JPH0727535A - 圧延ストリップの形状測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧延ストリップの形状不良を未然に防止する
方法と装置。 【構成】 一定間隔Ｌ内で緊張状態で流れるストリップ
の板幅方向を横断して複数の変位センサ、たとえばレザ
ー光ユニットを上架する。各幅方向の部位におけれる変
位値を検出し振動周波数を解析してそのピークの周波数
を取り出し各部位個有の張力を演算する。この張力分布
から板表面の形状の良否を表示する指数である急峻度λ
を算出する。この数値は圧延装置本体の形状制御装置へ
出力され、圧延条件を補正して形状不良の要素を速やか
に消滅させる。 【効果】 圧延中の張力分布を検出して不良状態を予知
する従来技術は既にあるが、検査後に圧痕が残ったり、
ステンレス鋼や非鉄金属では適用できなかったり種々の
課題があった。本発明は非接触方式であり、かつ材質の
如何を問わずに適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧延ストリップの製造工
程における品質管理の向上に係る。

【０００２】

【従来の技術】圧延ロール間へ材料を挾圧して圧下し板
状に成形する圧延作業においては、圧延後の板厚の管理
とともに板表面の形状も製品価値の上で欠かせない重要
な要素である。圧延時の製品の欠陥は、熱間圧延と冷間
圧延によってその種類も異なり程度も様々であるが、熱
間圧延の場合は主として前工程の製鋼段階の欠陥が残存
して顕在化するものが多く、たとえば、へげ、腰折れ、
絞りきず、煉瓦きず、スケールきずなどや、有害元素の
偏析に起因する各種のクラックなどが現われる。一方、
冷間圧延においては再結晶温度以下の事実上常温で圧延
を行なうもので、所定の厚みに精度よく仕上げること
と、平坦度のよい板に仕上げることが最も重要な要素で
ある。冷間圧延の装置としては、たとえばタンデムコー
ルドミルやダブルレデュースミル、ステンレス鋼や珪素
鋼のように成形抵抗の大きな材料の圧延に適用するゼン
ジミアミルなどが代表的であるが、何れも高速で運転さ
れ表面形状のよい薄板製品が歩留りよく得られることが
必要とされている。

【０００３】圧延時に発生する形状の欠陥しては、図４
に示すような外観がよく問題となる。図の（Ａ）は端伸
びまたは耳波と呼ばれ板幅端部に波が発生し中央部が平
坦なものである。図の（Ｂ）は中伸びまたは中波と呼ば
れ中央部に波の発生が見られ端部が平坦なもの、図の
（Ｃ）は片伸びまたは片波と呼ばれ板幅の片側端部だけ
に波が発生しているものである。その他これらが混合し
た複合波などもあるが、いずれも程度次第では製品の価
値を劣化させて出荷できない不良品として葬られるもの
である。

【０００４】圧延製品の検査としては前記の各形状欠陥
を表示するために一定の基準を定めている。すなわち、
図５（Ａ）（Ｂ）において、伸び率差δは δ＝（ｌｅ−ｌｃ）／ｌｃ で現わされる。ただしｌｅは端部の長さ、ｌｃは中央部
の長さをそれぞれ示す。また、急峻度λとは λ＝Ａ／ｌｏ で現わされる。ただしここでＡは波の高さ、ｌｏは波の
ピッチを示している。かつ、伸び率差δと急峻度λの関
係は、 δ＝（πλ／２）² で現わされる。

