JP5415393B2 - Tension measuring method and tension measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、銅板等の帯状体の張力状態を把握することのできる張力測定方法及び張力測定装置に関するものである。   The present invention relates to a tension measuring method and a tension measuring apparatus capable of grasping the tension state of a belt-like body such as a copper plate.

一般に、鋼板等の帯状体が通板される際には、走行経路上の前後に帯状体を支持するロールが配置される。ロールは、帯状体に張力を印加しながら長手方向に送り出すことで帯状体の通板が行われる。ところで、帯状体は、例えば、中伸び、片伸び、及び、耳波等の帯状体の幅方向に歪みを有する場合がある。このような歪みを有する帯状体は張力が印加されながら通板されるため、歪みが見かけ上平坦な形状となる場合がある。このように潜在化した帯状体の歪みを検出するものとして、帯状体の幅方向の歪みを張力分布として計測する方法が知られている。   In general, when a belt-like body such as a steel plate is passed, rolls that support the belt-like body are arranged on the front and back of the travel route. The roll is fed through in the longitudinal direction while applying a tension to the strip, thereby passing the strip. By the way, a strip | belt-shaped body may have distortion in the width direction of strip | belt-shaped bodies, such as middle stretch, a half stretch, and an ear wave, for example. Since the belt-like body having such a strain is passed through while a tension is applied, the strain may have an apparently flat shape. As a method for detecting the latent distortion of the belt-like body, a method of measuring the strain in the width direction of the belt-like body as a tension distribution is known.

また、特許文献1には、帯板を加振し、板幅方向の複数の測定位置における1次共振モードと2次共振モードとを計測し、予め区分しておいた張力分布パターンの何れかに分類し、その張力分布パターンに従って別途計測した総張力を板幅方向の各位置に割り振ることで張力分布を測定する方法が開示されている。   Further, in Patent Document 1, any one of the tension distribution patterns that are preliminarily classified by vibrating the strip and measuring the primary resonance mode and the secondary resonance mode at a plurality of measurement positions in the plate width direction. And a method for measuring the tension distribution by allocating the total tension separately measured according to the tension distribution pattern to each position in the plate width direction is disclosed.

また、特許文献2には、帯状体の幅方向の振動モードを測定し、振動モード周波数と振動モードの正規化振幅値から張力分布を測定する方法が開示されている。   Patent Document 2 discloses a method of measuring the vibration mode in the width direction of the belt and measuring the tension distribution from the vibration mode frequency and the normalized amplitude value of the vibration mode.

特開平6−43051号公報JP-A-6-43051 特開平7−218358号公報JP 7-218358 A

しかしながら、特許文献1・2に開示された方法は、過去の張力測定データに基づいて、帯状体の張力を推定するものであり、実際の張力との誤差が生じ、張力分布の測定精度が低下するという問題がある。   However, the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 estimate the tension of the belt-like body based on past tension measurement data, resulting in an error from the actual tension and lowering the measurement accuracy of the tension distribution. There is a problem of doing.

そこで、本発明の目的は、簡易な物理モデルを用いて帯状体の張力分布を高精度に求めることができる張力測定方法及び張力測定装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a tension measuring method and a tension measuring apparatus capable of obtaining the tension distribution of a strip with high accuracy using a simple physical model.

上記の課題を解決するために、本発明は、荷重が付加された帯状体の幅方向に並ぶ複数の測定点における変位特性を測定する張力測定方法であって、前記帯状体について、前記測定点に対応する節点と該節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化するモデル化工程と、前記変位特性に基づく前記測定点の変位量の分布と前記節点の変位量の分布とが一致するような前記ばねのばね定数を算出するばね定数算出工程と、前記ばね定数に基づいて張力を算出する張力算出工程とを有している。   In order to solve the above-described problem, the present invention provides a tension measurement method for measuring displacement characteristics at a plurality of measurement points arranged in the width direction of a strip-like body to which a load is applied. A modeling step for modeling into a two-dimensional multi-mass point system model having a node corresponding to the node and a spring that is coupled to the node and simulates a tension acting on the node, and a displacement amount of the measurement point based on the displacement characteristics And a spring constant calculating step for calculating a spring constant of the spring such that the distribution of the displacement amount of the node coincides, and a tension calculating step for calculating a tension based on the spring constant.

また、本発明は、荷重が付加された帯状体の幅方向に並ぶ複数の測定点における変位特性を測定する張力測定装置であって、前記帯状体について、前記測定点に対応する節点と該節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化するモデル化手段と、前記変位特性に基づく前記測定点の変位量の分布と前記節点の変位量の分布とが一致するような前記ばねのばね定数を算出するばね定数算出手段と、前記ばね定数に基づいて張力を算出する張力算出手段とを有している。   The present invention also relates to a tension measuring device for measuring displacement characteristics at a plurality of measurement points arranged in the width direction of a band-like body to which a load is applied, the node corresponding to the measurement point and the node for the band-like body. A modeling means for modeling into a two-dimensional multi-mass system model having a spring simulating the tension acting on the node, and a displacement distribution of the measurement point based on the displacement characteristic and the displacement of the node Spring constant calculating means for calculating the spring constant of the spring such that the quantity distribution matches, and tension calculating means for calculating the tension based on the spring constant.

上記構成によれば、張力の変化が近似的に剛性の変化に置き換えられるとして、帯状体について、測定点に対応する節点とこの節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化している。そして、帯状体の変位の分布と多質点系モデルの節点の変位量とが一致するようなばねのばね定数から張力を算出している。   According to the above configuration, assuming that the change in tension is approximately replaced by the change in rigidity, the belt-like body has a node corresponding to the measurement point and a spring that is joined to the node and simulates the tension acting on the node. Modeled into a two-dimensional multi-mass system model. Then, the tension is calculated from the spring constant of the spring so that the distribution of the displacement of the belt-like body and the displacement amount of the nodes of the multi-mass point system model coincide.

これにより、帯状体の張力分布を、帯状体と物理的に近似する2次元の多質点系モデルによって算出することができる。この結果、幅方向に複雑な張力分布を有する場合であっても、簡易な物理モデルを用いて測定点に分布する張力の夫々について高精度に算出することができる。従って、各張力を足し合わせることで得られる総張力についても高精度に算出することができる。   Thereby, the tension distribution of the strip can be calculated by a two-dimensional multi-mass point system model that physically approximates the strip. As a result, even if it has a complicated tension distribution in the width direction, it is possible to calculate each of the tensions distributed at the measurement points with high accuracy using a simple physical model. Therefore, the total tension obtained by adding the tensions can be calculated with high accuracy.

また、本発明は、荷重が付加された帯状体の幅方向に並ぶ複数の測定点における変位特性を計測する張力測定方法であって、前記帯状体について、前記測定点に対応する節点と該節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化するモデル化工程と、前記多質点系モデルにおける固有値及び固有ベクトルを解析する固有値解析工程と、前記変位特性に基づく固有振動数及び振動モードベクトルと固有値及び固有ベクトルとが夫々一致するような前記ばねのばね定数を算出するばね定数算出工程と、前記ばね定数に基づいて張力を算出する張力算出工程とを有している。   The present invention also relates to a tension measurement method for measuring displacement characteristics at a plurality of measurement points arranged in the width direction of a band-like body to which a load is applied, the node corresponding to the measurement point and the node for the band-like body. A modeling step of modeling into a two-dimensional multi-mass system model having a spring simulating the tension acting on the node and bonded to the eigenvalue, an eigenvalue analysis step of analyzing eigenvalues and eigenvectors in the multi-mass system model, A spring constant calculating step of calculating a spring constant of the spring such that the natural frequency and vibration mode vector based on the displacement characteristic and the natural value and the natural vector respectively match, and a tension calculating step of calculating a tension based on the spring constant have.

また、本発明は、荷重が付加された帯状体の幅方向に並ぶ複数の測定点における変位特性を計測する張力測定装置であって、前記帯状体について、前記測定点に対応する節点と該節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化するモデル化手段と、前記多質点系モデルにおける固有値及び固有ベクトルを解析する固有値解析手段と、前記変位特性に基づく固有振動数及び振動モードベクトルと固有値及び固有ベクトルとが夫々一致するような前記ばねのばね定数を算出するばね定数算出手段と、前記ばね定数に基づいて張力を算出する張力算出手段とを有している。   The present invention also relates to a tension measuring device for measuring displacement characteristics at a plurality of measurement points arranged in the width direction of a band-like body to which a load is applied, the node corresponding to the measurement point and the node for the band-like body. Modeling means for modeling into a two-dimensional multi-mass system model having a spring simulating the tension acting on the nodal point, and eigenvalue analysis means for analyzing eigenvalues and eigenvectors in the multi-mass system model, A spring constant calculating means for calculating the spring constant of the spring such that the natural frequency and vibration mode vector based on the displacement characteristics and the natural value and the natural vector coincide with each other; and a tension calculating means for calculating the tension based on the spring constant; have.

上記構成によれば、張力の変化が近似的に剛性の変化に置き換えられるとして、帯状体について、測定点に対応する節点とこの節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化している。そして、固有振動数及び振動モードベクトルの分布と固有値及び固有ベクトルとが一致するようなばねのばね定数から張力を算出している。   According to the above configuration, assuming that the change in tension is approximately replaced by the change in rigidity, the belt-like body has a node corresponding to the measurement point and a spring that is joined to the node and simulates the tension acting on the node. Modeled into a two-dimensional multi-mass system model. Then, the tension is calculated from the spring constant of the spring so that the distribution of the natural frequency and the vibration mode vector coincides with the natural value and the natural vector.

