JP5637637B2 - 板厚制御装置、板厚制御方法、板厚制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、金属材料の圧延機における板厚制御装置、板厚制御方法、板厚制御プログラムにおいて、ワークロール等の回転位置に関連して発生する、いわゆるロール偏芯等に起因する板厚変動を制御する板厚制御装置、板厚制御方法、板厚制御プログラムに関する。

薄板圧延や厚板圧延における品質制御のひとつに、圧延材の幅方向中央手段の板厚を制御する板厚制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ）がある。板厚制御方法としては、圧延機出側に設置した板厚計の測定値をフィードバックするモニターＡＧＣ、圧延荷重やロールギャップ（上下側ワークロールの間隙）から推定したゲージメータ板厚を用いたゲージメータＡＧＣ（Ｇａｇｅ ｍｅｔｅｒ ＡＧＣ ： ＧＭ−ＡＧＣ）、圧延荷重によるミル定数可変制御（Ｍｉｌｌ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ： ＭＭＣ）などがある。

板厚精度の向上を阻害する外乱としては、熱間圧延においては圧延材の温度変動がある。熱間圧延、冷間圧延に共通な外乱としては、他の制御、たとえば張力制御の劣化による張力変動、オペレータの手介入による速度やロールギャップの変更、ロールの構造やロール研磨の制度不良によるロール偏芯等がある。

このうちロール偏芯は、オイルベアリングを有するバックアップロールにおけるキー溝が、数百トンから２、３千トンという大きな圧延荷重を受けたときに上下に軸が移動することが原因となり、ロールの回転にあわせてロールギャップ変動が発生するものである。しかしながらキー溝のないロールでも、たとえばロール研磨時の非対称性、熱膨張の偏りなどの原因により、ロール回転に依存したロールギャップ変動は発生する。

なお、ワークロール上下２個のみで構成されるいわゆる２Ｈｉミルの場合でも、ワークロール上下２個、バックアップロール上下２個の４ロールで構成されるいわゆる４Ｈｉミルの場合でも、ワークロール上下２個、中間ロール上下２個、バックアップロール上下２個の６ロールで構成されるいわゆる６Ｈｉミルの場合でも、その他の場合でも以下は同様に考えることができる。表現上、ワークロールをワークロール（Ｗｏｒｋ Ｒｏｌｌ ： ＷＲと略記する場合がある。）、バックアップロールをワークロール以外のロールとして、バックアップロール（Ｂａｃｋ ＵＰ Ｒｏｌｌ ： ＢＵＲと略記する場合がある。）と呼ぶことにする。

ロール偏芯等のロール軸振れに依存した外乱は、ロールギャップ検出器により検出できない。ロールギャップを設定する装置は与えられたギャップになるようにロールギャップ検出器による検出値をフィードバックして制御するが、検出値にロール軸振れが現われないために、制御することができない。しかし、ロール軸振れに依存した外乱は実際のロールギャップを変化させるために、圧延荷重には現れる。このため圧延荷重を利用する上記ＭＭＣ、ＧＭ‐ＡＧＣなどの大きな外乱になる。

このロール偏芯等のロール軸振れに依存した外乱を低減するため、例えば、金属材料を圧延する圧延機に設けられ、圧延スタンドの上下側ワークロール及び上下側バックアップロールのロール偏芯に起因する板厚変動を制御する板厚制御装置であって、キスロール時荷重及び圧延荷重を検出する圧延荷重検出器と、上下側ワークロール及び上下側バックアップロールの複数の回転位置において圧延荷重検出器により検出されたキスロール時荷重に基づいて、キスロール時荷重の、各回転位置における上側ワークロール及び上側バックアップロールのロール偏芯に起因する変動成分と、各回転位置における下側ワークロール及び下側バックアップロールのロール偏芯に起因する変動成分とを別々に抽出するキスロール時荷重変動抽出手段と、キスロール時荷重変動抽出手段によって別々に抽出されたキスロール時荷重の各変動成分に基づいて、各回転位置において圧延荷重検出器により検出された圧延荷重の、各回転位置における上側ワークロール及び上側バックアップロールのロール偏芯に起因する変動成分と、各回転位置における下側ワークロール及び下側バックアップロールのロール偏芯に起因する変動成分とを別々に抽出する圧延荷重上下変動抽出手段と、圧延荷重上下変動抽出手段によって別々に抽出された圧延荷重の各変動成分に基づいて、圧延されている金属材料の板厚変動を低減させるように、各回転位置に対応したロールギャップ指令値を演算する操作量演算手段と、操作量演算手段によって演算されたロールギャップ指令値に基づいて、各回転位置に対応してロールギャップを操作するロールギャップ操作手段と、を備え、上側のロールが回転することによって生じる圧延荷重変動と下側のロールが回転することによって生じる圧延荷重変動とを的確に分離して、分離された各圧延荷重変動に応じてロールギャップを制御する板厚制御装置を提案している（例えば、特許文献１参照。）。

国際公開第２００８／０９０５９６号

ところで、上下のバックアップロールの直径に差がある場合、上下のバックアップロールの回転速度の差により、いわゆるビートまたはうなりという現象が発生するため、制御性能の劣化が生じる。

ここで，ビートまたはうなりの発生を説明する。上下のバックアップロール径が異なるものとし，上側バックアップロールの回転周波数をω_Ｔ[ｒａd／ｓ]，下側バックアップロールの回転周波数をω_Ｂ[ｒａd／ｓ]とし，簡単のため上下の振幅を１，また初期位相差はないものとすると，上下側バックアップロールの回転を重畳したあとの信号Ｙは以下となる。

正弦波（ｓｉｎ）の周波数はω_Ｔ＋ω_Ｂ[ｒａd／ｓ]となって、周波数が高い、すなわち短周期、細かい振動が現れる。一方で，余弦波（ｃoｓ）の周波数はω_T−ω_B[ｒａd／ｓ]となって、周波数が低い、すなわち長周期、大きな振動が現れる。

図８（Ａ）に，ｓｉｎ（ｗ_Ｔｔ）（実線）とｓｉｎ（ｗ_Ｂｔ）（点線）それぞれの波形の一例を示す。なお、周波数は、ｗ_Ｔ ＝５ｒａｄ／ｓ、ｗ_Ｂ＝４ｒａｄ／ｓとした。また、図８（Ｂ）に、ｓｉｎ（ｗ_Ｔｔ）とｓｉｎ（ｗ_Ｂｔ）の重畳（実線）と、ｃｏｓ｛（ｗ_Ｔ −ｗ_Ｂ）ｔ／２｝（破線）の波形の一例を示す。なお、横軸は時間（ｓ）である。重畳された波形の包絡線が、長周期の波（破線）で表されていることがわかる。

しかし、特許文献１記載の板厚制御装置では、圧延していないときに上下のワークロールを接触させて荷重を発生させる、いわゆるキスロール時荷重と、圧延しているときに発生する圧延荷重の両方を使用して、上側のバックアップロールで発生するロール偏芯成分と、下側のバックアップロールで発生するロール偏芯成分とを分離していたため、圧延をしていないときにキスロール時荷重を測定する必要があり、その分だけ手間や時間がかかる、という問題があった。

