JP2005512082A - 金属ストリップの応力を測定する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、互いに離間された２つのロール（１２，１４；２６，２８）上を通過する金属ストリップ（１０）の応力を測定する方法において、ロール間の表面における接触ライン（１６，１８）間のストリップ振動周波数を測定し、ストリップの応力の測定に利用されることを特徴とする。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、互いに離間された２つのロール上を通過する金属ストリップの応力を測定するための方法に関する。

幅の狭い金属ストリップを製造するため、幅の広いシートをコイルから解き、複数のスリッターで上記シートを各ストリップに分割し、その後これらのストリップをリール状に巻き取ることが知られている。複数に細く切り裂くプロセスの間に、それぞれに分割されたストリップの巻き取り応力は、平均巻き取り応力より大きい値とそれより小さい値の間の範囲にある。これは、導入されるストリップの形状、及びそれ程でないにせよ導入されるストリップの平坦度を含む多くの問題による。それぞれのストリップが、低すぎる応力若しくは高すぎる応力で巻き取られるならば、織り込まれること（weave）及び巻き芯周辺部がへこんで皿状になること(dishing)等の巻き取り上の問題が発生しうる。ストリップの応力を測定することにより、操縦者は、プロセスの現在の状態、及び導入されるストリップの特性に関する様々なフィードバックを得ることができる。

本発明の目的は、互いに離間された２つのロール上を通過する金属ストリップの応力を測定する方法を提供することにある。

本発明によれば、この目的は、ロール表面の接触ライン間のストリップの振動周波数を測定し、ストリップ応力の測定のために用いることを特徴とする、上記タイプの方法によって達成される。

振動周波数は、基本変位モードとストリップのねじれ及び／又は湾曲を含む振動モードとの基本波及び高調波を含む。

好ましくは、ストリップの応力は、

により計算される。ここで、ｆ_０は、振動の基本変位モードの周波数、Ｌはロール間を通過するストリップの長さ、Ｗはストリップ幅の長さ、ｔはストリップの厚み、ρはストリップの密度、そしてＴはストリップの応力である。

この周波数は、様々な種類の振動センサーにより測定しても良い。レーザー振動計、誘導型近接センサー（inductive proximity sensor）、静電容量型センサー（capacity sensor）、反射角の変化を使用する光学式変位センサー(optical displacement sensor)、空気圧パルスを使用する超音波若しくは音波センサーのような非接触型のセンサーを使用して、ストリップの振動周波数を測定することが好ましい。

本発明に係るプロセスは、特に通過しているストリップの応力を制御すること、特に裁断手段におけるストリップ応力を測定及び／又は制御することに適している。

裁断プロセスのみにより起こるストリップ振動を用いて、振動周波数を測定しても良い。若しくは、裁断プロセスにより起こるストリップ振動を付加的に高めても良い。

本発明の更なる利点、特徴及び詳細は、以下の好ましい実施形態の詳細な記載及び概略的に示した図面により明らかになる。

図１に示したように、金属ストリップ１０（例えばアルミニウムストリップ）は、互いに離間された２つのロール１２及び１４上を案内される。第１ロール１２と第２ロール１４のそれぞれの表面と金属ストリップ１０との接触ライン１６及び１８は、振動動作を起こさない、端部が束縛された状態を意味する。ロール１２及び１４間のストリップ１０の部分は、矢印Ａで示される方向に自由に振動する。

振動の基本変位モードには、ストリップ１０が捻られることなく、２つのロール１２及び１４間のストリップの中間点において波腹(antinode)を有する状態で平面から移動することが含まれる。このモードを、図１に示している。この基本自然モードの周波数ｆ_０〔Ｈｚ〕は、

により得られる。ここで、Ｌ〔ｍ〕はロール間のストリップの長さ、Ｗ〔ｍ〕はストリップ幅の長さ、ｔ〔ｍ〕ストリップの厚み、ρはストリップの密度〔ｋｇ／ｍ^３〕、そしてＴ〔Ｎ〕はストリップの応力である。２、３、４・・・の波腹を有する基本波周波数の高調波は、２ｆ_０、３ｆ_０、４ｆ_０・・・と等しいモード周波数を有する。

図１に示された理論的なモデルに基づいて、ストリップ応力を計算しても良い。この応力は、ストリップの振動周波数をある位置において測定することによって計算される。ある位置とは、このプロセスにおいて、２つのロール等の２つの束縛ポイント間で実行値を示す位置である。振動節として作用する２つのポイント間において、応力が掛かった状態で保持されるあらゆる金属ストリップは、予測可能な自然共鳴振動周波数を有する。この周波数は、楽器の弦のように、ストリップ応力に関係している。ストリップの大きさを知り共鳴周波数を測定すると、ストリップの応力を容易に計算することができる。

