JP2016016410A - ルーパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一部ストリップが逆走する際のルーパ装置内の張力分布を推定することのできるルーパ装置を提供する。
【解決手段】固定基部に対向する可動基部であるキャリッジと、固定基部に並列された複数の固定デフレクタロールと、キャリッジに並列された複数の移動デフレクタロールとからなるデフレクタロール群と、デフレクタロール群にストリップが交互に巻き掛けられて、固定基部とキャリッジとの間に複数のストランドが形成された状態で、キャリッジと固定基部との距離を変更可能なキャリッジ制御部と、キャリッジと固定基部との距離を変更する場合に、デフレクタロール群の中に回転が停止しているデフレクタロールが存在するか否かを判定する停止ロール判定部と、停止しているデフレクタロールが存在する場合に、複数のストランドの各張力を推定する第１ストランド張力推定部とを備える。
【選択図】図７

Description

この発明は、ルーパ装置に関する。特に、帯状の鋼、アルミニウムなどの金属板（以下ストリップと称する）に焼鈍、鍍金、コーティング等の処理を連続的に行うプロセスラインを構成する装置の１つであるルーパ装置における張力制御に関する。

プロセスラインは、入側部、プロセス部、出側部で構成される。入側部は、コイル状に巻かれたストリップの払い出し、溶接を行う。プロセス部は、焼鈍、鍍金、塗装、表面処理等を行う。出側部は、ストリップの検査、巻取りを行う。

特に、プロセス部における速度、張力制御不良は、ストリップの蛇行、緩み、振動を発生し、ヒートバックル、耳伸び、中伸び、メッキ膜厚の不均一といった形状不良や、板破断の原因となる。したがって、プロセス部では、最終製品の形状精度、材質の均一性の向上という点で、ストリップを定速、定張力で搬送することが望まれる。一方、入側部または出側部では、コイル交換、溶接、検査のために、ストリップの停止、逆走がしばしば発生する。

そのため、プロセスラインでは、入側部とプロセス部との間、および、プロセス部と出側部との間に、ストリップを一時的に貯蔵可能なルーパ装置を配置し、ラインを区切ることで、プロセス部におけるストリップの定速、定張力搬送を可能としている。

一般的なルーパ装置の構成について説明する。ルーパ装置は、固定基部と、固定基部に対向する可動基部であるキャリッジを備える。固定基部は、複数の固定デフレクタロールを備える。キャリッジは、複数の移動デフレクタロールを備える。板材であるストリップは、固定デフレクタロールと移動デフレクタロール間に交互に巻き掛けられて、固定基部とキャリッジとの間に複数のストランドが形成された状態で、ルーパ装置内に貯蔵される。キャリッジは、チェーンあるいはワイヤロープで吊り下げられ、キャリッジモータにより上下方向に並行移動する。移動デフレクタロールはキャリッジと共に上下方向に移動するが、固定デフレクタロールはその中心位置が固定されているため移動しない。固定デフレクタロールは、数本に１本がモータにより駆動される駆動ロール（ヘルパロール）であり、他のロールは非駆動ロールである。ストリップの張力は、ルーパ入側および出側に設置された張力計により測定される。

また、プロセス部におけるストリップの定速・定張力搬送のために、キャリッジモータにより、キャリッジの定置制御とストリップの張力制御が行われる。一方で、駆動ロールは、ストリップとの揃速性を保つように速度制御される。

ルーパ装置内において、ストリップ速度、張力制御が不十分であるとき、速度、張力指令値と実績値の偏差や、実績値の変動が発生する。ルーパ装置内における、速度、張力の偏差や変動は、プロセス部まで伝播して、プロセス部における速度、張力の偏差や変動を生じるため、ストリップの形状不良が懸念される。

ルーパ装置内において、ストリップがデフレクタロールに巻き付きながら通過する際に、ストリップの曲げ伸ばしの塑性変形に伴い、残留応力が生じる。したがって、ストリップがルーパ装置を通過するには、残留応力を相殺するために、デフレクタロール入側（ストリップがデフレクタロールに進入する側）のストリップ張力に対して、出側のストリップ張力が大きくなる必要がある。したがって、ルーパ装置内におけるストリップ張力は、ストリップがデフレクタロールを通過する度に増加するため、図２に示す通り、ストリップの張力分布は、ストリップの進行方向に対して正の張力勾配（以下張力ビルドアップと称する）を有する。

デフレクタロール前後のストランド張力差を補正しない制御系では、ルーパ装置内における張力制御の不安定化、応答の劣化、ひいてはプロセス部における張力偏差、変動を生じる。そのため、ルーパ装置の張力制御には、この張力差を補正する機能が求められる。

ルーパ装置の張力制御に関して、特許文献１には、ルーパ入側および出側に設置した張力計の実績値の平均から算出した値をストリップ総張力として、キャリッジモータトルクを制御する装置が開示されている。

