KR100237241B1 - 스트립의 형상검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트립의 형상검출장치에 관한 것으로서, 연속하여 주행하는 스트립의 하면에 위치하여 스트립의 형상을 측정함에 있어서, 상기 스트립의 주행방향과 직각으로 고정축을 배치하고, 상기 고정축에 슬리브형상의 복수의 측정링을 축방향으로 병렬설치하여 끼워 장착하며, 또한 상기 측정링이 상기 고정축에 고정부착된 원통형상의 로드셀과 상기 로드셀의 외주면에 회전 자유롭게 끼워진 아우터링을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

스트립의 형상검출장치

제1도는 본 발명의 형상검출장치의 실시예의 전체 사시도.

제2도는 본 발명의 형상검출장치의 측정링의 실시예의 정면단면도.

제3도는 본 발명의 형상검출장치의 측정링의 다른 실시예의 정면단면도.

제4도는 본 발명의 측정링의 셀부의 확대도.

제5도는 본 발명의 형상검출장치를 조합한 압연기의 실시예의 블록도.

제6도는 본 발명의 형상검출장치의 실시예의 측면단면도.

제7도는 종래예의 형상검출장치의 전체사시도.

제8도는 종래예의 형상검출장치의 분할롤의 정면단면도.

제9도는 종래예의 다른 형상검출장치의 분할롤의 정면단면도.

제10도는 종래예의 다른 형상검출장치의 측면단면도.

제11도는 종래예의 다른 형상검출장치의 분할롤의 정면단면도를 나타낸다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 형상측정장치 2 : 측정링

3 : 측정롤 4 : 아우터링

5 : 베어링 6 : 로드셀

7 : 고정되어 있지 않은 이너링 8 : 고정 이너링

9 : 셀부 10 : 중공부

11 : 고정축

본 발명은 연속하여 주행하는 스트립의 판폭방향의 장력 분포를 온라인으로 측정하는 것에 의해 스트립의 형상을 측정하는 형상검출장치에 관한 것이다. 특히 열간압연라인과 같이 고온의 분위기에서 사용하는 형상검출장치에 관한 것이다.

연속적으로 주행하는 스트립의 형상(판폭방향의 평탄도)을 온라인으로 측정하는 기술로는 스트립에 장력을 부가한 경우에 생기는 스트립 폭방향의 장력분포를 연속적으로 측정하고, 측정된 스트립 폭방향 장력분포로써 스트립 폭방향의 형상분포로 하는 것이 일반적으로 실시되고 있다.

이 스트립 폭방향의 장력분포를 측정하는 기술로는 주행중의 스트립의 폭방향에 고정축에 끼워져 장착된 복수개로 나란하게 된 분할롤에 하중검출기를 조합하는 기술이나, 외부에서 스트립에 강제진동을 주어 스트립 폭방향의 진동주파수나 변위분포를 측정하는 기술, 또는 격자면 간격이 내부응력에 의해 변화하는 것을 이용하여 X선 회절을 이용하여 격자면 간격을 측정하는 기술 등이 제안되어 있다.

고정축에 끼워져 장착된 분할 롤에 하중검출기를 조합하는 기술은 일본국 특개소 49-120665호 공보에 그 원리가 제안된 이래 여러 가지의 것이 실용화되어 왔다. 공통적인 사상은 장력의 수직방향분력을 검출하는 하중검출기구를 내장하는 분할롤을 스트립 폭방향으로 나란하게 하고, 이것을 일체화한 롤을 형상측정롤로서 스트립 폭방향의 장력분포를 측정하고 있는 것이다. 이 원리를 근거로 종래 제7도~제11도에 보는 바와 같이 여러 가지의 회전하는 분할롤이 제안되어 있다. 제7도는 종래의 형상검출장치(21)의 전체 사시도이다.

제8도는 분할롤(23)의 외주의 슬리브(24)와 일체화한 스틸 코어(26)에 90도마다 하중검출용 로드셀(25)이 4개 조합되어, 스틸 코어(26)의 회전에 따라 4개의 로드셀(25)이 순차적으로 스트립(S)의 하중을 검출하는 예이다. 이 경우 각 로드셀(25)로부터의 하중검출신호는 고정축(22)에 장착된 복수의 분할롤(23)의 양단부에 위치하는 분할롤(23)의 외측에 설치된 슬립링(27)을 통하여 외부로 출력된다. 하중검출신호로는 연속적이 아니라 스틸 코어(26)가 1/4 회전할 때마다 불연속적인 신호로서 취출된다.

