鋼帯圧延機診断装置及び診断方法
【課題】 鋼帯圧延機に発生する異常状態を早期に検出することができ、またその結果を活用することのできる鋼帯圧延機診断装置及び診断方法を提供する。
【解決手段】 鋼帯圧延機（１０）に設けられた振動センサ（２０）で検出した運転中の振動値を読み込む入力部（３１）と、読み込んだ振動値を周波数解析する解析部（３３）と、前記周波数解析結果で所定以上の強度を持つ周波数と、前記鋼帯圧延機のロール軸受けの傷発生を示す周波数及び第１の範囲の特定周波数とを照合して異常発生の有無と異常原因とを特定する判定部（３４）と、異常が発生していると特定されたときは、異常が発生している旨とその原因とを警報出力する警報部（３６）とを有し、前記入力部は、前記振動値を１５００Ｈｚ以上でのサンプリング周波数で読み込み、前記解析部は、前記入力部が読み込んだ所定の第１解析サイクル期間の振動値を周波数解析する鋼帯圧延機診断装置である。
【解決手段】 鋼帯圧延機（１０）に設けられた振動センサ（２０）で検出した運転中の振動値を読み込む入力部（３１）と、読み込んだ振動値を周波数解析する解析部（３３）と、前記周波数解析結果で所定以上の強度を持つ周波数と、前記鋼帯圧延機のロール軸受けの傷発生を示す周波数及び第１の範囲の特定周波数とを照合して異常発生の有無と異常原因とを特定する判定部（３４）と、異常が発生していると特定されたときは、異常が発生している旨とその原因とを警報出力する警報部（３６）とを有し、前記入力部は、前記振動値を１５００Ｈｚ以上でのサンプリング周波数で読み込み、前記解析部は、前記入力部が読み込んだ所定の第１解析サイクル期間の振動値を周波数解析する鋼帯圧延機診断装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼帯生産で使用される圧延機の診断技術に関し、特に圧延機の異常振動に起因して発生するチャタマーク等の疵を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯の圧延機においては、異常振動としてチャタリングと呼ばれる一種の共振現象が発生し、鋼帯に縞模様の疵がつく場合がある。このような異常振動が発生する原因については、バックアップロールの表面状態、圧延油の潤滑状態、鋼帯の温度変動など種々の項目が関係していると考えられている。しかし、圧延中においては、それらの項目は変動しているため、常に正常な状態に保たれていると保証することは困難である。
【０００３】
そこで、異常振動、特にチャタリングの発生を初期段階で検出する技術が種々提案されている。
特許文献１に開示された技術では、鋼帯圧延機の各部に振動検出器を設置して運転中の圧延機各部の振動を検出し、振動の加速度または振動エネルギーまたはその双方が一定値を超えたときに異常信号を発するようにして圧延機各部の異常振動の有無を検知する。
特許文献２に開示された技術では、圧延機出側で、被圧延材の長手方向の少なくとも２個所で板厚を同時に測定し、測定した各々の個所の板厚の差が、予め設定されている設定値以上となった場合に、チャタリングの発生を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭５７−４４４０８号公報
【特許文献２】特公平５−８７３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、鋼帯製造においてチャタリングなどの異常振動に関しては１００％完全に検出できる技術が確立されていないのが現状である。
特許文献１、２に記載された技術では、比較的に継続して発生する異常振動を検出することができるが、短い時間内で発生する異常振動を検出するには十分でない。
【０００６】
また特許文献１、２に記載された技術は、発生した異常振動を検出するものであり、異常振動の発生を未然に防止する意図を備えるものではない。異常振動発生の未然防止を図るためには、単一のセンサのみに依存するのではなく、他の検出値をも利用して判断することが必要である。
【０００７】
このように、良い品質の鋼帯を製造しその品質を保証する体制を確立するためには、早期に異常の発生及び予知が行えるように装置を構成する必要がある。更に、検知した異常情報を後のプロセスにおいて活用できるような仕組みが必要である。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、鋼帯圧延機に発生する異常状態を早期に検出することができ、またその結果を活用することのできる鋼帯圧延機診断装置及び診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明は、鋼帯圧延機に設けられた振動センサで検出した運転中の振動値を読み込む入力部と、読み込んだ振動値を周波数解析する解析部と、前記周波数解析結果で所定以上の強度を持つ周波数と、前記鋼帯圧延機のロール軸受けの傷発生を示す周波数及び第１の範囲の特定周波数とを照合して異常発生の有無と異常原因とを特定する判定部と、異常が発生していると特定されたときは、異常が発生している旨とその原因とを警報出力する警報部とを有し、前記入力部は、前記振動値を１５００Ｈｚ以上でのサンプリング周波数で読み込み、前記解析部は、前記入力部が読み込んだ所定の第１解析サイクル期間の振動値を周波数解析する鋼帯圧延機診断装置である。
【００１０】
また本発明は、鋼帯圧延機に設けられた振動センサで検出した運転中の振動値を１５００Ｈｚ以上でのサンプリング周波数で読み込み、読み込んだ所定の第１解析サイクル期間の振動値を周波数解析し、前記周波数解析結果で所定以上の強度を持つ周波数と、前記鋼帯圧延機のロール軸受けの傷発生を示す周波数及び第１の範囲の特定周波数とを照合して異常発生の有無と異常原因とを特定し、異常が発生していると特定されたときは、異常が発生している旨とその原因とを警報出力する鋼帯圧延機診断方法である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、鋼帯圧延機に発生する異常状態を早期に検出することができ、またその結果を活用することのできる鋼帯圧延機診断装置及び診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態の圧延機診断装置を冷間連続圧延機（コールドタンデムミル）に適用した例を示す図。
【図２】診断装置本体に設けられた診断機能を表すブロック図。
【図３】振動信号を周波数解析して異常を判定する処理フローを示す図。
【図４】周波数解析結果を示す図。
【図５】軸受けの諸元と異常に関連する周波数との関係を示す図。
【図６】異常原因判定処理を示すフロー図。
【図７】異常原因判定処理を示すフロー図。
【図８】異常判定処理での判定方法をまとめた図。
【図９】振動信号のレベルから異常を判定する処理フローを示す図。
【図１０】スタンド間張力信号の変動から異常を判定する処理フローを示す図。
【図１１】表示装置に表示される監視画面を示す図。
【図１２】警報発生時の異常振動に関する詳細の情報を示す図。
【図１３】圧延機診断装置を実機に適用した結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施の形態の圧延機診断装置を冷間連続圧延機（コールドタンデムミル）に適用した例を示す図である。
【００１４】
まず冷間連続圧延機１０の構成について説明する。
図１に示す冷間連続圧延機１０は、５つのスタンド（♯１スタンド〜♯５スタンド）を備えている。冷間連続圧延機１０に搬送された、例えば、熱間で圧延された鋼帯１１は、この５つのスタンドを順次通過することによって所望の厚みに圧延される。
【００１５】
各スタンドには、鋼帯１１を圧延するための一対のワークロール（ＷＲ）１２、及びワークロール１２に圧下力を作用させるための一対のバックアップロール（ＢＵＲ）１３が設けられている。また、スタンド間には鋼帯１１の張力を測定するためのテンションメータロール（ＴＭＲ）１４が備えられている。なお、♯５スタンドは、他のスタンドと異なり、ワークロール（ＷＲ）１２とバックアップロール（ＢＵＲ）１３の間に中間ロール１５を備えている。
【００１６】
この冷間圧延機１０の圧延中の状態を診断するために、種々のプロセス信号が取り出される。
