JP6172055B2 - 鋼材の定位置停止方法およびシステムならびにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、搬送中の鋼材を所定の位置に停止させる必要がある場合における鋼材の定位置停止方法およびシステムならびにプログラムに関するものである。

搬送中の鋼材を所定の位置に停止させるには、鋼材検出と鋼材トラッキングの技術が必要である。

鋼材の先尾端位置を精度良く検出することが必要なケースでは、投受光型冷塊検出器（Ｃｏｌｄ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ、以下にＣＭＤと称する）を用いるケースやＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラを利用し鋼材先尾端を認識する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）圧延ラインにおいては、通常、鋼材検出のセンサとして熱塊検出器（Ｈｏｔ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ、以下にＨＭＤと称する）を用いるケースが多い。

また、先尾端位置をトラッキングする方法としては、鋼材検出センサと組み合わせて、搬送ロールに取り付けられたＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ Ｌｏｇｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｅｒ）を使用したり、鋼材に直接接触するタッチロールを使用するといった方法がある。

特開２００１−１８３１１２号公報

しかしながら、形鋼工場のトングホットソーと呼ばれるクロップ鋸断用熱間鋸断設備のように、鋸断時に発生するバリやスケール・水の落下が多く、鋼材の温度が高い場所では、投受光型ＣＭＤ等のセンサを使用すると、安定した鋼材検出が行えない上、設置場所についても制約が多く必要な場所へセンサの設置出来ない等の問題が発生する。また、特許文献１といったＣＣＤカメラを用いたシステムは、非常に高価なシステムとなってしまい金額面で負担となるという問題もある。

さらに、鋼材の先尾端をトラッキングする場合においても、搬送ロール軸に取り付けられたＰＬＧで鋼材の動きを把握するには、搬送ロールの磨耗や鋼材の接触状態により鋼材の搬送速度が安定せず正確なトラッキングは困難と言える。また、トラッキング専用に材料へ直接接触するタッチロールを設置するにはコスト面で負担となるという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、比較的安価に、搬送中の鋼材先尾端を精度良く、安定して検出させるとともに、精度良く鋼材先尾端をトラッキングし、安定して目標位置へ停止位置させることができる、鋼材の定位置停止方法およびシステムならびにプログラムを提供することを課題とする。

