JP3726146B2 - ローラレベラーのクラウニング装置およびロール横撓み補正方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明はローラレベラーのクラウニング装置およびそれを用いたロールの横撓み補正方法に関する。さらに詳しくは金属薄板および帯材を矯正するローラレベラーにおいて、レベラーロールおよびロール支持フレームに生ずる横（フレーム巾方向）たわみを補正する装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ローラレベラーのクラウニング装置の従来例として、特公昭５６−４１３２３号公報に記載されたウエッジ式がある。
この従来例は図１１に示すように、上部および下部の矯正ロール列１０５、１２２と矯正ロールの全長にわたって配置されている複数のバックアップローラ１１０、１３０を有し、バックアップローラ１１０、１３０を支承したくし形軸受保持体１１６、１２９が、摺動可能なくさび１１２、１２５によって支持されており、上部の矯正ロール列１０５に対して直角方向に配置されているくさび１２５が、油圧式シリンダ１２７等によって摺動可能に構成され、くさび１１２、１２５を出し入れすることによって、フレームの横撓みを解消するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記従来のウエッジ式クラウニング装置では、つぎの欠点がある。
すなわち、板噛み込み時に、上・下フレーム１０２、１０３は板噛み込みの進行にともなって撓んでいくが、上記ウエッジ式では、くさび１１２、１２５により間接的に力を加えるので、反力がかかった状態で設定量の変更をすることができない。また、補正量はフレーム巾方向で均一にしかならず、局部的に変化させることができない。
【０００４】
このため、補正量の設定は板噛み込み前に行い、噛み込み完了後に最適な撓み補正となるように、つまり板がパスライン方向の全ワークロール間に進入した状態で、ロールが水平状態に保持されるように設定している。
この結果、噛み込み過程における矯正する板の先端から１．５ｍの範囲と後端から１．５ｍの範囲ではクラウニング量の設定が不適正であるため、板巾方向で圧下量のばらつきが生じ、適正な矯正が行えない。つまり、板側端部は適正圧下でも板中央部は過圧下になるという問題がある。
【０００５】
また、上記ウエッジ式では、板噛み込み後の調整ができないため、板全長にわたって最適を圧下量設定が不可能である。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、矯正中に板厚（反力）に応じた最適なクラウニング設定が可能で、板噛み込み過程のフレーム撓みの局部的な変化に対応可能であり、板中央部相当のバックアップロールへの荷重集中を防止できるクラウニング装置と、ロール横撓み補正方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１のクラウニング装置は、圧下シリンダで昇降するフレームと、該フレームに支持され、かつ矯正ロールとバックアップロールを支持したロールフレームとを備えたローラレベラーにおいて、前記フレームと前記ロールフレームとの間に、前記フレームの幅方向に沿って連結した複数台の油圧式クラウニングシリンダと、該油圧式クラウニングシリンダのシリンダ内加圧側油圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器の検出値を入力してフレーム幅方向中央の撓み量を算出し、前記複数台の油圧式クラウニングシリンダのうち前記撓み量を解消するに必要なフレーム幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出すると共に、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、各油圧式クラウニングシリンダを個別に締込み制御する制御装置とからなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係るクラウニング装置は、圧下シリンダで昇降するフレームと、該フレームに支持され、かつ矯正ロールとバックアップロールを支持したロールフレームとを備えたローラレベラーにおいて、前記フレームと前記ロールフレームとの間に、前記フレームの幅方向に沿って連結した複数台の油圧式クラウニングシリンダと、前記フレームの中心上方に配置され、該フレームの撓み量を検出する撓み検出センサと、該撓み検出センサの検出値を入力してフレーム幅方向中央の撓み量を算出し、前記複数台の油圧式クラウニングシリンダのうち前記撓み量を解消するに必要なフレーム幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出すると共に、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、各油圧式クラウニングシリンダを個別に締込み制御する制御装置とからなることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係るロール横撓み補正方法は、矯正すべき板材の先端が上下の矯正ロール間に入った時に、前記個々の油圧式クラウニングシリンダのシリンダ内に発生する油圧力を検出し、該油圧力から矯正反力を算出し、この矯正反力に基づいてフレーム中央での撓み量を算出し、前記撓み量を解消するに必要な前記個々の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出するに際し、フレームの幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出し、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