TWI712780B - 冷軋機之顫震檢測方法、冷軋機之顫震檢測裝置、冷軋方法以及冷軋機 - Google Patents

冷軋機之顫震檢測方法、冷軋機之顫震檢測裝置、冷軋方法以及冷軋機 Download PDF

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Abstract

本發明的冷軋機之顫震檢測方法包括：測定步驟，對冷軋機的振動進行測定；計算步驟，對於測定步驟中測定出的振動的時間波形，以與週期性振動未收斂而持續的時間為同等以下的規定週期執行頻率分析，藉此計算振動強度的時間波形；以及預兆振動判定步驟，基於計算步驟中計算出的振動強度的時間波形中所包含的振動強度大於規定閾值的點的個數，檢測冷軋機的顫震的預兆振動。

Description

冷軋機之顫震檢測方法、冷軋機之顫震檢測裝置、冷軋方法以及冷軋機
本發明是有關於一種冷軋機之顫震（chattering）檢測方法、冷軋機之顫震檢測裝置、冷軋方法以及冷軋機。
近年來，對於薄板鋼鐵製品要求高強度化以及薄化，軋製設備所要求的技術水準（level）越變越高。尤其是關於作為冷軋機的異常振動的稱為顫震的現象，軋製對象材料越硬質及越薄，越容易發生，因此在高品質製品的冷軋步驟中，在品質方面及生產效率方面成為大課題。
顫震的原因各種各樣，尤其是稱為第三倍頻程顫震（third octave chattering）的顫震在一般的冷軋機、尤其是串列式（tandem type）的冷軋機中報告有大量發生。本顫震多數情況下以100 Hz～200 Hz左右的頻率發生，且伴有工作輥（work roll）在上下方向的反相振動。通常，顫震在高速軋製時發生，所述振動會急遽進展，亦多伴有轟鳴。
顫震一旦發生，會引起大的板厚變動，因此軋製對象材料的顫震發生部分變得不適合作為製品，導致良率變差。此外，在顫震的振動強度大的情況下，亦有在高速軋製時引起板斷裂的可能性。因此，在擔心顫震發生的狀況下，操作員（operator）會避開顫震的發生速度區，即，將軋製速度減速來進行操作，從而亦使冷軋機的處理能力被顫震限速。
原本，根據動態連續軋製理論，在已進行一般的張力限制控制（僅在張力變動超出某範圍時進行張力控制，使張力值處於限制值範圍內的控制）的狀態下，存在自穩定作用，即，已發生干擾的軋台（rolling stand）的後方張力會向抑制板厚變動之方向變化，使板厚變動自動減少。然而，有多數研究結果為顫震的原因在於，在某軋製條件下軋輥（rolling roll）系統的縱向的固有振動自激發生，最終導致發散。即，可認為顫震現象為如下現象：在原本如抑制板厚變動般的自穩定作用發揮的過程中，發生自激振動，在自穩定作用下收斂，再次發生，在反覆如此的過程中，完全向不穩定狀態推移，從而振動發散。
作為抑制顫震的方法，已知有如下方法：如專利文獻1或專利文獻2中記載的方法般對工作輥與軋製對象材料之間的摩擦係數進行檢測，將摩擦係數控制在顫震不會發生的恰當範圍內。該些文獻中，作為對摩擦係數進行控制的方法，記載有變更潤滑油（軋製油）的供給條件的方法。此外，亦提出有如下方法：如專利文獻3中記載的方法般藉由對利用設置於軋機殼體（mill housing）的振動計測定出的振動進行頻率分析，而對顫震進行檢測。該些方法對於如下內容有效，所述內容是對顫震的發生本身進行檢測來防止不良部流出至後續步驟以後，或者以不發生顫震的方式立刻變更操作條件而將不良部限制於最小限度。 [現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2013-99757號公報 專利文獻2：日本專利特開2001-137915號公報 專利文獻3：日本專利特開2015-9261號公報
[發明所欲解決之課題] 然而，專利文獻1或專利文獻2中記載的方法中，存在利用摩擦係數或前滑率等指標無法明確辨別顫震的發生危險區域的情況，另外，存在對於母板或潤滑狀態的急遽變化，無法利用變更軋製油的供給方法的方法予以應對的問題。另外，專利文獻3中記載的方法亦無法捕捉如所述般的急遽發展的顫震的預兆，無法預先防止斷裂等大的故障（trouble）發生。