上記課題は、以下の発明によって解決できる。

［１］搬送中の鋼材を所定の位置に停止させるための鋼材の定位置停止方法であって、
前記鋼材の品種・サイズ・重量といった鋼材情報を入手する、鋼材情報入手ステップと、
前記鋼材の先端または尾端が第一のＨＭＤに到着後、入手した鋼材情報をもとに、クリープ速度への減速点を決定する、減速点決定ステップと、
前記先端または尾端が決定した減速点に到達したらクリープ速度に減速する、減速開始ステップと、
前記第一のＨＭＤの鋼材搬送方向下流に所定の間隔で設置した複数のＨＭＤを用いて前記鋼材の実際の搬送速度を計測する、搬送速度計測ステップと、
前記複数のＨＭＤの内の最後尾のＨＭＤに鋼材が到着したら、計測した実際の搬送速度に基づいて前記先端または尾端の位置のトラッキングを開始する、トラッキング開始ステップと、
搬送停止の指令を行う停止タイミングの決定を前記鋼材情報に基づいて行う、停止タイミング決定ステップと、
決定した停止タイミングになったら、搬送用テーブルロールに搬送停止の指令を出す、停止指令ステップとを、
を有することを特徴とする鋼材の定位置停止方法。
［２］上記［１］に記載の鋼材の定位置停止方法において、
前記第一のＨＭＤおよび前記複数のＨＭＤにより前記先端または尾端の到着検出にあたっては、
ＨＭＤのアナログ出力を使用し、先端検出と尾端検出とで個別の閾値選択するようにし、選択した個別の閾値により鋼材検出及び鋼材抜けを判定することを特徴とする鋼材の定位置停止方法。
［３］上記［１］または［２］に記載の鋼材の定位置停止方法において、
前記搬送速度計測ステップにあたっては、
前記複数のＨＭＤ間距離を、上流のＨＭＤのオンまたはオフから下流のＨＭＤのオンまたはオフまでの所要時間で除算することによって鋼材の実際の搬送速度を計測することを特徴とする鋼材の定位置停止方法。
［４］上記［１］ないし［３］のいずれか１項に記載の鋼材の定位置停止方法における各ステップを、コンピュータに実行させることを特徴とする鋼材の定位置停止プログラム。
［５］搬送中の鋼材を所定の位置に定位置停止させるための鋼材の定位置停止システムであって、
品種・サイズ・重量といった鋼材情報をもとに搬送減速・停止タイミングを決定する搬送パターン選択部と、鋼材検出の閾値を選択する閾値選択部と、鋼材検出を判定する判定部と、判定結果をもとに自動搬送制御を行う自動搬送制御部とを具備する制御装置と、
以下順に所定の間隔をおいて配置した、クリープ速度減速タイミング用ＨＭＤと、実鋼材速度算出用起点ＨＭＤと、実鋼材速度算出用終点および実鋼材速度確認起点となるＨＭＤと、および実鋼材速度確認用終点およびトラッキング起点となるＨＭＤとの４台のＨＭＤと、を具備することを特徴とする鋼材の定位置停止システム。
［６］上記［５］に記載の鋼材の定位置停止システムにおいて、
前記４台のＨＭＤはアナログ信号を出力し、
前記閾値選択部は、先端検出と尾端検出とで個別の閾値を選択するようにし、選択した個別の閾値により前記判定部で鋼材検出及び鋼材抜けを判定することを特徴とする鋼材の定位置停止システム。
［７］上記［５］または［６］に記載の鋼材の定位置停止システムにおいて、
前記自動搬送制御部は、
前記実鋼材速度算出用起点ＨＭＤと前記実鋼材速度算出用終点および実鋼材速度確認起点となるＨＭＤとの間距離を、上流のＨＭＤのオンまたはオフから下流のＨＭＤのオンまたはオフまでの所要時間で除算することによって鋼材の実際の搬送速度を計測することを特徴とする鋼材の定位置停止システム。

本発明によれば、搬送方向へ複数のＨＭＤを設置し、ＨＭＤのアナログ信号を取り込み、先端検出閾値・尾端抜け検出閾値を個別で設定し、鋼材の実際の搬送速度を計測しトラッキングするとともに、鋼材情報に基づいて減速点および停止タイミングを決定するようにしたので、安定して目標位置へ鋼材を停止位置させることができる。

本発明を適用した際のシステム構成例を示す図である。 鋼材のクロップ処理を行うまでの運転パターンを説明する図である。 通常の減速パターンと重量材での減速パターンを説明する図である。 ３台のＨＭＤを用いた実速度把握およびトラッキングについて説明する図である。 ＨＭＤによる鋼材検出および鋼材抜けの様子を説明する図である。 本発明における停止タイミング決定の考え方を説明する図である。 本発明における鋼材の定位置停止方法の処理手順例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明を適用した際のシステム構成例を示す図である。形鋼工場のトングホットソーへの自動搬送ラインに適用したものである。

図中、１は搬送用テーブルロール、２はトングホットソー、３は鋼材、４はＨＭＤ−Ａ、５はＨＭＤ−Ｂ、６はＨＭＤ−Ｃ、７はＨＭＤ−Ｄ、８は制御装置、９は判定部、１０は自動搬送制御部、１１は搬送パターン選択部、１２は閾値選択部、ＬはＨＭＤ−Ｄ〜トングホットソー通り芯までの距離、およびＡはトングホットソー通り芯〜先端目標停止位置までの距離（＝切断長）をそれぞれ表す。

本システムは、コンピュータまたはシーケンサで実装できる制御装置８と、対象となる鋼材３を検出する４台のＨＭＤ（ＨＭＤ−Ａ４、ＨＭＤ−Ｂ５、ＨＭＤ−Ｃ６、ＨＭＤ−Ｄ７）で構成される。

