JPH11248444A - 移動中のストリップの平坦度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】上流側でのひずみ矯正作業を行なうために、正
確な測定結果、特に、ストリップの異なる部分と空間的
に関連づけた離散的測定値を非常に精細な分解能をもっ
て出力できるとともに、維持コストの低い設備を実現す
ることができる簡単で丈夫な装置を創出する。 【解決手段】装置は、圧縮によって変形可能な独立した
周辺領域を備えた測定ローラ１０（１０ｉ）を有し、セ
ンサ１３、（１３ｉ）は、ローラの変形可能な周辺領域
に固定連結され、ストリップの作用下でのその変形を検
出し、変形に応じた信号を生成する。利用回路がセンサ
の信号を受信して、そこからデータと制御信号を取り出
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、移動中のストリップ、特に、生
産ラインにおける金属ストリップの平坦度測定装置であ
って、ストリップに張力をかけることによりストリップ
に長手方向の張力を加えてストリップを巻き付けローラ
上に引っ張るための手段と、ストリップを周囲に巻き付
ける測定ローラであって、ストリップの局部的内部張力
を判定する信号を生成するセンサを設けた測定ローラと
を備えた装置に関する。

【０００２】本発明で意味するところにおいて、ストリ
ップあるいはプレートの平坦度とは、ストリップあるい
はプレートの内部応力の平衡度である。言い換えれば、
製品の内部応力の不均衡が大きいほど、製品の平坦性が
減り、その逆も成り立つ。

【０００３】多くの分野において、そして特に、エレク
トロニクスや類似の用途のための金属製品、電気や電子
装置、コネクタ、ケーブルコンポートの支持具、あるい
は湯沸かし器などの部品の製造において、金属ストリッ
プが圧延およびひずみ矯正作業などにより製造される。
このストリップは、つぎに、より小さなストリップ片に
分割され、部品が製造される。

【０００４】様々な作業の前に、圧延ロールによって加
えられる表面圧力により行われる圧延により、ストリッ
プの厚さが減小し、それに応じてストリップが長くな
る。

【０００５】実際には、圧延ロールの屈曲や膨脹によ
り、ストリップ厚の減小は、幅方向や長さ方向のいずれ
においても厳密に均一にはならない。このことは、局部
的内部圧縮応力および引張応力に変換される。これらの
応力は、シートメタルの局部的座屈（“ふくれ”、“し
わ”）を避けられる程度に小さく保たれれば、製造され
たストリップに目に見える影響を及ぼすことはない。

【０００６】しかしながら、このストリップを上記製品
の製造に供する小さいストリップ片に分割すると、この
平衡が破られ、小さいストリップ片は内部応力の作用を
受けて不規則に変形してしまう。

【０００７】製品を切り出すために設定される仕様、特
に幾何学的仕様はますます厳しくなってきている。たわ
み許容範囲を守り、剪断作業を容易にし、ストリップの
剪断後のばりの発生を防ぐためには、ストリップは、ス
プリッタへの投入時にいかなる内部張力も持たない状態
にしなければならない。

【０００８】局部的内部応力の測定によってストリップ
におけるこのような欠陥を検出するための設備や装置も
存在する。しかしながら、このような公知の装置は、非
常に複雑で高価である。

【０００９】すなわち、この装置は、平坦度が測定すな
わち判定されるストリップが巻き付けられる剛体の回転
式測定ローラからなる。このローラには、その外表面に
組み込まれた圧力センサが設けられている。これらの圧
力センサは測定ローラに固定され、ともに回転する。し
たがって、すべり接触によって信号を伝送する必要があ
るが、これは、圧力センサによって与えられる低レベル
の信号を受ける非常に複雑な手段を必要とする難しい技
術的問題である。

【００１０】本発明の目的は、これらの問題を取り除
き、上流側でのひずみ矯正作業を行なうために、正確な
測定結果、特に、ストリップの異なる部分と空間的に関
連づけた離散的測定値を非常に精細な分解能をもって出
力できるとともに、維持コストの低い設備を実現するこ
とができる簡単で丈夫な装置を創出することである。

【００１１】この目的のために、本発明は、 − 測定ローラが、圧縮によって変形可能な複数の独立
した周辺領域を有し、 − センサは、ローラの変形可能な周辺領域に固定連結
され、ストリップの作用下での周辺領域の変形を検出
し、変形に応じた信号を発生し、 − 利用回路が、センサの信号を受信してそこからデー
タと制御信号を取り出すことを特徴とする上記に定義し
たタイプの装置に関する。

