KR100340968B1 - 신선기의 사상다이 마모 감지 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어를 인발하는 신선기에서 신선선의 최종 품질에 영향을 미치는 사상다이의 마모를 감지해 내는 기술에 관한 것이다.

본 발명은 사상다이가 마모됨에 따라 기준 권취길이에 대한 권취 부피가 증가한다는 사실에 착안하여 권취부피 변화를 권취 높이 측정으로 판단해서 그 측정된 높이가 마이크로 프로세서에서 계산된 기준 높이를 초과하는 것으로 판명되는 때에 사상다이의 마모가 신선선의 품질을 저하시킬 정도로 발생된 것으로 판별하여 기계의 정지가 이루어지도록 한 신선기의 사상다이 마모 감지방법과, 이같은 방법의 수행에 접합한 장치로서의 보빈의 폭을 측정하는 일렉트릭 마이크로미터와, 와이어 경과 공극율 및 보빈 폭을 이용하여 기준 길이에 대한 권취 부피 및 권취 높이를 계산해 내는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서에서 계산된 기준 높이에 따라 설치 높이의 이동이 이루어진 상태에서 보빈에 감겨지는 와이어의 높이를 검출해 내는 높이 감지센서 및 높이 감지센서에서의 감지신호 입력에 따라 기계를 정지시킴과 아울러 작업자에게 다이 교체를 알려주는 구동제어부로 이루어진 신선기의 사상다이 마모 감지장치에 기술정 특징이 있다.

본 발명은 사상다이의 마모에 따라 권취기의 보빈에 감겨지는 와이어의 부피가 증가됨에 착안하여 그 부피의 증가를 측정해서 다이의 마모 정도 및 교체 시기를 파악해 냄으로써 다이 마모에 따른 신선선의 품질불량 발생을 미연에 방지하여 품질향상을 도모할 수 있고, 매 보빈 마다 작업자가 선경을 체크할 필요없이 자동으로 다이 교체시기를 작업자에게 알려줌으로써 작업성의 향상 내지는 성력화를 통한 제조비용의 절감을 꾀할 수 있는 이점이 있다

Description

신선기의 사상다이 마모 감지 방법 및 장치{Method and apparatus for detecting the wearing of a finishing die for drawing machine}

본 발명은 와이어를 인발하는 신선기의 사상다이 마모 감지 기술에 관한 것으로, 보다 자세하게는 신선기의 사상다이를 지나 권취 보빈에 감겨지는 와이어의 권취 높이를 마이크로 프로세서에 미리 저장된 기준 높이와 비교하여 그 높이 차이가 일정한 관리범위를 넘어서게 되면 사상다이의 교체가 필요한 정도로 마모가 발생된 것으로 판별하여 신선기의 가동이 중단되도록 함으로써 와이어의 품질이 저하되는 것이 미연에 방지되도록 한 신선기의 사상 다이 마모 감지 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 모재 와이어 로드를 소정의 축소된 직경으로 연신시키는 데 사용되는 장치로서의 신선기는 모재 와이어 로드 공급대로부터 최종 신선선이 감겨지는 권취기로 이어진 와이어 이동경로상에 다수개의 신선 다이가 설치되어 와이어의 이동간에 연속적인 신선이 이루어지도록 구성되어 있다.

이때, 상기 신선 다이의 배열은 권취기측으로 가까워질 수록 그 직경이 점차적으로 줄어들도록 구성되어 와이어 로드 직경의 단계적인 감소에 수반하는 와이어 길이의 증대가 이루어지도록 하고 있다.

이때, 상기와 같은 구조의 신선기에서 마지막에 설치(습식신선기의 경우에는 습식신선기와 인출 캡스턴 사이에 설치)되는 사상(仕上)다이는 와이어의 최종적인 마무리 신선이 이루어지게 되는 최종 다이로서 최종 신선선의 직경과 외관품질에직접적으로 영향을 미치게 된다.

따라서, 신선선에서 요구되는 품질과 규격을 유지하기 위해서는 항시 사상다이의 마모 상태를 점검하여 제때에 사상다이의 교체가 이루어질 수 있도록 하는 것이 중요하다.

종래의 신선기에서 사상다이의 마모 상태를 확인하는 방법은 작업자가 신선기에서 인발되어 권취기의 보빈에 권취된 신선선을 풀어내어 일일이 마이크로미터로 직경을 측정하여 와이어 경의 관리범위를 넘게되는 경우에 사상다이가 마모된 것으로 판단해서 새 것으로 교체하는 형태를 취하고 있다.

