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WO2000072989A1 - Procede et dispositif permettant de deceler le broutage d'un laminoir a froid - Google Patents

Procede et dispositif permettant de deceler le broutage d'un laminoir a froid Download PDF

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Publication number
WO2000072989A1
WO2000072989A1 PCT/JP2000/003393 JP0003393W WO0072989A1 WO 2000072989 A1 WO2000072989 A1 WO 2000072989A1 JP 0003393 W JP0003393 W JP 0003393W WO 0072989 A1 WO0072989 A1 WO 0072989A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit
chattering
output
frequency
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2000/003393
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Toshifumi Kodama
Akira Torao
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to US09/720,306 priority Critical patent/US6463775B1/en
Priority to EP00931583A priority patent/EP1125649A4/en
Publication of WO2000072989A1 publication Critical patent/WO2000072989A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/008—Monitoring or detecting vibration, chatter or chatter marks

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for detecting chattering in a cold rolling mill.
  • the present invention relates to a method and apparatus for detecting chattering of a cold rolling mill, which is suitable for detecting chattering occurring during cold rolling of a steel strip.
  • Fig. 1 is an example of actual measurement of the thickness offset ( ⁇ ) of a cold-rolled sheet rolled when chattering occurs.
  • Periodic thickness fluctuation occurs in the rolling longitudinal direction (L).
  • L rolling longitudinal direction
  • the portion is cut off in the next process or the intermediate process as a defective portion and then shipped as a product.
  • the production cost may be worsened due to the need for extra care and extra care.
  • the rolling line must be stopped for a long time, and the production efficiency deteriorates significantly.
  • chattering develops small amplitude vibrations into large amplitude vibrations within a few seconds. Therefore, in daily operations, it was necessary to detect the occurrence of chattering with high sensitivity and speed, and to take measures such as reducing the rolling speed.
  • a thickness gauge requires high detection resolution and a short response time, and a thickness gauge that satisfies these performances at the same time is quite expensive.
  • this method it is necessary to install two expensive radiation type thickness gauges close to each other in a place where only one equipment is required. That is, this method has a problem that the equipment cost is increased.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-141612 discloses a method of detecting chattering by using a detection signal from a vibration sensor provided in a rolling mill.
  • the detection signal is processed by a filter having a pass characteristic set based on each operating condition of the rolling mill.
  • Japanese Patent Publication No. 6-350004 discloses a method of detecting chattering by a signal obtained by passing an output of a vibration speed sensor attached to a housing of a cold rolling mill through a filter.
  • the filter has the function of passing only vibration in the natural vibration frequency band of the rolling mill.
  • vibration parameters of a rolling mill based on actually measured values are described. Also disclosed is a method in which rolling parameters of a rolling mill are subjected to frequency analysis, and when the frequency component of an integer multiple of the fundamental frequency exceeds a set value, it is determined that chattering has occurred.
  • the vibration parameters of the rolling mill are detected in each part of the rolling mill during operation by vibration detectors installed at one or more locations in each part of the rolling mill.
  • the vibration parameters to be detected and analyzed are the vibration displacement, vibration speed or vibration acceleration of each part.
  • the rolling parameters include rolling mill tension, rolling torque, rolling speed, and the like.
  • the fundamental frequency is obtained by calculating the natural frequency of the mill, the gear meshing, the bearing failure, the coupling failure between the spindle and the roll, and the natural frequency generated by the roll flaw.
  • chattering detection is performed based on a detection signal of a vibration sensor installed at one or more locations of a rolling mill.
  • these vibration sensors detect not only vibrations caused by chattering but also vibrations of a rolling mill drive system.
  • a frequency component such as vibration of a rolling mill drive system is included in a frequency band that is a frequency component of chattering, there is a problem that chattering is erroneously detected.
  • H08-108205 the vibration of each part of the rolling mill, the output of each rolling parameter, and a theoretical A method of analyzing or calculating the frequency every moment has also been proposed.
  • the vibration sensor is in a bad environment such as oil and roll cooling water in the mill. It takes time and effort.
  • the vibration of a material causes the air around it to vibrate and propagate as sound (or sound).
  • the acoustic measurement is performed by detecting a pressure fluctuation of air at a certain position.
  • the acoustic sensor detects the pressure fluctuation and performs a signal, and this signal is an acoustic signal.
  • a microphone is a typical acoustic sensor, and an acoustic signal is output as an electric signal.
  • sound has frequency components, and an acoustic sensor has frequency characteristics such as sensitivity depending on the detection frequency range and frequency. Therefore, the acoustic signal obtained by the acoustic sensor used changes. Further, the time variation of the acoustic signal is an acoustic waveform.
  • the acoustic waveform contains short-period fine vibrations.
  • the acoustic signal from which such fine vibrations are eliminated is particularly called acoustic intensity, and is often used as a parameter representing acoustic characteristics.
  • the effective value of the acoustic signal for example, the squared integral value in a certain time range
  • the peak amplitude of the acoustic signal in a certain time range is calculated.
  • Various values derived from sound measurements, such as sound intensity are sound parameters.
  • the proposal proposes a method for converting chattering noise inherent in cold rolling mills generated during rolling into an electric signal, and detecting occurrence of chattering when the magnitude of the electric signal exceeds a set value.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of this method. While rolling the material 8 to be rolled, the sound near each rolling stand 11 of the cold rolling mill group 10 is converted into an electric signal by the microphone 14 as an acoustic sensor. The electric signal passes through a band-pass filter (BPF) 22 to pass only a signal in a chattering frequency band. After that, the integration circuit 23 rectifies the output of the band-pass filter for a certain time length to output an integrated value.
  • BPF band-pass filter
  • the integration signal is input to a comparison circuit (CMP) 29, and when the input signal is equal to or more than a set value, a chattering detection signal is generated from the comparison circuit.
  • the detection signal is input to the drive circuit 31 and the sound device 32 operates.
  • FIG. 3 shows another embodiment. Shown in The microphone 14 and the comparison circuit 29 that outputs a chattering generation signal when the input signal exceeds a set value are the same as those of the first embodiment.
  • the electrical signal output from the microphone is subjected to frequency analysis by a frequency analysis circuit (FA) 42, and the output of the frequency analysis circuit passes through a band-pass filter 22 to extract a frequency component specific to chattering.
  • the extracted signal of the band-pass filter output is input to the comparison circuit 29.
  • FA frequency analysis circuit
  • chattering is easily erroneously detected. This is because the sound detected by the acoustic sensor is based on a signal that is simply distinguished by frequency components only.
  • the output waveform of the band-pass filter remains an AC waveform, and even if this is integrated for a certain period of time, the integrated value is almost equal. It will be zero. That is, it is impossible to detect a phenomenon in which the amplitude of the frequency component unique to chattering increases.
  • the frequency analysis circuit since the frequency analysis circuit generally does not have a function of outputting a waveform signal, it is difficult to obtain information on occurrence of chattering from the bandpass filter.
  • an observed vibration waveform or acoustic waveform contains a specific frequency component when chattering occurs is used as a criterion for determination.
  • the inventors of the present invention conducted long-term experiments at the operation site to measure the vibration waveform and acoustic waveform near the rolling mill during the rolling operation. It has been found that some of the shock vibration phenomena that may be detected may be mixed. Since these impact vibrations generally include a wide range of frequency components from low frequencies to high frequencies, in the prior art, these impact vibrations are erroneously detected as chattering. There was a case.
  • FIG. 4 shows the shock-like vibration.
  • A is the acoustic waveform observed near the cold rolling mill, showing the time variation of the acoustic signal (A). Since the acoustic signal depends on the characteristics of the acoustic sensor used, the unit is arbitrary.
  • B shows the time variation of the output (V B ) of the bandpass filter that receives only the acoustic signal and outputs only the frequency component unique to chattering.
  • V B shows the time variation of the output (V B ) of the bandpass filter that receives only the acoustic signal and outputs only the frequency component unique to chattering.
  • C is the time variation of the rectified value (V A ) of the output of the bandpass filter.
  • (D) shows the time variation of the output ( Vc ) of the comparison device that issues an alarm output when the rectified waveform exceeds the threshold, and (e) shows the time variation of the speed (V) of the rolled material.
  • (A) includes a pulse at the location indicated by the arrow,
  • the present invention has been made to establish a method for accurately and quickly detecting occurrence of chattering.
  • it has a simple structure and is free from chattering during cold rolling operations without being affected by noises other than those caused by rolling operations and noises such as impact vibration applied to rolling mills and equipment having auxiliary rolls between stands.
  • the task is to reliably detect only the occurrence.
  • the present invention is a chattering of a cold pressure by a vibrating radiator derived from ⁇ # measured near a cold pressure ⁇ 5 during rolling.
  • the parameters are W3 ⁇ 4 frequency band for chattering occurrence and the Nth harmonic frequency band (frequency band whose upper and lower limits are N times the upper and lower limits of the frequency band for chattering occurrence).
  • Figure 5 shows an example of the acoustic waveform observed when chattering occurs. It is well known that this acoustic waveform has a shape close to a sine wave when the time axis is expanded.
  • Fig. 6 shows the distribution of frequency components of acoustic signals at a certain time for the same observation.
  • the acoustic signal component at a certain frequency is represented by and is an arbitrary unit. It is concentrated and heaked near a certain frequency.
  • FIG. 7 shows an example of an acoustic waveform including a seedy vibration generated inside and outside the rolling mill.
  • Fig. 8 shows the frequency component distribution of the acoustic signal at a certain time for the same measurement. Unlike FIG. 6, FIG. 8 shows a broad band peak. Sound signals other than the peak frequency are almost at the same level. In other words, even when an acoustic signal equal to or greater than the set value is detected, it is possible to discriminate the chattering and the other impulsive sounds using waveforms, so that it is possible to detect only the occurrence of chattering.
  • Waveform identification can be quantified, for example, by the resonance coefficient Q.
  • Figure 9 illustrates the frequency component distribution of an acoustic signal.
  • F is the peak frequency at which the acoustic signal frequency component is maximized.
  • the frequency at which the acoustic signal frequency component becomes 1 / f 2 above and below the peak frequency is f h .
  • the sharpness of the acoustic resonance can be quantitatively determined by the resonance coefficient Q.
  • the presence or absence of chattering can be detected from this value.
  • the present invention is based on such a principle.
  • FIG. 1 is a measurement example of a longitudinal thickness offset of a material to be rolled when chattering occurs.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-137527.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a second embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-137527.
  • FIG. 4 is a diagram showing a time variation of each signal when a pulse-like signal is erroneously recognized as being due to chattering by a method following the conventional technique.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an acoustic waveform when chattering occurs.
  • FIG. 6 is a diagram showing a frequency component distribution of the acoustic signal of FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of an acoustic waveform including impact sound.
  • FIG. 8 is a diagram showing a frequency component distribution of the acoustic signal of FIG.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram of characteristics of a frequency component distribution curve of an acoustic waveform.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of a chattering detecting device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a measurement example of the time variation of the output and rolling speed of each part of the apparatus with respect to chattering generated during the rolling operation in the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing another measurement example during the rolling operation according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing an acoustic waveform erroneously detected as chattering in the first embodiment.
  • Fig. 14 shows (a) the frequency component distribution of the acoustic waveform near the mill in a normal rolling state by a cold rolling mill, (b) the frequency component distribution of the acoustic waveform when chattering occurs during rolling, and (c) 3) shows the frequency component distribution of the acoustic waveform when the acoustic waveform amplitude increases in the normal rolling state by the cold rolling mill.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of a second embodiment of the chattering detecting device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing a measurement example of the output of each unit of the apparatus and the time variation of the rolling speed with respect to chattering generated during the rolling operation in the second embodiment.
  • Fig. 17 shows a measurement example of the time variation of the output of each device and the rolling speed when chattering does not occur during rolling of the material to be rolled but the acoustic waveform amplitude increases in the second embodiment.
  • FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of a third embodiment of the chattering detecting device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram showing a measurement example of the output of each part of the apparatus and the time variation of the rolling speed with respect to chattering generated during the rolling operation in the third embodiment.
  • FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of a fourth embodiment of a chattering detecting device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing a measurement example of the time variation of the output of each unit of the apparatus and the rolling speed with respect to chattering generated during the rolling operation in the fourth embodiment.
  • FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of a fifth embodiment of the chattering detecting device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • FIG. 23 is a diagram showing a measurement example of the time variation of the output of each part of the apparatus and the rolling speed with respect to chattering generated during the rolling operation in the fifth embodiment.
  • FIG. 24 is a diagram showing a measurement example of the output of each unit of the apparatus and the time variation of the rolling speed when a pulse-like sound which is erroneously detected as chattering in the related art is generated in the fifth embodiment.
  • FIG. 25 is a block diagram showing a configuration of a chattering detecting device for a cold rolling mill according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a diagram showing a measurement example of the output of each unit of the apparatus and the time variation of the rolling speed with respect to chattering generated during the rolling operation in the sixth embodiment.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing a first embodiment of a chattering detection device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • reference numeral 8 denotes a material to be rolled
  • 10 denotes a cold rolling mill main body
  • 11 denotes a rolling stand.
  • Reference numeral 16 denotes an acoustic sensor that detects sound near the rear stand of the rolling mill and converts the sound into an electric signal, for example, a microphone.
  • Reference numeral 18 denotes an amplifier circuit (AMP) for amplifying an input signal so as to output an electric signal waveform having an appropriate range of amplitude.
  • Reference numeral 22 denotes a band-pass filter that passes only signal components in a frequency band characteristic of chattering from the output of 18.
  • Reference numeral 26 denotes a rectifier circuit (RCT) which receives the output signal of 22 and outputs an effective value per unit time set in advance.
  • Reference numeral 50 denotes a frequency analysis circuit (FA) for calculating a frequency component of the acoustic signal. 5 2 is 5 0 It is a peak frequency calculation circuit (PFA) that calculates the peak frequency of the acoustic frequency component distribution from the output. The peak frequency is also called the center frequency.
  • 54 is a resonance coefficient calculation circuit (QA) for calculating a resonance coefficient at the peak frequency of the acoustic frequency component distribution from the output of 50.
  • Reference numeral 56 denotes a first comparison circuit that emits, for example, a positive signal when the effective value of the sound signal output from 26 exceeds a set value.
  • Reference numeral 58 denotes a second comparison circuit that emits, for example, a positive signal when the peak frequency of the acoustic frequency component distribution, which is the output of 52, is within the set range.
  • Reference numeral 60 denotes a third comparison circuit that emits, for example, a positive signal when the resonance coefficient at the peak frequency of the acoustic frequency component distribution, which is the output of 54, is equal to or greater than a set value.
  • 62 is an AND circuit (LC) that issues an alarm signal according to the AND of the outputs of the three comparison circuits 56, 58 and 60.
  • Reference numeral 64 denotes an alarm device (AL) that issues an alarm to an operator using a speaker or the like based on the output of 62.
  • the acoustic sensor 16 detects the sound near the rolling mill during the rolling of the material 8 to be rolled and converts the sound into an electric signal. Characteristic frequencies for chattering are 100 to 300 Hz. Therefore, as a type of the acoustic sensor, a microphone having a sufficient performance for converting sound in a frequency band of about 0 to 1000 Hz into an electric signal is desirable. Preferably, a condenser microphone may be used. In addition, it is desirable that the installation position is near the outlet stand of the multi-stage cold rolling mill. This is because the outgoing stand is generally the stand where chattering is most likely to occur.
  • the amplifier circuit 18 may use a commercially available amplifier corresponding to the acoustic sensor 16. If the output of the acoustic sensor 16 has a sufficient amplitude, it can be omitted.
  • the bandpass filter 22 is realized using a known circuit element alone or a circuit. Further, examples of the passband, using the frequency band range of 1 0 0 ⁇ 3 0 OH z. This band is generally known as a band including the chattering frequency. It is also possible to measure and set the natural frequency of the mill's strip system in advance for the target rolling stand, which is more preferable.
  • the rectifier circuit 26 calculates and outputs the effective value of the output of the bandpass filter 22 for each preset unit time. As the rectification method, for example, a method of square integration over a preset time length can be used.
  • the rectifier circuit can be composed of a known multiplier, a capacitor, and the like.
  • a peak hold circuit that outputs the maximum amplitude value of a signal within a preset time can be applied as the rectifier circuit. This is because the output obtained here only needs to be a value corresponding to the sound intensity, and in addition to the squared integrated value, the signal peak at a certain time can be used.
  • the time length which is the unit for calculating the effective value of the input waveform, may be appropriately determined based on the target chattering detection response. It is desirable that the time is 0.5 second or less.
  • the frequency analysis circuit 50 calculates and outputs a frequency component of the electric signal adjusted to an appropriate voltage range by the amplification circuit 18. Generally, it is commercially available under the name of a spectrum analyzer or a fast Fourier transform (FFT) analyzer. Further, the input signal may be subjected to AZD conversion and calculated by a digital computer based on a well-known algorithm of “Fast Fourier Transform (FFT)”. The algorithm of “Fast Fourier Transform (FFT)” is described in, for example, Oppenheim, Shafer: “Digital Signal Processing”, Prentice-Hall. In this frequency analysis circuit 50, it is necessary to set the waveform length of the frequency analysis to be short within an allowable error. This is to increase the time sensitivity of chattering detection. However, if it is too short, the frequency capability in detecting the peak frequency of the frequency component distribution is reduced. In the case of the present invention, it is desirable to set it to about 0.5 seconds.
  • the first comparison circuit 56 determines whether or not the output of the rectification circuit 26 exceeds a set reference value. It is desirable to set the reference value by performing measurement in advance for a rolling process in which chattering does not occur. However, the set value may be changed for each type of steel, sheet thickness, and speed during rolling.
  • the peak frequency setting range of the second comparison circuit 58 may be set to be the same as the pass band of the bandpass filter 22. However, the frequency that is unique to chattering If the wave number is known in advance, it may be set to be narrower than the filter pass band.
  • the sound generated during the cold rolling of the material to be rolled is detected by the sound sensor 16 and converted into an electric signal.
  • the electric signal is amplified by the amplifier circuit 18 into a signal having an appropriate range of amplitude.
  • the bandpass filter 22 extracts only a signal in a frequency band characteristic of chattering.
  • the effective value of the extracted signal is further calculated by the rectifier circuit 26 and output.
  • the first comparison circuit 56 outputs a positive signal when the effective value of the filtered and rectified audio signal exceeds a preset value.
  • the frequency analysis circuit 50 calculates a frequency component at the time of detection of the acoustic signal.
  • the peak frequency calculation circuit 52 calculates a peak frequency f 0 of the acoustic frequency component distribution.
  • the resonance coefficient calculation circuit 54 calculates the resonance coefficient Q at the peak of the acoustic frequency component distribution.
  • the second comparison circuit 58, f. Outputs a positive signal to the AND circuit 62 when is within the set frequency range.
  • the third comparison circuit 60 outputs a positive signal to the AND circuit 62 when the resonance coefficient Q becomes equal to or larger than the set value.
  • the alarm device 64 issues a chattering alarm in accordance with the logical product of the three output signals from the first comparison circuit 56, the second comparison circuit 58, and the third comparison circuit 60.
  • FIG. 11 shows output waveforms and the like of each unit of the apparatus of the first embodiment when chattering is detected during the rolling operation.
  • (a) shows the time variation of the acoustic signal (A)
  • (b) shows the time variation of the output (V B ) of the bandpass filter 22
  • (c) shows the output (V A of the rectifier circuit 26).
  • (D) is the time variation of the output (V C1 ) of the first comparison circuit 56
  • (e) is the time variation of the output (f P ) of the peak frequency calculation circuit 52
  • ( ⁇ ) time variation of the output of the second comparator circuit 5 8
  • (g) the output of the resonance coefficient calculating circuit 5 4 time variation of (f B)
  • (h) the output of the third comparator circuit 6 0 (Vc3)
  • (I) is the output of the AND circuit 62 Is the time variation of the rolling speed (v).
  • the warning operation according to the present invention is not performed, and the operator detects the chattering and takes an operation action by decelerating the line as in the related art.
  • FIG. 12 shows another measurement example using the device of the first embodiment.
  • the sign of each waveform is the same as in FIG. In this case, no chattering occurs and impact sound is observed.
  • the band-pass filter causes the first comparison circuit to output a positive output.
  • the frequency band is equal to or less than the set value, and no output is generated as in (i), thereby avoiding erroneous detection.
  • FIG. 13 shows the acoustic waveform observed in this case.
  • an attempt is made to generate chatter with high sensitivity. ⁇ This phenomenon is erroneously detected as chattering, and an alarm is generated. Due to this warning, the rolling operator may disrupt the operation. If automatic line deceleration is performed in response to an alarm, productivity may be reduced. Conversely, in order to suppress erroneous detection, the detection threshold must be increased. As a result, detection of chattering and countermeasures may be delayed, and the frequency of sheet breakage may increase.
  • Fig. 14 (a), Fig. 14 (b), and Fig. 14 (c) show the acoustic frequency component distributions for normal rolling, when chattering occurs, and when chattering is erroneously detected in the first embodiment, respectively. Shown in In the case of normal rolling shown in Fig. 14 (a), the distribution is almost uniform and random at all frequencies. On the other hand, in the case where chattering occurs as shown in FIG. 14 (b) and in the case where chattering is erroneously detected in the first embodiment shown in FIG. 14 (c), a large peak is observed near a certain frequency.
  • chattering occurs and When the acoustic frequency component distribution when chattering was erroneously detected in the first embodiment was compared, the following was found.
  • the peak frequency when erroneous detection of chattering was performed in the first embodiment was very close to the second peak frequency when chattering occurred. Further, when the chattering was erroneously detected in the first embodiment, a clear peak appeared alone. In contrast, in the case of chattering, multiple peaks appeared at approximately equal intervals with respect to frequency.
  • the natural frequency f of the rolling mill longitudinal vibration of the acoustic signal measured during rolling is used. And its integral multiples of frequency n ⁇ f.
  • the component in (n ⁇ 2) can be used. That is, it is only necessary to detect occurrence of chattering only when both become large.
  • the determination is made as follows.
  • the strengths of the acoustic signals at the time of rolling that have passed through the bandpass filters having N different frequency bands in the passband are denoted by V, V 2 ,..., V N , respectively.
  • An evaluation function based on these N input variables is set, and chattering judgment is performed according to the output.
  • the evaluation function J may be set as follows.
  • V. No V. 2 , ..., V. N is a threshold value.
  • the above evaluation function is a so-called “logical product of threshold judgment”. Instead, a sum (J 2 ), a product (J ′ 2 ), a sum of squares (J “ 2 ) of the respective outputs, and the like are used. May be used.
  • J 2 (VV. + (V 2 / V. 2 ) tens ... + (V N / V 0N )... (3)
  • FIG. 15 shows the configuration of a second embodiment of the chattering detecting device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • 8 is a material to be rolled
  • 10 is a cold rolling mill main body
  • 16 is an acoustic sensor
  • 18 is an amplifier circuit.
  • 22 have 22 2 ⁇ 22 ⁇ is, first, respectively, which is the second ... Pando pass filter of the first ⁇ .
  • 26 have 26 2 ' ⁇ '26 New, first respectively a rectifier circuit of the second ... the New.
  • 70 is a judgment circuit (JC)
  • 64 is an alarm device.
  • the number of bandpass filters and rectifier circuits, and the number of inputs to the determination circuit, N correspond to the number of harmonic components of the natural frequency of the monitored chattering described above.
  • the acoustic sensor 16 converts a sound in a frequency band including a frequency characteristic of chattering and several higher-order component frequencies into an electric signal at a maximum of 100 Hz.
  • the pass band of the band pass filter 2 2 There 2 2 2 may be Re set to choose two of different from an integer multiple of the frequency of the fundamental frequency of Chiyataringu.
  • the rectifying circuit 2 6 2 6 2 is for calculating respectively for each of the two bandpass filters 2 2 There 2 2 2 of the output unit is set in advance the effective value of the time.
  • the determination circuit 70 is a comparison circuit that determines occurrence of chattering from the signal calculated as described above. It is desirable that the reference value be set by performing measurement in advance for a rolling step where chattering does not occur. However, the set value may be changed according to the type and thickness of the material to be rolled and the speed during rolling.
