JP5121335B2 - Tension measuring device and tension measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、銅板等の帯状体の振動を計測することにより、帯状体の張力状態をを把握することのできる張力測定装置及び張力測定方法に関するものである。 The present invention relates to a tension measuring device and a tension measuring method capable of grasping the tension state of a band by measuring the vibration of the band such as a copper plate.
一般に、銅板やアルミ板、鋼板等の帯状体の通板もしくは巻き取りは、帯状体の走行経路上の前後にロールをそれぞれ配置し、これらロールで帯状体を支持しながら送り出すと共に、所定の張力を帯状体に付与することにより行われる。この際、ロール間における張力の変動や幅方向の張力バランスの崩れが生じた場合には、帯状体の走行が不安定になったり、巻きずれが起きる等の問題が生じる。
また、圧延工程の製造ラインにおいては、圧延ロールの出入り口で張力の変動や幅方向の張力バランスの崩れが生じると、帯状体の板厚が変動するという問題が生じる。
In general, strips or windings of strips such as copper plates, aluminum plates, and steel plates are arranged with rolls on the front and back of the strip travel path, and are fed out while supporting the strips with these rolls, and with a predetermined tension. Is applied to the belt-like body. At this time, if a change in tension between rolls or a break in the tension balance in the width direction occurs, problems such as unstable running of the belt-like body and occurrence of winding deviation occur.
Moreover, in the production line of a rolling process, when the fluctuation | variation of a tension | tensile_strength and the collapse of the tension balance of the width direction arise at the entrance / exit of a rolling roll, the problem that the board | plate thickness of a strip | belt shaped body will arise will arise.
従って、帯状体の製造ラインにおいては、張力及び幅方向の張力バランスを知ることが生産性や品質を向上させる上で極めて重要なものとなっており、従来から帯状体の張力及び張力バランスを測定する各種の方法が実施及び提案されている。従来の測定方法として、帯状体に直接センサ等の測定用部材を接触させる接触式と、接触させない非接触式がある。 Therefore, in the production line of strips, knowing the tension and the tension balance in the width direction has become extremely important for improving productivity and quality, and conventionally, the tension and tension balance of strips have been measured. Various methods have been implemented and proposed. As a conventional measuring method, there are a contact type in which a measuring member such as a sensor is brought into direct contact with a belt-like body, and a non-contact type in which no contact is made.
接触式で張力を測定する方法としては、分割ロール方式による方法が一般的に採用されている。これは軸方向に分割された分割ロールを帯状体に直接接触させ、帯状体の内部応力を測定する方法である。 As a method for measuring tension by a contact method, a method using a split roll method is generally employed. This is a method of measuring the internal stress of the band-shaped body by directly bringing the divided roll divided in the axial direction into contact with the band-shaped body.
非接触式の測定方法としては、帯状体の幅方向に並んだ複数の測定点の変位量を非接触式の変位計により測定し、この変位量信号の周波数特性に基づいて帯状体の張力又は張力分布を測定する方法がある。 As a non-contact type measurement method, the displacement amount of a plurality of measurement points arranged in the width direction of the strip is measured by a non-contact displacement meter, and the tension of the strip or the band is measured based on the frequency characteristics of the displacement signal. There is a method for measuring the tension distribution.
例えば、特許文献1に記載された張力測定装置は、帯状体の幅方向左右両端部及び中央部に位置する3つの測定点の変位量を非接触式の変位計で検出し、各測定点の周波数特性から各測定点の1次固有振動数を求め、帯状体の張力と1次固有振動数の関係に基づいて各測定点の張力を算出し、これら張力を平均化することにより帯状体の総張力を算出する。
For example, the tension measuring device described in
また、特許文献2に記載された張力測定装置は、過去の平均張力測定データと、帯状体の寸法データに基づいて、周波数特性から抽出する固有振動数の数(振動モードの数)を決定する。そして、帯状体のある位置における張力を算出するため、その位置における複数の振動モードの振幅を基にして、加重平均周波数を算出する。1次固有振動数と張力との関係式にこの加重平均周波数を代入することにより、その位置における張力を算出する。このように、帯状体の幅方向の多数の位置における張力を算出することにより、帯状体の張力分布を求める。
Further, the tension measuring device described in
しかしながら、上述の分割ロール方式によると、分割ロールを帯状体に押し当てて張力を測定した際、帯所体の表面を傷つけるという問題がある。 However, according to the above-described split roll method, there is a problem that when the tension is measured by pressing the split roll against the strip, the surface of the strip is damaged.
また、アルミ薄板のような曲げ剛性の小さい材料で形成された帯状体の場合、張力に対応する固有振動数は多数存在し、幅方向の張力分布は複雑である。特許文献1に開示された方法では、帯状体の複数の測定点の張力を平均化して総張力を求めているが、この方法では帯状体の張力分布が把握されていないため、帯状体の総張力を正確に算出することができない。
Further, in the case of a belt-like body made of a material with low bending rigidity such as an aluminum thin plate, there are many natural frequencies corresponding to the tension, and the tension distribution in the width direction is complicated. In the method disclosed in
また、特許文献2に開示された方法では、過去の平均張力測定データを必要とするため、即座に実用化することは困難である。
Moreover, since the method disclosed in
そこで、本発明の目的は、帯状体の表面を傷つけることなく、帯状体の張力状態を高精度に求めることができる張力測定装置及び張力測定方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a tension measuring device and a tension measuring method that can determine the tension state of the band with high accuracy without damaging the surface of the band.
請求項1の張力測定装置は、長手方向の2点の位置で支持された帯状体の振動を計測することにより張力状態を測定する張力測定装置であって、前記帯状体の幅方向に並んだ複数の測定点において、前記帯状体の面外方向の変位量を検出する非接触式の変位量検出手段と、前記複数の測定点で検出された前記変位量に関する信号に基づいて、前記複数の測定点ごとに周波数特性を導出する周波数特性導出手段と、前記周波数特性導出手段で導出された複数の周波数特性に基づいて、複数の1次固有振動数を抽出する固有振動数抽出手段と、前記複数の1次固有振動数にそれぞれ対応する複数の振動モードの振動モード形状を導出し、さらに、これら複数の振動モード形状の振幅を正規化する振動モード導出手段と、前記正規化された複数の振動モード形状のそれぞれについて抽出された、全ての振動モードに関して共通の所定振幅ラインよりも振幅が大きくなる区間の幅方向長さであって、全ての振動モードについて足し合わされた値が、前記帯状体の全幅に等しくなるような幅方向長さを、前記複数の振動モードの有効幅と設定する有効幅設定手段と、各振動モードの1次固有振動数を基にして、その振動モードに対応する張力成分を算出する張力成分演算手段と、各振動モードの前記張力成分に、前記帯状体の全幅に対する各振動モードの前記有効幅の割合を掛けた値を、全ての振動モードについて足し合わせ、前記帯状体の総張力を求める総張力演算手段と、を有することを特徴とする。
The tension measuring apparatus according to
有効幅が設定された帯状体の幅方向の領域には、その有効幅に対応する振動モードの固有振動数から算出される張力成分が主に作用している。従って、本発明により、帯状体の張力分布が幅方向に関して複雑な場合であっても、帯状体の張力分布を把握することができる。さらに、各モードの張力成分に、帯状体の全幅に対する有効幅の割合を掛けた値を、全モードについて足し合わせることにより、帯状体の総張力を高精度に算出することができる。また、張力を求めるための帯状体の変位量は、変位量検出手段により非接触で検出されている。これにより、帯状体を傷つけることなく、帯状体の幅方向の張力分布や総張力といった張力状態を測定することができる。 A tension component calculated from the natural frequency of the vibration mode corresponding to the effective width mainly acts on the widthwise region of the band-shaped body in which the effective width is set. Therefore, according to the present invention, even when the tension distribution of the band-like body is complicated in the width direction, the tension distribution of the band-like body can be grasped. Further, the total tension of the band can be calculated with high accuracy by adding the value obtained by multiplying the tension component of each mode by the ratio of the effective width to the total width of the band for all modes. Further, the displacement amount of the strip for obtaining the tension is detected in a non-contact manner by the displacement amount detecting means. Thereby, the tension state such as the tension distribution in the width direction and the total tension of the strip can be measured without damaging the strip.
