CN1200783C - 冷轧机的抖动检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是正确且迅速地检测在钢带冷轧中发生的冷轧机的抖动的方法。利用从在轧制中的冷轧机附近测定的音响中导出的多个音响参数来判定抖动发生的有无。音响参数是：在抖动发生中有特征的频带及成为其N次倍音的频带的声强；音响频率分量分布的峰值频率；共振系数；以及峰值强度等。也可以在不同的瞬间对同一参数进行测定及运算，作成多个参数。

Description

冷轧机的抖动检测方法及装置

技术领域

本发明涉及冷轧机的抖动检测方法及装置。特别涉及适合于钢带冷轧中发生的抖动检测的冷轧机的抖动检测方法及装置。

背景技术

迄今，周知在板的冷轧作业中存在着发生称为抖动的轧机的振动现象的情况(例如，《压延百话》(铃木)-「机械的研究」(养贤堂发行)，第48卷第5号，P583～588)。在振动幅度小的情况下，在轧制钢板的表里两面上、在与轧制方向成直角的方向上以一定间距排列的条纹达到可观察的程度，但是，在振动幅度大的情况下，轧制钢板的厚度周期性地变动。在该厚度变动显著的情况下，最小厚度甚至成为最大厚度的1/2以下。此外，振动幅度更大时，厚度变动进一步增大，也有达到板断裂的情况。

图1为发生抖动时，对轧制了的冷轧钢板的厚度偏差(Δt)进行了实测之例。在轧制纵向(L)上发生了周期性的厚度变动。在发生了这样的厚度变动的部分中，在允许范围外的部分(图中，画阴影线的部分)成为不合格部分，在以后的工序或中间工序中将其切除后才作为制品出厂。即，因成品率降低及发生了多余的维护作业有时使生产成本变坏。

进而在发生了钢板断裂的情况下，轧制线被迫长时间停产，生产效率显著变坏。

这样，抖动现象的检测是重要的。此外，在大多数情况下，在抖动中，起始时幅度小的振动在2～3秒之内就发展成大幅度的振动。因而，在每天的作业中，对抖动的发生必须高敏感，且迅速地进行检测，以便采取降低压制速度等处置。

迄今，提出了各种用于检测抖动的方法及装置。

例如，在特公开5-87325号公报中，公开了下述方法，在被轧制钢材纵向上2个部位以上同时测量厚度在该测量厚度之差成为设定值以上时检测为发生了抖动。再有，厚度测量在隔开发生厚度变动的间距大致一半的间隔位置上进行。在此，已知：在冷轧中发生抖动所引起轧制钢板的厚度变动为1～数μm，且变动的时间周期为数十ms。即，对厚度计要求检测分辨力高及响应时间短，同时满足这些性能的厚度计价格很高。在该方法中，必须在本来1台即可的地点上、靠近地设置2台高价的设备，即放射线式厚度计。即，在该方法中，存在着装置成本变高这样的问题。

此外，在特开平8-141612号公报中，公开了利用来自设置在轧机上的振动传感器的检测信号来检测抖动的方法。再有，该检测信号由具有基于轧机各作业条件设定的通过特性的滤波器来处理。

此外，在特公平6-35004号公报中，公开了利用通过了滤波器的、安装在冷轧机机箱内的振动速度传感器的输出的信号来检测抖动的方法。再有，该滤波器具有只通过轧机固有振动频带的振动之作用。

此外，在特开平8-108205号公报中，公开了下述方法，对依据实测值的轧机振动参数及轧机的轧制参数进行频率分析，在其结果的基频整数倍的频率分量超过设定值的情况下判断为发生了抖动。再有，由设置在轧机各部的1个部位以上的振动检测器在运行中的轧机各部中，检测轧机的振动参数。作为被检测和分析的振动参数是各部的振动位移、振动速度或振动加速度。此外，轧制参数是轧机的张力、轧制转矩及轧制速度等。基波通过分别计算轧机固有振动数以及由齿轮的啮合、轴承不良、转轴与轧辊的耦合不良和轧辊损伤产生的固有振动频率而得到。

在上述任一种现有技术中，都基于设置在轧机的1个部位或1个以上的部位上的振动传感器的检测信号来进行抖动检测。可是，这些振动传感器除了起因于抖动的振动之外，也检测了轧机驱动系统的振动等。即，如果轧机驱动系统振动等频率分量被包含在可成为抖动的频率分量的频带内，则存在着抖动误检测这样的问题。

在上述现有技术中，除了多个振动传感器输出的解析之外，还有必要以高速进行轧制参数的频率解析。因此，装置规模及成本不得不变大。此外，基于轧机机械系统异常的振动及轧制参数实效的振动只不过是涉及发生抖动的主要原因之必要条件。因而，存在着下述可能性，漏掉了除此以外的主要原因所引起抖动的发生、或者，与此相反，由于未达到抖动的机械系统异常或轧制参数的振动而误检测为抖动。再有，作为对该问题的对策，例如象特开平8-108205号公报中所公开的那样，提出了时时刻刻对轧机各部的振动、各轧制参数的输出以及基于机械异常的理论上的振动数进行频率分析或计算的方法。可是，在这些方法中，需要在轧机机箱内或在其附近设置振动传感器。此时，由于振动传感器处于轧机内的油、轧辊冷却水的恶劣环境下，急剧变坏，在振动传感器变坏了的情况下更换时也很费事。

另一方面，本申请人在特开昭60-137512号中，提出了与上述方法不同的、依据音响测量的方法。

一般，由于物质的振动，其附近的空气振动，作为音响(或声音)进行传播。通常，检测在一定位置上的空气的压力变动来进行音响测量。音响传感器检测该压力变动并进行信号化，该信号为音响信号。话筒是有代表性的音响传感器，可将音响信号作为电信号输出。再有，音响具有频率分量，音响传感器具有检测频率范围及依据频率的灵敏度等频率特性。因而，所得到的音响信号因所使用的音响传感器而改变。此外，音响信号的时间变动为音响波形。再有，在音响波形中包含时间周期短的、细微的振动。排除了该细微振动的音响信号特称为声强，经常将其用为表示音响特性的参数。为了排除该细微的振动，例如通过计算出音响信号的有效值(例如，某一时间范围内的平方积分值)或音响信号的某一时间范围内的峰值幅度来进行。如声强那样，从音响测量导出的各种值为音响参数。