各スタンドのミルハウジングの上部には、振動センサ２０が１個設置され、圧延時のスタンドの振動が測定される。
さらに、各スタンドのワークロール１２の回転数信号２２、各スタンド間の張力信号２３がプロセス信号として取り出される。なお、信号２２，２３は測定した信号であっても良く、圧延機の運転制御装置（不図示）から取り出した制御出力信号であっても良い。
【００１７】
次に圧延機診断装置１の構成について説明する。
圧延機診断装置１は、診断装置本体２、設定操作装置３、表示装置４、ＡＤ変換ボード５、絶縁変換器６及び振動変換器７を備えている。
診断装置本体２は、圧延機を診断するための各種処理機能を有している。設定操作装置３は、診断装置本体２に対する動作指示、データ入力などを行うための装置である。表示装置４は、各プロセス信号、診断結果、警報などを表示する。ＡＤ変換ボード５は、絶縁変換器６及び振動変換器７を介して取り込んだプロセス信号をデジタル信号に変換する。
【００１８】
なお、絶縁変換器６とは別に振動変換器７を設けているのは、振動センサ２０の出力が電荷（チャージ）であって特別な変換回路を必要としているためである。従って、信号の特性に合わせて適宜変換器を設ければ良く、変換器の種類・構成はこの形態に限られるものではない。
【００１９】
図２は、診断装置本体２に設けられた診断機能を表すブロック図である。図２を参照しつつ各診断機能の構成とその動作について説明する。
信号入力部３１は、ＡＤ変換ボード５を介してプロセス信号を読み込み、物理量（工業単位）に変換する。振動信号は、第１のサンプリング周波数（約３０００Ｈｚ）で、第１解析サイクル期間（０．２〜２秒、より好ましくは０．９〜１．１秒）サンプリング入力される。その第１解析サイクル期間の時系列信号はフィルタ部３２において低周波数領域がカットされる。そして、フィルタ処理された信号は、周波数解析部３３がフーリエ変換を行って周波数ごとのエネルギーを算出する。
【００２０】
張力信号は、第２のサンプリング周波数（約５００Ｈｚ）で、第２解析サイクル期間（０．５〜２秒、より好ましくは０．９〜１．１秒）サンプリング入力される。その第２解析サイクル期間の時系列信号はフィルタ部３２において低周波数領域がカットされる。そして、フィルタ処理された信号は、振動信号とは異なり周波数解析は行われない。
【００２１】
判定部３４は、振動信号については時系列データ、周波数解析結果を用いて異常の有無を判定する。判定内容は、信号レベル判定、周波数解析判定、異常内容判定である。
振動の信号レベル判定では、読み込んだ信号レベル値からＲＭＳ（Root Mean Square：実効値）値、変動値などを算出し異常の有無を判断する。周波数解析判定では、周波数解析結果から特定周波数の強度を求めて異常の有無を判断する。異常内容判定では、周波数解析結果に基づいて異常原因（例えば、チャタリング発生、スリップ発生、ベアリング異常発生、ロール異常発生など）を判断する。
なお、張力信号の判定方法については、後で詳細に説明する。
【００２２】
判定部３４が、異常と判定した場合は、その情報が警報部３６に伝えられる。警報部３６は、オペレータに注意を喚起すると共に、オペレータのアクションを支援する情報を提供する。例えば、警報部３６は、外部に設けられた警報ランプを点灯する、表示装置４に異常を表示して警報音を吹鳴する、表示装置４に異常内容の詳細情報を表示する、などを実行する。
【００２３】
オペレータは、この警報出力に基づいてアクションを実行する。例えば、オペレータは、異常内容に基づいてミルを減速運転する、ワークロール１２を交換する、下工程に対して異常に関する情報を連絡する等の動作を適宜実行する。
【００２４】
一方、記録部３５は、読み込まれた時系列のプロセス信号、周波数解析結果データ、警報データなどを不図示の記録媒体（例えば、ＨＤＤ等）に保存する。これらのデータは、リアルタイムで、あるいは設定操作装置３からの操作入力によって記録媒体から取り出されて、表示装置４に表示される。
【００２５】
メンテナンス部３７は、判定部３４が判定処理で用いる各種設定値を設定操作装置３を介して取り込む。各種定数には、警報閾値、ベアリング基本定数、センサ測定値変換定数、各ロール形状値などがある。
【００２６】
続いて圧延機診断装置１の動作について説明する。
図３は、振動信号を周波数解析して異常を判定する処理フローを示す図である。
【００２７】
ステップＳ０１において、信号入力部３１は、ミルハウジングに設けられた振動センサ２０からの信号を読み込み、工業単位に変換する。ここで、サンプリング周波数は本実施の形態では３０００Ｈｚとしているが、１５００Ｈｚ以上であることが必要である。これは、圧延機において発生する約７５０Ｈｚまでの振動を検知するためには、サンプリング定理によって１５００Ｈｚ以上のサンプリング周波数が必要となることを考慮したものである。
【００２８】
ステップＳ０２において、信号入力部３１は、第１解析サイクル期間が経過するまで振動信号の読み込みを継続する。ステップＳ０２でＹｅｓの場合、即ち所定期間振動信号を読み込んだときは、ステップＳ０３において、フィルタ部３２が読み込んだ振動信号に対してフィルタ処理を実行する。実行されるフィルタ処理は、ハイパスフィルタ処理であって低周波成分をカットすることで不安定なノイズ成分を除外する。なお、フィルタ処理として、無限インパルス応答フィルタを用いても良い。
【００２９】
ステップＳ０４において、記録部３５は、３０００Ｈｚのサンプリング周期で読み込まれた振動信号を連続して記録媒体に記録する。
ステップＳ０５において、周波数解析部３３は、振動信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数解析する。ステップＳ０６において、判定部３４は、強度の強い周波数を上位から３つ抽出する。
【００３０】
図４は、周波数解析結果を示す図である。横軸は周波数を示し、縦軸は強度を示している。このグラフ上の点ｍを、周波数ｆとその強度Ｌを対としてｍ（ｆ、Ｌ）として表した場合、強度の強い上位３つの周波数が３つの点ｍ１（ｆ１、Ｌ１）、ｍ２（ｆ２、Ｌ２）、ｍ３（ｆ３、Ｌ３）として抽出されている。
なお、３点抽出するのは所定以上の強度の周波数を抽出する際に、抽出される周波数の点数が多くなりすぎることを防止するためであり、点数は３点に限るものではなく、また点数を限らずに抽出しても良い。
【００３１】
ステップＳ０７において、判定部３４は、各スタンドのワークロール１２の回転数信号２２から、各ロール（ワークロール１２、バックアップロール１３、テンションメータロール１４、中間ロール１５）の回転数を求め、それぞれのロールについてベアリング傷など異常に関する周波数を算出する。
【００３２】
図５は、軸受けの諸元と異常に関連する周波数との関係を示す図である。
異常に関連する周波数として、（１）回転成分ｆｒ、（２）外輪傷ｆｏ、（３）内輪傷ｆｉ、（４）転動体傷ｆｂ、（５）保持器成分ｆｃが算出されている。
【００３３】
ステップＳ０８において、判定部３４は、抽出した３つの周波数の内、その強度が所定の閾値以上である周波数について、異常に関する周波数（１）〜（５）と照合する。そして、ステップＳ０９において、異常原因判定処理を実行する。異常原因判定処理では、抽出した周波数が所定の条件に合致するかどうかを調べる。
【００３４】
図６、図７は、異常原因判定処理を示すフロー図である。
ステップＴ０１において、抽出した周波数ｆＨｚを中心とする前後αＨｚの範囲を合致範囲とする。
ステップＴ０２において、ｆｒが合致範囲にあるかどうかを調べる。ステップＴ０２でＹｅｓの場合、即ち、ｆｒが合致範囲内にある場合、ステップＴ０３において、異常原因に（１）回転成分を加える。
【００３５】
ステップＴ０４において、ｆｏが合致範囲にあるかどうかを調べる。ステップＴ０４でＹｅｓの場合、即ち、ｆｏが合致範囲内にある場合、ステップＴ０５において、異常原因に（２）外輪傷を加える。
ステップＴ０６において、ｆｉが合致範囲にあるかどうかを調べる。ステップＴ０６でＹｅｓの場合、即ち、ｆｉが合致範囲内にある場合、ステップＴ０７において、異常原因に（３）内輪傷を加える。
【００３６】
