JP2006017500A - 走行線材の張力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 走行線材への影響を小さく抑え、かつオンライン測定が可能な張力及び線密度の測定装置を提供する。
【解決手段】 長手方向に走行する線材を前段と後段の２カ所で拘束する２組のガイドローラ装置１０，２０と、前記２組のガイドローラ装置１０，２０に挟まれたスパン部分Ｌにおいて線材１の加振された振動波形を検出する振動変位検出装置４０と、前記２組のガイドローラ装置間距離、及び線材線密度或いは線材張力を入力するとき線材張力或いは線材密度を演算する情報処理制御装置３０により構成され、前記２組のガイドローラ装置の一方は周波数を変化させながら線材を径方向に加振して横振動させる加振装置２７を備えるようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、巻き取り或いは延伸などの作業を行っている走行中の線材の張力或いは、線密度をオンライン計測（線材製品を製作しながらのリアルタイム計測）することにより、線材の品質の向上および品質管理を強化する張力測定装置に関するものである。

大型のリールに巻かれた約２０Ｋｍ程の金属の線材（電線）を１０００ｍ〜２０００ｍ位に切断して、それぞれを小型のリールに巻き取って、小分けする場合、巻き取られる線材の張力が大きいと線材が延びて細く変形してしまう。そのため、線材の巻き取り工程では、巻き取られる線材が走行中に接触している滑車に抵抗を与えることにより張力を調整している。走行線材の張力の値は通常３ローラ式の接触式張力計等で時々計測し、繰出機等の出線機構の制動力を調整したり、中間滑車の軸の摩擦を調整することにより、線材の張力を調整しているが、張力計を線材に接触させ曲げ変形を与えることで、張力に影響を与えたり、線材の品質を損なったりし易い。またそのためオンラインで張力を測定できないため、負荷部材の当接による張力の調整が遅れ、多くの不良品を出してしまうおそれがある。

線材に影響を与えずに張力をオンラインで測定することが求められるが、そのような方法としては、線材加工工程などのローラ等の把持部から把持部の間を走行する線材に対し、環境外乱による自由振動を測定し、それを周波数分析して卓越成分を求め、これと線材支持間距離の値、線材線密度の値及び卓越振動の規準振動次数より線材の張力を演算する方法が提案されている。（特許文献１参照）

以上の他、走行線材の張力をオンラインで測定する装置としては把持の一端において線材走行方向と垂直な方向に急激な速度変化を与え、それにより生じる線材の屈曲変形の波動（横波）の線材走行方向への伝播速度を測定し、それと線材線密度より張力を演算する方法が提案されている。（特許文献２参照）

走行線材の太さをオンラインで計測する方法にはレーザー光を測定対象の線材に投光し、その透過光をフォトダイオードやＣＣＤラインセンサー等で受光しその受光量や受光位置により太さを求める方法などがあるが、機械に仕掛かり中の走行線材の線密度をオンラインで測定する測定器は、必要性が高いにもかかわらず、これまでほとんど開発されていない
特開平９−２１７１３号公報 特開平１０−３０５９６６号公報

３ローラ式の張力測定装置は、前述したごとく、線材に接触し線材を曲げるため、精密なオンライン測定が必要な線材や曲げにより損傷を受けやすい撚り線や曲げ剛性が大きく曲げにもろい光ファイバーなどの加工工程には向いていない。そこで、本発明が解決しようとする課題の（１）は、線材への影響を小さく押さえ、かつオンライン測定が可能な測定装置の提供である。

特許文献１に記述される測定方法は環境の雑音により加振される振動を周波数分析して卓越する周波数より目的とする次数の自由振動数を計測する方法であるため、周波数分析をおこない卓越した周波数を求めるための手段が必要であり、演算等に余分の時間が必要になる欠点があると共に、環境雑音の特性によっては固有振動数の成分が小さく、強制振動による共振振動数より目的とする次数の自由振動数を求める方法に比べ、振動数の精度が得にくい欠点がある

さらに測定振動数から張力を演算する情報処理には線材の走行速度が考慮されていないため、［線材の走行速度］／［横波の波動速度］の値が１に対し無視できない走行速度になると、演算による誤差が大きくなる。従って、本発明が解決しようとする課題の（２）は、精度の高い張力の測定値を迅速に求めるために、強制振動による共振振動数を測定する装置の提供である。また、本発明が解決しようとする課題の（３）は、高速走行する線材の張力測定を可能にするため、走行速度を考慮に入れた演算を行う情報処理制御装置の提供である。

