JP2006346641A - 塗装膜厚制御方法及びそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】パラメータの調整が簡単でかつ高いモデル予測精度を有する塗装膜厚制御方法及びそのシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】操業を管理および制御するための操業用計算機（プロセスコンピュータ）１、過去操業データを蓄積・記憶するための過去操業データベース２、および操業結果を予測するための操業予測装置３から構成され、操業予測装置３はさらに、操業予測演算要求入力部、予測対象材データ入力部、過去操業データ読込部、予測値演算部、結果表示部、および記憶装置から構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、塗装膜の厚さを制御する塗装膜厚制御方法及びそのシステムに関し、特にロールコータによる鋼板などの塗装に関するものである。

従来、鋼板では、その耐食性などの性能向上を図るために、例えば亜鉛めっき鋼板上にクロムや樹脂などをコーティングすることが一般的に行われている。上記鋼板に対するコーティングは、一般に、塗料パン内の塗料を引き上げるためのピックアップロールと該ピックアップロールから塗料を受取り、鋼板の表面に該塗料を転写して塗装するためのアプリケータロールにより行われる。

このような塗装の場合、鋼板の搬送速度に対するアプリケータロールの周速、アプリケータロールとピックアップロールの周速差、鋼板とアプリケータロール間の押付圧、アプリケータロールとピックアップロール間の押付圧、塗料の濃度、粘度など様々な因子により膜厚が変化する。

このような塗装におけるこれまでの膜厚制御方法としては、流体理論に基づいた非線形物理モデルを用いた制御方法などが知られており、例えば、特許文献１および特許文献２に開示された技術がある。
特開平５−１６９０１２号公報 特開平５−２２０４４１号公報

しかしながら、前述の特許文献１および特許文献２に開示された技術では、物理モデルが非線形で非常に複雑であるため、パラメータの調整が非常に難しく、その結果、高い予測精度を得にくいという問題があるとともに、また、数ヶ月経つと操業条件が変化し、予測精度がますます劣化するという問題がある。さらに、家電製品、自動車等の広い用途に塗装鋼板が使用されているため、近年は次々に規格が増加する上、高品質が要求される傾向にあり、規格ごとのパラメータ調整に労力がかかるという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、パラメータの調整が簡単でかつ高いモデル予測精度を有する塗装膜厚制御方法及びそのシステムを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、連続的に移動する帯状体にロールコータにより塗料を転写・塗装する操業の際に塗装膜の厚さの制御を行う塗装膜厚制御方法において、過去の操業における膜厚の目標値または実績値、および膜厚に影響を与える操業因子の設定値または実績値を過去操業データとして過去操業データベースに蓄積・記憶して、前記過去操業データベースから、膜厚に影響を与える操業因子の設定値または実績値が、これから塗装を実施する被塗装材の操業因子と類似した過去操業データを選択し、選択した過去操業データにおける膜厚の目標値または実績値から膜厚予測値を求め、該膜厚予測値に基づいて操作量の設定値を決定することを特徴とする塗装膜厚制御方法である。

また本発明の請求項２に係る発明は、連続的に移動する帯状体にロールコータにより塗料を転写・塗装する操業の際に塗装膜の厚さの制御を行う塗装膜厚制御方法において、過去の操業における膜厚の目標値または実績値、操作量および膜厚に影響を与える操業因子の設定値または実績値を過去操業データとして過去操業データベースに蓄積・記憶して、前記過去操業データベースから、膜厚の目標値または実績値、および膜厚に影響を与える操業因子の設定値または実績値が、これから塗装を実施する被塗装材の操業因子と類似した過去操業データを選択し、選択した過去操業データにおける操作量の設定値または実績値からこれからの操業の操作量の設定値を決定することを特徴とする塗装膜厚制御方法である。

さらに本発明の請求項３に係る発明は、操業を管理および制御するための操業用計算機と、過去操業データを蓄積・記憶するための過去操業データベースと、膜厚を予測するための、あるいは膜厚を所定値にするための操作量を予測するための塗装膜厚予測装置とを備え、該操業予測装置は、前記操業用計算機からの予測計算開始指令を受け付ける操業予測演算要求入力部と、これから塗装される被塗装材のデータを操業用計算機から入力する予測対象材データ入力部と、前記過去操業データベースから予測演算の為に必要な過去の操業データを読み込む処理をおこなう過去操業データ読込部と、該過去操業データ読込部および前記予測対象材データ入力部からの出力データを入力して、これらのデータに基づいて、操業結果を予測すると共に、その予測結果を前記操業計算機に出力する予測値演算部と、前記予測値演算部での予測結果を出力、表示する結果表示部とを備えることを特徴とする塗装膜厚制御システムである。