そこで、本発明では、キスロール荷重を使用することなく、圧延中に測定する圧延荷重を用いて当該圧延スタンドのロールギャップを操作することができる板厚制御装置、板厚制御方法、板厚制御プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る板厚制御装置の第１の特徴は、上側ワークロールおよび上側バックアップロールの上側ロールセットと、下側ワークロールおよび下側バックアップロールの下側ロールセットとの間で金属材料を圧延することにより製造される圧延材の板厚変動を制御する板厚制御装置であって、前記金属材料に対する圧延荷重を検出する圧延荷重検出手段と、前記圧延荷重検出手段によって検出された圧延荷重を、前記上側ロールセットで発生している上側圧延荷重と、前記下側ロールセットで発生している下側圧延荷重との比に基づいて、上下に配分する圧延荷重上下配分手段と、前記圧延荷重上下配分手段によって上下に配分された前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの前記圧延荷重に基づいて、前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの回転位置に関連して発生する上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値を抽出する圧延荷重上下変動値抽出手段と、前記圧延荷重上下変動値抽出手段により抽出された前記上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップ指令値を演算する操作量演算手段と、前記操作量演算手段によって演算された前記ワークロールギャップ指令値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップを操作するロールギャップ操作手段と、を備えることにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る板厚制御装置の第２の特徴は、前記操作量演算手段は、前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットが所定時間以上回転するまでは、前記圧延荷重上下変動値抽出手段によって抽出された前記上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップ指令値を演算し、
前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットが所定時間以上回転した場合、前記圧延荷重上下変動値抽出手段によって演算された前記圧延荷重変動値の積算値に基づいて前記上側バックアップロールおよび前記下側バックアップロールのロール偏芯量を同定し、同定したロール偏芯量に基づいて前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップ指令値を演算する、ことにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る板厚制御装置の第３の特徴は、前記圧延荷重上下配分手段は、前記圧延荷重検出手段によって検出された圧延荷重を上下に配分する比を、前記上側バックアップロールおよび前記下側バックアップロール交換直後は０．５に設定し、前記上側バックアップロールおよび前記下側バックアップロール交換後、次の圧延材以降は、現在の圧延材の操作量演算手段における前記圧延荷重の偏差に基づいて設定する、ことにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る板厚制御装置の第４の特徴は、前記圧延荷重上下配分手段は、前記圧延荷重検出手段によって検出された圧延荷重を上下に配分する比を、前記上側バックアップロールおよび前記下側バックアップロール交換直後は０．５に設定し、前記上側バックアップロールおよび前記下側バックアップロール交換後、次の圧延材以降は、現在の圧延材の操作量演算手段における前記圧延荷重変動値の積算値を用いて周期関数の振幅を同定し、上側のロールセットに対する振幅と、下側ロールセットに対する振幅との合計値に対する比を設定する、ことにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る板厚制御方法の特徴は、上側ワークロールおよび上側バックアップロールの上側ロールセットと、下側ワークロールおよび下側バックアップロールの下側ロールセットとの間で金属材料を圧延することにより製造される圧延材の板厚変動を制御する板厚制御方法であって、前記金属材料に対する圧延荷重を検出するステップと、検出された圧延荷重を、前記上側ロールセットで発生している上側圧延荷重と、前記下側ロールセットで発生している下側圧延荷重との比に基づいて、上下に配分するステップと、前記上下に配分された前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの前記圧延荷重に基づいて、前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの回転位置に関連して発生する上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値を抽出するステップと、前記抽出された前記上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップ指令値を演算するステップと、前記演算された前記ワークロールギャップ指令値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップを操作するステップと、を有することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る板厚制御プログラムの特徴は、上側ワークロールおよび上側バックアップロールの上側ロールセットと、下側ワークロールおよび下側バックアップロールの下側ロールセットとの間で金属材料を圧延することにより製造される圧延材の板厚変動を制御することをコンピュータに実行させるための板厚制御プログラムであって、前記金属材料に対する圧延荷重を検出するステップと、検出された圧延荷重を、前記上側ロールセットで発生している上側圧延荷重と、前記下側ロールセットで発生している下側圧延荷重との比に基づいて、上下に配分するステップと、前記上下に配分された前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの前記圧延荷重に基づいて、前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの回転位置に関連して発生する上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値を抽出するステップと、前記抽出された前記上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップ指令値を演算するステップと、前記演算された前記ワークロールギャップ指令値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップを操作するステップと、を、コンピュータに実行させることにある。

本発明によれば、キスロール荷重を使用することなく、金属材料を圧延中に測定される圧延荷重を用いてロール偏芯等、ロール回転位置に関連して発生する圧延荷重の変動成分、すなわちロール偏芯等による圧延荷重変動成分を抽出し、この圧延荷重変動を低減するように、当該圧延スタンドのロールギャップを操作することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る板厚制御装置を示す全体構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る板厚制御装置において、測定される圧延荷重の概念を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る板厚制御装置に備えられた上下側バックアップロールの分割と上下側ワークロールとの関係を示す図である。 バックアップロール回転角度の変化に伴い圧延荷重が変化する様子と、ロール偏芯等による圧延荷重変動分を抽出する方法の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る板厚制御装置に備えられた圧延荷重上下変動抽出手段および操作量演算手段の構成例を詳細に示す構成図である。 上下側バックアップロールの回転の様子を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係る板厚制御装置における上側バックアップロールの加算器に蓄えられた値の変化を示す説明図である。 ビートの状態を示す説明図である。

発明の実施するため形態

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る板厚制御装置を示す全体構成図である。

図１において、本発明の第１の実施の形態に係る板厚制御装置は、金属材料からなる圧延材１を圧延する圧延機を含む制御装置であり、ハウジング２と、上側ワークロール３ａ及び下側ワークロール３ｂによって構成されるワークロールと、上側バックアップロール４ａ及び下側バックアップロール４ｂによって構成されるバックアップロール４と、圧延材１に圧延荷重を作用させる圧下手段５と、圧延荷重を検出する圧延荷重検出手段６と、ロールの回転数を検出するロール回転数検出器７と、バックアップロール４ａ，４ｂが１回転する毎に所定の基準位置を検出するロール基準位置検出器８と、ワークロール３ａ，３ｂの間隙、即ち、ロールギャップを検出するロールギャップ検出器９とを備える。ここで、上側ワークロール３ａおよび上側バックアップロール４ａにより本発明の上側ロールセットを構成する一方、下側ワークロール３ｂおよび下側バックアップロール４ｂにより本発明の下側ロールセットを構成する。

また、図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る板厚制御装置は、圧延荷重上下配分手段１０と、圧延荷重上下変動抽出手段１１と、操作量演算手段１２と、ロールギャップ操作手段１３とを備えている。

圧延荷重上下配分手段１０は、ワークロール３ａ，３ｂ及びバックアップロール４ａ，４ｂの複数の回転位置において圧延荷重検出手段６により検出された圧延荷重を、上側ロールセットである上側ワークロール３ａ及び上側バックアップロール４ａで発生している上側圧延荷重と、下側ロールセットである下側ワークロール３ｂ及び下側バックアップロール４ｂで発生している下側圧延荷重との比に基づいて、上下に配分する。

圧延荷重上下変動抽出手段１１は、圧延荷重上下配分手段１０によって上下に配分された上側ロールセットおよび下側ロールセットの圧延荷重に基づいて、上側ロールセットおよび下側ロールセットの回転位置に関連して発生する上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値を抽出する。

操作量演算手段１２は、圧延荷重上下変動抽出手段１１によって別々に抽出された圧延荷重の上下の各変動成分に基づいて、圧延されている圧延材１の板厚変動を低減させるように、上記各回転位置に対応したロールギャップ指令値を演算するものである。

ロールギャップ操作手段１３は、操作量演算手段１２によって演算されたロールギャップ指令値に基づいて、上記各回転位置に対応してロールギャップを操作するものである。また、ロールギャップ操作手段１３は、例えば、ＭＭＣやＧＭ‐ＡＧＣによって得られたロールギャップ量に、上記操作量演算手段１２によって演算されたロールギャップ修正量を加えた値をロールギャップの設定値として、圧下手段５を制御する。