特許文献２には、キャリッジが複数に分割された多連式ルーパが開示されている。近年、生産性向上のためのライン速度の増加により、ルーパ装置におけるストリップ貯蔵量が増加しており、多連式ルーパが多くの設備で採用されている。このような多連式ルーパにおいて、デフレクタロール前後のストランド張力差の補正不良は、分割された２つのキャリッジの位置偏差を発生させうる。特許文献２では、分割されたルーパ装置をマスタ・スレーブ制御とし、マスタ、スレーブ間の位置偏差に比例したトルク補正値をヘルパロールに与えている。

特開平６−３１３２８号公報 特開２００８−２８４５８６号公報

特許文献１で提案される総張力の算出方法は、ストリップが一方向に搬送される状況しか想定していない。入側逆寸、再溶接、およびストリップ再検査時など、ストリップが逆走してルーパ装置の入側および出側でストリップ進行方向が異なる際、ルーパ装置内の張力ビルドアップが図２のように一方向の勾配にならない。そのため、同制御方法によりデフレクタロール前後のストランド張力差を補正することは出来ない。このとき、プロセス部に設置した張力計により測定した実績値に基づいた、張力フィードバック制御が併用されるが、ルーパ装置出側の張力実績値が所望の値に到達するまでの過渡状態の時間が長く、このような過渡状態では、ルーパ装置内の張力が振動的となり、張力変動がプロセス部に伝播することで、張力指令値と実績値の間に誤差を生じるため、前述したような形状不良が発生する。

特許文献２では、デフレクタロール前後のストランド張力差の補正不良により生じるキャリッジの位置偏差により、ヘルパロールモータ電流基準を調整することで、前記張力差を補正してキャリッジ位置偏差を零にする制御方法が提案されている。フィードバック制御により前記張力差を補正するため、前述の通り過渡状態における張力制御が困難となる。また、ヘルパロールで前記張力差を補正するため、ヘルパロールに対する負荷が増加する。ヘルパロールモータは一般的に小容量であるため、前記張力差の補正とストリップの加減速を同時に行うと、過負荷となる恐れがある。

プロセス部における張力実績値が所望の値に収束するまでの時間は短い方が好ましい。また、ストリップ張力制御はキャリッジロールにて実施されるため、デフレクタロール前後のストランド張力差の補正も、キャリッジロールにて実施されることが好ましい。そのために、ルーパ装置内において、ルーパ入側および出側でストリップ進行方向が異なり、ルーパ装置内の一部のストリップが逆走する状態における、ルーパ装置内のストリップ張力分布の推定方法が求められる。このとき、ルーパ装置の入側および出側の速度により、所定のデフレクタロールが停止している場合と、回転している場合とが生じる。デフレクタロールが停止している場合、停止しているデフレクタロール前後の張力差は生じない。そのため、所定のデフレクタロールが停止している場合と、回転している場合で張力分布が図４および図６のように異なる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ルーパ装置内において、一部ストリップが逆走する際のルーパ装置内の張力分布を推定することのできるルーパ装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、ルーパ装置であって、
固定基部と、
前記固定基部に対向する可動基部であるキャリッジと、
前記固定基部に並列された複数の固定デフレクタロールと、前記キャリッジに並列された複数の移動デフレクタロールとからなるデフレクタロール群と、
前記デフレクタロール群の固定デフレクタロールと移動デフレクタロールとにストリップが交互に巻き掛けられて、前記固定基部と前記キャリッジとの間に複数のストランドが形成された状態で、前記キャリッジと前記固定基部との距離を変更可能なキャリッジ制御部と、
前記キャリッジと前記固定基部との距離を変更する場合に、前記デフレクタロール群のロール速度に基づいて、前記デフレクタロール群の中に回転が停止しているデフレクタロールが存在するか否かを判定する停止ロール判定部と、
前記停止しているデフレクタロールが存在する場合に、前記複数のストランドの各張力を推定する第１ストランド張力推定部と、を備え、
前記第１ストランド張力推定部は、
前記停止したデフレクタロールに巻き掛けられた両側のストランドをそれぞれルーパ入側からｉ−１番目とｉ番目のストランドとし、ルーパ出側の最終ストランドをＮ番目のストランドとし、Ｎ番目のストランドの張力をＴ_Ｎとし、デフレクタロールを通過する前後のストランドの張力差をΔＴと定める場合に、
Ｎ−１番目からｉ番目までの各ストランドの張力計算について、ルーパ入側のストランドほどＮ番目のストランドの張力Ｔ_Ｎから張力差ΔＴを累積的に減算して各ストランドの張力を計算し、
ｉ−１番目のストランドの張力計算について、ｉ番目のストランドと同一張力とし、
ｉ−２番目から１番目までの各ストランドの張力計算について、ルーパ入側のストランドほどｉ−１番目のストランドの張力に張力差ΔＴを累積的に加算して各ストランドの張力を計算すること、を特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記キャリッジと前記固定基部との距離を変更する場合に、前記デフレクタロール群のロール速度に基づいて、前記複数のストランドのうち一端のストリップがルーパ入側方向に他端のストリップがルーパ出側方向に搬送されているストランドが存在するか否かを判定する搬送状態判定手段と、
前記ルーパ入側方向と出側方向の両方向にストリップが搬送されているストランドが存在する場合に、前記複数のストランドの各張力を推定する第２ストランド張力推定部と、をさらに備え、
前記第２ストランド張力推定部は、
前記両方向に搬送されているストランドをｉ番目のストランドとし、ルーパ出側の最終ストランドをＮ番目のストランドとし、Ｎ番目のストランドの張力をＴ_Ｎとし、デフレクタロールを通過する前後のストランドの張力差をΔＴと定める場合に、
Ｎ−１番目からｉ番目までの各ストランドの張力計算について、ルーパ入側のストランドほどＮ番目のストランドの張力Ｔ_Ｎから張力差ΔＴを累積的に減算して各ストランドの張力を計算し、
ｉ−１番目から１番目までの各ストランドの張力計算について、ルーパ入側のストランドほどｉ番目のストランドの張力に張力差ΔＴを累積的に加算して各ストランドの張力を計算すること、を特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記キャリッジ制御部は、
前記キャリッジを制御するためのトルク指令値について、運転状態に応じた基準値を取得する手段と、
前記ルーパ入側方向と出側方向の両方向に搬送されているストランドが存在する場合に、該ストランド上の搬送速度が０である位置から該ストランドの一端までの距離を算出する手段と、
前記第１ストランド張力推定部により算出される前記複数のストランドの総張力および前記第２ストランド張力推定部により算出される前記複数のストランドの総張力に前記算出された距離に応じた重み付けを設定して、該重み付けが設定された両総張力に基づく補正値を算出し、前記基準値と該補正値とに基づいて、補正後のトルク指令値を算出する手段と、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、ルーパ装置において、一部のストリップが逆走する際において、ルーパ装置内の張力分布を推定することができる。第１の発明によれば、特に、ルーパ装置において、一部のストリップが逆走する状態であって、停止しているデフレクタロールが存在する場合において、ストリップの各ストランドの張力を推定することができる。

