(57)【要約】【課題】汎用性に優れると共に、きわめて容易かつ低コストにロール軸の寿命を予測検知し、その破断事故を未然に防止することが可能なロール軸の破断予測方法およびロール軸のき裂長検出装置を提供する。【解決手段】製紙機械などにおけるロール軸３ｂに対し、電磁センサ１により交流磁場を与えると共に、そのロール軸３ｂに反作用磁束を発生させ、前記電磁センサ１がロール軸３ｂに生じたき裂長と相関した反作用磁束測定データ値を検出し、且つ、予め入力される測定ロールデータとロール操業データとロール軸材質のき裂伝播速度などから破断に至るまでの許容き裂長を演算し、前記許容き裂長と前記反作用磁束測定データ値を比較してロール軸３ｂが破断に至る状態になっているか否かを判断する。【選択図】      図１
2005043184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙機械などにおけるロール軸に対して電磁センサにより交流磁場を与えると共に、そのロール軸に反作用磁束を発生させることにより、
前記電磁センサがロール軸に生じたき裂長と相関した反作用磁束測定データ値を検出し、
予め入力される測定ロールデータとロール操業データとロール軸材質のき裂伝播速度などからロール軸の破断に至るまでの許容き裂長を演算し、
前記許容き裂長と前記反作用磁束測定データ値とを比較してロール軸が破断に至る状態になっているか否かを判断する
ことを特徴とするロール軸の破断予測方法。
【請求項２】
電磁センサが測定した反作用磁束測定データ値から得られたき裂長と、測定ロールデータとロール操業データとロール軸の材質のき裂伝播速度などから演算して得られた許容き裂長とを比較して、破断に至るまでの余寿命を演算する
ことを特徴とする請求項１記載のロール軸の破断予測方法。
【請求項３】
製紙機械などにおけるロール軸に与えられる渦電流により発生される反作用磁束のデータ値を測定する電磁センサと、
前記電磁センサからの信号を処理してき裂長と相関した電圧データに処理する信号処理回路と、
測定ロールデータ，ロール稼働時の操業データおよびロール軸材質のき裂伝播速度などから許容き裂長を演算する演算処理回路と、
電磁センサの測定したき裂が前記演算回路で演算した許容き裂長に達するまでの余寿命を演算する演算処理回路と、
電磁センサの測定したき裂長に相関した電圧データと許容き裂長とを比較し判定する回路と外部に報知する手段と、
演算処理結果を画面表示する機能およびデータ保存機能を備える
ことを特徴とするロール軸のき裂長検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汎用性に優れると共に、きわめて容易かつ低コストにロール軸の寿命を予測検知して、その破断事故を未然に防止することが可能なロール軸の破断予測方法およびロール軸のき裂長検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般に製紙機械などにおけるロール軸の破断メカニズムは、図６に示すように定義される。すなわち、図６（Ａ）はロール軸とロールの正面図を示すと共に、図６（Ｂ）はその側面図を示し、図６（Ｃ）は図５（Ａ）における中心線上の断面の要部拡大図を示す。また、同各図において、ａはロール、ｂはロール軸、ｃは連結部（付け根部分）、ｄはフェルト、ｅはき裂発生部位におけるき裂（クラック）である。
【０００３】
ロール軸ｂは、ロールａおよびロール軸ｂの自重Ｗとフェルトｄの引張力Ｔ，Ｔ’が負荷された状態で回転する（図６（Ｂ）参照）。この際、形状不連続の場所であるロールａとロール軸ｂの付け根部分である連結部ｃの軸長手方向の表面応力としては、圧縮と引っ張りの両振りの繰返し曲げ応力が負荷されることとなる。この繰返し曲げ応力により応力集中の起きる連結部ｃでは、ロール軸ｂの表面から微小のクラックｅが発生する。
【０００４】
そして、なおも続く繰返し応力により微小のクラックｅはロール軸ｂの中心部に向かって進展し、不安定破壊を起こす限界き裂長に至って破断が生じるものと推定されている。しかし、従来のロール軸ｂの破断を予測する方法としては、ユーザーが経験的にこれを判断する以外になかった。また、ロール軸ｂなどに生じたき裂を検出する方法としては、カラーチェックでの判定により、連結部ｃの表面に存在するき裂を検出する以外に好適な判断方法はなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のカラーチェックによる判定は、ロール軸ｂなどに生じた表面き裂は確認できても深さ方向のき裂長を測定することはできず、単にロール軸ｂなどにき裂が生じているか否かを検出するだけの方法であり、手軽に使用してロール軸ｂなどに生じた表面き裂が、破断に至るまでのき裂深さであるか否かまでを判定しようという類のものではなかった。
【０００６】
