(57)【要約】【課題】電気めっき処理中におけるスパーク発生を確実に検知することができるスパーク検出方法ならびにその装置を提案する。【解決手段】電源の一方の極に接続され、鋼板の表面から所定の間隔を設けて対向配置された電極と、他方の極に接続され、上記鋼板に接触する通電ロールとを設けてなる電気めっきラインで、上記電極と上記鋼板との間に発生するスパークを検出するにあたり、上記通電ロールと上記電極との間の電流値を所定周期で検出して該電流値の移動平均値を算出し、該移動平均値を含む所定電流範囲：Ｘ２（＝移動平均値−ΔＸ２）超〜Ｘ１（＝移動平均値＋ΔＸ１）未満を定常電流範囲と設定し、検出された電流値がＸ１以上となった後、Ｘ２以下となり、さらにその後に上記定常電流範囲内に戻る挙動を示し、かつ、該挙動の開始から終了までに要する時間ｔが予め設定した所定時間内であるときに、スパークが発生したと判定する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の一方の極に接続され、鋼板の表面から所定の間隔を設けて対向配置された電極と、他方の極に接続され、上記鋼板に接触する通電ロールとを設けてなる電気めっきラインで、上記電極と上記鋼板との間に発生するスパークを検出するにあたり、上記通電ロールと上記電極との間の電流値を所定周期で検出して該電流値の移動平均値を算出し、該移動平均値を含む所定電流範囲：Ｘ２（＝移動平均値−ΔＸ２）超〜Ｘ１（＝移動平均値＋ΔＸ１）未満を定常電流範囲と設定し、検出された電流値がＸ１以上となった後、Ｘ２以下となり、さらにその後に上記定常電流範囲内に戻る挙動を示し、かつ、該挙動の開始から終了までに要する時間ｔが予め設定した所定時間内であるときに、スパークが発生したと判定することを特徴とするスパーク検出方法。
【請求項２】
電流検出値が、連続して上記Ｘ１以上となっている時間ｔ１、上記Ｘ１以上となってから上記Ｘ２以下になるまでの時間ｔ２、および、連続して上記Ｘ２以下となっている時間ｔ３が、それぞれについて予め設定した所定時間内であるときに、スパークが発生したと判定することを特徴とする請求項１に記載のスパーク検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板表面に対して連続的に亜鉛めっき、合金めっき等の電気めっきを行う電気めっきラインにおいて、電極と被めっき材とが短絡する、いわゆるスパークの発生を検出する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気めっきラインは、例えば図８に示したように、鋼板１が上下で対をなす通電ロール２およびバックアップロール３に挟持され、左側より右側に向けて連続的に搬送されるとともに、該鋼板の上下両面に、それぞれ所定の間隔を設けて板状の上部電極４および下部電極５が対向して配置されている。
【０００３】
また交流電源６の一端が、各通電ロール２に接続され、他端が整流回路７を介して上部および下部の電極４，５に接続されている。なお、上部および下部の電極４，５付近には、それぞれ鋼板１の表面に向けてめっき液を噴出する複数のノズルが配置され、また、鋼板１の下方にそのめっき液を回収するめっき液槽が配置されている。そして、通電ロール２と上下電極４，５間を通電させることで、連続的に搬送される鋼板１の上下面に析出しためっき層が形成され、搬送されるにつれてそのめっき層の厚みが順次増大していく。
【０００４】
上記電気めっきラインで消費される電力は、めっき反応そのものに消費される電力以外に、電極と鋼板との間の電気抵抗によるジュール熱として消費される電力がかなりの割合を占めている。そのため、近年、電気めっきラインでは、省エネルギー対策として、電極と鋼板との間隔を小さく設定する傾向にあり、電極と鋼板との間で短絡を起こし、スパーク疵が発生することが問題となっている。