在上述提案中，公开了下述方法，在轧制中发生的冷轧机的抖动中，把固有的声音变换成为电信号、根据该电信号的大小成为设定值以上而检测出发生了抖动。图2示出该方法的第1实施例。在轧制被轧钢材8时，使用作为音响传感器的话筒14把冷轧机组10的各轧制台11附近的声音变换成为电信号。将该电信号通过带通滤波器(BPF)22，只使抖动频带的信号通过。其后，在积分电路23中，通过在一定的时间长度范围内对该带通滤波器的输出进行整流，输出积分值。将该积分信号输入到比较电路(CMP)29，当该输入信号为设定值以上时，从该比较电路发生抖动检测信号。将该输出信号输入到驱动电路31，音响装置32工作。此外，图3示出另一实施例。话筒14、以及当输入信号成为设定值以上时输出抖动发生信号的比较电路29以后，与第1实施例相同。由频率解析电路(FA)42对该话筒输出的电信号进行频率解析，将该频率解析电路的输出通入带通滤波器22，提取抖动中特有的频率分量。将该带通滤波器输出的提取信号输入到比较电路29。

在该方法中，由于不需要在轧机机箱内设置音响传感器、传感器的个数每台轧机1个就够了，故比使用振动传感器的情况具有维护性更佳这样的优点。

但是，在轧制工厂内的其它地点上发生了包含与抖动同等的频率分量的噪声的情况下，存在着容易误检测抖动这样的问题。为什么呢，因为将利用音响传感器检测的音响只用频率分量进行了区别的信号作为基准信号了。

进而，在特开昭60-137512的第1实施例中，带通滤波器的输出波形保持为交流波形，即使在一定时间内对它进行积分，其积分值也大致为零。即，不能检测出抖动中固有频率分量的幅度增大的现象。此外，在第2实施例中，由于频率解析电路一般没有输出波形信号的功能，故从带通滤波器得到抖动发生的信息是困难的。

此外，在现有技术中，把在观测的振动波形或音响波形中是否包含在抖动发生时所固有的频率分量作为判断的基准。本发明人通过在作业现场中的长时间实验发现了，在对轧制作业中的轧机附近的振动波形及音响波形进行测量的情况下，除了因轧制发生的振动现象之外，有时在轧机内外发生的脉冲振动现象也混进去而被检测。由于这种脉冲振动一般包含从低频到高频的宽的频率分量，故在现有技术中有时把这种脉冲振动误检测为抖动。

本发明人在生产现场重复进行锐意测量的结果发现了，在这样的噪声现象之一中，有脉冲音响所引起的。图4示出该脉冲振动的情况。(a)是在冷轧机附近观测的音响波形，示出音响信号(A)的时间变动。再有，由于音响信号依据所使用的音响传感器的特性，故单位为任意的。(b)示出把音响信号信为输入的、只输出抖动中固有的频率分量的带通滤波器的输出(BV)的时间变动。(c)是上述带通滤波器的输出的整流值(AV)的时间变动。(d)示出在上述整流波形超过阈值的情况下发出报警输出的比较装置的输出(CV)的时间变动，(e)示出被轧钢材的速度(V)的时间变动。(a)在以箭头示出的部位上包含脉冲，并且如(d)所示发出了报警。但是，如(e)所示，轧制速度没有变化。即，轧制状态是正常的，没有发生抖动。这样，如果发生脉冲音响波形，则尽管轧制状态是正常的，现有装置也发出了报警。

迄今，为了把这样的脉冲波形作为噪声除去，采用了对波形的幅度进行移动平均而加以平滑的方法。如果把该移动平均的时间宽度取得比脉冲噪声的持续宽度更宽，则噪声的峰值可与之相应地降低。但是，如果把移动平均的宽度取得较大，能降低噪声，另一方面，在原来的抖动发生检测的响应时间中产生了延迟。即，不能迅速地检测抖动的发生了。其结果，有下述可能性，最终的作业动作受延迟、抖动不合格部增加、以及来不及作业处理达到被轧钢材断裂。

即，实际情况是，尚未确立正确且迅速地检测抖动发生的方法。

发明的公开

本发明是为了确立正确且迅速地检测抖动发生的方法而进行的。即，以下述为课题，以简便的结构，不受起因于轧制作业以外的噪声、以及时轧机或具有台间辅助轧辊的设备施加的脉冲振动这样的噪声之妨碍，只可靠地检测冷轧作业中抖动的发生。

即，本发明是一种冷轧机的抖动检测方法，依据从在轧制中的冷轧机附近测定的音响中导出的多个音响参数进行检测。作为音响参数是：在抖动发生中有特征的频带及成为其N次倍音的频带(以在抖动发生中有特征的频带的上下限的N倍作为上下限的频带)的声强；音响频率分量分布的峰值频率；共振系数；以及峰值强度等。也可以在不同的瞬间对同一参数进行测定及运算，作成多个参数。此外，本发明是音响传感器；根据传感器输出的音响信号对多个音响参数进行运算的电路；以及根据该多个音响参数检测抖动的发生，发出信号的冷轧机的抖动检测装置。

图5示出在抖动发生时观测的音响波形之例。如果把时间轴扩大来观察，则可知该音响波形成为接近于正弦波的形状。此外，图6示出通过相同的观测，在某一瞬间的音响信号的频率分量分布。用AF表示某一频率的音响信号分量，单位是任意的。集中到某一频率附近，观察到峰值。T·Tamiya等人在“Analysis of chatteringphenomenon in cold rolling”(Proc.，Intl.，Conf.，on SteelRolling，1980，vol2)的描述中，说明了抖动现象是轧机机架及轧辊耦合振动系统的共振现象。即，在抖动发生时观测了轧机振动的音响的情况下，如果观察该音响信号的频率分布，则在抖动频率附近的窄频带内呈现出峰值。在抖动频率以外的音响信号较小。