제9도는 제8도와 동일한 구조의 분할롤(23)을 사용하고 있지만 스틸 코어 표면에 하중검출용 압전소자(28)가 조합되어 있는 예이다. 압전소자(28)로부터의 하중신호의 취출은 제8도와 동일하지만, 이 경우는 슬리브(24)가 1회전할때마다 1회의 신호를 취출하고 있다.

제10도는 공기 베어링 구조를 갖는 측정링을 사용한 형상검출장치(21)의 예이다. 베어링(29)의 둘레에는 슬리브(24)가 끼워져 장착되고, 공기주입구(32)로부터 도입된 압축공기를 베어링(29)의 내부에서 다수의 분출구(31)를 거쳐 슬리브(24)의 내벽으로 내뿜는 것에 의해 슬리브(24)와 베어링(29)이 일정간격으로 유지되는 구조로 되어 있다. 슬리브(24)의 표면에 인가된 스트립 장력에 의한 하중은 베어링(29)의 상하의 공기 베어링의 간극차이, 즉 공기압 차이로서 상하방향 180도로 대향한 공기압 검출구(30)에서 각각 공기압 검출도관(33)을 통과하여 상부공기 취출구(34), 하부 공기 취출구(35)를 거쳐 외부로 취출되며, 그 압력차로서 검출된다.

제11도는 일본국 특개평 4-262812호 공보에 제안되어 있는 분할롤(23)의 구조를 나타내는 것으로, 특히 열연 스트립을 대상으로 한 고온 스트립(S)의 형상측정을 목적으로 하고 있는 것이다. 이 장치는 슬리브(24)의 내면에 베어링(36)을 끼워 장착하고, 또한 그 내측의 안쪽 바퀴(37)를 통하여 로드셀(25)에 의해 스트립 장력에 의한 수직하중을 검출한다. 장치 전체의 열팽창에 의한 하중 변동은 로드셀(25)에 일정예하중을 인가하기 위한 압력조정장치(38)를 조정하는 것에 의해 상쇄된다.

스트립에 외부에서 강제진동을 주어 폭방향의 진동주파수나 변위분포를 측정하는 기술은 일본국 특개평 6-43051호 공보나 일본국 특개평 6-249725호 공보에서 제안되고 있다. 이 기술은 스트립에 고압의 압축공기를 내뿜는 것에 의해 진동을 발생시키고, 그 진동의 진폭 또는 주파수를 스트립 폭방향으로 설치한 복수의 거리측정장치를 사용하여 측정하는 것에 의해 폭방향의 장력분포를 산출하는 것이다.

이 종래의 장치를 이용하여, 특히 250°이상의 열간압연기에서 압연된 고온의 스트립의 형상을 측정하는 경우에 이하의 문제가 있었다.

우선 제8도, 제9도에 나타내는 기술에서는 로드셀(25)이나 압전소자(28) 등의 하중검출기가 스틸 코어(26)와 일체화하여 그 표면에 매립되어 있기 때문에 측정시에 그것이 고온의 스트립과 직접 접촉하면, 내열상 문제가 있었다. 통상 이것의 하중검출기의 내열온도 상한치는 200℃이지만, 실제의 사용상한치는 180℃가 한도이다. 또한 이 기술은 각 분할로로부터의 출력은 슬립링(27)을 통하여 취출할 필요가 있음과 동시에, 롤구동을 위한 모터도 필요하고, 보전상에도 문제가 있었다. 또한 이것은 하중검출기가 스틸 코어 외주에 불연속하게 설치되어 있기 때문에 그 검출출력도 불연속하게 되므로, 형상분포를 구하기 위한 신호처리가 복잡했다.

또한, 제10도에 나타내는 기술은 검출부가 공기 베어링으로서 고정축측에 고정되어 있기 때문에 연속된 출력이 얻어지고, 검출기로부터의 신호처리도 용이하다. 그러나 공기 베어링 구조이기 때문에 공기압의 미소한 변동이 측정결과에 크게 영향을 끼치고, 특히 고온의 스트립의 형상을 측정할 때에는 스트립으로부터의 방열에 의해 압축공기가 팽창하는 문제가 있었다. 또한 이 구조는 공기베어링을 채용하고 있기 때문에 측정링마다의 내하중이 수십kg 정도로 작아 고장력으로 압연하는 스트립의 형상측정에 사용하는 것은 무리이다.

