JPH0624723Y2 - 形状検出器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は鋼板，ステンレス板、アルミ板，銅板等の帯状
の薄板金属板の形状検出器に関するものである。

（従来の技術） 薄板金属帯状板のオンラインでの形状検出方式について
は、多数の方式が実用化されており、例えばロールシェ
ル部をリンク状に分割し、当該するシェル部を内筒に設
置したロードセルで支持し、これらのシェルを多数組み
合わせて一本のロールを構成し、本ロードセルの出力か
ら板の形状を知る分割ロール方式形状検出器などが知ら
れている。

しかるに、分割ロール方式の形状検出器では分割接合面
との接触によって、板にスリ疵，腰折れが発生する等の
欠点がある。

（考案が解決しようとする問題点） 本考案は前述の問題点を解消し、薄板金属帯状板の形状
検出に極めて有利な形状検出器を提供することを目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 以上述べた分割ロール方式の問題点を有利に解決するた
め、ロール表面にダイヤフラムを設け、ダイヤフラムの
歪を歪ゲージで検出する形状検出器において、ダイヤフ
ラムはロール長さ方向の中心からロール長さ方向に沿っ
て左右等距離に対に配置し、且つ、対のダイヤフラムは
ロールの回転方向に角度が180度ずれて配置し、点対称
の対のダイヤフラムを複数個設けてなる形状検出器を提
供するものである。

又、本考案の形状検出器では対となるダイヤフラムの歪
ゲージ出力はホイーストンブリッジの同一辺か、あるい
は対辺となるよう結線した形状検出器であり、本考案に
よって多数のダイヤフラムからの出力を集合して検出す
ることが可能となり、アンプ数，素線数が少なくなり、
かつＳ／Ｎ比の向上が可能となるものである。

次に本考案の形状検出器について、第１図により詳細に
説明する。

ロール１の周方向に複数のダイヤフラム２を螺旋状に配
置し、該ダイヤフラム２には半導体歪ゲージ３など歪ゲ
ージを貼付している。ここでダイヤフラム２の設置位置
は例えばａに対してロール巾方向中心から等距離及び回
転方向に180°位相がずれた位置にａ′を配置してい
る。又、ｂに対しｂ′，Ｃに対してｃ′も同様点対称と
なっている。この様にダイヤフラムの配置位置を回転方
向によって位相をずらしたことによって、板５とダイヤ
フラム２の接触はロールの回転によってａ′→ｂ′→
ｃ′と移っていくが常に接触しているのが一点であり、
従って、ダイヤフラム２の信号を全て一つの結線に組み
込むことが可能となった。

第２図に結線法の一例を示した。(a)(b)はダイヤフラム
12個を同一結線としたホイートストンブリッジ例であ
り、(c)はダイヤフラム16個の例である。ここで特徴と
するのは対となるダイヤフラム、例えばａに対して
ａ′、ｂに対してｂ′が必ずブリッジの同一辺か、ある
いは対辺に位置していることである。

第３図はダイヤフラムの配置方法を示したものであり、
(a)に示した様な螺旋状、さらには(b)に示した様に複数
の螺旋状配置等が採用できる。

本考案の作用について説明する。

第１図Ａ−Ａ断面に示す様に、ロール１の上部に被測定
材の板５が通板されている場合、ダイヤフラムａ及び
ａ′の歪、あるいは応力、あるいは電気抵抗値の変化、
あるいは動歪計６からの出力は第４図の左図の様にな
る。

尚、以降の文章では、ダイヤフラムの歪、あるいは応
力、あるいは電気抵抗値の変化、あるいは動歪計６から
の出力を、すべて歪と要約し説明する。

この場合、第４図の縦軸は歪であり、横軸が時間軸であ
る。

即ち、ダイヤフラムには、板の形状を求めるのに必要
な、ダイヤフラムと板との接触による歪と、ロールが、
自身の重み、又、板からの作用力によって発生する曲げ
歪が合成されて発生する。ここで、曲げによる歪は形状
を測定する上で障害となる為、そのキャンセル方法が重
要となる。以下に、キャンセル方法について詳細に述べ
る。

第１図のＡ−Ａ断面図に於て左水平点にダイヤフラム
ａ′が到達した時を出発点として、ダイヤフラムａ′の
歪の時経列的な変化量について説明したのが第４図、左
下である。ダイヤフラムａ′が矢印の方向に回転が進む
と、ロールの曲げによりダイヤフラムａ′には（−）、
あるいは圧縮の歪が発生し、90度回転し頂点に到達した
時最大となる。更に回転が進むと減少し180度回転する
と、（＋）あるいは引張りの歪が発生する。

一方、90度回転した時、ダイヤフラムａ′と板が接触し
板によりダイヤフラムが押圧される為、ダイヤフラム
ａ′が凹状に微小弾性変形する為、ダイヤフラムａ′の
内側に装着している歪ゲージには、急峻な（＋）あるい
は引張りの歪が生じる。

第４図左上はダイヤフラムａの歪を述べており、歪発生
のメカニズムはダイヤフラムａ′と同様である。

ここで、ダイヤフラムａはダイヤフラムａ′に対して回
転方向に180度角度をずらし、且つ、ロール長さ方向の
中心から、等距離に対として設けていることから、発生
歪量は等しく位相が180度ずれた歪量の変化となる。