本發明鑑於所述課題而完成，且其目的在於提供一種冷軋機之顫震檢測方法、冷軋機之顫震檢測裝置、冷軋方法以及冷軋機，所述冷軋機之顫震檢測方法可檢測顫震的預兆振動而預先防止顫震所引起的故障。
[解決課題之手段] 本發明的冷軋機之顫震檢測方法的特徵在於包括：測定步驟（step），對冷軋機的振動進行測定；計算步驟，對於所述測定步驟中測定出的振動的時間波形，以與週期性振動未收斂而持續的時間為同等以下的規定週期執行頻率分析，藉此計算振動強度的時間波形；以及預兆振動判定步驟，基於所述計算步驟中計算出的振動強度的時間波形中所包含的振動強度大於規定閾值的點的個數，檢測冷軋機的顫震的預兆振動。
本發明的冷軋機之顫震檢測方法的特徵在於，所述發明中，執行所述頻率分析的週期為0.5秒以下。
本發明的冷軋機之顫震檢測方法的特徵在於，所述發明中包括如下步驟：在所述預兆振動判定步驟中檢測出冷軋機的顫震的預兆振動的情況下，使所述冷軋機的軋製速度減速。
本發明的冷軋機之顫震檢測裝置的特徵在於包括：振動測定部，對冷軋機的振動進行測定；以及預兆振動判定部，對於由所述振動測定部測定出的振動的時間波形，以與週期性振動未收斂而持續的時間為同等以下的規定週期執行頻率分析，藉此計算振動強度的時間波形，且基於計算出的振動強度的時間波形中所包含的振動強度大於規定閾值的點的個數，檢測冷軋機的顫震的預兆振動。
本發明的冷軋機之顫震檢測裝置的特徵在於，所述發明中，所述預兆振動判定部以0.5秒以下的週期執行頻率分析。
本發明的冷軋機之顫震檢測裝置的特徵在於，所述發明中，所述預兆振動判定部在檢測出冷軋機的顫震的預兆振動的情況下，使所述冷軋機的軋製速度減速。
本發明的冷軋方法的特徵在於包括如下步驟：使用本發明的冷軋機之顫震檢測方法進行冷軋。
本發明的冷軋機的特徵在於包括本發明的冷軋機之顫震檢測裝置。
[發明之效果] 根據本發明的冷軋機之顫震檢測方法、冷軋機之顫震檢測裝置、冷軋方法以及冷軋機，可檢測顫震的預兆振動而預先防止顫震所引起的故障。
本發明的發明者們對冷軋機的顫震進行了努力研究，結果獲得如下見解，在發生強度大到伴有轟鳴的程度的振動之前會發生微小振動，而且該微小振動在發生與收斂的反覆過程中逐漸增大強度，藉此最終振動發散而發生顫震。因此，本發明的發明者們想到如下技術思想：藉由檢測該微小振動作為顫震的預兆振動而預先防止顫震所引起的故障。
本發明中，利用加速度計對冷軋機的殼體的振動進行測定。振動的測定部位只要是冷軋機的殼體的側面，在容易設置加速度計的部位便無問題。但，理想的是配合軋機（rolling mill）的結構或顫震的形態對振動強度最高的部分的振動進行測定。一般而言，在顫震發生時垂直方向的振動成為主體，質量小的工作輥最大幅地振動。因此，藉由在殼體支柱（housing post）的工作輥高度位置設置加速度計，可使微小振動的檢測精度提高。
然而，顫震亦有垂直方向的振動與水平方向（軋製方向）的振動耦合地發生的報告，理想的是進行配合各種情況的振動測定。另外，加速度計的測定方向通常亦只要可進行垂直方向的測定即可，但只要檢測強度大，便無所述限制。此外，在如產生板厚變動般的顫震發生時，多伴有軋製負重或軋台前後的鋼板張力的變動。存在如下情況：不僅利用加速度計的直接振動測定，藉由測定軋製負重或軋台間的張力變動，亦獲得捕捉顫震的預兆振動的所期望效果。
圖1的（a）、（b）是表示由加速度計測定出的振動速度的時間波形的一例的圖。圖1的（a）、（b）所示的例中，將取樣頻率（sampling frequency）設為1500 Hz來測定振動速度。如圖1的（a）所示，本例中在高速軋製時在頻率約120 Hz附近發生伴有轟鳴的顫震（經過時間t＝t3以後），如圖1的（b）所示，自識別到顫震發生（＝轟鳴發生）的數秒前的階段開始發生頻率120 Hz左右的微小振動。但，該微小振動並不持續，一面反覆發生與收斂一面緩緩增大強度，最終成為強度大的顫震。