、この必要締込み量に基づいて個々の油圧式クラウニングシリンダの締込み制御することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係るロール横撓み補正方法は、矯正すべき板材の先端が上下の矯正ロール間に入った時に、上フレームおよび下フレームの撓み量を検出し、この撓み量から矯正反力を算出し、この矯正反力に基づき、前記撓み量を解消するに必要な前記個々の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出するに際し、フレームの幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出し、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、この必要締込み量に基づいて個々の油圧式クラウニングシリンダの締込み制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る油圧式クラウニング装置およびロール横撓み補正方法にあっては、圧下シリンダで昇降する上フレームおよび上ロールフレームに対し、直接補正方向の力を加えることができるので、板噛み込み完了後でもクラウニング調整が可能であり、板巾方向の圧下量差をミニマムにできる。また、複数台のクラウニングシリンダを個別に適正量だけ伸縮させることにより板矯正時に板厚（反力）に応じた最適なクラウニング設定が可能で、板噛み込み過程のフレーム撓みの局部的な変化に対応可能であり、板中央部相当のバックアップロールへの荷重集中を防止できる。しかも、中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出すると、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を板巾の関数として算出するので、全ての油圧式クラウニングシリンダの締込み制御を全自動で行うことができる。
また、１個のクラウニングシリンダに作用する油圧力またはフレーム中央での撓み量から、他の部位の撓み量を比例演算して求め、各部のクラウニングシリンダに必要な締込み量を個別に制御することにより、板材の全巾にわたって、適正な撓み量補正を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るローラレベラーの左半分の要部正面図、図２は同ローラレベラーの要部側面図、図３はクラウニングシリンダ１２まわりの拡大側面図、図４はクラウニングシリンダ１２の説明図、図５はクラウニングシリンダ１２の拡大縦断面図である。
【００１３】
図１〜図３に示すように、上フレーム１とハウジング２の間に圧下シリンダ３が配置されており、上フレーム１の下方には上ロールフレーム４が上ロールグリップシリンダ５で吊り下げられている。上ロールフレーム４には、複数本の上部矯正ロール６が支持され、各矯正ロール６に対して軸方向に短尺のバックアップロール７が対応付けて取付けられている。
【００１４】
上記の上部矯正ロール６に対してパスラインを挟んで下部矯正ロール８が複数本配置され、この下部矯正ロール８に対応付けたバックアップロール９がそれぞれ下ロールフレーム１０に支持されている。この下ロールフレーム１０は下フレーム１１上に設置されている。
【００１５】
上記の基本構造のロールレベラーにおいて、上フレーム１と上ロールフレーム４との間に複数の油圧式クラウニングシリンダ１２が連結されている。各クラウニングシリンダ１２は、上フレーム１の巾方向に沿ってほぼ矯正ロール６，８と同じ巾にわたって等ピッチで設置され（図１参照）、かつ、入側の列１２Ａと出側の列１２Ｂの２列が設置されている。なお、クラウニングシリンダの列は１列でもよいが、２列であると、上ロールフレーム４の局部的な横撓みをより細かく補正することができる。
【００１６】
図３〜５に示すように、前記クラウニングシリンダ１２は、ピストン１３の上端が球面継手材１４を介して上フレーム１に連結され、シリンダ１５の底端がスライド継手１６を介して上ロールフレーム４に連結されている。なお、このクラウニングシリンダ１２には位置検出センサ２０が内臓されているが、その詳細は後述する。
【００１７】
図３，図４に示すように、前記上ロールフレーム４は、前記上ロールグリップシリンダ５で上フレーム１から吊り下げられているが、ロール交換等の作業時には上ロールグリップシリンダ５を伸長させる。この場合、図４に示すようにクラウニングシリンダ１２は、スライド継手１６の部分で上ロールフレーム４から分離するようになっている。
【００１８】
図５に基づき、前記クラウニングシリンダ１２の詳細を説明する。
シリンダ１５には給油ポート１７ａ、１７ｂが形成され、伸長側油室１８と縮小側油室１９が、シリンダ１５とピストン１３の間に形成されている。位置検出センサ２０は、ロッド２１と差動変圧器等のセンサ２２等から構成され、ロッド２１はシリンダ１５に取付けられ、センサ２２はピストン１３に固定された筒状ケース２３に取付けられている。ピストン１３の伸縮動作に伴って、ロッド２１がセンサ２２に対して変位すると、その変位量を電気抵抗値に変換して検出することができる。
【００１９】
図６は本発明のクラウニング装置における制御ブロック図である。
３０はクラウニング装置のコントローラであり、マイクロコンピュータ等で構成されている。３１は上フレーム１の撓みを検出する撓み検出センサであり、上フレーム１の中心位置上方であって、２列のクラウニングシリンダ列１２Ａ、１２Ｂの直上（図２参照）に設置されている。そしてこの撓み検出センサ３１により、常時上フレーム１の下端までの距離Ｘを検出する。この上フレーム１の撓み量を検出することにより、上ロールフレーム４の撓み量も検出することができる。３２はクラウニングシリンダ１２の伸長側油室へ送油する油圧回路に介装された制御弁で、サーボバルブまたは比例制御弁が用いられる。３３は前記油圧回路に介装されたクラウニングシリンダ１２の伸長側油室１８の油圧力を検出する圧力検出器である。
