JPS613007A - 形状検出装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は形状検出装置に係り、特に帯状の金属材料の平
坦度を走行状態で、しかも非接触にて検出するに好適な
形状検出装置に関する。

〔発明の背景〕

最近では、帯状金属材の高品質化が図られており、これ
に伴い板厚精度と同程度に平坦度の良否も重要な要素と
なってきている。このため、平坦度を正確に効率よく検
出できる方法等が請求されているものの、実用に供し得
るものは、ごく限られているのが現状である。

実用化されている平坦度形状検出方式の一つとしては、
圧延設備におけるオンライン形状検出方式がある。この
形状検出方式には、大別して、接触方式と、非接触方式
とが提案されている。

接触式の形状検出方式には、分割ロールを当該帯状金属
材に接触させ、その分割ロールに取り付けた圧力検出器
によって金属材の応力を測定し、その応力の分布により
形状を検出する方式や、金属材を直接押さえつけ、その
変位により形状を検出する方式が提供されている。

しかしながら、上記いずれの方式とも、金属材に疵が付
いてしまうという問題があり、それら方式は非鉄金属等
の特殊な用途にしか用いることができなかった。

これに対して、非接触式の形状検出方式には、金属材の
形状による内部応力分布を、透磁率の変化として検出す
る磁歪方式、金属材の自励振動の振幅、周波数から形状
を検出する方式、空気圧又は電磁力によって加圧するこ
とにより、それにより生ずる変位量から形状を検出する
方式、レーザ光学等の光を利用して形状を検出する方式
等がある。

これらの形状検出方式のうち、最も一般的に使用されて
いる方式は、金属材を加圧し、これにより金属材に生ず
る変位量から形状を検出する方式である（特公昭５３−
１７０７１号）。

このような変位量検出による形状検出方式は、電磁石を
用いて金属材を一定時間吸引し、その変位量を検出し、
これを積分平滑して雑音を除去し、その平滑後の信号か
ら張力を求めて形状を検出するものである。

上述したような構成の形状検出方式によれば、まず第１
に、金属材を吸引するために、時間を要すること、第２
に、積分平滑するために１〜２秒程度かかるため、１サ
ンプリングの応答時間が、２秒以上必要であること、と
いう問題があった。

しかも、圧延設備においては、年々圧延速度が高速化さ
れており、その速度が１６００〜２０００　（ｍ／ｍｉ
ｎ：］とされることもまれではなくなってきた。

この場合、２秒間に走行する金属材の長さは、５０〜７
０［ｍ］となってしまい、検出器の応答速度が遅いと形
状検出ができなくなるおそれがあり、検出器の応答を高
める技術が必要になった。

〔発明の目的〕

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目
的は、帯状金属材料の形状検出を、非接触で、かつ検出
応答時間を短縮した形状検出装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕

本発明は、第１に、金属材への加振周波数が形状検出の
応答を速めるに重要であること、第２に、金属材を安定
に撮動させるためには正弦波・直流バイアス法が必須で
あること、第３に、検出応答を速めるためには加振周波
数を高くすることが必要であるものの、金属材にはその
張力と支点間のスパンによって決定される共振振動があ
って、この共振振動との干渉とが問題となること、第４
に、形状不良が発生している金属材にはそれの幅方向に
張力分布が存在し、それに伴って共振点がいくつも存在
すること、第５に、共振周波数の最低共振周波数を金属
材の幅方向張力分布の最低値から算出できること、とい
う点に着目し、前回測定した金属材の幅方向張力分布か
ら見つかる最低張力より加振周波数を決定し、これによ
り金属材を加振することにより共奈点の干渉を除去する
と共に、そのときの圧延条件における最も高い周波数で
加振することによ妙、高速応答を得られるようにしたも
のである。

すなわち、本発明は、外部からの制御信号に応じて加振
周波数を可変できる加振周波数発生器からの加振信号を
加振器を介して金属材に加えて当該金属材を振動させ、
その金属材の振動振幅を変位検出器で検出し、この検出
された信号を、外部からの制御信号で通過帯域周波数を
可変できる帯域フィルタを通すことにより加振周波数成
分の信号を抽出し、この抽出された信号を処理回路に取
り込み、該処理回路において前記信号を基に張力信号を
得て、該張力値の金属材の幅方向の張力分布から形状検
出すると共に、前記張力分布を基に加振周波数を指定す
る制御信号を形成する加振周波数設定器から出力された
制御信号を前記加振周波数発生器及び帯域フィルタに加
えるようにして前記目的を達成せんとするものである。

