JP2006007235A - 板反り制御システム、板反り検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 板反り量を定量的に制御することが可能な板反り制御システム、板反り検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 入側及び出側テーブルローラ１３、１４間に設けられた板反り検出装置２、３と、下作業ロール１０ｂ天面と入側テーブルローラ天面の間の寸法（ピックアップ量）を測定するピックアップ量検出回路４と、ピックアップ量Ｘｉを制御して板反りを制御する圧延機１とを備え、圧延機は、前記圧延材２０の圧延パス毎に、前記ピックアップ量を設定し、圧延材の入側における板厚及び出側における板厚と通板高さ位置とを測定し、設定されたピックアップ量と前記出側の通板高さ位置との差から圧延された圧延材の反り量Δｈを求め、求めた反り量が所定の範囲以下となるようにピックアップ量の設定値を制御するようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧延機の出側で発生する板反りを制御する板反り制御システム、板反り検出装置に関する。

厚板圧延等の圧延機においては、圧延材の噛出側において板の反りが発生し、そのため、圧延機及び前後の設備が破損することによって操業が停止したり、あるいは、次圧延パスで噛込み性が阻害されて板反り矯正に時間を費やしたりするため、生産性の低下、板反りの発生による品質の低下、及び板反り部分の切捨てによる歩留まりの低下を招くなど、大きな実害をもたらしている。

そのため、板反りの発生原因の解明や、各種の圧延方法の改善が試みられてきた。その結果、厚板圧延においては、各種の板反発生要因の内で、定量的に扱え、且つ、板反りへの影響が大きいと考えられる下作業ロールピックアップ量を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この方法では、圧延パススケジュールで決定されるパススケジュール、圧下量及び入側板厚寸法に基づいて、下作業ローラ天面とテーブルローラ天面との距離（ピックアップ量）を制御することによって厚板圧延に置ける板反り量を制御する方法が知られている。

また、圧延材の製造ラインにおいて、オンラインで板反りを検出する装置としては、圧延材の高さ方向に通過検出レーザを搬送テーブルローラ上に多数面上に並べ、圧延材の通過位置の軌跡から板の反り方向を判定しようとする反り検出装置がある(例えば、特許文献２参照。)。
特公昭６３−６４２５３号公報 特許第３３５８７０８号明細書

圧延機廻りの環境は、厚板圧延の場合においては、圧延材が圧延時の温度が１０００℃以上の高温となり輻射熱が非常に大きいこと、上下作業ロールに圧延材が噛込む時の衝撃や振動が非常に大きいこと、さらに、圧延材にかける圧延水やその水蒸気が大量に発生することから、圧延材の形状を測定するためのセンサが各種要求されているものの、実際には信頼性の高い装置の提供は困難とされ、限られた方式のセンサしか使用されていない。

上述した特許文献１によるピックアップ量から板反り量を制御する方法は、圧延時の圧延材の板反り検出装置の信号を使用するとの記載があるが、上述した環境で使用するための板反り検出装置の具体的な構成は示されていない。

また、実際には、信頼性のある板反り検出装置の設置が困難なこと、また設置しても信頼性のある検出が困難なことからから、測定値による定量的な制御が行われていない。

そのため、各種の発生要因からなる板反り状態は、圧延結果に基づく板反り状態のトレースデータから目視判断したり、圧延後工程での品質のトレースデータによる学習から経験で判断したりした圧延機の運転経験を積んだ熟練者により運転されていた。

