(57)【要約】  本発明は、鉄、鉄鋼、又はアルミニウム材料のための冷間又は熱間圧延機又は帯材加工装置の油圧システムにおける圧力振動をセミアクティブに低減させる方法及び装置に関する。本発明の課題は、発生した圧力振動を、単純でかつ安価な装置を用いて効果的に低減できる方法及び装置を提供することである。この課題は、前記の態様の方法であって、以下のステップ、すなわち、ａ）油圧システム内の圧力を永続的に測定することにより圧力変換器を用いて圧力信号を捕捉するステップ、ｂ）前記圧力信号の振動分を算出するステップ、ｃ）前記振動分を考慮しながら、制御装置を用いて、少なくとも一つの、時間により変化する操作量をリアルタイムで算出するステップ、ｄ）少なくとも一つのアクチュエータを前記操作量で作動させるステップであって、その際、前記アクチュエータにより、前記油圧システムに接続されている振動アブソーバの固有振動数が変化させられ、それにより前記油圧システム内の圧力振動の振幅が低減されるステップ、をこの順番で有する方法により解決される。
2012510900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄、鉄鋼、又はアルミニウムの材料のための冷間又は熱間圧延機又は帯材加工装置の油圧システムにおける圧力振動をセミアクティブに低減させる方法であって、
ａ）油圧システム内の圧力を永続的に測定することにより圧力変換器を用いて圧力信号を捕捉するステップと、
ｂ）前記圧力信号の振動分を算出するステップと、
ｃ）前記振動分を考慮しながら、制御装置を用いてリアルタイムで、少なくとも一つの、時間により変化する操作量を算出するステップと、
ｄ）少なくとも一つのアクチュエータを前記操作量で作動させるステップであって、その際、前記アクチュエータにより、前記油圧システムに接続されている振動アブソーバの固有振動数が変化させられ、それにより前記油圧システム内の圧力振動の振幅が低減されるステップと、
をこの順番で備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記振動分が帯域通過フィルタリングされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アクチュエータにより、前記振動アブソーバ内の、前記操作量に対応する容積が変化させられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アクチュエータにより、ヘルムホルツ共振器の容積、又は、λ／４共振器の有効長さが変化させられることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記方法が、ロールスタンドの圧下シリンダの油圧システムに適用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
鉄、鉄鋼、又はアルミニウムの材料のための冷間又は熱間圧延機又は帯材加工装置の油圧システムにおける圧力振動をセミアクティブに低減させるための装置であって、油圧システムに接続された、圧力信号捕捉のための圧力変換器、及び、前記圧力信号の振動分算出のためのユニットであって、前記圧力信号を送り込むことが可能なユニット、及び、少なくとも一つの制御装置であって、該記制御装置には前記振動分を伝送することができ、また、該記制御装置を用いて少なくとも一つの操作量が算出可能な制御装置、及び、前記油圧システムに接続された、少なくとも一つの振動アブソーバ、及び、前記振動アブソーバに接続された、少なくとも一つの、容積可変のアクチュエータであって、該アクチュエータには前記操作量を伝送することができ、また、該アクチュエータを介して前記振動アブソーバの共振器容積を変えることができるアクチュエータ、を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
前記振動アブソーバがλ／４共振器又はヘルムホルツ共振器として実施されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記アクチュエータが電動スクリュージャッキアクチュエータとして、又は、油圧アクチュエータとして実施されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記装置が、油圧式ローラ圧下装置の油圧バルブ及び油圧シリンダに接続されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
金属材料の加工及び／又は製造において、特に鋳造圧延複合工場において適用されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法又は請求項６から９のいずれか一項に記載の装置の使用。
【請求項１１】