以上から、ダイヤフラムａ′の歪とダイヤフラムａの歪
を加算すれば第４図右に示す様に曲げによる歪がキャン
セル可能となる。

歪ゲージとホイーストンブリッジを用いた計測に於て、
曲げ歪をキャンセルする方法の概要を説明する。

歪による歪ゲージの抵抗変化量ｒは、歪量をε、歪ゲー
ジの初期抵抗値をＲ、歪ゲージのゲージ率をＫで記号化
するとｒ＝ＲＫεにより求められる。

従って、ダイヤフラムａ′の曲げ歪による抵抗変化量は
ｒ_ａ′＝ＲＫε_ａ′ ε_ａ′：曲げ歪 一方、ダイヤフラムａの曲げ歪による抵抗変化量は ｒ
_ａ＝ＲＫε_ａ ε_ａ：曲げ歪 ここで、ダイヤフラムａ′，ａの歪はレベルが等しく、
位相が180度ずれている為、抵抗変化量も同様であり、
ダイヤフラムａ′の抵抗がｒ_ａ′ 〔Ω〕減少した時、ダイヤフラムａの抵抗がｒ_ａ 〔Ω〕増加し｜−ｒ_ａ′｜＝｜＋ｒ_ａ｜即ち、抵抗変化
量の絶対値が等しく位相が180度ずれた値となる。

歪測定において、絶対値が等しく、正・負の抵抗変化量
をキャンセルするホイーストンブリッジの構成方法は、
第２図の(a)，(b)，(c)の方法が用いられる。

第２図(b)は、対のダイヤフラムａ′，ａを同一辺に組
み込んだ方式であり、この場合、曲げ歪による抵抗変化
量Σｒ＝（−ｒ_ａ′）＋（＋ｒ_ａ）＝０となり、曲げに
よる歪がキャンセル可能となる。

第２図(a)は、対のダイヤフラムａ′，ａを対辺に組み
込んだ方式であり、この場合も、ホイーストンブリッジ
のアンバランス量は、対辺の積と、他対辺の積の差とな
り、ダイヤフラムを組み込んだ対辺の曲げによる歪印加
時の抵抗値の積は、 ΣＲ＝｛３Ｒ＋（−ｒ_ａ′）｝｛３Ｒ＋（＋ｒ_ａ）｝ ここで、｜−ｒ_ａ′｜＝｜＋ｒ_ａ｜＝ｒとすると ΣＲ＝（３Ｒ）^２−（ｒ）^２従って、歪印加以前との差
は、（ｒ）^２〔Ω〕となる。

曲げによる歪を500×10^-6、歪ゲージの初期抵抗値を120
〔Ω〕、ゲージ率を２と仮定し、ｒを算出すると、ｒ＝
0.12〔Ω〕、（ｒ）²＝0.014〔Ω〕となり、（３Ｒ）^２
に対して、１．０８×１０_-5％となり計測上無視が可能
な誤差範囲であり、キャンセル出来たのと同様である。

第２図の(c)についても、同様証明出来るが省略する。

第５図に形状表示までの回路の一例を示した。

即ち、ダイヤフラム２の信号は一つのブリッジに構成
し、スリップリング４を介して動歪計６に接続する。
尚、スリップリング４に変えて回転トランスを使用する
ことも可能である。

一方、高速回転で使用される形状検出器ではダイヤフラ
ムの出力波形の現象そのものが早いため、ダイヤフラム
の位置を検出するセンサー７の信号を用いてトリーガを
かけ、ピークホールド９などの処理を行う。

以上、ダイヤフラム２からの信号及び位置検出センサー
７からの信号を用いて出力信号を読み取り、又、ダイヤ
フラムの位置を識別し、さらには、ダイヤフラムの出力
信号から板の張力，形状に算出するべく機能を持った例
えばマイコン等を使用した読み取り、位置判別器10を介
してCRT等表示計11に形状を表示する。

第６図は表示の１例を示しており、ダイヤフラム位置信
号によってトリガーをかけ、ダイヤフラム出力を読み取
り、CRTには横軸を板巾とし、形状の分布を表示してい
る。

（考案の効果） 以上の方式による形状検出器によって、非常にコンパク
トで精度の高い形状検出器が実現し、その効果は極めて
大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による形状検出器の説明図、第２図は本
考案のホイーストンブリッジの結線の一例を示す説明
図、第３図はダイヤフラムの配置方法を示す説明図、第
４図は本考案の原理を示す説明図、第５図は本考案によ
る形状検出の回路図、第６図は本考案の形状検出器によ
る波形，表示結果を示す説明図である。 １……ロール、２……ダイヤフラム、３……半導体歪ゲ
ージ、４……スリップリング、５……板、６……動歪
計、７……位置検出センサー、８……増巾器、９……ピ
ークホールド装置、10……読み取り位置判別器、11……
表示計。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ロール表面にダイヤフラムを設け、ダイヤ
   フラムの歪を歪ゲージで検出する形状検出器において、
   ダイヤフラムはロール長さ方向の中心からロール長さ方
   向に沿って左右等距離に対に配置し、且つ、対のダイヤ
   フラムはロールの回転方向に角度が180度ずれて配置
   し、点対称の対のダイヤフラムを複数個設けてなる形状
   検出器。