JP5452930B2 - 噛合したロールを備えたレベリング機内でストリップ状またはシート状の平坦な物体をレベリングする方法およびそのレベリング装置 - Google Patents

Description

本発明の主題は、噛合したロールを備えたレベリング機内でストリップ状またはシート状の平坦な物体をレベリングする方法、および上記方法を実施するために用いることのできるレベリング装置である。

平坦な物体、特にロール状の金属ストリップまたはシートをレベリングするために、複数のロールを有するレベリング機がよく用いられる。レベリング機は２組のレベリング装置を含み、各レベリング装置は互いに平行な軸を有する一連のロールを担持し、２組のレベリング装置はそれぞれストリップの上下に設けられている。ロールは長手方向および垂直方向に互い違いに設けられて噛合することによりワークストリップ用の屈曲路を規定している。これによりワークストリップは異なる方向に交互に引張り屈曲作用を受ける。ロールを回転駆動するためにモータが用いられ、物体は摩擦により所定の速度で前進する。厚みのあるストリップおよびシートメタルをレベリングするためには、機械の上流にも下流にも外部からの引張りを付与することなくこれらの装置組を動作させる。

上記機械の機能が先端理論アプローチの主題である。これらのレベリング理論は、レベリング機内でのシートメタルの最大曲率の計算に基づく。これらの曲率は物体の厚み方向に材料の塑性変形を引き起こし、これが幅方向および厚み方向における応力の緩和を決定する。ロールの噛合度と直径とに応じて、物体の曲率は増減し、塑性変形により影響を受ける厚み方向の量も増減する。レベリング用の１つの調整パラメータは塑性変形率である。塑性変形率とは、物体のうち応力が弾性限界を超えて塑性変形となった厚み部分の、物体の総厚に対する割合である。明らかに、物体の残りの厚み部分は弾性変形応力値を維持する。物体の厚み方向のこれら２つの領域は各々、レベリング力とロールに伝達すべきトルク値に影響を与える。しかしこれらの領域が引き起こすレベリングパラメータのばらつきは異なる法則に従う。

最後にレベリング機は、実質的に異なるが相補的かつ相互作用的な機能を有する２つの領域に大まかに分けられる。入口領域は実質的に塑性変形領域であり、幾何学的に平面の欠点をカバーすることが好ましい。出口領域では、レベリングはどちらかというと引張りを除去することに関し、小さい塑性変形か更には材料の弾性限界範囲内で交互に屈曲させることによりレベリングが行われる。

正確な結果を引き出して機械の予備調整用に用いることができる理論的計算を確立する方法は公知である。原理は塑性変形率の漸進的減少に基づく。これは、十分な数のレベラーロールを有し各ロールの噛合を適切に調整することができる機械によってのみ達成可能である。

ロールの噛合は、必要な塑性変形率並びにレベリングすべきシートの厚みおよび温度に依存する。熱間圧延ミルから排出される鋼シートには、７０％のオーダーの高い塑性変形率が概して必要である。厚いシートの場合は、僅かな噛合でこの塑性変形率が得られるが、レベリング力は非常に高く、レベラーロールを互いに引き離して噛合を低減させる傾向がある。このことは、レベリング力が発生させるロールの偏向（反りとも呼ぶ）が、塑性変形に必要な噛合値よりもはるかに高いことを意味する。このため、どのくらいの精度で噛合値を制御することができるのかという問題、そしてこの精度を保証する制御方法を決定しなければならないという問題が起こる。

そのためレベリング機は概して、固定支持スタンドと、ワークピースの上下にそれぞれ設けられた平行なロール群を備え且つロールが噛合してワークピース用の屈曲路を規定している２組のレベリング装置と、固定スタンドに作用して上記装置組間の間隔を調整し維持することによりロールの噛合を調整する手段とを含む。レベリング装置の各組は、少なくとも１列のバックアップロールを介して支持フレーム上に載っている１列の平行なワークロールを含む。各ワークロールは端部で、移動方向に直交する回転軸を規定する２つのベアリング上に回転自在に取り付けられている。上記ベアリングはそれぞれ、支持フレームに安定的に取り付けられた２つの横方向部分に担持されている。

非常に厚いシートおよびストリップメタルをレベリングするレベリング機では、電動モータでワークロールを駆動する。なぜならレベリング機内で物体を確実に変形および前進させるためには、かなりのトルクを各ロールに伝達しなければならないからである。

最も多いケースでは、下部レベリング装置組の位置を固定し、上部レベリング装置組を垂直に移動可能にして噛合を調整する。これを達成するため、４つの機械式または液圧アクチュエータが概して用いられ、フレーム角に取り付けられる。これにより、調整可能な装置組の大まかなレベルが、固定された下部レベリング装置組に対して調整可能となる。従ってロールの噛合の調整も行われる。さらに、アクチュエータは個々に異なる値に調整可能である。これによりレベリング機の入口と出口との交換を決定することが可能となる。これは概して、必要に応じて異なるレベリング作用を達成しなければならないときに必要となる。

レベリングのために生成される力は非常に大きく、特に強度の高いシートメタルに熱間圧延および加速冷却を施した後にこの作業を行う場合または冷却シートにこの作業を行う場合に大きい。このことは、できるだけ剛性な構造を有するレベリング機を提供してレベリング作用が制御可能とすることにつながっている。機械の様々なパートが負荷を受けて変形すると、レベラーロールの位置制御の正確さが損なわれる。そのため各ロールに対して得られる曲率の正確さも損なわれ、場合によってはこのような正確さを得ることが不可能となることもあり得る。

