(57)【要約】【課題】本発明の目的は、局部伸びや複合形状の形状不良を抑制し高精度の形状制御を行える冷間圧延機の形状制御方法及び装置を提供することにある。【解決手段】冷間圧延機１５の出側に被圧延材２の板幅方向に沿って複数のエアーノズル９５を配設してエアーノズル９５から被圧延材２に空気を噴射する。形状制御装置５は目標形状と検出形状から求めた形状絶対値偏差と形状空間偏差を用いて複数のエアノズル９５から噴射する空気操作量を求める。空気調整装置８４は空気操作量に基づいて複数のエアーノズル９５から噴射する空気量を調節する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間圧延機出側に配置された形状検出手段により被圧延材の板幅方向の形状を多数のゾーンに区分して検出し前記被圧延材の形状を制御する冷間圧延機において、冷間圧延機出側に前記被圧延材の板幅方向に沿って複数のエアーノズルを配設して前記エアーノズルから前記被圧延材に空気を噴射するようにし、目標形状と検出形状から求めた形状絶対値偏差と形状空間偏差を用いて前記複数のエアーノズルから噴射する空気操作量を求め、この空気操作量に基づいて前記複数のエアーノズルから噴射する空気量を調節するようにしたことを特徴とする冷間圧延機の形状制御方法。
【請求項２】
冷間圧延機出側に配置された形状検出手段により被圧延材の板幅方向の形状を多数のゾーンに区分して検出し前記被圧延材の形状を制御する冷間圧延機において、冷間圧延機出側に前記被圧延材の板幅方向に沿って複数のエアーノズルを配設して前記エアーノズルから前記被圧延材に空気を噴射するようにし、目標形状と検出形状から求めた形状絶対値偏差と形状空間偏差を用いてファジイ推論演算を行い前記複数のエアーノズルから噴射する空気操作量を求め、この空気操作量に基づいて前記複数のエアーノズル毎に噴射する空気量を調節するようにしたことを特徴とする冷間圧延機の形状制御方法。
【請求項３】
冷間圧延機出側に配置された形状検出手段により被圧延材の板幅方向の形状を多数のゾーンに区分して検出し前記被圧延材の形状を制御する冷間圧延機において、冷間圧延機出側に前記被圧延材の板幅方向に沿って複数のエアーノズルを配設して前記エアーノズルから前記被圧延材に空気を噴射するようにし、目標形状と検出形状から求めた形状偏差を用いて前記複数のエアーノズルから噴射する空気操作量を求め、この空気操作量に基づいて前記複数のエアーノズルから噴射する空気量を調節するようにしたことを特徴とする冷間圧延機の形状制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３にいずれか１項において、前記冷間圧延機はワークロールと中間ロールを備えた多段圧延機であって、ワークロールベンダと中間ロールベンダのそれぞれを制御されるものであることを特徴とする冷間圧延機の形状制御方法。
【請求項５】
被圧延材を圧延する冷間圧延機と、前記冷間圧延機の出側に配置され、前記被圧延材の板幅方向の形状を多数のゾーンに区分して検出する形状検出手段と、前記冷間圧延機出側に前記被圧延材の板幅方向に沿って配設され、前記被圧延材に空気を噴射する複数のエアーノズルと、目標形状と検出形状から求めた形状絶対値偏差と形状空間偏差を用いて前記複数のエアーノズルから噴射する空気操作量を求める形状制御手段と、前記空気操作量を入力して前記複数のエアーノズルから噴射する空気量を調節する空気調整手段とを具備することを特徴とする冷間圧延機の形状制御装置。
【請求項６】
被圧延材を圧延する冷間圧延機と、前記冷間圧延機の出側に配置され、前記被圧延材の板幅方向の形状を多数のゾーンに区分して検出する形状検出手段と、前記冷間圧延機出側に前記被圧延材の板幅方向に沿って配設され、前記被圧延材に空気を噴射する複数のエアーノズルと、目標形状と検出形状から求めた形状絶対値偏差と形状空間偏差を用いてファジイ推論演算を行い前記複数のエアーノズルから噴射する空気操作量を求める形状制御手段と、前記空気操作量を入力して前記複数のエアーノズル毎に噴射する空気量を調節する空気調整手段とを具備することを特徴とする冷間圧延機の形状制御装置。
【請求項７】
