JP6062567B2 - 金属ストリップを巻き取る方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、一対の第一と第二のドライブローラを通して金属ストリップを案内し、これらのドライブローラの少なくとも一方を駆動する、巻芯を備えた巻取機に金属ストリップを巻き取る方法に関する。

特許文献１により、特に、ワイドストリップ圧延ラインのストリップ巻取機前における、圧延ストリップ用駆動設備のストリップ引張押力の制御方法が知られており、各板厚に応じて隙間間隔を調整された両方のドライブローラが予め設定可能な一定の保持力を互いに逆方向に加えている。

同様に、その文献の圧延ストリップ用駆動設備は、特に、ワイドストリップ圧延ラインにストリップ巻取機を配置することをテーマとしており、異なるストリップ厚に対する事前調整のために、昇降スピンドル駆動部によって、互いに相対的に隙間間隔を適合可能であるとともに、ローラ圧延力の設定のために、圧力媒体シリンダによって互いに逆方向に予圧力を加えられる二つのドライブローラから構成され、それらのドライブローラの一方がスイングアームに軸支され、その他方の側で圧力媒体シリンダを把持している。このローラ圧延力は、ちょうど、安全率を含めて圧延ストリップとローラの間の摩擦閉鎖形態を維持するのに十分な大きさに保持されている。その場合、ストリップ厚が大きくなる程比ストリップ張力が低下するように、それぞれストリップ厚とストリップ幅に応じて、ローラ圧延力を制御しなければならない。

特許文献２には、巻取ダクト内に配置された巻芯に金属ストリップを巻き取る方法及び装置が記載されており、金属ストリップは、下方及び上方ドライブローラを備えた駆動部を通して案内され、その案内のために、金属ストリップの下には、テーブルが配備され、金属ストリップの上には、旋回可能なストリップ転換機とその後にほぼ巻芯にまで続く旋回可能なダクトフラップとが配置されている。巻取ダクトの上から金属ストリップに沈めるストリップ張力測定機器を用いて、駆動部を通るストリップの動きを制御するために駆動部が金属ストリップに加える縦張力を検出して、測定信号を駆動制御部に供給している。その発明による上方から金属ストリップへのストリップ張力測定機器の旋回によって、特に、ストリップ終端部においても、最適な巻付角に保持することが可能である。巻取ダクト内での金属ストリップの張力測定は、縁が真っ直ぐな金属ストリップが実現できるように、ストリップの動きを調節する形で駆動設備を制御する役割を果たすべきである。

特許文献３により、金属ストリップの巻取及び引出用巻取機器の動作方法、制御機器及び巻取機器が得られる。その巻取機には、ドライブローラを組み込むことができる。その巻取機には、制御機器を組み込むことができる。

ストリップの弾性限界を上回る程に、即ち、ストリップの可塑的な形状変化、例えば、収縮を引き起こす程に高くなる可能性の有る、ストリップに対する大き過ぎる張力を防止するために、ストリップのその時々の特性の実際値として、その時々のストリップ温度及び／又はその時々のストリップ微細構造特性を測定するか、或いはモデル計算により算出している。その制御機器は、実際値又はそれから導き出した変量から、ストリップ進行方向及び／又はその逆方向に作用する、その時々の回転モーメント値を決定し、その時々の回転モーメント値を用いて、巻取機及び／又はドライブローラを駆動している。その回転モーメント値は、回転モーメント目標値及び／又は回転モーメント限界値として使用することができる。回転モーメント限界値を計算するために、巻き取るストリップのその時々の剛性を用いている。その剛性は、ストリップ温度及び／又はストリップ微細構造によって大きく影響される。巻取プロセス全体に渡ってストリップの剛性を決定するパラメータの実際値に基づく回転モーメント計算の能動的な適合によって、より均一な巻取モーメントと、より良好な巻取品質が得られている。