例えば厚み５０ミリの鋼シートの場合、噛合の計算値は０．３ミリのオーダーである。しかし、レベリング力は機械を１２ミリのオーダーで反らせるに十分である。従って明らかに、米国特許第４，８８１，３９２号に記載されているようなレベリング方法をそのまま適用することは不可能である。さらに上記のシートメタルに対する圧延誤差は０．１ミリのオーダーである。しかしレベリング機はシートメタルが通過できるように、その公称厚みまで開くことができなければならない。ところが製造誤差による厚みのばらつきによって塑性変形率がばらついてはならず、従ってロールの噛合もばらついてはならない。

上記の問題点を克服するため、移動自在のレベラーロール組を載置するため且つ各レベラーロールを個々に制御するために液圧制御を備えたレベリング機が製造されている。負荷を受けたときの機械の変形を相殺するために、力の測定に基づく反りモデルが上記変形の理論計算と関連づけられている。しかし機械の反りが非線形であるため、このような相殺はいずれも不備がある。さらに、制御すべきパラメータより１０倍以上も大きい欠点を相殺することを考えるというのは現実的ではない。

そのため本発明の主題は、所望の正確さでロールの噛合を制御するために、且つ用いるデバイスを複雑にしたり大幅に高価にしたりすることなく上記の問題すべてを解決するために用いることができる方法である。

交互に屈曲させることによりレベリングするという原理は、噛合が調整されたロールを用いて金属製物体を２方向に交互に曲げることからなる。この動作中、物体のうちロールに接している厚み部分（内弧面とも呼ぶ）は圧縮応力を受け、外方の部分（外弧面とも呼ぶ）は引張り応力を受ける。物体の中央領域には応力がゼロである線があり、中立軸と呼ばれる。金属シートの厚みと物体に与えられる曲率とに応じて、材料の弾性限界を超えて塑性変形が起こることがあり得る。レベリング機のロールの数に応じて、物体の厚み部分の少なくとも一部において、ある数の塑性変形が交互に起こる。処理すべきシートの欠点に応じて、弾性変形の範囲内で交互に屈曲させることにより物体にレベリングを施してもよいし、塑性変形の範囲内で交互に屈曲させることにより物体にレベリングを施してもよい。

概して、厚い鋼シートをレベリングするためには、少なくとも機械の入口近傍の第１のパートで塑性変形を引き起こし、出口端部では変形が小さくなるようにレベリング機を調整する。強度の高いシートメタルの場合には、７個、９個または１１個のロールを有する機械が概して用いられる。レベリング機の第１のロール群では通常３０％、７０％、４０％そして２０％の塑性変形率が目標とされる。

レベリング機のロールは電動モータによって回転駆動され、物体を前進させて変形に必要なエネルギーを物体に与える。

このような変形のために伝達すべきトルクと必要な噛合とを決定するために理論レベリングモデルが用いられる。反りのために噛合が意図した値にならないときは、物体を十分に変形させることができない。出願人の観察によると、電動モータによって伝達される実際のトルク値は理論的に決定された値よりもはるかに低い。その結果定量観察により、モデルによって推定した理論トルク値と比較した、または所望の予備調整値と比較した適用トルクの実測値に基づいて噛合を制御する方法が設計されている。

これにより反りの相殺に代えて、噛合調整に関係するレベラーロールに伝達すべきトルクのリアルタイム計算モデルまたは他の予備調整デバイスが採用され、さらにレベリング機のロールの位置に作用を加えて噛合を調整することにより実際に付与されたトルク値の測定を行うことが採用されている。

本発明の方法によると、レベラーロールに伝達されたトルクの少なくとも合計値が測定され、物体の塑性変形のために適用された実際のトルク値が決定され、決定された値が、予備調整モデルによって与えられたトルク基準値と比較され、ロール噛合の調整部材（３）が、塑性変形に用いられた決定トルク値を、モデルによって与えられた基準値（Ｒｅｆ_c）に等しい値に維持すべく作用を受ける。さらに本発明の方法によると、レベラーロールに伝達されたトルクの測定値が、レベリング機の速度を変化させるときに適用される加速および減速トルク値によって補正される。

群ごとに独立して駆動されるロールを含む複数のパートからなるレベリング機であって、各群がレベリング機のパートの１つに対応し、各パートが別々のロール噛合手段を含み、理論モデルまたは予備調整デバイスが機械の各パートにおいてレベラーロールのモータ用および物体の塑性変形に必要な電気トルク値用の少なくとも１つの速度基準値を与えるレベリング機に関して、本発明によると、各パートにおいてそれぞれ対応するレベラーロール群に伝達されたトルクの少なくとも合計値が測定され、各パートにおいて物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が決定され、決定された値が、予備調整モデルによって機械の同一のパートに対して与えられたトルク基準値と比較され、上記パートのレベラーロールの噛合を調整する部材が、物体の塑性変形に用いられた決定トルク値を、モデルによって与えられた基準値に等しい値に維持すべく作用を受ける。

本発明の方法によると、機械のうち独立した駆動を有する別々のパートにおいて物体にもたらされる引張りが測定または計算され、各パートごとに、物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が、レベリング機の各パート間に存在する領域において物体内の引張りの平衡に必要なトルク値で測定値を補正することにより決定される。