特許文献２に記載される測定法方法は、合成繊維の巻き取り工程のような、曲げ剛性の極度に小さい細い高分子フィラメント線材を計測対象とし、合繊巻き取り機構に設置されている綾振り機構による高速の加振を巧みに利用できる場合には、波動速度の測定を可能にする比較的鋭い屈強部を有する横波の波形が得られるので、きわめて有効であるが、大抵の機械は横波の発生機構は具備されておらず、また曲げ剛性が高分子フィラメントより高い金属やガラスの線材を測定対象とする場合は適用が難しい。従って、本発明が解決しようとする課題の（４）は、金属線材やガラス線材等を扱う工程において、波動速度の測定によらない測定法の提供である。

前記線密度は線材断面の質量の目安となるもので単位長さあたりの体積ではなく単位長さあたりの質量を制御・管理したい場合がある。従って、本発明が解決しようとする課題の（５）は、線密度をオンライン計測できる測定装置の提供である。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、長手方向に走行する線材を前段と後段の２カ所で拘束する２組のガイドローラ装置と、前記２組のガイドローラ装置に挟まれたスパン部分において線材の加振された振動波形を検出する振動変位検出装置と、前記２組のガイドローラ装置間距離、及び線材線密度或いは線材張力を入力するとき線材張力或いは線材密度を演算する情報処理制御装置により構成され、前記２組のガイドローラ装置の一方は周波数を変化させながら前記線材を径方向に加振して横振動させる加振装置を備えるようにしたことを特徴とする走行線材の張力測定装置である。

また、請求項２に記載の発明は、前記２組のガイドローラ装置のそれぞれは、線材の振動を拘束しかつ走行方向の抵抗を低減する機構として、少なくとも２個の溝付きガイドローラが線材を囲むように並設された線材保持機構と、各溝付きガイドローラの線材に対する設置角度を可変とするローラ設置角度設定機構と、当該線材保持機構の２組をスパン長さ可変機構を有する支持台上にまたは別々の支持台上に設置する機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の走行線材の張力測定装置である。

また、請求項３に記載の発明は、加振装置は前記一方の線材保持機構を構成する溝付きガイドローラの一つを、該ガイドローラの軸を介して、それに付設された磁石及び周囲同心に配したコイルよりなる電磁力加振機により，前記ガイドローラ軸の方向に振動させるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の走行線材の張力測定装置である。

また、請求項４に記載の発明は、レーザー光を投光する手段と受光するＣＣＤラインセンサーにより構成されているレーザー変位計、対象物との間の静電容量により変位を測定する静電容量型変位計、対象物との間の距離による渦電流変化により変位を測定する渦電流型変位計の内の一つによって測定スパン間の線材の横振動変位を検出する線材に非接触の振動変位検出装置を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の走行線材の張力測定装置である。

また、請求項５に記載の発明は、前記情報処理制御装置は前記加振装置に必要な振幅と振動数の振動を発生させる制御入力を与える機能を有し、前記振動変位検出装置により測定された振動波形より共振を与える加振周波数を演算し、演算した加振周波数と予め入力された測定スパン距離、線材走行速度、線材線密度或いは線材張力より線材張力或いは線材密度を演算するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の走行線材の張力測定装置である。

本発明は、線材を保持する溝付きガイドローラの一端を直接加振し、共振振動数より張力を演算する方法であるため、加振周波数変化に対し振幅極大を与える振動数（振幅ピークを与える共振振動数）を求めればよく、振幅そのものの値を求める必要がないので振動振幅は小さくてもよく、共振振動数付近の加振では加振振幅を極小さくしても振幅極大を与える振動数を高精度で求めることができる。そのため比較的線材に対する加振力を小さくでき、自由振動を使った方法などに比べ、測定精度を高くできる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る第１の実施の形態の張力測定装置の概略図、図２は図１のレーザー変位計４０の作用を説明するための概略図である。

図１において、線材１の走行路の下側には、支持台１６が配置されていて、線材１の走行路の入口側の支持台１６には線材１の保持と加振の機能を有するガイドローラ装置１０が配置されている。また、線材１の走行路の出口側の支持台１６には線材１を保持するガイドローラ装置２０が配置されている。

