JP6428669B2 - ポーリングリールの速度制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ポーリングリールの速度制御装置に関する。特に、熱間圧延により製造した棒鋼又は線材を巻き取る際にポーリングリールによって発生する疵を抑制する速度制御装置に関する。

熱間圧延にて製造した棒鋼、線材を巻き取る装置としてポーリングリールがある。一般にポーリングリールは主に回転する外側のドラムと製品を巻きつける内側のピンからなる。

ポーリングリールで発生する製品の疵は機械の熱膨張や、製品の冷却収縮に起因するものの他に、製品巻取中における内側のピンまたは外側のドラムとの製品の強い接触に起因するものなどがある。

これまでに機械の熱膨張、製品の冷却収縮に起因する製品疵を機械的な構造により解決しようとする方法が提案されており、例えば特開平７−１９６２４６号公報などがある。しかし、製品巻取中の内側のピンまたは外側のドラムと製品の強い接触に起因する疵を防止する方策は提案されていない。

製品巻取中の内側のピンまたは外側のドラムと製品の強い接触の原因の１つにポーリングリールの回転速度と製品速度との不一致が考えられる。一般的なポーリングリールでは回転速度は最終圧延スタンドの速度基準、または単独の速度基準により設定されている。

また、一般にポーリングリールではコイル径を変えて製品コイルの密度を高めるため、速度基準を秒単位で増減させるウォブリング制御が行われる。

特開平７−１９６２４６号公報

ポーリングリールの疵を抑制するためには、ポーリングリールの回転速度と製品速度をある程度一致させる必要がある。巻取の途中で製品速度を正確に測定するには打ち込み管近くにピンチロール等を設けて回転数を検出する方法などが考えられるが、このピンチロールがピンチ疵の原因になる可能性がある。

また、図６のようにポーリングリールの速度を最終的にオペレータの目視によって微調整する方法では、オペレータの経験によって疵の発生状況が左右される可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、製品巻取中のポーリングリールと製品の接触状況を把握し、ポーリングリールのウォブリング制御における速度基準を自動的に補正して、製品の疵を抑制することのできるポーリングリール速度制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、回転軸である内側のピンと外側のドラムとを備え、回転により前記内側のピンと前記外側のドラムとの間に棒鋼又は線材を巻き付けるポーリングリールの速度制御装置であって、
速度基準の周期的な増減を定めた波形に基づいて各時刻における速度基準を出力するウォブリング制御を実行する主幹制御装置と、
前記主幹制御装置が出力する速度基準に応じて前記ポーリングリールを回転させるモータを駆動するドライブ装置と、
前記外側のドラムおよび前記内側のピンを撮影するカメラと、
前記カメラが撮影した画像から、前記棒鋼又は線材が前記ポーリングリールに接触した際に生じる火花を検出する画像処理装置と、
前記ウォブリング制御において、前記ポーリングリールの回転速度が増速中に前記火花が検出された場合に、前記波形の速度基準の増速割合を低減する速度補正値を算出し、前記回転速度の減速中に前記火花が検出された場合に、前記波形の速度基準の減速割合を低減する速度補正値を算出する速度補正装置と、を備え、
前記主幹制御装置は、前記速度補正装置が算出した速度補正値に基づいて、前記火花が検出されたタイミング後の前記波形の速度基準を補正すること、を特徴とする。

本発明によれば、カメラが撮影した画像から火花を検出することにより、製品巻取中のポーリングリールと製品の接触状況を把握し、接触状況に応じてポーリングリールのウォブリング制御おける速度基準を自動的に補正することができる。そのため、ポーリングリールの回転速度が適切に調整されて、製品の接触による製品の疵を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。 ウォブリング制御の一例を説明するための図である。 ポーリングリール２の回転速度が減速側のタイミングで火花が発生した場合に、ウォブリング制御の波形を次の周期波から補正する例である。 ポーリングリール２の回転速度が増速側のタイミングで火花が発生した場合に、ウォブリング制御の波形を次の制御タイミングから補正する例である。 ウォブリング制御中における実施の形態１に係るシステムの制御ルーチンのフローチャートである。 ポーリングリールの速度を最終的にオペレータの目視によって微調整するシステムの構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。製品１は、熱間圧延により製造された棒材又は線材である。ポーリングリール２は、回転軸である内側のピンと外側のドラムを備える。製品１は、ポーリングリール２の回転により内側のピンと外側のドラムとの間に巻き付けられて巻取線材束を形成する。内側のピンは、巻取線材束の内径を確保するリールピンである。外側のドラムは、巻取線材束を内壁側に保持する中空状のドラムである。

