JP4874319B2 - コイル製品の最適製造方法および最適製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブリキなどの鋼板や鋼帯などの薄板を巻き取ったコイルの製造プロセスにおいて、単重の大きなコイルを分割することにより所望のコイルを得るコイル製品の最適製造方法および最適製造装置に関する。

コイルの製造プロセスにおいては、生産性を高くし、歩留を良くするために、製鉄工程、圧延工程を経て、できるだけ大きなコイルを生成する。しかしながら、大きなコイルのままで出荷するには単重が大きすぎるため、後工程でコイルを分割するようにしている。従来、このコイルの分割は単純に中間位置で２分割するなどしており、表面に露出している疵などの欠陥を考慮した分割は行われていない。

なお、欠陥情報に基づいて、板材料の切断位置を決定する方法は、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示の方法は、単に疵位置を避けて板部品を切り取っていくものであり、コイル全体の疵評価を行ったり、分割を行ったりするものではない。

また、例えば特許文献３には、疵の特徴を解析し、疵評価値を算出することにより、疵の客観的評価を行う方法が開示されている。しかしながら、この方法は、疵を評価するのみであり、コイルの分割点を決定したり、制御したりするものではない。また、特許文献４〜６には疵の発生工程を特定する方法が開示されているが、これらの方法もコイルの分割点を決定したり、制御したりするものではない。

特開２００２−２６９１６１号公報 特開２００６−３４４２４３号公報 特開２００２−２８６６４９号公報 特開２００７−１８８４７１号公報 特開２００７−１１４０３６号公報 特開２００６−２５２３４２号公報

前述のように、従来、コイルの製造プロセスにおいて、大きなコイルを生成した後、図６の（ａ）に示す疵５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅなどの欠陥を考慮したコイル５０の分割は行われていない。そのため、同図（ｂ）に示すように後工程で単純にコイル５０を中間位置で２分割した後、さらに同図（ｃ）に示すように欠陥部分５４ａを取り除くことになり、歩留が非常に悪い。

歩留を改善するためには、コイルの欠陥部分を考慮して分割することが考えられるが、前述のように、特許文献１〜６に記載の従来の技術では、コイルの最適な分割点を算出して制御することは不可能である。

そこで、本発明においては、コイルの製造プロセスにおいて鋼板の欠陥情報からコイルの最適分割点を算出し、この算出した最適分割点で分割することにより、歩留を改善させることが可能なコイル製品の最適製造方法および最適製造装置を提供することを目的とする。

本発明のコイル製品の最適製造方法は、コイルの全長に渡って欠陥に関する情報（以下、「欠陥情報」と称す。）を取得すること、欠陥情報に基づき、コイルの等分位置を仮想分割位置として前方のコイルと後方のコイルとの欠陥部分を比較し、欠陥の少ない方のコイル長が長くなるように仮想分割位置を移動し、前方のコイルと後方のコイルとの欠陥部分を比較することを繰り返すことにより、コイルの最適分割位置を算出すること、最適分割位置においてコイルを切断することを含む。これにより、コイルの分割位置の前後のコイルの欠陥の偏りが少なくなり、さらに欠陥部分を取り除くことが不要なコイルが得られる。

なお、コイルに存在する欠陥としては、鋼板表面に露出している疵（表面欠陥やピンホール等の穴系欠陥）や、鋼板内に存在する亀裂および介在物やスパッタ等の異物などがある。そこで、鉄板コイルの全長に渡って取得する欠陥情報としては、これらの欠陥の位置や大きさなどを利用することができるが、本発明のコイル製品の最適製造方法においては、欠陥情報は、疵の位置およびグレードに関する情報であり、欠陥部分の比較は、グレードが所定の基準以上の疵の個数を比較するものであることが望ましい。これにより、コイルの分割位置の前後のコイルにおいてグレードが所定の基準以上の疵の偏りを少なくすることができる。

また、疵の個数Ｎは、欠陥情報の検出点ｉ＝１〜ｍについて、疵の有無をＫ_i、各疵のグレードに応じた重みをＷ_iとしたとき、式

により算出することが望ましい。これにより、コイルに存在する各疵のグレードを考慮して疵の偏りを少なくすることができる。

また、本発明のコイル製品の最適製造方法は、上記式により前方のコイルの疵の個数Ｎ₁、後方のコイルの疵の個数Ｎ₂を算出し、仮想分割位置をＸ_n、元の仮想分割位置をＸ_n-1、単位移動量をβとしたときに、
Ｎ₁＜Ｎ₂の場合は、Ｘ_n＝Ｘ_n-1＋β、
Ｎ₁＞Ｎ₂の場合は、Ｘ_n＝Ｘ_n-1−β
として、疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂がそれぞれ基準値以下となるまで仮想分割位置Ｘ_nおよび疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂の計算を繰り返すことにより最適分割位置を算出することが望ましい。これにより、コイルの分割位置の前後の疵が基準値以下の個数となり、さらに欠陥部分を取り除くことが不要となる。