第２の発明によれば、特に、ルーパ装置において、一部のストリップが逆走する状態であって、停止しているデフレクタロールが存在しない場合において、ルーパ入側方向と出側方向の両方向にストリップが搬送されているストランドが存在する場合において、ストリップの各ストランドの張力を推定することができる。

第３の発明によれば、速度指令値に基づいて、推定されたルーパ装置内の張力分布を用いて、キャリッジを制御するためのトルク指令値を、実績値のフィードバックによらず、ルーパ装置内の張力分布の推定結果に基づいて補正することができる。これにより、ルーパ張力制御系を高応答化して、ルーパ装置内において、一部のストリップが逆走する状態であっても、ルーパ装置内における張力分布を速やかに好適な状態に収束することで、プロセス部における張力変動を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るルーパ装置１０を説明するための図である。 ルーパ装置内のストリップ全体が出側方向に搬送されている場合における各ストランドの張力分布を示す図である。 ルーパ装置の入出側のストリップ搬送方向が異なり、停止しているデフレクタロールが無い状態における各デフレクタロールとそのデフレクタロール速度との関係を示す図である。 ルーパ装置の入出側のストリップ搬送方向が異なり、停止しているデフレクタロールが無い状態におけるストリップ２０の各ストランドとそのストリップ張力との関係を示す図である。 ルーパ装置の入出側のストリップ搬送方向が異なり、所定のデフレクタロールが停止している状態における各デフレクタロールとそのデフレクタロール速度との関係を示す図である。 ルーパ装置の入出側のストリップ搬送方向が異なり、所定のデフレクタロールが停止している状態におけるストリップ２０の各ストランドとそのストリップ張力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るコントローラ３０が実行する各ストランドのストリップ張力推定ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るコントローラ３０が実行するトルク指令値ＴＲＱ_ｒｅｆを算出する処理を説明するためのブロック図である。

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。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るルーパ装置１０を説明するための図である。図１に示すルーパ装置１０は、プロセスラインの入側部とプロセス部の間や、プロセス部と出側部との間に設けられ、ストリップを一時的に貯蔵する。ストリップを一時的に貯蔵することで、プロセス部におけるストリップの定速、定張力搬送が可能となる。

図１に示すルーパ装置１０は、固定基部１２を備える。固定基部１２には、ルーパ装置１０の入側から出側まで複数の固定デフレクタロール１４が並列に配置されている。図１に示す例では、ルーパ装置１０の入側から順に、固定デフレクタロール１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・・、１４ｇが配置されている。なお、固定デフレクタロールの数はこれに限定されるものではない。以下の説明において、固定デフレクタロール１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・・、１４ｇを区別しない場合には、単に固定デフレクタロール１４と記す。