對於圖1的（a）、（b）所示的振動速度的時間波形，每256點資料（data）點數（＝每0.17秒）實施作為頻率分析方法之一的FFT（高速傅立葉變換）分析，並將所得的結果示於圖2的（a）～（c）。圖2的（a）～（c）分別是將橫軸及縱軸分別設為頻率及FFT強度來表示圖1的（a）所示的經過時間t＝t1（＝28.7秒）、t2（＝29.1秒）、t3（＝29.5秒）的時間點的FFT分析結果的圖。如圖2的（a）～（c）所示，根據本例，可確認到如下的顫震剛發生前的振動行為：在頻率120 Hz附近FFT強度變高之後（圖2的（a）），所述振動立刻降低（圖2的（b）），進一步在此之後振動立刻大幅發散（圖2的（c））。另外，圖2的（a）～（c）中，ΔF表示振動行為的判定範圍。
此外，在圖2的（a）～（c）的各時刻的FFT分析結果中，對於在作為顫震發生的頻帶的110 Hz～120 Hz頻帶成為最大的FFT強度值，取時間軸為橫軸進行繪製，並將所得圖示於圖3。圖3中亦明確標記出判定振動有無的閾值，如圖1的（a）、（b）所示的時間波形般可知可利用閾值判斷顫震的預兆振動的發生與收斂。
另一方面，圖4中示出如下結果：根據每1024點資料點數（＝每0.68秒）進行FFT分析所得的結果，與圖3所示的例同樣地對在110 Hz～120 Hz頻帶成為最大的FFT強度值進行繪製。圖4所示的例中，無法判斷顫震的預兆振動的有無。其原因在於，顫震的預兆振動反覆發生與收斂，因此以較所述週期長的0.68秒的週期進行的FFT分析中所述振動的強度被平均化，從而FFT強度未出現明確變化。
根據以上，明白藉由以與顫震的預兆振動未收斂而持續的時間為同等以下的週期進行FFT分析等頻率分析，可捕捉顫震的預兆振動的發生。另外，顫震的預兆振動未收斂而持續的時間大多短於0.5秒，因此執行頻率分析的週期理想的是設為0.5秒以下的週期。但，為了提高頻率分析的週期，必須增加振動值的取樣點數，另外，為了追求高速地進行分析，處理裝置的能力成為必需。因此，根據處理裝置的負荷的恰當範圍，決定頻率分析的週期的上限。
若獲得如圖3所示般的頻率分析結果，藉由判斷規定點數中存在多少點超過閾值的點，可判定顫震的預兆振動的有無。圖3所示的例中，例如若過去十點中存在兩點超過閾值的點，可判定發生異常。進行此種判定處理的理由在於，僅單純地例如如專利文獻3中記載的方法般判定是否存在超過閾值的點，在接到雜訊（noise）時過檢測異常狀態的可能性高。擔心在對高速軋製時的與斷裂之類的大故障相關的顫震的預兆過檢測的情況下，防範故障而引起不必要的減速，因此進行此種判定處理的必要性高。
藉由進行所述判定處理，可不過檢測而判定振動強度大的顫震發生的預兆。另外，關於規定點數中存在多少點超過閾值的點的判定基準的設定，只要基於實機測量的資料且依據預兆振動的持續時間或頻率分析的週期而決定即可。另外，認為在利用所述方法檢測出異常時，若不採取某些方法變更操作條件，會發生振動發散所引起的大顫震。因此，在檢測出異常時，自檢測裝置向控制軋製機的可程式邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）輸出訊號，自動地將軋製速度減速，藉此可更確實地預先防止強度高的顫震發生。
以下，對基於所述概念想到的本發明一實施方式的顫震檢測裝置的構成以及動作進行說明。
圖5是表示本發明一實施方式的顫震檢測裝置的構成的方塊圖。如圖5所示，本發明一實施方式的冷軋機之顫震檢測裝置1是用於對冷軋機的顫震進行檢測的裝置，且包括振動測定部2以及預兆振動判定部3。
振動測定部2包括加速度計。振動測定部2測定冷軋機的振動，並將表示測定出的振動的電氣訊號輸出至預兆振動判定部3。
預兆振動判定部3包括個人電腦（personal computer）等資訊處理裝置。預兆振動判定部3藉由資訊處理裝置內部的中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）等運算處理裝置執行電腦程式（computer program）而發揮功能。對於預兆振動判定部3的功能在之後進行敍述。
