特許 7505652 クロップシャーの切断制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】クロップシャーの切断制御システム

(51)【国際特許分類】

   B23D 36/00 20060101AFI20240618BHJP

【ＦＩ】

B23D36/00 503C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023565972

(86)(22)【出願日】2022-07-15

(86)【国際出願番号】 JP2022027843

(87)【国際公開番号】W WO2024013976

(87)【国際公開日】2024-01-18

【審査請求日】2023-10-26

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】桑村 憲幸

【審査官】野口 絢子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２１９３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－２２３６８４９（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開平８－２５７８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５９４１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｄ ３６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱間圧延ラインを搬送走行中の被切断材を切断するクロップシャーの切断制御システムにおいて、
前記クロップシャーの入側に配置され、搬送走行中の前記被切断材の画像を検出する画像検出器を備え、
前記画像検出器により検出された画像データから前記被切断材の先端位置あるいは尾端位置及び移動量を求め、求めた前記被切断材の前記先端位置あるいは前記尾端位置及び前記移動量に基づいて前記クロップシャーの切断刃の駆動速度を補正するように構成されるクロップシャーの切断制御システム。

【請求項2】

前記被切断材の速度を検出する速度検出器を更に備え、前記速度検出器で検出された速度から前記切断刃の速度基準を算出し、前記被切断材の前記先端位置あるいは前記尾端位置及び前記速度を用いて前記速度基準を補正するように構成される請求項１に記載のクロップシャーの切断制御システム。

【請求項3】

前記クロップシャーを起動した後に、前記移動量を前記クロップシャーの弧長移動量と比較して前記補正を行うように構成される請求項１または請求項２に記載のクロップシャーの切断制御システム。

【請求項4】

前記画像検出器からの前記画像データの伝送遅れを考慮して前記補正を行うように構成される請求項２に記載のクロップシャーの切断制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、クロップシャーの切断制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

クロップシャーは、例えば鉄鋼プラントの熱間圧延ラインに設置され、搬送走行中の被切断材（鋼材）の先端あるいは尾端の形状不良部をクロップ切断するために用いられる。クロップシャーは、電動機のような駆動装置を駆動源とし、変速機を介して上下の切断刃で被切断材を切断するように構成されている。被切断材の歩留まりを向上させるためには、クロップシャーにより被切断材を所望の設定位置で精度良く切断する必要がある。

【0003】

熱間圧延ラインの粗圧延機出側には形状測定装置が設置され、被切断材の先端あるいは尾端の形状が測定される。測定した形状から被切断材の切断位置が設定される。プログラマブルロジックコントローラ（以下、「ＰＬＣ」と記す）と搬送テーブルに取り付けられたレゾルバ等の速度検出器やクロップシャー出側に取り付けられたメジャーリングロールにより検出された速度を用いて被切断材の移動量を求め、この移動量からトラッキング制御をＰＬＣにて行いクロップシャーの駆動タイミングを演算し、設定された切断位置で切断されるように構成されている。

【0004】

例えば、下記特許文献１に開示された制御装置によりクロップシャーを制御するときは、被切断材検出器により被切断材を検出した後に、クロップシャーを起動するタイミングを演算する。この演算では、クロップシャー及び被切断材の加速率が一定であるものとして、被切断材の検出時点の速度と、被切断材の現在位置とに基づいて、クロップシャーの起動タイミングを算出する。以下、クロップシャーの起動タイミングの演算方法について説明する。

【0005】

先ず、クロップシャーの起動タイミングを生成するための距離Ｌ_ＣＵＴは、下式（１）のように表される。下式（１）中、Ｌ_ＭＳは、被切断材検出器からクロップシャーの中心までの距離（設備上の絶対距離＝一定値）であり、Ｌ_ＳＥＴは、被切断材の切断長さ（設定値）であり、Ｌ_Ｓは、クロップシャーが起動してから切断が実行されるまでに被切断材が進む距離である。
［式１］
Ｌ_ＣＵＴ＝Ｌ_ＭＳ－Ｌ_ＳＥＴ－Ｌ_Ｓ・・・（１）