ルーパ装置１０は、固定基部１２に対向する可動基部であるキャリッジ１６を備える。キャリッジ１６には、ルーパ装置１０の入側から出側まで複数の移動デフレクタロール１８が並列に配置されている。図１に示す例では、ルーパ装置１０の入側から順に、移動デフレクタロール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、・・・、１８ｆが示されている。なお、移動デフレクタロールの数はこれに限定されるものではない。以下の説明において、移動デフレクタロール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、・・・、１８ｆを区別しない場合には、単に移動デフレクタロール１８と記す。

以下の説明において、固定デフレクタロール１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・・、１４ｇと、移動デフレクタロール１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、・・・、１８ｆとの集合をデフレクタロール群と記す。また、固定デフレクタロール１４と移動デフレクタロール１８を区別しない場合には、単にデフレクタロールと記す。

デフレクタロール群の固定デフレクタロール１４と移動デフレクタロール１８とには、板材であるストリップ２０が交互に巻き掛けられている。具体的には、ストリップ２０は、ルーパ装置１０の入側から、固定デフレクタロール１４ａ、移動デフレクタロール１８ａ、固定デフレクタロール１４ｂ、移動デフレクタロール１８ｂ、固定デフレクタロール１４ｃ、移動デフレクタロール１８ｃ、・・・、移動デフレクタロール１８ｆ、固定デフレクタロール１４ｇの順に巻き掛けられている。

ストリップ２０を通板させた固定デフレクタロール１４、移動デフレクタロール１８間で区画される各帯部分をストランドと称する。ストリップ２０は通常、図１の矢印Ａで示す出側方向に搬送される。

キャリッジ１６は、チェーンあるいはワイヤロープ２１により、ドラム２２に吊り下げられる。ドラム２２はキャリッジモータ２４により駆動される。ドラム２２が駆動されると、キャリッジ１６に固定された移動デフレクタロール１８は、キャリッジ１６と共に図１の上下方向に移動する。一方、固定基部１２に固定された固定デフレクタロール１４は、上下方向に移動しない。

また、固定デフレクタロール１４は、数本に１本が駆動ロール（ヘルパロール）である。具体的には、固定デフレクタロール１４ａはヘルパロールモータ２６ａにより駆動される。固定デフレクタロール１４ｄはヘルパロールモータ２６ｄにより駆動される。固定デフレクタロール１４ｇはヘルパロールモータ２６ｇにより駆動される。また、ヘルパロールモータ２６ａ、２６ｄ、２６ｇを有しない固定デフレクタロール１４を非駆動ロールと称する。以下の説明において、ヘルパロールモータ２６ａ、２６ｄ、２６ｇを区別しない場合には、単にヘルパロールモータ２６と記す。

図１に示す例では、ルーパ装置１０は、Ｎ本のストランドを貯蔵し、固定デフレクタロール１４の３本に１本が、ヘルパロールモータ２６により駆動される。

駆動ロールであるヘルパロールモータ２６ａ、２６ｄ、２６ｇまたは固定デフレクタロール１４ａ、１４ｄ、１４ｇの近傍には、各ロールの回転速度に応じた信号を出力する角速度センサ２７ａ、２７ｄ、２７ｇがそれぞれ設けられている。以下の説明において、角速度センサ２７ａ、２７ｄ、２７ｇを区別しない場合には、単に角速度センサ２７と記す。

ルーパ入側の固定デフレクタロール１４ａ上流には、固定デフレクタロール１４ａ上流におけるストリップ２０の張力に応じた信号を出力する張力計２８ａが配置されている。ルーパ出側の固定デフレクタロール１４ｇ下流には、固定デフレクタロール１４ｇ下流におけるストリップ２０の張力に応じた信号を出力する張力計２８ｇが配置されている。以下の説明において、張力計２８ａ、２８ｇを区別しない場合には、単に張力計２８と記す。

ルーパ装置１０は、ルーパ装置１０の各種アクチュエータを制御するコントローラ３０を備えている。コントローラ３０は、処理部、記憶部、入出力インタフェースを備えている。処理部、記憶部、入出力インタフェースは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。

コントローラ３０の入出力インタフェースには、角速度センサ２７ａ、２７ｄ、２７ｇ、張力計２８ａ、２８ｇ等の各種センサが接続されている。また、コントローラ３０の入出力インタフェースには、キャリッジモータ２４、ヘルパロールモータ２６ａ、２６ｄ、２６ｇ等の各種アクチュエータが接続されている。さらに、コントローラ３０は、入出力インタフェースを介して上位の制御装置に接続されている。

コントローラ３０の記憶部は、ハードディスク装置や、フラッシュメモリのような不揮発性メモリや、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成されている。記憶部には、ルーパ装置１０を制御するコンピュータプログラムが格納されている。