また、特許文献２で開示され板反り検出の方法においては、搬送ローラテーブル上に面状の広い光学空間を必要とすること、また、配置された通過検出レーザビームの配置ピッチ以上の分解能得られないことから、圧延機廻りの環境で板反り量を測定する場合に適用することは困難である。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、悪環境下においても測定が可能な板反り量検出装置を提供し、圧延材の厚さと板反り量を検出して板反り量を定量的に制御することが可能な板反り制御システム、板反り検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１による板反り制御システムは、一対の上下作業ロールと、入側及び出側に夫々テーブルローラを設けた圧延機による圧延材の板反り制御システムであって、前記入側及び出側搬送テーブルローラ間に設けられた板反り検出装置と、前記下作業ロール天面と前記入側テーブルローラ天面の間の寸法（ピックアップ量）を測定するピックアップ量検出手段と、前記ピックアップ量を制御して板反りを制御する前記圧延機とを備え、前記圧延機は、前記圧延材の圧延パス毎に、前記ピックアップ量を設定し、前記板反り検出装置は、前記圧延材の入側における板厚及び出側における板厚と通板高さ位置とを測定し、設定された前記ピックアップ量と前記出側の通板高さ位置との差から圧延された前記圧延材の反り量を求め、前記圧延機は、求めた前記反り量が所定の範囲以下となるように前記ピックアップ量の設定値を制御するようにしたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項８による板反り検出装置は、一対の上下作業ロールと、入側及び出側に夫々テーブルローラを設けた圧延機により圧延される圧延材の板反り検出装置であって前記入側及び出側テーブルローラ間の一方の側面方向の間隙から前記圧延材の側面にレーザ光線を鉛直方向に走査し、その反射光の位置を検出して前記圧延材の厚さと通板位置を求めるようにした反り検出装置と、前記下作業ロール天面と前記入側テーブルローラ天面間の寸法（ピックアップ量）を測定するピックアップ量検出手段とを備え、前記板反り検出装置は、自身の前記圧延材の鉛直方向の通板高さ位置と、前記ピックアップ量との差から反り量を求めるようにしたことを特徴とする。

以上述べた様に、本発明によれば、上下作業ロール間に通板される圧延材の板反り量を通板される圧延材の側面方向の小空間からレーザ光線を照射し、その反射光の位置を検出して圧延材の通板高さ位置と板厚さを測定する板反り検出装置と、前記下作業ロール天面と前記テーブルローラ天面間の寸法（ピックアップ量）を測定するピックアップ検出手段とを備え、悪測定環境下においても測定が可能な板反り量検出装置としたので、定量的に圧延材の厚さと板反り量を検出して板反り量の制御が可能な板反り制御システム、板反り検出装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、厚板圧延における板反り制御システムの構成図である。板反り制御システムは、圧延材２０を所定の板形状に圧延する圧延機１、圧延機１の入側、出側で圧延材２０の板厚と反りを検出する板反り検出装置２、３、及び圧延機１で設定される、後述するピックアップ量を検出するピックアップ量演算回路４とから構成される。

次に、各部の詳細構成について説明する。圧延機１は、一対の上下作業ロール１０ａ、１０ｂ、上下バックアップロール１１ａ、１１ｂ、下バックアップロール１１ｂを支持するバックアップロール箱１２、圧延材２０を搬送する複数の入側、出側テーブルローラ１３、１４、下作業ロールを上下駆動する油圧シリンダー１５、その油圧制御装置１６及び下作業ロール１０ｂ天面位置を制御する板反り制御装置１７とから構成される。

次に、図２を参照して板反り検出装置２の構成を説明する。図２（ａ）は圧延材２０の断面方向から見た断面図で、同図(ｂ)はその平面図である。

同図において、板反り検出装置２は、テーブルローラ１３、１４間の間の小空間において、圧延材２０の側面にレーザ光線を鉛直方向に走査するレーザスキャナ２ａ１と、圧延材２０の側面から反射したレーザ光線の反射位置を検出するＣＣＤカメラ２ａ２とからなる位置検出部２ａ、ＣＣＤカメラ２ａ２の出力信号から圧延材の厚さとその通板高さ位置を検出する位置検出制御部２ｂ、レーザ光線の照射、反射光路の光学空間の空気を清浄に保つための板反り検出装置２の前面に設けたエアーパージ機構部２ｃ、及び圧延材２０の上端部側面からこの光学空間の空気を清浄化するエアーパージフードを有するエアーパージ装置３０とから構成される。

次に、この板反り検出装置２の詳細設定について説明する。板反り検出装置２と３は、同じ構成であるので，以下板反り検出装置２について説明し、板反り検出装置３の説明を省略する。

