JPH039230A - コイル材の張力測定装置および張力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、巻取りドラムにコイル材を巻き取る際にその
コイル材の巻取り張力を測定する装置、およびその巻取
り張力が予め定められた目標張力と一致するように制御
する装置に関するものである。

従来の技術 ］イル材に一定の張力を付与しつつ巻取りドラムに巻き
取るようにすることがある。例えば、レベラによってコ
イル材に歪取りを行いつつ巻取りドラムに巻き取る際に
は、コイル材の巻取り張力か弱過ぎると充分な歪取り効
果が得られない一方、巻取り張力が強過ぎるとエネルギ
ーが無駄になるため、予め定められた一定の張力となる
ように張力調整を行うことが望ましい。そして、このよ
うなコイル材の張力を測定したり調整したりする場合、
従来はコイル材に検出ローラを押し付けて、その押付は
力により張力の測定や調整を行うようにしているのが一
般的であった。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このように検出ローラをコイル材に押し
付けると、そのコイル材に曲げ等の歪が生じるという問
題があった。このことは、例えば前述したようにコイル
材に歪取りを行いつつ巻き取る場合には、そのコイル材
に再び歪が生じることを意味するもので、そのような場
合には特に好ましくないのである。

一方、このような歪の発生を防止するために、上記歪取
りを行う場合等においては作業者が目視により手作業で
巻取りドラムの軸トルク等を変更してコイル材の張力調
整を行うことがあるが、このような作業者の手作業によ
る張力調整では必ずしも高い精度が得られないとともに
作業者の負担が大きく、しかも作業に熟練を要するとい
う不都合がある。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その
第１の目的はコイル材に非接触で巻取り張力を測定でき
るようにすることであり、第２の目的はコイル材の巻取
り張力を自動制御できるようにすることである。

課題を解決するための第１の手段 かかる目的を達成するために、第１発明は、駆動手段に
より巻取りドラムを回転駆動してコイル材を巻き取る際
に、その巻取りドラムの軸トルクに応じてそのコイル材
に発生する巻取り張力を測定する装置であって、（ａ）
前記巻取りドラムの軸トルクを検出するトルク検出手段
と、（ｂ）前記巻取りドラムによる前記コイル材の巻取
り半径を検出する巻取り半径検出手段と、（Ｃ）前記ト
ルク検出手段によって検出された前記軸トルクを前記巻
取り半径検出手段によって検出された前記巻取り半径で
割算することにより前記コイル材の巻取り張力を算出す
る演算手段とを有することを特徴とする。

第１発明の作用および効果 このようなコイル材の張力測定装置においては、トルク
検出手段によって駆動手段による巻取りドラムの軸トル
クが検出されるとともに、巻取り半径検出手段によって
巻取りドラムによるコイル材の巻取り半径が検出され、
演算手段によってその軸トルクを巻取り半径で割算する
ことによりコイル材の巻取り張力が算出される。したが
って、本発明の張力測定装置によればコイル材に非接触
で巻取り張力が測定されるようになり、その張力測定に
際して曲げ等の歪がコイル材に生じる恐れが全くなくな
るのである。

なお、張力は厳密にはコイル材の単位断面禎当たりの力
であり、そのような張力を求める場合には、上記軸トル
クを巻取り半径で割算した値を更にコイル材の断面積で
割算するように上記演算手段は構成されるが、張力測定
の目的によってはコイル材の断面積全体に加えられる力
を張力として取り扱えば良い場合もあり、必ずしも常に
断面積で割算する必要はない。

課題を解決するための第２の手段 また、第２発明は、駆動手段により巻取りドラムを回転
駆動してコイル材を巻き取る際に、その巻取りドラムの
軸トルクに応じてそのコイル材に発生する巻取り張力が
予め定められた目標張力と一致するように制御する装置
であって、前記張力測定装置を構成する（ａ）トルク検
出手段、（ｂ）巻取り半径検出手段、および（Ｃ）演算
手段に加えて、（ｄ）その演算手段によって算出された
実際の巻取り張力が前記目標張力と一致するように前記
駆動手段をフィードバック制御する制御手段を有するこ
とを特徴とする。