그러나, 상기의 마이크로미터를 이용한 와이어 경의 측정방식은 생산능률을 떨어뜨림과 함께 측정 오차에 의해 사상다이의 마모상태를 정확하게 파악하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.

한편, 상기와 같은 와이어 경의 직접 측정방식과는 달리 권취기 직전의 신선선 이동경로상에 광학 카메라(Optical Camera)나 레이져 측정기(Laser Scanning Micrometer) 등과 같은 비접촉식 와이어 경 측정기를 설치하여 기계의 가동중에 와이어 경의 측정이 이루어지도록 함으로써 측정된 와이어 경이 기 설정된 관리범위를 벗어나게 되면 기계를 정지시켜 다이의 마모를 알려주는 비접촉식 와이어 경 측정방식이 알려져 있다.

그러나, 상기 비접촉식 와이어 경 측정기는 각종 오염물질에 취약하고 또한 진동발생시 오동작을 일으키는 빈도수가 높을 뿐 아니라 그 가격이 고가이기 때문에 현실적으로 적용하기에 어려움이 따르고 있다.

또 다른 와이어 경 측정방식의 하나로 다이의 마모가 진행됨에 따라 와이어와 다이 사이의 윤활막 형성이 불균일하게 되는 것을 이용하여 그 불균일한 정도에 따른 다이와 와이어 사이의 저항값을 측정하여 다이의 마모 정도를 예측하는 방법이 알려지고 있긴 하나, 동 방식은 외란에 쉽게 영향을 받고 또한 거짓 정보에 대한 작업자의 이해와 경험을 필요로 하여 실제 적용이 어려운 실정이다.

따라서, 본 발명은 종래 신선기의 사상다이 마모 감지방식에서 지적되고 있는 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 사상다이가 마모됨에 따라 기준 권취길이에 대한 권취 부피가 증가한다는 사실에 착안하여 권취 부피 변화를 권취 높이 측정으로 판단해서 그 측정된 높이가 마이크로 프로세서에서 계산된 기준 높이를 초과하는 것으로 판명되는 때에 사상다이의 마모가 신선선의 품질을 저하시킬 정도로 발생된 것으로 판별하여 기계의 정지가 이루어지도록 한 신선기의 사상다이 마모 감지방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 방법을 수행하기 위한 장치로서, 와이어가 권취되는 보빈의 전방에 설치되어 보빈의 폭을 측정하는 일렉트릭 마이크로미터 (electric micrometer)와, 와이어 경과 공극율 및 보빈 폭을 이용하여 기준 길이에 대한 권취 부피 및 권취 높이를 계산해 내는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서에서 계산된 기준 높이에 따라 설치 높이의 이동이 이루어진 상태에서 보빈에 감겨지는 와이어의 높이를 검출해 내는 높이 감지센서 및 높이 감지센서에서의 감지신호 입력에 따라 기계를 정지시킴과 아울러 작업자에게 다이 교체를 알려주는 구동제어부로 이루어진 신선기의 사상다이 마모 감지장치를 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명의 방법을 수행하는 데 사용되는 사상다이 마모 감지 시스템의 블럭도.

도2는 본 발명의 일실시예 신선기 권취부에 대한 개략 구조도.

도3은 도2의 권취 보빈을 발췌하여 도시한 확대도.

도4는 본 발명의 방법 수행에 적용되는 제어시스템에 대한 블럭도.

(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))

1. 일렉트릭 마이크로미터 2. 입력 키패드부

3. 마이크로 프로세서 4. 높이 감지센서

5. 구동제어부 6. 사상다이

7. 안내롤러 8. 보빈

9. 트래버스 10. 트래버스 롤러

11a, 11b. 브래킷 조정나사 12a, 12b. 브래킷

13. 스텝핑 모터W. 보빈 폭

본 발명은 신선기에서 사상다이의 마모가 진행됨에 따라 정해진 권취길이에 대하여 보빈에 감겨진 와이어의 부피가 증가됨과 아울러 권취된 높이가 상승한다는 점에 착안하여 개발된 것이다.