  • FIG. 16 shows output waveforms and the like of each unit of the apparatus of the second embodiment when chattering is detected during the rolling operation.
  • the alarm operation according to the present invention is not performed, and the operator detects the chattering and takes an operation action by decelerating the line as in the related art.
  • the output generation shown and the deceleration shown in (g) are almost simultaneous. That is, according to the present invention, it can be seen that chattering occurring during the rolling process is detected almost simultaneously with the conventional operator's discovery.
  • FIG. 17 shows another measurement example during rolling operation of the apparatus of the second embodiment, in which chattering has not occurred.
  • the sign of each waveform is the same as in FIG.
  • the amplitude of the acoustic signal fluctuates to the same extent as when chattering occurred.
  • the output of the first bandpass filter 22 also increases.
  • the output of the second Pando pass filter 2 2 2 is small. As a result, no judgment output is issued and erroneous detection is avoided.
  • FIG. 18 is a configuration diagram showing a third embodiment of a chattering detection device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • reference numeral 16 denotes an acoustic sensor similar to those of the first and second embodiments
  • reference numeral 18 denotes an amplifier circuit similar to those of the first and second embodiments.
  • 50 is a frequency analysis circuit similar to the first embodiment
  • 72 is a frequency component calculation device (FCA)
  • 76 is a judgment circuit.
  • Reference numeral 64 denotes an alarm device similar to the first and second embodiments.
  • the frequency analysis circuit 50 calculates and outputs a frequency component of the sound signal adjusted to an appropriate voltage range by the amplification circuit 18.
  • the frequency component calculation device 72 calculates the signal intensity from the N frequency components of interest from the natural frequency of the chattering and its higher-order modes among the frequency components of the acoustic signal calculated by the frequency analysis circuit 50. Each is calculated and output.
  • the tolerance of delta eta 1 approximately 0%
  • the signal strength at that frequency range [ ⁇ ⁇ _ ⁇ ⁇ / 2 , f ⁇ + ⁇ ⁇ / 2]
  • the maximum value of the frequency component within a certain time is calculated as the signal strength.
  • the root mean square of the signal frequency components in each set frequency range is calculated to obtain the signal strength.
  • FIG. 19 shows output waveforms and the like of each unit of the apparatus of the third embodiment when chattering is detected during the rolling operation.
  • (a) is the time variation of the acoustic signal (A) output from the acoustic sensor 16
  • (b) and (c) are the first and second frequencies output from the frequency component calculator 72, respectively.
  • (D) shows the time variation of the output ( ⁇ ) of the judgment circuit 76
  • (e) shows the time variation of the rolling speed (V) during operation.
  • FIG. 20 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of a chattering detection device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • 10 is a cold rolling mill main body
  • 16 is an acoustic sensor
  • 18 is an amplifier circuit
  • 22 2 2 2 ... 2 2 N are first, second,.
  • the bandpass filters, 26 and 26 2 ... 26 N are the first, second,... Nth rectifier circuits, respectively.
  • 50 is a frequency analysis circuit, which is the same as in the second and third embodiments.
  • 8 0 I 8 0 2 - 8 0 N is first, second, ... peak frequency arithmetic circuit in N, 8 2 had 8 2 2 ' ⁇ ⁇ 8 2 New first respectively the second ... the New
  • 84 is a judgment circuit
  • 64 is a warning device. Note that a peak hold circuit may be used as the rectifier circuit.
  • Said first, second ... the first New resonance coefficient calculating circuit 82 have 8 2 2 ⁇ ⁇ ⁇ 8 2 New, respectively
  • the resonance coefficient Q, Q 2 ′ ′′ Q K at the peak frequency is calculated.
  • the deciding circuit 84 includes a rectifying circuit 26 or 26 2 ′ ′ 2 calculated as described above.
  • the output of 6 N, the peak frequency in each band, and the value of the evaluation function is calculated based on the resonance factor of each peak frequency, an arithmetic circuit for issuing an alarm output when it exceeds the threshold set.
  • the suitable number N of the band-pass filter, the rectifier circuit, the peak frequency calculation circuit, and the resonance coefficient calculation circuit is set according to the number of the chattering vibration modes that can be accurately detected on site and the work cost.
  • FIG. 21 shows output waveforms and the like of each unit of the apparatus of the fourth embodiment when chattering is detected during the rolling operation.
  • (a) shows the time variation of the acoustic signal (A) output from the acoustic sensor 16, and (b) and (i) show the output of the first and second bandpass filters 22 and 22 2 , respectively. 1 ⁇ time variation.
  • (g) and (n) are the first and second resonance coefficient calculation circuits 82 or 8 respectively.
  • (P) is the time variation of the value (1 ⁇ 4) of the evaluation function calculated by the decision circuit 84.
  • (d), (f), (h), (k), (m), (o) are the time variations of the output (Vc ⁇ V ⁇ ) of the 1st to 6th comparison circuits, respectively, for convenience of explanation. Displayed in. ) Indicates the chattering alarm output (V fluctuation over time), and (r) indicates the time fluctuation of the rolling speed (V) of this rolling line.
  • the alarm operation according to the present invention is not performed, and the operator finds chattering and takes an operation action by decelerating the line as in the related art.
  • the alarm output shown in (q) is several seconds earlier than the deceleration shown in (r). That is, according to the present invention, chattering generated during the rolling process can be reduced by the conventional operating method. It can be seen that the detection is several seconds earlier than the detection by the lator.
  • FIG. 22 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of a chattering detection device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • reference numeral 10 denotes a cold rolling mill group
  • 11 denotes a mill body in the cold rolling mill group
  • 16 denotes an acoustic sensor similar to each of the above embodiments.
  • Reference numeral 18 denotes an amplifier circuit
  • 22 denotes a band pass filter
  • 26 denotes a rectifier circuit
  • 64 denotes an alarm device, which are the same as those in the above embodiments.
  • 90 is a sampling circuit (SPL)
  • MMR memory circuit
  • 94 is an arithmetic mean arithmetic circuit (AVR)
  • 96 is a comparison circuit. It is also possible to use a peak hold circuit for the rectifier circuit.
  • the time length which is the unit of integration, is preferably 0.1 second or less. Even when a peak hold circuit is used as the rectifier circuit, it is desirable that the time length, which is the unit for detecting the maximum value, be 0.1 second or less.
  • the sampling circuit 90 samples the output of the rectifier circuit 26 at regular time intervals ( ⁇ ). Generally, a peak hold circuit or the like is used. Note that a method of converting into a digital quantity using an A / D converter may be used. In general, the smaller the ⁇ , the more accurate the measurement. It is preferable to set the same as the operation time length of the rectifier circuit.
  • the storage circuit 92 stores N outputs of the sampling circuit 90 in the new order in synchronization with the conversion timing of the sampling circuit 90.
  • the number N of storages may be determined in consideration of the effect of suppressing false detection and the response delay.
  • N 4 is preferable, but it is more preferable to determine the optimum value by prior evaluation.
  • the geometric mean calculation circuit 94 calculates a geometric mean of the values held in each stage of the storage circuit 92. Specifically, the value held in each stage of the storage circuit 92
  • the comparison circuit 96 determines whether or not the output of the synergistic operation circuit 90 exceeds a preset reference value. It is desirable to set this reference value by performing measurement in advance for a rolling process in which chattering does not occur. Note that the set value may be changed for each steel type, plate thickness, and speed during rolling of the material to be rolled.
  • FIG. 23 shows output waveforms and the like of each unit of the apparatus of the fifth embodiment when chattering is detected during the rolling operation.
  • (a) is the time variation of the acoustic signal (A) output from the acoustic sensor 16
  • (b) is the time variation of the output (V B ) of the bandpass filter 22
  • (c) is the geometric mean
  • (d) is the time variation of the output (V c ) of the comparison circuit 96
  • (e) is the time variation of the rolling speed (V).
  • the alarm operation according to the present invention is not performed, and the operator finds chattering and takes an operation action by decelerating the line as in the related art.
  • the output of the comparison circuit shown in (d) is 2.7 seconds earlier than the deceleration shown in (e). That is, according to the present invention, it is found that chattering generated during the rolling process can be detected 2.7 seconds earlier than the discovery by the conventional operator, and an alarm can be output.
  • FIG. 24 shows the output waveforms and the like of each part of the device of the fifth embodiment when a pulse noise causing a false report occurs in the conventional device.
  • Each output in Fig. 24 is the same as in Fig. 23.
  • the threshold values of the comparison circuit 96 in FIGS. 23 and 24 are the same.
  • the output of the geometric mean arithmetic circuit 94 is smaller than the threshold value, thereby avoiding false alarms.
  • the fifth embodiment was compared with a conventional device in which the chattering detection capability of the device was determined only by the peak value. Both were operated at the same time without alarm action, and collated with the operator's findings.
  • the chattering detection capability As the chattering detection capability, the number of chattering detections, the number of false detections, and the time difference from the operator discovery were adopted.
  • the operation period was set so that the number of detected chattering reached 40.
  • this embodiment has reduced the number to 3 and 1 Z5.
  • the average of the time difference from the operation of the detection device to the discovery of the operator was 2.6 seconds in the device of the fifth embodiment and 2.7 seconds in the conventional method, and there was almost no difference. That is, according to the present embodiment, the effect of suppressing the erroneous detection without losing the speed of the chattering detection has been demonstrated.
  • FIG. 25 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the chattering detection device for a cold rolling mill according to the present invention.
  • 16 is an acoustic sensor
  • 18 is an amplifier circuit
  • 64 is an alarm device, which is the same as in each of the above embodiments.
  • Reference numeral 98 denotes a Fourier transform circuit (FTC)
  • reference numeral 100 denotes a mean square arithmetic circuit (SAV).
  • 92 is a storage circuit
  • 94 is a geometric mean circuit
  • 96 is a comparison circuit, which is the same as in the fifth embodiment.
  • the Fourier transform circuit 98 in order to increase the time sensitivity of chattering detection, it is necessary to shorten the frequency length of the frequency analysis within an allowable range. However, if the waveform length is too short, the frequency resolution of the frequency analysis will decrease. Therefore, in the case of the present embodiment, it is preferable to set the time to about 0.2 seconds.
  • the mean square arithmetic circuit 100 calculates a signal strength of a frequency component characteristic of occurrence of chattering from the signal frequency components calculated by the Fourier transform circuit 98.
  • an allowable range of about 10% is set for the chattering frequency f, and it is calculated from the signal strength frequency components in the frequency range [ ⁇ - ⁇ / 2, f + ⁇ / 2].
  • each set frequency range Calculates the root mean square of the signal strength frequency components.
  • the maximum value may be calculated instead of the square mean.
  • a frequency component calculating device similar to that of the third embodiment may be used instead of the mean square arithmetic circuit 100.
  • FIG. 26 shows output waveforms and the like of each unit of the apparatus according to the sixth embodiment when chattering is detected during the rolling operation.
  • Fig. 26 shows the time variation of the acoustic signal (A) of the acoustic sensor 16 output
  • (b) shows the time variation of the output (V SA ) of the mean square arithmetic circuit 100
  • (c) Is the time variation of the output (V AV ) of the geometric mean arithmetic circuit 94
  • (d) is the time variation of the output (V c ) of the comparison circuit 96
  • (e) is the time variation of the rolling speed (V) during operation. It is.
  • the output generation shown in (d) and the deceleration shown in (e) are almost simultaneous. That is, according to the present invention, it can be seen that chattering occurring during the rolling process is detected almost simultaneously with the conventional operator's discovery.
  • the alarm device 6 may turn on an indicator light or generate a warning sound by a speaker or the like to alert the operator to reduce the line speed.
  • the rolling speed may be automatically reduced by using a sequencer or the like.
  • the band-pass filter, various arithmetic circuits, the determination circuit, and the like are replaced with arithmetic operations on digital signals sampled at equal time intervals in accordance with a recent digitization technique. .
  • it can be configured by software on a microprocessor.
  • erroneous detection that has occurred in the chattering detection method using a conventionally proposed acoustic sensor or vibration sensor.