この発明は、上記のような事情に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、汎用性に優れると共に、きわめて容易かつ低コストにロール軸の寿命を予測検知し、その破断事故を未然に防止することが可能なロール軸の破断予測方法およびロール軸のき裂長検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のロール軸の破断予測方法は、製紙機械などにおけるロール軸に対して電磁センサにより交流磁場を与えると共に、そのロール軸に反作用磁束を発生させることにより、前記電磁センサがロール軸に生じたき裂長と相関した反作用磁束測定データ値を検出し、予め入力される測定ロールデータとロール操業データとロール軸材質のき裂伝播速度などからロール軸の破断に至るまでの許容き裂長を演算し、前記許容き裂長と前記反作用磁束測定データ値とを比較してロール軸が破断に至る状態になっているか否かを判断することを特徴とする。
また、請求項２記載のロール軸の破断予測方法は、請求項１記載の発明において、電磁センサが測定した反作用磁束測定データ値から得られたき裂長と、測定ロールデータとロール操業データとロール軸の材質のき裂伝播速度などから演算して得られた許容き裂長とを比較して、破断に至るまでの余寿命を演算することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３記載のロール軸のき裂長検出装置は、製紙機械などにおけるロール軸に与えられる渦電流により発生される反作用磁束のデータ値を測定する電磁センサと、前記電磁センサからの信号を処理してき裂長と相関した電圧データに処理する信号処理回路と、測定ロールデータ，ロール稼働時の操業データおよびロール軸材質のき裂伝播速度などから許容き裂長を演算する演算処理回路と、電磁センサの測定したき裂が前記演算回路で演算した許容き裂長に達するまでの余寿命を演算する演算処理回路と、電磁センサの測定したき裂長に相関した電圧データと許容き裂長とを比較し判定する回路と外部に報知する手段と、演算処理結果を画面表示する機能およびデータ保存機能を備えることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係るロール軸のき裂長検出装置を示す概略構成図である。
【００１０】
図１に示すように、例えばロール軸３ｂに発生したき裂（クラック）３ｄのき裂検出に用いるき裂長検出装置は、電磁センサ１を使用したき裂検出部と信号処理回路および検出回路部４とにより構成される。電磁センサ１は、交流磁場を与える作用を有し、ロール軸３ｂを構成している導電性金属に近づけるとロール軸３ｂに渦電流を発生させ、また渦電流により発生された反作用磁束を測定する機能を持つ。
【００１１】
すなわち、コイルに交流電流を流し交流磁束を発生させ、この状態で金属等の導電物（この場合ではロール軸３ｂ）に近づけると、ロール軸３ｂに渦電流が流れて反作用磁束が発生する。この反作用磁束は、ロール軸３ｂに生じたき裂３ｄの影響を受けることとなる。このように、ロール軸３ｂに渦電流を生じさせた場合には、ロール軸３ｂに生じる渦電流も異なり、また生じる反作用磁束も異なる。この反作用磁束を電磁センサ１で検出すると、ロール軸３ｂにき裂３ｄがない時の電圧データとロール軸３ｂにき裂３ｄがある時の電圧データの差は互いに異なることになる。したがって、き裂ナシの状態の電圧データとき裂がある状態の電圧データとの差から、破断を予測することができることとなる。
【００１２】
なお、ロール軸３ｂに生じるき裂箇所は、図２に示すように、ロール３ａおよびロール軸３ｂとの連結部（付け根部分）３ｃにおいて、特に応力集中が起きるためこの応力集中部となる連結部３ｃにはクラック３ｄが発生し易く、ロール軸３ｂが破断することとなる。
【００１３】
以下、その連結部分３ｃに発生するクラック３ｄを事例として、ロール軸のき裂長検出装置の構造を説明する。
【００１４】
信号処理回路および検出回路部４は、電磁センサ１により検出された発生反作用磁束をロール軸３ｂのき裂長に相関した電圧データとして測定処理する。具体的には、信号処理回路２は、電磁センサ１からの反作用磁束測定データ値を検出するとともに、これを信号処理してき裂長に相関した電圧データ値を出力する処理回路と、入力された測定ロールデータおよびロール操業データから得られた破断までの許容き裂長などと比較するコンパレータ５と、コンパレータ５からの許容き裂長に達しているかの信号が出力されるとオフからオンに切り替わるスイッチ手段としてのトランジスタ６と、このトランジスタ６がオンに切り替わった時に点灯する判定用ＬＥＤ７と、ＬＥＤ７点灯時に外部警報用の信号を出力するための出力端子８を設けている。
【００１５】
なお、入力データ１３における測定ロールデータは、ロール自重、軸受−連結部間距離、ロール軸径、ロール軸材質のき裂伝播速度、ロール軸材質のき裂靭性値などであり、ロール操業データはロール回転速度、フェルトの張力などである。
【００１６】
許容き裂長演算回路９は、入力データ１３のデータからロール付け根３ｃにおけるロール軸３ｂの表面部の応力値を演算する。この応力値は、ロール３ａの回転でロール軸３ｂの付け根３ｃ部分に圧縮と引っ張りの両振りが生じ、ロール回転ごとに生じるき裂進展長さを演算し、入力されたロール軸３ｂの径からロール軸３ｂ毎の許容き裂長を演算する。
【００１７】
