(57)【要約】【課題】生産効率を向上させたフライングシャーの切断制御装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る切断制御装置は、被切断材のせん断抵抗を有するせん断抵抗設定部と、前記被切断材の噛み込み時に出力する前記ドライブ装置の噛込トルクを検出する噛込トルク検出部と、前記被切断材の圧延速度を演算する圧延速度演算部と、機械系のイナーシャが設定されたイナーシャ設定部と、前記被切断材の切断種別に応じて、前記圧延速度に乗じて前記切断速度を演算するリード率のためのリード率係数を設定する切断種別設定部と、前記せん断抵抗および材料径にもとづいて計算された切断に必要なエネルギー、前記噛込トルクにもとづくエネルギー、ならびに、前記イナーシャおよび前記切断速度を用いた前記シャーの運動エネルギーにもとづいて、前記リード率を演算し仮のリード率を設定するリード率演算部と、を備える。【選択図】図１
2020040154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャーを駆動する電動機を制御するドライブ装置に供給する切断速度を速度基準として生成するフライングシャーの切断制御装置であって、
前記シャーによって切断される被切断材のせん断抵抗が設定されたせん断抵抗設定部と、
前記被切断材が前記シャーに噛み込まれたときに出力する前記ドライブ装置の噛込トルクを検出する噛込トルク検出部と、
前記被切断材の搬送速度にもとづいて圧延速度を演算する圧延速度演算部と、
前記シャーを含む機械系のイナーシャが設定されたイナーシャ設定部と、
前記被切断材の切断種別に応じて、前記切断速度を演算するために前記圧延速度に乗じるリード率に、さらに乗ずるリード率係数を設定する切断種別設定部と、
前記せん断抵抗および前記被切断材の材料径にもとづいて計算された切断に必要なエネルギー、前記噛込トルクにもとづくエネルギー、ならびに、前記イナーシャおよび前記切断速度を用いた前記シャーの運動エネルギーにもとづいて、前記リード率を演算するリード率演算部と、
を備え、
前記リード率演算部は、前記リード率に前記リード率係数を乗じた仮のリード率を前記圧延速度に乗じて計算された仮の切断速度を速度基準として前記ドライブ装置に供給するフライングシャーの切断制御装置。
【請求項２】
前記切断種別設定部は、
前記切断種別ごとに複数の前記リード率係数を含み、
前記複数のリード率係数のそれぞれを用いて順次、前記仮の切断速度を速度基準に設定する請求項１記載のフライングシャーの切断制御装置。
【請求項３】
前記切断種別設定部は、
前記切断種別として、前記被切断材の先端のクロップを切断する先端カットと、前記被切断材の後端のクロップを切断する後端カットと、を含む請求項１または２に記載のフライングシャーの切断制御装置。
【請求項４】
前記リード率演算部は、前記切断に必要なエネルギーが、前記噛み込みトルクにもとづくエネルギーと前記シャーの運動エネルギーとの和に等しい場合の前記リード率を演算する請求項１〜３のいずれか１つに記載のフライングシャーの切断制御装置。
【請求項５】
前記せん断抵抗設定部は、前記被切断材の温度に応じたせん断抵抗を設定する請求項１〜４のいずれか１つに記載のフライングシャーの切断制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、フライングシャーの切断制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、材料速度に応じて、シャーブレードの待機位置を変更する技術が知られている（特許文献１等参照）。ここで、フライングシャーの切断速度は、材料速度Ｖ×リード率Ｋで演算される。リード率Ｋは、材料速度Ｖに対するフライングシャーの速度比率を表しており、オペレータによって決定されている。オペレータは、切断した材料の端部の形状や寸法を確認しながら、最適なリード率Ｋを調整し、設定している。
【０００３】