請求項2の張力測定装置は、請求項1において、前記変位量検出手段が、前記帯状体の長手方向中央における対向して配置されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the tension measuring device according to the first aspect, wherein the displacement amount detecting means is disposed opposite to each other at the center in the longitudinal direction of the belt-like body.
長手方向の2点の位置で支持された帯状体の1次モードの振動では、帯状体の長手方向中央を腹として振動する。そのため、振動モード導出手段により導出された周波数特性において、1次モードの振幅のピーク値が高次モードの振幅のピーク値よりも明らかに大きくなる。従って、周波数特性から固有振動数を抽出する際、高次の固有振動数を抽出することなく、1次固有振動数を容易に抽出することができる。 In the primary mode vibration of the belt-like body supported at two positions in the longitudinal direction, the belt vibrates with the center in the longitudinal direction of the belt-like body as an antinode. Therefore, in the frequency characteristic derived by the vibration mode deriving means, the peak value of the first-order mode amplitude is clearly larger than the peak value of the higher-order mode amplitude. Accordingly, when the natural frequency is extracted from the frequency characteristic, the primary natural frequency can be easily extracted without extracting the high-order natural frequency.
請求項3の張力測定装置は、請求項1又は2において、前記変位量検出手段が複数設けられており、少なくとも2つの前記変位量検出手段の前記複数の測定点がそれぞれ長手方向中央に対して対称に位置しており、前記固有振動数抽出手段は、対称に位置する2つの前記測定点でそれぞれ検出された変位量に基づいて、ある固有振動数を抽出したときに、その固有振動数における前記2つの測定点の変位量が互いに逆位相である場合には、1次固有振動数としてその固有振動数を抽出しないことを特徴とする。 A tension measuring device according to a third aspect is the tension measuring device according to the first or second aspect, wherein a plurality of the displacement amount detection means are provided, and the plurality of measurement points of the at least two displacement amount detection means are respectively in the longitudinal direction center. It is located symmetrically, and the natural frequency extracting means extracts a specific natural frequency based on the displacements detected at the two symmetrically located measurement points, respectively. When the displacement amounts of the two measurement points are opposite to each other, the natural frequency is not extracted as the primary natural frequency.
長手方向の2点の位置で支持された帯状体の1次モードの振動では、帯状体長の手方向中央に対して対称となる位置での変位量は同位相となる。一方、2次モードを含む偶数次の振動では、帯状体の長手方向中央に対して対称となる位置での変位量は逆位相となる。そのため、帯状体の長手方向中央に対して対称となる2つの測定点の周波数特性からある固有振動数を抽出した際、この固有振動数における変位量が、互いに逆位相である場合、固有振動数抽出部において、この固有振動数を抽出しないようにすることにより、1次固有振動数を容易に抽出することができる。 In the first mode vibration of the belt-like body supported at the two points in the longitudinal direction, the displacement amount at the position symmetric with respect to the center in the hand direction of the belt-like body has the same phase. On the other hand, in the even-order vibration including the secondary mode, the amount of displacement at the position symmetric with respect to the center in the longitudinal direction of the belt-like body has an opposite phase. Therefore, when a natural frequency is extracted from the frequency characteristics of two measurement points that are symmetric with respect to the center in the longitudinal direction of the belt-like body, the natural frequency is obtained when the displacements at the natural frequency are opposite to each other. By not extracting the natural frequency in the extraction unit, the primary natural frequency can be easily extracted.
請求項4の張力測定装置は、長手方向の2点の位置で支持された帯状体の振動を計測することにより張力状態を測定する張力測定装置であって、前記帯状体の幅方向に並んだ複数の測定点において、前記帯状体の面外方向の変位量を検出する非接触式の変位量検出手段と、前記帯状体の面外変形が発生している領域を判別する面外変形領域判別手段と、前記複数の測定点で検出された前記変位量に関する信号に基づいて、前記複数の測定点ごとに周波数特性を導出する周波数特性導出手段と、前記周波数特性導出手段で導出された複数の周波数特性に基づいて、複数の1次固有振動数を抽出する固有振動数抽出手段と、前記複数の1次固有振動数にそれぞれ対応する複数の振動モードの振動モード形状を導出し、さらに、これら複数の振動モード形状の振幅を正規化する振動モード導出手段と、前記正規化された複数の振動モード形状のそれぞれについて抽出された、全ての振動モードに関して共通の所定振幅ラインよりも振幅が大きくなる区間の幅方向長さであって、全ての振動モードについて足し合わされた値が、前記帯状体の全幅から前記面外変形領域判別手段により判別された面外変形領域の幅を引いた値に等しくなるような幅方向長さを、前記複数の振動モードの有効幅と設定する有効幅設定手段と、各振動モードの1次固有振動数を基にして、その振動モードに対応する張力成分を算出する張力成分演算手段と、各振動モードの前記張力成分に、前記帯状体の全幅から前記面外変形領域の幅を引いた値に対する各振動モードの前記有効幅の割合を掛けた値を、全ての振動モードについて足し合わせ、前記帯状体の総張力を求める総張力演算手段と、を有することを特徴とする。
The tension measuring device according to
帯状体の面外変形とは、帯状体の幅方向の一部の領域に長手方向に圧縮する力が作用し、その領域が面外方向に変形することである。このとき、面外変形領域では応力が解放されるため張力が作用していない。面外変形領域を特定し、この面外変形領域を除いた領域について張力状態を求めることにより、帯状体の全体の張力状態を測定することができる。 The out-of-plane deformation of the band-shaped body is that a force compressing in the longitudinal direction acts on a partial area in the width direction of the band-shaped body, and the area is deformed in the out-of-plane direction. At this time, the stress is not applied in the out-of-plane deformation region because the stress is released. By specifying the out-of-plane deformation region and obtaining the tension state for the region excluding the out-of-plane deformation region, the entire tension state of the belt-like body can be measured.
請求項5の張力測定装置は、請求項4において、前記帯状体を加振する加振手段を備え、前記面外変形領域判別手段が、加振前後の周波数特性を比較することにより、面外変形の有無を判別することを特徴とする。 A tension measuring device according to a fifth aspect includes the vibration measuring unit according to the fourth aspect, wherein the band-shaped body is vibrated, and the out-of-plane deformation region discriminating unit compares the frequency characteristics before and after the vibration, thereby It is characterized by determining the presence or absence of deformation.
面外変形は、帯状体の長手方向に関して周期的に発生することが多い。帯状体が一定速度で走行している場合、面外変形の発生している測定点の周波数特性において、この面外変形に起因した特定の周波数で振幅のピークが生じる。面外変形領域には張力が作用していないため、この振幅のピーク値は帯状体が加振手段により加振された場合に変化しない。一方、面外変形のない領域では、加振振手段により加振されると、1次モードの振動の振幅が大きくなる。そのため、ある測定点の周波数特性において、振幅のピーク値を有する特定の周波数を抽出し、加振前後の周波数特性のその振幅の大きさを比較することにより、面外変形の有無を判別することができる。 Out-of-plane deformation often occurs periodically in the longitudinal direction of the strip. When the strip is traveling at a constant speed, an amplitude peak occurs at a specific frequency due to the out-of-plane deformation in the frequency characteristics of the measurement point where the out-of-plane deformation occurs. Since no tension acts on the out-of-plane deformation region, the peak value of this amplitude does not change when the strip is vibrated by the vibrating means. On the other hand, in the region where there is no out-of-plane deformation, the vibration of the primary mode increases when the vibration is applied by the vibration means. Therefore, it is possible to determine the presence or absence of out-of-plane deformation by extracting a specific frequency having a peak amplitude value from the frequency characteristics at a certain measurement point and comparing the magnitude of the amplitude of the frequency characteristics before and after excitation. Can do.