特に、そしてさらに本発明の方法によると、ある数のレベラーロールを含む入口パートとある数のレベラーロールを含む出口パートである２つのパートからなるレベリング機において、入口ロールおよび出口ロールの各々について、ロールに伝達されたトルクの少なくとも合計値が測定され、入口と出口との各々において物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が決定され、決定された値が、予備調整モデルによって機械の入口および出口の各々に対して与えられたトルク基準値と比較され、入口および出口の各々のレベラーロールの噛合を調整する部材が、物体の塑性変形に用いられた決定トルク値を、モデルによって与えられた基準値に等しい値に維持すべく作用を受ける。

機械の入口および出口の各々において物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が、レベリング機の速度を変更する際に用いられる加速および減速トルク値を用いて測定値を補正することにより決定される。さらに、入口ロールと出口ロールとの間の領域において物体にもたらされる引張り値が測定または計算によって決定され、入口と出口の両方について、物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が、入口ロールと出口ロールとの間に存在する上記領域において物体内の引張りの平衡に必要なトルク値で測定値を補正することにより推測される。

本発明の方法によると、全ロールが個々に独立して駆動されるレベリング機であって、各ロールを噛合させる別々の噛合手段（５２）と、レベラーロールのモータ用および物体の塑性変形に必要な電気トルク値用の少なくとも１つの速度基準値を与える理論モデルまたは予備調整デバイスとを含むレベリング機において、各レベラーロールに伝達されたトルクの値が測定され、物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が決定され、決定された値が、予備調整モデルによって同一のロールに対して与えられたトルク基準値と比較され、上記レベラーロールの噛合を調整する部材（５２）が、物体の塑性変形に用いられた決定トルク値を、モデルによって与えられた基準値に等しい値に維持すべく作用を受ける。物体の塑性変形に必要なトルク値を決定するために、レベリング機の速度を変更する際に用いられる加速および減速トルク値を用いて測定値が補正される。各ロール間で物体にもたらされる引張りが測定または計算によって決定され、測定値は各ロールの上流側と下流側との間において物体の引張りの平衡化に必要なトルク値によっても補正される。

本発明によると、ストリップ状またはシート状の平坦な物体をレベリングする機械内でロールの噛合を調整するデバイスは、モデルによって与えられた速度基準値によるサーボ制御を可能にするロール速度調整回路（１０５）と、モデルによって与えられた物体の塑性変形に必要な基準トルク値とロールでの測定値との間の差異を調整することによりロールの位置に対して作用するロール噛合調整回路とを含む。

群ごとに独立して駆動されるロールを含む複数のパートからなり、各群がレベリング機のパートの１つに対応し、各パートが別々のロール噛合手段を含むレベリング機において、本発明のデバイスは、モデルによって与えられた速度基準値によるサーボ制御を可能にするロール速度調整回路（１０５）と、各パートごとに設けられ各パートのロールの位置に対して別々に作用するロール噛合調整回路とを含む。

ロールが個々に独立して駆動される複数のパートからなり、各ロールが別々の噛合手段を含むレベリング機において、本発明のデバイスは、モデルによって与えられた速度基準値によるサーボ制御を可能にするロール速度調整回路（１０５）と、各ロールの噛合を調整して上記ロールの位置に対して別々に作用する別々の回路とを含む。

本発明によると、平坦な物体をレベリングする機械内でロールの噛合を調整するデバイスは、比例型、積分型および微分型であり、機械の加速信号用の入力と、各ロールの上流側と下流側との間において物体にもたらされる引張りの差異用の入力とを含む。

図２に示すように、レベリング機内の物体１０がまず３個のロール群Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の群によって屈曲される。物体は、端ロールＲ１およびＲ３の間で噛合する中央ロールＲ２周りに屈曲する。物体はロールの半径に近い曲率半径を取るが、その曲率半径はロールの噛合並びに物体の機械的強度および厚みｔによって異なる。図３−１に示すように、ロールの接している面、すなわち内弧面は圧縮を受け、外方の面、すなわち外弧面は引張りを受ける。材料強度に関する法則によると、応力σが弾性限界未満である限り、物体の厚みは線形に変化する。中央領域は応力を受けない（中立軸）。

さらに屈曲させると、最大応力がかかった領域では材料の弾性限界を超える可能性がある。この場合図３−２に示すように、塑性変形の領域では応力は一定で且つ最大値に等しい。３個のロール群により１方向ずつ２方向に交互に屈曲するのを見ることができる。従ってレベリング機は概して奇数のロールを備えるように設計されて偶数の屈曲部を形成し、レベリング動作によって物体が恒久的に変形を維持する危険を回避するようになっている。

明らかにこの動作中、物体１０はロールに力を付与し、噛合および変形が大きいほど力の値も高い。力が図３−１に対応する弾性変形の範囲内に収まっている場合、材料強度に関する法則が示すように力は変形に比例する。その後力の値は次第に上昇し、物体の厚み全体が塑性変形したときに飽和する。

図１は出願人が模擬作業から得た観察と結果をすべて示す。曲率は物体の曲率半径Ｒに対して反比例するため、この図では横座標に１／Ｒとして示している。物体に与えられた曲率によって異なるが、応力σはまず上面および下面に近い領域で弾性限界Ｅに達する可能性がある。その後曲率が上昇すると、第一近似で応力が一定である塑性変形領域が中央方向に延び、物体１０の厚みｔの大部分を占める可能性がある。

