JP3567837B2 - 絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安定した肉厚制御を可能とし、圧延される素管の管端不良を著しく低減することができる、絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
継目無鋼管の仕上げ圧延として用いられる絞り圧延機（ストレッチレヂューサー）は、２ロールまたは３ロールのハウジングからなるロールスタンドを連続的に２０数台程度まで配列し、外径を順次圧延しながら、隣接するロールスタンド間で圧延ロール周速に差を与えることによって、圧延中の管軸方向に引張力を加えて圧延される素管の肉厚を制御している。このため、数種類の素管を準備すれば、種々の寸法の鋼管を仕上げることができることから、継目無鋼管の製造に際して、絞り圧延機が多用されている。
【０００３】
この絞り圧延機で素管の管端部を圧延する場合には、中間部の圧延に比べ、管軸方向に加わる引張力が小さいため、圧延ロールの回転速度を一定のままとすると、素管管端部の肉厚が中間部の肉厚より厚くなる。このように肉厚が厚くなった部分は、寸法不良として廃棄され、歩留まり低下の要因となっている。
【０００４】
通常、このような管端部の肉厚増加による歩留まり低下を防止するため、素管の管端部を圧延する際に、圧延ロールの回転速度を制御する方法が採用されている。しかし、有効に管端部の肉厚を制御し、歩留まり低下を図るには、管端部の肉厚制御を開始する時間を適切に選択することが重要になる。
【０００５】
従来、管端での肉厚制御を開始するタイミングを決定する方法として、種々の方法が開示されているが、管検出器を設け、この検出結果から決定する方法が主力であった（例えば、特開昭５６−７７０１０号公報、特開昭６１−１０８４１４号公報）。しかし、一般に絞り圧延機は多数のロールスタンドで構成されていることから、多数の管検出器を設けなければならず、設備費用が高価になるとともに、故障頻度も高くなることから、安定した制御圧延が望めなかった。
【０００６】
そこで、本願出願人は、安定した管端肉厚制御が可能になる絞り圧延機の制御開始タイミングを決定する方法を提案した（特開平３−４２１０８号公報、参照）。具体的には、圧延ロールを駆動するモータの駆動電流および回転速度から圧延トルクを求め、この圧延トルクから素管の噛込みまたは尻抜けのタイミングを検出し、検出された噛込みまたは尻抜けのタイミングを用いて、予め定めた管端肉厚制御の開始時間を修正し、この修正結果を学習して次に圧延する素管の肉厚制御に用いるようにしている。
【０００７】
提案した方法を採用すれば、管端の肉厚制御を開始すべき時間と噛込みまたは尻抜けのタイミングとの差を少なくすることができ、安定した管端の肉厚制御が可能になる。ここで、上述の管端肉厚制御の開始タイミング学習方法を実際に適用することができる、絞り圧延機の構成を簡単に説明する。
【０００８】
図１は、管端肉厚制御の開始タイミング学習方法を適用する場合の絞り圧延機の構成を説明する図である。同図に示すように、絞り圧延機は複数のロールスタンド２を連続して配列し、素管１は白抜矢印で示される圧延軸方向に搬送されて、圧延ロール２１で圧延加工される。絞り圧延機の入側には、ＨＭＤ等の管端検出器８が配設され、素管１の管端検出結果は圧延制御器７およびタイミング演算器６に入力される。
【０００９】
各ロールスタンド２に設けられた圧延ロールは２１は、ロール駆動モータ３によって減速機３１を介して駆動される。このときのロール駆動モータ３の駆動電流を検出するための電流検出器３２と、モータの回転速度を検出する回転速度検出器３３が設けられ、これらで検出された結果はモータ駆動制御器４に入力され、さらに圧延トルク演算器５まで伝達される。圧延トルク演算器５では圧延トルクを算出して、その算出結果が素管の噛込みまたは尻抜けのタイミングとしてタイミング演算器６に伝達される。
【００１０】
タイミング演算器６では、圧延トルクの算出結果、管端検出器８の管端検出信号、および圧延制御器７からの管端制御信号に基づいて、制御開始のタイミングが演算され、この演算結果は修正信号として、圧延制御器７に伝達される。
【００１１】
次いで、圧延制御器７では、タイミング演算器６から与えられた修正信号に基づいて、管端制御開始のタイミングが設定され、管端検出器８の管端検出時を始点として計時を開始する。この計時結果が管端制御開始タイミングの設定値に達した時点で、管端制御開始信号が各モータの駆動制御器４に伝えられ、管端肉厚制御が開始される。
【００１２】
絞り圧延機に上記の構成を採用して、提案の管端肉厚制御の開始タイミング学習方法を適用すれば、絞り圧延毎に素管の噛込みまたは尻抜けのタイミングを検出し、検出されたタイミングを用いて予め定められた素管の先、後管端制御開始タイミングを修正できる。そして、この修正結果を学習して次材の圧延に用いることができるので、管端肉厚制御の開始時間と実際の素管の噛込みまたは尻抜け時間との時間差を少なくすることが可能になる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、先に提案した絞り圧延機の管端肉厚制御の開始タイミング学習方法によっても、安定した管端肉厚制御が可能であり、所定の効果を達成することができる。しかし、ＨＭＤ等を用いて管端検出を行う場合や、圧延トルクから素管の噛込みまたは尻抜けのタイミングを検出する場合であっても、過誤検出によってレベルが相違する異常データが発生することがある。また、例えば、素管の搬送速度に誤りがあり、制御開始タイミングが一定の傾きを有してずれる場合もある。
【００１４】
このような場合に、単に、異常データか否かの判断を、制御開始タイミングのズレが一定の範囲内か否かで判断しようとすると、異常データが顕在化せず、次材の管端制御開始のタイミング設定に大きな誤差が発生したり、学習制御が正常に動作しない事態が発生することがある。このような事態になると、予想もしていない肉厚変動が生じて、寸法不良が多量に発生するという問題も生ずる。
