KR100495826B1 - Method for diagnosing fault of roll - Google Patents

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KR100495826B1 KR10-2003-0057912A KR20030057912A KR100495826B1 KR 100495826 B1 KR100495826 B1 KR 100495826B1 KR 20030057912 A KR20030057912 A KR 20030057912A KR 100495826 B1 KR100495826 B1 KR 100495826B1
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Abstract

본 발명은 압연공정 시 롤 형상 이상 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압연 시스템과 같은 연속 공정 시스템에서 소재가공 중에 측정되는 소재 형상 및 시스템 운용에 관한 신호를 역추적하여 기계부품의 이상 여부를 진단하고, 이상의 정도를 규명하여 부품 이상으로 제품에 발생하는 악영향을 제거할 수 있는 롤 형상 이상 진단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing a roll shape abnormality during a rolling process, and more specifically, to trace back a signal regarding a material shape and a system operation measured during material processing in a continuous process system such as a rolling system to check whether there is an abnormality in a mechanical part. The present invention relates to a method for diagnosing a roll-shaped abnormality capable of diagnosing and identifying a degree of abnormality, thereby removing adverse effects occurring on a product due to component abnormality.

이에 본 발명에서는 압연되는 기본 조건을 입력받는 단계, 입력받은 조건에 해당하는 압하력과 변경된 롤 반경의 설정치를 구하는 단계, 압연 후 출측 소재의 두께를 입력받는 단계, 입력받은 소재 두께를 폭방향에 대해서 N개의 미소체로 나누는 단계, 각각의 미소체의 두께와 상기 압하력, 변경된 롤 반경의 설정치를 이용하여 실제의 롤 반경을 계산하는 단계, 각각의 미소체에 해당하는 롤 반경정보의 선형적인 합으로 3차원 롤 형상을 구하는 단계를 포함하는 롤 형상 이상 진단방법이 제공된다.In the present invention, the step of receiving the basic conditions to be rolled, obtaining the setting value of the reduction force and the changed roll radius corresponding to the input conditions, the step of receiving the thickness of the exit material after rolling, the input material thickness in the width direction Dividing into N microstructures, calculating the actual roll radius using the thickness of each microstructure, the reduction force, and the set value of the changed roll radius, and the linear sum of roll radius information corresponding to each microstructure. There is provided a roll shape abnormality diagnosis method comprising the step of obtaining a three-dimensional roll shape.

Description

압연공정 시 롤 형상 이상 진단방법{METHOD FOR DIAGNOSING FAULT OF ROLL} Method of diagnosing roll shape abnormality during rolling process {METHOD FOR DIAGNOSING FAULT OF ROLL}

본 발명은 압연공정 시 롤 형상 이상 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압연 시스템과 같은 연속 공정 시스템에서 소재가공 중에 측정되는 소재 형상 및 시스템 운용에 관한 신호를 역추적하여 기계부품의 이상 여부를 진단하고, 이상의 정도를 규명하여 부품 이상으로 제품에 발생하는 악영향을 제거할 수 있는 롤 형상 이상 진단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing a roll shape abnormality during a rolling process, and more specifically, to trace back a signal regarding a material shape and a system operation measured during material processing in a continuous process system such as a rolling system to check whether there is an abnormality in a mechanical part. The present invention relates to a method for diagnosing a roll-shaped abnormality capable of diagnosing and identifying a degree of abnormality, thereby removing adverse effects occurring on a product due to component abnormality.

일반적으로, 압연 시스템과 같은 연속 공정 시스템은 풀림롤, 감김롤, 여러 개의 아이들 롤 및 드리븐 롤과 같은 많은 부품으로 구성되어 있는데, 이렇게 많은 부품 중에 한 개의 부품이라도 결함이 존재할 경우, 웹(web) 제품에 직접이고 치명적인 영향을 미친다. In general, continuous process systems such as rolling systems consist of many parts such as unrolling rolls, winding rolls, several idle rolls and driven rolls. If any one of these parts is defective, the web Has a direct and fatal effect on the product.

