JPS631132B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱間あるいは冷間の金属板圧延機の
板厚制御方法に係り、特に圧延機のロール偏心に
起因する板厚変動を抑制するのに好適な制御方法
に関する。

ロール偏心制御装置の基本的な公知技術には下
記のようなものがある。第一の方法は、オフライ
ンにてロール偏心量を測定記憶しておき、この記
憶値に基づいて偏心によるロール間隙の変動を相
殺する方向にプログラム制御する方法である。こ
の場合、同期信号はロールに取付けたロール回転
位置検出信号を用いる。第二の方法は、オンライ
ンにて板厚変動を荷重計または厚み計にて実測
し、この信号よりロール偏心に起因する量を相関
または波回路にて取り出し、これに基づいてロ
ール回転位置検出信号と同期を取りながら、制御
する方法である。

さらに第三の方法は、タンデム圧延機の場合、
第一または第二の方法で検出されたロール偏心に
基づく板厚信号を次スタンドのロール間隙または
前後面張力を予測的に制御する方法である。

次に、これらの公知技術について考察する。

金属材圧延機の板厚制御技術は、最近の油圧式
高応答ロール間隙制御装置と、帰還制御、予測制
御等の組み合わせにより、ほぼユーザーのニーズ
に応えられる水準に達している。しかし、この中
で金属板を圧延する圧延ロールの偏心に基づく板
厚変動の除去は必ずしも満足すべき状態にはな
い。圧延ロール自体はこのような弊害を除去する
ため、真円になるように細心の注意を払つて研削
され、かつ研削後ロールを支えるチヨツクに挿入
した場合の真円度を保持するため油膜式ベアリン
グ（モーゴイルベアリング）から転動ベアリング
に変更され、ベアリングを保持するインナースリ
ーブごと研削台にのせて研削するなどの工夫がこ
らされており、結果として油膜式ベアリングの場
合と比べて偏心量は大幅に減少している。これを
量的に説明すると、偏心の影響がもつとも大きい
バツクアツプロールについて、通常直径は1000〜
1500mmあるが、油膜式ベアリングの場合の上下ロ
ール合わせた偏心量±25〜50μに比べ上記研削法
と転動ベアリング組み合わせでは±５〜10μに減
少している。しかし、金属圧延材の板厚が0.5〜
1.0mm以下になると上記ロール偏心量でも板厚の
±1.0％以上となり、ユーザーの要求板厚精度に
達しないことになる。通常の軟鋼、あるいはそれ
より硬い材料では、ロール間隙の変動が板厚変動
となつて現われる割合は圧延機の弾性伸びとの関
係もあるが、通常1/2〜1/3である。しかし、銅あ
るいはアルミニウムのような軟かい材料ではロー
ル間隙変動の80〜90％が板厚変動となつて現れ
る。即ち、転動ベアリングを用いて、細心の注意
を払つて研削されたロールを用いても、軟かい金
属材を圧延する場合は問題が出てくる。さらに別
の問題は、特に油膜ベアリングの場合そうなのだ
が、ロール偏心の一回転毎のロール間隙変動は第
１図ａ，ｂに示すように殆んど正弦波に近いもの
であつた。しかし近年の転動ベアリングを用いた
ロール細心の注意で研削した場合のロール偏心は
むしろ偏心と言うより研削むらに近いもので、一
回転に同期した周期性はあるが、第１図ｃ，ｄに
示すように正弦波から大きく形の崩れたものであ
る。第１図において、１は圧延材、２はワークロ
ール、３はバツクアツプロールを示す。