コントローラ３０の処理部は、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されている。処理部は、記憶部からコンピュータプログラムを読み出し、キャリッジ制御部３２、搬送状態判定部３４、停止ロール判定部３６、第１ストランド張力推定部３８、第２ストランド張力推定部４０として機能する。

コントローラ３０の入出力インタフェースは、上位の制御装置から送信される制御情報（例えば、材料情報、圧延スケジュール情報、製品情報等）を入力する。また、各種センサから出力された信号を入力する。コントローラ３０の処理部は、入力された制御情報や信号に基づいてコンピュータプログラムを実行し、各種アクチュエータの指令値を算出する。入出力インタフェースは、指令値に応じた駆動信号を各種アクチュエータに出力する。

コントローラ３０は、プロセス部におけるストリップの定速・定張力搬送のために、キャリッジ１６の定置制御とストリップ２０の張力制御を行う。また、ストリップ２０の揃速性を保つように駆動ロールの速度制御を行う。

例えば、キャリッジ制御部３２は、制御情報や信号に基づいて現在の運転状態に応じたキャリッジモータ２４のトルク指令値を算出し、トルク指令値に応じた信号をキャリッジモータ２４に出力する。駆動信号に応じてキャリッジモータ２４が回転し、ドラム２２が駆動され、キャリッジ１６が上下移動する。キャリッジ１６が上下移動することで、キャリッジ１６と固定基部１２との距離が変更される。キャリッジ１６が固定基部１２から遠ざかることでストリップ２０がルーパ装置１０内に貯蔵される。キャリッジ１６が固定基部１２に近づくことで貯蔵されたストリップ２０がルーパ出側方向に搬送される。

［実施の形態１における張力分布の推定］
キャリッジ１６が固定基部１２に近づく場合、ストリップ２０の一端がルーパ出側方向に搬送されると共に、他端がルーパ入側方向に逆走する場合がある。このとき、ルーパ装置内の張力分布は、張力ビルドアップが一方向でなく、停止しているデフレクタロールの前後のストランド、または両端のデフレクタロールの回転方向が異なるストランドにおいて極小値を取るＶ字またはＵ字形状となる。このように、デフレクタロールの動作状態によって、ルーパ装置１０内の張力分布が変動する。

実施の形態１では、ルーパ装置内において、一部ストリップが逆走している状態におけるストリップの張力分布の推定方法について説明する。

図３、図５は、ルーパ装置内において、一部ストリップが逆走している状態における、各デフレクタロールとそのデフレクタロール速度との関係を示す図である。ルーパ装置１０の入側から順に、１番目のデフレクタロールを固定デフレクタロール１４ａ、２番目のデフレクタロールを移動デフレクタロール１８ａ、３番目のデフレクタロールを固定デフレクタロール１４ｂ、・・・とする。デフレクタロール速度は、ストリップ２０をルーパ出側に搬送する向きを正、ルーパ入側に逆走させる向きを負とする。

図４、図６は、ルーパ装置内において、一部ストリップが逆走している状態における、ストリップ２０の各ストランドとそのストリップ張力との関係を示す図である。ルーパ入側からｉ番目のストランドとは、ルーパ入側からｉ番目のデフレクタロールとｉ＋１番目のデフレクタロールとの間のストランドである。一例として、３番目のストランドとは、３番目のデフレクタロール（固定デフレクタロール１４ｂ）と４番目のデフレクタロール（移動デフレクタロール１８ｂ）との間のストランドである。

図３および図４とは対応しており、ルーパ装置内において、一部ストリップが逆走しており、なおかつ、すべてのデフレクタロールが回転している動作状態における、ストリップ２０の各ストランドの速度および張力について説明するための図である。

図５および図６とは対応しており、ルーパ装置内において、一部ストリップが逆走しており、なおかつ、あるデフレクタロール（図５、６中ではｉ＋２番目のデフレクタロール）が停止している動作状態における、ストリップ２０の各ストランドの速度および張力について説明するための図である。

ｎ番目のストランドの速度をｖ_ｎ、ｎ番目のデフレクタロールの速度をω_ｎとする。ヘルパロールモータ２６の回転軸に接続する角速度センサ２７の出力信号もしくはヘルパロールモータの駆動装置に内蔵された、センサレス速度推定機能により、ヘルパロールのうち回転方向が逆向きの区間を検出する。ｉ番目とｉ＋Ｍ番目のヘルパロールで回転方向が逆転していることが検出されるとき、デフレクタロールの速度は図３のようになる。ω_ｉ、ω_ｉ＋Ｍから算出した変数αに式（１Ａ）、式（２）、式（３）の関係が成立する場合、ｉ＋ｊ番目のデフレクタロールとｉ＋ｊ＋１番目のデフレクタロールとの間で、ストリップ２０の搬送方向が逆転する。すわなち、ｉ＋ｊ番目のストランドの一端はルーパ入側方向へ、他端はルーパ出側方向に搬送されている。一方で、式（１Ｂ）、式（２）、式（３）の関係が成立する場合、ｉ＋ｊ番目のデフレクタロールが停止状態となる。