【００１５】
本発明は、従来の絞り圧延の管端肉厚制御の問題点に鑑みてなされたものであり、管端肉厚制御の開始タイミングの修正、および次材の圧延への適用に際し、発生要因に応じて異常データを適切に取り除き、最適な制御開始時間を学習して、安定した管端制御を行うことができる絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために、異常データの発生メカニズムについて検討した結果、それぞれの発生要因に応じた２以上の判断基準に基づいて判断することによって、有効に異常データを摘出することができ、次材の圧延に適用する学習データから排除できることを知見した。
【００１７】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法を要旨とするものである。
【００１８】
すなわち、「複数のロールスタンドで圧延される素管の先端および後端の管端部が通過する際に圧延ロールの回転速度を制御する開始時間を圧延状況から学習する絞り圧延機の管端肉厚制御方法であって、前記の各スタンドにおける予測管端通過時間と、実測された管端通過時間との時間差を算出し、この時間差が異常データか否かを下記（ａ）および（ｂ）の判断基準に基づいて判断し、異常データと判断された前記時間差のデータを除去し、異常データを除去した残りの時間差のデータから平均値を算出し、該平均値を制御開始時間が一様にずれる要因による時間差と判断し、各ロールスタンドにおける前記時間差と前記平均値との差を換算値として算出し、この換算値から最小二乗法を用いて各ロールスタンド番号と換算値との関係を一次関係式により求め、該一次関係式により計算される各ロールスタンドの時間差を制御開始時間がロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれる要因による時間差と判断して、前記制御開始時間が一様にずれる要因による時間差と、制御開始時間がロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれる要因による時間差とを学習することを特徴とする絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法。
（ａ）上記時間差が予め定められた基準範囲を外れる場合には、当該基準範囲を外れるデータを異常データとする。
（ｂ）上記時間差と、他ロールスタンドにおける時間差の平均値との差が、予め上記（ａ）の基準範囲より狭く定められた基準範囲を外れる場合には、当該基準範囲を外れるデータを異常データとする。ただし、他ロールスタンドにおける時間差には、上記（ａ）において、異常データとされた他ロールスタンドでの時間差は含まない。」である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の管端肉厚制御開始時間学習方法では、各スタンドにおける予め定められた予測管端通過時間と、実測された管端通過時間との時間差を、判断レベルの全く相違する２以上の判断基準に基づいて予め定められた範囲内か否かを判断し、これから外れると、異常データとして取り扱い、次材の予測管端通過時間の学習データには用いないことを特徴としている。さらに、具体的な異常データの判断に際しては、発生メカニズムを考慮して、制御開始タイミングが一様にずれる場合と、制御開始タイミングが一定の傾きを有してずれる場合とに区分することができる。
【００２０】
図２、図３は後述する実施例で示す、各ロールスタンドにおける予測管端通過時間と実測された管端通過時間との時間差（制御開始タイミングのズレ）の分布状況を示す図である。これらはいずれも、制御開始タイミングが一様にずれている場合を示しており、図２はズレが小さい場合を、図３はズレが大きい場合を示している。このような制御開始タイミングのズレが生じるのは、管端検出器の検出遅れ等の機械的な誤差の他に、圧延トルクから素管の噛込みまたは尻抜けのタイミングを検出する場合での演算リレーの作動遅れによる場合がある。
【００２１】
従来の判断基準によれば、図２、図３に示す時間差の分布状況であれば、いずれも第４スタンドに現れる時間差データＡ４、Ｂ４は異常データとして取り扱い、次材の予測管端通過時間の学習データとしては用いないものである。しかし、第３スタンドに現れる時間差データＡ３、Ｂ３も、操業中に何らかの要因によって発生する異質なデータと認識することができ、これらも異常データとして取り扱わなければ、精度の良い管端肉厚制御を実行することができない。
【００２２】
そこで、本発明方法では、（ａ）時間差が、例えば±１０００ｍｓｅｃの範囲を外れる場合には、また（ｂ）当該ロールスタンドの時間差と、他ロールスタンドにおける時間差の平均値との差が、例えば±１００ｍｓｅｃの範囲を外れる場合にも、当該データを異常データとして取り扱うこととしている。すなわち、２つのレベルの異なる判断基準に基づいて、異常データに該当するか否かを判断している。
【００２３】
まず、（ａ）の判断基準で、時間差が、例えば±１０００ｍｓｅｃの範囲を外れる場合を異常データとしているのは、各ロールスタンド間の素管の通過時間を基準にして定めるものであり、ロールスタンド間の通過時間を超えるようなズレが時間差データにある場合には、異常データとして取り扱うこととした。
【００２４】
次に、（ｂ）の判断基準で、他ロールスタンドにおける時間差の平均値との差によって判断しようとしているのは、（ａ）の判断基準によるズレの絶対値から判断するだけでなく、他のデータとの関係で相対的に判断する必要があるからである。ここで、差が、例えば±１００ｍｓｅｃの範囲を外れる場合に異常データとしているのは、対象とする絞り圧延機の特性から、経験的にばらつきとして把握できる範囲を基準として定めたことによる。また、（ｂ）の判断基準では、（ａ）の判断基準において、既に異常データとされた他ロールスタンドにおける時間差データは、他ロールスタンドにおける時間差の平均値には含めないこととしている。