즉, 압연공정에서의 롤 형상의 결함은 생산되는 제품에 치명적인 영향을 미치므로 제품의 품질을 크게 저하시키며, 제품의 생산성을 저하시키는 문제점이 있는 것이다.That is, the defect in the shape of the roll in the rolling process has a fatal effect on the product to be produced, which greatly reduces the quality of the product and has a problem of lowering the productivity of the product.

그러나, 이와 같은 문제점에도 불구하고, 지금까지는 압연 시스템에서 롤의 형상 이상(Fault), 특히 롤의 폭방향 형상 이상에 대해서 연구되어지지 않았던 바, 이에 대한 연구가 요구되어 왔다.However, in spite of such a problem, until now, research on the fault of the roll in the rolling system (particularly the fault in the width direction of the roll) has not been studied.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 안출한 것으로, 압연 시스템에서 롤의 형상 이상 여부를 진단하고 이상의 정도를 규명함으로써, 이상의 정도가 일정 수준을 넘는 부품에 대해서는 교체 및 수리를 할 수 있도록 하여 궁극적으로 제품의 품질을 향상시키고 생산성을 향상시킬 수 있는 롤 형상 이상 진단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been devised to meet the above demands, and by diagnosing the abnormality of the shape of the roll in the rolling system and identifying the degree of abnormality, it is possible to replace and repair parts for which the degree of abnormality exceeds a certain level. The purpose of the present invention is to provide a method for diagnosing roll-shaped abnormalities that can ultimately improve product quality and improve productivity.

또한, 이상이 발견된 롤 만을 교체함으로써, 부정기적인 롤 교체로 인한 비용의 절감을 이룰 수 있는 롤 형상 이상 진단방법을 제공하고자 하는 것이다.In addition, it is intended to provide a method for diagnosing a roll shape abnormality, which can achieve cost reduction due to an irregular roll replacement by replacing only a roll in which an abnormality is found.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 압연되는 기본 조건을 입력받는 단계, 입력받은 조건에 해당하는 압하력과 변경된 롤 반경의 설정치를 구하는 단계, 압연 후 출측 소재의 두께를 입력받는 단계, 입력받은 소재 두께를 폭방향에 대해서 N개의 미소체로 나누는 단계, 각각의 미소체의 두께와 상기 압하력, 변경된 롤 반경의 설정치를 이용하여 실제의 롤 반경을 계산하는 단계, 각각의 미소체에 해당하는 롤 반경정보의 선형적인 합으로 3차원 롤 형상을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 형상 이상 진단방법이 제공된다.In order to achieve the above object, in the present invention, the step of receiving the basic conditions to be rolled, obtaining a setting value of the reduction force and the changed roll radius corresponding to the input conditions, the step of receiving the thickness of the exit material after rolling, input Dividing the received material thickness into N microstructures in the width direction, calculating the actual roll radius using the thicknesses of the microstructures, the pressing force, and the changed roll radius setting; A roll shape abnormality diagnosis method is provided, comprising: obtaining a three-dimensional roll shape by a linear sum of roll radius information.

이하, 본 발명의 롤 형상 이상 진단방법을 첨부한 도면을 참조로하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the roll shape diagnosis method of the present invention will be described in detail.

본 발명의 롤 형상 이상 진단방법은 연속공정시스템 중 특별히 압연공정에 대해 적용하였다. The roll shape abnormality diagnosis method of the present invention was applied to a rolling process in particular in a continuous process system.

압연은 일정한 폭을 갖으며 길이 방향으로 매우 긴 소재(주로 철)를 두 개의 롤 사이로 통과시키면서 원하는 두께로 만드는 과정이다. Rolling is the process of making a desired thickness by passing a material (usually iron) with a constant width and very long in length, between two rolls.

