クラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法およびクラスタ圧延機の形状制御装置
【課題】本発明は、形状データより直接、有効成分を読み取って制御することで圧延材の板や条の平坦な形状得る。
【解決手段】軸方向に数分割された分割ロールを有し、各分割ロールを個別にもしくは圧延材の板幅方向の中央部に対して対称に圧下位置が調整されるバックアップロールを上下に有するクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法であって、圧延機出側に設けられた形状検出器により被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出し、分割ロールの配置に応じて、被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、各ゾーンの形状偏差に対して、各分割ロールの操作量の重み付けを行い、ゾーン毎に形状検出器の検出値に基づいてバックアップロールの圧下量または開放量を計算し、その計算値に基づいてバックアップロールの圧下位置を出力して被圧延物の伸びを修正する形状制御方法を提供する。
【解決手段】軸方向に数分割された分割ロールを有し、各分割ロールを個別にもしくは圧延材の板幅方向の中央部に対して対称に圧下位置が調整されるバックアップロールを上下に有するクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法であって、圧延機出側に設けられた形状検出器により被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出し、分割ロールの配置に応じて、被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、各ゾーンの形状偏差に対して、各分割ロールの操作量の重み付けを行い、ゾーン毎に形状検出器の検出値に基づいてバックアップロールの圧下量または開放量を計算し、その計算値に基づいてバックアップロールの圧下位置を出力して被圧延物の伸びを修正する形状制御方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法およびクラスタ圧延機の形状制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラスタ圧延機とは、ワークロール１本に対して２本以上のバックアップロールや中間ロールにより支持した圧延機であり、側面から見た場合にぶどうの房（クラスタ：Ｃｌｕｓｔｅｒ）のように、ワークロールが、バックアップロールおよび中間ロールによって取り囲まれるようにして配置された形式の圧延機の総称である。
このクラスタ圧延機により圧延される圧延材の板や条の平坦形状には、ワークロールだけでなく、中間ロールやバックアップロールも少なからず影響する。そのため、クラスタ圧延機を用いた形状制御では、これら各種の要因を的確に制御する必要がある。このため、従来より、クラスタ圧延機を用いて圧延材の板や条の平坦形状を高精度で制御する自動形状制御技術や形状制御装置が種々提案されている。
特許文献１には、圧延後の板形状を検出する形状検出機構により板幅方向に対する張力分布を測定し、さらにそのデータから求めた板形状の歪分布の４次直交関数を演算し、それぞれの次数に応じた形状制御アクチュエータの動作によって、目標とする歪分布を求める形状制御が開示されている。この制御方法は、現在のクラスタ圧延機の形状制御方法の主流である。この特許文献１の発明では、４次直交関数の成分の内、１次成分にて左右ロールギャップを変更する圧下レベリング制御機構を動かし、２次成分にてロールを湾曲して使用するロールベンディング制御機構を制御し、３次成分にて非対称ロールベンディング制御を行い、４次成分にてバックアップロールクラウン制御を実施するとある。また特許文献２には、上述の形状制御方法と合わせて幅方向に対して局所的な伸びはワークロールのクーラント流量を調整することで、熱膨張による局所的な形状制御も行われていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３２８７１２号公報
【特許文献２】特開２００５−５９０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
板幅中心に対して非対称な形状は３次成分のみの制御では不十分であり、非対称成分が制御後も残ってしまう。また４次以上の高次の成分での複雑な形状変化もあり、これらに対応するには、上記の歪分布を４次直交関数に演算し、各次数に応じた形状制御モードによる形状制御のみでは対処しきれないことがある。
そこで本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、非対称形状成分および高次な対称形状成分を４次直交関数で分析するのでなく、形状データより直接、有効成分を読み取り制御する方法にて制御して圧延材の板や条の平坦な形状得ることを目的とした形状制御方法および形状制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく、本発明は以下に示す技術的手段を講じた。
（１）軸方向に数分割された分割ロールを有し各分割ロールを個別にもしくは圧延材の板幅方向の中央部に対して対称に圧下位置が調整されるバックアップロールを上下に有するクラスタ圧延機を用いる、被圧延物の形状制御方法であって、圧延機出側に設けられた形状検出器により被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出し、前記分割ロールの配置に応じて前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記各ゾーンにおける前記被圧延物の形状偏差に対して、前記各分割ロールの操作量の重み付けを行い、前記ゾーン毎に前記形状検出器の検出値に基づいて前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算し、その計算値に基づいて前記バックアップロールの圧下位置を出力して、前記被圧延物の伸びを修正することを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
（２）軸方向に数分割されたバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出する形状検出器を有するクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法であって、前記バックアップロールの分割された分割ロールの配置に応じて、前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記ゾーンごとに前記形状検出器により検出された検出値と前記被圧延物の目標形状値との差である形状偏差を求め、当該形状偏差を基に中間ロールベンダ、圧下装置、バックアップロールをそれぞれに駆動する機械的アクチュエータを操作した後の残余の形状偏差に対応させて、前記分割ロールの配置に対応して設けられたスプレー装置のノズルから噴射されるクーラント量を前記残余の形状偏差より求め、前記求めた量のクーラントを前記バックアップロールに噴射することで前記バックアップロールの伸びを制御して前記被圧延物の板形状制御を行うことを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
（３）軸方向に数分割されてなる分割ロールを個別にもしくは左右対象に圧下位置が調整されるバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出する板形状検出器を有するクラスタ圧延機の形状制御装置であって、前記分割ロールの配置に応じて前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記各ゾーンにおける前記被圧延物の形状偏差に対して、前記各分割ロールの操作量の重み付けを行い、前記ゾーン毎に前記形状検出器の検出値に基づいて前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算する演算制御装置と、前記圧下量または開放量の計算値に基づいて前記バックアップロールの圧下位置を出力する出力手段を有して、前記バックアップロールの伸びを修正することを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
（４）軸方向に数分割されたバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出する形状検出器を有するクラスタ圧延機の形状制御装置であって、前記形状制御装置は、前記バックアップロールの分割された分割ロールの配置に応じて、前記形状検出器による前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記ゾーンごとに前記形状検出器により検出された検出値と前記被圧延物の目標形状値との差である形状偏差を求め、当該形状偏差を基に中間ロールベンダ、圧下装置、バックアップロールをそれぞれに駆動させた後に生じる残余の形状偏差を求め、当該残余の形状偏差を基に前記分割ロールに噴射するクーラント量を求める演算制御装置と、前記分割ロールの配置に対応してクーラントが噴射されるノズルを配したスプレー装置を有し、前記スプレー装置のノズルから前記求めた量のクーラントを前記分割ロールに噴射させて、前記被圧延物の板形状制御を行うことを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のクラスタ圧延機を用いた被圧延物の形状制御方法によれば、被圧延物の伸びを各ゾーンの形状偏差に対して修正することができるので、またはバックアップロールの伸びをゾーン毎に制御することができるので、被圧延物の平坦形状が向上できる。
本発明のクラスタ圧延機の形状制御装置によれば、被圧延物の形状偏差を基にバックアップロールの伸びを修正することができるので、またはクーラント制御によりバックアップロールの個々の分割ロールの温度を制御することができるので、被圧延物の平坦形状を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の被圧延物の形状制御方法が採用されるクラスタ圧延機の好ましい一実施形態を示した模式的側面図である。
【図２】図１に示したクラスタ圧延機を示した模式的正面図である。
【図３】形状検出器からの出力データと直交関数展開したときの１次から４次までのデータの一例を示したグラフである。
【図４】本発明のクラスタ圧延機を用いた被圧延物の形状制御方法を実現する形状制御装置の好ましい一実施形態を示したシステム構成図である。
【図５】形状検出器の好ましい一例と、この形状検出器で得られた一被圧延物の板幅方向の伸び率の一例を示した伸び率の分布図である。
【図６】本発明の形状制御方法に係るバックアップロールの分割ロールの制御方法を示したフローチャートである。
【図７】分割ロールの配置に応じたゾーン配列の一例と、被圧延物の板幅方向における形状検出器の検出位置と検出例を示した図である。
【図８】各ゾーンに対応した分割ロールの押込みによる形状制御の典型例を示したグラフであり、（１）は形状制御前の状態を示し、（２）は形状制御後の状態を示す。