本発明は、過去の塗装操業データを事例データベース化し、類似したデータを抽出し、膜厚制御の操作量を予測するようにしたので、経時劣化によるパラメータ等の再調整の必要がなく、労力の削減が可能となる。また、塗装膜厚を所定の値に制御できるので膜厚の目標値外れによる不良材の減少が可能となる。

図７は、本発明が対象とするロールコータにより鋼板などを塗装する塗装装置の全体構成例を示す図である。図中、１１はコータパン、１２は塗料、１３はピックアップロール、１４はトランスファーロール、１５はアプリケータロール、および１６は鋼板をそれぞれ表す。

コータパン１１内の塗料１２は、ピックアップロール１３により引上げられ、トランスファーロール１４を経由してアプリケータロール１５に転写される。さらに、アプリケータロール１５に転写された塗料は鋼板１６の表面に転写される。なお、鋼板１６に転写された塗料は、付着量計または膜厚計（図示せず）にて付着量または膜厚を計測すると共に、塗布された鋼板はオーブン（図示せず）で乾燥される。

鋼板１６に転写された塗料の付着量Mは、例えばピックアップロール１３、トランスファーロール１４、およびアプリケータロール１５のそれぞれの押付圧・周速（NP、NT、NA、VP、VT、VA）、被塗装材である鋼板の搬送速度LSおよび鋼板厚さ・鋼板張力といった操業因子、さらに塗料１２の性状（濃度、粘度など）、鋼板の表面粗さおよび雰囲気温度といった環境因子など様々な要因により変化する。ここで、環境因子を計測していない因子として定義して、上記のものをその例として挙げているが、例えば鋼板の表面粗さや雰囲気温度を計測できる又はしているという場合には、積極的に操業因子に入れていくことができる。この逆に、操業因子として計測できる又はしている因子として挙げているものでも、環境因子に入れなければならない場合もある。

以下、本発明の詳細説明に入る前に、先ず本発明に係るモデル予測の概念を図２を用いて説明する。まず、出力を予測したいシステム（操業）に関して、そのシステムの１又は複数個からなる入力変数（操業因子）を与える（Step11）。入力された複数の入力変数を入力変数空間上のベクトルとして捉え、予測要求点と呼ぶことにする。そして次に、予め操業因子と操業結果を記憶・蓄積した過去の事例データベースから、前記出力を予測したい入力変数（操業因子）を、その入力変数空間上（例えば、ベクトル空間）で、与えられた入力変数（操業因子）と距離が近い近傍データ（つまり、類似していることを意味する）の過去の事例を１個以上抽出する（Step12）。そして、その選択された過去の事例の１個以上のデータの平均値や回帰式に基づいて予測値を計算する（Step13）というステップを採るものである。

次に以下、本発明の詳細を図および式を参照して説明してゆく。図１は、本発明に係るシステムの全体構成例を示す図である。本システムは、大きく分けて、操業を管理および制御するための操業用計算機（プロセスコンピュータ）１、過去操業データを蓄積・記憶するための過去操業データベース２、および膜厚、または膜厚を所定値にするための操作量を予測するための塗装膜厚予測装置３から構成される。

操業用計算機１は、例えば、１つの製品が製造完了するたびに、製造ラインから操業データを入力し、操業データと製品の諸元データを過去操業データベース２に記憶する。また、操業用計算機１は、これから製造する製品の膜厚、または膜厚を目標値に制御するための操作量を予測するために、塗装膜厚予測装置３に対して設定計算（操業予測演算）の要求信号を出力する。さらに、その予測に当たって、予測の対象となる材料の諸元データ等も、塗装膜厚予測装置３に出力するとともに、塗装膜厚予測装置３で算出された設定計算結果（操業予測結果）を入力し、操業に反映する。

過去操業データベース２には、塗装膜厚予測装置３が操業を予測するに当たって必要となる、過去操業データが記憶されており、このデータが塗装膜厚予測装置３によって読み込まれる。なお、この過去操業データベース２は、例えば図４に示すような入力変数（操業因子データ）と出力値（膜厚の目標値または実績値、または膜厚を所定値にするための操作量）とが対となっているデータ構造を有している。

塗装膜厚予測装置３は、さらに操業予測演算要求入力部３１、過去操業データ読込部３３、予測対象材データ入力部３２、予測値演算部３４、結果表示部３５、および記憶装置３６とからなる。

操業予測演算要求入力部３１は、操業用計算機１からの予測計算開始指令を受け付け、これを予測演算部３４に出力することで、予測演算が実行される。過去操業データ読込部３３は、過去操業データベース２から予測演算の為に必要な過去の操業データを読み込む処理をおこない、予測演算部３４に出力する。予測対象材データ入力部３２は、これから製造される製品の諸元データ（操業因子データ）を操業用計算機１から入力し、予測演算部３４に出力する。ここで入力されるデータは、例えば図５に示すような構造のデータである。