【０００５】
そこで、スパークの発生を早期に検出し、スパーク疵の発生を予防する技術が検討されている。例えば、特許文献１には、電極と通電ロール間の電流を検出して、この信号を微分して、この微分値が所定の範囲内にあるか否かでスパーク疵の発生を検知する技術が、特許文献２には、電気めっき中の電流を検出し、それを所定間隔でデジタル値に変換し、この値と前回の値との差分値からスパーク疵の発生を検知する技術が、また、特許文献３には、電圧を常時計測し、その電圧の時間変動から、電極と鋼帯との接触有無を判断する技術が開示されている。しかし、これらの方法では、鋼板の板幅や目付量等の変更や、鋼板の搬送速度の変化による電流や電圧の変動、鋼板の振動によって発生するめっき電圧の変動を、スパーク発生と誤検知するおそれがある。
【０００６】
そこで、上記問題点を解決する対策として、スパーク発生時には電流が増加しかつ電圧が低下することに着目し、電極と通電ロール間の電流と電圧の両方を周期的に検出し、それらの変動の微分値や差分値が所定値を超えたときにスパーク発生と判定する技術や、めっき電流、電圧を所定間隔で連続的に検出して、電流値が正方向へ所定値以上変化すると同時に、電圧値が負方向へ所定値以上変化したときにスパークが発生したと判断する技術が開示されている（例えば、特許文献４，５参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平０２−１３４５５３号公報
【特許文献２】特開平０４−１９１４００号公報
【特許文献３】特開平０９−３１６６９１号公報
【特許文献４】特開平０５−２７１９９９号公報
【特許文献５】特開平０７−１５０３９８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献４および５の技術においてもなお、鋼板の形状が悪くばたつきが大きい時や、製造条件の変更点や溶接点等が通過する時には誤検知が発生し易いという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、従来技術の抱える上記問題点を解決し、電気めっき処理中におけるスパーク発生を確実に検知することができるスパーク検出方法を提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、電源の一方の極に接続され、鋼板の表面から所定の間隔を設けて対向配置された電極と、他方の極に接続され、上記鋼板に接触する通電ロールとを設けてなる電気めっきラインで、上記電極と上記鋼板との間に発生するスパークを検出するにあたり、上記通電ロールと上記電極との間の電流値を所定周期で検出して該電流値の移動平均値を算出し、該移動平均値を含む所定電流範囲：Ｘ２（＝移動平均値−ΔＸ２）超〜Ｘ１（＝移動平均値＋ΔＸ１）未満を定常電流範囲と設定し、検出された電流値がＸ１以上となった後、Ｘ２以下となり、さらにその後に上記定常電流範囲内に戻る挙動を示し、かつ、該挙動の開始から終了までに要する時間ｔが予め設定した所定時間内であるときに、スパークが発生したと判定することを特徴とするスパーク検出方法である。
【００１１】
ここで、電流検出値が、連続して上記Ｘ１以上となっている時間ｔ１、上記Ｘ１以上となってから上記Ｘ２以下になるまでの時間ｔ２、および、連続して上記Ｘ２以下となっている時間ｔ３が、それぞれについて予め設定した所定時間内であるときに、スパークが発生したと判定することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した電気めっきラインを示す図である。この電気めっきラインでは、鋼板１の表面から所定の間隔を設けて対向配置された電極４は、整流器７を介して電源６の一方の極に接続されている。鋼板１に接触する通電ロール２は、電源６の他方の極に接続されている。