板反り検出装置２は、光学式三角測量法を測定原理とする位置測定装置で、ＣＣＤカメラ２ａ２で検出されるレーザ光線は、検出信号のＳ／Ｎ比を確保するため所定の出力を有するアルゴンレーザを使用し、さらに、圧延材２０の輻射エネルギーとレーザ光線のエネルギーとのスペクトルの相違を光学フィルターで分離し、検出信号の安定化を図る。

また、レーザスキャナ２ａ１は、平行スキャン光学系とし、圧延材２０の側面状の走査位置で等速走査となるようにし、ＣＣＤカメラ２ａ２で受光する光学条件が測定範囲でできるだけ均一な角度で検出できるように設定しておく。

また、レーザ光線の走査範囲は、圧延材２０の厚さの測定範囲、測定対象とする板反り量、及び通板位置の変動範囲を考慮して予め余裕を見た範囲で設定しておく。

また、レーザスキャナ２ａ１の走査速度は、圧延材２０の最高の通板速度時において必要な移動方向の測定分解能が得られる走査速度とし、ＣＣＤカメラ２ａ２は、その走査速度において必要な信号レベルを得られる受光感度となるように、受光レンズの明るさ、ＣＣＤ素子の受光感度を選択して使用する。

また、レーザスキャナ２ａ１及びＣＣＤカメラ２ａ２は、同一の基盤に実装し、温度変化に対しても光学設定条件が変動しないようにしておく。

次に、このような光学機器の信頼性を確保するため、板反り検出装置２の測定環境を確保対策のための設定について説明する。板反り検出装置２の内部には、機器内部の汚れを防止するため、ガスまたはエアーを充填し内圧パージをかけておく。

そして、そのエアーパージ機構２ｃ窓面形状はレーザ光線の光路に必要な最小限の形状として、常時内部からエアーパージする機構を備え、外部の塵埃がエアーパージ機構２ｃ内部に入らない構造にしておく。

また、圧延材２との対物距離は、熱、振動の影響を軽減するため少なくとも１０００ｍｍ以上の距離を置いて設置し、レーザ光線の投光，受光窓ガラス２ａ３面は、熱線をカットする光学ガラスフィルターとし、圧延材２０からの熱線をカットする。

さらに、このエアーパージ機構部２ｃの先端部には、測定時のみ開く、図示しないシャッタ機構を備えれば、光学窓ガラス２ａ３の窓面の汚れに対する保守寿命を長くすることが可能である。

また、板反り検出装置２の設置は、設置面との間に防振ゴム等の防振材を敷設して、圧延機１の噛込み時の衝撃、振動を抑制するようにしておく。

次に、このように構成設定された、板反り制御の原理について図３を参照して説明する。同図は、下作業ロール１０ｂ天面と入側テーブルローラ１３天面との距離Ｘｉ（ピックアップ量）を圧延機１で予め設定し、矢印Ｄ方向に圧延したときの圧延材２０の反り状態を示す図である。

ここで、ロール天面とは、ロール回転中心線上の鉛直方向の頂点位置で、水平面上を通板される圧延材２０の底面が接する点を言う。また、上下作業ロール１０ａ、１０ｂの中心線は一致して設定される。

また、テーブルローラ１３及び１４の天面は、同じレベルで設定した場合を図示しているので、下作業ロール１０ｂ天面と入側のテーブルローラ天面との距離Ｘｉ（ピックアップ量）ピックアップ量と、下作業ロール１０ｂ天面と出側テーブルローラ天面との距離Ｘｏは同一となる。

ピックアップ量Ｘｉと入側、出側板厚Ｈｉ、Ｈｏの関係には、下記(１)式の関係があることが特許文献１等で知見されている。ここで、ΔＨは当該パス時の圧下量と言う。また、板厚方向の基準レベルは下作業ロール１０ｂ天面のレベルを０レベルとする。
Ｘｉ＝−１／２・ΔＨ（＝Ｈｉ−Ｈｏ）・・・・（１）

同図（ａ）は、初期パス時の圧延機１のピックアップ量Ｘｉを上記(１)式の関係から設定した時、圧延機１で圧延された出側の板厚に板反りなく圧延されている状態を示している。