ステップＴ０８において、ｆｂが合致範囲にあるかどうかを調べる。ステップＴ０８でＹｅｓの場合、即ち、ｆｂが合致範囲内にある場合、ステップＴ０９において、異常原因に（４）ボール傷を加える。
ステップＴ１０において、ｆｃが合致範囲にあるかどうかを調べる。ステップＴ１０でＹｅｓの場合、即ち、ｆｃが合致範囲内にある場合、ステップＴ１１において、異常原因に（５）保持器損傷を加える。
【００３７】
ステップＴ１２において、ベアリングの異常原因が存在すると判定されたかどうかを調べる。ステップＴ１２でＹｅｓの場合、ステップＴ１４において、異常原因有りと判定する。
ステップＴ１２でＮｏの場合で、ステップＴ１３でＹｅｓの場合、即ち、抽出した周波数ｆＨｚが、軸受けの諸元に関する異常周波数に合致しなくとも、所定の周波数領域にある場合は、異常原因に（６）異常振動を加え、ステップＴ１４において、異常原因有りと判定する。ここで、所定の周波数領域として、例えば８０〜３００Ｈｚとすることができる。
【００３８】
一方、ステップＴ１２でＮｏの場合で、かつステップＴ１３でＮｏの場合、即ち、抽出した周波数ｆＨｚが、軸受けの諸元に関する異常周波数に合致せず、所定の周波数領域にもない場合は、ステップＴ１５において、異常原因は無しと判定する。
【００３９】
図３に戻り、ステップＳ１０において、判定部３４は、異常原因が存在するかどうかを調べる。
ステップＳ１０でＮｏの場合、即ち異常原因が存在しない場合は、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
ステップＳ１０でＹｅｓの場合、即ち異常原因が存在する場合は、ステップＳ１１において異常判定処理を実行する。
【００４０】
図８は、異常判定処理での判定方法をまとめた図である。
ケース１では、チャタリングの発生を判定する。即ち、異常原因が（６）異常振動であって、その継続時間がＴ１〜Ｔ２秒であればチャタリングが発生と判断する。
【００４１】
なお、継続時間とは、第１解析サイクル期間中に異常振動が発生した場合、その異常振動を含む第１解析サイクル期間の連続する回数に相当する時間のことをいう。たとえば、第１解析サイクル期間が１秒であり、異常振動の発生した第１解析サイクル期間が１０個連続した場合には、継続時間は１秒×１０＝１０秒となる。
【００４２】
ここで本実施の形態では、振動信号の読込時間（第１解析サイクル期間）は０．２〜２秒、より好ましくは０．９〜１．１秒である。本圧延機診断装置では、上記継続時間としてＴ１＝０．２、Ｔ２＝１とすることができる。即ち、本圧延機診断装置１では、０．２〜１秒間だけ発生した異常振動を検出することが可能である。
【００４３】
ケース２では、ベアリング異常を判定する。即ち、異常原因が（１）〜（５）の特定周波数であって、その継続時間がＴ３秒以上であればベアリング異常が発生と判断する。ここでベアリング異常は機械的に欠陥が存在することを表している。従って、継続時間は例えば１０秒以上として安定した異常検知とすることができる。
【００４４】
ケース３では、回転系の異常、スリップなどの発生を判定する。即ち、異常原因が（６）異常振動であって、その継続時間がＴ３秒以上であれば回転系の異常などが発生と判断する。ここで継続時間は例えば１０秒以上とすることができる。
【００４５】
図３に戻り、ステップＳ１２において、ケース１〜３のいずれかの異常が発生しているかどうかを調べる。
ステップＳ１２でＮＯの場合、即ち異常と判定されなかった場合は、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００４６】
ステップＳ１２でＹｅｓの場合、即ち異常と判定された場合は、ステップＳ１３において、警報部３６が所定の警報出力を行い、記録部３５が警報データを記録媒体に書き込んで保存する。そして、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００４７】
図９は、振動信号のレベルから異常を判定する処理フローを示す図である。
ステップＳ２１〜Ｓ２４は、図３のステップＳ０１〜Ｓ０４と同じであるため、その詳細の説明は省略する。
【００４８】
ステップＳ２５において、判定部３４は、読み込んだ振動信号のＲＭＳ値を算出する。そして、ステップＳ２６において、算出したＲＭＳ値と閾値を比較する。
ステップＳ２６でＮＯの場合、即ち算出したＲＭＳ値が閾値よりも小さい場合は、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００４９】
ステップＳ２６でＹｅｓの場合、即ち算出したＲＭＳ値が閾値よりも大きい場合は、ステップＳ２７において、警報部３６が所定の警報出力を行い、記録部３５が警報データを記録媒体に書き込んで保存する。そして、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００５０】
図１０は、スタンド間張力信号の変動から異常を判定する処理フローを示す図である。
【００５１】
ステップＳ４１において、信号入力部３１は、スタンド間張力信号を読み込む。ここで、張力信号は振動信号と異なりサンプリング周波数を約５００Ｈｚと遅くしている。これは、張力信号は振動信号と比較するとより緩やかに変化するため、振動成分で要求される高周波成分まで解析する必要性が少ないからである。ステップＳ４２〜Ｓ４４は、図３のステップＳ０２〜Ｓ０４と同じであるため、その詳細の説明は省略する。
【００５２】
ステップＳ４５において、判定部３４は、読み込んだ張力信号の所定時間内における最大変動値を算出する。ここで、最大変動値は、最大値と最小値の差である。例えば、第２の解析サイクル期間中（０．５〜２秒、より好ましくは０．９〜１．１秒）の最大変動値を求めることができる。そして、ステップＳ４６において、算出した最大変動値と閾値を比較する。
ステップＳ４６でＮＯの場合、即ち算出した最大変動値が閾値よりも小さい場合は、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００５３】
ステップＳ４６でＹｅｓの場合、即ち算出した最大変動値が閾値よりも大きい場合は、ステップＳ４７において、警報部３６が所定の警報出力を行い、記録部３５が警報データを記録媒体に書き込んで保存する。そして、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００５４】
図１１は、表示装置に表示される監視画面４０を示す図である。
この監視画面４０は、信号波形表示領域４１、総合警報表示領域４２、詳細警報表示領域４３で構成されている。
【００５５】
信号波形表示領域４１には、ロール回転数（ｒｐｍ）の時間推移に対応して、各スタンドでのプロセス信号値、例えば圧延時のスタンドの振動の時間推移がリアルタイムで表示される。なお、表示される各スタンドでのプロセス信号値は、このスタンドの振動値だけでなく、テンションメータロールの振動、張力値などを設定操作装置３から指定することができる。
【００５６】
総合警報表示領域４２には、警報ランプ、リセットボタンが設けられている。判定部３４が異常発生と判定したときは、警報部３６はこの警報ランプを点灯し、不図示のブザーを吹鳴する。警報ランプはリセットボタンによって消灯することができるが、点灯から所定時間経過したときに自動で消灯させることもできる。
【００５７】
詳細警報表示領域４３には、各スタンドのどのプロセス信号がどのような異常になったかが判別できるように表示ランプが設けられている。即ち、判定部３４はレベル（ＲＭＳ，変動値など）異常と判定した場合に四角の警報ランプを点灯する。判定部３４は周波数異常と判定した場合に丸い警報ランプを点灯する。
【００５８】
なお、周波数異常ランプは、図８に示すケース１，２，３を判別して異常内容を表示しても良い。例えば、３つの警報ランプをケース１，２，３それぞれの警報として使用することができる。オペレータは警報の発生と共に、異常内容を把握することが可能となり、適切なアクションをとることができる。従って、圧延コイルの品質低下の未然防止、品質低下範囲の縮小などによる歩留まり向上を図ることができる。
【００５９】
図１２は、警報発生時の異常振動に関する詳細の情報を示す図である。