これにより、帯状体の張力分布を、帯状体と物理的に近似する2次元の多質点系モデルを用いて算出することができる。この結果、幅方向に複雑な張力分布を有する場合であっても、簡易な物理モデルを用いて測定点に分布する張力の夫々について高精度に算出することができる。従って、各張力を足し合わせることで得られる総張力についても高精度に算出することができる。   Thereby, the tension distribution of the belt-like body can be calculated using a two-dimensional multi-mass point system model that physically approximates the belt-like body. As a result, even if it has a complicated tension distribution in the width direction, it is possible to calculate each of the tensions distributed at the measurement points with high accuracy using a simple physical model. Therefore, the total tension obtained by adding the tensions can be calculated with high accuracy.

また、本発明の張力測定方法においては、前記ばね定数算出工程において、最小二乗法により前記ばねのばね定数を算出してよい。   In the tension measuring method of the present invention, the spring constant of the spring may be calculated by a least square method in the spring constant calculating step.

また、本発明の張力測定装置において、前記ばね定数算出手段は、最小二乗法により前記ばねのばね定数を算出してよい。   In the tension measuring device of the present invention, the spring constant calculating means may calculate the spring constant of the spring by a least square method.

上記構成によれば、最小二乗法を用いることで、繰り返し計算における収束性の問題や初期値による計算結果のばらつきを発生させることなく、ばねのばね定数を算出することができる。この結果、幅方向に複雑な張力分布を有する場合であっても、簡易な物理モデルを用いて測定点に分布する張力の夫々について高精度に算出することができる。   According to the above configuration, by using the least square method, the spring constant of the spring can be calculated without causing a problem of convergence in the iterative calculation and a variation in the calculation result due to the initial value. As a result, even if it has a complicated tension distribution in the width direction, it is possible to calculate each of the tensions distributed at the measurement points with high accuracy using a simple physical model.

帯状体に簡易な物理モデルを適用し、帯状体の張力分布を高精度に求めることができる。   By applying a simple physical model to the band, the tension distribution of the band can be obtained with high accuracy.

第1実施形態の張力測定装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the tension measuring apparatus of 1st Embodiment. 多質点系モデルを示す概略図である。It is the schematic which shows a multi-mass point system model. 第1実施形態の張力測定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the tension | tensile_strength measuring method of 1st Embodiment. 第2実施形態の張力測定装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the tension measuring apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態の張力測定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the tension | tensile_strength measuring method of 2nd Embodiment. 多質点系モデルの変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of a multi-mass point system model. 第3実施形態の張力測定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the tension | tensile_strength measuring method of 3rd Embodiment. 張力分布同定結果を示すグラフである。It is a graph which shows a tension distribution identification result.

(第1実施形態)
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る張力測定方法を実現するための張力測定装置4を示す概略図である。本実施形態の張力測定装置4は、銅板、アルミ板、鋼板等の帯状体1の製造ラインに適用される。図1に示すように、帯状体1は、走行方向(長手方向)の前後(2点)の位置に配設された2つのロール2・3によって支持されている。この2つのロール2・3は、図示しない制御装置により回転速度が制御され、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。以下、2つのロール2・3間に位置する部分を帯状体1として説明する。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a tension measuring device 4 for realizing a tension measuring method according to an embodiment of the present invention. The tension measuring device 4 of the present embodiment is applied to a production line for the strip 1 such as a copper plate, an aluminum plate, or a steel plate. As shown in FIG. 1, the band 1 is supported by two rolls 2 and 3 disposed at front and rear (two points) in the traveling direction (longitudinal direction). The rotational speed of the two rolls 2 and 3 is controlled by a control device (not shown), and the belt-like body 1 is fed out while applying a predetermined tension to the belt-like body 1. Hereinafter, the part located between the two rolls 2 and 3 will be described as the band 1.

このような帯状体1を測定する張力測定装置4は、荷重付加装置8と、変位特性計測装置5と、演算装置7とを有している。   The tension measuring device 4 for measuring such a band 1 includes a load applying device 8, a displacement characteristic measuring device 5, and an arithmetic device 7.

(荷重付加装置8)
図1に示すように、荷重付加装置8は、帯状体1の上方に配設されている。荷重付加装置8は、帯状体1に対して面外方向への振動を付加する機能を有している。荷重付加装置8は、帯状体1に対して平行に移動可能にされている。これにより、適宜測定条件を変えることができ、例えば、帯状体1を所望の振動モードに励起することができる。本実施形態では、荷重付加装置8は、空気を帯状体1に噴射することで、帯状体1を加振させる加振装置であるが、これに限定されない。例えば、水及び油等の流体を帯状体1に噴射する加振装置や、磁力、静電力、電磁誘導による渦電流、及び、音波等によって帯状体1を加振する加振装置等であってもよい。また、荷重付加装置8は非接触式のものが好ましいが、これに限定されない。例えば、荷重付加装置8は、帯状体上の一点を打撃する装置や支持ロールを加振するような装置であってもよい。
(Loading device 8)
As shown in FIG. 1, the load applying device 8 is disposed above the strip 1. The load applying device 8 has a function of applying vibration in the out-of-plane direction to the strip 1. The load applying device 8 is movable in parallel to the strip 1. Thereby, measurement conditions can be changed as appropriate, and for example, the band 1 can be excited to a desired vibration mode. In the present embodiment, the load application device 8 is a vibration device that vibrates the belt-like body 1 by injecting air onto the belt-like body 1, but is not limited thereto. For example, a vibration device that injects fluid such as water and oil onto the belt 1, a vibration device that vibrates the belt 1 with magnetic force, electrostatic force, eddy current due to electromagnetic induction, sound waves, and the like. Also good. Further, the load applying device 8 is preferably a non-contact type, but is not limited thereto. For example, the load applying device 8 may be a device that strikes a point on the belt or a device that vibrates a support roll.

(変位特性計測装置5)
変位特性計測装置5は、上記のように荷重付加装置8によって面外方向に荷重が付加された帯状体1について、幅方向に並ぶ複数の測定点30における変位特性を測定する。変位特性計測装置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、変位特性計測装置5は、帯状体1の幅方向に並んだ5つの非接触変位計5a・5b・5c・5d・5eを有している。非接触変位計5a〜5eは、対向する帯状体1について5つの測定点30(測定点30a・30b・30c・30d・30e)における振動の変位量を計測する。尚、非接触変位計5a〜5eとしては、光反射式のレーザ変位計や過電流式変位計等を挙げることができる。非接触変位計5a〜5eは、帯状体1の幅方向へ端から端まで等間隔で並んでいる。変位特性計測装置5は、演算装置7にデータ通信可能に接続されている。即ち、変位特性計測装置5は、帯状体1の幅方向に並ぶ複数の測定点30a〜30eにおいて、面外方向への振動がどの程度の変位を有しているかを計測する。尚、本実施形態では、5つの非接触変位計を配設した例を示しているが、非接触変位計は5つでなくても良い。
(Displacement characteristic measuring device 5)
The displacement characteristic measuring device 5 measures the displacement characteristics at the plurality of measurement points 30 arranged in the width direction with respect to the belt-like body 1 to which the load is applied in the out-of-plane direction by the load applying device 8 as described above. The displacement characteristic measuring device 5 is disposed so as to face the upper surface of the central portion in the longitudinal direction of the strip 1. Further, the displacement characteristic measuring device 5 has five non-contact displacement meters 5 a, 5 b, 5 c, 5 d, and 5 e arranged in the width direction of the strip 1. The non-contact displacement gauges 5a to 5e measure the displacement amount of vibration at the five measurement points 30 (measurement points 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e) with respect to the opposed strip 1. Examples of the non-contact displacement meters 5a to 5e include a light reflection type laser displacement meter and an overcurrent displacement meter. The non-contact displacement meters 5 a to 5 e are arranged at equal intervals from end to end in the width direction of the band 1. The displacement characteristic measuring device 5 is connected to the arithmetic device 7 so that data communication is possible. That is, the displacement characteristic measuring apparatus 5 measures how much the vibration in the out-of-plane direction has at the plurality of measurement points 30 a to 30 e arranged in the width direction of the strip 1. In the present embodiment, an example in which five non-contact displacement meters are provided is shown, but the number of non-contact displacement meters may not be five.

本実施形態では、変位特性とは、帯状体1の各測定点30における振動の変位量を示すがこれに限定されず、例えば、変位特性計測装置5によって計測される各測定点30における速度や加速度等であってもよい。また、帯状体1が荷重が付加されることにより静的な変位を有している場合は、変位特性とは、各測定点30における静的な変位を示すものであってもよい。   In the present embodiment, the displacement characteristic indicates the amount of vibration displacement at each measurement point 30 of the strip 1, but is not limited thereto. For example, the velocity at each measurement point 30 measured by the displacement characteristic measurement device 5 It may be acceleration or the like. Further, when the strip 1 has a static displacement by applying a load, the displacement characteristics may indicate a static displacement at each measurement point 30.

また、変位特性計測装置5は、非接触変位計5a〜5eが計測した振動の変位特性に応じた信号を各測定点30a〜30eに対応付けて演算装置7へ出力するようになっている。尚、測定点は、計測する振動モードの次数以上について計測することが好ましい。例えば、1次〜4次までの振動モードを計測する場合は、測定点を4点以上配置することが好ましい。   Further, the displacement characteristic measuring device 5 outputs signals corresponding to the vibration displacement characteristics measured by the non-contact displacement meters 5a to 5e to the arithmetic device 7 in association with the respective measurement points 30a to 30e. Note that the measurement points are preferably measured for the order of the vibration mode to be measured. For example, when measuring vibration modes from the first to the fourth order, it is preferable to arrange four or more measurement points.

