(57)【要約】圧延機用ロール駆動システムが開示されている。そのロール駆動システムは、圧延機ハウジングとバックアップロール及びワークロールを支持するためのロールハウジングとの間に並列に配置された水圧シリンダーと、該水圧シリンダーの荷重位置を検知するための荷重位置センサと、ロールの動きの自由度に対する目標位置指示信号が上部の制御システムから入力されたときに水圧シリンダーの目標荷重位置を計算する後方運動アルゴリズムを実行する手段と、該後方運動アルゴリズム実行手段から入力された目標荷重位置に応じて水圧シリンダーの位置を制御するための位置コントローラと、荷重位置センサにより検知された荷重位置に基づいてロールの動きのその自由度における位置を計算し、計算結果の位置信号を上部制御システムに出力する前方運動アルゴリズムを実行する手段を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延機全体のハウジングとバックアップロール及びワークロールを支持するためのロールハウジングとの間に並列に配置された複数の水圧シリンダーと、
該水圧シリンダーの荷重位置を検知するための荷重位置センサと、
ロールの動きの自由度に対する目標位置指示信号が上部制御システムから入力されたときに水圧シリンダーの目標荷重位置を計算する後方運動アルゴリズムを実行するための手段と、
該後方運動アルゴリズム実行手段から入力された目標荷重位置に応じて水圧シリンダーの位置を制御するための位置コントローラと、
荷重位置センサにより検知された水圧シリンダーの荷重位置に基づいてロールの動きのその自由度における位置を計算し、その後計算結果の位置信号を上部制御システムに出力する前方運動アルゴリズムを実行するための手段を含む圧延機用ロール駆動システム。
【請求項２】
水圧シリンダーが、全部で３〜１５個であることを特徴とする請求項１に記載のロール駆動システム。
【請求項３】
位置コントローラから入力される信号に応じて水圧シリンダーを駆動するサーボ弁をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のロール駆動システム。
【請求項４】
後方運動アルゴリズム実行手段により計算された目標荷重位置が、水圧シリンダーの数、長さ、及び配置に応じて変化することを特徴とする請求項１に記載のロール駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は圧延機に関し、特には、本発明はストリップ形成能力を増強し、ロールの摩耗を防ぎ、また、ストリップの表面品質を改善するためにロールを５つの自由度で駆動する圧延機用ロール駆動システムに関する。
【０００２】
背景技術
従来、製鉄所で一般的に使用されている圧延機では、ストリップの厚さを制御するためにロールを上下に移動させる水圧シリンダーが、垂直方向に延びるようにロールの左右の側に取り付けられている。また、ストリップの形状を改良するためにロール本体がストリップの移動方向に対して任意の角度で回転することを確保するため、モータ及びストレート供給機構により各々構成されている駆動セクションがロールの左右の側に取り付けられている。さらに、ロールの摩耗を減らす目的で、ロールを軸方向に移動させるモータがロールの左右の側にそれぞれ取り付けられている。
【０００３】
しかしながら、上記のように構成されている従来の圧延機は、駆動アクチュエータが動きのそれぞれの自由度のために取り付けられている逐次構造配置を有しているので、誤差がギャップ形成により各駆動セクションで引き起こされるという欠点がある。これらの誤差が積み重なると、ロール全体の位置誤差が最終的に発生する。誤差とギャップにより生じた緩みのせいで、ロールは圧延中に振動し、また、ロールクロッシング角の違いのせいで、ストリップは曲がりくねったり、あるいは反りを生じ易くなる。
【０００４】
一方、ロールを上下に移動させるためのアクチュエータは、電気モータを組み込んだ水圧シリンダーから構成され、、残りの駆動アクチュエータは、フィードバック制御のもとに置くことができず、セットポイント制御のもとに置かれる。ロールクロッシングの発生を防ぐための運動学的構造が、米国特許第４，４５３，３９３号に開示されている。この運動学的構造では、バックアップロールとワークロールが同時に回転してロールクロッシングの発生を防いでいる。それでもなお、その運動学的構造は、直線経路に沿って移動されるべきスライディング部が緩むという欠点がある。また、その特許文献で開示されている圧延機は、基本的に逐次構造配置を採用しているので、上記従来の圧延機の欠点を維持している。