第２発明の作用および効果 このようなコイル材の張力制御装置においては、前記張
力測定装置と同様にして求められた実際の巻取り張力が
予め定められた目標張力と一致するように、巻取りドラ
ムを回転駆動する駆動手段が制御手段によりフィードバ
ック制御される。このため、従来のように熟練を要する
面倒な張力調整作業が不要になるとともに、コイル材の
巻取り張力が常に高い精度で制御されるようになるので
ある。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図において、１０はクラツド材等のコイル材で払出
しドラム１２から引き出され、レベラ１４によって歪取
りが行われた後巻取りドラム１６に巻き取られるように
なっている。レベラ１４は、コイル材１０の上下に交互
に配置され複数のワークロール１８を備えており、これ
等のワークロール１８によってコイル材１０に曲げ伸ば
し変形を繰り返し与えることにより、そのコイル材１０
の歪取りを行うものである。また、コイル材１０はレベ
ラ１４に予め設定された走行速度で走行させられるよう
になっており、その走行速度で払出しドラム１２から引
き出されるとともに巻取りドラム１６に巻き取られる。

上記払出しドラム１２にはパウダブレーキ２０が接続さ
れており、その払出しドラム１２から引き出されるコイ
ル材１０には、パウダブレーキ２０によるブレーキトル
クＴ、に応じて引出し張力Ｆ、が発生させられる。また
、巻取りドラム１６は、電動モータ２２によりパウダク
ラッチ２４および図示しない減速機構を介して回転駆動
されるようになっており、巻取りドラム１６に巻き取ら
れるコイル材１０には、そのパウダクラッチ２４による
伝達トルクＴＣに応じて巻取り張力ＦＣが発生させられ
る。上記電動モータ２２およびパウダクラッチ２４を含
んで巻取りドラム１６を回転駆動する駆動手段が構成さ
れており、パウダクラッチ２４の伝達トルクＴＣは巻取
りドラム１６の軸トルクに相当する。

また、かかるコイル材１０の歪取り装置には、第２図に
示されている制御装置が備えられている。

すなわち、前記払出しドラム１２とパウダブレーキ２０
との間には、前記ブレーキトルクＴ、を検出するトルク
センサ２６および払出しドラム１２の回転に伴ってパル
スを発生するパルス発生器２日が設けられ、トルクセン
サ２６からはブレーキトルクＴ、を表すトルク信号ＳＴ
ＩがＡ／Ｄコンバータ３０を経てマイクロコンピュータ
３２に供給される一方、パルス発生器２８から発生させ
られたパルス信号ＳＰＩはパルスカウンタ３４に供給さ
れ、そのパルス信号ＳＰＩのパルスを計数して払出しド
ラム１２の回転数Ｎ、が求められるとともに、その回転
数Ｎｇを表す回転信号ＳＮＩがマイクロコンピュータ３
２に供給される。また、前記巻取りドラム１６とパウダ
クラッチ２４との間には、前記伝達トルクＴｃを検出す
るトルクセンサ３６および巻取りドラム１６の回転に伴
ってパルスを発生するパルス発生器３８が設けられ、ト
ルクセンサ３６からは伝達トルクＴ、を表すトルク信号
ＳＴ２がＡ／Ｄコンバータ４０を経てマイクロコンピュ
ータ３２に供給される一方、パルス発生器３日から発生
させられたパルス信号ＳＰ２はパルスカウンタ４２に供
給され、そのパルス信号ＳＰ２のパルスを計数して巻取
りドラム１６の回転数ＮＣが求められるとともに、その
回転数Ｎ、を表す回転信号ＳＮ２がマイクロコンピュー
タ３２に供給される。上記トルクセンサ３６はトルク検
出手段に相当する。

マイクロコンピュータ３２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ。

およびＲＯＭを備えて構成されており、ＲＡＭの一時記
憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶され、たプログラ
ムに従って信号処理を行うもので、第３図の機能ブロッ
ク線図に示されている機能を備えている。かかる第３図
において、半径算出ブロック４４は、次式（１）および
（２）に示されているように、前記回転信号ＳＮＩ、Ｓ
Ｎ２が表す回転数Ｎ１Ｎ、にコイル材１０の板厚ｄを掛
算するとともに、その値に払出しドラム１２２巻取りド
ラム１６の半径ｒ！ｌ＋ｒｃを足算することにより、払
出しドラム１２から引き出されるコイル材１０の払出し
半径Ｒ３および巻取りドラム１６に巻き取られるコイル
材ＩＯの巻取り半径Ｒ９をそれぞれ算出する。上記ドラ
ム半径ｒｌ＋　　ｒｃおよび板厚ｄは予めＲＡＭに設定
されている。この半径算出ブロック４４は、前記パルス
発生器３８およびパルスカウンタ４２と共に巻取り半径
検出手段を構成している。