グラフの第１の部分で、ロールにかかる力Ｆは実質的に曲率に比例し、そのためレベラーロールの噛合にも比例する。その後この力は次第に増大し、物体１０の厚み全体が塑性変形したときに実質的に一定の値に達する。このことはさらに、この領域では力が実際変化しないため、力を制御することによりロールの噛合を制御することはできないという問題があることを示す。

しかしこれは物体を前方に駆動するために必要なトルクには当てはまらない。弾性限界の範囲内で物体を変形させるのに必要なトルクはゼロである。この場合、物体内の応力の状態はゼロ応力から図３−１に示す状態に変化する。これにはある量の機械作業を供給し、物体が曲率半径Ｒを取るようにすることが必要である。物体が曲率半径Ｒを取るのは、物体の移動方向におけるレベラーロールの入口においてであるが、各ロールの出口では物体は弾性戻りにより同等の作業力を供給する。ロールに関する結果はゼロである。換言すると、各レベラーロールにおいて、入口領域は抵抗的であり、出口領域は推進的である。供給すべき機械作業リストはゼロである。

他方、物体が塑性変形領域にある場合、物体にエネルギーを供給することが必要である。さもなければ恒久的変形が起こる。変形は交互に起こるため、このことは各屈曲部について当てはまる。このエネルギーは明らかに塑性変形領域に比例し、そのためこの領域の厚みｔにも比例する。その結果、レベラーロールの噛合にも比例する。これを図１に示す。物体１０の変形が弾性である限り供給すべきトルクはゼロである。トルクは次第に曲率に比例するようになり、そのため噛合にも比例するようになる。金属シートをレベリングするために用いられる上記値の範囲内、すなわち２０％から７０％の範囲内では、トルクの増大は非常に線形に近い。そのため本発明の方法によると、塑性変形に費やされるトルク値を決定することによりレベラーロールの噛合を制御することが十分可能となる。これを達成するため、このような決定を可能にするデバイス、およびレベラーロールの噛合の調整を可能にするデバイスを設計する必要がある。

図５は、９個のロールを備えた機械を示す。レベリング機は概して、固定支持スタンド１と、上部レベリング組２と、下部レベリング組２’とからなる。固定支持スタンド１は概して、底部支持スラブ１１と、２つの側柱１２、１３と上部支持スラブ１４とを含む。側柱１２、１３は各々、レベリングすべき物体１０の移動方向の長手方向中央面のいずれかの側に設けられている。

上記装置の寸法については、装置の下部は土台ブロック内のピットに設けることが有利であり得る。土台ブロックは互いに間隔の空いた２つの梁または他の剛性部品を担持しており、上記梁または剛性部品は底部支持スラブ１１を載せる固定台を構成している。

さらに２つの支持部、すなわち底部１１および上部１４は各々、溶接構造体からなる。溶接構造体は実質的に矩形の剛性スラブを構成しており、側柱１２、１３間のレベラーロールの組２、２’が占有する表面全体を覆っている。

各側柱１２（１３）は、互いに間隔の空いた一対のカラム１２、１２’（１３、１３’）からなる。これらのカラムおよび、概して剛性スラブを構成する上部支持部は、先行技術の項でほぼ完全に述べた様々なデバイス、すなわち互いに協働して上部スラブ１４が４つのカラム１２、１２’、１３、１３’に沿って垂直に移動することを可能にする様々なデバイスを備えている。この動きは、図５に示すように駆動式または液圧式スクリューを用いた機械的な動きであってもよい。この場合、４つのジャック３、３’が各カラム上に搭載されている。図示するデバイスでは各ジャックは、スラブ１４に固定された本体３１と、対応するカラム１２、１２’、１３、１３’に固定されたロッド３３に安定的に取り付けられたピストン３２とからなる。

下部スラブ１１が固定されると、上部スラブ１４はジャック３、３’の作用によって移動することができる。ジャックのピストンは同じレベルに留まっている。この際ジャック３、３’は、レベリングすべきシートの厚みに対してロールが所望の噛合状態になるよう調整できる位置に設けられている。これにより理論モデルにより決定されたか又は予備調整デバイスのメモリに保存されている逆屈曲が行われる。物体が通過する間、ロールはレベリング力を付与する。

レベリング装置の各組は、一連のバックアップロール５と連動する一連のワークロール４を含み、これら全体がフレーム２に担持されている。各ワークロール４は、自身の回転軸を規定する２つのベアリング上に回転自在に搭載されており、端部ベアリング５１上に回転自在に搭載されたバックアップロール５に載っている。図５では、これらの端部ベアリングは支持部材５２を介してフレーム２に支持されている。本発明をより詳細に述べると、この支持部材は調整デバイスを含み、調整デバイスは各活性ロール個々の噛合を修正するために用いることができる。噛合の合計値はジャック３、３’を介してフレーム２を位置づけることにより提供される。これらの調整デバイスは、機械式のもの（例えば楔システム）であってもよいし、液圧ジャックからなるものであってもよい。

