JP2004009075A

JP2004009075A - 圧延材の形状検出方法及び装置

Info

Publication number: JP2004009075A
Application number: JP2002163488A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Okamoto; 岡本　雅好; Toshimitsu Takahashi; 高橋　俊充; Haruyuki Hosokawa; 細川　晴行
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP3833143B2

Abstract

【課題】外周面がライニング層で被覆された形状検出ローラからの検出信号を真の値に補正できるようにして、圧延材に対する隙間に起因する疵の発生を防止しつつ、圧延材の幅方向の形状を正確に求められるようにする。
【解決手段】複数の圧力センサ１４が軸心方向に沿って並設されかつ軸心方向に連続したライニング層５で外周面が被覆されている形状検出ローラ４を圧延材に接触するように同期回転させ、このときに検出される各圧力センサ１４からの検出信号に基づいて当該圧延材の幅方向の形状を求めるようにした圧延材の形状検出方法において、複数の圧力センサ１４のうちの一つにライニング層５の外側から既知の荷重を加えた場合における当該圧力センサ１４とその他の圧力センサ１４に生じる検出信号を、すべての圧力センサ１４について測定することによってキャリブレーションファクタＫを予め収集しておき、実操業において各圧力センサ１４によって検出された検出信号に対してキャリブレーションファクタＫを加味して補正計算を行う。
【選択図】　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延材の形状検出方法及び装置に関すものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷間圧延設備における圧延材の形状検出装置として、例えば、特公平７−９２３８０号公報や特開平７−７７４６８号公報に記載のものが知られている。この形状検出装置は、形状検出ローラを圧延材に接触するように同期回転させ、このときに検出される前記各圧力センサからの検出信号に基づいて当該圧延材の幅方向の形状を求めるようにしたものである。
かかる形状検出装置に使用するロールとしては、圧力センサが内蔵されたディスクをロール軸心方向に同心状に積層することによって構成されたディスク型や、ソリッドローラ上に設けたセンサ埋め込み孔にキャップ等で圧力センサを取り付けることによって構成されたソリッド型があるが、いずれの場合も、隣接する他の圧力センサに対する影響が生じないように、各ディスク間又はセンサキャップ周囲に微小な間隙が設けられているのが通常である（例えば、特公昭６２−３６５２８号公報、特開昭５４−６８２８３号公報、特開平６−１０９５６６号公報及び特開平７−１２６６２号公報参照）。
【０００３】
しかし、各ディスク間又はセンサキャップ周囲に上記のようなな間隙が設けられていると、圧延材がステンレスの光輝材や、アルミや銅の高純度材よりなる場合には、圧延材に対して転写ないし押し込み疵（光度差）が発生したり、ローラと圧延材との微小なスリップによるスリップ疵が発生し、圧延材の品質を悪化させることがある。
そこで、ディスク型では、各ディスクの外周面を軸心方向に連続したライニング層（合成材料又は天然材料）で被覆してなる形状検出ローラ構造が既に開発されており（例えば、実公平１−３４１０４号公報参照）、この従来の被覆型検出ローラでは、隣接する他のディスクの圧力センサへの影響を遮断するために、ディスクの外周接合縁に形成した面取り部分にＯリングを介在させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記のようなＯリングを各ディスク間に介在させた場合、ある特定のディスクに作用した力が却って当該Ｏリングを介して隣接する他のディスクに分散し易くなり、各圧力センサにおいて得られる検出信号に誤差が多く含まれ、ひいては正確な形状検出が行えなくなるという恐れがある。