予測演算部３４では、上記予測対象材データ入力部３２および過去操業データ読込部３３からの出力データ、すなわちこれから製造される製品の膜厚を予測するための、または膜厚を所定値にするための操作量の設定値を予測するために必要となる諸元データ（操業因子データ）と、過去の操業データとを入力して、これらのデータに基づいて、膜厚、または膜厚を所定値にするための操作量を予測すると共に、その予測結果を操業計算機１に出力して、操作量を設定する。また、記憶装置３６は、予測演算部３４で算出された演算値を一次記憶するためのものである。そして、その結果を結果表示部３５に出力、表示する。

図３は、処理手順の一例を示すフロー図である。図を用いて処理フローの詳細を、以下説明していく。先ず、操業用計算機１から膜厚、または膜厚を所定値にするための操作量予測演算開始要求の信号が入力されると、塗装膜厚予測装置３の演算がスタートされる。

次に、過去の実績データを過去操業データベース２から読み込み、予測値演算部３４に出力し、予測値演算部３４ではベクトル変換（Xｊ）や正規化処理が実行される（Step101）。過去操業データベース２には、予め、１つの製品の製造が完了する毎に、その製品の諸元データおよびそのときの操業条件が過去の操業データとして記憶されている。

過去操業データベース内の過去の操業データは、ｎ個の入力変数空間上のベクトルとして捉え、以下のように表される。
Xｊ = [xj(1),xj(2),xj(3),・・・,xj(n)] （j=1,2,3,・・・,ｍ、ｍはデータ個数）
また、操業実績データベース内のデータ構造は、図４のようになっており、入力変数（操業因子データ）に対して、出力値（膜厚、または膜厚を所定値にするための操作量）が対応付けされた構造であることは、前述の通りである。

次に、予測したい、これから製造する製品に関する諸元データである操業因子データを予測対象材データ入力部３２で入力し、予測値演算部３４に出力し、ベクトル変換（ｑ）、正規化処理を実行する（Step102）。ここで入力されるのは、予測したい未知の出力（これから製造される製品の操業条件）に対する入力変数q1,q2,q3,・・・,qn（ｎは入力変数の個数で予め指定する）であり、与えられた複数の入力変数を入力変数空間上のベクトルとして捉え、以下のように表し、予測要求点と呼ぶことにする。
q=[q(1),q(2),q(3),・・・,q(n)]
そして、ｑとそれぞれの過去実績データXｊ（j=１〜ｎ）との距離ｄ（例えば、ユークリッド距離）を算出し、それぞれに過去実績データXｊ（j=１〜ｎ）に対応づけて距離ｄの値を演算部の記憶装置３６（メモリ、ハードディスク等）に記憶する（Step103）。
例えば、予測要求点からの入力変数空間上の距離を算出する例として、以下の式で表されるユークリッド距離ｄがある。

ただし、S₁,S₂,・・・,S_n：入力変数間重み係数
これによって、Step105で距離ｄの小さい（近い）順に、所定の個数まで選択されていく。
Step106で、ｉの値が、所定の値（ｋ）未満であればStep107に進み、所定の値（ｋ）に達すれば、Step108に進むという判断を行う。
ｉの値が、所定の値（ｋ）以上であれば、選択されたｋ個の過去実績操業データにもとづき、その出力結果の平均値、または、回帰式に基づいて、対象となる予測操業結果を算出する（Step108）。
平均値は、選択された過去実績データの出力値ｙ_ｉから、例えば以下のように表す。

ただし、wは距離に応じた重み関数
または、回帰式としては、p個の独立変数があるので、重回帰分析により求める。その重回帰分析で使用するデータを本願発明の方法により選択する。重回帰分析を行う場合は、選択するデータの所定数を多めにし、例えば、近傍データを数１０点から１００点程度を選択するようにして、下記重回帰式にもとづき、偏回帰係数を求める。

最終的には、上記重回帰式により、予測要求点（Ｘｊ=ｑ）に対する出力予測値を次のように求める。

上述のロジックを用いた具体的な塗装膜厚制御方法としては、１）過去操業データの中から、操作量、および膜厚に影響を与える操業因子の設定値または実績値が、これから塗装を実施する被塗装材の操業因子の値と類似した過去操業データを選択し、選択した過去操業データにおける膜厚の目標値または実績値から膜厚予測値を求め、該膜厚予測値に基づいて操作量の設定値を決定する方法と、２）過去操業データの中から、膜厚、および膜厚に影響を与える操業因子の設定値または実績値が、これから塗装を実施する被塗装材の操業因子の値と類似した過去操業データを選択し、選択した過去操業データにおける操作量の目標値または実績値からこれからの操業の操作量の設定値を決定する方法、の２種類がある。