另一方面，图7示出包含在轧机内外发生的脉冲振动的音响波形之例。此外，图8示出通过相同的测量，某一瞬间的音响信号的频率分量分布。图8与图6不同，在宽频带内观察到峰值。此外，峰值频率以外的音响信号大体也是同等等级。即，由于即使在检测出设定值以上的音响信号的情况下也能用波形来识别抖动所引起的信号与抖动以外的脉冲音响等引起的信号，故可只检测出抖动的发生。

波形识别例如可用共振系数Q定量化。图9例示音响信号的频率分量分布。把音响信号频率分量成为最大的峰值频率假定为f_o，把在峰值频率的上侧及下侧音响信号频率分量成为

的频率分别假定为f_l、f_h。此外，如果把共振系数Q定义为：

             Q＝f_o/(f_h-f_l)                   …(1)，则音响的共振锐度可用该共振系数Q定量化。通过该值可检测出抖动发生的有无。

本发明基于这样的原理。

附图的简单说明

图1为发生了抖动情况下的被轧钢材纵向厚度偏移的测量例；

图2为示出特开昭60-137512的第1实施例的结构的框图；

图3为示出特开昭60-137512的第2实施例的结构的框图；

图4为示出在利用仿效现有技术的方法把脉冲信号误认为由抖动引起的情况下，各信号的时间变动的图；

图5为示出抖动发生时的音响波形之例的图；

图6为示出图5的音响信号的频率分量分布的图；

图7为示出包含脉冲音响的音响波形之例的图；

图8为示出图7的音响信号的频率分量分布的图；

图9为音响波形的频率分量分布曲线的特征的概念图；

图10为示出本发明的冷轧机的抖动检测装置第1实施形态的结构的框图；

图11为示出第1实施形态中，对轧制作业中发生了的抖动、装置各部的输出及轧制速度的时间变动之测量例的图；

图12为示出第1实施形态的轧制作业中之另一测量例的图；

图13为示出第1实施形态中抖动及误检测的音响波形的图；

图14中，(a)示出在冷轧机的正常轧制状态下的轧机附近音响波形的频率分量分布；(b)示出在轧制中发生了抖动情况下的音响波形的频率分量分布；(c)示出在冷轧机的正常轧制状态下音响波形幅度增大了的情况下的音响波形的频率分量分布；

图15为示出本发明的冷轧机的抖动检测装置第2实施形态的结构的框图；

图16为示出第2实施形态中，对轧制作业中发生了的抖动、装置各部的输出及轧制速度的时间变动之测量例的图；

图17为示出第2实施形态中，在被轧钢材的轧制中未发生抖动但音响波形的幅度增大的情况下，装置各部的输出及轧制速度的时间变动之测量例的图；

图18为示出本发明的冷轧机的抖动检测装置第3实施形态的结构的框图；

图19为示出第3实施形态中，对轧制作业中发生了的抖动、装置各部的输出及轧制速度的时间变动之测量例的图；

图20为示出本发明的冷轧机的抖动检测装置第4实施形态的结构的框图；

图21为示出第4实施形态中，对轧制作业中发生了的抖动、装置各部的输出及轧制速度的时间变动之测量例的图；

图22为示出本发明的冷轧机的抖动检测装置第5实施形态的结构的框图；

图23为示出第5实施形态中，对轧制作业中发生了的抖动、装置各部的输出及轧制速度的时间变动之测量例的图；

图24为示出第5实施形态中，在发生了用现有技术误检测为抖动了的脉冲音响的情况下的、装置各部的输出及轧制速度的时间变动之测量例的图；

图25为示出本发明的冷轧机的抖动检测装置第6实施形态的结构的框图；以及

图26为示出第6实施形态中，对轧制作业中发生了的抖动、装置各部的输出及轧制速度的时间变动之测量例的图。

用于实施发明的最佳形态

以下，参照附图详细地说明本发明的实施形态。

图10为示出本发明的冷轧机的抖动检测装置第1实施形态的结构图。图10中，8为被轧钢材，10为冷轧机本体，11为轧制台。16为对轧机的后级台附近的音响进行检测将其变换成电信号的音响传感器，例如是话筒。18是对输入信号进行放大以便输出具有适当范围的幅度的电信号波形的放大电路(AMP)。22是只使从18的输出中在抖动方面有特征的频带的信号分量通过的带通滤波器。26是输入22的输出信号，输出预先设定的每个单位时间的有效值的整流电路(RCT)。50是计算音响信号的频率分量的频率分析电路(FA)。52是根据50的输出，计算音响频率分量分布的峰值频率的峰值频率运算电路(PFA)。峰值频率也称为中心频率。54是根据50的输出，计算音响频率分量分布的峰值频率上的共振系数的共振系数运算电路(QA)。56是在作为26的输出的音响信号有效值成为设定值以上的情况下，例如发出正的信号的第1比较电路。58是在作为52的输出的音响频率分量分布的峰值频率处于设定范围内的情况下，例如发出正的信号的第2比较电路。60是在作为54的输出的音响频率分量分布的峰值频率上的共振系数成为设定值以上的情况下，例如发出正的信号的第3比较电路。62是按照56、58及60这3个比较电路的输出的“与”，发出报警信号的“与”电路(LC)。64是基于62的输出用扬声器等向操作人发出报警的报警装置(AL)。

上述音响传感器16在被轧钢材8的轧制中，对轧机附近的音响进行检测，将其变换成为电信号。在抖动方面有特征的频率为100～300Hz。因而，作为音响传感器的种类希望是在把约0-1000Hz频带的音响变换成为电信号方面没有不足性能的话筒。优选的是使用电容话筒。此外，其设置位置希望在多级台冷轧机的出侧台附近。为什么呢，因为一般来说出侧台是发生抖动最担心的台。

上述放大电路18可对应于上述音响传感器16而使用市售的放大器。此外，在音响传感器16的输出具有足够的幅度的情况下，也可省略放大电路18。

上述带通滤波器22可使用周知的电路元件单体或电路来实现。此外，作为其通频带使用100～300Hz的频带。该频带作为包含抖动频率的频带，一般是已知的。再有，更为优选的是，对于预定的目标轧制台，也可以测量轧机及钢带系统的固有振动数来设定。

