JP3549993B2 - 張力測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板や線材等の連続条材の張力を求める張力測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
帯状体や線材等の連続条材を製造ラインにおいて走行または巻き取る際には、通常、連続条材の繰り出しおよび巻き取りを行うロール間に張力が発生しており、この張力のバランスが崩れると、連続条材の走行が不安定になったり、巻きずれ等の問題が発生する。また、圧延工程の製造ラインにおいては、圧延ロールの出入口で張力のバランスが崩れると、板厚に変動が生じる等の問題が発生する。
【0003】
このように、連続条材は、張力が加工性や品質に大きな影響を与えるため、張力を測定して所定値に安定化させることが加工性や品質の向上にとって重要である。そこで、従来は、図6に示すように、走行する連続条材51の上流側および下流側に案内ローラ52・52をそれぞれ配置して連続条材51を支持し、案内ローラ52・52間において中間ロール53を連続条材51に押し付け、中間ロール53に生じた反力をロードセル54で測定する。そして、ロードセル54による測定値Fと走行角度αとを用いて張力Tを求め、この張力Tが所定値となるように、連続条材51の走行を制御するようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように、中間ロール53を連続条材51に押し付けて張力を求める方法では、押し付け時の擦れにより中間ロール53が連続条材51に表面傷をつけることがある。さらに、連続条材51の張力が非常に小さな値であると、連続条材51の曲げ剛性によりロードセル54に反力が生じるため、ロードセル54の測定値Fを基にして得られる張力Tに大きな誤差が生じることになる。
【0005】
そこで、特開昭61−29728号公報には、連続条材との接触に起因する表面傷や誤差の発生を防止するため、案内ローラ52・52間に非接触式の振動検知センサを配置し、図7に示すように、連続条材の変位を測定して周波数スペクトルを得た後、この周波数スペクトルから例えば1次振動モードの固有振動数を求めて張力を算出する方法が開示されている。ところが、この方法では、連続条材の長手方向の1か所に生じた変位を測定するため、長手方向に波打ちながら生じる振動モードを直接的に得ることができない。従って、固有振動数を求めたときに、固有振動数が所定次数の振動モードに対応したものであるか否かを確認することができないため、算出した張力の信頼性が不十分になり易いという問題がある。
【0006】
従って、本発明は、連続条材51を傷つけることなく高い信頼性で張力を求めることができる張力測定方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、連続条材を走行方向の上流側および下流側の2点で支持したときに得られる連続条材の所定次数の振動モードに対応した固有振動数を基にして張力を求める張力測定方法であって、前記2点間の走行方向に沿って設定された複数の測定点において前記連続条材の変位を測定し、これら変位から全ピーク値を求め、前記全ピーク値から選択されたピーク値の基準固有振動数を整数倍して比較固有振動数を求め、該比較固有振動数に一致するピーク値が前記全ピーク値中に存在したときの前記基準固有振動数の振動モードが、前記測定点における変位の振幅および位相を基にして所定次数の振動モードであると判定するまで、前記ピーク値の選択を繰り返した後、前記所定次数の振動モードであると判定した基準固有振動数を用いて張力を求めることを特徴としている。
【0008】
これにより、従来のようなロールを連続条材に押し付けて測定することがないため、押し付け時の擦れによる表面傷の発生を防止することができると共に、僅かな張力変動も検知することができる。さらに、各測定点における変位の振幅および位相を基にして振動モードの次数を確認するため、確実に所定次数の振動モードの固有振動数を得ることが可能になり、結果として高い信頼性でもって連続条材の張力を求めることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図1ないし図2に基づいて以下に説明する。
本実施形態に係る張力測定方法は、図2に示すように、鋼板や銅板、アルミ板等の帯状体1の製造ラインに設置された張力測定装置において実施されるようになっている。張力測定装置は、帯状体1の走行方向の上流側および下流側にそれぞれ配置された案内ローラ2・2を有している。これらの案内ローラ2・2は、帯状体1の下面を支持しており、案内ローラ2・2で支持された2点間の距離である支持間長さlに対応した各次数の振動モードの固有振動数を発生させるようになっている。
【0010】
また、案内ローラ2・2間における帯状体1の上方には、長尺状の架台4が帯状体1の長手方向に沿って配置されている。そして、架台4には、非接触式の変位センサ3a〜3gが上流側から下流側にかけて等間隔で配置されており、各変位センサ3a〜3gは、帯状体1の長手方向の第1〜第7測定点における変位をそれぞれ検知するようになっている。尚、変位センサ3a〜3gには、例えば渦電流式や静電容量式等の電磁センサ、レーザ変位計等の光学センサ、音圧センサ等の各種の非接触式センサを用いることができると共に、表面傷の発生原因となる押圧の不要な触針式センサを用いることができる。