본 발명은 도 1에서 보는 바와 같이, 압연되는 전체 소재(10)를 n개의 미소체(strip element)(11)로 나누어 전체 소재(10)가 미소체(11)의 합으로 구성되며, 각 미소체(11) 내에서는 폭 방향으로 두께가 일정하다고 가정한다. 또한 소재(10)의 길이 및 폭 방향의 변형에 미치는 영향을 해석하기 위해 전체 소재(10)의 변형을 각 미소체(11)들의 선형적 합으로 가정한다. 또한 실측된 소재(10)의 두께 정보를 이용함으로써 각 미소체(11)들의 상호 영향을 고려한다.In the present invention, as shown in Figure 1, the whole material 10 to be rolled is divided into n strip elements 11, the whole material 10 is composed of the sum of the microstructures 11, each micro It is assumed that the thickness of the sieve 11 is constant in the width direction. In addition, in order to analyze the influence on the deformation of the length and width direction of the material 10, it is assumed that the deformation of the entire material 10 as a linear sum of the microstructures (11). In addition, by using the thickness information of the measured material 10, the mutual influence of each microstructure 11 is considered.

도면에서 부호 W는 소재의 폭을 의미하며, R은 롤을 나타낸다.In the figure, the symbol W denotes the width of the material and R denotes the roll.

압연을 하기 위해서는 압연되는 소재의 두께, 영 계수(Young's modulus), 폭, 마찰계수 등의 소재에 대한 정보와 소재를 누르는 힘(압하력), 롤러의 반경과 변경된 롤의 반경, 소재에 걸리는 장력 등의 정보가 필요하다. For rolling, information about the material, such as the thickness, Young's modulus, width, and friction coefficient of the rolled material, the pressing force (pressing force), the radius of the roller, the changed roll radius, and the tension on the material Information is required.

본 발명의 압연 시스템에서는 다음과 같은 가정 하에 압연시스템에 대한 수학적 모델들이 유도된다.In the rolling system of the present invention, mathematical models for the rolling system are derived under the following assumptions.

1)마찰계수 일정,1) friction coefficient schedule,

2)균일 압축,2) uniform compression,

3)압연 중 항복응력 일정,3) yield stress schedule during rolling,

4)재료의 탄성변형 무시,4) Ignore the elastic deformation of the material,

5)접촉각은 매우작음.5) Contact angle is very small .

첨부한 도 2는 압연공정을 도식적으로 표현한 정면도로서, 소재가 2개의 롤 사이를 통과하면서 소성변형하여 두께가 에서 로 변하는 과정을 나타낸 것이다. 이때, 소성변형하는 소재의 반발력을 압하력(P)이라고 하며, 압하력을 구하는 식은 다음과 같다.FIG. 2 is a front view schematically showing the rolling process, wherein the material is plastically deformed while passing between two rolls to increase its thickness. in It shows the process of changing to. At this time, the repulsive force of the material to be plastically deformed is called the reduction force (P), the equation for obtaining the reduction force is as follows.

여기서, here,

E : 영 계수E Zero coefficient

f(arb) : 장력의 영향을 고려한 압하력 함수(rolling force function)f (arb): rolling force function considering the influence of tension

: 선진율 : Advanced rate

h : 소재의 두께h: thickness of material

K : 2차원 변형저항K: two-dimensional strain resistance

: 2차원 평균 변형저항 : 2D average strain resistance

P : 압하력P: reduction force

R : 작업 롤의 반경R: radius of work roll

R' : 변형된 작업 롤의 반경R ': radius of the deformed work roll

r : 압하률r: reduction ratio

S : 롤 간격S: Roll spacing

T : 소재의 장력T: tension of material

V : 소재의 속도V: speed of material

: 롤의 속도 : Speed of roll

W : 소재의 폭W: width of material

: 접촉각 Contact angle

: 소재와 롤 사이의 마찰계수 : Coefficient of friction between material and roll

: 소재의 x방향의 응력 : Stress in x direction of material

을 나타낸다. Indicates.

여기서, 압하력은 상기 수학식 1 이외에도 다른 수학식에 의해 구하는 것이 가능하며, 본 발명에서 이를 제한하지 않음은 물론이다.Here, the reduction force can be obtained by other equations in addition to the above equation (1), of course, the present invention is not limited thereto.

압하력은 소재의 입, 출측 두께와 소재의 속도에 따라 그 값이 변한다. 여기서, 소재의 속도는 장력에 영향을 미치고 장력은 소재의 응력에 영향을 미친다.The rolling force varies depending on the material's inlet and outlet thicknesses and the material's speed. Here, the velocity of the material affects the tension and the tension affects the stress of the material.

