JP7772022B2 - 巻取位置制御方法、巻取装置及び鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板を巻き取ることによってコイルを形成する際、尾端の停止位置を制御する巻取位置制御方法、その巻取装置及び巻取位置制御方法を用いた鋼板の製造方法に関する。

ホットストリップミル（熱間圧延機）のコイラー（巻取り機）では通常、ピンチロールから送り出された熱間圧延鋼帯としての仕上げ圧延鋼帯を、マンドレルで巻き取ってコイルにしており、その巻き終わり時に、仕上げ圧延鋼帯の尾端の定位置停止制御を実施する。

このような尾端の定位置停止制御がない場合、コイルの外周上での仕上げ圧延鋼帯の尾端の位置がコイル毎に揃わないため、そのままコイルをコイラのマンドレルから抜き出してコイルヤードまで搬送した場合にはその搬送中に尾端が他の設備やコイルと接触し、最悪の場合、設備破損やコイルへのダメージが発生する。このため、尾端定位置停止制御がないと、コイルの巻き終わりから抜き出し開始にかけてコイラのオペレーターによる手作業での介入が必要となり、作業負荷の増大に繋がる。

そこで、これらの問題を解決するため、コイル巻き取りにおける尾端停止技術が提案されている。
特許文献１には、尾端位置の決定に巻取装置前に幅方向に中央1つと両側に1個以上設置されたセンサにより尾端形状を把握し制御する技術が開示されている。具体的には、圧延材の尾端形状に関わらず正確な尾端検出を行うことのできる圧延材尾端検出方法および装置を得ることを目的とする。そして、圧延材尾端検出方法は、圧延設備の巻取り機に巻取られる圧延材の幅方向に並んで、搬送路中央およびその左右にＨＭＤ（熱塊検出器）を配置し、圧延材の搬送中に上記すべてのＨＭＤがＯＮからＯＦＦになるタイミングにより圧延材の尾端位置を検出する技術である。

また、特許文献２には、ホットストリップミルに設置されている２次元形状計の座標より、巻取装置機内のレーザー計による尾端検出から後方に補正し制御する技術が開示されている。具体的には、クロップ形状計が出力する粗圧延鋼帯の先端および尾端の２次元形状を参照することにより、費用が嵩むことなく高精度に尾端の定位置停止制御を行うことができる巻取制御方法および巻取制御装置を提供することを目的とする。そして、ホットストリップミルのクロップ形状計が出力する粗圧延鋼帯の尾端の２次元形状における幅方向中央での尾端位置とクロップカット位置とを比較して、幅方向中央での尾端位置がクロップカット位置よりも粗圧延鋼帯の先端寄りの場合に、前記ホットストリップミルのピンチロール出側の機内レーザーセンサーが検出した幅方向中央での尾端位置をその位置よりも後方に補正し、その補正後の尾端位置に基づき仕上げ圧延鋼帯の尾端の定位置停止制御を実施する。

特開平１１－２５４０３４号公報 特開２０１３－９４７９８号公報

しかし、上記従来技術を鋼帯のコイル巻取における尾端停止制御に適用しようとすると、以下のような問題が生じる。

特許文献１、２に記載された技術は、鋼帯進行方向において、巻取装置より上流に設置されたセンサを活用して尾端形状を予測し、尾端を目標角度に停止させることが可能である。しかし、尾端形状の予測が、センサ位置、板のたわみ、板のまがり、蒸気等で外れた場合に、修正する機能がない。
そのため、鋼帯の停止が目標とする位置から外れると、設備改造費が高価となると共に、設備改造を行う間は鋼材用加熱炉の操業を停止する必要があるため、機会損失が大きく経済的ではないという問題がある。

本発明は、従来技術が抱える上記の問題点に鑑み開発したものであって、その目的は、巻取装置機側にビデオカメラを設け、画像解析により鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた瞬間の情報を、尾端停止コントローラに出力し、巻き取りコイルを所定の回転、回転角度に停止し、巻取位置制御の精度が向上する巻取位置制御方法、巻取装置、およびその制御方法を用いた鋼板の製造方法を提供することにある。

