JP5692837B2 - 金属帯の幅方向位置制御装置および制御方法 - Google Patents

金属帯の幅方向位置制御装置および制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、リールに巻取られる金属帯の幅方向の位置を制御する金属帯の幅方向位置制御装置および制御方法に関する。
金属帯の加工等を行う装置では、装置入側でコイル状に巻かれた金属帯をほどいて装置内へ装入し、加工された金属帯を装置出側でコイル状に巻取ることが行われる。金属帯の加工等を行う装置は、たとえばロールクラウンなどに見られるように、幅方向の中央位置を基準として設計されることが多い。したがって、装置で加工等される金属帯は、その幅方向中央が装置の幅方向中央に一致するようにほどいて装入されることが望ましい。また、加工された金属帯をコイル状に巻取る際、巻きずれが起こるとコイルのエッジを損傷するので、幅方向の位置がずれることなくエッジを揃えて巻取られることが望ましい。このことから、一般的にコイルをほどいて装置へ装入される金属帯、および加工されて巻取られる金属帯は、幅方向の位置がずれないように位置制御されている(たとえば、特許文献1参照)。
図3は、従来金属帯の加工の一種である研磨に用いられている研磨装置1の構成を示す。研磨装置1は、コイル状の金属帯の一種である鋼帯2を研磨し、鋼帯2をほどいて装入する払出機3と、研磨スタンド4と、巻取機5と、入側位置制御装置6と、出側位置制御装置7と、金属帯2の走行方向を転換する複数のデフレクターロール8と、を含む。研磨装置1では、払出機3でほどかれて研磨スタンド4へ装入される鋼帯2の幅方向の位置制御を入側位置制御装置6で行う。また、図3中に示す通常研磨方向に走行して研磨された後、巻取機5に巻取られる鋼帯2の幅方向の位置制御を出側位置制御装置7で行う。研磨スタンド4には、エンドレスの研磨ベルト4aが備えられる。研磨ベルト4aは、コンタクトロール4bとアイドルロール4cとの間に掛け渡される。コンタクトロール4bの外周に沿う研磨ベルト4aは、ビリーロール4dとの間で挟む鋼帯2の表面に押付けられる。
図4は、図3に示す研磨装置1の入側で鋼帯2の幅方向の位置を制御する状態を示す。研磨装置1の入側の払出機3では、モーター11でペイオフリール12(以後、PORで表す)を回転し、POR12にコイル状に巻かれている鋼帯2を矢符13で示す方向にほどいて装入する。このコイルをほどいて装入する時に、入側位置制御装置6が払出される鋼帯2の幅方向位置を制御する。
入側位置制御装置6は、入側検出器14と、入側位置制御部15と、ペイオフリール(POR)サーボ弁16と、ペイオフリール(POR)シリンダー17と、を含む。入側検出器14は、鋼帯2のエッジの位置を一方の側と他方の側とでそれぞれ検出する検出器であり、たとえば投受光検出器が用いられる。投受光検出器14は、投光器から出射される光を受光器で受け、受光量に応じた電圧を出力する光電変換器である。研磨装置1には、鋼帯2のワークサイドのエッジ部分およびドライブサイドのエッジ部分に、鋼帯2を挟むようにして、投受光検出器14が設けられる。投受光検出器14は、研磨装置1に対する位置が固定され、ワークサイドとドライブサイドとで研磨装置1の幅方向中央に関して線対称の位置に設けられる。投受光検出器14では、投光器と受光器との間にある鋼帯2によって光の一部が遮られることで、そのエッジ位置を検出する。鋼帯2の幅が定まれば、投受光検出器14におけるワークサイドの受光量(LW)とドライブサイドの受光量(LD)との和(LW+LD)が一定になる。したがって、ワークサイドの受光量(LW)とドライブサイドの受光量(LD)との差LP(=LW−LD)から、鋼帯2の装置中央に対する偏り、すなわち幅方向の位置偏差が求められる。図4に示す投受光検出器14は、減算機能をも備え、上記偏差LPを計算し、鋼帯2の位置偏差として入側位置制御部15に対して出力する。