【図９】（１）はスプレー装置のクーラント噴射ノズルの配置の好ましい一例を示した模式的側面図であり、（２）は板幅方向の各分割ロールに対するノズル配置の好ましい一例と、伸び率分布の一例を示した模式図である。
【図１０】クーラント制御による形状制御の典型例を示したグラフであり、（１）は形状制御前の状態を示し、（２）は形状制御後の状態を示す。
【図１１】本発明の形状制御方法に係るバックアップロールの分割ロールの制御方法を示したフローチャートである。
【図１２】６次形状偏差に基づく分割ロールの押込みによるＡ６形状制御の典型例を示したグラフであり、（１）は形状制御前の状態を示し、（２）は形状制御後の状態を示す。
【図１３】６次形状偏差に基づく分割ロールに対するクーラント制御の典型例を示したグラフであり、（１）は形状制御前の状態を示し、（２）は形状制御後の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明のクラスタ圧延機を用いた被圧延物の形状制御方法およびクラスタ圧延機の形状制御装置の好ましい実施形態を図１ないし図３に基づき以下に説明する。
図１に示すように、本発明を有するクラスタ圧延機１は、ワークロール１１（上ワークロール１１ａ）の上に２本の中間ロール１２（１２ａ，１２ｂ）を有しており、さらにその中間ロール１２を３本のバックアップロール１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）が補強して上ロール群１０Ｕを構成している。下ロール群１０Ｄは上ロール群１０Ｕの上下を逆にした構成を有し、ワークロール１１（下ワークロール１１ｂ）の下に２本の中間ロール１２（１２ｃ、１２ｄ）を有し、さらに３本のバックアップロール１３（１３ｄ、１３ｅ，１３ｆ）によって補強されていて、合計６本のロールで構成されている。これらのバックアップロール１３は、大径を有するバックアップロール１３ａ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｆと、その間に配された小径のバックアップロール１３ｂ、１３ｅとで構成されている。したがって、このクラスタ圧延機１は、上下で１２本のロールを有する１２段圧延機である。
【０００９】
各ロールは、正逆転が可能であり、ロールを正転および逆転させて被圧延物としての圧延材Ｗを往復動で圧延することができる。したがって、クラスタ圧延機１の入出側のそれぞれにディフレクタロール（形状検出ロール）３１，３２と巻取機３３，３４とが配設されており、矢印Ａで示す方向に圧延される場合には、圧延材Ｗはディフレクタロール３２を介して巻取機３４によって巻き取られる。逆方向に圧延される場合には、圧延材Ｗはディフレクタロール３１を介して巻取機３３によって巻き取られる。
【００１０】
また、クラスタ圧延機１の入出側には、それぞれ形状検出器１４，１５が配置されており、これにより圧延材Ｗの平坦形状が測定される。さらにワークロール１１とディフレクタロール３１，３２とのそれぞれの間に厚さ計１６、１７が設けられている。この厚さ計１６，１７によって圧延材Ｗの圧延前後の厚さが測定される。
【００１１】
下ロール群１０Ｄのバックアップロール１３のロール軸の下方には圧下装置１８が設けられている。この圧下装置１８は、例えば油圧圧下装置であり、図示しない圧力（油圧）制御回路が接続され、この圧力制御回路から油圧圧下装置に作動圧（作動油圧）が指示される。上ロール群１０Ｕのバックアップロール１３には、荷重計１９が設けられている。この荷重計１９は、複数のロードセル（図示せず）で構成され、中間ロール１２を介して下ロール群１０Ｄのバックアップロール１３から受ける圧延荷重を計測する。
【００１２】
図２に示すように、クラスタ圧延機１では、中間ロール１２にベンディング制御部４０が付与されている。ベンディング制御部４０は、左右、別々に値を設定でき、対称または非対称に制御が可能である。バックアップロール１３は複数に分割された分割ロール１３Ｐからなっており、その分割ロール１３Ｐ毎に押込量を調整して上バックアップロール１３Ｕのクラウン量と下バックアップロール１３Ｄのクラウン量を変更することが可能なクラウン制御部５０が上，下バックアップロール１３Ｕ，１３Ｄに付与されている。
左右の圧下装置１８（１８ａ、１８ｂ）には、レベリング制御部６０が付与されている。このレベリング制御部６０は、左右の圧下装置１８に圧力を指示することによりワークロール１１ａ，１１ｂ間のロールギャップを、その軸心方向の一方側を広く、他方側を狭くするように変更してレベリングを制御することで、圧延材Ｗの片伸びを修正するのに有効な制御方法である。
【００１３】
次に、形状検出器１４，１５（前記図１参照）から検出される板形状の検出値に基づく伸び率の分布とその分布状態を直交関数展開したときの１次から４次の演算結果を図３によって説明する。まず図３（１）に示すように、形状検出器１４，１５（前記図１参照）の各荷重検出セル（例えばロードセル）から出力された検出値に基づいて圧延材Ｗの幅方向における圧延材Ｗの送給方向の伸び率分布を求める。そして図３（２）〜（５）に示すように、直交関数展開で１次から４次までの成分を取り出す。その成分を基にして、アクチュエータ（図示せず）で、前記図２に示したように、バックアップロール１３Ｄのレベリング制御、上下の中間ロール１２のベンディング制御、およびバックアップロール１３Ｕのクラウン制御を行う。
【００１４】
さらに図示はしないが、形状検出器１４，１５で検出した板形状の検出値から板形状の伸び率の分布に対応する６次直交関数展開を実施して、その係数のうち４次および６次の係数が目標値に一致するように各分割ロール１３Ｐに対する形状偏差（目標値と検出値との差）を求める。上述の１次から４次の各制御を行った場合には、形状偏差にその残余の形状偏差を用いる。そして、上下それぞれの分割ロール１３Ｐの配置に応じて、圧延材Ｗの板幅方向の各検出点を複数のゾーンに区分し、形状偏差に対して各分割ロール１３Ｐの操作量の重み付けを行い、その形状偏差に基づいて各分割ロール１３Ｐの操作量（圧下量または開放量）を求める。この操作量により複数に分割されたバックアップロール１３の軸心方向においてその軸心線をそれぞれ個別に上，下方向に変位させてロールクラウンを形成し、複合伸びを修正する。また各分割ロール１３Ｐの最適クーラント量を求め、複合伸びを修正する形状制御を実施する。
【実施例】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の形状制御方法および形状制御装置を詳細に説明する。
図４は、クラスタ圧延機の概略構成を示す。クラスタ圧延機１は、１２段式（多段式）圧延機であり、上下各一対のワークロール１１（１１Ｕ，１１Ｄ）と、ワークロール１１より大径の中間ロール１２と、中間ロール１２よりさらに大径のバックアップロール１３（１３Ｕ，１３Ｄ）を有している。ワークロール１１は、２つのワークロール１１Ｕ，１１Ｄで被圧延物Ｗ（以下圧延材Ｗという。）を挟み込んで圧延するもので、ワークロール１１の圧延荷重は、中間ロール１２を介して上，下バックアップロール１３Ｕ，１３Ｄにより加えられる。下バックアップロール１３Ｄのロール軸の下方には、圧下装置１８（１８ａ，１８ｂ）としての油圧圧下装置が配置され、この油圧圧下装置によって下バックアップロール１３Ｄに圧延荷重が加えられる。油圧圧下装置には圧力制御回路としての油圧制御回路（図示せず）が接続され、その油圧制御回路から作動圧力としての作動油圧が供給される。一方、下バックアップロール１３Ｄの圧延荷重を受ける上バックアップロール１３Ｕには、複数の荷重検出セル（例えばロードセル（図示せず））からなる荷重計１９が取付けられ圧延荷重を計測している。
【００１６】
ワークロール１１のロール径、ロール胴長は、圧延材Ｗに応じて適宜選択されるが、本実施例ではそれぞれ８０ｍｍ，８５０ｍｍである。
中間ロール１２のロール径、ロール胴長、およびチョック間距離は、これも圧延材Ｗに応じて適宜選択されるが、本実施例ではそれぞれ１５０ｍｍ，９５０ｍｍ，２０００ｍｍである。中間ロール軸１２Ｃの各両端部には、それぞれ上下一対の図面矢印で示した中間ロールベンダ４１（便宜上、矢印で示す）が配設されており、この中間ロールベンダ４１によって中間ロール軸１２Ｃをワークである圧延材Ｗに対して凸になる方向（プラス方向）に曲げ（ベンディングし）、圧延材Ｗの全体形状を修正する。逆に凹なる方向（マイナス方向）の場合は逆に曲げる。中間ロールベンダ４１にはそれぞれ油圧制御回路（図示せず）が接続されており、対応する油圧制御回路から供給される油圧によって中間ロール１２を例えば前述したプラス側にベンディングさせるようになっている。油圧制御回路は、図示しない油圧源からの油圧を調圧して油圧圧下装置や中間ロールベンダ４１に供給する電磁弁（例えば、特開平７-３０３９１０号公報等参照。）等の制御要素から構成されており、この制御要素は演算制御装置３０から指令されるレベリング偏差、ベンダ偏差、バックアップロール偏差等の制御信号によって作動制御される。
【００１７】
バックアップロール１３は、軸方向にそって複数に分割されており、各分割ロール１３Ｐの軸心線をそれぞれ個別に上，下方向に変位させてロールクラウンを形成し、圧延ライン中心に対称な２次曲線（Ａ２）または４次曲線（Ａ４）を作ることで形状の制御を行い圧延材Ｗの全体形状を修正する。本実施例では、上バックアップロール１３Ｕが５分割、下バックアップロール１３Ｄが６分割されており、大径ロールが３６０ｍｍ、小径ロールが２２０ｍｍである。
【００１８】
また、演算制御装置３０は、システム全体のコントローラとしての機能を有している。すなわち、形状検出器１４，１５からの検出値をスイッチＳＷの切り替えにより取得して、目標値との比較を行う。そして、後に詳述する直交関数展開によって１次から６次の直交関数φ１（ｉ）〜φ６（ｉ）に形状検出器１４，１５で検出した形状信号を代入し、板形状を関数で近似して形状モード係数Ａ１〜Ａ６を求める。それによって得られたレベリング偏差１に基づいてレベリング制御部６０でレベリング制御を行い、ベンダ偏差１および２に基づいてベンディング制御部４０で中間ロールベンディング制御を行い、ベンダ偏差２およびバックアップロール偏差に基づいてクラウン制御部５０でバックアップロールクラウン制御を行う。さらにバックアップロールクラウン制御中に形状モード係数Ａ６が目標値から離れると、バックアップロールを圧下もしくは解放させて目標との差を小さくする制御を、クラウン制御部５０で上記バックアップロールクラウン制御と併用して行う。
【００１９】
図５に示すように、ディフレクタロール３１は、一体回転する多数（実施例では３０個）の小ロール３１ａを同軸上に配列して構成されており、各小ロール３１ａにはロールの外周に掛かる張力を計測する公知のセンサ３１ｓが組み込まれている。各センサはそれぞれ演算制御装置３０（前記図４参照）の入力側に接続され、センサ出力を演算制御装置３０に供給している。そして、これらのセンサによって形状検出器１４，１５（図１参照）を構成している。各センサが検出する張力は、圧延材Ｗの長手方向の伸びに対応しており、形状検出器１４，１５の出力分布が伸び分布（板形状）と対応する。ディフレクタロール３１および小ロール３１ａの各ロール幅は、圧延する圧延材Ｗの板幅に応じて異なるが、実施例ではそれぞれ７８０ｍｍ，２６ｍｍ（３０個：３０チャンネル分）である。従って、実施例において一つの小ロール３１ａが測定する伸びは、圧延材Ｗの幅方向２６ｍｍの領域の伸びの平均値を検出していることになる。