上記課題を有利に解決する本発明に係る巻取位置制御方法は、以下のように構成される。

［１］鋼帯をマンドレルで巻き取りコイルにする際に鋼帯の尾端の巻取位置を制御する巻取位置制御方法であって、巻取装置内の鋼帯の巻き取りをカメラで撮影するカメラ撮影ステップと、撮影された画像を解析する画像解析ステップと、画像の解析により鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた瞬間を特定する尾端位置決定ステップと、前記尾端位置決定ステップから得られた情報を停止コントローラに出力し、鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた後、回転する前記巻き取りコイルが目標位置で停止するように、前記巻き取りコイルの回転及び回転角度を制御する巻取位置制御ステップと、を含む、巻取位置制御方法である。
［２］上記の［１］において、前記画像解析ステップでは、撮影された画像の色差に基づいて解析を行う巻取位置制御方法である。

上記課題を有利に解決する本発明に係る巻取装置及び巻取位置制御方法を用いた鋼板の製造方法は、以下のように構成される。
［３］鋼帯をマンドレルで巻き取りコイルにする巻取装置であって、巻取装置内の鋼帯の巻き取りをカメラで撮影するカメラ撮影部と、撮影された画像を解析する画像解析部と、
画像の解析により鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた瞬間を特定する尾端位置決定部と、前記尾端位置決定部で得られた情報から、鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた後、回転する前記巻き取りコイルが目標位置で停止するように、前記巻き取りコイルの回転及び回転角度を制御する巻取位置制御部と、を備える巻取装置である。
［４］上記の［３］において、前記画像解析部は、撮影された画像の色差に基づいて解析を行う巻取装置である。
［５］上記の［１］又は［２］に記載の巻取位置制御方法を用いる熱間圧延工程を含む鋼板の製造方法である。

本発明によれば、鋼帯の尾端形状や巻取機内の通板状況、雰囲気に影響されることなく、コイル巻き取り時の鋼帯の尾端位置を特定し、停止させることが可能になったため、マンドレルからコイルを抜き出す時に、鋼帯の尾端が他設備に干渉するリスクが減少する。

本発明の熱間圧延鋼帯の巻取機（巻取装置）を具える熱間圧延ラインの概要を例示した略線図である。 一実施形態に係る、鋼帯の尾端の巻取装置の構成図である。 （ａ）は鋼帯の尾端がラッパーロールを通過する前の画像解析前のカメラ撮影方法の概略図であり、（ｂ）は鋼帯の尾端がラッパーロールを通過した後の画像解析時のカメラ撮影方法の概略図である。 鋼帯の尾端の巻取位置制御におけるコイル側面からみたコイラ角度の説明図である。

本実施形態に係る熱延コイル製造の概略を説明する。
図１に示す本実施形態のホットストリップミルは、加熱炉1から巻取装置までの概要を示した略線図である。粗圧延機２で圧延された粗バー２０は仕上げ圧延機４によって圧延される。仕上げ圧延機により圧延された鋼帯２１は、ホットランテーブル上で冷却水を噴射し、巻取機内４で十分なテンションをかけながら、巻取機内に設置されたレーザー計５で鋼帯の尾端検出を行い、尾端６をおよそ９時の位置に停止させ尾端制御の計算を行う。計算終了後に再度コイルを回転させ尾端を目標とする巻取位置に停止するように定位置停止制御を行う。

まず、本実施形態に係る鋼帯の巻取装置について説明する。
＜巻取装置＞
本実施形態に係る鋼帯の巻取装置は、巻取装置内の鋼帯の巻き取りをカメラで撮影するカメラ撮影部と、撮影された画像を解析する画像解析部と、画像解析により鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた瞬間を特定する尾端位置決定部と、尾端位置決定部で得られた情報から、鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた後、回転する巻き取りコイルが目標位置で停止するように、巻き取りコイルの回転及び回転角度を制御する巻取位置制御部を備える巻取装置である。

図２にホットストリップミルの巻取装置の構成図を示す。
巻取装置内にむけてカメラ９を配置する。カメラの画像は、画像解析部で解析する。画像解析により鋼帯の尾端がラッパーロール７から離れた瞬間を特定する尾端位置決定部を設ける。画像解析部および尾端位置決定部は、例えば、解析用ＰＣ１０を利用することができる。巻取位置制御部は、画像解析結果にもとづき鋼帯の尾端の停止位置制御の計算を実行するプロセスコンピューター１２と、鋼帯の尾端を巻き取り、目標位置で停止する制御を実行するＰＬＣ１３及び回転モーター１４で構成する。なお、本発明に係る巻取装置の各部は、これら装置に限定されることはなく、本発明を実施できる機能を有するものであればよい。