図示は省略するが、電極５についても同様に、別の整流器７を介して電源６の一方の極に接続されている。また、符号３は、通電ロール２と鋼板１とを確実に接触させるために設けられているバックアップロールである。本発明では、電極４と通電ロール２との間に流れる電流の経時変化を監視することにより、スパークの発生を検出する。したがって、この電流を検出する必要があり、整流器７と電極４との間には電流検出器８が設置されている。電流検出器８で検出された電流値はスパーク判定器９に送られ、このスパーク判定器でスパーク発生有と判定したときには、スパーク発生信号を警報器１０に対して送信する。
【００１３】
次に、スパーク判定器９による、スパークの判定方法について説明する。
発明者らは、スパークが発生した際に起こる電極４または５と通電ロール２との間の電流値の変化について詳細な検討を行った。その結果スパークが発生した時には、単に電流の上昇や電圧の低下が起こるのではなく、さらに複雑な変動が生ずることがわかった。すなわち、電極と通電ロールとの間の電流値Ｉは、まず正常のめっき電流値（以下定常電流と言う）に対して正方向に変動した後、その直後に逆に定常電流に対して負方向に変動し、その後に定常電流に戻るという挙動を示すことがわかった。
【００１４】
図２は、板厚０．８１ｍｍ、板幅：１５９８ｍｍの冷延鋼板を、ライン速度：４４ｍ／ｍｉｎで電気亜鉛めっき処理を行った際の電流値の変化を、５ｍｓｅｃ周期で計測した結果を示すものである。図２中にはスパークが発生した点と、溶接点（先行材と後行材との接続点）が通過した点とを含んでいる。この図から、スパーク発生時には、電流が正方向に変動してから、その直後に負方向に変動して定常電流よりも低くなり、さらにその後に、定常電流に戻るという挙動を示しており、電流が正方向に変動を開始してから正常電流に戻るまでの時間は、おおよそ１５０ｍｓｅｃ程度であることがわかる。
【００１５】
上記の結果から、発明者らは、電流の経時変化が上記のような挙動を示すときにのみ、スパーク発生と判定することにすれば、誤検出を回避できるという発想に至った。そして、電流値の経時変化が上記の形態を示すもののみを抽出する方法について検討を加えた。
【００１６】
まず、定常電流、すなわち、スパークが発生していない正常な状態における電流値は、所定周期でめっき電流を検出し、その移動平均値Ｉ０を算出し、この移動平均値Ｉ０を含む所定範囲を定常電流範囲として設定することとした。すなわち、Ｘ１＝Ｉ０＋ΔＸ１を定常電流の上限、Ｘ２＝Ｉ０−ΔＸ２を定常電流の下限とした。ここで、ΔＸ１、ΔＸ２は予め設定しておく値である。上記移動平均値Ｉ０は、めっき電流を電流検出器で常時周期的（例えば５ｍｓｅｃ周期）に測定してこれを記憶し、所定時間（例えば５ｓｅｃ）内に得られた記憶値の平均値を求めることで算出することができる。この移動平均値の算出は、定期的にまたはめっき条件を変更するごとに行い、その値をその時の定常電流値として記憶し、算出の都度、その記憶を更新するようにしておけばよい。
【００１７】
そして、図３に示すように、検出された電流値がＸ１以上となった後、Ｘ２以下となり、さらにその後に定常電流範囲内に戻る挙動を示すか否かを、スパーク発生の判定基準のひとつとし、この挙動を示すもののみをスパーク発生有りと判定することとした。この挙動を示すもののみをスパーク発生有りとする理由は、上述したように、発明者らの詳細の調査結果から、スパーク発生時には必ずこのような挙動を示すことがわかったからである。なお、スパークが発生しなくとも電流値の変動は起こるので、上述のΔＸ１、ΔＸ２を小さくし過ぎると誤検出する可能性がある。そのため、ΔＸ１、ΔＸ２の値は、定常電流範囲が定常的にハンチングする範囲以上の幅を持つように設定する必要があり、スパークが発生した時に起こる電流の経時変化パターンの経験データや実験データに基づいて決定すればよい。具体的には、ΔＸ１、ΔＸ２の値は、移動平均値Ｉ０の１％以上の値に設定することが好ましい。１％未満の値では、定常的な電流の変動をスパークと誤検出する可能性がある。
