(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素線をより合わせた芯線の上に形成された被覆の厚さを測定する膜厚測定機において、
被覆より線の周囲に配置され、当該被覆より線と離して配置される電磁気変位計と、
電磁気変位計と被覆より線との間隔を測定する間隔測定器と、
電磁気変位計と間隔測定器との測定結果から被覆の厚さを演算する手段とを有し、
電磁気変位計は、当該電磁気変位計から芯線までの距離を計測し、
被覆の厚さを演算する手段は、電磁気変位計の測定結果から間隔測定器の測定結果を順次減算し、周期的に変化する減算結果の極大点から被覆より線のクラウン部における被覆の厚さを求めるようにしていることを特徴とする被覆より線の膜厚測定機。
【請求項２】
測定する被覆線の芯線と同一サイズの被覆の無い線材に対し、電磁気変位計の出力により計測された電磁気変位計から線材までの計測結果と、電磁気変位計から線材までの実際の距離とを一致させる電磁気変位計の出力補正式に基づいて電磁気変位計の出力を補正する手段を具えることを特徴とする請求項１記載の被覆より線の膜厚測定機。
【請求項３】
被覆より線のうち被覆がなく芯線が露出した箇所において、電磁気変位計と間隔測定器との測定結果が同一となるように、電磁気変位計の計測結果を補正して、膜厚を補正する手段を具えることを特徴とする請求項１記載の被覆より線の膜厚測定機。
【請求項４】
被覆より線の周囲に配置される電磁気変位計と間隔測定器とのそれぞれを複数個具えることを特徴とする請求項１記載の被覆より線の膜厚測定機。
【請求項５】
各電磁気変位計および間隔測定器の中心に被覆線の中心が一致するように、各電磁気変位計または間隔測定器の測定結果に基づいてこれら変位計および間隔測定器を移動する手段を具えることを特徴とする請求項４記載の被覆より線の膜厚測定機。
【請求項６】
対応する電磁気変位計および間隔測定器を一組とし、複数組の電磁気変位計および間隔測定器を、組ごとに被覆より線の長手方向に適宜な間隔で配置し、
各組の計測手段が測定するタイミングを組ごとにずらすことで被覆より線の同一周上を測定できるようにしていることを特徴とする請求項４記載の被覆より線の膜厚測定機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被覆の施されたより線の被覆厚さを測定する装置に関し、特に被覆の表面に凹凸が現れる被覆線の被覆厚さを測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被覆線の偏肉量や膜厚を測定する装置として、次のものが知られている。
まず、非接触式の測定機として電磁センサと光学センサとにより偏肉量を測定するものがある。これは、電磁センサで被覆内の芯線の位置を特定し、光学センサで測定対象の外径を計測して、両者の中心のずれから偏肉量を測定するものである。
【０００３】
電磁センサには高周波が印加されるトロイドトランスを用いる。被覆線に近接したトロイドトランスに高周波を印加すると、誘導により被覆線の芯線にも電流が生じ、その周囲に磁界を発生させる。複数の電磁センサを被覆線の周囲に配置しておき、各センサが同じ強さの磁場を受けるようにセンサの位置を移動させれば、常に各センサの中心に被覆線の芯線が位置することになる。
【０００４】
一方、光学センサには光源とフォトダイオードアレイを用いる。光源とフォトダイオードアレイとの間に位置する被覆線を光源で照らして明暗で表示される投影像とし、投影像をフォトダイオードアレイで走査して外径を測定する。電磁センサの測定により光学センサの中心も芯線の中心に一致するように移動されているので、フォトダイオードアレイにおける被覆線の投影像の位置は被覆の偏肉量に対応する。
【０００５】
また、接触式の測定機として電磁気センサを測定対象に接触させながら回転させて偏肉量を測定するものがある。
その他、超音波を測定対象物に照射して測定する技術もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の装置は主に板状または断面が円形のものを測定対象としており、この技術を応用してエポキシストランド（エポキシ樹脂被覆ＰＣ鋼より線）の被覆厚を測定しようとした場合、次のような問題により正確に測定することが難しい。
【０００７】
▲１▼非接触式の測定機でも測定対象物の表面に大きい凹凸が見られる場合には被覆厚の検出が難しい。一般的なエポキシストランドとして３〜６ｍｍφ程度の素線を６〜９本程度より合わせた芯線にエポキシ樹脂被覆を施したものがあるが、このような製品は被覆表面の凹凸が大きく、高精度の測定ができない。