なお、以下の説明においては、一例として、上下２つのワークロール３ａ，３ｂ及び上下２つのバックアップロール４ａ，４ｂの４ロールで構成される４Ｈｉミルの場合について説明するが、これに限定されるものではなく、ワークロール上下２個のみで構成されるいわゆる２Ｈｉミルの場合でも、ワークロール上下２個、中間ロール上下２個、バックアップロール上下２個の６ロールで構成されるいわゆる６Ｈｉミルの場合でも、その他の場合でも同様に考えることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る板厚制御装置は、上記のように構成され、圧延材１は、出側で所望の板厚となるように、ロールギャップと速度とが適切に調整されたワークロール３ａ，３ｂによって圧延される。ここで、ワークロール３ａ，３ｂは、ワークロール３ａ，３ｂが上側バックアップロール４ａに上方から支えられ、下側ワークロール３ａ，３ｂが下側バックアップロール４ｂに下方から支えられることにより、ロール幅方向のたわみが少なくなるように構成される。また、バックアップロール４ａ，４ｂは、圧延機ハウジング２に対して回動自在に支持されており、圧延材１に作用させる圧延荷重にも十分に耐え得る構造を成している。

圧下手段５は、電動機制御によるもの（電動圧下という）、油圧制御によるもの（油圧圧下という）の２種類が存在するが、油圧圧下の方が高速応答を得やすい。このため、ロール偏芯による外乱のように短い周期の波成分に対応して圧延荷重制御を実施するには、一般に、高速応答が可能な油圧圧下が採用される。また、ワークロール３ａ，３ｂの間隙、即ち、ロールギャップは、圧下手段５によって調整される。

圧延荷重検出手段６は、例えば、圧延機ハウジング２と圧下手段５との間に埋め込まれたロードセル（Ｌｏａｄ Ｃｅｌｌ）によって圧延荷重を直接的に測定する方法や、油圧圧下手段で検出される圧力から圧延荷重を計算する方法等によって、圧延荷重を検出するものである。

ロール回転数検出器７は、ワークロール３ａ，３ｂやこのワークロール３ａ，３ｂを駆動する電動機の軸（図示せず）に設けられ、ワークロール３ａ，３ｂ等の回転数を検出するものである。ここで、ロール回転数検出器７は、例えば、ワークロール３ａ，３ｂの回転角度に応じたパルスを出力するパルス出力手段と、パルス出力手段から出力されたパルスを検出してワークロール３ａ，３ｂの回転角度を演算する角度演算手段とを備えることにより、ワークロール３ａ，３ｂの回転数の検出とともに、より詳細な回転角度を検出できるように構成される。なお、ワークロール３ａ，３ｂとバックアップロール４ａ，４ｂとの直径の比が既知である場合、ロール回転数検出器７によって検出されたワークロール３ａ，３ｂの回転数と回転角度とに基づいて、ワークロール３ａ，３ｂとバックアップロール４ａ，４ｂとの間にスリップがない場合におけるバックアップロール４ａ，４ｂの回転数と回転角度とを容易に演算することができる。

ロール基準位置検出器８は、例えば、バックアップロール４ａ，４ｂが１回転する度に、近接スイッチ等のセンサがバックアップロール４ａ，４ｂに設けられた被検出体を検出すること等によって基準位置を検出するものである。また、例えば、パルスジュネレータ（Pulse Generator）を利用することにより、バックアップロール４ａ，４ｂの回転角度に依存したパルスを取り出し、バックアップロール４ａ，４ｂの回転角度を検出することによって基準位置を検出する。なお、図１ではロール基準位置検出器８を上側バックアップロール４ａにのみ取り付けた場合を示しているが、バックアップロール４ａ，４ｂにロール基準位置検出器８を取り付けて、バックアップロール４ａ，４ｂの各基準位置を検出するように構成しても良い。

ロールギャップ検出器９は、例えば、バックアップロール４ａ，４ｂと圧下手段５との間に設けられ、間接的にワークロール３ａ，３ｂの間に形成されるロールギャップを検出するものである。

次に、図２〜図６を参照して、第１の実施の形態に係る板厚制御装置の動作について、特に、圧延荷重上下配分手段１０、圧延荷重上下変動抽出手段１１、操作量演算手段１２の各構成及び動作を具体的に説明する。

図２は、第１の実施の形態に係る板厚制御装置にて測定される圧延荷重の概念を示す図である。図２では、ロール偏芯が生じていない場合における圧延荷重１０１と、ロール偏芯が生じている場合における圧延荷重１０２とを示しており、ｔ１時点からｔ２時点までがバックアップロール４ａ，４ｂにおける１回転分である。

図２に示すように、圧延荷重１０１は、バックアップロール４ａ，４ｂ等にロール偏芯が生じていない場合でも、圧延材１の温度変化や板厚変化等によって、時間ｔ、即ち、ロールの回転とともに変動する。

一方、バックアップロール４ａ，４ｂ等にロール偏芯が生じている場合には、圧延荷重１０２は、ロール偏芯以外による圧延荷重変動に、ロール偏芯による圧延荷重の変動成分を重ね合わせたものとして表される。なお、以下に説明する板厚制御装置における具体的制御は、ロール偏芯による圧延荷重変動とロール偏芯以外による圧延荷重変動とを的確に分離するとともに、ロール偏芯による圧延荷重変動を本板厚制御装置で制御し、ロール偏芯以外による圧延荷重変動を上記ＭＭＣやＧＭ‐ＡＧＣで制御することが基本的な考えである。

次に、図３に基づいて、圧延荷重上下変動抽出手段１１等の各構成及び動作を説明する際に必要な事項について説明する。

図３は、ワークロール（ＷＲ）３ａ，３ｂ及びバックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの位置関係を説明するための図である。

図３に示すように、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂには、回転位置検出用に位置目盛１４が付されている。また、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの一部に予め設定され、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの回転に連動して回転する基準位置４ｃを示している。

位置目盛１４は、例えば、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの周囲を取り囲むように、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの直近外側に設けられ、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの全周をｎ等分するように、即ち、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの回転軸を中心として所定角度（３６０／ｎ度）毎に、目盛が設けられる。そして、位置目盛１４の基準位置１４ａ（固定された基準位置）を０として、第（ｎ−１）まで番号付けされる。なお、上記nは、例えばn＝３０〜４０程度の値が設定される。ここで、上記位置目盛１４は圧延荷重上下変動抽出手段１１等を説明するために設けられたものであり、実際の機器類に目盛自体は付されていなくても良い。

ここで、θ_ＷT０は、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの基準位置４ｃが、固定された基準位置１４ａに一致する際のワークロール３の回転角度、θ_ＷTは、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂがθ_BTだけ回転した後のワークロール３の回転角度である。ここで、上記θは角度を表し、添え字の左側Ｗはワークロール３、Ｂはバックアップロール４を、添え字の右側Tは上側、Ｂは下側をそれぞれ表している。なお、以下においては、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの回転角度とは、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの基準位置４ｃが、固定された基準位置１４ａからバックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの回転に連動して移動する角度を表すものとする。例えば、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの回転角度が９０度であるとは、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの基準位置４ｃが、固定された基準位置１４ａからバックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの回転方向に９０度の回転した位置にあることを示している。また、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの回転角度が位置目盛１４の最も近接する目盛（例えば、位置目盛１４のｊ番目の目盛）にある状態を、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの回転角度番号がｊであるとして説明する。

なお、上記バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの基準位置４ｃ及び固定された基準位置１４ａに、近接センサ等のセンサとこのセンサによって検出される被検出体とを埋め込むことにより、上記センサ及び被検出体によってロール基準位置検出器８を構成しても良い。かかる場合、例えば、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの基準位置４ｃに設けられた近接センサが、バックアップロール４とともに回転して固定された基準位置１４ａに達することにより、基準位置１４ａに埋め込まれた被検出体が上記近接センサによって検出される。即ち、バックアップロール（ＢＵＲ）４ａ，４ｂの基準位置４ｃが、固定された基準位置１４ａを通過したと認識される。なお、ロール基準位置検出器８は、本発明には必須のものではない。