そして、線材１の走行路の入口側と出口側の支持台１６の間には、連結板６が設けられていて、ネジにより支持台１６の連結位置を可変して、ガイドローラ装置１０と２０のスパン長さを可変にしたスパン長さ可変機構を構成している。なお、上記の連結板６を使用しない場合には、支持台上１６を入口側と出口側で分離し、ガイドローラ装置１０と２０を別々の支持台上１６に設置してスパン長さを可変できるようにしてもよい。

ガイドローラ装置１０、２０は、共に走行線材１の保持を行うもので、ガイドローラ装置１０が加振の機能を有する点を除けば、略同様の構成である。ガイドローラ装置１０とガイドローラ装置２０は、共に長円状の固定ブロック２に、溝付きガイドローラ１１と、溝付きガイドローラ１２のそれぞれを支持しているローラ軸１１a、１２aが貫通して回転可能に並設されており、溝付きガイドローラ１１、１２は、線材１を囲むように配置されて線材１の振動を拘束しかつ走行方向の抵抗を低減する線材保持機構を構成している。

本実施例でのガイドローラ装置１０とガイドローラ装置２０における線材保持機構は、２個の溝付きガイドローラ１１、１２により構成したもので説明するが、線材保持機構を構成する溝付きガイドローラは、３個あるいはそれ以上線材を囲むように近接して配置したものであってもよい。

また、線材１の走行路の入口側と出口側の支持台１６にはスライドベアリング２１で軸受け部が構成された筒状の軸受け部材１７、１８が固定されている。筒状の軸受け部材１７、１８の上面には、スライドベアリング２１を軸として回転可能に固定ブロック２より一回り大きい長円状のローラ設置角度設定プレート３が取付けられている。ローラ設置角度設定プレート３の一端部には支点としての孔３ａが設けられている。そして、スライドベアリング２１を軸とする設置角度を設定して、孔３ａに挿通した固定用ネジ４によりローラ設置角度設定プレート３を軸受け部材１７または１８の上面に固定して、各溝付きガイドローラ１１，１２の線材１に対する設置角度を固定できるようになっている。

また、固定ブロック２を貫通した溝付きガイドローラ１１のローラ軸１１ａがスライドベアリング２１の孔２１ａに嵌合し、溝付きガイドローラ１２のローラ軸１２ａがローラ軸設定プレート３に設けられた孔３ｂに嵌合している。

以上の構成までは、ガイドローラ装置１０とガイドローラ装置２０は、略同様の構成であるが、ガイドローラ装置１０は軸受け部材１７内に加振装置を備えているので、ここでは、ガイドローラ装置１０の軸受け部材１７における加振装置２７について詳細に説明する。

以下の説明では、ガイドローラ装置２０の溝付きガイドローラ１１、１２と区別するため、ガイドローラ装置１０の溝付きガイドローラ１１を加振ローラ１１、ガイドローラ装置１０の溝付きガイドローラ１２を付属ローラ１２と称する。

加振ローラ１１のローラ軸１１ａは、スライドベアリング２１を貫通しており、その先端には円柱形の永久磁石２２が同軸に固定されている。円柱形の永久磁石２２は、外周にコイル２３が巻かれ底面が支持台１６に固定されて軸受け部材１７内に設置された筒２４内に収納配置されている。筒２４は、コイル２３に電流が流れたときに磁気遮蔽しないような材料、例えば樹脂で形成されている。この筒２４内において、永久磁石２２の上面には軸１１ａに遊嵌されたコイルバネ２５が配置され、永久磁石２２は、筒２４内の上面と底面の中間の位置に保持されており、加振ローラ１１、軸受け部材１７、スライドベアリング２１、永久磁石２２、コイル２３、筒２４、コイルバネ２５が、加振装置２７を構成する。

本実施の形態の張力測定装置１００は、上記した入口側の線材１の保持と加振の機能を有するガイドローラ装置１０、出口側の線材１を保持するガイドローラ装置２０、及びレーザー変位計４０と、情報処理制御装置３０により構成される。