警報発生時には、詳細の警報データが自動的に記録媒体に格納される。オペレータが設定操作装置３より操作することにより、その警報データを表示装置４に表示することができる。警報データは、「年月日」、「時分秒」、「発生スタンド」、「異常内容」などである。オペレータは対象となる圧延コイル番号と共に、このデータから求めた異常発生時のコイルの位置、異常部位の長さなどの情報を下工程（検査工程）に伝えることにより、異常部位の検査見逃しを防止することができる。従って、品質保証の向上を図ることができる。
【００６０】
図１３は、圧延機診断装置を実機に適用した結果を示す図である。
Ｎｏ．１〜４の例では、チャタリングを検知している。検知位置とチャタマークの発生位置は一致していた。ここで検知したチャタマークは鋼帯の３〜５ｍの領域に存在していた。圧延速度を１０００ｍ／ｍｉｎとすると、この領域が振動センサで検知される時間は約０．２〜０．３秒である。本実施の形態の圧延機診断装置では、サンプリング周波数３０００Ｈｚ（１５００Ｈｚ以上）、読込期間０．２〜２秒として処理しているため、このような短期間の異常振動であっても確実に検出することができている。なお、Ｎｏ．３の例では、チャタマークは顕著ではなく製品への影響は無かった。
これまで検出の難しかった短時間のチャタリング現象が頻度多く発生したことが本圧延機診断装置によって裏付けられたため、製造部署では操業条件についての見直しを行い潤滑油を変更した。その結果、チャタリングの発生は大きく低減した。
【００６１】
Ｎｏ．５〜６の例では、スリップを検知している。この異常振動による製品への影響は見られなかった。異常振動が発生した際、その製品への影響の有無を確認することが不可欠である。一時的に短期間発生するスリップは見逃されやすい。しかし、本実施の形態の圧延機診断装置では、サンプリング周波数３０００Ｈｚ（１５００Ｈｚ以上）、読込期間０．２〜２秒として処理しているため、このような短期間のスリップによる異常振動であっても確実に検出することができている。本圧延機診断装置により、異常振動発生位置が特定できたため確実に製品への影響の有無を確認することができ、さらに異常原因を特定できるためその確認結果の信頼性を向上させることができた。
【００６２】
Ｎｏ．７〜８の例では、ベアリング異常を検知している。異常振動の原因としてはワークロールベアリングの外輪傷と判定された。ワークロールのベアリングを分解して点検した結果、判定通り、外輪にフレーキングの発生が見られた。この異常振動による製品への影響は無かったが、このまま放置していた場合には、製品に悪影響を及ぼす異常振動の原因となっていたものと考えられる。従って、品質低下の未然防止を図ることができた。
【００６３】
また、短時間に発生する異常を早期に検出することができるため、そのような異常が継続して発生することを防止することが可能となり、従って、従来ではその後に発生していたと考えられる大きな異常振動を未然に防止することが可能となった。
【００６４】
第１解析サイクル期間について説明する。第１解析サイクル期間の決定方法としては、上述のように短期間で発生するチャタリングを検知するために必要な最小時間が計算で求められる。０．２秒間の現象を検知するためには解析サイクル期間を最小０．２秒とすることが望ましい。しかし、解析サイクル期間を短くすると、より高速のサンプリングが必要となり、また解析結果の安定性が低下することにもつながってくる。
一方、第１解析サイクル期間を長くすると、短期間で発生するチャタリングの検知精度が低下することにつながり、解析時間の増大、装置のデータ蓄積量の増大につながってくる。
【００６５】
従って、第１解析サイクル期間は、これらの要件を考慮して定められることなる。本実施の形態では、実用的な装置の構成を考慮して、０．２〜２秒としている。また望ましい範囲として０．９〜１．１秒を規定しているが、これは本装置を実機に適用した結果として望ましい値として得られたものである。
【００６６】
なお、張力信号の読込期間である第２解析サイクル期間についても上述の考え方にしたがっている。しかし、張力信号は振動信号ほどの高周波成分を解析しないため、サンプリング周波数を遅くしている。これに対応し、対象とするデータ数を確保するため第２解析サイクル期間の最小値は０．５秒としている。但し、張力信号と振動信号を区分することなく、同じサンプリング周波数、同じ解析サイクル期間で処理するように構成しても良い。
【００６７】
尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、鋼帯圧延機に発生する異常状態を早期に検出することができ、またその結果を活用することのできる鋼帯圧延機診断装置を製造する産業、及び圧延機によって鋼帯を製造する産業で利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…圧延機診断装置、２…診断装置本体、３…設定操作装置、４…表示装置、５…ＡＤ変換ボード、１０…冷間圧延機、１１…鋼帯、１２…ワークロール、１３…バックアップロール、１４…テンションメータロール、１５…中間ロール、２０、２１…振動センサ、３１…信号入力部、３２…フィルタ部、３３…周波数解析部、３４…判定部、３５…記録部、３６…警報部、３７…メンテナンス部、４０…監視画面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼帯生産で使用される圧延機の診断技術に関し、特に圧延機の異常振動に起因して発生するチャタマーク等の疵を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯の圧延機においては、異常振動としてチャタリングと呼ばれる一種の共振現象が発生し、鋼帯に縞模様の疵がつく場合がある。このような異常振動が発生する原因については、バックアップロールの表面状態、圧延油の潤滑状態、鋼帯の温度変動など種々の項目が関係していると考えられている。しかし、圧延中においては、それらの項目は変動しているため、常に正常な状態に保たれていると保証することは困難である。
【０００３】
そこで、異常振動、特にチャタリングの発生を初期段階で検出する技術が種々提案されている。
特許文献１に開示された技術では、鋼帯圧延機の各部に振動検出器を設置して運転中の圧延機各部の振動を検出し、振動の加速度または振動エネルギーまたはその双方が一定値を超えたときに異常信号を発するようにして圧延機各部の異常振動の有無を検知する。
特許文献２に開示された技術では、圧延機出側で、被圧延材の長手方向の少なくとも２個所で板厚を同時に測定し、測定した各々の個所の板厚の差が、予め設定されている設定値以上となった場合に、チャタリングの発生を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭５７−４４４０８号公報
【特許文献２】特公平５−８７３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、鋼帯製造においてチャタリングなどの異常振動に関しては１００％完全に検出できる技術が確立されていないのが現状である。
特許文献１、２に記載された技術では、比較的に継続して発生する異常振動を検出することができるが、短い時間内で発生する異常振動を検出するには十分でない。
【０００６】
また特許文献１、２に記載された技術は、発生した異常振動を検出するものであり、異常振動の発生を未然に防止する意図を備えるものではない。異常振動発生の未然防止を図るためには、単一のセンサのみに依存するのではなく、他の検出値をも利用して判断することが必要である。
【０００７】
