JP4911698B2 - 帯板スリッターラインのループ高さ制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼帯等の帯板を多数条の狭幅帯板にスリットする帯板スリッターラインにおける狭幅帯板のループ高さを制御する方法及び制御装置に関する。

広幅サイズの帯鋼板等を、連続移送下に狭幅サイズの帯鋼板にスリットするスリッターラインの基本構成を図４に示す。広幅の帯鋼板(Ｓ)は、アンコイラー(１)から矢符方向に連続的に巻き出され、スリッター(３)の回転刃(３_１,３_２)の剪断作用で多数条の狭幅帯鋼板(ｓ)に分割される。分割された狭幅帯鋼板(ｓ)は、スリッター(３)の出側のループピット(４)を、ループを形成しながら通過してテンションリール(６)に巻き取られる。アンコイラー(１)は、帯鋼板の送り出しが円滑に行われるようにアンコイラー張力制御装置(２１)に連結されており、帯鋼板の移送速度(ライン速度)は、スリッター上流側のピンチロール(２)の駆動制御装置(２２)、下流側のピンチロール(５),テンションリール(６)の各駆動制御装置の駆動・巻き取り速度の増減調節により制御される。

スリッター(３)の出側で狭幅帯鋼板(ｓ)のループ(Ｌ)を形成しているのは、狭幅帯鋼板(ｓ)に過大な張力が作用しないように、たるみを持たせているのである。スリット操業を円滑に行なうには、このループ(Ｌ)の高さ(ｈ)(たるみの量)を常時一定の範囲内に保持することが必要である。ループ高さ(ｈ)が低すぎる(ループのたるみが大き過ぎる)と、狭幅帯鋼板(ｓ)が作業床面(ｆ)に摺接して表面品質が損なわれ、これと反対に高くなり過ぎる(ループのたるみ量が少な過ぎる)と、ライン運転状況によっては、たるみがなくなり帯鋼板に過大な張力が作用し破断事故を引起す危険がある。特に破断事故が発生した場合の損失は大きく、ライン運転の停止と、復旧のための多大の労力と時間の投入を余儀なくされる。このような不具合を回避するためのループ高さの制御は、帯鋼板のループピットへの送り込み量とループピットからの送り出し量を増減調節することにより行われる。

上記ループ高さの制御には、ループ高さを常時精度よく検出することが必要である。しかるに狭幅帯鋼板(ｓ)のループ高さは、ループごとに異なり、高低差も経時的に変化するため、ループ高さの検出と制御の操作は厄介である。これは、帯鋼板の板厚が、図５に示すように中央域で厚く両側域に向かって薄くなる断面形状を有することから、ループごとに帯鋼板の板厚が異なり、板厚の違いのためテンションリール(６)における各ループの巻取り径の大きさが異なることによる。そこで実操業では、ループ高さの上限位置と下限位置とを設定しておき、いずれかのループが上限高さ位置に達したときは、ループ高さが低くなるように(ループが長くなるように)帯鋼板のループピットへの送り込み量とループピットからの送り出し量を調節し、他方下限高さ位置に達したときは、ループ高さが高くなるように(ループが短くなるように)送り込み量と送り出し量を調節している。そしてループ間の高低の差が一定の大きさを超える状態に到ったときは、運転を一旦停止しループ高さを手直ししたうえ運転を再開するようにしている。
このようなループ高さの検出・昇降制御の効率化、作業者の負担軽減等を目的として、次のように種々の提案がなされている。

(ａ)図６に示すように、ループ(Ｌ)の前後にカラー画像処理カメラ(６１)とバックスクリーンライト(２)を設置し、カメラとバックスクリーンライトの間を通過するループ(Ｌ)の撮像信号を２値化処理することにより、各条ごとのループ高さを連続的に検出し、任意の設定高さに自動制御する。

(ｂ)レーザーセンサー又は平行ビーム発生源とCCDラインセンサーからなるセンサー等をループ高さ検出手段とし、図７に示すように、ループ高さの上限位置及び下限位置に、検出手段(５０_Ｕ)及び(５０_Ｌ)を、それぞれのレーザー発射部(５１)と受光部(５２)がループ(Ｌ)と交差し得る角度をなして向い合うように配置する。細径のビームを使用し、照射方向は水平面内で傾斜する向きとする。照射ビームがループで遮断されることによりループが検出され、コントローラーを介してピンチロールやコイル巻取り用モーター等に、駆動・巻取りの増速/減速が指令され、正常なループ高さに制御される（特許文献２特開平11-347829号）。