請求項6の張力測定方法は、長手方向の2点の位置で支持された帯状体の振動を計測することにより張力状態を測定する張力測定方法であって、前記帯状体の幅方向に並んだ複数の測定点において、前記帯状体の面外方向の変位量を非接触で検出する変位量検出工程と、前記複数の測定点で検出された前記変位量に関する信号に基づいて、前記複数の測定点ごとに周波数特性を導出する周波数特性導出工程と、前記周波数特性導出工程で導出された複数の周波数特性に基づいて、複数の1次固有振動数を抽出する固有振動数抽出工程と、前記複数の1次固有振動数にそれぞれ対応する複数の振動モードの振動モード形状を導出し、さらに、これら複数の振動モード形状の振幅を正規化する振動モード導出工程と、前記正規化された複数の振動モード形状のそれぞれについて抽出された、全ての振動モードに関して共通の所定振幅ラインよりも振幅が大きくなる区間の幅方向長さであって、全ての振動モードについて足し合わされた値が、前記帯状体の全幅に等しくなるような幅方向長さを、前記複数の振動モードの有効幅と設定する有効幅設定工程と、各振動モードの1次固有振動数を基にして、その振動モードに対応する張力成分を算出する張力成分演算工程と、各振動モードの前記張力成分に、前記帯状体の全幅に対する各振動モードの前記有効幅の割合を掛けた値を、全ての振動モードについて足し合わせ、前記帯状体の総張力を求める総張力演算工程と、を有することを特徴とする。
The tension measuring method according to
有効幅が設定された帯状体の幅方向の領域には、その有効幅に対応する振動モードの固有振動数から算出される張力成分が主に作用している。従って、本発明により、帯状体の張力分布が幅方向に関して複雑な場合であっても、帯状体の張力分布を把握することができる。さらに、各モードの張力成分に、帯状体の全幅に対する有効幅の割合を掛けた値を、全モードについて足し合わせることにより、帯状体の総張力を高精度に算出することができる。また、張力を求めるための帯状体の変位量は、変位量検出手段により非接触で検出されている。これにより、帯状体を傷つけることなく、帯状体の幅方向の張力分布や総張力といった張力状態を測定することができる。 A tension component calculated from the natural frequency of the vibration mode corresponding to the effective width mainly acts on the widthwise region of the band-shaped body in which the effective width is set. Therefore, according to the present invention, even when the tension distribution of the band-like body is complicated in the width direction, the tension distribution of the band-like body can be grasped. Further, the total tension of the band can be calculated with high accuracy by adding the value obtained by multiplying the tension component of each mode by the ratio of the effective width to the total width of the band for all modes. Further, the displacement amount of the strip for obtaining the tension is detected in a non-contact manner by the displacement amount detecting means. Thereby, the tension state such as the tension distribution in the width direction and the total tension of the strip can be measured without damaging the strip.
請求項7の張力測定方法は、長手方向の2点の位置で支持された帯状体の振動を計測することにより張力状態を測定する張力測定方法であって、前記帯状体の幅方向に並んだ複数の測定点において、前記帯状体の面外方向の変位量を非接触で検出する変位量検出工程と、前記帯状体の面外変形が発生している領域を判別する面外変形領域判別工程と、前記複数の測定点で検出された前記変位量に関する信号に基づいて、前記複数の測定点ごとに周波数特性を導出する周波数特性導出工程と、前記周波数特性導出工程で導出された複数の周波数特性に基づいて、複数の1次固有振動数を抽出する固有振動数抽出工程と、前記複数の1次固有振動数にそれぞれ対応する複数の振動モードの振動モード形状を導出し、さらに、これら複数の振動モード形状の振幅を正規化する振動モード導出工程と、前記正規化された複数の振動モード形状のそれぞれについて抽出された、全ての振動モードに関して共通の所定振幅ラインよりも振幅が大きくなる区間の幅方向長さであって、全ての振動モードについて足し合わされた値が、前記帯状体の全幅から前記面外変形領域判別工程により判別された面外変形領域の幅を引いた値に等しくなるような幅方向長さを、前記複数の振動モードの有効幅と設定する有効幅設定工程と、各振動モードの1次固有振動数を基にして、その振動モードに対応する張力成分を算出する張力成分演算工程と、各振動モードの前記張力成分に、前記帯状体の全幅から前記面外変形領域の幅を引いた値に対する各振動モードの前記有効幅の割合を掛けた値を、全ての振動モードについて足し合わせ、前記帯状体の総張力を求める総張力演算工程と、を有することを特徴とする。
The tension measuring method according to
面外変形領域では応力が解放されるため張力が作用していない。面外変形領域を特定し、この面外変形領域を除いた領域について張力状態を求めることにより、帯状体の全体の張力状態を測定することができる。 Since the stress is released in the out-of-plane deformation region, no tension is applied. By specifying the out-of-plane deformation region and obtaining the tension state for the region excluding the out-of-plane deformation region, the entire tension state of the belt-like body can be measured.
[第一実施形態]
以下、第一実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態の張力測定装置4は、銅板やアルミ板、鋼板等の帯状体1の製造ラインに適用されるようになっている。この製造ラインには、2つのロール2、3が帯状体1の走行方向(長手方向)の前後(2点)にそれぞれ配設されている。2つのロール2、3は、帯状体1を支持した状態で、張力制御装置(図示省略)によりそれぞれ回転速度が制御されることにより、帯状体1に所定の張力を付与しながら帯状体1を送り出すようになっている。
[First embodiment]
Hereinafter, the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the
上記の帯状体1の張力が、張力測定装置4で測定される。張力測定装置4は、帯状体1の振動を非接触で検出する変位量測定装置5と、フーリエ変換装置6と、張力演算装置7とを備えている。図1に示すように、変位量測定装置5は、フーリエ変換装置6を介して張力演算装置7に接続されている。
The tension of the
図1に示すように、変位量測定装置5は、帯状体1の長手方向中央部の上面に対向するように配置されている。また、変位量測定装置5は、帯状体1の幅方向に並んだ5つの非接触変位計21〜25から構成されている。非接触変位計21〜25は、対向する帯状体1の5つの測定点31〜35の変位量を検出する。なお、非接触変位計21〜25としては、光反射式の距離センサ等を挙げることができる。また、非接触変位計23は、帯状体1の幅方向中央部の上面に位置しており、非接触変位計21、25はそれぞれ帯状体1の幅方向両端部の上面に位置している。そして、非接触変位計21〜25は、帯状体1の幅方向に関して等間隔で並んでいる。
As shown in FIG. 1, the
非接触変位計21〜25は、それぞれフーリエ変換装置(周波数特性導出手段)6に接続されており、測定点31〜35の変位量に応じた信号をそれぞれ出力する。フーリエ変換装置6は、変位量信号をデジタル信号に変換した後、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT)を行い、測定点31〜35における振動の周波数特性をそれぞれ算出し、張力演算装置7に出力する。
The
張力演算装置7は、固有振動数抽出部(固有振動数抽出手段)10と、振動モード導出部(振動モード導出手段)11と、有効幅設定部12(有効幅設定手段)と、張力成分演算部13(張力分布演算手段)と、総張力演算部14(総張力演算手段)と、記憶部15とを備え、これらは、CPU、ROM、RAMなどから構成される。
The
張力演算装置7は、図2の張力算出ルーチンを実行可能となっている。張力算出ルーチンによる張力の算出方法の詳細については後述する。固有振動数抽出部10は、フーリエ変換装置6で算出された5つの測定点31〜35の周波数特性から、複数の1次固有振動数を抽出する。振動モード導出部11は、抽出された複数の1次固有振動数ごとに帯状体1の幅方向についての振動モード形状を作成し、振幅を振動モードごとに正規化する。そして、有効幅設定部12が、これら正規化された振動モード形状を基にして、振動モードごとに有効幅を設定する。張力成分演算部13は、複数の振動モードに対応する張力成分をそれぞれ算出する。総張力演算部14は、張力成分演算部13により算出された張力成分と、有効幅設定部12により設定された有効幅を用いて帯状体1の総張力を算出する。
The
また、張力演算装置7は、算出した張力を画面表示する表示装置(図示省略)、及び、張力制御装置(図示省略)に接続されている。この張力制御装置は、張力が予め設定された目標張力となるように、2つのロール2、3の回転速度をフィードバック制御する
Further, the
次に、張力測定装置4を用いた張力測定方法について説明する。
帯状体1の走行方向の前後を支持する2つのロール2、3が回転駆動されることによって、走行する帯状体1に所定の張力が付与される。帯状体1は、走行方向の両端がロール2、3でそれぞれ支持された状態になっているため、主に、ロール2、3間の長手方向中央部を振動の腹として自由振動する。そして、帯状体1に付与される張力と1次固有振動数とは、(1)式の関係を有する。なお、一般的に、高次モードの固有振動は、1次モードの固有振動によって引き起こされるため、それ自体が帯状体に付与される張力に直接関連するものではない。
Next, a tension measuring method using the
A predetermined tension is applied to the traveling
T=4L2 f2 δA ・・・・(1)
ここで、T:張力値、L:支持間長さ、f:固有振動数、δ:帯状体比重、A:帯状体断面積である。
T = 4L 2 f 2 δA (1)
Here, T is a tension value, L is a length between supports, f is a natural frequency, δ is a specific gravity of a strip, and A is a cross-sectional area of the strip.