本発明は、このような実情に鑑み、外周面がライニング層で被覆された形状検出ローラからの検出信号を真の値に補正できるようにして、圧延材に対する隙間に起因する疵の発生を防止しつつ、圧延材の幅方向の形状を正確に求められるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明方法は、複数の圧力センサが軸心方向に沿って並設されかつ軸心方向に連続したライニング層で外周面が被覆されている形状検出ローラを圧延材に接触するように同期回転させ、このときに検出される前記各圧力センサからの検出信号に基づいて当該圧延材の幅方向の形状を求めるようにした圧延材の形状検出方法において、前記複数の圧力センサのうちの一つに前記ライニング層の外側から既知の荷重を加えた場合における当該圧力センサとその他の圧力センサに生じる検出信号を、すべての圧力センサについて測定することによってキャリブレーションファクタを予め収集しておき、実操業において前記各圧力センサによって検出された検出信号に対して前記キャリブレーションファクタを加味して補正計算を行うことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明装置は、複数の圧力センサが軸心方向に沿って並設されかつ軸心方向に連続したライニング層で外周面が被覆されている形状検出ローラと、このローラが圧延材に接触して同期回転するときに検出される前記各圧力センサからの検出信号に基づいて当該圧延材の幅方向の形状を求める制御手段と、を備えている圧延材の形状検出装置において、前記制御手段は、前記複数の圧力センサのうちの一つに前記ライニング層の外側から既知の荷重を加えた場合における当該圧力センサとその他の圧力センサに生じる検出信号を、すべての圧力センサについて測定することによって予め収集されたキャリブレーションファクタを記憶しており、実操業において前記各圧力センサによって検出された検出信号に対して前記キャリブレーションファクタを加味して補正計算を行うものであることを特徴とする。
【０００７】
上記の本発明によれば、外周面がライニング層で被覆された形状検出ローラに対して既知の荷重をかけることによって測定されたキャリブレーションファクタが事前に収集されていて、実操業において前記各圧力センサによって検出された検出信号に対してそのファクタを加味して補正計算を行うようにしているので、外周面がライニング層で被覆された形状検出ローラであっても、その内部の各圧力センサからの検出信号を真の値に補正することができる。このため、圧延材に対する疵の発生を極力防止しつつ、圧延材の幅方向の形状を正確に求めることができる。
【０００８】
なお、制御手段が、更に、ライニング層の厚さの変化に伴うキャリブレーションファクタの変化率データを記憶している場合には、ライニング層の厚みに対応してキャリブレーションファクタが変更されるように制御手段をプログラミングしておくことにより、ライニング層が摩耗したり研磨された後の厚みを計測してその値を入力するだけで形状検出を再開することができ、ライニング層の厚み変化に対する対応を迅速に行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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において、本発明に係る圧延材１の形状検出装置２は、圧延機３の巻取側に設けられ、圧延材１に接触して圧延速度と同期回転する形状検出ローラ４と、この形状検出ローラ４からの検出信号を演算処理して圧延材１の形状を求める制御手段６とから構成されている。
図２に示すように、本実施形態の形状検出ローラ４は、いわゆるディスク型のものであり、圧力センサ１４（図３参照）が内蔵された複数枚のディスク７を回転軸の軸心方向に積層することによって構成され、その回転軸の両端部は軸受装置８を介して回転自在に支持されている。また、この形状検出ローラ４は、各ディスク７の外周面を圧延材１の幅方向全域に渡って軸心方向に連続するように被覆するライニング層５を備えている。なお、このライニング層５としては、概ね、次の各種のものを採用することができる。
（１）　圧延材より柔らかくかつ低剛性であるゴムコーティングをローラ外周面に施して均一面に仕上げたもの。
（２）　圧延材より柔らかくかつ低剛性であるフッ素樹脂収縮チューブをローラ外周面に被せて取り付けたもの。
（３）　金属製の薄肉チューブ（厚さ１〜５ｍｍ程度）をローラ外周面に焼きばめによって取り付けたもの又は被せて溶接等によって取り付けたもの。