尚、本実施形態において、非接触変位計は、測定点と同じ数(5つ)を配設するものであるがこれに限定されない。例えば、固定された1つの固定非接触変位計と、帯状体の幅方向に移動可能な1つの移動非接触変位計とを有する構成であっても良い。これにより、2を超える測定点であっても、固定非接触変位計の変位量を基準として1つの測定点に固定し、他の測定点については移動非接触変位計を移動させて他の複数の測定点の変位量を測定し基準となる変位量に対する相対的な各測定点の変位量を計算することで振動モードを計測することができる。   In the present embodiment, the same number (five) of non-contact displacement meters as the measurement points are arranged, but the present invention is not limited to this. For example, the structure which has one fixed non-contact displacement meter fixed and one movement non-contact displacement meter which can move to the width direction of a strip | belt-shaped body may be sufficient. As a result, even if there are more than two measurement points, the displacement amount of the fixed non-contact displacement meter is fixed to one measurement point, and the movement non-contact displacement meter is moved for the other measurement points. The vibration mode can be measured by measuring the displacement amount of each measurement point and calculating the displacement amount of each measurement point relative to the reference displacement amount.

(演算装置7)
演算装置7は、振動特性算出部11と、モデル化部12と、固有値解析部13と、ばね定数算出部14と、張力算出部15と、一時記憶部16とを有している。演算装置7は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータの様に、CPU(Central Processing Unit)と、CPUが実行するプログラム及びこれらプログラムに使用されるデータを書き替え可能に記憶する記憶装置と、プログラム実行時にデータを一時的に記憶する例えばRAM(Random Access Memory)のような一時記憶装置とを含んでいるものならば何でもよい。演算装置7が有する上記の各機能部11〜16は、これらハードウェアと記憶装置内のソフトウェアとが協働して構築されている。例えば、ソフトウェアには、測定した変位量から固有振動数及び振動モードベクトルを解析するようなプログラムが含まれる。尚、演算装置7は、単体で形成されるものに限定されず、上記の各機能部11〜16が有する機能が上述のハードウェア及び記憶装置内のソフトウェアを夫々有する複数の装置に分散されるものであってもよい。
(Calculation device 7)
The arithmetic device 7 includes a vibration characteristic calculation unit 11, a modeling unit 12, an eigenvalue analysis unit 13, a spring constant calculation unit 14, a tension calculation unit 15, and a temporary storage unit 16. The arithmetic unit 7 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a program executed by the CPU, a storage device that stores data used for these programs in a rewritable manner, and a program execution, like a general personal computer Any device may be used as long as it includes a temporary storage device such as a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores data. The functional units 11 to 16 included in the arithmetic device 7 are constructed by cooperation of these hardware and software in the storage device. For example, the software includes a program that analyzes the natural frequency and the vibration mode vector from the measured displacement. The arithmetic unit 7 is not limited to a single unit, and the functions of the functional units 11 to 16 are distributed to a plurality of devices each having the hardware and software in the storage device. It may be a thing.

(一時記憶部16)
一時記憶部16は、上記の機能部11〜15が使用する一時的なデータを記憶する。例えば、一時記憶部16には、変位特性計測装置5から出力される変位特性を示す信号が、各測定点30a〜30eに対応付けて記憶される。また、一時記憶部16には、帯状体1のヤング率、帯状体1の断面二次モーメント、ロール2とロール3間との間の距離(以下、ロール間距離と称す)、隣り合う測定点30a〜30e間の長さ(以下、リンク長と称す)、帯状体1の密度、帯状体1の長手方向に直交する断面の断面積(以下、帯状体断面積と称す)等が予め記憶されている。
(Temporary storage unit 16)
The temporary storage unit 16 stores temporary data used by the functional units 11 to 15. For example, the temporary storage unit 16 stores a signal indicating the displacement characteristic output from the displacement characteristic measuring device 5 in association with each of the measurement points 30a to 30e. In addition, the temporary storage unit 16 includes the Young's modulus of the strip 1, the cross-sectional secondary moment of the strip 1, the distance between the rolls 2 and 3 (hereinafter referred to as the inter-roll distance), and adjacent measurement points. The length between 30a to 30e (hereinafter referred to as the link length), the density of the strip 1 and the cross sectional area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the strip 1 (hereinafter referred to as the strip cross section) are stored in advance. ing.

(振動特性算出部11)
振動特性算出部11は、変位特性計測装置5からの変位特性に基づいて、固有振動数及び振動モードベクトルを解析する。ここで、固有振動数とは、各振動モードの振動数である。また、振動モードベクトルとは、各振動モードの形状を示すベクトル量である。振動特性算出部11は、一時記憶部16に記憶された変位特性に基づいて高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT)等を行い、その結果をモード分離することで固有振動数(固有角振動数)、及び、振動モードベクトルを夫々算出する。
(Vibration characteristic calculation unit 11)
The vibration characteristic calculation unit 11 analyzes the natural frequency and the vibration mode vector based on the displacement characteristic from the displacement characteristic measuring device 5. Here, the natural frequency is a frequency of each vibration mode. The vibration mode vector is a vector amount indicating the shape of each vibration mode. The vibration characteristic calculation unit 11 performs a fast Fourier transform (FFT) or the like based on the displacement characteristic stored in the temporary storage unit 16, and mode-separates the result to perform natural frequency (natural angular frequency). ) And the vibration mode vector, respectively.

(モデル化部12)
モデル化部12は、荷重付加装置8により振動が付加された状態の帯状体1について、測定点30に対応する節点と該節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化する。本実施形態では、モデル化部12は、図2に示すような多質点系モデル40にモデル化する。
(Modeling unit 12)
The modeling unit 12 has a node corresponding to the measurement point 30 and a spring that simulates the tension acting on the node, which is joined to the node, with respect to the band 1 in a state where vibration is applied by the load applying device 8. Model into a multi-dimensional multi-point system model. In the present embodiment, the modeling unit 12 models a multi-mass point system model 40 as shown in FIG.

ここで、帯状体1をモデル化した多質点系モデル40の各構成について図2を参照して説明する。多質点系モデル40は、帯状体1の幅方向と、測定点30の振動方向との2次元のモデルに簡略化したものである。図2に示すように、多質点系モデル40は、節点41(節点41a・41b・41c・41d・41e)と、連結部材42と、分布ばね43(分布ばね43a・43b・43c・43d・43e)と、回転ばね44と、固定面45とを有している。   Here, each configuration of the multi-mass point system model 40 obtained by modeling the band 1 will be described with reference to FIG. The multi-mass point system model 40 is simplified to a two-dimensional model of the width direction of the strip 1 and the vibration direction of the measurement point 30. As shown in FIG. 2, the multi-mass point system model 40 includes a node 41 (nodes 41a, 41b, 41c, 41d, and 41e), a connecting member 42, and a distributed spring 43 (distributed springs 43a, 43b, 43c, 43d, and 43e). ), A rotation spring 44, and a fixed surface 45.

固定面45は、延在する方向が、帯状体1の幅方向と一致するように配設されている。節点41は、測定点30に対応して分布されている。即ち、帯状体1の幅方向へ等間隔に分布する測定点30a〜30eと同様に、節点41が幅方向へ等間隔に分布されている。具体的に、節点41aが測定点30aに対応し、節点41bが測定点30bに対応し、節点41cが測定点30cに対応し、節点41dが測定点30dに対応し、節点41eが測定点30eに対応している。   The fixing surface 45 is disposed so that the extending direction coincides with the width direction of the band 1. The nodes 41 are distributed corresponding to the measurement points 30. That is, similarly to the measurement points 30a to 30e distributed at equal intervals in the width direction of the strip 1, the nodes 41 are distributed at equal intervals in the width direction. Specifically, the node 41a corresponds to the measurement point 30a, the node 41b corresponds to the measurement point 30b, the node 41c corresponds to the measurement point 30c, the node 41d corresponds to the measurement point 30d, and the node 41e corresponds to the measurement point 30e. It corresponds to.

連結部材42は、このように分布する節点41の隣り合う同士を回転自在に接続している。各連結部材42の質量の合計は、帯状体1の質量に一致するものとする。   The connecting member 42 rotatably connects adjacent nodes 41 distributed in this way. The sum total of the mass of each connection member 42 shall correspond with the mass of the strip | belt-shaped body 1. FIG.

分布ばね43は、固定面45と垂直に配設される。分布ばね43a〜43eは、一端が節点41a〜41eの夫々に接合され、他端が固定面45に固定されている。分布ばね43a〜43eは、節点41a〜41eの夫々に作用する張力を模擬している。   The distribution spring 43 is disposed perpendicular to the fixed surface 45. One end of each of the distribution springs 43 a to 43 e is joined to each of the nodes 41 a to 41 e, and the other end is fixed to the fixed surface 45. The distribution springs 43a to 43e simulate the tension acting on each of the nodes 41a to 41e.

回転ばね44は、隣り合う連結部材42同士を接続している。即ち、回転ばね44のばね定数は、帯状体1の各節点41における曲げ剛性を示している。   The rotation spring 44 connects adjacent connecting members 42 to each other. That is, the spring constant of the rotary spring 44 indicates the bending rigidity at each node 41 of the strip 1.

このように、多質点系モデル40は、荷重付加装置8により加振された帯状体1の各測定点30における変位量と、分布ばね43の各節点41における変位量とが等しいものとしてモデル化されたものである。即ち、多質点系モデル40は、帯状体1の張力の高低と帯状体1の固有振動数の高低との間に相関があることに着目し、帯状体1の質量と剛性、張力で定まる固有振動数の変化が、帯状体1の物性である質量及び剛性が不変であることから、張力の変化に相当する仮想的な分布ばね43のばね定数の変化に近似できると考えてモデル化されたものである。   As described above, the multi-mass point system model 40 is modeled on the assumption that the displacement amount at each measurement point 30 of the belt-like body 1 vibrated by the load applying device 8 is equal to the displacement amount at each node 41 of the distribution spring 43. It has been done. That is, the multi-mass point system model 40 pays attention to the fact that there is a correlation between the level of the tension of the band 1 and the level of the natural frequency of the band 1, and the intrinsic mass determined by the mass, rigidity, and tension of the band 1 The change in the frequency was modeled on the assumption that the change in the spring constant of the virtual distributed spring 43 corresponding to the change in the tension can be approximated because the mass and rigidity, which are the physical properties of the strip 1, remain unchanged. Is.

