JP3526211B2

JP3526211B2 - 張力測定装置

Info

Publication number: JP3526211B2
Application number: JP14362098A
Authority: JP
Inventors: 宏樹上田; 秀夫宇津野; 亨坂谷; 雅史山中; 和光中村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 2004-05-10
Anticipated expiration: 2018-05-26
Also published as: JPH11337428A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅板等の帯状体の
振動を加振して増大させながら、この振動を計測するこ
とにより帯状体の張力を測定する張力測定装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、銅板やアルミ板、鋼板等の帯状
体の通板もしくは巻き取りは、帯状体の走行経路上の前
後にロールをそれぞれ配置し、各ロールで帯状体を挟持
しながら送り出すと共に、所定の張力を帯状体に付与す
ることにより行われる。この際、ロール間における張力
のバランスが崩れた場合には、帯状体の走行が不安定に
なったり、巻きずれが起きる等の問題が生じる。また、
圧延工程の製造ラインにおいては、圧延ロールの出入り
口で張力のバランスが崩れると、帯状体の板厚が変動す
るという問題が生じる。

【０００３】そこで、帯状体の通板時や巻き取り時にお
いては、通常、ロール間における帯状体の張力が測定さ
れ、この張力の測定値を基にしてロールの送り速度等が
所定の張力となるように制御される。そして、張力の測
定は、後述の（１）式で示すように帯状体の張力と振動
とが一定の関係を有することを利用し、帯状体の振動を
計測することにより間接的に行われることが多い。

【０００４】ところで、帯状体の振動が小さい場合に
は、この振動の計測値にノイズ等の誤差要因が大きく影
響することによって、張力を正確に求めることが困難に
なる。そこで、従来より、帯状体の振動を増大させる加
振装置を備えた張力測定装置が提案および実施されてい
る。例えば特開昭５２−１５１０４６号公報には、図７
に示すように、加振アーム５２で帯状体５１を直接打撃
することにより振動させる加振装置を備えた張力測定装
置が開示されている。また、特開昭５２−１０７８８６
号公報には、図８（ａ）・（ｂ）に示すように、外力印
加・振動検出部５３の空気口５３ａから帯状体５１に対
して空気を吹き付けることにより加振させる加振装置を
備えた張力測定装置が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示すように、加振アーム５２の打撃により帯状体５１を
加振させる構成では、帯状体５１への打撃時に加振アー
ム５２が帯状体５１に接触するため、帯状体５１の表面
に癖が発生するという問題がある。

【０００６】また、図８（ａ）・（ｂ）に示すように、
空気の吹き付けにより帯状体５１を加振させる構成で
は、帯状体５１を十分に振動させようとすると、所定以
上の吹き付け速度および吹き付け量で空気を帯状体５１
に吹き付けることが必要になるため、大掛かりなコンプ
レッサーが必要になる。さらに、帯状体５１に吹き付け
られる空気は、帯状体５１の周辺に存在するゴミや塵埃
を吹き飛ばして帯状体５１の上方に浮遊させ易く、これ
らのゴミや塵埃は、帯状体５１の間に巻き込まれたとき
に、帯状体５１の表面に癖を発生させることになる。

【０００７】そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、帯
状体５１の表面に癖をつけることなく、非接触で帯状体
５１を加振しながら帯状体５１の張力を測定することが
できる張力測定装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、長手方向の２点で支持された帯
状体を加振し、該帯状体の振動を計測することにより張
力を測定する張力測定装置において、電力供給により前
記帯状体に磁界を発生させる電磁石と、前記電磁石に対
する電力の供給と停止とを任意のタイミングで切り換え
可能な電源ユニットとを有し、前記電源ユニットを介し
て前記電磁石に大きな電力を瞬間的に供給することによ
り、パルス状の磁界を前記帯状体に印加し、前記帯状体
に電磁誘導による誘導起電力を発生させて、前記磁界と
の相互作用により加振力を付与することを特徴とする。
上記の構成によれば、帯状体の加振は、加振手段が帯状
体に磁界を印加し、電磁誘導により帯状体に誘導起電力
を発生させることで行われる。従って、加振手段を帯状
体に接触させなくても、帯状体を加振させることができ
るため、従来のような接触による帯状体の表面癖の発生
を防止することができる。また、磁界を帯状体に印加す
ることにより加振するため、空気を帯状体に吹き付けて
加振する場合のように、帯状体の周囲に存在する塵埃を
吹き飛ばすこともなく、塵埃による表面癖の発生も防止
することができる。これにより、本発明によれば、帯状
体の表面に癖をつけることなく、非接触で帯状体を加振
しながら帯状体の張力を測定することができる。