＜巻取位置制御方法＞
本実施形態に係る鋼帯の尾端の巻取位置制御方法は、巻取装置内の鋼帯の巻き取りをカメラで撮影するカメラ撮影ステップと、撮影された画像を解析する画像解析ステップと、画像解析により鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた瞬間を特定する尾端位置決定ステップと、尾端位置決定ステップから得られた情報を停止コントローラに出力し、鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた後、回転する巻き取りコイルが目標位置で停止するように、巻き取りコイルの回転及び回転角度を制御する巻取位置制御ステップとを有するものである。

図２に示すように、鋼帯の巻き取りは、巻取装置Ｍ内に設置されたレーザー計５のＯＮ／ＯＦＦで仮の鋼帯の尾端検出を行い、鋼帯の尾端６が、図４において、例えばおよそ４時の位置に停止するように制御する。
ここで、鋼帯の尾端が、巻取機による巻取前に配置されているピンチロール（図示なし）を通過した時点から、巻取装置内の画像が撮影できるように、コイル側面（コイル端面）を覆っている扉型アームを開く。

［カメラ撮影ステップ］
ラッパーロール７を鋼帯の尾端が通過し、その尾端がコイル表面から離れ落下したタイミングを、照明８で十分に明るくされた環境化下のビデオカメラ９で巻取装置内を撮影する。コイル側面（コイル端面）で、コイル表面部分を対象に撮影するのが好ましい。

［画像解析ステップ］
ビデオ画像を画像解析ＰＣ１０に取り込み画像解析を実行する。
画像は、コイル側面（コイル端面）が対象で、コイル表層を含み、コイル側面全視野の１／４視野とするのが好ましい。

［尾端位置決定ステップ］
画像解析ＰＣ１０に取り込まれた画像は、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で数値化される。尾端がコイル表面から離れ、尾端が開く前の巻取機ハウジング１１の色と、離れた後のハウジングをさえぎるコイル尾端６の色の色差から、コイル尾端落下判定を行い、プロセスコンピューター１２に落下判定信号を出力する。
ここで、色差は、輝度を基準に判定する。
輝度の変化量、尾端が開く前の巻取機ハウジング輝度と離れた後のハウジングをさえぎるコイル尾端輝度の差が０．１ｃｄ／ｍ^２以上の場合、コイル尾端がその位置に存在すると判断する。

ビデオカメラのＬ＊ａ＊ｂ＊表色系の色差による画像解析以外に、ビデオカメラを用いたＲＧＢ系の色差、２値化や、機械学習による尾端位置の特定、尾端がたれることで照明をさえぎるため輝度差による尾端特定等の画像解析手法を用いても良い。

［巻取位置制御ステップ］
プロセスコンピューター１２からＰＬＣ（停止コントローラ）１３へコイル尾端落下判定の信号を出力する。ＰＬＣ（停止コントローラ）１３は、落下判定信号を受信後、コイルが回転して停止する目標位置までの回転および回転角度を計算し、巻取速度とモーターパルス数からモーター１４の位置制御を行い、尾端を目標位置で停止させる。

図３にコイル表面から尾端が離れた瞬間の概略図を示す。コイル側面（コイル端面）を斜めから見たものである。（ａ）は鋼帯の尾端がラッパーロールを通過する前のカメラ撮影対象（画像解析前）であり、（ｂ）は鋼帯の尾端がラッパーロールを通過した後（画像解析時）のカメラ撮影対象である。
（ａ）の解析前のビデオカメラは巻取機内のハウジングを捉えているが、（ｂ）の解析時はコイル尾端がハウジングを隠すため、ビデオカメラはコイル内面を捉えることとなる。そのハウジングとコイル内面の色差判定を画像から行うことでコイル落下判定を行う。

