特開 2024-175568 板離れ防止システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175568

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】板離れ防止システム

(51)【国際特許分類】

   B21B 37/50 20060101AFI20241211BHJP

   B21B 37/00 20060101ALI20241211BHJP

   B21B 39/08 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

B21B37/50

B21B37/00 300

B21B39/08 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093451

(22)【出願日】2023-06-06

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】魏 喬

【テーマコード（参考）】

4E124

【Ｆターム（参考）】

4E124AA01

4E124BB04

4E124BB05

4E124CC03

4E124EE01

4E124EE13

(57)【要約】

【課題】ルーパの板離れを予測して板離れの防止に役立てることができる板離れ防止システムを提供する。
【解決手段】実施形態は、２台の圧延スタンド間に設けられたルーパと、前記ルーパ上を搬送される圧延材の形状とを撮像して画像データを生成するカメラと、前記画像データにもとづいて、前記ルーパと前記圧延材との接触が失われる板離れの予兆を判定して、検出結果に応じて設定された所定の第１指令を前記２台の圧延スタンドおよび前記ルーパを制御する制御装置に出力する画像処理装置と、を備える。前記画像処理装置は、あらかじめ設定された判定基準と前記画像データとを比較して、前記板離れの予兆を判定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２台の圧延スタンド間に設けられたルーパと、前記ルーパ上を搬送される圧延材の形状とを撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データにもとづいて、前記ルーパと前記圧延材との接触が失われる板離れの予兆を判定して、検出結果に応じて設定された所定の第１指令を前記２台の圧延スタンドおよび前記ルーパを制御する制御装置に出力する画像処理装置と、
を備え、
前記画像処理装置は、あらかじめ設定された判定基準と前記画像データとを比較して、前記板離れの予兆を判定する板離れ防止システム。

【請求項2】

前記画像処理装置は、前記画像データにもとづいて、前記ルーパと前記圧延材との間の距離である板離れ程度を計測して、前記板離れ程度が所定のしきい値以上の場合に、板離れによって生じる事故を防止するように設定された所定の第２指令を前記制御装置に出力する請求項１記載の板離れ防止システム。

【請求項3】

前記判定基準は、前記圧延材の材料属性ごとに設定された学習データを含む請求項１記載の板離れ防止システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、圧延システムに設けられたルーパの板離れ防止システムに関する。

【背景技術】

【0002】

鉄鋼プラントの仕上圧延は、圧延材に微細な加工を施すための重要な工程である。仕上圧延設備中には、圧延材を圧延するための複数の圧延スタンドが設けられており、圧延スタンドの間にルーパが設置されている。ルーパは、圧延スタンド間を搬送される圧延材を下から支えながら、上下に移動することにより、圧延材の張力変動を抑えて、安定した通板状態を確保する。

【0003】

仕上圧延において、圧延材が突発的にルーパから離れる現象が生じることがあり、この現象は板離れと呼ばれている。圧延材がルーパから離れたまま圧延材が搬送されると、圧延材が圧延スタンド間で詰まり、通過できないとの問題が生じる。このような状態を放置すると、圧延スタンドの間で圧延材が積み重なってしまい、圧延材に損傷を生じるほか、機器に障害を生じさせるおそれがある。そのような場合には、圧延ラインを停止させる必要があり、操業復旧に長大な時間を要する。

【0004】

特許文献１では、ルーパを駆動する電動機の回転速度をルーパの張力制御系に組み込むことにより、圧延条件に変動があっても常に安定したルーパ高さ制御が可能となるとの技術が開示されている。しかし、この制御系は張力に強く依存しているため、板離れが発生して無張力状態となると機能しないおそれがある。

【0005】

特許文献２では、ルーパ角度と圧延材張力を目標値にして制御するルーパ多変数制御をルーパ制御系に組み込み、板離れが発生した際にコントローラが異常を検出して、通板を優先するようルーパの高さとスタンド速度を制御する技術が開示されている。この技術では、ルーパを圧延材に接触させて張力を再び検出できるようにして、安定した通板状態へ戻すことが可能とされている。しかし、板離れ状態時においては、ルーパの高さとスタンド速度を制御するための定量的な目標値を得られないため、これらを最適に制御することは困難であり、誤った制御量を出力することによって、過張力等の問題が発生するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平５－３０５３２２号公報

【特許文献2】特開２００６－１８１５８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このように、従来知られた技術では、板離れが発生した場合、張力がゼロに固定され、制御不能に陥るおそれがある。板離れが発生する前に、板離れを予測し、圧延システムに対して、板離れを防止するように処理を行わせることによって、制御不能の状態を回避することが望まれる。

【0008】

本発明の実施形態は、ルーパの板離れを予測して板離れの防止に役立てることができる板離れ防止システム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】