最適なリード率Ｋを見出すには、多数回の試行が必要とされる。熟練したオペレータであれば、試行回数を低減することが可能な場合もあるが、属人的な施策では生産効率を向上させることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４４５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、生産効率を向上させたフライングシャーの切断制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係るフライングシャーの切断制御装置は、シャーを駆動する電動機を制御するドライブ装置に供給する切断速度を速度基準として生成する。この切断制御装置は、前記シャーによって切断される被切断材のせん断抵抗が設定されたせん断抵抗設定部と、前記被切断材が前記シャーに噛み込まれたときに出力する前記ドライブ装置の噛込トルクを検出する噛込トルク検出部と、前記被切断材の搬送速度にもとづいて圧延速度を演算する圧延速度演算部と、前記シャーを含む機械系のイナーシャが設定されたイナーシャ設定部と、前記被切断材の切断種別に応じて、前記切断速度を演算するために前記圧延速度に乗じるリード率に、さらに乗ずるリード率係数を設定する切断種別設定部と、前記せん断抵抗および前記被切断材の材料径にもとづいて計算された切断に必要なエネルギー、前記噛込トルクにもとづくエネルギー、ならびに、前記イナーシャおよび前記切断速度を用いた前記シャーの運動エネルギーにもとづいて、前記リード率を演算するリード率演算部と、を備える。前記リード率演算部は、前記リード率に前記リード率係数を乗じた仮のリード率を前記圧延速度に乗じて仮の切断速度を速度基準として前記ドライブ装置に供給する。
【発明の効果】
【０００７】
本実施形態では、生産効率を向上させたフライングシャーの切断制御装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るフライングシャーの切断制御装置を例示する模式的なブロック図である。
【図２】フライングシャーの速度の時間変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１０】
フライングシャーの切断制御装置１００は、放射温度計１７に接続されており、放射温度計１７によって計測された被切断材１２の温度のデータを入力する。切断制御装置１００は、圧延機スタンド２に設けられたパルスジェネレータ１１に接続されており、パルスジェネレータ１１が計測する圧延機の圧延速度を入力する。切断制御装置１００は、シャー駆動電動機６およびクロップシャー本体３に接続されており、これら駆動系のイナーシャのデータを入力する。切断制御装置１００は、シャー駆動電動機６を駆動するドライブ装置８に接続されており、ドライブ装置８が駆動するシャー駆動電動機６の軸トルクを含む駆動系のトルクを表す出力電流のデータを入力する。切断制御装置１００は、フライングシャーの切断速度を演算して、ドライブ装置８に速度基準として供給する。
【００１１】
切断制御装置１００は、計測された圧延速度、あらかじめ設定された切断の種別、あらかじめ設定された被切断材１２の材料のせん断抵抗の温度特性を含むデータ、計測された被切断材１２の温度、あらかじめ設定された被切断材１２の材料径、入力されたドライブ装置８の出力電流（トルク）および入力された駆動系のイナーシャにもとづいて、適切なフライングシャーの切断速度を演算し、演算された切断速度を速度指令としてドライブ装置８に供給する。
【００１２】
切断制御装置１００は、このほか、圧延速度に応じて、シャーブレード待機位置１３を適切に変更して設定するための要素が設けられている。これらの要素は、ブレード起動タイミング演算部９、切断長設定部１６、最適ブレード待機位置演算部１５およびブレード位置制御部１４を含んでいる。
【００１３】
ブレード起動タイミング演算部９、切断長設定部１６、最適ブレード待機位置演算部１５およびブレード位置制御部１４は、材料検出器１０によって検出された被切断材１２の位置のデータ、およびシャー駆動電動機６に設けられたパルスジェネレータ７によって検出されたシャーブレードの位置のデータにもとづいて、シャーブレード待機位置１３を被切断材１２の搬送速度に応じて適切に設定する。なお、このシャーブレード４の待機位置の最適化制御については、本実施形態には直接関係しないので、詳細な説明を省略する。
【００１４】
切断制御装置１００の構成について詳細に説明する。