（４）　厚肉メッキ（Ｃｒメッキ等）や厚肉溶射をローラ外周面に施して均一面に仕上げたもの。
【００１０】
上記形状検出ローラ４の回転軸の一端は、図示省略のモータ等の駆動手段に軸継手９を介して結合され、圧延速度と同期回転可能とされている。回転軸の他端には、チャージアンプ１０と回転角度検出器１１と回転トランスミッタ１２が取り付けられている。図３に示すように、形状検出ローラ４を構成する各ディスク７の内部には、その周方向一か所に圧電素子からなるセンサ１４が内蔵されている。そして、形状検出ローラ４が回転して、圧延材１とセンサ１４との位置関係が図３（ａ）の状態から同図（ｂ）の状態に至ると、同図（ｃ）に示すように、当該センサ１４から検出信号が出力されるようになっている。
【００１１】
図４に示すように、各ディスク７のセンサ１４は、ローラ軸心方向に一つ進むに従って回転方向に所定角度づつ（本実施形態では、４０°づつ）ずれるように配置されている。また、その所定角度のうちの数カ所ごと（本実施形態では、３箇所ごと）には、センサ１４が配置されていないディスクが存在する。以下、このセンサ１４が配置されない位置をＮＵＬＬ点と言う。従って、図７に示すように、ＮＵＬＬ点は、１２０°おきに存在する。
図５に示すように、複数の各ディスク７はグループ分けされており、同一グループのセンサ１４は、同一チャンネルのチャージアンプ１０に接続されている。各センサ１４からの出力信号は、そのアンプ１０に接続された回転トランスミッタ１２を介してプロコン等よりなる制御手段６に伝送される。この制御手段６は、各センサ１４からの検出信号を処理して圧延材１の形状を求める際に、後述するドリフト補正、ユラギ補正及び影響補正を行ってから圧延材１の形状を求める補正機能を有する。
【００１２】
以下、図６のフローチャートを参照しつつ、この制御手段６において実施される検出値の処理方法を説明する。
すなわち、本実施形態の形状検出装置２においては、形状検出ローラ４を圧延材１に接触させて同期回転させてその回転角度を前記回転角度検出器１１で検出する一方で、各センサ１４からの信号を受信するとともに（Ｓ１）、これと同時に各ＮＵＬＬ点における出力値が検出されている（Ｓ２）。図７に示すように、この場合の形状検出ローラ４からの波形信号は、ローラ４の熱膨張の影響であるドリフトと、ローラ４の自重による撓みの影響であるユラギを含んだものとなっている。
【００１３】
そこで、まず、ドリフトを求めて当該ドリフトの補正を行うとともに（Ｓ３）、ユラギの振幅、位相及びオフセットの計算を行って（Ｓ４）、当該ユラギの補正を行う（Ｓ５）。なお、このドリフト補正及びユラギ補正の仕方は、例えば、特公平７−９２３８０号公報に記載されている公知の処理方法を採用することができる。
本実施形態の制御手段６は、複数のディスク７のうちの一つにライニング層５の外側から既知の荷重を加えた場合における、当該ディスク７のセンサ１４とその他のディスク７のセンサ１４に生じる影響（検出信号）を、すべてのディスクについて測定することによって収集されたキャリブレーションファクタをＫを記憶している。
【００１４】
そこで、上記のようにしてドリフト補正及びユラギ補正を行うことによって得られたデータに対して、更なる補正計算（影響補正）を行う（Ｓ６）。以下、かかる影響補正の仕方について説明する。
すなわち、まず、ローラ表面が一体のライニング層５で被覆されている場合、ローラ表面に作用する力は、図８に示すように、当該ライニング層５の影響によってローラ軸心方向に分散する。
そこで、ｉ番目のエレメント上に実際にかかる荷重をＦａｃｔｉと定義し、かつ、この荷重によって直下のエレメントに作用する荷重をｆｉと定義し、ライニング層５があることによって両隣りの数エレメントに対して分散して作用する荷重をそれぞれｆｉ（ｉ−ｊ）及びｆｉ（ｉ＋ｊ）と定義する。
【００１５】
一方、ｉ番目のエレメント内のセンサ（Ｓｉ）によって検出された検出荷重をＦｍｅｓｉと定義すると、この荷重は、当該エレメントの実荷重Ｆａｃｔｉから直にうけるダイレクト荷重ｆｉと、その両隣りのエレメント上の実荷重Ｆａｃｔｉ−ｊ及びＦａｃｔｉ＋ｊから分散してきた漏れ荷重ｆｉ−ｊ（ｉ）及びｆｉ＋ｊ（ｉ）が作用することになる。従って、この場合の検出荷重Ｆｍｅｓｉは、次の式（１）で表される。
【００１６】
【数１】

