JPH033883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、動いている平らな帯状導電性鋼また
はその他の帯状金属の輪郭すなわち平担度特性を
測定するためのセンサに関するものであり、更に
詳しくいえば動いている帯状材の平担度の変化に
よるその帯状材とセンサの間の電気容量の変化を
測定するこの種のセンサに関するものである。

本発明は、帯状鋼材とくにケイ酸マグネシウム
などのミルガラス（mill glass）被覆を有する種
類の帯状材を製造する方法にとくに有用である。
コイル状に巻かれた帯状材は最終の焼きなましを
受ける場合に、高い温度にさらされることがしば
しばである。ある場合には、焼きなましされた帯
状材は「ボトム・バツクル（bottom buckles）」
として知られている縁部が波を打つている形を呈
すことがある。他の場合には、長い縁部または全
中央部が処理された帯状材となることがある。

それらの全ての特性は望ましくなく、とくに、
ある特定の平担度を求められる用途においてはと
くにそうである。ある場合には、バツクルすなわ
ち波打ちが広範囲に生じたとすると、長い帯状材
が使用できなくなる。他の用途では、ある程度の
バツクルすなわち波打ちは許容できる。

あらゆる場合に、歪み取り工程すなわち熱処理
工程を更に行う必要があるか否かを確認するため
に、処理ラインのある特定の点において帯状材の
平担度特性を連続してモニタできることが望まし
い。

本発明は、そのような帯状鋼材が処理ラインに
沿つて何百メートルという速さで働いている間
に、その帯状鋼材の平担度を決定するためのセン
サを提供するものである。センサの摩耗をなく
し、帯状材の表面、またはその表面に付着されて
いる被覆に傷がつかないようにするために、セン
サは帯状材の表面に接触しないようにして置かれ
る。

このような一般的な種類のセンサは知られてい
る。たとえば、米国特許第3161824号には、鋼材
が１個またはそれ以上の巻線型検出コイルの近く
を通る時に形成された磁気回路の透磁率の変化を
モニタする前記巻線型検出コイルにより、鋼材に
実際に接触することなしにその鋼材の平担度を測
定する方法が開示されている。測定された透磁率
の変化はその鋼材の平担度のずれに関連させるこ
とができる。

米国特許第3502968号に開示されている別の種
類の方法においては、高周波コイルが動いている
帯状材の表面にうず電流を誘導し、その帯状材平
担度が変化した時に生ずる前記うず電流のレベル
変化をピツクアツプコイルが検出する。

そのような誘導うず電流測定装置は平担度の小
さい変化の測定は満足に行えるが、たとえば約
5.1cm（２インチ）台の比較的大きい平担度の変
化の場合には正確でない結果を生ずることがあ
る。更に、それらの方法は非直線的であつて、測
定される材料の磁気特性の差異に感ずる。

本発明のセンサは、センサと動いている帯状導
電性鋼材の表面との間の容量を測定して、その鋼
材の平担度特性の測定値を与えるものである。

本発明によれば、動いている帯状導電体の大き
い表面と平行に隔て全体として平らな下面が配置
される中心に位置している導電性作動板と、全体
として平らな下面と、この下面と作動板の下面が
ほぼ共平面となるように作動板を受け入れる中央
に開孔された開孔部とを有している導電性遮へい
板と、作動板と遮へい板とを電気的に絶縁する手
段と、遮蔽へい板に高周波信号を印加する発振器
と、作動板に接続される第１の差動入力端子と遮
へい板及び発振器の出力端に接続される第２の差
動入力端子とを有している差動増幅器と、遮へい
板と作動板の間の共通信号を打消して作動板と帯
状導電体の大きい表面との間の容量を表わす出力
信号を得るために差動増幅器及び発振器からの出
力信号を減ずる手段とを備えていることを特徴と
する長さが不定の動いている帯状導電体との間の
容量の変化を測定する非接触型のセンサ装置を提
供するものである。

本発明の好適な実施例においては、センサは、
動いている帯状鋼材の大きい上面と大きい下面か
ら隔てられてそれらの表面に向き合わされる全体
として長方形の平らな導電性作動板を備える。動
いている帯状鋼材の同じ大きい表面から隔てられ
てその大きい表面に平行に全体として平らな導電
性遮へい板も位置させられる。その遮へい板は作
動板より僅かに大きい長方形の中心開口部も含
む。作動板は、両方の板の表面のうち動いている
帯状鋼材に向き合つている表面が互いに同じ拡が
りであるようにして、かつ遮へい板に電気的に接
触しないようにして前記開口部の中に位置させら
れる。したがつて、作動板と動いている帯状鋼材
の表面との間の容量の変化を測定できるように、
遮へい板は作動板により発生される電界の縁部を
小さくする。