【００１２】さらに好ましい特徴によれば、 − 測定ローラの変形可能な周辺領域の各々は、リング
によって形成され、 − 複数のリングは互いに独立して並置され、２つの基
準シリンダ上に支えられ、 − 少なくとも一つのセンサが、リングの各々に連結さ
れてストリップの作用下にあるリングの変形を検出し、 − 複数のリングは、互いに回転するように固定されて
いる。

【００１３】複数のリングごとに２つの対向するセンサ
を搭載し、対応するリングの直径方向平坦化（単に半径
方向平坦化ではない）を測定することにより、測定値の
数値解析が非常に簡単になり、巻き付け圧力に応じて先
天的に変化するサポートローラ（“基準シリンダ”）の
降伏量を付加的に補正する必要をなくすことにより、そ
の精度が高くなる。

【００１４】別の好ましい特徴によれば、複数のリング
は同様のものである。

【００１５】本発明による装置は、特に、測定ローラが
並置リングによって形成される場合に、かなりシンプル
な構造をもつ。この装置は、ロールミルやくせ取り機の
出力側において、冶金加工のための生産ラインに容易に
組み込める。平坦度、すなわち、測定ローラ（すなわち
測定ローラを構成しているリング）の変形に関連するパ
ラメータの検出は、固定された距離センサにより行なわ
れる。これにより、信号の伝送における問題が解消され
る。

【００１６】変形可能な周辺領域すなわち測定ローラを
構成している複数のリングの幅は、分解能の所望の精細
度に応じて選択される。

【００１７】ストリップは、測定ローラの複数のリング
にそれぞれ当接される複数の比較的小さいストリップ片
に理論的に分割される。この小さいストリップ片が大き
い引張応力を有する場合、これは、複数のリング上に作
用して複数のリングを平坦化する圧縮力に変換される。
平坦化は、センサによって検出され、このセンサは、こ
の小さいストリップ片に対応する位置に分布している内
部応力に応じた信号を供給する。

【００１８】仕上げミルやひずみ矯正機の出力側におい
て平坦度測定ローラによって測定されたストリップの内
部応力のプロフィルを継続的に測定することにより、圧
延ロールのキャンバーやブレーシング、ひずみ矯正カセ
ットの振れや曲率など、これらの機械の作動ギヤすべて
の最適な調整が可能となる。

【００１９】複数のリングを高度に正確に製造すること
は、各リングの２つの面をその回転軸に完全に直交させ
るための一連の垂直加工作業に対応する。

【００２０】バランスが良好なだけでなく完全に平行で
なければならないサポートローラの製造にも、同様な注
意と正確さが適用されなければならない。

【００２１】最後に、リングの製造の精度と、そして特
に、リングの表面の平坦度とリングの軸に対する表面の
垂直性は、リング間の摩擦を最小に減少させる、すなわ
ち、各リングは、他のリングとは独立して、サポートロ
ーラ上で変形可能である。

【００２２】本発明は、添付された図面に概要を示され
た種々の実施例の助力によって以下に一層詳細に説明さ
れる。

【００２３】図１によれば、本発明は、移動中の、すな
わち、矢印Ａの方向に進行するストリップ１の平坦度を
測定する装置に関する。理想的には、いかなるストリッ
プでもよいが、本発明は特に、金属ストリップに関し、
とりわけ、特性を検査し、上流側の設備の動作を補正す
るために、製造工程から出力される非鉄金属ストリップ
に関する。この装置は、複数の周辺領域ごとに変形可能
な測定ローラ１０から構成される。このローラは、一組
の並置された複数の同様のリングによって形成され、こ
れらのリングは互いに独立して同じ速度で回転するた
め、測定値についての平均をとることにより各リングの
製造欠陥の良好な補正が達成される。

【００２４】複数のリング同士は、互いに自由にスライ
ド可能であり、自由に平坦化されるために互いに独立し
ている。これらのリングは、図１の平面に対して直交す
る軸ＸＸを有する。

【００２５】一例として、図示されていないが、リング
は、一方の縁部に設けたピンと、対応する位置に設けら
れ反対側の縁部にあるピンの寸法よりも大きい寸法の凹
部を有する。このように形成されたリングは、これらの
ピン凹部連結によって連結されるとともに、リングが互
いに自由に変形可能であるために十分な遊びを残してい
る。

