JP4670432B2 - 上下バックアップロール偏芯量検出方法及び板厚制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機の上下バックアップロールの偏芯量を検出する方法並びにそれを用いて圧延中の鋼板等の金属板の板厚を制御する方法に関する。

鋼板等の金属板の圧延に用いられる圧延機では、バックアップロールの偏芯に起因するワークロールのロールギャップの変動によって一定周期の板厚変動が生じる。そして、圧延機における上下バックアップロールの径差が大きい場合又は、上下バックアップロールに積極的に異なる回転速度を与えるような場合においては、上下バックアップロールのロール偏芯による板厚変動を低減するために上下バックアップロールの偏芯量を分離して精度良く推定する必要がある。

上下バックアップロールの偏芯量を分離して検出する発明について、特許文献１に記載された「ロール偏芯量検出方法及び板厚制御方法」に係る発明がある。特許文献１においては、算出されたロールアップ外乱量を、上バックアップロール又は下バックアップロールの回転角を基準にしてフーリエ級数展開して、上バックアップロール及び下バックアップロールの回転周期に相当するロール偏芯成分を抽出する操作を、上下バックアップロールの位相がずれたときに複数回行い、かかる２つのデータ及び位相のずれとからフーリエ級数の関係により上下のバックアップロールの偏芯量を求める発明が開示されている。
特開２００１−１５００１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、上下バックアップロールの偏芯量の分離手法に若干の不備があり、高精度での偏芯量の分離は不可能であるという問題点があった。
本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、上下バックアップロールの偏芯量を高精度に分離して検出することができ、同時にそれを用いて正確な板厚の制御を可能とする上下バックアップロール偏芯量検出方法及び板厚制御方法を提供することにある。

本発明のうち請求項１に係る上下バックアップロールの偏芯量検出方法は、圧延機の上下ワークロール間のロールギャップの外乱量に基づいて、前記圧延機の上下バックアップロールの偏芯量を検出する方法において、
前記外乱量を複数回測定して、
複数回測定された前記外乱量のうちの２つについて、線形補間により前記下バックアップロールの位相を合わせて、その差の値を算出し、
算出された前記差の値について、前記上バックアップロールの回転数を基本周波数としてフーリエ級数展開を行うことにより係数を求め、
求められた前記係数に基づいて前記上バックアップロールの偏芯量を導出するとともに、
複数回測定された前記外乱量のうちの２つについて、線形補間により前記上バックアップロールの位相を合わせて、その差の値を算出し、
算出された前記差の値について、前記下バックアップロールの回転数を基本周波数としてフーリエ級数展開を行うことにより係数を求め、
求められた前記係数に基づいて前記下バックアップロールの偏芯量を導出することにより、前記上下バックアップロールの偏芯量を前記上バックアップロールと前記下バックアップロールとについて分離して検出することを特徴とする。

また、本発明のうち請求項２に係る板厚制御方法は、圧延機で圧延される板厚の制御方法であって、
圧延機の上下ワークロール間のロールギャップの外乱量を複数回測定して、
複数回測定された前記外乱量のうちの２つについて、線形補間により下バックアップロールの位相を合わせて、その差の値を算出し、
算出された前記差の値について、上バックアップロールの回転数を基本周波数としてフーリエ級数展開を行うことにより係数を求め、
求められた前記係数に基づいて前記上バックアップロールの偏芯量を導出するとともに、
複数回測定された前記外乱量のうちの２つについて、線形補間により前記上バックアップロールの位相を合わせて、その差の値を算出し、
算出された前記差の値について、前記下バックアップロールの回転数を基本周波数としてフーリエ級数展開を行うことにより係数を求め、
求められた前記係数に基づいて前記下バックアップロールの偏芯量を導出することにより、前記上下バックアップロールの偏芯量を前記上バックアップロールと前記下バックアップロールとについて分離して検出し、
圧延中の前記上下ワークロールのロールギャップの補正量から前記上下バックアップロールの偏芯量を除去した値を用いて前記上下ワークロールのロールギャップを調整することを特徴とする。