本発明の実施形態は、２台の圧延スタンド間に設けられたルーパと、前記ルーパ上を搬送される圧延材の形状とを撮像して画像データを生成するカメラと、前記画像データにもとづいて、前記ルーパと前記圧延材との接触が失われる板離れの予兆を判定して、検出結果に応じて設定された所定の第１指令を前記２台の圧延スタンドおよび前記ルーパを制御する制御装置に出力する画像処理装置と、を備える。前記画像処理装置は、あらかじめ設定された判定基準と前記画像データとを比較して、前記板離れの予兆を判定する。

【発明の効果】

【0010】

実施形態によれば、ルーパの板離れを予測して板離れの防止に役立てることができる板離れ防止システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係るルーパの板離れ防止システムを例示する模式的なブロック線図である。

【図2】図２（ａ）～図２（ｃ）は、ルーパの位置と圧延材の位置との関係を例示する模式図である。

【図3】実施形態に係る板離れ防止システムの動作を説明するためのフローチャートの例である。

【図4】実施形態に係る板離れ防止システムの動作を説明するためのフローチャートの例である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0013】

図１は、実施形態に係るルーパの板離れ防止システムを例示する模式的なブロック線図である。
図１に示すように、実施形態に係る板離れ防止システム１００は、カメラ５ａ、５ｂと、画像処理装置８と、を備える。カメラ５ａ、５ｂは、ルーパ３の位置と圧延材４の位置との関係を撮像して画像データＤａ、Ｄｂを生成し、画像処理装置８に出力する。画像処理装置８は、画像データＤａ、Ｄｂにもとづいて、板離れの有無および板形状の異常の有無を判定して、それぞれの状態に応じた処理指令を生成して、コントローラ１０、１１に出力する。

【0014】

より具体的には、画像処理装置８は、板離れを発生したと判断した場合には、板離れ発生アラートを生成して、コントローラ１０、１１に出力する。画像処理装置８は、板離れを発生する可能性ありと判断した場合には、板離れ予測アラートＤ１を生成して、コントローラ１０、１１に出力する。コントローラ１０、１１は、これらのアラートを受信した場合の処理プログラムがあらかじめ設定されており、処理プログラムを起動して、適切な事故防止処理を実行する。適切な事故防止処理は、たとえば、ラインの緊急停止処理であり、あるいは、自動運転から手動運転に切り替える処理等である。

【0015】

実施形態に係る板離れ防止システム１００の構成について、より詳細に説明する。
図１には、圧延スタンド１、圧延スタンド２およびルーパ３が示されている。この例では、圧延スタンド１は、圧延ラインの上流側に配置されている。圧延スタンド２は、圧延スタンド１よりも下流側に配置されている。ルーパ３は、２台の圧延スタンド１、２の間に配置されている。圧延材４は、上流側の圧延スタンド１を通過し、ルーパ３を経て、下流の圧延スタンド２に至る。

【0016】

圧延スタンド２は、ドライブ装置１３によって速度制御されたモータ１２によって駆動される。図１では図示しないが、圧延スタンド１の圧延ミルもドライブ装置によって速度制御されたモータによって駆動される。ドライブ装置１３には、コントローラ１０が接続されており、ドライブ装置１３は、コントローラ１０が生成する速度基準ＤＮにしたがって、モータ１２等を速度制御する。

【0017】

ルーパ３は、２つの圧延スタンド１、２間で圧延材４の下方に配置され、圧延材４を下方から支持する。ルーパ３の高さは、コントローラ１１が生成する高さ基準ＤＨにしたがって制御されるアクチュエータ１４によって調整される。圧延材４は、ルーパ３の高さによって所定の張力となるように制御される。

【0018】

カメラ５ａは、圧延スタンド１、２およびルーパ３の配列のワークサイドに配置され、ルーパ３およびルーパ３によって支持される圧延材４をワークサイドから撮像する。カメラ５ａは、ルーパ３および圧延材４がカメラ５ａの撮像範囲６ａに入るように位置を設定される。

【0019】

カメラ５ｂは、圧延スタンド１、２およびルーパ３の配列のドライブサイドに配置され、ルーパ３およびルーパ３によって支持される圧延材４をドライブサイドから撮像する。カメラ５ｂは、ルーパ３および圧延材４がカメラ５ｂの撮像範囲６ｂに入るように位置を設定される。

【0020】

カメラ５ａ、５ｂは、撮像範囲６ａ、６ｂ内のルーパ３および圧延材４を撮像する。カメラ５ａ、５ｂは、撮像した画像を所定の画像データＤａ、Ｄｂに変換して、画像処理装置８に出力する。なお、カメラは、圧延材４を撮像する角度を代えて、３台以上を配置するようにしてもよいし、カメラを配置可能な場所が制限される場合等には、１台を配置するだけでもよい。２台以上のカメラを配置することによって、１つの撮像範囲では、取得することが困難な圧延材４の傾き等の様子を画像データとして取得し、異常の有無について、より詳細な形状の判定を行うことが可能になる。