具有此種構成的冷軋機之顫震檢測裝置1藉由執行以下所示的顫震預兆檢測處理，可檢測出顫震的預兆振動而預先防止顫震所引起的故障。以下，參照圖6，對執行顫震預兆檢測處理時的冷軋機之顫震檢測裝置1的動作進行說明。
圖6是表示本發明一實施方式的顫震預兆檢測處理的流程的流程圖。圖6所示的流程圖是在使軋製對象材料穿過冷軋機的時序（timing）開始，顫震預兆檢測處理前進至步驟S1的處理。顫震預兆檢測處理於每一規定控制週期反覆執行。
步驟S1的處理中，振動測定部2對規定的測定時間範圍內的冷軋機的振動進行測定，並將表示測定出的振動的電氣訊號輸出至預兆振動判定部3。藉此，步驟S1的處理結束，顫震預兆檢測處理前進至步驟S2的處理。
步驟S2的處理中，預兆振動判定部3使用自振動測定部2輸出的電氣訊號，對於冷軋機的振動的時間波形，以與週期性振動未收斂而持續的時間為同等以下的規定週期執行頻率分析，藉此計算振動強度的時間波形。藉此，步驟S2的處理結束，顫震預兆檢測處理前進至步驟S3的處理。
步驟S3的處理中，預兆振動判定部3對於步驟S2的處理中計算出的振動強度的時間波形，辨別振動強度大於規定閾值的點是否為規定個數以上。在辨別的結果為振動強度大於規定閾值的點有規定個數以上的情況下（步驟S3：是（Yes）），預兆振動判定部3將顫震預兆檢測處理前進至步驟S4的處理。另一方面，在振動強度大於規定閾值的點不為規定個數以上的情況下（步驟S3：否（No）），預兆振動判定部3結束一連串的顫震預兆檢測處理。
步驟S4的處理中，預兆振動判定部3判定為發生顫震的預兆振動，且對控制冷軋機的PLC輸出指示軋製速度的減速的控制訊號。藉此，步驟S4的處理結束，一連串的顫震預兆檢測處理結束。 [實施例]
本實施例中，利用包括共五架四重式軋製機的串列軋製機以700 mpm對冷軋鋼板（板寬為1200 mm，成品厚度為0.3 mm）進行冷軋，並進行顫震的振動分析。具體而言，在所述振動測定的方法中，利用設置於軋機殼體支柱的加速度計進行垂直方向的振動測定，將測定出的振動資料向分析裝置類比輸入（analog input），並在進行數位/類比（Digital to Analog，A/D）變換後，進行頻率分析。測定取樣間距（sampling pitch）設為3000 Hz，頻率分析每0.17秒實施。另外，異常判定基準是以如下方式設定，即，若過去五點中存在兩點以上超過設定閾值的點，便判定為存在顫震的預兆振動。
圖7的（a）中表示由加速度計測定出的振動速度的時間波形。本例中，在以700 mpm的軋製速度進行軋製時，以約110 Hz的頻率發生顫震。其次，對測定出的振動速度的時間波形執行FFT分析，取時間為橫軸來將在100 Hz～120 Hz頻帶的FFT強度的最大值繪製成圖，並將該圖示於圖7的（b）。另外，圖7的（b）中一併明示判定為存在顫震的預兆振動的時序。本實施例中，為了實驗，即便判定為存在顫震的預兆振動，亦不採取減速等應對而持續操作，在最初判定為存在預兆的約3.5秒後，與大轟鳴一併發生強度高的顫震，然後達到了板斷裂。即，可以說是如下實例：若在檢測出預兆振動的時序採取減速應對，可預先防止斷裂。
另外，圖8的（a）、（b）中表示另一次機會（chance）的實績，是對於與所述中示出的材料為相同鋼種且相同尺寸的軋製對象材料，以700 mpm的軋製速度進行軋製。如圖8的（a）、（b）所示，本次機會中顫震未發生便結束軋製，雖有若干雜訊，但無異常判定為存在顫震的預兆的時序，可以說能夠不過檢測而精度良好地捕捉預兆振動。
以上，對應用由本發明者們實施的發明的實施方式進行了說明，但本發明並不由利用本實施方式實現本發明的揭示的一部分的記述以及圖式限定。即，基於本實施方式由本領域技術人員等完成的其他實施方式、實施例以及運用技術等全部包含於本發明的範疇。 [產業上的可利用性]
