JP2004298890A

JP2004298890A - 帯状体の搬送状態検出方法及び帯状体の蛇行制御方法

Info

Publication number: JP2004298890A
Application number: JP2003092342A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Ueda; 宏樹上田; Toru Okada; 徹岡田; Katsuhito Arakawa; 勝仁荒川; Munekazu Harada; 宗和原田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】安価且つ正確に帯状体の蛇行制御を行う。
【解決手段】搬送されている帯状体１の幅方向両端部における振動数と幅方向位置とを共通の投受光式変位計５を利用して検出するとともに、検出された前記振動数から帯状体両端部の張力差を求め、更にこの張力差と幅方向位置との双方に基づいて帯状体１に対する蛇行修正装置３による制御量を求める。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延設備や焼鈍設備、表面処理設備等の連続処理ラインで搬送される鋼板等の帯状体に対し、その搬送状態（幅方向位置及び振動数）を検出する搬送状態検出方法及び蛇行を制御する蛇行制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板等の連続処理ラインでは、搬送されている鋼板の幅方向の蛇行を抑制することによって、ライン減速による生産性低下や帯状体の端面損傷による歩留まりロス等が防止されるようになっており、このような帯状体の蛇行量（蛇行制御量）を求める方法としては次のものが従来より公知である。
（１）下記特許文献１に開示されているように、投受光式センサーによって帯状体の幅方向両端を直接的に検出することによって蛇行量を求める方法。
（２）同じく特許文献１に開示されているように、帯状体の重量を搬送ロールの両端に設けた左右のロードセルにて検出し、この左右ロードセルにかかる荷重差から帯状体の蛇行量を求める方法。
（３）下記特許文献２に開示されているように、搬送されている帯状体の振動を変位センサにより検出し、その検出値から帯状体の幅方向の張力分布を計算し、この張力分布から蛇行量を求める方法。
【０００３】
そして、上記のいずれかの方法又は組み合わせにより求められた蛇行量に基づき、ステアリングロール等の蛇行修正装置を介して帯状体の蛇行が修正されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２６７４４４号公報
【特許文献２】
特開平１０−１７５０１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記（１）の方法の場合、投受光式センサーを設けている位置の直接的な蛇行量は比較的正確に検出することが可能であるが、蛇行量を直接検出しているために実際に蛇行が始まってからの位置制御しか行えず、位相（制御）遅れが生じやすいという欠点がある。
また、帯状体は蛇行の初期に幅方向両端部の張力差が大きくなることが一般的に知られているが、上記（１）の方法では、このような張力差が発生していたとしてもこれを検出できない。このため、投受光式センサーで検出した時点の蛇行量が小さくてもその後急激に拡大する蛇行を予測できず、幅方向の限界位置を越えてまで帯状体が蛇行してしまう恐れが生じていた。
【０００６】
したがって、投受光式センサーが蛇行修正装置の近傍に設置されている場合、この蛇行修正装置の位置では帯状体を所定の幅方向位置に制御することができるが、蛇行修正装置から離れるほど（処理ラインの後ろにいくほど）制御が困難になる。
上記（２）の方法の場合は、帯状体の蛇行量が小さい場合や帯状体に形状不良がある場合には正確に荷重差を検出することができず、精度が低下するという欠点があった。
【０００７】
ただ、帯状体は、蛇行の初期に幅方向両端部の張力差が大きくなると左右の荷重差も大きくなる（張力の大きい側の荷重が大きくなる）ことが確認されており、この荷重差から蛇行量を予測して応答することも可能である。しかし、この場合も、蛇行量が小さくかつ一定量で安定していると荷重差の検出は小さくなり、蛇行修正の精度は低くなる。
上記特許文献１では、上記（１）（２）の方法を組み合わせ、さらに上記（２）のロードセルを蛇行修正装置の入側に設け、上記（１）の投受光式センサをロードセルとは異なる蛇行修正装置の出側に設けることによって、双方の欠点を補い利点を生かしたものとなっている。