このような技術的進歩を背景にして公知例を考
えた場合、次の諸欠点をもつていることがわか
る。

１ 従来のロール偏心制御の考え方は、基本的に
偏心に基づくロール間隙の変化を第２図ａの２
０１に示す如き正弦波と想定している。従つて
従来技術の第一の方法でもオフライン実測波形
の第一基本波である正弦波にて制御しようとし
ているし、第二の方法での相関を取る場合、あ
るいは帯域波回路にて、ロール偏心の影響を
取り出す場合のいずれに於ても、バツクロール
及びワークワロールの一回転に相当する正弦波
を取り出そうとしている。これは油膜ベアリン
グを用いる場合近似的に正しいが、正確には正
しくなく、特に転動ベアリングを用いる場合正
しくない。転動ベアリングを用い且つ精密に研
削された場合、ロール偏心と称してロール間隙
を変動させる要因はいわゆる偏心の他に研削精
度そのものが大きな要因であり、これはロール
一回転の周期に同期した周期性は持つている
が、正弦波で近似することは正しくない（例え
ば実際には第２図ａ２０２のような場合があ
る）。したがつて、第２図ｂで示す如く偏差が
残る。

２ ロール偏心に起因するロール間隙の変動を正
弦波と考えた場合、正弦波を定めるものは振幅
と周期と位相がある。正弦波的ロール間隙変動
（これ自体１）項記載の如く正しくないが）を
零にする為の制御方法は、制御出力の振幅、周
期及び位相を合わせなければならない。この内
振幅は１）項の実測値によつて合わせるが、周
期及び位相を合わせる為、通常バツクアツプロ
ール（又は更にワークロール）に取付けたロー
ル回転位置検出装置からの信号にて制御出力の
タイミングを取つている。然しロール偏心に大
きな影響を持つバツクアツプロールについて
は、その機械的構造と環境の点より、信頼性の
高い回転位置検出装置（通常、セルシン発信器
又はパルス発信器）の取り付けが極めて困難で
あり、仮に取り付けても、ロール交換時の作業
を煩雑にする欠点がある。

３ 第一の方法のオフラインにてロール偏心を測
定して、この記憶値をパターンとして制御出力
をする方法はロール交換の周期の間に、偏心そ
のものが変化すると言う実情に照らして、頻繁
にオフライン測定をして記憶値を変更する煩ら
わしさがあつて実用的でない。

４ 第二の方法は３）項記載の煩らわしさはない
が、ロールは通常10〜20％削り込んで使うの
で、統計的相関を取る場合の基本周波数の変動
が生じたり波回路の中心周波数の変動が生じ
て検出利得が低下する欠点がある。

５ 第三の方法は１）〜４）項の欠点はないがシ
ングルスタンドの圧延機には適用出来ないと言
う適用上の制約がある。

本発明は、このような問題点をなくすためにな
されたもので、その目的とするところは、簡単で
高精度のロール偏心制御方法を提供することであ
る。

本発明は、ロール偏心に基づく板厚変動はロー
ル１回転毎の周期性はあるが、本質的には正弦波
で近似できないものとして、１回転毎の周期（つ
まり１周期）について複数個にｎ分割し、その分
割された各点の板厚偏差を求め、この偏差を零に
するサンプリング制御を行なう。

このような制御を実現する上での応答性の問題
について触れておく。ロール偏心が問題となるタ
ンデム圧延機の第１スタンドの圧延速度は通常
600mpm以下、シングルスタンドの最高圧延速度
は1800mpm程度と考えておけば良い。また、ロ
ール偏心として大きな影響を持つバツクアツプロ
ール径は通常1000mm以上であるので、最高偏心周
波数は約10Hzである。一方、最近の高応答油圧ロ
ール間隙調節装置の周波数応答は、35〜40Hzあ
り、10Hzの正弦的変動ならば、十分に追従するこ
とがわかる。しかし、第２図ａの２０２に示した
如き変動の場合は、高調波を含んでおり、むしろ
ｎ分割された各点の位置にステツプ的に追従出来
るかと云うステツプ応答が問題である。10Hzの周
期的変動を10分割（ｎ＝10）して制御しようとす
ると10msec毎に次の制御点に到達している必要
がある。既述の如く、最近のロール研削技術は、
各回転位置の研削むらを±10μ以下に抑えること
は十分に出来る。したがつて、最大の場合でも連
続する２点間の制御量は10μあれば良いから、ス
テツプ応答（或いはランプ応答）は10μ／
10msec、即ち１mm／secであり、この程度であれ
ば最近の油圧ロール間隙調節装置はこれに十分応
答できる。また演算制御装置としてマイクロ計算
機にて10msec毎のサンプリング制御が行なえる
ことは衆知であり、本発明を実現する上での技術
的制約は存在しない。