ドイツ特許公開第２６１４２５４号明細書 国際特許公開第２００８０３７３９５号明細書 国際特許公開第２００８０９２８９６号明細書

本発明の課題は、金属ストリップの新しい巻取方法を実現することである。

本発明では、本課題は、冒頭で述べた形式の方法において、測定可能なプロセス変量からのストリップ速度とドライブローラの少なくとも一方の速度の測定に基づき、金属ストリップのストリップ速度とドライブローラの速度の間の差を調整することによって解決される。

金属ストリップに確実に伝達されるように、両方のドライブローラの間の隙間において金属ストリップに作用する力の合計又はドライブローラ駆動部の駆動モーメントを制御して、ドライブローラの表面と金属ストリップの間の速度差を小さくする、或いは制御するように努める。

そのために、一方のドライブローラの表面と他方の金属ストリップの間に所望の速度差が達成されるように、ドライブローラの測定した速度に応じて、コントローラにより両側に設定する目標力を変更する（力補正）か、或いはドライブローラの各駆動部に関して金属ストリップに対する速度差が達成されるように、駆動するドライブローラの駆動モーメントを変更する（モーメント補正）。

本発明の有利な改善構成は、従属請求項、本明細書及び図面から明らかとなる。

有利には、ストリップ速度とドライブローラの表面速度の間の差が設定可能な限界値を上回らないように、制御機器によって、金属ストリップのストリップ速度とドライブローラの少なくとも一方の速度の間の差を制御する。

本方法の有利な実施形態では、ストリップに対するドライブローラの押圧力の制御によって、ドライブローラと巻芯の駆動部を制御するとともに、ドライブローラの間に所定の相対速度が生じるように、これらの駆動部の目標回転数を規定し、ドライブローラと巻芯に巻き取られた束の間の領域における金属ストリップに所定の張力が作用するように、ドライブローラの押圧力の目標値を制御すると規定する。

特に、ストリップ速度と駆動されるドライブローラの表面速度の間の差が設定可能な限界値を上回らないように、少なくとも一つの駆動されるドライブローラの駆動作用力又は駆動モーメントを規定するのが有利である。有利には、巻芯の回転数も制御する。

本発明の有利な実施形態では、ストリップ速度とドライブローラの少なくとも一方の表面速度の間の差が設定可能な限界値を上回らないように、巻芯の駆動モーメントを決定すると規定する。

有利には、ストリップ速度は、非接触式に、或いは金属ストリップに押し付ける速度測定ローラにより測定される。それに代わって、ストリップ速度は、巻芯の回転数又は巻芯に巻き取られたストリップ巻物の直径の測定により検出される。

有利には、巻芯に巻き取られた金属ストリップの束の直径を測定することもできる。

有利な実施形態では、ストリップ速度、ドライブローラの速度及びドライブローラにより金属ストリップに加える力の間の非線形的な関係を規定する。

有利には、力発生器がドライブローラに加える力を制御する。この場合、操作者が、更に、ドライブローラに対する力制御用の力補正値を規定することが可能である。

本方法の有利な実施形態では、ドライブローラと芯に巻き取られた束の間の領域における金属ストリップの張力に関する目標値と実際値の間の差から、比例積分コントローラを用いたドライブローラの押圧力の補正を決定すると規定する。

ドライブローラと束の間の金属ストリップの張力の目標値と実際値の間の差から、三値調節器を用いたドライブローラの押圧力の時間的な補正を決定する方法が有利である。

本発明は、上述した方法を実施するための金属ストリップを束に巻き取る装置にも関する。

以下において、本発明を実施例により詳しく説明する。

二つのドライブローラを備えた駆動部を有する、金属ストリップを巻芯に巻き取る巻取装置の模式的な側面図 それぞれ駆動部と接続されたドライブローラと巻芯の模式的な平面図 ドライブローラと巻芯の回転数を計算する制御系統図 張力制御及びドライブローラの押圧力の制御系統図