【００２５】
図４は後述する他の実施例で示す、各ロールスタンドにおける予測管端通過時間と実測された管端通過時間との時間差（制御開始タイミングのズレ）の分布状況を示す図であり、制御開始タイミングがロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれている場合を示している。このような制御開始タイミングのズレが生じるのは、素管の搬送速度の設定、またはその認識に誤りがあり、各ロールスタンドの制御開始タイミングおよびロールスタンド間の通過時間の設定に誤差があることに起因している。
【００２６】
図４に示す時間差の分布状況であれば、第４スタンドに現れる時間差データＣ4は異常データとして取り扱うとともに、傾きを有するズレを一律に修正する必要がある。このためには、上記（ａ）および（ｂ）の判断基準に基づいて異常データか否かを判断したのち、対象となる時間差データが有するロールスタンド番号に対する傾きを算出して、算出結果に基づいてズレを一律に修正することになる。
【００２７】
まず、絶対的、または相対的な誤差を取り除くため、上記（ａ）および（ｂ）の判断基準に基づいて、これらの基準に該当する時間差データは、異常データとして取り除く。そののち、該当ロールスタンドの時間差と他ロールスタンドにおける時間差の平均値との差を換算値として、この換算値から最小二乗法によって修正すべき傾きを算出する。
【００２８】
具体的には、後述する実施例３で説明するように、図４に示す時間差の分布状況では、データＣ４は上記（ａ）の判断基準によって異常データとして取り除かれ、さらに、データＣ１およびＣ６も上記（ｂ）の判断基準によって異常データとして取り除かれる。他のデータＣ２、Ｃ３およびＣ５の換算値は次のように求められる。
【００２９】
データＣ２の換算値： Ｃ２−｛（Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ５）/３｝
データＣ３の換算値： Ｃ３−｛（Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ５）/３｝
データＣ５の換算値： Ｃ５−｛（Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ５）/３｝
次に、独立変数ｘとして第２、第３、第５スタンドを変化させたときの特性値ｙとして、算出されたＣ２、Ｃ３、Ｃ５の換算値を用い、最小二乗法の統計的処理によって、修正すべき傾きを算出する。
【００３０】
すなわち、独立変数ｘと特性値ｙとの関係は、下記（ａ）式で表される。
【００３１】
ｙ＝α＋βｘ ・・・（ａ）
さらに、切片αおよび傾き（回帰係数）βは、次の（ｂ）式および（ｃ）式から求めることができる。ただし、下記の（ｂ）式、（ｃ）式において、ｋは独立変数ｘの水準数を示している。
【００３２】
【数１】
【００３３】
上述の通り、制御開始タイミングが一様にずれる場合であっても、制御開始タイミングが一定の傾きを有してずれる場合であっても、最適な制御開始時間を学習することによって、安定した管端制御を実行することができる。以下に、本発明方法の具体的な効果を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
【実施例】
前記図１に示す構成からなり、２０基のロールスタンドを有する絞り圧延機を用いて、対象を炭素鋼とし、圧延前寸法が外径１５１ｍｍ×肉厚４．２５ｍｍ×長さ２８０００ｍｍの素管を、圧延後に外径６０．３ｍｍ×肉厚３．９１ｍｍ×長さ８４０００ｍｍに圧延した。このとき、圧延機入側にＨＭＤ検出器を設けるとともに、２０基のロールスタンドのうち入側から第５、７、９、１１、１３、１５番目の計６基に管端検出装置を設置して、管先端側の管端制御開始タイミングの修正学習を実施した。ロールスタンドに設置される管端検出装置は、前記図１で説明した圧延トルクから検出する方式であっても、ＨＭＤ等による検出方式であっても良い。なお、２つの基準として、（ａ）の基準を±１０００ｍｓｅｃの範囲とし、（ｂ）の基準を±１００ｍｓｅｃの範囲として、これらの範囲を外れる場合は異常とした。
【００３５】
本実施例では、制御開始タイミングが一様にずれる場合と、制御開始タイミングがロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれる場合とで、実施例１〜３に区分して実施した。
【００３６】
（実施例１）ここでは、図２に示すように、時間差の分布状況が比較的小さい場合を対象とした。従来例１では、異常データか否かの判断を前記（ａ）の判断基準のみ、すなわち、時間差が±１０００ｍｓｅｃの範囲を外れる場合に該当するか否かで判断している。このときの学習状況を表１に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表中の計測Ｎｏ．は管端検出装置を設置したロールスタンドを示しており、入側から順に１〜６−Ｓｔｄ．と表記している。管端通過時間（ｍｓｅｃ）は圧延機入側のＨＭＤによって検出された素管管端の通過後の経過時間であり、予測管端通過時間と計測された管端通過時間との時間差はＢ−Ａとして表される。この結果から４−Ｓｔｄ．の時間差データは異常データとして取り扱われる。
【００３９】
表中の学習値（１）は、異常データを除いた、１〜３−Ｓｔｄ．および５〜６−Ｓｔｄ．の時間差データの平均値（５５ｍｓｅｃ）として算出される。算出された学習値（１）を用いて、次材の管端通過時間を修正する。例えば、次材の１−Ｓｔｄ．での予測値Ａは（９８５ｍｓｅｃ＋５５ｍｓｅｃ）として１０４０ｍｓｅｃに修正される。しかし、従来例１では、このような管端通過時間の修正にも拘わらず、次材での管端通過時間の絶対誤差は５５．８ｍｓｅｃと大きいものであった。
【００４０】
