(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続条材を走行方向の上流側および下流側の２点で支持したときに得られる連続条材の所定次数の振動モードに対応した固有振動数を基にして張力を求める張力測定方法であって、
前記２点間の走行方向に沿って設定された複数の測定点において前記連続条材の変位を測定し、これら変位から全ピーク値を求め、
前記全ピーク値から選択されたピーク値の基準固有振動数を整数倍して比較固有振動数を求め、該比較固有振動数に一致するピーク値が前記全ピーク値中に存在したときの前記基準固有振動数の振動モードが、前記測定点における変位の振幅および位相を基にして所定次数の振動モードであると判定するまで、前記ピーク値の選択を繰り返した後、前記所定次数の振動モードであると判定した基準固有振動数を用いて張力を求めることを特徴とする張力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板や線材等の連続条材の張力を求める張力測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
帯状体や線材等の連続条材を製造ラインにおいて走行または巻き取る際には、通常、連続条材の繰り出しおよび巻き取りを行うロール間に張力が発生しており、この張力のバランスが崩れると、連続条材の走行が不安定になったり、巻きずれ等の問題が発生する。また、圧延工程の製造ラインにおいては、圧延ロールの出入口で張力のバランスが崩れると、板厚に変動が生じる等の問題が発生する。
【０００３】
このように、連続条材は、張力が加工性や品質に大きな影響を与えるため、張力を測定して所定値に安定化させることが加工性や品質の向上にとって重要である。そこで、従来は、図６に示すように、走行する連続条材５１の上流側および下流側に案内ローラ５２・５２をそれぞれ配置して連続条材５１を支持し、案内ローラ５２・５２間において中間ロール５３を連続条材５１に押し付け、中間ロール５３に生じた反力をロードセル５４で測定する。そして、ロードセル５４による測定値Ｆと走行角度αとを用いて張力Ｔを求め、この張力Ｔが所定値となるように、連続条材５１の走行を制御するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように、中間ロール５３を連続条材５１に押し付けて張力を求める方法では、押し付け時の擦れにより中間ロール５３が連続条材５１に表面傷をつけることがある。さらに、連続条材５１の張力が非常に小さな値であると、連続条材５１の曲げ剛性によりロードセル５４に反力が生じるため、ロードセル５４の測定値Ｆを基にして得られる張力Ｔに大きな誤差が生じることになる。
【０００５】
そこで、特開昭６１−２９７２８号公報には、連続条材との接触に起因する表面傷や誤差の発生を防止するため、案内ローラ５２・５２間に非接触式の振動検知センサを配置し、図７に示すように、連続条材の変位を測定して周波数スペクトルを得た後、この周波数スペクトルから例えば１次振動モードの固有振動数を求めて張力を算出する方法が開示されている。ところが、この方法では、連続条材の長手方向の１か所に生じた変位を測定するため、長手方向に波打ちながら生じる振動モードを直接的に得ることができない。従って、固有振動数を求めたときに、固有振動数が所定次数の振動モードに対応したものであるか否かを確認することができないため、算出した張力の信頼性が不十分になり易いという問題がある。
【０００６】
従って、本発明は、連続条材５１を傷つけることなく高い信頼性で張力を求めることができる張力測定方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、連続条材を走行方向の上流側および下流側の２点で支持したときに得られる連続条材の所定次数の振動モードに対応した固有振動数を基にして張力を求める張力測定方法であって、前記２点間の走行方向に沿って設定された複数の測定点において前記連続条材の変位を測定し、これら変位から全ピーク値を求め、前記全ピーク値から選択されたピーク値の基準固有振動数を整数倍して比較固有振動数を求め、該比較固有振動数に一致するピーク値が前記全ピーク値中に存在したときの前記基準固有振動数の振動モードが、前記測定点における変位の振幅および位相を基にして所定次数の振動モードであると判定するまで、前記ピーク値の選択を繰り返した後、前記所定次数の振動モードであると判定した基準固有振動数を用いて張力を求めることを特徴としている。  
