JP6376075B2 - 圧延材の張力制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、圧延材の張力制御装置に関するものである。

従来における圧延材の張力制御装置においては、圧延機の入側リール又は出側リールのリール偏心量を検出するリール偏心検出装置と、このリール偏心検出装置のリール偏心量出力に応じて、このリール偏心量を相殺する張力補正信号を演算する張力補正装置と、この張力補正信号に基づいて入側リール又は出側リール用のモータに指令を与えるモータ制御装置とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６１−０５６７２８号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来における圧延材の張力制御装置においては、圧延材の先端部および尾端部を除く定常部においての張力制御しか考慮されておらず、特に圧延材の先端部がテンションリールに巻き付いて張力が安定するまでの非定常部における張力制御を最適化できていない。このため圧延材のテンションリールへの巻き取り開始時にマンドレルを拡大するまでに時間がかかりベルトラッパーが離れるのが遅れてしまう。そして、マンドレル又はベルトラッパーに起因する傷、歪み等が製品に付く範囲が広がり、品質上、製品として認められない部分が多くなってしまうため歩留まりが悪い。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、圧延材のテンションリールへの巻き取り開始時にマンドレルを拡大するまでに必要な時間を短縮することができ、マンドレル又はベルトラッパーに起因する傷、歪み等が製品（圧延材）にできる範囲を少なくして歩留まりを向上することが可能である圧延材の張力制御装置を得るものである。

この発明に係る圧延材の張力制御装置は、仕上げ圧延機による圧延が完了した圧延材を巻き取るテンションリールを回転させる電動機を制御する圧延材の張力制御装置であって、前記テンションリールの回転速度及びトルクの指令値を出力するドライブ制御装置と、前記ドライブ制御装置から出力された前記指令値に基づいて、電動機に電力を供給するドライブ装置と、を備え、前記ドライブ制御装置は、定常時における前記仕上げ圧延機と前記テンションリールとの間の前記圧延材の張力値を算出する圧延設定計算部と、前記テンションリールにより前記圧延材の先端部の巻き取りを開始してから予め定めた一定時間が経過するまでの間の前記張力値の補正値を算出する張力補正値算出部と、前記圧延設定計算部が算出した前記張力値と前記張力補正値算出部が算出した前記補正値とに基づいて、前記指令値を設定する速度トルク設定部と、を備え、前記ドライブ制御装置は、前記圧延材の材質、幅及び厚み並びに温度の各パラメータの値に対応する前記補正値を予め記憶する記憶部と、前記圧延材の前記パラメータのそれぞれの値を設定するパラメータ設定部と、を備え、前記張力補正値算出部は、前記パラメータ設定部に入力された前記パラメータの値に対応する前記補正値を取得して前記補正値を算出する構成とする。

この発明に係る圧延材の張力制御装置においては、圧延材のテンションリールへの巻き取り開始時にマンドレルを拡大するまでに必要な時間を短縮することができ、マンドレル又はベルトラッパーに起因する傷、歪み等が製品（圧延材）にできる範囲を少なくして歩留まりを向上することが可能であるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る圧延材の張力制御装置の全体構成を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態１に係る圧延材の張力制御装置が備えるドライブ制御装置の構成を示すブロック図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

実施の形態１．
図１及び図２は、この発明の実施の形態１に係るもので、図１は圧延材の張力制御装置の全体構成を模式的に示す図、図２は圧延材の張力制御装置が備えるドライブ制御装置の構成を示すブロック図である。

この発明に係る圧延材の張力制御装置は、金属の圧延ラインにおいて、圧延が完了した圧延材を巻き取る工程に適用される。図１に示すのは、この発明に係る圧延材の張力制御装置が適用された圧延ラインにおける圧延が完了した圧延材の巻き取り工程部分である。ここでは、アルミプラント、すなわち、圧延ラインは熱間圧延ラインであり圧延材はアルミである場合を例に挙げて説明する。しかしながら、この発明に係る圧延材の張力制御装置を、ここで説明する例以外の他の種類の圧延ライン、他の種類の圧延材に適用されることは妨げられない。

図１に示す仕上げ圧延機１は、圧延材２を仕上げ圧延するものである。前述したように、ここでは、圧延材２は例えばアルミ鋼材である。仕上げ圧延機１は、圧延材２を上下から挟む上下の圧延ロールを備えている。仕上げ圧延機１を通された圧延材２は、最終的な製品の厚さに仕上げられる。

テンションリール３は、仕上げ圧延機１により圧延された圧延材２を巻き取るためのものである。仕上げ圧延機１とテンションリール３との間には、デフレクターロール４が設けられている。仕上げ圧延機１から略水平に出てきた圧延材２を、デフレクターロール４により下方へと変向させて、テンションリール３で巻き取るようになっている。なお、デフレクターロール４には、圧延材２にかかる張力を測定する張力測定装置（図示せず）が備えられている。