同じ高周波電気信号が作動板と遮へい板へ与え
られる。このように構成することにより無関係な
容量変化にこの装置が応答することが防がれる。
作動板と動いている帯状鋼材の間の容量が変化す
ると、電源から供給されている電流がその容量変
化に対応する変化を行う。この変化は、センサの
作動板と帯状鋼材との間の距離の逆数に比例する
電圧に変換される。希望によつては、その電圧を
整流し、整流された電圧を低域ろ波して、作動板
と帯状鋼材との間の距離の逆数に比例する直流電
圧を得ることにより、その距離の減少の指示を得
るようにすることもできる。

帯状材の幅全体にわたる平担度特性を測定する
ために、その幅に沿つて複数のセンサを配置する
こともできる。

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明す
る。

まず第１〜３図を参照して、本発明のセンサ１
は、アルミニウムなどのような任意の適当な導電
性材料から作られた平らな遮へい板２を含む。こ
の遮へい板２の、動いている帯状鋼材の上面に向
き合つている下面３は平らである。この遮へい板
２の中央部分には長方形の開口部４が設けられ
る。この開口部は遮へい板２の上面から下面まで
完全に貫通している。遮へい板２の下面３に近
い、開口部４の下側部分には内側に張り出した部
分すなわち棚部５が設けられる。この棚部５は平
らな上面６を有する。

センサ１は全体として長方形の作動板７も有す
る。この作動板７はアルミニウムなどのような任
意の適当な導電性材料から作ることができる。こ
の作動板７の上側部分には、全体として滑らかな
下面を有し、かつ外へ向けられたフランジ８が設
けられる。遮へい板２に関連する上面６の上に非
導電性の環状ガスケツト９が位置させられて、フ
ランジ８がこのガスケツトの上面の上に乗せられ
るようになつている。したがつて、内側に向いて
いる棚部５は作動板７を電気絶縁した状態で支持
する。図示の実施例では、作動板７と遮へい板２
は非導電性接着剤などにより互いに固定できる。
作動板７の下面１０は遮へい板２の下面３とほぼ
同程度に拡がつていることがわかるであろう。ま
た、他の形、または他の構造の作動板と遮へい板
を使用できることもわかるであろう。

全体として平らな導電性カバー板１１が開口部
４の上にかぶせられ、そのカバー板１１の周縁部
はねじ１２などにより遮へい板２に固定される。
同軸ケーブル１５などの中心導体１４を通すため
にカバー板１１に中央開口部１３が設けられる。
作動板７の上面の部分１６（第１図）に中心導体
１４が電気的に固定される。その中心導体１４は
カバー板１１から電気的に分離されていることが
わかるであろう。カバー板１１の上面の部分１８
に同軸ケーブル１５のケーブル・シールド１７が
とりつけられる。この分野においてよく知られて
いるように、ケーブル・シールド１７は適当な非
導電性カバーで被覆できることがわかるであろ
う。

センサ１の上側部分にはＵ形の支持ブラケツト
１９が設けられる。この支持ブラケツト１９は、
隔てられて全体として垂直方向へ延びる一対のフ
ランジ部２０が設けられる。それらのフランジ部
の下端部は外側に延びている脚２１に終端する。
支持ブラケツト１９は、脚２１と、遮へい板２の
上面とに設けられている穴を通る複数のねじ２２
などにより遮へい板２に固定できる。第１図に示
すように、支持ブラケツト１９は、ゴム、プラス
チツク、テフロン（登録商標）などで作られて脚
２１の下面と遮へい板の上面の間に置かれた非導
電性のガスケツトすなわち層２３によつて遮へい
板２から絶縁される。同様に、支持ブラケツト１
９と遮へい板２を電気的に完全に分離するよう
に、ねじ２２の上側部分は部分２４において脚２
１から分離される。

支持ブラケツト１９の、全体として水平方向に
延びるウエブ部２５を構成する、上側部分には、
動いている帯状鋼材の上の支持部材センサ１をと
りつけるための複数の穴２６が設けられる。

希望によつては、開口部４の遮へい板２と作動
板７の間の開放空間部分には適当な絶縁材２７を
詰めることができる。いずれにしても、作動板７
は遮へい板２から電気的に完全に分離される。

同軸ケーブル１５の中心導体１４は高入力イン
ピーダンス演算増幅器Ｚ１の反転入力端子に接続
され、ケーブルのシールドは増幅器Ｚ１の非反転
入力端子と高周波交流電源すなわち発振器Ｇ１に
接続される。この発振器の公称動作周波数は約
100KHzである。温度補償のために増幅器Ｚ１の
反転入力端子と非反転入力端子の間に可変抵抗器
Ｒ１が接続される。演算増幅器の反転入力端子と
出力端子の間に抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ１が並
列に接続される。