上述整流电路26在预先设定的每个单位时间内对上述带通滤波器22输出的有效值进行计算并输出。作为整流方法，可使用例如在预先设定的时间长度范围内进行平方积分的方法。整流电路可由周知的乘法元件及电容器等构成。再有，作为整流电路也可应用输出在预先设定的时间内的最大幅度值那样的峰值保持电路。为什么呢，因为在这里得到的输出是与音响强度对应的值即可，除了平方积分值之外还可利用在一定时间内的信号峰值。成为输入波形有效值运算单位的时间长度，基于作为目标的抖动检测响应性适当地确定即可。再有，希望是0.5秒以下。

上述频率分析电路50对在上述放大电路18中调整到适当电压范围内的电信号频率分量进行运算并输出。一般，它可以是以频谱分析仪或快速付利叶变换(FFT)分析器的名称市售的装置。此外，也可以对输入信号进行A/D变换，利用数字计算机基于周知的「快速付利叶变换(FFT)」的算法进行计算。例如，Oppenheim，Shafer在“DigitalSignal Processing”，Prentice-Hall中描述了「快速付利叶变换(FFT)」的算法。在该频率分析电路50中，有必要把频率解析的波形长度在允许误差内设定得较短。这是为了提高抖动检测的时间灵敏度。但是，如果过短，则频率分量分布的峰值频率检测中的频率分辨力降低。在本发明的情况下，希望定为约0.5秒。

上述第1比较电路56判定上述整流电路26的输出是否超过所设定的基准值。希望对于未发生抖动的轧制工序预先进行测量而设定该基准值。但是，也可以对每一种被轧钢材的种类、厚度及轧制中的速度，改变设定值。

将上述第2比较电路58的峰值频率设定范围设定成为与上述带通滤波器22的通频带相同，即可。但是，在预先已知发生抖动中固有的频率的情况下，也可将其设定得比滤波器通频带更窄。

其次，说明第1实施形态的工作。

由音响传感器16检测被轧钢材在冷轧制中发生的音响，将其变换成电信号。由放大电路18把该电信号放大成为具有适当范围的幅度的信号。由带通滤波器22从该放大信号中只提取在抖动方面有特征的频带的信号。进而，由整流电路26计算该提取信号的有效值并输出。

上述第1比较电路56在被上述滤波器处理及整流了的音响信号的有效值超过预先设定的设定值的情况下，输出正的信号。

频率分析电路50对上述音响信号在检测瞬间的频率分量进行运算。峰值频率运算电路52计算音响频率分量分布的峰值频率f_o。共振系数运算电路54计算音响频率分量分布的峰值的共振系数Q。

第2比较电路58在f_o处于设定的频率范围内的情况下，把正的信号输出给“与”电路62。另外，第3比较电路60在共振系数Q为设定值以上的情况下，把正的信号输出给“与”电路62。报警装置64按照来自第1比较电路56、第2比较电路58及第3比较电路60的这3个输出信号的“与”，发出抖动报警。

图11为示出在轧制作业中检测出抖动时的第1实施形态装置的各部输出波形等的图。图11中，(a)为音响信号(A)的时间变动；(b)为带通滤波器22的输出(V_B)的时间变动；(c)为整流电路26的输出(V_A)的时间变动；(d)为第1比较电路56的输出(V_c1)的时间变动；(e)为峰值频率运算电路52的输出(f_p)的时间变动；(f)为第2比较电路58的输出(V_C2)的时间变动；(g)为共振系数运算电路54的输出Q的时间变动；(h)为第3比较电路60的输出(V_C3)的时间变动；(i)为“与”电路62的输出(V_L)的时间变动；以及(j)为轧制速度(V)的时间变动。在该实施例中，可做到不进行依据本发明的报警工作，而是像现有那样，当操作人发现了抖动后通过线减速来采取作业动作。(j)中箭头J示出的减速与(i)中箭头I示出的输出的发生大致是同时的。即，由此可知，利用本发明与现有的依据操作人的发现大致同时地检测出在轧制工序中发生了的抖动。

图12为第1实施形态的装置的另一测量例。各波形的符号与图11相同。是使抖动不发生，观测了脉冲音响的情况。如(d)所示，只用带通滤波器时，第1比较电路也发出了正的输出。但是，如(g)所示，频带在设定值以下，如(i)所示，使输出不发生，避免了误检测。

再有，在以高速度进行冷轧的情况下，即使在未发生抖动的正常轧制时，有时在抖动所固有的频率附近也混入了不是抖动原因的音响而被观测到。图13示出此时观测到的音响波形。在利用第1实施形态的技术以高灵敏度进行抖动检测的情况下，可将该现象作为抖动误检测，并发生报警。由于该报警，轧制操作人有使作业混乱的可能性。此外，在根据报警而进行了自动线减速的情况下有时成为使生产率降低的原因。相反地，为了抑制误检测，不得不提高检测的阈值。其结果，有抖动的发生检测及对策处置延迟且钢带断裂的频度增加的可能性。

图14(a)、图14(b)及图14(c)分别示出在正常轧制情况、抖动发生情况及在第1实施形态中误检测出抖动情况下的音响频率分量分布。在图14(a)示出的正常轧制的情况下，示出在整个频率范围内大致均匀的随机分布。与此不同，在图14(b)示出的抖动发生的情况及图14(c)示出的在第1实施形态中误检测出抖动的情况下，在某一频率附近可观察到大的峰值。在比较了发生了抖动的情况及在第1实施形态中误检测出抖动的情况下的音响频率分量分布之后，会进而判明下述情况。在第1实施形态中误检测出抖动的情况下的峰值频率极其接近于抖动发生的情况下的第2峰值频率。此外，在第1实施形态中误检测出抖动的情况下，单独地出现了清楚的峰值。与此不同，在抖动发生的情况下，以对频率大致等间隔地出现了多个峰值。

因而，为了准确地检测出作为目标的抖动发生，可利用轧制时测量的音响信号在轧机纵向振动固有振动数f_o上的分量以及在其整数倍频率n·f_o(n≥2)上的分量。即，只限于两者都变大了的情况才检测为抖动发生。

具体地说，按下述进行判定。假定分另通过了N个具有以下不同频带作为通频带的带通滤波器的轧制时的音响信号的强度分别为V₁、V₂、……V_n。基于这N个输入变量来设定评价函数，根据其输出判定抖动。