余寿命演算処理回路１０は、演算されたロール回転ごとに生じるき裂進展長さと入力されたロール回転速度から電磁センサ１の測定したき裂長が破断に至るまでにどの程度の寿命期間があるかを演算する処理機能である。
【００１８】
データ保存機能１１は、入力データ１３および許容き裂長およびユーザーが任意に測定した電磁センサ１の測定データおよびその測定時の破断に至るまでの余寿命の保存および呼び出しの機能を設けている。
【００１９】
表示１２は、入力データおよび許容き裂長およびユーザーが任意に測定した電磁センサ１の測定データおよびその測定時の破断に至るまでの余寿命データを表示する機能と、電磁センサ１が測定した電圧値をメーターに表示する機能を設けている。
【００２０】
ここで、一実施例に基づきき裂長に対する電磁センサ測定の有効性について説明する。
（実施例）
図３（Ａ）に示す形状の試験片１４を、鋼材Ｓ５０Ｃで作製する。そして、この試験片１４の貫通穴１４ａ部に冶具を挿入し、引っ張りの単純繰返し応力を加え、応力集中箇所１４ｂにき裂３ｄを進展させた。なお、この方法は、ロール軸の破断メカニズムと同じである。その後１４ｄ部を削り取り、図３（Ｂ）に示す形状のＬ形試験片を数個用意した。
【００２１】
そして、き裂３ｄを入れたＬ形試験片のき裂長さを顕微鏡により測定した。測定した結果、４個のＬ形試験片にはそれぞれ５ｍｍ、６．２ｍｍ、８．１ｍｍ、１０．２ｍｍのき裂が入っていた。一方、この各Ｌ形試験片を、図４に示すように、電磁センサ１でも測定した。その結果は図５に示すような値が得られた。なお、測定に際して、き裂の入っていないＬ形試験片も用意して測定を行った。
【００２２】
すなわち、図５は、横軸に顕微鏡測定によるき裂長、縦軸に電磁センサの測定値をプロットした結果を示しているものである。この結果より、き裂が長くなればなるほど、電磁センサ１の測定値は高い電圧値になる傾向が見られた。
【００２３】
このような測定結果から、Ｌ形試験片のき裂長に対して、電磁センサの測定値がほぼ相関したデータ値となることが判明し確認することができた。したがって、この電磁センサ測定法は、新たな信頼性を有する破断予測測定法であることが確認されたものである。
【００２４】
このように、この実施例によれば、次のような測定作用をなす。すなわち、電磁センサ１を近づけ、交流磁場を与えてロール軸３ｂに渦電流を発生させ、結果として生じる反作用磁束測定データ値を信号処理して電圧データとして得る。次いで、ロ−ル操業データおよびロールデータから得られた事前に演算された許容き裂長データとの比較をコンパレータ５で行う。
【００２５】
コンパレータ５により許容き裂長以上のき裂に達したことを検出されると、スイッチングトランジスタ６がオンからオフに切り替わり、判定ＬＥＤ７が導通点灯し、それを管理者などに報知することができる。これにより、タイミングよくロール３ａの交換時期を判別し、破断に至ることを防止することが可能となる。また、電磁センサ１で測定したき裂長時における余寿命をロール軸材質のき裂伝播速度およびロール軸の回転速度から演算し、表示することができる。
【００２６】
したがって、き裂の発生の有無の検出のみならず、深さ方向に進展するき裂長の状態を検出することができるロール軸の破断予測方法およびロール軸のき裂長検出装置を、汎用に優れると共に、きわめて容易かつ低コストに提供することができる。
なお、上記実施の形態では、ロール軸３ｂが許容き裂長に達したときに、判定ＬＥＤ７を点灯させて報知するようにした構造を開示したが、これは音などで報知するようにしてもよいものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、従来のようにカラーチェックでロール軸などき裂があるか否かを検出するだけではなく、深さ方向に進展するき裂長の状態を検出することができるロール軸の破断予測方法およびロール軸のき裂長検出装置であって、汎用性に優れると共に、きわめて容易かつ低コストにロール軸の寿命を検知し、破断を予測してロール軸の破断事故を未然に防止するなどのきわめて有益な効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係るロール軸のき裂長検出装置を示す概略構成図である。
【図２】電磁センサによるロール軸測定を示す説明図である。
【図３】き裂試験片の説明図である。
【図４】き裂試験片の測定方法の説明図である。
【図５】き裂試験片を電磁センサで測定した結果を示すグラフである。
【図６】ロール軸の破断メカニズムの説明図である。
【符号の説明】
１  電磁センサ
３ａ  ロール
３ｂ  ロール軸
３ｃ  連結部
３ｄ  き裂
４  信号処理回路および検出回路部
５  コンパレータ
９  許容き裂長演算処理回路
１０  余寿命演算処理回路
１３  入力データ
【図１】
2005043184.tif 000003
【図２】
2005043184.tif 000004
【図３】
2005043184.tif 000005
【図４】
2005043184.tif 000006
【図５】
2005043184.tif 000007
【図６】
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