<変位量検出工程>
帯状体1の測定点31〜35の変位量の時間的変化が、非接触変位計21〜25によりそれぞれ計測され、測定点31〜35の変位量に応じた信号がフーリエ変換装置6にそれぞれ出力される。
<Displacement detection process>
Temporal changes in the displacement amounts of the measurement points 31 to 35 of the
<周波数特性導出工程>
フーリエ変換装置6は、変位量信号を取り込んで、測定点31〜35ごとに振動の周波数特性を算出し、張力演算装置7に出力する。
<Frequency characteristics deriving process>
The
この際、張力演算装置7は、図2の張力算出ルーチンを実行しており、張力演算装置7に出力された測定点31〜35ごとの周波数特性が記憶部15に記憶される(S1)。
At this time, the
<固有振動数抽出工程>
次に、固有振動数抽出部10によって、測定点31〜35のそれぞれの周波数特性の中から、振幅の最大ピーク値を有する最大ピーク周波数f1〜f5がそれぞれ1つずつ抽出される(S2)。
<Natural frequency extraction process>
Next, the natural
ここで、帯状体の長手方向の2点で支持された帯状体の1次モードの振動は、帯状体1の長手方向中央を腹とする。そのため、帯状体1の長手方向中央に位置する変位量測定装置5で測定された変位量に基づいて導出された周波波数特性において、1次モードの振幅は、高次モードの振幅よりも明らかに大きくなる。従って、振幅が最大ピーク値となる最大ピーク周波数を抽出することにより、1次固有振動数を抽出することができる。つまり、変位量測定装置5を帯状体1の長手方向中央に対向して配置することによって、その測定点31〜35における周波数特性からそれぞれ1次固有振動数を容易に抽出することができる。
Here, the vibration in the primary mode of the belt-like body supported at two points in the longitudinal direction of the belt-like body has the center in the longitudinal direction of the belt-
抽出された1次固有振動数f1〜f5は、一部重複する場合がある。重複があれば1次固有振動数f1〜f5を整理して、複数個の1次固有振動数を抽出する(S3)。本実施形態においては、3つの1次固有振動数f11〜f13が抽出されたものとする。1次固有振動数f11〜f13は、周波数の小さい順とする。また、1次固有振動数f11、f12、f13ごとに、振動モード番号を、モード1、モード2、モード3と設定する。
The extracted primary natural frequencies f1 to f5 may partially overlap. If there is an overlap, the primary natural frequencies f1 to f5 are arranged, and a plurality of primary natural frequencies are extracted (S3). In the present embodiment, it is assumed that three primary natural frequencies f11 to f13 are extracted. The primary natural frequencies f11 to f13 are set in ascending order of frequency. The vibration mode numbers are set to
<振動モード導出工程>
次に、振動モード導出部11によって、測定点31〜35の周波数特性を基にして、3つの1次固有振動数f11〜f13ごとに、3つの振動モード形状が導出される(S4)。振動モード形状は、特定の固有振動数における、帯状体の幅方向の位置に対する帯状体の変位量(振幅)を示すものである。モード1の振動モード形状を導出する場合、5つの測定点31〜35の周波数特性から1次固有振動数f11における変位量をそれぞれ抽出し、横軸に測定点31側の幅方向端部からの幅方向距離、縦軸に変位量(振幅)を取って5点をプロットした後、例えば、2次関数補間等により曲線近似化する。同様に、モード2、モード3の振動モード形状を導出する。
<Vibration mode derivation process>
Next, the vibration
この振動モード形状の振幅をモード1〜3ごとに正規化する(S5)。これにより、図3に示すように、横軸(x軸)を測定点31側の幅方向端部からの幅方向距離、縦軸(y軸)を正規化振幅とした、モード1〜3の正規化振動モード形状が得られる。
The amplitude of the vibration mode shape is normalized for each of
ここで、正規化とは、1つの振動モード形状の最大振幅を抽出し、振動モード形状の全ての振幅をこの最大振幅で除算する操作である。従って、正規化振動モード形状の正規化振幅の最大値は1となる。 Here, normalization is an operation of extracting the maximum amplitude of one vibration mode shape and dividing all the amplitudes of the vibration mode shape by this maximum amplitude. Therefore, the maximum value of the normalized amplitude of the normalized vibration mode shape is 1.
<有効幅設定工程>
有効幅設定部12(有効幅設定手段)によって、モード1〜3において共通の有効幅設定ラインRが設定される(S6)。そして、この有効幅設定ラインRと、モード1〜3の正規化振動モード形状に基づいて、モード1〜3ごとに、D1〜D3が求められる(S7)。具体的には、図3に示すように、モード番号iの正規化振動モード形状において、有効幅設定ラインRよりも正規化振幅が大きくなる区間の幅方向長さをDiとする。即ち、正規化振動モード形状をyi=gi(x)と表した場合に、|yi|≧Rを満たすxの範囲をDiとする。なお、Diは、図3のモード2のD2のように、D2a、D2b、D2cと複数に分割される場合もある。
<Effective width setting process>
The effective width setting unit 12 (effective width setting means) sets a common effective width setting line R in
そして、ΣDi=Wが成立するか否かが判定される(S8)。即ち、D1〜D3を足し合わせた値が、帯状体1の全幅Wに等しいか否かが判定される。
Then, it is determined whether or not ΣDi = W is established (S8). That is, it is determined whether or not the value obtained by adding D1 to D3 is equal to the full width W of the
D1〜D3の総和が、帯状体1の全幅Wに等しくない場合には(S8、NO)、有効幅設定ラインRを調整し(S9)、この有効幅設定ラインRを用いてS7が再実行される。 If the sum of D1 to D3 is not equal to the full width W of the strip 1 (S8, NO), the effective width setting line R is adjusted (S9), and S7 is re-executed using this effective width setting line R. Is done.
一方、図4に示すように、D1〜D3の総和が、帯状体1の全幅Wに等しい場合には(S8、YES)、このD1〜D3が、有効幅と決定される。 On the other hand, as shown in FIG. 4, when the sum total of D1 to D3 is equal to the full width W of the strip 1 (S8, YES), this D1 to D3 is determined as the effective width.