被圧延材を圧延する冷間圧延機と、前記冷間圧延機の出側に配置され、前記被圧延材の板幅方向の形状を多数のゾーンに区分して検出する形状検出手段と、前記冷間圧延機出側に前記被圧延材の板幅方向に沿って配設され、前記被圧延材に空気を噴射する複数のエアーノズルと、目標形状と検出形状から求めた形状偏差を用いて前記複数のエアーノズルから噴射する空気操作量を求める形状制御手段と、前記空気操作量を入力して前記複数のエアーノズルから噴射する空気量を調節する空気調整手段とを具備することを特徴とする冷間圧延機の形状制御装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項において、前記冷間圧延機はワークロールと中間ロールを備えた多段圧延機であって、ワークロールベンダと中間ロールベンダのそれぞれを制御されるものであることを特徴とする冷間圧延機の形状制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間圧延機で圧延される被圧延材の形状を制御する形状制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被圧延材を圧延する圧延機においては製品の高品質化と生産性向上の観点から形状制御の高精度化が要求されている。圧延機の形状制御は圧延機出側における被圧延材の平坦度（板形状）を良くすることで、圧延機出側の検出形状と目標形状との形状偏差に応じてアクチュエータの操作量を演算により求めアクチュエータを調整する。
【０００３】
６段式の冷間圧延機においては、アクチュエータとしてワークロールベンダ（ＷＲベンダ）、中間ロールベンダ（ＩＭＲベンダ）、圧下レベリング、スポットクーリングがある。ＷＲベンダ，ＩＭＲベンダは、夫々のロールを撓ませる機能であり、ロールの撓みを利用して被圧延材の幅方向での板をつぶす力の分布を変えて板幅全体の形状を制御する。
【０００４】
また、圧下レベリングは、圧延機の作業側，駆動側に夫々設置される圧下装置による圧下位置（ロールギャップ）の差であり、これを操作し被圧延材の幅方向での板をつぶす力の分布を変えることにより板幅全体の形状を制御する。スポットクーリングは、圧延機のワークロール（作業ロール）に対して局所的に真水または潤滑油などの冷却媒体を噴射して作業ロールのサーマルクラウンを変えて板幅方向のつぶす力の分布を変えることにより、局部伸びや複合形状を制御する。
【０００５】
熱間圧延機においては、例えば、特開２００１−１２９６０８号公報に記載されているように、板幅方向での局部的な過冷却発生位置を測定し、局部冷却発生位置に対応する部分のロール表面粗さを小さく研削により調整した作業ロールを用いて熱間圧延した板を冷却して板幅方向の温度分布を制御することが知られている。
【０００６】
また、特開２００１−７３０４１号公報に記載されているように、板幅方向の温度偏差に伴う歪みの発生を防止するために、歪みの発生しないセンタ部冷却温度と冷却幅を求めてセンタ部領域に冷却水を注入すると共にエッジ側領域に空気を吹付け、板幅方向の温度分布がエッジ側においてセンタ部付近よりも低温で且つエッジ部とセンタ部の間に最高温部が位置するように温度制御を行うことが知られている。
【０００７】
このように、熱間圧延においては高温であるため被圧延材の温度分布が材料の硬度分布および板形状に大きな影響を及ぼすため、積極的に被圧延材の温度分布を制御するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、冷間圧延は熱間圧延に比較して低温であることから被圧延材の温度が形状への影響は少ないと考えられており、形状制御をワークロールベンダ、中間ロールベンダ、圧下レベリングで行っている。しかしながら、板幅全体の形状を制御することしかできず、局部伸びや複合形状を制御することが行えず高精度の形状制御ができないという問題点を有する。