固定された基準位置０からｎ−１までの分割位置を、後述する図５における圧延荷重の記録エリア（図５中のＰ_０〜Ｐ_ｎ−１）の区分に等しくして、これらの分割位置における圧延荷重を記録エリアに格納する。一般にｎ＝３０〜９０程度の値が用いられる。ｎを大きくするには、制御器の演算処理能力が高くなくてはならないので、制御の細かさと演算能力の相反関係には注意する必要がある。

以下、バックアップロール回転角度とは、固定された基準位置からバックアップロール基準位置がバックアップロール４ａ，４ｂの回転にしたがって移動していく角度を表すものとする。例えば、バックアップロール回転角度が９０度であるとは、固定された基準位置からバックアップロール基準位置がバックアップロール４ａ，４ｂの回転方向に９０度の位置にあることを示す。またバックアップロール回転角度が前記位置目盛りの最も近い位置（たとえばi番目の位置目盛り）にあるとき、バックアップロール回転角度番号がｉであるとする。

次に、図４に基づいて、圧延荷重のロール偏芯に起因する変動成分を抽出する方法について説明する。

図４は、バックアップロールの回転角度の変化に伴う圧延荷重の変動を示す図である。図４において、バックアップロール４の基準位置４ｃが基準位置１４ａにある場合、即ち、バックアップロール４の回転角度番号が０の場合、圧延荷重はＰ１０を示しており、バックアップロール４の回転角度番号が１、２、３‥‥と進むにつれ、圧延荷重はＰ_１１、Ｐ_１２、Ｐ_１３‥‥と変化していく。そして、バックアップロール４が１回転して、回転角度番号が（ｎ−１）から再び０となり、圧延荷重Ｐ_２０が採取された時点で圧延荷重Ｐ_１０とＰ_２０とを直線１０３で結ぶと、この直線１０３が、ロール偏芯による圧延荷重変動を除いた圧延荷重と見なすことができる。したがって、ロール偏芯による圧延荷重変動は、各回転角度番号において測定した圧延荷重Ｐ_１１、Ｐ_１２、Ｐ_１３…Ｐ_２０と上記直線との差から求めることができる。

なお、実際に測定される圧延荷重Ｐ_ｉｊの値（実績値）には、温度変動・板厚変動・張力変動等による圧延荷重変動、ロール偏芯による圧延荷重変動に加え、ノイズ成分が含まれることが多い。このため、実際の圧延荷重Ｐ_ｉｊの実績値は図４に示すようななだらかな曲線上に分布する訳ではなく、上記直線を求めるために結ぶべき始点の圧延荷重Ｐ_ｉ０と終点の圧延荷重Ｐ_{（ｉ+１）０}とを特定することが困難な場合もある。そこで、圧延荷重Ｐ_ｉ０と圧延荷重Ｐ_{（ｉ+１）０}との変化が大きくないものと仮定すると、測定した各圧延荷重Ｐ_ｉ０、Ｐ_ｉ１、Ｐ_ｉ２、Ｐ_ｉ３…Ｐ_{（ｉ+１）０}と、圧延荷重Ｐ_ｉ０、Ｐ_ｉ１、Ｐ_ｉ２、Ｐ_ｉ３…Ｐ_{ｉ（ｎ−１）}のｎ個の平均値との差ΔＰ_ｉｊを、圧延荷重のロール偏芯に起因する変動成分と見なすことができる。この方法の利点は、圧延荷重の実績値の採取を（ｎ−１）区分目までに減少させることができ、また、ノイズ等による圧延荷重の変動にも強いことである。なお、圧延荷重の実績値にフィルタリング処理を施して、ノイズ成分を低減させることも有効な手段である。

＜板厚制御装置の動作＞
本発明の第１の実施の形態に係る板厚制御装置を説明する。

本発明の第１の実施の形態に係る板厚制御装置では、本装置の出側で所望の板厚となるように、圧延材１は適切にギャップと速度を調整された上下のワークロール３ａ，３ｂによって圧延される。ワークロール３ａ，３ｂは、バックアップロール４ａ，４ｂに支えられ、ロール幅方向のたわみが少なくなるようにしている。バックアップロール４ａ，４ｂは、圧延機ハウジング２に支持され、圧延材１による圧延荷重に耐えうる構造となっている。

上下のワークロール３ａ，３ｂのギャップは、圧下手段５によって調整される。圧下手段５は、電動機制御によるもの（電動圧下という）、油圧制御によるもの（油圧圧下という）の２種類あるが、後者の方が高速応答を得やすい。一般に短い周期のロール偏芯等の外乱を制御するには高速応答が必要なため、油圧圧下を用いることが多い。

圧延荷重検出手段６は、圧延荷重を検出する。圧延荷重の検出方法としては、圧延機ハウジング２と圧下手段５の間に埋め込まれ、圧延荷重を直接的に測定するロードセル（Ｌｏａｄ Ｃｅｌｌ）を用いる方法や、油圧圧下手段において検出する圧力から圧延荷重を計算する方法がある。

ロール回転数検出器７は、ワークロール３ａ，３ｂまたはワークロール３ａ，３ｂを駆動する電動機軸に取り付けられ、ロール回転数を検出する。ロール回転角度に応じたパルスを出力することが可能なものもあり、ロール回転角度の検出に用いられる場合もある。ワークロール３ａ，３ｂとバックアップロール４ａ，４ｂの直径の比がわかれば、ワークロール３ａ，３ｂとバックアップロール４ａ，４ｂの間にスリップがない場合、ワークロール３ａ，３ｂの回転数、回転角度からバックアップロール４ａ，４ｂの回転数、回転角度は容易に求められる。

次に、ロール基準位置検出器８は、バックアップロール４ａ，４ｂが１回転する度に近接スイッチ等により、基準位置を検出する。またはパルスジェネレータ（Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）などを取り付けて回転角度に依存してパルスを取り出し、回転角度そのものを検出してもよいが、少なくとも１回転ごとの基準位置を検出することが可能なものとする。バックアップロール４ａ，４ｂの両方あるいはいずれかに取り付けられたものが図１の場合である。しかしながら、ロール基準位置検出器８が取り付けられていなくても、ワークロール３ａ，３ｂの回転角度がわかれば、ワークロール３ａ，３ｂとバックアップロール４ａ，４ｂの直径比から、バックアップロール４ａ，４ｂの回転角度を次式から計算することができる。

ここで、θ_Ｂは、バックアップロール４ａ，４ｂの回転角[ｒａd]、θ_Ｗは、ワークロール３ａ，３ｂの回転角[ｒａd]、Ｄ_Ｂは、バックアップロール４ａ，４ｂの直径[ｍｍ]、Ｄ_Ｗは、ワークロール３ａ，３ｂの直径[ｍｍ]である。なお、前述の如く、図１におけるロール基準位置検出器８は、本発明には必須のものではない。

次に、ロールギャップ検出器９は、バックアップロール４ａ，４ｂと圧下手段５の間に設置され、間接的にワークロール３ａ，３ｂのギャップを検出する。

そして、圧延荷重上下配分手段１０は、圧延荷重検出手段６によって検出された圧延荷重Ｐを、上側バックアップロール４ａと、下側バックアップロール４ｂとに個別に発生するものと仮定して、上側バックアップロール４ａに発生する圧延荷重Ｐ_Ｔと、下側バックアップロール４ｂに発生する圧延荷重Ｐ_Ｂとに分離して、圧延荷重上下変動抽出手段１１に出力する。

