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

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 Download PDF

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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

Claims (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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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