【０００５】このように圧延された板の形状には各種の
欠陥が発生するが、その欠陥の状態を圧延作業の進行中
に逸早く発見し、ただちに圧延装置における形状制御装
置を作動させて形状が正常に戻るように圧延条件変更の
指令をださなければならない。形状異常の情報が速いほ
ど圧延状態諸元の修正が迅速に行なわれ、不良品発生の
圧延状態が訂正されて損失は最小限に留まるから、品質
管理と歩留り向上の上で重要な要諦となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図６（Ａ）（Ｂ）に示
すのは圧延時の課題を説明的に示唆したものであり、圧
延が終了して製品として巻き取られた段階で発見される
端伸び（Ａ）が、実際の圧延作業中では発見できないこ
とを例示したものである。すなわち、製品として巻き取
られときには明確に視認できる形状欠陥も、圧延作業中
は圧延時の張力が必ず掛かっているため、この部分は弾
性変形を起こして表面には現われず、内部における張力
として分布しているに過ぎず（Ｂ）、この時点では肉眼
で検知できる形状の異常は全く発見できないのである。
しかし、ここで看過してしまえば巻き取った後に製品の
大半まで不良品が及び莫大な損失を被ることとなるか
ら、圧延中に潜在的に隠れている欠陥を何かの方法で発
見し、すぐに調整することが絶対必要である。

【０００７】圧延中に視認できない潜在的な形状欠陥は
ストリップ内で内部応力の形で分布しているから、逆に
内部の張力を検知して圧延後に顕在化するはずの形状欠
陥をあらかじめ探知する従来技術が種々実施されてい
る。この従来技術には接触型と非接触型とがあり、接触
型の典型的な例はストリップの板幅方向の直下に多数の
ロードセルを並設し、ロードセルの上面を押圧しつつ通
過するストリップの各部分における押し付け力、すなわ
ち圧力分布から逆算して張力の分布を知る方式である。
しかし、この方式はロールの直径が大きくなってロール
表面での滑りが生じ易いことと、製品であるストリップ
の表面に圧痕が残って商品価値を失い易い点が欠点であ
る。

【０００８】一方、非接触型にも種々の方式がある。一
定間隔の測定部位のストリップへ機械的な衝撃、たとえ
ばハンマーによる一撃を加え、板幅方向に並べられた検
出器で音波の減衰を検知し、板幅方向の張力の分布を知
るという方式がある。すなわち、内部応力の多寡によっ
て音波減衰の程度が異なるから振動減衰から内部の張力
分布を測定する方式である。しかし、この方式はマイク
ロフォンなどの検知器具を取り付ける空間が相当に大き
く必要であり、ストリップの横幅一杯に並べられる個数
も限られているので、張力の分布を知るための信頼度が
高くならないという課題が残る。

【０００９】非接触型のうち、電磁気の作用を応用した
機器も実用化されている。ストリップの板幅方向へ電磁
石を多数並べ、この上へ位置するストリップの各部に発
生する磁力のためにストリップが吸引される変位量（撓
み量）を電磁誘導距離計などで測定して内部の張力を測
定する方式や、均等な磁力をかけて不均等な張力が存在
するときに生じる磁歪を測定して板幅方向の張力分布を
検知する方式もある。しかし、この方式は誘導電流の発
生する電磁気の良導体でなければ適用できないから、た
とえばオーステナイト系ステンレス鋼のような非磁性体
では適用することができないという大きな制限がある。

【００１０】本発明は以上に述べた課題を解決するため
に、材質の如何を問わず非磁性体のストリップであって
も適用できる張力分布の測定を介して、ストリップの形
状品質情報をフィードバックする方法、およびその方法
に使用する装置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る圧延ストリ
ップの形状測定方法は、一定の間隔Ｌ間を緊張状態で走
行するストリップの板幅方向に対する複数の変位値を検
出し、該変位値を受けて変位の振動周波数を解析して各
検出点における周波数のピーク値をその部位における代
表振動周波数として摘出し、該代表振動周波数から各部
位の張力を演算することによってストリップ板幅方向の
急峻度を算出することによって前記の課題を解決した。

【００１２】この方法を実施するために使用する装置と
しては、距離Ｌを隔てて回動自在に配設した２ケのロー
ラ２、３と、該ローラ間のほぼ中間点上に近接しストリ
ップの板幅方向へ横断して並列した複数個の変位センサ
１と、該変位センサ１と連結した各測定点の振動周波数
の解析装置４と、該振動周波数の解析装置４と連結した
張力の演算装置５とからなる構成が必須である。さらに
この構成にあって、前記張力の演算装置５と連結してそ
の情報を入力し、一定の時間間隔ごとに表示するととも
に、圧延装置本体の形状制御装置へ制御情報を出力する
処理装置７を具えたことによって課題の解決はより完全
となる。