巻芯１を備えた巻取装置（図１）は、金属ストリップ２を巻き取る役割を果たし、金属ストリップは、金属ストリップ２の束又はストリップ巻物（コイル）１２に巻き取られる。この金属ストリップ２は、典型的には、水平な圧延経路に沿って巻取装置に到達し、その経路上において、金属ストリップ２に対して互いに対向して設置された二つのドライブローラ３，４により、芯１の方に方向転換されて、そこで束１２に巻き取られる。

ドライブローラ３，４は、金属ストリップ２に必要な張力を付与する。これらのドライブローラ３，４と巻芯１は、それぞれモータ７，８又は１９によって、直接駆動されるか、或いはそれに代わって伝動機器を介して駆動される。本発明の一つの実施形態では、ドライブローラ３，４の一方だけが駆動され、他方のドライブローラ３，４は、それによって動かされる。有利には、ドライブローラ３，４又は巻芯１のモーメントを制御することができる。モータ７，８及び１９（図２）の回転数は、回転数センサ１３，１４又は２０によって測定される。

モータ７，８，１９は、回転数制御により駆動される。各駆動部に関して、回転数コントローラ７１，８１，１９１（図３）が、目標回転数と実際の回転数、並びにこれら二つの信号の時間的な推移に応じて、モーメント目標値を決定し、その目標値が、それらに対応するモータ電流を制御するインバータ７２，８２又は１９２に転送される。これらのインバータ７２，８２，１９２は、モータモーメントの瞬間値を提供する。有利には、サイリスタを備えた回路からインバータ７２，８２，１９２を構成することができるので、図面では、インバータ７２，８２，１９２がサイリスタの記号により表示されている。

本方法の目的は、巻芯１の駆動部により与えられるストリップ速度ｖ_Ｂよりも遅い速度でドライブローラ３，４を駆動し、それにより、ドライブローラ３，４とストリップ２の間に所定の相対速度を生じさせることである。そのために、モータ回転数ｋ_１，ｋ_２，ｋ_３と、スリップ、摩擦等の伝動機器の特性データを表す何らかの伝動係数と、ドライブローラ３，４の直径と、束１２の半径とから算出される、ドライブローラ３，４と束１２の周速度ｖ_ｕ，ｖ_ｏを観察する。この束の半径は、測定技術的に決定可能な巻芯の変化する直径と、巻取プロセス中に計数する巻回数と、ストリップ厚とから計算することができる。それに代わって、間隔測定器１１を用いて束の半径を直接測定することも可能である。

このストリップ速度ｖ_Ｂは、ドライブローラ３，４の前又はドライブローラ３，４と巻芯１の間に配置することが可能な非接触式センサ９，９ａを用いて測定することもできる。ストリップ速度ｖ_Ｂを測定するために、一方のドライブローラ３，４と他方の束１２の間の接触式測定ローラ１０を用いることも可能である。

上位の制御システム（図３）は、ストリップ速度に関する目標値ｖ_{Ｂ，Ｓｏｌｌ}と一方のドライブローラ３，４と他方の束１２の間の相対速度Δｖ_Ｓｏｌｌを与える。

金属ストリップ２に対してドライブローラ３，４を押圧するための力発生機器は、例えば、図１でドライブローラ４により図示されている通り、油圧シリンダ５，６として実現することができる。これらの油圧シリンダ５，６は、駆動部の方を向いた側（駆動側ＡＳ）と駆動部と逆の方を向いた側（動作側ＢＳ）において、上方のドライブローラ４のピボットに作用する。これらの力の実際値は、油圧シリンダ５，６で測定した圧力１５，１６又は１７，１８から決定され、これらの圧力１５〜１８は、図２で油圧シリンダ５により図示されている通り、リング側の面積Ａ_Ｒｉｎｇ又はピストン側の面積Ａ_{Ｋｏｌｂｅｎ}で測定された値により得られる。

両側の力は、互いに独立して制御される。これらの目標の力は、両側に関して同じ基本値Ｆ_Ｓｏｌｌと、操作者又は別の制御システムからの可能な補正値ΔＦ_ＡＳ，ΔＦ_ＢＳと、ストリップ２に所定の張力を設定するための力補正とから決定される。