(固有値解析部13)
固有値解析部13は、多質点系モデル40における固有値及び固有ベクトルを解析する。具体的に、固有値解析部13は、多質点系モデル40の運動方程式を算出する。また、固有値解析部13は、この運動方程式から得られる質量マトリクスと、剛性マトリクスとを用いて固有値解析を行い、節点41の固有値及び固有ベクトルを算出する。ここで、剛性マトリクスは、未知数である分布ばね43のばね定数と既知である曲げ剛性を示す回転ばね44のばね定数とで表わされる。
(Eigenvalue analysis unit 13)
The eigenvalue analysis unit 13 analyzes eigenvalues and eigenvectors in the multi-mass point system model 40. Specifically, the eigenvalue analysis unit 13 calculates an equation of motion of the multi-mass point system model 40. In addition, the eigenvalue analysis unit 13 performs eigenvalue analysis using the mass matrix obtained from this equation of motion and the stiffness matrix, and calculates the eigenvalue and eigenvector of the node 41. Here, the stiffness matrix is expressed by an unknown spring constant of the distributed spring 43 and a spring constant of the rotary spring 44 showing the known bending stiffness.

(ばね定数算出部14)
ばね定数算出部14は、測定点30の変位特性に基づく固有振動数及び振動モードベクトルと多質点系モデル40の固有値及び固有ベクトルとが一致するような分布ばね43のばね定数を算出する。ここで、「一致する」とは、完全に一致することに限定されない。本実施形態では、測定により得られた測定点30の固有振動数及び振動モードベクトルと、節点41の固有値及び固有ベクトルとを比較し、その差が最小となるような分布ばね43のばね定数を夫々算出するようになっている。
(Spring constant calculation unit 14)
The spring constant calculation unit 14 calculates the spring constant of the distributed spring 43 such that the natural frequency and vibration mode vector based on the displacement characteristics of the measurement point 30 coincide with the natural value and natural vector of the multi-mass point system model 40. Here, “matching” is not limited to complete matching. In this embodiment, the natural frequency and vibration mode vector of the measurement point 30 obtained by measurement are compared with the natural value and natural vector of the node 41, and the spring constants of the distributed springs 43 that minimize the difference are respectively determined. It comes to calculate.

このように、本実施形態では、測定した変位量から得られる固有振動数及び振動モードベクトルと多質点系モデル40から得られる固有値及び固有ベクトルとを比較することにより、両者が一致するような分布ばね43のばね定数を算出している。尚、このような算出態様に限定されず、例えば、測定点30における変位量と多質点系モデル40における節点41の変位量とを比較して分布ばね43のばね定数を算出するものであってもよい。   As described above, in this embodiment, the natural frequency and vibration mode vector obtained from the measured displacement amount are compared with the eigenvalue and eigenvector obtained from the multi-mass point system model 40, so that the distributed springs such that both coincide with each other. 43 spring constants are calculated. Note that the present invention is not limited to such a calculation mode. For example, the spring constant of the distributed spring 43 is calculated by comparing the displacement amount at the measurement point 30 with the displacement amount of the node 41 in the multi-mass system model 40. Also good.

(張力算出部15)
張力算出部15は、算出された分布ばね43のばね定数に基づく固有振動数から張力を算出する。具体的に、帯状体1は、長手方向の両端がロール2、3でそれぞれ支持されている。従って、帯状体1は、ロール2、3間に振動の腹を有して自由振動する。この場合、帯状体1の張力は、ロール間距離、固有振動数、帯状体1の質量によって示される。張力算出部15は、この固有振動数が、ばね定数算出部14が算出した分布ばね43のばね定数で求められる固有振動数と一致するものとして、帯状体1の各測定点30における張力を算出する。また、張力算出部15は、各測定点30の張力を合計して、帯状体1の総張力を算出する。
(Tension calculation unit 15)
The tension calculator 15 calculates the tension from the natural frequency based on the calculated spring constant of the distributed spring 43. Specifically, the strip 1 is supported by rolls 2 and 3 at both ends in the longitudinal direction. Therefore, the belt-like body 1 vibrates freely with a vibration antinode between the rolls 2 and 3. In this case, the tension of the strip 1 is indicated by the distance between the rolls, the natural frequency, and the mass of the strip 1. The tension calculation unit 15 calculates the tension at each measurement point 30 of the strip 1 assuming that the natural frequency matches the natural frequency obtained from the spring constant of the distributed spring 43 calculated by the spring constant calculation unit 14. To do. In addition, the tension calculating unit 15 calculates the total tension of the strip 1 by adding the tensions at the respective measurement points 30.

このように構成される張力測定装置4が実行する張力測定方法について、図3のフローチャートを参照して説明する。   A tension measuring method executed by the tension measuring device 4 configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.

(荷重付加工程)
先ず、帯状体1は、面外方向へ加振される(S10)。具体的に、帯状体1は、荷重付加装置8から圧縮空気が噴射されることにより加振される。尚、荷重付加装置8は、演算装置7によって駆動が制御されるものであってもよい。
(Load application process)
First, the strip 1 is vibrated in the out-of-plane direction (S10). Specifically, the belt-like body 1 is vibrated when compressed air is injected from the load applying device 8. The load applying device 8 may be one whose driving is controlled by the arithmetic device 7.

(変位特性測定工程)
次に、帯状体1の幅方向に並ぶ複数の測定点30における面外方向の変位特性が測定される(S20)。具体的に、加振される帯状体1の測定点30a〜30eの変位量が、変位特性計測装置5の非接触変位計5a〜5eによって測定される。測定された変位量は演算装置7へ出力され、測定点30a〜30eごとに対応付けられて一時記憶部16に記憶される。
(Displacement characteristic measurement process)
Next, the displacement characteristics in the out-of-plane direction at the plurality of measurement points 30 arranged in the width direction of the strip 1 are measured (S20). Specifically, the displacement amounts of the measurement points 30 a to 30 e of the strip 1 to be excited are measured by the non-contact displacement meters 5 a to 5 e of the displacement characteristic measuring device 5. The measured displacement amount is output to the computing device 7 and stored in the temporary storage unit 16 in association with each of the measurement points 30a to 30e.

(振動特性算出工程)
次に、一時記憶部16に記憶された複数の測定点30における変位量に基づいて、固有振動数ω及び振動モードベクトルνが算出される(S30)。具体的に、i次の振動モードベクトルνは、下記の式(1)のようなベクトル量で示される。尚、固有振動数及び振動モードベクトルを算出する方法として、MDOF(Multiple Degrees Of Freedom method)法やERA(Eigensystem Realization Algorithm)法がある。
(Vibration characteristic calculation process)
Next, the natural frequency ω and the vibration mode vector ν are calculated based on the displacement amounts at the plurality of measurement points 30 stored in the temporary storage unit 16 (S30). Specifically, the i-th vibration mode vector ν i is represented by a vector quantity as shown in the following formula (1). As a method for calculating the natural frequency and the vibration mode vector, there are an MDOF (Multiple Degrees Of Freedom method) method and an ERA (Eigensystem Realization Algorithm) method.

ν={νi,1, νi,2, ・・・, νi,n・・・・(1)
ここで、nは、測定点30を示し、1〜5の順で、測定点30a〜30eを示す。即ち、νは、測定点30及びモード次数で示される各要素からなる。尚、本実施形態では、測定点30の数と一致する振動モードを測定する。このように算出された固有振動数及び振動モードベクトルは、一時記憶部16に記憶される。
ν i = {ν i, 1 , ν i, 2 ,..., ν i, n } T (1)
Here, n shows the measurement point 30, and shows the measurement points 30a-30e in the order of 1-5. That is, ν i consists of each element indicated by the measurement point 30 and the mode order. In the present embodiment, the vibration mode that matches the number of measurement points 30 is measured. The natural frequency and vibration mode vector calculated in this way are stored in the temporary storage unit 16.

(モデル化工程)
次に、帯状体1について、図2に示すような多質点系モデル40にモデル化される(S40)。具体的に、帯状体1は、一時記憶部16に記憶される帯状体1のヤング率、帯状体1の断面二次モーメント、リンク長(連結部材42の長さ)、帯状体1の密度、帯状体断面積等が用いられ多質点系モデル40にモデル化される。
(Modeling process)
Next, the strip 1 is modeled into a multi-mass point system model 40 as shown in FIG. 2 (S40). Specifically, the band 1 includes the Young's modulus of the band 1 stored in the temporary storage unit 16, the cross-sectional secondary moment of the band 1, the link length (the length of the connecting member 42), the density of the band 1, A belt-like body cross-sectional area or the like is used and modeled into a multi-mass system model 40.

(固有値解析工程)
次に、上述したような多質点系モデル40について、固有値が解析されて、固有値及び固有ベクトルが算出される(S50)。具体的に、先ず、連結部材42を接続する回転ばね44のばね定数τは、下記の式(2)のように算出される。回転ばね44のばね定数τは、測定点30における曲げ剛性を示す。
(Eigenvalue analysis process)
Next, with respect to the multi-mass point system model 40 as described above, eigenvalues are analyzed, and eigenvalues and eigenvectors are calculated (S50). Specifically, first, the spring constant τ of the rotary spring 44 that connects the connecting member 42 is calculated as in the following equation (2). The spring constant τ of the rotary spring 44 indicates the bending rigidity at the measurement point 30.