【００２０】
上記撓み検出センサ３１、位置検出センサ２０、および圧力検出器３３の検出値はコントローラ３０に入力される。なお、３４はラインコントローラ、Ｓは矯正される板材である。
【００２１】
前記コントローラ３０は、前記各入力信号によって上フレーム１および上ロールフレーム４の撓み量、クラウニングシリンダ１２のシリンダ１５内圧力およびクラウニングシリンダ１２の伸長量（すなわち撓み補正量）を常時把握し、フレームの撓みを補正するに必要な各クラウニングシリンダ１２の伸長量、すなわち締込み量を計算し、それに見合った圧力の圧油を送油するよう出力信号を演算する。また、その結果をフィードバックさせて、撓みがゼロになるように制御していく。
【００２２】
つぎに、本発明による横撓み補正方法を説明する。
図６の制御系によれば、圧力フィードバック制御と位置フィードバック制御の二通りが可能である。
図７は本発明における横撓み補正原理の説明図、図８は圧力フィードバック制御による横撓み補正原理の説明図である。図７に基づき、まず補正原理を説明する。
【００２３】
矯正される板材Ｓの板巾Ｗの範囲で反力Ｆが等分布荷重であると仮定する。上フレーム１の撓みをδ１、下フレーム１１の撓みをδ１１とすると、合計の撓みδは図７下段のように表される。
上記の仮定のもとでつぎの関係が成立する。
（１）フレームのたわみ量：δは反力Ｆに正比例する。
（２）フレームのたわみ量：δは板中心に対して左右対称となる。
（３）各位置ｉでのたわみ量δｉは、反力が変化しても一定の比となる。
【００２４】
以上により、次式が成立する。
Ｆ＝ｋ＊δａ
δａ：δｂ：δｃ：δｄ＝１：α：β：γ
δａ：δｅ：δｆ：δｇ＝１：α：β：γ
ここに、ｋ：板巾Ｗでのミル定数であり、添字ａ〜ｇは各クラウニングシリンダ１２の位置を示す。
【００２５】
つぎに、撓み量補正方法を説明する。
（１）圧力フィードバック制御による横撓み補正
矯正する板Ｓの先端がロール間に入った時に、個々のクラウニングシリンダ１２のシリンダ１５内圧力を圧力検出器３３により検出し、この油圧力から矯正反力を算出し、この矯正反力に基づいて上フレーム１中央での撓み量を算出し、この撓み量を解消するに必要な個々のクラウニングシリンダ１２の必要締込み量を比例算出し、この必要締込み量に基づいて個々のクラウニングシリンダ１２を締込み制御する。
【００２６】
具体的には、つぎのとおりである。図８において、撓み補正制御をまったく行わない場合の矯正中の状態点をＡ１とする。この時、圧下量は初期設定圧下量のＩ0 からＩ1 に減少し、ロールギャップはＲ0 からＲ1 に増加する。
圧力フィードバック制御では、次の方法で得られる値だけ各クラウニングシリンダ１２を締め込むように信号を出力する。
【００２７】
Ａ1 点 （１）シリンダ圧力から矯正反力を計算
【数１】
（２）矯正反力から各位置のクラウニングシリンダ１２の締込み量を計 算
ΔＳａ1 ＝（１／ｋ）＊Ｆ1
ΔＳｂ1 ＝ΔＳｅ1 ＝α＊ΔＳａ1
ΔＳｃ1 ＝ΔＳｆ1 ＝β＊ΔＳａ1
ΔＳｄ1 ＝ΔＳｇ1 ＝γ＊ΔＳａ1
ここに ｋ：板巾Ｗでのミル定数
添字ａ〜ｇは各クラウニングシリンダの位置を示す。
【００２８】
Ａ2 点 （１）シリンダ圧力から矯正反力を計算
【数２】
（２）矯正反力から締込み量を計算
Ａ1 点ですでにΔＳａ1 補正をかけているので、その値を差し引く
ΔＳａ2 ＝（１／ｋ）＊Ｆ２−ΔＳａ1
ΔＳｂ2 ＝ΔＳｅ2 ＝α＊ΔＳａ2
ΔＳｃ2 ＝ΔＳｆ2 ＝β＊ΔＳａ2
ΔＳｄ2 ＝ΔＳｇ2 ＝γ＊ΔＳａ2
【００２９】
Ａn 点 （１）シリンダ圧力から矯正反力を計算
【数３】
（２）矯正反力から締込み量を計算
【数４】
ΔＳａ0 ＝０
ΔＳｂn ＝ΔＳｅn ＝α＊ΔＳａn
ΔＳｃn ＝ΔＳｆn ＝β＊ΔＳａn
ΔＳｄn ＝ΔＳｇn ＝γ＊ΔＳａn
【００３０】
撓み矯正はｎ→∞でΔＳａ→０（Δ→０）となり終了
【００３１】
（２）位置フィードバック制御による横撓み補正
矯正する板（ワーク）Ｓの先端がロール間に入った時、板の噛込みで生じる上フレーム１および下フレーム１１の撓み量を撓み検出センサ３１で検出し、この撓み量から矯正反力を算出し、この矯正反力に基づき前記撓み量を解消するに必要な各クラウニングシリンダ１２の必要締込み量を比例算出し、この必要締込み量に基づいて各クラウニングシリンダ１２を個別に締込み制御する。以下、詳細に説明する。
【００３２】
図９は本発明における横撓み補正原理の説明図、図１０は位置フィードバック制御による横撓み補正方法の説明図である。
図９において、
上フレーム１の横剛性：ｋｕ
下フレーム１１の横剛性：ｋｂ
とすると、上下フレーム合計の横剛性ｋは次式で表される。
ｋ＝１／（１／ｋｕ＋１／ｋｂ）
板噛込みで、上フレーム１はδａｕ撓み、下フレーム１１はδａｂ撓む。
この時、ロールギャップはΔＳａ＝（δａｕ＋δａｂ）増加する。
ΔＳａは、フレーム撓み検出センサ３１での実績値δａｕより次式で表せる。 ΔＳａ＝ｋｕ＊δａｕ／ｋ
【００３３】
具体的には、つぎのとおりである。図１０において、撓み補正制御をまったく行わない場合の矯正中の状態点をＡ1 点とする。この時、圧下量は初期設定圧下量のＩ0 からＩ1 に減少し、ロールギャップはＲ0 からＲ1 に増加する。
位置フィードバック制御では、次の方法で得られる値だけ各シリンダーを締め込むように信号を出力する。
【００３４】
Ａ1 点 ΔＳａ1 ＝ｋｕ＊δａｕ1 ／ｋ
ΔＳｂ1 ＝ΔＳｅ1 ＝α＊ΔＳａ1
ΔＳｃ1 ＝ΔＳｆ1 ＝β＊ΔＳａ1
ΔＳｄ1 ＝ΔＳｇ1 ＝γ＊ΔＳａ1
ここに ｋ：板巾Ｗでのミル定数
添字ａ〜ｇは各クラウニングシリンダ１２の位置を示す。
【００３５】
Ａ2 点 Ａ1 点ですでにΔＳａ1 補正をかけているので、その値を差し引く