入側位置制御部15は、鋼帯2の位置偏差である受光量偏差LPが零(0)に近づくように、PORサーボ弁16の動作を制御する信号を出力する。この信号に従ってPORサーボ弁16が動作し、PORシリンダー17がPOR12を矢符18で示す幅方向に移動し、コイルをほどいて装入される鋼帯2の研磨装置1に対する幅方向の位置制御が行われる。入側では、POR12から矢符13で示す方向に装入される鋼帯2の幅方向中央が研磨装置1の幅方向中央に一致するように位置制御が行われる。
研磨装置1の出側に設けられる出側位置制御装置7は、出側検出器21と、出側位置制御部22と、不図示のテンションリールサーボ弁およびテンションリールシリンダーと、を含む。入側のPORサーボ弁16およびPORシリンダー17と同様に、テンションリールサーボ弁およびテンションリールシリンダーは、巻取機5に備わるテンションリール23およびモーターを幅方向に移動させる。研磨装置1の出側では、入側と類似の方法で、巻取られる鋼帯2の幅方向中央がテンションリール23の幅方向中央に一致するように位置制御が行われる。
特開2006−55906号公報
研磨装置1では、入側のPOR12で鋼帯2を巻取しなければならない場合が生ずる。研磨装置1では、通常、複数の鋼帯を順次接続し、連続して研磨する。研磨中にコイル尾端がPOR12から抜けると板張力が無くなり、研磨ベルト4aと鋼帯2の当りが急変し、その部分を深く削る重研磨となり、火災となる。よって、POR12の残巻数を監視し、設定巻数以下になると、鋼帯2の走行速度を低下させるライン減速と、ビリーロール4dの下降操作を行う。この場合、鋼帯2は、ビリーロール4dの下降開始点から未研磨となるので、品質不良として歩留損になる。そこで、鋼帯2をある程度の長さだけ、通常研磨方向とは逆の方向へ引戻してPOR12に巻取り、既に研磨された部分から走行および研磨を再開する。このように、鋼帯2を引戻して巻取った後、走行および研磨を再開することで、品質不良部分の研磨仕上りも他の研磨済みの部分と大きく異ならないようにする。ここでは、鋼帯2を入側に引戻してPOR12で巻取る処理を、引戻し巻取と呼ぶことにする。
入側位置制御装置6は、鋼帯2が研磨装置1の中央に対してずれると、鋼帯2の中央を研磨装置1の中央に一致させるべく、鋼帯2のずれる方向と逆の方向にPOR12を移動させるように制御する。したがって、POR12に鋼帯2を引戻し巻取する場合、入側位置制御装置6は、巻きずれを一層助長することになる。そこで、引戻し巻取する場合、入側位置制御装置6の動作をoffにして、作業者が鋼帯2の巻取り位置を観察しながらPOR12を幅方向に手動操作で移動させ、幅方向位置を調整している。しかし、作業者が観察しながら手動操作で引戻し巻取を行ったとしても、巻きずれの発生を十分に防止することができずに、コイルのエッジを損傷するという問題がある。
本発明の目的は、金属帯を引戻し巻取する際などに、巻きずれを防止することができる金属帯の幅方向位置制御装置および制御方法を提供することである。
本発明は、研磨装置内に装入されて研磨の対象となる金属帯幅方向の位置を制御する金属帯の幅方向位置制御装置において、
金属帯のエッジの位置を一方の側と他方の側とでそれぞれ検出するエッジ位置検出手段と、
一方の側と他方の側とで検出されるエッジ位置の差を金属帯の位置偏差として求める金属帯位置偏差検出手段と、
金属帯の位置偏差を記憶する記憶手段と、
ペイオフリールを幅方向に移動させるリール移動手段と、
リール移動手段の動作を制御する制御手段であって、
金属帯のペイオフリールから磨装置内への装入時は、金属帯エッジ位置検出手段によって検出される金属帯のエッジの位置の差から金属帯位置偏差検出手段が検出する金属帯の位置偏差に基づき、金属帯の位置が研磨装置の幅方向中央に一致するように制御するとともに、