（実施例２）対象とした時間差の分布状況は、図３に示すように、比較的大きくずれた場合である。まず、従来例２では、異常データか否かの判断を前記（ａ）の判断基準のみとし、このときの学習状況を表２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
各ロールスタンドの時間差データを（ａ）の判断基準で判断して、４−Ｓｔｄ．の時間差データを異常データとして取り扱う。そして、学習値（１）は、異常データを除いた、１〜３−Ｓｔｄ．および５〜６−Ｓｔｄ．の時間差データの平均値（３５５ｍｓｅｃ）として算出される。算出された学習値（１）を用いて、次材の管端通過時間を各ロールスタンドで修正する。しかし、このような修正値の学習にも拘わらず、次材での管端通過時間の絶対誤差は５５．８ｍｓｅｃとなる。
【００４３】
（実施例３）次に、図４に示すように、時間差がロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれている場合を対象とした。従来例３では、異常データか否かの判断を前記（ａ）の判断基準のみとし、このときの学習状況を表３に示す。
【００４４】
【表３】
【００４５】
各ロールスタンドの時間差データを（ａ）の判断基準で判断して、４−Ｓｔｄ．の時間差データを異常データとして取り扱う。そして、学習値（１）は、異常データを除いた、１〜３−Ｓｔｄ．および５〜６−Ｓｔｄ．の時間差データの平均値（２．８ｍｓｅｃ）として算出される。算出された学習値（１）を用いて、次材の管端通過時間を各ロールスタンドで修正する。しかし、次材での管端通過時間の絶対誤差は５１．７ｍｓｅｃとなる。
【００４６】
実施例４では、各ロールスタンドの時間差に一定の傾きがある場合に、上記（ａ）および（ｂ）の判断基準に基づいて異常データを排除した後、時間差と他ロールスタンドにおける時間差との平均値との差を換算値として、この換算値から最小二乗法を用いて傾きを算出して、その算出結果から傾きを一律に修正することにしている。本発明例４における学習状況を表４に示す。
【００４７】
【表４】
【００４８】
本発明例４では、（ａ）および（ｂ）の判断基準によって、１−Ｓｔｄ．、４−Ｓｔｄ．および６−Ｓｔｄ．の時間差データが異常データと判断され、これらを除いた時間差データで学習値（３）が算出される。学習値（３）の基礎となる換算値は、当該ロールスタンドの時間差と異常データを除く時間差の平均値との差として算出される。例えば、２−Ｓｔｄ．における換算値は、｛２−Ｓｔｄ．の時間差データ（５５ｍｓｅｃ）｝−｛２−Ｓｔｄ．、３−Ｓｔｄ．および５−Ｓｔｄ．の時間差データの平均値（２．３３ｍｓｅｃ）｝として算出される。
【００４９】
次いで、独立変数ｘを２−Ｓｔｄ．、３−Ｓｔｄ．、５−Ｓｔｄ．として、そのときの特性値ｙを算出された換算値を用い、最小二乗法により前記（ａ）〜（ｃ）式に基づいて、傾きを算出する。この算出された傾きから導き出される当該スタンドの値から、１〜６−Ｓｔｄ．の学習値（３）を算出する。算出された学習値（３）を用いて、次材の管端通過時間を修正することによって、次材での管端通過時間の絶対誤差は、９．１７ｍｓｅｃまで向上させることが可能になる。
【００５０】
図５は、絞り圧延機における管端制御タイミングの誤差（予測管端通過時間と計測された管端通過時間との時間差）発生状況を示す図である。同図(a)は従来例１〜３を対象とした状況であり、（ｂ）は本発明例４を対象とした状況を示している。図５から明らかなように、従来例では、管端制御タイミング誤差のバラツキはσ＝１６．７ｍｓｅｃと大きいものであったが、本発明例では、σ＝５．７ｍｓｅｃと著しく改善されている。この結果、寸法不良率は、従来例では２．７５％であったのが、本発明例では０％となっている。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法によれば、制御開始タイミングが一様にずれる場合であっても、また、一定の傾きを有してずれる場合であっても、次材の圧延への適用に際し、発生要因に応じて異常データを適切に取り除き、最適な制御開始時間を学習して、安定した管端制御を行うことができる。これにより、圧延素管の管端不良を著しく低減して、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】管端肉厚制御の開始タイミング学習方法を適用する場合の絞り圧延機の構成を説明する図である。
【図２】実施例１に示す、各ロールスタンドにおける予測管端通過時間と実測された管端通過時間との時間差（制御開始タイミングのズレ）の分布状況を示す図である。
【図３】実施例２に示す、各ロールスタンドにおける予測管端通過時間と実測された管端通過時間との時間差（制御開始タイミングのズレ）の分布状況を示す図である。
【図４】実施例３に示す、各ロールスタンドにおける予測管端通過時間と実測された管端通過時間との時間差（制御開始タイミングのズレ）の分布状況を示す図である。
【図５】絞り圧延機における管端制御タイミングの誤差（予測管端通過時間と計測された管端通過時間との時間差）発生状況を示す図である。
【符号の説明】
１：素管、 ２：ロールスタンド、 ３：ロール駆動モータ、
４：モータ駆動制御器、 ５：圧延トルク演算器、 ６：タイミング演算器、
７：圧延制御器、 ８：管端検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、安定した肉厚制御を可能とし、圧延される素管の管端不良を著しく低減することができる、絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
継目無鋼管の仕上げ圧延として用いられる絞り圧延機（ストレッチレヂューサー）は、２ロールまたは３ロールのハウジングからなるロールスタンドを連続的に２０数台程度まで配列し、外径を順次圧延しながら、隣接するロールスタンド間で圧延ロール周速に差を与えることによって、圧延中の管軸方向に引張力を加えて圧延される素管の肉厚を制御している。このため、数種類の素管を準備すれば、種々の寸法の鋼管を仕上げることができることから、継目無鋼管の製造に際して、絞り圧延機が多用されている。