ΔＳａ2 ＝ｋｕ＊δａｕ2 ／ｋ−ΔＳａ1
ΔＳｂ2 ＝ΔＳｅ2 ＝α＊ΔＳａ2
ΔＳｃ2 ＝ΔＳｆ2 ＝β＊ΔＳａ2
ΔＳｄ2 ＝ΔＳｇ2 ＝γ＊ΔＳａ2
【００３６】
Ａn 点
【数５】
ΔＳａ0 ＝０
ΔＳｂn ＝ΔＳｅn ＝α＊ΔＳａn
ΔＳｃn ＝ΔＳｆn ＝β＊ΔＳａn
ΔＳｄn ＝ΔＳｇn ＝γ＊ΔＳａn
【００３７】
撓み矯正はn →∞でΔＳａ→０（Δ→０）となり終了
【００３８】
以上のように、本実施形態のクラウニング装置によれば、圧力フィードバックまたは位置フィードバックにより、フレームの撓み量を補正することができる。
【００３９】
以上の説明は上フレーム１と上ロールフレーム４との間に、油圧クラウニングシリンダ１２を配置した例であるが、この油圧クラウニングシリンダ１２を下フレーム１０と下ロールフレームとの間に配置してもよく、また、上フレームと上ロールフレーム及び下フレームと下ロールフレームの両方に配置してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係るローラレベラーのクラウニング装置によれば、圧下シリンダで押圧されるフレームおよびロールフレームに対し、直接補正方向の力を加えることができるので、板噛み込み完了後でもクラウニング調整が可能であり、板巾方向の圧下量差をミニマムにできる。また、複数台のクラウニングシリンダを個別に適正量だけ伸縮させることにより板矯正時に板厚（反力）に応じた最適なクラウニング設定が可能で、板噛み込み過程のフレーム撓みの局部的な変化に対応可能であり、板中央部相当のバックアップロールへの荷重集中を防止できる。上ロールフレームは上ロールグリップシリンダによって上フレームから水平に吊り下げられており、該シリンダの作動で前記上ロールフレームと前記上フレームとの間が大きく開離し、これによってロールの交換やクラウニングシリンダの補修、交換の作業が容易となる。さらに、前記クラウニングシリンダは球面座を介して前記上フレームと前記上ロールフレーム間に配置されるので、通板時の上ロールフレームに対して常に垂直方向から押圧力を加えることができる。
また、本発明のクラウニング装置のロール横撓み補正方法によれば、矯正動作中に１個のクラウニングシリンダに作用する油圧力またはフレーム中央で撓み量から、他の部位の撓み量を比例演算して求め、各部のクラウニングシリンダに必要な締込み量を個別に制御するので、板材の全巾にわたって、適正な撓み量補正を行うことができる。しかも、中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出すると、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を板巾の関数として算出するので、全ての油圧式クラウニングシリンダの締込み制御を全自動で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るローラレベラーの左半分の要部正面図である。
【図２】 同ローラレベラーの要部側面図である。
【図３】 クラウニングシリンダ１２まわりの拡大側面図である。
【図４】 クラウニングシリンダ１２の説明図である。
【図５】 クラウニングシリンダ１２の拡大縦断面図である。
【図６】 本発明におけるクラウニング装置の制御ブロック図である。
【図７】 本発明における横撓み補正原理の説明図である。
【図８】 圧力フィードバック制御による横撓み補正方法の説明図である。
【図９】 本発明における横撓み補正原理の説明図である。
【図１０】 位置フィードバック制御による横撓み補正方法の説明図である。
【図１１】 従来のウエッジ式クラウニング装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 上フレーム
４ 上ロールフレーム
６ 上部矯正ロール
８ 下部矯正ロール
１１ 下フレーム
１２ 油圧式クラウニングシリンダ
２０ 位置検出センサ
３０ コントローラ
３１ 撓み検出センサ
３３ 圧力検出器
【発明の属する技術の分野】
本発明はローラレベラーのクラウニング装置およびそれを用いたロールの横撓み補正方法に関する。さらに詳しくは金属薄板および帯材を矯正するローラレベラーにおいて、レベラーロールおよびロール支持フレームに生ずる横（フレーム巾方向）たわみを補正する装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ローラレベラーのクラウニング装置の従来例として、特公昭５６−４１３２３号公報に記載されたウエッジ式がある。
この従来例は図１１に示すように、上部および下部の矯正ロール列１０５、１２２と矯正ロールの全長にわたって配置されている複数のバックアップローラ１１０、１３０を有し、バックアップローラ１１０、１３０を支承したくし形軸受保持体１１６、１２９が、摺動可能なくさび１１２、１２５によって支持されており、上部の矯正ロール列１０５に対して直角方向に配置されているくさび１２５が、油圧式シリンダ１２７等によって摺動可能に構成され、くさび１１２、１２５を出し入れすることによって、フレームの横撓みを解消するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記従来のウエッジ式クラウニング装置では、つぎの欠点がある。
すなわち、板噛み込み時に、上・下フレーム１０２、１０３は板噛み込みの進行にともなって撓んでいくが、上記ウエッジ式では、くさび１１２、１２５により間接的に力を加えるので、反力がかかった状態で設定量の変更をすることができない。また、補正量はフレーム巾方向で均一にしかならず、局部的に変化させることができない。
【０００４】
このため、補正量の設定は板噛み込み前に行い、噛み込み完了後に最適な撓み補正となるように、つまり板がパスライン方向の全ワークロール間に進入した状態で、ロールが水平状態に保持されるように設定している。