先ず、ガイドローラ装置１０について説明する。加振ローラ１１はローラ軸１１ａの上下運動により加振され線材１に横振動を起こさせる。ローラ軸１１ａはスライドベアリング２１に拘束され上下運動のみ許される構造になっており、その下端には永久磁石２２が付設（固定）され、上下運動はコイルバネ２５により弾性的に拘束されている。コイル２３には制御電流が流され、ローラ軸１１ａ及びその周囲同心にコイル２３を配した電磁力により磁石を駆動することでローラ軸１１ａの上下振動を起こし、加振ローラ１１をその軸方向に振動させる。このようにガイドローラ装置１０は電磁力加振機を構成している。

ローラ軸１１ａ、１２ａは、固定ブロック２により固定結合されており、そのためローラ軸１１ａの上下運動に伴い付属ローラ１２も加振ローラ１１と共に運動する。加振ローラ１１、付属ローラ１２はそれぞれローラ軸１１ａ、１２ａに回転可能に取り付けられており、そのため線材の走行に対する接触抵抗は小さく押さえる構造になっている。

溝付きガイドローラ１１、１２の中心を結ぶ線と線材１の成す角度を変えると線材１に対する両溝付きガイドローラの接触圧力を変えることができる。このため、ローラ設置角度設定プレート３は、スライドベアリング２１の外周に回転自由に嵌合しており、同時にローラ軸１２ａもその先端がローラ設置角度設定プレート３の孔３ｂに回転自由に嵌合している。ローラ設置角度設定プレート３をスライドベアリング２１の外周（ガイドローラ軸１１ａの中心軸周り）に回転させ、ローラ設定角度固定用ネジ４により回転を固定してローラ設置角度を任意に設定できる。

次にガイドローラ装置２０について説明する。ガイドローラ装置１０と同様に、ガイドローラ装置２０は上端に２個の溝付きガイドローラ１１、１２を有し、これにより線材１を保持する。ローラ軸１１ａ、１２ａに対し溝付きガイドローラ１１、１２はスライドベアリング２１により自由に回転する構造とし、両軸は固定ブロック２により固定されている。

ローラ設置角度設定プレート３はスライドベアリング２１にその周りに回転自由となるよう嵌合され、ローラ軸１２ａの下端はローラ設置角度設定プレート３の孔３ａに回転可能に嵌合されている。このため、２個の溝付きガイドローラ１１、１２と線材１の接触抵抗力は、ローラ設置角度設定プレート３をスライドベアリング２１の周りに回し、２個のローラ軸１１ａ、１２ａを結ぶ線と線材１の成す角度を変えることにより調整できる。

次に、走行線材１における張力測定について説明する。ガイドローラ装置１０により加振されると走行線材１は振動し、その横振動すなわち図１における上下方向の振動は、支持台１６上の適当な位置に固定された固定部材１９を介して支持された振動変位検出装置（以下の説明ではレーザー変位計を例にとって説明する）４０により測定される。

レーザー光源４１からのレーザー光は走行線材１に入射され、その反射光はＣＣＤラインセンサー４２で受光される。ＣＣＤラインセンサー４２上の受光位置は図２に示すように走行線材１の上下方向位置により変化するので、その受光位置より走行線材１の上下方向変位を検出し、走行線材１の振動波形を出力する。

レーザー変位計４０は上記の反射光式以外に透過光式のものを用いることもできる。その場合はレーザー光源４１とＣＣＤラインセンサー４２は図１において紙面に垂直な方向に線材１を挟んで対置される。線材１が金属線材の場合には、走行線材１の変位の測定に上記レーザー変位計４０の代わりに静電容量型非接触変位計或いは渦電流型非接触変位計を使用するのが、効果的である。

情報処理制御装置３０のシステムと情報の流れは次の通りである。測定に先立ち、測定対象スパンの長さＬ、測定に使用するモード次数ｎ、線材１の走行速度Ｖ、線材１の密度ρ等が外部入力装置３３から演算部３５へ入力される。

演算部３５は予め定められた制御指令に従い、ガイドローラ装置１０の加振ローラ１１に振動数ｆ、振幅ｈ₀の振動を行わせる情報を波形発生回路３２に対し出力し、波形発生回路３２は上記振動数、振幅を発生させる電流をガイドローラ装置１０のコイル２３に与える。この時レーザー変位形で検出した振動波形がインターフェース回路３４を通して演算部３５に入力される。