金属帯のペイオフリールへの引戻し巻取時は、記憶手段にペイオフリールへの巻取を始めようとする状態での金属帯の位置偏差を初期位置偏差として記憶しておき、位置偏差検出手段が検出するペイオフリールへ巻取り中の金属帯の位置偏差から、初期位置偏差を減算して金属帯の初期位置に対する変位量を求め、当該変位量にペイオフリールの変位量が等しくなるように制御る、
制御手段と、
を含むことを特徴とする金属帯の幅方向位置制御装置である。
また本発明で、前記ペイオフリールに巻取られる金属帯は、
複数の金属帯を順次接続して連続処理する場合に、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部とを接続後、連続処理する方向と逆の方向に巻取られる金属帯であることを特徴とする。
また本発明は、研磨装置内に装入されて研磨の対象となる属帯の幅方向の位置を制御する金属帯の幅方向位置制御方法において、
金属帯のペイオフリールから磨装置内への装入時は、金属帯の一方のエッジと他方のエッジとの位置偏差に基づき、金属帯の位置が研磨装置の幅方向中央に一致するように制御するとともに、
金属帯のペイオフリールへの引戻し巻取時は、ペイオフリールに巻取られる金属帯の巻取を始めようとする状態で、
金属帯の一方のエッジと他方のエッジとの位置偏差として金属帯初期位置偏差(LPi)を求め、
金属帯の巻取り中に、
金属帯の一方のエッジと他方のエッジとの位置偏差として金属帯位置偏差(LP)を求め、
金属帯位置偏差(LP)と金属帯初期位置偏差(LPi)との差ΔLP(=LP−LPi)に対して、ペイオフリールの幅方向の変位量が等しくなるように、ペイオフリールの幅方向の移動動作を制御することを特徴とする金属帯の幅方向位置制御方法である。
本発明の金属帯の幅方向位置制御装置によれば、エッジ位置検出手段、金属帯偏差位置検出手段およびリール移動手段を含み、ペイオフリールから金属帯を研磨装置内へ装入する際は、研磨装置の幅方向中央に一致するように位置制御を行う。研磨装置で必要となる金属帯の引戻し巻取時は、エッジ位置検出手段、金属帯偏差位置検出手段およびリール移動手段を装入時と兼用して、金属帯の幅方向のずれに追随し、金属帯のずれと同じ方向へ同じ距離だけペイオフリールを移動させることができるので、巻きずれを防止することができる。
また本発明によれば、引戻し巻取される金属帯の幅方向位置制御を精度良く実現し、巻きずれを防止することができる。
また本発明の金属帯の幅方向位置制御方法は、前記金属帯の幅方向位置制御装置を用いて実行されるので、前記発明による効果と同じ効果を奏することができる。
図1は、本発明の実施の形態である金属帯の幅方向位置制御装置30の概要を示す図である。 図2は、図1に示す装置30を用いて行われる金属帯の幅方向位置制御方法を示すフローチャートである。 図3は、従来金属帯の加工の一種である研磨に用いられている研磨装置1の構成を示す図である。 図4は、図3に示す研磨装置1の入側で鋼帯2の幅方向の位置を制御する状態を示す図である。
図1は、本発明の実施の形態である金属帯の幅方向位置制御装置の概要を示す。金属帯の幅方向位置制御装置30(以後、単に幅方向位置制御装置と呼ぶ)は、前述の研磨装置1に備わる入側位置制御装置6に類似し、類似する部分については同一の参照符号を付して説明を簡略化または省略する。ここでは、金属帯の一種である鋼帯2を巻取る場合について例示する。
幅方向位置制御装置30は、エッジ位置検出手段31と、鋼帯位置偏差検出手段32と、記憶手段であるメモリ33と、リール移動手段34と、制御手段35と、を含む。幅方向位置制御装置30は、たとえば前述の研磨装置1の入側に設けられ、払出機3を巻取機として使用し、矢符36で示す方向に引戻し巻取される鋼帯2の幅方向位置を制御することに用いられる。