(ｃ)図８に示すように、ループ(Ｌ)の鉛直上方にループ位置検出器(41)を設置し、ピット(４)内にループの上限及び加減を検出する上限検出器(42)および下限検出器(43)を設置する。鉛直上方のループ位置検出器(41)は、スリットされた多数条の帯鋼板のうち厚みのある帯鋼板のループ位置を検出しループ位置に比例する信号を出力する。上限検出器(42)および下限検出器(43)は、帯鋼板の板厚とは無関係に、いずれかのループが上限又は下限に達したときON/OFF信号を出力する。予め基準ループ高さ位置を設定しておき、ループ位置検出器(41)の検出値と基準ループ高さ位置との差に基づいて、ピンチロール,スリッターの速度を増減制御することにより基準ループ高さからのずれを修正し、上限検出器(42)又は下限検出器(43)が作動したときは運転を停止する。
特開平０７−２１５５５３号公報 特開平１１−３４７８２９号公報 特開２００２−０７９３１２公報

前記ａ(特許文献1)の方法は、カメラ(６１)の視野角θとカメラ-バックスクリーンライト(６２)間の距離との関係から、検出可能な範囲に制約があり、検出・制御のできない範囲が存在する。この制約は、ループピット(４)の長さ(ライン方向)を十分に大きくとれば、解消することができるけれど、そのためには建設費の大幅な負担増を余儀なくされる。

前記ｂ(特許文献2)では、レーザー発射部(５１)と受光部(５２)とがループ(Ｌ)と交差し得る角度で向い合うように配置される検出手段の設置数について、検出対象の帯板の特性に応じたループの形態を予め把握しておけば、複数条のループに対して１つの検出手段で対応することができると記載されている。しかし、ループの形態（懸垂曲線）は、帯板の材種や板厚,スリット幅等により異なるため、製品仕様により材種,板厚,スリット幅等が切替わるごとに、各検出手段のループに対する向きを設定し直す必要があり、著しく煩瑣である。また、ループ高さの検出信号は、連続的でなく検出器を設置した高さ位置にループが達したときのON/OFF信号のみであり、しかも連続移送中のループは揺動等の不規則なゆれを伴うため、細径のレーザーを確実に所定のループに交差させることは困難であり、検出・制御の信頼性に問題がある。

前記ｃ(特許文献3)の方法は、ループ鉛直上方の検出器(41)でループ高さを連続的に検出するようにした点において、前記ｂの方法の欠点の一半を解消するものである。しかしその方法は多数条の帯鋼板のうち、厚みのある帯鋼板を検出対象としてループ高さ位置を連続的に検出するというものであるため、意図したループ高さを確実に連続検出することは困難である。それは、ループは揺動等の不規則なゆれを不可避的に付随するからであり、とりわけ帯鋼板が薄肉・狭幅サイズであるほど、ゆれが大きくなる。ループのゆれが大きくなると、検出対象としているループとは別の高さ位置の異なるループが検出されることになり、結果として検出信号にハンチング現象が生じ、ループ高さ制御の安定性・信頼性が損なわれることになる。また、厚みのある帯鋼板以外のループの高さ位置は、上記検出器(13)で検出することができないので、それとは別に上限検出器(42)及び下限検出器(43)を併設しなければならない。

本発明は、上記従来の検出方法及び装置と異なって、ループピット内の狭幅帯鋼板の全条のループ高さを、各条ごとに連続的に検出し制御することができ、その検出・制御操作は、帯板の材質や板厚・スリット幅等の切り替えによるループ形態(懸垂曲線形状)の変化の影響を受けることがなく、しかも設備コスト等の負担も少なく、既設ラインにも容易に適用することができる検出制御の方法及び装置を提供するものである。

本発明に係る帯板スリッターラインのループ高さ制御方法（請求項１）は、
広幅帯板を長手方向に連続移送しながらスリッターで多数条の狭幅帯板にスリットする帯板スリッターラインにおける前記スリッターの出側に設けられたフリーループピット内の狭幅帯板のループ高さを制御する方法であって、
狭幅帯板のループ曲線底部の鉛直上方に平行スキャニングレーザー距離センサーを設け、該センサーからループ曲線底部の帯板表面に向かって照射されるレーザービームを、ライン方向に対し直交する向きに走査することにより全条の狭幅帯板のそれぞれのループ高さを検出し、その検出信号に基づいて、スリッター上流側の広幅帯板の移送速度又は/及び下流側の狭幅帯板の移送速度を調整することにより、狭幅帯板のループ高さを所定の高さ範囲内に保持せしめることを特徴としている。