前記鋳造圧延複合工場が、薄板鋳造工場、又は、薄スラブ鋳造工場（ＥＳＰ）であることを特徴とする、請求項１０に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄、鉄鋼、又はアルミニウム材料のための冷間又は熱間圧延機又は帯材加工装置の油圧システムにおける圧力振動をセミアクティブに低減させる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧システムにおいて周期的に発生する圧力振動は、たとえば、過度の騒音発生、構成部品の寿命低下、制御回路の故障などさまざまな問題の原因となっていることが知られている。圧力振動は、たとえばポンプの吐出量の不規則性により又はバルブの作動などにより油圧システム自体内で生じることもあり、又は、たとえば、油圧シリンダ又は油圧モータにおける周期的な負荷変動などにより外部的な原因で起こることもある。さらに、特に、たとえば、高度に動的で連続的な油圧バルブ（たとえば電気的に制御されるプロポーショナルバルブ又はサーボバルブなど）及び油圧シリンダ又は油圧モータで構成される高度に動的な油圧システムにおいては、油圧システム内において強すぎる圧力振動が発生する可能性があることも知られている。
【０００３】
近年の圧延機又は帯材加工装置の油圧装置においても、たとえば油圧式ローラ圧下装置において、圧力振動が強くなりすぎることがあり、それにより構成部品の寿命の低下、さらに圧延機のスタンドの大きな損傷及び／又は圧延材の欠陥につながることがあることが知られている。これは特に、一方では、ローラ力又はローラ速度がより高いために、反応がより素早い油圧システム（高度に動的な）が使用されること、もう一方では、反応時間及び経済性に対する要求がより高まることにより、油圧システム内の減衰（たとえばシリンダのシール内の粘性減衰）が低下することにより起こる。
【０００４】
特許文献１より、油圧ユニット内の圧力振動をアクティブに抑えるための装置が知られており、該装置は圧力センサ、割り当てられた増幅器を持つ制御装置、容積補償装置を有する。特許文献１の開示からは、実施すべき方法のための具体的な規則、又は、圧延機又は帯材加工装置の油圧システムにおいて該装置を好適に使用するための詳細な指示を読み取ることはできない。
【０００５】
抑制すべき圧力振動の振動数が高いこと、及び、近年の油圧システムの圧力が高いことにより、アクティブな振動補償システムのアクチュエータに対する要求は特に高度になっている。それにより、アクチュエータはもはやコンパクトではなくなっており（特に容積が大きい）、また、出力密度に対する要求が高度であるために、使用できるのは非常に高品質で高価なアクチュエータのみである。アクティブな振動補償システムのさらなる短所は、アクチュエータを介して追加的にエネルギーが油圧システム内に入ってしまうことであり、それによりシステム全体の安定性が根本的に悪化し、特に、正確に調整されていない制御装置の場合、システム挙動が悪化する可能性（つまり、場合によっては圧力振動の振幅が低減されるどころか増大する）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許４３０２９７７号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】P. Horowitz,W. HilI著、The Art of Electronics, Second edition, 1989の35ページ、Cambridge University Press出版
【非特許文献２】Taylor and Francis著、Acoustics - An introductionの8.3.3 Resonators、Fachbuch H. Kuttruff出版、2007年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、冷間又は熱間圧延機又は帯材加工装置の油圧システムにおける圧力振動をセミアクティブに低減させる方法及び装置を提供することであり、それにより単純かつ安価な装置を用いて、発生した圧力振動を効果的に低減できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は、以下の方法ステップをこの順番で有する、先述の態様の方法により解決される。        
ａ）油圧システム内の圧力を永続的に測定することにより圧力変換器を用いて圧力信号を捕捉するステップ。
ｂ）前記圧力信号の振動分を算出するステップ。
ｃ）前記振動分を考慮しながら、制御装置を用いて、少なくとも一つの、時間により変化する操作量をリアルタイムで算出するステップ。
ｄ）前記操作量で少なくとも一つのアクチュエータを作動させるステップ。その際、アクチュエータは、油圧システムに接続されている振動アブソーバの固有振動数を変化させ、それにより油圧システム内の圧力振動の振幅が低減される。
【００１０】
このとき圧力信号は、圧力変換器（圧電性測定セル、又は圧電抵抗測定セルを持つ圧力変換器、又はひずみゲージ測定セルの圧力変換器）を用いて、たとえば圧延装置のロールスタンドの油圧システム内の圧力を永続的に測定することにより捕捉される。油圧システムとは、油圧的に互いに接続された油圧ユニットの一部（代表的には油圧回路又は油圧軸）であって、たとえば油圧バルブと油圧シリンダ（油圧管又は油圧ホースを含む）との間の領域を指す。次に、圧力信号から振動分が計算される。つまり、圧力信号から定常成分が除去されて制御装置に供給される。振動分の算出は、電子的なフィルタモジュール又はデジタルフィルタにより行うことができる（たとえば圧力振動のｎ個の測定値で構成されるスライディング・ウィンドウ（sliding window）を用いた定常成分の除去（フィルタ次数ｎ））。