Ｒ１１＝　ｒＲ＋Ｎ８　Ｘ　ａ　　　　　　　・・・（
１）Ｒｃ　−ｒｃ　＋Ｎｃ　ｘａ　　　　　　　”　’
（２）上記半径算出ブロック４４において算出された払
出し半径Ｒ，および巻取り半径Ｒ９は、それぞれ張力算
出ブロック４６．操作出力演算ブロック４８に供給され
る。張力算出ブロック４６においては、次式（３）およ
び（４）に示されているように、前記トルク信号ＳＴＩ
、ＳＴ２が表すブレーキトルクＴｓ　、伝達トルクＴ、
を上記払出し半径Ｒ１１巻取り半径Ｒｃで割算すること
により、前記引出し張力Ｆａおよび巻取り張力Ｆ。をそ
れぞれ算出する。この張力算出ブロック４６は演算手段
に相当し、前記トルク検出手段としてのトルクセンサ３
６および巻取り半径検出手段を構成するパルス発生器３
８．パルスカウンタ４２．半径算出ブロック４４と共に
張力測定装置を構成している。

ＦＢ　＝ＴＢ／Ｒ１・・・（３） Ｆ　Ｃ””　Ｔ　Ｃ／　ＲＣ・・・（４）そして、この
ようにして算出された引出し張力Ｆｗ、巻取り張力ＦＣ
は制御出力演算ブロック５０に供給される。この制御出
力演算ブロック５０においては、予めＲＡＭに設定され
た目標引出し張力ＦＢ　、目標巻取り張力Ｆｃ１１と上
記引出し張力Ｒ８１巻取り張力Ｆｃとがそれぞれ比較さ
れ、それ等の偏差ｅＢ　（−Ｆｓ　　　ＦＢ　）、　　
ｅｃ　　（−Ｆ、　　−ＦＣ）が零となるように、換言
すれば張力Ｆｇ、Ｆｃが目標張力Ｆｌｌ、Ｆ、”とそれ
ぞれ−敗するように、前記パウダブレーキ２０．パウダ
クラッチ２４の作動をフィードバック制御するだめの制
御出力り、、、ＤＢｃが、フィードバック制御のＰｒＤ
動作による制御式である次式（５）および（６）に従っ
てそれぞれ算出される。この制御出力演算ブロック５０
は巻取りドラム１６を回転駆動する前記駆動手段をフィ
ードバック制御する制御手段に相当し、前記張力測定装
置と共に張力制御装置を構成している。なお、（５）式
および（６）式のＫＢＰＩ　　Ｋｃｒ、　　Ｔｇ＋、　
　Ｔｃ＋、　　Ｔｌ１ｏ、　　Ｔｃｎはそれぞれ予め定
められた定数である。

一方、前記操作出力演算ブロック４日においては、次式
（７）および（８）に示されているように、前記払出し
半径Ｒｇ、巻取り半径Ｒｅと前記目標引出し張力Ｆ８　
、目標巻取り張力Ｆｃ″とを掛算することにより、その
目標引出し張力Ｆ、＊でコイル材１０が払出しドラム１
２から引き出されるとともに、目標巻取り張力Ｆｃ＊で
コイル材１０が巻取りドラム１６に巻き取られるように
、前記パウダブレーキ２０．パウダクラッチ２４をフィ
ードフォワード制御するための操作出力ＤＦＲ，ＤＦＣ
がそれぞれ算出される。これ等の操作出力ＤＦＩＩ。

Ｄ、。は、パウダブレーキ２０によるブレーキトルクＴ
８．パウダクラッチ２４による伝達トルクＴｃにそれぞ
れ対応する。なお、（７）式および（８）式のＡ。

Ａｃはそれぞれ予め定められた定数である。

Ｄ□＝ＡＩ　　・Ｆ、　　・Ｒ６・・・（７）Ｄｒｃ＝
Ａｃ　　−Ｆｃ　　　−Ｒｃ　　　　　　・”　（８）
そして、上記操作出力Ｄ□、Ｄ２．は、前記制御出力演
算ブロック５０で算出された制御出力Ｄ　Ｂｌｌ。