【０００５】
最近、これらの問題に対処するためのロール駆動システムが、米国特許第５，９２４，３１９号に開示されている。このタイプのロール駆動システムは、ロールシフティング、クロッシング、及びベンディングを実施することができる構造を有しているが、その構造は従来のシステムと全く異なるので、製造コストは上昇せざるを得ない。
【０００６】
発明の開示
従って、本発明は、関連する技術において生じる問題を解決する目的でなされたものであり、本発明の目的は、５自由度でロールを駆動してロールの摩耗を防ぎ、また、ストリップの表面品質を向上させる圧延機用ロール駆動システムを提供することである。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によれば、圧延機全体のハウジングとバックアップロール及びワークロールを支持するためのロールハウジングとの間に並列に配置された複数の水圧シリンダーと、該水圧シリンダーの荷重位置を検知するための荷重位置センサと、ロールの動きの自由度に対する目標位置指示信号が上部制御システムから入力されたときに水圧シリンダーの目標荷重位置を計算する後方運動アルゴリズムを実行するための手段と、該後方運動アルゴリズム実行手段から入力された目標荷重位置に応じて水圧シリンダーの位置を制御するための位置コントローラと、荷重位置センサにより検知された水圧シリンダーの荷重位置に基づいてロールの動きのその自由度における位置を計算し、その後計算結果の位置信号を上部制御システムに出力する前方運動アルゴリズムを実行するための手段を含む圧延機用ロール駆動システムが提供される。
【０００８】
上記目的、及び本発明の他の特徴及び利点は、図面とともに取り上げて、以下の詳細な記載を読んだ後でより明確となるであろう。
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態
以下、添付図面に例示されている本発明の好適な態様について一層詳細に説明する。可能な限り、同じ参照番号が、同様の部分を言及するために図面及び記載の全体にわたって使用されている。
【００１０】
図１は、ロール及び水圧シリンダーが本発明の一態様に係る圧延機用ロール駆動システムに取り付けられている状態を示す斜視図である。図１から容易に分かるように、バックアップロール２とワークロール３は、バックアップロール支持部６とワークロール支持部７によりそれぞれ支持されている状態でロールハウジング１内に受け入れられている。複数の水圧シリンダー４ａ−４ｆが、ロールハウジング１に備え付けられている。ロールハウジングは、圧延機全体のハウジング（不図示）に平行に接続されている。３〜１５個の水圧シリンダーを設けることができるが、図１では、６個の水圧シリンダーがロールハウジング１に備え付けられていることが示されている。この理由は、本発明の説明を簡単にすることである。結果的に、本発明は、水圧シリンダーの数を変えることによって悪影響を受けることはないことに注意されたい。
【００１１】
水圧シリンダー４ａ−４ｆの一端は、ユニバーサルジョイント５ａ−５ｆによってロールハウジング１に接続され、水圧シリンダー４ａ−４ｆの他端は、ユニバーサルジョイント１５ａ−１５ｆによって圧延機全体のハウジングに接続されている。各水圧シリンダー４ａ−４ｆはそれぞれ独立してシリンダーロッドの移動位置を有し、また、ロールハウジング１は水圧シリンダー４ａ−４ｆによって全体として支持されているという事実により、各水圧シリンダー４ａ−４ｆのシリンダーロッドの移動位置の組み合わせによりロールハウジング１を運動学的に５自由度で空間内で動かすことができる。
【００１２】
図２（ａ）及び２（ｂ）は、複数の水圧シリンダーによって駆動されるロールの動きを説明する概略図であり、図２（ａ）は４個の水圧シリンダーによって駆動されるロールの動きを示し、図２（ｂ）は６個の水圧シリンダーによって駆動されるロールの動きを示している。図２（ａ）及び２（ｂ）では、（上部の大きな円によって示された圧延機全体のハウジングの役割をする）上部プレートは固定して保たれており、（下部の小さな円によって示されたロールハウジングの役割をする）下部プレートは水圧シリンダーの動きに従って空間内で自由に動かされる。水圧シリンダーは、上部の圧延機全体のハウジングと下部のロールハウジングとの間に並列に置かれている。水圧シリンダーの間隔と角度は、各自由度に対する動きの範囲により決定される。