本発明に係る帯板スリッターラインのループ高さ制御装置(請求項２)は、
広幅帯板を長手方向に連続移送しながらスリッターで多数条の狭幅帯板にスリットする帯板スリッターラインにおける前記スリッターの出側に設けられたフリーループピット内の狭幅帯板のループ高さを制御する装置であって、
狭幅帯板のループ曲線底部の鉛直上方に設置され、該ループ曲線底部の帯板表面に照射されるレーザービームをライン方向に対し直交する向きに走査することにより全条の狭幅帯板のそれぞれのループ高さを検出する平行スキャニングレーザー距離センサー、および該センサーの検出信号に基づいて、スリッター上流側の広幅帯板の移送駆動装置又は/及び下流側の狭幅帯板の移送駆動装置に移送速度を調整する指令を出力する制御手段を有することを特徴としている。

本発明は、平行スキャニングレーザー距離センサーを、フリーループピット内のループ曲線底部（懸垂曲線の下向きに凸の頂部）に向い合う鉛直上方に設置し、ループ曲線底部に向かって照射されるレーザービームを、ライン方向に対し直交する向き(多数条にスリットされた狭幅帯板の全条を横切る向き)に走査することとしている。このビーム走査により、スリットされた狭幅帯板の全条のそれぞれのループ高さが連続的に検出され、最も低い位置のループ及び最も高い位置のループの高さも自動的に特定することができる。
これによりループ高さの増減修正の要否、およびループ高さを設定高さに復帰させるに必要な増減修正量が直ちに判定されると共に、検出信号に基づくコントローラーからの指令により、スリッター上流側及び/又は下流側のライン速度の増減調節（即ちループピット内への帯板の送り込み量及び/又はループピットからの送り出し量の増減調節）を施すことによってリアルタイムに任意の設定高さに制御することが可能となる。

本発明について実施例を示す図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明のループ高さ検出・制御機構を備えた帯板のスリッターラインを示し、図２は、そのライン内のフリーループピット部を示している。このスリッターラインの基本構成は、前記図４のそれと同じであり、図の左端のアンコイラー(１)から連続的に巻き出される広幅帯板(Ｓ)は、ピンチロール(２)を介してスリッター(３)へ移送され、スリッター回転刃(３_１,３_２)の剪断作用で所定の幅寸法を有する多数条の狭幅帯板(ｓ)( ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)にスリットされる。スリットされた多数条の狭幅帯板(ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)は、スリッター出側のフリーループピット(４)内でループを形成し、ピンチロール(５)を介してテンションリール(６)に巻き取られる。ループピット(４)内のループ高さを昇降制御するために必要な該ピット内への帯板送り込み量と該ピットからの送り出し量の増減調節は、テンションリール(６)の巻き取り回転速度、ピンチロール(２)(５)の回転駆動速度等を増減調節することにより行われ、それに連動してスリッター(３)の回転速度が調節される。

上記ループピット(４)の上方に、狭幅帯板(ｓ) のループ高さ検出手段として平行スキャニングレーザー距離センサー(７) (以下「レーザーセンサー(7)」)が設置されている。レーザーセンサー(７)は、図２に示すように、狭幅帯板(ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)のループ曲線底部(L_Ｂ)の鉛直上方に位置し、ループ曲線底部(LB)に向かってレーザービーム(RB)を照射する。レーザービーム(RB)はライン方向に対し直交する向き(帯板の幅方向)に走査され、その走査は狭幅帯板(ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)の全条を含む幅方向全体に亘って行われる（図中,Ｆ_Ｖは走査されるビームを含む垂直面を示す）。

上記のようにスリットされた狭幅帯板(ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)のループ(Ｌ)を横切る向きにレーザービームを走査することにより、図３に示すように、狭幅帯板(ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)の全条について、レーザーセンサー(７)からループ曲線底部(L_Ｂ)までの距離(Ｄ)が各条ごとに常時連続的に検出され、ループ高さの最も高いループ（最上位ループ）及び最も低いループ（最下位ループ）の高さ位置も自動的に特定することができる。
レーザーセンサー(７)からループ(Ｌ)に照射されるレーザービームの走査周波数は、厳密にはライン速度(帯板移送速度)や走査すべきループ全幅の大きさ等によるが、一般的なライン速度(約100〜300m/min)およびループ全幅（概ね600〜1600mm）に対して、市販のレーザーセンサー[例えば(株)SICK製レーザーセンサー(型式「LMS」)、スキャン周期：約100ms,走査角α:0〜180°可変]を使用して十分に対処することができる。