図４にコイラ角度位置を示す。角度αはコイル上面を基準０度としたときのラッパーロールから尾端が開いた角度である。角度βは画像解析の処理時間とＰＬＣ（停止コントローラ）への伝送時間を併せた間に回転している角度である。角度θはラッパーロールから目標位置までの設備位置角度である。

図５に尾端制御のチャートを示す。角度βは画像解析処理時間と伝送時間を併せた時間t、コイラの角速度をωとしたきに、下記式とする。
角度θはラッパーロールから目標位置までの設備位置角度で既知となるため、尾端停止コントローラが信号を受信したタイミングから(θ-β)度だけマンドレルを回転させることで、目標設備位置角度θに制御する。

以下、本実施形態の効果を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
本発明の実施例として、図１に示す熱延鋼板を製造する熱間圧延ラインの巻取装置に適用した例について説明する。
加熱炉で所定の抽出温度まで加熱されたスラブは、熱間圧延ラインで粗圧延し、仕上げ圧延して熱間圧延鋼帯とした。
続いて、熱間圧延された熱間圧延鋼帯は、マンドレルで巻き取られコイルとした。ここで、巻取装置内の鋼帯の巻き取りをカメラで撮影し、撮影された画像の色差を画像解析し、鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた瞬間を特定した。
ラッパーロールから離れた瞬間の画像解析情報を停止コントローラに出力し、鋼帯の尾端が、目標とするコイラ角度位置（α＝４０°、θ＝９５°）に停止するように、前記巻き取りコイルの回転及び回転角度を制御した。

比較例として、巻取装置より上流側に設置したセンサを用いて、尾端形状予測して、鋼帯の尾端が、目標とするコイラ角度位置（α＝４０°、θ＝９５°）に停止するように制御した。

本発明の実施例は、比較例に比べて最終的な尾端停止角度の標準偏差が、２５度から１０度に改善した。

Ｍ 巻取装置
Ｄ 巻取回転方向
１ 加熱炉
２ 粗圧延機
３ 仕上圧延機
４ 巻取機
５ レーザー計
６ コイル尾端
７ ラッパーロール
８ 照明
９ ビデオカメラ
１０ 画像解析ＰＣ
１１ ハウジング
１２ プロセスコンピューター
１３ ＰＬＣ（停止コントローラ）
１４ モーター
１５ マンドレル
２１ 鋼帯

Claims (5)

1. 熱間圧延鋼帯をマンドレルで巻き取りコイルにする際に鋼帯の尾端の巻取位置を制御する巻取位置制御方法であって、
   前記鋼帯の尾端が、巻取機による巻取前に配置されているピンチロールを通過した時点から、巻取装置内の画像が撮影できるように側面を開く開始ステップと、
   巻取装置内の鋼帯の巻き取りをカメラで撮影するカメラ撮影ステップと、
   撮影された画像を解析する画像解析ステップと、
   画像の解析により鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた瞬間を特定する尾端位置決定ステップと、
   前記尾端位置決定ステップから得られた情報を停止コントローラに出力し、鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた後、回転する前記巻き取りコイルが目標位置で停止するように、前記巻き取りコイルの回転及び回転角度を制御する巻取位置制御ステップと、
   を含む、巻取位置制御方法。
2. 前記画像解析ステップでは、撮影された画像の色差に基づいて解析を行うことを特徴とする請求項１に記載の巻取位置制御方法。
3. 熱間圧延鋼帯をマンドレルで巻き取りコイルにする巻取装置であって、
   巻取装置内の鋼帯の巻き取りをカメラで撮影するカメラ撮影部と、
   撮影された画像を解析する画像解析部と、
   画像の解析により鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた瞬間を特定する尾端位置決定部と、
   前記尾端位置決定部で得られた情報から、鋼帯の尾端がラッパーロールから離れた後、回転する前記巻き取りコイルが目標位置で停止するように、前記巻き取りコイルの回転及び回転角度を制御する巻取位置制御部と、
   を備え、
   巻取装置の外部に配置されたカメラ撮影部から巻取装置内の画像が撮影できるように巻取装置の側面が開くように構成されている巻取装置。
4. 前記画像解析部は、撮影された画像の色差に基づいて解析を行う請求項３に記載の巻取装置。
5. 請求項１又は２に記載の巻取位置制御方法を用いる熱間圧延工程を含む鋼板の製造方法。