切断制御装置１００は、せん断抵抗設定部１８と、材料径設定部２０と、圧延速度演算部２１と、切断種別設定部２２と、イナーシャ設定部２４と、噛込トルク検出部２３と、リード率演算部２５と、を備える。
【００１５】
せん断抵抗設定部１８は、放射温度計１７に接続されている。放射温度計１７は、被切断材１２が搬送されるパスの近傍に設けられており、被切断材１２の温度を計測する。せん断抵抗設定部１８は、被切断材１２を構成する金属材料のせん断抵抗のデータをその温度特性とともに格納している。せん断抵抗設定部１８は、被切断材１２の温度のデータを入力すると、その温度のときのせん断抵抗を抽出し出力する。
【００１６】
せん断抵抗設定部１８には、複数の金属材料のせん断抵抗のデータをその温度特性とともに格納し、オペレータがいくつかの金属材料から、被切断材１２の材料を選択して適用できるようにしてもよい。
【００１７】
材料径設定部２０には、あらかじめ被切断材１２の径のデータが格納されている。たとえば、オペレータが切断制御装置１００に接続することができるコンピュータ端末や入力装置を介して、被切断材１２の径のデータを入力し、材料径設定部２０にそのデータを格納するようにしてもよい。
【００１８】
圧延速度演算部２１は、パルスジェネレータ１１から出力されるカウント値にもとづいて、被切断材１２の圧延速度を計算する。
【００１９】
切断種別設定部２２は、被切断材１２のどこを切断するのかに応じてあらかじめ設定されている係数が格納されている。係数は、リード率Ｋについての係数であり、リード率係数と呼ぶこととする。切断種別設定部２２に格納されている係数は、所定の範囲を有する。たとえば、切断種別が先端カットの場合の係数は、α１〜α２の範囲であり、切断種別が後端カットの場合の係数は、β１〜β２である。α１〜α２の範囲およびβ１〜β２の範囲は、重複していない場合もあり、一部が重複する場合もある。α１〜α２の範囲およびβ１〜β２の範囲は、実験やシミュレーション等を用いて、材料ごとにあらかじめ設定されている。なお、先端カットとは、被切断材の先端のクロップを切断することをいい、後端カットとは、被切断材の後端のクロップを切断することをいう。
【００２０】
イナーシャ設定部２４は、シャー駆動電動機６の軸慣性モーメントや、シャーブレードの慣性モーメント等の駆動系のすべての慣性モーメントの和として求められた値が設定されている。
【００２１】
被切断材１２がシャーブレード４に噛み込まれるときの噛込トルクは、噛込トルク検出部２３によって、ドライブ装置８が出力する出力電流にもとづいて計算される。噛込トルク検出部２３は、シャーブレード４が被切断材１２に噛み込むときにドライブ装置８が出力する出力電流をリアルタイムで取得する。
【００２２】
リード率演算部２５は、せん断抵抗設定部１８、材料径設定部２０、圧延速度演算部２１、切断種別設定部２２、イナーシャ設定部２４および噛込トルク検出部２３から出力される検出値、演算値および設定値を入力して、これらにもとづいて、リード率Ｋの範囲を演算する。リード率演算部２５は、演算されたリード率Ｋをたとえば最小値から所定のステップで最大値まで変化させ、それぞれのリード率Ｋでドライブ装置８の速度基準を設定する。
【００２３】
オペレータは、順次設定されたリード率に応じて切断された被切断材１２の断面、形状等を目視等で評価し、最適なリード率を決定する。
【００２４】
実施形態の切断制御装置１００の動作について説明する。
図２は、フライングシャーの速度の時間変化を表すグラフである。
図２に示すように、フライングシャーは、時刻ｔ１で起動すると、切断速度Ｋ・Ｖまでほぼ一定の加速度で加速する。フライングシャーの速度が切断速度Ｋ・Ｖに達すると、ドライブ装置８およびシャー駆動電動機６は、切断速度Ｋ・Ｖで定速制御で運転される。
【００２５】
時刻ｔ２においてシャーブレード４が被切断材１２を噛み込むことによって、フライングシャーの速度は、急激に低下する。このときにドライブ装置８は、最大の出力電流でシャー駆動電動機６を駆動している。
【００２６】
時刻ｔ３で被切断材１２の切断が完了する。なお、その後、フライングシャーは、慣性によって、期間Ｔｒの間、速度を上昇させあらかじめ設定された切断後の目標速度Ｖ２に到達（時刻ｔ４）した後、時刻ｔ５で、ドライブ装置８は、停止指令によって停止する。