また、本発明のコイル製品の最適製造方法は、コイルの等分位置から算出された最適分割位置までの移動量の実績値およびそのときの疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂の合計値を記憶すること、移動量の実績値および疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂の合計値に基づいて単位移動量βを決定することを含むことを特徴とする。これにより、過去の実績から単位移動量βを決定し、この単位移動量βを用いて仮想分割位置を移動することで、最適分割位置をより早く算出することが可能となる。

また、本発明のコイル製品の最適製造装置は、コイルの全長に渡って欠陥に関する情報を取得する疵検査手段と、欠陥情報に基づき、コイルの等分位置を仮想分割位置として前方のコイルと後方のコイルとの欠陥部分を比較し、欠陥の少ない方のコイル長が長くなるように仮想分割位置を移動し、前方のコイルと後方のコイルとの欠陥部分を比較することを繰り返すことにより、コイルの最適分割位置を算出する演算手段と、最適分割位置においてコイルを切断する切断手段とを有するものである。

本発明のコイル製品の最適製造装置によれば、疵検査手段によりコイルの全長に渡って欠陥情報が取得され、この欠陥情報に基づいて演算手段によりコイルの最適分割位置が算出され、この最適分割位置において切断手段によりコイルが切断されるので、コイルの分割位置の前後のコイルの欠陥の偏りが少なくなり、さらに欠陥部分を取り除くことが不要なコイルが得られる。

（１）コイルの全長に渡って欠陥情報を取得し、欠陥情報に基づき、コイルの等分位置を仮想分割位置として前方のコイルと後方のコイルとの欠陥部分を比較し、欠陥の少ない方のコイル長が長くなるように仮想分割位置を移動し、前方のコイルと後方のコイルとの欠陥部分を比較することを繰り返すことにより、コイルの最適分割位置を算出し、最適分割位置においてコイルを切断する構成により、コイルの分割位置の前後のコイルの欠陥の偏りが少なくなり、さらに欠陥部分を取り除くことが不要となるので、歩留を改善することが可能となる。

（２）欠陥情報が、疵の位置およびグレードに関する情報であり、欠陥部分の比較が、グレードが所定の基準以上の疵の個数を比較するものであることにより、コイルの分割位置の前後のコイルにおいて疵のグレードが所定の基準以上の疵の偏りを少なくして歩留を改善することが可能となる。

（３）疵の個数を各疵のグレードに応じた重みに応じて算出する構成により、コイルに存在する各疵のグレードを考慮して疵の偏りを少なくし、歩留を改善することが可能となる。

（４）仮想分割位置の前後の疵の個数がそれぞれ基準値以下となるまで仮想分割位置および疵の個数の計算を繰り返して最適分割位置を算出する構成により、コイルの分割位置の前後の疵が基準値以下のコイルが得られ、さらに歩留を改善することが可能となる。

（５）コイルの等分位置から算出された最適分割位置までの移動量の実績値およびそのときの疵の個数の合計値に基づいて単位移動量を決定する構成により、過去の実績から決定した単位移動量を用いて仮想分割位置を移動することで、最適分割位置をより早く算出して、より高速に所望のコイルを得ることが可能となる。

図１は本実施形態におけるブリキ製品である薄板コイルを製造するコイル製品の最適製造装置の中間工程である連続焼鈍ラインを示す図である。ペイオフリール（ＰＯＲ）１の冷延コイルから巻き戻されたブリキ鋼板Ｓは、洗浄装置２で油分や鉄粉等の汚れが除去され、焼鈍炉３で加熱および冷却の所定の熱サイクルが付与される。そして、焼鈍されたブリキ鋼板Ｓは、圧延機４で圧延され、所定の圧下率、表面粗度、形状へと造り込まれる。次に、疵検査手段としての疵検査装置１０により品質検査が行われ、テンションリール（Ｔｒ）５で巻き取られて後工程へ送られる。

また、図１に示すように、疵検査装置１０には、疵検査装置１０を制御するプロセスコンピュータ１１が接続されており、疵検査装置１０により収集される欠陥情報としての疵実績データは、長さ計６により計測される長さ情報とともに演算手段としてのプロセスコンピュータ１１により解析されて、後述のようにコイルの最適分割位置が計算される。なお、また、プロセスコンピュータ１１にはビジネスコンピュータ１２が接続されており、コイルの最適分割位置の計算結果はビジネスコンピュータ１２により後工程に伝達される。