テンションリール３にはマンドレル機構５が設けられている。マンドレル機構５により、テンションリール３は、半径方向に拡大及び縮小可能である。マンドレル機構５によりテンションリール３が拡大することで、圧延材２に対し半径方向の内側から外側の方向に圧力をかけることができる。

テンションリール３の外方にはベルトラッパー１０が設けられている。ベルトラッパー１０は、ベルト１１及びローラー１２を備えている。ベルト１１は、ベルトラッパー１０の外周に無端状に巻き掛けられている。ベルトラッパー１０のテンションリール３と対向する側の一部分は、テンションリール３の外形とほぼ相似形に凹んでおり、当該部分においてはベルト１１がテンションリール３の外周から一定間隔を保って沿うように配置されている。

このようにして、ベルト１１はベルトラッパー１０外周の周回経路に沿って循環移動可能に設けられている。そして、複数のローラー１２が、この周回経路の内側に沿ってベルト１１の移動を案内するように配置されている。

ベルトラッパー１０における、テンションリール３の下方側から仕上げ圧延機１側にかけての部分（図１中で破線で囲った部分）は、可動部１３になっている。可動部１３は、最下端部を支点にして、図１中の矢印Ａで示すように動くことができる。また、ベルトラッパー１０の全体は、図１中の矢印Ｂの方向に移動可能である。したがって、可動部１３を下げた状態では、可動部１３とテンションリール３とが干渉することなく、ベルトラッパー１０を矢印Ｂの方向に移動させることができる。

テンションリール３の回転は、電動機６により駆動される。電動機６は、ドライブ装置７から供給される電力により駆動される。ドライブ制御装置２０は、テンションリール３の回転速度及びトルクの指令値を出力する。ドライブ装置７は、ドライブ制御装置２０から出力された回転速度及びトルクの指令値に基づいて、電動機６が指令値の示す回転速度及びトルクでテンションリール３を回転させるように、電動機６へと供給する電力の例えば電流、電圧、周波数（電動機６が交流モータの場合）等を調節する。

次に、図２を参照しながら、ドライブ制御装置２０の構成についてさらに説明する。図２に示すように、ドライブ制御装置２０は、圧延設定計算部２１、張力補正値算出部２２、記憶部２４、パラメータ設定部２３及び速度トルク設定部２５を備えている。

圧延設定計算部２１は、定常時における仕上げ圧延機１とテンションリール３との間の圧延材２の張力値を算出する。ここで、定常時とは、テンションリール３での圧延材２の巻き取り中において、仕上げ圧延機１とテンションリール３との間の圧延材２の張力がほぼ一定で大きく変化しない状態となっている時を指す。具体的には、圧延材２の先端部と尾端部とを除く中間部をテンションリール３により巻き取っている状態である。

なお、圧延設定計算部２１による定常時における圧延材２の張力値の算出は、既知の方法及び構成により、例えば、仕上げ圧延機１での圧延速度、圧延材２の物性値及びテンションリール３の回転速度等を考慮して行うことができる。また、圧延設定計算部２１は、当該圧延ラインにおいて、所望の製品コイルを圧延するために必要な他の設定計算も実施するようにしてもよい。

張力補正値算出部２２は、圧延設定計算部２１により算出される仕上げ圧延機１とテンションリール３との間の圧延材２の張力値の補正値を算出するものである。前述したように、圧延材２の中間部を巻き取っている場合には、仕上げ圧延機１とテンションリール３との間の圧延材２の張力は定常的である。これに対し、圧延材２の先端部をテンションリール３に巻き取り始める時は、圧延材２の先端部のテンションリール３への巻き付け状態が時々刻々と変化する過渡的な状態である。このため、圧延材２の先端部の巻き取りを開始してから巻き取りが完了して定常状態に移行するまでの間は、仕上げ圧延機１とテンションリール３との間の圧延材２の張力値が変動する。

そこで、張力補正値算出部２２は、テンションリール３により圧延材２の先端部の巻き取りを開始してから予め定めた一定時間が経過するまでの間における圧延材２の張力値の補正値を算出する。なお、この補正値算出の対象となる前記一定時間は、巻き付けが完了するまでに必要な時間以上となるように予め定められる。

次に、この張力補正値算出部２２における張力値の補正値の算出方法について説明する。張力補正値算出部２２による補正値の算出は、圧延材２の先端部における摩擦ロス、曲げ応力、マンドレル機構５の拡大時の張力、及び、圧延材２の先端部による巻き付け時の段差の各要素を考慮して行う。