もちろん、直流成分の除去は制御装置のアルゴリスムにおいて初めて行うこともできる）。代替的に、振動分の算出は、圧力変換器に後置された、又は圧力変換器内に統合された、圧電式圧力変換器及び電荷増幅器を用いて行うこともできる。制御装置は、圧力信号の振動分を考慮して少なくとも一つの、時間により変化する操作量をリアルタイムで算出し、該操作量は少なくとも一つのアクチュエータを作動させるために使用され、それにより、油圧システムに接続されている振動アブソーバの固有振動数を変化させる。本出願において振動アブソーバとは、それ自体は受動的である、振動を吸収するための部材を指しており、たとえば、λ／４共振器（side branch resonator）、ヘルムホルツ共振器などが挙げられる。「圧力振動のセミアクティブな低減」とは、受動的な振動アブソーバを用いて油圧システム内の圧力振動の振幅を弱めることを指しており、このとき受動的な振動アブソーバの固有振動数はアクチュエータを用いて変えることが可能である。圧力振動の振幅を特に強力に低減させることができるのは、アクチュエータを操作量で適切に作動させ、振動アブソーバの固有振動数が圧力振動の振動数に一致するように、振動アブソーバの固有振動数が変えられた場合である。制御装置からアクチュエータへの操作量信号の伝送は、ケーブルを用いて、又は、ケーブルなし（たとえば無線）で行うことができる。
【００１１】
本発明の方法の一つの好適な実施形態においては、圧力信号の振動分に帯域通過フィルタリングが行われる。このフィルタリングにより、振動分から、特に不都合な振動数部分（たとえば、ロールスタンド又はサブシステムの固有振動数に一致する部分など）又は、振幅の大きな振動数部分又は強度の高い振動数部分（たとえば高速フーリエ変換又はＰＳＤ（Power Signal Density）のスペクトルなど）を取り除いて制御装置に伝送することができる。
【００１２】
一つの好適な実施形態においてアクチュエータは、振動アブソーバ内の、操作量に対応する容積を変化させる。その際、その容積は操作量に対応し（たとえば操作量ゼロはアクチュエータの変位がない（ニュートラルな）位置に対応し、最大の操作量はたとえば、ある方向における最大の変位に対応させることができる)、それにより振動アブソーバの固有振動数が変化させられる。
【００１３】
本発明の方法が特に好適に実施されるのは、アクチュエータにより、ヘルムホルツ共振器の容積又はλ／４共振器の有効長さが変化させられる場合である。これらの振動アブソーバにおいては固有振動数は単純な方法で調整できる。
【００１４】
鉄、鋼、又はアルミニウム材料を圧延するためのスタンドの圧下シリンダの油圧システムにおける圧力振動は、圧延材の品質に直接的に影響し、非常に不都合であるため、本発明の方法を、ロールスタンドの圧下シリンダの油圧システムに適用することは好適である。
【００１５】
本発明の課題を解決する本発明の方法をできるだけ直接的に適用するために、装置は以下のものを有していることが好適である。すなわち、油圧システムに接続された、圧力信号測定のための圧力変換器、及び、該圧力信号の振動分算出のためのユニットであって、該ユニットには前記圧力信号を伝送することが可能であるもの、及び、少なくとも一つの制御装置であって、該制御装置には前記振動分を伝送することが可能であり、また、該制御装置を用いて少なくとも一つの操作量が算出可能であるもの、及び、少なくとも一つの、油圧システムに接続された振動アブソーバ、及び、該振動アブソーバに接続された、容積可変の少なくとも一つのアクチュエータであって、該アクチュエータには前記操作量が伝送可能であり、また、該アクチュエータを介して振動アブソーバの共振器容積を変えることが可能であるもの、である。振動アブソーバの固有振動数は、前記共振器の容積を介して調整され、それにより固有振動数を圧力振動の振動数に適応させることができる。
【００１６】
振動アブソーバがλ／４共振器又はヘルムホルツ共振器として実施されている場合は、固有振動数を特に簡単に調整することが可能となる。
【００１７】
特にコスト安な装置が達成されるのは、アクチュエータが電動スクリュージャッキアクチュエータ又は油圧アクチュエータとして実施されている場合である。アクチュエータの調整は、アクティブな振動補償を備えるシステムに比較してゆっくり行われるため、市販の電気式又は油圧式アクチュエータでも十分だからである。
【００１８】
本発明の装置が特に好適に使用されるのは、該装置が、油圧式ローラ圧下装置の油圧バルブ及び油圧シリンダに接続されている場合である。このように組み込むことによりロールスタンドのローラの振動の低減を特に簡単に行うことができ、それにより圧延材の品質を効率的に改善できる。装置を油圧バルブの中板内に組み込むと、組み込みが特にコンパクトとなる。
【００１９】
特に長所が得られるのは、鋳造圧延複合工場、特に、薄板鋳造工場、特に好適であるのは双ロール鋳造工場及びＥＳＰ(エンドレス板製造)タイプの薄スラブ鋳造工場に適用される場合である。
【００２０】
本発明のさらなる長所及び特徴は、以下の図を参照しながら以下の説明から理解できるが実施例がこれに限定されるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】油圧システムにおける圧力振動をセミアクティブに低減するための制御対象の図である。