実施例では、圧延材Ｗの幅方向を小ロール３１ａのロール幅に対応し、後述するようにバックアップロール１３の配置に応じて、多数のゾーン（９ゾーン：Ｚ１〜Ｚ９）に分割して、それぞれのゾーンに属する領域の伸び率を小ロール３１ａに組み込まれたセンサがそれぞれ検出し、各ゾーンの伸びの平均値が求められる。
ディフレクタロール３２（前記図１参照）も、ディフレクタロール３１と同様の構成をしており、ディフレクタロール３２の形状検出器１５を構成する各小ロールのセンサもそれぞれ演算制御装置３０の入力側に接続され、センサ出力を演算制御装置３０に供給している。
【００２０】
演算制御装置３０は、図示しない入出力装置、中央演算装置、ＲＯＭやＲＡＭの記憶装置、操作者による指令信号を入力するための操作盤等から構成されている。操作盤からの圧延開始指令によって演算制御装置３０は、ＲＯＭに記憶されている形状制御プログラムを実行し、このプログラムに基づいて、入出力装置を介して形状検出器１４、１５から圧延材Ｗの伸びデータを取り込み、中間ロールベンダ４１による中間ロール１２のベンディング量（ベンダ作動量）、出力手段としてのバックアップロール独立押出機構５１による個々のバックアップロール１３の押出し量をそれぞれ演算し、演算したベンディング量、バックアップロールの押出し量に応じた制御信号（ベンディング制御信号、クラウン制御信号）を、入出力装置を介して油圧制御回路に出力するように構成されている。そして、演算制御装置３０の出力側にはモニタ装置が接続されており、上述した形状検出器１４、１５によって検出される圧延材の伸び分布等を表示させることができる。
【００２１】
次に図６を参照して分割バックアップロールクラウンによる圧延材Ｗの形状修正手順を説明する。
「始め」Ｓ１によって、圧延開始指令を操作盤から入力して、プログラムを実行させる。まず「形状検出器から得られた形状信号ＳＩ（ＳＩ１〜ＳＩｎ）を検出」Ｓ２により、形状検出器によって各ロールの形状信号ＳＩとしての伸び率を検出する。なお、ｎは自然数とする。そして「形状信号ＳＩｎから各ゾーンの平均伸び率Ｚｅ（Ｚｅ１〜Ｚｅｍ）を演算」Ｓ３により、形状検出器の各ロールから得られた形状信号ＳＩｎとしての伸び率から、各ゾーン区間内の伸びの平均である平均伸び率Ｚｅを求める。なお、ｍは自然数とする。伸びの平均値を求めるために、どのセンサでゾーンを区切り、検出値を平均するかは特に限定しないが、実施例の場合では、平均伸び値Ｚｅｍ（ｍ＝１〜９)は、図７に示す９個のゾーンＺ１〜Ｚ９に対応するセンサの検出値の平均値から求められる。なお、この平均値は、各センサの検出値の単純平均値であってもよいし、各センサの検出値に異なる重み係数を乗算した上で平均値を求めるようにしてもよい。各ゾーンの平均伸び率Ｚｅｍは各々の分割ロール１３Ｐに属しており、本実施例では、分割ロールＴＥＤにはＺｅ１とＺｅ２、分割ロールＴＱＤはＺｅ３とＺｅ４、分割ロールＴＣはＺｅ５、分割ロールＴＱＷはＺｅ６とＺｅ７、分割ロールＴＥＷはＺｅ８とＺｅ９、分割ロールＢＥＤにはＺｅ１、分割ロールＢＱＤはＺｅ２とＺｅ３、分割ロールＢＣＤはＺｅ４とＺｅ５、分割ロールＢＣＷはＺｅ５とＺｅ６、分割ロールＢＱＷはＺｅ７とＺｅ８、分割ロールＢＥＷはＺｅ９に対応している。次に、各分割ロール１３Ｐに属している伸び率の和を計算する（分割ロールＴＥＤの場合はＺｅ１＋Ｚｅ２）。なおこの伸び率の和は、単純和であっても良いし、異なる重み係数を乗算した上で和を求めても良い。
【００２２】
そして図６に示す「各ゾーンにおける目標伸び率と実績伸び率の偏差の分布を演算」Ｓ４によって、各ゾーンにおける目標伸び率（当該ゾーン内における目標伸び率の和）と実績伸び率（当該ゾーン内における実績伸び率の和）の偏差を求める。すなわち、各ゾーンの伸びΛｉは、形状検出器の各点の伸びλｊ（ｉ）の平均値（バックアップロールに対応して重み付けを行っても良い）として求める。
【００２３】
次に「伸び率偏差が所定の誤差範囲内の値か判断」Ｓ５によって、伸び率和が所定の誤差範囲内の値であるかを判断する。その結果、伸び率和の偏差（伸び率偏差という。）が所定の誤差範囲内の値である場合は、その分割ロール１３Ｐの押込み量を修正せず、「終了」Ｓ９により当該プログラムを終了する。伸び率偏差が所定の誤差範囲を超えて大きく（または小さく）なった場合は、「各ゾーンの伸び率偏差分布より、各分割ロールに対して必要な押込み量ｔ１〜ｔｘを決定」Ｓ６によって、各分割ロールに必要な押込み量を求める。なお、ｘは自然数である。すなわち、ゾーンにおける伸び率の実績値と目標値の差ΔΛｉに対して、上下のバックアップロールのゾーンに対応する分割ロールの操作量の重み付けを行い、上下の分割ロール１３Ｐの操作量のΔＱｕ（ｉ）、ΔＱｄ（ｉ）を求める。同様にして他のゾーンの偏差から分割ロール１３Ｐの操作量を求め、それぞれの操作量に対して重み付けを行い、各分割ロール１３Ｐの出力を決定する。
【００２４】
次に「制御指令より、各分割ロールのアクチュエータを操作」Ｓ７によって、出力手段としてのアクチュエータを操作してその分割ロール１３Ｐの押込み量を減らす（増やす）ことで、所属しているゾーンの伸びの修正を行う。なお軸方向に近接している上，下バックアップロール１３Ｕ，１３Ｄは互いの動作に制限を設けており、伸びが生じたゾーンが重複している分割ロール１３Ｐがそれぞれ無関係に動作することを防いでいる。この分割ロール１３Ｐの押込み量の修正方法には種々の方法を取り得るが、和に応じて公知のＰＩＤ制御（比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御と積分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御と微分（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御を組み合わせた制御）等によって押込み量をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００２５】
バックアップロール１３の分割ロール１３Ｐの修正が終わると次の「各ゾーンの伸び率偏差が一定値以下に収まっているか判断」Ｓ８に進み、伸び率偏差が動作終了条件範囲内に収まっているか判定する。条件を満たしていれば当該プログラムによる動作を終了させる「終了」Ｓ９に進み、満たしていなければ、Ｓ５以降を繰り返す。
【００２６】
図８は、上述の形状制御により圧延材の形状が修正される典型例を示し、目標形状を超えて検出ロールのチャンネルＮｏ．７〜１１、１９〜２４で大きな伸びがある形状に対しては、ゾーン３、４とゾーン６、７で伸びが大きいことから、そのゾーンの属するＴＱＥとＴＱＤが開放されるように動作を行うことで、伸びが補正され、目標形状に修正されることになる。
【００２７】
次に、図９を参照してクーラント制御による圧延材Ｗの形状制御手順を説明する。圧延機の前後にはそれぞれ上下のバックアップロール１３の各分割ロール１３Ｐに向けてクーラント（あるいは潤滑剤）を噴射させるスプレー装置７０が配設されており、各スプレー装置７０は、分割ロール１３Ｐの軸方向に、それぞれの分割ロール１３Ｐに対応したノズル７１を備えており、各ノズル７１のクーラント噴射量が制御可能に構成されている。
そして、圧延材Ｗが矢印Ａで示す方向に圧延される場合には、後方のスプレー装置７０の各ノズル７１から、噴射量が調整されたクーラントがそれぞれ噴射される。スプレー装置７０の各ノズル７１から分割ロール１３Ｐに噴射されるクーラントの噴射量分布を調整することによっても、圧延される圧延材Ｗの幅方向の厚み分布、すなわち長手方向伸びの幅方向分布（形状）を制御することができる。上述の各ゾーンＺ１〜Ｚ９の伸び率和を演算し、ゾーンＺ１〜Ｚ９の伸びを修正するために必要な、上，下バックアップロール１３Ｕ，１３Ｄの各分割ロール１３Ｐの収縮量を求める。
【００２８】
図１０は、上述のクーラント制御により、圧延材Ｗの形状が修正される典型例を示し、目標形状を超えて、検出ロールのチャンネルＮｏ．１７〜１９の伸び率が局所的に伸びている形状に対しては、そのゾーンＺ５，Ｚ６が属しているＢＱＷのクーラント流量を調整し、分割ロールＢＱＷの収縮を行うことで、伸びが補正され、目標形状に修正されることになる。
【００２９】
次に図１１を参照して、直交関数展開の形状モード係数Ａ６に基づく分割ロール１３Ｐの制御方法を示す。まず特開平１０−２６３６５０号公報等に開示された圧延材の平坦形状の直交関数展開による形状係数Ａ１〜Ａ４に応じた各機械的アクチュエータ操作を実施する。すなわち、圧延開始前に板中央からの距離をｙとした目標形状Ｆ（ｙ）を、板幅ごとに下記（Ａ）式の４次のべき級数として任意のべき級数係数λ１〜λ４を設定しておき、「始め」Ｓ１１によって、圧延開始指令を操作盤から入力する。これによって、このプログラムが実行される。そして「圧延条件に基づいて、目標の形状モード係数Ａ０１〜Ａ０６を演算」Ｓ１２では、Ａ０１〜Ａ０４をべき級数係数λ１〜λ４と、検出ロールの有効チャンネル数ごとに設定されたパラメータｐ〜ｕ、ｗ、ｘより下記（Ｂ）〜（Ｅ）式より求める。なおＡ０５、Ａ０６は固有値で規定しているが、同様の算出方法で求めても良い。
次に「形状検出器から得られた形状信号ＳＩ（ＳＩ１〜ＳＩｎ）を検出」Ｓ１３により、形状検出器によって各ロールの形状信号ＳＩとしての伸び率を検出する。
【００３０】
【数１】
【００３１】
すなわち、下記（１）〜（４）式で示す１次から４次の直交関数φ１（ｉ）〜φ４（ｉ）のｘに前記形状信号ＳＩを代入し、板形状を関数で近似する。但し、ｂ〜ｈ，ｋは直交関数係数、ｉは形状検出器の番号（チャンネル番号）である。
【００３２】
【数２】
【００３３】
そして「形状モード係数Ａ１〜Ａ６を演算」Ｓ１４により下記（５）式に従って、まず形状モード係数Ａ１〜Ａ４を演算する。但し、βｉは形状信号ＳＩ（ＳＩ１〜ＳＩｎ）（伸び率）、ｉは形状検出器の番号（チャンネル番号）である。
【００３４】
【数３】
【００３５】
次に、「（１）Ａ１が目標Ａ０１になるように圧下レベリング制御 （２）Ａ２が目標Ａ０２になるように対称ロールベンダ制御 （３）Ａ３が目標Ａ０３になるように非対称ロールベンダ制御 （４）Ａ４が目標Ａ０４になるようにバックアップロールクラウン制御」Ｓ１５によって、以下のように制御を行う。
【００３６】
（１）形状モード係数Ａ１が目標の形状モード係数Ａ０１になるように、ワークロール１１ａ，１１ｂ間のロールギャップを、アクチュエータとしての圧下装置１８を駆動することで下バックアップロール１３Ｄのレベリングを調整して制御する（圧下レベリング制御）。具体的には、圧下装置１８を用いて、ワークロール１１ａ，１１ｂ間のロールギャップを、その軸心線方向の一方側で広く他方側で狭くするように制御する。形状偏差ΔＡ１，ΔＡ３が共に正の値の場合は圧延材Ｗのオペレータサイドを、共に負の値の場合はドライブサイドを操作するようにアクチュエータ（図示せず）を駆動し、左右のロールギャップを調節する。したがって、この制御方法は圧延材Ｗに生じた片伸びの修正に有効である。
【００３７】
（２）形状モード係数Ａ２が目標の形状モード係数Ａ０２になるように、上下各１対の中間ロールの軸間隔をそれぞれ均等に変更するようにアクチュエータ（図示せず）を操作して、そのベンディングを制御する（対称ロールベンダ制御）。例えば、形状偏差ΔＡ２、ΔＡ４が共に正の値の場合は圧延材Ｗのエッジ部を延ばすように形状偏差ΔＡ２、ΔＡ４を制御量としてアクチュエータを操作し、軸間隔を調節する。また形状偏差ΔＡ２，ΔＡ４が負の値の場合は圧延材Ｗのセンタ部を延ばすように形状偏差ΔＡ２，ΔＡ４を制御量としてアクチュエータを操作し、軸間隔を調節する。この対称ロールベンダ制御は、圧延材Ｗが左右対称形ではあるが、中伸びまたは耳伸びを修正するのに有効である。