さらにレベリング機では、機械の入口側に設けられたジャック３を、出口側に設けられたジャック３’とは異なるように調整することも可能である。これによりロール５の噛合は次第に低減し、物体１０は動作開始時には主に塑性変形するが、その後動作終了時には塑性変形が小さくなった状態でレベリングされるか又は変形が弾性限界の範囲内に留まった状態でレベリングされる。図５では、物体１０の移動方向をＳで示している。

上記レベリング機は、上部および下部活性ロール４、４’のすべてを回転駆動することができる駆動デバイスを含む。これを達成するため、モータ９がギア減速機８に連結されており、ギア減速機８がギアボックス７に連結されている。このギアボックスは、複数のヒンジ付き伝達延長部６を介して各活性ロール４に必要なトルクを適切な回転方向で送る。

上記のように、機械の１つのパートを他のパートとは異なる噛合で調節し、それにより機械の入口を出口から分離することは有利である。この場合、大きく塑性変形する入口ロールに伝達すべきトルクは、物体１０の弾性範囲内または少なくとも小さい塑性変形の範囲で動作する出口ロールに伝達すべきトルクに比べて著しく大きい。そのため、上記機械に、入口ロール用と出口ロール用の２つの異なる駆動機を設けることは非常に有利である。

図６および図７に示すのはこのタイプの駆動機である。図示する例は、１１個の活性ロール、すなわち５個の上部ロール４１、４２、４３、４４、４５および６個の下部ロール４０’、４１’、４２’．．．４５’を備えたレベリング機用である。通常、駆動機が機械に入口で５個の第１のロール４０、４１、４１’、４２、４２’にモータのトルクを伝達し、第２の駆動機が機械の出口端で６個の活性ロール４３、４３’、４４、４４’および４５’にモータのトルクを伝達する。各ワークロールはヒンジ付き伝達シャフト６０、６１、６１’．．．６４、６４’、６５’を介してピニオンギアアセンブリの出力シャフトに連結されている。

図７は、ギアボックス内の歯車の配置を模式的に示す。モータ９１はギア減速機８１を介して機械の入口部に駆動力を供給する。このギア減速機の出力シャフトはカプリングにより、ピニオンギアＰ’１を担持するシャフトに連結されている。同じシャフトが他端でヒンジ付き延長シャフト６１’．．．を介して下部ロール４１’に作用する。ピニオンギアＰ’１は噛合により動作をピニオンギアＰ２およびＰ１に伝達する。ピニオンギアＰ２およびＰ１はそれぞれ、ヒンジ付きシャフト６２および６１を介してロール４２および４１に連結されている。最後にピニオンギアＰ１は噛合により動作をピニオンギアＰ’０に伝達する。ピニオンギアＰ’０はヒンジ付き延長部６０’を介してロール４０’に連結されている。ピニオンギアＰ２は噛合により動作をピニオンギアＰ’２に伝達する。ピニオンギアＰ’２はヒンジ付き延長部６２’を介してロール４２’に連結されている。従って機械の第１のパートのワークロールはすべて、物体１０の移動、および物体の変形に必要な駆動力の伝達に適した方向に回転駆動される。

同様に、機械の第２のパートはギア減速機８２を介してモータ９２によって駆動される。このギア減速機の出力シャフトはカプリングにより、ギアボックスのピニオンギアＰ’４を担持するシャフトに連結されている。同じシャフトが他端でヒンジ付き延長部６４’を介してロール４４’に連結されている。ピニオンギアＰ’４は噛合によりピニオンギアＰ５およびＰ４を駆動する。ピニオンギアＰ５およびＰ４は噛合によりピニオンギアＰ’５およびＰ’３をそれぞれ順に駆動する。ピニオンギアＰ’３は噛合によりピニオンＰ３を駆動する。機械の第１のパートと同様に、ピニオンギアＰ３、Ｐ’３、Ｐ４、Ｐ’４、Ｐ５およびＰ’５のシャフトは、ヒンジ付き延長部６３、６３’、６４、６４’、６５および６５’を介してワークロール４３、４３’、４４、４４’、４５および４５’に連結されている。従ってレベリング機の出口部のワークロールはすべて、物体１０の移動に適した方向に回転駆動され、レベリングに必要な変形エネルギーを伝達することができる。

伝達されたトルク値は通常、モータ９１および９２の電流強度の測定、あるいはカプリングまたはヒンジ付き延長部に搭載された他の適切な手段により決定される。上記手段は周知であり、これ以上詳細に述べる必要はない。

本発明の方法は、伝達されたトルクについて検出された差異に基づきロールの噛合を調整することである。本発明の方法ではこの目的を達成するために、ロールの回転速度をこれと連動させて調整しなければならない。

図４−１は本発明のデバイスの一実施形態による調整を模式的に示す。モジュール１００はロールの駆動機を表し、モータ、その供給、制御、および調整回路を表している。

これらの回路はすべて、電動モータの速度とトルクとを制御する従来の回路である。これらは様々なタイプの可変速度モータ、すなわち直流モータまたは可変周波数非同期モータに適用することができる。これらの回路をこれ以上詳細に述べる必要はなく、技術は当業者に周知である。

レベリング機は、上記したように１台のモータにより作動してもよいし２台の主モータにより作動してもよい。各ワークロール４がそれぞれの駆動機を有する機械も考えられる。本発明の方法の原理は同様に適用可能である。モジュール１００は、モータ用回転速度調整器を含み、この調整器は明らかにすべてのロールに共通であり同一の基準速度Ｒｅｆｖで動作する。この基準は物体１０の所望の速度および移動方向Ｓに対応している。