【０００８】
しかしながら、この技術では、単に２つの方法を組み合わせただけであるため当然にそれぞれのセンサー（投受光式センサー及びロードセル）が必要となり、コスト的に不利である。また、この技術では、２つのセンサーからの検出値を加算平均することによってステアリングロールの制御量を決定しているが、実質的に蛇行量の異なる２位置の検出値から一つの制御量を求めているために最適な制御量を得るのは困難であり、ある程度大まかな制御にならざるを得ない。
これに対し上記（３）の方法では、幅方向両端部の振動数差から得られた幅方向の張力差により蛇行量を予測して好適に制御量に反映することができ、上記（２）の方法に比べて小さい蛇行量でも検出可能であるが、やはり、一定の蛇行量で安定してしまうと張力差が検出できず蛇行の修正もできなくなる。
【０００９】
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、帯状体の搬送状態を安価に検出することができる検出方法を提供することにある。
また、第２の目的は、帯状体の幅方向位置と幅方向両端部の振動数とを検出し、これらより帯状体の蛇行制御量を求めることによってより正確な蛇行の制御を行い得る帯状体の蛇行制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を講じている。
すなわち、本発明にかかる帯状体の搬送状態検出方法は、搬送されている帯状体の幅方向両端部における振動数と幅方向位置とを共通の投受光式変位計を利用して検出するようにしたことを特徴とするものである。
上記投受光式変位計では、帯状体の幅方向の位置ズレによって投光器からの光が遮られる場合と、振動によってある周期をもって遮られる場合との双方を検出することができ、前者によって帯状体の幅方向位置（蛇行量）が判断でき、後者によって振動数が判断できる。このため、２つの検出値を共通の投受光式変位計によって安価に検出することができ、この検出方法により得られた帯状体の搬送状態は、搬送方向の同じ位置で検出されたものであることから、この２つの検出値に基づいて帯状体の蛇行を制御すれば、より正確な制御が可能となる。
【００１１】
本発明にかかる帯状体の蛇行制御方法は、搬送されている帯状体の幅方向両端部における振動数と幅方向位置とを検出するとともに、検出された前記振動数から帯状体両端部の張力差を求め、この張力差と前記幅方向位置とに基づいて帯状体に対する蛇行修正装置による制御量を求めるようにしたことを特徴とする。
この本発明によれば、帯状体の幅方向両端位置を検出することにより帯状体の直接的な蛇行量が得られ、幅方向両端部の振動数から計算された張力差によって予測的な蛇行量が得られる。そして、双方の蛇行量から蛇行修正装置によって制御すべき制御量を決定することで適切な蛇行制御が行えるようになる。
【００１２】
上記において、前記振動数と幅方向位置とは、共通の投受光式変位計により検出されることが好ましい。また、前記振動数と幅方向位置とは搬送方向の同位置にて検出されることが好ましい。共通の投受光式変位計を用いることによってコスト低減が図れ、同じ搬送方向の位置で検出することによって、双方の検出値から正確な制御量を求めることができる。
また、帯状体の蛇行量は、幅方向両端部における張力差が瞬間的に変動したときに急激に拡大することに鑑み、前記振動数に基づいた制御量は、張力差の時間変動値（時間当たりの変動値）に基づいて求められることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の一例として、本発明にかかる帯状体の搬送状態検出方法並びに蛇行制御方法を採用した鋼板（帯状体）１の連続処理ラインの装置構成図を示しており、鋼板１は両側の支持ロール２，３によって２点で支持され、矢印方向に搬送されるようになっている。右側の支持ロール３は蛇行修正装置を構成するステアリングロールであり、その軸を傾斜させることによって搬送されている鋼板１の蛇行を所定に修正するものとなっている。
【００１４】
このステアリングロール３の出側には、蛇行制御装置４が設けられている。
この蛇行制御装置４は、図２に示すように、鋼板１の幅方向両端部における変位を検出する検出手段５と、この検出手段５からの信号が変位計アンプ８を経て入力されかつこの信号に基づいて蛇行制御量Ｉを求める演算手段６と、この演算手段６からの制御量Ｉの出力を受けてステアリングロール３を制御する制御手段７とを有している。
