KR100314240B1 - 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템 - Google Patents

이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중권 강관을 제조할 때에 강관의 품질을 균일하게 유지하기 위한 제어 시스템에 관한 것으로, 베벨 성형을 기준에 맞게 균일하게 유지하기 때문에 베벨의 과불급에 따른 아웃-심 또는 단차 결함을 방지할 수 있고, 균일한 성형 조건 유지를 통하여 내면 결함인 스포티 결함의 발생 빈도를 줄여서, 생산성 및 불량률 감소에 의한 제조 원가를 낮출 수 있으며, 스위머 상의 Cu-픽업을 조기에 발견함으로써 결함 빈도의 감소 및 작업성 개선으로 수율 및 품질을 향상시켜 주는 발명에 관한 것이다.

Description

이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템{A Auto Certrol System on A Manufactued Process of Double Tube}
본 발명은 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중권 강관을 제조할 때에 강관의 품질을 균일하게 유지하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 이중권 강관은 그 외경이 4mm에서 10mm 범위이며, 대강이 두 번 감겨진 형상의 강관으로써, 자동차의 유압 및 연료 시스템, 냉장고 및 에어컨의 냉매 이송용 및 방열 튜브로써 이용된다.
이들 튜브는 그의 사용 용도가 안전성이 매우 중요하게 여겨지는 부분에 사용되기 때문에 제조된 튜브 내의 재질 및 브레이징 결함 빈도가 낮아야 한다.
이러한 특성을 갖는 이중권 강관은 도 1에 나타낸 바와 같이, 구리(Cu)가 3(㎛) 정도로 코팅된 대강을 베벨 롤링 스탠드(bevel rolling stand)를 통하여 대강 에지에 베벨을 성형하고, 스위머(swimmer)라 불리는 만드렐 주위로 두 번 휘감아 연속적으로 성형한 후, 구리의 용융점 이상의 온도로 유지되는 브레이징로를 통과시켜 제조되며, 이 공정은 1900년대 초에 개발된 제조 공정이다.
이 튜브는 제조 공정의 특성 상 도 2에 나타낸 바와 같이, 도 2의 a와 같은 상태의 정상 상태와 달리 도 2의 b에 나타낸 아웃-심(out-seam, b) 또는 도 2의 c에 나타낸 언더랩(under wrap, c 또는 단차가 발생하는 외면 결함과, 그리고, 도 2의 b의 검은 점으로 나타낸 스포티(spotty)라는 브레이징된 강대 사이에 발생하는 내면 결함들이 주로 발생한다.
이러한 제조 공정상의 결함을 해소하기 위한 기존의 방법으로는 이중권 강관 제조 공정을 작업자가 육안으로 관찰하여서 결함의 원인을 파악하여, 결함의 원인을 해소해 주는 방법으로 이중권 강관을 제조하였다.
따라서, 종래에는 숙련된 작업자가 항상 제조 상황을 관찰하여야 하고, 그에 따른 생산 설비를 조작해 주어야 하는 불편함이 있었고, 그에 따라서 생산되는 이중권 강관의 품질이 균일하게 유지되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 이중권 강관 제조에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이중권 강관의 이중권 강관 제조 공정에서 결함의 발생 빈도를 감소시킴으로써, 제품의 신뢰성을 높이고 생산성을 향상시켜 주는 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 이중권 강관 제조 설비를 제어하여 제품의 신뢰성 및 생산성을 향상시켜 주는 이중권 강관 제조 설비 제어 시스템에 있어서, 언코일러로부터 공급되는 대강의 에지에 압력을 가하여 베벨을 성형하는 것으로, 가해지는 압력을 제어하여 성형되는 베벨의 형태를 제어할 수 있는 베벨롤과; 상기 베벨롤의 후단에 설치되어 베벨 상태를 감시하는 카메라와; 베벨롤의 후단에 설치되어 공급되는 강대의 길이를 측정하는 제 1길이 측정부와; 강대를 이중권 강관으로 성형시켜 주는 것으로, 상기 베벨롤의 후단에 설치되어 진입하는 강대를 이중권 강관 형태로 성형해 주는 성형롤과; 상기 성형롤에 의하여 이중권 강관으로 성형된 강관을 일정한 직경과 두께를 유지하도록 적당한 힘으로 가압하는 가압롤과; 이중권 강관으로 성형되어 배출되는 강관 내의 상기 가압롤 설치 위치에 설치되어 가압롤에 의하여 가해지는 응력에 대응하는 스위머와; 상기 스위머가 강관 내의 가압롤이 설치된 위치에 놓이면서 그 위치를 변경시킬 수 있도록 상기 성형롤의 전단에서 가압롤 측으로 삽입되어 스위머가 장착된 스위머 로드와; 상기 스위머 로드의 위치를 변경시켜 주는 스위머 로드 위치 제어기와; 상기 가압롤의 후단에 설치되어 이중권 강관으로 성형되어 배출되는 강관의 길이를 측정하는 제 2길이 측정부와; 상기 가압롤에 장착되어 가해지는 가압력을 측정하는 가압력 감지기와; 상기 베벨롤에 연결되어 베벨롤의 위치를 조절해 주는 베벨롤 위치 제어기와;상기 가압롤에 연결되어 가압롤의 가압력을 조절해 주는 가압롤 제어기와; 상기 카메라를 통해 강대 에지에 형성되는 베벨의 형태를 감시하여 기준과 비교하여 과불급 상태를 확인하여 상기 베벨롤 위치 제어기를 통해 베벨롤의 위치를 제어하고, 상기 제 1 및 제 2길이 측정부를 이용하여 공급된 강대에 대한 강관의 신률을 측정하고, 상기 가압롤에 의하여 가해지는 가압력을 가압력 감지기를 통해 감지하여 최적의 가압력을 산출하여 상기 가압롤 제어기를 통해 가압력을 제어해 주는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템을 제공한다.