  • These erroneous detections are caused by noises other than the rolling operation, and noises such as impact vibration applied to a rolling mill or equipment having an auxiliary roll between stands.
  • these false positives are reduced.
  • it was also possible to eliminate production losses such as erroneously cutting off the normally rolled portion of the material to be rolled, or erroneously decelerating during normal rolling.
  • chattering can be detected without delay during the cold rolling operation, workers can quickly take measures to reduce chattering defective portions. It is also possible to prevent the plate from breaking due to chattering vibration. Therefore, it has a very large effect on production yield and operation efficiency.
  • the acoustic sensor As compared with a method using a vibration sensor or a thickness gauge that has been conventionally proposed, it can be realized with a simple device configuration. Also, by using a non-contact detection means called an acoustic sensor, the sensor can be installed away from the mill body, and the maintainability of the sensor is also improved.

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Description

明細 ΐ
冷間圧延機のチヤタリング検知方法及び装置
技術分野
本発明は、 冷間圧延機のチャタリング検知方法及び装置に係る。 特に、鋼帯の冷 間圧延中に発生するチヤタリングの検知に好適な、冷間圧延機のチヤタリング検知 方法及び装置に関する。
背景技術
従来より、板の冷間圧延作業においては、チヤタリングと呼ばれる圧延機の振動 現象が発生する場合があることが知られている （例えば、 「圧延百話」 （鈴木） 一
『機械の研究』 （養賢堂発行） 、 第 4 8卷第 5号、 Ρ 5 8 3〜5 8 8 ) 。 振動の振 幅が小さい場合は、圧延板の表裏両面に、圧延方向と直角な方向に一定ピッチで並 んだ横縞模様が、観察される程度である。 しカゝし、振動の振幅が大きい場合には、 圧延板の板厚が周期的に変動する。 この板厚変動が甚だしい場合には、最小板厚が 最大板厚の 1ノ2以下になることさえある。 又、更に大きな振幅の振動の場合、 さ らに板厚変動が増大して、 板破断に至る場合もある。
図 1は、チヤタリングが発生したときに圧延された冷間圧延板の板厚オフセット ( Δりを実測した例である。 圧延長手方向 (L)に周期的な板厚変動が発生している。 このような板厚変動が発生した部分のうち許容範囲外の部分 （図内ハッチング部） は、不良部として、次工程あるいは中間工程で切り捨てた後に製品として出荷する。 つまり、製品歩留りの低下や余分な手入れ作業の発生等で生産コストを悪化させる 場合がある。 さらに、板破断が発生した場合は、長時間にわたって圧延ラインの停止を余儀な くされ、 生産効率は著しく劣化する。
このように、 チャタリング現象の検出は重要である。 又、 多くの場合、 チヤタリ ングは、初めの小さな振幅の振動が、 2〜 3秒のうちに大きな振幅の振動に発展す る。 したがって、 日頃の操業においては、 チャタリングの発生を高感度に且つ迅速 に検知して、 圧延速度を下げる等の処置を講じる必要があった。
従来からチヤタリングを検出するための方法及び装置は種々提案されてきた。 例えば、特公平 5— 8 7 3 2 5号公報では、被圧延材の長手方向に 2箇所以上で 同時に板厚測定し、該測定板厚差が予め設定されている値以上となった場合に、チ ャタリング発生を検知する方法が開示されている。 なお、板厚測定は発生する板厚 変動のピッチのほぼ半分の間隔を置いた位置で行なわれる。 ここで、冷間圧延で発 生するチャタリングによる圧延板の板厚変動は 1〜数/ z mであり、又、変動の時間 周期は数 1 O msecとなることは知られている。 つまり、 厚み計には高い検出分解 能と短い応答時間が要求され、これらの性能を同時に満足する厚み計はかなり高価 である。 この方法では、高価な設備である放射線式板厚計を、本来 1台でよい場所 に 2台近接して設置する必要がある。 つまり、 この方法では、装置コストが大きく なるという問題があった。
又、特開平 8— 1 4 1 6 1 2号公報では、圧延機に設けた振動センサからの検出 信号により、 チャタリングを検知する方法が開示されている。 なお、該検出信号は 圧延機の各操業条件に基づいて設定される通過特性を持たせたフィルタで処理さ れる。
又、特公平 6— 3 5 0 0 4号公報では、冷間圧延機のハウジングに取り付けた振 動速度センサの出力をフィルタに通した信号によりチヤタリングを検知する方法 が開示されている。 なお、該フィルタは、圧延機の固有振動周波数帯域の振動のみ を通す作用をもつ。
又、特開平 8— 1 0 8 2 0 5号公報では、実測値による圧延機の振動パラメータ および圧延機の圧延パラメータを周波数分析し、その結果の基本周波数の整数倍の 周波数成分が設定値を超えた場合にチヤタリング発生と判断する方法が開示され ている。 なお、圧延機の振動パラメータは、圧延機各部の 1箇所以上に設置した振 動検出器により、 運転中の圧延機各部において検出される。検出 ·分析される振動 パラメータとしては各部の振動変位、振動速度又は振動加速度である。 また、圧延 パラメータは圧延機の張力、圧延トルク、圧延速度等である。 基本周波数は、 ミル 固有振動数、 ギヤの嚙み合い、ベアリング不良、 スピンドルとロールのカップリン グ不良、 ロール疵より発生する固有の振動周波数をそれぞれ計算して得られる。 上記従来技術いずれにおいても、チヤタリング検知は、圧延機の 1箇所あるいは それ以上の箇所に設置した振動センサの検出信号に基づいて行われる。ところが、 これらの振動センサは、チヤタリングに起因する振動のほかに、圧延機駆動系の振 動等も検出する。つまり、チャタリングの周波数成分とされる周波数帯域内に圧延 機駆動系の振動等の周波数成分が含まれていると、チヤタリングを誤検出してしま うという問題がある。
上記従来技術においては、複数の振動センサ出力の解析に加え、圧延パラメータ の周波数解析を高速で行う必要がある。 このため、装置規模ゃコストが大きくなら ざるを得ない。又、圧延機の機械系異常に基づく振動や圧延パラメータ実績の振動 は、 チャタリング発生要因に関する必要条件に過ぎない。 したがって、 これら以外 の要因によるチャタリングの発生を見逃したり、 これとは逆に、チャタリングに至 らない機械系異常や圧延パラメータの振動によりチャタリングを誤検出する恐れ がある。 なお、 この問題への対策として、 例えば、 特開平 8— 1 0 8 2 0 5号公報 に開示されるように、圧延機の各部の振動や各圧延パラメータの出力、更に機械異 常に基づく理論的振動数を時々刻々周波数分析あるいは算出する方法も提案され ている。 ところが、 これらの方法においては、 ミルハウジング内や、その近傍に振 動センサを設置する必要がある。 この場合、振動センサはミル内の油、 ロール冷却 水等の悪環境下にあるので、劣化が激しく、振動センサが劣化した場合の交換にも 手間がかかる。
一方、 出願人は、上記方法とは異なる、音響測定による方法を特開昭 6 0— 1 3 7 5 1 2号にて提案した。
一般に、 物質の振動により、 その近傍の空気が振動し、 音響 （または音） として 伝播する。 通常、音響測定は一定位置での空気の圧力変動を検出して行なう。 音響 センサは、 この圧力変動を検出して信号ィヒするものであり、 この信号が音響信号で ある。マイクロフォンは代表的な音響センサであり、音響信号は電気信号として出 力される。 なお、音響は周波数成分をもち、音響センサは検出周波数範囲および周 波数による感度などの周波数特性をもつ。 したがって、使用される音響センサによ り得られる音響信号は変化する。 また、音響信号の時間変動が音響波形である。 な お、音響波形には短時間周期の細かい振動が含まれている。 この細かい振動を排除 した音響信号を特に音響強度と称し、音響の特性をあらわすパラメータとして、 し ばしば利用される。この細かい振動を排除するには、例えば、音響信号の実効値（例 えば、 ある時間範囲における 2乗積分値） あるいは音響信号のある時間範囲におけ るピーク振幅を算出して行なう。音響強度のように、音響測定から導かれる種々の 値が音響パラメータである。
前記提案では、圧延中に発生する冷間圧延機のチヤタリングに固有な音を電気信 号に変換し、その電気信号の大きさが設定値以上となったことからチャタリング発 生を検知する方法を開示した。 この方法の第 1実施例を、 図 2に示す。被圧延材 8 を圧延中に、冷間圧延機群 1 0の各圧延スタンド 1 1近傍の音を音響センサである マイクロホン 1 4で電気信号に変換する。 該電気信号をバンドパスフィルタ (BPF) 2 2を通して、 チャタリングの周波数帯域の信号のみを通過させる。 その後、積分 回路 2 3で、該バンドパスフィルタ出力を一定時間長に亘り整流することにより、 積分値を出力する。 該積分信号は比較回路 (CMP) 2 9に入力され、 その入力信号が 設定値以上のときは、該比較回路からチヤタリング検出信号を発生する。該検出信 号が駆動回路 3 1に入力され、 音響装置 3 2が作動する。 又、別な実施例を、 図 3 に示す。マイクロホン 1 4および入力信号が設定値以上になったときにチヤタリン グ発生信号を出力する比較回路 2 9以後は、第 1実施例と同様である。該マイクロ ホン出力の電気信号は周波数解析回路 (FA) 4 2により周波数解析され、該周波数解 析回路の出力はバンドパスフィルタ 2 2を通して、チヤタリングに特有な周波数成 分が抽出される。該バンドパスフィルタ出力の抽出信号が比較回路 2 9に入力され る。
この方法では、音響センサはミルノヽウジング内に設置する必要がなく、個数もミ ル当たり 1個で済むので、振動センサを用いる場合よりメンテナンス性に優れると いう利点を有する。
しかしながら、圧延工場内の他の場所でチヤタリングと同等の周波数成分を含む 騒音が発生した場合には、チャタリングを誤検出し易いという問題点があった。な せなら、音響センサで検出した音響を単に周波数成分のみで区別した信号を基準と しているためである。
さらに、特開昭 6 0 - 1 3 7 5 1 2の第 1実施例では、 バンドパスフィルタの出 力波形は交流波形のままであり、 これを一定時間積分しても、その積分値はほぼ零 になってしまう。すなわち、チャタリングに固有な周波数成分の振幅が増大する現 象を検知することはできない。 又、第 2実施例では、周波数解析回路が一般には波 形信号を出力する機能を持っていないので、バンドパスフィルタからチヤタリング 発生の情報を得るのは困難であった。