このように、良い品質の鋼帯を製造しその品質を保証する体制を確立するためには、早期に異常の発生及び予知が行えるように装置を構成する必要がある。更に、検知した異常情報を後のプロセスにおいて活用できるような仕組みが必要である。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、鋼帯圧延機に発生する異常状態を早期に検出することができ、またその結果を活用することのできる鋼帯圧延機診断装置及び診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明は、鋼帯圧延機に設けられた振動センサで検出した運転中の振動値を読み込む入力部と、読み込んだ振動値を周波数解析する解析部と、前記周波数解析結果で所定以上の強度を持つ周波数と、前記鋼帯圧延機のロール軸受けの傷発生を示す周波数及び第１の範囲の特定周波数とを照合して異常発生の有無と異常原因とを特定する判定部と、異常が発生していると特定されたときは、異常が発生している旨とその原因とを警報出力する警報部とを有し、前記入力部は、前記振動値を１５００Ｈｚ以上でのサンプリング周波数で読み込み、前記解析部は、前記入力部が読み込んだ所定の第１解析サイクル期間の振動値を周波数解析する鋼帯圧延機診断装置である。
【００１０】
また本発明は、鋼帯圧延機に設けられた振動センサで検出した運転中の振動値を１５００Ｈｚ以上でのサンプリング周波数で読み込み、読み込んだ所定の第１解析サイクル期間の振動値を周波数解析し、前記周波数解析結果で所定以上の強度を持つ周波数と、前記鋼帯圧延機のロール軸受けの傷発生を示す周波数及び第１の範囲の特定周波数とを照合して異常発生の有無と異常原因とを特定し、異常が発生していると特定されたときは、異常が発生している旨とその原因とを警報出力する鋼帯圧延機診断方法である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、鋼帯圧延機に発生する異常状態を早期に検出することができ、またその結果を活用することのできる鋼帯圧延機診断装置及び診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態の圧延機診断装置を冷間連続圧延機（コールドタンデムミル）に適用した例を示す図。
【図２】診断装置本体に設けられた診断機能を表すブロック図。
【図３】振動信号を周波数解析して異常を判定する処理フローを示す図。
【図４】周波数解析結果を示す図。
【図５】軸受けの諸元と異常に関連する周波数との関係を示す図。
【図６】異常原因判定処理を示すフロー図。
【図７】異常原因判定処理を示すフロー図。
【図８】異常判定処理での判定方法をまとめた図。
【図９】振動信号のレベルから異常を判定する処理フローを示す図。
【図１０】スタンド間張力信号の変動から異常を判定する処理フローを示す図。
【図１１】表示装置に表示される監視画面を示す図。
【図１２】警報発生時の異常振動に関する詳細の情報を示す図。
【図１３】圧延機診断装置を実機に適用した結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施の形態の圧延機診断装置を冷間連続圧延機（コールドタンデムミル）に適用した例を示す図である。
【００１４】
まず冷間連続圧延機１０の構成について説明する。
図１に示す冷間連続圧延機１０は、５つのスタンド（♯１スタンド〜♯５スタンド）を備えている。冷間連続圧延機１０に搬送された、例えば、熱間で圧延された鋼帯１１は、この５つのスタンドを順次通過することによって所望の厚みに圧延される。
【００１５】
各スタンドには、鋼帯１１を圧延するための一対のワークロール（ＷＲ）１２、及びワークロール１２に圧下力を作用させるための一対のバックアップロール（ＢＵＲ）１３が設けられている。また、スタンド間には鋼帯１１の張力を測定するためのテンションメータロール（ＴＭＲ）１４が備えられている。なお、♯５スタンドは、他のスタンドと異なり、ワークロール（ＷＲ）１２とバックアップロール（ＢＵＲ）１３の間に中間ロール１５を備えている。
【００１６】
この冷間圧延機１０の圧延中の状態を診断するために、種々のプロセス信号が取り出される。
各スタンドのミルハウジングの上部には、振動センサ２０が１個設置され、圧延時のスタンドの振動が測定される。
さらに、各スタンドのワークロール１２の回転数信号２２、各スタンド間の張力信号２３がプロセス信号として取り出される。なお、信号２２，２３は測定した信号であっても良く、圧延機の運転制御装置（不図示）から取り出した制御出力信号であっても良い。
【００１７】
次に圧延機診断装置１の構成について説明する。
圧延機診断装置１は、診断装置本体２、設定操作装置３、表示装置４、ＡＤ変換ボード５、絶縁変換器６及び振動変換器７を備えている。
診断装置本体２は、圧延機を診断するための各種処理機能を有している。設定操作装置３は、診断装置本体２に対する動作指示、データ入力などを行うための装置である。表示装置４は、各プロセス信号、診断結果、警報などを表示する。ＡＤ変換ボード５は、絶縁変換器６及び振動変換器７を介して取り込んだプロセス信号をデジタル信号に変換する。
【００１８】
なお、絶縁変換器６とは別に振動変換器７を設けているのは、振動センサ２０の出力が電荷（チャージ）であって特別な変換回路を必要としているためである。従って、信号の特性に合わせて適宜変換器を設ければ良く、変換器の種類・構成はこの形態に限られるものではない。
【００１９】
図２は、診断装置本体２に設けられた診断機能を表すブロック図である。図２を参照しつつ各診断機能の構成とその動作について説明する。
信号入力部３１は、ＡＤ変換ボード５を介してプロセス信号を読み込み、物理量（工業単位）に変換する。振動信号は、第１のサンプリング周波数（約３０００Ｈｚ）で、第１解析サイクル期間（０．２〜２秒、より好ましくは０．９〜１．１秒）サンプリング入力される。その第１解析サイクル期間の時系列信号はフィルタ部３２において低周波数領域がカットされる。そして、フィルタ処理された信号は、周波数解析部３３がフーリエ変換を行って周波数ごとのエネルギーを算出する。
【００２０】
張力信号は、第２のサンプリング周波数（約５００Ｈｚ）で、第２解析サイクル期間（０．５〜２秒、より好ましくは０．９〜１．１秒）サンプリング入力される。その第２解析サイクル期間の時系列信号はフィルタ部３２において低周波数領域がカットされる。そして、フィルタ処理された信号は、振動信号とは異なり周波数解析は行われない。
【００２１】
判定部３４は、振動信号については時系列データ、周波数解析結果を用いて異常の有無を判定する。判定内容は、信号レベル判定、周波数解析判定、異常内容判定である。
振動の信号レベル判定では、読み込んだ信号レベル値からＲＭＳ（Root Mean Square：実効値）値、変動値などを算出し異常の有無を判断する。周波数解析判定では、周波数解析結果から特定周波数の強度を求めて異常の有無を判断する。異常内容判定では、周波数解析結果に基づいて異常原因（例えば、チャタリング発生、スリップ発生、ベアリング異常発生、ロール異常発生など）を判断する。
なお、張力信号の判定方法については、後で詳細に説明する。
【００２２】
判定部３４が、異常と判定した場合は、その情報が警報部３６に伝えられる。警報部３６は、オペレータに注意を喚起すると共に、オペレータのアクションを支援する情報を提供する。例えば、警報部３６は、外部に設けられた警報ランプを点灯する、表示装置４に異常を表示して警報音を吹鳴する、表示装置４に異常内容の詳細情報を表示する、などを実行する。
【００２３】
オペレータは、この警報出力に基づいてアクションを実行する。例えば、オペレータは、異常内容に基づいてミルを減速運転する、ワークロール１２を交換する、下工程に対して異常に関する情報を連絡する等の動作を適宜実行する。
【００２４】
一方、記録部３５は、読み込まれた時系列のプロセス信号、周波数解析結果データ、警報データなどを不図示の記録媒体（例えば、ＨＤＤ等）に保存する。これらのデータは、リアルタイムで、あるいは設定操作装置３からの操作入力によって記録媒体から取り出されて、表示装置４に表示される。
【００２５】
メンテナンス部３７は、判定部３４が判定処理で用いる各種設定値を設定操作装置３を介して取り込む。各種定数には、警報閾値、ベアリング基本定数、センサ測定値変換定数、各ロール形状値などがある。
【００２６】
続いて圧延機診断装置１の動作について説明する。
図３は、振動信号を周波数解析して異常を判定する処理フローを示す図である。
【００２７】