<張力成分演算工程>
そして、張力成分演算部13によって、1次固有振動数f11〜f13が前述の(1)式に代入されることにより、モード1〜3の張力成分T1〜T3がそれぞれ算出される(S10)。
<Tension component calculation process>
Then, the tension
モード3の有効幅D3に対応する帯状体1の幅方向の領域には、モード3の張力成分T3が作用している。また、モード1とモード2の有効幅D1と有効幅D2のように幅方向の領域が一部重複する場合がある。この重複する領域に作用する張力は、モード1とモード2の両方の影響を受けている。この場合、モード1とモード2の正規化振幅の大きさを比較することにより、どちらのモードの影響を強く受けているか判断することができる。有効幅D1と有効幅D2bの重複領域では、モード1における正規化振幅が、モード2における正規化振幅よりも大きいため、モード1の張力成分T1の影響が大きいと判断できる。このように、算出された各モード1〜3の正規化モード形状と、有効幅D1〜D3と、張力成分T1〜T3に基づいて、帯状体1の幅方向の張力分布を把握することができる。
The tension component T3 of the
<総張力演算工程>
次に、総張力演算部14によって、帯状体1の総張力Ttが算出される(S11)。具体的には、モード1〜3の張力成分T1〜T3に、帯状体1の全幅Wに対する有効幅D1〜D3の割合をそれぞれ掛けた値を全モードについて足し合わせることにより、帯状体1の総張力Ttを算出する。即ち、総張力Ttは、(2)式で表される。尚、上述したように、有効幅が重複する領域には、2つのモードの影響を受けた張力が作用しているが、有効幅の重複領域は全幅に対して小さいものであるため、総張力を求める際その影響を無視できる。
<Total tension calculation process>
Next, the
Tt=Σ(Ti×Di/W)・・・・(2) Tt = Σ (Ti × Di / W) (2)
上記のようにして帯状体1の総張力Ttが求められると、この総張力Ttが張力制御装置(図示省略)に送信される。そして、総張力Ttを受け取った張力制御装置は、ロール2、3の回転速度を制御することによって、帯状体1に所定の張力を付与するように制御する。これにより、総張力を調整しながら帯状体1を走行させることができる。
When the total tension Tt of the
また、帯状体1の張力成分T1〜T3が、正規化振動モード形状、及び、有効幅D1〜D3と合わせて、表示装置(図示省略)に数値や図形として画面表示される。この表示装置を目視したオペレータは、帯状体1の幅方向の張力分布を把握することができるため、帯状体1の中伸びや耳波などの歪みの発生の有無を確認することができる。
Further, the tension components T1 to T3 of the
次に、以下の条件の帯状体についてシミュレーションを行い、帯状体に付与した張力と、張力測定装置4を適用して求めた総張力Ttとを比較した。帯状体は、支持長さLが1150mm、全幅Wが1130mm、密度が2.7g/cm3であり、5884Nの張力が付与されており、幅方向中央部に歪みが生じているものとする。
Next, simulation was performed on the belt-like body under the following conditions, and the tension applied to the belt-like body was compared with the total tension Tt obtained by applying the
この結果、周波数特性から3つの1次固有振動数f11(32.8Hz)、f12(40.0Hz)、f13(42.2Hz)が抽出された。これら固有振動数f11〜f13と、帯状体の条件とを上述の(1)式に代入することにより、各モード1〜3の張力成分T1(4081.5N)、T2(6069.6N)、T3(6755.5N)が算出された。さらに(2)式に、各モードの有効幅を帯状体全幅で割った値D1/W(0.22)、D2/W(0.45)、D3/W(0.33)を代入して、5858Nの総張力Ttが得られた。この値は、帯状体に付与された張力に対する誤差が0.5%である。従って、本実施形態の張力測定装置4により、帯状体に付与された総張力を高精度に知ることができることが確認された。
As a result, three primary natural frequencies f11 (32.8 Hz), f12 (40.0 Hz), and f13 (42.2 Hz) were extracted from the frequency characteristics. By substituting these natural frequencies f11 to f13 and the conditions of the belt-like body into the above equation (1), the tension components T1 (4081.5N), T2 (6069.6N), T3 of each
なお、固有振動数抽出部10において、最大ピーク周波数f1〜f5から抽出される1次固有振動数の数は3つに限定されるものではない。帯状体1の幅方向における張力分布が複雑である場合、抽出される1次固有振動数の数は多くなる。
In the natural
また、非接触変位計の数(測定点の数)は、5つに限られるものではない。帯状体1の一般的な歪み状態として、帯状体1の幅方向中央部に歪みが発生する状態(いわゆる中伸び)、幅方向端部に歪みが発生する状態(いわゆる耳波)、幅方向端部から全幅の1/4の位置に歪みが発生する状態(いわゆるクウォーターバックル)などがあり、さらに、以上の少なくとも2つの状態が複合的に組み合わされた状態がある。そのため、測定点の数は、少なくとも5つ以上であることが必要である。張力分布及び総張力を高精度に求めるには、測定点の数は多い方が望ましい。
Further, the number of non-contact displacement meters (number of measurement points) is not limited to five. As a general distorted state of the
また、変位量測定装置5の位置は、帯状体1の長手方向中央に限定されるものではない。長手方向中央に1つ配置する代わりに、図5に示すように、帯状体1の長手方向中央に対して対称となる位置に、変位量測定装置5を2つ配置してもよい。1次モードの振動は、帯状体1の長手方向中央を腹として振動しているため、帯状体1の長手方向中央に対して対称な測定点における1次モードの変位量は同位相となる。一方、2次モードを含む偶数次の振動モードの固有振動の変位量は、長手方向中央に対して対称な測定点において逆位相となる。固有振動数抽出部10において、長手方向中央に対して対称な2つの測定点の変位量に基づいて導出された2つの周波数特性から共通の最大ピーク周波数を抽出した際、その周波数における2つの測定点の変位量が逆位相である場合、この周波数を1次固有振動数として抽出しない。このように、2次モードを含む偶数次の固有振動数を除外して固有振動数を抽出するため、1次固有振動数を容易に抽出することができる。
Further, the position of the
また、変位量測定装置5は、帯状体1の長手方向中央に1つ配置し、さらに、長手方向中央に対して対称となる位置に2つ配置してもよい。
Further, one displacement
[第二実施形態]
次に、第二実施形態の張力測定装置について説明する。但し、第一実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the tension measuring device according to the second embodiment will be described. However, about the thing which has the structure similar to 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted suitably.
本実施形態の張力測定装置4は、先の第一実施形態の、変位量測定装置5と、フーリエ変換装置6と、張力演算装置7等に加えて、さらに、張力演算装置帯状体1aを加振する加振装置8(加振手段)を備えている。また、張力演算装置7には、先の第一実施形態の構成に加えて、さらに、面外変形が発生している領域を判別する面外変形判別部16(面外変形領域判別手段)を備えている。
In addition to the
ここで、面外変形とは、帯状体1aの材質、工程の種類、ロールの回転速度等の要因により、帯状体1aが長手方向に圧縮する力を受け、面外方向に押し出されて変形することを指している。そのため、この面外変形領域では応力が解放され張力が作用していない。また、図6に示すように、面外変形領域は、帯状体1aの長手方向に関して急激に変化することがなく、凸状の面外変形部は、帯状体1aの長手方向に関して周期的に生じている。
Here, the out-of-plane deformation means that the band-shaped
図6に示すように、加振装置8は、帯状体1aの下部に配置されており、帯状体1aを面外方向に加振する。加振装置8は、非接触式の加振装置が用いられる。非接触式の加振装置としては、例えば、誘導起電力による加振装置、エアー加振装置、磁力による吸引力を用いた加振装置が挙げられる。
As shown in FIG. 6, the
張力演算装置7は、面外変形判別部16を有する。面外変形判別部16は、測定点31〜35の加振前後の周波数特性を比較することにより、測定点31〜35ごとに面外変形の有無を判定する。これにより、帯状体1aの面外変形領域を判別する。
The
次に、張力測定装置4を用いた張力測定方法について説明する。
Next, a tension measuring method using the
<変位量検出工程、及び、周波数特性導出工程>
まず、加振装置8により帯状体1aを加振する前に、帯状体1aの張力による振動が変位量測定装置5により計測され、フーリエ変換装置6に変位量信号が出力される。フーリエ変換装置6は測定点31〜35の周波数特性を算出し、張力演算装置7に出力する。
<Displacement amount detection step and frequency characteristic derivation step>
First, before the vibrating
この際、張力演算装置7は、図7の張力算出ルーチンを実行しており、測定点31〜35の加振前の周波数特性が記憶部15に記憶される(S20)。
At this time, the
次に、加振装置8により帯状体1aが加振され、帯状体1aの変位量の時間的変化が変位量測定装置5によって計測される。そして、変位量信号がフーリエ変換装置6に出力される。フーリエ変換装置6は測定点31〜35の周波数特性を算出し、張力演算装置7に出力する。
Next, the belt-
そして、張力演算装置7に出力された測定点31〜35の加振後の周波数特性が、記憶部15に記憶される(S21)。
And the frequency characteristic after the vibration of the measurement points 31-35 output to the
<固有振動数抽出工程>
次に、固有振動数抽出部10によって、測定点31〜35の加振前の周波数特性から最大ピーク周波数f21〜f25がそれぞれ抽出される(S22)。
<Natural frequency extraction process>
Next, the natural
ここで、面外変形のある測定点の周波数特性では、特定の周波数において振幅のピーク値を有する。この周波数は、面外変形の凸部がこの測定点を1秒間に通過する回数に相当する。即ち、面外変形のある測定点の周波数特性から抽出された最大ピーク周波数は、帯状体1aの振動によるものではない。
Here, the frequency characteristic of a measurement point with out-of-plane deformation has a peak value of amplitude at a specific frequency. This frequency corresponds to the number of times that the convex portion of the out-of-plane deformation passes this measurement point in one second. That is, the maximum peak frequency extracted from the frequency characteristic of the measurement point with out-of-plane deformation is not due to the vibration of the
<面外変形領域判別工程>
次に、面外変形判別部16によって、面外変形領域判別処理が行われる(S23)。即ち、図8の面外変形領域判別ルーチンが実行されることにより、先ず、測定点31の加振前後の周波数特性が比較され(S40)、最大ピーク周波数f21における振幅が、加振前後で大きくなっているか否かが判定される(S41)。
<Out-of-plane deformation area discrimination process>
Next, an out-of-plane deformation area determination process is performed by the out-of-plane deformation determination unit 16 (S23). That is, by executing the out-of-plane deformation area determination routine of FIG. 8, first, the frequency characteristics of the
面外変形のない領域は、加振されると、加振前より大きい振幅で振動する。図6に示すように、測定点31では面外変形が生じていない。測定点31の加振前の周波数特性から抽出された最大ピーク周波数f21は、帯状体1aの1次固有振動数である。そのため、図9(a)に示すように、測定点31の加振前後の周波数特性を比較すると、この最大ピーク周波数f21における振幅は、加振前よりも加振後の方が大きくなる。
When the region having no out-of-plane deformation is vibrated, it vibrates with a larger amplitude than before the vibration. As shown in FIG. 6, no out-of-plane deformation occurs at the
このように、ある測定点において、最大ピーク周波数における振幅が加振前後で一定以上大きくなっている場合(S41、YES)、この測定点は面外変形なしと判定される(S44)。 Thus, when the amplitude at the maximum peak frequency is greater than or equal to a certain value before and after excitation at a certain measurement point (S41, YES), it is determined that there is no out-of-plane deformation (S44).