【0006】

上式（１）中のＬ_ＭＳ及びＬ_ＳＥＴは固定値である。このため、Ｌ_Ｓに誤差が含まれていなければ、設定した切断位置通りに被切断材を切断することができる。しかし、Ｌ_Ｓは、下式（２）の通り速度の関数を含んでいる。下式（２）中、Ｌ_ｃは、クロップシャーが起動してから切断するまでに回転する距離（一定）であり、Ｖは、被切断材の移動量（設定値）であり、Ｋは、リード率（設定値）であり、αは、クロップシャーの加速度（一定）である。Ｖは、材料速度に相当する。材料速度Ｖが一定であればＬ_ｓの誤差が小さいが、材料速度Ｖが変動するとＬ_ｓの誤差が大きくなる。
［式２］

【0007】

材料速度Ｖの変動分を補正するために、クロップシャー起動後のクロップシャー周速度と材料速度を比較し、クロップシャーの速度基準に速度補正を行う切断点追跡制御がある。クロップシャーが起動し、切断刃が切断を開始するまでの時間ｔ_ｓは、下式（３）のように表される。下式（３）中、ｌ_ｓは、クロップシャー切断刃の下死点までの距離（弧長）であり、ΔＬ_ｓは、クロップシャー切断開始点から下死点までの距離（弧長）であり、Ｖ_ｂは、クロップシャー切断速度である。クロップシャー切断速度Ｖ_ｂは、後述する速度基準に対応する。
［式３］
ｔ_ｓ＝（ｌ_ｓ－ΔＬ_ｓ）／Ｖ_ｂ＝（ｌ_ｓ－ΔＬ_ｓ）／Ｋ・Ｖ・・・（３）

【0008】

一方、同一時刻における材料の被切断点が切断開始点に達するまでに要する時間ｔ_ｂは、下式（４）のように表される。下式（４）中、ｌ_ｂは、被切断材被切断点が下死点に達するまでの距離であり、ｌ_ｃは、被切断材被切断点の切断開始点から下死点までの距離である。
［式４］
ｔ_ｂ＝（ｌ_ｂ－ｌ_ｃ）／Ｖ・・・（４）

【0009】

ｌ_ｂは、下式（５）のように表される。下式（５）中、Ｌ_ＣＵＴは、切断トラッキング開始からカット開始位置までの距離であり、Ｌ_ＴＲＫは、クロップシャー起動後におけるカット切断点位置までの距離である。
［式５］
ｌ_ｂ＝Ｌ_ＭＳ－Ｌ_ＣＵＴ－Ｌ_ＴＲＫ・・・（５）

【0010】

上式（３）と上式（４）が等しくなるように、即ち、ｔ_ｓ＝ｔ_ｂとなるように制御すれば良く、これにより下式（６）が得られる。
［式６］
（ｌ_ｓ－ΔＬ_ｓ）／Ｋ－（ｌ_ｂ－ｌ_ｃ）＝０・・・（６）

【0011】

上式（６）より、材料の移動量に対し切断刃の移動量が常に一定の関係になるように切断刃速度を制御すれば良い。

【0012】

以上の制御による切断刃速度の補正量ｖは、下式（７）のように表される。下式（７）中、ｋ_ｓは、位置制御ゲイン（＝Δｃ／３）である。
［式７］
ｖ＝ｋ_ｓ｛（ｌ_ｓ－ΔＬ_ｓ）／Ｋ－（ｌ_ｂ－ｌ_ｃ）｝
＝ｋ_ｓ｛（ｌ_ｓ－ΔＬ_ｓ）／Ｋ－（Ｌ_ＭＳ－Ｌ_ＣＵＴ－Ｌ_ＴＲＫ－ｌ_ｃ）｝・・・（７）

【0013】

また、下記特許文献２には、歩留まり向上させるために、被切断材の切断長さＬ_ＳＥＴを形状検出器によって測定することで、設定された切断点での切断精度を向上させる方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】日本特開２０１２－６６３１３号公報