図２は後工程に装備されるシャーカット装置を示す図である。シャーカット装置は、ビジネスコンピュータ１２により伝達されるコイルの最適分割位置の計算結果に基づいてコイルを切断する切断手段であり、プロセスコンピュータ１３およびシャー１４により構成されている。シャーカット装置では、ＰＯＲ１５から巻き戻されたブリキ鋼板Ｓは、長さ計１７により計測される通板長さ実績とビジネスコンピュータ１２により伝達されるコイルの最適分割位置の計算結果とに基づいてシャー１４にカット指令を行い、ブリキ鋼板Ｓをカットする。カットされたブリキ鋼板Ｓは、Ｔｒ１６で巻き取られる。

図１に戻って、疵検査装置１０は、ブリキ鋼板Ｓ上の表面疵を走間にて自動検査するもの、ピンホール等の穴系欠陥を走間にて自動検査するものや、スパッタ等の異物圧入の穴前検査あるいは介在物等の内部欠陥を走間にて自動検査するもの等である。疵検査装置１０は、ブリキ鋼板Ｓのコイルの全長に渡り、疵実績データとして疵の位置およびグレードに関する情報を取得する。疵検査装置１０により取得された欠陥情報は、プロセスコンピュータ１１へ送られる。

プロセスコンピュータ１１は、疵検査装置１０から取得した欠陥情報に基づいて、疵の分布や梱包重量を考慮して合否判定を行い、最適なコイルの分割位置を決定する。図３はプロセスコンピュータ１１による合否判定と最適分割位置計算のフロー図である。

図３に示すように、プロセスコンピュータ１１は、単重が最小重量以上であるか判定し（ステップＳ１００）、最小重量未満の場合には、単重不合格となる（ステップＳ１０１）。一方、最小重量以上の場合には、さらに単重が最大重量以下であるか判定する（ステップＳ１１０）。ここで、単重が最大重量以下の場合、疵個数の合計値（疵合計数）が基準数以下であるか判定し（ステップＳ１１１）、基準数以下の場合には表面欠陥合格となり（ステップＳ１１２）、基準数超の場合には表面欠陥不合格となる（ステップＳ１１３）。

また、プロセスコンピュータ１１は、ステップＳ１１０の判定において単重が最大重量超の場合、初期値としてコイルを全長の等分位置である半分の位置で仮想的に分割し、仮想分割位置の前方のコイルと後方のコイルとでそれぞれ疵個数Ｎ₁，Ｎ₂をカウントする（ステップＳ１２０）。

このとき、コイルの仮想分割位置（コイル先端からの長さ）の初期値Ｘ₁〔ｍ〕は、コイル全長をＬ〔ｍ〕、補正値をα（初期値＝０）として、次式（１）により求める。

また、前後コイルのそれぞれの疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂は、欠陥情報の検出点ｉ＝１〜ｍについて、疵の有無をＫ_i（疵有りは「１」，疵無しは「０」）、各疵のグレードに応じた重みをＷ_i（グレードが所定の基準以上のものは「１」，基準未満のものは「０」）として、次式（２）により求める。

そして、このカウントした疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂について、それぞれ基準数以下であるか判定し（ステップＳ１２０）、基準数以下の場合には表面欠陥合格となる（ステップＳ１２１）。一方、基準数超の場合には、前方コイルの疵個数Ｎ₁と後方コイルの疵個数Ｎ₂を比較し、疵の少ないコイルの方をＸ〔ｍ〕（例えば、１０〔ｍ〕）ずつ長くしていく（ステップＳ１３０）。

このとき、計算ｎ回目の仮想分割位置Ｘ_n〔ｍ〕は、元の仮想分割位置をＸ_n-1〔ｍ〕、単位移動量をβ〔ｍ〕とすると、
Ｎ₁＜Ｎ₂の場合は、Ｘ_m＝Ｘ_m-1＋β、
Ｎ₁＞Ｎ₂の場合は、Ｘ_m＝Ｘ_m-1−β
となる。

そして、疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂がそれぞれ基準数以下となるまで仮想分割位置Ｘ_nおよび疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂の計算を繰り返し行う。なお、Ｎ₁＝Ｎ₂の場合は計算を終了する。そして、疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂がそれぞれ基準数以下となると、表面欠陥合格となる（ステップＳ１３１）。このときの仮想分割位置Ｘ_n〔ｍ〕がコイルの最適分割位置となる。なお、ピンホール合格基準を満たさない場合には、表面欠陥不合格となる（ステップＳ１４０）。