为了在N个频带的分量全部成为对应的设定值以上的情况下发生报警，例如可按下式来设定评价函数J₁。

J₁＝1(V₁＞V₀₁，V₂＞V₀₂，…V_N＞V_ON时)    …(2)

J₁＝0(上述以外的情况)                   …(2)’

这里，V₀₁，V₀₂、……V_0N分别为阈值。

另外，上述评价函数为所谓的「阈值判定的“与”」，但是，也可代之以使用各个输出之和(J₂)、积(J₂’)、平方和(J₂″)等。

J₂＝(V₁/V₀₁)+(V₂/V₀₂)+…+(V_N/V_ON)       …(3)

J’₂＝(V₁/V₀₁)·(V₂/V₀₂)·…·(V_N/V_ON)  …(4)

J″₂＝(V₁/V₀₁)²+(V₂/V₀₂)²+…+(V_N/V_ON)²  …(5)

由于轧制线的状况，有时检测到多个宽频带的脉冲噪声。此时，有设想各频带的滤波器输出增大，误检测出抖动的可能性。作为其对策，增加有关下述判定即可，在该频带内音响频率分量分布是否真正地具有峰值，且是否反映了共振现象。即，计算音响频率分量分布在各频带内的峰值频率f_i及共振系数Q_i，并使用由下式提供的V_i’来代替上述的V_i，即可。即，

r_f(i)＝1(f_i∈[f_1i，f_2i]时)       …(6)

r_f(i)＝0(上述以外的情况)         …(6)’

r_Q(i)＝1(Q_i＞Q_0i时)              …(7)

r_Q(i)＝0(上述以外的情况)         …(7)’

V’_i＝V_i ^*r_f(i)^*r_Q(i)             …(8)

其中，i＝1，2，3，…N            …(9)

其次，详细地说明考虑了以上所示方法的本发明第2实施形态。它是改良了第1实施形态的形态。

图15示出本发明冷轧机抖动检测装置第2实施形态的结构。图15中，8为被轧钢材；10为冷轧机本体；16为音响传感器；以及18为放大电路。22₁、22₂……22_N分别为第1、第2……第N带通滤波器。26₁、26₂……26_N分别为第1、第2……第N整流电路。70为判定电路(JC)、64为报警装置。

在此，作为带通滤波器及整流电路的个数及判定电路的输入数的N，相当于前面说明了的、进行监视的抖动固有频率的倍音分量的个数。优选的N值可根据下述适当地设定，在现场可精度良好地检测出的抖动振动模的个数；误判定和漏判定时的成本；以及判定阈值设定的作业成本等。

在以下的说明中，由于即使定为N＝2也不失掉普遍性，故说明有关2个的情况。

在本实施形态中，上述音响传感器16把最高为1000Hz、包含在抖动方面有特征的频率及几个高次分量频率的频带的音响变换成为电信号。

作为上述带通滤波器22₁、22₂的通频带如已说明了的那样，从抖动基频的整数倍的频率中选择不同的2个进行设定，即可。再有，更为优选的是，对于预定的目标轧制台，也可以测量轧机及钢带系统的固有振动数来设定。

上述整流电路26₁、26₂在预先设定的每个单位时间内对上述2个带通滤波器22₁、22₂输出的有效值分别进行计算。

上述判定电路70是根据如上述那样计算出来的信号，对抖动发生进行判定的比较电路。希望对于未发生抖动的轧制工序预先进行测量而设定该基准值。但是，也可以根据每一种被轧钢材的种类、厚度及轧制中的速度，改变设定值。

有关其它方面与第1实施形态相同。标以相同的符号，省略其说明。

其次，说明第2实施形态的工作。

图16为示出在轧制作业中检测出抖动时的第2实施形态装置的各部输出波形等的图。图16中，(a)为音响传感器16输出的音响信号(A)的时间变动；(b)、(d)分别为第1及第2带通滤波器22₁、22₂的输出(V_B1，V_B2)的时间变动；(c)、(e)分别为第1及第2整流电路26₁、26₂的输出(V_A1，V_A2)的时间变动；(f)为判定电路70的输出(V_J)的时间变动；以及(g)为作业时轧制速度(V)的时间变动。在该实施例中，可做到不进行依据本发明的报警工作，而是像现有那样，当操作人发现了抖动后通过线减速来采取作业动作。(f)中示出的输出发生与(g)中示出的减速大致是同时的。即，由此可知，利用本发明与现有的依据操作人的发现大致同时地检测出在轧制工序中发生了的抖动。

另一方面，图17为第2实施形态的装置在轧制作业中的另一测量例，抖动未发生。各波形的符号与图16相同。在该测量例中，由于抖动以外的噪声，音响信号的幅度增大到与抖动发生时同一程度。如(b)所示，第1带通滤波器22₁的输出也增大。但是，如(d)所示，第2带通滤波器22₂的输出小。其结果，使判定输出不发生，避免了误检测。

其次，详细地说明本发明的第3实施形态。它是改良了第1实施形态的形态。

图18为示出本发明冷轧机抖动检测装置第3实施形态的结构图。图18中，16为与第1、第2实施形态同样的音响传感器，18为与第1、第2实施形态同样的放大电路。50为与第1实施形态同样的频率分析电路，72为频率分量计算装置(FCA)，76为判定电路。64为与第1、第2实施形态同样的报警装置。

上述频率分析电路50对在上述放大电路18中调整到适当电压范围内的音响信号频率分量进行运算并输出。

上述频率分量计算装置72从上述频率分析电路50计算的音响信号频率分量中的抖动固有频率及其高次模中，根据注视的N个频率分量分别运算信号强度并输出。有关其运算个数N的优选数与第2实施形态相同。在以下的说明中，说明有关N＝2。但是，如果根据发明人的实测，则可确认，抖动发生时的频率峰值有若干增减的情况。因而，为了优选起见，对各模频率f_n设置Δn＝10％左右的允许范围，作为信号强度计算在其频率范围[f_n-Δ_n/2，f_n+Δ_n/2]内的信号强度频率分量在一定时间内的最大值。另外，也可以作为信号强度运算在设定的各频率范围内的信号频率分量的平方平均值。