【００３８】
（３）形状モード係数Ａ３が目標の形状モード係数Ａ０３になるように、中間ロールの軸間隔を不均等に変更するようにアクチュエータ（図示せず）を操作して、そのベンディングを制御する（非対称ロールベンダ制御）。例えば、形状モード係数Ａ１の補正値Ａ１’を下記（６）式に従って演算し、これを制御量としてアクチュエータを操作し、軸間隔の調節を行う。但し、Ａ１’は形状モード係数Ａ１にエッジ部の補正を加えたもの、βｉは板幅方向のｉチャンネルの形状信号Ｓ（Ｓ１〜Ｓｎ）（伸び率）、ｉは形状検出器の番号（チャンネル番号）、ｇは両エッジから補正を加えるチャンネル数、αは補正を入れるチャンネルのゲインである。
【００３９】
【数４】
【００４０】
（４）形状モード係数Ａ４が目標の形状モード係数Ａ０４になるように、アクチュエータ（図示せず）を操作してバックアップのロールクラウンを制御する（バックアップロールクラウン制御）。この制御は、軸心線方向の複数個所で分割されているバックアップロール１３における、分割バックアップロール毎に、その軸心線位置を上，下方向に変更することで、ロールクラウンを調節する制御を行う。この制御方法は、形状モード係数Ａ４と目標値Ａ０４との偏差ΔＡ４を制御量としてアクチュエータ（図示せず）を操作する。この制御方法は、圧延材Ｗが左右対称形を保っている状態では、中伸び，端伸び，クオータ伸びを修正するのに有効である。
【００４１】
具体的には上記（５）式から求めた形状モード係数Ａ１〜Ａ４と各目標の形状モード係数Ａ０１〜Ａ０４との偏差ΔＡ１〜ΔＡ４を算出し、この偏差ΔＡ１〜ΔＡ４の正、負の符号及びその値に基づき前述した圧下レベレング制御、中間対称ロールベンダ制御、中間非対称ロールベンダ制御、バックアップロールクラウン制御のそれぞれの制御量を求め、それぞれのアクチュエータ（図示せず）を動作させる。
【００４２】
その後、前述の（５）式を用いて６次成分Ａ６まで演算を行う。すなわち、（６）式で示す６次の直交関数φ６（ｉ）のｘに前記形状信号ＳＩを代入し、板形状を関数で近似する。但し、ｇ，ｈ，ｋ，ｍは直交関数係数、ｉは形状検出器の番号（チャンネル番号）である。
【００４３】
【数５】
【００４４】
次に「Ａ６の値の大きさと設定板幅から、動作させる分割ロールとその動作量を演算」Ｓ１６によって、形状モード係数Ａ６と目標の形状モード係数Ａ０６との差値（以下Ａ６偏差という。）および圧延材Ｗの板幅より、バックアップロールの分割ロール１３Ｐの最適押込み量を求める。次に「演算値により分割ロールの動作を出力」Ｓ１７により、バックアップロールの分割ロール１３Ｐの押込み量の演算値に基づいて、分割ロール１３Ｐを所定の量だけ押込む。例えば、プラスの押込み量では下方向に押込み、マイナスの押込み量ではその逆となる。この分割ロール１３Ｐの押込み量の修正方法には種々の方法を取り得るが、Ａ６偏差に応じて公知のＰＩＤ制御等によって押込み量をフィードバック制御するようにしてもよい。バックアップロールの分割ロール１３Ｐの修正が終わると次のステップに進む。そして「Ａ６偏差が設定誤差範囲内に収束しているか判断」Ｓ１８により、Ａ６偏差が終了条件範囲内に収まっているか判定する。この判定で、終了条件の範囲内に収まっている場合には、圧延を終了する「終了」Ｓ１９に進んで圧延を終了しる。一方、終了条件の範囲内に収まっていない場合には、Ａ６偏差より再度押し込み量の演算値を求め、Ｓ１６以降を繰り返す。
【００４５】
図１２に、Ａ６偏差と設定板幅に基づくバックアップロールの分割ロール１３Ｐの形状制御により、圧延材Ｗの形状が修正される典型例を示す。板幅７２０ｍｍ、Ａ６＝３×１０Ｅ−５（＞０）である形状に対して、バックアップロールの分割ロールＴＱＤ及び分割ロールＴＱＷを開放し、かつ分割ロールＢＥＤ及び分割ロールＢＥＷを開放させることで、Ａ６偏差を減少させる補正を行い、伸びを目標形状に修正させている。
【００４６】
次に直交関数展開の形状モード係数Ａ６に基づく分割ロール１３Ｐのクーラント制御方法の好ましい一例を示す。上述のようにＡ６偏差の演算を行い、その後Ａ６偏差と圧延材の幅よりＡ６偏差を修正するために必要な、上，下バックアップロール１３Ｕ，１３Ｄの各分割ロール１３Ｐを収縮させる収縮量を求める。図１３（１）に示すように、検出されたＡ６偏差を冷却用クーラントのスプレー装置７０の修正成分として対象となる分割バックアップロール１３Ｐのクーラント流量の調整を行い、圧延材Ｗの形状が修正される典型例を示す。板幅６２５ｍｍ、Ａ６＝８×１０−５（＞０）である形状に対して、分割ロールＴＥＤ，ＴＥＷのスプレー装置の内側のノズル７１ａ，７１ｂおよび分割ロールＴＱＤ，ＴＱＷのスプレー装置の内側のノズル７１ｃ，７１ｄによって冷却し、分割バックアップロール１３Ｐの一部を収縮させることで、伸びを補正し、Ａ６偏差が動作終了条件内に入るまでクーラント流量の調整を行うことによって、伸びを目標形状に修正することができる。
以上の本発明の制御は従来の制御に合わせて行っても良く、また一つ一つ個別に実施、あるいは数種類を任意に選択してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１ 圧延機
１０Ｕ 上ロール群
１０Ｄ 下ロール群
１１，１１ａ，１１ｂ ワークロール
１２，１２ａ〜１２ｄ 中間ロール
１３，１３ａ〜１３ｅ バックアップロール
１３Ｕ 上バックアップロール
１３Ｄ 下バックアップロール
１３Ｐ 分割ロール
１４，１５ 形状検出器
１６，１７ 厚さ計
１８，１８ａ，１８ｂ 圧下装置
１９ 荷重計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法およびクラスタ圧延機の形状制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラスタ圧延機とは、ワークロール１本に対して２本以上のバックアップロールや中間ロールにより支持した圧延機であり、側面から見た場合にぶどうの房（クラスタ：Ｃｌｕｓｔｅｒ）のように、ワークロールが、バックアップロールおよび中間ロールによって取り囲まれるようにして配置された形式の圧延機の総称である。
このクラスタ圧延機により圧延される圧延材の板や条の平坦形状には、ワークロールだけでなく、中間ロールやバックアップロールも少なからず影響する。そのため、クラスタ圧延機を用いた形状制御では、これら各種の要因を的確に制御する必要がある。このため、従来より、クラスタ圧延機を用いて圧延材の板や条の平坦形状を高精度で制御する自動形状制御技術や形状制御装置が種々提案されている。
特許文献１には、圧延後の板形状を検出する形状検出機構により板幅方向に対する張力分布を測定し、さらにそのデータから求めた板形状の歪分布の４次直交関数を演算し、それぞれの次数に応じた形状制御アクチュエータの動作によって、目標とする歪分布を求める形状制御が開示されている。この制御方法は、現在のクラスタ圧延機の形状制御方法の主流である。この特許文献１の発明では、４次直交関数の成分の内、１次成分にて左右ロールギャップを変更する圧下レベリング制御機構を動かし、２次成分にてロールを湾曲して使用するロールベンディング制御機構を制御し、３次成分にて非対称ロールベンディング制御を行い、４次成分にてバックアップロールクラウン制御を実施するとある。また特許文献２には、上述の形状制御方法と合わせて幅方向に対して局所的な伸びはワークロールのクーラント流量を調整することで、熱膨張による局所的な形状制御も行われていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３２８７１２号公報
【特許文献２】特開２００５−５９０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
板幅中心に対して非対称な形状は３次成分のみの制御では不十分であり、非対称成分が制御後も残ってしまう。また４次以上の高次の成分での複雑な形状変化もあり、これらに対応するには、上記の歪分布を４次直交関数に演算し、各次数に応じた形状制御モードによる形状制御のみでは対処しきれないことがある。
そこで本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、非対称形状成分および高次な対称形状成分を４次直交関数で分析するのでなく、形状データより直接、有効成分を読み取り制御する方法にて制御して圧延材の板や条の平坦な形状得ることを目的とした形状制御方法および形状制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく、本発明は以下に示す技術的手段を講じた。
（１）軸方向に数分割された分割ロールを有し各分割ロールを個別にもしくは圧延材の板幅方向の中央部に対して対称に圧下位置が調整されるバックアップロールを上下に有するクラスタ圧延機を用いる、被圧延物の形状制御方法であって、圧延機出側に設けられた形状検出器により被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出し、前記分割ロールの配置に応じて前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記各ゾーンにおける前記被圧延物の形状偏差に対して、前記各分割ロールの操作量の重み付けを行い、前記ゾーン毎に前記形状検出器の検出値に基づいて前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算し、その計算値に基づいて前記バックアップロールの圧下位置を出力して、前記被圧延物の伸びを修正することを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
（２）軸方向に数分割されたバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出する形状検出器を有するクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法であって、前記バックアップロールの分割された分割ロールの配置に応じて、前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記ゾーンごとに前記形状検出器により検出された検出値と前記被圧延物の目標形状値との差である形状偏差を求め、当該形状偏差を基に中間ロールベンダ、圧下装置、バックアップロールをそれぞれに駆動する機械的アクチュエータを操作した後の残余の形状偏差に対応させて、前記分割ロールの配置に対応して設けられたスプレー装置のノズルから噴射されるクーラント量を前記残余の形状偏差より求め、前記求めた量のクーラントを前記バックアップロールに噴射することで前記バックアップロールの伸びを制御して前記被圧延物の板形状制御を行うことを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