増幅器Ｚ１の出力端子はダイオードＤ１のアノ
ードへ接続される。このダイオードのカソード
は、コンデンサＣ２と抵抗器Ｒ３で構成されてい
る低域フイルタを介して演算増幅器Ｚ２の反転入
力端子へ接続される。電源Ｇ１がダイオードＤ２
のカソードに接続される。ダイオードＤ２のアノ
ードが、コンデンサＣ３と可変抵抗器Ｒ３で構成
されている低域フイルタを介して、増幅器Ｚ２の
反転入力端子へ接続される。可変抵抗器Ｒ３は零
調整器として機能する。利得調整器として機能す
る可変抵抗器Ｒ５が、増幅器Ｚ２の反転入力端子
と出力端子の間に接続される。増幅器Ｚ２の非反
転入力端子は接地される。増幅器Ｚ２の出力端子
に現われる電圧Voutは、作動板と、動いている
帯状鋼材の外面との間の距離の逆数に比例する。

次に、この装置の動作を説明する。ほぼ同じ高
周波電気信号が、同軸ケーブルの中心導体１４を
通じて作動板７へ与えられるとともに、ケーブ
ル・シールド１７を通じて遮へい板２へ与えられ
る。増幅器Ｚ１と、ダイオードＤ１とＤ２により
構成されているピーク検出回路との共通モード
は、増幅器Ｚ２の入力端子において、シールドと
作動板の間の共通信号を打ち消すように機能す
る。帯状鋼材の形に関連しない変化の影響を小さ
くするピーク＝ピーク検出回路を用いることによ
り、帯状鋼材の形を一層正確に測定できる。遮へ
い板と作動板に同じ高周波電気信号が存在すると
漂遊容量の影響が無くされるようになり、そのた
めに作動板７は作動板と動いている帯状鋼材の間
の容量変化のみに応答することになる。そのよう
な容量変化が生ずると、抵抗器Ｒ２とコンデンサ
Ｃ１を流れる電流が変化して増幅器Ｚ１の出力電
圧が変化する。この増幅器は微分器と同様に機能
する。この点で、作動板と帯状鋼材の間の距離の
減少に関連する容量の増大に関係する正電圧の上
昇が起る場合には、ダイオードＤ１を電流が流
れ、その電流は増幅器Ｚ２の出力電圧の変化とし
て現われる。その出力電圧の変化は帯状鋼材の容
量変化に比例する。帯状鋼材の平担度の変化を解
析または分類するために、その出力電圧Voutは
チヤート記録器その他の処理器に与えることがで
きる。

環境条件の影響を小さくするものであればどの
ようなものでもこの装置の性能を向上させること
に注意すべきである。たとえば、温度が調節され
ている環境条件では較正周波数が低くなり、かつ
較正の間の確度が高くなる。

本発明のセンサ１の典型的な構造が第４，５図
に示されている。長さが不定の帯状鋼材Ｓが、後
で説明する処理部の間を矢印２８の向きに動く。
その帯状鋼材は回転できるように装置されている
円筒形のロールにより支持される。その支持ロー
ルは折り返えしロールで構成でき、支持構造体３
０により支持される。いずれにしても、帯状鋼材
のアースに対するインピーダンスをセンサ１のイ
ンピーダンスと比較して非常に低く（すなわち、
大容量にする）ことが必なだけである。これを行
う１つの方法は、支持構造体３０を位置３１で接
地することにより行われる。もつとも、ある種の
用途ではこの接地は不必要である。

折り返えしロールとの接触点を過ぎて、帯状鋼
材Ｓは回転できるようにして装置されている一対
の隔てられているオフセツト・ロール３４の間を
全体として水平方向に進む。帯状鋼材Ｓのうち、
折り返えしロール２９とオフセツト・ロール３４
の間を延びる部分は全体として支持されず、僅か
なカテナリー曲線を描く。帯状鋼材の張力が大き
く変化すると（この場合には帯状鋼材は弾ねかえ
り運動を行う）、帯状鋼材の下面はローラなどに
より支持できる。

１個またはそれ以上のセンサ１は、帯状鋼材Ｓ
の上面の上方に狭い間隔をおいて位置させること
ができる。説明のためにセンサ１が帯状鋼材の上
方に位置させるものとしているが、帯状鋼材の下
側または、作動板７の外面が、動いている帯状鋼
材の大きな表面に対して隔てられて位置させられ
る場所であれば、他の任意の位置に置くことがで
きることがわかるであろう。

第４，５図に示す実施例では、センサ１は帯状
鋼材の幅方向に沿つて配置されている。しかし、
たとえば、ボトム・バツクルを最も含みやすい部
分に１個のセンサを配置することもできれば、帯
状鋼材の平担度特性に応じてもつと多くのセンサ
を使用できる。あるいは、第５図にセンサ１ａで
示されているように、ボトム・バツクル領域のよ
うな、帯状鋼材の対象とする特定の領域にセンサ
１を置くことができる。