所望のストリップ張力を得るための力補正を決定するために、先ずは、入手可能な伝動係数、瞬間的な束半径、摩擦損失、加速効果及び巻芯１の周りに曲げた場合のストリップ材料の変形抵抗を考慮して、巻芯１のモータモーメントから、ドライブローラ３，４と束１２の間の領域における金属ストリップ２の張力の実際値Ｚ_Ｉｓｔを計算ユニット２１で計算する。

例えば、比例積分コントローラ２２（図４）を用いて、ストリップ張力に関して与えられた目標値Ｚ_Ｓｏｌｌと計算した実際値Ｚ_Ｉｓｔの間の差及びその時間的な推移から、ドライブローラ３，４の押圧力に関する力補正ΔＦが決定されて、力の目標値と共に、加算器に供給され、その駆動側ＡＳ及び動作側ＢＳにおける出力値が、別の加算器により補正値ΔＦ_ＡＳ，ΔＦ_ＢＳと結合されて、力の目標値として各力コントローラ２３，２４に供給される。それらは、測定した圧力から得られる実際の力の値Ｆ_ＡＳ，Ｆ_ＢＳと力の目標値の比較から、駆動側及び動作側の油圧シリンダ５，６の形の力発生機器のバルブ用の信号を取得する。しかし、このコントローラは、力補正の時間的な変化に関する三値調節器として構成することもできる。

上方のドライブローラ４の周速度ｖ_ｏは、次の通り、ドライブローラ４の直径ｄ_４とそのローラの駆動部からの「回転／分」単位の回転数信号ｎ_１４から得られ、
ｖ_ｏ＝πｎ_１４ｄ_４／６０
下方のドライブローラ３に関しては、次の通り、直径ｄ_３と回転数信号ｎ_１３から得られる。
ｖ_ｕ＝πｎ_１３ｄ_３／６０

束１２の周速度ｖ_Ｂに関しては、次の通り、変化する束半径ｒ_Ｂと駆動部の「回転／分」単位の回転数から得られる。
ｖ_Ｂ＝πｎ_２０ｒ_Ｂ／３０

この束半径は、次の通り、芯の直径ｄ_Ｄ、巻き取られた巻回数ｎ_ｗ及び束の厚さｈから計算することができる。
ｒ_Ｂ＝１／２ｄ_Ｄ＋ｎ_ｗｈ

例示したシリンダの実際の力Ｆ_ＡＳ及びＦ_ＢＳは、そこで測定した圧力と各ピストンのピストン側及びリング側の油圧作用面積から計算することができる。駆動側ＡＳに関しては、次の通りとなり、
Ｆ_ＡＳ＝Ａ_{Ｋｏｌｂｅｎ}ｐ_１７−Ａ_Ｒｉｎｇｐ_１８
動作側ＢＳに関しては、次の通りとなる。
Ｆ_ＢＳ＝Ａ_{Ｋｏｌｂｅｎ}ｐ_１５−Ａ_Ｒｉｎｇｐ_１６

１ 巻芯
２ ストリップ
３ 下方のドライブローラ
４ 上方のドライブローラ
５ 駆動側の力発生機器
６ 動作側の力発生機器
７ 上方のドライブローラの駆動部
８ 下方のドライブローラの駆動部
９ ストリップ速度を検出するセンサ
９ａ ストリップ速度を検出するセンサ
１０ 速度測定ローラ
１１ 束の直径を検出するセンサ
１２ 束
１３ 下方のドライブローラの回転数測定器
１４ 上方のドライブローラの回転数測定器
１５ シリンダ５のピストン側圧力の圧力センサ
１６ シリンダ５のリング側圧力の圧力センサ
１７ シリンダ６のピストン側圧力の圧力センサ
１８ シリンダ６のリング側圧力の圧力センサ
１９ 芯の駆動部
２０ 巻芯の回転数センサ
２１ ドライバと束の間の実際の張力を計算する計算ユニット
２２ ドライバと束の間のストリップ張力のコントローラ
２３ 力コントローラ
２４ 力コントローラ
７１ 回転数コントローラ
７２ インバータ
８１ 回転数コントローラ
８２ インバータ
１９１ 回転数コントローラ
１９２ インバータ