【0011】
上記の変位センサ3a〜3gは、FFT(fast fourier transform)装置5に接続されており、FFT装置5に対して変位測定信号を出力するようになっている。FFT装置5は、変位センサ3a〜3gからの変位測定信号を基にして第1〜第7測定点における伝達関数を算出するようになっている。そして、FFT装置5は、伝達関数を振動モード変換器6に出力するようになっており、振動モード変換器6は、図1の張力算出ルーチンを実行することによって、第1〜第7測定点の伝達関数を基にして1次振動モードの固有振動数を特定し、この固有振動数を基にして帯状体1の張力Tを求めるようになっている。
【0012】
上記の構成において、図1の張力算出ルーチンを基にして帯状体1の張力測定方法を説明する。
【0013】
図2に示すように、案内ローラ2・2で支持されながら帯状体1が走行を開始すると、帯状体1の第1〜第7測定点における変位が変位センサ3a〜3gによりそれぞれ検知される。そして、変位センサ3a〜3gから変位測定信号がFFT装置5にそれぞれ出力され、FFT装置5において伝達関数が求められた後、変位測定データとして振動モード変換器6に出力される。
【0014】
振動モード変換器6に変位測定データが入力されると、振動モード変換器6は、第1〜第7測定点における変位測定データを基にして図3のグラフで示すような周波数の分布状態を得るように、変位測定データから周波数と変位とのデータテーブルを第1〜第7測定点毎に作成し(S1)、これらのデータテーブル毎に振幅の全ピーク値を求める(S2)。この後、乗算係数nを“2”に設定した後(S3)、例えば第1測定点のデータテーブルから低い周波数の区域において大きなピーク値を示す振幅の周波数を基準固有振動数fとして抽出する。具体的には、データテーブルにおける0〜200Hzの周波数を全周波数域として設定し、この全周波数域を数分割(例えば4分割)したときの最小周波数域のピーク値の中から最大のピーク値を基準固有振動数fとして選択する(S4)。
【0015】
次に、上記のようにして抽出した基準固有振動数fを乗算係数nで整数倍(f×n)して比較固有振動数fnを算出し、比較固有振動数fnと一致するピーク値がデータテーブル中に存在するか否かを判定する(S5)。データテーブル中に比較固有振動数fnと一致したピーク値が存在しなければ(S5,NO)、上述のS4を再実行し、最小周波数域において次に大きなピーク値を示す振幅の周波数を基準固有振動数fとして抽出する。また、S5において、比較固有振動数fnと一致するピーク値がデータテーブル中に存在した場合には(S5,YES)、乗算係数nに“1”を加算し(S6)、この乗算係数nが“6”以下であるか否かを判定する(S7)。乗算係数nが“6”以下であれば(S7,YES)、S5を再実行し、加算後の乗算係数nを基にして比較固有振動数fnを算出し、この比較固有振動数fnと一致するピーク値がデータテーブル中に存在するか否かを判定する。
【0016】
上記のS4〜S6を実行することによって、乗算係数nを“2”〜“6”まで変化させても比較固有振動数fnと一致するピーク値がデータテーブル中に存在することが確認されると、次に、第2〜第7測定点のデータテーブルから基準固有振動数fの振幅および位相を求める(S8)。そして、これらの第2〜第7測定点における基準固有振動数fの振幅および位相と、上述の第1測定点における基準固有振動数fの振幅および位相とを用いることによって、基準固有振動数fで示される振動モードが1次振動モードであるか否かを判定する。即ち、第1〜第7測定点における基準固有振動数fの振幅および位相を基にして走行方向における振動波形を求め、図4(a)の31.5Hzにおける振動モードで示すように、走行方向の全領域で正(負)方向を示していれば、振動モードの次数が“1”であると認識する。また、図4(b)の63Hzにおける振動モードで示すように、正(負)方向および負(正)方向の領域が2つ存在すれば、振動モードの次数が“2”であると認識し、図4(c)の94.5Hzにおける振動モードで示すように、正(負)方向および負(正)方向の領域が3つ存在すれば、振動モードの次数が“3”であると認識する。そして、このようにして認識した振動モードの次数を比較値“1”と比較することによって、1次振動モードであるか否かを判定する(S9)。
【0017】
S9において、1次振動モードでないと判定した場合には(S9,NO)、S4を再実行し、次の基準固有振動数fを抽出する。一方、1次振動モードであると判定した場合に(S9,YES)、基準固有振動数fが1次振動モードの固有振動数であると認識し、基準固有振動数fを下式(1)に代入することによって、帯状体1の張力を算出する。即ち、例えば1次振動モードの固有振動数fが31.5Hz、帯状体比重ρが8900kg/m3 、帯状体断面積Aが0.11mm、および支持間長さlが1632mmであるとすると、下式(1)から642kgfの張力Tを求めることができる(S10)。
【0018】
T=4l2 f2 ρA ・・・ (1)
但し、Tは張力、ρは帯状体比重、Aは帯状体断面積、lは支持間長さ、fは固有振動数である(S10)。
【0019】