又、従来技術においては、観測した振動波形や音響波形中にチヤタリング発生時 に固有の周波数成分が含まれているか否かを判断の基準にしている。発明者らは操 業現場における長期間の実験により、圧延操業中における圧延機近傍での振動波形 や音響波形を計測する場合には、圧延によって発生する振動現象の他に、圧延機内 外で発せられる衝撃性の振動現象も混ざって検出される場合があることを知見し た。 これらの衝撃性の振動は、一般に低周波から高周波まで広い周波数成分を含ん でいることから、従来技術においては、 これらの衝撃性振動をチャタリングと誤検 出する場合があった。
発明者ら力 生産現場にて鋭意測定を重ねた結果、 このような騒音現象の一つに、 パルス状の音響によるものがあることを見出した。その衝撃性の振動のようすを図 4に示す。 （a ) は冷間圧延機近傍で観測した音響波形で、 音響信号 (A)の時間変 動を示す。 なお、音響信号は使用する音響センサの特性によるので、単位は任意と する。 （b ) には音響信号を入力とする、 チャタリングに固有の周波数成分のみを 出力するパンドパスフィルタの出力 (VB)の時間変動を示す。 （c ) は前記パンドパ スフィルタの出力の整流値 (VA)の時間変動である。 （d ) には前記整流波形が閾値 を超えた場合に警報出力を発する比較装置の出力 (Vc)の時間変動、 （e ) には被圧 延材の速度 (V)の時間変動を示す。 （a ) には、 矢印で示す箇所にパルスを含み、
( d ) に示すように警報を発している。 しかし （e ) に示すように、圧延速度は変 化していない。 つまり、圧延状態は正常で、 チャタリングは発生していない。 この ように、パルス状音響波形が発生すると、圧延状態は正常であるにもかかわらず、 従来装置は警報を発している。
従来より、 このようなパルス状波形をノイズとして除去するには、波形の振幅を 移動平均して平滑する手法が用いられてきた。この移動平均の時間幅をパルス状ノ ィズの継続幅より広くとれば、 ノイズのピーク値はそれに応じて低減される。 しか しながら、移動平均の幅を大きく取ると、 ノイズは低減できる半面で、本来のチヤ タリング発生検知の応答時間に遅れが生じる。つまり、チヤタリングの発生を迅速 には検知できなくなる。 その結果、最終的に操業アクションが遅れ勝ちになり、チ ャタリング不良部の増加や、操業上の処理が間に合わなくなって被圧延材の破断に 至るおそれがあった。
すなわち、チヤタリング発生を正確かつ迅速に検知する方法はまだ確立していな 力つたというのが実情であつた。 発明の開示
本発明は、チヤタリング発生を正確かつ迅速に検知する方法を確立するべくなさ れたものである。 つまり、圧延操業以外に起因した騒音や、圧延機やスタンド間補 助ロールを有する設備に印加される衝撃性の振動といったノイズに害されること なく、簡便な構成で、冷間圧延操業中にチヤタリング発生のみを確実に検知するこ とを課題とする。
すなわち本発明は、 圧延中の冷間圧^ 5傍で測定した^ #から導出される徹の音 ラメ一タによる冷間圧 のチヤタリンク 去である。 パラメータとしては、 チヤタリング発生に W¾な周波数帯域およびその N次倍音となる周波数帯域 （チヤタリ ング発生に な周波数帯域の上下限の N倍を上下限とする周波数帯
Figure imgf000008_0001
1 ^周波誠 ^^布のピーク周波数、 *s»：、 ピーク弓娘などである。 同一パラメータ を別のタイミングで測定'織して、複数パラメータとすることも可能である。 また、 音 feンサ、センサ出力の ^言号から»の ¾響ノ ラメータを演算する回路およひ¾¾ くラメ一タカらチャタリング発生を飾し、信号を発する、冷間圧惑のチヤタリン グ柳装置である。
チヤタリング発生時に観測される音響波形の例を図 5に示す。この音響波形は時 間軸を拡大してみると正弦波に近い形をしていることがよく知られている。また、 同じ観測で、 ある時間における音響信号の周波数成分分布を図 6に示す。ある周波 数における音響信号成分は であらわし、任意単位である。 ある周波数の近傍に集 中してヒーク められる。 T . Tamiya他： Analysis of chattering phenomenon in cold roll ing" ( P roc. , I ntl. , C onf. , on S teel R ol ling, 1980, Vol 2)の 記载では、チヤタリング現象は圧延機フレーム及び圧延ロールの連成振動系の共振 現象であると説明されている。 つまり、圧延機の振動による音響を、チャタリング 発生時に観測した場合、 この音響信号の周波数分布をみると、チャタリング周波数 近傍の狭帯域にピークがあらわれる。チヤタリング周波数以外での音響信号は小さ レ、。 一方、圧延機内外で発せられる種 ί撃性の振動を含む音響波形の例を図 7に示す。 また、 同じ測定で、 ある時間における音響信号の周波数成分分布を図 8に示す。 図 8では図 6と異なり、広帯域でピークが認められる。 また、 ピーク周波数以外の音 響信号もほぼ同等レベルである。つまり、設定値以上の音響信号を検知した場合で あっても、チヤタリングによるものとそれ以外の衝撃性音響等によるものを波形で 識別できるので、 チヤタリング発生のみ検出することが可能である。
波形識別は、例えば共振係数 Qで定量化可能である。図 9に音響信号の周波数成 分分布を例示する。 音響信号周波数成分が最大になるピーク周波数を f。とし、 ピ ーク周波数の上側及び下側で音響信号周波数成分が 1 /f 2になる周波数をそれ ぞれ 、 f hとする。 また、 共振係数 Qを
Q = f 。Z ( f h- f i) … ( 1 )
と定義すれば、音響の共振の鋭さが、 この共振係数 Qで定量ィ匕できる。 この値によ りチヤタリング発生の有無を検出できる。
本発明は、 このような原理に基づくものである。
図面の簡単な説明
第 1図は、チヤタリングが発生した場合の被圧延材の長手方向板厚オフセットの 測定例である。
第 2図は特開昭 6 0— 1 3 7 5 1 2の第 1実施例の構成を示すプロック図であ る。
第 3図は特開昭 6 0 - 1 3 7 5 1 2の第 2実施例の構成を示すプロック図であ る。
第 4図は従来技術に倣った方法によりパルス状信号をチヤタリングによると誤 認識した場合の各信号の時間変動を示す図である。
第 5図はチャタリング発生時の音響波形の例を示す図である。
第 6図は第 5図の音響信号の周波数成分分布を示す図である。 第 7図は衝撃性音響を含む音響波形の例を示す図である。
第 8図は第 7図の音響信号の周波数成分分布を示す図である。
第 9図は音響波形の周波数成分分布曲線の特徴の概念図である。
第 1 0図は本発明による冷間圧延機のチヤタリング検知装置の第 1実施形態の 構成を示すブロック図である。
第 1 1図は第 1実施形態において、圧延操業中に発生したチヤタリングに対し、 装置各部の出力おょぴ圧延速度の時間変動の測定例を示す図である。
第 1 2図は第 1実施形態による圧延操業中の別な測定例を示す図である。
第 1 3図は第 1実施形態でチヤタリングと誤検出した音響波形を示す図である。 第 1 4図は (a)冷間圧延機による正常な圧延状態におけるミル近傍の音響波形の 周波数成分分布、 （b)圧延中にチャタリングが発生した場合の音響波形の周波数成 分分布、 (c)冷間圧延機による正常な圧延状態で音響波形振幅が増大した場合の音響 波形の周波数成分分布、 をそれぞれ示す。
第 1 5図は本発明による冷間圧延機のチヤタリング検知装置の第 2実施形態の 構成を示すブロック図である。
第 1 6図は第 2実施形態において、圧延操業中に発生したチャタリングに対し、 装置各部の出力および圧延速度の時間変動の測定例を示す図である。
第 1 7図は第 2実施形態において、被圧延材の圧延中にチヤタリングは発生して しないが音響波形振幅が増大するように場合の、装置各部の出力および圧延速度の 時間変動の測定例を示す図である。
第 1 8図は本発明による冷間圧延機のチャタリング検知装置の第 3実施形態の 構成を示すプロック図である。
第 1 9図は第 3実施形態において、圧延操業中に発生したチヤタリングに対し、 装置 各部の出力および圧延速度の時間変動の測定例を示す図である。
第 2 0図は本発明による冷間圧延機のチヤタリング検知装置の第 4実施形態の 構成を示すブロック図である。 第 2 1図は第 4実施形態において、圧延操業中に発生したチヤタリングに対し、 装置各部の出力および圧延速度の時間変動の測定例を示す図である。
第 2 2図は本発明による冷間圧延機のチヤタリング検知装置の第 5実施形態の 構成を示すプロック図である。
第 2 3図は第 5実施形態において、圧延操業中に発生したチヤタリングに対し、 装置各部の出力および圧延速度の時間変動の測定例を示す図である。
第 2 4図は第 5実施形態において、従来技術でチヤタリングと誤検出していたパ ルス状音響が発生した場合における、装置各部の出力および圧延速度の時間変動の 測定例を示す図である。
第 2 5図は本発明による冷間圧延機のチヤタリング検知装置の第 6実施形態の 構成を示すブロック図である。
第 2 6図は第 6実施形態において、圧延操業中に発生したチヤタリングに対し、 装置各部の出力および圧延速度の時間変動の測定例を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下図面を参照して、 本発明の実施形態を詳細に説明する。
図 1 0は、本発明による冷間圧延機のチャタリング検知装置の第 1実施形態を示 す構成図である。 図 1 0において、 8は被圧延材、 1 0は冷間圧延機本体、 1 1は 圧延スタンドである。 1 6は、圧延機の後段スタンド近傍の音響を検出して電気信 号に変換する音響センサであり、例えばマイクロホンである。 1 8は、適切な範囲 の振幅を持つ電気信号波形が出力されるように、 入力信号を増幅する増幅回路 (AMP)である。 2 2は、 1 8の出力から、 チャタリングに特徴的な周波数帯域の信 号成分のみを通過させるバンドパスフィルタである。 2 6は、 2 2の出力信号を入 力して、 予め設定した単位時間毎の実効値を出力する整流回路 (RCT)である。 5 0 は、 音響信号の周波数成分を算出する周波数分析回路 (FA)である。 5 2は、 5 0の 出力から音響周波数成分分布のピーク周波数を算出するピーク周波数演算回路 (PFA)である。 ピーク周波数は中心周波数とも称する。 5 4は、 5 0の出力から、 音響周波数成分分布のピーク周波数における共振係数を算出する共振係数演算回 路 (QA)である。 5 6は、 2 6の出力である音響信号の実効値が設定値以上になった 場合に、例えば正の信号を発する第 1の比較回路である。 5 8は、 5 2の出力であ る音響周波数成分分布のピーク周波数が設定範囲内にある場合に、例えば正の信号 を発する第 2の比較回路である。 6 0は、 5 4の出力である音響周波数成分分布の ピーク周波数における共振係数が設定値以上になった場合に、例えば正の信号を発 する第 3の比較回路である。 6 2は、 5 6、 5 8および 6 0の 3つの比較回路の出 力の論理積に従って、警報信号を発する論理積回路 (LC)である。 6 4は、 6 2の出 力に基づいてスピーカ等でオペレータに警報を発する警報装置 (AL)である。
前記音響センサ 1 6は、被圧延材 8の圧延中に、圧延機近傍の音響を検出して電 気信号に変換するものである。チヤタリングに特徴的な周波数は 1 0 0〜3 0 0 H zである。 したがって、音響センサの種類としては、 0〜1 0 0 0 H z程度の周波 数帯域の音響を電気信号に変換するのに不足のない性能を有するマイクロホンが 望ましい。 好適にはコンデンサマイクロホンを用いればよい。 又、 その設置位置は、 多段スタンド冷延ミルの出側スタンド付近が望ましい。 なぜなら、一般的には出側 スタンドがチヤタリング発生がもっとも懸念されるスタンドであるからである。 前記増幅回路 1 8は、前記音響センサ 1 6に対応して市販されているアンプを用 いればよレ、。 又、音響センサ 1 6の出力が十分な振幅を有する場合には、省略する こともできる。