도 1은 일반적인 이중권 강관을 생산하기 위한 설비의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 이중권 강관을 제조할 때에 발생하는 결함을 설명하기 위한 예시도.
도 3은 스위머 응력/신률과 튜브 신률의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도.
본 발명에 따른 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템의 구성 및 작용을 본 발명의 일 실시예를 통하여 상세하게 설명한다.
첨부한 도면, 도 3은 스위머 응력/신률과 튜브 신률의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프, 도 4는 본 발명에 따른 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명에 따른 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템의 구성은 도 4에 나타낸 바와 같이, 언코일러로부터 공급되는 대강(10)의 에지에 압력을 가하여 베벨을 성형하는 것으로, 가해지는 압력을 제어하여 성형되는 베벨의 형태를 제어할 수 있는 베벨롤(14)과; 상기 베벨롤(14)의 후단에 설치되어 베벨 상태를 감시하는 카메라(28)와; 베벨롤(14)의 후단에 설치되어 공급되는 강대(10)의 길이를 측정하는 제 1길이 측정부(24)와; 강대(10)를 이중권 강관(12)으로 성형시켜 주는 것으로, 상기 베벨롤(14)의 후단에 설치되어 진입하는 강대(10)를 이중권 강관(12) 형태로 성형해 주는 성형롤(16)과; 상기 성형롤(16)에 의하여 이중권 강관으로 성형된 강관(12)을 일정한 직경과 두께를 유지하도록 적당한 힘으로 가압하는 가압롤(18)과; 이중권 강관으로 성형되어 배출되는 강관(12) 내의 상기 가압롤(18) 설치 위치에 설치되어 가압롤(18)에 의하여 가해지는 응력에 대응하는 스위머(20)와; 상기 스위머(20)가 강관(12) 내의 가압롤(18)이 설치된 위치에 놓이면서 그 위치를 변경시킬 수 있도록 상기 성형롤(16)의 전단에서 가압롤(18) 측으로 삽입되어 스위머(20)가 장착된 스위머 로드(22)와; 상기 스위머 로드(22)의 위치를 변경시켜 주는 스위머 로드 위치 제어기(32)와; 상기 가압롤(18)의 후단에 설치되어 이중권 강관으로 성형되어 배출되는 강관(12)의 길이를 측정하는 제 2길이 측정부(26)와; 상기 가압롤(18)에 장착되어 가해지는 가압력을 측정하는 가압력 감지기(36)와; 상기 베벨롤(14)에 연결되어 베벨롤(14)의 위치를 조절해 주는 베벨롤 위치 제어기(30)와; 상기 가압롤(18)에 연결되어 가압롤(18)의 가압력을 조절해 주는 가압롤 제어기(34)와; 상기 카메라(28)를 통해 강대 에지에 형성되는 베벨의 형태를 감시하여 기준과 비교하여 과불급 상태를 확인하여 상기 베벨롤 위치 제어기(30)를 통해 베벨롤(14)의 위치를 제어하고, 상기 제 1 및 제 2길이 측정부(24, 26)를 이용하여 공급된 강대(10)에 대한 강관(12)의 신률을 측정하고, 상기 가압롤(18)에 의하여 가해지는 가압력을 가압력 감지기(36)를 통해 감지하여 최적의 가압력을 산출하여 상기 가압롤 제어기(34)를 통해 가압력을 제어해 주는 제어부(40)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템은 다음과 같이 작용한다.