ＨＭＤ−Ｂ５、ＨＭＤ−Ｃ６、およびＨＭＤ−Ｄ７は、検出部と検出部からの信号をアナログ変換する変換器で構成され、これらからのアナログ信号は鋼材先尾端トラッキングおよび停止位置決めに使用される。ている。また、ＨＭＤ−Ａ４は、後述するように搬送速度からクリープ速度へ減速する為に使用されるため、変換器を介せず検出部からのディジタル信号を出力する。

制御装置８は、上位計算機（図示せず）からの品種・サイズ・重量といった鋼材情報をもとに搬送減速・停止タイミングを選択する搬送パターン選択部１１と、鋼材検出の閾値を選択する閾値選択部１２と、鋼材検出を判定する判定部９と、判定結果をもとに自動搬送制御を行う自動搬送制御部１０で構成されている。ここで言う閾値とは、鋼材の先端検出及び尾端抜け検出信号を認識する為に設定するもので、ＨＭＤのアナログ入力レベルが閾値を越えた範囲を鋼材検出とし、入力レベルが閾値以下になると鋼材抜けを認識するものである。

搬送用テーブルロール１の上を搬送された鋼材の先端部は、クロップ先端から設定された長さＬの位置がトングホットソー２の通り芯となるように定位置停止し、停止完了後ソーが前進し先端クロップの切断長Ａの鋸断を行う。鋼材尾端のクロップ処理についても同様である。

図２は、鋼材のクロップ処理を行うまでの運転パターンを説明する図である。圧延ラインで圧延完了した後、トングホットソーへの自動搬送ラインでの鋼材の位置、搬送速度の推移を示している。

圧延スタンドを通過し圧延完了した鋼材は、ＨＭＤ−Ａにて先端検出後、所定時間を搬送した経過後の減速点（図中の(1)）でクリープ速度へ減速搬送される。鋼材が、ＨＭＤ−Ｂを先端検出するまでに鋼材搬送速度がクリープ速度へ減速し一定速度で搬送されるように減速タイミング（減速点）を決定する。これは、以降に述べる機能を満足する為に必要な処理である。

図３は、通常の減速パターンと重量材での減速パターンを説明する図である。（ａ）通常の減速パターンで示すように、搬送中の鋼材がクリープ速度まで減速する距離は重量により異なる（重量材は破線、重量の軽い鋼材は実線で示す）。このため、重量の軽い鋼材に対して決定した減速タイミングを重量の重い鋼材に適用すると、ＨＭＤ−Ｂへ先端到達までにクリープ速度へ減速しきれないことになる。また逆に、重量の重い鋼材に対して決定した減速タイミングを重量の軽い鋼材に適用してしまうとクリープ速度で搬送する時間が長くなり、圧延ピッチを阻害する可能性がある。

そこで、（ｂ）重量材での減速パターンで示すように、単重の重いものはＨＭＤ−Ａからの減速タイミングは早くする。また逆に、単重の軽いものはＨＭＤ−Ａからの減速タイミングは遅くする（図示せず）。ＨＭＤ−Ａからの減速タイミングの決定については、上位計算機からの品種・サイズ・重量といった鋼材情報をもとに、図１の搬送パターン選択部１１で決定する（例えば、表などとして予め用意しておく）。このようにすることで、搬送中の鋼材に関わらずクリープ搬送時間は変わらないようにすることができる。

図２において、減速完了し、クリープ速度で搬送中の鋼材については、ＨＭＤ−Ｂ〜Ｄを先端通過する毎に、図中(2)、(3)間の実際の鋼材搬送速度を把握する。

先尾端位置を正確にトラッキングする為には、搬送されている鋼材の挙動（実速度）を把握する必要がある。図４は、３台のＨＭＤを用いた実速度把握およびトラッキングについて説明する図である。なお、ここで実速度のチェックを行わなければ、ＨＭＤは２台あればよく、実速度把握の精度を上げようとすればより多くの台数のＨＭＤを用いてもよい。