演算部３５では出力された加振ローラの振動数ｆ、加振振幅ｈ₀、入力された線材１の振動の振幅ｈが記憶され、必要に応じ、表示装置５０に出力して表示される。以上の加振、計測、記録を、演算部の制御指令に従い、加振ローラ１２の振動数ｆと振幅ｈ₀を変えて順次行い、振動数変化に対し、振幅比τ＝ｈ／ｈ₀が極大を与える振動数ｆ_nを求める。ｆ_nは振動数変化に対し第ｎ番目の極大を与える振動数、すなわち第ｎ次の共振振動数である。

（ａ）張力測定の場合
予め入力されている測定対象スパンＬ、線材の線密度ρ、線材の走行速度Ｖと、測定より得られた第ｎ次共振振動数ｆｎより、次式の演算により張力Ｔが算出される。

（ｂ）線密度測定の場合
線材張力が別の測定方法で求められる場合、或いは張力が測定対象機械の構造上運転中に変化せず一定と見なせ、その値が分かっている場合には、外部入力装置より入力された線材張力Ｔ、測定対象スパンＬ、線材の走行速度Ｖ、及び測定された第ｎ次共振振動数ｆ_nより、次式により線材のスパン間の線密度ρが算出される。

上式は線材のスパン間ではほぼ線密度が一定と見なせる場合に対する線密度を与える式である。走行線材の線密度をオンラインで計測することは通常極めて困難なことであるが、本計測法は、線材の線に沿う方向の線密度の変化の波長がスパンに比べある程度長い場合に有効である．また線材の体積密度が一定の場合には線材の太さのオンライン制御に用いることができる。

以下、情報処理制御装置３０の動作について図３、図４（ａ）〜（ｅ）に示すフローチャートを参照して説明する。
最初Ｓ１において、本測定装置を張力測定用に使うか、線密度測定用に使うかを選定する。
既知物理用として、張力測定の場合には、線材の線密度ρと走行速度Ｖを入力する。線密度測定の場合には、線材張力Ｔと走行速度Ｖを入力する。Ｓ２において、両測定に共通して測定スパンＬと測定共振次数ｎを入力する。

次に本測定装置をマニュアルモードＳ３で使用するか、オートモードＳ６で使用するかの選択をする。マニュアルモードＳ３は共振振動数を探す際の判断を使用者がおこない、また最終精度の判断を使用者がおこなうもので、準備測定等に使用する。

これに対し、オートモードＳ６は予め共振点探索の条件や最終精度を入力しておき、それに従って、共振点の探索を自動で行うものであり、リアルタイム、オンライン計測や制御に使用する。

マニュアルモードＳ３はＳ４において使用者が加振周波数ｆ、加振振幅ｈ₀を選んで加振をおこない、これに対する線材の振幅ｈを測定し、Ｓ５迄のループを繰り返し、トライアルに振幅比τに極大値を与える共振振動数ｆ_nを見出し、それよりサブプログラムＥにより計測モードＳ２３を実行し、張力Ｔ或いは線密度ρを測定し、続いて表示し、終了する。

オートモードＳ６においては、まず、図４（ａ）に示されるサブプログラムＡにおいてスイープ測定条件として、ｆのスイープの上、下限ｆ_p ^*、ｆ_q ^*及びその間の測定個数Ｎを入力する。続いて初期加振振幅ｈ₀ ^*、ｈ測定のフルスケールｈ_f、加振振幅の調整係数ｍ₁、ｍ₂及び共振振動数探索における相対精度を与える係数εを入力する。

上記のスイープ条件より、図４（ｂ）に示されるサブプログラムＢにおいて、測定開始初期値を定め、図４（ｃ）に示されるサブプログラムＣによりスイープ振動数の範囲内のＮ等分された各振動数で順次加振を行い、ｊ＝１〜Ｎに対し、ｊ番目の振動数における線材振幅ｈ（ｊ）を求める。線材の振幅ｈ（ｊ）が大きすぎて測定のフルスケールｈ_fを越える場合や小さすぎて測定精度が取りにくい場合は、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１３のループ或いはこのループのＳ１３を通る経路をＳ１７、Ｓ１９の経路で置き換えたループにより、加振振幅を増減して線材振幅測定のフルスケールに収まるようにする。このときの加振振幅ｈ₀を許容加振振幅Ｈ（ｊ）とする。これよりｊ番目の振動数における振幅比τ（ｊ）＝ｈ（ｊ）／Ｈ（ｊ）を算出する。