エッジ位置検出手段31は、前述の投受光検出器14と構成を同じくする投受光検出器であり、鋼帯2のワークサイドおよびドライブサイドでそれぞれエッジ位置を検出する。鋼帯位置偏差検出手段32は、エッジ位置検出手段31に備わる不図示の減算器と、アナログ/デジタル(A/D)変換器40とを含み、ワークサイドとドライブサイドとで検出されるエッジ位置の差を、鋼帯2の位置偏差として求める。鋼帯位置偏差検出手段32は、ワークサイドの受光量(LW)と、ドライブサイドの受光量(LD)との偏差LP(=LW−LD)を求めて電圧出力する。ここでは、たとえば±100mmの位置偏差を±5Vの電圧に変換して出力する。A/D変換器40は、位置偏差のアナログ信号をデジタル信号に変換して制御手段35に対して出力する。ここでは鋼帯2の位置偏差LPがエッジ位置検出手段31で求められるけれども、これに限定されることなく、エッジ位置検出手段31で両サイドのエッジ位置検出のみを行い、検出結果をA/D変換器40を介して制御手段35へ入力し、制御手段35で位置偏差LPを計算するようにしてもよい。
メモリ33は、たとえばハードディスクドライブ(HDD)で実現され、随時書込みおよび読出し可能である。メモリ33には、POR12への巻取を始めようとする状態で、鋼帯位置偏差検出手段32により検出される鋼帯2の位置偏差が初期位置偏差(LPi)として記憶される。
リール移動手段34は、PORサーボ弁16とPORシリンダー17とを含む。PORサーボ弁16は、制御手段35からの制御信号に応じて、PORシリンダー17に対して供給する流体の流路および流量を制御する弁である。PORシリンダー17は、PORサーボ弁16の動作に従ってピストンを直線運動させ、そのピストンに接続されるPOR12を幅方向に移動させる。
制御手段35は、リール位置偏差検出部41と、制御部42と、を含む。前述のメモリ33は、制御手段35に備わるようにすることができる。リール位置偏差検出部41は、たとえばポテンショメータ43とA/D変換器44とを含む。ポテンショメータ43は、研磨装置1の幅方向の中央位置を基準とし、POR12に接続されるPORシリンダー17のピストンの幅方向移動に対応する抵抗値変化を電圧として検出する。PORシリンダー17のピストンの全ストロークを一定とし、全ストロークがワークサイドの変位(RW)とドライブサイドの変位(RD)との和になるようにする。このことで、ポテンショメータ43は、幅方向の基準位置に対するPOR12の位置偏差として、リール位置偏差RP(=RW−RD)を検出することができる。ここでは、幅方向の基準位置を研磨装置1の幅方向中央位置とし、たとえば±100mmの位置偏差を±5Vの電圧として出力する。A/D変換器44は、ポテンショメータ43が検出するリール位置偏差(RP)のアナログ信号をデジタル信号に変換して制御部42へ入力する。前述のメモリ33には、POR12への巻取を始めようとする状態で、リール位置偏差検出部41により検出されるPOR12の位置偏差がリール初期位置偏差(RPi)として記憶される。
制御部42は、たとえば中央処理装置(CPU)で実現される。制御部42は、鋼帯2をPOR12へ引戻し巻取中の鋼帯位置偏差(LP)から、引戻し巻取を始めようとする状態での鋼帯初期位置偏差(LPi)を減算して、その差ΔLP(=LP−LPi)を求める。差ΔLPは、鋼帯2の初期位置に対する変位量を表す。また制御部42は、鋼帯2をPOR12へ引戻し巻取中のリール位置偏差(RP)から、POR12へ引戻し巻取を始めようとする状態でのリール初期位置偏差(RPi)を減算して、その差ΔRP(=RP−RPi)を求める。差ΔRPは、POR12の初期位置に対する変位量を表す。さらに、制御部42は、鋼帯位置偏差の差ΔLPに対してリール位置偏差の差ΔRPが等しくなるよう2に、リール移動手段34の動作を制御する。すなわち、制御部42は、鋼帯2の変位量に対して、POR12の変位量が等しくなるようにリール移動手段34の動作を制御する。