同図（ｂ）は、このピックアップ量Ｘｉが、
Ｘｉ＞−１／２・ΔＨ
として設定された場合に、圧延機１の出側で上反り＋Δｈ（＝Ｈｈ−Ｘｉ）が発生した状態を示す。

また、同図（ｃ）は、同図（ｂ）は、ピックアップ量Ｘｉが、
Ｘｉ＜−１／２・ΔＨ
として設定された場合に、出側で下反り−Δｈ（＝Ｈｈ−Ｘｉ）が発生した状態を示す。

即ち、ピックアップ量Ｘｉの設定値を制御することによって、圧延機１の出側における板反り量Δｈとその方向（上反り、下反り）を制御できる。

次に、図１及び図４を参照してこの板反りの制御動作について説明する。図４は圧延機１による制御動作のフロー図である。まず、初期圧延パス時には、図示しない圧延制御コンピュータからパススケジュールに基づく初期値が送信され、板反り制御装置１７ａから油圧制御装置１６にピックアップ量Ｘｉの初期目標値が設定され、油圧シリンダー１５から油圧シリンダー１５を駆動して下バックアップロール１１ｂ上にある下作業ロール１０ｂ天面の初期位置を設定する。

すると位置検出センサ１５ａで検出された下作業ロール１０ｂ天面位置が油圧制御装置１６に送られ、油圧制御装置１６では、設定されたピックアップ量Ｘｉとこの位置検出センサ１５ａで検出された実際の位置の差が所定の範囲内となるように制御し、設定動作を完了する（Ｓ１）。

次に、圧延材２０を搬送して圧延機１の上下作業ロール１０ａ、１０ｂを矢印方向に回駆動させ、圧延材２０を圧延する（Ｓ２）。

すると、圧延材２０が板反り検出装置２及び３を通過すると、この時の板反り検出装置２からは、入側の板厚Ｈｉ、板反り検出装置３では出側の板厚Ｈｏと通板高さＨｈ（位置）の測定データが時系列に検出される。

この時、板反り検出装置３では、後述するピックアップ検出回路４からピックアップ量Ｘｉを受信して、板反り量Δｈ（＝Ｈｈ−Ｘｉ）を演算により求め、板厚Ｈｏと合わせて板反り制御装置１７にその測定値と演算結果を送信する（Ｓ３）。

ピックアップ検出回路４では、位置検出センサ１５ａからの下作業ロール天面の実績位置と、予め格納されたテーブルローラ１３（１４）天面位置設定テーブル４ａからの位置の差から設定されたピックアップ量Ｘｉを演算して求めておく。

板反り制御装置１７では、板反り検出装置２、３から送信された測定データに基づいて、次パスのピックアップ量Ｘｉの設定計算（Ｓ４）を行うとともに、この測定データを圧延制御コンピュータに送信する。

そして、圧延制御コンピュータから次パスの目標板厚が送信されると、板反り制御装置１７は、再び、ピックアップ量Ｘｉの設定動作を繰り返し、以後上述したフローの動作を繰り返す。但し、圧延機１が通常、リバース圧延機能を備えているので、次パスの圧延方向は図と逆方向となる。

この時、板反り検出装置２と板反り検出装置３で行った機能は圧延方向によって逆になり、板反り量Δｈは圧延機１の出側となる板反り検出装置２によって求める。

また、板反り量Δｈのデータは、測定された板厚Ｈｉ、Ｈｏデータとともに反り検出装置１７に蓄積され、ピックアップ量Ｘｉの設定値との関係を学習し、最適値をピックアップ量設定テーブル１７ａに保存しておく。

以上述べた様に、本実施例１によれば、板厚Ｈｉ、Ｈｏ及び板反り量Δｈを測定し、測定データに基づく圧延制御が可能となるので、従来、経験的に行っていた板反り量の制御が定量的に行われるようになり、圧延材の品質及び歩留りの向上が可能な板反り制御システム、板反り検出装置を提供することができる。