この結果、噛み込み過程における矯正する板の先端から１．５ｍの範囲と後端から１．５ｍの範囲ではクラウニング量の設定が不適正であるため、板巾方向で圧下量のばらつきが生じ、適正な矯正が行えない。つまり、板側端部は適正圧下でも板中央部は過圧下になるという問題がある。
【０００５】
また、上記ウエッジ式では、板噛み込み後の調整ができないため、板全長にわたって最適を圧下量設定が不可能である。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、矯正中に板厚（反力）に応じた最適なクラウニング設定が可能で、板噛み込み過程のフレーム撓みの局部的な変化に対応可能であり、板中央部相当のバックアップロールへの荷重集中を防止できるクラウニング装置と、ロール横撓み補正方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１のクラウニング装置は、圧下シリンダで昇降するフレームと、該フレームに支持され、かつ矯正ロールとバックアップロールを支持したロールフレームとを備えたローラレベラーにおいて、前記フレームと前記ロールフレームとの間に、前記フレームの幅方向に沿って連結した複数台の油圧式クラウニングシリンダと、該油圧式クラウニングシリンダのシリンダ内加圧側油圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器の検出値を入力してフレーム幅方向中央の撓み量を算出し、前記複数台の油圧式クラウニングシリンダのうち前記撓み量を解消するに必要なフレーム幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出すると共に、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、各油圧式クラウニングシリンダを個別に締込み制御する制御装置とからなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係るクラウニング装置は、圧下シリンダで昇降するフレームと、該フレームに支持され、かつ矯正ロールとバックアップロールを支持したロールフレームとを備えたローラレベラーにおいて、前記フレームと前記ロールフレームとの間に、前記フレームの幅方向に沿って連結した複数台の油圧式クラウニングシリンダと、前記フレームの中心上方に配置され、該フレームの撓み量を検出する撓み検出センサと、該撓み検出センサの検出値を入力してフレーム幅方向中央の撓み量を算出し、前記複数台の油圧式クラウニングシリンダのうち前記撓み量を解消するに必要なフレーム幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出すると共に、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、各油圧式クラウニングシリンダを個別に締込み制御する制御装置とからなることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係るロール横撓み補正方法は、矯正すべき板材の先端が上下の矯正ロール間に入った時に、前記個々の油圧式クラウニングシリンダのシリンダ内に発生する油圧力を検出し、該油圧力から矯正反力を算出し、この矯正反力に基づいてフレーム中央での撓み量を算出し、前記撓み量を解消するに必要な前記個々の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出するに際し、フレームの幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出し、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、この必要締込み量に基づいて個々の油圧式クラウニングシリンダの締込み制御することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係るロール横撓み補正方法は、矯正すべき板材の先端が上下の矯正ロール間に入った時に、上フレームおよび下フレームの撓み量を検出し、この撓み量から矯正反力を算出し、この矯正反力に基づき、前記撓み量を解消するに必要な前記個々の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出するに際し、フレームの幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出し、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、この必要締込み量に基づいて個々の油圧式クラウニングシリンダの締込み制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る油圧式クラウニング装置およびロール横撓み補正方法にあっては、圧下シリンダで昇降する上フレームおよび上ロールフレームに対し、直接補正方向の力を加えることができるので、板噛み込み完了後でもクラウニング調整が可能であり、板巾方向の圧下量差をミニマムにできる。また、複数台のクラウニングシリンダを個別に適正量だけ伸縮させることにより板矯正時に板厚（反力）に応じた最適なクラウニング設定が可能で、板噛み込み過程のフレーム撓みの局部的な変化に対応可能であり、板中央部相当のバックアップロールへの荷重集中を防止できる。しかも、中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出すると、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を板巾の関数として算出するので、全ての油圧式クラウニングシリンダの締込み制御を全自動で行うことができる。