【0021】

図２（ａ）～図２（ｃ）は、ルーパの位置と圧延材の位置との関係を例示する模式図である。
図２（ａ）～図２（ｃ）は、ドライブサイドに設置されたカメラ５ｂがその撮像範囲６ｂで撮像するルーパ３および圧延材４の異なる状態を表している。図２（ａ）～図２（ｃ）に示すように、カメラ５ｂは、撮像範囲６ｂのルーパ３および圧延材４の画像を撮像する。なお、図示しないが、ワークサイドに設置されたカメラ５ａが撮像するルーパ３および圧延材４の状態も同様であり、カメラ５ａは、撮像範囲６ａのルーパ３および圧延材４の画像を撮像する。

【0022】

図２（ａ）は、圧延材４がルーパ３に接しており、ルーパ３が圧延材４を正常に支持している状態を示している。
図２（ｂ）は、圧延材４がルーパ３から離れており、板離れを生じている状態を示している。
図２（ｃ）は、圧延材４がルーパ３に接しているが、圧延材４の形状が異常であり、ルーパ３は圧延材４を正常に支持していないことを示している。

【0023】

画像データＤｂは、図２（ａ）～図２（ｃ）のルーパ３および圧延材４の形状を表しており、画像処理装置８は、このような画像データＤｂを画像処理して、異常の有無を判断する。

【0024】

画像処理装置８は、画像データＤｂを画像処理して、「板離れ程度ＤＳ」を測定する。また、画像処理装置８は、画像データＤｂを画像処理して「板形状」を判定する。「板離れ程度ＤＳ」は、ルーパ３のロールと圧延材４との間の距離であり、ルーパ３のロールの最上部と、最上部の鉛直上方の圧延材４との間の距離である。

【0025】

画像処理装置８は、たとえば、板離れ程度ＤＳについてのしきい値をあらかじめ有しており、画像データＤｂにもとづいて、測定した板離れ程度ＤＳの値がしきい値よりも小さい場合には、少なくとも板離れを生じていないと判定する。画像処理装置８は、測定した板離れ程度ＤＳの値がしきい値異常の場合には、板離れを生じていると判定する。

【0026】

また、画像処理装置８は、圧延材４の形状に関する判定基準をあらかじめ有している。判定基準は、たとえば、正常と判定される基準と異常と判定される基準とからなる。正常と判定される基準および異常と判定される基準は、機械学習の学習データとして設定されており、画像処理装置８は、取得した画像データＤｂ中の圧延材４の形状の異常の有無を判定する。

【0027】

図３は、実施形態に係る板離れ防止システムの動作を説明するためのフローチャートの例である。
図３のフローチャートは、画像処理装置８が、カメラ５ａ、５ｂによって撮像されたルーパ３上の圧延材４の形状を含む画像データを学習データとして収集し、板離れの予兆を判定する基準に適用するために実行される。

【0028】

図３に示すように、ステップＳ１１において、画像処理装置８は、カメラ５ａ、５ｂが撮像したルーパ３上の圧延材４の形状を含む画像データＤａ、Ｄｂを収集する。画像データを収集する場合には、画像データには、圧延材４の材質や厚さ、幅等の属性情報等を関連付けてデータベースに格納する。

【0029】

ステップＳ１２において、画像処理装置８のために、画像データＤａ、Ｄｂを判定するための基準である学習データを作成する。判定の基準は、たとえばデータベースに格納された情報にしたがって、圧延材４の属性情報ごとに設定される。判定基準は、たとえば図２（ｃ）に示したような、ルーパ３上の圧延材４の形状ごとに、板離れを生じるか、板離れを生じないかにより決定される。より多数の判定基準となる画像データを収集するために、画像処理装置８を他の圧延ラインや他のプラントで収集された判定可能な画像データを収集して、データベースとするようにしてもよい。

【0030】

ステップＳ１３において、画像処理装置８は、作成した判定基準である学習データを学習モデルに適用し、板離れ防止システム１００を運転する。画像処理装置８は、設定されている学習モデルにしたがって、判定基準を追加修正し、都度、学習モデルに適用する。

【0031】

ステップＳ１４において、たとえばあらかじめ設定された時間が経過した時点で、画像処理装置８によって行われた判定が適切であったか否かが評価される。学習モデルの性能評価は、オフラインで操作者が他のプログラムを用いて行ってもよいし、画像処理装置８に導入された評価プログラムを用いる等してもよい。

【0032】

ステップＳ１５において、ステップＳ１４での性能評価が十分であったと判定された場合には、処理が終了される。ステップＳ１４での性能評価が十分でなかった場合には、処理はステップＳ１６に遷移される。