一般的には、圧延工程を行う際に必要な動きの自由度は、ロールシフティング、ロールオフセッティング、ロールアップダウン、ロールクロッシング、及びロールレベリングを含んでいる。
【００１３】
図３（ａ）に示されるように、ロールシフティングは、ストリップを圧延する際にロールの摩耗を減らすためロールが軸方向に駆動されるように実施される。圧延機内で上部ロールハウジングと下部ロールハウジングを、同じ方向に、かつ同じ距離にわたって同時に動かすことによりロールシフティングを実施することにより、ストリップは圧延される際に横に移動されるので、ストリップを移動経路の中心線に合わせることが可能となる。
【００１４】
図４（ａ）に示されるように、ロールオフセッティングは、上下のロールの中心を垂線からずらすようなやり方で実施される。ロールオフセッティングを実施することにより、せん断応力がストリップに生じるので、ストリップの表面品質が改善される。一般的に、図４（ｂ）に最もよく示されているように、もしロールハウジングがストリップの移動方向又は逆方向に移動されれば、増加又は減少したテンションがストリップに適用されるので、テンションを制御することが可能である。
【００１５】
ロールアップダウンは、ストリップの厚さを制御するために、ロールハウジングが上方又は下方に駆動されるように実施される。図５に示されるように、ロールクロッシングは、左右のロールギャップを調整するために、ロールの左右の側が独立して上方または下方に駆動されるように実施される。
圧延機のストリップ形成能力は、上記した５の自由度によって決められる。
【００１６】
図６は、５自由度を有する圧延機の制御装置を例示しているブロックダイアグラムである。６個の水圧シリンダーを取り付けた圧延機用の制御装置が図６に示されているが、当業者は、本発明は水圧シリンダーの数によって限定されないことが容易に分かるであろう。
【００１７】
図６に示されているように、制御装置は、ロールの動きの自由度に対して位置指示を受けて、水圧シリンダー４ａ−４ｆの目標荷重位置を計算する後方運動アルゴリズム実行部１６、水圧シリンダー位置制御装置２０ａ−２０ｆ、及び水圧シリンダー位置センサ１１ａ−１１ｆから水圧シリンダー４ａ−４ｆの荷重位置を受けて、ロールの動きの自由度に対して現在位置を計算する前方運動アルゴリズム実行部１７を含んでいる。
【００１８】
水圧シリンダー位置制御装置２０ａ−２０ｆは、それぞれ水圧シリンダー位置コントローラ１５ａ−１５ｆ、サーボ弁アンプ１４ａ−１４ｆ、サーボ弁１３ａ−１３ｆ、水圧シリンダー４ａ−４ｆ、及び水圧シリンダー位置センサ１１ａ−１１ｆを含んでいる。水圧シリンダー位置制御装置２０ａ−２０ｆは、水圧シリンダー４ａ−４ｆに対してそれぞれ独立して設けられていることに注意されたい。
【００１９】
もし、ロールの目標位置が、上部圧延機制御システム内でロールの動きの各自由度に対して決定され、ロール駆動セクションの後方運動アルゴリズム実行部１６に伝えられれば、後方運動アルゴリズム実行部１６が水圧シリンダー４ａ−４ｆの目標荷重位置を計算し、その後水圧シリンダー位置コントローラ１５ａ−１５ｆにその計算された目標荷重位置を出力する。
【００２０】
後方運動アルゴリズム実行部１６の計算結果は、水圧シリンダー４ａ−４ｆの数、長さ、及び運動学的配置に応じて変化する。水圧シリンダー位置コントローラ１５ａ−１５ｆは、水圧シリンダー４ａ−４ｆに取り付けられた水圧シリンダー位置センサ１１ａ−１１ｆを通じて水圧シリンダー４ａ−４ｆの現在の荷重位置を検知し、制御誤差を計算し、その後、その計算結果の信号を制御アルゴリズムの媒介によってサーボ弁アンプ１４ａ−１４ｆに伝える。サーボ弁アンプ１４ａ−１４ｆは、水圧シリンダー４ａ−４ｆを駆動するためにサーボ弁１３ａ−１３ｆを作動させ、それにより位置制御を行う。前方運動アルゴリズム実行部１７は、ロールの動きの自由度に対して位置を計算し、その後計算結果の位置信号を上部圧延機制御システムに出力する。
【００２１】
上部圧延機制御システムは、伝達されたロールの動きの自由度に応じてロールを駆動するので、ストリップを圧延する際にロールの摩耗を減らすためにロールを軸方向に駆動されるようにロールシフティングが可能となる。圧延機の上部ワークロールと下部ワークロールが同じ距離で同じ方向に同時に駆動されるようにロールシフティングを実施することにより、ストリップを圧延工程を行いながら横に移動させることができ、このようにしてストリップが曲がりくねるのを防ぐことが可能となる。また、上下のロールの中心が垂線からずれるようにロールオフセッティングを実施することにより、せん断応力がストリップに生じ、結果としてストリップの表面品質が改善される。圧延工程を行いながら上下のロールがストリップの移動方向または逆方向に同時に移動される場合には、ストリップに増加または減少したテンションを適用することが可能であり、それによってテンション制御が可能となる。