ＤＩＩＣと共に出力制御ブロック５２に供給され、予め
定められた一定の時間間隔、例えば１分程度の時間間隔
で操作出力Ｄ□＋ＤＦＣが出力され、その間隔を補うか
たちで制御出力ＤＩＩｌｌ＋　　ＤＩＩＣが出力される
。操作出力ＤＦＢおよび制御出力ＤＢｌ＋に関しては駆
動信号ＳＤＩとして出力され、第２図に示されているよ
うにＤ／Ａコンバータ５４を介して前記パウダブレーキ
２０に供給される。また、操作出力ＤＦＣおよび制御出
力ＤＩＩＣに関しては駆動信号ＳＤ２として出力され、
第２図に示されているようにＤ／Ａコンバータ５６を介
して前記パウダクラッチ２４に供給される。したがって
、それ等のパウダブレーキ２０．パウダクラッチ２４は
、操作出力Ｄ　Ｆｌ＋　Ｄ　ＦＣに関する駆動信号ＳＤ
Ｉ、ＳＤ２が供給された時には、前記目標引出し張力Ｆ
ＩＩでコイル材１０が払出しドラム１２から引き出され
るとともに、目標巻取り張力ＦＣ″でコイル材ＩＯが巻
取りドラム１６に巻き取られるように、その作動がそれ
ぞれフィードフォワード制御される一方、制御出力り、
８．　［）８Ｃに関する駆動信号ＳＤＩ、ＳＤ２が供給
された時には、実際の引出し張力ＦＢ２巻取り張力Ｆｃ
がそれぞれ目標引出し張力ＦＢ　、目標巻取り張力ＦＣ
＊とそれぞれ一致するようにフィードバック制御され、
それ等のブレーキトルクＴｓ、伝達トルクＴ、がそのよ
うに変化させられる。

このような歪取り装置においては、レベラ１４の両側す
なわちコイル材１０を引き出す払出し側およびコイル材
ｌＯを巻き取る巻取り側の張力Ｆ８Ｆｃがそれぞれ予め
定められた目標張力Ｆ。

Ｆｃ＊となるように自動的に制御されるため、従来のよ
うに熟練を要する面倒な張力調整作業が不要になる。特
に、本実施例ではフィードフォワード制御とフィードバ
ック制御とを併用しているため高い応答性が得られ、コ
イル材１０の張力ＦＬ＋Ｆｃが常に高い精度で制御され
るようになり、コイル材１０の全長に亘って高い歪取り
品質が確保されるのである。

因に、かかる歪取り装置において、前記目標張力Ｆ、ｘ
　、Ｆ、＊を共に６０ｋｇｆ、レベラＩ４によるコイル
材１０の走行速度を１５ｍ／分にそれぞれ設定し、板厚
ｄが０．１５印、０．２０ｍｍの２種類のコイル材１０
を用いて歪取り加工を行うとともに、前記張力算出ブロ
ック４６において算出される実際の張力Ｆｎ、Ｆｃをモ
ニタしたところ、何れの場合にも第４図および第５図に
示されているように張力Ｆｉ、Ｆｃが目標張力である６
０ｋｇｆと略完全に一致するように制御された。なお、
板厚ｄが０．１５　ｍｍの場合における張力ＦＢ、Ｆ、
の変動範囲は何れも一３〜＋４％で、板厚ｄが０．２０
　ｍｍの場合の張力Ｆ、、ＦＣの変動範囲はそれぞれ一
３〜＋４％、−３〜＋３％であった。

一方、本実施例の歪取り装置においては、トルクセンサ
２６，３６によってトルクＴ、、Ｔｃを検出するととも
に、ドラム１２．１６の回転数Ｎ。

Ｎ、および板厚ｄから半径Ｒ，，Ｒｃを算出し、それ等
のトルクＴｍ　、Ｔｃおよび半径Ｒｍ＝Ｒｃから張力算
出ブロック４６において実際の張力Ｆ。

Ｆ、を算出するようになっているため、コイル材１０に
非接触で張力Ｆ、、ＦＣが測定されることとなり、従来
のように検出ローラをコイル材１０に押し付けて張力測
定を行う場合のように、コイル材１０に曲げ等の歪が生
じる恐れが全くないのである。このことは、レベラ１４
による歪取り加工が行われた後の巻取り側の張力Ｆ。を
測定する際に特に有効で、歪取りが行われたコイル材１
０に再び歪が生じる恐れがなく、高い品質が確保される
のである。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明し
たが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例では本発明の張力測定装置および張
力制御装置がレベラ１４によって歪取りが行われた後の
コイル材１０を巻取りドラム１６に巻き取る際に適用さ
れた場合について説明したが、圧延等その他の加工、検
査などを行ったコイル材を巻き取る際にも本発明は同様
に通用され得る。

また、前記実施例では巻取り張力Ｆ、を測定するととも
に、その巻取り張力Ｆｃが目標巻取り張力ＦＣ１１と一
致するようにフィードバック制御するようになっている
が、測定した巻取り張力Ｆ。