τ=EI/l・・・・(2)
ここで、E:帯状体1のヤング率、I:帯状体1の断面二次モーメント、l:リンク長である。
τ = EI / l (2)
Here, E: Young's modulus of the strip 1, I: sectional moment of the strip 1, and l: link length.

そして、多質点系モデル40に基づく式(3)のような運動方程式から質量マトリクス及び剛性マトリクスが算出される。尚、剛性マトリクスは、未知数である分布ばね43のばね定数と、回転ばね44のばね定数τとで表わされる。   Then, a mass matrix and a stiffness matrix are calculated from an equation of motion such as Equation (3) based on the multi-mass point system model 40. The stiffness matrix is represented by an unknown spring constant of the distributed spring 43 and a spring constant τ of the rotary spring 44.

Ma+Kx=0・・・・(3)
ここで、M:質量マトリクス、K:剛性マトリクス、a:各節点41における加速度ベクトル、x:各節点41における変位ベクトルである。変位ベクトルxは、下記の式(4)のような各節点41における変位量を成分とするベクトルで示される。
Ma + Kx = 0 (3)
Here, M: mass matrix, K: stiffness matrix, a: acceleration vector at each node 41, and x: displacement vector at each node 41. The displacement vector x is represented by a vector whose component is the displacement amount at each node 41 as in the following equation (4).

x={x, x, ・・・, x・・・・(4) x = {x 1 , x 2 ,..., x n } T (4)

そして、式(3)の運動方程式から得られた質量マトリクス及び剛性マトリクスに基づいて固有値及び固有ベクトルが算出される。具体的に、下記の式(5)を満たすような固有値Λ及び固有ベクトルΦが算出される。   Then, eigenvalues and eigenvectors are calculated based on the mass matrix and stiffness matrix obtained from the equation of motion of Equation (3). Specifically, an eigenvalue Λ and an eigenvector Φ that satisfy the following equation (5) are calculated.

−1K=ΦΛΦ・・・・(5)
即ち、M−1Kφ=λφとなる固有値λ及び固有ベクトルφが算出されるように固有値解析が行われる。このように算出された固有値Λ及び固有ベクトルΦは、一時記憶部16に記憶される。尚、算出された固有値Λ及び固有ベクトルΦは、下記の式(6)及び(7)のような行列で表わされる。即ち、i次の固有ベクトルφは、下記の式(8)のようなベクトル量で示される。
M −1 K = ΦΛΦ T (5)
That is, the eigenvalue analysis is performed so that the eigenvalue λ and the eigenvector φ where M −1 Kφ = λφ are calculated. The eigenvalue Λ and the eigenvector Φ calculated in this way are stored in the temporary storage unit 16. The calculated eigenvalues Λ and eigenvectors Φ are represented by matrices such as the following formulas (6) and (7). That is, the i-th order eigenvector φ i is represented by a vector quantity as shown in the following equation (8).

Φ=[φ, φ, ・・・, φ]・・・・(7)
φ={φi,1, φi,2, ・・・, φi,n}・・・・(8)
ここで、λ:振動モードごとの固有値、φ:振動モードごとの固有ベクトルである。
Φ = [φ 1 , φ 2 ,..., Φ n ] (7)
φ i = {φ i, 1 , φ i, 2 ,..., φ i, n } (8)
Here, λ n is an eigenvalue for each vibration mode, and φ n is an eigenvector for each vibration mode.

このように、固有値Λ及び固有ベクトルΦが算出される。尚、分布ばね43のばね定数が未知数であるため、固有値Λ及び固有ベクトルΦは、分布ばね43のばね定数に初期値を設定して計算され、繰り返し計算により誤差が最小となるような分布ばね43のばね定数が算出される。   In this way, the eigenvalue Λ and the eigenvector Φ are calculated. Since the spring constant of the distributed spring 43 is unknown, the eigenvalue Λ and eigenvector Φ are calculated by setting the initial value to the spring constant of the distributed spring 43, and the distributed spring 43 that minimizes the error by repeated calculation. Is calculated.

(ばね定数算出工程)
次に、ばね定数が算出される(S60)。即ち、測定により得られた変位特性に基づく固有振動数及び振動モードベクトルと、多質点系モデル40から得られた固有値及び固有ベクトルとが夫々一致するような分布ばね43のばね定数が繰り返し計算により算出される。
(Spring constant calculation process)
Next, a spring constant is calculated (S60). That is, the spring constant of the distributed spring 43 is calculated by repeated calculation so that the natural frequency and vibration mode vector based on the displacement characteristics obtained by the measurement match the natural value and natural vector obtained from the multi-mass system model 40, respectively. Is done.

具体的に、固有ベクトルν及び振動モードベクトルφとの各成分の差と、固有振動数ωの二乗及び固有値λの差を固有振動数ωの二乗で除算した値とを計算し、これらを二乗和する下記の式(9)で示す関数を評価関数Jとする。 Specifically, the difference between each component of the natural vector ν i and the vibration mode vector φ i and the square of the natural frequency ω i and the difference between the natural value λ i and the square of the natural frequency ω i are calculated. A function represented by the following formula (9) that sums these squares is defined as an evaluation function J.

この評価関数Jは、振動モードベクトルφと固有値λとが分布ばね定数kから計算されることから、パラメータとして、分布ばね43のばね定数kを有している。このばね定数kは、多質点系モデル40に示すように、物理的には常に正の値をとる。従って、k>0であることを拘束条件として、評価関数Jが最小となるように最適化問題を解く。尚、jは、各節点41を順に示す。最適化の方法には、例えば、最急降下法及び準ニュートン法等が用いられる。これにより、分布ばね43ごとのばね定数kが算出される。 This evaluation function J has the spring constant k of the distributed spring 43 as a parameter because the vibration mode vector φ i and the eigenvalue λ i are calculated from the distributed spring constant k. As shown in the multi-mass point system model 40, the spring constant k j is physically a positive value. Therefore, the optimization problem is solved so that the evaluation function J is minimized with k j > 0 as a constraint. J indicates each node 41 in order. For example, the steepest descent method and the quasi-Newton method are used as the optimization method. Thereby, the spring constant k j for each distributed spring 43 is calculated.

このように、本実施形態では、分布ばね43ごとのばね定数を算出するために、測定で得られた変位量に基づく固有振動数及び振動モードベクトルと、多質点系モデル40における固有値及び固有ベクトルとを比較することで、測定で得られた変位量と節点41の変位量とを比較している。尚、評価関数の比較態様はこれに限定されず、例えば、測定で得られた変位量と節点41の変位量とを比較するものであってもよい。   Thus, in this embodiment, in order to calculate the spring constant for each distributed spring 43, the natural frequency and vibration mode vector based on the displacement obtained by measurement, the eigenvalue and eigenvector in the multi-mass system model 40, Is compared with the amount of displacement obtained by measurement and the amount of displacement of the node 41. Note that the comparison mode of the evaluation function is not limited to this, and for example, the displacement amount obtained by measurement and the displacement amount of the node 41 may be compared.

(張力算出工程)
次に、分布ばね43ごとのばね定数から張力が算出される(S70)。具体的に、帯状体1に付与される張力Tと固有振動数fとは、(10)式の関係を有している。
=4L ρA ・・・・(10)
ここで、T:測定点30における張力値、L:ロール間距離、f:固有振動数、ρ:帯状体1の密度、A:帯状体断面積である。
(Tension calculation process)
Next, the tension is calculated from the spring constant for each distributed spring 43 (S70). Specifically, the tension T n applied to the belt-like body 1 and the natural frequency f n have the relationship of the expression (10).
T n = 4L 2 f n 2 ρA (10)
Here, T n is the tension value at the measurement point 30, L is the distance between the rolls, f n is the natural frequency, ρ is the density of the strip 1, and A is the cross-sectional area of the strip.

この固有振動数fが、分布ばね43のばね定数kで表わされる固有振動数と一致するものとして、帯状体1の各測定点30における張力が算出される。即ち、固有振動数fはばね定数kによって下記の式(11)で示される。
=(√(k/meq))/2π・・・・(11)
ここで、meq:モード次数iでの各節点41における帯状体1の等価質量である。この等価質量meqは、下記の式(12)で示される。
Assuming that this natural frequency f n coincides with the natural frequency represented by the spring constant k j of the distributed spring 43, the tension at each measurement point 30 of the strip 1 is calculated. That is, the natural frequency f n is expressed by the following equation (11) by the spring constant k j .
f n = (√ (k j / m eq )) / 2π (11)
Where m eq is the equivalent mass of the strip 1 at each node 41 at the mode order i. This equivalent mass m eq is represented by the following formula (12).

eq=mmodal/νi,n ・・・・(12)
ここで、mmodalは、板のモード質量であり、[Φ][M][Φ]から算出される。即ち、νi,nは、測定から得られたi次の振動モードベクトルの成分である。
m eq = m modal / ν i, n 2 (12)
Here, m modal is the mode mass of the plate, and is calculated from [Φ] T [M] [Φ]. That is, ν i, n is a component of the i-th order vibration mode vector obtained from the measurement.