ここでは、POR12の変位量をリール位置偏差の差ΔRPとして求めているが、これに限定されることはない。たとえば、POR12を動作させるPORシリンダー17にリニアエンコーダーを接続し、巻取中のリニアエンコーダーの計測値と、巻取りを開始する状態でのリニアエンコーダーの計測値との差で、POR12の変位量を求めるようにしてもよい。
なお、研磨装置1には、エンコーダー51が設けられる。エンコーダー51は、引戻し巻取される鋼帯2の長さを測定し、測定結果をオペレーターが操作する不図示の操作盤の表示部に表示する。
図2は、図1に示す装置30を用いて行われる金属帯の幅方向位置制御方法を示すフローチャートである。図2を参照して幅方向位置制御方法について説明する。スタートでは、POR12へ鋼帯2を引戻し巻取するために、モーター11を低トルクで駆動して鋼帯2に張力を負荷し、引戻し巻取を始めようとする状態である。ステップa1では、エッジ位置検出手段31および鋼帯位置偏差検出手段32で鋼帯位置偏差を検出する。この引戻し巻取を始めようとする状態での鋼帯位置偏差を鋼帯初期位置偏差(LPi)と呼ぶ。検出された鋼帯初期位置偏差(LPi)は、メモリ33に記憶される。ステップa2では、リール位置偏差検出部41でリール位置偏差を検出する。この引戻し巻取を始めようとする状態でのリール位置偏差をリール初期位置偏差(RPi)と呼ぶ。検出されたリール初期位置偏差(RPi)は、メモリ33に記憶される。
ステップa3では、POR12への鋼帯2の引戻し巻取を開始する。ステップa4では、エッジ位置検出手段31および鋼帯位置偏差検出手段32で鋼帯2の引戻し巻取中の鋼帯位置偏差(LP)を検出する。検出された鋼帯位置偏差(LP)は、制御部42に対して出力される。ステップa5では、リール位置偏差検出部41で鋼帯2の引戻し巻取中のリール位置偏差(RP)を検出する。検出されたリール位置偏差(RP)は、制御部42に対して出力される。
ステップa6では、制御部42で、鋼帯位置偏差(LP)とメモリ33から読出した鋼帯初期位置偏差(LPi)との差ΔLP(=LP−LPi)が求められる。ステップa7では、リール位置偏差(RP)とメモリ33から読出したリール初期位置偏差(RPi)との差ΔRP(=RP−RPi)が求められる。ステップa8では、差ΔLPに対して差ΔRPが等しくなるように、制御部42がPORサーボ弁16に対して動作指示の信号を出力する。PORサーボ弁16は、制御部42からの信号に応答して、PORシリンダー17のピストンを動作させる。PORシリンダー17は、そのピストンに接続されるPOR12を、鋼帯2がずれる方向および距離と同じ方向に同じ距離だけ移動させる
ステップa9では、鋼帯2を所定の長さ分巻取ったか否かが判定される。ここで、所定の長さとは、たとえばPOR12から研磨スタンド4のうちの最終段の研磨位置までの距離と、火災対策のために定めたPOR残巻き長さを合わせた長さをいう。このような所定の長さは、研磨装置1と安定に作業可能なPOR残巻数とが定まれば、求めることができる。エンコーダー51で鋼帯2の引戻し巻取長さを測定することで、所定の長さに達したか否かを判定することができる。所定の長さを巻取っていない場合、ステップa4に戻り、以降のステップを繰返す。所定の長さを巻取った場合、作業者が操作盤から制御部42に信号を入力して引戻し巻取動作を停止することで、一連の幅方向位置制御動作が終了する。
幅方向位置制御によれば、鋼帯2が引戻し巻取を開始する初期位置からずれる方向および距離に追随して、POR12を同じ方向に同じ距離だけ移動させることができる。このことによって、引戻し巻取時の巻きずれの発生を防止することができる。