【0033】

ステップＳ１６において、性能評価の結果にもとづいて、学習モデルを改修する。

【0034】

ステップＳ１７において、改修した学習モデルについて、さらに学習モデルのパラメータを調整して、ステップＳ１３の板離れ防止システム１００に適用する。

【0035】

上述のサイクルは、所定期間ごとにオフラインで行ってもよいし、たとえば、操作者が監視し、異常時には手動介入できる体制にして、オンラインで学習モデルの最適化を図るようにしてもよい。

【0036】

図４は、実施形態に係る板離れ防止システムの動作を説明するためのフローチャートの例である。
図４には、板離れ防止システム１００の全体の動作の流れが示されている。
図４に示すように、ステップＳ２１において、画像処理装置８は、カメラ５ａ、５ｂで撮像したルーパ３上の圧延材の位置および形状を含む画像データＤａ、Ｄｂを取得する。

【0037】

ステップＳ２２において、画像処理装置８は、画像データＤａ、Ｄｂを画像処理して、ルーパ３とルーパ３の直上の圧延材４との間の距離である板離れ程度ＤＳを計測する。

【0038】

ステップＳ２３において、画像処理装置８は、計測した板離れ程度ＤＳと所定のしきい値とを比較する。画像処理装置８は、板離れ程度ＤＳがしきい値よりも小さい場合には、板離れが発生していないと判定し、処理をステップＳ２４に遷移させる。画像処理装置８は、板離れ程度ＤＳがしきい値以上の場合には、板離れが発生したと判定して、処理をステップＳ２７に遷移させる。

【0039】

ステップＳ２４において、板離れが発生していないと判定した画像処理装置８は、ルーパ３上の圧延材４の形状を分析する。圧延材４の形状の分析では、時間経過とともに、どのように圧延材４の形状が変化するかを監視する。

【0040】

ステップＳ２５において、画像処理装置８は、学習モデルを用いて、圧延材の形状およびその形状の変化が板離れの予兆を示すものであるか否かを判定する。画像処理装置８は、板離れ発生の可能性がないと判定した場合には、処理を終了する。画像処理装置８は、板離れ発生の可能性があると判定した場合には、処理をステップＳ２６に遷移させる。

【0041】

ステップＳ２６において、画像処理装置８は、圧延材４の形状が板離れの発生を予測させる異常状態を示しているとして、たとえば、コントローラ１０、１１に所定時間後に手動介入に切り替える旨の指令を送信する。また、コントローラ１０、１１は、ＨＭＩ端末に対して、手動介入をうながす旨の表示を出力する指令を送信する。

【0042】

ステップＳ２３で、板離れが発生したと判定された場合には、ステップＳ２７において、画像処理装置８は、板離れ程度ＤＳの値を出力する。

【0043】

ステップＳ２８において、画像処理装置８は、板離れが発生し、圧延状態が異常である旨のアラームを生成して、コントローラ１０、１１に送信する。アラームを受信したコントローラ１０、１１では、あらかじめ設定された処理を実行する。板離れが発生している状況では制御が困難になり、そのまま放置すると、圧延スタンド１、２間で圧延材４が積み重なり、圧延材４や機器等に損傷を生じさせるおそれがあるので、たとえばコントローラ１０、１１は、該当の圧延ラインを緊急停止させる指令を生成し、各機器に出力する。

【0044】

本実施形態に係る板離れ防止システム１００の効果について説明する。
本実施形態に係る板離れ防止システム１００は、画像処理装置８を備えており、画像処理装置８は、ルーパ３上の圧延材４の形状を監視し、画像処理を用いて、その形状が圧延状態の異常の予兆であるか否かを判定する。画像処理装置８は、圧延材４の形状が圧延以上の予兆を示すと判定した場合には、板離れが発生することが予測される旨のアラームを出力するので、アラームを受信したコントローラ１０、１１は、板離れを防止するための処理を実行することができる。

【0045】

画像処理装置８が生成し、出力する板離れの予兆を表すアラームは、１種類に限らず、圧延材４の形状の時系列的な変化のパターンに応じて、複数種類とすることができる。画像処理装置８は、これらのパターンごとに設定されたアラームをコントローラ１０、１１に出力する。コントローラ１０、１１には、パターンごとに設定された板離れ回避のための処理を実行するので、板離れが生じ得る異常状態となる前に、適切な処理が実行される。

【0046】

このようにして、ルーパの板離れを予測する板離れ防止システムを実現することができる。

【0047】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１、２…圧延スタンド、３…ルーパ、４…圧延材、５ａ、５ｂ…カメラ、８…画像処理装置、１０、１１…コントローラ、１２…モータ、１３…ドライブ装置、１４…アクチュエータ、１００…板離れ防止システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】