ここで、摩擦ロスは、圧延材２の先端部分とベルトラッパー１０及びテンションリール３との間における摩擦により発生するロスである。曲げ応力は、テンションリール３に巻き付ける上で圧延材２を曲げるために必要な曲げ応力である。また、マンドレル機構５の拡大時の張力は、マンドレル機構５を拡大した際にテンションリール３を介して圧延材２に作用する張力である。そして、圧延材２の先端部による巻き付け時の段差とは、テンションリール３に２周回目以降に巻き付けられる圧延材２が乗り上げる圧延材２の先端部の段差のことである。

張力の補正値の算出に必要なこれらの各要素は、圧延材２の種別、幅及び厚み並びに圧延材２の温度の各パラメータにより変化する。換言すれば、これらの各要素は、これらのパラメータを用いた例えば物理演算等により導出する事ができる。

パラメータ設定部２３は、これらの圧延材２の種別、幅及び厚み並びに圧延材２の温度の各パラメータを設定するためのものである。具体的に例えば、パラメータ設定部２３は、操作者が各パラメータの値を入力するための入力装置を備えている。そして、操作者はこの入力装置を操作して、予め圧延材２の種別、幅及び厚み並びに圧延材２の温度の各パラメータの値を入力する。

パラメータ設定部２３は、入力された値に基づいて、圧延材２の種別、幅及び厚み並びに圧延材２の温度の各パラメータの値を設定する。そして、張力補正値算出部２２は、パラメータ設定部２３により設定された各パラメータの値に基づいて、仕上げ圧延機１とテンションリール３との間の圧延材２の張力値の補正値を算出する。

この実施の形態においては、ドライブ制御装置２０が備える記憶部２４に、圧延材２の材質、幅及び厚み並びに温度の各パラメータの値に対応する張力の補正値が予め記憶されている。すなわち、各パラメータの値をそれぞれ変化させた場合の張力の補正値について予め計算しておき、この計算結果を、各パラメータの値の組のそれぞれに対応させた形で、記憶部２４に予め記憶している。そして、張力補正値算出部２２は、パラメータ設定部２３に入力された各パラメータの値の組に対応する補正値を取得することで、必要な補正値を算出する。

ここで、前述したように、補正値算出の対象となる前記一定時間の間においては、圧延材２の張力は定常状態へと向けて変化する。そこで、記憶部２４は、各前記パラメータの値に対応する前記補正値を、テンションリール３により前記圧延材の先端部の巻き取りを開始してからの経過時間の関数の形で予め記憶している。そして、張力補正値算出部２２は、パラメータ設定部２３に入力された各前記パラメータの値に対応する補正値の関数に、テンションリール３により圧延材２の先端部の巻き取りを開始してからの経過時間を代入して補正値を算出する。

あるいは、テンションリール３により圧延材２の先端部の巻き取りを開始してからの経過時間毎の補正値についても予め算出して記憶部２４に記憶しておき、張力補正値算出部２２は、各前記パラメータの値に対応する補正値を、経過時間毎に記憶部２４から取得して算出するようにしてもよい。

速度トルク設定部２５は、圧延設定計算部２１が算出した張力値と張力補正値算出部２２が算出した補正値とに基づいて、テンションリール３の回転速度及びトルクの指令値を設定する。すなわち、速度トルク設定部２５は、圧延設定計算部２１が算出した張力値を張力補正値算出部２２が算出した補正値により補正し、目標とする圧延材２の張力値を計算する。そして、目標とする圧延材２の張力値を達成するためのテンションリール３の回転速度及びトルクを算出し、この算出した回転速度及びトルクの値を指令値とする。速度トルク設定部２５により設定された指令値は、ドライブ制御装置２０からドライブ装置７へと出力される。

次に、以上のように構成された圧延材の張力制御装置における、テンションリール３による圧延材２の巻き取り開始時における動作について説明する。テンションリール３による圧延材２の巻き取り開始時においては、ベルトラッパー１０は、図１に示すように、ベルト１１がテンションリール３の周囲にテンションリール３の外周から一定間隔を保って沿う位置に配置される。また、マンドレル機構５は縮小した状態である。

仕上げ圧延機１を通った圧延材２の先端部が、テンションリール３とベルトラッパー１０との間に挿入されると、圧延材２の先端部がベルトラッパー１０に誘導されて、テンションリール３の外周に巻き付き始める。

テンションリール３による圧延材２の先端部の巻き取りが開始されると、圧延設定計算部２１は圧延材２の張力値を算出する。また、張力補正値算出部２２は、圧延材２の張力値の補正値を算出する。速度トルク設定部２５は、張力補正値算出部２２からの補正値により補正された後の圧延材２の張力値に基づいて、速度及びトルクの指令値を設定する。ドライブ装置７は、こうして設定された指令値に基づいて電動機６を駆動制御し、テンションリール３が電動機６により回転される。