【０００８】
これにより、従来のようなロールを連続条材に押し付けて測定することがないため、押し付け時の擦れによる表面傷の発生を防止することができると共に、僅かな張力変動も検知することができる。さらに、各測定点における変位の振幅および位相を基にして振動モードの次数を確認するため、確実に所定次数の振動モードの固有振動数を得ることが可能になり、結果として高い信頼性でもって連続条材の張力を求めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図２に基づいて以下に説明する。
本実施形態に係る張力測定方法は、図２に示すように、鋼板や銅板、アルミ板等の帯状体１の製造ラインに設置された張力測定装置において実施されるようになっている。張力測定装置は、帯状体１の走行方向の上流側および下流側にそれぞれ配置された案内ローラ２・２を有している。これらの案内ローラ２・２は、帯状体１の下面を支持しており、案内ローラ２・２で支持された２点間の距離である支持間長さｌに対応した各次数の振動モードの固有振動数を発生させるようになっている。
【００１０】
また、案内ローラ２・２間における帯状体１の上方には、長尺状の架台４が帯状体１の長手方向に沿って配置されている。そして、架台４には、非接触式の変位センサ３ａ〜３ｇが上流側から下流側にかけて等間隔で配置されており、各変位センサ３ａ〜３ｇは、帯状体１の長手方向の第１〜第７測定点における変位をそれぞれ検知するようになっている。尚、変位センサ３ａ〜３ｇには、例えば渦電流式や静電容量式等の電磁センサ、レーザ変位計等の光学センサ、音圧センサ等の各種の非接触式センサを用いることができると共に、表面傷の発生原因となる押圧の不要な触針式センサを用いることができる。
【００１１】
上記の変位センサ３ａ〜３ｇは、ＦＦＴ（ｆａｓｔ  ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）装置５に接続されており、ＦＦＴ装置５に対して変位測定信号を出力するようになっている。ＦＦＴ装置５は、変位センサ３ａ〜３ｇからの変位測定信号を基にして第１〜第７測定点における伝達関数を算出するようになっている。そして、ＦＦＴ装置５は、伝達関数を振動モード変換器６に出力するようになっており、振動モード変換器６は、図１の張力算出ルーチンを実行することによって、第１〜第７測定点の伝達関数を基にして１次振動モードの固有振動数を特定し、この固有振動数を基にして帯状体１の張力Ｔを求めるようになっている。
【００１２】
上記の構成において、図１の張力算出ルーチンを基にして帯状体１の張力測定方法を説明する。
【００１３】
図２に示すように、案内ローラ２・２で支持されながら帯状体１が走行を開始すると、帯状体１の第１〜第７測定点における変位が変位センサ３ａ〜３ｇによりそれぞれ検知される。そして、変位センサ３ａ〜３ｇから変位測定信号がＦＦＴ装置５にそれぞれ出力され、ＦＦＴ装置５において伝達関数が求められた後、変位測定データとして振動モード変換器６に出力される。
【００１４】
振動モード変換器６に変位測定データが入力されると、振動モード変換器６は、第１〜第７測定点における変位測定データを基にして図３のグラフで示すような周波数の分布状態を得るように、変位測定データから周波数と変位とのデータテーブルを第１〜第７測定点毎に作成し（Ｓ１）、これらのデータテーブル毎に振幅の全ピーク値を求める（Ｓ２）。この後、乗算係数ｎを“２”に設定した後（Ｓ３）、例えば第１測定点のデータテーブルから低い周波数の区域において大きなピーク値を示す振幅の周波数を基準固有振動数ｆとして抽出する。具体的には、データテーブルにおける０〜２００Ｈｚの周波数を全周波数域として設定し、この全周波数域を数分割（例えば４分割）したときの最小周波数域のピーク値の中から最大のピーク値を基準固有振動数ｆとして選択する（Ｓ４）。