Claims (12)

1. 一対の第一と第二のドライブローラ（３，４）を通して金属ストリップ（２）が供給される巻芯（１）を備え、これらのドライブローラの少なくとも一方が駆動される巻取機に金属ストリップ（２）を巻き取る方法において、
   測定可能なプロセス変量の中のストリップ速度とドライブローラ（３，４）の少なくとも一方の速度（ｖ_ｕ，ｖ_ｏ）の測定に基づき、金属ストリップ（２）のストリップ速度（ｖ_Ｂ）とドライブローラの速度の間の差を調整することと、
   ストリップ（２）に対するドライブローラ（３，４）の押圧力を制御することによって、ドライブローラ（３，４）と巻芯（１）の駆動部を制御することと、
   ドライブローラ（３，４）の間に所定の相対速度（Δｖ _Ｓｏｌｌ ）が生じるように、これらの駆動部の目標回転数を規定するとともに、ドライブローラ（３，４）と巻芯（１）に巻き取られた束（１２）の間の領域における金属ストリップ（２）に所定の張力が作用するように、ドライブローラ（３，４）の押圧力の目標値を制御することと、
   を特徴とする方法。
2. ストリップ速度（ｖ_Ｂ）とドライブローラ（３，４）の表面速度又は周速度（ｖ_ｕ，ｖ_ｏ）の間の差が設定可能な限界値を上回らないように、金属ストリップ（２）のストリップ速度（ｖ_Ｂ）とドライブローラ（３，４）の少なくとも一方の速度の間の差を制御機器により制御することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ストリップ速度（ｖ_Ｂ）とそれぞれ駆動されるドライブローラ（３，４）の表面速度（ｖ_ｕ，ｖ_ｏ）の間の差が設定可能な限界値を上回らないように、金属ストリップ（２）に対する少なくとも一つの駆動されるドライブローラ（３，４）の駆動作用力又は少なくとも一つの駆動されるドライブローラ（３，４）の駆動モーメントを規定することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 巻芯（１）の回転数を制御することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
5. ストリップ速度（ｖ_Ｂ）とドライブローラ（３，４）の少なくとも一方の表面速度（ｖ_ｕ，ｖ_ｏ）の間の差が設定可能な限界値を上回らないように、巻芯（１）の駆動モーメントを規定することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
6. 非接触式にセンサ（９，９ａ）によって、或いは金属ストリップ（２）に押し付ける速度測定ローラ（１０）によって、ストリップ速度（ｖ_Ｂ）を測定するか、或いは巻芯（１）の回転数と巻芯（１）に巻き取られたストリップ巻物又は束（１２）の直径を測定することによって、ストリップ速度（ｖ_Ｂ）を決定することを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
7. ストリップ速度（ｖ_Ｂ）、ドライブローラ（３，４）の速度（ｖ_ｕ，ｖ_ｏ）及びドライブローラ（３，４）により金属ストリップ（２）に加える力の間で規定される関係が非線形的であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
8. 空気圧又は油圧シリンダ（５，６）がドライブローラ（３，４）に加える力を制御することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 更に、ドライブローラ（３，４）での力制御用の力補正値（ΔＦ_ＡＳ，ΔＦ_ＢＳ）を規定することを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
10. ドライブローラ（３，４）と芯（１）に巻き取られた束（１２）の間の領域における金属ストリップ（２）の張力に関する目標値と実際値の差から、比例積分コントローラを用いたドライブローラ（３，４）の押圧力の補正を決定することを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
11. ドライブローラ（３，４）と束（１２）の間における金属ストリップ（２）の張力の目標値と実際値の差から、三値制御器を用いたドライブローラ（３，４）の押圧力の時間的な補正を決定することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。
12. 請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法を実施するための金属ストリップ（２）を束（１２）に巻き取る装置。

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