一方、面外変形領域は、張力が作用していないため、加振された直後であっても、ほとんど振動しない。図6に示すように、測定点35では面外変形が生じている。測定点35の周波数特性から抽出された最大ピーク周波数f25は、前述した通り、帯状体1aの振動によるものではなく、面外変形に起因するものである。そのため、図9(b)に示すように、測定点35の加振前後の周波数特性を比較すると、この最大ピーク周波数f25における振幅は、加振前後でほとんど変化しない。
On the other hand, since the tension is not applied to the out-of-plane deformation region, it hardly vibrates even immediately after being excited. As shown in FIG. 6, out-of-plane deformation occurs at the
このように、ある測定点において、最大ピーク周波数における振幅が加振前後で大きくなっていない場合(S41、NO)、加振前の周波数特性において、最大ピーク周波数における振幅と、他の周波数における振幅が比較される。そして、最大ピーク周波数における振幅の20%よりも大きい振幅が存在するか否かが判定される(S42)。 Thus, when the amplitude at the maximum peak frequency is not large before and after excitation at a certain measurement point (NO in S41), the amplitude at the maximum peak frequency and the amplitude at other frequencies in the frequency characteristics before excitation. Are compared. Then, it is determined whether or not there is an amplitude greater than 20% of the amplitude at the maximum peak frequency (S42).
面外変形領域では、張力が作用していないため、その周波数特性において、面外変形に起因する振幅のピーク値を有するが、振動による振幅のピーク値は存在しないはずである。従って、最大ピーク周波数の振幅と他の周波数領域の振幅を比較することにより、面外変形領域を判別する精度を向上させることができる。 In the out-of-plane deformation region, no tension is applied, so the frequency characteristic has an amplitude peak value due to out-of-plane deformation, but there should be no amplitude peak value due to vibration. Therefore, the accuracy of discriminating the out-of-plane deformation region can be improved by comparing the amplitude of the maximum peak frequency with the amplitude of another frequency region.
最大ピーク周波数における振幅の20%よりも大きい振幅が存在する場合(S42、YES)、この測定点は面外変形なしと判定される(S44)。 When an amplitude larger than 20% of the amplitude at the maximum peak frequency exists (S42, YES), it is determined that this measurement point has no out-of-plane deformation (S44).
一方、図8(b)に示すように、最大ピーク周波数における振幅の20%よりも大きい振幅が存在しない場合(S42、NO)、この測定点は面外変形ありと判定される(S43)。そして、全ての測定点について判定されたか否かが判定される(S45)。全ての測定点について判定がされていない場合(S45、NO)、残りの測定点についてS40が再実行される。一方、全ての測定点について判定がされた場合(S45、YES)、次のステップに移る。 On the other hand, as shown in FIG. 8B, when there is no amplitude larger than 20% of the amplitude at the maximum peak frequency (S42, NO), it is determined that the measurement point has out-of-plane deformation (S43). Then, it is determined whether or not determination has been made for all measurement points (S45). If determination has not been made for all measurement points (S45, NO), S40 is re-executed for the remaining measurement points. On the other hand, if determination is made for all measurement points (S45, YES), the process proceeds to the next step.
以上のように、面外変形の有無を測定点ごとに判定することにより、面外変形のある領域と面外変形のない領域を判別する。そして、面外変形なしと判定された測定点における最大ピーク周波数の中から、複数の1次固有振動数が抽出される(S24)。本実施形態では、3つの固有振動数f11、12、13が抽出されたものとする。 As described above, the presence / absence of out-of-plane deformation is determined for each measurement point, thereby discriminating a region having out-of-plane deformation and a region having no out-of-plane deformation. Then, a plurality of primary natural frequencies are extracted from the maximum peak frequency at the measurement point determined as having no out-of-plane deformation (S24). In the present embodiment, it is assumed that three natural frequencies f11, 12, and 13 are extracted.
なお、ロールが回転する際の振動等の設備の振動によって、帯状体1a全体が面外方向に振動する場合がある。この場合、全ての測定点の周波数特性において、同じ周波数で振幅のピークが現れる。この周波数の振幅は加振前後で大きくならない。しかし、面外変形の場合、一部の測定点の周波数特性においてのみ振幅のピークが現れる。そのため、設備の振動と面外変形とを区別することができる。そして、周波数特性から最大ピーク周波数を抽出する際には、この設備の振動に起因する周波数を抽出しないようにする。
Note that the entire belt-
<振動モード導出工程>
次に、振動モード導出部11によって、面外変形領域以外の測定点31〜33の周波数特性を基にして、1次固有振動数f11〜f13ごとに振動モード形状が導出される(S25)。面外変形のある帯状体1aの幅方向領域をδとすると、振動モード形状は、帯状体1の全幅Wから面外変形領域δの範囲を除いた領域について導出される。
<Vibration mode derivation process>
Next, the vibration
この振動モード形状の振幅をモードごとに正規化し(S26)、正規化振動モード形状を求める。 The amplitude of the vibration mode shape is normalized for each mode (S26), and a normalized vibration mode shape is obtained.
<有効幅設定工程>
有効幅設定部12(有効幅設定手段)によって、モード1〜3において共通の有効幅設定ラインRが設定される(S27)。そして、この有効幅設定ラインRと、モード1〜3の正規化振動モード形状に基づいて、モード1〜3ごとに、D1〜D3が求められる(S28)。
<Effective width setting process>
The effective width setting unit 12 (effective width setting means) sets a common effective width setting line R in
そして、ΣDi=W−δが成立するか否かが判定される(S29)。即ち、D1〜D3を足し合わせた値が、帯状体1aの全幅Wから面外変形領域δを引いた値と同じであるか否かが判定される。この帯状体1aの全幅Wから面外変形領域δを引いた値を、帯状体1aの振動幅dとする。
Then, it is determined whether or not ΣDi = W−δ is satisfied (S29). That is, it is determined whether or not the value obtained by adding D1 to D3 is the same as the value obtained by subtracting the out-of-plane deformation region δ from the full width W of the
D1〜D3の総和が、振動幅dと同じでない場合には(S29、NO)、有効幅設定ラインRを調整し(S30)、この有効幅設定ラインRを用いてS30が再実行される。 When the sum total of D1 to D3 is not the same as the vibration width d (S29, NO), the effective width setting line R is adjusted (S30), and S30 is re-executed using the effective width setting line R.