【０００９】また、電磁石に対する電力の供給と停止と
を切り換えることによって、電磁石からパルス状の磁界
を発生させることができるため、帯状体に電磁誘導によ
る誘導起電力を効率良く発生させ、ひいては帯状体を大
きく加振することが可能になる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１に記載の張力
測定装置であって、前記電源ユニットに電力を供給する
蓄電器を備えていることを特徴とする。上記構成によれ
ば、蓄電器に容量に応じた大きな電力を一時に電磁石に
供給することができるため、帯状体を大きく加振するこ
とが可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１ないし
図６に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係る張
力測定装置は、図１に示すように、銅板やアルミ板、鋼
板等の帯状体１の製造ラインに適用されるようになって
いる。この製造ラインには、第１ロール８と第２ロール
９とが帯状体１の走行方向（長手方向）の前後（２点）
にそれぞれ配設されている。これらの各ロール８・９
は、任意の速度で回転駆動される駆動ローラ８ａ・９ａ
と、回転自在に設けられた従動ローラ８ｂ・９ｂとから
なっている。そして、両ロール８・９は、駆動ローラ８
ａ・９ａと従動ローラ８ｂ・９ｂとで帯状体１を挟持
し、図示しない制御装置により各駆動ローラ８ａ・９ａ
の回転速度が制御されることによって、両ロール８・９
間の帯状体１に所定の張力を付与しながら帯状体１を送
り出すようになっている。

【００１２】上記の帯状体１の張力は、本実施形態の張
力測定装置で測定されている。張力測定装置は、誘導起
電力により帯状体１を加振する加振装置２と、帯状体１
の振動を非接触で検出する非接触変位計３と、非接触変
位計３からの変位信号を用いて張力値を演算する張力演
算器４とを有している。尚、非接触変位計３としては、
光反射式の距離センサ等を挙げることができる。

【００１３】上記の加振装置２は、第１ロール８と第２
ロール９との中間位置における帯状体１の上面近傍に配
設され、電力供給により帯状体１に対して直交した磁界
を発生する電磁石５と、電磁石５に対する電力の供給お
よび停止を任意のタイミングで切り換え可能な電源ユニ
ット６と、電源ユニット６を介して電磁石５に供給され
る電力を蓄えた蓄電器７とを有している。上記の電源ユ
ニット６は、電磁石５に対する電力の供給および停止を
それぞれの供給時間および停止時間で一定の周期毎に繰
り返すように設定されており、このようにして電力が供
給される電磁石５は、蓄電器７からの大きな電力が瞬間
的に供給されることによって、パルス状の磁界を定期的
に生成して帯状体１に印加するようになっている。

【００１４】一方、第１ロール８と第２ロール９との中
間位置における電磁石５の側方には、上述の非接触変位
計３が配置されている。非接触変位計３は、張力演算器
４に接続されており、張力演算器４は、図示しないＡ／
Ｄ変換部や入出力部、記憶部、演算部等を信号バスを介
して接続した構成にされている。Ａ／Ｄ変換部は、非接
触変位計３からの変位信号を情報処理に適したデジタル
信号（変位データ）に変換して張力演算器４内に取り込
むようになっている。

【００１５】また、記憶部には、所定の計測時間内に得
られた全変位データを記憶する変位データ記憶領域が形
成されていると共に、ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)
処理等の演算時に使用される演算データ領域が形成され
ている。さらに、記憶部には、変位データを基にして張
力値を算出する図２の張力算出ルーチンが記憶されてい
る。尚、張力算出ルーチンによる張力値の算出方法の詳
細については後述する。また、入出力部は、図示しない
制御装置に接続されており、制御装置に対して張力値を
出力するようになっている。そして、制御装置は、張力
値が予め設定された目標張力値となるように、第１ロー
ル８および第２ロール９の回転速度をフィードバック制
御するようになっている。

【００１６】上記の構成において、張力測定装置の動作
について説明する。先ず、帯状体１の前後を挟持する第
１ロール８および第２ロール９が回転駆動されることに
よって、走行する帯状体１に所定の張力が付与される。
この後、加振装置２における電源ユニット６が作動さ
れ、蓄電器７に蓄電された大きな電力が電磁石５に対し
て一定の周期毎に供給される。これにより、電磁石５が
一定の周期毎に磁界を発生し、この磁界が帯状体１に対
してパルス状に付与されることによって、電磁誘導によ
り帯状体１に誘導起電力が発生する。そして、誘導起電
力が磁界との相互作用により帯状体１に加振力（電磁
力）を付与することによって、帯状体１が両ロール８・
９間において加振される。