【００２７】
切断制御装置１００の具体的な動作について説明する。
切断制御装置１００は、切断に必要なエネルギー、トルクカットに関するエネルギーおよびシャーの運動エネルギーのそれぞれの間の所定の関係にもとづいて、切断速度を決定する。トルクカットに関するエネルギーとシャーの運動エネルギーとの和は、切断に必要なエネルギーよりも大きく、なるべくこれに近い値となることが望ましい。シャーの運動エネルギーは、切断速度Ｋ・Ｖの２乗に比例するので、切断速度Ｋ・Ｖは、切断に必要なエネルギーとトルクカット時のエネルギーの差よりも大きい値が選定されることが望ましい。
【００２８】
つまり、近似的な式で表すと、以下の式（１）ようになる。
切断に必要なエネルギー  ＜  トルクカット＋シャーの運動エネルギー    （１）
【００２９】
シャーの運動エネルギーは、上述したとおり、切断速度Ｋ・Ｖの２乗に比例し、そのときの比例乗数がシャーの慣性モーメントである。したがって、式（１)より、シャーの運動エネルギーが大きい、つまり、シャーの切断速度Ｋ・Ｖを大きく設定したほうが、切断に要するエネルギー的には、有利である。切断速度Ｋ・Ｖを大きくするためにリード率を大きくすることによって、先端カット時においては、被切断材１２の切断不良（切断できていないこと）を防止し、後端カット時においては、切断材の先端が曲がる等の形状不良を回避することができる。
【００３０】
一方、シャーの運動エネルギーを大きくするために、切断速度Ｋ・Ｖを大きくし過ぎた場合には、先端カットの場合には、切断材の後端が曲がる等の形状不良が生じやすくなり、後端カットの場合には、切断材の先端径が細くなる等の形状不良が生じやすくなる。つまり、切断速度Ｋ・Ｖには、最適値が存在する。
【００３１】
実施形態の切断制御装置１００は、試行切断動作を実行する。切断制御装置１００は、複数の切断速度を順次設定し、自動的に試行切断を実行する。複数の切断速度は、切断種別設定部２２において切断種別（先端カットまたは後端カット）が選択されることによって、異なる範囲で切断速度が設定される。異なる切断速度で切断された被切断材である試行切断サンプルの切断形状や切断断面等のオペレータによる目視確認結果にもとづいて、適切な切断速度が選定される。
【００３２】
より具体的に説明すると以下のようになる。
式（１）の左辺は、被切断材１２の測定温度におけるせん断抵抗および被切断材１２の材料径を用いて計算することができる。被切断材１２のせん断抵抗は、せん断抵抗設定部１８に被切断材１２の測定温度を入力することによって、適切な値が設定される。また、被切断材１２の材料径については、材料径設定部２０に設定された値が用いられる。
【００３３】
式（１）の右辺のうち、トルクカットに関するエネルギーは、シャーが被切断材１２を噛み込んだときにドライブ装置８が出力する電流に比例するトルクを用いて計算することができる。
【００３４】
式（１）の右辺のうち、シャーの運動エネルギーは、上述したとおり、切断速度Ｋ・Ｖに駆動系のイナーシャを乗じることによって計算することができる。駆動系のイナーシャは、イナーシャ設定部２４に設定された値が用いられる。
【００３５】
切断速度Ｋ・Ｖのうち、圧延速度Ｖは、圧延速度演算部２１によって検出された値が用いられる。リード率演算部２５は、式（１）の左右辺の値が等しくなるときの切断速度Ｋ・Ｖにもとづいてリード率Ｋｅｑを演算する。
【００３６】
切断種別設定部２２において、オペレータが選択した切断種別に応じたリード率係数が設定される。式（１）の関係より、リード率係数は１．０以上の値を有する。リード率係数は、所定の範囲を有する。リード率係数の範囲は、カット種別が先端カットであるか、後端カットであるかによって異なっている。たとえば、先端カットの場合のリード率係数の範囲は、１．０〜２．５であり、後端カットの場合のリード率の範囲は、２．０〜３．５などと設定されている。
【００３７】
切断種別設定部２２は、オペレータによって切断種別が選択されると、選択されたリード率係数の範囲で、あらかじめ設定された区分値でリード率係数αを設定する。たとえば、１．０〜２．５の範囲が選択された場合には、初期値は１．０とされ、０．５刻みで設定値が変化する。つまり、リード率係数αは、１．０、１．５、２．０、２．５の４段階に設定される。切断種別設定部２２にオペレータが区分値を設定できるようにしてもよい。