其次，说明第3实施形态的工作。

图19为示出在轧制作业中检测出抖动时的第3实施形态装置的各部输出波形等的图。图19中，(a)示出音响传感器16输出的音响信号(A)的时间变动；(b)、(c)分别示出频率分量计算装置72输出的第1及第2频率范围的音响强度(A_f1，A_f2)的时间变动；(d)示出判定电路76的输出(VJ)的时间变动；以及(e)示出作业时轧制速度(V)的时间变动。由此可知，利用本发明与现有的依据操作人的发现大致同时地检测出在轧制工序中发生了的抖动。

其次，详细地说明本发明的第4实施形态。

图20为示出本发明冷轧机抖动检测装置第4实施形态的结构图。图20中，10为冷轧机本体；16为音响传感器；18为放大电路；22₁、22₂……22_N分别为第1、第2……第N带通滤波器；以及26₁、26₂……26_N分别为第1、第2……第N整流电路。50为频率分析电路，与上述第2、第3实施形态相同。80₁、80₂……80_N分别为第1、第2……第N峰值频率运算电路；82₁、82₂……82_N分别为第1、第2……第N共振系数运算电路(QA)；84为判定电路；以及64为报警装置。再有，也可使用峰值保持电路作为整流电路。

上述第1、第2……第N峰值频率运算电路80₁、80₂……80_N是根据频率分析电路50的输出，计算在分别设定了的频率范围内的峰值频率的运算电路。作为该频率范围使用与第1、第2……第N带通滤波器22₁、22₂……22_N的通频带相同的频带，即可。但是，在预先分别知道抖动发生所固有的峰值频率范围的情况下，也可预先将其设定得更窄。

上述第1、第2……第N共振系数运算电路82₁、82₂……82_N分别计算在对应的峰值频率上的共振系数Q₁、Q₂……Q_N。

上述判定电路84是在基于如上述那样计算出来的各整流电路26₁、26₂……26_N的输出；各频带内的峰值频率；以及各个峰值频率的共振系数计算出来的评价函数之值超过了设定阈值的情况下，发出报警输出的运算电路。

在本实施形态中，带通滤波器及整流电路；峰值频率运算电路；以及共振系数运算电路的优选个数N，也是根据在现场可精度良好地检测出的抖动振动模的个数及作业成本来设定，即可。以下，说明N＝2的情况。

其次，说明第4实施形态的工作。

图21为示出在轧制作业中检测出抖动时的第4实施形态装置的各部输出波形等的图。图21中，(a)为音响传感器16输出的音响信号(A)的时间变动；(b)、(i)分别为第1及第2带通滤波器22₁、22₂的输出(V_B1，V_B2)的时间变动。(c)、(j)分别为第1及第2整流电路26₁、26₂的输出(V_A1，V_A2)的时间变动；(e)、(l)分别为第1及第2峰值频率运算电路80₁、80₂的输出(f_p1，f_p2)的时间变动；(g)、(n)分别为第1及第2共振系数运算电路82₁、82₂的输出(Q₁，Q₂)的时间变动；以及(p)为判定电路84计算出来的评价函数之值(V_J)的时间变动。(d)、(f)、(h)、(k)、(m)、(o)分别为第1～第6比较电路的输出(V_C1～V_C6)的时间变动，为了说明方便起见，将其表示出来。(g)示出抖动报警输出(V_AL)的时间变动，(r)示出该轧制线的轧制速度(V)的时间变动。

在该实施例中，可做到不进行依据本发明的报警工作，而是像现有那样，当操作人发现了抖动后通过线减速来采取作业动作。(q)中示出的报警输出发生比(r)中示出的减速提前几秒。即，由此可知，利用本发明比现有的依据操作人的发现提前几秒检测出在轧制工序中发生了的抖动。

其次，详细地说明本发明的第5实施形态。

图22为示出本发明冷轧机抖动检测装置第5实施形态的结构图。图22中，10为冷轧机组；11为该冷轧机组10中的轧机本体；16为与上述各实施形态同样的音响传感器。18为放大电路；22为带通滤波器；26为整流电路；以及64为报警装置，并且分别与上述各实施形态相同。90为取样电路(SPL)；92为存储电路(MMR)；94为几何平均运算电路(AVR)；以及96为比较电路。也可使用峰值保持电路作为整流电路。

在上述整流电路26中，希望成为积分单位的时间长度为0.1秒以下。再有，在使用了峰值保持电路作为整流电路的情况下，也希望成为最大值检测单位的时间长度为0.1秒以下。

上述取样电路90以一定时间(ΔT)为间隔对上述整流电路26的输出进行取样。一般，它使用峰值保持电路等。再有，也可利用使用A/D变换器变换成为数字量的方法。一般，ΔT越小，测量可以越精密。优选的是，预先做成与上述整流电路的运算时间长度相同。

上述存储电路92与上述取样电路90同步地，以新的顺序存储N个上述取样电路90的输出。该存储个数N由兼顾误检测抑制效果与响应延迟来确定，即可。优选的是N＝4左右，但是，更加希望的是通过事先评价来确定最佳值。

上述几何平均运算电路94计算在上述存储电路92的各级中保持的值之几何平均值。具体地说，对上述存储电路92的各级中保持的值

V_i(i＝0，1，……N-1)如下述那样来计算几何平均值<V_N>(其中，在此，假定i＝0为当前的值，i＝1为运算帧以前的值)

$<V_N>={\left(\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Pi;}}}{V}_i\right)}^{1/N}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(10\right)$

另外，上述比较电路96判定该几何平均运算电路94的输出是否超过预先设定的基准值。希望对于未发生抖动的轧制工序预先进行测量而设定该基准值。再有，也可以对每一种被轧钢材的种类、厚度及轧制中的速度，改变设定值。

其次，说明第5实施形态的工作。

图23为示出在轧制作业中检测出抖动时的第5实施形态装置的各部输出波形等的图。图23中，(a)为音响传感器16输出的音响信号(A)的时间变动；(b)为带通滤波器22的输出(V_B)的时间变动；(c)为几何平均运算电路94的输出的几何平均值(V_AV)的时间变动；(d)为比较电路96的输出(V_C)的时间变动；以及(e)为轧制速度(V)的时间变动。