제11도의 기술은 기본적인 사상은 제10도와 동일하지만, 공기 베어링 대신에 통상의 베어링을 사용하고 동시에 하중검출에 분할롤단위로 로드셀을 설치하고 있기 때문에 신호처리도 용이하고 로드셀의 냉각도 가능하므로 고온에 견디는 것도 가능하다. 그런데 스프링 등의 압력조정장치를 사용하여 항상 로드셀에 일정한 예하중을 주는 구조를 채용하고 있기 때문에 열팽창에 의한 변동을 항상 스프링 등의 압력을 조정하는 것에 의해 상쇄시킬 필요가 있어 분할롤의 구조가 복잡하게 되며, 또 측정치가 부정확한 것이 되었다.

스트립에 진동을 주고, 그 주파수 성분에서 스트립의 장력분포를 산출하는 기술은 스트립 폭방향의 온도분포 등의 영향에 의해 측정치가 부정확하게 될 우려가 있으므로 현재까지 실용화된 예는 없다.

본 발명은 고정축의 외주에 원형형상의 복수의 측정링을 폭방향으로 병렬설치하여 구성되어 있는 것으로, 이 측정링은 상기 종래 기술의 분할롤에 상당하지만, 그 구조는 전혀 다르다. 상기 고정축에 로드셀을 통하여 부착한 고정되어 있지 않은 이너링(inner ring)과, 이 고정되어 있지 않은 이너링의 외주에 회전 자유롭게 끼워진 아우터링(outer ring)을 구비한 것을 특징으로 하는 스트립의 형상검출장치이다.

또한 본 발명은 상기 로드셀의 중심부에 변형 게이지를 불활성 가스와 함께 봉입한 셀을 설치하고, 이 셀에는 외부냉각수단을 설치하여 냉각하므로써 고온스트립의 형상검출에 적합한 구조로 하고 있다.

본 발명의 형상검출장치는 복수의 측정링을 구비하고 있다. 이 측정링은 마치 볼베어링 전체를 로드셀구조로 하고, 볼베어링의 이너레이스(inner race)를 로드셀을 통하여 고정축에 부착한 것과 동일한 구성으로 되어 있다.

즉, 로드셀의 외주부를 구성하는 고정되어 있지 않은 이너링의 외주에 회전 자유로운 아우터링을 조합한 측정링을 스트립 폭방향으로 복수개 병렬설치하는 것에 의해 고정축과 일체화한 형상측정장치를 형성한다.

본 발명의 작용을 더 상술하면 이하와 같다.

이너링 전체를 로드셀 구조로 하고 있기 때문에, 종래의 형상측정장치와 같이 하중검출기가 직접 스트립과 접하는 일이 없으며, 열팽창에 의한 하중변동의 제거등도 불필요하고, 간단한 구조로 안정된 형상측정이 가능하다. 또한 이것에 의해 통상의 온도영역뿐만 아니라 250℃ 이상의 고온 스트립의 형상측정이 가능하다. 또한 로드셀의 중심부에 변형 게이지를 N₂등의 불활성 가스를 사용하여 셀부 내에 봉입하여 배치하고, 또 셀부 외부를 냉각공기 등을 사용하여 냉각하는 것에 의해 열간압연의 고온 스트립의 형상측정도 가능하다.

또한 검출장치로부터의 출력은 연속적이고, 신호처리회로도 종래의 장치와 같이 복잡하게 되는 일은 없다. 또한 검출출력은 공간적으로 고정된 이너링에서 취출할 수 있기 때문에, 종래와 같은 슬립링은 불필요하고, 보전성도 좋다. 또한 각 측정링마다 볼을 끼워 장착한 회전 자유로운 아우터링을 외륜으로 사용하고 있기 때문에 종래와 같은 구동모터도 불필요하고, 싼 가격으로 간략한 구조의 형상측정장치를 구성할 수 있다.

실시예의 형상검출장치(1)의 구성을 제1도, 측정링(2)의 구성을 제2도, 다른 측정링(2)의 구성을 제3도 및 제4도에 제3도의 셀부의 확대도를 나타낸다.