また、１個のクラウニングシリンダに作用する油圧力またはフレーム中央での撓み量から、他の部位の撓み量を比例演算して求め、各部のクラウニングシリンダに必要な締込み量を個別に制御することにより、板材の全巾にわたって、適正な撓み量補正を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るローラレベラーの左半分の要部正面図、図２は同ローラレベラーの要部側面図、図３はクラウニングシリンダ１２まわりの拡大側面図、図４はクラウニングシリンダ１２の説明図、図５はクラウニングシリンダ１２の拡大縦断面図である。
【００１３】
図１〜図３に示すように、上フレーム１とハウジング２の間に圧下シリンダ３が配置されており、上フレーム１の下方には上ロールフレーム４が上ロールグリップシリンダ５で吊り下げられている。上ロールフレーム４には、複数本の上部矯正ロール６が支持され、各矯正ロール６に対して軸方向に短尺のバックアップロール７が対応付けて取付けられている。
【００１４】
上記の上部矯正ロール６に対してパスラインを挟んで下部矯正ロール８が複数本配置され、この下部矯正ロール８に対応付けたバックアップロール９がそれぞれ下ロールフレーム１０に支持されている。この下ロールフレーム１０は下フレーム１１上に設置されている。
【００１５】
上記の基本構造のロールレベラーにおいて、上フレーム１と上ロールフレーム４との間に複数の油圧式クラウニングシリンダ１２が連結されている。各クラウニングシリンダ１２は、上フレーム１の巾方向に沿ってほぼ矯正ロール６，８と同じ巾にわたって等ピッチで設置され（図１参照）、かつ、入側の列１２Ａと出側の列１２Ｂの２列が設置されている。なお、クラウニングシリンダの列は１列でもよいが、２列であると、上ロールフレーム４の局部的な横撓みをより細かく補正することができる。
【００１６】
図３〜５に示すように、前記クラウニングシリンダ１２は、ピストン１３の上端が球面継手材１４を介して上フレーム１に連結され、シリンダ１５の底端がスライド継手１６を介して上ロールフレーム４に連結されている。なお、このクラウニングシリンダ１２には位置検出センサ２０が内臓されているが、その詳細は後述する。
【００１７】
図３，図４に示すように、前記上ロールフレーム４は、前記上ロールグリップシリンダ５で上フレーム１から吊り下げられているが、ロール交換等の作業時には上ロールグリップシリンダ５を伸長させる。この場合、図４に示すようにクラウニングシリンダ１２は、スライド継手１６の部分で上ロールフレーム４から分離するようになっている。
【００１８】
図５に基づき、前記クラウニングシリンダ１２の詳細を説明する。
シリンダ１５には給油ポート１７ａ、１７ｂが形成され、伸長側油室１８と縮小側油室１９が、シリンダ１５とピストン１３の間に形成されている。位置検出センサ２０は、ロッド２１と差動変圧器等のセンサ２２等から構成され、ロッド２１はシリンダ１５に取付けられ、センサ２２はピストン１３に固定された筒状ケース２３に取付けられている。ピストン１３の伸縮動作に伴って、ロッド２１がセンサ２２に対して変位すると、その変位量を電気抵抗値に変換して検出することができる。
【００１９】
図６は本発明のクラウニング装置における制御ブロック図である。
３０はクラウニング装置のコントローラであり、マイクロコンピュータ等で構成されている。３１は上フレーム１の撓みを検出する撓み検出センサであり、上フレーム１の中心位置上方であって、２列のクラウニングシリンダ列１２Ａ、１２Ｂの直上（図２参照）に設置されている。そしてこの撓み検出センサ３１により、常時上フレーム１の下端までの距離Ｘを検出する。この上フレーム１の撓み量を検出することにより、上ロールフレーム４の撓み量も検出することができる。３２はクラウニングシリンダ１２の伸長側油室へ送油する油圧回路に介装された制御弁で、サーボバルブまたは比例制御弁が用いられる。３３は前記油圧回路に介装されたクラウニングシリンダ１２の伸長側油室１８の油圧力を検出する圧力検出器である。
【００２０】
上記撓み検出センサ３１、位置検出センサ２０、および圧力検出器３３の検出値はコントローラ３０に入力される。なお、３４はラインコントローラ、Ｓは矯正される板材である。
【００２１】
前記コントローラ３０は、前記各入力信号によって上フレーム１および上ロールフレーム４の撓み量、クラウニングシリンダ１２のシリンダ１５内圧力およびクラウニングシリンダ１２の伸長量（すなわち撓み補正量）を常時把握し、フレームの撓みを補正するに必要な各クラウニングシリンダ１２の伸長量、すなわち締込み量を計算し、それに見合った圧力の圧油を送油するよう出力信号を演算する。また、その結果をフィードバックさせて、撓みがゼロになるように制御していく。
【００２２】
つぎに、本発明による横撓み補正方法を説明する。
図６の制御系によれば、圧力フィードバック制御と位置フィードバック制御の二通りが可能である。
図７は本発明における横撓み補正原理の説明図、図８は圧力フィードバック制御による横撓み補正原理の説明図である。図７に基づき、まず補正原理を説明する。
【００２３】
矯正される板材Ｓの板巾Ｗの範囲で反力Ｆが等分布荷重であると仮定する。上フレーム１の撓みをδ１、下フレーム１１の撓みをδ１１とすると、合計の撓みδは図７下段のように表される。
上記の仮定のもとでつぎの関係が成立する。
（１）フレームのたわみ量：δは反力Ｆに正比例する。
（２）フレームのたわみ量：δは板中心に対して左右対称となる。
（３）各位置ｉでのたわみ量δｉは、反力が変化しても一定の比となる。
【００２４】
以上により、次式が成立する。
Ｆ＝ｋ＊δａ
δａ：δｂ：δｃ：δｄ＝１：α：β：γ
δａ：δｅ：δｆ：δｇ＝１：α：β：γ
ここに、ｋ：板巾Ｗでのミル定数であり、添字ａ〜ｇは各クラウニングシリンダ１２の位置を示す。
【００２５】
つぎに、撓み量補正方法を説明する。