ステップＳ０１において、信号入力部３１は、ミルハウジングに設けられた振動センサ２０からの信号を読み込み、工業単位に変換する。ここで、サンプリング周波数は本実施の形態では３０００Ｈｚとしているが、１５００Ｈｚ以上であることが必要である。これは、圧延機において発生する約７５０Ｈｚまでの振動を検知するためには、サンプリング定理によって１５００Ｈｚ以上のサンプリング周波数が必要となることを考慮したものである。
【００２８】
ステップＳ０２において、信号入力部３１は、第１解析サイクル期間が経過するまで振動信号の読み込みを継続する。ステップＳ０２でＹｅｓの場合、即ち所定期間振動信号を読み込んだときは、ステップＳ０３において、フィルタ部３２が読み込んだ振動信号に対してフィルタ処理を実行する。実行されるフィルタ処理は、ハイパスフィルタ処理であって低周波成分をカットすることで不安定なノイズ成分を除外する。なお、フィルタ処理として、無限インパルス応答フィルタを用いても良い。
【００２９】
ステップＳ０４において、記録部３５は、３０００Ｈｚのサンプリング周期で読み込まれた振動信号を連続して記録媒体に記録する。
ステップＳ０５において、周波数解析部３３は、振動信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数解析する。ステップＳ０６において、判定部３４は、強度の強い周波数を上位から３つ抽出する。
【００３０】
図４は、周波数解析結果を示す図である。横軸は周波数を示し、縦軸は強度を示している。このグラフ上の点ｍを、周波数ｆとその強度Ｌを対としてｍ（ｆ、Ｌ）として表した場合、強度の強い上位３つの周波数が３つの点ｍ１（ｆ１、Ｌ１）、ｍ２（ｆ２、Ｌ２）、ｍ３（ｆ３、Ｌ３）として抽出されている。
なお、３点抽出するのは所定以上の強度の周波数を抽出する際に、抽出される周波数の点数が多くなりすぎることを防止するためであり、点数は３点に限るものではなく、また点数を限らずに抽出しても良い。
【００３１】
ステップＳ０７において、判定部３４は、各スタンドのワークロール１２の回転数信号２２から、各ロール（ワークロール１２、バックアップロール１３、テンションメータロール１４、中間ロール１５）の回転数を求め、それぞれのロールについてベアリング傷など異常に関する周波数を算出する。
【００３２】
図５は、軸受けの諸元と異常に関連する周波数との関係を示す図である。
異常に関連する周波数として、（１）回転成分ｆｒ、（２）外輪傷ｆｏ、（３）内輪傷ｆｉ、（４）転動体傷ｆｂ、（５）保持器成分ｆｃが算出されている。
【００３３】
ステップＳ０８において、判定部３４は、抽出した３つの周波数の内、その強度が所定の閾値以上である周波数について、異常に関する周波数（１）〜（５）と照合する。そして、ステップＳ０９において、異常原因判定処理を実行する。異常原因判定処理では、抽出した周波数が所定の条件に合致するかどうかを調べる。
【００３４】
図６、図７は、異常原因判定処理を示すフロー図である。
ステップＴ０１において、抽出した周波数ｆＨｚを中心とする前後αＨｚの範囲を合致範囲とする。
ステップＴ０２において、ｆｒが合致範囲にあるかどうかを調べる。ステップＴ０２でＹｅｓの場合、即ち、ｆｒが合致範囲内にある場合、ステップＴ０３において、異常原因に（１）回転成分を加える。
【００３５】
ステップＴ０４において、ｆｏが合致範囲にあるかどうかを調べる。ステップＴ０４でＹｅｓの場合、即ち、ｆｏが合致範囲内にある場合、ステップＴ０５において、異常原因に（２）外輪傷を加える。
ステップＴ０６において、ｆｉが合致範囲にあるかどうかを調べる。ステップＴ０６でＹｅｓの場合、即ち、ｆｉが合致範囲内にある場合、ステップＴ０７において、異常原因に（３）内輪傷を加える。
【００３６】
ステップＴ０８において、ｆｂが合致範囲にあるかどうかを調べる。ステップＴ０８でＹｅｓの場合、即ち、ｆｂが合致範囲内にある場合、ステップＴ０９において、異常原因に（４）ボール傷を加える。
ステップＴ１０において、ｆｃが合致範囲にあるかどうかを調べる。ステップＴ１０でＹｅｓの場合、即ち、ｆｃが合致範囲内にある場合、ステップＴ１１において、異常原因に（５）保持器損傷を加える。
【００３７】
ステップＴ１２において、ベアリングの異常原因が存在すると判定されたかどうかを調べる。ステップＴ１２でＹｅｓの場合、ステップＴ１４において、異常原因有りと判定する。
ステップＴ１２でＮｏの場合で、ステップＴ１３でＹｅｓの場合、即ち、抽出した周波数ｆＨｚが、軸受けの諸元に関する異常周波数に合致しなくとも、所定の周波数領域にある場合は、異常原因に（６）異常振動を加え、ステップＴ１４において、異常原因有りと判定する。ここで、所定の周波数領域として、例えば８０〜３００Ｈｚとすることができる。
【００３８】
一方、ステップＴ１２でＮｏの場合で、かつステップＴ１３でＮｏの場合、即ち、抽出した周波数ｆＨｚが、軸受けの諸元に関する異常周波数に合致せず、所定の周波数領域にもない場合は、ステップＴ１５において、異常原因は無しと判定する。
【００３９】
図３に戻り、ステップＳ１０において、判定部３４は、異常原因が存在するかどうかを調べる。
ステップＳ１０でＮｏの場合、即ち異常原因が存在しない場合は、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
ステップＳ１０でＹｅｓの場合、即ち異常原因が存在する場合は、ステップＳ１１において異常判定処理を実行する。
【００４０】
図８は、異常判定処理での判定方法をまとめた図である。
ケース１では、チャタリングの発生を判定する。即ち、異常原因が（６）異常振動であって、その継続時間がＴ１〜Ｔ２秒であればチャタリングが発生と判断する。
【００４１】
なお、継続時間とは、第１解析サイクル期間中に異常振動が発生した場合、その異常振動を含む第１解析サイクル期間の連続する回数に相当する時間のことをいう。たとえば、第１解析サイクル期間が１秒であり、異常振動の発生した第１解析サイクル期間が１０個連続した場合には、継続時間は１秒×１０＝１０秒となる。
【００４２】
ここで本実施の形態では、振動信号の読込時間（第１解析サイクル期間）は０．２〜２秒、より好ましくは０．９〜１．１秒である。本圧延機診断装置では、上記継続時間としてＴ１＝０．２、Ｔ２＝１とすることができる。即ち、本圧延機診断装置１では、０．２〜１秒間だけ発生した異常振動を検出することが可能である。
【００４３】
ケース２では、ベアリング異常を判定する。即ち、異常原因が（１）〜（５）の特定周波数であって、その継続時間がＴ３秒以上であればベアリング異常が発生と判断する。ここでベアリング異常は機械的に欠陥が存在することを表している。従って、継続時間は例えば１０秒以上として安定した異常検知とすることができる。
【００４４】
ケース３では、回転系の異常、スリップなどの発生を判定する。即ち、異常原因が（６）異常振動であって、その継続時間がＴ３秒以上であれば回転系の異常などが発生と判断する。ここで継続時間は例えば１０秒以上とすることができる。
【００４５】
図３に戻り、ステップＳ１２において、ケース１〜３のいずれかの異常が発生しているかどうかを調べる。
ステップＳ１２でＮＯの場合、即ち異常と判定されなかった場合は、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００４６】
ステップＳ１２でＹｅｓの場合、即ち異常と判定された場合は、ステップＳ１３において、警報部３６が所定の警報出力を行い、記録部３５が警報データを記録媒体に書き込んで保存する。そして、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００４７】
図９は、振動信号のレベルから異常を判定する処理フローを示す図である。
ステップＳ２１〜Ｓ２４は、図３のステップＳ０１〜Ｓ０４と同じであるため、その詳細の説明は省略する。
【００４８】
ステップＳ２５において、判定部３４は、読み込んだ振動信号のＲＭＳ値を算出する。そして、ステップＳ２６において、算出したＲＭＳ値と閾値を比較する。
ステップＳ２６でＮＯの場合、即ち算出したＲＭＳ値が閾値よりも小さい場合は、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００４９】