다시말하면, 신선선의 최종 직경을 결정짓는 사상다이에 마모가 진행하게 되면 그 마모의 진행정도에 비례하여 신선선의 직경이 증대됨에 따라 보빈에 권취되는 와이어의 부피는 사상다이의 마모가 없을 때의 동일길이 신선선이 감겨지는 부피에 비해서 늘어나게 될 것이다. 따라서, 소정의 직경을 갖는 신선선의 특정길이가 차지하는 부피를 기준 부피(보다 정확하게는 기준높이)로 설정하여 놓고, 마모가 진행된 사상다이를 통과하여 나오는 실제 신선선이 상기 기준 부피와 일치하는 길이만큼 권취되었을 때의 부피(보다 정확하게는 높이)를 체크하여 이를 상기 기준부피와 비교함으로써 사상다이의 마모 정도를 판별해 낼 수 있게 된다.

이와같은 본 발명의 사상다이 마모 감지방법에서는 다음과 같이 정의되는 공극율(η)을 이용하여 기준 권취길이에 대한 권취 부피를 계산하게 된다.

식(1)

식(2)

식(3)

식(4)

식(5)

η : 공극율

V _s : 권취 길이에 대한 와이어의 실제 부피

V _w : 권취 길이에 대하여 와이어가 보빈에 감겨 있는 부피

W _w : 권취 길이에 대한 와이어의 실제 무게

W _s : 공극이 없을 경우V _w 에 대하여 같은 비중을 가지는 재료의 무게

d: 와이어 경

l: 기준 권취 길이

W: 플랜지 사이의 폭(보빈 폭)

G: 와이어의 비중(Specific Gravity of Wire)

R ₁ : 보빈 축과 권취완료 와이어 면까지의 거리

R ₂ : 보빈 축과 보빈 안쪽면까지의 거리

R ₃ : 보빈에서 실제 와이어가 쌓이는 높이

상기 식을 이용하여 공극율(η)을 구할 수 있으며, 동일한 와이어 경과 같은 조건의 트래버스(traverse) 정역 속도이고 동일한 조건의 권취 속도에서는 공극율이 일정하다는 가정을 하면 기준 권취 길이의 변화에 대한 권취 부피(V _w )가 계산되어질 수 있다.

그리고 보빈의 폭(W)은 작업자가 브래킷(bracket) 조정나사를 사용하여 맞추어 놓은 두개의 트래버스 정역 기준 브래킷의 위치를 파악해 내는 두개의 일렉트릭 마이크로미터로부터 그 사이의 거리를 계산함에 의해 결정되며, 권취부피(V _w )와 보빈 폭(W)을 통하여 보빈에서 실제 권취 와이어가 쌓이는 높이(R ₃ )는 아래의 식(6)에 의해서 계산해 낼 수 있다.

식(6)

상기 식(6)에 따라 계산된 높이(R ₃ )를 기준으로 하여 여기에 다이 마모 한계값(Die Wear Limit)에 대한 허용치를 더한 높이에 이르도록 스텝핑 모터를 구동시켜 높이 감지센서를 이동시킨 상태에서 작업을 수행하게 되며, 이같은 작업의 수행중에 다이의 마모가 발생되어 권취 부피가 증가하게 됨으로써 높이 감지센서에 감지신호가 입력되는 때에는 사상다이의 마모 정도가 기준값을 넘어서 진행되었다고 판단하여 기계의 가동을 중지시키게 된다.

다시말하면, 사상다이를 새 것으로 교체하였을 때 기준 권취 길이(l)와 와이어 경(d)을 입력하면 미리 입력되어진 공극율(η)에 따라 자동으로 권취 부피(V _w )와 일렉트릭 마이크로미터 위치에 따른 보빈 폭(W)이 계산되어지고 자동으로 높이 감지센서가 적절한 위치로 이동되어 설치되도록 한 후 작업을 수행하게 되는데, 작업환경(예를들면, 다른 종류의 보빈의 교환, 권취 기준길이의 변화 등)이 바뀌지 않는 한 높이 감시센서의 위치 변동없이 다이의 마모가 기준을 넘을 때까지 계속적으로 작업이 이루어지게 될 것이다.

본 발명의 상기 목적과 구체적인 마모 감지 방법 및 그에 따른 장치는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도1은 본 발명의 방법을 수행하는 데 사용되는 마모 감지 시스템의 블럭도이고, 도2는 본 발명의 일실시예 신선기 권취부 구조도이며, 도3은 도1의 권취보빈을 발췌하여 도시한 확대도이다.