【００１８】
さらに、電流の経時変化が上記の挙動を示すもので、かつ、該挙動の開始から終了までに要する時間ｔ、すなわち、電流値がＸ１以上となった時から、該電流値がＸ２以下となり、その後、定常電流範囲に戻るまでの時間が、予め設定した所定時間ｔＭＡＸ内にあるときを、スパーク発生と判定することとした。ここで、時間ｔの値を、スパーク発生有無の判定に用いる理由は、例えば、被めっき材の幅変更や、めっき目付け量の変更等により、設定電流を変更するときには、定常電流自体が上昇したり下降したりする。したがって、時間ｔが大きい場合についてもスパーク発生と判定すると、めっき電流の設定変更等によって電流変化があった場合まで、スパーク発生と誤検出してしまうためである。ｔＭＡＸの値は、スパークが発生した時に起こる電流の経時変化パターンの経験データや実験データに基づいて決定しておけばよい。発明者らの調査結果では、通常の電気めっきラインにおける電流範囲、ラインスピード範囲では、ｔＭＡＸは１０００ｍｓｅｃ程度に設定することが好ましい。
【００１９】
なお、スパークが発生したときには、上記時間ｔは必ずある値以上になるので、さらに誤検出を防止する目的で、スパーク発生と判定する基準として時間ｔの下限値ｔＭＩＮを設けておくことが好ましい。ｔＭＩＮを設けておくことにより、偶然に電流検出値にＸ１以上であるノイズが生じた直後にＸ２以下であるノイズが生じた場合でも、スパーク発生と誤検出することを防止できる。つまり、時間ｔが、ｔＭＩＮ〜ｔＭＡＸの範囲にある時のみを、スパーク発生有りと判定するようにすることが好ましい。ｔＭＩＮの値についても、スパーク発生時における電流変化のパターンの経験データや実験データに基づいて決定しておけばよいが、発明者らの、調査結果では、通常の電気めっきラインにおける電流範囲、ラインスピード範囲では、１００ｍｓｅｃ程度とすることが好ましい。
【００２０】
次に、スパーク検出器９によるスパーク発生有無の判定方法を説明する。
スパーク検出器９は、図１に示すように、定常電流範囲設定手段９ａとスパーク発生判定手段９ｂとを有している。定常電流範囲設定手段９ａは、電流検出器８により検出された電流Ｉより移動平均値Ｉ０を算出し、このＩ０を基にして定常電流範囲の下限値Ｘ２および上限値Ｘ１を設定して、スパーク発生判定手段９ｂへとこれらの値を送る。
【００２１】
図４に、定常電流範囲設定手段９ａによる、定常電流範囲の下限値Ｘ２および上限値Ｘ１の設定方法のフローチャートを示す。
ステップ１００では、現在時刻について、溶接点等の電流設定値変更点が対象としている電極を通過してからの経過時間が所定時間以内か否かの判定を行う。定常電流、すなわち正常にめっきが行われている状態の電流は、電流設定値の変更を行わない限り大きく変わることはないから、ここでは、電流設定変更が完了後、電流が安定する程度の所定時間を予め設定しておき、この所定時間範囲内のときに移動平均値の算出を行うようにしている。すなわち、ステップ１００で、条件変更点が通過してからの時間が所定時間範囲内のときにのみ、ステップ１１０に進み、移動平均の算出を始める。なお、電流設定の条件変更点が通過した時刻は、上位コンピュータから条件変更点の通過情報が入力されることで認識する。ステップ１１０では、電流値の測定を開始する。電流の測定は、所定周期で行われるようになっており、例えば、５ｍｓｅｃ毎に電流値を測定する。そして、ステップ１２０では、所定周期毎に測定される電流値Ｉｎを記憶していく。ここで、測定時間は予め決定されており、例えば５ｓｅｃとしておく。５ｍｓｅｃ周期で５ｓｅｃ間測定を行った場合、ｎＭＡＸ＝１０００となる。