デフレクタロールを１本通過する際のストランド張力差ΔＴは、ストリップ２０の幅ｗ、厚みｔ、デフレクタロール径ｄ、ストリップの巻付角θ、ストリップ２０のヤング率Ｅおよび降伏応力σ_ｙの関数となる。式（４）の通り、張力差ΔＴは、ストリップ２０の材料の種類により一義的に決まる関数となり、搬送されるストリップ２０の情報を予め入力しておくことで、算出することが可能である。

したがって、ｋ番目のストランドから、ｋ＋１番目のデフレクタロールを通過して、ｋ＋１番目のストランドにストリップ２０が移動する際、ｋ＋１番目のストランドにおけるストリップ張力は式（５）となる。

一方で、ｋ＋１番目のデフレクタロールが停止状態である場合、ｋ番目のストランドとｋ＋１番目のストランドのストリップ張力は式（６）の通り、等しくなる。

したがって、ルーパ装置１０内における張力分布は、図４または図６に示す通りとなる。ただし、図４はｉ＋１番目とｉ＋２番目のデフレクタロールで回転方向が逆転した状態を示し、図６は、ｉ＋２番目のデフレクタロールの速度が０となった状態を示す。

Ｎ番目のストランドにおける張力指令値をＴ_Ｎｒｅｆとして、式（４）、式（５）、式（６）より、ｍ番目のストランドにおけるストリップ張力推定値Ｔ_ＥＳＴ（ｍ）は、式（７）、式（８）、式（９）、式（１０）で表すことができる。

図７は、上述の動作を実現するために、コントローラ３０が実行する各ストランドのストリップ張力推定ルーチンのフローチャートである。本ルーチンはキャリッジ制御中に、所定のサンプリング間隔で繰り返し実行される。

図７に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、上述したキャリッジ制御部３２は、制御情報等に基づいてトルク指令値を算出し、トルク指令値に応じた駆動信号をキャリッジモータ２４に出力する。駆動信号に応じてキャリッジモータ２４が回転し、ドラム２２が駆動され、キャリッジ１６が上下移動する。キャリッジ１６が上下移動することで、キャリッジ１６と固定基部１２との距離が変更される。

ステップＳ１１０において、停止ロール判定部３６は、停止しているデフレクタロールが存在するか否かを判定する。具体的には、上述した式（１）、式（２）、式（３）においてαが自然数（α＝ｊ）であれば、停止しているデフレクタロールが存在すると判定できる。

ステップＳ１１０において停止しているデフレクタロールが存在すると判定された場合、ステップＳ１２０において、第１ストランド張力推定部３８は、ストリップ２０の各ストランドの張力を推定する。具体的には、上述した式（４）、式（７）、式（９）、式（１０）に基づいて、各ストランドの張力を算出する。その後、本ルーチンの処理は終了される。

ステップＳ１１０において、停止しているデフレクタロールが存在すると判定されなかった場合、ステップＳ１３０において、搬送状態判定部３４は、ルーパ入側方向と出側方向の両方向に搬送されているストランドが存在するか否かを判定する。具体的には、上述した式（１）、式（２）、式（３）においてαが小数（ｊ＜α＜ｊ＋１）であれば、ルーパ入側方向と出側方向の両方向に搬送されているストランドが存在すると判定できる。

ステップＳ１３０において、ルーパ入側方向と出側方向の両方向に搬送されているストランドが存在すると判定された場合、ステップＳ１４０において、第２ストランド張力推定部４０は、ストリップ２０の各ストランドの張力を推定する。具体的には、上述した式（４）、式（７）、式（８）、式（１０）に基づいて、各ストランドの張力を算出する。その後、本ルーチンの処理は終了される。

以上説明したように、図７に示すルーチンによれば、ストリップ逆走状態において、ヘルパロールの速度、ストリップの材料物性値、Ｎ番目のストランドの張力値に基づいて、ルーパ装置内の張力分布を推定することができる。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図８を参照して本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１において推定されたルーパ装置１０内の張力分布を用いて、キャリッジ１６を制御するためのトルク指令値を補正する。これにより、ルーパ装置内の一部のストリップが逆走する状態においても、ルーパ装置内の張力分布を速やかに好適な値に収束し、プロセス部における張力変動を抑制する。

［実施の形態２におけるキャリッジモータ制御］
図８は、コントローラ３０が実行するトルク指令値ＴＲＱ_ｒｅｆを算出する処理を説明するためのブロック図である。トルク指令値ＴＲＱ_ｒｅｆは、キャリッジモータ２４に出力する駆動信号に相当する値である。図８に示すようにトルク指令値ＴＲＱ_ｒｅｆは、第１制御部８０と、第１総張力演算部８１および第２総張力演算部８２と、第２制御部８３とを用いて計算される。