を表示器等に表示したり記録したりするだけでも差支え
ない。

また、前記実施例ではパルス発生器３８から出力される
パルス信号ＳＰ２のパルスを計数して巻取りドラム１６
の回転数Ｎｃを求め、その回転数Ｎ、と板厚ｄから半径
算出ブロック４４において巻取り半径Ｒｃを算出するよ
うになっているが、巻取りドラム１６の外周部に光学式
測長器等を配設してその巻取りドラム１６に巻き取られ
たコイル材１０の外周面までの距離を測定し、その距離
から巻取り半径Ｒ６を求めるようにしたり、巻取りドラ
ム１６に巻き取られたコイル材１０の外周面に接触させ
られ、そのコイル材ＩＯの巻取りに伴って径方向へ変位
させられる検出ロール等の変位量から巻取り半径Ｒｃを
求めたりするなど、他の種々の態様の巻取り半径検出手
段を採用することができる。

また、前記実施例では電動モータ２２と巻取りドラム１
６との間にパウダクラッチ２４が設けられ、その伝達ト
ルクＴｃによって巻取りドラム１６の軸トルクが制御さ
れるようになっているが、出力トルクが可変の電動モー
タを用いてその出力トルクがそのまま巻取りドラム１６
に伝達されるようにしても差支えない。その場合には、
その電動モータのモータ電流等から巻取りドラム１６の
軸トルクを検出するようにトルク検出手段を構成するこ
とができるとともに、制御手段はその電動モータをフィ
ードバック制御するように構成される。なお、伝達トル
クが可変の他の形式のクラッチを用いることも可能であ
る。

また、前記実施例の制御出力演算ブロック５０はＰＩＤ
動作の制御式から制御出力１）ｌｌｓ、　Ｉ）！ｌｃを
算出するようになっているが、ＰＩ動作、ＰＤ動作など
他の制御動作による制御式から制御出力Ｄ！１１１１　
　ＤＩＣを算出することも可能である。

また、前記実施例ではフィードバック制御とフィードフ
ォワード制御とが併用されているが、フィードバック制
御のみ、或いはフィードフォワード制御のみで制御する
こともできる。

また、前記実施例では払出し側についても巻取り側と略
同様な張力測定、張力制御が行われるようになっている
が、これは必要に応じて行えば良く、また、検出ローラ
等による別の張力測定手段を採用することも可能である
。なお、払出し側の張力測定、張力制御に関しても上述
した巻取り側と同様な変更等を加えることが可能である
。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である張力測定装置および張
力制御装置を備えた歪取り装置の一例を説明する構成図
である。第２図は第１図の歪取り装置に備えられている
制御装置の構成を示すブロック図である。第３図は第２
図におけるマイクロコンピュータの機能を説明するブロ
ック図である。 第４図は第１図の装置における引出し張力の測定結果を
示す図である。第５図は第１図の装置における巻取り張
力の測定結果を示す図である。 ３６：トルクセンサ（トルク検出手段）４６：張力算出
ブロック（演算手段） ５０：制御出力演算ブロック（制御手段）Ｔｃ　：伝達
トルク（軸トルク） Ｒ６：巻取り半径 Ｆｃ　二巻取り張力

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動手段により巻取りドラムを回転駆動してコイ
   ル材を巻き取る際に、該巻取りドラムの軸トルクに応じ
   て該コイル材に発生する巻取り張力を測定する装置であ
   って、 前記巻取りドラムの軸トルクを検出するトルク検出手段
   と、 前記巻取りドラムによる前記コイル材の巻取り半径を検
   出する巻取り半径検出手段と、 前記トルク検出手段によって検出された前記軸トルクを
   前記巻取り半径検出手段によって検出された前記巻取り
   半径で割算することにより前記コイル材の巻取り張力を
   算出する演算手段と を有することを特徴とするコイル材の張力測定装置。
2. （２）駆動手段により巻取りドラムを回転駆動してコイ
   ル材を巻き取る際に、該巻取りドラムの軸トルクに応じ
   て該コイル材に発生する巻取り張力が予め定められた目
   標張力と一致するように制御する装置であって、 前記巻取りドラムの軸トルクを検出するトルク検出手段
   と、 前記巻取りドラムによる前記コイル材の巻取り半径を検
   出する巻取り半径検出手段と、 前記トルク検出手段によって検出された前記軸トルクを
   前記巻取り半径検出手段によって検出された前記巻取り
   半径で割算することにより前記コイル材の巻取り張力を
   算出する演算手段と、該演算手段によって算出された実
   際の巻取り張力が前記目標張力と一致するように前記駆
   動手段をフィードバック制御する制御手段と を有することを特徴とするコイル材の張力制御装置。