図中の(2)の間では、ＨＭＤ−Ｂ〜ＨＭＤ−Ｃのセンサ間固定長をＨＭＤ−ＢオンからＨＭＤ−Ｃオンまでの所要時間で割ることにより実速度を把握している。更に、図中の(3)の間では、ＨＭＤ−ＣオンからＨＭＤ−Ｄオンの間で同様の処理を行い、求めた実速度が(2)の間で求めた実速度と同じか比べる。すなわち、確実に同一速度で走行しているかどうかをチェックする。

同一速度で搬送されていることが確認されたら、ここで算出した実速度を用いて、ＨＭＤ−Ｄオンを基準に鋼材先端位置のトラッキングを開始する。制御装置にシーケンサを用いた場合には、シーケンサの１スキャンでの処理時間と、算出された実速度により１スキャン毎の移動量を加算し、目標位置到達で鋼材停止を行う。当然１スキャンの速度が速い程、シーケンサの処理時間によるバラつきは抑制出来る。これは、鋼材尾端を基準にトラッキングを行う場合も同様である。

上記とは反対に、同一速度で搬送されていない場合、すなわち、クリープ速度で鋼材を搬送中に区間(2)と(3)での実速度が異なる場合には、後述する処理手順では目標位置への鋼材停止ができないことになります。形鋼工場のトングホットソーへの自動搬送ラインでは、「搬送→定位置停止→ソーによる切断」の一連動作は自動運転で行われていますので、目標位置への鋼材停止ができないままソーによる切断を開始してしまうと、誤った箇所を切断してしまうことになってしまいます。

したがって、同一速度で搬送されていないことを認識した時点でソーの起動をブロックするとともに、オペレーター警報を出力し、手介入操作で鋼材位置合せすることが必要になりますので、一連の自動運転を中断させます。

また、ＨＭＤセンサ動作にバラつきがあると制御装置の処理能力を向上させたとしても全く意味の無いものとなる為、鋼材先端及び尾端を安定した位置で検出する必要がある。このためには、投受光型ＣＭＤを使用する方法があるが、先にも述べた通り、トングホットソー設備直近の場合、鋸断後に発生するバリの落下等で誤遮光する等の問題が多く発生する。

そこで、本発明では、ＨＭＤのアナログ出力を使用し、図１の閾値選択部１２で鋼材検出（先端検出）と鋼材抜け検出（尾端検出）で個別の閾値（ＯＮ閾値とＯＦＦ閾値）を選択し、この個別の閾値により図１の判定部９でオン（鋼材検出）及びオフ（鋼材抜け検出）を判定するようにしている。

図５は、ＨＭＤによる鋼材検出および鋼材抜けの様子を説明する図である。通常のＨＭＤでは、オン（鋼材検出）またはオフ（鋼材抜け）という言う２値のデジタル出力を使用しているが、本発明では図５に示すように、変換器をつけアナログ出力するようにしている。そして、このアナログ出力における輻熱またはスケール飛散の影響が、鋼材検出時と鋼材抜け時で異なるため、オン（鋼材検出）及びオフ（鋼材抜け検出）で個別の閾値を設けることで先尾端の動作を極力実材通過に合致させるようにしている。さらに、検出器視野にスリットを設けることで検出精度の向上も図っている。

本発明で用いる４台のＨＭＤについて、それぞれの役目をまとめると、ＨＭＤ−Ａはクリープ速度減速タイミング用ＨＭＤ、ＨＭＤ−Ｂは実鋼材速度算出用起点ＨＭＤ、ＨＭＤ−Ｃは実鋼材速度算出用終点ＨＭＤおよび実鋼材速度確認起点用ＨＭＤ、ＨＭＤ−Ｄは実鋼材速度確認用終点ＨＭＤおよびトラッキング起点用ＨＭＤである。

クリープ速度で走行中の鋼材をトラッキングにより目標位置へ停止させようとする場合、重量により流れ量（停止指令後、実際に停止するまでの距離であり、後述する図６中のα）が変化してしまう。その為、全ての鋼材を同一タイミングで停止指令を出すと、鋼材が目標位置に達しなかったり、目標位置を行き過ぎてしまうといった現象となり停止位置が安定しない問題がある。