ポーリングリール２は、ギヤ３を経由してモータ４によって巻取り方向に回転駆動する。モータ４には、電源を供給するドライブ装置６が接続されている。ドライブ装置６は、主幹制御装置７が出力した速度基準を入力し、速度基準から算出されるトルク基準に基づいてモータ４を制御する。

また、モータ４には、実回転速度を検出する速度センサ５が取り付けられている。ドライブ装置６は、速度センサ５が出力する速度フィードバック値が速度基準と一致するようにモータ４を制御する速度フィードバック制御を実施する。速度フィードバック制御の制御周期は、例えば数ミリ秒である。

主幹制御装置７は、ポーリングリール２（具体的にはモータ４）の回転速度の速度基準を出力する。速度基準の基準値は、例えば最終圧延スタンド下流における製品１の速度と略一致するように設定されている。

また、主幹制御装置７は、ウォブリング制御を実施する。ウォブリング制御とは、リールの駆動回転数を基準値に対して上下変化させることでコイル径を制御し、コイルの充填率を上げ下げする制御である。主幹制御装置７は、ウォブリング制御の周期波（速度基準の周期的な増減を定めた波形）を予め記憶し、制御タイミング毎に速度基準を出力する。周期波の１周期中の速度基準の更新タイミング（制御タイミング）は、例えば数十ミリ秒毎であり、１周期は例えば数秒である。

図２は、ウォブリング制御の一例を説明するための図である。図２の一点鎖線２０は、ウォブリングなしの場合の速度基準の基準値を示している。実線２１は、ウォブリングの周期波による速度基準の変化の一例を示している。実線２１の三角波において、ｔ１からｔ５まではウォブリングなしの場合に比して速度基準が高い期間であり、コイル径が小さくなる。ｔ５からｔ１０まではウォブリングなしの場合に比して速度基準が低い期間であり、コイル径が大きくなる。ｔ０からｔ１０までが１周期分のウォブリング制御の周期波である。

ウォブリング制御によるコイル径の変化により、巻取中の製品１が外側のドラム又は内側のピンに強く接触し、製品１の疵の原因となる可能性がある。そこで、本実施形態のシステムでは、カメラ８、画像処理装置９、速度補正装置１０を更に備えることで、製品１とポーリングリール２との接触状況を把握し、ポーリングリールのウォブリング制御における速度基準を自動的に補正して、製品１の疵を抑制することとした。

カメラ８は、ポーリングリール２の回転軸方向に設けられ、外側のドラム、内側のピン、および巻き取られた製品１を撮影可能な位置に配置されている。カメラ８は、撮影した画像を画像データとして出力する。

画像処理装置９は、カメラ８が出力した画像データを入力する。画像処理装置９は、画像データの色変化に基づいて、製品１とポーリングリールが接触した際に発生する火花を検出する。火花を検出した場合、画像処理装置９は、火花検出を示す信号を出力する。

速度補正装置１０は、画像処理装置９が出力した火花検出を示す信号、および主幹制御装置７が出力した速度基準（主幹制御装置７からドライブ装置６へ出力するものと同じ速度基準）を入力する。速度補正装置１０は、前回の制御タイミングにおける速度基準（前回値）および今回の制御タイミング（火花検出タイミング）における速度基準（今回値）の差に基づいて、ポーリングリール２の回転速度が増速中であるか減速中であるかを判定する。さらに速度補正装置１０は、判定結果に応じて速度補正値を算出し出力する。

具体的には、ポーリングリール２の回転速度が増速側のタイミングで火花が発生した場合、製品１のコイル径は小さくなるタイミングであるので内側のピンに接触していると判断できる。この場合、速度補正装置１０は、ウォブリングによる速度基準の増速割合を低減する方向へ補正するための速度補正値を出力する。

