JP6477541B2

JP6477541B2 - 鋼板形状矯正方法および鋼板製造方法

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Publication number: JP6477541B2
Application number: JP2016034969A
Authority: JP
Inventors: 青江　信一郎; 信一郎青江; 順衞藤; 岳則湯浅; 三宅　勝; 勝三宅
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: JP2017148851A

Description

本発明は、例えば、圧延後の鋼板に発生した反り、耳波等の形状不良および歪み等による変形を取り除く矯正方法および該矯正方法を用いた鋼板製造方法に関する。

鋼板の製造では、一般に、コールドレベラー、ホットレベラーと呼ばれる複数のロールを上下に配置し、これらのロールの間に鋼板を搬送することで、製造時に発生した反り、耳波等の形状不良を矯正する。しかし、一般に厚物材と呼ばれる厚さ４０ｍｍ以上の鋼板の場合、先尾端部位の形状不良をコールドレベラーやホットレベラーでは、形状を矯正しきれない。そのため、厚物材に形状不良が発生した場合には、鋼板をラインから外し、所謂オフラインで操作者が加圧装置（プレス機）を操作して形状矯正を行う。

鋼板の形状を矯正する方法として、例えば、下記特許文献１に記載されるように、加圧ラムによる加圧矯正条件は、およそ鋼板の緒元や差金隙間によって決まるが、予測できない結果になることも少なくなく、膨大な加圧矯正データベースを用いて加圧矯正条件を決定する方法が開示されている。

特開２０１４−８７８１３号公報

しかしながら、鋼板の緒元が同じであっても、必ずしも加圧矯正条件が同じとならない。鋼板毎あるいは鋼板内の場所毎で降伏応力、内部残留応力等にバラツキが存在するためである。したがって、加圧装置操作者は、矯正荷重、矯正過程で発生する音、鋼板表面スケールの割れ具合等の情報に基づき場所毎で加圧矯正条件を判断している。特許文献１の方法では、鋼板毎でおよその加圧矯正条件を決定することができるが、場所毎でのばらつき等、まだ改善の余地があった。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、鋼板緒元にばらつきがあっても、精度良く鋼板の形状矯正を行うことが可能な鋼板形状矯正方法および該矯正方法を用いた鋼板製造方法を提供することを目的とするものである。

［１］加圧ラムを有するプレス機を備える鋼板形状矯正装置による鋼板形状矯正方法であり、
矯正過程中の加圧ラムの昇降ストローク量と鋼板に作用する矯正荷重を測定する測定工程と、
測定された前記昇降ストローク量および前記矯正荷重から矯正変位を予測する矯正変位予測工程と、
予測された前記矯正変位に基づいて、鋼板の形状矯正を行う形状矯正工程と、
を含み、
前記矯正変位予測工程では、
起点ｔ_０から任意の時刻ｔまでにおいて、
矯正過程での矯正荷重を前記ｔ_０から前記ｔまで昇降ストローク量で積分して算出したエネルギーと、矯正過程での昇降ストローク量を前記ｔ_０から前記ｔまで矯正荷重で積分して算出したコンプリメンタリエネルギーとの差を、前記ｔでの矯正荷重と前記ｔ_０での矯正荷重の差で割った値を第１矯正変位とし、該第１矯正変位を前記矯正変位とすることを特徴とする鋼板形状矯正方法。
［２］前記第１矯正変位が所定値以上になった場合の矯正変位予測終了時刻をｔ_１とし、
該ｔ_１での矯正荷重と前記ｔ_０での矯正荷重との差を、前記ｔ_１での昇降ストローク量と前記ｔ_０での昇降ストロークとの差で割った傾き量を求め、前記ｔ_１での昇降ストローク量と前記ｔ_０での昇降ストローク量との差から前記ｔ_１での矯正荷重と前記ｔ_０での矯正荷重との差から前記傾き量を割った値の差を第２矯正変位とし、
前記形状矯正工程では、前記第１矯正変位の替わりに前記第２矯正変位に基づいて、鋼板の形状矯正を行うことを特徴とする前記［１］記載の鋼板形状矯正方法。
［３］前記矯正変位予測工程後、前記矯正変位を出力する工程を含むことを特徴とする前記［１］または［２］に記載の鋼板形状矯正方法。
［４］前記形状矯正工程で、前記矯正変位が目標矯正変位を超えたときに加圧制御を自動で停止することを特徴とする前記［３］に記載の鋼板形状矯正方法。
［５］前記［１］〜［４］のいずれか１つに記載の鋼板形状矯正方法を用いて鋼板の形状を矯正することを特徴とする鋼板製造方法。