【文献】日本特開２０１２－１７０９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

しかしながら、レゾルバやメジャーリングロールのような速度検出器を用いても、実際には被切断材の速度変動が生じ、その結果として、各速度検出器を使用してのトラッキングに誤差が存在することになり、設定された切断点での切断精度に誤差が発生してしまう。このような速度変動は、仕上圧延機の圧下率変動、被切断材の表面の凹凸（平坦でないこと）、速度検出器における被切断材の滑りなどに起因する。しかも、切断トラッキング開始以降、被切断材の実際の位置を検出し補正する仕組みがないため、各速度検出器で検出した被切断材の速度を使用してトラッキング制御を行わざるを得ない。

【0016】

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、被切断材の速度変動が生じたとしても、設定された切断点での被切断材の切断誤差を可及的に抑制することが可能なクロップシャーの切断制御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】

【0017】

第１の観点は、熱間圧延ラインを搬送走行中の被切断材を切断するクロップシャーの切断制御システムに関連する。切断制御システムは、クロップシャーの入側に配置され、搬送走行中の被切断材の画像を検出する画像検出器を備える。画像検出器により検出された画像データから被切断材の先端位置あるいは尾端位置及び移動量を求め、求めた被切断材の先端位置あるいは尾端位置及び移動量に基づいてクロップシャーの切断刃の駆動速度を補正する。

【0018】

第２の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。切断制御システムは、被切断材の速度を検出する速度検出器を更に備える。速度検出器で検出された速度から切断刃の速度基準を算出し、被切断材の先端位置あるいは尾端位置及び移動量を用いて速度基準を補正する。

【0019】

第３の観点は、第１または第２の観点に加えて、次の特徴を更に有する。切断制御システムは、クロップシャーを起動した後に、移動量をクロップシャーの弧長移動量と比較して補正を行うように構成される。

【0020】

第４の観点は、第２の観点に加えて、次の特徴を更に有する。切断制御システムは、画像検出器からの画像データの伝送遅れを考慮して補正を行うように構成される。

【発明の効果】

【0021】

本開示によれば、各速度検出器で検出された被切断材の速度ではなく、画像検出器で検出された被切断材の画像データから求めた被切断材の位置及び移動量に基づいてクロップシャーの切断刃の駆動速度を補正するように構成した。これにより、被切断材の速度変動が生じたとしても、設定された切断点での被切断材の切断誤差を可及的に抑制することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施の形態によるクロップシャーの切断制御システムを備える熱間圧延ラインの構成を説明するための図である。

【図2】画像識別装置の構成の一例を示す図である。

【図3】切断制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図4】クロップシャーの切断刃速度の補正について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0024】

図１は、実施の形態によるクロップシャーの切断制御システムを備える熱間圧延ラインの構成を説明するための図である。

【0025】

熱間圧延ラインＬには、粗圧延機１と仕上圧延機２が設置されている。以下の説明では、粗圧延機１を上流側、仕上圧延機２を下流側とする。粗圧延機１と仕上圧延機２の間には、被切断材Ｍである鋼材（圧延材）を搬送し、図示省略するレゾルバ等の速度検出器が付設された搬送テーブル３が設置されている。熱間圧延ラインＬには、搬送テーブル３上を搬送走行中の被切断材Ｍの先端あるいは尾端をクロップ切断可能なクロップシャー４が更に配置されている。クロップシャー４は、クロップシャー駆動装置４０により駆動される。本実施の形態では、被切断材Ｍの先端を切断する場合を例に説明する。

【0026】

粗圧延機１の出側には、被切断材Ｍの形状を測定可能な形状検出器５が設置されている。形状検出器５の下流側には、被切断材Ｍの先端の通過を検出可能な被切断材検出器としての鋼材端検出器６が設置されている。クロップシャー４の下流側、且つ、仕上圧延機２の入側には、被切断材Ｍの尾端速度を検出可能なメジャーリングロール７が設置されている。

【0027】

熱間圧延ラインＬには、本実施の形態による切断制御システムが設けられている。切断制御システムは、被切断材Mの画像を検出する画像検出器８と、画像識別装置８０と、切断制御装置１０を有する。

【0028】

画像検出器８は、鋼材端検出器６の下流側、且つ、クロップシャー４の入側に設定される例えばＣＣＤカメラである。画像検出器８は、画像識別装置８０に接続されている。

【0029】

図２は、画像識別装置８０の構成の一例を示す図である。画像識別装置８０は、画像入力部８１と、設備長入力部８２と、ピクセル・長さ変換部８３と、材料位置検出部８４と、材料速度検出部８５を備える。