제2도는 측정링(2)을 정면에서 본 단면구조도이다. 측정링(2)은 고정축(11)에 고정부착된 원통형상의 로드셀(6)과, 그 외주면에 베어링(5)을 배치하고, 또 그 외주에 회전 자유로운 외륜으로서 아우터링(4)을 조합한 구조로 되어 있다. 로드셀(6)은 외주부를 형성하는 고정되어 있지 않은 이너링(7)과, 고정축(11)에 키(12)로 고정부착시키는 내주부를 형성하는 고정 이너링(8)으로 이루어지며, 또 고정되어 있지 않은 이너링(7)과 고정 이너링(8)을 연결하는 하중측정수단을 내장한 셀부(9)와, 중공부(10)로 구성되어 있다. 셀부(9)는 고정되어 있지 않은 이너링(7)과 고정 이너링(8)의 중간에 고정축(11)을 끼워 대칭위치에 삽입되며, 고정 이너링(8)의 단면에서 코오킹(caulking) 또는 키로 고정되어 있다. 또한 셀부(9)에는 게이지 삽입구멍(13)이 열려 있고, 게이지 삽입구멍(13)에는 N₂등의 불활성 가스와 함께 변형 게이지가 봉입되어 있다. 중공부(10)에는 고정축(11)과 평행하게 공기 주입관(15) 및 오일 미스트 주입관(16)이 배치되고, 셀부(9)의 외부에 냉각공기를 보내고, 베어링(5)에 오일 미스트를 보내고 있다.

제3도는 측정링(2)의 다른 실시예의 정면에서 본 단면구조도이고, 제4도는 제3도의 부분 확대도이다.

제3도의 측정링(2)의 구성은 기본적으로 제2도에 나타내는 측정링(2)과 동일하지만, 셀부(9)의 구조가 다르다. 즉 제3도의 독립된 셀부(9) 대신 고정되어 있지 않은 이너링(7)과 고정 이너링(8)과 셀부(9)를 일체화한 구조로 되어 있으며, 다른 것은 중공부(10)로 구성되어 있다. 셀부(9)에는 게이지 삽입구멍(13)이 열려 있고, 게이지 삽입구멍(13)에 변형 게이지(14)를 붙인 후, 불활성 가스를 넣어 덮개를 하고 봉입한다. 덮개는 용접으로 고정되어 있다. 중공부(10)에는 고정축(11)과 평행하게 공기 주입관(15) 및 오일 미스트 주입관(16)이 배치되고, 셀부(9)의 외부에 냉각공기를 보내고, 베어링(5)에 오일 미스트를 보내고 있다.

본 발명의 형상검출장치는 이와 같은 구조로 되어 있기 때문에 고온, 고습도의 악환경에 강하고, 특히 열간압연과 같은 고온의 스트립의 형상측정에 최적이다.

제1도는 본 발명에 의한 측정링(2)을 조립하고, 일체로 형성한 형상검출기(1)의 전체 구성을 나타내는 것이다. 인접하는 측정링(2)의 접속방법은 직선의 고정축(11)의 둘레에 제2도에 나타내는 측정링(2)을 차례로 장착하여 키(12)로 고정하고, 전체적으로 일체화한 형상측정롤(3)을 구성한다. 각 측정링(2)으로부터의 하중검출출력은 측정링(2)의 내부의 중공부(10)를 통하여 외부로 취출되며, 또한 그것을 신호처리하는 것에 의해 스트립 폭방향의 장력분포를 구한다.

제5도는 와인더(winder)(42, 45)에 감겨진 스트립(S)을 압연하는 센드지마이어 밀(sendzimir mill)(41)에 실시예의 형상검출장치(1)를 이용한 예이다. 외부 직경 352mm, 폭 140mm의 측정링(2)을 고정축(11)에 10개씩 폭방향으로 장착한 측정롤(3)을 구비한 형상검출장치(1)를 밀의 압출측에 각각 설치했다. 이 예의 경우는 코일 감기용 디플렉트 롤(43, 44)과는 별도로 형상검출장치(1)를 설치하고 있지만, 물론 디플렉트 롤(43, 44)과 겸용하는 것도 가능하다. 또한 본 발명의 형상측정장치를 사용하면 측정링의 외부직경이나 폭은 종래의 장치의 분할롤에 비해서 대폭적으로 자유도가 높으며, 외부직경 100mm 정도의 소직경 측정링의 제작가능하고, 폭 200mm의 측정링도 제작가능하다. 따라서 스트립 폭방향의 장력분포측 정밀도도 25~200mm 범위에서 임의로 변경가능하다.

제6도는 제5도의 실시예에 있어서의 형상검출장치의 측면단면도로, 제1도에 나타내는 본 발명의 형상검출장치(10)를 밀(41)의 전후에 가대(19)상에 설치된 상태를 나타내고 있다.