なお、ステップＳ１３０において、コイルの中心位置から最適分割位置までの移動量が多い場合、移動単位量βが小さいと計算が収束するまでに時間が掛かるので、過去の事象から移動単位量βを決定する。

すなわち、コイルの中心位置から最適分割位置までの移動量の実績値ｙ_n〔ｍ〕およびそのときの疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂の合計値ｘ_n（ｎ：学習回数）をプロセスコンピュータ１１の記憶装置に記憶しておき、これらの移動量の実績値ｙ_nおよび疵の個数の合計値ｘ_nに基づいて、次式（３）のように最小二乗法により移動量の実績値ｙと疵の個数の合計値ｘとの関係を求める。

そして、この式（３）により推定されるコイルの中心位置からの移動量ｙ〔ｍ〕と適切な計算回数〔回〕とから、次式（４）により単位移動量β〔ｍ〕を決定する。

また、プロセスコンピュータ１１は、上記のように算出したコイルの最適分割位置の計算結果を操業画面に表示し、オペレータへガイダンスするとともに、この計算結果をビジネスコンピュータ１２を経由して、後工程へ伝達する。

シャーカット装置は、このコイルの最適分割位置の計算結果をビジネスコンピュータ１２から受信し、この最適分割位置の計算結果に基づいてコイルを切断する。

上記構成のコイル製品の最適製造装置によれば、疵検査装置１０による品質検査後、プロセスコンピュータ１１は疵検査装置１０から欠陥情報を取得して、仮想分割位置の前後のコイルの欠陥部分を比較し、欠陥の少ない方のコイル長が長くなるように仮想分割位置を移動することを繰り返すことにより、コイルの最適分割位置を算出する。そして、後工程のシャーカット装置により、この最適分割位置でコイルを分割することにより、コイルの分割位置の前後コイルの欠陥の偏りが少なくなる。

図４はコイルの分割例を示す図である。図４（ａ）に示すように、このコイル５０上には全長に渡って５個の疵５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅが存在する。同図（ｂ）に示すように、本実施形態における方法では、このコイル５０の最適分割位置は疵５１ｂの後方（図の左側）であり、疵５１ｂは前方コイル５１に含まれる。許容される疵個数が３個の場合、前方コイル５１および後方コイル５２ともに合格となる。

一方、従来方法では、図６（ｂ）に示すように、コイル５０は中心位置で前方コイル５３および後方コイル５４に分割され、疵５１ｂは後方コイル５４に含まれる。したがって、許容される疵個数が３個の場合、前方コイル５３は合格となるが、後方コイル５４は不合格である。したがって、後方コイル５４は、さらに同図（ｃ）に示すように、欠陥部分５４ａを取り除いてコイル５４ｂを製品とする。欠陥部分５４ａは単重不足により屑処理の対象となる。

以上のように、本実施形態におけるコイル製品の最適製造装置によれば、図６（ｃ）に示す前方コイル５４ａのような屑処理の対象となる部分が発生せず、コイル５０から分割された前方コイル５１および後方コイル５２の全てが合格となるので、歩留が改善する。特に、本実施形態におけるコイル製品の最適製造装置では、疵のグレードを考慮して疵の個数をカウントしているため、不良とならないような小さな疵の影響は排除されている。

また、本実施形態におけるコイル製品の最適製造装置では、過去の事象から移動単位量βを決定して、この移動単位量βにより欠陥の少ない方のコイル長が長くなるように仮想分割位置を移動するので、最適分割位置をより早く算出することが可能であり、より高速に所望のコイルを得ることが可能である。

なお、本実施形態においては、疵検査装置１０を連続焼鈍ラインの最後に配置しているが、シャーカット装置による分割工程よりも前の工程であってブリキ製品である薄板コイルの表面疵を検査できる配置であれば良い。シャーカット装置についても同様に、疵検査装置１０が配置された工程よりも後の工程であれば良い。

また、本実施形態においては、コイル全体を半分（２等分）にする位置を仮想分割位置の初期値としているが、コイル全体を３分割する場合には３等分にする位置を仮想分割位置の初期値とすることが可能である。要するに、コイルの等分位置を仮想分割位置として前方コイルと後方コイルとの欠陥部分を比較して最適分割位置を算出すれば良い。