【００１７】上記のようにして加振された帯状体１は、
図３および図４に示すように、走行方向の両端が各ロー
ル８・９でそれぞれ支持された状態になっているため、
両ロール８・９間の中央部を振動の腹とした振動モード
の固有振動数ｆ１で大きく振動する。そして、この帯状
体１に付与される張力Ｔと固有振動数ｆ１とは、（１）
式の関係を有することになる。

【００１８】Ｔ＝４ρｂｔＬ²ｆ１² ・・・・（１）ここで、Ｔ：張力値、ρ：帯状体比重、ｂ：帯状体幅、
ｔ：帯状体厚み、Ｌ：支持間長さ、ｆ１：固有振動数で
ある。

【００１９】次に、図１に示すように、加振された帯状
体１の振動が非接触変位計３により計測され、帯状体１
の変位量を示す変位信号が張力演算器４に出力される。
この際、張力演算器４は、図２の張力算出ルーチンを実
行しており、張力演算器４に出力された変位信号は、Ａ
／Ｄ変化部を介してデジタル量の変位データに変換され
た後、記憶部に順次格納される（Ｓ１）。そして、所定
の計測時間が経過したときに、この計測時間内に収集さ
れた全計測データを用いてＦＦＴ処理が行われる。これ
により、図５に示すように、整数倍の周波数毎にピーク
値を有した振動の周波数成分が得られることになる（Ｓ
２）。

【００２０】次に、得られた周波数成分の中から振幅が
最大となるピーク値が検出され、このピーク値が１次モ
ードピーク値ｆ１として選択される（Ｓ３）。そして、
選択された１次モードピーク値ｆ１に各モード変数ｎ
（例えばｎ＝２〜４）が積算され、１次モードピーク値
ｆ１に対して整数倍の２次〜４次モードピーク値ｆ２〜
ｆ４がそれぞれ算出される（Ｓ４）。この後、ＦＦＴ処
理で得られた周波数成分から、２次〜４次モードピーク
値ｆ２〜ｆ４の誤差Δｆ範囲内でのピーク値が検出され
（Ｓ５）、各モードピーク値ｆ２〜ｆ４の誤差Δｆ範囲
内にピーク値が存在するか否かが判定される（Ｓ６）。

【００２１】周波数成分のピーク値が存在しない場合に
は（Ｓ６，ＮＯ）、Ｓ３で検出された最大のピーク値の
次に大きな振幅のピーク値が検出され、このピーク値が
新たな１次モードピーク値ｆ１として選択される（Ｓ
７）。そして、この１次モードピーク値ｆ１を用いてＳ
４から再実行される。

【００２２】一方、各モードピーク値ｆ２〜ｆ４に対応
した周波数成分のピーク値が存在する場合には（Ｓ６，
ＹＥＳ）、選択された１次モードピーク値ｆ１が帯状体
１の固有振動数であると認識され、１次モードピーク値
ｆ１が上述の（１）式に代入されることにより帯状体１
の張力値が計算される。具体的には、例えば固有振動数
ｆ１を１４．５ｋＨｚ、帯状体比重ρを８６５０ｋｇ／
ｍ³、帯状体幅ｂを６２０ｍｍ、帯状体厚みｔを０．１
５、支持間長さＬを１０００ｍｍとした場合、これらの
数値を（１）式に代入することによって、６９ｋｇｆの
張力値Ｔが算出される（Ｓ８）。

【００２３】この後、張力値が張力演算器４から図示し
ない制御装置に出力され、制御装置が予め設定された目
標張力値となるように、第１ロール８および第２ロール
９の回転速度をフィードバック制御することによって、
帯状体１の張力が制御される。

【００２４】次に、加振装置２により帯状体１を加振し
た場合と、帯状体１を加振しなかった場合とでＦＦＴ処
理後の周波数成分にどのような差が存在するかを確認し
た。この結果、帯状体１を加振した場合には、図５に示
すように、整数倍毎にピーク値が存在する周波数成分が
得られる一方、加振せずに帯状体１の常微振動のみを検
出してＦＦＴ処理を行った場合には、図６に示すよう
に、上述のピーク値に対応する周波数成分のＳＮ比が小
さいという結果が得られた。これにより、加振装置２に
より帯状体１を加振すれば、帯状体１の固有振動数ｆ１
を確実に検出することができるため、正確な張力値を求
めることが可能になることが明らかになった。