以上のように、本実施形態の張力測定方法は、帯状体1を走行方向の上流側および下流側の2点で案内ローラ2・2により支持したときに得られる帯状体1の所定次数(1次)の振動モードに対応した固有振動数を基にして張力を求める方法であり、2点間の走行方向に沿って設定された第1〜第7測定点において帯状体1の変位を変位センサ3a〜3gにより測定し、これら第1〜第7測定点における変位の振幅および位相を基にして、固有振動数と該固有振動数の振動モードの次数とを求め、該次数が前記所定次数(1次)であるときの固有振動数を用いて張力を求める構成にされている。
【0020】
尚、本実施形態においては、第1〜第7測定点の7か所において帯状体1の変位が変位センサ3a〜3gにより検知されて測定されているが、これに限定されることはなく、2か所以上の測定点において変位が測定されれば良い。また、本実施形態においては、鋼板等の帯状体1の製造ラインに適用した場合について説明したが、線材の製造ラインに適用することもできる。さらに、本実施形態においては、所定次数として1次を選択し、1次振動モードの固有振動数を用いて張力を求める場合について説明したが、所定次数として2次以上を選択し、2次以上の振動モードの固有振動数を用いて張力を求めても良い。
【0021】
そして、このような構成によれば、従来のようなロールを帯状体1に押し付けて測定することがないため、押し付け時の擦れによる表面傷の発生を防止することができると共に、僅かな張力変動も検知することができる。さらに、第1〜第7測定点における変位の振幅および位相を基にして振動モードの次数を確認するため、確実に所定次数の振動モードの固有振動数を得ることが可能になり、結果として高い信頼性でもって帯状体1の張力を求めることができる。
【0022】
また、本実施形態においては、第1〜第7測定点における帯状体1の変位を測定する際に、各測定点に対応して変位センサ3a〜3gを配置しているが、これに限定されることはない。即ち、図5に示すように、2台の移動装置11・11を備えたリニアガイド10を帯状体1の長手方向に沿って配設し、移動装置11・11に変位センサ3a・3bを取り付ける。そして、移動装置11・11の移動量をセンサ位置設定コントローラ12により監視しながら移動装置11・11を移動させ、変位センサ3a・3bが所定の測定点に到達したときに、帯状体1の変位を変位センサ3a・3bにより検知することによって、複数の測定点の変位を順に測定するようになっていても良い。そして、この構成によれば、任意の数および位置の測定点における変位を容易に得ることができる。
【0023】
【発明の効果】
本発明は、連続条材を走行方向の上流側および下流側の2点で支持したときに得られる連続条材の所定次数の振動モードに対応した固有振動数を基にして張力を求める張力測定方法であって、前記2点間の走行方向に沿って設定された複数の測定点において前記連続条材の変位を測定し、これら変位から全ピーク値を求め、前記全ピーク値から選択されたピーク値の基準固有振動数を整数倍して比較固有振動数を求め、該比較固有振動数に一致するピーク値が前記全ピーク値中に存在したときの前記基準固有振動数の振動モードが、前記測定点における変位の振幅および位相を基にして所定次数の振動モードであると判定するまで、前記ピーク値の選択を繰り返した後、前記所定次数の振動モードであると判定した基準固有振動数を用いて張力を求める構成である。
【0024】
これにより、従来のようなロールを連続条材に押し付けて測定することがないため、押し付け時の擦れによる表面傷の発生を防止することができると共に、僅かな張力変動も検知することができる。さらに、各測定点における変位の振幅および位相を基にして振動モードの次数を確認するため、確実に所定次数の振動モードの固有振動数を得ることが可能になり、結果として高い信頼性でもって連続条材の張力を求めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】張力算出ルーチンのフローチャートである。
【図2】張力測定装置の概略構成図である。
【図3】周波数と変位との関係を示すグラフである。
【図4】振動モードを示す説明図であり、(a)は1次振動モード、(b)は2次振動モード、(c)は3次振動モードである。
【図5】張力測定装置の概略構成図である。
【図6】従来例を示すものであり、張力測定装置の概略構成図である。
【図7】周波数と変位との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 帯状体
2 案内ローラ
3a〜3g 変位センサ
4 架台
5 FFT装置
6 振動モード変換器
10 リニアガイド
11 移動装置
12 センサ位置設定コントローラ
Claims (1)
- 連続条材を走行方向の上流側および下流側の2点で支持したときに得られる連続条材の所定次数の振動モードに対応した固有振動数を基にして張力を求める張力測定方法であって、
前記2点間の走行方向に沿って設定された複数の測定点において前記連続条材の変位を測定し、これら変位から全ピーク値を求め、
前記全ピーク値から選択されたピーク値の基準固有振動数を整数倍して比較固有振動数を求め、該比較固有振動数に一致するピーク値が前記全ピーク値中に存在したときの前記基準固有振動数の振動モードが、前記測定点における変位の振幅および位相を基にして所定次数の振動モードであると判定するまで、前記ピーク値の選択を繰り返した後、前記所定次数の振動モードであると判定した基準固有振動数を用いて張力を求めることを特徴とする張力測定方法。
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