【００２２】
Ｉｎの記憶が終了するとステップ１３０へ進み、次式により移動平均値Ｉ０を算出を行う。
Ｉ０＝［ΣＩｎ（ｎ＝１，２，３，・・・，ｎＭＡＸ）］／ｎＭＡＸ
ステップ１４０では、算出されたＩ０と予め設定されているΔＸ２、ΔＸ１より、次式により定常電流下限Ｘ２および定常電流上限Ｘ１の値を決定する。
Ｘ２＝Ｉ０−ΔＸ２
Ｘ１＝Ｉ０＋ΔＸ１
そして、ステップ１５０で、決定された定常電流下限Ｘ２および定常電流上限Ｘ１を、スパーク判定手段９ｂに送る。
【００２３】
続いて、スパーク判定手段９ｂによりスパーク発生と判定するフローチャートを図５に示す。スパーク判定手段９ｂでは、電流検出器８により検出された電流を常時監視し、ステップ２００で、電流測定値ＩがＸ１以上となった時に、ステップ２１０に進み、スパーク発生有無の判定を開始する。すなわち、電流測定値がＸ１未満である場合においては、スパーク発生無と判定する（ステップ２６０）。電流測定値ＩがＸ１以上となったことが検出されると、電流測定値ＩがＸ１以上となった時刻ｔＸ１を記憶し（ステップ２１０）、時刻ｔＸ１以後の測定データから、時刻ｔＸ１〜ｔＸ１＋ｔＭＡＸの間に、電流測定値ＩがＸ２以下に低下しているかの判定を行う。時刻ｔＸ１〜ｔＸ１＋ｔＭＡＸの間に電流測定値ＩがＸ２以下に低下していなければ、スパーク発生無しと判定する（ステップ２６０）。時刻ｔＸ１〜ｔＸ１＋ｔＭＡＸの間に電流測定値ＩがＸ２以下に低下している場合にはステップ２３０に進み、時刻ｔＸ１〜ｔＸ１＋ｔＭＡＸの間に、電流測定値ＩがさらにＸ２以下からＸ２超に変化しているかかどうかを判断し、変化していなければ、ステップ２６０に進んでスパーク無と判定し、変化していれば、ステップ２４０に進んでスパーク有りと判定し、さらに、ステップ２５０で警報器へスパーク発生信号を送信する。
【００２４】
なお、スパーク判定手段９ｂでは、Ｘ１、Ｘ２の値は、定常電流範囲設定手段９ａから送られてきたＸ１、Ｘ２の値を記憶しておき、定常電流範囲設定手段９ａから新たにこれらの値が送られて来る都度、これらの値は更新される。
【００２５】
また、本発明においては、他の実施形態として、電流検出値が連続して上記Ｘ１以上となっている時間ｔ１、上記Ｘ１以上となってから上記Ｘ２以下になるまでの時間ｔ２、および、連続して上記Ｘ２以下となっている時間ｔ３が、それぞれ予め設定した所定時間内であるときに、スパークが発生したと判定するようにしてもよい。図６は、ｔ１、ｔ２、ｔ３を説明する図である。
【００２６】
スパーク発生時には、電流が正方向に変動してから負方向に変動し、その後に定常電流に戻るという挙動を示すことから、上述のように定常電流範囲を設定した場合には、電流検出値が連続して上記Ｘ１以上となっている時間ｔ１、上記Ｘ１以上となってから上記Ｘ２以下になるまでの時間ｔ２、および、連続して上記Ｘ２以下となっている時間ｔ３についても、それぞれ、ある程度の時間範囲内に収まることになる。よって、これらの時間の全てをスパーク発生の判定基準とする、すなわち、ｔ１ＭＩＮ≦ｔ１≦ｔ１ＭＡＸ、ｔ２≦ｔ２ＭＡＸ、ｔ３ＭＩＮ≦ｔ３≦ｔ３ＭＡＸを満たすときのみに、スパーク発生と判定することにより、誤検出のないより正確な判定が行える。ｔ１ＭＩＮ、ｔ１ＭＡＸ、ｔ２ＭＡＸ、ｔ３ＭＩＮ、ｔ３ＭＡＸの値は、それぞれ、スパークが発生した際に起こる電流変化パターンの経験データや実験データに基づいて決定しておけばよい。発明者らの、調査結果では、通常の電気めっきラインにおける電流範囲、ラインスピード範囲では、ｔ１ＭＩＮは５０ｍｓｅｃ程度、ｔ１ＭＡＸは３００ｍｓｅｃ程度、ｔ２ＭＡＸは５００ｍｓｅｃ程度、ｔ３ＭＩＮは５０ｍｓｅｃ程度、ｔ３ＭＡＸは５００ｍｓｅｃ程度、とすることが好ましい。なお、この判定方法では、ｔ２とｔ３を判定基準にしているので、実質的にｔ（＝ｔ２＋ｔ３）も判定していることになり、ｔが所定時間内であるかどうかの判定を別途行う必要はない。