【００１３】

【作用】一定の距離で区切ったある長さの範囲をローラ
で限定して圧延張力をかけ、該距離のほぼ中間に板幅方
向へストリップのラインを横断して複数の変位センサを
並列しているから、幅方向の各部分におけるストリップ
の変位は振動の形で捉えられ、各センサごとに異なる検
出値がつぎの振動周波数の解析装置４へと伝えられる。
ここで板幅各センサごとの振動の周波数が解析されて個
有の分布曲線が得られるが、この中のピークの値、また
は帯域幅の大なるものを代表振動周波数として取り出
し、一般的に認知されている周波数と張力との関係式へ
代入して各部分における個有の張力を演算する。張力の
分布は前記のようにそれぞれ対応する箇所の潜在的に隠
れた形状欠陥と有意を以て関連するから、この張力の分
布を以て現に流れつつあるストリップの品質情報として
川上の圧延装置へフィードバックし形状を改善すること
により形状欠陥の顕在化を最小限の範囲に留めることが
できる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す。この図では圧
延ローラは省略されているが、一定の距離Ｌを隔てて２
ケのローラ２および３が配置されて、この上を通過する
ストリップに一定の緊張状態を与えている。ローラ間の
ほぼ中央にストリップの流れを横断する形で複数の変位
センサ１が架設されている。変位センサとしては、非接
触式であることが要件であり、本実施例ではレザー光に
よる変位測定ユニットを適用した。このユニットはレザ
ー光を変位（振動）を起こしているストリップの表面に
照射した場合、変位によって変動する反射波を三角測量
で捉えて変位量を検出する原理からなる測定装置であ
り、時間と振動の振幅との推移をアナログ的に検出し図
２のようにデータ化できる。ここでサンプリング（測定
の間隔）Δｔはサンプリングの定理に基いて Δｔ＝１／２×ｆ_MAX （秒） で得られるが、最高の振動周波数は１００Ｈｚとしても
Δｔは５ｍｓごとということになる。また、測定箇所は
板幅を５分割した場合に得られる各データを最小二乗推
定により４次式で認識できると判断して５ケの変位セン
サを幅を均等に分割して配置した。なお、変位センサと
してはレザー光の測定ユニットの他に渦流式の測定ユニ
ットも適用可能である。この場合は電磁誘導コイルから
発生した磁束をストリップ表面に当ると渦流が生じ、ス
トリップの変位に応じて電磁誘導コイルの総合インピー
ダンスも変化することから、その変化量を捉えてストリ
ップの変位量を検出する方式のものである。

【００１５】板幅方向に横断する各部位における変位
（振動）が得られると、Ａ／Ｄ変換してデジタル化し平
均値除去、トレンド除去などの前処理を経過して振動周
波数の解析装置にかける。振動周波数の解析装置４とし
てはスペクトルアナライザーが最も好適である。この解
析において周波数のピークまたは帯域の大なるものを選
び出して代表振動周波数とし、各測定位置ごとの代表振
動周波数から個別の張力を演算する。演算に使用する数
式は、 Ｔ＝ρ（ｆ×２Ｌ）² である。ここでＴは張力（ｄｙｎｅ）、ρはストリップ
の線密度（ｇ／ｃｍ）、ｆはストリップの代表振動周波
数（Ｈｚ）、Ｌはストリップの振動部長さ（ｃｍ）をそ
れぞれ示す。

【００１６】各部位別の張力が算出されると、板幅方向
に跨がる急峻度λを算出する。急峻度とは先に説明した
ようにストリップの形状の欠陥の程度を表示する数値で
あり、製品の良否を検定するうえでの指数となる。λは
前述のとおり板表面から変位した波の高さＡを波のピッ
チｌｏで除した値であるが、これは製品として巻き取っ
た後にはじめて顕在化するものであり、圧延張力の掛か
った段階ではまだ測定することができないが、横幅方向
の内部応力（張力）の分布をとれば、張力が消えた後の
急峻度と相関する。すなわち、