根據本發明，可提供一種冷軋機之顫震檢測方法、冷軋機之顫震檢測裝置、冷軋方法以及冷軋機，所述冷軋機之顫震檢測方法能夠檢測出顫震的預兆振動而預先防止顫震所引起的故障。
1:冷軋機之顫震檢測裝置 2:振動測定部 3:預兆振動判定部 S1～S4:步驟 t、t1、t2、t3:經過時間
圖1的（a）、（b）是表示由加速度計測定出的振動速度的時間波形的一例的圖。 圖2的（a）～（c）是表示對於圖1的（a）、（b）所示的振動速度的時間波形實施快速傅立葉變換（Fast Fourier Transform，FFT）分析所得的結果的圖。 圖3是取時間軸為橫軸來對圖2的（a）～（c）所示的FFT強度值進行繪製（plot）的圖。 圖4是取時間軸為橫軸來對利用以不同週期進行的FFT分析所得的FFT強度值進行繪製的圖。 圖5是表示本發明一實施方式的顫震檢測裝置的構成的方塊圖（block diagram）。 圖6是表示本發明一實施方式的顫震預兆檢測處理的流程的流程圖（flowchart）。 圖7的（a）、（b）是表示由加速度計測定出的振動速度的時間波形以及取時間為橫軸來對FFT強度的最大值進行繪製的圖。 圖8的（a）、（b）是表示由加速度計測定出的振動速度的時間波形以及取時間為橫軸來對FFT強度的最大值進行繪製的圖。

Claims (8)

  1. 一種冷軋機之顫震檢測方法，其特徵在於包括：測定步驟，對冷軋機的振動進行測定；計算步驟，對於所述測定步驟中測定出的振動的時間波形，以與週期性振動未收斂而持續的時間為同等以下的規定週期執行頻率分析，藉此計算顫震發生的頻帶的振動強度的時間波形；以及預兆振動判定步驟，基於所述計算步驟中計算出的所述振動強度的時間波形中所包含的振動強度大於規定閾值的點的個數，檢測冷軋機的顫震的預兆振動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的冷軋機之顫震檢測方法，其中執行所述頻率分析的週期為0.5秒以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的冷軋機之顫震檢測方法，包括如下步驟：在所述預兆振動判定步驟中檢測出冷軋機的顫震的預兆振動的情況下，使所述冷軋機的軋製速度減速。
  4. 一種冷軋機之顫震檢測裝置，其特徵在於包括：振動測定部，對冷軋機的振動進行測定；以及預兆振動判定部，對於由所述振動測定部測定出的振動的時間波形，以與週期性振動未收斂而持續的時間為同等以下的規定週期執行頻率分析，藉此計算顫震發生的頻帶的振動強度的時間波形，且基於計算出的所述振動強度的時間波形中所包含的振動強度大於規定閾值的點的個數，檢測冷軋機的顫震的預兆振動。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的冷軋機之顫震檢測裝置，其中所述預兆振動判定部以0.5秒以下的週期執行頻率分析。
  6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述的冷軋機之顫震檢測裝置，其中所述預兆振動判定部在檢測出冷軋機的顫震的預兆振動的情況下，使所述冷軋機的軋製速度減速。
  7. 一種冷軋方法，其特徵在於包括如下步驟：使用如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的冷軋機之顫震檢測方法進行冷軋。
  8. 一種冷軋機，其特徵在於包括如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所述的冷軋機之顫震檢測裝置。
TW108135846A 2018-12-27 2019-10-03 冷軋機之顫震檢測方法、冷軋機之顫震檢測裝置、冷軋方法以及冷軋機 TWI712780B (zh)

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