한편, 수학식 1을 구성하는 파라미터에는 다음의 식들이 대입된다. On the other hand, the following formula is substituted into the parameter which comprises Formula (1).

(2차원 평균 변형 저항) (2D average strain resistance)

(롤러와 소재의 접촉각) (Contact angle of roller and material)

한편, 첨부한 도 3은 변형된 롤의 반경을 구하기 위한 개념도로서, 변형된 롤의 반경에 관한 식은 Hitchcock의 식을 사용한다.Meanwhile, FIG. 3 is a conceptual diagram for obtaining a radius of the deformed roll, and the equation regarding the radius of the deformed roll uses Hitchcock's equation.

( ㎟/㎏f) ( Mm2 / kgf)

여기서, 변형된 롤의 반경은 상기 수학식 2 이외에도 다른 수학식에 의해 구하는 것이 가능하며, 본 발명에서 이를 제한하지 않음은 물론이다.Here, the radius of the deformed roll can be obtained by other equations in addition to the above equation (2), of course, the present invention is not limited thereto.

수학식 2에서 보는 바와 같이, 압연시 롤의 탄성 영역에서의 반경변화는 압하력과 소재의 입, 출측 두께 차에 따라 그 값이 변한다. 이와 같이 롤 반경의 변경은 압하력과 연관되어 있으므로 수학식 1과 수학식 2는 동시에 연산되어야 한다. As shown in Equation 2, the radius change in the elastic region of the roll during rolling changes its value according to the difference between the rolling force and the inlet and outlet thicknesses of the material. As such, since the change of the roll radius is related to the reduction force, Equations 1 and 2 should be calculated simultaneously.

여기서, 롤 간격은 밀 스프링(Mill Spring) 상수와 압하력, 소재의 출측 두께에 따라 영향을 받게 된다. 이에 대한 수학적 모델은 다음의 식과 같다.Here, the roll spacing is affected by the mill spring constant, the rolling force, and the exit thickness of the material. The mathematical model for this is as follows.

또한, 본 발명의 압연 시스템에서 "접촉각은 매우 작다"는 가정을 통해 선진율에 관한 수학적 모델이 유도된다.In addition, in the rolling system of the present invention, the "contact angle is very small. ", A mathematical model of the advancement rate is derived from the assumption.

이에 보는 바와 같이, 선진율은 중점의 위치, Roll 반경, 출측의 두께에 따라 그 값이 변한다.As shown in the figure, the advance rate varies depending on the position of the midpoint, the roll radius, and the thickness of the exit side.

한편, 도 4는 소재가 흐르는 방향으로 두개의 롤( Stand #1의 롤, Stand #2의 롤) 사이를 화살표 방향으로 지나면서 두께 인 소재가 두께 , 로 압연되는 과정을 나타내고 있다.On the other hand, Figure 4 is the thickness of the roll passing in the direction of the arrow between the two rolls (roll of Stand # 1, Roll of Stand # 2) in the direction of the material flow Material is thick , The process of rolling is shown.

여기서, : 소재 속도,here, Material speed ,

: 소재 속도의 정상상태 값, : Steady state value of material velocity,

: 정상상태로부터 소재 속도의 변화, : Change of material speed from steady state,

: 정상상태로부터 소재 장력의 변화, : Change of material tension from steady state,

: 스프링 상수, = Spring constant,

w : 소재 폭,w: material width,

: 소재의 횡단면 면적, Is the cross-sectional area of the material,

L : 소재 스판의 길이,L: length of material span,

: 소재 두께, Material thickness ,

: 소재 두께의 정상상태 값, : Steady state value of material thickness,

: 정상상태로부터 소재 두께의 변화 : Change of material thickness from steady state

이다.to be.

도 4에서 스탠드의 입측과 출측에 대해 질량보존 법칙으로부터 장력전달현상이 고려된 식을 유도할 수 있다. 장력 모델에 관한 식을 유도하기 위하여 다음과 같이 가정하였다.In FIG. 4, equations in which tension transfer phenomena are considered can be derived from the law of preservation of mass for the entrance and exit of the stand. The following assumptions were made to derive the equation for the tension model.