（３）軸方向に数分割されてなる分割ロールを個別にもしくは左右対象に圧下位置が調整されるバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出する板形状検出器を有するクラスタ圧延機の形状制御装置であって、前記分割ロールの配置に応じて前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記各ゾーンにおける前記被圧延物の形状偏差に対して、前記各分割ロールの操作量の重み付けを行い、前記ゾーン毎に前記形状検出器の検出値に基づいて前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算する演算制御装置と、前記圧下量または開放量の計算値に基づいて前記バックアップロールの圧下位置を出力する出力手段を有して、前記バックアップロールの伸びを修正することを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
（４）軸方向に数分割されたバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出する形状検出器を有するクラスタ圧延機の形状制御装置であって、前記形状制御装置は、前記バックアップロールの分割された分割ロールの配置に応じて、前記形状検出器による前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記ゾーンごとに前記形状検出器により検出された検出値と前記被圧延物の目標形状値との差である形状偏差を求め、当該形状偏差を基に中間ロールベンダ、圧下装置、バックアップロールをそれぞれに駆動させた後に生じる残余の形状偏差を求め、当該残余の形状偏差を基に前記分割ロールに噴射するクーラント量を求める演算制御装置と、前記分割ロールの配置に対応してクーラントが噴射されるノズルを配したスプレー装置を有し、前記スプレー装置のノズルから前記求めた量のクーラントを前記分割ロールに噴射させて、前記被圧延物の板形状制御を行うことを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のクラスタ圧延機を用いた被圧延物の形状制御方法によれば、被圧延物の伸びを各ゾーンの形状偏差に対して修正することができるので、またはバックアップロールの伸びをゾーン毎に制御することができるので、被圧延物の平坦形状が向上できる。
本発明のクラスタ圧延機の形状制御装置によれば、被圧延物の形状偏差を基にバックアップロールの伸びを修正することができるので、またはクーラント制御によりバックアップロールの個々の分割ロールの温度を制御することができるので、被圧延物の平坦形状を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の被圧延物の形状制御方法が採用されるクラスタ圧延機の好ましい一実施形態を示した模式的側面図である。
【図２】図１に示したクラスタ圧延機を示した模式的正面図である。
【図３】形状検出器からの出力データと直交関数展開したときの１次から４次までのデータの一例を示したグラフである。
【図４】本発明のクラスタ圧延機を用いた被圧延物の形状制御方法を実現する形状制御装置の好ましい一実施形態を示したシステム構成図である。
【図５】形状検出器の好ましい一例と、この形状検出器で得られた一被圧延物の板幅方向の伸び率の一例を示した伸び率の分布図である。
【図６】本発明の形状制御方法に係るバックアップロールの分割ロールの制御方法を示したフローチャートである。
【図７】分割ロールの配置に応じたゾーン配列の一例と、被圧延物の板幅方向における形状検出器の検出位置と検出例を示した図である。
【図８】各ゾーンに対応した分割ロールの押込みによる形状制御の典型例を示したグラフであり、（１）は形状制御前の状態を示し、（２）は形状制御後の状態を示す。
【図９】（１）はスプレー装置のクーラント噴射ノズルの配置の好ましい一例を示した模式的側面図であり、（２）は板幅方向の各分割ロールに対するノズル配置の好ましい一例と、伸び率分布の一例を示した模式図である。
【図１０】クーラント制御による形状制御の典型例を示したグラフであり、（１）は形状制御前の状態を示し、（２）は形状制御後の状態を示す。
【図１１】本発明の形状制御方法に係るバックアップロールの分割ロールの制御方法を示したフローチャートである。
【図１２】６次形状偏差に基づく分割ロールの押込みによるＡ６形状制御の典型例を示したグラフであり、（１）は形状制御前の状態を示し、（２）は形状制御後の状態を示す。
【図１３】６次形状偏差に基づく分割ロールに対するクーラント制御の典型例を示したグラフであり、（１）は形状制御前の状態を示し、（２）は形状制御後の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明のクラスタ圧延機を用いた被圧延物の形状制御方法およびクラスタ圧延機の形状制御装置の好ましい実施形態を図１ないし図３に基づき以下に説明する。
図１に示すように、本発明を有するクラスタ圧延機１は、ワークロール１１（上ワークロール１１ａ）の上に２本の中間ロール１２（１２ａ，１２ｂ）を有しており、さらにその中間ロール１２を３本のバックアップロール１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）が補強して上ロール群１０Ｕを構成している。下ロール群１０Ｄは上ロール群１０Ｕの上下を逆にした構成を有し、ワークロール１１（下ワークロール１１ｂ）の下に２本の中間ロール１２（１２ｃ、１２ｄ）を有し、さらに３本のバックアップロール１３（１３ｄ、１３ｅ，１３ｆ）によって補強されていて、合計６本のロールで構成されている。これらのバックアップロール１３は、大径を有するバックアップロール１３ａ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｆと、その間に配された小径のバックアップロール１３ｂ、１３ｅとで構成されている。したがって、このクラスタ圧延機１は、上下で１２本のロールを有する１２段圧延機である。
【０００９】
各ロールは、正逆転が可能であり、ロールを正転および逆転させて被圧延物としての圧延材Ｗを往復動で圧延することができる。したがって、クラスタ圧延機１の入出側のそれぞれにディフレクタロール（形状検出ロール）３１，３２と巻取機３３，３４とが配設されており、矢印Ａで示す方向に圧延される場合には、圧延材Ｗはディフレクタロール３２を介して巻取機３４によって巻き取られる。逆方向に圧延される場合には、圧延材Ｗはディフレクタロール３１を介して巻取機３３によって巻き取られる。
【００１０】
また、クラスタ圧延機１の入出側には、それぞれ形状検出器１４，１５が配置されており、これにより圧延材Ｗの平坦形状が測定される。さらにワークロール１１とディフレクタロール３１，３２とのそれぞれの間に厚さ計１６、１７が設けられている。この厚さ計１６，１７によって圧延材Ｗの圧延前後の厚さが測定される。
【００１１】
下ロール群１０Ｄのバックアップロール１３のロール軸の下方には圧下装置１８が設けられている。この圧下装置１８は、例えば油圧圧下装置であり、図示しない圧力（油圧）制御回路が接続され、この圧力制御回路から油圧圧下装置に作動圧（作動油圧）が指示される。上ロール群１０Ｕのバックアップロール１３には、荷重計１９が設けられている。この荷重計１９は、複数のロードセル（図示せず）で構成され、中間ロール１２を介して下ロール群１０Ｄのバックアップロール１３から受ける圧延荷重を計測する。
【００１２】
図２に示すように、クラスタ圧延機１では、中間ロール１２にベンディング制御部４０が付与されている。ベンディング制御部４０は、左右、別々に値を設定でき、対称または非対称に制御が可能である。バックアップロール１３は複数に分割された分割ロール１３Ｐからなっており、その分割ロール１３Ｐ毎に押込量を調整して上バックアップロール１３Ｕのクラウン量と下バックアップロール１３Ｄのクラウン量を変更することが可能なクラウン制御部５０が上，下バックアップロール１３Ｕ，１３Ｄに付与されている。
左右の圧下装置１８（１８ａ、１８ｂ）には、レベリング制御部６０が付与されている。このレベリング制御部６０は、左右の圧下装置１８に圧力を指示することによりワークロール１１ａ，１１ｂ間のロールギャップを、その軸心方向の一方側を広く、他方側を狭くするように変更してレベリングを制御することで、圧延材Ｗの片伸びを修正するのに有効な制御方法である。
【００１３】
次に、形状検出器１４，１５（前記図１参照）から検出される板形状の検出値に基づく伸び率の分布とその分布状態を直交関数展開したときの１次から４次の演算結果を図３によって説明する。まず図３（１）に示すように、形状検出器１４，１５（前記図１参照）の各荷重検出セル（例えばロードセル）から出力された検出値に基づいて圧延材Ｗの幅方向における圧延材Ｗの送給方向の伸び率分布を求める。そして図３（２）〜（５）に示すように、直交関数展開で１次から４次までの成分を取り出す。その成分を基にして、アクチュエータ（図示せず）で、前記図２に示したように、バックアップロール１３Ｄのレベリング制御、上下の中間ロール１２のベンディング制御、およびバックアップロール１３Ｕのクラウン制御を行う。
【００１４】
さらに図示はしないが、形状検出器１４，１５で検出した板形状の検出値から板形状の伸び率の分布に対応する６次直交関数展開を実施して、その係数のうち４次および６次の係数が目標値に一致するように各分割ロール１３Ｐに対する形状偏差（目標値と検出値との差）を求める。上述の１次から４次の各制御を行った場合には、形状偏差にその残余の形状偏差を用いる。そして、上下それぞれの分割ロール１３Ｐの配置に応じて、圧延材Ｗの板幅方向の各検出点を複数のゾーンに区分し、形状偏差に対して各分割ロール１３Ｐの操作量の重み付けを行い、その形状偏差に基づいて各分割ロール１３Ｐの操作量（圧下量または開放量）を求める。この操作量により複数に分割されたバックアップロール１３の軸心方向においてその軸心線をそれぞれ個別に上，下方向に変位させてロールクラウンを形成し、複合伸びを修正する。また各分割ロール１３Ｐの最適クーラント量を求め、複合伸びを修正する形状制御を実施する。
【実施例】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の形状制御方法および形状制御装置を詳細に説明する。
図４は、クラスタ圧延機の概略構成を示す。クラスタ圧延機１は、１２段式（多段式）圧延機であり、上下各一対のワークロール１１（１１Ｕ，１１Ｄ）と、ワークロール１１より大径の中間ロール１２と、中間ロール１２よりさらに大径のバックアップロール１３（１３Ｕ，１３Ｄ）を有している。ワークロール１１は、２つのワークロール１１Ｕ，１１Ｄで被圧延物Ｗ（以下圧延材Ｗという。）を挟み込んで圧延するもので、ワークロール１１の圧延荷重は、中間ロール１２を介して上，下バックアップロール１３Ｕ，１３Ｄにより加えられる。下バックアップロール１３Ｄのロール軸の下方には、圧下装置１８（１８ａ，１８ｂ）としての油圧圧下装置が配置され、この油圧圧下装置によって下バックアップロール１３Ｄに圧延荷重が加えられる。油圧圧下装置には圧力制御回路としての油圧制御回路（図示せず）が接続され、その油圧制御回路から作動圧力としての作動油圧が供給される。一方、下バックアップロール１３Ｄの圧延荷重を受ける上バックアップロール１３Ｕには、複数の荷重検出セル（例えばロードセル（図示せず））からなる荷重計１９が取付けられ圧延荷重を計測している。
【００１６】
ワークロール１１のロール径、ロール胴長は、圧延材Ｗに応じて適宜選択されるが、本実施例ではそれぞれ８０ｍｍ，８５０ｍｍである。