図２に示されたマルチスリッター配置は、コイル（不図示）から解かれるシート２２が、一連のストリップ１０に分割するマルチスリッター２０を含む。ストリップ１０は、ピンチロール２４、２６を通って、アイロン加工ロール２８を通過し、最終的にコイル３０のように巻き取られる。

レーザー振動計３２のレーザービーム３４を、ピンチロール２６とアイロン加工ロール２８間のストリップ１０に向ける。ピンチロール２６及びアイロン加工ロール２８は、図１に示された第１ロール１２及び第２ロール１４に対応する。

図２の配置において使用されるレーザー振動計３２は、ポリテック（Polytec）レーザードップラー振動計である。これは、レーザを使用して、構造体に接触することなく、振動体上のあるポイントの速度及び変位を測定するものである。レーザービーム周波数が、ブラッグセル（Bragg cell）を使用して変調され、レーザーヘッドへ向かう構造体の動きとレーザーヘッドから離れる構造体の動きとを区別することを除けば、このレーザー振動計は、レーザー干渉計の原理に従って作動している。ＤＣから２０ＨＨｚの周波数範囲に亘って、約１ｎｍ程度の変位を検出することができる。標準レーザー振動計は、構造体のシングルポイントにおける振動を測定する。レーザービームは、表面荒さに依存するけれども、測定される表面の動きに対して略垂直でなければならない。より荒い表面を測定する場合は、より広い範囲の角度で行われる。アルミニウムシートでは、振動計に対してより強い反射シグナルが得られ、レーザービームの調整は、つや無しの表面に対する場合より、重要である。

レーザー振動計３２とピンチロール２６とアイロン加工ロール２８間を通過するストリップ１０との間の距離は３ｍであった。幅１５００ｍｍ、厚みｔ０．３６ｍｍのアルミニウムシートを、幅４１．６ｍｍを有するストリップ１０に分割する間に、測定がなされた。この振動計は、作製の間に多くても数回、ストリップの中央部と端部の振動数を測定できるように移動可能であった。この平均ストリップ応力は、２７Ｎ／ｍｍ^２に維持された。

プロセス自体が、ストリップ１０を刺激して振動させるのに必要な十分なエネルギーを与え、一般的には数百ミクロンのストリップ１０の大きな変位が測定されることが分かった。振動計の出力に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行うことにより、振動周波数を決定することができる。

レーザー振動計３２は、シグナル分析技術（例えば、ＦＦＴ）と組み合わせることにより、異なるストリップ１０の基本振動周波数ｆ_０を正確に測定することができ、ストリップ応力の違いを測定することができる。

さらなる実験が、誘導型近接センサーを使用してなされてきた。測定された周波数ｆ_０から計算されるストリップ１０の平均応力は、解きほぐすモータトルクから計算された平均応力と相違がない。この測定に使用されるセンサーは、Pepperl+Fuchs IA5-18GM-I3であった。このセンサーは、０〜２０ｍＡの電流出力を与える。この電流出力は、２〜５ｍｍの範囲に亘って金属ターゲットからの距離と１次的関係を有する。この振動計は、２０×２０ｍｍのターゲットエリアを検出可能である。ストリップ１０の近くに配置されると、ストリップの振動周波数ｆ_０は、センサーアウトプットのＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行うことにより決定される。ストリップの応力を上述の等式を使用して計算することができる。

図１は、２つのロール間を通過するストリップの振動の基本変位モードを示す。 図２は、本発明に係るプロセスを使用したスリッター配置を示している。

Claims (9)

1. 互いに離間された２つのロール（１２，１４；２６，２８）上を通過する金属ストリップ（１０）の応力を測定する方法であって、
   ロールの表面の接触ライン（１６，１８）間でストリップの振動周波数を測定し、ストリップ応力の測定に使用することを特徴とする方法。
2. 前記振動周波数が、基本変位モードと、ストリップのねじれ及び／又は湾曲を含む振動モードとの基本波及び高調波を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記ストリップ（１０）の応力が、ｆ_０を振動の基本変位モードの周波数、Ｌをロール間のストリップの長さ、Ｗをストリップの幅、ｔをストリップの厚み、ρをストリップの密度、Ｔをストリップの応力として、
   

   

   により計算されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記周波数が、振動センサー（３２）により測定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記振動センサー（３２）が、レーザー振動計、誘導型近接センサー、静電容量型センサー、光学式変位センサー、超音波若しくは音波センサーのような非接触型センサーであることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記測定された振動周波数を使用して、通過するストリップ（１０）の応力を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記測定された振動周波数を使用して、裁断手段（２０）におけるストリップ（１０）の応力を測定及び／又は制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記裁断プロセスにより発生する振動周波数を測定することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記裁断プロセスにより発生する振動周波数を付加的に高めることを特徴とする請求項８記載の方法。
   

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