前記バンドパスフィルタ 2 2は、公知の回路素子単体、あるいは回路を用いて実 現されるものである。又、 その通過帯域としては、 1 0 0〜3 0 O H zの周波数帯 域を用いる。この帯域は一般にチヤタリング周波数が含まれる帯域として知られて いる。 なお、予め対象の圧延スタンドに関してミル'ストリップ系の固有振動数を 測定して設定することも可能で、 より好適である。 前記整流回路 2 6は、前記バンドパスフィルタ 2 2の出力の実効値を、予め設定 した単位時間毎に算出して出力するものである。整流方法としては、例えば予め設 定した時間長に亘つて 2乗積分する方法が使用できる。整流回路は、公知の乗算素 子及びコンデンサ等により構成できる。 なお、整流回路として、予め設定した時間 内における信号の最大振幅値を出力するようなピークホールド回路も適用できる。 なぜなら、 ここで得られる出力は音響強度に対応する値であればよく、 2乗積分値 のほかに一定時間における信号ピークも利用できるからである。入力波形の実効値 演算の単位となる時間長は、目的とするチヤタリングの検出応答性に基づいて適切 に定めればよい。 なお、 0 . 5秒以下であることが望ましい。
前記周波数分析回路 5 0は、前記増幅回路 1 8で適切な電圧範囲に整えられた電 気信号の周波数成分を演算して出力するものである。一般にスぺク トルアナライザ や高速フーリエ変換（F F T)分析器の名称で市販されているものでよレ、。 また、 入力信号を AZD変換して、公知な 「高速フーリエ変換 （F F T) 」 のァルゴリズ ムに基づいて、ディジタル計算機で算出するようにしても良い。 「高速フーリエ変 換 （F F T) 」 のアルゴリズムは、 例えば、 Oppenheim, S hafer : "D igital S ignal P rocessing" , P rentice- Hallに記載されている。 この周波数分析回路 5 0において、周波数解析の波形長を許容誤差内で短く設定する必要がある。 これ は、 チャタリング検出の時間感度を高めるためである。 し力 し、逆に短すぎると、 周波数成分分布のピーク周波数検出における周波数 能が低下する。本発明の場 合、 0 . 5秒程度にすることが望ましい。
前記第 1の比較回路 5 6は、前記整流回路 2 6の出力が、設定した基準値を超え るか否かを判定する。その基準値は、チヤタリングの発生していない圧延工程に関 して予め測定を行って設定するのが望ましい。 ただし、被圧延材の鋼種や板厚、圧 延中の速度毎に設定値を変えてもよい。
前記第 2の比較回路 5 8のピーク周波数設定範囲は、前記パンドバスフィルタ 2 2の通過帯域と同一に設定しておけばよレ、。ただし、チャタリング発生に固有の周 波数が予め分かっている場合は、フィルタ通過帯域よりもっと狭めに設定しておい てもよい。
次に、 第 1実施形態の動作について説明する。
被圧延材の冷間圧延中に発生する音響は、音響センサ 1 6により検出され、電気 信号に変換される。該電気信号は、増幅回路 1 8で適切な範囲の振幅をもつ信号に 増幅される。該増幅信号から、バンドパスフィルタ 2 2でチヤタリングに特徴的な 周波数帯域の信号のみが抽出される。該抽出信号の実効値が、更に整流回路 2 6に より算出されて出力される。
前記第 1の比較回路 5 6は、前記のフィルタ処理と整流された音響信号の実効値 が、 予め設定した設定値を超えている場合に正の信号を出力する。
又、周波数分析回路 5 0は、前記の音響信号の検出時点における周波数成分を演 算する。 ピーク周波数演算回路 5 2は、 音響周波数成分分布のピーク周波数 f 0を 算出する。共振係数演算回路 5 4は、音響周波数成分分布のピークにおける共振係 数 Qを算出する。
第 2の比較回路 5 8は、 f。が設定された周波数範囲にある場合に、 正の信号を 論理積回路 6 2に出力する。 又、第 3の比較回路 6 0は、共振係数 Qが設定値以上 になった場合に、 正の信号を論理積回路 6 2に出力する。警報装置 6 4は、第 1の 比較回路 5 6、第 2の比較回路 5 8および第 3の比較回路 6 0からの 3つの出力信 号の論理積に従ってチヤタリング警報を発する。
図 1 1は、圧延操業中にチヤタリングを検出した際の第 1実施形態の装置各部の 出力波形等を示したものである。図 1 1で、 （a )は音響信号 (A) の時間変動、 （b ) はバンドパスフィルタ 2 2の出力 (VB) の時間変動、（c )は整流回路 2 6の出力 (VA) の時間変動、 （d ) は第 1の比較回路 5 6の出力 (VC1) の時間変動、 （e ) はピー ク周波数演算回路 5 2の出力 (fP) の時間変動、 （ί ) は第 2の比較回路 5 8の出力 の時間変動、 （g ) は共振係数演算回路 5 4の出力 (fB) の時間変動、 （h ) は第 3の比較回路 6 0の出力 (Vc3) の時間変動、 （ i )は論理積回路 6 2の出力 の時間変動、 ) は圧延速度 (v)の時間変動である。 この実施例では、 本発明に よる警報動作を行わないようにし、従来どおりに、オペレータがチヤタリングを発 見してライン減速により操業アクションをとるようにした。 （ i ) において矢印 I に示される出力発生と （j ) において矢印； rに示される減速はほぼ同時である。 つ まり、本発明により、圧延工程中に発生したチャタリングを、従来のオペレータに よる発見とほぼ同時に検出していることが判る。
図 1 2は、第 1実施形態の装置による別の測定例である。各波形の符号は図 1 1 と同一である。チヤタリングは発生せず、衝撃性音響が観測された場合である。 ( d ) のように、バンドパスフィルタのみでは第 1の比較回路も正の出力を発している。 しかし、 （g ) のように周波数帯域は設定値以下となっており、 （i ) のように出 力は発せず、 誤検出を回避している。
なお、冷間圧延を高速度で行う場合、チヤタリングの生じない正常圧延時におい ても、チヤタリングに固有な周波数付近にチヤタリングが原因でない音響が混入し て観測される場合がある。 この場合に観測される音響波形を図 1 3に示す。第 1実 施形態の技術によって、チヤタリング発生を高感度で行おうとした^^、 この現象 をチャタリングとして誤検出して、警報を発生する。 この警報のため、圧延オペレ ータは作業を混乱させる恐れがある。 また、警報に応じて自動ライン減速を行って いる場合には、 生産性を低下させる原因となることがある。逆に、誤検出を抑制す るためには、検出の閾値を高めざるを得ない。 その結果、 チャタリングの発生検知 及び対策処置が遅れて、 板破断の頻度が増加する恐れがある。
正常圧延の場合、チヤタリング発生の場合および第 1実施形態でチヤタリングを 誤検出した場合の音響周波数成分分布を、 それぞれ、 図 1 4 (a)、 図 1 4 (b)および 図 1 4 (c)に示す。 図 1 4 (a)に示す正常圧延の場合には、 全周波数でほぼ均一でラ ンダムな分布を示す。 これに対し、 図 1 4 (b)に示すチャタリング発生の場合およ び図 1 4 (c)に示す第 1実施形態でチヤタリングを誤検出した^には、ある周波数 の近傍で大きなピークが認められる。更に、チャタリングが発生した場合および第 1実施形態でチヤタリングを誤検出した場合の音響周波数成分分布を比較したと ころ、次のことが判明した。第 1実施形態でチヤタリングを誤検出した場合のピー ク周波数が、チヤタリング発生の場合の第 2番目のピーク周波数に極めて近かつた。 また、第 1実施形態でチヤタリングを誤検出した場合は、明瞭なピークは単独で出 現した。 それに対し、チャタリング発生の場合は、複数のピークが周波数に対して ほぼ等間隔に出現した。
従って、 目的とするチャタリング発生を的確に検出するには、圧延時に測定した 音響信号の圧延機縦振動の固有振動数 f。における成分とその整数倍の周波数 n · f。 （n≥2 ) における成分を利用することができる。 すなわち、 両者が共に大き くなった場合に限って、 チヤタリング発生を検知するようにすればよい。
具体的には、つぎのように判定を行なう。 N個の相異なる周波数帯域を通過域に もつパンドバスフィルタをそれぞれ通過した圧延時の音響信号の強度をそれぞれ Vい V2、 ···、 VNとする。 これら N個の入力変数に基づく評価関数を設定し、 その 出力に応じてチヤタリング判定を行う。
例えば、 N個の帯域の成分が全て、対応した設定値以上になった場合に警報を発 生するには、 評価関数 J ,を次のようにすればよい。
l 1 ( 〉 V01， V2>V02, … VN>V0Nの -(2)
J 0 (上記以外の場合） … )' ここで、 V。い V。2、 ···、 V。Nは、 それぞれ閾値である。
又、 上記の評価関数は、 いわゆる 「閾値判定の論理積」 であるが、 その代わりに それぞれの出力の和 （J 2) 、積 （J '2) 、 2乗和 （J "2) 等を用いてもよい。
J 2 = (V V。 + (V2/V。2) 十… + (VN/V0N) … ( 3 )
J '2= (V./Vo,) · (V2ZV02) '…' （V V0N) … （4 )
J "2= (Vノ V01) 2 + (V2/V02) 2 + ···+ (VN/V0N) 2 … （5 ) 更に、圧延ラインの状況により、広帯域の衝撃性ノィズが多数検知されるような 場合がある。 この場合に、各帯域のフィルタ出力が増大することが想定され、 チヤ タリングを誤検出する恐れがある。その対策としては、真に音響周波数成分分布が 当該帯域内にピークを持ち、且つ共振現象を反映している力否かに関する判定を加 えるとよい。 即ち、 音響周波数成分分布の各周波数帯域内でのピーク周波数 及 ぴ共振係数 Qiを算出し、上記の の代わりに以下の式から与えられる V'iを用いれ ばよレ、。 すなわち、
( ≡ [iu, f2i]の場合） ··· ) r/i) = 0 (上記以外の場合） … )' rQ(i)=l > の場合） …(フ） ro(i) = 0 (上記以外の場合） -(7)'
V^V^r/i)*^!) ·'·(8) ただし、 i=l，2，3， ·'·Ν " (9) 次に以上に示した方法を考慮した本発明の第 2実施形態について詳細に説明す る。 これは第 1実施形態を改良したものである。
本発明による冷間圧延機のチヤタリング検出装置の第 2実施形態の構成を図 1 5に示す。 図 15において、 8は被圧延材、 10は冷間圧延機本体、 16は音響セ ンサ、 18は増幅回路である。 22い 222···22Νは、 それぞれ第 1、 第 2…第 Ν のパンドパスフィルタである。 26い 262'·'26Ν 、 それぞれ第 1、 第 2…第 Ν の整流回路である。 70は判定回路 (JC)、 64は警報装置である。
ここで、バンドパスフィルタ及び整流回路の個数、及び判定回路の入力数である Nは、先に説明した、監視するチヤタリングの固有周波数の倍音成分の個数に相当 する。好適な Nの値は、現場において精度良く検出可能なチヤタリング振動のモー ド数、誤判定や見逃し時のコスト、及び、判定閾値設定の作業コスト等に応じて適 当に設定すればよい。 以下の説明では、 N = 2としても一般性を失わないため、 2個の場合について説 明する。
本実施形態において、 前記音響センサ 1 6は、高々 1 0 0 0 H zで、チヤタリン グに特徴的な周波数及び数個の高次成分周波数を含む周波数帯域の音響を電気信 号に変換する。
前記バンドパスフィルタ 2 2い 2 2 2の通過帯域としては、既に説明したように、 チヤタリングの基本周波数の整数倍の周波数の中から異なる 2個を選んで設定す ればよい。 なお、予め対象の圧延スタンドに関してミル ·ストリップ系の固有振動 数を測定して設定することも可能で、 より好適である。
前記整流回路 2 6 2 6 2は、 前記 2つのバンドパスフィルタ 2 2い 2 22の出 力の実効値を予め設定した単位時間毎にそれぞれ算出するものである。
前記判定回路 7 0は、前記のようにして算出された信号から、チャタリング発生 を判定する比較回路である。その基準値は、チヤタリングの発生していない圧延ェ 程に関して予め測定を行って設定するのが望ましい。ただし、被圧延材の鋼種や板 厚および圧延中の速度に応じて設定値を変えてもよい。
他の点に関しては、第 1実施形態と同様である。 同じ符号を付して、説明は省略 する。
次に第 2実施形態の動作について説明する。