언코일러에 감겨진 강대가 베벨로(14)에 공급되면, 베벨롤(14)은 강대의 에지에 베벨을 형성한다.
강대에 형성된 베벨은 카메라(28)에 의하여 감시되어 베벨 형태가 기준에 비하여 과불급 상태이면 제어부(40)는 베벨롤(14)의 위치를 변경시켜 과불급 상태를 해소시킨다.
이렇게 에지 부분에 베벨이 형성된 강대는 성형롤(16)에 의하여 이중권 형태의 강관(12)으로 성형되어 배출된다. 이 때에 베벨롤(14)에서 배출되어 성형롤(16) 쪽으로 진행하는 강대(10)는 제 1길이 측정부(24)에 의하여 그 길이가 측정된다.
성형롤(16)에 의하여 이중권 형태로 성형된 강관은 가압롤(18)과 그 내부에 설치되어 있는 스위머(20)를 통과하면서 내외관이 서로 밀착되면서 일정한 직경과 두께를 유지하도록 가압되어 늘어난다.
가압롤(18)을 통과한 강관(12)은 제 2길이 측정부(26)에 의하여 그 길이가 측정되면서, 브레이징로에 진입되어 강대의 표면에 코팅되어 있었던 구리가 용융되어 내외면이 완전 밀착된다.
한편, 제어부(40)는 상기 제 1 및 제 2길이 측정부(24, 26)를 통하여 강대와 강관의 길이를 서로 비교하여 신률을 산출하고, 가압롤(18)에 의하여 가해지는 가압력이 스위머(30)에 작용하여 발생하는 응력을 측정하여 그 관계를 이용하여 강관의 작업 조건을 판단한다.
이에 대한 설명을 보다 자세하게 설명하면 아래와 같다.
이중권 강관을 제조할 때의 성형 작업 조건은 스위머에 작용하는 응력과 강관의 신률로써 결정된다.
여기서, 강관의 신률이란 대강의 원래 길이 대한 강관의 길이 비율을 말하며, 본 발명에서는 스위머에 작용하는 응력 및 신률을 온라인 상태로 모니터링하고, 여기서 얻어진 정보를 이용하여 이중권 강관의 성형 상태를 제어하는 것이다.
이중권 강관의 성형 상태는 강관의 신률을 독립 변수로 하고 스위머에 작용하는 응력을 강관 신률로 나눈 값을 종속 변수로 하여 나타낼 때, 적정 성형 조건의 범위가 얻어진다.
도 3은 이러한 데이터를 모식적으로 나타낸 것으로, 도 3에서 데이터의 상부를 이루는 곡선이 적정 작업 조건의 범위를 나타내는 것이다. 도 3에서 데이터의 상부를 이루는 곡선이 적정 작업 조건으로 벗어난다. 그의 벗어나는 크기가 증가함에 따라서 적정 작업 조건으로부터 벗어나는 정도도 증가하는 것이다.
이중권 강관의 성형이 적정 범위로부터 벗어나면 이를 적정 작업 조건으로 복귀할 수 있는 제어 시스템이 필요하다. 기존의 경우에는 작업자의 육안 판단에 의하여 성형 조건이 조절되어 있다.
이에 비하여 본 발명에서는 적정 성형 조건 여부를 온라인 측정 데이터에 의하여 판단하고, 이를 이용하여 적정 조건으로 복귀하는 제어를 수행한다. 그리고, 작업자에게 경보를 발생하여 적절한 대응을 신속하게 할 수 있도록 한다.
이중권 강관의 성형 조건이 스위머의 위치 변경에 의하여 제어될 수 있는 벗어나면, 스위머의 크기를 변경시키는 것이 필요하다.
이 경우, 기존에는 작업자의 육안 판단에 의하여 스위머를 교체하였으나, 본 발명에서는 적정 스위머의 크기를 스위머에 작용하는 응력 또는 신률 대비 스위머 응력/신률의 커브로부터 판단하여 이를 작업자에게 통보함으로써, 과학적인 스위머 교체 방법을 제공한다.
그리고, 가압롤로부터 스위머에 작용하는 하중을 측정하여 스위머의 표면에 발생하는 Cu-픽업(Cu-pickup)을 감지하는 방법을 제공한다.
여기서, Cu-픽업이란 강관의 표면에 코팅된 동이 성형 과정에서 들뜨는 불량 현상을 말한다.
이는 스위머의 표면에 Cu-픽업이 발생하면 강관의 성형이 불균일하게 발생하는데, 이는 강관 내의 브레이징 결함의 발생 원인이 된다.