형상검출장치(1)의 측정롤(3)의 단부에서 고정축(11)과 평행하게 측정링(2)내에 형성된 중공부(10)에 공기 주입관(15) 및 오일 미스트 주입관(16)을 관통시키고 있다. 공기 주입관(15)의 주위에 공기토출구멍을 다수 설치하고, 이것으로 중공부(10)내에 냉각용 고압공기를 공급한다. 또한 측정링(2)의 아우터링(4)과 고정되어 있지 않은 이너링(7)의 폭이 다르기 때문에 생기는 공간(18)에 오일 미스트 주입관(16)에 연결된 스프레이 노즐(17)에서 베어링(5)에 윤활용 오일 미스트를 불어 넣는다. 이것에 의해 변형 게이지와 고정되어 있지 않은 이너링(7)을 냉각하며, 또한 베어링(5)을 윤활한다. 또한, 이 형상검출장치(1)는 각 측정링(2)에 대해서 볼을 통하여 회전이 자유로운 아우터링(4)을 외륜으로서 배치하고 있기 때문에 종래와 같은 구동모터도 불필요하다.

각 측정링으로부터의 하중검출출력은 형상검출장치(1)의 단부로부터 외부로 취출되고, 그것은 신호처리장치(51)에 입력된다. 이 출력을 연산하는 것에 의해 스트립 폭방향의 장력분포를 구하고, 표시장치(53)에 표시한다. 형상제어하는 경우는 신호처리장치(51)의 출력을 압하제어장치(52)에 송신하고, 밀의 조작출력을 연산하여 센드지마이어 밀(41)로 스트립 폭방향의 압하조정을 실시한다.

본 발명은 이하의 효과를 갖는다.

(1) 고온에서의 형상검출이 가능하다. 전체를 로드셀 구조로 하고 있기 때문에 종래의 형상검출장치와 같이 하중검출기가 직접 스트립과 접하는 일이 없다. 또한 로드셀의 변형 게이지를 N₂등의 불활성 가스를 사용하여 셀내부에 봉입하여 베어링 내륜의 중심부에 배치하고, 또한 셀외부를 냉각가스 등을 사용하여 냉각하는 것에 의해 250℃ 이상의 고온의 스트립, 즉 열간압연의 스트립의 형상검출도 가능하다.

(2) 간단한 구조이다. 이너링 전체가 로드셀 구조이기 때문에 열팽창에 의한 하중변동의 제거 등도 불필요하고, 간단한 구조로서 안정된 형상검출이 가능하다. 또한 측정링의 직경이나 폭을 종래보다 대폭 변경할 수도 있기 때문에 종래 설치불가능했던 좁은 공간에도 형상검출장치의 설치가 가능하게 되며, 또한 조합시킨 측정링의 수도 변경가능하기 때문에 필요에 따른 분해능을 갖는 형상검출장치를 제작할 수 있다.

(3) 싼 가격이다. 검출장치로부터의 출력은 연속적으로, 신호처리회로도 종래의 장치와 같이 복잡하게 되는 일은 없다. 또한 검출장치의 출력은 공간적으로 고정된 이너링으로부터 취출 가능하기 때문에 종래와 같은 슬립링은 불필요하고, 보전성도 좋다. 또한 각 측정링마다 볼을 구비한 아우터링을 외륜으로 하여 배치하고 있기 때문에 종래와 같은 구동모터도 불필요하다. 이것에 의해 종래보다 대폭 싼 가격으로 고장이 적은 형상검출장치를 구성할 수 있다.

Claims (4)

1. 스트립의 형상검출장치에 있어서, 외주부를 형성하는 고정되어 있지 않은 이너링, 내주부를 형성하는 고정 이너링 및 상기 고정되어 있지 않은 이너링과 상기 고정 이너링을 연결하며 하중측정수단을 내장한 하우징을 포함하는 셀부로 구성되며, 고정축에 고정된 로드셀, 상기 로드셀의 외주면에 회전 자유롭게 끼워진 원통형 슬리브, 및 상기 로드셀과 원통형 슬리브 사이에 배치된 베어링을 구비한 것을 특징으로 하는 스트립의 형상검출장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 하중측정수단은 변형게이지이며, 상기 하우징은 불활성가스가 공급되어 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 스트립의 형상검출장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 외주면과 내주면에는 중공부가 형성되어, 냉각수단이 상기 중공부에 배치되는 것을 특징으로 하는 스트립의 형상검출장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 스트립의 주행방향과 직각방향으로 고정축을 배치하고, 상기 고정축에 복수의 측정링을 축방향으로 병렬설치하는 것을 특징으로 하는 스트립의 형상검출장치.