【０００３】
この絞り圧延機で素管の管端部を圧延する場合には、中間部の圧延に比べ、管軸方向に加わる引張力が小さいため、圧延ロールの回転速度を一定のままとすると、素管管端部の肉厚が中間部の肉厚より厚くなる。このように肉厚が厚くなった部分は、寸法不良として廃棄され、歩留まり低下の要因となっている。
【０００４】
通常、このような管端部の肉厚増加による歩留まり低下を防止するため、素管の管端部を圧延する際に、圧延ロールの回転速度を制御する方法が採用されている。しかし、有効に管端部の肉厚を制御し、歩留まり低下を図るには、管端部の肉厚制御を開始する時間を適切に選択することが重要になる。
【０００５】
従来、管端での肉厚制御を開始するタイミングを決定する方法として、種々の方法が開示されているが、管検出器を設け、この検出結果から決定する方法が主力であった（例えば、特開昭５６−７７０１０号公報、特開昭６１−１０８４１４号公報）。しかし、一般に絞り圧延機は多数のロールスタンドで構成されていることから、多数の管検出器を設けなければならず、設備費用が高価になるとともに、故障頻度も高くなることから、安定した制御圧延が望めなかった。
【０００６】
そこで、本願出願人は、安定した管端肉厚制御が可能になる絞り圧延機の制御開始タイミングを決定する方法を提案した（特開平３−４２１０８号公報、参照）。具体的には、圧延ロールを駆動するモータの駆動電流および回転速度から圧延トルクを求め、この圧延トルクから素管の噛込みまたは尻抜けのタイミングを検出し、検出された噛込みまたは尻抜けのタイミングを用いて、予め定めた管端肉厚制御の開始時間を修正し、この修正結果を学習して次に圧延する素管の肉厚制御に用いるようにしている。
【０００７】
提案した方法を採用すれば、管端の肉厚制御を開始すべき時間と噛込みまたは尻抜けのタイミングとの差を少なくすることができ、安定した管端の肉厚制御が可能になる。ここで、上述の管端肉厚制御の開始タイミング学習方法を実際に適用することができる、絞り圧延機の構成を簡単に説明する。
【０００８】
図１は、管端肉厚制御の開始タイミング学習方法を適用する場合の絞り圧延機の構成を説明する図である。同図に示すように、絞り圧延機は複数のロールスタンド２を連続して配列し、素管１は白抜矢印で示される圧延軸方向に搬送されて、圧延ロール２１で圧延加工される。絞り圧延機の入側には、ＨＭＤ等の管端検出器８が配設され、素管１の管端検出結果は圧延制御器７およびタイミング演算器６に入力される。
【０００９】
各ロールスタンド２に設けられた圧延ロールは２１は、ロール駆動モータ３によって減速機３１を介して駆動される。このときのロール駆動モータ３の駆動電流を検出するための電流検出器３２と、モータの回転速度を検出する回転速度検出器３３が設けられ、これらで検出された結果はモータ駆動制御器４に入力され、さらに圧延トルク演算器５まで伝達される。圧延トルク演算器５では圧延トルクを算出して、その算出結果が素管の噛込みまたは尻抜けのタイミングとしてタイミング演算器６に伝達される。
【００１０】
タイミング演算器６では、圧延トルクの算出結果、管端検出器８の管端検出信号、および圧延制御器７からの管端制御信号に基づいて、制御開始のタイミングが演算され、この演算結果は修正信号として、圧延制御器７に伝達される。
【００１１】
次いで、圧延制御器７では、タイミング演算器６から与えられた修正信号に基づいて、管端制御開始のタイミングが設定され、管端検出器８の管端検出時を始点として計時を開始する。この計時結果が管端制御開始タイミングの設定値に達した時点で、管端制御開始信号が各モータの駆動制御器４に伝えられ、管端肉厚制御が開始される。
【００１２】
絞り圧延機に上記の構成を採用して、提案の管端肉厚制御の開始タイミング学習方法を適用すれば、絞り圧延毎に素管の噛込みまたは尻抜けのタイミングを検出し、検出されたタイミングを用いて予め定められた素管の先、後管端制御開始タイミングを修正できる。そして、この修正結果を学習して次材の圧延に用いることができるので、管端肉厚制御の開始時間と実際の素管の噛込みまたは尻抜け時間との時間差を少なくすることが可能になる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、先に提案した絞り圧延機の管端肉厚制御の開始タイミング学習方法によっても、安定した管端肉厚制御が可能であり、所定の効果を達成することができる。しかし、ＨＭＤ等を用いて管端検出を行う場合や、圧延トルクから素管の噛込みまたは尻抜けのタイミングを検出する場合であっても、過誤検出によってレベルが相違する異常データが発生することがある。また、例えば、素管の搬送速度に誤りがあり、制御開始タイミングが一定の傾きを有してずれる場合もある。
【００１４】
このような場合に、単に、異常データか否かの判断を、制御開始タイミングのズレが一定の範囲内か否かで判断しようとすると、異常データが顕在化せず、次材の管端制御開始のタイミング設定に大きな誤差が発生したり、学習制御が正常に動作しない事態が発生することがある。このような事態になると、予想もしていない肉厚変動が生じて、寸法不良が多量に発生するという問題も生ずる。
【００１５】
本発明は、従来の絞り圧延の管端肉厚制御の問題点に鑑みてなされたものであり、管端肉厚制御の開始タイミングの修正、および次材の圧延への適用に際し、発生要因に応じて異常データを適切に取り除き、最適な制御開始時間を学習して、安定した管端制御を行うことができる絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために、異常データの発生メカニズムについて検討した結果、それぞれの発生要因に応じた２以上の判断基準に基づいて判断することによって、有効に異常データを摘出することができ、次材の圧延に適用する学習データから排除できることを知見した。
【００１７】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法を要旨とするものである。