【０００８】
▲２▼接触式の測定機は測定対象に接触させるプローブが１０〜２０ｍｍφ程度で大きいため、被覆の外から内部の素線を特定して測定することが困難である。特に、エポキシストランドとコンクリートとの定着性を改善するため被覆表面に砂を付着させたものの場合、プローブはエポキシストランドとの接触により摩耗するため測定を行うことができない。
【０００９】
▲３▼超音波式の測定機は、主に測定対象物が平面状の場合にしか利用できない。表面に大きな凹凸のある測定対象物では被覆層表面の反射波、金属素線表面の反射波が共に安定せず、超音波の通過経路も一定でないため、被覆厚を測定することが難しい。
【００１０】
従って、本発明の主目的は、表面に凹凸が現れる被覆より線の被覆厚さを非接触で測定できる装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解消するためになされたもので、その特徴は、複数の素線をより合わせた芯線の上に形成された被覆の厚さを測定する膜厚測定機において、被覆より線の周囲に配置され、芯線までの距離を計測する電磁気変位計と、電磁気変位計と被覆より線との間隔を測定する間隔測定器と、電磁気変位計と間隔測定器との測定結果から被覆の厚さを演算する手段とを有することにある。
【００１２】
ここで、測定する被覆線の芯線と同一サイズの線材に対し、電磁気変位計の出力を同変位計から芯線のクラウン部までの実際の距離と対応するように補正する手段を具えることが好適である。クラウン部とは被覆より線の各素線が外周側に突出したところをいう。
【００１３】
被覆の厚さを演算する手段は、次のいずれかの計算により被覆より線のクラウン部における被覆厚さを求めることができる。
【００１４】
▲１▼電磁気変位計の測定結果から間隔測定器の測定結果を順次減算し、周期的に変化する減算結果の極大点から被覆より線のクラウン部における被覆の厚さを求める。
【００１５】
▲２▼周期的に変化する間隔測定器の測定結果の極小点に対応する電磁気変位計の測定結果から間隔測定機の測定結果を減算し、被覆より線のクラウン部の被覆の厚さを求める。
【００１６】
また、被覆より線のうち被覆がなく芯線が露出した箇所において、電磁気変位計と間隔測定器との測定結果が同一となるように補正する手段を具えることが望ましい。
【００１７】
被覆より線の周囲に配置される電磁気変位計と間隔測定器とのそれぞれは複数個具えることが好適である。これにより、被覆より線における複数箇所の膜厚を測定することができる。
【００１８】
さらに、各電磁気変位計および間隔測定器の中心に被覆線の中心が一致するように、各電磁気変位計または間隔測定器の測定結果に基づいてこれら変位計および間隔測定器を移動する手段を具えることが好ましい。
【００１９】
そして、被覆より線の外径を測定する外径測定器を具え、外径測定器により得られた被覆より線の外径から芯線の外径を減じた変化量と、被覆線の対向する位置を計測する一対の電磁気変位計および間隔測定器から得られた膜厚値の合計とが一致するように補正する手段を具えることが望ましい。
【００２０】
その場合において、補正する手段により得られた補正値を、被覆線の他の対向する位置を計測する一対の電磁気変位計および間隔測定器に適用してもよい。
【００２１】
さらに、外径測定器が測定するタイミングと、電磁気変位計および間隔測定器を１組とする各計測手段が測定するタイミングとをずらすことで被覆より線の同一周上を測定できるように補正する手段を具えることが一層好適である。
【００２２】
なお、上記の本発明装置の測定対象としては、導電性の素線を用い、被覆の表面に凹凸が見られる被覆より線が効果的である。被覆の材質は電気絶縁体であれば特に限定されない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明装置の全体構成の概略を図１に示す。本発明装置は走行するエポキシストランド（被覆より線）の被覆厚さを計測するのに渦流変位計１１〜１４（電磁気変位計）と間隔測定器２１〜２４とを用いる。この変位計と間隔測定器とは測定対象となるエポキシストランドの外周に複数配置され、エポキシストランドの全周における数箇所で膜厚を測定できる。本例では、１つの変位計と１つの間隔測定器とを１組の計測手段として合計４組（間隔測定機１１〜１４，流変位計２１〜２４）設け、エポキシストランドの上下左右における膜厚を測定できるようにした。