図８の第１制御部８０および第２制御部８３は、図１のキャリッジ制御部３２により実現される。図８の第１総張力演算部８１は、図１のキャリッジ制御部３２、搬送状態判定部３４、停止ロール判定部３６、第１ストランド張力推定部３８により実現される。図８の第２総張力演算部８２は、図１のキャリッジ制御部３２、搬送状態判定部３４、停止ロール判定部３６、第２ストランド張力推定部４０により実現される。

第１制御部８０は、次回の出側ストリップ張力指令値Ｔ_Ｎｒｅｆを入力する。この出側ストリップ張力指令値Ｔ_Ｎｒｅｆは、図１のキャリッジ制御部３２が、現在の制御情報等に応じて算出するキャリッジモータ２４のトルク指令値の基準値に相当する。基準値は、マップや計算式で予め定められている。第１制御部８０は、ルーパ装置１０の出側ストリップ張力の実績値を指令値に一致させるように、現在の出側ストリップ張力指令値Ｔ_Ｎｒｅｆと、張力計２８ｇで測定した出側ストリップ張力実績値Ｔ_Ｎの偏差から張力指令値Ｔ_Ｎｒｅｆ’を算出する。

第１総張力演算部８１および第２総張力演算部８２は、張力指令値Ｔ_Ｎｒｅｆ’、ストランド張力差ΔＴ等を入力してルーパ装置１０内のストリップ総張力を算出する。

具体的には、第１総張力演算部８１および第２総張力演算部８２は、出側ストリップ張力指令値Ｔ_Ｎｒｅｆと出側ストリップ張力実績値Ｔ_Ｎと第１制御部８０より導出した張力指令値Ｔ_Ｎｒｅｆ’を式（７）、式（８）、式（９）、式（１０）のＴ_Ｎｒｅｆに代入することで、ルーパ装置１０内のストリップ張力分布を算出する。

さらに、第１総張力演算部８１は、ω_ｉ＋ｊ≠０の場合に、式（７）、式（９）、式（１０）を用いて各ストランドの張力を算出し、式（１１）により、ストリップ総張力Ｔsum（i，ｊ）を演算する。一方で、第２総張力演算部８２はω_ｉ＋ｊ＝０の場合に、式（７）、式（８）、式（１０）を用いて各ストランドの張力を算出し、式（１２）によりストリップ総張力Ｔsum_s（i，ｊ）を算出する。

トルク指令値として、式（１１）、または式（１２）により算出する、ストリップ張力の総和を用いると、停止しているデフレクタロールが無い状態は式（１１）、停止しているデフレクタロールがある状態は式（１２）を用いるため、デフレクタロールが停止、回転する際に、トルク指令値が不連続に変化する。

したがって、トルク指令値を滑らかに変化させるために、任意の係数βを用いて、式（１３）、式（１４）、式（１５）を用いてトルク指令値を算出する。

Ｋ_１：キャリッジモータトルク／ストリップ総張力変換ゲイン
Ｔsum（ｉ，ｊ）：ｉ＋ｊ番目のストリップを境にしてデフレクタロール速度が逆転する際のストリップ総張力
Ｔsum_s（ｉ，ｊ）：ｉ＋ｊ番目のデフレクタロール速度が零となる際のストリップ総張力

式（１３）、式（１４）、式（１５）では、α−ｊの値に応じてＴsum（ｉ，ｊ）およびＴsum_s（ｉ，ｊ）に重み付けが設定される。重み付けが設定されたＴsum（ｉ，ｊ）およびＴsum_s（ｉ，ｊ）に基づく補正値をキャリッジモータトルクＫ_１に乗じて補正後のトルク指令値ＴＲＱ_ｒｅｆを算出する。

トルク指令値ＴＲＱ_ｒｅｆを算出する一例を示す。ここで、第ｊ番目のデフレクタロールはストリップ２０をルーパ入側に、第ｊ＋１番目のデフレクタロールはストリップ２０をルーパ出側に搬送させる方向に回転している。αは、第ｊ番目のストランド上の停止位置（ルーパ入側および出側への搬送速度が０である位置）を示す変数である。βは、張力変動抑制のための変数であり予め設定されている。一例として、ｊ＝２、α＝２．０１、β＝０．１とする場合、ｊ番目のデフレクタロールから停止位置までの距離α−ｊは、０．０１であり、ｊ番目のデフレクタロール近傍に停止位置が存在しており、張力変動しやすい状態にある。この例では、０≦α−ｊ≦βが成立するため、式（１３）を用いてＴＲＱ_ｒｅｆが算出される。

以上説明したように、実施の形態２のシステムによれば、ルーパ装置内において、一部のストリップが逆走する状態であっても、ルーパ装置１０内の張力分布の推定値により、キャリッジモータ２４のトルク指令値を調整することができる。これにより、ルーパ張力制御系を高応答化して、ルーパ装置内の張力分布を速やかに好適状態に収束して、プロセス部における張力変動を抑制することができる。したがって、張力変動がプロセス部に伝播することによる、ストリップの蛇行、弛み、振動を入側、出側部におけるストリップ速度に関わらず、速やかに抑制でき、製品品質の更なる向上が可能となる。