【００１５】
次に、上記のようにして抽出した基準固有振動数ｆを乗算係数ｎで整数倍（ｆ×ｎ）して比較固有振動数ｆｎを算出し、比較固有振動数ｆｎと一致するピーク値がデータテーブル中に存在するか否かを判定する（Ｓ５）。データテーブル中に比較固有振動数ｆｎと一致したピーク値が存在しなければ（Ｓ５，ＮＯ）、上述のＳ４を再実行し、最小周波数域において次に大きなピーク値を示す振幅の周波数を基準固有振動数ｆとして抽出する。また、Ｓ５において、比較固有振動数ｆｎと一致するピーク値がデータテーブル中に存在した場合には（Ｓ５，ＹＥＳ）、乗算係数ｎに“１”を加算し（Ｓ６）、この乗算係数ｎが“６”以下であるか否かを判定する（Ｓ７）。乗算係数ｎが“６”以下であれば（Ｓ７，ＹＥＳ）、Ｓ５を再実行し、加算後の乗算係数ｎを基にして比較固有振動数ｆｎを算出し、この比較固有振動数ｆｎと一致するピーク値がデータテーブル中に存在するか否かを判定する。
【００１６】
上記のＳ４〜Ｓ６を実行することによって、乗算係数ｎを“２”〜“６”まで変化させても比較固有振動数ｆｎと一致するピーク値がデータテーブル中に存在することが確認されると、次に、第２〜第７測定点のデータテーブルから基準固有振動数ｆの振幅および位相を求める（Ｓ８）。そして、これらの第２〜第７測定点における基準固有振動数ｆの振幅および位相と、上述の第１測定点における基準固有振動数ｆの振幅および位相とを用いることによって、基準固有振動数ｆで示される振動モードが１次振動モードであるか否かを判定する。即ち、第１〜第７測定点における基準固有振動数ｆの振幅および位相を基にして走行方向における振動波形を求め、図４（ａ）の３１．５Ｈｚにおける振動モードで示すように、走行方向の全領域で正（負）方向を示していれば、振動モードの次数が“１”であると認識する。また、図４（ｂ）の６３Ｈｚにおける振動モードで示すように、正（負）方向および負（正）方向の領域が２つ存在すれば、振動モードの次数が“２”であると認識し、図４（ｃ）の９４．５Ｈｚにおける振動モードで示すように、正（負）方向および負（正）方向の領域が３つ存在すれば、振動モードの次数が“３”であると認識する。そして、このようにして認識した振動モードの次数を比較値“１”と比較することによって、１次振動モードであるか否かを判定する（Ｓ９）。
【００１７】
Ｓ９において、１次振動モードでないと判定した場合には（Ｓ９，ＮＯ）、Ｓ４を再実行し、次の基準固有振動数ｆを抽出する。一方、１次振動モードであると判定した場合に（Ｓ９，ＹＥＳ）、基準固有振動数ｆが１次振動モードの固有振動数であると認識し、基準固有振動数ｆを下式（１）に代入することによって、帯状体１の張力を算出する。即ち、例えば１次振動モードの固有振動数ｆが３１．５Ｈｚ、帯状体比重ρが８９００ｋｇ／ｍ３  、帯状体断面積Ａが０．１１ｍｍ、および支持間長さｌが１６３２ｍｍであるとすると、下式（１）から６４２ｋｇｆの張力Ｔを求めることができる（Ｓ１０）。
【００１８】
Ｔ＝４ｌ２  ｆ２  ρＡ          ・・・  （１）
但し、Ｔは張力、ρは帯状体比重、Ａは帯状体断面積、ｌは支持間長さ、ｆは固有振動数である（Ｓ１０）。
【００１９】
以上のように、本実施形態の張力測定方法は、帯状体１を走行方向の上流側および下流側の２点で案内ローラ２・２により支持したときに得られる帯状体１の所定次数（１次）の振動モードに対応した固有振動数を基にして張力を求める方法であり、２点間の走行方向に沿って設定された第１〜第７測定点において帯状体１の変位を変位センサ３ａ〜３ｇにより測定し、これら第１〜第７測定点における変位の振幅および位相を基にして、固有振動数と該固有振動数の振動モードの次数とを求め、該次数が前記所定次数（１次）であるときの固有振動数を用いて張力を求める構成にされている。
【００２０】