以下、本発明の原理を図面に基づいて説明する。

第２図は、本発明が通用される圧延設備の概要を示す斜
視図である。図において、符号Ｄ￥ｉ駆動側を、Ｍは操
作側を表わしている。金属材２は、圧延機１により薄板
状に圧延され、デフレクタロール３を介して、巻取機４
に巻きとられる。しかしながら、圧延過程において金属
材２の幅方向の伸び率が異なるときは、金属材は平坦な
形状とはならず、部分的な凹凸が発生する。その様子を
第３図は部分的な凹凸が発生した場合の例を示す説明図
である。図において、圧延過程で片側の板端部の伸び率
が大きいと、図（１）に示す工うに片伸びが発生する。

また、両方の板端部の伸び率が太きいと、同図ω）に示
すように、耳伸びが発生し、中央部の場合は同様にして
同図［相］に示すように、中伸びが発生する。この形状
評価は、通常、第４図に示すように、金属板の波の大き
さを測定し行われている。すなわち、金属板２を定盤８
上に乗せ、金属板２に外部から張力が加わらない状態で
波のピッチｔ、及び波の高さδを測定し、急峻度λを、
下記（１）式を用いて算出する。

δ λ＝−Ｘ　１００（チ〕　　　・・・・・・・・・（１
）ここで、算出された急峻度λが金属板２の幅方向に一
様か、又は零であれば、平坦な板と評価されることにな
る。しかしながら、圧延中においては、圧延機１と巻取
機４との間に張力が加えられていることから、第３図に
示すような形状Ｖｉ潜在化してしまい、目視では、その
形状の変化を認識することができなくなる。通常、上記
張力として、ユニットテンジョン５（Ｋｑ／ｗ”）程度
の張力が加わっている状態では、金属材２が鋼板の場合
は、急峻度λ＝１〔チ〕以下の形状を認識することはで
きない。そこで、古くは、圧延機の運転員は、金属材２
に打撃棒等をもって振動を与え、その振動の様子から形
状を判断していた。これは、実用上板の急峻度を、λ＝
０．２［：％：］程度以下圧する必要があるために採用
されていた方法である。つまり、このように金属材２に
振動又は変位を与えることにより、形状を測定すること
ができるのである。

しかしながら、運転員による加振は、熟練を要し、かつ
振動の与え方を一様にすることが困難でおる。そこで、
形状検出の自動化が図られて、前述した公知文献に示さ
れるような形状検出装置が提供されたのである。

本発明は、かかる形状検出装置をさらに改良したもので
ある。

ところで、金属材２に振動を与え、かつその金属材２の
振動を検出する形状検出部５Ｖｉ、第２図に示すように
、圧延機１とデフレクタロール３との間に設置されてい
る。該形状検出部５は、後述する加振器及び変位検出器
で構成されている。

それでｌよ、上記形状検出部５を用いて金属材２を加振
する原理的動作を第５図乃至第１０図に基づいて説明す
る。

第５図は金属材２を加振する加振系統を示すブロック図
である。

第５図において、加振系統は次のように構成されている
。形状検出部５の加振器１０は、金属材２に接近して設
けられている。この加振器１０は、加振信号発生器１５
からの加振信号によって駆動される。加振信号発生器１
５は、正弦波を発生する正弦波発蛋器１１からの信号と
直流バイアス設定器１２からの信号とを加算器１３によ
って加算合成して得た加振信号を出力できるように構成
されている。この加振信号発生器１５からの加振信号を
電力増幅器１４によって増幅し、加算器１０に加振信号
を送る。

第６図は上記加振系統により金属材を加振した場合にお
ける加振電流波形と、実際の金属材の振動波形とを示す
波形図である。第６図中から理解できるように、直流バ
イアス設定器１２からの直流バイアス分により、金属材
２は加振電流波形とほぼ同位相の正弦波で撮動する（第
６図叩参朋）。

実圧延では、この波形に、ランダム的なノイズ波、及び
、共振波が重畳されて観測される。

第７図は金属材２の振動を周波数分析して示す波形図で
ある。１０［Ｈｚ）で加振した場合のものであり、　１
０　（Ｈｚ）成分のスペクトルが大きく出ている。この
条件下での共振周波数は、２９〜３１（Ｈｚ）付近にあ
ることを示している。