【図２】圧延装置の油圧システム内の圧力振動を低減するための本発明の装置の図である。
【図３】アクチュエータが統合された振動アブソーバの図である。
【図４】アクチュエータが統合された振動アブソーバの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、圧延装置の油圧システム内の圧力振動を低減するための制御対象の基本構成を示した図である。圧力変換器１を介して油圧システム内の圧力の圧力信号が測定され、該圧力信号２は高域フィルタ３（電子スイッチに関する詳細はたとえば非特許文献１を参照）に伝送され、該高域フィルタ３は圧力信号２の振動分（alternating component）２´を決定して制御装置４に伝送する。この制御装置４は振動分２´を考慮しながら制御則を用いて、時間とともに変化する操作量６をリアルタイムで計算する。操作量信号は次に増幅器８に伝送され、該増幅器８は、電気式スクリュージャッキアクチュエータとして実施されたアクチュエータ９を作動させる。アクチュエータ９により、ヘルムホルツ共振器として実施された振動アブソーバ１３の共振器容積が変化し、その際、共振器容積の変化は操作量６に対応している。共振器容積の変化により振動アブソーバ１３の固有振動数が変化し、それにより該振動アブソーバの固有振動数が圧力振動の振動数に一致させられる。この手法により、油圧システム内の圧力振動の振幅が非常に簡単に、しかし効果的に低減される。
【００２３】
図２は、鉄、鋼、又はアルミニウム材料を圧延するためのスタンドの油圧システム内の圧力振動を抑制するための装置の図である。圧力信号２は圧力変換器１を用いて油圧システム１０内の圧力を永続的に測定して捕捉される。その際、油圧システムは油圧バルブ１１、油圧シリンダ１２、油圧管を備えている。該油圧システムは圧延材１５を圧延するためのローラ１４の圧下を行う。このとき圧力変換器１は振動アブソーバ１３と油圧シリンダ１２との間の部分（図の通り）又は、油圧バルブ１１と振動アブソーバ１３との間の部分のいずれかにあるものとすることができる。当然のことながら、複数の圧力変換器を振動アブソーバ１３と油圧シリンダ１２との間、又は、油圧バルブ１１と振動アブソーバ１３との間に配置することも可能である。圧力信号２はデジタル制御装置４に伝送され、該制御装置４は圧力信号の振動分の振動数帯を決定し、制御アルゴリズムを用いて時間とともに変化する操作量６を計算する。該操作量は、図示されていない増幅器内で増幅された後に、電動スクリュージャッキアクチュエータとして実施されたアクチュエータ９に伝送され、該アクチュエータ９は、ヘルムホルツ共振器として実施された振動アブソーバ１３内の、前記操作量６に対応する共振器容積を、振動アブソーバ１３の固有振動数が圧力振動の振動数に適応するように変化させ、それにより圧力振動の振幅が低減される。
【００２４】
図３は、アクチュエータ９が統合された、ヘルムホルツ共振器として実施された振動アブソーバ１３の図である。アクチュエータ９には操作量６が伝送可能であり、それにより、共振器容積Ｖが変化する（Ｖ＝ＬＳ、Ｌはヘルムホルツ共振器の共振器容積の長さ、Ｓは断面積）。共振器容積Ｖが変化することにより、振動アブソーバ１３の固有振動数が変化し、このときヘルムホルツ共振器の固有振動数ｆは数１の条件により得られる。数１においてｃは油圧油中の音速、Ｓ´は共振器ネック部の断面積、Ｌ´は共振器ネック部の長さ、Ｌは共振器容積Ｖの長さ、Ｓは共振器容積Ｖの断面積である（非特許文献２参照）。
【００２５】
【数１】
2012510900.tif 000003
【００２６】
図４にはλ／４共振器として実施された振動アブソーバ１３が図示されており、アクチュエータ９が統合されている。アクチュエータ９には操作量６を伝送可能であり、それによりλ／４共振器の有効長さＬが変化する。有効長さＬが変化することにより振動アブソーバ１３の固有振動数が変化し、このときλ／４共振器の固有振動数ｆは、数２の条件により与えられる。数２においてｃは油圧油中の音速、Ｌは有効長さである。
【００２７】
【数２】
2012510900.tif 000004
【００２８】
当然のことながら、本発明の方法又は装置は、移動式油圧機器又は工業用油圧機器の任意の油圧システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１    圧力変換器
２    圧力信号
２´  圧力信号の振動分
３    帯域通過フィルタ
４    制御装置
６    操作量
８    増幅器
９    アクチュエータ
１０  油圧システム
１１  油圧バルブ
１２  油圧シリンダ
１３  振動アブソーバ
１４  ローラ
１５  圧延材
【図１】
2012510900.tif 000005
【図２】
2012510900.tif 000006
【図３】
2012510900.tif 000007
【図４】
2012510900.tif 000008
【国際調査報告】
2012510900.tif 000009
2012510900.tif 000010
2012510900.tif 000011
2012510900.tif 000012
2012510900.tif 000013
2012510900.tif 000014