一方、ポーリングリール２の回転速度が減速側のタイミングで火花が発生した場合、製品１のコイル径は大きくなるタイミングであるので外側のドラムに接触していると判断できる。この場合、速度補正装置１０は、ウォブリングによる速度基準の減速割合を低減する方向へ補正するための速度補正値を出力する。

上述した主幹制御装置７は、速度補正装置１０が出力した速度補正値を入力する。主幹制御装置７は、火花が検出されたタイミング後の周期波の速度基準を速度補正値に基づいて補正する。

具体的には、火花検出の画像処理に１秒程度の時間がかかる場合では、前述のウォブリング制御の波形は２〜３秒以上の周期であるため、火花を検出した周期波の次の周期波から補正を開始する。図３は、ポーリングリール２の回転速度が減速側のタイミングで火花が発生した場合に、ウォブリング制御の波形を次の周期波から補正する例である。図３の例では、増速側のタイミング（時刻ｔ１）で火花が発生した場合、実線２１に示す予め記憶されたウォブリング制御の波形を、次の周期波（時刻ｔ１０）から破線２２に示す波形に変更することで、製品１の疵発生を抑制する。

また、火花検出の画像処理が高速に演算可能である場合には、火花を検出した現在の周期波における所定の制御タイミングから、ウォブリング制御の波形の補正を開始してもよい。図４は、ポーリングリール２の回転速度が増速側のタイミングで火花が発生した場合に、ウォブリング制御の波形を次の制御タイミングから補正する例である。図４の例では、増速側のタイミング（時刻ｔ１）で火花が発生した場合、実線２１に示す予め記憶されたウォブリング制御の波形を、時刻ｔ１の次の制御タイミングである時刻ｔ２から破線２３に示す波形に変更することで、製品１の疵発生を抑制する。

（動作）
次に動作について説明する。製品１の先端がポーリングリール２に入ってきてウォブリング制御が開始されるまでは、所定の速度基準に基づく従来通りの速度制御が行われる。ウォブリング制御が開始されるとポーリングリール２の回転速度の速度基準が図２の実線２１に示すように変化する。

図５は、ウォブリング制御中における実施の形態１に係るシステムの制御ルーチンのフローチャートである。本制御ルーチンは、制御タイミング毎に実行される。図５に示す制御ルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、ウォブリング制御中であるか否かが判定される。ウォブリング制御開始後、ステップＳ１１０の処理に進む。

ステップＳ１１０において、速度補正装置１０は、画像処理装置９から火花検出を示す信号を入力したか否かを判定する。火花検出を示す信号が入力された場合、ステップＳ１２０の処理に進む。

ステップＳ１２０において、速度補正装置１０は、前回の制御タイミングにおける速度基準および今回の制御タイミング（火花検出タイミング）における速度基準から速度基準が増速中であるか否かを判定する。増速中と判定された場合、ステップＳ１３０の処理に進む。

ステップＳ１３０において、速度補正装置１０は、ウォブリングによる速度基準の増速割合を低減する方向へ補正するための速度補正値を出力する。その後、ステップＳ１７０において、主幹制御装置７は、火花が検出されたタイミング後の周期波の速度基準を速度補正値に基づいて補正する。例えば、図３のように次の周期波（時刻ｔ１０）から破線２２に示すウォブリング波形に変更してもよいし、図４のように火花が検出された周期波の時刻ｔ２から破線２３に示すウォブリング波形に変更してもよい。

上述したステップＳ１２０において、増速中と判定されなかった場合、ステップＳ１４０の処理に進む。ステップＳ１４０において、速度補正装置１０は、前回の制御タイミングにおける速度基準および今回の制御タイミング（火花検出タイミング）における速度基準から速度基準が減速中であるか否かを判定する。減速中と判定された場合、ステップＳ１５０の処理に進む。

ステップＳ１５０において、速度補正装置１０は、ウォブリングによる速度基準の減速割合を低減する方向へ補正するための速度補正値を出力する。その後、ステップＳ１７０において、主幹制御装置７は、火花が検出されたタイミング後の周期波の速度基準を速度補正値に基づいて補正する。