作業者が巻取り位置を観察しながら手動操作でPOR12を移動させて引戻し巻取を行う場合、最大±50mmの巻きずれが発生していた。しかし、以上に説明した幅方向位置制御を行うことで、引戻し巻取時の巻きずれの発生量を最大±10mmに抑制することが可能になった。
以上で説明しているように、本実施の形態では、幅方向位置制御を装置入側の払出機での引戻し巻取に利用している。しかしながら、これに限定されることなく、装置出側でエッジ位置検出器をテンションリールに連動して設けることが困難な場合など、巻取機での巻取りに対しても有効に利用することができる。
2 鋼帯
12 ペイオフリール
14 投受光検出器
16 ペイオフリールサーボ弁
17 ペイオフリールシリンダー
30 幅方向位置制御装置
31 エッジ位置検出手段
32 鋼帯位置偏差検出手段
33 メモリ
34 リール移動手段
35 制御手段

Claims (3)

  1. 研磨装置内に装入されて研磨の対象となる属帯の幅方向の位置を制御する金属帯の幅方向位置制御装置において、
    金属帯のエッジの位置を一方の側と他方の側とでそれぞれ検出するエッジ位置検出手段と、
    一方の側と他方の側とで検出されるエッジ位置の差を金属帯の位置偏差として求める金属帯位置偏差検出手段と、
    金属帯の位置偏差を記憶する記憶手段と、
    ペイオフリールを幅方向に移動させるリール移動手段と、
    リール移動手段の動作を制御する制御手段であって、
    金属帯のペイオフリールから磨装置内への装入時は、金属帯エッジ位置検出手段によって検出される金属帯のエッジの位置の差から金属帯位置偏差検出手段が検出する金属帯の位置偏差に基づき、金属帯の位置が研磨装置の幅方向中央に一致するように制御するとともに、
    金属帯のペイオフリールへの引戻し巻取時は、記憶手段にペイオフリールへの巻取を始めようとする状態での金属帯の位置偏差を初期位置偏差として記憶しておき、位置偏差検出手段が検出するペイオフリールへ巻取り中の金属帯の位置偏差から、初期位置偏差を減算して金属帯の初期位置に対する変位量を求め、当該変位量にペイオフリールの変位量が等しくなるように制御る、
    制御手段と、
    を含むことを特徴とする金属帯の幅方向位置制御装置。
  2. 前記ペイオフリールに巻取られる金属帯は、
    複数の金属帯を順次接続して連続処理する場合に、先行金属帯の尾端部と後行金属帯の先端部とを接続後、連続処理する方向と逆の方向に巻取られる金属帯であることを特徴とする請求項1記載の金属帯の幅方向制御装置。
  3. 研磨装置内に装入されて研磨の対象となる属帯の幅方向の位置を制御する金属帯の幅方向位置制御方法において、
    金属帯のペイオフリールから磨装置内への装入時は、金属帯の一方のエッジと他方のエッジとの位置偏差に基づき、金属帯の位置が研磨装置の幅方向中央に一致するように制御するとともに、
    金属帯のペイオフリールへの引戻し巻取時は、ペイオフリールに巻取られる金属帯の巻取を始めようとする状態で、
    金属帯の一方のエッジと他方のエッジとの位置偏差として金属帯初期位置偏差(LPi)を求め、
    金属帯の巻取り中に、
    金属帯の一方のエッジと他方のエッジとの位置偏差として金属帯位置偏差(LP)を求め、
    金属帯位置偏差(LP)と金属帯初期位置偏差(LPi)との差ΔLP(=LP−LPi)に対して、ペイオフリールの幅方向の変位量が等しくなるように、ペイオフリールの幅方向の移動動作を制御することを特徴とする金属帯の幅方向位置制御方法。
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