この共振周波数ｆｌ−ｊ、圧延張力の関数で、次の（２
）式で表わせる。

ただし、Ｌニスパン長 ρ：金属材２の線密度 σ：金楓材２に加わる張力 ｆ：共振周波数 よって、圧延張力δが大きい程、共振周波数も高くなる
。

第８図は金属材２に与えられている張力に対する共振周
波数の関係を示す波形図である。

第８図において、金属材２に形状不良が発生すると、金
属材２の幅方向に張力のノ（ラツキが発生し、共振周波
数はその分布に対応して発生する。

第９図は、耳伸びの発生している金属材２の張力分布を
測定して示す波形図であり、第１０図は、第９図の金属
材の幅方向の共振点の分布を観測した波形図である。こ
れらの図により、金属材２のある幅の平均張力に対応し
て共振周波数が発生していることがわかる。つまり、周
波数約４０（Ｈｚ）の共振点は、金属材２の駆動側の平
均張力に対応し、同様に１周波数約４０［Ｈｚ］及び約
７０（Ｈｚ）の共振点は、それぞれ金属材２の操作側及
び中央部の平均張力に対応して発生している。

以上のことがら加振周波数を形状検出装置により前回の
値を検出し、測定された金属材の幅方向での最低張力が
大きい場合は高く、該張力が小さい場合は低くするよう
に制御すれば、常に、そのときの最大加振周波数で加振
でき、検出応答を最も速くすることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。

第１図は、不発明に係る形状検出装置の実施例を示すブ
ロック図である。本実施例においても、上記説明におけ
る要素と同一のものには、同一の符号を付して説明する
。

第１図において、金属材２は、圧姑機１により薄板状に
圧延され、デフレクタロール３を介して巻取機４に巻＠
取られる！うになっている。巻取＄４は、駆動機６で駆
動されるようになっている。

駆動機６は、張力設定値を摩り込んだ張力制御回路７に
よって駆動されるようになっている。

形状検出部５は該金属材２に接近して配設されており、
ｉた、当該形状検出部５は加振器１０及び変位検出器２
０により構成されている。該加振器１０は、加振信号発
生器１５からの加振信号が電力増幅器１４で増幅される
ことＫより駆動されるようになっている。該加振信号発
生器１５は、第５図に示す構成を備えており、外部から
の制御信号にエリ加振信号の周波数を可変できるように
構成されている。

加振器１０により加振された金属材２の撮動を変位検出
器２０で検出し、この検出信号を変位信号変換器２１に
より変換するようになっている。

該変位信号変換器２１からの信号を、外部からの制両信
号により通過帯域帯の周波数を［可変できる帯域通過フ
イル〆を通して加振周波数成分の１河号を抽出できる工
う；′こなっている。この抽出された信月は、絶対値回
路２３により整流され、低域通過フィルタ２４によって
整流された信号のリップル成分が除去され直流化される
。この場合、加担周波数により、リップル成分の周波数
も変化するので、低域通過フィルタ２４も加振周波数設
定器２６からの制御信号により可変されるようになって
いる。直流化された振幅信号は、張力に変換するための
変換回路２５により張力信号に変換されるようになって
いる。しかして、処理回路は、上記絶対値回路２３．低
域通過フィルタ２４及び変換回路２５から構成されてい
る。同、検出系（２０〜２５）は金属材２の１一方向に
複数個（チャ／ネル数）配設される。通常、１チャンネ
ル分としては、金属材２の幅方向に２０〜２５〔醜〕ピ
ッチを検出できるように選建されている。

７１ｉｉ振周仮数投屋器２６は、張力設定値を取り込む
と共に、各処理回路からの張力信号を取り込み、７ＪＯ
振周波数の初Ｍ値を圧姑張力設屋１１ｈと子側形状不良
より決定して、これを匍ｊ御化号として出力すると共に
、以後は各処理回路からの実測張力分布より加振周波数
を決短して、これをｌ［ｉ１１帥１ご号と［７て出力で
きるようになっている。

このよりに構成されｆｃ実施例の作用を説明する。

まず、圧延設備において、金属材２の張力は、該巻取機
４、これを駆動する駆動機６、及び駆動機６の回転を制
御する張カ制呻回路７により制御される。張力設定は、
冷間圧延機の場合、金属材２の張力力ｌ　Ｏ〜２０　［
Ｋｐ／ａｍ２）程ＩＭＫなるように設定される。