ステップＳ２６でＹｅｓの場合、即ち算出したＲＭＳ値が閾値よりも大きい場合は、ステップＳ２７において、警報部３６が所定の警報出力を行い、記録部３５が警報データを記録媒体に書き込んで保存する。そして、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００５０】
図１０は、スタンド間張力信号の変動から異常を判定する処理フローを示す図である。
【００５１】
ステップＳ４１において、信号入力部３１は、スタンド間張力信号を読み込む。ここで、張力信号は振動信号と異なりサンプリング周波数を約５００Ｈｚと遅くしている。これは、張力信号は振動信号と比較するとより緩やかに変化するため、振動成分で要求される高周波成分まで解析する必要性が少ないからである。ステップＳ４２〜Ｓ４４は、図３のステップＳ０２〜Ｓ０４と同じであるため、その詳細の説明は省略する。
【００５２】
ステップＳ４５において、判定部３４は、読み込んだ張力信号の所定時間内における最大変動値を算出する。ここで、最大変動値は、最大値と最小値の差である。例えば、第２の解析サイクル期間中（０．５〜２秒、より好ましくは０．９〜１．１秒）の最大変動値を求めることができる。そして、ステップＳ４６において、算出した最大変動値と閾値を比較する。
ステップＳ４６でＮＯの場合、即ち算出した最大変動値が閾値よりも小さい場合は、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００５３】
ステップＳ４６でＹｅｓの場合、即ち算出した最大変動値が閾値よりも大きい場合は、ステップＳ４７において、警報部３６が所定の警報出力を行い、記録部３５が警報データを記録媒体に書き込んで保存する。そして、元に戻ってプロセス信号の読込を実行する。
【００５４】
図１１は、表示装置に表示される監視画面４０を示す図である。
この監視画面４０は、信号波形表示領域４１、総合警報表示領域４２、詳細警報表示領域４３で構成されている。
【００５５】
信号波形表示領域４１には、ロール回転数（ｒｐｍ）の時間推移に対応して、各スタンドでのプロセス信号値、例えば圧延時のスタンドの振動の時間推移がリアルタイムで表示される。なお、表示される各スタンドでのプロセス信号値は、このスタンドの振動値だけでなく、テンションメータロールの振動、張力値などを設定操作装置３から指定することができる。
【００５６】
総合警報表示領域４２には、警報ランプ、リセットボタンが設けられている。判定部３４が異常発生と判定したときは、警報部３６はこの警報ランプを点灯し、不図示のブザーを吹鳴する。警報ランプはリセットボタンによって消灯することができるが、点灯から所定時間経過したときに自動で消灯させることもできる。
【００５７】
詳細警報表示領域４３には、各スタンドのどのプロセス信号がどのような異常になったかが判別できるように表示ランプが設けられている。即ち、判定部３４はレベル（ＲＭＳ，変動値など）異常と判定した場合に四角の警報ランプを点灯する。判定部３４は周波数異常と判定した場合に丸い警報ランプを点灯する。
【００５８】
なお、周波数異常ランプは、図８に示すケース１，２，３を判別して異常内容を表示しても良い。例えば、３つの警報ランプをケース１，２，３それぞれの警報として使用することができる。オペレータは警報の発生と共に、異常内容を把握することが可能となり、適切なアクションをとることができる。従って、圧延コイルの品質低下の未然防止、品質低下範囲の縮小などによる歩留まり向上を図ることができる。
【００５９】
図１２は、警報発生時の異常振動に関する詳細の情報を示す図である。
警報発生時には、詳細の警報データが自動的に記録媒体に格納される。オペレータが設定操作装置３より操作することにより、その警報データを表示装置４に表示することができる。警報データは、「年月日」、「時分秒」、「発生スタンド」、「異常内容」などである。オペレータは対象となる圧延コイル番号と共に、このデータから求めた異常発生時のコイルの位置、異常部位の長さなどの情報を下工程（検査工程）に伝えることにより、異常部位の検査見逃しを防止することができる。従って、品質保証の向上を図ることができる。
【００６０】
図１３は、圧延機診断装置を実機に適用した結果を示す図である。
Ｎｏ．１〜４の例では、チャタリングを検知している。検知位置とチャタマークの発生位置は一致していた。ここで検知したチャタマークは鋼帯の３〜５ｍの領域に存在していた。圧延速度を１０００ｍ／ｍｉｎとすると、この領域が振動センサで検知される時間は約０．２〜０．３秒である。本実施の形態の圧延機診断装置では、サンプリング周波数３０００Ｈｚ（１５００Ｈｚ以上）、読込期間０．２〜２秒として処理しているため、このような短期間の異常振動であっても確実に検出することができている。なお、Ｎｏ．３の例では、チャタマークは顕著ではなく製品への影響は無かった。
これまで検出の難しかった短時間のチャタリング現象が頻度多く発生したことが本圧延機診断装置によって裏付けられたため、製造部署では操業条件についての見直しを行い潤滑油を変更した。その結果、チャタリングの発生は大きく低減した。
【００６１】
Ｎｏ．５〜６の例では、スリップを検知している。この異常振動による製品への影響は見られなかった。異常振動が発生した際、その製品への影響の有無を確認することが不可欠である。一時的に短期間発生するスリップは見逃されやすい。しかし、本実施の形態の圧延機診断装置では、サンプリング周波数３０００Ｈｚ（１５００Ｈｚ以上）、読込期間０．２〜２秒として処理しているため、このような短期間のスリップによる異常振動であっても確実に検出することができている。本圧延機診断装置により、異常振動発生位置が特定できたため確実に製品への影響の有無を確認することができ、さらに異常原因を特定できるためその確認結果の信頼性を向上させることができた。
【００６２】
Ｎｏ．７〜８の例では、ベアリング異常を検知している。異常振動の原因としてはワークロールベアリングの外輪傷と判定された。ワークロールのベアリングを分解して点検した結果、判定通り、外輪にフレーキングの発生が見られた。この異常振動による製品への影響は無かったが、このまま放置していた場合には、製品に悪影響を及ぼす異常振動の原因となっていたものと考えられる。従って、品質低下の未然防止を図ることができた。
【００６３】
また、短時間に発生する異常を早期に検出することができるため、そのような異常が継続して発生することを防止することが可能となり、従って、従来ではその後に発生していたと考えられる大きな異常振動を未然に防止することが可能となった。
【００６４】
第１解析サイクル期間について説明する。第１解析サイクル期間の決定方法としては、上述のように短期間で発生するチャタリングを検知するために必要な最小時間が計算で求められる。０．２秒間の現象を検知するためには解析サイクル期間を最小０．２秒とすることが望ましい。しかし、解析サイクル期間を短くすると、より高速のサンプリングが必要となり、また解析結果の安定性が低下することにもつながってくる。
一方、第１解析サイクル期間を長くすると、短期間で発生するチャタリングの検知精度が低下することにつながり、解析時間の増大、装置のデータ蓄積量の増大につながってくる。
【００６５】
従って、第１解析サイクル期間は、これらの要件を考慮して定められることなる。本実施の形態では、実用的な装置の構成を考慮して、０．２〜２秒としている。また望ましい範囲として０．９〜１．１秒を規定しているが、これは本装置を実機に適用した結果として望ましい値として得られたものである。
【００６６】
なお、張力信号の読込期間である第２解析サイクル期間についても上述の考え方にしたがっている。しかし、張力信号は振動信号ほどの高周波成分を解析しないため、サンプリング周波数を遅くしている。これに対応し、対象とするデータ数を確保するため第２解析サイクル期間の最小値は０．５秒としている。但し、張力信号と振動信号を区分することなく、同じサンプリング周波数、同じ解析サイクル期間で処理するように構成しても良い。
【００６７】
尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、鋼帯圧延機に発生する異常状態を早期に検出することができ、またその結果を活用することのできる鋼帯圧延機診断装置を製造する産業、及び圧延機によって鋼帯を製造する産業で利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…圧延機診断装置、２…診断装置本体、３…設定操作装置、４…表示装置、５…ＡＤ変換ボード、１０…冷間圧延機、１１…鋼帯、１２…ワークロール、１３…バックアップロール、１４…テンションメータロール、１５…中間ロール、２０、２１…振動センサ、３１…信号入力部、３２…フィルタ部、３３…周波数解析部、３４…判定部、３５…記録部、３６…警報部、３７…メンテナンス部、４０…監視画面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼帯圧延機に設けられた振動センサで検出した運転中の振動値を読み込む入力部と、
読み込んだ振動値を周波数解析する解析部と、
前記周波数解析結果で所定以上の強度を持つ周波数と、前記鋼帯圧延機のロール軸受けの傷発生を示す周波数及び第１の範囲の特定周波数とを照合して異常発生の有無と異常原因とを特定する判定部と、
異常が発生していると特定されたときは、異常が発生している旨とその原因とを警報出力する警報部とを有し、
前記入力部は、前記振動値を１５００Ｈｚ以上でのサンプリング周波数で読み込み、
前記解析部は、前記入力部が読み込んだ所定の第１解析サイクル期間の振動値を周波数解析することを特徴とする鋼帯圧延機診断装置。
【請求項２】
前記判定部は、
所定以上の強度を持つ前記周波数が前記ロール軸受けの傷発生を示す周波数に相当して、
その状態の継続時間がＴ３秒以上のときはベアリングの異常が発生したと判定することを特徴とする請求項２に記載の鋼帯圧延機診断装置。
【請求項３】
前記判定部は、
所定以上の強度を持つ前記周波数が前記第１の範囲の特定周波数に相当して、
その状態の継続時間がＴ１秒以上、Ｔ２秒以下のときはチャタリングまたはスリップが発生したと判定し、
その状態の継続時間がＴ４（Ｔ４＞Ｔ２）秒以上のときは回転系の異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１に記載の鋼帯圧延機診断装置。
【請求項４】
前記入力部は、前記鋼帯圧延機の運転中の鋼帯の張力値を前記振動値よりも小さいサンプリング周波数で読み込み、
前記判定部は、前記入力部が読み込んだ所定の第２解析サイクル期間の張力値の最大値と最小値との差が所定値以上である場合は異常が発生したと判断することを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の鋼帯圧延機診断装置。
【請求項５】
鋼帯圧延機に設けられた振動センサで検出した運転中の振動値を１５００Ｈｚ以上でのサンプリング周波数で読み込み、
読み込んだ所定の第１解析サイクル期間の振動値を周波数解析し、
前記周波数解析結果で所定以上の強度を持つ周波数と、前記鋼帯圧延機のロール軸受けの傷発生を示す周波数及び第１の範囲の特定周波数とを照合して異常発生の有無と異常原因とを特定し、
異常が発生していると特定されたときは、異常が発生している旨とその原因とを警報出力すること
を特徴とする鋼帯圧延機診断方法。
【請求項６】
前記判定部は、
所定以上の強度を持つ前記周波数が前記ロール軸受けの傷発生を示す周波数に相当して、
その状態の継続時間がＴ３秒以上のときはベアリングの異常が発生したと判定することを特徴とする請求項５に記載の鋼帯圧延機診断方法。
【請求項７】
前記判定部は、
所定以上の強度を持つ前記周波数が前記第１の範囲の特定周波数に相当して、
その状態の継続時間がＴ１秒以上、Ｔ２秒以下のときはチャタリングまたはスリップが発生したと判定し、
その状態の継続時間がＴ４（Ｔ４＞Ｔ２）秒以上のときは回転系の異常が発生したと判定することを特徴とする請求項５に記載の鋼帯圧延機診断方法。
【請求項８】
前記入力部は、前記鋼帯圧延機の運転中の鋼帯の張力値を前記振動値よりも小さいサンプリング周波数で読み込み、
読み込んだ所定の第２解析サイクル期間の張力値の最大値と最小値との差が所定値以上である場合は異常が発生したと判断することを特徴とする請求項５乃至７の内のいずれか１項に記載の鋼帯圧延機診断方法。
【請求項１】
鋼帯圧延機に設けられた振動センサで検出した運転中の振動値を読み込む入力部と、
読み込んだ振動値を周波数解析する解析部と、
前記周波数解析結果で所定以上の強度を持つ周波数と、前記鋼帯圧延機のロール軸受けの傷発生を示す周波数及び第１の範囲の特定周波数とを照合して異常発生の有無と異常原因とを特定する判定部と、
異常が発生していると特定されたときは、異常が発生している旨とその原因とを警報出力する警報部とを有し、
前記入力部は、前記振動値を１５００Ｈｚ以上でのサンプリング周波数で読み込み、
前記解析部は、前記入力部が読み込んだ所定の第１解析サイクル期間の振動値を周波数解析することを特徴とする鋼帯圧延機診断装置。
【請求項２】
前記判定部は、
所定以上の強度を持つ前記周波数が前記ロール軸受けの傷発生を示す周波数に相当して、
その状態の継続時間がＴ３秒以上のときはベアリングの異常が発生したと判定することを特徴とする請求項２に記載の鋼帯圧延機診断装置。
【請求項３】
前記判定部は、
所定以上の強度を持つ前記周波数が前記第１の範囲の特定周波数に相当して、
その状態の継続時間がＴ１秒以上、Ｔ２秒以下のときはチャタリングまたはスリップが発生したと判定し、
その状態の継続時間がＴ４（Ｔ４＞Ｔ２）秒以上のときは回転系の異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１に記載の鋼帯圧延機診断装置。
【請求項４】
前記入力部は、前記鋼帯圧延機の運転中の鋼帯の張力値を前記振動値よりも小さいサンプリング周波数で読み込み、
前記判定部は、前記入力部が読み込んだ所定の第２解析サイクル期間の張力値の最大値と最小値との差が所定値以上である場合は異常が発生したと判断することを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の鋼帯圧延機診断装置。
【請求項５】
鋼帯圧延機に設けられた振動センサで検出した運転中の振動値を１５００Ｈｚ以上でのサンプリング周波数で読み込み、
読み込んだ所定の第１解析サイクル期間の振動値を周波数解析し、
前記周波数解析結果で所定以上の強度を持つ周波数と、前記鋼帯圧延機のロール軸受けの傷発生を示す周波数及び第１の範囲の特定周波数とを照合して異常発生の有無と異常原因とを特定し、
異常が発生していると特定されたときは、異常が発生している旨とその原因とを警報出力すること
を特徴とする鋼帯圧延機診断方法。
【請求項６】
前記判定部は、
所定以上の強度を持つ前記周波数が前記ロール軸受けの傷発生を示す周波数に相当して、
その状態の継続時間がＴ３秒以上のときはベアリングの異常が発生したと判定することを特徴とする請求項５に記載の鋼帯圧延機診断方法。
【請求項７】
前記判定部は、
所定以上の強度を持つ前記周波数が前記第１の範囲の特定周波数に相当して、
その状態の継続時間がＴ１秒以上、Ｔ２秒以下のときはチャタリングまたはスリップが発生したと判定し、
その状態の継続時間がＴ４（Ｔ４＞Ｔ２）秒以上のときは回転系の異常が発生したと判定することを特徴とする請求項５に記載の鋼帯圧延機診断方法。
【請求項８】
前記入力部は、前記鋼帯圧延機の運転中の鋼帯の張力値を前記振動値よりも小さいサンプリング周波数で読み込み、
読み込んだ所定の第２解析サイクル期間の張力値の最大値と最小値との差が所定値以上である場合は異常が発生したと判断することを特徴とする請求項５乃至７の内のいずれか１項に記載の鋼帯圧延機診断方法。
【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２０１０−２３４４２２（Ｐ２０１０−２３４４２２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８６２６８（Ｐ２００９−８６２６８）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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