【００２４】
渦流変位計１１〜１４，間隔測定器２１〜２４の配置を図２に示す。渦流変位計１１〜１４はエポキシストランドＳの長手方向に適宜な間隔で配置され、それぞれエポキシストランドＳの上下左右に配置されている。また、間隔測定機２１Ａ〜２４Ａ，２１Ｂ〜２４Ｂ  は渦流変位計１１〜１４と対応する位置に設置されている。
【００２５】
ここで、渦流変位計１１〜１４は高周波が印加されるコイルを具えている。コイルに高周波を印加すると、コイルに近接したエポキシストランドＳの芯線には渦電流が生じ、それによって磁界を発生する。その結果、コイルのインピーダンスが芯線との距離に応じて変化するため、このことから芯線までの距離を計測できる。
【００２６】
一方、間隔測定機２１〜２４はレーザ光線を照射する発光部２１Ａ〜２４Ａ  とこのレーザ光線を受光する受光部２１Ｂ〜２４Ｂ  とを具え、両者の間にエポキシストランドＳを挾むように配置されている。発光部２１Ａ〜２４Ａ  は渦流変位計１１〜１４とエポキシストランドＳとを結ぶ線に直交する方向にレーザ光線を照射する。このレーザ光線は、渦流変位計１１〜１４とエポキシストランドＳとを結ぶ線の方向に高速で往復走査され、その一部はエポキシストランドＳで遮光され、残りが受光部２１Ｂ〜２４Ｂに到達することから渦流変位計１１〜１４とエポキシストランドの被覆表面との距離を計測する。従って、渦流変位計１１〜１４の測定結果から間隔測定機２１〜２４の測定結果を減算すれば被覆の厚さを求めることができる。
【００２７】
また、本発明装置は前記の変位計１１〜１４と測定機２１〜２４の他、外径測定器１および線速計２も具えている（図１参照）。外径測定機１は例えば間隔測定機１１と間隔測定機１２の間に配置され、エポキシストランドの被覆外径を計測するものである。外径測定機１も間隔測定機２１〜２４と同様に発光部と受光部とを具え、レーザ光が遮光された範囲からエポキシストランドの被覆外径を求める。また、線速計６はエポキシストランドの走行速度を検出する。
【００２８】
これら渦流変位計１１〜１４，間隔測定機２１〜２４，外径測定機１および線速計２の測定データは全てコンピュータ３に集約される。また、渦流変位計１１〜１４，間隔測定機，外径測定機１は、これら全体をＸ方向およびＹ方向に移動するための微動Ｘステージ４および微動Ｙステージ５に支持されている。各ステージ４，５はモータ６，７により駆動され、そのモータ６，７はコンピュータ３により制御される。コンピュータ３は入力装置としてのキーボード８および出力装置としてのＣＲＴ９を具え、コンピュータ内部で後述する処理を行ってエポキシストランドの膜厚を求める。
【００２９】
まず、膜厚の計測に先立って渦流変位計１１〜１４の調整を行う。通常、図３に示すように、渦流変位計は平面の測定対象に対して出力と測定対象までの距離が比例関係となるように調整され、この関係は直線２５で表される。しかし、エポキシストランドのように表面に凹凸のある測定対象では、渦流変位計の出力と芯線までの距離との関係は曲線２６となる。そのため、渦流変位計の出力と芯線までの距離との関係が実際の曲線に対応するように補正してから渦流変位計を用いる。補正するには被覆のない芯線を測定対象とし、渦流変位計から芯線までの距離を実測すると共に渦流変位計の出力から得られた計測結果も記録し、実測結果と計測結果とが一致するような渦流変位計の出力補正式を品種サイズごとにコンピュータ３に記憶する。
【００３０】
上記の補正を行った変位計を図２に示したようにセットし、エポキシストランドを走行させて膜厚の計測を行う。このエポキシストランドＳは図４に示すような構造をしている。これは、複数の素線１５（ＰＣ鋼線）をより合わせた芯線にエポキシ樹脂の被覆１６を施したもので、被覆の表面に凹凸が形成されている。このエポキシストランドＳの被覆厚を測定する場合、各素線１５の間に形成されるより溝の部分１７と、各素線１５が外周側に突出した箇所とでは被覆の厚さが異なるが、ここでは後者をクラウン部１８とし、その被覆厚さを測定する。
【００３１】
膜厚を測定するには、図５に示すように、渦流変位計１２で同変位計１２から素線７までの距離（Ｌ）を、間隔測定機２２Ａ，２２Ｂ  で渦流変位計１２からエポキシストランドＳの被覆表面までの距離（ｗ）を計測する。そして、膜厚（ｔ）はＬ−ｗにより求めることができる。ただし、クラウン部の膜厚を特定するためには、さらに次の手順が必要となる。
【００３２】