図６は、本発明における停止タイミング決定の考え方を説明する図である。αを停止タイミング以降の鋼材の流れ量とし、（ａ）通常の停止パターンを適用して重量材を停止させた場合、目標停止位置に対して流れ方向で停止してしまう。そこで鋼材の重量から制御装置によりαを決定する仕組みとし、流れ量の大きい重量材ほどαを大きくすることで停止タイミングは上流側となり、目標停止位置へ安定した停止が可能となる。これは、鋼材尾端基準での停止においても同様である。

以上、各ＨＭＤで鋼材を検出する処理として、主に先端検出について述べてきたが、尾端検出（鋼材抜け検出）についても、ＨＭＤのオンをＨＭＤのオフに読み替えることで同様に行うことができる。

図７は、本発明における鋼材の定位置停止方法の処理手順例を示す図である。Step01は鋼材情報入手ステップであり、上位計算機からの品種・サイズ・重量といった鋼材情報を、入手する。

そして、Step02は減速点決定ステップであり、ＨＭＤ−Ａに鋼材が到着後、入手した鋼材情報をもとに、図１の搬送パターン選択部１１で、鋼材ごとのクリープ速度への減速点を決定する
そして、Step03は減速開始ステップであり、鋼材が減速点に到達したらクリープ速度に減速する。

そして、Step04は搬送速度計測ステップであり、複数のＨＭＤを用いて鋼材の実際の搬送速度を計測する。

Step05はトラッキング開始ステップであり、最後尾のＨＭＤに鋼材が到着したら、計測した実際の搬送速度に基づいて、鋼材先端位置のトラッキングを開始する。

そして、Step06は停止タイミング決定ステップであり、クリープ速度から搬送停止の指令を行う停止タイミングの決定を行う。重量により流れ量が変化してしまうため、鋼材情報に基づいて、鋼材ごとに停止タイミングの決定を行う
さらに、Step07は停止指令ステップであり、決定した停止タイミングになったら、搬送用テーブルロールに搬送停止の指令を出し、一連の処理を終了する。

以上で説明した処理ステップは、コンピュータまたはシーケンサにおいて、プログラムとしてＣＰＵにより読み出して実行することができる。また、プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＦＤ、ＤＶＤなどのリムーバブルな記憶媒体に記憶しておくことにより、さまざまなコンピュータまたはシーケンサの記憶装置にインストールすることが可能である。

以上述べたように、本実施形態においては、形鋼工場のトングホットソーへの自動搬送ラインで、ＨＭＤを用いることで外乱による誤動作を抑止し、鋼材先端及び尾端を正確に把握するとともに、複数のＨＭＤを搬送方向へ設置することで鋼材の搬送速度を把握し、且つ実鋼材速度を認識しトラッキングを行い、鋼材停止位置を安定させることで、安定した自動搬送制御を実現することが出来た。ＨＭＤ検出タイミングのバラツキや鋼材の流れ量により±1000mm程度のバラツキが発生していたものを、±100mm以内に収めることが可能となった。

なお、本発明は、形鋼工場のトングホットソーへの自動搬送ラインでの適用に限られるものでなく、搬送中の鋼材を所定の位置に停止させる必要があれば適用が可能である。

１ 搬送用テーブルロール
２ トングホットソー
３ 鋼材
４ ＨＭＤ−Ａ（クリープ速度減速タイミング用ＨＭＤ）
５ ＨＭＤ−Ｂ（実鋼材速度算出用起点ＨＭＤ）
６ ＨＭＤ−Ｃ（実鋼材速度算出用終点ＨＭＤ／実鋼材速度確認起点用ＨＭＤ）
７ ＨＭＤ−Ｄ（実鋼材速度確認用終点ＨＭＤ／トラッキング起点用ＨＭＤ）
８ 制御装置
９ 判定部
１０ 自動搬送制御部
１１ 搬送パターン選択部
１２ 閾値選択部
Ｌ ＨＭＤ−Ｄ〜トングホットソー通り芯までの距離
Ａ トングホットソー通り芯〜先端目標停止位置までの距離（＝切断長）

Claims (7)