在该实施例中，可做到不进行依据本发明的报警工作，而是像现有那样，当操作人发现了抖动后通过线减速来采取作业动作。(d)中示出的比较电路的输出发生比(e)中示出的减速提前2.7秒。即，由此可知，利用本发明可比现有的依据操作人的发现提前2.7秒检测出在轧制工序中发生了的抖动，并输出报警。

图24为示出在发生了在现有装置中成为误报原因的脉冲噪声时的、第5实施形态装置各部的输出波形等的图。图24的各输出与图23相同。另外，图23、图24中的比较电路96的阈值相同。如从图24(c)可知的那样，几何平均运算电路94的输出变得比阈值小，避免了误报。

把第5实施形态装置的抖动检测能力与只用峰值进行判断的现有装置作了比较。使两者同时运转而不进行报警工作，与操作人的发现事例进行对照。抖动检测能力采用了抖动检测数、误检测数、与操作人发现的时间差。把运转期间定为抖动检测数达到40个。与现有装置中误检测发生16件不同，本实施形态中减少到3件，达1/5。此外，检测装置工作之后到操作人发现的时间差平均值在第5实施形态装置中为2.6秒，在现有法中为2.7秒，几乎没有差别。即，证实了利用本实施形态可实现不失抖动检测的迅速性而抑制了误检测那样的效果。

其次，详细地说明本发明的第6实施形态。

图25为示出本发明冷轧机抖动检测装置第6实施形态的结构图。

图25中，16为音响传感器；18为放大电路；以及64为报警装置，并且分别与上述各实施形态相同。98为付利叶变换电路(FTC)；100为平方平均运算电路(SAV)。92为存储电路；94为几何平均电路；96为比较电路，并分别与第5实施例相同。

为了提高抖动检测的时间灵敏度，在上述付利叶变换电路98中，有必要在允许范围内缩短频率解析的波形长度。但是，如果波形长度过短，则频率分析的频率分辨率降低。因而，希望在本实施形态的情况下，作为优选做到0.2秒左右。

上述平方平均运算电路100从上述付利叶变换电路98计算出来的信号频率分量中，计算在抖动发生方面有特征的频率分量的信号强度。但是，如果根据发明人的实例，则可确认，抖动发生时的频率峰值有若干增减的情况。因而，对抖动的频率f设置Δ＝10％左右的允许范围，根据在其频率范围[f-Δ/2，f+Δ/2]内的信号强度频率分量进行计算。在本实施形态中，对于在设定的各频率范围内的信号频率分量的平方平均值进行了运算。但是，也可以运算最大值来代替平方平均值。再有，也可以使用与上述第3实施形态同样的频率分量计算装置来代替该平方平均运算电路100。

其次，说明第6实施形态的工作。

图26为示出在轧制作业中检测出抖动时的第6实施形态装置的各部输出波形等的图。图26中，(a)为音响传感器16输出的音响信号(A)的时间变动；(b)为平方平均运算电路100的输出(V_SA)的时间变动；(c)为几何平均运算电路94的输出(V_AV)的时间变动；(d)为比较电路96的输出(V_c)的时间变动；以及(e)为作业时轧制速度(V)的时间变动。(d)中示出的输出发生与(e)中示出的减速大致是同时的。即，由此可知，利用本发明与现有的依据操作人的发现大致同时地检测出在轧制工序中发生了的抖动。

在以上说明了那样的实施形态中，报警装置64是点亮显示灯或者用扬声器发生报警声唤起操作人对线速度进行减速等的注意的装置，即可。或者，也可以使用序列发生器等，自动地降低轧制速度。

另外，可仿效近年来所进行的数字化方法，在以上说明了的实施形态中把各种运算电路、判定电路等置换成为对于以相等的时间间隔进行了取样的数字信号的运算。或者，也可以使用微处理器上的软件来代替这些电路而构成。

产业上利用的可能性

按照本发明，可减少在现有提出的依据音响传感器及振动传感器的抖动检测方法中产生的误检测。这些误检测起因于下述这样的噪声，起因于轧制作业以外的噪声；以及施加到轧机和具有台间辅助轧辊的设备上的脉冲振动。由于可减少这些误检测，故进而消除了错误地切除被轧钢材正常地轧制了的部位、或者在通常轧制时错误地进行减速等的生产损失。

由于在冷轧作业中能够不延迟地检测出抖动，故通过操作人迅速地采取对策可进一步减少抖动所引起的不合格部。还可防止起因于抖动振动的钢带断裂。因而，在生产成品率及作业效率方面具有非常大的效果。

另外，可靠地抑制了在使用了现有音响检测的方法中成为问题的误检测。其结果，误检测所引起的作业损失就减少，操作人也信赖地利用传感器报警了。

另外，与现有提出的使用了振动传感器及厚度计的方法相比较，可使用简单的装置结构来实现。另外，由于使用了音响传感器这样的非接触检测装置，故可离开轧机本体来设置传感器，故传感器的维护性也提高了。

Claims (13)

1.一种冷轧机的抖动检测方法，其特征在于，

依据从在轧制中的冷轧机附近测定了的音响导出的多个音响参数进行检测，

该音响参数是在抖动发生方面有特征的频带的声强、音响频率分布的在抖动发生方面有特征的频带中的峰值频率及在该峰值频率上的共振系数，在该音响参数分别处于预先设定的范围内的情况下，检测出抖动的发生。

2.根据权利要求1中所述的冷轧机的抖动检测方法，其特征在于，

该音响参数是在从抖动所固有的基频及该基频乘以2以上的整数后的频率中选择的多个频带上的声强，在该音响参数超过预先设定的阈值的情况下检测出抖动的发生。

3.根据权利要求1中所述的冷轧机的抖动检测方法，其特征在于，

该音响参数是对于预先设定的多个频率f_i及频带宽度Δ_i(i＝1，2，3，......)分别在频率范围[f_i-Δ_i/2，f_i+Δ_i/2]内的声强频率分量，在该音响参数超过预先设定的阈值的情况下检测出抖动的发生。

4.根据权利要求1中所述的冷轧机的抖动检测方法，其特征在于，

该音响参数是在抖动发生方面有特征的多个频带的声强、音响频率分量分布的在抖动发生方面有特征的多个频带的峰值频率及在该峰值频率上的共振系数，在该音响参数超过预先设定的阈值的情况下，检测出抖动的发生。