【００２５】以上のように、本実施形態の張力測定装置
は、長手方向（走行方向）の２点の位置において第１ロ
ール８と第２ロール９とで支持された帯状体１を加振
し、帯状体１の振動を計測することにより張力を測定す
るものであり、帯状体１に磁界を印加することによっ
て、帯状体１に電磁誘導による誘導起電力を発生させて
加振力を付与する加振手段（加振装置２）を有した構成
にされている。そして、この構成によって、帯状体１の
表面に癖をつけることなく、非接触で帯状体１を加振し
ながら帯状体１の張力を測定することが可能になってい
る。

【００２６】以上、本発明を好適な実施の形態に基づい
て説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲にお
いて変更が可能である。

【００２７】即ち、本実施形態においては、第１ロール
８と第２ロール９とで帯状体１を挟持することによっ
て、帯状体１を２点で支持するようになっているが、帯
状体１の表面や裏面の一方面にロールを当接させること
により支持するようになっていても良い。

【００２８】

【発明の効果】請求項１の発明は、長手方向の２点で支
持された帯状体を加振し、該帯状体の振動を計測するこ
とにより張力を測定する張力測定装置において、電力供
給により前記帯状体に磁界を発生させる電磁石と、前記
電磁石に対する電力の供給と停止とを任意のタイミング
で切り換え可能な電源ユニットとを有し、前記電源ユニ
ットを介して前記電磁石に大きな電力を瞬間的に供給す
ることにより、パルス状の磁界を前記帯状体に印加し、
前記帯状体に電磁誘導による誘導起電力を発生させて、
前記磁界との相互作用により加振力を付与することを特
徴とする。上記の構成によれば、帯状体の加振は、加振
手段が帯状体に磁界を印加し、電磁誘導により帯状体に
誘導起電力を発生させることで行われる。従って、加振
手段を帯状体に接触させなくても、帯状体を加振させる
ことができるため、従来のような接触による帯状体の表
面癖の発生を防止することができる。また、磁界を帯状
体に印加することにより加振するため、空気を帯状体に
吹き付けて加振する場合のように、帯状体の周囲に存在
する塵埃を吹き飛ばすこともなく、塵埃による表面癖の
発生も防止することができる。これにより、本発明によ
れば、帯状体の表面に癖をつけることなく、非接触で帯
状体を加振しながら帯状体の張力を測定することができ
るという効果を奏する。

【００２９】また、電磁石に対する電力の供給と停止と
を切り換えることによって、電磁石からパルス状の磁界
を発生させることができるため、帯状体に電磁誘導によ
る誘導起電力を効率良く発生させ、ひいては帯状体を大
きく加振することが可能になるという効果を奏する。

【００３０】請求項２の発明は、請求項１に記載の張力
測定装置であって、前記電源ユニットに電力を供給する
蓄電器を備えていることを特徴とする。上記の構成によ
れば、蓄電器に容量に応じた大きな電力を一時に電磁石
に供給することができるため、帯状体を大きく加振する
ことが可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】張力測定装置の配置状態を示す説明図である。

【図２】張力算出ルーチンのフローチャートである。

【図３】帯状体の２点がロールで支持された状態を示す
説明図である。

【図４】帯状体が振動する状態を示す説明図である。

【図５】加振した場合における周波数と変位との関係を
示すグラフである。

【図６】加振しない場合における周波数と変位との関係
を示すグラフである。

【図７】加振装置の斜視図である。

【図８】加振装置の斜視図である。

【符号の説明】

１帯状体２加振装置３非接触変位計４張力演算器５電磁石６電源ユニット７蓄電器８第１ロール９第２ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂谷亨兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者山中雅史山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者中村和光山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内 (56)参考文献特開昭57−56730（ＪＰ，Ａ) 特開平３−146073（ＪＰ，Ａ) 特開平10−170363（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−46409（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 5/04 - 5/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向の２点で指示された帯状体を加
振し、該帯状体の振動を計測することにより張力を測定
する張力測定装置において、電力供給により前記帯状体に磁界を発生させる電磁石
と、前記電磁石に対する電力の供給と停止とを任意のタイミ
ングで切り換え可能な電源ユニットとを有し、前記電源ユニットを介して前記電磁石に大きな電力を瞬
間的に供給することにより、パルス状の磁界を前記帯状
体に印加し、前記帯状体に電磁誘導による誘導起電力を
発生させて、前記磁界との相互作用により加振力を付与
することを特徴とする張力測定装置。
【請求項２】前記電源ユニットに電力を供給する蓄電
器をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載
の張力測定装置。