一方、D1〜D3の総和が、振動幅dと同じである場合には(S29、YES)、このD1〜D3が、有効幅と決定され、次のステップに移る。 On the other hand, when the sum total of D1 to D3 is the same as the vibration width d (S29, YES), these D1 to D3 are determined to be effective widths, and the process proceeds to the next step.
<張力成分演算工程>
張力成分演算部13によって、1次固有振動数f11〜f13が前述した(1)式に代入され、モード1〜3の張力成分T1〜T3が算出される(S31)。この張力成分T1〜T3、モード1〜3の正規化振動モード形状、及び、有効幅D1〜D3に基づいて、帯状体1aの面外変形のない領域における張力分布を把握することができる。一方、面外変形領域には張力が作用していないことは既に把握されている。従って、面外変形領域を除外して導出された各モード1〜3の正規化振動モード形状と、有効幅D1〜D3と、張力成分T1〜T3に基づいて、帯状体1aの幅方向の張力分布を把握することができる。
<Tension component calculation process>
The tension
<総張力演算工程>
次に、総張力演算部14によって、帯状体1aの総張力Ttが算出される(S32)。面外変形領域には張力が作用していないため、帯状体1aに付与される総張力Ttは、帯状体1aの面外変形のない領域の総張力に等しい。具体的な算出方法は、まず、モード1〜3の張力成分T1〜T3に、それぞれ振動幅dに対する有効幅D1〜D3の割合を掛ける。そして、モード1〜3ごとに算出されたこの値を全モードについて足し合わせることにより、帯状体1aの総張力を算出する。即ち、帯状体1aの総張力Ttは(3)式で表される。
<Total tension calculation process>
Next, the
Tt=Σ(Ti×Di/d)
=Σ{Ti×Di/(W−δ)}・・・・(3)
Tt = Σ (Ti × Di / d)
= Σ {Ti × Di / (W−δ)} (3)
なお、上述の面外変形判別部16において、最大ピーク周波数における振幅の20%よりも大きい振幅が存在するか否かを判定しているが、判定基準となる振幅の割合は20%に限られるものではない。
The out-of-plane
また、面外変形判定手段は、上述の構成に限定されない。例えば、帯状体1aに光を照射し、帯状体1aの表面に生じた陰影をカメラで撮影する。そして、取得された画像データに画像処理を行うことにより、面外変形領域を判別してもよい。
Further, the out-of-plane deformation determination means is not limited to the above-described configuration. For example, the
1、1a 帯状体
2、3 ロール
4 張力測定装置
5 変位量測定装置(変位量検出手段)
6 フーリエ変換装置(周波数特性導出部)
7 張力演算装置
8 加振装置
10 固有振動数抽出部(固有振動数抽出手段)
11 振動モード導出部(振動モード導出手段)
12 有効幅設定部(有効幅設定手段)
13 張力成分演算部(張力分布演算手段)
14 総張力演算部(総張力演算手段)
16 面外変形判別部(面外変形領域判別手段)
31、32、33、34、35 測定点
1,
6 Fourier transform device (frequency characteristic deriving unit)
7
11 Vibration mode deriving section (vibration mode deriving means)
12 Effective width setting section (effective width setting means)
13 Tension component calculation unit (tension distribution calculation means)
14 Total tension calculator (total tension calculator)
16 Out-of-plane deformation discriminating section (out-of-plane deformation area discriminating means)
31, 32, 33, 34, 35 Measuring points
Claims (7)
前記帯状体の幅方向に並んだ複数の測定点において、前記帯状体の面外方向の変位量を検出する非接触式の変位量検出手段と、
前記複数の測定点で検出された前記変位量に関する信号に基づいて、前記複数の測定点ごとに周波数特性を導出する周波数特性導出手段と、
前記周波数特性導出手段で導出された複数の周波数特性に基づいて、複数の1次固有振動数を抽出する固有振動数抽出手段と、
前記複数の1次固有振動数にそれぞれ対応する複数の振動モードの振動モード形状を導出し、さらに、これら複数の振動モード形状の振幅を正規化する振動モード導出手段と、
前記正規化された複数の振動モード形状のそれぞれについて抽出された、全ての振動モードに関して共通の所定振幅ラインよりも振幅が大きくなる区間の幅方向長さであって、全ての振動モードについて足し合わされた値が、前記帯状体の全幅に等しくなるような幅方向長さを、前記複数の振動モードの有効幅と設定する有効幅設定手段と、
各振動モードの1次固有振動数を基にして、その振動モードに対応する張力成分を算出する張力成分演算手段と、
各振動モードの前記張力成分に、前記帯状体の全幅に対する各振動モードの前記有効幅の割合を掛けた値を、全ての振動モードについて足し合わせ、前記帯状体の総張力を求める総張力演算手段と、
を有することを特徴とする張力測定装置。 A tension measuring device that measures a tension state by measuring vibrations of a band supported at two positions in the longitudinal direction,
Non-contact displacement amount detecting means for detecting the displacement amount in the out-of-plane direction of the strip at a plurality of measurement points arranged in the width direction of the strip,
Frequency characteristic deriving means for deriving a frequency characteristic for each of the plurality of measurement points based on a signal relating to the displacement detected at the plurality of measurement points;
Natural frequency extracting means for extracting a plurality of primary natural frequencies based on the plurality of frequency characteristics derived by the frequency characteristic deriving means ;
Vibration mode derivation means for deriving vibration mode shapes of a plurality of vibration modes respectively corresponding to the plurality of primary natural frequencies, and further normalizing amplitudes of the plurality of vibration mode shapes;
The length in the width direction of the section where the amplitude is larger than the predetermined amplitude line common to all vibration modes, extracted for each of the normalized vibration mode shapes, and added for all vibration modes. Effective width setting means for setting the width direction length such that the value becomes equal to the full width of the strip, as the effective width of the plurality of vibration modes,
A tension component calculating means for calculating a tension component corresponding to the vibration mode based on the primary natural frequency of each vibration mode;
Total tension calculation means for adding the value obtained by multiplying the tension component of each vibration mode by the ratio of the effective width of each vibration mode to the total width of the strip for all the vibration modes to obtain the total tension of the strip When,
A tension measuring device comprising:
前記固有振動数抽出手段は、対称に位置する2つの前記測定点でそれぞれ検出された変位量に基づいて、ある固有振動数を抽出したときに、その固有振動数における前記2つの測定点の変位量が互いに逆位相である場合には、1次固有振動数としてその固有振動数を抽出しないことを特徴とする請求項1又は2に記載の張力測定装置。 A plurality of the displacement amount detection means are provided, and the plurality of measurement points of at least two displacement amount detection means are respectively positioned symmetrically with respect to the longitudinal center.
When the natural frequency extraction means extracts a specific natural frequency based on the displacement amounts detected at the two measurement points located symmetrically, the displacement of the two measurement points at the natural frequency is extracted. 3. The tension measuring device according to claim 1, wherein the natural frequency is not extracted as the primary natural frequency when the quantities are in opposite phases to each other.