図５は本発明の実施例２に係る板反り制御システム、板反り検出装置の構成を説明する図である。この実施例２の各部について、図１の実施例に係る板反り制御システム、板反り検出装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

この実施例２が実施例１と異なる点は、実施例１では、上下作業ロール１０ａ、１０ｂの前後に板反り検出装置２、３が設けられていたが、本実施例２では板反り検出器３のみで構成する点が異なる。

即ち、この実施例２では、圧延機１が一方向のみの圧延機能しか備えていない場合に適用される。この板反り制御システムは、常に一方方向の圧延でしか制御できないが、シンプルな板反り制御システムを提供できる。

図６は本発明の実施例３に係る板反り制御システム、板反り検出装置の構成を説明する図である。この実施例３の各部について、図１の実施例に係る板反り制御システム、板反り検出装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

この実施例３が実施例１と異なる点は、実施例１では、入側テーブルローラ１天面と出側テーブルローラ１４天面レベルは同一であったが、本実施例３では、入側テーブルローラ１天面と出側テーブルローラ１４天面レベルを独立して設定可能な構造とし、ピックアップ量を入側と出側で微調整して板反り量をより高精度に制御しようとする点が異なる。

この場合には、ピックアップ検出回路４も圧延方向毎に、入側、出側テーブルローラ１３、１４天面位置設定テーブル４ａを設けておく。尚、入側、出側テーブル１３、１４ローラ天面位置を頻繁に変更する場合には、夫々のテーブルローラ天面位置を検出する位置検出センサを設けておく。

本発明は、上述したような各実施例に何ら限定されるものではなく、板反り検出装置２、３の設置される環境条件によって、エアーパージ機構部２ｃ及びエアーパージ装置３０などの環境対策構造を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することが可能である。

本発明の実施例１に係る板反り制御システム、板反り検出装置の構成図。 本発明による板反り検出装置の構成図及び詳細配置の説明図。 本発明による反り制御システムの動作の説明図。 本発明による板反り制御の動作を説明するフローチャート図。 本発明の実施例２に係る板反り制御システムの構成図。 本発明の実施例３に係る板反り制御システムの構成図。

符号の説明

１ 圧延機
２、３ 板反り検出装置
２ａ、３ａ 位置検出部
２ａ１ レーザスキャナ
２ａ２ ＣＣＤカメラ
２ａ３ 光学窓ガラス
２ｂ、３ｂ 位置検出制御部
２ｃ エアーパージ機構部
４ ピックアップ量検出回路
４ａ 搬送テーブルローラ天面位置設定テーブル
１０ａ 上作業ロール、
１０ｂ 下作業ロール
１１ａ 上バックアップロール
１１ｂ 下バックアップロール
１２ バックアップロール軸箱
１３ 入側テーブルローラ
１４ 出側テーブルローラ
１５ 油圧シリンダー
１５ａ 位置検出センサ
１６ 油圧制御装置
１７ 板反り制御装置
２０ 圧延材
３０ エアーパージ装置

Claims (11)