次に図４（ｄ）に示されるサブプログラムＤにより、スイープ範囲ｊ＝０〜Ｎにおいて、振幅比τ（ｊ）に最大を与える振動数ｆ（Ｊ）を求める。続いてメインフローのプログラムＳ７によりｆ（Ｊ）の精度を上げる演算をおこなう。すなわちプログラムＳ８により、ｆ（Ｊ）とそれまでに求めた共振振動数ｆ_nと比較し、相対差異がｆより大きい場合には、プログラムＳ１０によりＪ−１〜Ｊ＋１をスイープ範囲としてＣ以下のループを繰り返す。

相対差異がＳ８の条件を満たしたら、これを共振振動数ｆ_nと定め、図４（ｅ）に示されるサブプログラムＥにより線材張力測定の場合は張力Ｔを算出し、線材の線密度測定の場合には線密度ρを算出する。次にこれらを表示する。

計測を連続して継続する場合にはメインフローのＢ以下Ｓ１１までを繰り返す。

［張力測定実施例］
線材線密度ρ＝０．０００１１３ｋｇ／ｍの金属線材について、測定スパンＬ＝０．２ｍ、使用モードｎ＝１により、設定張力を０．１４Ｎ、０．２６Ｎ、０．３６Ｎ、０．４７Ｎ、０．５７Ｎとしたそれぞれの場合に対し、走行速度を０から２５０ｍ／minまで変えて測定した結果を図５に示す。ここで設定張力とは線材が静止状態のとき線材抵抗を変えるバランスウエイトを加減して得られる３ローラ式張力測定器が示す値である。この条件の範囲で誤差は数％以内となり金属線材加工、巻き返しなどのオンライン制御などへの応用可能性が立証される。

［線密度測定実施例］
ａ、ｂ、ｃ、ｄ４種の金属線材について、測定スパンＬ＝０．２ｍ、使用モードｎ＝１の条件の下で、線材張力が０．４９Ｎ、０．６８６Ｎの場合について、線密度を測定した結果を図６に示す。この条件下では線密度のオンライン制御などへの応用が可能であることが立証される。

本発明においては測定スパン両端の支持部を横振動は拘束するが走行に対しては抵抗が小さい溝付きの回転ローラにし接触抵抗を押さえ、一方のローラを線材の横方向に変位加振し、線材の横振動をレーザー変位計等を用い非接触測定することにより、走行線材への接触抵抗を小さく押さえた連続測定を可能にしている。

また、本発明においては一方の支持ローラ部を変位加振することにより線材にほとんど影響を与えることなく確実な強制加振を実現している。従来本発明のごとく走行に対する抵抗のごく小さい支持ローラによる線材の把持が発想されなかったため、設定されたスパン間の線材に接触することなく線材を加振することは、強磁性体の線材に対しマグネット加振器により加振する方法及び軽量で体積の大きい糸に対し音圧で加振する方法以外ほとんど不可能であった。

また、本発明においては線材の走行速度を考慮に入れた理論式を高次規準振動にまで適用可能な形で導き、それを張力を算出する演算部に導入した情報処理制御装置を開発することで高速度走行線材に対する適用を可能にしている。

また、本発明においてはスパン両端のそれぞれのガイドローラを２またはそれ以上（例えば３）を１組とし、それらローラが線材を挟んで対向するように設置することで、あたかも線材が２またはそれ以上のガイドローラのＵ字形の溝が囲んで作る円形の穴を通過するがごとき拘束を実現している。また線材とローラ溝の接触部分のガタを取り除くため、２つのローラの軸を線材の走行方向に垂直な方向に極わずか移動させることにより、線材とローラの溝の接触圧力を加減できる構造にしている。

また、本発明においては走行線材の張力測定装置は線密度が既知の場合、共振振動数の測定より理論式を用いて線材の張力を算出する装置であるが、その全く同じ装置を用いて、線材張力が既知の場合には、同様に共振振動数の測定により上記理論式を用いて線材の線密度を算出することができるので、ソフトプログラムのわずかな違いで、当該の走行線材張力測定装置を走行線材の線密度測定装置として使うことができる。ただし、線密度或いは張力が既知量でないと張力或いは線密度を求めることはできない。