なお、上記の矯正変位とは、鋼板厚み方向の現時点で矯正された変位のことを指す。

また、上記の起点ｔ_０とは、矯正条件（板厚、板幅、シム間距離）で決めたある程度矯正荷重が大きくなった時刻のことである。ここで、この荷重は弾性域内であり、荷重が小さすぎる場合、重力、設備のガタ等の影響で矯正荷重と変位の関係が安定しないことを考慮し、起点ｔ_０を上記のように定義する。

本発明によれば、鋼板緒元にばらつきがあっても、精度良く鋼板の形状矯正を行うことができる。また、本発明によれば形状精度に優れた鋼板を製造することができる。

本実施形態の鋼板形状矯正方法に用いる鋼板形状矯正装置の概略構成を説明するための図である。図１の鋼板形状計測装置のレーザ距離計の概略構成を説明するための図である。ラムストローク量と矯正荷重の関係を示すグラフである。図３のグラフデータに基づいて予測した矯正荷重と矯正変位の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る鋼板形状矯正方法について図面を参照しながら説明する。

本実施形態の鋼板形状矯正方法は、加圧ラムを有するプレス機を備える鋼板形状矯正装置による鋼板形状矯正方法であり、矯正過程中の加圧ラムの昇降ストローク量と鋼板に作用する矯正荷重を測定する測定工程と、測定された昇降ストローク量および矯正荷重から矯正変位を予測する矯正変位予測工程と、予測された矯正変位に基づいて、鋼板の形状矯正を行う形状矯正工程と、を含み、矯正変位予測工程では、起点ｔ_０から任意の時刻ｔまでにおいて、矯正過程での矯正荷重をｔ_０からｔまで昇降ストローク量で積分したエネルギーと、矯正過程での昇降ストローク量をｔ_０からｔまで矯正荷重で積分したコンプリメンタリエネルギーとの差を、ｔでの矯正荷重とｔ_０での矯正荷重の差で割った値を第１矯正変位とし、該第１矯正変位を上記の矯正変位とする。

図１は、本実施形態の鋼板形状矯正方法に用いる鋼板形状矯正装置の概略全体図である。図中の符号１は、鋼板Ｓを矯正するプレス機であり、プレス機１の入側には入側搬送テーブル３、プレス機１の出側には出側搬送テーブル４が配設されている。搬送テーブル３、４は、何れも鋼板Ｓを搬送するための複数のローラが配設されている。

本実施形態の鋼板形状矯正方法に用いる鋼板形状矯正装置において、プレス機１では、加圧ラム２で鋼板Ｓを上から加圧し、鋼板Ｓに曲げモーメントを作用させて鋼板の形状を矯正する。鋼板Ｓの形状は、鋼板形状計測装置５によって計測され、制御装置６で画像処理して作業員へ表示することができる。

図２は、鋼板形状計測装置５のレーザ距離計の概略構成を説明するための図である。鋼板形状計測装置５は、レーザ光によって検出点までの距離を計測するレーザ距離計を備えている。レーザ距離計は、図２に示すように、レーザ光源１１を回転台１２の上に搭載し、レーザ光源１１のレーザ射出口にガルバノミラー１３が設置されている。ガルバノミラー１３を回転させることにより、レーザ光源１１からレーザ光が走査され、同時に回転台１２も回転させることで、３次元的なレーザ反射位置までの点群データを計測する装置である。

板位置検出手段７は、鋼板形状計測装置５と同様の原理（ただし、回転台１２を回転させない）で、線上で板形状を計測し、計測された板形状から、制御装置６を用いて特徴量（先端の段差、すなわち鋼板Ｓが有る場合と無い場合との段差）の位置を計算する。板位置検出手段７は、カメラを用いた画像処理の方法でも問題はない。