本発明の本質を構成するものではないが、関連
技術として次の２点があげられる。第一はロール
偏心に基づく板厚変動の測定装置としては通常荷
重計または厚み計が用いられるが、これらの測定
装置は、ロール偏心以外の原因に基づく板厚変動
も同時に測定している。しかし、これらの変動は
直流的変動と、周期性のない変動の為、前者に対
しては一周期の各サンプル値を平均した値を差引
くことによつて除かれる。後者に対しては、ロー
ル回転周期に同期してサンプル値を同期積分すれ
ば除去されるが、より簡単で実用的方法として、
制御出力に指数平滑係数を掛ければ、時系列的に
除去出来る。第二は本方法に於ても、ロールの回
転周期を計算する必要があるが、これは従来技術
の如く厳密である必要はない。何故なら従来のプ
ログラム制御法では、出力位相がずれると、ずれ
たまま制御し切れないで残るが、本方式は自動的
に振幅と位相を調整しているから多少ずれていて
も閉ループ系で修正しくれる。従つて各ロール径
と駆動モータの減速比、回転数から計算する程度
で十分であり、バツクアツプロール軸にロール回
転位置検出装置を取りつける必要はない。

本発明を以下実施例により説明する。第３図は
本発明の一実施例を示す図面である。この図にお
いて、１は圧延材、２はワークロール、３はバツ
クアツプロールで、通常はバツクアツプロール３
の偏心（研削むらを含む）により、ロール間隙が
変動し圧延材１の板厚が変動する。４はギアー、
５は駆動モータ、６は駆動モータ５の回転速度Ｎ
を検出する装置、７は荷重計で、圧延荷重Ｐを測
定することにより、これがΔPだけ変動した場合、
次式にて間接的に板厚変動Δhを実測出来る。

Δh＝ΔP／Ｍ ……(1) Ｍ：圧延材の塑性係数 ８は厚み計で、荷重計７の代りに直接、板厚変
動Δhを測定するのに使われる。９及び１０は油
圧式ロール間隙調節装置のシリンダーとロール間
隙制御装置を示す。１５は偏心周期演算装置であ
り、次式により偏心周期（又はバツクロール回転
周期）を演算する。

Ｎ：モータ５の回転数（rps）、６の出力で１
５の入力１１を示す。

Ｇ：４のギア比で１５の入力１２を示す。

D_W：ワークロール径（mm）、１５の入力１３
を示す。

D_B：バツクアツプロール径（mm）、１５の入
力１４を示す。

１６はサンプル周期τを演算する装置で次式で
与えられる。

τ＝Ｔ／ｎ ……(3) ｎ：１周期の等分割点数で10以上の偶数が望ま
しい。

１７及び１７′はサンプル周期τ毎に荷重信号
１８、制御出力２８にサンプルホールドさせる
為、サンプラー１９及び２９を制御する信号であ
る。

荷重計７からの荷重信号１８はサンプラー１９
を通して(3)式のサンプル周期τ秒毎に測定されｎ
個の記憶装置２０に順次、サンプル順に時系列的
に記憶される。この信号１８は実際には(1)式に示
される板厚変動信号２１に換算して記憶される。
各板厚偏差信号２１は、ｋ回目の偏心周期時（１
偏心周期はＴ）における番目のサンプル時の信
号と云うことで、以下説明の都合上 Δh（ｋ，ｉ） ……(4) とサフイツクス付で区別する。２２は直流分偏差
を除去する為の平均値演算装置で、次式で与えら
れる。