一方、上述したステップＳ１００、ステップＳ１１０、ステップＳ１４０の判定条件が成立しない場合には、ステップＳ１６０の処理を実行する。ステップＳ１６０において、速度補正装置１０は、速度基準に対する補正量が零である速度補正値を出力する。

（効果）
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、カメラ８が撮影した画像から火花を検出することにより、製品巻取中のポーリングリール２と製品１の接触状況を把握し、接触状況に応じて、ウォブリング制御の周期波の速度基準を自動的に補正することができる（図３の破線２２、図４の破線２３）。そのため、ポーリングリール２の回転速度が適切に調整されて、製品１の接触による製品の疵を抑制することができる。また、打ち込み管近くにピンチロール等を設けないためピンチ疵も生じない。また、オペレータの経験に依ることなく、画像データと速度基準データの同期性が確保できるため、確実にポーリングリール２の回転速度の微調整を行うことができ、製品１の疵を抑制できる。

（変形例）
実施の形態１では、速度補正装置１０は、主幹制御装置７が算出した速度基準を入力しているが、これに限定されるものではない。速度補正装置１０は、速度基準に代えて速度フィードバック値（実回転速度）を入力として用いてもよい。この場合、速度フィードバック値は、速度センサ５からドライブ装置６および主幹制御装置７を介して速度補正装置１０へ入力されるよう構成される。速度補正装置１０は、速度センサ５により検出されたモータ４の実回転速度の前回値と今回値との差に基づいて、ポーリングリール２の回転速度が増速中であるか減速中であるかを判定する。

また、図２、図３では一例として三角波のウォブリングとしているが、台形波等の数秒の周期をもった周期波であってもよい。この場合も図２、図３の場合と同様に、ウォブリングの周期波の振幅を変えて補正する方法が適用できる。また、補正の方法はウォブリングの周波数の振幅を変える方法の他、周波数の位相やウォブリング周期を変える方法等であってもよい。

尚、実施の形態１に係るシステムにおいて、主幹制御装置７と速度補正装置１０は、同一のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）上に実装されてもよいし、別々のＰＬＣ上に実装されてもよい。画像処理装置９は、汎用コンピュータ上に実装可能である。

１ 製品
２ ポーリングリール
３ ギヤ
４ モータ
５ 速度センサ
６ ドライブ装置
７ 主幹制御装置
８ カメラ
９ 画像処理装置
１０ 速度補正装置

Claims (3)

1. 回転軸である内側のピンと外側のドラムとを備え、回転により前記内側のピンと前記外側のドラムとの間に棒鋼又は線材を巻き付けるポーリングリールの速度制御装置であって、
   速度基準の周期的な増減を定めた波形に基づいて各時刻における速度基準を出力するウォブリング制御を実行する主幹制御装置と、
   前記主幹制御装置が出力する速度基準に応じて前記ポーリングリールを回転させるモータを駆動するドライブ装置と、
   前記外側のドラムおよび前記内側のピンを撮影するカメラと、
   前記カメラが撮影した画像から、前記棒鋼又は線材が前記ポーリングリールに接触した際に生じる火花を検出する画像処理装置と、
   前記ウォブリング制御において、前記ポーリングリールの回転速度が増速中に前記火花が検出された場合に、前記波形の速度基準の増速割合を低減する速度補正値を算出し、前記回転速度の減速中に前記火花が検出された場合に、前記波形の速度基準の減速割合を低減する速度補正値を算出する速度補正装置と、を備え、
   前記主幹制御装置は、前記速度補正装置が算出した速度補正値に基づいて、前記火花が検出されたタイミング後の前記波形の速度基準を補正すること、
   を特徴とするポーリングリールの速度制御装置。
2. 前記速度補正装置は、前記主幹制御装置が出力する速度基準の前回値と今回値との差に基づいて、前記ポーリングリールの回転速度が増速中であるか減速中であるかを判定すること、
   を特徴とする請求項１記載のポーリングリールの速度制御装置。
3. 前記モータの実回転速度を検出する速度センサをさらに備え、
   前記速度補正装置は、前記速度センサにより検出された前記モータの実回転速度の前回値と今回値との差に基づいて、前記ポーリングリールの回転速度が増速中であるか減速中であるかを判定すること、
   を特徴とする請求項１記載のポーリングリールの速度制御装置。

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