中間ロール１２のロール径、ロール胴長、およびチョック間距離は、これも圧延材Ｗに応じて適宜選択されるが、本実施例ではそれぞれ１５０ｍｍ，９５０ｍｍ，２０００ｍｍである。中間ロール軸１２Ｃの各両端部には、それぞれ上下一対の図面矢印で示した中間ロールベンダ４１（便宜上、矢印で示す）が配設されており、この中間ロールベンダ４１によって中間ロール軸１２Ｃをワークである圧延材Ｗに対して凸になる方向（プラス方向）に曲げ（ベンディングし）、圧延材Ｗの全体形状を修正する。逆に凹なる方向（マイナス方向）の場合は逆に曲げる。中間ロールベンダ４１にはそれぞれ油圧制御回路（図示せず）が接続されており、対応する油圧制御回路から供給される油圧によって中間ロール１２を例えば前述したプラス側にベンディングさせるようになっている。油圧制御回路は、図示しない油圧源からの油圧を調圧して油圧圧下装置や中間ロールベンダ４１に供給する電磁弁（例えば、特開平７-３０３９１０号公報等参照。）等の制御要素から構成されており、この制御要素は演算制御装置３０から指令されるレベリング偏差、ベンダ偏差、バックアップロール偏差等の制御信号によって作動制御される。
【００１７】
バックアップロール１３は、軸方向にそって複数に分割されており、各分割ロール１３Ｐの軸心線をそれぞれ個別に上，下方向に変位させてロールクラウンを形成し、圧延ライン中心に対称な２次曲線（Ａ２）または４次曲線（Ａ４）を作ることで形状の制御を行い圧延材Ｗの全体形状を修正する。本実施例では、上バックアップロール１３Ｕが５分割、下バックアップロール１３Ｄが６分割されており、大径ロールが３６０ｍｍ、小径ロールが２２０ｍｍである。
【００１８】
また、演算制御装置３０は、システム全体のコントローラとしての機能を有している。すなわち、形状検出器１４，１５からの検出値をスイッチＳＷの切り替えにより取得して、目標値との比較を行う。そして、後に詳述する直交関数展開によって１次から６次の直交関数φ１（ｉ）〜φ６（ｉ）に形状検出器１４，１５で検出した形状信号を代入し、板形状を関数で近似して形状モード係数Ａ１〜Ａ６を求める。それによって得られたレベリング偏差１に基づいてレベリング制御部６０でレベリング制御を行い、ベンダ偏差１および２に基づいてベンディング制御部４０で中間ロールベンディング制御を行い、ベンダ偏差２およびバックアップロール偏差に基づいてクラウン制御部５０でバックアップロールクラウン制御を行う。さらにバックアップロールクラウン制御中に形状モード係数Ａ６が目標値から離れると、バックアップロールを圧下もしくは解放させて目標との差を小さくする制御を、クラウン制御部５０で上記バックアップロールクラウン制御と併用して行う。
【００１９】
図５に示すように、ディフレクタロール３１は、一体回転する多数（実施例では３０個）の小ロール３１ａを同軸上に配列して構成されており、各小ロール３１ａにはロールの外周に掛かる張力を計測する公知のセンサ３１ｓが組み込まれている。各センサはそれぞれ演算制御装置３０（前記図４参照）の入力側に接続され、センサ出力を演算制御装置３０に供給している。そして、これらのセンサによって形状検出器１４，１５（図１参照）を構成している。各センサが検出する張力は、圧延材Ｗの長手方向の伸びに対応しており、形状検出器１４，１５の出力分布が伸び分布（板形状）と対応する。ディフレクタロール３１および小ロール３１ａの各ロール幅は、圧延する圧延材Ｗの板幅に応じて異なるが、実施例ではそれぞれ７８０ｍｍ，２６ｍｍ（３０個：３０チャンネル分）である。従って、実施例において一つの小ロール３１ａが測定する伸びは、圧延材Ｗの幅方向２６ｍｍの領域の伸びの平均値を検出していることになる。
実施例では、圧延材Ｗの幅方向を小ロール３１ａのロール幅に対応し、後述するようにバックアップロール１３の配置に応じて、多数のゾーン（９ゾーン：Ｚ１〜Ｚ９）に分割して、それぞれのゾーンに属する領域の伸び率を小ロール３１ａに組み込まれたセンサがそれぞれ検出し、各ゾーンの伸びの平均値が求められる。
ディフレクタロール３２（前記図１参照）も、ディフレクタロール３１と同様の構成をしており、ディフレクタロール３２の形状検出器１５を構成する各小ロールのセンサもそれぞれ演算制御装置３０の入力側に接続され、センサ出力を演算制御装置３０に供給している。
【００２０】
演算制御装置３０は、図示しない入出力装置、中央演算装置、ＲＯＭやＲＡＭの記憶装置、操作者による指令信号を入力するための操作盤等から構成されている。操作盤からの圧延開始指令によって演算制御装置３０は、ＲＯＭに記憶されている形状制御プログラムを実行し、このプログラムに基づいて、入出力装置を介して形状検出器１４、１５から圧延材Ｗの伸びデータを取り込み、中間ロールベンダ４１による中間ロール１２のベンディング量（ベンダ作動量）、出力手段としてのバックアップロール独立押出機構５１による個々のバックアップロール１３の押出し量をそれぞれ演算し、演算したベンディング量、バックアップロールの押出し量に応じた制御信号（ベンディング制御信号、クラウン制御信号）を、入出力装置を介して油圧制御回路に出力するように構成されている。そして、演算制御装置３０の出力側にはモニタ装置が接続されており、上述した形状検出器１４、１５によって検出される圧延材の伸び分布等を表示させることができる。
【００２１】
次に図６を参照して分割バックアップロールクラウンによる圧延材Ｗの形状修正手順を説明する。
「始め」Ｓ１によって、圧延開始指令を操作盤から入力して、プログラムを実行させる。まず「形状検出器から得られた形状信号ＳＩ（ＳＩ１〜ＳＩｎ）を検出」Ｓ２により、形状検出器によって各ロールの形状信号ＳＩとしての伸び率を検出する。なお、ｎは自然数とする。そして「形状信号ＳＩｎから各ゾーンの平均伸び率Ｚｅ（Ｚｅ１〜Ｚｅｍ）を演算」Ｓ３により、形状検出器の各ロールから得られた形状信号ＳＩｎとしての伸び率から、各ゾーン区間内の伸びの平均である平均伸び率Ｚｅを求める。なお、ｍは自然数とする。伸びの平均値を求めるために、どのセンサでゾーンを区切り、検出値を平均するかは特に限定しないが、実施例の場合では、平均伸び値Ｚｅｍ（ｍ＝１〜９)は、図７に示す９個のゾーンＺ１〜Ｚ９に対応するセンサの検出値の平均値から求められる。なお、この平均値は、各センサの検出値の単純平均値であってもよいし、各センサの検出値に異なる重み係数を乗算した上で平均値を求めるようにしてもよい。各ゾーンの平均伸び率Ｚｅｍは各々の分割ロール１３Ｐに属しており、本実施例では、分割ロールＴＥＤにはＺｅ１とＺｅ２、分割ロールＴＱＤはＺｅ３とＺｅ４、分割ロールＴＣはＺｅ５、分割ロールＴＱＷはＺｅ６とＺｅ７、分割ロールＴＥＷはＺｅ８とＺｅ９、分割ロールＢＥＤにはＺｅ１、分割ロールＢＱＤはＺｅ２とＺｅ３、分割ロールＢＣＤはＺｅ４とＺｅ５、分割ロールＢＣＷはＺｅ５とＺｅ６、分割ロールＢＱＷはＺｅ７とＺｅ８、分割ロールＢＥＷはＺｅ９に対応している。次に、各分割ロール１３Ｐに属している伸び率の和を計算する（分割ロールＴＥＤの場合はＺｅ１＋Ｚｅ２）。なおこの伸び率の和は、単純和であっても良いし、異なる重み係数を乗算した上で和を求めても良い。
【００２２】
そして図６に示す「各ゾーンにおける目標伸び率と実績伸び率の偏差の分布を演算」Ｓ４によって、各ゾーンにおける目標伸び率（当該ゾーン内における目標伸び率の和）と実績伸び率（当該ゾーン内における実績伸び率の和）の偏差を求める。すなわち、各ゾーンの伸びΛｉは、形状検出器の各点の伸びλｊ（ｉ）の平均値（バックアップロールに対応して重み付けを行っても良い）として求める。
【００２３】
次に「伸び率偏差が所定の誤差範囲内の値か判断」Ｓ５によって、伸び率和が所定の誤差範囲内の値であるかを判断する。その結果、伸び率和の偏差（伸び率偏差という。）が所定の誤差範囲内の値である場合は、その分割ロール１３Ｐの押込み量を修正せず、「終了」Ｓ９により当該プログラムを終了する。伸び率偏差が所定の誤差範囲を超えて大きく（または小さく）なった場合は、「各ゾーンの伸び率偏差分布より、各分割ロールに対して必要な押込み量ｔ１〜ｔｘを決定」Ｓ６によって、各分割ロールに必要な押込み量を求める。なお、ｘは自然数である。すなわち、ゾーンにおける伸び率の実績値と目標値の差ΔΛｉに対して、上下のバックアップロールのゾーンに対応する分割ロールの操作量の重み付けを行い、上下の分割ロール１３Ｐの操作量のΔＱｕ（ｉ）、ΔＱｄ（ｉ）を求める。同様にして他のゾーンの偏差から分割ロール１３Ｐの操作量を求め、それぞれの操作量に対して重み付けを行い、各分割ロール１３Ｐの出力を決定する。
【００２４】
次に「制御指令より、各分割ロールのアクチュエータを操作」Ｓ７によって、出力手段としてのアクチュエータを操作してその分割ロール１３Ｐの押込み量を減らす（増やす）ことで、所属しているゾーンの伸びの修正を行う。なお軸方向に近接している上，下バックアップロール１３Ｕ，１３Ｄは互いの動作に制限を設けており、伸びが生じたゾーンが重複している分割ロール１３Ｐがそれぞれ無関係に動作することを防いでいる。この分割ロール１３Ｐの押込み量の修正方法には種々の方法を取り得るが、和に応じて公知のＰＩＤ制御（比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御と積分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御と微分（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御を組み合わせた制御）等によって押込み量をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００２５】
バックアップロール１３の分割ロール１３Ｐの修正が終わると次の「各ゾーンの伸び率偏差が一定値以下に収まっているか判断」Ｓ８に進み、伸び率偏差が動作終了条件範囲内に収まっているか判定する。条件を満たしていれば当該プログラムによる動作を終了させる「終了」Ｓ９に進み、満たしていなければ、Ｓ５以降を繰り返す。
【００２６】
図８は、上述の形状制御により圧延材の形状が修正される典型例を示し、目標形状を超えて検出ロールのチャンネルＮｏ．７〜１１、１９〜２４で大きな伸びがある形状に対しては、ゾーン３、４とゾーン６、７で伸びが大きいことから、そのゾーンの属するＴＱＥとＴＱＤが開放されるように動作を行うことで、伸びが補正され、目標形状に修正されることになる。
【００２７】
次に、図９を参照してクーラント制御による圧延材Ｗの形状制御手順を説明する。圧延機の前後にはそれぞれ上下のバックアップロール１３の各分割ロール１３Ｐに向けてクーラント（あるいは潤滑剤）を噴射させるスプレー装置７０が配設されており、各スプレー装置７０は、分割ロール１３Ｐの軸方向に、それぞれの分割ロール１３Ｐに対応したノズル７１を備えており、各ノズル７１のクーラント噴射量が制御可能に構成されている。
そして、圧延材Ｗが矢印Ａで示す方向に圧延される場合には、後方のスプレー装置７０の各ノズル７１から、噴射量が調整されたクーラントがそれぞれ噴射される。スプレー装置７０の各ノズル７１から分割ロール１３Ｐに噴射されるクーラントの噴射量分布を調整することによっても、圧延される圧延材Ｗの幅方向の厚み分布、すなわち長手方向伸びの幅方向分布（形状）を制御することができる。上述の各ゾーンＺ１〜Ｚ９の伸び率和を演算し、ゾーンＺ１〜Ｚ９の伸びを修正するために必要な、上，下バックアップロール１３Ｕ，１３Ｄの各分割ロール１３Ｐの収縮量を求める。
【００２８】