【0030】

画像入力部８１は、画像検出器８の画像データ（画像情報）をリアルタイムで取り込み、材料位置検出部８４に出力する。設備長入力部８２は、予め設定した画像エリアの長さ情報を取り込み、ピクセル・長さ変換部８３に出力する。ピクセル・長さ変換部８３は、画像１ピクセル当たりの長さを導き出し、材料位置検出部８４に出力する。材料位置検出部８４は、画像入力部８１から入力される画像データから被切断材Ｍの先端を検出し、検出した被切断材Ｍの先端をトラッキング情報として切断点追跡制御部１７及び材料速度検出部８５に出力する。材料速度検出部８５は、被切断材Ｍの先端と、画像１ピクセル当たりの長さとから、被切断材Ｍの移動量を演算する。即ち、画像データのフレームレート（１秒当たりのコマ数）と、被切断材Ｍの端部の位置の１フレーム当たりの移動量とから、被切断材Ｍの実際の移動量（速度）が求められる。材料速度検出部８５は、求めた被切断材Ｍの移動量をトラッキング情報として後述の切断点追跡制御部１７に出力する。

【0031】

切断制御装置１０は、切断点設定部１１と、先端速度検出部１２と、尾端速度検出部１３と、クロップシャー演算タイミング発生部１４と、クロップシャー起動演算部１５と、クロップシャー駆動制御部１６と、切断点追跡制御部１７を備える。

【0032】

切断点設定部１１は、形状検出器５により測定された被切断材Mの形状から切断点（切断位置）を設定する。先端速度検出部１２は、搬送テーブル３に接続され、被切断材Mの先端速度を検出する。尾端速度検出部１３は、メジャーリングロール７に接続され、被切断材Mの尾端速度を検出する。クロップシャー演算タイミング発生部１４は、鋼材端検出器６による被切断材Mの先端（または尾端）の検出を入力とし、クロップシャー４の演算タイミングを発生する。クロップシャー起動演算部１５は、クロップシャーの演算タイミングが入力されると、被切断材Ｍの切断点並びに被切断材Ｍの先端速度及び尾端速度からクロップシャー４の起動タイミングを演算する。クロップシャー駆動制御部１６は、演算結果である起動タイミングに到達すると、被切断材Ｍの先端速度あるいは尾端速度に応じた速度基準を演算する。切断点追跡制御部１７は、画像識別装置８０から入力された被切断材Ｍの位置情報、即ち、被切断材Ｍの端部及び移動量から、クロップシャー４の速度補正量を演算し、演算した速度補正量をクロップシャー駆動制御部１６に出力する。クロップシャー駆動制御部１６は、演算した速度基準に、切断点追跡制御部１７から入力された速度補正量を足しこみ、クロップシャー駆動装置４０を駆動する。

【0033】

ここで、画像データはデジタルデータであることから伝送遅れは生じるが、定周期処理であるため、遅れ時間からの速度誤差は求めることができる。切断点追跡制御部１７は、この速度誤差分を速度補正量に加味することができる。

【0034】

切断制御装置１０の具体的構造に限定はないが、一例として次のようなものであってもよい。図３は、切断制御装置１０のハードウェア構成の一例を示す図である。切断制御装置１０の機能は、図３に示す処理回路により実現することができる。同様に、画像識別装置８０の機能も、図３に示す処理回路により実現することができる。この処理回路は、専用ハードウェア１０ａであってもよい。この処理回路は、プロセッサ１０ｂ及びメモリ１０ｃを備えていてもよい。この処理回路は、一部が専用ハードウェア１０ａとして形成され、更にプロセッサ１０ｂ及びメモリ１０ｃを備えていてもよい。図３の例は、処理回路の一部が専用ハードウェア１０ａとして形成されるとともに、処理回路がプロセッサ１０ｂ及びメモリ１０ｃをも備えている。