次に、図５に基づいて、上記圧延荷重上下変動抽出手段１１および操作量演算手段１２の具体的構成及び動作について説明する。

図５は、第１の実施の形態に係る板厚制御装置の圧延荷重上下変動抽出手段１１および操作量演算手段１２の構成例を詳細に示す構成図である。

図５において、圧延荷重上下変動抽出手段１１は、上側荷重変動抽出手段１１１と、下側荷重変動抽出手段１１２とを有している。

上側荷重変動抽出手段１１１は、圧延荷重上下配分手段１０によって分離された圧延荷重Ｐ_Ｔに基づいて、上側バックアップロール４ａの複数の回転位置における圧延荷重Ｐ_Ｔｊのロール偏芯に起因する変動成分を抽出するものである。

下側荷重変動抽出手段１１２は、圧延荷重上下配分手段１０によって分離された圧延荷重Ｐ_Ｂに基づいて、下側バックアップロール４ｂの複数の回転位置における圧延荷重Ｐ_Ｂｊのロール偏芯に起因する変動成分を抽出するものである。

また、上側荷重変動抽出手段１１１は、圧延荷重記録手段１１１ａ、平均値演算手段１１１ｂ、偏差演算手段１１１ｃを有している。同様に、下側荷重変動抽出手段１１２も、圧延荷重記録手段１１２ａ、平均値演算手段１１２ｂ、偏差演算手段１１２ｃを備えている。

圧延荷重記録手段１１１ａは、バックアップロール４ａ，４ｂの各回転角度番号にそれぞれ対応して設けられたｎ個の圧延荷重記録手段である。各圧延荷重記録手段１１１ａには、バックアップロール４ａ，４ｂが対応する回転角度番号に達した際の圧延荷重Ｐ_Ｔｊが所定期間記録される。

平均値演算手段１１１ｂは、各圧延荷重記録手段１１１ａに記録された圧延荷重Ｐ_Ｔｊに基づいて、バックアップロール４ａ，４ｂが一回転する間に検出されたｎ個の圧延荷重Ｐ_Ｔｊ（ｊ＝０〜（ｎ−１））の平均値を演算するものである。

偏差演算手段１１１ｃは、各圧延荷重記録手段１１１ａにそれぞれ対応して設けられ、夫々、対応する圧延荷重記録手段１１１ａに記録された圧延荷重Ｐ_Ｔｊの上記平均値からの偏差ΔＰ_Ｔｊを、バックアップロール４ａ，４ｂが一回転する毎に演算して出力するものである。なお、下側荷重変動抽出手段１１２の圧延荷重記録手段１１２ａ、平均値演算手段１１２ｂ、偏差演算手段１１２ｃも同様である。

操作量演算手段１２は、上側加算手段１２１、下側加算手段１２２、上側スイッチ１２３、下側スイッチ１２４、ロールギャップ修正量演算手段１２５を有する。

上側加算手段１２１は、上側荷重変動抽出手段１１１から出力された、圧延荷重Ｐ_Ｔｊのロール偏芯による変動成分を、回転角度番号毎に加算するものである。

下側加算手段１２２は、下側荷重変動抽出手段１１２から出力された、圧延荷重Ｐ_Ｂｊのロール偏芯による変動成分を、回転角度番号毎に加算するものである。

上側スイッチ１２３は、上側加算手段１２１によって回転角度番号毎に加算された、圧延荷重Ｐ_Ｔｊのロール偏芯による変動成分、すなわち圧延荷重Ｐ_Ｔｊの偏差である上側圧延荷重変動値をバックアップロール４ａの回転角度番号に応じて出力するものである。

下側スイッチ１２４は、下側加算手段１２２によって回転角度番号毎に加算された、圧延荷重Ｐ_Ｂｊのロール偏芯による変動成分、すなわち圧延荷重Ｐ_Ｂｊの偏差である下側圧延荷重変動値をバックアップロール４ｂの回転角度番号に応じて出力するものである。

ロールギャップ修正量演算手段１２５は、上側スイッチ１２３の出力値と下側スイッチ１２４の出力値とに基づいて、バックアップロール４ａ，４ｂの回転角度番号に応じたロールギャップの修正量を演算するものである。

ここで、上側加算手段１２１と下側加算手段１２２、並びに、上側スイッチ１２３と下側スイッチ１２４とは、それぞれ同様の構成を有している。例えば、上側加算手段１２１には、リミット１２１ａ、スイッチ１２１ｂ、加算器１２１ｃが備えられている。ここで、リミット１２１ａは、各偏差演算手段１１１ｃから入力される偏差ΔＰ_Ｔｊの上下限をチェックする。スイッチ１２１ｂは、上側バックアップロール４ａが一回転する毎に、即ち、平均値演算手段１１１ｂでの平均値の演算が終了する毎にオンされて、リミット１２１ａから入力される偏差ΔＰ_Ｔｊを同時に出力する。加算器１２１ｃは、上側バックアップロール４ａの各回転角度番号に対応して設けられ、スイッチ１２１ｂから出力される偏差を回転角度番号毎に加算するものである。上側スイッチ１２３と下側スイッチ１２４もそれぞれ同様の構成を有している。

次に、図５に示す圧延荷重上下変動抽出手段１１及び操作量演算手段１２の動作について説明する。

圧延荷重検出手段６では、１スタンド分の圧延荷重として１つの値しか採取することができない。そこで、圧延荷重上下配分手段１０は、例えば、次式により、圧延荷重検出手段６によって検出された圧延荷重Ｐを、上側バックアップロール４ａに発生する圧延荷重Ｐ_Ｔと、下側バックアップロール４ｂに発生する圧延荷重Ｐ_Ｂとに分離する。

ここで、
Ｐ_Ｔ：上側バックアップロール４ａに発生する圧延荷重
Ｐ_Ｂ：下側バックアップロール４ｂに発生する圧延荷重
Ｐ：トータル圧延荷重実績値（圧延圧延荷重検出手段による検出値）
Ｒ：上側バックアップロール４ａに発生する圧延荷重Ｐ_Ｔに配分すべきトータル圧延荷重Ｐに対する比
である。

ここで、第１の実施の形態では、具体的な値として、上側バックアップロール４ａに発生する圧延荷重Ｐ_Ｔに配分すべきトータル圧延荷重Ｐに対する比Ｒは、０．５の近傍の値、すなわちトータル圧延荷重実績値Ｐをバックアップロール４ａ，４ｂに発生する圧延荷重に配分するときに、Ｐの１／２に近い値を上下それぞれに配分する。これにより、上下一方の加算器１２１ｃ，１２２ｃにて、他方のバックアップロール４ａ，４ｂによるロール偏芯等による圧延荷重変動成分をほぼ打ち消すことができる。この理由については、後述する。

次に、圧延荷重上下変動抽出手段１１内では、圧延荷重記録手段１１１ａは、バックアップロール回転角度番号０，１，２，…，ｎ−１における圧延荷重を上側バックアップロール４ａが１回転する間保持し、平均値演算手段１１１ｂは、回転角度番号ｎ−１に到達した時点で、平均値を計算する。そして、偏差演算手段１１１ｃは、このバックアップロール回転角度番号０，１，２，…，ｎ−１における圧延荷重と、平均値との差をロール偏芯等による圧延荷重変動として操作量演算手段１２へ出力する。この場合において、平均値との差を取るのではなく、始点におけるＰ_０と終点におけるＰ_ｎから直線の式を演算し、その直線と各位置における圧延荷重の差を計算してもよい。

バックアップロール回転角度番号におけるロール偏芯等による圧延荷重変動は、リミット１２１ａ，１２２ａで上下限チェックされ、平均値の演算が終了した時点で、スイッチ１２１ｂ，１２２ｂを同時にＯＮして圧延荷重の偏差である圧延荷重変動値ΔＰ_０、ΔＰ_１、…、ΔＰ_ｎ−１を一斉にそれぞれ加算器（Σ_０、Σ_１、Σ_２、…、Σ_ｎ-１）１２１ｃ，１２２ｃに送りこみ、加算させる。