（１）圧力フィードバック制御による横撓み補正
矯正する板Ｓの先端がロール間に入った時に、個々のクラウニングシリンダ１２のシリンダ１５内圧力を圧力検出器３３により検出し、この油圧力から矯正反力を算出し、この矯正反力に基づいて上フレーム１中央での撓み量を算出し、この撓み量を解消するに必要な個々のクラウニングシリンダ１２の必要締込み量を比例算出し、この必要締込み量に基づいて個々のクラウニングシリンダ１２を締込み制御する。
【００２６】
具体的には、つぎのとおりである。図８において、撓み補正制御をまったく行わない場合の矯正中の状態点をＡ１とする。この時、圧下量は初期設定圧下量のＩ0 からＩ1 に減少し、ロールギャップはＲ0 からＲ1 に増加する。
圧力フィードバック制御では、次の方法で得られる値だけ各クラウニングシリンダ１２を締め込むように信号を出力する。
【００２７】
Ａ1 点 （１）シリンダ圧力から矯正反力を計算
【数１】
（２）矯正反力から各位置のクラウニングシリンダ１２の締込み量を計 算
ΔＳａ1 ＝（１／ｋ）＊Ｆ1
ΔＳｂ1 ＝ΔＳｅ1 ＝α＊ΔＳａ1
ΔＳｃ1 ＝ΔＳｆ1 ＝β＊ΔＳａ1
ΔＳｄ1 ＝ΔＳｇ1 ＝γ＊ΔＳａ1
ここに ｋ：板巾Ｗでのミル定数
添字ａ〜ｇは各クラウニングシリンダの位置を示す。
【００２８】
Ａ2 点 （１）シリンダ圧力から矯正反力を計算
【数２】
（２）矯正反力から締込み量を計算
Ａ1 点ですでにΔＳａ1 補正をかけているので、その値を差し引く
ΔＳａ2 ＝（１／ｋ）＊Ｆ２−ΔＳａ1
ΔＳｂ2 ＝ΔＳｅ2 ＝α＊ΔＳａ2
ΔＳｃ2 ＝ΔＳｆ2 ＝β＊ΔＳａ2
ΔＳｄ2 ＝ΔＳｇ2 ＝γ＊ΔＳａ2
【００２９】
Ａn 点 （１）シリンダ圧力から矯正反力を計算
【数３】
（２）矯正反力から締込み量を計算
【数４】
ΔＳａ0 ＝０
ΔＳｂn ＝ΔＳｅn ＝α＊ΔＳａn
ΔＳｃn ＝ΔＳｆn ＝β＊ΔＳａn
ΔＳｄn ＝ΔＳｇn ＝γ＊ΔＳａn
【００３０】
撓み矯正はｎ→∞でΔＳａ→０（Δ→０）となり終了
【００３１】
（２）位置フィードバック制御による横撓み補正
矯正する板（ワーク）Ｓの先端がロール間に入った時、板の噛込みで生じる上フレーム１および下フレーム１１の撓み量を撓み検出センサ３１で検出し、この撓み量から矯正反力を算出し、この矯正反力に基づき前記撓み量を解消するに必要な各クラウニングシリンダ１２の必要締込み量を比例算出し、この必要締込み量に基づいて各クラウニングシリンダ１２を個別に締込み制御する。以下、詳細に説明する。
【００３２】
図９は本発明における横撓み補正原理の説明図、図１０は位置フィードバック制御による横撓み補正方法の説明図である。
図９において、
上フレーム１の横剛性：ｋｕ
下フレーム１１の横剛性：ｋｂ
とすると、上下フレーム合計の横剛性ｋは次式で表される。
ｋ＝１／（１／ｋｕ＋１／ｋｂ）
板噛込みで、上フレーム１はδａｕ撓み、下フレーム１１はδａｂ撓む。
この時、ロールギャップはΔＳａ＝（δａｕ＋δａｂ）増加する。
ΔＳａは、フレーム撓み検出センサ３１での実績値δａｕより次式で表せる。 ΔＳａ＝ｋｕ＊δａｕ／ｋ
【００３３】
具体的には、つぎのとおりである。図１０において、撓み補正制御をまったく行わない場合の矯正中の状態点をＡ1 点とする。この時、圧下量は初期設定圧下量のＩ0 からＩ1 に減少し、ロールギャップはＲ0 からＲ1 に増加する。
位置フィードバック制御では、次の方法で得られる値だけ各シリンダーを締め込むように信号を出力する。
【００３４】
Ａ1 点 ΔＳａ1 ＝ｋｕ＊δａｕ1 ／ｋ
ΔＳｂ1 ＝ΔＳｅ1 ＝α＊ΔＳａ1
ΔＳｃ1 ＝ΔＳｆ1 ＝β＊ΔＳａ1
ΔＳｄ1 ＝ΔＳｇ1 ＝γ＊ΔＳａ1
ここに ｋ：板巾Ｗでのミル定数
添字ａ〜ｇは各クラウニングシリンダ１２の位置を示す。
【００３５】
Ａ2 点 Ａ1 点ですでにΔＳａ1 補正をかけているので、その値を差し引く
ΔＳａ2 ＝ｋｕ＊δａｕ2 ／ｋ−ΔＳａ1
ΔＳｂ2 ＝ΔＳｅ2 ＝α＊ΔＳａ2
ΔＳｃ2 ＝ΔＳｆ2 ＝β＊ΔＳａ2
ΔＳｄ2 ＝ΔＳｇ2 ＝γ＊ΔＳａ2
【００３６】
Ａn 点
【数５】
ΔＳａ0 ＝０
ΔＳｂn ＝ΔＳｅn ＝α＊ΔＳａn
ΔＳｃn ＝ΔＳｆn ＝β＊ΔＳａn
ΔＳｄn ＝ΔＳｇn ＝γ＊ΔＳａn
【００３７】
撓み矯正はn →∞でΔＳａ→０（Δ→０）となり終了
【００３８】
以上のように、本実施形態のクラウニング装置によれば、圧力フィードバックまたは位置フィードバックにより、フレームの撓み量を補正することができる。
【００３９】
以上の説明は上フレーム１と上ロールフレーム４との間に、油圧クラウニングシリンダ１２を配置した例であるが、この油圧クラウニングシリンダ１２を下フレーム１０と下ロールフレームとの間に配置してもよく、また、上フレームと上ロールフレーム及び下フレームと下ロールフレームの両方に配置してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係るローラレベラーのクラウニング装置によれば、圧下シリンダで押圧されるフレームおよびロールフレームに対し、直接補正方向の力を加えることができるので、板噛み込み完了後でもクラウニング調整が可能であり、板巾方向の圧下量差をミニマムにできる。また、複数台のクラウニングシリンダを個別に適正量だけ伸縮させることにより板矯正時に板厚（反力）に応じた最適なクラウニング設定が可能で、板噛み込み過程のフレーム撓みの局部的な変化に対応可能であり、板中央部相当のバックアップロールへの荷重集中を防止できる。上ロールフレームは上ロールグリップシリンダによって上フレームから水平に吊り下げられており、該シリンダの作動で前記上ロールフレームと前記上フレームとの間が大きく開離し、これによってロールの交換やクラウニングシリンダの補修、交換の作業が容易となる。さらに、前記クラウニングシリンダは球面座を介して前記上フレームと前記上ロールフレーム間に配置されるので、通板時の上ロールフレームに対して常に垂直方向から押圧力を加えることができる。