図１０は、上述のクーラント制御により、圧延材Ｗの形状が修正される典型例を示し、目標形状を超えて、検出ロールのチャンネルＮｏ．１７〜１９の伸び率が局所的に伸びている形状に対しては、そのゾーンＺ５，Ｚ６が属しているＢＱＷのクーラント流量を調整し、分割ロールＢＱＷの収縮を行うことで、伸びが補正され、目標形状に修正されることになる。
【００２９】
次に図１１を参照して、直交関数展開の形状モード係数Ａ６に基づく分割ロール１３Ｐの制御方法を示す。まず特開平１０−２６３６５０号公報等に開示された圧延材の平坦形状の直交関数展開による形状係数Ａ１〜Ａ４に応じた各機械的アクチュエータ操作を実施する。すなわち、圧延開始前に板中央からの距離をｙとした目標形状Ｆ（ｙ）を、板幅ごとに下記（Ａ）式の４次のべき級数として任意のべき級数係数λ１〜λ４を設定しておき、「始め」Ｓ１１によって、圧延開始指令を操作盤から入力する。これによって、このプログラムが実行される。そして「圧延条件に基づいて、目標の形状モード係数Ａ０１〜Ａ０６を演算」Ｓ１２では、Ａ０１〜Ａ０４をべき級数係数λ１〜λ４と、検出ロールの有効チャンネル数ごとに設定されたパラメータｐ〜ｕ、ｗ、ｘより下記（Ｂ）〜（Ｅ）式より求める。なおＡ０５、Ａ０６は固有値で規定しているが、同様の算出方法で求めても良い。
次に「形状検出器から得られた形状信号ＳＩ（ＳＩ１〜ＳＩｎ）を検出」Ｓ１３により、形状検出器によって各ロールの形状信号ＳＩとしての伸び率を検出する。
【００３０】
【数１】
【００３１】
すなわち、下記（１）〜（４）式で示す１次から４次の直交関数φ１（ｉ）〜φ４（ｉ）のｘに前記形状信号ＳＩを代入し、板形状を関数で近似する。但し、ｂ〜ｈ，ｋは直交関数係数、ｉは形状検出器の番号（チャンネル番号）である。
【００３２】
【数２】
【００３３】
そして「形状モード係数Ａ１〜Ａ６を演算」Ｓ１４により下記（５）式に従って、まず形状モード係数Ａ１〜Ａ４を演算する。但し、βｉは形状信号ＳＩ（ＳＩ１〜ＳＩｎ）（伸び率）、ｉは形状検出器の番号（チャンネル番号）である。
【００３４】
【数３】
【００３５】
次に、「（１）Ａ１が目標Ａ０１になるように圧下レベリング制御 （２）Ａ２が目標Ａ０２になるように対称ロールベンダ制御 （３）Ａ３が目標Ａ０３になるように非対称ロールベンダ制御 （４）Ａ４が目標Ａ０４になるようにバックアップロールクラウン制御」Ｓ１５によって、以下のように制御を行う。
【００３６】
（１）形状モード係数Ａ１が目標の形状モード係数Ａ０１になるように、ワークロール１１ａ，１１ｂ間のロールギャップを、アクチュエータとしての圧下装置１８を駆動することで下バックアップロール１３Ｄのレベリングを調整して制御する（圧下レベリング制御）。具体的には、圧下装置１８を用いて、ワークロール１１ａ，１１ｂ間のロールギャップを、その軸心線方向の一方側で広く他方側で狭くするように制御する。形状偏差ΔＡ１，ΔＡ３が共に正の値の場合は圧延材Ｗのオペレータサイドを、共に負の値の場合はドライブサイドを操作するようにアクチュエータ（図示せず）を駆動し、左右のロールギャップを調節する。したがって、この制御方法は圧延材Ｗに生じた片伸びの修正に有効である。
【００３７】
（２）形状モード係数Ａ２が目標の形状モード係数Ａ０２になるように、上下各１対の中間ロールの軸間隔をそれぞれ均等に変更するようにアクチュエータ（図示せず）を操作して、そのベンディングを制御する（対称ロールベンダ制御）。例えば、形状偏差ΔＡ２、ΔＡ４が共に正の値の場合は圧延材Ｗのエッジ部を延ばすように形状偏差ΔＡ２、ΔＡ４を制御量としてアクチュエータを操作し、軸間隔を調節する。また形状偏差ΔＡ２，ΔＡ４が負の値の場合は圧延材Ｗのセンタ部を延ばすように形状偏差ΔＡ２，ΔＡ４を制御量としてアクチュエータを操作し、軸間隔を調節する。この対称ロールベンダ制御は、圧延材Ｗが左右対称形ではあるが、中伸びまたは耳伸びを修正するのに有効である。
【００３８】
（３）形状モード係数Ａ３が目標の形状モード係数Ａ０３になるように、中間ロールの軸間隔を不均等に変更するようにアクチュエータ（図示せず）を操作して、そのベンディングを制御する（非対称ロールベンダ制御）。例えば、形状モード係数Ａ１の補正値Ａ１’を下記（６）式に従って演算し、これを制御量としてアクチュエータを操作し、軸間隔の調節を行う。但し、Ａ１’は形状モード係数Ａ１にエッジ部の補正を加えたもの、βｉは板幅方向のｉチャンネルの形状信号Ｓ（Ｓ１〜Ｓｎ）（伸び率）、ｉは形状検出器の番号（チャンネル番号）、ｇは両エッジから補正を加えるチャンネル数、αは補正を入れるチャンネルのゲインである。
【００３９】
【数４】
【００４０】
（４）形状モード係数Ａ４が目標の形状モード係数Ａ０４になるように、アクチュエータ（図示せず）を操作してバックアップのロールクラウンを制御する（バックアップロールクラウン制御）。この制御は、軸心線方向の複数個所で分割されているバックアップロール１３における、分割バックアップロール毎に、その軸心線位置を上，下方向に変更することで、ロールクラウンを調節する制御を行う。この制御方法は、形状モード係数Ａ４と目標値Ａ０４との偏差ΔＡ４を制御量としてアクチュエータ（図示せず）を操作する。この制御方法は、圧延材Ｗが左右対称形を保っている状態では、中伸び，端伸び，クオータ伸びを修正するのに有効である。
【００４１】
具体的には上記（５）式から求めた形状モード係数Ａ１〜Ａ４と各目標の形状モード係数Ａ０１〜Ａ０４との偏差ΔＡ１〜ΔＡ４を算出し、この偏差ΔＡ１〜ΔＡ４の正、負の符号及びその値に基づき前述した圧下レベレング制御、中間対称ロールベンダ制御、中間非対称ロールベンダ制御、バックアップロールクラウン制御のそれぞれの制御量を求め、それぞれのアクチュエータ（図示せず）を動作させる。
【００４２】
その後、前述の（５）式を用いて６次成分Ａ６まで演算を行う。すなわち、（６）式で示す６次の直交関数φ６（ｉ）のｘに前記形状信号ＳＩを代入し、板形状を関数で近似する。但し、ｇ，ｈ，ｋ，ｍは直交関数係数、ｉは形状検出器の番号（チャンネル番号）である。
【００４３】
【数５】
【００４４】
次に「Ａ６の値の大きさと設定板幅から、動作させる分割ロールとその動作量を演算」Ｓ１６によって、形状モード係数Ａ６と目標の形状モード係数Ａ０６との差値（以下Ａ６偏差という。）および圧延材Ｗの板幅より、バックアップロールの分割ロール１３Ｐの最適押込み量を求める。次に「演算値により分割ロールの動作を出力」Ｓ１７により、バックアップロールの分割ロール１３Ｐの押込み量の演算値に基づいて、分割ロール１３Ｐを所定の量だけ押込む。例えば、プラスの押込み量では下方向に押込み、マイナスの押込み量ではその逆となる。この分割ロール１３Ｐの押込み量の修正方法には種々の方法を取り得るが、Ａ６偏差に応じて公知のＰＩＤ制御等によって押込み量をフィードバック制御するようにしてもよい。バックアップロールの分割ロール１３Ｐの修正が終わると次のステップに進む。そして「Ａ６偏差が設定誤差範囲内に収束しているか判断」Ｓ１８により、Ａ６偏差が終了条件範囲内に収まっているか判定する。この判定で、終了条件の範囲内に収まっている場合には、圧延を終了する「終了」Ｓ１９に進んで圧延を終了しる。一方、終了条件の範囲内に収まっていない場合には、Ａ６偏差より再度押し込み量の演算値を求め、Ｓ１６以降を繰り返す。
【００４５】
図１２に、Ａ６偏差と設定板幅に基づくバックアップロールの分割ロール１３Ｐの形状制御により、圧延材Ｗの形状が修正される典型例を示す。板幅７２０ｍｍ、Ａ６＝３×１０Ｅ−５（＞０）である形状に対して、バックアップロールの分割ロールＴＱＤ及び分割ロールＴＱＷを開放し、かつ分割ロールＢＥＤ及び分割ロールＢＥＷを開放させることで、Ａ６偏差を減少させる補正を行い、伸びを目標形状に修正させている。
【００４６】
次に直交関数展開の形状モード係数Ａ６に基づく分割ロール１３Ｐのクーラント制御方法の好ましい一例を示す。上述のようにＡ６偏差の演算を行い、その後Ａ６偏差と圧延材の幅よりＡ６偏差を修正するために必要な、上，下バックアップロール１３Ｕ，１３Ｄの各分割ロール１３Ｐを収縮させる収縮量を求める。図１３（１）に示すように、検出されたＡ６偏差を冷却用クーラントのスプレー装置７０の修正成分として対象となる分割バックアップロール１３Ｐのクーラント流量の調整を行い、圧延材Ｗの形状が修正される典型例を示す。板幅６２５ｍｍ、Ａ６＝８×１０−５（＞０）である形状に対して、分割ロールＴＥＤ，ＴＥＷのスプレー装置の内側のノズル７１ａ，７１ｂおよび分割ロールＴＱＤ，ＴＱＷのスプレー装置の内側のノズル７１ｃ，７１ｄによって冷却し、分割バックアップロール１３Ｐの一部を収縮させることで、伸びを補正し、Ａ６偏差が動作終了条件内に入るまでクーラント流量の調整を行うことによって、伸びを目標形状に修正することができる。
以上の本発明の制御は従来の制御に合わせて行っても良く、また一つ一つ個別に実施、あるいは数種類を任意に選択してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１ 圧延機
１０Ｕ 上ロール群
１０Ｄ 下ロール群
１１，１１ａ，１１ｂ ワークロール
１２，１２ａ〜１２ｄ 中間ロール
１３，１３ａ〜１３ｅ バックアップロール
１３Ｕ 上バックアップロール
１３Ｄ 下バックアップロール
１３Ｐ 分割ロール
１４，１５ 形状検出器
１６，１７ 厚さ計
１８，１８ａ，１８ｂ 圧下装置
１９ 荷重計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に数分割された分割ロールを有し、各分割ロールを個別にもしくは圧延材の板幅方向の中央部に対して対称に圧下位置が調整されるバックアップロールを上下に有するクラスタ圧延機を用いる、被圧延物の形状制御方法であって、圧延機出側に設けられた形状検出器により被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出し、前記分割ロールの配置に応じて、前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記各ゾーンにおける前記被圧延物の形状偏差に対して、前記各分割ロールの操作量の重み付けを行い、前記ゾーン毎に前記形状検出器の検出値に基づいて前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算し、その計算値に基づいて前記バックアップロールの圧下位置を出力して、前記被圧延物の伸びを修正することを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法において、前記検出値から前記被圧延物の板形状の歪分布に対応する６次正規直交関数を演算し、前記６次正規直交関数の係数のうち４次及び６次の係数を目標値に一致するように前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算し、その計算値に基づいて前記バックアップロールの圧下位置を出力して前記圧延材の複合伸びを修正することを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
【請求項３】