図２に示すように、エポキシストランドの表面は周期的に変化する波状となっている。そのため、間隔測定器の測定結果３０は、図６に示すように、被覆表面の凹凸に対応した周期的な変化を示す。一方、渦流変位計の測定結果３１は芯線表面の凹凸にもかかわらずほぼ一定となっている。この原因は明らかではないが、芯線は複数の素線のより合わせで構成されている上、表面が曲面となっているため、正確な計測が難しいからと推定される。従って、渦流変位計の計測結果３１から間隔測定器の測定結果３０を順次減算すれば、間隔測定器の測定結果３０とは逆位相の周期的な波形の減算結果３２が得られ、この波形の極大点３３がクラウン部の膜厚に相当する。
【００３３】
なお、エポキシストランドは走行よって振動を伴う。この振動が大きい場合には、前記のように順次渦流変位計の計測結果から間隔測定器の計測結果を減算して振動に伴う計測結果の変動分を相殺し、減算結果の極大点がクラウン部に相当すると判断する必要がある。しかし、振動が小さい場合は、間隔測定機の測定結果３０である周期的な波形の極小点３４がクラウン部に相当するため、この極小点３４に対応する渦流変位計の測定結果３１から極小点３４の数値を減算すればクラウン部における膜厚を求めることができる。
【００３４】
以上がクラウン部の膜厚を測定するための基本的な手段であるが、一層正確に測定するには、次のような補正を行えばよい。
【００３５】
（１）  測定開始時の補正
エポキシストランドの端部には被覆がなく芯線が露出した箇所があり、その部分を用いて測定開始時に補正を行うことでより正確な測定ができる。この補正には渦流変位計で露出した芯線表面までの距離（Ｌ０  ）を計測し、同時に間隔測定機でも渦流変位計と露出した芯線表面との間隔（ｗ０  ）を計測する。理論的には両計測値は一致するはずであるが、芯線を構成する素線には製造過程の温度履歴に起因する特性のばらつきが見られるため、両計測値が一致しないことがある。例えば、素線は製造過程で熱処理を受けているが、製造ロットによって熱処理にばらつきがあれば素線の透磁率，導電率などにもばらつきが見られ、結果として渦流変位計の計測結果にもばらつきを生じる。そこで、両計測値の差（Ｌ０  −ｗ０  ）であるαを補正係数とし、Ｌ−ｗ−αにより膜厚（ｔ）を求める。
【００３６】
（２）  連続計測中の補正
同一ロットの素線を用いても各素線の長手方向には前述した製造工程の温度履歴に起因する特性のばらつきが見られる。そのため、測定中にも補正を行ってより正確な計測結果が得られるようにする。この場合には図１に示した外径測定機を用いてエポキシストランドの被覆外径を求めると共に、エポキシストランドの対応する位置を計測する一対の電磁気変位計および間隔測定器から得られた膜厚値の合計値を求める。
【００３７】
図７に示すように、外径測定機により被覆外径（Ｄ０  ）を求め、ストランド上部の渦流変位計１２で芯線までの距離（Ｌ１  ）を、間隔測定機２１Ａ，２１Ｂ  でこの変位計１２と被覆表面との間隔（ｗ１  ）を求め、同様にストランド下部における変位計１１から芯線までの距離（Ｌ２  ）と、この変位計１１と被覆表面との間隔（ｗ２  ）を求める。各測定値は全てコンピュータに出力される。また、芯線の外径（Ｄ１  ）は素線の仕様値から求める。通常、素線の外径は極めて高い精度を有しているため、素線の仕様値から芯線の外径（素線の外径と本数から求められる）を求め、この数値をコンピュータに予め入力して記憶させておけばよい。
【００３８】
そして、Ｄ０  −Ｄ１  の演算によりストランドの対向する位置における膜厚の合計値（Ｔ１  ）を求める。併せて上部の膜厚ｔ１  をＬ１  −ｗ１  により求め、下部の膜厚ｔ２  をＬ２  −ｗ２  により求めて、ストランドの対向する位置における膜厚の合計値（Ｔ２  ）を（Ｌ１  −ｗ１  ）＋（Ｌ２  −ｗ２  ）で求める。理論上、両合計値Ｔ１  ，Ｔ２  は一致するはずだが、前述の理由によりばらつきが見られるため、
（Ｄ０  −Ｄ１  ）−｛（Ｌ１  −ｗ１  ）＋（Ｌ２  −ｗ２  ）｝
の演算結果を補正値βとし、この補正値βにより計測値を補正する。すなわち、ストランド上部における補正後の膜厚ｔ１’は（Ｌ１  −ｗ１  ＋β）で、同下部における補正後の膜厚ｔ２’は（Ｌ２  −ｗ２  ＋β）で求められる。
【００３９】
以上の説明ではエポキシストランドの対向する位置として上下を例としたが、左右などでも同様にして補正を行えばよい。
【００４０】