【００２２】
ロールアップダウンを実施する際、ロールは上方または下方に駆動されるので、ストリップの厚さを調整することが可能である。ロールクロッシングを実施する場合には、ロール本体がストリップの移動方向に関して任意の角度で回転されるので、ストリップの形状を改良することが可能である。また、上記したように、ロールレベリングは、左右のロールのギャップを調整するために、ロールの左右の側が上方又は下方に独立して駆動されるように実施される。
【００２３】
産業上の利用の可能性
上記記載から明らかなように、本発明による圧延機用ロール駆動システムは、下記のような利点を提供する。ロールは、ロールの動きのそれぞれの自由度に応じて位置が計算されようなやり方で５自由度で駆動されるので、ストリップの表面品質を改善し、張力、厚さ、曲がりくねり、反り、輪郭等に関する制御を確保することが可能である。また、従来の逐次構造配置の駆動メカニズム及びスライディングガイディング表面の緩みにより引き起こされる誤差累積が避けられるので、ストリップの振動や曲がりくねりを顕著に抑制することができる。さらに、圧延中にストリップに適用されるロール圧力及びストリップの通過の際に生じる衝撃が、水圧シリンダーに軸方向に伝搬されるという事実のせいで、耐荷重剛性が増加する。さらに、水圧シリンダー中の作動流体が高周波振動及び瞬間衝撃を吸収するという事実により、振動及び衝撃減衰能力が著しく増大される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、ロール及び水圧シリンダーが本発明の一態様に係る圧延機用ロール駆動システムに取り付けられている状態を示す斜視図である。
【図２】
図２（ａ）及び２（ｂ）は、本発明に係るロール駆動システムにおける水圧シリンダーの運動力学的配置を示す概略図である。
【図３】
図３は、ロールシフティングに対する実際の駆動パターンを示す概略図である。
【図４】
図４（ａ）及び４（ｂ）は、ロールオフセッティングに対する実際の駆動パターンを示す概略図である。
【図５】
図５は、ロールクロッシングに対する実際の駆動パターンを示す概略図である。
【図６】
図６は、本発明に係るロール駆動システムの制御装置を示すブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
１…ロールハウジング、  ２…バックアップロール、  ３…ワークロール、
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ…水圧シリンダー、
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ…ユニバーサルジョイント、
６…バックアップロール支持部、  ７…ワークロール支持部、
１１ａ，１１ｆ…水圧シリンダー位置センサ、  １３ａ，１３ｆ…サーボ弁、
１４ａ，１４ｆ…サーボ弁アンプ、
１５ａ，１５ｆ…水圧シリンダー位置コントローラ、
１６…後方運動アルゴリズム実行部、  １７…前方運動アルゴリズム実行部、
２０ａ…水圧シリンダー位置制御装置。
【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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【国際公開パンフレット】
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2004516939.tif 000010
2004516939.tif 000011
2004516939.tif 000012
2004516939.tif 000013
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2004516939.tif 000017
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【国際調査報告】
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