【００１８】
すなわち、「複数のロールスタンドで圧延される素管の先端および後端の管端部が通過する際に圧延ロールの回転速度を制御する開始時間を圧延状況から学習する絞り圧延機の管端肉厚制御方法であって、前記の各スタンドにおける予測管端通過時間と、実測された管端通過時間との時間差を算出し、この時間差が異常データか否かを下記（ａ）および（ｂ）の判断基準に基づいて判断し、異常データと判断された前記時間差のデータを除去し、異常データを除去した残りの時間差のデータから平均値を算出し、該平均値を制御開始時間が一様にずれる要因による時間差と判断し、各ロールスタンドにおける前記時間差と前記平均値との差を換算値として算出し、この換算値から最小二乗法を用いて各ロールスタンド番号と換算値との関係を一次関係式により求め、該一次関係式により計算される各ロールスタンドの時間差を制御開始時間がロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれる要因による時間差と判断して、前記制御開始時間が一様にずれる要因による時間差と、制御開始時間がロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれる要因による時間差とを学習することを特徴とする絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法。
（ａ）上記時間差が予め定められた基準範囲を外れる場合には、当該基準範囲を外れるデータを異常データとする。
（ｂ）上記時間差と、他ロールスタンドにおける時間差の平均値との差が、予め上記（ａ）の基準範囲より狭く定められた基準範囲を外れる場合には、当該基準範囲を外れるデータを異常データとする。ただし、他ロールスタンドにおける時間差には、上記（ａ）において、異常データとされた他ロールスタンドでの時間差は含まない。」である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の管端肉厚制御開始時間学習方法では、各スタンドにおける予め定められた予測管端通過時間と、実測された管端通過時間との時間差を、判断レベルの全く相違する２以上の判断基準に基づいて予め定められた範囲内か否かを判断し、これから外れると、異常データとして取り扱い、次材の予測管端通過時間の学習データには用いないことを特徴としている。さらに、具体的な異常データの判断に際しては、発生メカニズムを考慮して、制御開始タイミングが一様にずれる場合と、制御開始タイミングが一定の傾きを有してずれる場合とに区分することができる。
【００２０】
図２、図３は後述する実施例で示す、各ロールスタンドにおける予測管端通過時間と実測された管端通過時間との時間差（制御開始タイミングのズレ）の分布状況を示す図である。これらはいずれも、制御開始タイミングが一様にずれている場合を示しており、図２はズレが小さい場合を、図３はズレが大きい場合を示している。このような制御開始タイミングのズレが生じるのは、管端検出器の検出遅れ等の機械的な誤差の他に、圧延トルクから素管の噛込みまたは尻抜けのタイミングを検出する場合での演算リレーの作動遅れによる場合がある。
【００２１】
従来の判断基準によれば、図２、図３に示す時間差の分布状況であれば、いずれも第４スタンドに現れる時間差データＡ４、Ｂ４は異常データとして取り扱い、次材の予測管端通過時間の学習データとしては用いないものである。しかし、第３スタンドに現れる時間差データＡ３、Ｂ３も、操業中に何らかの要因によって発生する異質なデータと認識することができ、これらも異常データとして取り扱わなければ、精度の良い管端肉厚制御を実行することができない。
【００２２】
そこで、本発明方法では、（ａ）時間差が、例えば±１０００ｍｓｅｃの範囲を外れる場合には、また（ｂ）当該ロールスタンドの時間差と、他ロールスタンドにおける時間差の平均値との差が、例えば±１００ｍｓｅｃの範囲を外れる場合にも、当該データを異常データとして取り扱うこととしている。すなわち、２つのレベルの異なる判断基準に基づいて、異常データに該当するか否かを判断している。
【００２３】
まず、（ａ）の判断基準で、時間差が、例えば±１０００ｍｓｅｃの範囲を外れる場合を異常データとしているのは、各ロールスタンド間の素管の通過時間を基準にして定めるものであり、ロールスタンド間の通過時間を超えるようなズレが時間差データにある場合には、異常データとして取り扱うこととした。
【００２４】
次に、（ｂ）の判断基準で、他ロールスタンドにおける時間差の平均値との差によって判断しようとしているのは、（ａ）の判断基準によるズレの絶対値から判断するだけでなく、他のデータとの関係で相対的に判断する必要があるからである。ここで、差が、例えば±１００ｍｓｅｃの範囲を外れる場合に異常データとしているのは、対象とする絞り圧延機の特性から、経験的にばらつきとして把握できる範囲を基準として定めたことによる。また、（ｂ）の判断基準では、（ａ）の判断基準において、既に異常データとされた他ロールスタンドにおける時間差データは、他ロールスタンドにおける時間差の平均値には含めないこととしている。
【００２５】
図４は後述する他の実施例で示す、各ロールスタンドにおける予測管端通過時間と実測された管端通過時間との時間差（制御開始タイミングのズレ）の分布状況を示す図であり、制御開始タイミングがロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれている場合を示している。このような制御開始タイミングのズレが生じるのは、素管の搬送速度の設定、またはその認識に誤りがあり、各ロールスタンドの制御開始タイミングおよびロールスタンド間の通過時間の設定に誤差があることに起因している。
【００２６】