【００２７】
図７は、スパーク発生判定手段９ｂで、ｔ１、ｔ２、ｔ３の全てを、それぞれについて予め設定した所定時間内であるときに、スパークが発生したと判定する方法の例を示すフローチャートである。ステップ３００では、図５のステップ２００と同様に、電流測定値ＩがＸ１以上となった時に、スパーク発生有無の判定を開始する。ステップ３００でＩ≧Ｘ１となったことを検出した場合には、ステップ３１０に進み、Ｉ≧Ｘ１となった時刻ｔＸ１を記憶する。そして、次のステップ３２０において、時刻ｔＸ１〜ｔＸ１＋ｔ２ＭＡＸの間に、Ｉ≦Ｘ２となったか否かの判定を行う。このステップがｔ２≦ｔ２ＭＡＸを満たすか否かの判定である。このステップ３２０での判定がＹｅｓの場合には、ステップ３３０に進み、時刻ｔＸ１以降連続して電流ＩがＸ１以上である時間ｔ１、および、Ｉ≦Ｘ２となった時刻ｔＸ２を読み取る。続くステップ３４０では、ステップ３３０にて読み取ったｔ１についてｔ１ＭＩＮ≦ｔ１≦ｔ１ＭＡＸを満たすかどうかを判定する。ステップ３４０での判定がＹｅｓの場合には、さらにステップ３５０で時刻ｔＸ２＋ｔ３ＭＡＸに電流ＩがＸ２を超える値を示しているか否か、即ち定常電流範囲に戻っているか否かを判断する。この判定がＹｅｓの場合には、ステップ３６０に進み、時刻ｔＸ２以降連続して電流ＩがＸ２以下である時間ｔ３を読取る。そして、ステップ３７０でｔ３について、ｔ３ＭＩＮ≦ｔ３≦ｔ３ＭＡＸを満たすか否かを判定し、この判定かＹｅｓであれば、ステップ３８０でスパーク発生有と判定し、警報機へスパーク発生信号を送信する（ステップ３９０）。なお、ステップ３００、ステップ３２０、ステップ３４０、ステップ３５０、ステップ３７０のいずれかの判定において、Ｎｏであった場合にはスパーク発生無しと判定される。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スパークが発生した時に起こるめっき電流の特徴的挙動、即ち、めっき電流が定常電流よりも正方向に大きく変動した直後に負方向に変動して定常電流よりも低くなり、さらにその後に定常電流に戻るという挙動を検知したときにのみスパークが発生したと判定することから、操業条件等の変動による誤検知を防止できるので、スパーク検出精度を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するのに好適な電気めっきラインを示す図である。
【図２】スパーク発生時に起こる電流変化の実測例を示すグラフである。
【図３】本発明における、スパーク検出に用いる定常電流範囲と、スパーク発生時の電流変化の時間ｔを説明する図である。
【図４】定常電流範囲を決定する方法を示すフローチャートである。
【図５】スパーク発生の判定方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明における、スパーク検出に用いる定常電流範囲と、スパーク発生時の電流変化における時間ｔ１、ｔ２、ｔ３を説明する図である。
【図７】スパーク発生を判定する他の方法を示すフローチャートである。
【図８】一般的な電気めっきラインの構成を示す図である。
【符号の説明】
１．鋼板
２．通電ロール
３．バックアップロール
４．上部電極
５．下部電極
６．交流電源
７．整流回路
８．電流検出器
９．スパーク検出器
９ａ．定常電流範囲設定手段
９ｂ．スパーク発生判定手段
１０．警報器
【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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【図８】
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