こうして、張力補正値算出部２２により算出された補正値により補正された張力値に基づくテンションリール３の回転制御が実施され、圧延材２はテンションリール３に巻き付けられていく。そして、圧延材２のテンションリール３への巻き付けが完了するタイミングでマンドレル機構５が拡大して、巻き取られた圧延材２を内側から保持する。また、ベルトラッパー１０は、テンションリール３から離れる方向に後退する。

また、圧延材２のテンションリール３への巻き付けの完了後、圧延材２のテンションリール３への巻き付けを開始してから前記一定時間が経過した以降は、張力補正値算出部２２は補正値の算出を行わない。したがって、圧延材２のテンションリール３への巻き付けを開始してから前記一定時間が経過した後は、圧延設定計算部２１により設定された圧延材２の張力値に基づいてテンションリール３の回転制御が実施され、テンションリール３に圧延材２がコイル状に巻き取られていくことになる。

以上のように構成された圧延材の張力制御装置は、仕上げ圧延機１による圧延が完了した圧延材２を巻き取るテンションリール３を回転させる電動機６を制御するものである。そして、テンションリール３の回転速度及びトルクの指令値を出力するドライブ制御装置２０と、ドライブ制御装置２０から出力された指令値に基づいて、電動機６に電力を供給するドライブ装置７と、を備えている。また、その上で、ドライブ制御装置２０は、定常時における仕上げ圧延機１とテンションリール３との間の圧延材２の張力値を算出する圧延設定計算部２１と、テンションリール３により圧延材２の先端部の巻き取りを開始してから予め定めた一定時間が経過するまでの間の前記張力値の補正値を算出する張力補正値算出部２２と、圧延設定計算部２１が算出した張力値と張力補正値算出部２２が算出した補正値とに基づいて、前記指令値を設定する速度トルク設定部２５と、を備えている。

このため、圧延材２がテンションリール３に巻き付く初期段階において、テンションリール３を駆動する電動機６の制御に用いる圧延材２の張力値を張力補正値算出部２２で算出した補正値によって補正することで、圧延材２がテンションリール３に到達してから巻き付くのに必要な最小限のターン数を巻き取った後に、速やかにマンドレル機構５を拡大させることができる。したがって、圧延材２のテンションリール３への巻き取り開始時にマンドレル機構５を拡大するまでに必要な時間を短縮することができ、マンドレル機構５又はベルトラッパー１０に起因する傷、歪み等が製品（圧延材２）にできる範囲が狭まり、歩留まりを向上することが可能である。

１ 仕上げ圧延機、 ２ 圧延材、 ３ テンションリール、 ４ デフレクターロール、 ５ マンドレル機構、 ６ 電動機、 ７ ドライブ装置、 １０ ベルトラッパー、 １１ ベルト、 １２ ローラー、 １３ 可動部、 ２０ ドライブ制御装置、 ２１ 圧延設定計算部、 ２２ 張力補正値算出部、 ２３ パラメータ設定部、 ２４ 記憶部、 ２５ 速度トルク設定部

Claims (2)

1. 仕上げ圧延機による圧延が完了した圧延材を巻き取るテンションリールを回転させる電動機を制御する圧延材の張力制御装置であって、
   前記テンションリールの回転速度及びトルクの指令値を出力するドライブ制御装置と、
   前記ドライブ制御装置から出力された前記指令値に基づいて、電動機に電力を供給するドライブ装置と、を備え、
   前記ドライブ制御装置は、
   定常時における前記仕上げ圧延機と前記テンションリールとの間の前記圧延材の張力値を算出する圧延設定計算部と、
   前記テンションリールにより前記圧延材の先端部の巻き取りを開始してから予め定めた一定時間が経過するまでの間の前記張力値の補正値を算出する張力補正値算出部と、
   前記圧延設定計算部が算出した前記張力値と前記張力補正値算出部が算出した前記補正値とに基づいて、前記指令値を設定する速度トルク設定部と、を備え、
   前記ドライブ制御装置は、
   前記圧延材の材質、幅及び厚み並びに温度の各パラメータの値に対応する前記補正値を予め記憶する記憶部と、
   前記圧延材の前記パラメータのそれぞれの値を設定するパラメータ設定部と、を備え、
   前記張力補正値算出部は、前記パラメータ設定部に入力された前記パラメータの値に対応する前記補正値を取得して前記補正値を算出する圧延材の張力制御装置。
2. 前記記憶部は、各前記パラメータの値に対応する前記補正値を、前記テンションリールにより前記圧延材の先端部の巻き取りを開始してからの経過時間の関数の形で予め記憶し、
   前記張力補正値算出部は、前記パラメータ設定部に入力された前記パラメータの値に対応する前記補正値の関数に、前記テンションリールにより前記圧延材の先端部の巻き取りを開始してからの経過時間を代入して前記補正値を算出する請求項１に記載の圧延材の張力制御装置。

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