1. 一対の上下作業ロールと、入側及び出側に夫々テーブルローラを設けた圧延機による圧延材の板反り制御システムであって、
   前記入側及び出側テーブルローラ間に設けられた板反り検出装置と、
   前記下作業ロール天面と前記入側テーブルローラ天面の間の寸法（ピックアップ量）を測定するピックアップ量検出手段と、
   前記ピックアップ量を制御して板反りを制御する前記圧延機と
   を備え、
   前記圧延機は、前記圧延材の圧延パス毎に、前記ピックアップ量を設定し、
   前記板反り検出装置は、前記圧延材の入側における板厚及び出側における板厚と通板高さ位置とを測定し、設定された前記ピックアップ量と前記出側の通板高さ位置との差から圧延された前記圧延材の反り量を求め、
   前記圧延機は、求めた前記反り量が所定の範囲以下となるように前記ピックアップ量の設定値を制御するようにしたことを特徴とする板反り制御システム。
2. 一対の上下作業ロールと、入側及び出側に夫々テーブルローラを設けた圧延機による圧延材の板反り制御システムであって、
   前記出側のテーブルローラ間に設けられた板反り検出装置と、
   前記下作業ロール天面と前記入側のテーブルローラ天面の間の寸法（ピックアップ量）を測定するピックアップ量検出手段と、
   前記ピックアップ量を制御して板反りを制御する前記圧延機と
   を備え、
   前記圧延機は、前記圧延材の圧延パス毎に、前記ピックアップ量を設定し、
   前記板反り検出装置は、前記圧延材の出側における板厚と通板高さ位置とを測定し、前記設定されたピックアップ量と前記出側の通板高さ位置との差から圧延された前記圧延材の反り量を求め、
   前記圧延機は、求めた前記反り量が所定の範囲以下となるように前記ピックアップ量の設定値を制御するようにしたことを特徴とする板反り制御システム。
3. 前記板反り検出装置は、前記テーブルローラ間の一方の側面の間隙において、前記圧延材の側面にレーザ光線を鉛直方向に走査し、その反射光の位置を検出して前記圧延材の厚さと鉛直方向における通板高さ位置を求めるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の板反り制御システム。
4. 前記ピックアップ量検出手段は、前記下作業ロール天面位置を検出する位置検出センサと、前記位置検出センサの出力と前記入側のテーブルローラ天面位置の設定値との差を求めるピックアップ量検出回路とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の板反り制御システム。
5. 前記入側及び出側テーブルローラ天面位置の設定値は、夫々の天面位置を独立に設定する設定テーブルとし、入側及び出側のピックアップ量を独立に求めるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の板反り制御システム。
6. 前記反り検出装置は、光学三角測量方式の位置検出装置であって、
   前記圧延材の搬送方向に対し、鉛直方向からレーザ光線を走査するレーザスキャナと、
   前記圧延材の側面からの反射光を検出するＣＣＤカメラと、
   前記ＣＣＤカメラの信号から前記圧延材の厚さと通板高さ位置とを測定する位置検出制御部と、
   前記レーザ光線の照射及び反射光路の光学空間の空気を清浄化するエアパージ機構と
   を備え、
   前記ピックアップ量及び前記圧延材の出側における通板高さ位置との差から反り量及び反り方向を求めるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の板反り制御システム。
7. 前記レーザスキャナは、レーザ光線を平行走査する方式としたことを特徴とする請求項６に記載の板反り制御システム。
8. 一対の上下作業ロールと、入側及び出側に夫々テーブルローラを設けた圧延機により圧延される圧延材の板反り検出装置であって
   前記入側及び出側テーブルローラ間の一方の側面方向の間隙から前記圧延材の側面にレーザ光線を鉛直方向に走査し、その反射光の位置を検出して前記圧延材の厚さと通板位置を求めるようにした反り検出装置と、
   前記下作業ロール天面と前記入側のテーブルローラ天面間の寸法（ピックアップ量）を測定するピックアップ量検出手段と
   を備え、
   前記板反り検出装置は、自身の前記圧延材の鉛直方向の通板高さ位置と、前記ピックアップ量との差から反り量を求めるようにしたことを特徴とする板反り検出装置。
9. 前記反り検出装置は、光学三角測量方式の位置検出装置であって、
   前記圧延材の搬送方向に対し、鉛直方向からレーザ光線を走査するレーザスキャナと、
   前記圧延材からの反射光を検出するＣＣＤカメラと、
   前記ＣＣＤカメラの信号から前記圧延材の厚さと通板高さ位置とを測定する位置検出制御回路と、
   前記レーザ光線の照射及び反射光路の光学空間の空気を清浄化するエアーパージ機構と
   を備えたことを特徴とする請求項８に記載の板反り検出装置。
10. 前記ピックアップ量検出手段は、前記下作業ロールの天面位置検出センサと、前記下作業ロール天面位置検出センサの出力と前記搬送テーブルローラ天面位置設定値出力との差からピックアップ量を演算するピックアップ量検出回路とを備えたことを特徴とする請求項８に記載の板反り検出装置。
11. 前記レーザスキャナは、レーザ光線を平行走査する方式としたことを特徴とする請求項８に記載の板反り検出装置。

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