制御装置６は、計測された鋼板形状、板位置、プレス力、ラムストローク（以下、昇降ストロークとも記す。）量、ラム横位置、シム間隔のデータを収集、処理、保存、表示する機能を持つ。それらの情報を統合して、作業員に鋼板全体形状、ラム下の鋼板形状、板位置、ラムの横方向（鋼板幅方向）の位置、プレス力等を表示し、現状の状態を提示する。

次に、本実施形態の鋼板形状矯正方法について説明する。最初に、クレーンにより搬送された矯正対象の鋼板は、搬送テーブル３上に置かれる。作業員は、搬送テーブルを動作させ、適当な場所に鋼板を移動させた後に、鋼板形状計測装置５を用いて鋼板全体の形状を計測する。計測された形状は制御装置６上に表示され、作業員が矯正すべき位置を確認する。あるいは制御装置６が矯正位置を計算してもよい。作業員は、矯正位置がラム下にくるように搬送テーブルを動作させ、ラムを横方向に移動させて、位置合わせを行う。このとき、板位置検出装置７で検出された板位置を計測、計算、表示する板位置計測装置（図示せず）による板の位置、およびラムの横方向の位置が鋼板Ｓ全体の形状画面上にリアルタイムで表示され、作業員は画面を見ながら、板およびラムの位置合わせをする。作業員はプレスを行うため、ラムを下降させ、プレスを行う。プレス後のプレス上昇中に鋼板形状計測装置５が作動し、プレス後のラム下部分形状計測を行い、制御装置６上に表示され作業員に矯正結果を提示する。もし矯正が不十分であると判断すれば、もう一度、プレスが実施され、プレス後のラム下部分の形状計測が行われる。もし矯正結果が問題なければ、ラム下部分形状あるいは全体平坦度形状を見て、次の矯正位置に移動する。以上の工程を板全体の矯正箇所がなくなるまで、繰り返し実施する。矯正が終了したと判断されれば、板を出側搬送テーブル４に移動させ、出側搬送テーブル４近傍の方の鋼板形状計測装置５を用いた板全体形状を計測し、最終チェックを行い、問題がないようであれば、クレーンで鋼板を搬出する。

本実施形態の鋼板形状矯正方法では、矯正を実施しながらその時点における矯正変位を随時予測して、精度良く鋼板の形状矯正を行うことを特徴とする。具体的には、鋼板形状矯正方法の矯正変位予測工程では、起点ｔ_０から任意の時刻ｔまでにおいて、矯正過程での矯正荷重をｔ_０からｔまで昇降ストローク量で積分して算出したエネルギーと、矯正過程での昇降ストローク量をｔ_０からｔまで矯正荷重で積分して算出したコンプリメンタリエネルギーとの差を、ｔでの矯正荷重とｔ_０での矯正荷重の差で割った値を第１矯正変位とし、これを上記の矯正変位とする。ここで、矯正変位とは、鋼板厚み方向の現時点で矯正された変位のことを指す。また、起点ｔ_０とは、矯正条件（板厚、板幅、シム間距離）で決めたある程度矯正荷重が大きくなった時刻のことである。ここで、この荷重は弾性域内であり、荷重が小さすぎる場合、重力、設備のガタ等の影響で矯正荷重と変位の関係が安定しないことを考慮し、起点ｔ_０を上記のように定義する。

以下では、この矯正変位を予測する方法を導出した経緯を説明する。

まず、測定されたラムストローク（昇降ストローク）量と矯正荷重（油圧）は、矯正過程で図３のように変化する。矯正過程は、＜１＞弾性変形過程、＜２＞弾塑性変形過程、＜３＞徐荷重過程で分類される。弾性変形過程＜１＞では、矯正荷重の上昇に伴い、鋼板Ｓは弾性的に曲げ変形していく。そして、弾塑性変形過程＜２＞では、矯正荷重の上昇に伴い、鋼板Ｓは弾塑性的に曲げ変形していく。矯正変位が目標矯正変位に達すると、プレス機１の操作者は加圧操作をやめて、除荷重過程＜３＞に移る。一般的に弾塑性変形過程終点と無負荷時（除荷時）の矯正変位を結んだ直線の傾きは、弾性変形過程＜１＞中の傾きと一致する。矯正変位を予測するためには、弾性変形過程＜１＞中の傾きと、弾性変形過程＜１＞→弾塑性変形過程＜２＞の遷移点を推定することが重要となる。一般的に、弾性変形過程＜１＞中の傾きは、板厚、板幅、矯正位置、シム間距離、矯正方向、プレス機１の剛性等の影響で変化するため、事前に予測することは困難である。