ここで、
Ｚｊ ：加算器Σｊの値
ｋ ：加算回数（一般にバックアップロール４ａ，４ｂの回転数に一致）
ｊ＝０〜ｎ−１
加算器（Σ_０、Σ_１、Σ_２、…、Σ_ｎ-１）１２１ｃ，１２２ｃは、当該圧延材１が圧延される前にゼロクリアされ、バックアップロール４ａ，４ｂが１回転し平均値の演算が終了するごとに１回ずつ圧延荷重の偏差を加算する。この手順が、上側加算手段１２１および下側加算手段１２２で実施される。

スイッチ１２３，１２４は、それぞれ、バックアップロール４ａ，４ｂの回転角度に対応して加算された圧延荷重の偏差である上側圧延荷重変動値ΔＰ_ＡＴ、下側圧延荷重変動値ΔＰ_ＢＴを取り出す。

つまり、バックアップロール基準位置が固定された基準位置０を通過した時点で、ＳＷ_０のみがＯＮされ、加算器１２１ｃのΣ_０からΔＰ_Ａ０が取り出される。バックアップロール基準位置が回転角度番号１に達した時点で、ＳＷ_１のみがＯＮされ、加算器１２１ｃのΣ_１からΔＰ_Ａ１が取り出される。この動作を、バックアップロール回転角度に対応したロール偏芯等による圧延荷重変動値のスイッチ１２３，１２４において繰り返し行う。

なお、各位置において加算するのは、一般的な制御則から簡単に導くことができる。すなわち本制御対象のように、制御対象に積分系がない場合、制御器側に積分器を入れて定常偏差を除去することは、制御則の上から妥当である。制御対象が連続系ではなく、離散値系であるため、積分器ではなく加算器１２１ｃ，１２２ｃとしているものである。

そして、図５における操作量演算手段１２を構成する上側加算手段１２１および上側スイッチ１２３が上側バックアップロール４ａによる圧延荷重の偏差（上側圧延荷重変動値）ΔＰ_ＡＴを算出する一方、下側加算手段１２２および下側スイッチ１２４が下側バックアップロール４ｂによる圧延荷重の偏差（下側圧延荷重変動値）ΔＰ_ＢＴを算出し、ロールギャップ修正量演算手段１２５が次の式６、式７により上側バックアップロール用ローギャップ修正量ΔＳ_Ｔと、下側バックアップロール用ローギャップ修正量ΔＳ_Ｂとを計算する。

そして、操作量であるロールギャップ修正量ΔＳは、ロールギャップも上下別々に操作できないので、ロールギャップ修正量演算手段１２５が、次の式８のように、上下のローギャップ修正量ΔＳ_Ｔと、ΔＳ_Ｂとを加算して出力する。

ここで、
Ｍ：ミル定数
Ｑ：圧延材の塑性係数
Ｋ_Ｔ：調整係数
ΔＳ_Ｔ：上側バックアップロール用ローギャップ修正量
ΔＳ_Ｂ：下側バックアップロール用ローギャップ修正量
ΔＳ：ローギャップ修正量
ΔＰ_ＡＴ：上側バックアップロールによる圧延荷重の偏差（上側圧延荷重変動値）
ΔＰ_ＢＴ：下側バックアップロールによる圧延荷重の偏差（下側圧延荷重変動値）
そして、ロールギャップ操作手段１３は、式８によるローギャップ修正量ΔＳを、ＭＭＣやＧＭ−ＡＧＣなどのロールギャップ量に加えて、圧下手段５に与える。

次に、上側バックアップロール４ａに発生する圧延荷重Ｐ_Ｔに配分すべきトータル圧延荷重Ｐに対する比Ｒを、０．５の近傍の値とすることの妥当性を以下に述べる。

バックアップロール４ａ，４ｂの回転周波数をω_Ｔ、ω_Ｂ[ｒａd／ｓ]、回転周期をＴ_Ｔ、Ｔ_Ｂ[ｓ]とすると、次式９、すなわち、

また、ｒを以下の式１０で表される比率とする。

ここでは、Ｄ_Ｔ＜Ｄ_Ｂ、すなわちｒ＜１と仮定する。ただし、この仮定はＲを０．５の近傍の値とすることの妥当性の制約にはならず、ｒ＞１でもよい。説明の都合によるものである。

バックアップロール４ａ，４ｂのロール偏芯量をそれぞれｙ_１、ｙ_２[ｍｍ]とし、位相差をθ_２とし、簡単のため振幅を１．０とすると、次式１１のように書ける。

以下、軸心移動距離で考えるが、軸心移動距離が圧延荷重の変動に直結するため、圧延荷重変動に置き換えて考えることもできる。

次に、前記式１１の関係を、図６に示す。

図６は、バックアップロール４ａ，４ｂのロール偏芯量ｙ_１、ｙ_２[ｍｍ]の時間変化の一例を示す図である。

上側バックアップロール回転角度が固定基準位置から出発して、回転角度番号ｊ（ｊ＝０〜ｎ−１）に達する時刻をＴ_０とすると、Ｔ_０は以下の式で表される。

上側ロール用加算器１２１ｃに積算される値は、上側バックアップロール４ａの位置ｊにおける上側バックアップロール４ａの軸心移動量の積算値Ｙ_Ｔ（ｊ）と、同じく上側バックアップロール４ａの位置jにおける下側バックアップロール４ｂの軸心移動量の積算値Ｙ_Ｂ（ｊ）の和である。Ｙ_Ｔ（ｊ）は、Ｔ_０を初期値として周期Ｔ_Ｔの積算値であるので、次式１３により計算される。

同様に、Ｙ_Ｂ（ｊ）も、Ｔ_０を初期値として周期Ｔ_Tの積算値であるので、次式１４により、より詳細には次式１５により計算される。

ここで、

となる整数ｍを決められると仮定すると、式１６を式１５に代入すると、式１５は、次の式１７となる。

ここで、円の全角２π[ｒａd]を−１／ｎ倍し、αに加算した角度のｓｉｎの積算値は０である。すなわちｍ個のｓｉｎ値が積算されるごとに、下側バックアップロール４ｂの軸心移動量の積算値Ｙ_Ｂ（ｊ）はゼロとなる。

また、式１６において、バックアップロール４ａ，４ｂ径の比により、必ずしも１／（１−ｒ）は整数とならないが、１／（１−ｒ）が整数に近い値となる場合に、その整数個のｓｉｎ値が積算されるごとに、Ｙ_Ｂ（ｊ）はゼロに近い値となる。

さらに、ここで、ｙ_１、ｙ_２の重畳であるビートＹは、式１と同様、次式１８で表される。

ω_T＞ω_Ｂの場合、長周期の周波数（ω_T−ω_Ｂ）／２は、Ｔ_Ｂ＝Ｔ_Ｔ／ｒより、

となる。

すなわち、式１６におけるｍは、ビートの長周期ｍ・Ｔ_Ｔを与え、ｍ・Ｔ_Ｔごとに下側バックアップロール４ｂの軸心移動量の積算値Ｙ_Ｂ（ｊ）がゼロになる。

また、式１３より、上側バックアップロール４ａの軸心移動量積算値Ｙ_T（ｊ）は、ロール偏芯制御なしの場合、単調増加であり、上側バックアップロール４ａが回転するごとに、下側バックアップロール４ｂの軸心移動量積算値Ｙ_Ｂ（ｊ）のＹ_Ｔ（ｊ）に対する比重は低下するため、図５に示した上側ロール用加算器１２１ｃには、上側バックアップロール４ａの上側ロール偏芯成分が主に積算される。

同様の考えにより、下側ロール用加算器１２２ｃには、下側バックアップロール４ｂのロール偏芯成分が主に積算される。

従って、上側圧延荷重Ｐ_Ｔに配分すべきトータル圧延荷重Ｐに対する比Ｒは、０．５の近傍の値、すなわちトータル圧延荷重実績値Ｐをバックアップロール４ａ，４ｂに発生する圧延荷重に配分するときには、Ｐの１／２に近い値を上下それぞれに配分すればよいことがわかる。