軸方向に数分割されたバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出する形状検出器を有するクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法において、前記バックアップロールの分割された分割ロールの配置に応じて、前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記ゾーンごとに前記形状検出器により検出された検出値と前記被圧延物の目標形状値との差である形状偏差を求め、当該形状偏差を基に中間ロールベンダ、圧下装置、バックアップロールをそれぞれに駆動する機械的アクチュエータを操作した後の残余の形状偏差に対応させて、前記分割ロールの配置に対応して設けられたスプレー装置のノズルから噴射されるクーラント量を前記残余の形状偏差より求め、前記求めた量のクーラントを前記バックアップロールに噴射することで前記バックアップロールの伸びを制御して前記被圧延物の板形状制御を行うことを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載のクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法において、前記形状検知機構で検出した板形状の検出値から板形状の歪分布に対応する６次直交関数を演算し、前記６次直交関数の係数のうち４次および６次の係数を目標値に一致するように前記各分割ロールに対応するクーラント量を求めて、前記バックアップロールの複合伸びを修正することで前記被圧延物の板形状制御を行うことを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
【請求項５】
軸方向に数分割されてなる分割ロールを個別にもしくは左右対象に圧下位置を調整されるバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に圧延材の圧延方向の伸びを板形状として検出する板形状検出器を有するクラスタ圧延機の形状制御装置であって、前記分割ロールの配置に応じて前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記各ゾーンにおける前記被圧延物の形状偏差に対して、前記各分割ロールの操作量の重み付けを行い、前記ゾーン毎に前記形状検出器の検出値に基づいて前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算する演算制御装置と、前記圧下量または開放量の計算値に基づいて前記バックアップロールの圧下位置を出力する出力手段を有して、前記バックアップロールの伸びを修正することを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のクラスタ圧延機であって、前記演算制御装置は、前記検出値から前記被圧延物の板形状の歪分布に対応する６次直交関数を演算し、前記６次直交関数の係数のうち４次および６次の係数を目標値に一致するように前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算することを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
【請求項７】
軸方向に数分割されたバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出する形状検出器を有するクラスタ圧延機の形状制御装置であって、前記形状制御装置は、前記バックアップロールの分割された分割ロールの配置に応じて、前記形状検出器による前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記ゾーンごとに前記形状検出器により検出された検出値と前記被圧延物の目標形状値との差である形状偏差を求め、当該形状偏差を基に中間ロールベンダ、圧下装置、バックアップロールをそれぞれに駆動させた後に生じる残余の形状偏差を求め、当該残余の形状偏差を基に前記分割ロールに噴射するクーラント量を求める演算制御装置と、前記分割ロールの配置に対応してクーラントが噴射されるノズルを配したスプレー装置を有し、前記スプレー装置のノズルから前記求めた量のクーラントを前記分割ロールに噴射させて、前記被圧延物の板形状制御を行うことを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載のクラスタ圧延機であって、前記演算制御装置は、前記検出値から前記被圧延物の板形状の歪分布に対応する６次直交関数を演算し、前記６次直交関数の係数のうち４次および６次の係数を目標値に一致するように前記各分割ロールに対するクーラント量を求めることを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
【請求項１】
軸方向に数分割された分割ロールを有し、各分割ロールを個別にもしくは圧延材の板幅方向の中央部に対して対称に圧下位置が調整されるバックアップロールを上下に有するクラスタ圧延機を用いる、被圧延物の形状制御方法であって、圧延機出側に設けられた形状検出器により被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出し、前記分割ロールの配置に応じて、前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記各ゾーンにおける前記被圧延物の形状偏差に対して、前記各分割ロールの操作量の重み付けを行い、前記ゾーン毎に前記形状検出器の検出値に基づいて前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算し、その計算値に基づいて前記バックアップロールの圧下位置を出力して、前記被圧延物の伸びを修正することを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法において、前記検出値から前記被圧延物の板形状の歪分布に対応する６次正規直交関数を演算し、前記６次正規直交関数の係数のうち４次及び６次の係数を目標値に一致するように前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算し、その計算値に基づいて前記バックアップロールの圧下位置を出力して前記圧延材の複合伸びを修正することを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
【請求項３】
軸方向に数分割されたバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出する形状検出器を有するクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法において、前記バックアップロールの分割された分割ロールの配置に応じて、前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記ゾーンごとに前記形状検出器により検出された検出値と前記被圧延物の目標形状値との差である形状偏差を求め、当該形状偏差を基に中間ロールベンダ、圧下装置、バックアップロールをそれぞれに駆動する機械的アクチュエータを操作した後の残余の形状偏差に対応させて、前記分割ロールの配置に対応して設けられたスプレー装置のノズルから噴射されるクーラント量を前記残余の形状偏差より求め、前記求めた量のクーラントを前記バックアップロールに噴射することで前記バックアップロールの伸びを制御して前記被圧延物の板形状制御を行うことを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載のクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法において、前記形状検知機構で検出した板形状の検出値から板形状の歪分布に対応する６次直交関数を演算し、前記６次直交関数の係数のうち４次および６次の係数を目標値に一致するように前記各分割ロールに対応するクーラント量を求めて、前記バックアップロールの複合伸びを修正することで前記被圧延物の板形状制御を行うことを特徴とするクラスタ圧延機を用いる被圧延物の形状制御方法。
【請求項５】
軸方向に数分割されてなる分割ロールを個別にもしくは左右対象に圧下位置を調整されるバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に圧延材の圧延方向の伸びを板形状として検出する板形状検出器を有するクラスタ圧延機の形状制御装置であって、前記分割ロールの配置に応じて前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記各ゾーンにおける前記被圧延物の形状偏差に対して、前記各分割ロールの操作量の重み付けを行い、前記ゾーン毎に前記形状検出器の検出値に基づいて前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算する演算制御装置と、前記圧下量または開放量の計算値に基づいて前記バックアップロールの圧下位置を出力する出力手段を有して、前記バックアップロールの伸びを修正することを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のクラスタ圧延機であって、前記演算制御装置は、前記検出値から前記被圧延物の板形状の歪分布に対応する６次直交関数を演算し、前記６次直交関数の係数のうち４次および６次の係数を目標値に一致するように前記バックアップロールの圧下量または開放量を計算することを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
【請求項７】
軸方向に数分割されたバックアップロールを上下に有し、圧延機出側に被圧延物の圧延方向の伸びを板形状として検出する形状検出器を有するクラスタ圧延機の形状制御装置であって、前記形状制御装置は、前記バックアップロールの分割された分割ロールの配置に応じて、前記形状検出器による前記被圧延物の板幅方向の各形状検出点を複数のゾーンに区分し、前記ゾーンごとに前記形状検出器により検出された検出値と前記被圧延物の目標形状値との差である形状偏差を求め、当該形状偏差を基に中間ロールベンダ、圧下装置、バックアップロールをそれぞれに駆動させた後に生じる残余の形状偏差を求め、当該残余の形状偏差を基に前記分割ロールに噴射するクーラント量を求める演算制御装置と、前記分割ロールの配置に対応してクーラントが噴射されるノズルを配したスプレー装置を有し、前記スプレー装置のノズルから前記求めた量のクーラントを前記分割ロールに噴射させて、前記被圧延物の板形状制御を行うことを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載のクラスタ圧延機であって、前記演算制御装置は、前記検出値から前記被圧延物の板形状の歪分布に対応する６次直交関数を演算し、前記６次直交関数の係数のうち４次および６次の係数を目標値に一致するように前記各分割ロールに対するクーラント量を求めることを特徴とするクラスタ圧延機の形状制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−９４８２０（Ｐ２０１３−９４８２０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０４２８（Ｐ２０１１−２４０４２８）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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