また、板の質量mは、下記の式(13)で示される。
m=ρAL・・・・(13)
Further, the mass m of the plate is represented by the following formula (13).
m = ρAL (13)

これらにより、張力値は下記の式(14)で与えられ、これを用いて測定点30ごと張力値が算出される。
=(k×L×m)/(π×meq,j)・・・・(14)
Thus, the tension value is given by the following equation (14), and the tension value is calculated for each measurement point 30 using this.
T j = (k j × L × m) / (π 2 × m eq, j ) (14)

また、帯状体1の幅方向における総張力Ttotalは、下記の式(15)のように、各測定点30における張力値の合計で与えられる。
total=ΣT・・・・(15)
Further, the total tension T total in the width direction of the belt-like body 1 is given by the total tension value at each measurement point 30 as shown in the following equation (15).
T total = ΣT n (15)

このように、張力の変化が近似的に剛性の変化に置き換えられるとして、帯状体1について、測定点30(測定点30a〜30e)に対応する節点41(節点41a〜41e)とこの節点41に接合され該節点41に作用する張力を模擬した分布ばね43(分布ばね43a〜43e)とを有する2次元の多質点系モデル40にモデル化している。そして、測定点30の固有振動数及び振動モードベクトルの分布と節点41の固有値及び固有ベクトルとが一致するような分布ばね43のばね定数から張力を算出している。   As described above, assuming that the change in tension is approximately replaced by the change in stiffness, the band 1 has a node 41 (nodes 41a to 41e) corresponding to the measurement point 30 (measurement points 30a to 30e) and the node 41. This is modeled as a two-dimensional multi-mass point system model 40 having distributed springs 43 (distributed springs 43 a to 43 e) that simulate the tension acting on the joints 41. Then, the tension is calculated from the spring constant of the distributed spring 43 such that the natural frequency and vibration mode vector distribution at the measurement point 30 matches the natural value and natural vector of the node 41.

これにより、帯状体1の張力分布を、帯状体1と物理的に近似する2次元の多質点系モデル40を用いて算出することができる。この結果、幅方向に複雑な張力分布を有する場合であっても、簡易な物理モデルを用いて測定点30に分布する張力の夫々について高精度に算出することができる。従って、各張力を足し合わせることで得られる総張力についても高精度に算出することができる。   Thereby, the tension distribution of the strip 1 can be calculated using the two-dimensional multi-mass system model 40 that physically approximates the strip 1. As a result, even when the tension distribution is complicated in the width direction, it is possible to calculate each of the tensions distributed at the measurement points 30 with high accuracy using a simple physical model. Therefore, the total tension obtained by adding the tensions can be calculated with high accuracy.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態の張力測定装置について説明する。但し、第1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, a 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204は、荷重付加装置208と、変位特性計測装置5と、演算装置207とを有している。   The tension measuring device 204 of the present embodiment includes a load applying device 208, a displacement characteristic measuring device 5, and a computing device 207.

(荷重付加装置208)
図4に示すように、荷重付加装置208は、帯状体1の下方に配設されている。荷重付加装置208は、測定点30a〜30eが分布する幅方向に延在している。荷重付加装置208は、帯状体1に対して面外方向への静的な荷重を付加する機能を有している。荷重付加装置208は、帯状体1に対して平行に移動可能にされている。これにより、適宜測定条件を変えることができる。本実施形態では、荷重付加装置208は、帯状体1に対向して幅方向に複数の孔を有している。荷重付加装置208は、該複数の孔から流体を帯状体1に継続して噴射することにより、帯状体1が噴射箇所において静的なたわみを有した状態にされる。
(Loading device 208)
As shown in FIG. 4, the load applying device 208 is disposed below the strip 1. The load applying device 208 extends in the width direction in which the measurement points 30a to 30e are distributed. The load applying device 208 has a function of applying a static load in the out-of-plane direction to the strip 1. The load applying device 208 is movable in parallel with the strip 1. Thereby, measurement conditions can be changed as appropriate. In the present embodiment, the load applying device 208 has a plurality of holes in the width direction facing the strip 1. The load applying device 208 continuously injects the fluid from the plurality of holes to the strip 1 so that the strip 1 has a static deflection at the injection location.

(演算装置207)
演算装置207は、振動特性算出部11と、モデル化部12と、ばね定数算出部214と、張力算出部15と、一時記憶部16とを有している。
(Calculation device 207)
The arithmetic device 207 includes a vibration characteristic calculation unit 11, a modeling unit 12, a spring constant calculation unit 214, a tension calculation unit 15, and a temporary storage unit 16.

(ばね定数算出部214)
ばね定数算出部214は、測定点30a〜30eの変位量の分布と節点41a〜41eの変位量の分布とが一致するような分布ばね43のばね定数を算出する。
(Spring constant calculation unit 214)
The spring constant calculation unit 214 calculates the spring constant of the distributed spring 43 such that the distribution of the displacement amount at the measurement points 30a to 30e matches the distribution of the displacement amount at the nodes 41a to 41e.

このように構成される張力測定装置204が実行する本実施形態の張力測定方法について、図5のフローチャートを参照して説明する。   The tension measuring method of the present embodiment executed by the tension measuring device 204 configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.

(荷重付加工程)
先ず、帯状体1へ静的な荷重が付加される(S210)。本実施形態では、第1実施形態と異なり、荷重付加装置208により帯状体1は静的にたわんだ状態になる。
(Load application process)
First, a static load is applied to the strip 1 (S210). In the present embodiment, unlike the first embodiment, the belt-like body 1 is statically bent by the load applying device 208.

(変位特性測定工程)
次に、帯状体1の幅方向に並ぶ複数の測定点30における面外方向の変位特性が測定される(S220)。本実施形態では、帯状体1が、第1実施形態と異なり、静的に荷重が付加されている。従って、帯状体1の測定点30における静的な変位量を示す変位ベクトルxexpが、変位特性として演算装置207へ出力される。
(Displacement characteristic measurement process)
Next, the displacement characteristics in the out-of-plane direction at the plurality of measurement points 30 arranged in the width direction of the strip 1 are measured (S220). In the present embodiment, unlike the first embodiment, the belt-like body 1 is statically loaded. Therefore, the displacement vector x exp indicating the static displacement amount at the measurement point 30 of the strip 1 is output to the computing device 207 as the displacement characteristic.

(モデル化工程)
次に、帯状体1について、図2に示すような多質点系モデル40にモデル化される(S240)。具体的に、帯状体1は、一時記憶部16に記憶される帯状体1のヤング率、帯状体1の断面二次モーメント、リンク長、帯状体1の密度、帯状体断面積等が用いられ多質点系モデル40にモデル化される。
(Modeling process)
Next, the strip 1 is modeled into a multi-mass point system model 40 as shown in FIG. 2 (S240). Specifically, the band 1 uses the Young's modulus of the band 1 stored in the temporary storage unit 16, the cross-sectional secondary moment of the band 1, the link length, the density of the band 1, the band cross-sectional area, and the like. The multi-mass point model 40 is modeled.

(ばね定数算出工程)
次に、ばね定数が算出される(S260)。本実施形態では、変位特性に基づく測定点30の変位量の分布と節点41の変位量の分布とが一致するような分布ばね43のばね定数が算出される。
(Spring constant calculation process)
Next, the spring constant is calculated (S260). In this embodiment, the spring constant of the distributed spring 43 is calculated such that the distribution of the displacement amount at the measurement point 30 and the distribution of the displacement amount at the node 41 match based on the displacement characteristics.

具体的に、モデル化された多質点系モデル40について、静加重Fを外力とする運動方程式が、下記の式(16)のように与えられる。
Kxana=F・・・・(16)
ここで、xana:各節点41の変位を示す変位ベクトルである。
Specifically, for the modeled multi-mass point system model 40, an equation of motion with a static load F as an external force is given by the following equation (16).
Kx ana = F ···· (16)
Here, x ana is a displacement vector indicating the displacement of each node 41.

そして、変位ベクトルxanaが、式(16)の両辺にKの逆行列を乗じることで算出される。尚、変位ベクトルxanaは、各成分に分布ばね43のばね定数をパラメータとして有している。 Then, the displacement vector xana is calculated by multiplying both sides of the equation (16) by the inverse matrix of K. The displacement vector xana has the spring constant of the distributed spring 43 as a parameter for each component.

そして、各測定点30及び各節点41ごとに、多質点系モデル40から得られた変位ベクトルxana、及び、測定により得られた変位ベクトルxexpの各成分の差を二乗する下記の式(17)で示す関数を評価関数Jとする。 Then, for each measurement point 30 and each node 41, the following equation (2) squares the difference between each component of the displacement vector x ana obtained from the multi-mass system model 40 and the displacement vector x exp obtained by the measurement ( The function shown in 17) is defined as an evaluation function J.

この評価関数Jは、パラメータとして、分布ばね43のばね定数kを有している。このばね定数kは、多質点系モデル40に示すように、物理的には常に正の値をとる。従って、k>0であることを拘束条件として、評価関数Jが最小となるように分布ばね43ごとに最適化がなされる。尚、jは、1、2、・・・、nであり、各節点41を順に示す。最適化の方法には、例えば、最急降下法及び準ニュートン法等が用いられる。これにより、分布ばね43ごとのばね定数kが算出される。 This evaluation function J has a spring constant k j of the distributed spring 43 as a parameter. As shown in the multi-mass point system model 40, the spring constant k j is physically a positive value. Therefore, with the constraint that k j > 0, the optimization is performed for each distributed spring 43 so that the evaluation function J is minimized. Note that j is 1, 2,..., N, and indicates each node 41 in order. For example, the steepest descent method and the quasi-Newton method are used as the optimization method. Thereby, the spring constant k j for each distributed spring 43 is calculated.

(張力算出工程)
次に、第1実施形態の張力算出工程と同様に、ばね定数算出工程により算出された分布ばね43のばね定数に基づいて各測定点30における張力値、及び、総張力値が算出される。
(Tension calculation process)
Next, similarly to the tension calculation step of the first embodiment, the tension value and the total tension value at each measurement point 30 are calculated based on the spring constant of the distributed spring 43 calculated by the spring constant calculation step.