各センサ１は、帯状鋼材の幅方向へ水平に延び
る支持棒３５にとりつけることができる。このセ
ンサ１は、全部のセンサが支持棒からつり下げら
れ、かつ作動板７の長辺が帯状鋼材の動く方向に
交わる方向へ延びるように、ねじ３６などにより
支持棒３５に固定される。複数のセンサが用いら
れる場合には、各センサに組合わされている高周
波発振器Ｇ１を異なる周波数、たとえば95KHg、
100KHg、105KHgなどで動作させることがで
き、かつ、要求があれば、センサ間の漏話を防ぐ
ために適切なフイルタを使用できる。

次に、このセンサの動作を説明する。センサが
約2.5〜13cm（約１〜５インチ）の範囲にわたつ
て動作するようにセンサをまず較正する。この較
正により、帯状鋼材の表面の平担度のずれをプラ
スマイナス約5.1cm（２インチ）まで測定できる。
帯状鋼材の上面と作動板の間の距離が変化すると
両者間の容量が変化して、前記したように出力電
圧Voutが変化する。帯状鋼材の弾ねかえりをな
くすように張力を制御でき、またはセンサが帯状
鋼材の表面の平担性の変化のみに応答するよう
に、センサの間の共通電圧をなくすことができ
る。更に、実際のずれ、縁部の波打ちの周期を測
定するため、または帯状鋼材の種々の形を格付け
するために自動処理において出力電圧信号を使用
できる。この装置は安価で、多くの用途に使用で
き、かつ厳しい圧延作業環境内で動作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセンサの好適な実施例の部分
断面正面図およびそのセンサに用いる処理電子回
路装置の回路図、第２図は第１図に示すセンサの
平面図、第２Ａ図は本発明のセンサの底面図、第
３図は第１図に示すセンサの端部図、第４図は本
発明の帯状鋼材センサのための好適な装置の概略
部分線図、第５図は複数センサのを用いる本発明
の帯状鋼材センサのための好適な装置の概略部分
正面図である。 １……センサ、２……遮へい板、４……中心開
口部、７……作動板、１１……カバー板、２９…
…折り返えしロール、３４……オフセツト・ロー
ル、Ｇ１……高周波発振器、Ｚ１，Ｚ２……演算
増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 動いている帯状導電体の大きい表面と平行に
   隔て全体として平らな下面が配置される中心に位
   置している導電性作動板と、 全体として平らな下面と、この下面と前記作動
   板の下面がほぼ共平面となるように前記作動板を
   受け入れる中央に開孔された開孔部とを有してい
   る導電性遮へい板と、 前記作動板と遮へい板とを電気的に絶縁する手
   段と、 前記遮へい板に高周波信号を印加する発振器
   と、 前記作動板に接続される第１の差動入力端子と
   前記遮へい板及び発振器の出力端に接続される第
   ２の差動入力端子とを有している差動増幅器と、 前記遮へい板と前記作動板の間の共通信号を打
   消して前記作動板と前記帯状導電体の大きい表面
   との間の容量を表わす出力信号を得るために前記
   差動増幅器及び発振器からの出力信号を減ずる手
   段と、 を備えていることを特徴とする長さが不定の動い
   ている帯状導電体との間の容量の変化を測定する
   非接触型のセンサ装置。 ２ 導電性カバー板を有し、このカバー板は、作
   動板の表面のうち前記帯状導電体の表面から離れ
   ている方の表面から隔てられて配置され、かつ前
   記帯状導電体の表面に向き合う表面を除く全ての
   側面が導電性カバー板と導電性遮へい板により囲
   まれるように、前記遮へい板に電気的に接触する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ３ 前記減ずる手段は、第１の低域フイルタと、
   前記差動増幅器の出力端子と前記第１の低域フイ
   ルタとの間に接続される第１のダイオードと、第
   ２の低域フイルタと、前記発振器と前記第２の低
   域フイルタとの間に前記第１のダイオードとは逆
   極性で接続される第２のダイオードと、前記第１
   及び第２の低域フイルタからの出力を加え合せる
   第２の増幅器とを有し、前記第２の増幅器からの
   出力は前記作動板と帯状導電体の表面との間の容
   量に比例する電圧を含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ４ 前記第１の差動入力端子と第２の差動入力端
   との間に接続されて温度の変化を補償する可変抵
   抗器と、前記第１及び第２のフイルタからの出力
   を平衡させる調整器とを備えていることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５ 前記作動板は長方形であり、この作動板の長
   辺は前記帯状導電体を横切つて延びていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。