これらの補正を行う際、各渦流変位計および間隔測定機に対してエポキシストランドが中心に位置するように各変位計および間隔測定機を移動させことが好ましい。例えば、４つの間隔測定機の計測値が一致するように微動Ｘステージおよび微動Ｙステージのモータを制御して変位計や間隔測定値を移動させる。これにより各変位計，間隔測定機からエポキシストランドまでの距離を同一にし、前記の補正を併せて行うことにより一層誤差の少ない計測が期待できる。
【００４１】
さらに、前記の「連続計測中の補正」に際し、エポキシストランドの長手方向にずれて配置された各組の計測手段（渦流変位計および間隔測定機：図２Ｂ参照）の測定タイミングをずらすことで、エポキシストランドの同一周上における複数箇所の膜厚を計測してより補正精度を向上させることができる。
【００４２】
外径測定機１と各計測手段との長手方向の間隔は予め計測し、コンピュータに３入力して記憶しておく。また、エポキシストランド表面の凹凸ピッチＰ（図４Ａ参照）は予めわかっている。従って、外径測定機と各計測手段との距離がこのピッチＰのいくつ分に相当するかを演算し、このピッチ相当分だけ前（後）に計測されたデータを上流（下流）の計測手段の測定結果から抽出すれば外径測定機１が計測した位置と同一周上における膜厚を計測することができる。
【００４３】
例えば、外径測定機，エポキシストランドの上部の膜厚を計測する第一の計測手段および同下部の膜厚を計測する第二の計測手段で同時に計測を行い、それらの計測結果を順次コンピュータに出力する。各計測手段の間隔測定機により得られる周期的変位において、ある極小点から隣接する極小点までの間隔がエポキシストランド表面の凹凸ピッチに対応する。そのため、各間隔測定機のある測定時点のデータから前記ピッチ相当分だけ前（後）の計測データを抽出すれば、外径測定機が測定したエポキシストランドの位置と同一周上のデータを得ることができる。
【００４４】
そして、前記「連続計測中の補正」に際し、ある対向する位置の測定から得た補正値βを他の対向する位置の測定にも利用することで外径測定機の数を減らすことができる。前述した「連続計測中の補正」を行うには、外径測定機とエポキシストランドの対向する位置における膜厚を計測する一対の計測手段とが必要になる。そのため、エポキシストランドの上下，左右について「連続計測中の補正」を行うには原則として２つの外径測定機を用いることになる。しかし、エポキシストランドの上下（被覆線のある対向する位置）の測定から得られた補正値βを左右（被覆線の他の対向する位置）の測定の際にも利用すれば、外径測定機を１つにすることができ、コスト低減を図ることができる。
【００４５】
なお、以上の説明では、４組の計測手段（渦流変位計と間隔測定器）を用いたが、この数は特に限定されない。例えば、本発明装置を測定対象の軸方向に見た場合、６組の計測手段を正六角形の頂点に位置するように配置してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明装置によれば、表面に凹凸のある被覆より線の膜厚を精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の概略説明図である。
【図２】渦流変位計と間隔測定機の配置を示し、（Ａ）はエポキシストランドの軸方向から見た配置図、（Ｂ）はこの軸と直交する方向から見た配置図である。
【図３】渦流変位計の出力と測定対象物までの距離との関係を示すグラフである。
【図４】エポキシストランドを示し、（Ａ）は外観側面図、（Ｂ）は断面図である。
【図５】膜厚の測定原理を示す説明図である。
【図６】渦流変位計，間隔測定機の計測結果と、両者の減算結果を示すグラフである。
【図７】連続計測中に計測結果を補正する手順を示す説明図である。
【符号の説明】
１  外径測定機  ２  線速器  ３  コンピュータ  ４  微動Ｘステージ
５  微動Ｙステージ  ６，７  モータ  ８  キーボード
９  ＣＲＴ  １１〜１４  渦流変位計    ２１〜２４    間隔測定機  ２１Ａ〜２４Ａ  発光部
２１Ｂ〜２４Ｂ  受光部  １５  素線  １６    被覆  １７  より溝  １８  クラウン部
２５  直線  ２６  曲線  ３０  間隔測定機の測定結果  ３１  渦流変位計の測定結果
３２  減算結果  ３３  極大点  ３４  極小点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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