任意の時刻ｔ（弾性変形過程＜１＞、弾塑性変形過程＜２＞での任意の時刻）において予測される矯正変位は、式（１）から算出される。

ここで、ｙ（ｔ）は矯正変位、Ｅ（ｔ）は板に蓄えられたエネルギー、Ｃ（ｔ）は板に蓄えられたコンプリメンタリエネルギー、Ｐ（ｔ）は矯正荷重、Ｐ_０は矯正を始める際の矯正荷重（起点ｔ_０での矯正荷重）である。

エネルギーＥ（ｔ）は、式（２）から算出される。

ここで、ｘ（ｔ）はストローク量、ｘ_０は式（２）の計算を開始するストローク量（起点ｔ_０でのストローク量）、Ｐ_０はその時の矯正荷重である。図３からもストローク量が小さい場合、プレス機１のガタ、鋼板に作用する重力等の影響で、矯正荷重測定値は不安定となるため、ｘ_０はある程度大きいほうがよい。

コンプリメンタリエネルギーＣ（ｔ）は、式（３）から算出される。

エネルギーＥ（ｔ）とコンプリメンタリエネルギーＣ（ｔ）の間には、式（４）の関係が成り立つ。

また、この式（４）から、式（５）コンプリメンタリエネルギーＣ（ｔ）を求めることができる。

式（５）を式（１）に代入すると、矯正変位予測値は式（６）のように表される。

式（２）と式（６）を用いて矯正変位予測値を計算する。弾性変形過程＜１＞では、式（７）が成り立つ。

また、式（７）を式（６）に代入すると、矯正変位予測値は、式（８）のように表される。

実際には測定誤差等があり、必ずしも矯正変位予測値は完全に零とはならない。測定値の誤差が大きい場合は、測定値にカルマンフィルター、指数平滑化フィルター等の誤差除去フィルターを作用させてもよい。

以上のような知見に基づき、本実施形態の鋼板形状矯正方法では、起点ｔ_０から任意の時刻ｔ_１までにおいて、矯正過程での矯正荷重をｔ_０からｔまで昇降ストローク量で積分したエネルギーと、矯正過程での昇降ストローク量をｔ_０からｔまで矯正荷重で積分したコンプリメンタリエネルギーとの差を、ｔでの矯正荷重とｔでの矯正荷重の差で割った値を第１矯正変位とすることができる。

一方、上記式（６）の（第１）矯正変位は値が大きくなると予測精度が悪くなる。

そこで、次のステップとして、弾塑性変形過程＜２＞で（第１）矯正変位が大きくなった場合（所定値を以上になった場合）の矯正変位の予測を考える。図３に示すように、矯正変位予測値（第２矯正変位）は、式（９）のようになる。

ここで、ａは＜１＞弾性変形過程での矯正変位を引数とした矯正荷重曲線の傾きである。式（９）を使用しはじめるタイミングは、式（６）の矯正変位予測値が所定の比較的小さい値を以上となったときとし、その時点をｔ_１（弾塑性変形過程＜２＞での任意の時刻）とおく。傾きａは、式（１０）のようになる。

あるいは、起点ｔ_０からｔ_１時点までのストローク量と矯正荷重のデータを最小二乗法で直線近似し、その直線の傾きを用いてよい。

このように、第１矯正変位が所定値以上になった場合の矯正変位予測終了時刻をｔ_１とし、該ｔ_１での矯正荷重とｔ_０での矯正荷重との差を、ｔ_１での昇降ストローク量とｔ_０での昇降ストロークとの差で割った傾き量を求め、ｔ_１での昇降ストローク量とｔ_０での昇降ストローク量との差からｔ_１での矯正荷重とｔ_０での矯正荷重との差から前記傾き量を割った値の差を第２矯正変位とし、形状矯正工程では、第１矯正変位の替わりに第２矯正変位に基づいて、鋼板の形状矯正を行うことができ、より精度良く鋼板の形状矯正を行うことができる。