また、本発明のクラウニング装置のロール横撓み補正方法によれば、矯正動作中に１個のクラウニングシリンダに作用する油圧力またはフレーム中央で撓み量から、他の部位の撓み量を比例演算して求め、各部のクラウニングシリンダに必要な締込み量を個別に制御するので、板材の全巾にわたって、適正な撓み量補正を行うことができる。しかも、中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出すると、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を板巾の関数として算出するので、全ての油圧式クラウニングシリンダの締込み制御を全自動で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るローラレベラーの左半分の要部正面図である。
【図２】 同ローラレベラーの要部側面図である。
【図３】 クラウニングシリンダ１２まわりの拡大側面図である。
【図４】 クラウニングシリンダ１２の説明図である。
【図５】 クラウニングシリンダ１２の拡大縦断面図である。
【図６】 本発明におけるクラウニング装置の制御ブロック図である。
【図７】 本発明における横撓み補正原理の説明図である。
【図８】 圧力フィードバック制御による横撓み補正方法の説明図である。
【図９】 本発明における横撓み補正原理の説明図である。
【図１０】 位置フィードバック制御による横撓み補正方法の説明図である。
【図１１】 従来のウエッジ式クラウニング装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 上フレーム
４ 上ロールフレーム
６ 上部矯正ロール
８ 下部矯正ロール
１１ 下フレーム
１２ 油圧式クラウニングシリンダ
２０ 位置検出センサ
３０ コントローラ
３１ 撓み検出センサ
３３ 圧力検出器
Claims (4)
- 圧下シリンダで昇降するフレームと、該フレームに支持され、かつ矯正ロールとバックアップロールを支持したロールフレームとを備えたローラレベラーにおいて、
前記フレームと前記ロールフレームとの間に、前記フレームの幅方向に沿って連結した複数台の油圧式クラウニングシリンダと、該油圧式クラウニングシリンダのシリンダ内加圧側油圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器の検出値を入力してフレーム幅方向中央の撓み量を算出し、前記複数台の油圧式クラウニングシリンダのうち前記撓み量を解消するに必要なフレーム幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出すると共に、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、各油圧式クラウニングシリンダを個別に締込み制御する制御装置とからなることを特徴とするローラレベラ−のクラウニング装置。 - 圧下シリンダで昇降するフレームと、該フレームに支持され、かつ矯正ロールとバックアップロールを支持したロールフレームとを備えたローラレベラーにおいて、
前記フレームと前記ロールフレームとの間に、前記フレームの幅方向に沿って連結した複数台の油圧式クラウニングシリンダと、前記フレームの中心上方に配置され、該フレームの撓み量を検出する撓み検出センサと、該撓み検出センサの検出値を入力してフレーム幅方向中央の撓み量を算出し、前記複数台の油圧式クラウニングシリンダのうち前記撓み量を解消するに必要なフレーム幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出すると共に、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、各油圧式クラウニングシリンダを個別に締込み制御する制御装置とからなることを特徴とするローラレベラ−のクラウニング装置。 - 矯正すべき板材の先端が上下の矯正ロール間に入った時に、前記個々の油圧式クラウニングシリンダのシリンダ内に発生する油圧力を検出し、該油圧力から矯正反力を算出し、この矯正反力に基づいてフレーム中央での撓み量を算出し、前記撓み量を解消するに必要な前記個々の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出するに際し、フレームの幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出し、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、この必要締込み量に基づいて個々の油圧式クラウニングシリンダの締込み制御することを特徴とする請求項１記載のクラウニング装置を用いたローラレベラーの横撓み補正方法。
- 矯正すべき板材の先端が上下の矯正ロール間に入った時に、上フレームおよび下フレームの撓み量を検出し、この撓み量から矯正反力を算出し、この矯正反力に基づき、前記撓み量を解消するに必要な前記個々の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出するに際し、フレームの幅方向中央の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を算出し、他の油圧式クラウニングシリンダの必要締込み量を前記フレーム幅方向中央の必要締込み量に板幅の関数を乗じた値に算出して、この必要締込み量に基づいて個々の油圧式クラウニングシリンダの締込み制御することを特徴とする請求項２記載のクラウニング装置を用いたローラレベラーの横撓み補正方法。
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