ここで、(k)ｋ）：ｋ回目の偏心周期時の板厚
偏差の平均値 演算装置２２の出力２３は(5)式の演算結果であ
るが、ここでは１回前の周期のものを用いてお
り、実際にはｋ−１回目の平均値（ｋ−１）
である。従つて減算器２４では、各サンプル周期
τ毎に、次式の演算を行ない、この演算結果は別
のｎ個の記憶装置２５に順次、時系列的に記憶さ
れる。以下、この演算された値を正規化板厚偏差
と呼ぶ。

Δh_c（ｋ，ｉ） ＝Δh（ｋ−ｉ）−（ｋ−１） ……(6) ２６は、正規化板厚偏差信号Δh_cに基づいて、
ロール間隙制御装置に与える制御信号ΔSを演算
する制御量演算装置で次式で与えられる。即ち、 ΔS（ｋ，ｉ）＝Ｋ＋Ｍ／Ｋ・α・Δh_c（ｋ，ｉ） ＋ΔS（ｋ−１，ｉ） ……(7) Ｋ：圧延機の弾性係数 α：指数平滑係数で、通常0.4〜0.6 (7)式は、前回の制御量ΔS（ｋ−１，ｉ）に今回の
残留板厚偏差信号Δh_c（ｋ，ｉ）に基づく制御量
に指数平滑係数を掛けたものを加算して、新しい
制御量２８としている。この制御量は、記憶回路
２７に記憶され、サンプラー２９を介してロール
間隙制御装置１０に加えられる。第３図の実施例
における各演算装置の一部または全部は、計算
機、たとえばマイクロ計算機を使用することがで
きる。この実施例の効果としては、ロール偏心に
起因する板厚変動を無制御の場合に較べ約1/5以
下に抑制できる。これは、従来方法を用いた場合
の板厚変動（無制御の場合に対し1/2以下）を大
幅に下廻る他、バツクアツプロールにロール回転
位置検出器を取り付ける必要がないという設備上
の利点を持つ。更に、偏心の周期が変動しても、
これに追従する帰還制御方法をとつているので、
従来のプリセツト方式に比べ、ロール替時の設定
替、オフライン測定不要等の利点がある。

以上説明したように、本発明によれば、各分割
された位置区分毎のロール偏心に基づく板厚偏差
を求め、各区分毎にダイナミツクに制御量を演算
し、制御するので、高精度のロール偏心制御方法
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図ｄは圧延機とロール偏心によ
る板厚変動を示す図、第２図ａ、第２図ｂは板厚
変動と制御との関係を示す図、第３図は本発明の
一実施例を示す図である。 ２…ワークロール、３…バツクアツプロール、
４…ギヤー、５…駆動モータ、６…回転速度検出
器、７…荷重計、８…厚み計、９…シリンダー、
１０…ロール間隙制御装置、１５…偏心周期演算
装置、１６…サンプル周期演算装置、１９…サン
プラー、２０…記憶装置、２２…平均値演算装
置、２４…減算器、２５…記憶装置、２６…制御
量演算装置、２７…記憶回路、２９…サンプラ
ー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧延機出側の板厚変動量を検出し、該板厚変
   動量に基づきロール偏心制御量を演算し、このロ
   ール偏心制御量により圧延機の板厚調整手段を制
   御するロール偏心制御方法において、ロール偏心
   の１周期内に前記板厚変動量を複数点サンプル検
   出し、（ｋ―１）番目の周期に検出された板厚変
   動量を記憶するとともに該記憶された値の平均値
   を演算し、ｋ番目の周期のサンプリング時に検出
   された板厚変動量から該（ｋ―１）番の周期につ
   いて演算した平均値を差引いた値に基づきｋ番目
   の周期における前記ロール偏心制御量を前記サン
   プリング時間毎に演算し、該演算されたロール偏
   心制御量を前記サンプリング時間毎に前記板厚調
   整手段に出力することを特徴とするロール偏心制
   御方法。