次に、上述した矯正変位予測方法により予測した矯正変位の具体例を以下で説明する。図３のデータを用いて式（６）と式（９）で矯正変位を予測した結果を図４に示す。破線は式（６）の結果、実線は式（９）の結果である。式（９）の予測式を用いるタイミングは、式（６）の予測値が０．１ｍｍを超えた時点とした。矯正変位が小さい場合、式（６）の予測式の値は式（９）の予測式と値とよく一致しており、式（６）は有効であることがわかる。矯正変位が大きい場合、式（６）の予測式の値と式（９）の予測式の値の差が大きくなり、式（６）の予測式では予測が困難なことがわかる。式（９）の矯正変位予測式の最終値は０．９ｍｍであり、図３の矯正変位の最終値とよく一致することがわかる。

予測された矯正変位（第１矯正変位または第２矯正変位）をリアルタイムにプレス機の操作者に開示することで、事前に決められた目標矯正変位と矯正変位予測値が一致した時点で、操作者は加圧操作を停止し、操作者の熟練度合いと関係なく適切な矯正作業が可能となる。

また、予測された矯正変位をリアルタイムに目標矯正変位と比較し、事前に決められた目標矯正変位と予測した矯正変位が一致した時点で、プレス機１の制御装置６は加圧操作を停止することで、加圧作業の自動化が可能となる。

また、予測された矯正変位を開示することで、プレス機１の操作者のミスを低減でき、能率および品質が向上する。また、矯正変位予測値を開示することで、加圧装置の制御を自動化でき、能率および品質が向上する。

以上説明した、本実施形態の鋼板形状矯正方法によれば、鋼板緒元にばらつきがあっても、精度良く鋼板の形状矯正を行うことができる。

また、以上説明した本実施形態の鋼板形状矯正方法を、圧延後、熱処理後、あるいは、冷却後などの鋼板に適用して形状矯正することにより、形状精度に優れた鋼板を製造することができる。

１プレス機
２加圧ラム
３入側ベッド
４出側ベッド
５鋼板形状計測装置
６制御装置
７板位置検出手段
１１レーザ光源
１２回転台
１３ガルバノミラー

Claims

加圧ラムを有するプレス機を備える鋼板形状矯正装置による鋼板形状矯正方法であり、
矯正過程中の加圧ラムの昇降ストローク量と鋼板に作用する矯正荷重を測定する測定工程と、
測定された前記昇降ストローク量および前記矯正荷重から矯正変位を予測する矯正変位予測工程と、
予測された前記矯正変位に基づいて、鋼板の形状矯正を行う形状矯正工程と、
を含み、
前記矯正変位予測工程では、
起点ｔ_０から任意の時刻ｔまでにおいて、
矯正過程での矯正荷重を前記ｔ_０から前記ｔまで昇降ストローク量で積分して算出したエネルギーと、矯正過程での昇降ストローク量を前記ｔ_０から前記ｔまで矯正荷重で積分して算出したコンプリメンタリエネルギーとの差を、前記ｔでの矯正荷重と前記ｔ_０での矯正荷重の差で割った値を第１矯正変位とし、該第１矯正変位を前記矯正変位とすることを特徴とする鋼板形状矯正方法。
前記第１矯正変位が所定値以上になった場合の時刻をｔ_１とし、
該ｔ_１での矯正荷重と前記ｔ_０での矯正荷重との差を、前記ｔ_１での昇降ストローク量と前記ｔ_０での昇降ストロークとの差で割った傾き量を求め、前記ｔ_１での昇降ストローク量と前記ｔ_０での昇降ストローク量との差から前記ｔ_１での矯正荷重と前記ｔ_０での矯正荷重との差から前記傾き量を割った値の差を第２矯正変位とし、
前記形状矯正工程では、前記第１矯正変位の替わりに前記第２矯正変位に基づいて、鋼板の形状矯正を行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼板形状矯正方法。
前記矯正変位予測工程後、前記鋼板形状矯正装置が有する制御装置に、前記矯正変位に関する情報を表示する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板形状矯正方法。
前記形状矯正工程で、前記矯正変位が目標矯正変位を超えたときに加圧制御を自動で停止することを特徴とする請求項３に記載の鋼板形状矯正方法。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼板形状矯正方法を用いて鋼板の形状を矯正することを特徴とする鋼板製造方法。