レーザービーム径は、狭幅帯板のループ高さを各条ごとに検出することができるように、狭幅帯板の板幅サイズより細径であることを要する。より高い検出精度を確保する点から約１ｍｍ以下であるのが好ましい。
ビーム走査角(α)は、狭幅帯板(ｓ)(ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)の全幅の大きさに応じて適宜補正される。レーザーセンサー(７)の設置高さ(帯板移送ラインからの高さ)は、狭幅帯板(ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)の全幅のサイズによるが、一般的に約２〜５ｍ程度の高さであればよく、既設のラインに設置する場合もレイアウト上の制約は殆どない。

本発明のループ高さの昇降制御方法について説明すると、まずスリットされた多数条の帯鋼板(ｓ)(ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)のループのうち、いずれか１条のループを昇降操作の制御対象ループに選定すると共に、ループピット(４)内の適当な高さ位置(例えばピット深さの中間高さ位置)をループ基準高さ(以下「目標値」)に設定して運転を開始する。そしてレーザービーム(７)で走査される狭幅帯板(ｓ)(ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)のうち、予め選定された帯鋼板ループの高さ検出信号を、予め設定されたループ高さの目標値と比較する。その検出信号と目標値との差分に応じて、帯鋼板のループピット(４)への送り込み量とループピット(４)からの送り出し量が増減調節されることにより、目標値に近いループ高さを保持したライン運転が遂行される。

なお、レーザービーム(７)で検出される狭幅帯板(ｓ)(ｓ_１,ｓ_２,ｓ_３…)のうち、どのループを制御対象とするかの選定は任意であるが、通常は最上位のループ又は最下位のループが選定される。ただし最上位ループと最下位ループとの高低差がある値を超えて大きくなるようなライン運転状況においては、最下位ループを対象とするよりも、最上位ループを対象として高さ制御を行うのがよい。それは、最上位と最下位のループ高さの差が大きくなると、最下位ループを対象とする高さ制御では、最上位ループの張り過ぎによる帯板の破断事故をきたすおそれがあるのに対し、最上位ループを対象とする高さ制御では、帯鋼板のループ曲線形態およびループピット深さの制約からピット床面に帯板が摺接することがあっても、帯板の破断事故（ライン生産性を大きく阻害する）を回避することができるからである。

図１のスリッターラインのループ高さ制御装置において、レーザーセンサー(７)によるループ高さ検出信号は、コントローラー(８)で処理され電気信号（アナログ信号）として出力され、A/D変換器(９)でデジタル信号に変換されたうえ、予め設定されたループ高さの目標値とが比較される。その差分は比例積分器(１０)に積分され、比例積分器(１０)を介してループ高さを目標値に制御するに必要な信号が出力される。

比例積分器(１０)より出力される信号は、予め設定されたライン速度指令信号に、ループ高さを目標値に制御するためのフィードバック信号として加算され、ライン内の各駆動制御装置（２２）〜(２５)に入力される。その指令信号に基いて、スリッター上流側のピンチロール(２)の駆動装置(２２)又は/及び下流側のピンチロール(５),テンションリール(６)の各駆動装置(２４),(２５)によるライン速度の調節が行われる。
レーザーセンサー(７)で検出されたループ高さが、設定されている目標値より低下するような場合は、スリッター(３)の上流側ライン速度が減速され、又は/及び下流側ライン速度が増速されることにより、ループピット(４)内のループ量が減少し、それに伴って最下位ループのループ高さは自動的に目標値に復帰する。

他方、検出されたループ高さが設定されている目標値より高くなる場合は、スリッター(３)の上流側ライン速度が増速され、又は/及び下流側ライン速度が減速されることにより、ループピット(４)内のループ量が増加し、それに伴ってループ高さは自動的に低くなって目標値に復帰する。
検出されるループ高さが、設定された範囲内に納まっている（このときの比例積分器10から出力される信号量はゼロである）場合は、ライン速度の変更はなく、上流側及び下流側ともに現状のライン速度が維持される。
比例積分器(１０)のデータ積分は、検出対象となる帯板コイルの切り替え等に応じて、適時スイッチ(１１)によりリセットされる。

上記のループ高さ制御操作において、最上位ループと最下位ループとの高低差が所定の許容限に達したときは、一旦運転を停止しループ高さを手直ししたうえ運転を再開する。 なお、ループ高さの制御を上記のように自動制御として行うか、又は手動操作で行うかは任意に選択することができ、自動制御から手動制御（又は手動制御から自動制御）への切り替えは、スイッチ(１２)及び(１３)のON・OFF切り替えにより行なわれる。