図４に示す時間差の分布状況であれば、第４スタンドに現れる時間差データＣ4は異常データとして取り扱うとともに、傾きを有するズレを一律に修正する必要がある。このためには、上記（ａ）および（ｂ）の判断基準に基づいて異常データか否かを判断したのち、対象となる時間差データが有するロールスタンド番号に対する傾きを算出して、算出結果に基づいてズレを一律に修正することになる。
【００２７】
まず、絶対的、または相対的な誤差を取り除くため、上記（ａ）および（ｂ）の判断基準に基づいて、これらの基準に該当する時間差データは、異常データとして取り除く。そののち、該当ロールスタンドの時間差と他ロールスタンドにおける時間差の平均値との差を換算値として、この換算値から最小二乗法によって修正すべき傾きを算出する。
【００２８】
具体的には、後述する実施例３で説明するように、図４に示す時間差の分布状況では、データＣ４は上記（ａ）の判断基準によって異常データとして取り除かれ、さらに、データＣ１およびＣ６も上記（ｂ）の判断基準によって異常データとして取り除かれる。他のデータＣ２、Ｃ３およびＣ５の換算値は次のように求められる。
【００２９】
データＣ２の換算値： Ｃ２−｛（Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ５）/３｝
データＣ３の換算値： Ｃ３−｛（Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ５）/３｝
データＣ５の換算値： Ｃ５−｛（Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ５）/３｝
次に、独立変数ｘとして第２、第３、第５スタンドを変化させたときの特性値ｙとして、算出されたＣ２、Ｃ３、Ｃ５の換算値を用い、最小二乗法の統計的処理によって、修正すべき傾きを算出する。
【００３０】
すなわち、独立変数ｘと特性値ｙとの関係は、下記（ａ）式で表される。
【００３１】
ｙ＝α＋βｘ ・・・（ａ）
さらに、切片αおよび傾き（回帰係数）βは、次の（ｂ）式および（ｃ）式から求めることができる。ただし、下記の（ｂ）式、（ｃ）式において、ｋは独立変数ｘの水準数を示している。
【００３２】
【数１】
上述の通り、制御開始タイミングが一様にずれる場合であっても、制御開始タイミングが一定の傾きを有してずれる場合であっても、最適な制御開始時間を学習することによって、安定した管端制御を実行することができる。以下に、本発明方法の具体的な効果を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
【実施例】
前記図１に示す構成からなり、２０基のロールスタンドを有する絞り圧延機を用いて、対象を炭素鋼とし、圧延前寸法が外径１５１ｍｍ×肉厚４．２５ｍｍ×長さ２８０００ｍｍの素管を、圧延後に外径６０．３ｍｍ×肉厚３．９１ｍｍ×長さ８４０００ｍｍに圧延した。このとき、圧延機入側にＨＭＤ検出器を設けるとともに、２０基のロールスタンドのうち入側から第５、７、９、１１、１３、１５番目の計６基に管端検出装置を設置して、管先端側の管端制御開始タイミングの修正学習を実施した。ロールスタンドに設置される管端検出装置は、前記図１で説明した圧延トルクから検出する方式であっても、ＨＭＤ等による検出方式であっても良い。なお、２つの基準として、（ａ）の基準を±１０００ｍｓｅｃの範囲とし、（ｂ）の基準を±１００ｍｓｅｃの範囲として、これらの範囲を外れる場合は異常とした。
【００３５】
本実施例では、制御開始タイミングが一様にずれる場合と、制御開始タイミングがロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれる場合とで、実施例１〜３に区分して実施した。
【００３６】
（実施例１）ここでは、図２に示すように、時間差の分布状況が比較的小さい場合を対象とした。従来例１では、異常データか否かの判断を前記（ａ）の判断基準のみ、すなわち、時間差が±１０００ｍｓｅｃの範囲を外れる場合に該当するか否かで判断している。このときの学習状況を表１に示す。
【００３７】
【表１】
表中の計測Ｎｏ．は管端検出装置を設置したロールスタンドを示しており、入側から順に１〜６−Ｓｔｄ．と表記している。管端通過時間（ｍｓｅｃ）は圧延機入側のＨＭＤによって検出された素管管端の通過後の経過時間であり、予測管端通過時間と計測された管端通過時間との時間差はＢ−Ａとして表される。この結果から４−Ｓｔｄ．の時間差データは異常データとして取り扱われる。
【００３９】
表中の学習値（１）は、異常データを除いた、１〜３−Ｓｔｄ．および５〜６−Ｓｔｄ．の時間差データの平均値（５５ｍｓｅｃ）として算出される。算出された学習値（１）を用いて、次材の管端通過時間を修正する。例えば、次材の１−Ｓｔｄ．での予測値Ａは（９８５ｍｓｅｃ＋５５ｍｓｅｃ）として１０４０ｍｓｅｃに修正される。しかし、従来例１では、このような管端通過時間の修正にも拘わらず、次材での管端通過時間の絶対誤差は５５．８ｍｓｅｃと大きいものであった。
【００４０】
（実施例２）対象とした時間差の分布状況は、図３に示すように、比較的大きくずれた場合である。まず、従来例２では、異常データか否かの判断を前記（ａ）の判断基準のみとし、このときの学習状況を表２に示す。
【００４１】
【表２】
各ロールスタンドの時間差データを（ａ）の判断基準で判断して、４−Ｓｔｄ．の時間差データを異常データとして取り扱う。そして、学習値（１）は、異常データを除いた、１〜３−Ｓｔｄ．および５〜６−Ｓｔｄ．の時間差データの平均値（３５５ｍｓｅｃ）として算出される。算出された学習値（１）を用いて、次材の管端通過時間を各ロールスタンドで修正する。しかし、このような修正値の学習にも拘わらず、次材での管端通過時間の絶対誤差は５５．８ｍｓｅｃとなる。
【００４３】
（実施例３）次に、図４に示すように、時間差がロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれている場合を対象とした。従来例３では、異常データか否かの判断を前記（ａ）の判断基準のみとし、このときの学習状況を表３に示す。