このように、張力の変化が近似的に剛性の変化に置き換えられるとして、帯状体1について、測定点30(測定点30a〜30e)に対応する節点41(節点41a〜41e)とこの節点41に接合され該節点41に作用する張力を模擬した分布ばね43(分布ばね43a〜43e)とを有する2次元の多質点系モデル40にモデル化している。そして、帯状体1の変位の分布と多質点系モデルの節点41の変位量とが一致するような分布ばね43のばね定数から張力を算出している。   As described above, assuming that the change in tension is approximately replaced by the change in stiffness, the band 1 has a node 41 (nodes 41a to 41e) corresponding to the measurement point 30 (measurement points 30a to 30e) and the node 41. This is modeled as a two-dimensional multi-mass point system model 40 having distributed springs 43 (distributed springs 43 a to 43 e) that simulate the tension acting on the joints 41. Then, the tension is calculated from the spring constant of the distributed spring 43 so that the distribution of the displacement of the strip 1 matches the amount of displacement of the node 41 of the multi-mass point system model.

これにより、帯状体1の張力分布を、帯状体1と物理的に近似する2次元の多質点系モデル40によって算出することができる。この結果、幅方向に複雑な張力分布を有する場合であっても、簡易な物理モデルを用いて測定点30に分布する張力の夫々について高精度に算出することができる。従って、各張力を足し合わせることで得られる総張力についても高精度に算出することができる。   Thereby, the tension distribution of the strip 1 can be calculated by the two-dimensional multi-mass point system model 40 that physically approximates the strip 1. As a result, even when the tension distribution is complicated in the width direction, it is possible to calculate each of the tensions distributed at the measurement points 30 with high accuracy using a simple physical model. Therefore, the total tension obtained by adding the tensions can be calculated with high accuracy.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態の張力測定装置について説明する。但し、第1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。
(Third embodiment)
Next, a tension measuring device according to a third 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は、第1実施形態の張力測定装置4(図1参照)と同じ構成である。本実施形態の張力測定装置が実行する張力測定方法について、図7のフローチャートを参照して説明する。   The tension measuring device of the present embodiment has the same configuration as the tension measuring device 4 (see FIG. 1) of the first embodiment. A tension measuring method executed by the tension measuring device of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

図7のフローチャートにおいて、荷重付加工程(S10)、変位特性測定工程(S20)、振動特性算出工程(S30)、モデル化工程(S40)、および、張力算出工程(S70)は、第1実施形態と同じであるのでその説明を省略する。   In the flowchart of FIG. 7, the load adding step (S10), the displacement characteristic measuring step (S20), the vibration characteristic calculating step (S30), the modeling step (S40), and the tension calculating step (S70) are the first embodiment. The description is omitted because it is the same.

(ばね定数算出工程)
第1実施形態と同様のモデル化工程(S40)の後に、ばね定数が算出される(S360)。即ち、測定により得られた変位特性に基づく固有振動数及び振動モードベクトルと、多質点系モデル40から得られた固有値及び固有ベクトルとが夫々一致するような分布ばね43のばね定数が最小二乗法により算出される。
(Spring constant calculation process)
After the modeling step (S40) similar to that of the first embodiment, the spring constant is calculated (S360). That is, the spring constant of the distributed spring 43 such that the natural frequency and vibration mode vector based on the displacement characteristics obtained by the measurement and the eigenvalue and eigenvector obtained from the multi-mass system model 40 coincide with each other by the least square method. Calculated.

具体的には、図2の多質点系モデル40の運動方程式が式(3)で表されるとすると、剛性マトリクスKは、式(18)に示すように、板の曲げ剛性を表す回転ばね成分Kと、張力を模擬した分布ばね成分Kとに分けられる。回転ばね成分Kは板の物性と寸法から求まる既知の行列で、分布ばね成分Kは求めたい未知パラメータの行列である。 Specifically, assuming that the equation of motion of the multi-mass point system model 40 in FIG. 2 is expressed by equation (3), the stiffness matrix K is a rotary spring that represents the bending stiffness of the plate as shown in equation (18). and component K R, is divided into a distribution spring component K T simulating the tension. The rotational spring component K R in a known matrix obtained from the physical properties and dimensions of the plate, the distribution spring component K T is a matrix of unknown parameters to be determined.

K=K+K・・・・(18) K = K T + K R (18)

そして、変位特性測定工程(S20)で得られた変位特性の実験値に基づいて、振動特性算出工程(S30)で固有振動数Λと振動モードΦとが計算される。式(3)の運動方程式から得られた質量マトリクス及び剛性マトリクスと実験により得られた固有振動数及び振動モードとは下記の式(19)の関係がある。   Based on the experimental value of the displacement characteristic obtained in the displacement characteristic measurement step (S20), the natural frequency Λ and the vibration mode Φ are calculated in the vibration characteristic calculation step (S30). The mass matrix and stiffness matrix obtained from the equation of motion of equation (3) and the natural frequency and vibration mode obtained by experiment have the relationship of the following equation (19).

(ΦMΦ)−1Φ(K+K)Φ=Λ・・・・(19)
ここで、ΛとΦは実験値、MとKは計算により求まる既知パラメータである。張力分布を表すばね分布の剛性行列Kを未知パラメータとし、各行列の成分に着目して、式(19)を整理する。計算上、ΛとΦの固有振動数と振動モードベクトルの数はいくつでも良いが、ここでは1次〜4次まで使用した場合について説明する。即ち、固有ベクトルΦは以下のようになる。
Φ=[φ, φ, φ, φ]・・・・(20)
T MΦ) −1 Φ T (K T + K R ) Φ = Λ (19)
Here, Λ and Φ is a known parameter obtained by calculation experimental values, M and K R. The stiffness matrix K T of the spring distribution representing the tension distribution and the unknown parameter, by focusing on the components of each matrix, organize equation (19). In the calculation, any number of natural frequencies and vibration mode vectors of Λ and Φ may be used. Here, a case where the first to fourth orders are used will be described. That is, the eigenvector Φ is as follows.
Φ = [φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 ] (20)

式(19)を各成分について展開すると次式が得られる。   When formula (19) is expanded for each component, the following formula is obtained.

式(21)の両辺は対称行列であるから、次式に示す10個の独立した等式が得られ、未知数Kについて整理すると、以下のようになる。 Since both sides of the equation (21) is a symmetric matrix, ten independent equations shown in the following equation is obtained, and arranging for the unknowns K T, as follows.

また、剛性行列Kは対角行列であるから、下記の式(23)で示される。ここで、式(23)のkTnは図2中の各分布ばねのばね定数に対応している。 Further, since the stiffness matrix KT is a diagonal matrix, it is expressed by the following equation (23). Here, k Tn in the equation (23) corresponds to the spring constant of each distributed spring in FIG.

式(22)の左辺を展開して未知数Kについてまとめると、下記の式(24)で示される。 When the left side of Expression (22) is expanded and the unknown KT is summarized, it is expressed by the following Expression (24).

式(24)を未知ベクトルk={kT1,kT2,・・・,kTnについて最小二乗法で解けば、ばね分布が求まる。 If the equation (24) is solved for the unknown vector k T = {k T1 , k T2 ,..., K Tn } T by the least square method, the spring distribution can be obtained.

ここで、式(24)について、モードの数をmとして一般化した場合の式を以下に示す。次式を利用することで、実験によって得られたモードの数に合わせた最小二乗法を適用することができる。   Here, with respect to the equation (24), the equation when the number of modes is generalized as m is shown below. By using the following equation, a least square method adapted to the number of modes obtained by experiments can be applied.

最小二乗法は、式(24)におけるkの係数行列をVとし、右辺のベクトルをkとして、次式のように解く。 Least squares method, the coefficient matrix of the k T in equation (24) is V, the vector of the right side as k x, solving the following equation.

Vk=k・・・・(26)
=V・・・・(27)
ただし、
=(VV)−1・・・・(28)
Vk T = k x (26)
k T = V k x (27)
However,
V = (V T V) −1 V T (28)

ここで、行列Vのランクが列数より少ない場合、式(27)の解が発散する。そこで、式(29)に示す特異値分解を利用して最小二乗法を解く。ただし、P、QはVの特異ベクトルを列ベクトルとする直交行列、DはVの特異値を対角成分に持つ対角行列、QはQの共役転置行列である。
V=PDQ・・・・(29)
Here, when the rank of the matrix V is less than the number of columns, the solution of Expression (27) diverges. Therefore, the least square method is solved using the singular value decomposition shown in Equation (29). Where P and Q are orthogonal matrices having a singular vector of V as a column vector, D is a diagonal matrix having a singular value of V as a diagonal component, and Q * is a conjugate transpose of Q.
V = PDQ * (29)

同定精度を改善するために、行列Dで絶対値の大きい特異値のみを採用し、絶対値の小さい特異値を「0」に置き換えた行列をD’とする。また、D’の「0」でない特異値の逆数を対角成分とする行列の転置行列をD’として、次式に示すようにVの擬似逆行列を求める。
=QD’・・・・(30)
In order to improve the identification accuracy, only a singular value having a large absolute value is adopted in the matrix D, and a matrix obtained by replacing a singular value having a small absolute value with “0” is defined as D ′. Further, a pseudo inverse matrix of V is obtained as shown in the following equation, where D ′ is a transposed matrix of a matrix whose diagonal component is the reciprocal of a singular value that is not “0” of D ′.
V = QD ' P * (30)

以上により、最小二乗法が解かれ、ばね分布が求まる。   As described above, the least square method is solved and the spring distribution is obtained.