加振周波数の初期値は、平均張カ設足値及び予想形状不
良から算出される。つまり、平均張力σ１から、予想形
状不良λより算出される応力分布σ、を差し引いた予想
張力最低値σ、′を算出する。

σ１　＝σ１−σ２　　　　　由・・・・・（３）次に
、σ、′から得られる予想最低共振周波数に対応して、
力暗周波数が決定される。ここで、予想形状不良は、１
．５　［％：］程度にすれば十分である。

７１１１振周波数設定器２６は加振周波数の初期値を圧
延張力設定信号と予測形状不良とエリ上記（３）式から
得た予想張力最低値σ、′を基に決定し、以後各処理回
路より取り込んだ実測張力分布より加振周波数を決定す
る制御信号全発生する。

加振信号発生器１５は、上記制御信号により周波数が決
定され、かつ直流バイアスが加えられた正弦汲を発生し
これを、電力増幅器１４により電流変換１，７、加振器
１０により金属材２を振動させる。金属材２の振′Ｉｆ
ｈ振幅は、変位検出器２０、及び変位信号変換器２１に
より検出する。この変位検出器２０は電磁型、又は静電
容量型どちらでも良い。検出された振幅信号のうち、帯
域通過フィルタ２２に工り加振周波数成分のみが抽出さ
れる。

この帯域通過フィルタ２２は、加振周波数に比例して可
変となるよう、カロ振周波数設定の制御信号が人力され
る。振幅信号は、絶対値回路２３により整流される。金
苑された信号は、低域通過フィルタ２４によってリップ
ル分が除去されて直流化される。この場合、加振周波数
により、リップル分の周波数も変化するので、低域通過
フィルタ２４も、加振周波数設定の制御信号により、そ
の通過周阪数は可変となっている。直流化された振４ｇ
信号は、張力へ変換するための変換器Ｍ６２５により張
力信号にｆ換される。このようにして得られｆｃ張力分
布を基に通常使用される急峻度へ変換し、変換された信
号を図示しないＣＲＴ等の表示器に与えて金属材の形状
を表示する。

向１本実施例では実測した張力によシカお振周波数を決
定していたが、これは、もちろん、過去の実績データを
基に加振Ｊｔｉ＋仮数を予測するようにしてもよい。

〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、圧延条件の中で許容
される最も尚い加振周波数で加振できるので、検出応答
の速い形状慣用がでさるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る形状検出装置の一実施例を示すブ
ロック図、第２図は圧延設備の概要を示す斜視図、第３
図は金属材の平坦形状を示す図、褐４図は平坦形状の評
価方法を説明するために示す説明図、第５図は加振系を
示すブロック図、第６図は加振波形ｒ説明するために示
すタイムチャート、第７図は駆動の周板数分析ｒボす波
形図、第８図は張力と共振８波数の関係を示す特性図、
第９図は金属材の張力分布の例を示す波形図、第１０図
は金属材の輪方向の共振状態を示す波形図である。 １・・・圧延機、２・・・金属材、３・・・デフレクタ
ロール、４・・・巻取機、５・・・形状検出部、６・・
・駆動機、７・・・張力制御装置、１０・・・加振器、
１５・・・加振信号発生器、２０・・・変位検出器、２
２・・・帯域通過フィルタ、２３・・・絶対値回路、２
４・・・低域通過フィルタ、２５・・張力変換回路、２
６・・・加振周波数設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外部からの制御信号に応じて加振周波数を可変でき
   る加振周波数発生器と、該加振周波数発生器からの加振
   信号を金属材に加える加振器と、該加振器からの加振信
   号によって振動する金属材の振動振幅を検出する変位検
   出器と、帯域通過の周波数が外部からの制御信号に応じ
   て可変する帯域通過フィルタと、前記変位検出器からの
   検出信号から該帯域通過フィルタを通して抽出した加振
   周波数成分の信号を取り込み、この信号を基に張力信号
   を得る処理回路と、該処理回路からの張力信号及び圧延
   張力設定値を取り込み、これを基に加振周波数を指定す
   る制御信号を形成する加振周波数設定器とを含んでなり
   、加振周波数設定器からの制御信号を加振周波数発生器
   及び帯域通過フィルタに供給してなる形状検出装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、加振周波数設定器
   は、加振周波数の初期値を圧延張力設定値及び予測形状
   不良より決定し、次いで実測張力より加振周波数を決定
   し、これらを基に制御信号を出力する構成とした形状検
   出装置。