【００１７】
上記の式（１）における、ダイレクト荷重ｆｉ、漏れ荷重ｆｉ−ｊ（ｉ）及びｆｉ＋ｊ（ｉ）は、図９に示すように、ある特定のエレメントに対して所定の一定荷重Ｆｃａｌｉを加え、この時に各センサで検出された検出荷重を実測する方法を、すべてのエレメントについて実施する事前キャリブレーションによって特定することができる。
そして、当該ダイレクト荷重ｆｉ、漏れ荷重ｆｉ−ｊ（ｉ）及びｆｉ＋ｊ（ｉ）を上記事前キャリブレーションによって得られた既知の表面作用荷重Ｆｃａｌｉ、Ｆｃａｌｉ−ｊ及びＦｃａｌｉ＋ｊで割り戻すと、表面作用荷重の伝達率（割合）としてのキャリブレーションファクターＫｉ、Ｋｉ−ｊ（ｉ）及びＫｉ＋ｊ（ｉ）が下の式（２）のように表されることになる。
【００１８】
【数２】

【００１９】
そこで、上記キャリブレーションファクタ値Ｋｉ、Ｋｉ−ｊ（ｉ）及びＫｉ＋ｊ（ｉ）を前記式（１）に代入すると、検出荷重Ｆｍｅｓｉは、表面作用荷重とあわせて次の式（３）で表される。
【００２０】
【数３】

【００２１】
上記式（３）を各エレメント（ｉ＝１〜ｎ）で展開すると、次の式（４）のようになる。
【００２２】
【数４】

【００２３】
更に、上記式（４）を隣接エレメント（ｊ＝１〜ｍ）で展開すると、次の式（５）のようになり、これを行列式にすると、次の式（６）のようになる。
【００２４】
【数５】

【００２５】
【数６】

【００２６】
ここで、上記行列式を用いて、任意のエレメント内のセンサ検出荷重とキャリブレーションデータから、任意のエレメント上の表面作用力（実荷重）を求めると、すなわち、上記式（６）をＦａについて解けば、次の式（７）のようになる。
【００２７】
【数７】