前記帯状体の幅方向に並んだ複数の測定点において、前記帯状体の面外方向の変位量を検出する非接触式の変位量検出手段と、
前記帯状体の面外変形が発生している領域を判別する面外変形領域判別手段と、
前記複数の測定点で検出された前記変位量に関する信号に基づいて、前記複数の測定点ごとに周波数特性を導出する周波数特性導出手段と、
前記周波数特性導出手段で導出された複数の周波数特性に基づいて、複数の1次固有振動数を抽出する固有振動数抽出手段と、
前記複数の1次固有振動数にそれぞれ対応する複数の振動モードの振動モード形状を導出し、さらに、これら複数の振動モード形状の振幅を正規化する振動モード導出手段と、
前記正規化された複数の振動モード形状のそれぞれについて抽出された、全ての振動モードに関して共通の所定振幅ラインよりも振幅が大きくなる区間の幅方向長さであって、全ての振動モードについて足し合わされた値が、前記帯状体の全幅から前記面外変形領域判別手段により判別された面外変形領域の幅を引いた値に等しくなるような幅方向長さを、前記複数の振動モードの有効幅と設定する有効幅設定手段と、
各振動モードの1次固有振動数を基にして、その振動モードに対応する張力成分を算出する張力成分演算手段と、
各振動モードの前記張力成分に、前記帯状体の全幅から前記面外変形領域の幅を引いた値に対する各振動モードの前記有効幅の割合を掛けた値を、全ての振動モードについて足し合わせ、前記帯状体の総張力を求める総張力演算手段と、
を有することを特徴とする張力測定装置。 A tension measuring device that measures a tension state by measuring vibrations of a band supported at two positions in the longitudinal direction,
Non-contact displacement amount detecting means for detecting the displacement amount in the out-of-plane direction of the strip at a plurality of measurement points arranged in the width direction of the strip,
An out-of-plane deformation area discriminating means for discriminating an area where out-of-plane deformation of the belt-like body occurs;
Frequency characteristic deriving means for deriving a frequency characteristic for each of the plurality of measurement points based on a signal relating to the displacement detected at the plurality of measurement points;
Natural frequency extracting means for extracting a plurality of primary natural frequencies based on the plurality of frequency characteristics derived by the frequency characteristic deriving means ;
Vibration mode derivation means for deriving vibration mode shapes of a plurality of vibration modes respectively corresponding to the plurality of primary natural frequencies, and further normalizing amplitudes of the plurality of vibration mode shapes;
The length in the width direction of the section where the amplitude is larger than the predetermined amplitude line common to all vibration modes, extracted for each of the normalized vibration mode shapes, and added for all vibration modes. The effective width of the plurality of vibration modes is set so that the width direction length is equal to a value obtained by subtracting the width of the out-of-plane deformation area determined by the out-of-plane deformation area determination means from the total width of the belt-like body. Effective width setting means to set,
A tension component calculating means for calculating a tension component corresponding to the vibration mode based on the primary natural frequency of each vibration mode;
A value obtained by multiplying the tension component of each vibration mode by the ratio of the effective width of each vibration mode to the value obtained by subtracting the width of the out-of-plane deformation region from the entire width of the band-like body is added for all vibration modes. A total tension calculating means for obtaining a total tension of the strip,
A tension measuring device comprising:
前記面外変形領域判別手段が、加振前後の周波数特性を比較することにより、面外変形の有無を判別することを特徴とする請求項4に記載の張力測定装置。 A vibration means for vibrating the belt-like body;
5. The tension measuring apparatus according to claim 4, wherein the out-of-plane deformation area discriminating unit discriminates the presence or absence of out-of-plane deformation by comparing frequency characteristics before and after excitation.
前記帯状体の幅方向に並んだ複数の測定点において、前記帯状体の面外方向の変位量を非接触で検出する変位量検出工程と、
前記複数の測定点で検出された前記変位量に関する信号に基づいて、前記複数の測定点ごとに周波数特性を導出する周波数特性導出工程と、
前記周波数特性導出工程で導出された複数の周波数特性に基づいて、複数の1次固有振動数を抽出する固有振動数抽出工程と、
前記複数の1次固有振動数にそれぞれ対応する複数の振動モードの振動モード形状を導出し、さらに、これら複数の振動モード形状の振幅を正規化する振動モード導出工程と、
前記正規化された複数の振動モード形状のそれぞれについて抽出された、全ての振動モードに関して共通の所定振幅ラインよりも振幅が大きくなる区間の幅方向長さであって、全ての振動モードについて足し合わされた値が、前記帯状体の全幅に等しくなるような幅方向長さを、前記複数の振動モードの有効幅と設定する有効幅設定工程と、
各振動モードの1次固有振動数を基にして、その振動モードに対応する張力成分を算出する張力成分演算工程と、
各振動モードの前記張力成分に、前記帯状体の全幅に対する各振動モードの前記有効幅の割合を掛けた値を、全ての振動モードについて足し合わせ、前記帯状体の総張力を求める総張力演算工程と、
を有することを特徴とする張力測定方法。 A tension measurement method for measuring a tension state by measuring the vibration of a band supported at two longitudinal positions,
At a plurality of measurement points arranged in the width direction of the belt-like body, a displacement amount detecting step for detecting the displacement amount in the out-of-plane direction of the belt-like body without contact;
A frequency characteristic deriving step of deriving a frequency characteristic for each of the plurality of measurement points based on a signal relating to the displacement detected at the plurality of measurement points;
A natural frequency extracting step of extracting a plurality of primary natural frequencies based on the plurality of frequency characteristics derived in the frequency characteristic deriving step ;
Deriving vibration mode shapes of a plurality of vibration modes respectively corresponding to the plurality of primary natural frequencies, and further, a vibration mode deriving step of normalizing amplitudes of the plurality of vibration mode shapes;
The length in the width direction of the section where the amplitude is larger than the predetermined amplitude line common to all vibration modes, extracted for each of the normalized vibration mode shapes, and added for all vibration modes. The effective width setting step of setting the width direction length such that the value becomes equal to the entire width of the strip, and the effective width of the plurality of vibration modes,
A tension component calculation step for calculating a tension component corresponding to the vibration mode based on the primary natural frequency of each vibration mode;
A total tension calculation step of adding the value obtained by multiplying the tension component of each vibration mode by the ratio of the effective width of each vibration mode to the total width of the band for all the vibration modes to obtain the total tension of the band When,
A method for measuring tension, comprising:
前記帯状体の幅方向に並んだ複数の測定点において、前記帯状体の面外方向の変位量を非接触で検出する変位量検出工程と、
前記帯状体の面外変形が発生している領域を判別する面外変形領域判別工程と、
前記複数の測定点で検出された前記変位量に関する信号に基づいて、前記複数の測定点ごとに周波数特性を導出する周波数特性導出工程と、
前記周波数特性導出工程で導出された複数の周波数特性に基づいて、複数の1次固有振動数を抽出する固有振動数抽出工程と、
前記複数の1次固有振動数にそれぞれ対応する複数の振動モードの振動モード形状を導出し、さらに、これら複数の振動モード形状の振幅を正規化する振動モード導出工程と、
前記正規化された複数の振動モード形状のそれぞれについて抽出された、全ての振動モードに関して共通の所定振幅ラインよりも振幅が大きくなる区間の幅方向長さであって、全ての振動モードについて足し合わされた値が、前記帯状体の全幅から前記面外変形領域判別工程により判別された面外変形領域の幅を引いた値に等しくなるような幅方向長さを、前記複数の振動モードの有効幅と設定する有効幅設定工程と、
各振動モードの1次固有振動数を基にして、その振動モードに対応する張力成分を算出する張力成分演算工程と、
各振動モードの前記張力成分に、前記帯状体の全幅から前記面外変形領域の幅を引いた値に対する各振動モードの前記有効幅の割合を掛けた値を、全ての振動モードについて足し合わせ、前記帯状体の総張力を求める総張力演算工程と、
を有することを特徴とする張力測定方法。 A tension measurement method for measuring a tension state by measuring the vibration of a band supported at two longitudinal positions,
At a plurality of measurement points arranged in the width direction of the belt-like body, a displacement amount detecting step for detecting the displacement amount in the out-of-plane direction of the belt-like body without contact;
An out-of-plane deformation area determining step of determining an area where out-of-plane deformation of the belt-like body occurs;
A frequency characteristic deriving step of deriving a frequency characteristic for each of the plurality of measurement points based on a signal relating to the displacement detected at the plurality of measurement points;
A natural frequency extracting step of extracting a plurality of primary natural frequencies based on the plurality of frequency characteristics derived in the frequency characteristic deriving step ;
Deriving vibration mode shapes of a plurality of vibration modes respectively corresponding to the plurality of primary natural frequencies, and further, a vibration mode deriving step of normalizing amplitudes of the plurality of vibration mode shapes;
The length in the width direction of the section where the amplitude is larger than the predetermined amplitude line common to all vibration modes, extracted for each of the normalized vibration mode shapes, and added for all vibration modes. The effective width of the plurality of vibration modes is set so that the width direction length is equal to a value obtained by subtracting the width of the out-of-plane deformation region determined by the out-of-plane deformation region determination step from the total width of the strip. Effective width setting process to be set, and
A tension component calculation step for calculating a tension component corresponding to the vibration mode based on the primary natural frequency of each vibration mode;
A value obtained by multiplying the tension component of each vibration mode by the ratio of the effective width of each vibration mode to the value obtained by subtracting the width of the out-of-plane deformation region from the entire width of the band-like body is added for all vibration modes. A total tension calculating step for determining the total tension of the strip,
A method for measuring tension, comprising:
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