 相交流を示している。

【００１６】 更に、三相交流電力電圧または電流を徐々にゼロに絞ることにより、消磁が成 される。

【００１７】 上記の如く、磁界は回転しながらゼロとなり、全方向脱磁が可能となる。

【００１８】 全方向脱磁装置２により磁化履歴および応力履歴等の履歴を除去した後、応力 検出器Ａおよび計測器Ｂによって被測定物の応力を測定する。

【００１９】 次に、この考案の第２実施態様を説明する。図４はこの考案の装置の第２実施 態様を示す平面図である。第２実施態様においては、全方向脱磁装置として、１ つのヨーク型脱磁器を用いる。即ち、外筒13と内筒14間にヨーク型脱磁器2dを設 け、磁気異方性センサ１を回転させる電動モータ４用ピニオン15（図８に示す） に、内筒14を接触させてヨーク型脱磁器2dを内筒14とともに回転可能とする。そ して、ヨーク型脱磁器2dに脱磁電源装置（図示せず）によって交流電力を供給す るとともにヨーク型脱磁器2dを磁気異方性センサ１を中心として図４中矢印に示 すように回転させる。これにより磁界は回転し、無方向性となり、第１実施態様 と同様の全方向脱磁が可能となる。

【００２０】 この考案の応力自動測定装置は、次のような測定に適用することができる。 熱延剛板の精整ライン、冷延鋼板圧延精整ライン、電磁鋼板圧延精整ライン および厚板鋼板圧延精整ラインにおける残留応力の測定。 溶接、または機械工作物の製作および加工時の残留応力の測定。

【００２１】

【実施例】

この考案の装置とＮＣ旋盤のＸＹスキャナー装置等を組み合わせ、以下の工程 で応力測定を行なった。 ＸＹスキャナーにより、目標測定点へ移動する。 脱磁器により、全方向脱磁する。 磁気異方性センサにより主応力を測定する。 ＸＹスキャナーにより、次の目標測定点へ移動する。 以下、〜を繰り返す。

【００２２】 上記装置によって自動で応力測定を行なった場合の全方向脱磁時間は、第１実 施態様に示す三相交流電力の供給による方式で約３秒である。また、第２実施態 様に示すヨーク型脱磁器自体を回転させる方式でも全方向脱磁時間は約10秒であ る。従って、1200mm幅の鋼板の場合では、第１実施態様で応力測定に９分、 (即 ち、３秒×180 点）の時間しかかからない。これは、従来の２軸応力場の応力測 定方法と比べ、約１／40の時間であり大幅な作業時間の短縮となる。また、第２ 実施態様でも、1200mm幅の鋼板の応力測定時間は、30分 (即ち、10秒×180 点) 程度と短い。

【００２３】 更に、前述のように、応力測定は脱磁の直後に行なわれるので、精度の高い測 定が可能である。

【００２４】

【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、脱磁に要する時間が大幅に短 縮され、迅速且つ精度良く鋼板等の２軸応力場の応力測定をすることができる工 業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の装置の第１実施態様を示す平面図

【図２】全方向脱磁装置およびその原理を説明する斜視
図

【図３】全方向脱磁の脱磁状態を説明する平面図

【図４】この考案の装置の第２実施態様を示す平面図

【図５】１方向脱磁装置およびその原理を説明する斜視
図

【図６】１方向脱磁による脱磁状態を説明する平面図

【図７】従来の応力測定装置を示す部分断面図

【図８】従来の応力測定装置を示す平面図

【図９】計測器の回路図。

【符号の説明】

Ａ 応力検出器 Ｂ 計測器 １ 磁気異方性センサ ２ 脱磁装置 2a、2b、2c、2d ヨーク型脱磁器 ４ 保持機構 ５ 回転機構 ６ 回転角度検出器 ８ コントローラ ９ 第１増幅器 10 第２増幅器 11 第１変換器 12 第２変換器 13 外筒 14 内筒 15 電動モータ用ピニオン 16 被測定物 17 導線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 篠原 正典 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)考案者 檀上 賢一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)考案者 山本 博之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)考案者 西森 道男 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)考案者 境 禎明 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項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
   定物の上面に回転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って接続された、前記応
   力検出器の検出結果から前記被測定物の応力を計測する
   ための計測器とからなる応力自動測定装置において、 前記応力自動測定装置は、被測定物に残留している磁化
   履歴および応力履歴等の履歴を除去するための前記磁気
   異方性センサの外側に設けられた全方向脱磁装置と、前
   記全方向脱磁装置に電力を供給するための脱磁電源装置
   とを備えることを特徴とする応力自動測定装置。
2. 【請求項２】 前記計測器は、前記全方向脱磁装置およ
   び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増幅器からのアナログ電圧
   信号をディ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増幅器からのアナログ電圧信号をディジタ
   ル電圧信号に変換するための第２変換器とからなり、前
   記第１変換器の出力の最大値を検出し、同時にその時の
   第２変換器の出力を読み取る請求項１記載の装置。