1. 搬送中の鋼材を所定の位置に停止させるための鋼材の定位置停止方法であって、
   前記鋼材の品種・サイズ・重量といった鋼材情報を入手する、鋼材情報入手ステップと、
   前記鋼材の先端または尾端が第一のＨＭＤに到着後、入手した鋼材情報をもとに、クリープ速度への減速点を決定する、減速点決定ステップと、
   前記先端または尾端が決定した減速点に到達したらクリープ速度に減速する、減速開始ステップと、
   前記第一のＨＭＤの鋼材搬送方向下流に所定の間隔で設置した複数のＨＭＤを用いて前記鋼材の実際の搬送速度を計測する、搬送速度計測ステップと、
   前記複数のＨＭＤの内の最後尾のＨＭＤに鋼材が到着したら、計測した実際の搬送速度に基づいて前記先端または尾端の位置のトラッキングを開始する、トラッキング開始ステップと、
   搬送停止の指令を行う停止タイミングの決定を前記鋼材情報と、前記最後尾のＨＭＤに鋼材が到着したら、前記計測した実際の搬送速度に基づいて開始される前記先端または尾端の位置のトラッキングの情報と、に基づいて行う、停止タイミング決定ステップと、
   決定した停止タイミングになったら、搬送用テーブルロールに搬送停止の指令を出す、停止指令ステップと、
   を有することを特徴とする鋼材の定位置停止方法。
2. 請求項１に記載の鋼材の定位置停止方法において、
   前記第一のＨＭＤおよび前記複数のＨＭＤにより前記先端または尾端の到着検出にあたっては、
   ＨＭＤのアナログ出力を使用し、先端検出と尾端検出とで個別の閾値選択するようにし、選択した個別の閾値により鋼材検出及び鋼材抜けを判定することを特徴とする鋼材の定位置停止方法。
3. 請求項１または２に記載の鋼材の定位置停止方法において、
   前記搬送速度計測ステップにあたっては、
   前記複数のＨＭＤ間距離を、上流のＨＭＤのオンまたはオフから下流のＨＭＤのオンまたはオフまでの所要時間で除算することによって鋼材の実際の搬送速度を計測することを特徴とする鋼材の定位置停止方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の鋼材の定位置停止方法における各ステップを、コンピュータに実行させることを特徴とする鋼材の定位置停止プログラム。
5. 搬送中の鋼材を所定の位置に定位置停止させるための鋼材の定位置停止システムであって、
   品種・サイズ・重量といった鋼材情報と、鋼材検出判定結果と、実鋼材速度と、をもとに搬送減速・停止タイミングを決定する搬送パターン選択部と、鋼材検出の閾値を選択する閾値選択部と、鋼材検出を判定する判定部と、判定結果をもとに自動搬送制御を行う自動搬送制御部とを具備する制御装置と、
   以下順に所定の間隔をおいて配置した、クリープ速度減速タイミング用ＨＭＤと、実鋼材速度算出用起点ＨＭＤと、実鋼材速度算出用終点および実鋼材速度確認起点となるＨＭＤと、および実鋼材速度確認用終点およびトラッキング起点となるＨＭＤとの４台のＨＭＤと、を具備することを特徴とする鋼材の定位置停止システム。
6. 請求項５に記載の鋼材の定位置停止システムにおいて、
   前記４台のＨＭＤはアナログ信号を出力し、
   前記閾値選択部は、先端検出と尾端検出とで個別の閾値を選択するようにし、選択した個別の閾値により前記判定部で鋼材検出及び鋼材抜けを判定することを特徴とする鋼材の定位置停止システム。
7. 請求項５または６に記載の鋼材の定位置停止システムにおいて、
   前記自動搬送制御部は、
   前記実鋼材速度算出用起点ＨＭＤと前記実鋼材速度算出用終点および実鋼材速度確認起点となるＨＭＤとの間距離を、上流のＨＭＤのオンまたはオフから下流のＨＭＤのオンまたはオフまでの所要時間で除算することによって鋼材の実際の搬送速度を計測することを特徴とする鋼材の定位置停止システム。