본 발명의 사상다이 마모 감지를 위한 시스템은 도1에 도시된 바와같이, 크게 신선기의 보빈 전방에 설치되어 양 플랜지 사이의 거리(보빈의 폭)를 검출해 내는 일렉트릭 마이크로미터(1)와, 콘트롤패널부에 구비되어 와이어 경, 기준 권취길이 및 공극율등의 정보를 입력시키기 위한 키패드부(2)와, 상기 일렉트릭 마이크로미터 및 키패드부를 통해서 입력되는 보빈 폭, 와이어경, 기준 권취길이, 공극율 및 보빈의 내경 등에 관한 입력정보로부터 기준 권취부피를 계산하여 높이 감지센서를 보빈상의 적절한 위치로 이동시키도록 하는 신호를 출력함과 아울러 높이 감지센서의 감지신호에 따라 구동제어부로 신선기의 가동정지 신호를 출력하는 마이크로 프로세서(3)와, 보빈 주위에 설치되어 보빈상에 권취되는 와이어의 높이를 검출해 내는 높이 감지센서(4) 및 높이 감지센서의 감지신호에 의해 신선기의 구동을 정지시킴과 아울러 사상다이의 교체를 알려주는 구동제어부(5)로 이루어져 있다.

상기 일렉트릭 마이크로미터(1)와 높이 감지센서(4)의 구성을 도2에 도시된 신선기의 권취부 구조를 통해서 보다 자세하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 와이어(WR)는 사상다이(6)를 거치면서 제품(신선선) 선경으로 되는 마지막 신선이 이루어진 후 다수개의 안내롤러(7)에 안내되어 권취 보빈(8)측으로 이송되는데, 이때 와이어(WR)는 안내롤러(7)와 권취 보빈(8) 사이의 와이어 이동경로상에 설치된 트래버스(9)의 정역회전에 의해 특정구간을 좌우로 이동하는 트래버스 롤러(10)에 안내되어 보빈(8)상에 고르게 권취가 이루어지게 된다.

그런데, 상기 보빈의 폭(W), 다시말하면 보빈의 양 플랜지 사이의 거리는 보빈의 종류나 규격에 따라 차이를 보이므로 작업자는 브래킷 조정나사(11a)(11b)를 이용하여 브래킷(12a)(12b)의 위치를 보빈의 양 플랜지와 일치하는 지점으로 조정해 주어 보빈 폭(W)에 대한 트래버스 롤러(10)의 왕복이동 거리를 정해주게 된다.

이에 따라, 트래버스(9)는 이에 안내되어 이동되는 트래버스 롤러(10)가 상기 양 브래킷(12a)(12b)에 도달하였을 때 기계적 또는 전기적 신호에 의해 그 회전방향이 반대로 전환되어 트래버스 롤러(10)는 양 브래킷(12a)(12b) 사이의 구간, 즉 보빈 폭(W) 사이의 구간을 왕복이동하게 된다.

한편, 상기 일렉트릭 마이크로미터(1a)(1b)는 브래킷(12a)(12b)의 위치를 측정하여 보빈 폭(W)을 계산한다. 이와 병행하여 이미 알고 있는 기준 권취길이(l)와 와이어 경(d)을 키패드부(2)를 통해서 마이크로 프로세서(3)에 입력하게 되면 미리 입력되어 있는 공극율(η)에 따라 마이크로 프로세서(3)에서의 연산을 통해서 자동으로 권취 부피(V _w )가 계산되어지고, 계산된 보빈 폭(W)과 권취 부피(V _w )로부터 보빈(8)에서 실제 권취 와이어가 쌓이는 높이(R ₃ )가 구해지게 된다.

그리고, 상기 보빈(8)의 일측에는 스텝핑 모터(13)에 의해서 그 설치높이의 조정이 이루어지는 높이 감지센서(4)가 장착되는데, 이때 높이 감지센서는 스텝핑 모터(13)의 구동에 의해 상기 마이크로 프로세서(3)에서의 계산된 높이(R ₃ )를 기준으로 하여 여기에 다이마모 한계값이 더해진 높이가 되도록 이동되며, 이같이 높이 감지센서(4)의 위치가 설정된 상태에서 권취작업이 개시된다.

이와같이 신선 와이어에 대한 권취작업이 개시되면 작업환경의 변경, 예를들면 보빈을 다른 종류로 교환하거나 권취 기준길이를 변화시키는 등의 변화가 없는 한 한번 설정된 높이 감지센서(4)는 그 위치를 변경함이 없이 계속적으로 작업을 수행하게 된다.

이같은 작업의 수행은 사상다이(6)의 마모가 기준치를 넘어서지 않는 동안에는 계속되다가 높이 감지센서(4)에 감지 신호가 입력되면 사상다이(6)의 마모가 기준값을 넘어서 진행된 것으로 판단하여 구동제어부(5)에서 기계의 구동을 정지시킴과 아울러 작업자에게 다이 교체신호를 보내어 다이 교체가 필요함을 알려주게 된다.