기존에는 성형된 강관이 휘어질 때까지 Cu-픽업의 존재 여부를 파악할 수 없는데 비하여, 본 발명에서는 스위머에 작용하는 응력의 변화를 측정하여 Cu-픽업의 발생 여부를 판단할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템은 베벨 성형을 기준에 맞게 균일하게 유지하기 때문에 베벨의 과불급에 따른 아웃-심 또는 단차 결함을 방지할 수 있고, 균일한 성형 조건 유지를 통하여 내면 결함인 스포티 결함의 발생 빈도를 줄여서, 생산성 및 불량률 감소에 의한 제조 원가를 낮출 수 있으며, 스위머 상의 Cu-픽업을 조기에 발견함으로써 결함 빈도의 감소 및 작업성 개선으로 수율 및 품질을 향상시켜 주는 효과를 제공한다.

Claims (5)

  1. 이중권 강관 제조 설비를 제어하여 제품의 신뢰성 및 생산성을 향상시켜 주는 이중권 강관 제조 설비 제어 시스템에 있어서,
    언코일러로부터 공급되는 대강(10)의 에지에 압력을 가하여 베벨을 성형하는 것으로, 가해지는 압력을 제어하여 성형되는 베벨의 형태를 제어할 수 있는 베벨롤(14)과; 상기 베벨롤(14)의 후단에 설치되어 베벨 상태를 감시하는 카메라(28)와; 베벨롤(14)의 후단에 설치되어 공급되는 강대(10)의 길이를 측정하는 제 1길이 측정부(24)와; 강대(10)를 이중권 강관(12)으로 성형시켜 주는 것으로, 상기 베벨롤(14)의 후단에 설치되어 진입하는 강대(10)를 이중권 강관(12) 형태로 성형해 주는 성형롤(16)과; 상기 성형롤(16)에 의하여 이중권 강관으로 성형된 강관(12)을 일정한 직경과 두께를 유지하도록 적당한 힘으로 가압하는 가압롤(18)과; 이중권 강관으로 성형되어 배출되는 강관(12) 내의 상기 가압롤(18) 설치 위치에 설치되어 가압롤(18)에 의하여 가해지는 응력에 대응하는 스위머(20)와; 상기 스위머(20)가 강관(12) 내의 가압롤(18)이 설치된 위치에 놓이면서 그 위치를 변경시킬 수 있도록 상기 성형롤(16)의 전단에서 가압롤(18) 측으로 삽입되어 스위머(20)가 장착된 스위머 로드(22)와; 상기 스위머 로드(22)의 위치를 변경시켜 주는 스위머 로드 위치 제어기(32)와; 상기 가압롤(18)의 후단에 설치되어 이중권 강관으로 성형되어 배출되는 강관(12)의 길이를 측정하는 제 2길이 측정부(26)와; 상기 가압롤(18)에 장착되어 가해지는 가압력을 측정하는 가압력 감지기(36)와; 상기 베벨롤(14)에 연결되어 베벨롤(14)의 위치를 조절해 주는 베벨롤 위치 제어기(30)와; 상기 가압롤(18)에 연결되어 가압롤(18)의 가압력을 조절해 주는 가압롤 제어기(34)와; 상기 카메라(28)를 통해 강대 에지에 형성되는 베벨의 형태를 감시하여 기준과 비교하여 과불급 상태를 확인하여 상기 베벨롤 위치 제어기(30)를 통해 베벨롤(14)의 위치를 제어하고, 상기 제 1 및 제 2길이 측정부(24, 26)를 이용하여 공급된 강대(10)에 대한 강관(12)의 신률을 측정하고, 상기 가압롤(18)에 의하여 가해지는 가압력을 가압력 감지기(36)를 통해 감지하여 최적의 가압력을 산출하여 상기 가압롤 제어기(34)를 통해 가압력을 제어해 주는 제어부(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기한 제어부(40)는 스위머(20)에 작용하는 응력을 가압력 감지기(36)를 이용하여 측정하고, 제 1 및 제 2길이 측정부(24, 26)를 통해 측정한 강관(12)의 신률을 독립 변수로 하고, 스위머(20)에 작용하는 응력을 튜브 신률로 나눈 값을 종속 변수로 하여 나타내는 커브를 이용하여 이중권 강관의 적정 성형 조건 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(40)는 강관의 성형이 적정 범위로부터 벗어나면 스위머(20)의 위치를 상기 스위머 위치 제어기(32)를 통해 제어하는 것을 특징으로 하는 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 스위머(20)는 그 크기를 강관의 신율 대비 스위머의 응력/신률의 커브로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 스위머(20)에 작용하는 하중을 단위 시간당 변화를 측정하여 스위머의 표면에 발생하는 Cu-픽업을 감지하는 것을 특징으로 하는 이중권 강관 제조 공정 온라인 모니터링 및 자동 제어 시스템.
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