本発明の目的は、局部伸びや複合形状の形状不良を抑制し高精度の形状制御を行える冷間圧延機の形状制御方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、冷間圧延機出側に被圧延材の板幅方向に沿って複数のエアーノズルを配設してエアーノズルから被圧延材に空気を噴射するようにし、目標形状と検出形状から求めた形状絶対値偏差と形状空間偏差を用いて複数のエアーノズルから噴射する空気操作量を求め、この空気操作量に基づいて複数のエアーノズルから噴射する空気量を調節するようにしたことにある。
【００１０】
ここで、本明細書においては、被圧延材の板幅方向の形状を多数のゾーンに区分して検出した同一区分の形状目標値と形状検出値の偏差を形状絶対値偏差と称し、また、ある区分の形状絶対値偏差と他の区分の形状絶対値偏差の偏差を形状空間偏差（または形状位置偏差）と称する。他の区分は、ある区分の両隣りの区分とするのが望ましい。
【００１１】
本発明は目標形状と検出形状から求めた形状絶対値偏差と形状空間偏差を用いて複数のエアーノズルから被圧延材に噴射する空気操作量を求め、この空気操作量に基づいて複数のエアーノズルから噴射する空気量を調節しているので局部伸びや複合形状の形状不良を抑制し被圧延材の形状制御を高精度で行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例を示し、図２は本発明の要部の構成を示す。図１は５台の冷間圧延機を連続に配置した５スタンドタンデム圧延機の例を示している。
【００１３】
図１、図２において、第１〜第５スタンドの５台の冷間圧延機１１〜１５が連続して配置され、被圧延材２は矢印で示す圧延方向に移送され第１〜第５スタンド１１〜１５で順次圧延される。圧延機１１〜１５は６段式で、対向する１対のワークロール１７と、ワークロール１７を挟む１対の中間ロール（インターミヂィエートロール）１８および中間ロール１８を挟む１対のバックアップロール１９から構成される。
【００１４】
第５スタンド（最終スタンド）１５の出側に被圧延材２の形状を検出する形状検出ロール３が設置されている。形状検出ロール３は図２に示すように、被圧延材２の板幅方向を多数のゾーン１〜ｎに区分して各ゾーン１〜ｎ毎の形状を検出する。また、圧延機１５の出側で形状検出ロール３の設置位置より圧延機１５側に被圧延材２の板幅方向（ロール軸心方向）に沿って複数個（ｎ個）のエアーノズル９５が配設されている。エアーノズル９５は形状検出ロール３の形状検出ゾーン１〜ｎ毎に配設され、対応するゾーンの被圧延材２に空気を噴射する。
【００１５】
形状検出器４は形状検出ロール３の出力信号を入力して形状検出信号に変換し形状制御装置５と形状表示装置１０に加える。形状制御装置５は形状設定装置６の形状目標値と形状検出器４の形状検出値（形状実績値）を入力して板幅方向の形状制御操作量を演算し、ベンダ制御装置８１、圧下位置制御装置８２、スポットクーリング制御装置８３および空気調整装置８４に与える。
【００１６】
ベンダ制御装置８１はワークロール１７のワークロールベンダと中間ロール１８の中間ロールベンダを制御し、圧下位置制御装置８２はバックアップロール１９の圧下位置を操作する。また、スポットクーリング制御装置８３はノズル９４からワークロール１７に対して局所的に水または潤滑油などの冷却媒体を噴射してワークロール１７のサーマルクラウンを変えて板幅方向の潰す力の分布を変える。
【００１７】
空気調整装置８４は図２に示すように全体の流量を調整する空気バルブ８５とｎ個のエアーノズル９５毎に流量を調節するｎ個の空気バルブ８６を具備し、最終スタンド１５出側に設けられたｎ個のエアーノズル９５から空気噴射量を調節し板幅方向の流量分布を調整する。空気調整装置８４は空気操作装置７によって手動でも操作できる。操作員は形状表示装置１０に表示されている形状実績（形状検出値）を見ながら空気操作装置７によって空気調整装置８４を操作する。
【００１８】
次に形状制御の動作を説明する。
ベンダ制御装置８１はワークロール１７のワークロールベンダ（ＷＲベンダ）と中間ロール１８の中間ロールベンダ（ＩＭＲベンダ）を制御し、圧下位置制御装置８２はバックアップロール１９の圧下位置を操作する。また、スポットクーリング制御装置８３はノズル９４からワークロール１７に対して局所的に水または潤滑油などの冷却媒体を噴射してワークロール１７のサーマルクラウンを変えて板幅方向の潰す力の分布を変える。このようなＷＲベンダ，ＩＭＲベンダ，レベリング，スポットクーラントは従来技術による制御であって良く知られているので詳細説明を省略する。