本発明によれば、スリッターラインにおいて多条分割された狭幅帯板の各条ごとのループ高さが連続的に精度よく検出され、最上位のループおよび最下位のループが自動的に特定されると共に、その検出信号に基づいてライン内の帯板移送駆動系の制御が行われる。これにより、ループ高さの異常(ループの上り過ぎ及び下り過ぎ)が未然に防止され、ループ高さをリアルタイムに任意の設定値に制御することができる。従って、ループ高さ異常に起因するライン操業上のトラブル及び製品帯板の品質欠陥等が未然に回避され、スリット製品品質の安定、ループピット部の無人化、スリッターラインの高速度化・生産能力の向上等が可能となる。

また、光電管センサーやレーザーセンサー等をループ検出用センサーとして、ループ高さの上限及び下限位置のそれぞれに複数配置していた従来の検出・制御構成と異なって、本発明ではループピットの上方に１基のレーザーセンサーを設置するだけで済み、構成がシンプルで、本発明を実施するに当たりレイアウト上の制約を受けることはなく、既設ラインでの適用も容易であり、コスト負担も少なく実用性に富むものである。

本発明のスリッターラインの構成例を示す模式的説明図である。 本発明によるループ高さ検出を模式的に示す斜視説明図である。 本発明により検出されるループ高さ検出信号の模式的説明図である。 帯板スリッターラインの一般的な構成例を示す模式的説明図である。 帯板の幅方向断面形状を模式的に示す断面図である。 従来のループ高さ検出方法の例を示す模式的説明図である。 従来のループ高さ検出方法の他の例を示す模式的説明図である。 従来のループ高さ検出方法の他の例を示す模式的説明図である。

符号の説明

１：アンコイラー
２：ピンチロール
３：スリッター
３_１,３_２：回転刃
４：フリーループピット
５：ピンチロール
６：テンションリール
７：平行スキャニングレーザー距離センサー（レーザーセンサー）
８：コントローラー
９：Ａ/Ｄ変換器
１０：ＰＩ(比例積分器)

２１：アンコイラー張力制御装置
２２：ピンチロール駆動制御装置
２３：スリッター駆動制御装置
２４：ピンチロール駆動制御装置
２５：テンションリール駆動制御装置

41：ループ位置検出器
42：ループ上限検出器
43：ループ下限検出器
51：レーザー発射部
52：レーザー受光部
61：カメラ
62：バックスクリーンライト

Ｓ：広幅帯板
ｓ：狭幅帯板
Ｌ：狭幅帯板のループ
L_Ｂ:ループ曲線底部
ｈ：ループ高さ
ｆ：ループピット床面
ｔ：帯板の板厚

Claims (2)

1. 広幅帯板を長手方向に連続移送しながらスリッターで多数条の狭幅帯板にスリットする帯板スリッターラインにおける前記スリッターの出側に設けられたフリーループピット内の狭幅帯板のループ高さを制御する方法であって、
   狭幅帯板のループ曲線底部の鉛直上方に平行スキャニングレーザー距離センサーを設け、該センサーからループ曲線底部の帯板表面に向かって照射されるレーザービームを、ライン方向に対し直交する向きに走査することにより全条の狭幅帯板のそれぞれのループ高さを検出し、その検出信号に基づいて、スリッター上流側の広幅帯板の移送速度又は/及び下流側の狭幅帯板の移送速度を調整することにより、狭幅帯板のループ高さを所定の高さ範囲内に保持せしめることを特徴とする帯板スリッターラインのループ高さ制御方法。
2. 広幅帯板を長手方向に連続移送しながらスリッターで多数条の狭幅帯板にスリットする帯板スリッターラインにおける前記スリッターの出側に設けられたフリーループピット内の狭幅帯板のループ高さを制御する装置であって、
   狭幅帯板のループ曲線底部の鉛直上方に設置され、該ループ曲線底部の帯板表面に照射されるレーザービームをライン方向に対し直交する向きに走査することにより全条の狭幅帯板のそれぞれのループ高さを検出する平行スキャニングレーザー距離センサー、および該センサーの検出信号に基づいて、スリッター上流側の広幅帯板の移送駆動装置又は/及び下流側の狭幅帯板の移送駆動装置に移送速度を調整する指令を出力する制御手段を有することを特徴とする帯板スリッターラインのループ高さ制御装置。

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