駆動デバイス１００においてモータが供給したトルクを測定する。この測定は強度測定によるか又は伝達シャフトに搭載された適切なデバイスによって行う。このトルクの測定値を第１の比較器１０１に入力する。明らかに、モータが供給したトルクは、塑性変形に必要なトルクとは完全には一致しない。塑性変形に必要なトルクが本方法に使用可能な唯一のトルクである。概して、レベリング機の機能は、主要な加速度がレベリング用の所望の速度に達することを実際に必要とする。そのためモータは加速トルクを供給するが、これは差し引かなければならない。これを行うために、モジュール１００から得た速度信号を乗算器１０６に入力する。乗算器１０６にはレベリング機の回転部品の合成慣性値Ｊも入力される。

比較器１０１が測定したトルクからこの加速トルクを差し引く。１台のモータを有する機械という一般的なケースでは、他のトルクは存在しない。なぜなら上記したように、弾性動作の合計は各ロールにおいてゼロだからである。さらに機械は、入口端および出口端において物体内に引張りがない状態で動作するため、モータは追加のトルクを供給しない。従って比較器１０１の出力端には、物体１０の塑性変形に用いられるトルクを表す信号がある。この信号を回路１０２を用いて、理論モデルまたは予備調整デバイスによって与えられた基準値Ｒｅｆ_cと比較する。

本発明によると、これら２つの値の差を用いてロールの噛合が補正される。トルクは実質的に噛合に比例して変化することを上述したが、本発明による調整デバイス１０３は調整回路を含んでいてもよい。調整回路はＰＩＤ増幅器（比例、積分および微分）である。この場合、積分部分がデバイスの安定性を保証するために主に用いられる部分である。調整回路は噛合制御回路１０４に信号を送り、噛合制御回路１０４は、上部スラブ１４の位置を変化させることによりジャック３、３’の位置を調整する。この動作は、例えばポンプとサーボバルブとを含む液圧回路によって行うが、スラブ１４を制御可能に動かすことができるデバイスであればいずれのデバイスによって行ってもよい。これらの液圧技術は今日様々な分野で広く用いられており、特にレベリング機のクランプデバイスおよびミルスタンドでは多くの特許の主題となっており、これ以上詳細な説明は省略する。

本発明のデバイスのより改良された実施形態によると、図６および図７に示すように、入口部に１台の駆動機を有し出口部に１台の駆動機を有するレベリング機が考えられる。図４−１に示すタイプでは、２つの別々の調整回路が必要である。大きな塑性変形が起こる機械の入口部は、入口レベラーロールを制御するモータのトルクに対応したトルク値に基づいて、上記のように機能し得る。調整回路１０４は、入口側に設けられた液圧ジャック３を制御する。他方、機械の出口部を調整するために全く同一のデバイスを提供することは不可能である。概して入口部と出口部との間では、これら２つの部分間の塑性変形速度が異なるために物体内に引張りが生まれる。

機械の一方のパートは大きい曲率で動作し、他方のパートは小さい曲率で動作する。滑りがなければ、ロールは接している金属シート面の速度を付与し、従って中立軸には僅かに高い速度を付与する。この過剰速度は接点での曲率に比例する。中立軸の速度は機械全体で同一である。ロールが機械的に連結されている場合、ロール間で引張り／圧縮が起こり、物体とロールとが互いに滑る。これにより速度の不一致が解決される。これらの引張りは対象であるロールに応じて、推進的トルクまたは抵抗的トルクを引き起こす。レベリング機のパートごとに駆動機が異なる場合、これらのトルクはモータが供給する追加のトルクによって相殺される。そのためロールによって変形動作が行われるというイメージは、これらの引張りがもたらす駆動力の交換によってゆがめられる。

調整を行うにはこれらのことを考慮しなければならない。そのためには、機械のうち異なる駆動機を有するパート間に存在する引張りを測定し、引張り力ΔＴの差を評価することが必要である。モータが供給する追加のトルクは従ってＲΔＴタイプであり、Ｒはレベラーロールの半径である。適切な調整回路は図４−２に示すタイプである。この回路は上記の回路に似ており、引張りによりもたらされたトルクの測定値は単に、信号ＲΔＴ（１０７）を比較器１０１の差動入力に入力することにより補正しなければならない。機能は上記と同じであり、噛合制御回路１０４はレベリング機の出口側に設けられた液圧ジャック３’に作用する。さらに、入口側に設けられたジャック３に対する作用を、出口側に設けられたジャック３’に対する作用と完全には分離せず、制御信号を適切な作用割合で混合することも考えられる。

すべてのワークロールが個々に駆動される機械について本発明の方法のより改良された変形例によると、ワークロール間のすべての間隔で物体１０内の引張りを決定することが可能なデバイスを用いることが必要である。本発明のデバイスは、図４−２に示すタイプの調整回路からなり、例えば調整部材５２に適切なデバイスを搭載することにより各ロールの噛合を個々に制御することが可能である。

このタイプの機械では、まず駆動モータに対するトルクの測定値に基づいて個々のワークロールに作用を加え、次いで液圧ジャック３、３’を用いることと個々の調整信号を組み合わせて得られた調整信号を用いることによる包括的作用を組合せて、他のタイプの機能を考えることもまた可能である。