尚、本実施形態においては、第１〜第７測定点の７か所において帯状体１の変位が変位センサ３ａ〜３ｇにより検知されて測定されているが、これに限定されることはなく、２か所以上の測定点において変位が測定されれば良い。また、本実施形態においては、鋼板等の帯状体１の製造ラインに適用した場合について説明したが、線材の製造ラインに適用することもできる。さらに、本実施形態においては、所定次数として１次を選択し、１次振動モードの固有振動数を用いて張力を求める場合について説明したが、所定次数として２次以上を選択し、２次以上の振動モードの固有振動数を用いて張力を求めても良い。
【００２１】
そして、このような構成によれば、従来のようなロールを帯状体１に押し付けて測定することがないため、押し付け時の擦れによる表面傷の発生を防止することができると共に、僅かな張力変動も検知することができる。さらに、第１〜第７測定点における変位の振幅および位相を基にして振動モードの次数を確認するため、確実に所定次数の振動モードの固有振動数を得ることが可能になり、結果として高い信頼性でもって帯状体１の張力を求めることができる。
【００２２】
また、本実施形態においては、第１〜第７測定点における帯状体１の変位を測定する際に、各測定点に対応して変位センサ３ａ〜３ｇを配置しているが、これに限定されることはない。即ち、図５に示すように、２台の移動装置１１・１１を備えたリニアガイド１０を帯状体１の長手方向に沿って配設し、移動装置１１・１１に変位センサ３ａ・３ｂを取り付ける。そして、移動装置１１・１１の移動量をセンサ位置設定コントローラ１２により監視しながら移動装置１１・１１を移動させ、変位センサ３ａ・３ｂが所定の測定点に到達したときに、帯状体１の変位を変位センサ３ａ・３ｂにより検知することによって、複数の測定点の変位を順に測定するようになっていても良い。そして、この構成によれば、任意の数および位置の測定点における変位を容易に得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、連続条材を走行方向の上流側および下流側の２点で支持したときに得られる連続条材の所定次数の振動モードに対応した固有振動数を基にして張力を求める張力測定方法であって、前記２点間の走行方向に沿って設定された複数の測定点において前記連続条材の変位を測定し、これら変位から全ピーク値を求め、前記全ピーク値から選択されたピーク値の基準固有振動数を整数倍して比較固有振動数を求め、該比較固有振動数に一致するピーク値が前記全ピーク値中に存在したときの前記基準固有振動数の振動モードが、前記測定点における変位の振幅および位相を基にして所定次数の振動モードであると判定するまで、前記ピーク値の選択を繰り返した後、前記所定次数の振動モードであると判定した基準固有振動数を用いて張力を求める構成である。  
【００２４】
これにより、従来のようなロールを連続条材に押し付けて測定することがないため、押し付け時の擦れによる表面傷の発生を防止することができると共に、僅かな張力変動も検知することができる。さらに、各測定点における変位の振幅および位相を基にして振動モードの次数を確認するため、確実に所定次数の振動モードの固有振動数を得ることが可能になり、結果として高い信頼性でもって連続条材の張力を求めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】張力算出ルーチンのフローチャートである。
【図２】張力測定装置の概略構成図である。
【図３】周波数と変位との関係を示すグラフである。
【図４】振動モードを示す説明図であり、（ａ）は１次振動モード、（ｂ）は２次振動モード、（ｃ）は３次振動モードである。
【図５】張力測定装置の概略構成図である。
【図６】従来例を示すものであり、張力測定装置の概略構成図である。
【図７】周波数と変位との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  帯状体
２  案内ローラ
３ａ〜３ｇ  変位センサ
４  架台
５  ＦＦＴ装置
６  振動モード変換器
１０  リニアガイド
１１  移動装置
１２  センサ位置設定コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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