【0035】

処理回路の少なくとも一部が、少なくとも１つの専用ハードウェア１０ａであってもよい。この場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路が、少なくとも１つのプロセッサ１０ｂ及び少なくとも１つのメモリ１０ｃを備えてもよい。この場合、切断制御装置１０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１０ｃに格納される。プロセッサ１０ｂは、メモリ１０ｃに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。プロセッサ１０ｂは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰとも呼ばれる。メモリ１０ｃは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ等が該当する。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、切断制御装置１０の各機能を実現することができる。

【0036】

図４は、クロップシャー４の切断刃速度の補正について説明するための模式図である。図４では、姿勢の異なるクロップシャー４ａ，４ｂ，４ｃが示されている。４ａは、起動点Ｐ１でのクロップシャーを示し、４ｂは、切断開始点Ｐ２でのクロップシャーを示し、４ｃは、下死点Ｐ３でのクロップシャーを示している。

【0037】

図４に示すように、被切断材Ｍの切断する先端部分（ハッチングを付した部分）の長さ（設定値）をＬ_ＳＥＴ、材料速度をＶ、鋼材端検出器６からクロップシャー４の中心までの距離（設備上の絶対距離＝一定値）をＬ_ＭＳとすると、クロップシャー４の起動タイミングを生成する距離Ｌ_ＣＵＴは、下式（８）のように表される。
［式８］
Ｌ_ＣＵＴ＝Ｌ_ＭＳ－Ｌ_ＳＥＴ－Ｌ_ｓ・・・（８）

【0038】

ここで、上式（８）中、Ｌ_Ｓは、クロップシャー４ａが起動してからクロップシャー４ｂによる切断が実行されるまでに被切断材Ｍが進む距離である。鋼材端検出器６から距離Ｌ_ＣＵＴだけ離れた位置Ｐ１に被切断材Ｍの切断点が到着すると、クロップシャー４ａを起動する。即ち、Ｐ１は、クロップシャー起動点である。その後、被切断材Ｍの切断点のクロップシャー起動点Ｐ１からの距離Ｌ_ＴＲＫをトラッキングする。Ｌ_ＴＲＫのトラッキングは、クロップシャー起動点Ｐ１からクロップシャー４ｂの切断開始点Ｐ２まで行われる。言い換えると、画像データから求められた被切断材Ｍの移動量は、クロップシャー４の弧長ｌ_ｓと比較される。

【0039】

前述の式（７）のとおり、切断点追跡制御部１７によるクロップシャー４の切断刃速度の補正量ｖは、下式（９）で求めることができる。下式（９）中、ΔＬ_Ｓは、クロップシャー４ｂの切断開始点Ｐ２からクロップシャー４ｃの下死点Ｐ３までのクロップシャー４の弧長移動量である。
［式９］
ｖ＝ｋ_ｓ｛（ｌ_ｓ－ΔＬ_ｓ）／Ｋ－（Ｌ_ＭＳ－Ｌ_ＣＵＴ－Ｌ_ＴＲＫ－ｌ_ｃ）｝・・・（９）

【0040】

本実施の形態では、上式（９）のＬ_ＴＲＫに、画像識別装置８０の材料位置検出部８４及び材料速度検出部８５の出力信号が入力される。そして、上式（９）で求められた補正量ｖがクロップシャー駆動制御部１６に出力される。これにより、被切断材Ｍの速度Ｖが変動したとしても、実際の被切断材Ｍの位置がトラッキングされる。これにより、切断制御装置１０によるトラッキング制御の誤差を可及的抑制することができる。

【0041】

以上説明したように、本実施の形態によれば、鋼材端検出器６の下流側に設けられた画像検出器８の画像データから被切断材Ｍの位置及び実速度を求め、求めた位置及び実速度からクロップシャー４の切断刃の速度の補正量ｖを求めることで、設定された切断点での被切断材の切断誤差を可及的に抑制することができる。

【0042】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。上記実施の形態では、被切断材Ｍの先端を切断する場合を例に説明したが、被切断材Ｍの尾端を切断する場合にも適用することができる。上述した実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、上述した実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

【符号の説明】

【0043】

Ｌ…熱間圧延ライン、Ｍ…被切断材、３…搬送テーブル（速度検出器）、４…クロップシャー、７…メジャーリングロール（速度検出器）、８…画像検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】