上記検出手段５は、鋼板１の幅方向両端部に対応して設けられた投受光式の変位計５_１，５_２によって構成され、この投受光式変位計５_１，５_２は、投光器５Ａ_１，５Ａ_２と受光器５Ｂ_１，５Ｂ_２とを備えていて鋼板１の上下に配設されている。そして、図３に示すように、投光器５Ａ_１，５Ａ_２からの投光５Ｃが鋼板１によって遮られる位置が検出され、その信号から前記演算手段６を用いて鋼板１の幅方向位置（蛇行量）が検出されるようになっている。
【００１５】
また、搬送されている鋼板１が図３の矢印で示すように上下方向（板面方向）に振動したときは僅かに幅方向にも振れが生じ、この際、投光５Ｃの遮られる位置がある周期で変動する。かかる変動から前記演算手段６を用いて板固有振動数が検出されるようになっている。
具体的に、投受光式変位計５からの信号は、変位計アンプ８を経て演算手段６に入力され、この演算手段６では、図４に示す演算アルゴリズムにより鋼板１の幅方向位置及び振動数が求められ、更に制御手段７に出力すべき蛇行制御量Ｉが求められる。
【００１６】
図４において、ステップＳ１では、左右の変位計５_１，５_２からの信号ｘ_１，ｘ_２を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理することによって板振動の周波数成分を抽出し、その中から振幅の最大成分ｆ_１，ｆ_２を選択する。そしてステップＳ２にて、各チャンネル（左側及び右側の変位計５_１，５_２）ごとに求められた周波数成分ｆ_１，ｆ_２と、鋼板１の諸元とから求まる張力Ｔ_１，Ｔ_２の差ΔＴを求め、これに係数αを乗じた値Ｉ_１を第１の制御量とする。
すなわち、上記張力Ｔｎ（Ｔ_１，Ｔ_２）は次式により求められる。
【００１７】
Ｔｎ＝４・Ａ・ρ・ｌ^２・ｆｎ^２（ｎ＝１，２）
ただし、Ａは鋼板１の幅方向の断面積、ρは帯状体の密度、ｌはサポート間距離（図１参照）である。
張力の差ΔＴは次式により求められる。
ΔＴ＝Ｔ_１−Ｔ_２
制御量Ｉ_１は次式により求められる。
Ｉ_１＝α・ΔＴ
係数αはΔＴのΔｔ秒間の変動であって、α＝ΔＴ／Δｔにより求められ、瞬間的に幅方向の張力差ΔＴが大きくなったときに制御量Ｉ_１が大きくなる正帰還としている。すなわち、時間あたりの張力差ΔＴの変動が大きいほど、より大きな蛇行が発生すると予測して制御量Ｉ_１も大きくするようになっている。
【００１８】
ステップＳ３では、左右変位計５_１，５_２の定常信号がΔｔ秒間の平均値として求められ、それぞれから得られる出力値Ｘ_１，Ｘ_２から鋼板１の幅方向位置Ｘが求められる。
Ｘ＝Ｘ_１−Ｘ_２
そして、ステップＳ４では、第２の制御量Ｉ_２が次式により求められる。
Ｉ_２＝−β・Ｘ
ただし、βは負帰還に関する係数である。
【００１９】
ステップＳ５では、上記により演算された第１，第２制御量Ｉ_１，Ｉ_２から、次式により最終的な制御量Ｉが求められる。
Ｉ＝Ｉ_１＋Ｉ_２
このように得られた制御量Ｉは制御手段７に入力され、当該制御手段７は、ステアリングロール３を作動するアクチュエータ３Ａを制御量Ｉに基づいて制御するようになっている。
以上より、本発明では、帯状体の幅方向位置に基づく制御量Ｉ_２によって、検出位置において実際に生じている蛇行を制御でき、幅方向両端部の振動数から得られた張力差に基づく制御量Ｉ_１によって遅れて生ずる蛇行を前もって制御できる。また、各制御量Ｉ_１，Ｉ_２は帯状体１の搬送方向の同位置から得られたものであるため、これらを加算することによってより正確な制御量Ｉを求めることができ、１つの検出手段５を利用して帯状体の２つの搬送状態（幅方向位置及び振動数）を検出しているためにコスト的にも有利である。
【００２０】
図５は、従来技術として例示した荷重差式（方法（２））の蛇行制御方法を用いた場合（ａ）と、本発明にかかる蛇行制御方法を用いた場合（ｂ）の帯状体１の蛇行量及び制御量を示すものであり、従来技術の場合、蛇行量が小さい前半部分で帯状体１が蛇行している方向に制御が働き、かえって蛇行を助長するような誤差が生じている。そして、後半部分では制御量が大きくなっているにも関わらず蛇行は差ほど修正されていない。
これに対して、本発明の場合、蛇行量が小さい前半部分でこの蛇行を修正するような適切な制御が働いており、後半部分においても蛇行の拡大が好適に抑制されていることがわかる。
【００２１】
図６は、従来技術として例示した投受光式（方法（１））の蛇行制御方法を用いた場合（ａ）と、本発明にかかる蛇行制御方法を用いた場合（ｂ）の、ステアリングロール（蛇行制御装置）３の位置及びこれよりも搬送方向下流側に離れた位置Ａ（図７参照）における帯状体１の蛇行量及び制御量を示したものである。