【００２６】変形可能な（非常に小さいが十分な範囲内
での）複数のリングから上記のように形成された変形可
能な測定ローラは、図２、３、４を用いて説明するよう
に、ストリップの内部応力の検出を可能とする。簡略化
のため、この一組のリングは上記のローラと等価である
から、同じ参照番号を付して示す。

【００２７】一組のリング１０は、２つの支持シリンダ
１１と１２によって支持される。測定すべきストリップ
１は、図中、２つの半径Ｒ１とＲ２の間にはさまれた巻
き付け角度２ψをもって一組のリング１０に支えられて
いる。

【００２８】ストリップ１によりリング１０上に加えら
れる平坦化力Ｐ、すなわち、より正確には、各リング１
０上に押し当てられるストリップ１の個々の理論上の要
素としての小さいストリップ片により加えられる力は、
実質的に巻き付け角度の二等分線に沿って各リング１０
ｉの平坦化をもたらす。

【００２９】この平坦化は、好ましくは一組のリング１
０の内部に配置された一組のセンサ１３（１３ｉ）によ
って測定される。これらのセンサ１３ｉは、リング１０
の内部が空洞でアクセス可能であるため、固定して搭載
される。これらのセンサ１３ｉの各々は、対応するリン
グ１０ｉの変形に関する信号を供給する。この信号を伝
送するための配線や、本装置が組み込まれている設備を
制御するためにこの信号を利用する利用回路は、図示さ
れていない。

【００３０】さらに、この設備は、直径方向でセンサ１
３ｉに整列され一組のリング１０ｉの外側の下方に配置
された一連のセンサ１４ｉにより完成させてもよい。ま
た、内部センサ１３ｉを、取り付けやメインテナンスが
簡単なこれらの外部センサ１４ｉに置き換えることもで
きる。

【００３１】最後に、本装置には、巻き付け領域上に配
置した１組の外部センサ１５ｉを設けて、平坦度の測定
と平行してストリップを横断する断面形状の断面形状測
定を可能とすることもできる。

【００３２】図では１つしか見ることができないが、一
組のリング１０は、同じ幾何学的形状を有する。これら
のリングは非常に高精度に製造され、その外表面は好ま
しくは研磨され、リング上を通過していくストリップの
表面状態をいつかは損なってしまうような傷がつかない
ように非常に硬質である。

【００３３】これらのリングは、構造用鋼や工具鋼で製
造されることが好ましい。

【００３４】この設備によれば、測定装置をロールミル
台やひずみ矯正機の出力側に直接配置することもでき
る。この場合には、一組のリング１０は巻き付けローラ
を構成する。巻き付け圧力は、巻き付け角度とストリッ
プにかかる張力に大きく依存する。

【００３５】平坦度測定装置のローラ１０は、第２の実
施例において理解されるように、測定ローラ上のストリ
ップに加わる張力にかかわらず、圧力をほとんど一定に
保つ圧力ローラにかけられるストリップの支持部として
も機能し得る。

【００３６】センサ１３（１３ｉ）、１４（１４ｉ）、
１５（１５ｉ）は、取り付けが非常に簡単でリングと接
触せずリングによって磨耗することのない非接触形の誘
導性近接センサであることが好ましい。これらのセンサ
は非常にコンパクトで、その使用コストも低い。これら
のセンサが行う測定の正確度は非常に満足のゆくもので
ある。これらのセンサはアナログ出力信号を生成する。
これらの信号は、このまま用いることもできるし、ある
いは、デジタル信号に変換してもよい。

【００３７】測定の主要部について図２を参照して以下
に説明する。この図は、シリンダ１１と１２上のローラ
１０の支持点をあらわす２つの点支持部１１と１２上に
支えられた、半径Ｒのローラ１０を示している。力Ｐ
（ストリップの内部応力から生じる）がこのローラに加
えられる。測定は、２つの支持部１１と１２を通過する
半径によって形成される角度２θの二等分線に対して角
度βだけずらした軸ＡＡに沿って行なわれる。巻き付け
角度は２ψに等しい。

【００３８】測定軸ＡＡに沿って測定した直径方向平坦
化δは次式によって与えられる。ここで、Ｅはローラの
弾性係数を表わす。

【００３９】ローラの張力や剪断応力を考慮しない純曲
げたわみの解析的計算により、巻き付け圧力と直径方向
平坦化の間に次の一次方程式が与えられる（この場合、
巻き付け角度は２ψに等しい）。