以上のように、第１の実施の形態の板厚制御装置によれば、キスロール荷重を使用することなく、金属材料を圧延中に測定される圧延荷重を用いて、ロール偏芯等、ロール回転位置に関連して発生する圧延荷重の変動成分、すなわちロール偏芯等による圧延荷重変動成分を抽出し、この圧延荷重変動を低減するように、当該圧延スタンドのロールギャップを操作することができる。

これにより、第１の実施の形態の板厚制御装置によれば、ロール偏芯等による圧延荷重の変動がある場合、その圧延荷重変動を抑え、圧延荷重変動による板厚変動を抑えることができ、圧延していないときの周波数分析により分析できない変動成分も制御でき、板厚計も不要でトラッキング誤差による精度低下も生じず、またバックアップロール４ａ，４ｂの直径に径差があっても高精度に制御でき、さらにはキスロール荷重を計測する必要もなくなる。その結果、実施の形態の板厚制御装置によれば、ロール管理が容易になり、設備制約もない、高精度な板厚制御装置、板厚制御方法、板厚制御プログラムを提供することができる。

特に、第１の実施の形態の板厚制御装置によれば、上側バックアップロール４ａに発生する圧延荷重Ｐ_Ｔに配分すべきトータル圧延荷重Ｐに対する比Ｒを、０．５の近傍の値に設定するようにしたため、トータル圧延荷重実績値Ｐをバックアップロール４ａ，４ｂに発生する圧延荷重に配分するときに、Ｐの１／２に近い値を上下それぞれに配分することになり、上下一方の加算器１２１ｃ，１２２ｃにて、他方のバックアップロール４ａ，４ｂによるロール偏芯等による圧延荷重変動成分をほぼ打ち消すことができる。

（第２の実施の形態）
バックアップロール４ａ，４ｂが十分回転した後には、図５における、上側加算手段１２１および下側加算手段１２２のうち、加算器１２１ｃ，１２２ｃの中には、上側バックアップロール４ａ，４ｂの偏芯に応じた値が蓄積されることは明白である。

つまり、ｊ番目の加算器１２１ｃに大きな値が蓄積されているということは、そのｊ番目の位置の偏芯量が大きいということである。下側の加算器１２１ｃでも同様である。

従って、本発明の第２の実施の形態に係る板厚制御装置では、これを利用して、バックアップロール４ａ，４ｂが十分回転した後は、上下加算器１２１ｃ，１２２ｃ群の値、すなわち、上下それぞれのバックアップロール４ａ，４ｂのロール偏芯量を同定し、これに基づき回転速度からロール偏芯の周波数や周期を計算するものである。

図７は、上側加算手段１２１の加算器１２１ｃに蓄えられた値の変化を示す説明図である。

図７では、横軸に加算器１２１ｃにおける加算器の番号をとり、縦軸に加算器１２１ｃにおける各加算器の値をとり、加算器１２１ｃにおける各加算器の値２０１（棒グラフ）と、各位置における加算の値から同定した正弦波２０２とを示している。

各加算器１２１ｃには、ノイズ等が含まれる場合があり、最小二乗法などで正弦波を求めることができる。

そして、操作量演算手段１２が、第２の実施の形態の荷重からロールギャップへの変換の式８を用いて、加算器１２１ｃ内に蓄えられた荷重の値から上側ワークロール３ａと下側ワークロール３ｂとの間のワークロールギャップ指令値を演算し、ロールギャップ操作手段１３が操作量演算手段１２によって演算されたワークロールギャップ指令値に基づいて、上側ワークロール３ａと下側ワークロール３ｂとの間のワークロールギャップを操作する。

以上のように、第２の実施の形態の板厚制御装置によれば、第１の実施の形態と同様に、キスロール荷重を使用することなく、金属材料を圧延中に測定される圧延荷重を用いて、ロール偏芯等、ロール回転位置に関連して発生する圧延荷重の変動成分、すなわちロール偏芯等による圧延荷重変動成分を抽出し、この圧延荷重変動を低減するように、当該圧延スタンドのロールギャップを操作することができる。

特に、第２の実施の形態の板厚制御装置では、バックアップロール４ａ，４ｂが十分回転した後は、上下加算器１２１ｃ，１２２ｃ群の値、すなわち、上下それぞれの上下それぞれのバックアップロール４ａ，４ｂのロール偏芯量を同定できることになり、バックアップロール４ａ，４ｂの回転速度からロール偏芯の周波数や周期を計算するようにしたので、簡単にロール偏芯の周波数や周期を求めることができ、圧延荷重変動を低減するように、当該圧延スタンドのロールギャップを操作することができると共に、上側圧延荷重Ｐ_Ｔに配分すべきトータル圧延荷重Ｐに対する比であるＲを０．５の近傍の値に設定するようにしたため、トータル圧延荷重実績値Ｐをバックアップロール４ａ，４ｂに発生する圧延荷重に配分するときに、Ｐの１／２に近い値を上下それぞれに配分することになり、上下一方の加算器１２１ｃ，１２２ｃにて、他方のバックアップロール４ａ，４ｂによるロール偏芯等による圧延荷重変動成分をほぼ打ち消すことができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態では、バックアップロール４ａ，４ｂ交換直後は、上側圧延荷重Ｐ_Ｔに配分すべきトータル圧延荷重Ｐに対する比であるＲを０．５と設定するが、バックアップロール４ａ，４ｂが十分回転した後、たとえば圧延材１本を圧延した後は、前記のごとく上下加算器１２１ｃ群の値に上下それぞれのバックアップロール４ａ，４ｂロール偏芯量を正弦波などの周期的関数で同定することができるので、バックアップロール４ａ，４ｂの同定後の正弦波の振幅の比を次材の比を、Ｒとして利用する。

例えば、バックアップロール４ａ，４ｂ交換直後に圧延した結果、上側バックアップロール４ａの加算器１２１ｃで同定した正弦波の振幅が０．９、下側バックアップロール４ｂの加算器１２１ｃで同定した正弦波の振幅が１．１であったとすると、Ｒ＝０．９／（０．９＋１．１）＝０．４５という比を次材に用いることができる。

また、周期的関数で同定することなく、加算に蓄えられる値の絶対値を計算することで、バックアップロール４ａ，４ｂのロール偏芯量の比を求めることができる。例えば、バックアップロール４ａ，４ｂ交換直後に圧延した結果、上側バックアップロール４ａの加算器１２１ｃのバックアップロール４ａ，４ｂの各位置における値の絶対値を加算した結果が例えば９．０、下側バックアップロール４ｂの加算器１２１ｃのバックアップロール４ａ，４ｂの各位置における値の絶対値を加算した結果が例えば１１．０であったとすると、Ｒ＝９／（９＋１１）＝０．４５という比を次材に用いることができる。

つまり、第３の実施の形態では、圧延荷重上下配分手段１０は、圧延荷重検出手段６によって検出された圧延荷重を上下に配分する比Ｒを、バックアップロール交換直後は０．５に設定し、バックアップロール交換後、次の圧延材以降は、現在の圧延材についての操作量演算手段１２における圧延荷重の偏差である上下の圧延荷重変動値ΔＰ_ＡＴ，ΔＰ_ＢＴの積算値を用いて周期関数の振幅を同定し、上側ワークロール３ａおよび上側ワバックアップロール４ａに対する振幅と、下側ワークロール３ｂおよび下側バックアップロール４ｂに対する振幅の合計値に対する比を設定するようにしても良いし、あるいは、圧延荷重検出手段６によって検出された圧延荷重を上下に配分する比Ｒを、バックアップロール交換直後は０．５に設定し、バックアップロール交換後、次の圧延材以降は、現在の圧延材の操作量演算手段１２における圧延荷重の偏差である圧延荷重変動値ΔＰ_ＡＴ，ΔＰ_ＢＴに基づいて設定するようにしても良い。