従来技術の場合、ステアリングロール３の位置ではある程度蛇行量は低減されているものの、ステアリングロール３から離れた位置Ａでは蛇行量がかなり大きくなっている。つまり、この従来技術では、投受光式変位計にて検出した帯状体の幅方向位置のみに基づいて蛇行量を制御しているため、その検出位置での蛇行は抑制されるが、その後、処理ラインの後ろで拡大する蛇行については何ら抑制されないものとなっている。
【００２２】
これに対して、本発明の場合、ステアリングロール３の位置での蛇行量は従来技術に比べて若干大きくなることもあるが、ステアリングロール３から離れた位置での蛇行量はさほど拡大していないことがわかる。
つまり、本発明では、従来技術と同様に投受光式の変位計５を利用しているが、これによって帯状体１の幅方向位置だけでなく振動数をも検出し、この振動数から求められた幅方向の張力差（つまり、幅方向の荷重差）をも考慮して蛇行制御を行なっているため、ステアリングロール３から離れた位置においても好適に蛇行を低減できるのである。
【００２３】
このため、処理ライン全体を通して最大の蛇行量を抑制することができ、帯状体１が幅方向の限界位置を超えてまで蛇行するようなことを確実に防止できるものとなっている。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更可能である。
例えば、蛇行修正手段３については上記のようなステアリングロールによるものに限定されず、例えば、圧延設備においては圧延ロールの左右のギャップを調整することによって蛇行を修正する方法を採用することが可能である。
【００２４】
また、投受光式の変位計５は、帯状体１の上下振動をより正確に検出するために、投光器５Ａの光軸５Ｃを図３に点線で示すように傾斜させるようにしてもよい。
板固有振動数の周波数分析方法としては最大エントロピー法を用いても良い。また、帯状体の振動は搬送中に自然に発生する常微振動を検出しても良いし、接触式、非接触式の加振器を使用して強制的に振動させてもよい。この場合、非接触式の加振器としては、空気を瞬間的に吹き付ける方法、電磁石を用いた誘導起電力により加振力を発生させる方法等を採用することができる。
【００２５】
上記蛇行修正装置３は、蛇行制御装置４によりフィードバック制御される構成に限らず、フィードフォワード制御される構成とすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明にかかる帯状体の搬送状態検出方法によれば、帯状体の幅方向位置と幅方向両端部の振動数との２つの搬送状態を安価に検出できる。
また、本発明にかかる帯状体の蛇行制御方法によれば、より正確に帯状体の蛇行制御が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を採用した鋼板の連続処理ラインの装置構成図である。
【図２】蛇行制御装置及び蛇行修正装置を示す概略図である。
【図３】投受光式変位計を示す正面図である。
【図４】演算アルゴリズムを示すフロー図である。
【図５】（ａ）は従来技術、（ｂ）は本発明の方法による帯状体の蛇行量と制御量との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は従来技術、（ｂ）は本発明の方法による帯状体の蛇行量と制御量との関係を示すグラフである。
【図７】図６における蛇行量測定位置を示した鋼板連続処理ラインの装置構成図である。
【符号の説明】
１鋼板（帯状体）
３ステアリングロール（蛇行修正装置）
５投受光式変位計（検出手段）
６演算手段

Claims

搬送されている帯状体の幅方向両端部における振動数と幅方向位置とを共通の投受光式変位計を利用して検出することを特徴とする帯状体の搬送状態検出方法。
搬送されている帯状体の幅方向両端部における振動数と幅方向位置とを検出するとともに、検出された前記振動数から帯状体両端部の張力差を求め、更にこの張力差と前記幅方向位置との双方に基づいて帯状体に対する蛇行修正装置による制御量を求めるようにしたことを特徴とする帯状体の蛇行制御方法。
前記振動数と幅方向位置とが共通の投受光式変位計を利用して検出されることを特徴とする請求項２記載の帯状体の蛇行制御方法。
前記振動数と幅方向位置とが帯状体の搬送方向の同位置にて検出されることを特徴とする請求項２又は３記載の帯状体の蛇行制御方法。
前記振動数に基づいた制御量が帯状体の幅方向両端部における張力差の時間変動値から求められることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の帯状体の蛇行制御方法。