【００３８】
切断種別設定部２２は、設定されたリード率係数αをリード率演算部２５に渡す。
【００３９】
リード率演算部２５は、リード率Ｋｅｑにリード率係数αを乗じたものを仮のリード率として設定する。たとえば、上述の例では、最初には、仮のリード率として、１．０×Ｋｅｑが設定される。
【００４０】
リード率演算部２５は、仮のリード率を用いて仮の切断速度を計算し、速度基準として、ドライブ装置８に供給する。
【００４１】
ドライブ装置８では供給された仮の切断速度で被切断材１２の切断を試みる。
【００４２】
切断種別設定部２２は、被切断材１２の試行切断が終了した後、リード率係数αを最初の値に区分値を加算して、次の試行のためのリード率係数を設定する。その後、リード率演算部２５は、新たなリード率係数を用いて、新たな仮のリード率を設定し仮の切断速度を設定して、次の試行切断を実行する。以降、順次、リード率係数の区分に応じて、仮のリード率を設定して、試行切断を実行する。
【００４３】
このようにして、切断制御装置１００では、切断種別を設定することによって、切断種別に応じた、複数種類の仮のリード率で試行切断を行い、異なる仮のリード率による切断結果をオペレータが目視して確認することができる。
【００４４】
本実施形態では、切断種別に応じて設定され、範囲を有するリード率係数を有する切断種別設定部２２を備えているので、切断種別ごとに適切な範囲のリード率の範囲を設定することができる。そして、実施形態の切断制御装置１００は、切断種別ごとに設定された範囲で、複数種類の仮のリード率を設定し、仮のリード率ごとに切断形状確認用のサンプルを順次作成することができる。そのため、作成された複数種類の切断形状確認用のサンプルの切断形状を目視で確認し、より適切なリード率に容易に絞り込むことができる。
【００４５】
実施形態の切断制御装置１００は、上述の工程を切断種別設定部２２に設定されたリード率係数の区分に応じて自動的にサンプル作成を実行することができるので、条件の異なる切断形状確認用のサンプルの必要数を容易に作成することができる。
【００４６】
実施形態の切断制御装置１００は、式（１）によって、切断に必要なエネルギー、トルクカットに要するエネルギーおよびシャーの運動エネルギーを計算するので、被切断材１２を切断し得る切断速度に近い値をその都度取得することができる。たとえば、被切断材１２の切断に必要なエネルギーは、被切断材１２の温度によって変化することを考慮して、切断速度を計算することができるので、そのときどきの条件に応じた切断速度の下限値に近い値を取得することができる。
【００４７】
上述では、切断制御装置１００は、自身に設定され、測定された値等を用いて、式（１）にあてはめ、仮のリード率を設定するものである。たとえば、切断制御装置１００を、他の切断制御装置が接続されている通信ネットワークに接続し、各設定値や測定値に応じて、設定された仮のリード率およびその目視結果等を収集し、データベース化してもよい。データベースは、たとえば、切断種別ごとのリード率係数の値に関連付けられて、リード率係数と切断形状との相関等により、リード率係数の範囲を調整できるようにしてもよい。
【００４８】
以上説明した実施形態によれば、生産効率を向上させたフライングシャーの切断制御装置を実現することができる。
【００４９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５０】
２  圧延機スタンド、３  クロップシャー本体、４  シャーブレード、６  シャー駆動電動機、７  パルスジェネレータ、８  ドライブ装置、９  ブレード起動タイミング演算部、１０  材料検出器、１１  パルスジェネレータ、１２  被切断材、１３  シャーブレード待機位置、１４  ブレード位置制御部、１５  最適ブレード待機位置演算部、１６  切断長設定部、１８  せん断抵抗設定部、２０  材料径設定部、２１  圧延速度演算部、２２  切断種別設定部、２３  噛込トルク検出部、２４  イナーシャ設定部、２５  リード率演算部、１００  切断制御装置
【図１】
2020040154.tif 000003
【図２】
2020040154.tif 000004