しかし本発明は単に実施例によって記載した実施形態に限定されるわけではない。なぜなら請求の範囲から逸脱することなく改変が可能だからである。特にレベリング機は、ワークロールの噛合を調整するために他のタイプのデバイスと共に用いることもできる。あるいは他の方法または測定値を用いて物体の塑性変形に必要なトルクを決定してもよい。

請求の範囲において技術的特徴の後に挿入した参照符号は請求の範囲の理解を容易にするためだけのものであり、決して本発明の範囲を限定するものではない。

本発明は以下の図面を参照して実施形態の記載を読むことにより、より良く理解される。

図１は、弾性領域および塑性領域の力とトルクとを示す図である。 図２は、レベリングにおける逆屈曲を示す図である。 図３−１は、物体内の応力（弾性変形）を示す図である。 図３−２は、物体内の応力（塑性変形）を示す図である。 図４−１は、本発明の主題である調整を模式的に示す図である。 図４−２は、本発明のより改良された実施形態による調整を模式的に示す図である。 図５は、レベリング機の側面図である。 図６は、レベリング機の駆動機の斜視図である。 図７は、ギアアセンブリの駆動ピニオンの詳細図である。

Claims (15)

1. レベリング機内でストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法であって、前記レベリング機が、固定支持スタンド（１）と、前記ストリップの上下にそれぞれ設けられた平行なロール（４、４’）を備えた２組のレベリング装置と、前記ロールの噛合を調整するための調整部材（３、３’）と、前記レベラーロール用の駆動手段（９１、９２）と、モータによって前記レベラーロールに伝達されたトルクの少なくとも合計値を測定する手段（１００）と、前記レベラーロール（４、４’）の前記モータ用および前記物体の塑性変形に必要な電気トルク値用の少なくとも１つの速度基準値（Ｒｅｆv）を与える理論モデルまたは予備調整モデルとを含むタイプであり、
   前記レベラーロールに伝達された前記トルクの前記少なくとも合計値が測定され、前記物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が決定され、
   前記決定された値が、前記予備調整モデルによって与えられた前記トルク基準値と比較され、
   前記調整部材（３、３’）が前記レベラーロールの噛合を調整すべく作用を受けて、前記物体の塑性変形に用いられた前記決定されたトルク値を、前記予備調整モデルによって与えられた前記基準値（Ｒｅｆv）に等しい値に維持することを特徴とする方法。
2. 前記物体の塑性変形に用いられた前記実際のトルク値が、前記レベリング機の速度変更中に用いられる加速および減速トルク値を用いて測定値を補正することにより決定されることを特徴とする、請求項１に記載のレベリング機内でストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法。
3. 群ごとに独立して駆動されるロールを含む複数のパートからなるレベリング機であって、各群が前記レベリング機の前記パートの１つに対応し、各パートがロール噛合用の別々の調整部材（３、３’）を含み、前記機械の各パートにおいて理論モデルまたは予備調整モデルが、前記レベラーロールの前記モータ用および前記物体の塑性変形に必要な電気トルク値用の少なくとも１つの速度基準値を与えるレベリング機において、
   各パートにおいてそれぞれ対応するレベラーロール群に伝達されたトルクの少なくとも合計値が測定され、各パートにおいて前記物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が決定され、
   前記決定された値が、前記予備調整モデルによって前記機械の同一のパートに対して与えられた前記トルク基準値と比較され、
   前記調整部材（３、３’）が前記パートの前記レベラーロールの噛合を調整すべく作用を受けて、前記物体の塑性変形に用いられた前記決定されたトルク値を、前記予備調整モデルによって与えられた前記基準値に等しい値に維持することを特徴とする、請求項１に記載のストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法。
4. 前記機械の各パートにおいて前記物体の塑性変形に用いられた前記実際のトルク値が、前記レベリング機の速度変更中に用いられる加速および減速トルク値を用いて測定値を補正することにより決定されることを特徴とする、請求項３に記載のレベリング機内でストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法。
5. 前記機械のうち独立した駆動を有する別々のパートによって前記物体にもたらされる引張りが測定または計算によって決定され、
   各パートごとに、前記物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が、前記レベリング機の各パート間に存在する領域において前記物体内の引張りの平衡に必要とされるトルク値で測定値を補正することにより推定されることを特徴とする、請求項３または４に記載のレベリング機内でストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法。
6. ２つの群（９１、９２）でそれぞれ独立して駆動されるロールを含む２つのパート、すなわち入口パートと出口パートからなるレベリング機であって、各群が前記レベリング機の前記パートの１つに対応し、入口ロールの噛合が前記機械の入口クランプ手段（３）によってより特定的に制御され、出口ロールの噛合が前記機械の出口クランプ手段（３’）によってより特定的に制御され、前記機械の各パートにおいて理論モデルまたは予備調整モデルが、前記レベラーロールの前記モータ用および前記物体の塑性変形に必要な電気トルク値用の少なくとも１つの速度基準値を与えるレベリング機において、
   前記入口ロールおよび前記出口ロールの各々について、伝達されたトルクの少なくとも合計値が測定され、
   前記入口および出口の各々において前記物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が決定され、
   前記決定された値が、前記予備調整モデルによって前記機械の前記入口および出口それぞれに対して与えられた前記トルク基準値と比較され、