1) 소재의 장력 변화는 탄성 변형 구간에서만 발생한다.1) Tension change of material occurs only in elastic deformation section.

2) 압연롤과 소재 사이에는 상대속도가 영(zero)인 지점이 존재한다.(소성 변형 구간)2) There is a point where the relative speed is zero between the rolling roll and the material (plastic firing section).

3) 정력에 의한 소재의 폭, 두께 변화는 무시한다.(탄성 변형 구간)3) Ignore changes in material width and thickness due to tack (elastic deformation section).

4) 탄성-소성 재료이고, 소성 변형시 변형 경화는 무시한다.4) It is an elastic-plastic material and neglects deformation hardening in plastic deformation.

5) 압연후 재료는 탄성 변형 구간에서 등방성(isotropic) 재료로 간주한다. 5) After rolling, the material is regarded as an isotropic material in the elastic deformation zone.

6) Machine direction(x-방향) 외의 응력은 영(zero)으로 간주한다.(탄성 변형 구간 )6) Stress outside the machine direction (x-direction) is considered to be zero (elastic deformation section). )

7) 탄성 변형 구간에서 변형도는 일정하다.7) The degree of deformation is constant in the elastic deformation section.

8) 소재내에서의 변형도는 매우 작다.(단위 길이보다 매우 작다.)8) The degree of deformation in the material is very small (much smaller than the unit length).

9) 장력이 걸리지 않았을 때, 소재의 단면적은 탄성 변형 구간에서는 소재의 길이 방향에 따라 변하지 않는다.9) When no tension is applied, the cross section of the material does not change along the length of the material in the elastic deformation zone.

10) 온도, 습도에 의한 소재 재료 특성 변화 무시한다.(탄성 변형 구간)10) Ignore changes in material properties due to temperature and humidity (elastic deformation section).

11) 소재에 변형이 없을 때, 전 단면적에 걸쳐 재료의 밀도, 탄성 계수는 일정하다.11) When there is no deformation in the material, the density and modulus of elasticity of the material are constant over the entire cross-sectional area.

12) 질량의 변화가 없다.(소성 변형 구간)12) There is no change in mass (plastic firing section).

13) 소재의 폭은 변하지 않는다.13) The width of the material does not change.

14) 스탠드 사이에 있는 구동되지 않는 롤의 영향은 무시한다.14) Ignore the effects of non-driven rolls between the stands.

15) 롤 속도 및 롤의 갭은 완벽하게 제어된다고 가정한다.15) It is assumed that roll speed and roll gap are fully controlled.

16) 소재의 처짐(sag)이 거의 없다고 가정한다.16) Assume that there is little sag of the material.

도 4에서 제1 롤(Stand #1)과 제2 롤(Stand #1)사이에서의 변형도는 이라 하고, 제2 롤의 출측에서는 라 한다. 장력에 대한 수학적 모델을 유도하기 위하여 소재가 연속적으로 압연될 때 소성 변형 구간과 탄성 변형 구간으로 구분하였다. 도 4에서 소재와 롤의 선속도가 같은 지점(1, 2)에서의 소재 두께와 롤 출측에서의 소재 두께는 같다고 가정하였다. 그리고, 도 4에서 01- 1구간을 소성 변형 구간, 1 - 12구간을 탄성 변형 구간, 12- 2구간을 소성 변형 구간으로 구분하였다. 소성 변형 구간 및 탄성 변형 구간에서 각각 응력 변형도 관계 및 질량 보존의 법칙을 이용하여, 소재의 장력, 롤 속도, 소재 두께의 동적 관계를 규명하고자 한다.In FIG. 4, the deformation between the first roll Stand # 1 and the second roll Stand # 1 is In the exit of the second roll It is called. In order to derive a mathematical model for tension, when the material is continuously rolled, it is divided into plastic deformation zone and elastic deformation zone. In FIG. 4, it is assumed that the material thickness at the same point (1, 2) is the same as the material thickness at the roll exit side. In FIG. 4, the 01-1 section was divided into the plastic strain section, the 1-12 section was the elastic strain section, and the 12-2 section was divided into the plastic strain section. In the plastic deformation zone and the elastic deformation zone, the relation between stress, roll speed and material thickness of the material is investigated by using the stress strain relationship and the law of mass conservation, respectively.