図 1 6は、圧延操業中にチヤタリングを検出した際の第 2実施形態の装置各部の 出力波形等を示したものである。 図 1 6で、 （a ) は音響センサ 1 6出力の音響信 号 (A) の時間変動、 （b ) 、 （d ) はそれぞれ第 1及び第 2のバンドパスフィルタ 2 2ぃ 2 22の出カ^31 ^2) の時間変動、 （c ) 、 ( e ) はそれぞれ第 1及び第 2 の整流回路 2 6ぃ 2 62の出力 (V^V^) の時間変動、 （f ) は判定回路 7 0の出力 (V,) の時間変動、 （g ) は操業時の圧延速度 (V)の時間変動である。 この実施例で は、本発明による警報動作を行わないようにし、従来どおりに、オペレータがチヤ タリングを発見してライン減速により操業アクションをとるようにした。 （f ) に 示される出力発生と （g ) に示される減速はほぼ同時である。 つまり、本発明によ り、圧延工程中に発生したチヤタリングを、従来のオペレータによる発見とほぼ同 時に検出していることが判る。
一方、図 1 7は、第 2実施形態の装置の圧延操業中における別の測定例であり、 チヤタリングは発生していなレ、。各波形の符号は図 1 6と同一である。 この測定例 では、チヤタリング以外のノイズにより、音響信号の振幅はチヤタリング発生時と 同程度にまで増減している。 （b ) のように、 第 1のバンドパスフィルタ 2 2 ,の 出力も増大する。 しかし、 （d ) のように、 第 2のパンドパスフィルタ 2 22の出 力は小さい。 その結果、 判定出力は発せず、 誤検出を回避している。
次に本発明の第 3実施形態について詳細に説明する。これは第 1実施形態を改良 したものである。
図 1 8は、本発明による冷間圧延機のチヤタリング検出装置の第 3実施形態を示 す構成図である。 図 1 8において、 1 6は第 1、第 2実施形態と同様な音響センサ、 1 8は第 1、第 2実施形態と同様な増幅回路である。 5 0は第 1実施形態と同様な 周波数分析回路、 7 2は周波数成分算出装置 (FCA)、 7 6は判定回路である。 6 4 は第 1、 2実施形態と同様な警報装置である。
前記周波数分析回路 5 0は、前記増幅回路 1 8で適切な電圧範囲に整えられた音 響信号の周波数成分を演算して出力するものである。
前記周波数成分算出装置 7 2は、前記周波数分析回路 5 0が算出する音響信号の 周波数成分のうち、チヤタリングの固有周波数及びその高次モードの中から着目す る N個の周波数成分から信号強度をそれぞれ演算し出力する。その演算個数 Nの好 適数については、第 2実施形態と同様である。以下の説明では N= 2について説明 する。 ただし、発明者等の実測によると、チャタリング発生時の周波数ピークが若 干増減する場合が確認されている。 したがって、 好適には、 各モード周波数 ί ηに 対し Δη= 1 0 %程度の許容範囲を設け、 その周波数範囲 [ ί η_ Δη/2、 f η+ Δη/2] における信号強度の周波数成分の一定時間内の最大値を信号強度として算出する。 又、設定した各周波数範囲における信号周波数成分の 2乗平均を演算して信号強度 としてもよレ、。
次に第 3実施形態の動作について説明する。
図 1 9は、圧延操業中にチヤタリングを検出した際の第 3実施形態の装置各部の 出力波形等を示したものである。 図 1 9で、 （a ) は音響センサ 1 6出力の音響信 号 (A) の時間変動、 （b ) 、 ( c ) はそれぞれ周波数成分算出装置 7 2が出力する 第 1及び第 2の周波数範囲の音響強度 ( ， ） の時間変動、 （ d ) は判定回路 7 6 の出力 (¼) の時間変動、 （e ) は操業時の圧延速度 (V)の時間変動を示す。 本発明 により、圧延工程中に発生したチャタリングを、従来のオペレータによる発見とほ ぼ同時に検出していることがわかる。
次に本発明の第 4実施形態について詳細に説明する。
図 2 0は、本発明による冷間圧延機のチャタリング検出装置の第 4実施形態を示 す構成図である。 図 1 8において、 1 0は冷間圧延機本体、 1 6は音響センサ、 1 8は増幅回路、 2 2い 2 22··· 2 2 Nはそれぞれ第 1、 第 2、 …第 Nのバンドパスフ ィルタ、 2 6い 2 62··· 2 6 Nはそれぞれ第 1、 第 2、 …第 Nの整流回路である。 5 0は周波数分析回路で、 前記第 2、 第 3実施形態と同様である。 8 0ぃ 8 02- 8 0 Nはそれぞれ第 1、 第 2、 …第 Nのピーク周波数演算回路、 8 2い 8 22'·· 8 2Ν はそれぞれ第 1、第 2…第 Νの共振係数演算回路 (QA)、 8 4は判定回路、 6 4は警 報装置である。 なお整流回路にピークホールド回路を用いてもよい。
前記第 1、 第 2…第 Nのピーク周波数演算回路 8 0い 8 02··· 8 0 Νは、周波数分 析回路 5 0の出力から、それぞれ設定された周波数範囲におけるピーク周波数を算 出する演算回路である。 この周波数範囲としては第 1、第 2…第 Νのバンドパスフ ィルタ 2 2ぃ 2 22··· 2 2 .の通過帯域と同一のものを用いればよレ、。 ただし、 チヤ タリング発生に固有のピーク周波数の範囲がそれぞれ予め分かっている場合は、も つと狭めに設定しておいてもよい。
前記第 1、 第 2…第 Νの共振係数演算回路 8 2い 8 22··· 8 2Νは、 それぞれ対応 するピーク周波数における共振係数 Q,、 Q2'"QKを算出するものである。
前記判定回路 84は、 上記のようにして算出される各整流回路 26い 262·'· 2
6Nの出力、 各帯域におけるピーク周波数、 及び、 それぞれのピーク周波数の共振 係数に基づいて算出する評価関数の値が、設定した閾値を超えた場合に警報出力を 発する演算回路である。
本実施形態においても、バンドパスフィルタ及び整流回路、 ピーク周波数演算回 路、共振係数演算回路の好適個数 Nは、現場において精度良く検出可能なチヤタリ ング振動モードの数や作業コストに応じて設定すればよレ、。以下では N= 2の場合 について説明する。
次に第 4実施形態の動作について説明する。
図 21は、圧延操業中にチヤタリングを検知した際の第 4実施形態の装置各部の 出力波形等を示したものである。 図 21で、 （a) は音響センサ 16出力の音響信 号 (A) の時間変動、 （b) 、 ( i) はそれぞれ第 1及び第 2のパンドパスフィルタ 22い 222の出カ0^1 ^ の時間変動でぁる。 （c) 、 ( j ) はそれぞれ第 1及 び第 2の整流回路 26,、 262の出力 (V^V^) の時間変動、 （ e ) 、 （ 1 ) はそれ ぞれ第 1及び第 2のピーク周波数演算回路 80い 802の出力 ( ， ） の時間変動、
(g)、 （n)はそれぞれ第 1及び第 2の共振係数演算回路 82い 8？ 出カ ， ) の時間変動、 （P) は判定回路 84が算出する評価関数の値 (¼)の時間変動である。
(d) 、 (f ) 、 (h) 、 （k) 、 (m) 、 (o) はそれぞれ第 1〜6の比較回路 の出力 (Vc^V^)の時間変動で、 説明の便のために表示した。 ) はチヤタリン グ警報出力 (V の時間変動、 （r) はこの圧延ラインの圧延速度 (V)の時間変動を 示す。
この実施例では、本発明による警報動作を行わないようにし、従来どおりに、ォ ペレ一タがチヤタリングを発見してライン減速により操業ァクションをとるよう にした。 （q) に示される警報出力発生は （r) に示される減速よりも数秒早めで ある。 つまり、本発明により、圧延工程中に発生したチャタリングを、 従来のオペ レータによる発見よりも数秒早めに検出していることが判る。
次に本発明の第 5実施形態について詳細に説明する。
図 2 2は、本発明による冷間圧延機のチヤタリング検知装置の第 5実施形態を示 す構成図である。 図 2 2において、 1 0は冷間圧延機群、 1 1は該冷間圧延機群 1 0の中のミル本体、 1 6は前記各実施形態と同様な音響センサである。 1 8は増幅 回路、 2 2はバンドバスフィルタ、 2 6は整流回路、 6 4は警報装置でそれぞれ前 記各実施形態と同様である。 9 0はサンプリング回路 (SPL)、 9 2は記憶回路 (MMR)、 9 4は相乗平均演算回路 (AVR)、 9 6は比較回路である。 整流回路にピークホール ド回路を用いることも可能である。
前記整流回路 2 6では、 積分の単位となる時間長さが 0,1秒以下であることが望 ましレ、。 なお整流回路にピークホールド回路を用いた場合も、最大値検出の単位と なる時間長さは 0.1秒以下であることが望ましい。
前記サンプリング回路 9 0は、 前記整流回路 2 6の出力を一定時間 （Δ Τ) の間 隔でサンプリングするものである。一般にはピークホールド回路等を用いる。 なお、 A/D変換器を使ってディジタル量に変換する方法を用いてもよい。 Δ Τは、一般 に小さいほど精密な計測が可能である。前記整流回路の演算時間長と同じにしてお くのが好適である。
前記記憶回路 9 2は、前記サンプリング回路 9 0の変換タイミングと同期して、 前記サンプリング回路 9 0の出力を新しい順に N個記憶しておくものである。この 記憶個数 Nは、誤検出抑制効果と応答遅れの兼ね合いで定めればよい。 N = 4程度 が好適であるが、 事前評価によつて最適値を定めるのがより望ましい。
前記相乗平均演算回路 9 4は、前記記憶回路 9 2の各段に保持されている値の相 乗平均を算出するものである。具体的には、前記記憶回路 9 2の各段に保持されて いる値
Vi ( i = 0， 1， …， N— 1 ) に対し、 相乗平均 く VN> を以下のように算 出する。 （ただし、 ここで i = 0を現在の値、 i = lを演算フレーム前の値、 とす る。 ）
N-l
く VN〉： ： (πν ( 1 o )
又、 前記比較回路 9 6は、該相乗演算回路 9 0の出力が、予め設定した基準値を 超える力否かを判定する。この基準値はチヤタリングの発生していない圧延工程に 関して予め測定を行って設定するのが望ましい。 なお、被圧延材の鋼種や板厚、圧 延中の速度毎に設定値を変えてもよい。
次に第 5実施形態の動作について説明する。
図 2 3は、圧延操業中にチヤタリングを検知した際の第 5実施形態の装置各部の 出力波形等を示したものである。 図 2 3で、 （a ) は音響センサ 1 6出力の音響信 号 (A) の時間変動、 （b ) はバンドパスフィルタ 2 2の出力 (VB) の時間変動、 （c ) は相乗平均演算回路 9 4の出力の相乗平均 (VAV) の時間変動、 （ d ) は比較回路 9 6の出力 (Vc)の時間変動、 （e ) は圧延速度 (V)の時間変動である。
この実施例では、本発明による警報動作を行わないようにし、従来どおりに、 ォ ペレータがチヤタリングを発見してライン減速により操業ァクションをとるよう にした。 （d ) に示される比較回路の出力発生は （e ) に示される減速よりも 2.7 秒早めである。 つまり、本発明により、圧延工程中に発生したチャタリングを、従 来のオペレータによる発見より 2 . 7秒早めに検出し、警報出力できることがわか る。
図 2 4は、従来装置では誤報の原因となるパルス性ノィズが発生した際の第 5実 施形態の装置各部の出力波形等を示したものである。図 2 4の各出力は図 2 3と同 様である。 又、 図 2 3、 図 2 4における比較回路 9 6の閾値は同一である。 図 2 4 の （c ) から明らかなように、相乗平均演算回路 9 4の出力が閾値より小さくなり、 誤報を回避している。 第 5実施形態装置のチヤタリング検出能力をピーク値のみで判断する従来装置 と比較した。両者を警報動作を行わず同時に運転し、オペレータの発見事例と照合 した。 チャタリング検出能力は、 チャタリング検出数、誤検出数、 オペレータ発見 との時間差を採用した。運転期間はチヤタリング検出数が 4 0個に至るまでとした。 従来装置で 1 6件の誤検出があつたのに対し、本実施形態では 3件と 1 Z 5に低減 できた。 また、検出装置が作動してからオペレータ発見までの時間差平均は、第 5 実施形態装置で 2.6秒、 従来法で 2.7秒であり、 差はほとんどなかった。 すなわち、 本実施形態により、チヤタリング検出の迅速性を失わずに誤検出を抑制するという 効果が実証された。
次に本発明の第 6実施形態について詳細に説明する。
図 2 5は、本発明による冷間圧延機のチャタリング検知装置の第 6実施形態を示 す構成図である。