   前記入口クランプ手段（３）が前記入口ロールの噛合を調整すべく作用を受け、且つ前記出口クランプ手段（３’）が前記出口ロールの噛合を調整すべく作用を受けて、前記物体の塑性変形に用いられた前記決定されたトルク値を、前記予備調整モデルによって与えられた前記基準値に等しい値に維持することを特徴とする、請求項１または３に記載のストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法。
7. 前記機械の前記入口および出口の各々において前記物体の塑性変形に用いられた前記実際のトルク値が、前記レベリング機の速度変更中に用いられる加速および減速トルク値を用いて測定値を補正することにより決定されることを特徴とする、請求項６に記載のレベリング機内でストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法。
8. 前記入口ロールと出口ロールとの間の領域において前記物体にもたらされる引張り値が測定または計算によって決定され、
   この入口および出口での値から、前記物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が、前記入口ロールと前記出口ロールとの間に存在する前記領域において前記物体内の引張りの平衡に必要とされるトルク値で測定値を補正することにより計算されることを特徴とする、請求項６または７に記載のレベリング機内でストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法。
9. 全ロールが個々に独立して駆動されるレベリング機であって、各ロールごとに別々に設けられた噛合調整部材（５２）を含み、理論モデルまたは予備調整モデルが、前記レベラーロールの前記モータ用および前記物体の塑性変形に必要な電気トルク値用の少なくとも１つの速度基準値を与えるレベリング機において、
   各レベラーロールに伝達されたトルクの値が測定され、前記物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が決定され、
   前記決定された値が、前記予備調整モデルによって同一のロールに対して与えられた前記トルク基準値と比較され、
   前記レベラーロールの噛合調整部材（５２）が作用を受けて、前記物体の塑性変形に用いられた前記決定されたトルク値を、前記予備調整モデルによって与えられた前記基準値に等しい値に維持することを特徴とする、請求項１に記載のストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法。
10. 前記物体の塑性変形に用いられた前記実際のトルク値が、前記レベリング機の速度変更中に用いられる加速および減速トルク値を用いて測定値を補正することにより決定されることを特徴とする、請求項９に記載のレベリング機内でストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法。
11. 各ロール間で前記物体にもたらされる引張りが測定または計算によって決定され、
    各ロールごとに、前記物体の塑性変形に用いられた実際のトルク値が、各ロールの上流側と下流側との間において前記物体の引張りの差を平衡化するために必要とされるトルク値で測定値を補正することにより決定されることを特徴とする、請求項９または１０に記載のレベリング機内でストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする方法。
12. ストリップ状またはシート状の平坦な物体（１０）をレベリングする機械内でロール（４、４’）の噛合を調整する調整デバイス（１０３）であって、前記機械が、固定支持スタンド（１）と、前記ストリップの上下にそれぞれ設けられた平行なロールを備えた２組のレベリング装置と、前記ロールの噛合を調整するためのデバイス（３、３’）と、前記レベラーロール用の駆動手段（９１、９２）と、モータによって前記レベラーロールに伝達されたトルクの少なくとも合計値を測定する手段と、前記レベラーロールの前記モータ用および前記物体の塑性変形に必要な電気トルク値用の少なくとも１つの速度基準値を与える理論モデルまたは予備調整モデルとを含むタイプであり、
    前記調整デバイスが、前記物体（１０）の塑性変形に必要な実際のトルク値を決定する手段と、前記予備調整モデルによって与えられた前記速度基準値によるサーボ制御を可能にするロール速度調整回路（１０５）と、前記予備調整モデルによって与えられた前記物体の塑性変形に必要な前記基準トルク値と前記ロールでの測定値との間の差異を調整することにより前記ロールの位置に作用するロール噛合調整回路（１０４）とを含むことを特徴とする調整デバイス（１０３）。
13. 平坦な物体（１０）をレベリングする機械内でロール（４、４’）の噛合を調整する、請求項１２に記載の調整デバイス（１０３）であって、前記機械が、群ごとに独立して駆動されるロールを含む複数のパートからなり、各群が前記レベリング機の前記パートの１つに対応し、各パートが別々のロール噛合手段（３、３’）を含み、
    前記調整デバイスが、前記予備調整モデルによって与えられた前記速度基準値によるサーボ制御を可能にするロール速度調整回路（１０５）と、各パートごとに設けられ各パートのロールの位置に対して別々に作用するロール噛合調整回路（１０４）とを含むことを特徴とする、調整デバイス（１０３）。
14. 平坦な物体（１０）をレベリングする機械内でロール（４、４’）の噛合を調整する、請求項１２に記載の調整デバイス（１０３）であって、前記機械の全ロールが独立して駆動され、各ロールが別々の噛合手段（５２）を含み、
    前記調整デバイスが、前記予備調整モデルによって与えられた前記速度基準値によるサーボ制御を可能にするロール速度調整回路（１０５）と、各ロールごとに設けられ前記各ロールの位置に対して別々に作用する別々の噛合調整回路（１０４）とを含むことを特徴とする、調整デバイス（１０３）。
15. 平坦な物体（１０）をレベリングする機械内でロール（４、４’）の噛合を調整する、請求項１２から１４のいずれか一つに記載の調整デバイス（１０３）であって、
    前記調整デバイスが比例型、積分型および微分型であり、
    前記機械の加速信号用の入力と、各ロールの上流側と下流側との間において前記物体にもたらされる引張りの差異用の入力とを含むことを特徴とする、調整デバイス（１０３）。