【００１９】
さて、本発明は最終スタンド１５出側のエアーノズル９５による空気吹付けをを行い形状制御している。複数のエアーノズル９５からの空気噴射は次のようにして制御される。
【００２０】
（１）空気吹付け全体の流量を変更する。
空気を強く噴射した被圧延材２の部分（ゾーン）では、板が伸びる傾向があるため空気を強力に噴射すると板幅方向の空気流量分布が不均一となり、これにより板形状が局所的に伸びる場合がある。
形状検出器４からの形状検出値を表示する形状実績表示装置１０により形状実績をモニターしながら板幅方向の空気流量分布が均一となるように空気バルブ８５で空気全体の流量を調節することにより板形状を制御する。
【００２１】
（２）空気吹付けの板幅方向の流量分布を変更する。
空気を強く噴射した部分は板形状が伸びる傾向があり，また、空気を弱く噴射した部分は伸びない傾向があることが実験的に分かっている。この性質を利用して形状を制御する。
【００２２】
形状検出器４からの形状実績値においては、局所的な伸びが発生した場合、形状制御装置５はこの局所的な伸びを認識し、板幅方向に対する局部伸び発生個所を検出する。形状制御装置５は、空気噴射制御装置８４を操作して局所的な伸びが発生している部分の空気流量を減少させる。これにより局所的な伸びが減少し、安定した板形状を得ることができる。
【００２３】
スポットクーリングは伸びを示している部分のワークロール１７を冷却することにより形状制御を行っているが、本発明は伸びていない（張っている）部分の被圧延材２を冷却することにより板形状を制御することになる。
【００２４】
形状制御装置５は次のようにして空気操作量を演算により求める。
形状検出器４からの形状検出値から形状設定装置６により与えられる形状目標値を減算し形状偏差Δεｉを求める。ここで、ｉは形状検出器４におけるゾーン（チャンネル）を表している。形状偏差Δεｉを形状パターン認識し、ＷＲベンダ，ＩＭＲベンダ，圧下レベリングにおいて制御する成分を演算する。
【００２５】
形状偏差Δεｉからベンダとレベリングの演算結果を減算し、ベンダおよび圧下レベリングで除去できない局所的な形状偏差を抽出する。局所的な形状偏差をファジィ推論演算して空気操作量を演算する。
【００２６】
図３に形状制御装置５の一例の詳細構成を示す。
形状検出器４からの形状実績を、前処理機構５３により隣り合ったセクション（ゾーン）との差（Ｘ要素）と、該当セクションの目標形状からの偏差（Ｐ要素）に分解してそれぞれ演算を行う。
【００２７】
ｉ−１，ｉ，ｉ＋１番の形状偏差Δεｉ−１、Δεｉ、Δεｉ＋１は形状空間偏差演算部５１の前処理機構５３に入力される。前処理機構５３は形状偏差Δεｉ−１とΔεｉの偏差と、形状偏差ΔεｉとΔεｉ＋１の偏差を求めてクラス分け機構５４Ａ、５４Ｂに加える。クラス分け機構５４Ａ、５４Ｂに加えられる偏差が形状空間偏差となる。
【００２８】
クラス分け機構５４Ａ、５４Ｂは確信度を出力する。両クラス分け機構５４Ａ、５４Ｂで求めた確信度はそれぞれ推論機構５５Ａ、５５Ｂに入力される。推論機構５５Ａは推論ルールベース５６を参照して形状偏差Δεｉ−１とΔεｉの偏差から制御信号を決定し評価部５７に加える。また、推論機構５５Ｂは推論ルールベース５６を参照して形状偏差ΔεｉとΔεｉ＋１の偏差から制御信号を決定し評価部５７に加える。
【００２９】
一方、Ｐ要素の形状絶対値偏差演算部５２のクラス分け機構５４Ｃには形状絶対値偏差である形状偏差Δεｉが入力され確信度が求められる。推論機構５５Ｃは推論ルールベース５６を参照して形状絶対値偏差Δεｉから制御信号を決定し評価部５７に加える。評価部５７でファジィ推論演算の重心を求めるなどの評価をされた制御信号は空気量演算部５８に入力され空気操作量が求められる。
【００３０】
図４にクラス分け機構５４の一例詳細図を示す。