本発明のうち請求項１に係る上下バックアップロール偏芯量検出方法によれば、上下ワークロールの外乱量を複数回測定して、複数回測定された外乱量のうちの２つについて、線形補間により下バックアップロール又は上バックアップロールの位相を合わせて、その差の値を算出し、その値について上バックアップロール又は下バックアップロールの回転数を基本周波数としてフーリエ級数展開を行うことにより求められた係数に基づいて上下バックアップロールの偏芯量を導出することとしたため、上下バックアップロールの偏芯量を上バックアップロールと前記下バックアップロールとについて高精度に分離して検出することが可能となる。

また、本発明のうち請求項２に係る板厚制御方法によれば、上下ワークロールの外乱量を複数回測定して、複数回測定された外乱量のうちの２つについて、線形補間により下バックアップロール又は上バックアップロールの位相を合わせて、その差の値を算出し、その値について上バックアップロール又は下バックアップロールの回転数を基本周波数としてフーリエ級数展開を行うことにより求められた係数に基づいて上下バックアップロールの偏芯量を算出し、圧延中の上下ワークロールのロールギャップの補正量から前記上下バックアップロールの偏芯量を除去した値を用いて上下ワークロールのロールギャップを調整することとしたため、バックアップロールの偏芯量を上バックアップロールと前記下バックアップロールとについて高精度に分離して検出することができ、それらを用いて板厚の正確な制御を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係るの上下バックアップロール偏芯量検出方法及び板厚制御方法を適用した圧延機の概略構成図である。
圧延機１１は、図１に示すように、上下ワークロール１ａ，１ｂと、上下バックアップロール２ａ，２ｂと、上下回転角検出器３ａ，３ｂと、荷重検出器４と、ロールギャップ検出器５と、板厚検出器６と、ロール偏芯検出器７と、自動板圧制御装置８と、ロールギャップ補正装置９と、ロールギャップ調整器１０とから構成されている。

バックアップロール２ａ，２ｂの位相Θ_t，Θ_bは、夫々、回転角検出器３ａ，３ｂによって検出され、ロール偏芯量検出器７及びロールギャップ補正装置９に出力される。
また、圧延荷重Ｐは荷重検出器４によって、ロールギャップＳはロールギャップ検出器５によって、板厚ｈは板厚検出器６によって、夫々、検出され、ロール偏芯量検出器７に出力される。

ロールギャップ補正装置９は、後述するロジックにしたがって前記ロール偏芯量検出器７によって検出されたバックアップロール２ａ，２ｂの偏芯量Ｓ_Rt（Θ_t），Ｓ_Rb（Θ_b）を、自動板厚制御装置（ＡＧＣ）８で求められたＡＧＣロールギャップ補正量ΔＳ_AGCから減じて、補正されたロールギャップ補正量ΔＳを求め、それをロールギャップ調整器１０に出力するものである。

そして、ロールギャップ調整器１０は、このロールギャップ補正量ΔＳに相当する分だけ、ワークロール１ａ，１ｂのロールギャップＳを調整する。
なお、自動板厚制御装置８は、バックアップロール２ａ，２ｂの偏芯量に関わらず、圧延か従変動ΔＰの負値をミル定数Ｍで除して前記ＡＧＣロールギャップ補正量ΔＳ_AGCを設定するものである。

次に、ロール偏芯量検出器７で行われるバックアップロール２ａ，２ｂの偏芯量偏芯量Ｓ_Rt（Θ_t），Ｓ_Rb（Θ_b）算出ロジックについて説明する。
ここで、実際の板厚は、圧延荷重をミル定数で除した値と、設定上のワークロールのロールギャップと、外乱がある場合はロールギャップの外乱量との和で表れ、設定上の板厚は、圧延荷重をミル定数で除した値と、設定上のワークロールのロールギャップとの和で表れる。したがって、実際の板厚から設定上の板厚を減ずると、ワークロールのロールギャップの外乱量が得られる。
また、ワークロールのロールギャップの外乱量からバックアップロールの偏芯量を算出する手段としては、ワークロールのロールギャップの外乱量を、例えばフーリエ級数展開することにより、バックアップロールの回転周期に相当する成分、つまりバックアップロールの偏芯量を得ることができる。