図 2 5において、 1 6は音響センサ、 1 8は増幅回路、 6 4は警報装置で前記各 実施形態と同様である。 9 8はフーリエ変換回路 (FTC)、 1 0 0は 2乗平均演算回路 (SAV)である。 9 2は記憶回路、 9 4は相乗平均回路、 9 6は比較回路であり、 第 5実施形態と同様である。
前記フーリエ変換回路 9 8において、チャタリング検出の時間感度を高めるため には、周波数解析の波形長を許容範囲内で短くする必要がある。 ただし、波形長が 短すぎると周波数分析の周波数分解能が低下する。 したがって、本実施形態の場合、 好適には 0.2秒程度にするのが望ましい。
前記 2乗平均演算回路 1 0 0は、 前記フーリエ変換回路 9 8が算出する信号周波 数成分の中から、チヤタリング発生に特徴的な周波数成分の信号強度を算出するも のである。 ただし、発明者らの実測によると、チャタリング発生時の周波数ピーク が若干増減する場合が確認されている。 したがって、チャタリングの周波数 f に対 し厶= 1 0 %程度の許容範囲を設け、 その周波数範囲 [ ί—Δ/2， f + Δ/2] にお ける信号強度周波数成分から算出する。本実施形態では、設定した各周波数範囲に おける信号強度周波数成分の 2乗平均を演算するようにしている。ただし、 2乗平 均の代わりに最大値を演算してもよい。なお、 この 2乗平均演算回路 1 0 0の代り に前記第 3実施形態と同様の周波数成分算出装置を用いても良い。
次に第 6実施形態の動作について説明する。
図 2 6は、圧延操業中にチヤタリングを検知した際の第 6実施形態の装置各部の 出力波形等を示したものである。 図 2 6で、 （a ) は音響センサ 1 6出力の音響信 号 (A) の時間変動、 （b )は 2乗平均演算回路 1 0 0の出力 (VSA) の時間変動、 （c ) は相乗平均演算回路 9 4の出力 (VAV) の時間変動、 （d )は比較回路 9 6の出力 (Vc) の時間変動、 （e ) は操業時の圧延速度 (V)の時間変動である。 （d ) に示される 出力発生と （e ) に示される減速はほぼ同時である。 つまり、 本発明により、 圧延 工程中に発生したチヤタリングを、従来のオペレータによる発見とほぼ同時に検出 していることが判る。
以上説明したような実施形態において、警報装置 6 は、表示灯を点灯するか、 スピーカ等で警告音を発生して、オペレータにライン速度を減速する等の注意を喚 起するものでよい。 あるいは、シーケンサ等を用いて自動的に圧延速度を下げるも のであってもよい。
又、以上説明した実施形態において、バンドパスフィルタや各種演算回路、判定 回路等は、近年行われているディジタル化の手法に倣って、等時間間隔にサンプリ ングされたディジタル信号に対する演算に置き換えられる。あるいはこれらの回路 の代わりに、 マイクロプロセッサ上のソフトウエアで構成することもできる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、従来提案されていた音響センサや振動センサによるチヤタリン グ検出方法で生じていた誤検出を低減できる。 なお、 これらの誤検出は、圧延操業 以外に起因した騒音や、圧延機やスタンド間補助ロールを有する設備に印加される 衝撃性の振動といったノイズに起因するものである。 さらに、 これらの誤検出を低 減できたため、被圧延材の正常に圧延した部位を誤って切り捨てたり、通常圧延時 に誤つて減速する等の生産ロスも無くすことができた。
更に、冷間圧延作業中にチヤタリングを遅滞なく検出できるので、作業員が迅速 に対策を採ることにより、チャタリング不良部を低減できる。チャタリング振動に 起因する板破断を防止することも可能になる。 したがって、生産歩留り及び操業効 率の上で非常に大なる効果を有する。
又、従来の音響検出を用いた方法で問題となっていた誤検出を的確に抑制するよ うにした。 その結果、誤検出による操業ロスは減少し、作業員もセンサ警報を信頼 して利用するようになる。
又、従来提案されていた振動センサや板厚計を用いた方法に比較して、簡潔な装 置構成で実現できる。又、音響センサという非接触検出手段を用いたことにより、 センサをミル本体から離して設置でき、 センサの保守性も向上する。

Claims

請求の範囲
1. 圧延中の冷間圧 傍で測定した から導出される複数の 、。ラメータによる冷 間圧 のチヤタリング^ Ρ¾¾ο
2. 圧延中の冷間圧 傍の を測定するセンサ、
該センサの出力する音響信号から »の ^ ラメータを演算して出力する回路、 該音響パラメータからチヤタリング発生を し、 信号を発生する回路からなる冷 間圧 ^のチヤタリング^ Ρ装 o
3. 1.において、該 くラメ一タカ、チャタリング発生に糊励な周波数帯域の 娘、 周波数分布におけるチヤタリング発生に特徴的な周波数帯域中のピーク周波数およ ピーク周波数における 数であり、 該 ¾^ メータがそれぞれ予め設定した 範囲にある場合にチヤタリング発生を^する、 冷間圧 ¾のチヤタリング^ n
4. 2.において、 冷間圧應の近傍に識されたマイクロホン、
該マイクロホンの出力する電気信号を入力とし、 予め設定した周 » [帯域の成分のみを iSiiさせて出力するバンドバスフィルタ、
該バンドバスフィルタの出力の整流回路、
言趨流回路の出力が、 予め設定した値を超えた に出力信号を発生する第 1の！： 回 路、
該マイク口ホンの出力する電気信号の周^^分を演算して出力する周波数分析回路、 言鍋波数分析回路の出力信号のピーク周波数を演算して出力するピーク周波数∞回路、 該ピーク周波嫌算回路の出力が、 予め設定した周波^ SHにある に出力信号を発 生する第 2の]：嫩回路、
言¾1波数分析回路の出力信号のピーク周 «における 数を^^して出力する共振 係醒算回路、
該共^^^回路の出力が、 予め設定した範囲にある場合に出力信号を発生する第 3 の赚回路、
第 1、 第 2および第 3の比較回路の出力信号がいずれも発生された に、 チヤタリン グ発生の警報を発する警«置からなる冷間圧 «のチヤタリング^ P装
5. 1.において、該 ラメ一タが、チャタリングに固有な 周波籠ひ 1調波数を 2以 上の難で乗じた周波動ゝら藤される徹の周 »：帯域における 艘であり、該 メータ力 S予め設定した闞直を超えた ^にチヤタリングの発生を する、 冷 間圧 ¾ のチヤタリング
6. 2.において、 冷間圧垂の近傍に識されたマイクロホン、
該マイクロホンの出力する電気信号を入力とし、 予め設定した徵の周波数帯域の成分 のみを ¾i させて出力する、複数のバンドパスフィルタ、
該バンドバスフィルタの出力の整流回路、
言幾流回路の出力を入力として、 予め設定した演算式に基づいてチヤタリング発生信号 を出力する判 ¾ϋ路、
翻定回路の出力信号が入力されると を出力する装置からなる冷間圧垂のチヤタ リング 装氍
7. 1.において、該 パラメータ力 予め設定した纖の周赚 と帯 ( i = l， 2， 3, ·· ·) に対して、 それぞれ周波数範囲 [ f i- Ai/2, f ί+ Δί/2] における音 響 波誠分であり、 該 ^ラメータが予め設定した閾値を超えた齢にチヤタ リングの発生を^ Tfる、 冷間圧謹のチャタリング飾
8. 2.において、 冷間圧應の近傍に識されたマイクロホン、
該マイクロホンの出力する電気信号を入力とし、 該電気信号の周波誠分を算出して出 力する周波数分析回路、
調波数分析回路の出力を入力とし、 予め設定した複数の周波 ffl [ f - Δ,/2, f i+ Ai/2] ( i = l , 2， 3， ···） における入力信 娘の周波誠分のー赫間内の ^：値を出力する演算回路、 該演算回路の出力から、 予め設定した演算式に基づいてチヤタリング発生信号を出力す る判定回路、
言細定回路の出力信号が入力されると警報を出力する装置からなる冷間圧 のチヤタ リング飾装 ¾
9. 2.において、 冷間圧 の近傍に設置されたマイクロホン、
該マイクロホンの出力する電気信号を入力とし、該電気信号の周波誠分を算出して出 力する周波数分析回路、
Ml波数分析回路の出力を入力とし、 予め設定した複数の周波難囲 [ f - Δ;/2, f i+ Ai 2] ( i = l， 2， 3， ···） における入力信 "^娘の周波凝成分の一^^間内の 2乗平 直を出力する演算回路、
該演算回路の出力から、 予め設定した演算式に基づいてチヤタリング発生信号を出力す る判定回路、
自定回路の出力信号が入力されると を出力する装置からなる冷間圧 のチヤタ リング飾装氤
10丄において、該 、°ラメータが、チャタリング発生に な撤の周嫌帯域の音 弓娘、 周波翁成 布におけるチヤタリング発生に特 TOな »の周波数帯域のピ —ク周波 ょひ ピーク周波数の 数であり、 該^ パラメータが予め設定した 閾値を超えた 8こチヤタリングの発生を する、 冷間圧 のチヤタリング^方
11.2.において、 冷間圧惑の近傍に識されたマイクロホン、
該マイクロホンの出力する電気信号を入力とし、 予め設定した複数の周波数帯域の成分 のみを iB させて出力する、複数のバンドパスフィルタ、
該バンドパスフィルタの出力の整流回路、
該マイクロホンの出力する電気信号の周波獎成分を演算して出力する周波数分析回路、 ¾1波数、析回路の出力信号の、 の周波数帯域における複数のピーク周波数をそ れぞれ演算して出力するピーク周波数演算回路、
言調波数 析回路の出力信号の、
Figure imgf000030_0001
算して出力する共 «¾^算回路、
言雄流回路、 網波数演算回路およ 亥 数演算回路の出力から、 予め設定した演 算式に基づいてチヤタリング発生信号を出力する判定回路、
翻定回路の出力信号が入力されると警報を出力する装置からなる冷間圧画のチヤタ リンク 装齓 1.において、言亥^パラメータカ、 当該検出時刻^ ½ii去 Nフレーム （Νは予め定める β：、 フレームは適切な単位時間） のチャタリングに な周波数帯域内の音響嫉 であり、 該 パラメ—タの相乗平均が予め定めた閾値を超えた^ ^にチヤタリング癸 生を^ πする、 冷間圧 M のチャタリング^ n 2.において、冷間圧惑の近傍に識された、概^"の圧延中の音を検出して 信号 に舰する i^feンサ、
該 言号を適切な 畐の電気信号に増幅する増幅回路、
該増 ^言号を入力とし、 予め設定した周 »C帯域の成分のみを iSiiさせて出力するバン ドバスフィルタ、
該バンドパスフィルタの出力の整流回路、
言趨流回路の出力を、
Figure imgf000030_0002
ングし記憶する サンプリング回路およひ己憶回路、
Ml己憶回路に記憶した N個の値の相乗平均を算出する相乗平 演算回路、
該相乗平均演算回路の出力が、 予め設定した値を超えた^^に出力信号を発する ]：嫩回 路、
言 ¾t¾回路の出力信号カ 生された齢に、 チャタリング発生の警報を発する 置 からなる冷間圧 のチヤタリング '^P装 1.において、該^^ラメ一タカ
Figure imgf000030_0003
（Nは予め定める ^, フレーム〖¾ 切な単位時間） の、 予め設定したチャタリングの周波数 f と帯 « 厶に対して、 周波難囲 [ f - A/2, f + Δ/2] における 波誠分であ り、該^パラメータの 2乗平雌の相乗平均が予め定めた斷直を超えた^ 8 こチヤタ リング発生を^する、 冷間圧 のチャタリング^ P 2.において、冷間圧碰の近傍に離された、概舰の圧延中の音を検出して電気信号 に纖する ンサ、
該 言号を適切な癒の電気信号に増幅する増幅回路、
該増 Ψΐί言号 言号周 分を算出して出力するフーリェ変換回路、
謝言号周波誠分の中から、 予め設定した周波 [ ί—ΔΖ 2， f + Δ/2] にお ける該信 ^^波 分の 2乗平 直を算出する 2乗平均演算回路、
該 2乗平埒演算回路の出力を、 当該検出時刻 去 Νフレーム分記 I る記憶回路、 憶回路に記憶した N個の値の相乗平均を算出する相乗平^ Γ演算回路、
該相乗平均演算回路の算出した値が、 予め設定した値を超えた に出力信号を発する 雄回路、
言 ¾： 回路の出力信号カ 生された に、 チャタリング発生の觀を発する警體置 からなる冷間圧 のチヤタリング ^装 So
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