クラス分け機構５４は入力信号Ｉ（形状偏差信号）を複数のクラスに分けるための分類要素６１、６２、６３を有する。分類要素６１は横軸に入力信号Ｉの大きさ、縦軸に出力である確信度Ｓの大きさを示す分類関数を持っている。分類要素６１の分類関数は実践で示し、他の分類要素の分類関数を破線で示している。
【００３１】
分類要素６１は入力信号Ｉの値がａならば出力である確信度Ｓの値はｂであることを示す。同様に、分類要素６２は入力信号Ｉの値がａならば出力である確信度Ｍの値はｃであり、また、分類要素６３は入力信号Ｉの値がａならば出力値は零であることを示す。
【００３２】
このように目標形状と検出形状から求めた形状絶対値偏差と形状空間偏差を用いて複数のエアーノズルから被圧延材に噴射する空気操作量を求め、この空気操作量に基づいて複数のエアーノズルから噴射する空気量を調節しているので局部伸びや複合形状の形状不良を抑制し被圧延材の形状制御を高精度で行うことができる。
【００３３】
このような効果を奏し得る理由は明確に解析されていないが、概略次のようなことであると推認できる。
【００３４】
圧延温度は一般に室温よりは高温で行われること、また圧延機出側にはある程度の張力がかかっていることから次のような現象が起きていると推測できる。圧延機スタンド１５出側にて、被圧延材２を局所的に急冷却すると、冷却された部分が収縮してその部分の張力分布が増加する。
【００３５】
冷却された部分の張力が周囲より高いため、その部分が特に圧延され、伸びの形状となる。または、冷却された部分の張力分布が高いため、張力により伸ばされ、その後板がコイルとして巻き取られるまでに、板全体の温度が下がり、結果として伸び形状となる。
【００３６】
局部伸びが発生している部分の冷却を弱めることは、その部分の張力分布を減少させ、これに伴い圧延機直下での圧下量が局所的に減少し、形状が張る方向に寄与することになる。
【００３７】
図５は空気噴射と形状実績の関係を示している。図５は、形状検出器４による形状実績であり、空気流量調整前（流量最大）および調整後（流量１／２）における形状実績をプロットしたものである。空気流量を増加させることにより、空気噴射ノズル位置における圧延材の板形状が伸ばされることが分かる。
【００３８】
上述の被圧延材の性質を利用すれば、板形状が伸びている部分の空気流量を減少させ、張っている部分の空気流量を増加させることにより、板形状を改善させることが可能である。
【００３９】
以上のように、本発明は目標形状と検出形状から求めた形状絶対値偏差と形状空間偏差を用いて複数のエアーノズルから被圧延材に噴射する空気操作量を求め、この空気操作量に基づいて複数のエアーノズルから噴射する空気量を調節しているので局部伸びや複合形状の形状不良を抑制し被圧延材の形状制御を高精度で行うことができる。
【００４０】
また、本発明によればスポットクーリングを不要にすることができるので、圧延後の材料の錆の問題やクーラント濃度低下の問題を解消することができる。
【００４１】
なお、上述の実施例は空気操作量をファジィ推論演算によって求めるようにしているが、他の演算によって求めても同様に行えることは明らかなことである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、板幅方向の局所的な板形状を容易に制御することができるので、板幅方向で安定した形状の製品を圧延でき、製品形状精度の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明一実施例の要部構成図である。
【図３】本発明の形状制御部の一例構成図である。
【図４】本発明のクラス分け機構の一例を示す構成図である。
【図５】本発明の効果を説明するための特性図である。
【符号の説明】
２…圧延材、３…形状検出ロール、４…形状検出器、５…形状制御装置、６…形状設定装置、１１〜１５…圧延スタンド、８１…ベンダ制御装置、８２…圧下位置制御装置、８４…空気調整装置、９５…エアーノズル。
【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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