【数１】 で示される。ここでΔＴはストリップ板幅方向の基準ま
たは平均の張力と各部位における張力との偏差値を示
す。これによって現時点の潜在化している急峻度が測定
できるから、現況を定時間ごとに表示して監視員へ注意
を喚起するとともに、圧延装置本体に具えられている制
御装置へフィードバックして適当な圧延条件の修正を指
示すると、形状不良の原因が消滅して良品の得られる条
件に移行することができるのである。

【００１７】図３は本発明の実施例における情報の流れ
を示したフローチャートであり、左側から変位センサ
１、それぞれのセンサに連結した振動周波数解析装置４
Ａ〜４Ｅ、張力の演算装置５と続き、張力分布パターン
調整装置６を経て、定時間ごとに切り替えてこの出力を
表示するとともに、圧延装置の形状制御装置へ演算した
制御情報を出力する処理装置７である。この処理装置は
マイクロコンピュータまたはパーソナルコンピュータで
あることはいうまでもないが、振動周波数の解析装置
４、張力の演算装置５、張力分布パターン調整装置も含
めてソフトに組み込むことも十分可能である。

【００１８】

【発明の効果】本発明は以上に述べたとおり圧延張力の
掛かった状態で巻き取った後に顕在化するはずの圧延ス
トリップの急峻度を、事前に予知して圧延条件の修正指
示を出力し、形状不良の範囲を大幅に縮小することがで
きる。しかも、従来の同じ目的の装置に比べると如何な
る材質であっても適用ができるから、ステンレス鋼の高
級薄板や非鉄金属の圧延に使用すれば従来得られなかっ
た優れた歩留り率が実現し、生産コストの低減に大きな
貢献を果す。また、非接触式であるから検査による圧痕
の残る懸念が全くなく、製品価値を下落させるような虞
れがないことも利点の一つである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の一つを示す斜視図である。

【図２】検出した変位データの一例を示す図表である。

【図３】実施例の情報の流れを図示するフローチャート
である。

【図４】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）によって金属板の圧延時に
発生する形状不良の種類を示す。

【図５】（Ａ）（Ｂ）によって伸び率差と急峻度の計算
基準を示す。

【図６】（Ａ）（Ｂ）によって圧延後に顕在化する形状
不良と圧延中に潜在化して張力分布に置換される関係を
示す。

【符号の説明】

１ 変位センサ ２ ローラ ３ ローラ ４ 振動周波数の解析装置 ５ 張力の演算装置 ６ 張力分布パターン調整装置 ７ 処理装置 Ｓ ストリップの張力測定範囲

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２１Ｃ 51/00 Ｌ Ｇ０１Ｂ 11/16 Ｚ 9206−2Ｆ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定の間隔Ｌ間を緊張状態で走行するス
   トリップの板幅方向に対する複数の変位値を検出し、該
   変位値を受けて変位の振動周波数を解析して各検出点に
   おける周波数のピーク値、または帯域幅の大なるものを
   その部位における代表振動周波数として摘出し、該代表
   振動周波数から各部位の張力を演算することによってス
   トリップ板幅方向の急峻度を算出することを特徴とする
   圧延ストリップの形状測定方法。
2. 【請求項２】 距離Ｌを隔てて回動自在に配設した２ケ
   のローラ２、３と、該ローラ間のほぼ中間点上に近接し
   ストリップの板幅方向へ横断して並列した複数個の変位
   センサ１と、該変位センサ１と連結した各測定点の振動
   周波数の解析装置４と、該振動周波数の解析装置４と連
   結した張力の演算装置５とからなることを特徴とする圧
   延ストリップの形状測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記張力の演算装置
   ５と連結してその情報を入力し、一定の時間間隔ごとに
   表示するとともに、圧延装置本体の形状制御装置へ制御
   情報を出力する処理装置７を具えたことを特徴とする圧
   延ストリップの形状ストリップの形状測定装置。