(張力算出工程)
次に、第1実施形態と同様の張力算出工程(S70)により、ばね分布の値を張力に換算することで、張力分布と総張力とが算出される(S70)。
(Tension calculation process)
Next, the tension distribution and the total tension are calculated by converting the value of the spring distribution into the tension by the same tension calculating step (S70) as in the first embodiment (S70).

図8に全特異値を使用した式(28)と、小さい特異値を除去した式(30)とによる張力分布の計算結果を示す。全特異値を使用するよりも、小さい特異値を除去した方が、良好な結果が得られることが分かる。なお、式(30)において採用する絶対値の大きい特異値の数は任意であるが、例えば実験により得られたモードの数と一致させると比較的良好な結果が得られる。   FIG. 8 shows the calculation results of the tension distribution according to Equation (28) using all singular values and Equation (30) from which small singular values are removed. It can be seen that better results are obtained by removing smaller singular values than using all singular values. Note that the number of singular values having a large absolute value employed in the equation (30) is arbitrary, but a relatively good result can be obtained by making it coincide with the number of modes obtained through experiments, for example.

このように、最小二乗法を用いることで、繰り返し計算における収束性の問題や初期値による計算結果のばらつきを発生させることなく、分布ばね43のばね定数を算出することができる。この結果、幅方向に複雑な張力分布を有する場合であっても、簡易な物理モデルを用いて測定点30に分布する張力の夫々について高精度に算出することができる。   In this way, by using the least square method, the spring constant of the distributed spring 43 can be calculated without causing a convergence problem in repeated calculations and variations in calculation results due to initial values. As a result, even when the tension distribution is complicated in the width direction, it is possible to calculate each of the tensions distributed at the measurement points 30 with high accuracy using a simple physical model.

(変形例)
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
(Modification)
The embodiment of the present invention has been described above, but only specific examples are illustrated, and the present invention is not particularly limited, and the specific configuration and the like can be appropriately changed in design. In addition, the actions and effects described in the embodiments of the present invention only list the most preferable actions and effects resulting from the present invention, and the actions and effects according to the present invention are described in the embodiments of the present invention. It is not limited to things.

例えば、本実施形態において、帯状体1を図2に示す多質点系モデル40のような2次元モデルにモデル化したが、これに限定されるものではない。例えば、図6に示すような、多質点系モデル340であってもよい。   For example, in the present embodiment, the belt-like body 1 is modeled as a two-dimensional model such as the multi-mass point system model 40 shown in FIG. 2, but the present invention is not limited to this. For example, a multi-mass point model 340 as shown in FIG. 6 may be used.

具体的に、多質点系モデル340は、節点341と、分布ばね43(分布ばね43a・43b・43c・43d・43e)と、せん断ばね344と、固定面45とを有している。図6に示すように、節点341は、帯状体1の質量を有している。また、せん断ばね344は、隣り合う節点341同士を接続し、接続する節点341間の相対変位に比例した復元力が作用するようになっている。   Specifically, the multi-mass point system model 340 includes a node 341, a distribution spring 43 (distribution springs 43a, 43b, 43c, 43d, and 43e), a shear spring 344, and a fixed surface 45. As shown in FIG. 6, the node 341 has the mass of the band 1. The shear spring 344 connects adjacent nodes 341 and a restoring force proportional to the relative displacement between the connected nodes 341 acts.

1 帯状体
2・3 ロール
4 張力測定装置
5 変位特性計測装置
5a・5b・5c・5d・5e 非接触変位計
7 演算装置
8 荷重付加装置
11 振動特性算出部
12 モデル化部
13 固有値解析部
14 ばね定数算出部
15 張力算出部
16 一時記憶部
30(30a・30b・30c・30d・30e) 測定点
40 多質点系モデル
41(41a・41b・41c・41d・41e) 節点
42 連結部材
43(43a・43b・43c・43d・43e) 分布ばね
44 回転ばね
45 固定面
204 張力測定装置
207 演算装置
208 荷重付加装置
214 ばね定数算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Band-like body 2/3 Roll 4 Tension measuring device 5 Displacement characteristic measuring device 5a * 5b * 5c * 5d * 5e Non-contact displacement meter 7 Arithmetic device 8 Load application apparatus 11 Vibration characteristic calculation part 12 Modeling part 13 Eigenvalue analysis part 14 Spring constant calculation unit 15 Tension calculation unit 16 Temporary storage unit 30 (30a / 30b / 30c / 30d / 30e) Measurement point 40 Multi-mass point system model 41 (41a / 41b / 41c / 41d / 41e) Node 42 Connecting member 43 (43a · 43b · 43c · 43d · 43e) Distributed spring 44 Rotating spring 45 Fixed surface 204 Tension measuring device 207 Arithmetic device 208 Load applying device 214 Spring constant calculation unit

Claims (6)

荷重が付加された帯状体の幅方向に並ぶ複数の測定点における変位特性を測定する張力測定方法であって、
前記帯状体について、前記測定点に対応する節点と該節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化するモデル化工程と、
前記変位特性に基づく前記測定点の変位量の分布と前記節点の変位量の分布とが一致するような前記ばねのばね定数を算出するばね定数算出工程と、
前記ばね定数に基づいて張力を算出する張力算出工程と
を有することを特徴とする張力測定方法。
A tension measurement method for measuring displacement characteristics at a plurality of measurement points arranged in the width direction of a belt-like body to which a load is applied,
A modeling step for modeling the band-like body into a two-dimensional multi-mass system model having a node corresponding to the measurement point and a spring that is joined to the node and simulates a tension acting on the node;
A spring constant calculation step of calculating a spring constant of the spring such that a distribution of the displacement amount of the measurement point based on the displacement characteristic and a distribution of the displacement amount of the node coincide with each other;
And a tension calculating step of calculating a tension based on the spring constant.
荷重が付加された帯状体の幅方向に並ぶ複数の測定点における変位特性を計測する張力測定方法であって、
前記帯状体について、前記測定点に対応する節点と該節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化するモデル化工程と、
前記多質点系モデルにおける固有値及び固有ベクトルを解析する固有値解析工程と、
前記変位特性に基づく固有振動数及び振動モードベクトルと固有値及び固有ベクトルとが夫々一致するような前記ばねのばね定数を算出するばね定数算出工程と、
前記ばね定数に基づいて張力を算出する張力算出工程と
を有することを特徴とする張力測定方法。
A tension measurement method for measuring displacement characteristics at a plurality of measurement points arranged in the width direction of a belt-like body to which a load is applied,
A modeling step for modeling the band-like body into a two-dimensional multi-mass system model having a node corresponding to the measurement point and a spring that is joined to the node and simulates a tension acting on the node;
An eigenvalue analysis step of analyzing eigenvalues and eigenvectors in the multi-mass point system model;
A spring constant calculating step of calculating a spring constant of the spring such that the natural frequency and vibration mode vector based on the displacement characteristics and the natural value and natural vector respectively match;
And a tension calculating step of calculating a tension based on the spring constant.
前記ばね定数算出工程において、最小二乗法により前記ばねのばね定数を算出することを特徴とする請求項2に記載の張力測定方法。   The tension measuring method according to claim 2, wherein, in the spring constant calculating step, a spring constant of the spring is calculated by a least square method. 荷重が付加された帯状体の幅方向に並ぶ複数の測定点における変位特性を測定する張力測定装置であって、
前記帯状体について、前記測定点に対応する節点と該節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化するモデル化手段と、
前記変位特性に基づく前記測定点の変位量の分布と前記節点の変位量の分布とが一致するような前記ばねのばね定数を算出するばね定数算出手段と、
前記ばね定数に基づいて張力を算出する張力算出手段と
を有することを特徴とする張力測定装置。
A tension measuring device that measures displacement characteristics at a plurality of measurement points arranged in the width direction of a belt-like body to which a load is applied,
Modeling means for modeling the belt-like body into a two-dimensional multi-mass point system model having a node corresponding to the measurement point and a spring that is joined to the node and simulates a tension acting on the node;
A spring constant calculating means for calculating a spring constant of the spring such that a distribution of the displacement amount of the measurement point based on the displacement characteristic and a distribution of the displacement amount of the node coincide with each other;
A tension measuring device comprising tension calculating means for calculating a tension based on the spring constant.
荷重が付加された帯状体の幅方向に並ぶ複数の測定点における変位特性を計測する張力測定装置であって、
前記帯状体について、前記測定点に対応する節点と該節点に接合され該節点に作用する張力を模擬したばねとを有する2次元の多質点系モデルにモデル化するモデル化手段と、
前記多質点系モデルにおける固有値及び固有ベクトルを解析する固有値解析手段と、
前記変位特性に基づく固有振動数及び振動モードベクトルと固有値及び固有ベクトルとが夫々一致するような前記ばねのばね定数を算出するばね定数算出手段と、
前記ばね定数に基づいて張力を算出する張力算出手段と
を有することを特徴とする張力測定装置。
A tension measuring device that measures displacement characteristics at a plurality of measurement points arranged in the width direction of a belt-like body to which a load is applied,
Modeling means for modeling the belt-like body into a two-dimensional multi-mass point system model having a node corresponding to the measurement point and a spring that is joined to the node and simulates a tension acting on the node;
Eigenvalue analysis means for analyzing eigenvalues and eigenvectors in the multi-mass point system model;
A spring constant calculating means for calculating a spring constant of the spring such that the natural frequency and vibration mode vector based on the displacement characteristic and the natural value and natural vector respectively match;
A tension measuring device comprising tension calculating means for calculating a tension based on the spring constant.
前記ばね定数算出手段は、最小二乗法により前記ばねのばね定数を算出することを特徴とする請求項5に記載の張力測定装置。   6. The tension measuring apparatus according to claim 5, wherein the spring constant calculating means calculates a spring constant of the spring by a least square method.
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