すなわち、バックアップロール２ａ，２ｂの偏芯量を含むロールギャップの外乱量をＳ_dis とすると、圧延機出側の板厚を求めるゲージメータ式は、実際の板厚ｈ、圧延荷重Ｐ、ミル定数Ｍ、設定上でのロールギャップＳに対して、下記（１）式のように表れる。
ｈ＝Ｐ／Ｍ＋Ｓ＋Ｓ_dis ・・・（１）
一方、設定上の板厚ｈ_c は、同様に下記（２）式で表れる。
ｈ_c ＝Ｐ／Ｍ＋Ｓ ・・・（２）
したがって、１式から２式を減じた下記（３）式によって、ワークロール１ａ，１ｂのロールギャップの外乱量を得ることができる。
ｈ−ｈ_c＝Ｓ_dis ・・・（３）

図２は、本発明に係るロール偏芯量検出器７による処理を表す流れ図である。
まず、ロール偏芯量検出器７は、上下バックアップロールの偏芯量を下記（４）式の形として、上バックアップロールの偏芯量Ｓ_Rt（Θ_t）と、下バックアップロールの偏芯量（Θ_b）とに分離して推定する。
Ｓ_Rt（Θ_t）＝ａｃｏｓΘ_t＋ｂｓｉｎΘ_t
Ｓ_Rb（Θ_b）＝ｃｃｏｓΘ_b＋ｄｓｉｎΘ_b ・・・（４）
そして、ロール偏芯量検出器７は、式（４）におけるａ、ｂ、ｃ及びｄの各係数を求めるべく、以下の処理を行う。

まず、ロール偏芯量検出器７は、荷重検出器４、ロールギャップ検出器５及び板厚検出器６から入力されたデータ及び式（３）にしたがって、２回分の外乱量データＳ_dis1，Ｓ_dis2を算出する（ステップＳ１０１）。
次に、線形補正を用いて、２回分の外乱量測定データＳ_dis1，Ｓ_dis2について下バックアップロール２ｂの位相をあわせ（ステップＳ１０２）、両測定データＳ_dis1，Ｓ_dis2の差を取り（ステップＳ１０３）、外乱量差データＳ_diffTを算出する（ステップＳ１０４）。

また、同様に、２回の測定データＳ_dis1，Ｓ_dis2について上バックアップロール２ａの位相をあわせ（ステップＳ１０５）、両外乱量測定データＳ_dis1，Ｓ_dis2の差の値を取り（ステップＳ１０６）、外乱量差データＳ_diffBを算出する（ステップＳ１０７）。
この場合において、２回の測定データＳ_dis1，Ｓ_dis2について下バックアップロール２ｂの位相又は上バックアップロール２ａの位相をあわせてその差を取るので、このＳ_diffT及びＳ_diffBに含まれる偏芯量はΘ_t又はΘ_bのみの関数で表されることとなる。

また、Ｓ_diffT及びＳ_diffBを算出したときにおける、下バックアップロール２ｂの位相をあわせたときの上バックアップロール２ａの位相差α_T及び、上バックアップロール２ａの位相をあわせたときの下バックアップロール２ｂの位相差α_Bを算出する。
ここで、このＳ_diffT及びＳ_diffBには、バックアップロール２ａ，２ｂの偏芯量の他に、ノイズ等が含まれている。そこで、Ｓ_diffTについて上バックアップロール２ａの回転周波数を基準として、またＳ_diffBについて下バックアップロール２ｂの回転周波数を基準としてフーリエ級数展開をおこない、上バックアップロール２ａ又は下バックアップロール２ｂの回転周期に相当する成分のみを抽出する（ステップＳ１０８）。
下記（５）式は、上バックアップロール２ａの位相Θ_tを基準にしたときのフーリエ級数展開である。また、下記（６）式は、下バックアップロール２ｂの位相Θ_ｂを基準にしたときのフーリエ級数展開である。

そして、フーリエ級数展開により求めた係数Ａ_diffT、Ｂ_diffTより、式（４）のように推定した上下バックアップロール偏芯量Ｓ_Rt（Θ_t），Ｓ_Rb（Θ_b）の係数ａ、ｂ、ｃ及びｄを下記式（７）にしたがって導出する。