【００４０】

【数１】 ここで、 Ｉ＝１／１２×（厚さ^３×幅） 上述した平坦度測定方法は、特に金属ストリップ、とり
わけ電気やエレクトロニクスの分野において製造に用い
られる銅や銅合金ストリップなどの非鉄金属ストリップ
の平坦度の測定を目的としている。この場合、この測定
方法を用いるプロセスと装置は、移動中のストリップを
受け、ストリップの移動の間中測定が行われる。これら
の測定は通常、不連続的に行われる。

【００４１】図３および図４によれば、ストリップ１は
巻き付け角度αをもって、測定ローラ１０の周囲に延在
する。その結果、ストリップ１により、測定ローラ１０
に圧力Ｐが加えられ、平坦化による直径方向の変形を引
き起こす。ローラの直径Ｄはδだけ減少し、これはセン
サによって測定される。

【００４２】ストリップ１をより小さいストリップ片に
分解した場合、そして、あるひとつの小さいストリップ
片が引張応力Ｓｉを有する場合、このストリップにより
巻き付け角度αについてローラ１０に加えられる圧縮力
Ｐは、次式によって得られる。

【００４３】 Ｐｉ＝２ ｅ ｌ． Ｓｉ・Ｓｉｎ α／２ この圧縮によってローラの平坦化δｉが生じ、この平坦
化は圧縮力δｉ＝Ｋ・Ｐｉに比例する。定数Ｋは、ロー
ラとその支持部の幾何学的形状と物理的特性によっての
み決まる数である。

【００４４】センサの技術によれば、測定ローラのゼロ
リセット手順や自動再較正が用いられる。測定値の取得
と処理がデジタルであれば、このような作業はすべてよ
り簡単になる。各リングを較正するためには、リング上
にローラを、理想的には異なる負荷をもって押圧し、対
応する平坦化を測定すればよい。

【００４５】最後に、リングの内径と外側アラインメン
ト間の直径差欠陥を自動的に補正するために、直径方向
平坦化の測定（対向する２つの半径方向変位の合計）
が、リングとストリップの接触の下での単純な半径方向
測定に優先して行われる。内部応力は１メートル未満の
長さに対しては大きく変動することはないため、半回転
ごとに測った２つの（半径方向）平坦化測定値の算術平
均により、偏りを生じることなく、同様にして直径差欠
陥が補正される。半回転ごとに測定した２つの（直径方
向）平坦化測定値の算術平均もやはり、周期的な「楕円
化」の欠陥を補正する。３分の１回転ごとに測定した３
つの（あるいは４つの）（直径方向）平坦化測定値の算
術平均は、「３枚ローブ状」（あるいは四葉クローバ
型）の周期的欠陥をそれぞれ補正する。要するに、これ
ら４つのタイプの欠陥のいかなる組み合わせも、問題の
平坦化測定値が１２個の直径方向平坦化測定値の算術平
均であれば、偏りを生じることなく補正されることにな
る。最適条件として、１回転につき２４個の測定値に固
定することができる。この解析（あるいは、例えば高速
フーリエ変換に基づく単純な方法に基づいた、基本的に
同等の任意の解析）により、測定ローラのリングの機械
加工の仕様を大幅に緩和することができる。一方、これ
は、リングが互いに回転するように固定されることを必
要とする。理想的には、パルスは、周期的に、例えば、
測定シリンダ自身の回転により１２分の１回転ごとに発
生され、その時点ですべてのリングの平坦化測定値の取
得をトリガする。

【００４６】数値例として、リングは、通常、直径数百
ミリメートル、厚さ約１０ミリメートル程度である。測
定される平坦化は、１ミリメートルの１０分の１程度で
ある。残留応力の変化による変動は、１ミリメートルの
百分の１程度である。

【００４７】図５および図６によれば、本発明による装
置の第１の実施例は、幾何学的軸ＸＸ上に配置された個
々のリング１１０_１、…、１１０_３、…、１１０_７から
なる測定ローラ１１０を備えている。これらのリング
は、プレート１２０、１２１によって側方で支持され、
これらのプレートは、リング１１０_２に連結したセンサ
１１３_２および１１５_２やリング１１０_６に連結したセ
ンサ１１３_６および１１５_６などを備えた固定シャフト
によって支持されたボールベアリング１２２と１２３に
よって自由に回転可能し得るように設けられている。外
側のリング１１０_１と１００_７が、ベアリング１２０と
１２１のレベルにおいて測定ローラ１１０を完成させ、
中間のリングの保持とその回転を容易にしている。これ
らの端面リング１１０_１と１１０_７にはセンサは連結さ
れておらず、必要に応じて、これらのリングは、測定さ
れるストリップの縁部を受けとめる（図示せず）。