上記実施形態におけるコイル製品の最適製造装置の歩留改善効果について検証した。図５は従来方法による歩留（実施前）と上記実施形態による歩留とを比較した図である。歩留（％）は、一級製品の重量／素材重量×１００で示される。図５に示すように、従来方法による歩留を１００％とした場合、上記実施形態による歩留は１１２％を達成しており、１２％の改善を実現できた。

本発明のコイル製品の最適製造方法および最適製造装置は、ブリキなどの鋼板や鋼帯などの薄板を巻き取ったコイルの製造プロセスにおいて、単重の大きなコイルを分割することにより所望のコイルを得る方法および装置として有用である。

本発明の実施の形態におけるコイル製品の最適製造装置の中間工程である連続焼鈍ラインを示す図である。 シャーカット装置を示す図である。 プロセスコンピュータによる合否判定と最適分割位置計算のフロー図である。 コイルの分割例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるコイル製品の最適製造装置の歩留改善効果を示す図である。 従来のコイルの分割例を示す図である。

符号の説明

Ｓ ブリキ鋼板
１ ペイオフリール（ＰＯＲ）
２ 洗浄装置
３ 焼鈍炉
４ 圧延機
５ テンションリール（Ｔｒ）
１０ 疵検査装置
１１ プロセスコンピュータ
１２ ビジネスコンピュータ
１３ プロセスコンピュータ
１４ シャー

Claims (3)

1. コイルの全長に渡って欠陥に関する情報（以下、「欠陥情報」と称す。）として疵の位置およびグレードに関する情報を取得すること、
   前記欠陥情報に基づき、前記コイルの等分位置を仮想分割位置として前方のコイルと後方のコイルとのそれぞれについて前記グレードが所定の基準以上の前記前方のコイルの疵の個数Ｎ ₁ 、前記後方のコイルの疵の個数Ｎ ₂ を、式
   

   

   （但し、前記欠陥情報の検出点ｉ＝１〜ｍ、疵の有無Ｋ _i 、各疵のグレードに応じた重みＷ _i である。）により算出し、前記仮想分割位置をＸ _n 、元の仮想分割位置をＸ _n-1 、単位移動量をβとしたときに、
   Ｎ ₁ ＜Ｎ ₂ の場合は、Ｘ _n ＝Ｘ _n-1 ＋β、
   Ｎ ₁ ＞Ｎ ₂ の場合は、Ｘ _n ＝Ｘ _n-1 −β
   として前記疵の個数Ｎ ₁ ，Ｎ ₂ がそれぞれ基準数以下となるまで前記仮想分割位置Ｘ _n および疵の個数Ｎ ₁ ，Ｎ ₂ の計算を繰り返すことにより、前記コイルの最適分割位置を算出すること、
   前記最適分割位置において前記コイルを切断すること
   を含むコイル製品の最適製造方法。
2. 前記コイルの等分位置から前記算出された最適分割位置までの移動量の実績値およびそのときの前記疵の個数Ｎ₁，Ｎ₂の合計値を記憶すること、
   前記移動量の実績値および疵の個数の合計値Ｎ₁，Ｎ₂に基づいて前記単位移動量βを決定すること
   を含む請求項１記載のコイル製品の最適製造方法。
3. コイルの全長に渡って欠陥に関する情報（以下、「欠陥情報」と称す。）として疵の位置およびグレードに関する情報を取得する疵検査手段と、
   前記欠陥情報に基づき、前記コイルの等分位置を仮想分割位置として前方のコイルと後方のコイルとのそれぞれについて前記グレードが所定の基準以上の前記前方のコイルの疵の個数Ｎ ₁ 、前記後方のコイルの疵の個数Ｎ ₂ を、式
   

   

   （但し、前記欠陥情報の検出点ｉ＝１〜ｍ、疵の有無Ｋ _i 、各疵のグレードに応じた重みＷ _i である。）により算出し、前記仮想分割位置をＸ _n 、元の仮想分割位置をＸ _n-1 、単位移動量をβとしたときに、
   Ｎ ₁ ＜Ｎ ₂ の場合は、Ｘ _n ＝Ｘ _n-1 ＋β、
   Ｎ ₁ ＞Ｎ ₂ の場合は、Ｘ _n ＝Ｘ _n-1 −β
   として前記疵の個数Ｎ ₁ ，Ｎ ₂ がそれぞれ基準数以下となるまで前記仮想分割位置Ｘ _n および疵の個数Ｎ ₁ ，Ｎ ₂ の計算を繰り返すことにより、前記コイルの最適分割位置を算出する演算手段と、
   前記最適分割位置において前記コイルを切断する切断手段と
   を有するコイル製品の最適製造装置。

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