式（７）により求められた係数ａ、ｂ、ｃ及びｄの値を式（４）に代入することにより、上バックアップロール偏芯量Ｓ_Rt（Θ_t）及び下バックアップロール偏芯量Ｓ_Rb（Θ_b）が推定される（ステップＳ１０９）。
したがって、ロールギャップ補正装置９では、自動板厚制御装置８で算出されたＡＧＣロールギャップ補正量ΔＳAGC から、上下二つのバックアップロール２ａ，２ｂの偏芯量Ｓ_Rt（Θ_t），Ｓ_Rb（Θ_b）を減じて、バックアップロールのロール偏芯量が補正された真のロールギャップ補正量ΔＳを算出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されず、種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、本実施形態においては、上下ワークロール１ａ，１ｂのロールギャップの外乱量の検出方法として、実際の板厚から設定上の板厚を減ずることにより検出しているが、ワークロールの外乱量を得る方法であれば、キスロール状態での圧延荷重の変動から外乱量を導出する方法等、他の方法を適用してもよい。

図３は、本発明を適用した４段圧延機において実際に圧延を行った場合の荷重変動及びワークロールの開度制御量を示す図である。
図１に示すような４段圧延機において、あらかじめ上下ワークロール１a，１ｂを接触させた状態での荷重変動実績を記録し、計算により外乱量を導出した。そして、この外乱量からバックアップロール２ａ，２ｂの偏芯量を求め、これを相殺する制御を行いながらワークロール接触状態で荷重を架けた。本実施例においては、本発明に係る板厚の制御を入、切、入と操作した結果、図３に示すように、制御切の状態に比べて制御入の状態ではバックアップロール偏芯量に起因する荷重変動が抑制されている。

本実施形態の上下バックアップロール偏芯量検出方法及び板厚制御方法を実施化した圧延機の概略構成図である。 本発明に係るロール偏芯量検出器７による処理を表す流れ図である。 本発明を適用した４段圧延機において実際に圧延を行った場合の荷重変動及びワークロールの開度制御量を示す図である。

符号の説明

１ａ ワークロール
１ｂ ワークロール
２ａ バックアップロール
２ｂ バックアップロール
３ａ 回転角検出器
３ｂ 回転角検出器
４ 荷重検出器
５ ロールギャップ検出器
６ 板厚検出器
７ ロール偏芯量検出器
８ 自動板厚制御装置
９ ロールギャップ補正装置
１０ ロールギャップ調整器

Claims (2)

1. 圧延機の上下ワークロール間のロールギャップの外乱量に基づいて、前記圧延機の上下バックアップロールの偏芯量を検出する方法において、
   前記外乱量を複数回測定して、
   複数回測定された前記外乱量のうちの２つについて、線形補間により前記下バックアップロールの位相を合わせて、その差の値を算出し、
   算出された前記差の値について、前記上バックアップロールの回転数を基本周波数としてフーリエ級数展開を行うことにより係数を求め、
   求められた前記係数に基づいて前記上バックアップロールの偏芯量を導出するとともに、
   複数回測定された前記外乱量のうちの２つについて、線形補間により前記上バックアップロールの位相を合わせて、その差の値を算出し、
   算出された前記差の値について、前記下バックアップロールの回転数を基本周波数としてフーリエ級数展開を行うことにより係数を求め、
   求められた前記係数に基づいて前記下バックアップロールの偏芯量を導出することにより、前記上下バックアップロールの偏芯量を前記上バックアップロールと前記下バックアップロールとについて分離して検出することを特徴とする上下バックアップロールの偏芯量検出方法。
2. 圧延機で圧延される板厚の制御方法であって、
   圧延機の上下ワークロール間のロールギャップの外乱量を複数回測定して、
   複数回測定された前記外乱量のうちの２つについて、線形補間により下バックアップロールの位相を合わせて、その差の値を算出し、
   算出された前記差の値について、上バックアップロールの回転数を基本周波数としてフーリエ級数展開を行うことにより係数を求め、
   求められた前記係数に基づいて前記上バックアップロールの偏芯量を導出するとともに、
   複数回測定された前記外乱量のうちの２つについて、線形補間により前記上バックアップロールの位相を合わせて、その差の値を算出し、
   算出された前記差の値について、前記下バックアップロールの回転数を基本周波数としてフーリエ級数展開を行うことにより係数を求め、
   求められた前記係数に基づいて前記下バックアップロールの偏芯量を導出することにより、前記上下バックアップロールの偏芯量を前記上バックアップロールと前記下バックアップロールとについて分離して検出し、
   圧延中の前記上下ワークロールのロールギャップの補正量から前記上下バックアップロールの偏芯量を除去した値を用いて前記上下ワークロールのロールギャップを調整することを特徴とする板厚制御方法。

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