5.根据权利要求1中所述的冷轧机的抖动检测方法，其特征在于，

该音响参数是包含该检测瞬间的过去N帧的、在抖动方面有特征的频带内的声强，在该音响参数的几何平均超过预先设定的阈值的情况下，检测出抖动发生，其中N为预先确定的整数，帧为适当的单位时间。

6.根据权利要求1中所述的冷轧机的抖动检测方法，其特征在于，

该音响参数是包含该检测瞬间的过去N帧的、对于预先设定的抖动频率f及频带宽度Δ在频率范围[f-Δ/2，f+Δ/2]内的声强频率分量，在该音响参数的平方平均值的几何平均超过预先设定的阈值的情况下检测出抖动发生，其中N为预先确定的整数，帧为适当的单位时间。

7.一种冷轧机的抖动检测装置，其特征在于，由下列部分构成：

测定轧制中的冷轧机附近的音响的传感器；

根据该传感器输出的音响信号运算并输出多个音响参数的电路；以及

根据该音响参数检测抖动的发生，并产生检测信号的电路，

该抖动检测装置还包括：

设置在冷轧机附近的话筒；

带通滤波器，以该话筒输出的电信号为输入，只使预先设定的频带的分量通过并输出；

该带通滤波器的输出的整流电路；

第1比较电路，在该整流电路的输出超过预先设定的值的情况下，产生输出信号；

频率分析电路，运算并输出该话筒输出的电信号的频率分量；

峰值频率运算电路，运算并输出该频率分析电路的输出信号的峰值频率；

第2比较电路，在该峰值频率运算电路的输出处于预先设定的频率范围内的情况下，产生输出信号；

共振系数运算电路，运算并输出在该频率分析电路输出信号的峰值频率上的共振系数；

第3比较电路，在该共振系数运算电路的输出处于预先设定的范围内的情况下，产生输出信号；以及

报警装置，在第1、第2及第3比较电路的输出信号都产生了的情况下，产生抖动发生的报警。

8.根据权利要求7中所述的冷轧机的抖动检测装置，其特征在于，由下列部分构成：

设置在冷轧机附近的话筒；

多个带通滤波器，以该话筒输出的电信号为输入，只使预先设定的多个频带的分量通过并输出；

该带通滤波器的输出的整流电路；

判定电路，以该整流电路的输出为输入，基于预先设定的运算式输出抖动发生信号；以及

一输入该判定电路的输出信号就输出报警的装置。

9.根据权利要求7中所述的冷轧机的抖动检测装置，其特征在于，由下列部分构成：

设置在冷轧机附近的话筒；

频率分析电路，以该话筒输出的电信号为输入，计算并输出该电信号的频率分量；

运算电路，以该频率分析电路的输出为输入，输出在预先设定的多个频率范围[f_i-Δ_i/2，f_i+Δ_i/2](i＝1，2，3，......)内的输入信号强度的频率分量在一定时间内的最大值；

判定电路，根据该运算电路的输出，基于预先设定的运算式输出抖动发生信号；以及

一输入该判定电路的输出信号就输出报警的装置。

10.根据权利要求7中所述的冷轧机的抖动检测装置，其特征在于，由下列部分构成：

设置在冷轧机附近的话筒；

频率分析电路，以该话筒输出的电信号为输入，计算并输出该电信号的频率分量；

运算电路，以该频率分析电路的输出为输入，输出在预先设定的多个频率范围[f_i-Δ_i/2，f_i+Δ_i/2](i＝1，2，3，......)内的输入信号强度的频率分量在一定时间内的平方平均值；

判定电路，根据该运算电路的输出，基于预先设定的运算式输出抖动发生信号；以及

一输入该判定电路的输出信号就输出报警的装置。

11.根据权利要求7中所述的冷轧机的抖动检测装置，其特征在于，由下列部分构成：

设置在冷轧机附近的话筒；

多个带通滤波器，以该话筒输出的电信号为输入，只使预先设定的多个频带的分量通过并输出；

该带通滤波器的输出的整流电路；

频率分析电路，运算并输出该话筒输出的电信号的频率分量；

峰值频率运算电路，分别运算并输出该频率分析电路的输出信号的、该多个频带上的多个峰值频率；

共振系数运算电路，分别运算并输出在该频率分析电路输出信号的、该多个峰值频率上的共振系数；

判定电路，根据该整流电路、该频率运算电路及该共振系数运算电路的输出，基于预先设定的运算式输出抖动发生信号；以及

一输入该判定电路的输出信号就输出报警的装置。

12.根据权利要求7中所述的冷轧机的抖动检测装置，其特征在于，由下列部分构成：

音响传感器，设置在冷轧机附近，检测被轧钢材在轧制中的声音将其变换成电信号；

放大电路，将该电信号放大成为适当幅度的电信号；

带通滤波器，以该放大信号为输入，只使预先设定的频带的分量通过并输出；

该带通滤波器的输出的整流电路；

取样电路及存储电路，对该整流电路的输出中包含该检测瞬间的过去N帧进行取样及存储；

几何平均运算电路，计算存储在该存储电路中的N个值的几何平均；

比较电路，在该几何平均运算电路的输出超过预先设定的值的情况下，产生输出信号；以及

报警装置，在产生了该比较电路的输出信号的情况下，产生抖动发生的报警。

13.根据权利要求7中所述的冷轧机的抖动检测装置，其特征在于，由下列部分构成：

音响传感器，设置在冷轧机附近，检测被轧钢材在轧制中的声音将其变换成电信号；

放大电路，将该电信号放大成为适当幅度的电信号；

付利叶变换电路，计算并输出该放大信号的信号频率分量；

平方平均运算电路，计算在该信号频率分量中、且在预先设定的频率范围[f-Δ/2，f+Δ/2]内的该信号强度频率分量的平方平均值；

存储电路，存储该平方平均运算电路的输出的、包含该检测瞬间的过去N帧；

几何平均运算电路，计算存储在该存储电路中的N个值的几何平均；

比较电路，在该几何平均运算电路计算出的值超过预先设定的值的情况下，产生输出信号；以及

报警装置，在产生了该比较电路的输出信号的情况下，产生抖动发生的报警。

Images