本発明の実施例として、図７に示した塗装装置への適用例について説明する。図８は、本発明(b)と従来法(a)による予測結果の比較例を示す図である。入力変数としてピックアップロール押付圧、アプリケータロール押付圧、ピックアップロールとアプリケータロールの周速差、およびアプリケータロールの周速とライン速度差を選び、データベースにおける過去事例データ数として1000個、類似データの選択個数として20個、予測方法として重みつき平均法を用いた場合の本発明による付着量予測結果と、従来の物理モデルによる付着量予測結果とを比較したものである。

膜厚計による実測値と予測値との差であるモデル誤差は、従来法と本発明とで、平均値および標準偏差をそれぞれとって見れば、平均値（−１．３５[従来法]、−１．３０[本発明]ｍｇ／ｍ^２）および標準偏差（７．１０[従来法]、５．４６[本発明]ｍｇ／ｍ^２）と、誤差平均の絶対値およびバラツキとも本発明による予測値の方が優っており、本発明による予測精度の向上が確認でき、これらを用いた膜厚制御により膜厚の目標値外れによる不良材の減少が可能である。

本発明に係るシステムの全体構成例を示す図である。 本発明に係るモデル予測の概念を説明する図である。 処理手順の一例を示すフロー図である。 過去実績データベースのデータ構造例を示す図である。 予測対象材の入力データ構造例を示す図である。 本発明の厚さ測定を実施する上でのフローチャートである。 塗装装置の全体構成例を示す図である。 本発明と従来法による予測結果の比較例を示す図である。

符号の説明

１ 操業用計算機（プロセスコンピュータ）
２ 過去操業データベース
３ 塗装膜厚予測装置
１１ コータパン
１２ 塗料
１３ ピックアップロール
１４ トランスファーロール
１５ アプリケータロール
１６ 鋼板
３１ 操業予測演算要求入力部
３２ 予測対象材データ入力部
３３ 過去操業データ読込部
３４ 予測値演算部
３５ 結果表示部
３６ 記憶装置

Claims (3)

1. 連続的に移動する帯状体にロールコータにより塗料を転写・塗装する操業の際に塗装膜の厚さの制御を行う塗装膜厚制御方法において、
   過去の操業における膜厚の目標値または実績値、および膜厚に影響を与える操業因子の設定値または実績値を過去操業データとして過去操業データベースに蓄積・記憶して、
   前記過去操業データベースから、膜厚に影響を与える操業因子の設定値または実績値が、これから塗装を実施する被塗装材の操業因子と類似した過去操業データを選択し、
   選択した過去操業データにおける膜厚の目標値または実績値から膜厚予測値を求め、
   該膜厚予測値に基づいて操作量の設定値を決定することを特徴とする塗装膜厚制御方法。
2. 連続的に移動する帯状体にロールコータにより塗料を転写・塗装する操業の際に塗装膜の厚さの制御を行う塗装膜厚制御方法において、
   過去の操業における膜厚の目標値または実績値、操作量および膜厚に影響を与える操業因子の設定値または実績値を過去操業データとして過去操業データベースに蓄積・記憶して、
   前記過去操業データベースから、膜厚の目標値または実績値、および膜厚に影響を与える操業因子の設定値または実績値が、これから塗装を実施する被塗装材の操業因子と類似した過去操業データを選択し、
   選択した過去操業データにおける操作量の設定値または実績値からこれからの操業の操作量の設定値を決定することを特徴とする塗装膜厚制御方法。
3. 操業を管理および制御するための操業用計算機と、過去操業データを蓄積・記憶するための過去操業データベースと、
   膜厚を予測するための、あるいは膜厚を所定値にするための操作量を予測するための塗装膜厚予測装置とを備え、
   該操業予測装置は、前記操業用計算機からの予測計算開始指令を受け付ける操業予測演算要求入力部と、
   これから塗装される被塗装材のデータを操業用計算機から入力する予測対象材データ入力部と、
   前記過去操業データベースから予測演算の為に必要な過去の操業データを読み込む処理をおこなう過去操業データ読込部と、
   該過去操業データ読込部および前記予測対象材データ入力部からの出力データを入力して、これらのデータに基づいて、操業結果を予測すると共に、その予測結果を前記操業計算機に出力する予測値演算部と、
   前記予測値演算部での予測結果を出力、表示する結果表示部とを備えることを特徴とする塗装膜厚制御システム。