もちろん、この比にはノイズが含まれている虞があるので、次式２０で示すようなフィルタを用いて、ノイズの影響を低減することも可能である。

ここで、式２０において、
ｋ： 現在を表すインデックス
ｋ＋１： 次回用いられるべきことを示すインデックス
ｋ−１： 現在から１回前を表すインデックス
ｃ： フィルタリングのためのゲイン
である。

以上のように、第３の実施の形態の板厚制御装置によれば、第１，第２の実施の形態と同様に、キスロール荷重を使用することなく、金属材料を圧延中に測定される圧延荷重を用いて、ロール偏芯等、ロール回転位置に関連して発生する圧延荷重の変動成分を抽出し、この圧延荷重変動を低減するように、当該圧延スタンドのロールギャップを操作することができると共に、バックアップロール４ａ，４ｂ交換直後は、上側圧延荷重Ｐ_Ｔに配分すべきトータル圧延荷重Ｐに対する比であるＲを０．５の近傍の値に設定するようにしたため、トータル圧延荷重実績値Ｐをバックアップロール４ａ，４ｂに発生する圧延荷重に配分するときに、Ｐの１／２に近い値を上下それぞれに配分することになり、上下一方の加算器１２１ｃ，１２２ｃにて、他方のバックアップロール４ａ，４ｂによるロール偏芯等による圧延荷重変動成分をほぼ打ち消すことができる。

特に、本発明の第３の実施の形態の板厚制御装置では、バックアップロール４ａ，４ｂ交換直後は、上側圧延荷重Ｐ_Ｔに配分すべきトータル圧延荷重Ｐに対する比であるＲを０．５と設定するが、バックアップロール４ａ，４ｂが十分回転した後、たとえば圧延材１本を圧延した後は、上下加算器１２１ｃ群の値に上下の上下それぞれのバックアップロール４ａ，４ｂのロール偏芯量を正弦波などの周期的関数で同定することができるので、バックアップロール４ａ，４ｂの同定後の正弦波の振幅の比を次材の比を、Ｒとして利用することができ、簡単にロール偏芯の周波数や周期を求めることができ、圧延荷重変動を低減するように、当該圧延スタンドのロールギャップを操作することができる。

３…ワークロール
３ａ…上側ワークロール
３ｂ…下側ワークロール
４…バックアップロール
４ａ…上側バックアップロール
４ｂ…下側バックアップロール
５…圧下手段
６…圧延荷重検出手段
７…ロール回転数検出器
８…ロール基準位置検出器
９…ロールギャップ検出器
１０…圧延荷重上下配分手段
１１…圧延荷重上下変動抽出手段
１２…操作量演算手段
１３…ロールギャップ操作手段

産業上の利用の可能性

本発明は、熱間で金属材を圧延する熱間圧延装置に適用することができる。

Claims (6)

1. 上側ワークロールおよび上側バックアップロールの上側ロールセットと、下側ワークロールおよび下側バックアップロールの下側ロールセットとの間で金属材料を圧延することにより製造される圧延材の板厚変動を制御する板厚制御装置であって、
   前記金属材料に対する圧延荷重を検出する圧延荷重検出手段と、
   前記圧延荷重検出手段によって検出された圧延荷重を、前記上側ロールセットで発生している上側圧延荷重と、前記下側ロールセットで発生している下側圧延荷重との比に基づいて、上下に配分する圧延荷重上下配分手段と、
   前記圧延荷重上下配分手段によって上下に配分された前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの前記圧延荷重に基づいて、前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの回転位置に関連して発生する上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値を抽出する圧延荷重上下変動値抽出手段と、
   前記圧延荷重上下変動値抽出手段により抽出された前記上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップ指令値を演算する操作量演算手段と、
   前記操作量演算手段によって演算された前記ワークロールギャップ指令値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップを操作するロールギャップ操作手段と、
   を有することを特徴とする板厚制御装置。
2. 請求項１記載の板厚制御装置において、
   前記操作量演算手段は、
   前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットが所定時間以上回転するまでは、前記圧延荷重上下変動値抽出手段によって抽出された前記上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップ指令値を演算し、
   前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットが所定時間以上回転した場合、前記圧延荷重上下変動値抽出手段によって演算された前記圧延荷重変動値の積算値に基づいて前記上側バックアップロールおよび前記下側バックアップロールのロール偏芯量を同定し、同定したロール偏芯量に基づいて前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップ指令値を演算する、
   ことを特徴とする板厚制御装置。
3. 請求項１または請求項２のいずれか一の請求項に記載の板厚制御装置において、
   前記圧延荷重上下配分手段は、
   前記圧延荷重検出手段によって検出された圧延荷重を上下に配分する比を、前記上側バックアップロールおよび前記下側バックアップロール交換直後は０．５に設定し、前記上側バックアップロールおよび前記下側バックアップロール交換後、次の圧延材以降は、現在の圧延材の操作量演算手段における前記圧延荷重の偏差に基づいて設定する、
   ことを特徴とする板厚制御装置。
4. 請求項１または請求項２のいずれか一の請求項に記載の板厚制御装置において、
   前記圧延荷重上下配分手段は、
   前記圧延荷重検出手段によって検出された圧延荷重を上下に配分する比を、前記上側バックアップロールおよび前記下側バックアップロール交換直後は０．５に設定し、前記上側バックアップロールおよび前記下側バックアップロール交換後、次の圧延材以降は、現在の圧延材の操作量演算手段における前記圧延荷重変動値の積算値を用いて周期関数の振幅を同定し、上側のロールセットに対する振幅と、下側ロールセットに対する振幅との合計値に対する比を設定する、
   ことを特徴とする板厚制御装置。
5. 上側ワークロールおよび上側バックアップロールの上側ロールセットと、下側ワークロールおよび下側バックアップロールの下側ロールセットとの間で金属材料を圧延することにより製造される圧延材の板厚変動を制御する板厚制御方法であって、
   前記金属材料に対する圧延荷重を検出するステップと、
   検出された圧延荷重を、前記上側ロールセットで発生している上側圧延荷重と、前記下側ロールセットで発生している下側圧延荷重との比に基づいて、上下に配分するステップと、
   前記上下に配分された前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの前記圧延荷重に基づいて、前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの回転位置に関連して発生する上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値を抽出するステップと、
   前記抽出された前記上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップ指令値を演算するステップと、
   前記演算された前記ワークロールギャップ指令値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップを操作するステップと、
   を有することを特徴とする板厚制御方法。
6. 上側ワークロールおよび上側バックアップロールの上側ロールセットと、下側ワークロールおよび下側バックアップロールの下側ロールセットとの間で金属材料を圧延することにより製造される圧延材の板厚変動を制御することをコンピュータに実行させるための板厚制御プログラムであって、
   前記金属材料に対する圧延荷重を検出するステップと、
   検出された圧延荷重を、前記上側ロールセットで発生している上側圧延荷重と、前記下側ロールセットで発生している下側圧延荷重との比に基づいて、上下に配分するステップと、
   前記上下に配分された前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの前記圧延荷重に基づいて、前記上側ロールセットおよび前記下側ロールセットの回転位置に関連して発生する上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値を抽出するステップと、
   前記抽出された前記上側圧延荷重変動値および下側圧延荷重変動値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップ指令値を演算するステップと、
   前記演算された前記ワークロールギャップ指令値に基づいて、前記上側ワークロールと前記下側ワークロールとの間のワークロールギャップを操作するステップと、
   を、コンピュータに実行させるための板厚制御プログラム。

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