本発明は主に金属線材への応用を中心に進められたが、プラスチック線材、ガラス線材、フィラメントファイバー、ステープルファイバー等広範な素材の走行線材に閲し、張力のオンライン測定或いは線密度のオンライン測定が可能である。

また、省エネルギー、資源の有効利用、機器の軽量化・携帯化などの観点から機器一般のコンパクト化が叫ばれ機器の小型化が進むと使われる線材も細線化が要求され、その結果張力の不正による伸びや切断が生じやすくなり、線材の加工や巻き返し工程において張力或いは線密度をリアルタイムでオンライン制御することが要求される．そうした場面に本測定器は応用可能である。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することがなければ、種々の設計変更が可能であり、前記実施例に限定されないことはいうまでもない。

（ａ）は本発明に係る第１の実施の形態の走行線材の張力測定装置の概略図、（ｂ）はその概略上面図である。 図１のレーザー変位計４０の作用を説明するための概略図である。 図１の情報処理制御装置３０の動作に係るフローチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は、図３のフローチャートを説明するためのサブプログラムである。 金属線材について、測定スパンＬ＝０．２ｍ、使用モードｎ＝１により、設定張力と走行速度との関係のグラフである。 金属線材について、測定スパンＬ＝０．２ｍ、使用モードｎ＝１の条件の下で、線材張力が０．４９Ｎ、０．６８６Ｎの場合について、線密度を測定した結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 線材
２ 固定ブロック
３ ローラ設置角度設定プレート
３ａ 孔
４ ローラ設定角度固定用ネジ
６ 連結板
１０，２０ ガイドローラ装置
１１、１２ 溝付きガイドローラ
１１ａ、１２ａ ローラ軸
１６ 支持台
１７、１８ 軸受け部材
１９ 固定部材
２１ スライドベアリング
２２ 永久磁石
２３ コイル
２４ 筒
２５ コイルバネ
２７ａ 孔
３０ 情報処理制御装置
３２ 波形発生回路
３３ 外部入力装置
３４ インターフェース回路
３５ 演算部
４０ レーザー変位計
４１ レーザー光源
４２ ＣＣＤラインセンサー
５０ 表示装置
１００ 張力測定装置

Claims (5)

1. 長手方向に走行する線材を前段と後段の２カ所で拘束する２組のガイドローラ装置と、前記２組のガイドローラ装置に挟まれたスパン部分において線材の加振された振動波形を検出する振動変位検出装置と、前記２組のガイドローラ装置間距離、及び線材線密度或いは線材張力を入力するとき線材張力或いは線材密度を演算する情報処理制御装置により構成され、前記２組のガイドローラ装置の一方は周波数を変化させながら前記線材を径方向に加振して横振動させる加振装置を備えるようにしたことを特徴とする走行線材の張力測定装置。
2. 前記２組のガイドローラ装置のそれぞれは、線材の振動を拘束しかつ走行方向の抵抗を低減する機構として、少なくとも２個の溝付きガイドローラが線材を囲むように並設された線材保持機構と、各溝付きガイドローラの線材に対する設置角度を可変とするローラ設置角度設定機構と、当該線材保持機構の２組をスパン長さ可変機構を有する支持台上にまたは別々の支持台上に設置する機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の走行線材の張力測定装置。
3. 加振装置は前記一方の線材保持機構を構成する溝付きガイドローラの一つを、該ガイドローラの軸を介して、それに付設された磁石及び周囲同心に配したコイルよりなる電磁力加振機により，前記ガイドローラ軸の方向に振動させるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の走行線材の張力測定装置。
4. レーザー光を投光する手段と受光するＣＣＤラインセンサーにより構成されているレーザー変位計、対象物との間の静電容量により変位を測定する静電容量型変位計、対象物との間の距離による渦電流変化により変位を測定する渦電流型変位計の内の一つによって測定スパン間の線材の横振動変位を検出する線材に非接触の振動変位検出装置を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の走行線材の張力測定装置。
5. 前記情報処理制御装置は前記加振装置に必要な振幅と振動数の振動を発生させる制御入力を与える機能を有し、前記振動変位検出装置により測定された振動波形より共振を与える加振周波数を演算し、演算した加振周波数と予め入力された測定スパン距離、線材走行速度、線材線密度或いは線材張力より線材張力或いは線材密度を演算するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の走行線材の張力測定装置。

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