【００２８】
従って、ライニング層５の存在によるダイレクト荷重と漏れ荷重を含んだセンサ検出荷重行列Ｆｍを考慮したキャリブレーションファクタＫ（行列Ｋ）の逆行列に掛け合わせることにより、信号干渉が補正されて実荷重行列Ｆａを求めることができる。
その後は、上記の影響補正（図６のＳ６）によって得られた実荷重行列Ｆａに基づいて、定法に従って圧延材１のロール幅方向の形状計算が行われることになる（図６のＳ７）。
【００２９】
ところで、ライニング層５の厚みが摩耗や再研磨等によって変化すると、式（６）及び（７）におけるキャリブレーションファクタＫも当然に変化することになる。そこで、本実施形態では、例えば、図１０に示すように、ライニング層５の厚みとキャリブレーションファクタＫとの関係を各エレメントについて予め事前に検出しておき、そのデータを制御手段６に記憶させている。
このため、ライニング層５の厚みに対応してキャリブレーションファクタＫが変更されるように制御手段６をプログラミングしておくことにより、ライニング層５が摩耗したり研磨された後の厚みを計測してその値を入力するだけで形状検出を再開することができ、ライニング層５の厚み変化に際していちいちキャリブレーション作業を行う必要性をなくすことができる。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、ローラの温度や自重の影響を考慮しなくてもよい操業条件の場合には、ドリフト補正やユラギ補正を行わずに、影響補正だけを行うようにすることにしてもよい。
また、本発明は、図２に示すディスク型の形状検出ローラ４の代わりに、例えば、図１１に示すようなソリッド型の形状検出ローラ４を用いて実施することもできる。
すなわち、このソリッド型ローラ４は、軸心方向に連続した一体型のソリッドローラ４Ａと、このローラ４Ａの外周面に形成した複数のセンサ埋め込み孔に埋め込まれた圧力センサ１４と、このセンサ１４の径外側を被覆するキャップ４Ｂとを備えており、ソリッドローラ４Ａの外周面は前記ライニング層５で被覆されている。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外周面がライニング層で被覆された形状検出ローラからの検出信号を真の値に補正することができるので、圧延材に対する隙間に起因する疵の発生を防止しつつ、圧延材の幅方向の形状を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る形状検出装置の配置図である。
【図２】形状検出ローラ（ディスク型）の正面図である。
【図３】形状検出ローラの詳細図であり、（ａ）は非荷重点出力時の圧延材とローラの接触状態、（ｂ）は最大荷重出力時の圧延材とローラの接触状態、（ｃ）はセンサの出力波形を示す。
【図４】形状検出ローラにおける各ディスクのセンサ配置図である。
【図５】本発明に係る形状検出装置の概略構成図である。
【図６】本発明方法のフローチャトである。
【図７】ユラギとドリフトを含んだ形状検出ロールからの検出信号の一例を示すグラフである。
【図８】実際の荷重Ｆａｃｔと検出信号Ｆｍｅｓとの関係を示す概念図である。
【図９】特定のディスクに定量荷重を加えた場合の他のディスクへの影響を示す概念図である。
【図１０】ライニング層の厚さの変化に伴うキャリブレーションファクタの変化率の一例を示すグラフである。
【図１１】形状検出ローラ（ソリッド型）の正面図である。
【符号の説明】
１　　　圧延材
２　　　形状検出装置
３　　　圧延機
４　　　形状検出ローラ
５　　　ライニング層
６　　　制御手段
７　　　ディスク
１４　　　圧力センサ
Ｋ　　　キャリブレーションファクタ

Claims

複数の圧力センサが軸心方向に沿って並設されかつ軸心方向に連続したライニング層で外周面が被覆されている形状検出ローラを圧延材に接触するように同期回転させ、このときに検出される前記各圧力センサからの検出信号に基づいて当該圧延材の幅方向の形状を求めるようにした圧延材の形状検出方法において、
前記複数の圧力センサのうちの一つに前記ライニング層の外側から既知の荷重を加えた場合における当該圧力センサとその他の圧力センサに生じる検出信号を、すべての圧力センサについて測定することによってキャリブレーションファクタを予め収集しておき、
実操業において前記各圧力センサによって検出された検出信号に対して前記キャリブレーションファクタを加味して補正計算を行うことを特徴とする圧延材の形状検出方法。
複数の圧力センサが軸心方向に沿って並設されかつ軸心方向に連続したライニング層で外周面が被覆されている形状検出ローラと、このローラが圧延材に接触して同期回転するときに検出される前記各圧力センサからの検出信号に基づいて当該圧延材の幅方向の形状を求める制御手段と、を備えている圧延材の形状検出装置において、
前記制御手段は、前記複数の圧力センサのうちの一つに前記ライニング層の外側から既知の荷重を加えた場合における当該圧力センサとその他の圧力センサに生じる検出信号を、すべての圧力センサについて測定することによって予め収集されたキャリブレーションファクタを記憶しており、
実操業において前記各圧力センサによって検出された検出信号に対して前記キャリブレーションファクタを加味して補正計算を行うものであることを特徴とする圧延材の形状検出装置。
制御手段は、更に、ライニング層の厚さの変化に伴うキャリブレーションファクタの変化率データを記憶している請求項２に記載の圧延材の形状検出装置。