【００４８】ローラ１１０は、装置のフレームのプレー
ト１２５と１２６に搭載された２つのシリンダ１１１と
１１２上に載置されている。

【００４９】さまざまな付属品、特に、電子的利用回路
にセンサを接続する電気的接続部や配線は図示されてい
ない。

【００５０】センサ１１３_２、…、１１３_６および１１
５_２、…、１１５_６の配線は、リングのみが回転し、セ
ンサは回転しないため、何ら問題はない。

【００５１】図７および図８に本発明による平坦度測定
装置の別の変形例を示す。

【００５２】この装置は、先の実施例と同様に、測定ロ
ーラ２２０からなり、この場合、この測定ローラは、装
置のプレート２２５と２２６に搭載された２つの支持シ
リンダ上に支えられた１０個の回転自在なリング２２０
_１、…、２２０_１０によって形成されている。

【００５３】外側リング２２０_１−２２０_１０が、ロー
ルベアリング２２２および２２３によって支持された端
面部材２２０と２２１上に搭載されている。

【００５４】測定すべきストリップ２０１が移動しロー
ラ２２０上に巻き付けられ、アーム２４１に支持されジ
ャッキ２４２により制御される圧力ローラ２４０により
歪を与えられる。ストリップ２０１に一定の力を加える
このピボットシステムは図７において異なる２つの位置
に示されている。

【００５５】出力側において、ストリップは出力シリン
ダ２５０上を通過する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるストリップの平坦度測定装置の概
略断面図である。

【図２】各種の角度パラメータとリングに加えられる力
の作用点を示す力学的図である。

【図３】概説図である。

【図４】補足図である。

【図５】本発明による平坦度測定装置の第１の実施例の
側面図である。

【図６】図５の装置の正面図である。

【図７】本発明による平坦度測定装置の別の実施例の側
面図である。

【図８】図７に対応する簡略正面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック ブルゲン フランス共和国，60300 サンリ，ルュー オ フラジェルド 21

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動中のストリップ、特に生産ラインに
   おける金属ストリップの平坦度測定装置であって、 上記ストリップに張力をかけることにより上記ストリッ
   プに長手方向の張力を加えて上記ストリップを巻き付け
   ローラ上に引っ張るための手段と、 上記ストリップを周囲に巻き付ける測定ローラであっ
   て、上記ストリップの局部的内部張力を判定する信号を
   生成するセンサを設けた測定ローラとを備えた装置にお
   いて、 上記測定ローラ（１０、１０ｉ）は、圧縮によって変形
   可能な複数の独立した周辺領域を有し、 上記センサ（１３、１３ｉ）は、上記ローラの上記変形
   可能な周辺領域に固定連結され、上記ストリップの作用
   下でのその変形を検出し、変形に応じた信号を発生し、 利用回路が、上記センサの信号を受信してそこからデー
   タと制御信号をとり出すことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 上記測定ローラ（１０、１０ｉ）の変形
   可能な複数の周辺領域の各々がリングによって形成さ
   れ、 上記複数のリングは互いに独立して並置され、２つの基
   準シリンダ上に支えられ、 少なくとも１つのセンサ（１３、１３ｉ）が各リングに
   連結されて上記ストリップの作用下でのその変形を検出
   することを特徴とする請求項１の装置。
3. 【請求項３】 上記複数のリング（１０ｉ）は、互いに
   回転するように固定されていることを特徴とする請求項
   ２の装置。
4. 【請求項４】 上記複数のリング（１０ｉ）は同一のも
   のであることを特徴とする請求項２の装置。
5. 【請求項５】 上記複数のリング（１０ｉ）は金属製で
   あることを特徴とする請求項２の装置。
6. 【請求項６】 上記センサ（１３ｉ）が各リングに連結
   され、上記センサは上記リング（１０ｉ）内に配置され
   ていることを特徴とする請求項２の装置。
7. 【請求項７】 センサ（１４ｉ）は各リングに連結さ
   れ、上記センサは上記リングの外側に配置されているこ
   とを特徴とする請求項１の装置。
8. 【請求項８】 上記複数のリングに連結された上記セン
   サ（１３ｉあるいは１４ｉ）は、さらなる外部センサ
   （１５ｉ）により補足されて上記ストリップの横断面形
   状の相補的な特徴付けを可能とすることを特徴とする請
   求項７の装置。