１０ ルーパ装置
１２ 固定基部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ 固定デフレクタロール
１６ キャリッジ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ 移動デフレクタロール
２０ ストリップ
２１ ワイヤロープ
２２ ドラム
２４ キャリッジモータ
２６ａ、２６ｄ、２６ｇ ヘルパロールモータ
２７ａ、２７ｄ、２７ｇ 角速度センサ
２８ａ、２８ｇ 張力計
３０ コントローラ
３２ キャリッジ制御部
３４ 搬送状態判定部
３６ 停止ロール判定部
３８ 第１ストランド張力推定部
４０ 第２ストランド張力推定部
８０ 第１制御部
８１ 第１総張力演算部
８２ 第２総張力演算部
８３ 第２制御部

Claims (3)

1. 固定基部と、
   前記固定基部に対向する可動基部であるキャリッジと、
   前記固定基部に並列された複数の固定デフレクタロールと、前記キャリッジに並列された複数の移動デフレクタロールとからなるデフレクタロール群と、
   前記デフレクタロール群の固定デフレクタロールと移動デフレクタロールとにストリップが交互に巻き掛けられて、前記固定基部と前記キャリッジとの間に複数のストランドが形成された状態で、前記キャリッジと前記固定基部との距離を変更可能なキャリッジ制御部と、
   前記キャリッジと前記固定基部との距離を変更する場合に、前記デフレクタロール群のロール速度に基づいて、前記デフレクタロール群の中に回転が停止しているデフレクタロールが存在するか否かを判定する停止ロール判定部と、
   前記停止しているデフレクタロールが存在する場合に、前記複数のストランドの各張力を推定する第１ストランド張力推定部と、を備え、
   前記第１ストランド張力推定部は、
   前記停止したデフレクタロールに巻き掛けられた両側のストランドをそれぞれルーパ入側からｉ−１番目とｉ番目のストランドとし、ルーパ出側の最終ストランドをＮ番目のストランドとし、Ｎ番目のストランドの張力をＴ_Ｎとし、デフレクタロールを通過する前後のストランドの張力差をΔＴと定める場合に、
   Ｎ−１番目からｉ番目までの各ストランドの張力計算について、ルーパ入側のストランドほどＮ番目のストランドの張力Ｔ_Ｎから張力差ΔＴを累積的に減算して各ストランドの張力を計算し、
   ｉ−１番目のストランドの張力計算について、ｉ番目のストランドと同一張力とし、
   ｉ−２番目から１番目までの各ストランドの張力計算について、ルーパ入側のストランドほどｉ−１番目のストランドの張力に張力差ΔＴを累積的に加算して各ストランドの張力を計算すること、
   を特徴とするルーパ装置。
2. 前記キャリッジと前記固定基部との距離を変更する場合に、前記デフレクタロール群のロール速度に基づいて、前記複数のストランドのうち一端のストリップがルーパ入側方向に他端のストリップがルーパ出側方向に搬送されているストランドが存在するか否かを判定する搬送状態判定手段と、
   前記ルーパ入側方向と出側方向の両方向にストリップが搬送されているストランドが存在する場合に、前記複数のストランドの各張力を推定する第２ストランド張力推定部と、をさらに備え、
   前記第２ストランド張力推定部は、
   前記両方向に搬送されているストランドをｉ番目のストランドとし、ルーパ出側の最終ストランドをＮ番目のストランドとし、Ｎ番目のストランドの張力をＴ_Ｎとし、デフレクタロールを通過する前後のストランドの張力差をΔＴと定める場合に、
   Ｎ−１番目からｉ番目までの各ストランドの張力計算について、ルーパ入側のストランドほどＮ番目のストランドの張力Ｔ_Ｎから張力差ΔＴを累積的に減算して各ストランドの張力を計算し、
   ｉ−１番目から１番目までの各ストランドの張力計算について、ルーパ入側のストランドほどｉ番目のストランドの張力に張力差ΔＴを累積的に加算して各ストランドの張力を計算すること、
   を特徴とする請求項１記載のルーパ装置。
3. 前記キャリッジ制御部は、
   前記キャリッジを制御するためのトルク指令値について、運転状態に応じた基準値を取得する手段と、
   前記ルーパ入側方向と出側方向の両方向に搬送されているストランドが存在する場合に、該ストランド上の搬送速度が０である位置から該ストランドの一端までの距離を算出する手段と、
   前記第１ストランド張力推定部により算出される前記複数のストランドの総張力および前記第２ストランド張力推定部により算出される前記複数のストランドの総張力に前記算出された距離に応じた重み付けを設定して、該重み付けが設定された両総張力に基づく補正値を算出し、前記基準値と該補正値とに基づいて、補正後のトルク指令値を算出する手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２記載のルーパ装置。

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