한편, 도4는 본 발명의 방법 수행에 적용되는 기준 권취높이 산정에 의한 스텝핑 모터 제어시스템에 대한 블럭도로서, 도시된 바와같이 입력 키패드부(2)를 통해서 작업자는 와이어 경, 권취 완료길이, 공극율 및 보빈 내경을 마이크로 프로세서(3)에 입력시켜주게 되고, 보빈 폭의 계산을 위한 위치 검출신호는 일렉트릭 마이크로미터(1)에 의해서 자동으로 입력이 이루어지게 되어 마이크로 프로세서내 연산기를 통해서 권취 부피(V _w )와 보빈 폭 및 보빈에 쌓이는 와이어 실제 높이(R ₃ )가 계산되어 진다.

마이크로 프로세서(3) 내부의 가산기(adder)에서는 상기 와이어 실제 높이(R ₃ ) 출력값에다가 다이 마모 한계값에 대한 높이 허용치를 더하여 높이 감지센서의 위치를 결정하고, 펄스 발생기에서 정해진 위치에 대한 동기 펄스를 발생시켜 스텝핑 모터(13)를 구동시킴에 의해 높이 감지센서(4)가 정해진 위치로 이동되어 셋팅되도록 한다. 이와같이 높이 감지센서(4)가 정착되면 작업이 수행되며, 그 이후의 작업과정은 앞서 살펴본 바와같다.

이상에서 살펴본 바와같이, 본 발명은 사상다이의 마모에 따라 권취기의 보빈에 감겨지는 와이어의 부피가 증가됨에 착안하여 그 부피의 증가를 측정해서 다이의 마모 정도 및 교체 시기를 파악해 냄으로써 다이 마모에 따른 신선선의 품질불량 발생을 미연에 방지하여 품질향상을 도모할 수 있고, 매 보빈 마다 작업자가 선경을 체크할 필요없이 자동으로 다이 교체시기를 작업자에게 알려줌으로써 작업성의 향상 내지는 성력화를 통한 제조비용의 절감을 꾀할 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 일정한 장력을 부여한 상태에서 최종 신선된 와이어를 균일하게 권취하는 신선기의 사상다이 마모를 감지하는 방법에 있어서,

   와이어 경, 권취 완료길이, 공극율 및 보빈 내경을 마이크로 프로세서에 입력시켜 줌과 아울러 보빈 폭의 계산을 위한 위치 검출신호가, 권취기 트래버스의 회전방향 역전용 브래킷의 위치를 측정하는 일렉트릭 마이크로미터에 의해 마이크로 프로세서에 입력되도록 하는 단계와;

   상기 마이크로 프로세서로 입력된 신호들로부터 보빈 폭과 권취 부피 및 보빈에 쌓이는 와이어 실제 높이를 계산해 내는 단계와;

   상기 와이어의 실제 높이 출력값에 다이 마모 한계값에 대한 높이 허용치를 더하여 높이 감지센서의 위치를 결정해 내는 단계와;

   상기 높이 감지센서의 결정된 위치로 높이 감지센서를 이동시켜 셋팅되도록 하는 단계와;

   상기 높이 감지센서로부터 감지신호가 입력되면 사상다이의 마모가 기준치를 넘은 것으로 판단하여 기계의 가동을 정지시키는 동시에 신호를 발하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 신선기의 사상다이 마모 감지방법.
2. 신선기의 권취기에 있어서,

   와이어가 권취되는 보빈의 전방에 설치되어 보빈의 폭을 측정하는 일렉트릭 마이크로미터(1)와;

   와이어 경과 공극율 및 보빈 폭을 이용하여 기준길이에 대한 권취 부피 및 높이를 계산해 내는 마이크로 프로세서(3)와;

   상기 마이크로 프로세서에서 계산된 기준 권취 높이에 따라 설치 높이의 이동이 이루어진 상태에서 보빈에 감겨지는 와이어의 높이를 검출하며, 스텝핑 모터(13)에 의해서 그 설치 높이가 조절되는 높이 감지센서(4)와;

   상기 높이 감지센서(4)에서의 감지신호 입력에 따라 기계를 정지시킴과 아울러 작업자에게 다이 교체 시기를 알려주기 위한 신호를 발생시키는 구동제어부(5)를 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 신선기의 사상다이 마모 감지장치.
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