【００４４】
【表３】
各ロールスタンドの時間差データを（ａ）の判断基準で判断して、４−Ｓｔｄ．の時間差データを異常データとして取り扱う。そして、学習値（１）は、異常データを除いた、１〜３−Ｓｔｄ．および５〜６−Ｓｔｄ．の時間差データの平均値（２．８ｍｓｅｃ）として算出される。算出された学習値（１）を用いて、次材の管端通過時間を各ロールスタンドで修正する。しかし、次材での管端通過時間の絶対誤差は５１．７ｍｓｅｃとなる。
【００４６】
実施例４では、各ロールスタンドの時間差に一定の傾きがある場合に、上記（ａ）および（ｂ）の判断基準に基づいて異常データを排除した後、時間差と他ロールスタンドにおける時間差との平均値との差を換算値として、この換算値から最小二乗法を用いて傾きを算出して、その算出結果から傾きを一律に修正することにしている。本発明例４における学習状況を表４に示す。
【００４７】
【表４】
本発明例４では、（ａ）および（ｂ）の判断基準によって、１−Ｓｔｄ．、４−Ｓｔｄ．および６−Ｓｔｄ．の時間差データが異常データと判断され、これらを除いた時間差データで学習値（３）が算出される。学習値（３）の基礎となる換算値は、当該ロールスタンドの時間差と異常データを除く時間差の平均値との差として算出される。例えば、２−Ｓｔｄ．における換算値は、｛２−Ｓｔｄ．の時間差データ（５５ｍｓｅｃ）｝−｛２−Ｓｔｄ．、３−Ｓｔｄ．および５−Ｓｔｄ．の時間差データの平均値（２．３３ｍｓｅｃ）｝として算出される。
【００４９】
次いで、独立変数ｘを２−Ｓｔｄ．、３−Ｓｔｄ．、５−Ｓｔｄ．として、そのときの特性値ｙを算出された換算値を用い、最小二乗法により前記（ａ）〜（ｃ）式に基づいて、傾きを算出する。この算出された傾きから導き出される当該スタンドの値から、１〜６−Ｓｔｄ．の学習値（３）を算出する。算出された学習値（３）を用いて、次材の管端通過時間を修正することによって、次材での管端通過時間の絶対誤差は、９．１７ｍｓｅｃまで向上させることが可能になる。
【００５０】
図５は、絞り圧延機における管端制御タイミングの誤差（予測管端通過時間と計測された管端通過時間との時間差）発生状況を示す図である。同図(a)は従来例１〜３を対象とした状況であり、（ｂ）は本発明例４を対象とした状況を示している。図５から明らかなように、従来例では、管端制御タイミング誤差のバラツキはσ＝１６．７ｍｓｅｃと大きいものであったが、本発明例では、σ＝５．７ｍｓｅｃと著しく改善されている。この結果、寸法不良率は、従来例では２．７５％であったのが、本発明例では０％となっている。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法によれば、制御開始タイミングが一様にずれる場合であっても、また、一定の傾きを有してずれる場合であっても、次材の圧延への適用に際し、発生要因に応じて異常データを適切に取り除き、最適な制御開始時間を学習して、安定した管端制御を行うことができる。これにより、圧延素管の管端不良を著しく低減して、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】管端肉厚制御の開始タイミング学習方法を適用する場合の絞り圧延機の構成を説明する図である。
【図２】実施例１に示す、各ロールスタンドにおける予測管端通過時間と実測された管端通過時間との時間差（制御開始タイミングのズレ）の分布状況を示す図である。
【図３】実施例２に示す、各ロールスタンドにおける予測管端通過時間と実測された管端通過時間との時間差（制御開始タイミングのズレ）の分布状況を示す図である。
【図４】実施例３に示す、各ロールスタンドにおける予測管端通過時間と実測された管端通過時間との時間差（制御開始タイミングのズレ）の分布状況を示す図である。
【図５】絞り圧延機における管端制御タイミングの誤差（予測管端通過時間と計測された管端通過時間との時間差）発生状況を示す図である。
【符号の説明】
１：素管、 ２：ロールスタンド、 ３：ロール駆動モータ、
４：モータ駆動制御器、 ５：圧延トルク演算器、 ６：タイミング演算器、
７：圧延制御器、 ８：管端検出器
Claims (1)
- 複数のロールスタンドで圧延される素管の先端および後端の管端部が通過する際に圧延ロールの回転速度を制御する開始時間を圧延状況から学習する絞り圧延機の管端肉厚制御方法であって、前記の各スタンドにおける予測管端通過時間と、実測された管端通過時間との時間差を算出し、この時間差が異常データか否かを下記（ａ）および（ｂ）の判断基準に基づいて判断し、異常データと判断された前記時間差のデータを除去し、異常データを除去した残りの時間差のデータから平均値を算出し、該平均値を制御開始時間が一様にずれる要因による時間差と判断し、各ロールスタンドにおける前記時間差と前記平均値との差を換算値として算出し、この換算値から最小二乗法を用いて各ロールスタンド番号と換算値との関係を一次関係式により求め、該一次関係式により計算される各ロールスタンドの時間差を制御開始時間がロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれる要因による時間差と判断して、前記制御開始時間が一様にずれる要因による時間差と、制御開始時間がロールスタンド番号に対して一定の傾きを有してずれる要因による時間差とを学習することを特徴とする絞り圧延機の管端肉厚制御開始時間学習方法。
（ａ）上記時間差が予め定められた基準範囲を外れる場合には、当該基準範囲を外れるデータを異常データとする。
（ｂ）上記時間差と、他ロールスタンドにおける時間差の平均値との差が、予め上記（ａ）の基準範囲より狭く定められた基準範囲を外れる場合には、当該基準範囲を外れるデータを異常データとする。ただし、他ロールスタンドにおける時間差には、上記（ａ）において、異常データとされた他ロールスタンドでの時間差は含まない。
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