도 4의 탄성 변형 구간 1-12에서 직사각형 abcd를 검사체적(control volume)으로 설정하고 질량 보존의 법칙을 적용하면 다음의 수학식 5와 같다.If the rectangular abcd is set as the control volume in the elastic deformation section 1-12 of FIG. 4 and the law of mass conservation is applied, Equation 5 below.

도 5에서의 검사 체적 내의 미소 체적은 (dx,dy,dz < 1)이다.The microvolume in the test volume in FIG. 5 is (dx, dy, dz <1).

응력-변형도 관계는 다음과 같다.The stress-strain relationship is as follows.

재료가 변형하여도 질량은 변화하지 않으므로, 다음 식을 항상 만족한다.Since the mass does not change even if the material is deformed, the following equation is always satisfied.

여기서, here,

, ,

이므로, 다음 식을 구할 수 있다. Therefore, the following equation can be obtained.

위 식을 수학식 5에 대입하면 다음 식을 구할 수 있다.Substituting the above equation into Equation 5 yields the following equation.

이때, 상술한 가정 (9), (10), (11)에 의해 상기 식은 다음 식으로 쓸 수 있다.At this time, according to the above assumptions (9), (10) and (11), the above formula can be written as the following formula.

이 식의 각 항을 로 나누면 다음 식을 구할 수 있다.Each term in this expression By dividing by, we get

가정 (7)에 의해 위 식은 다음과 같다.By the assumption (7), the above equation is

가정 (8)에 의해, 변형도 가 매우 작을 때 다음 식이 성립한다.By the assumption (8), deformation Is very small,

따라서, 다음의 수학식 6을 얻을 수 있다. Therefore, the following equation (6) can be obtained.

소성 변형 구간 01-1 사이에서 압연력에 의한 변형도와, 장력에 의한 변형도 사이의 관계를 밝히는 것이 필요하다. 가정 (4), (12), (13)에 의하여 다음과 같이 해석될 수 있다. 소성 변형 구간 01-1 사이의 검사체적 eafc에 질량 보존 법칙을 적용하면, 이다.It is necessary to find out the relationship between the deformation degree by rolling force and the deformation degree by tension between plastic deformation sections 01-1. The assumptions (4), (12) and (13) can be interpreted as follows. Applying the law of conservation of mass to the test volume eafc between the plastic deformation intervals 01-1, to be.

양변을 으로 더해주면 또는 이다. 라 놓으면, 는 압연력에 의한 소성 변형도이고, 소재의 입측 및 지점1에서의 응력 변형도 관계는 로 표현할 수 있다. (도 6)On both sides If you add or to be. Lay, Is the plastic strain due to the rolling force, and the stress strain at the entrance and point 1 of the material Can be expressed as (Figure 6)

즉, 재료의 소성적 거동을 생각할 때는 탄성 효과도 포함시켜야 하므로 도 6에서 응력 변형도는 탄성 변형도 및 소성 변형도의 합이다. 그러나 소성변형도 는 압하력에 의한 변형도이므로 x방향 변형도를 유발시킨 장력과는 무관하여, 수학식 6에서 지점1에서의 변형도 값으로 소재 입측에서의 변형도 , 즉 을 사용할 수 있다.That is, the stress strain in FIG. 6 is the sum of the elastic strain and the plastic strain because the elastic effect should be included when considering the plastic behavior of the material. But plastic deformation Since is the strain due to the pressing force, irrespective of the tension causing the strain in the x direction, the strain at the material entry side as the strain at the point 1 in Equation 6 , In other words Can be used.

그러므로 수학식 6을 다시 정리하면 다음과 같다. Therefore, rearranging Equation 6 is as follows.

위 식은 비선형식이므로, 초기 정상 상태 값에 대하여 선형화하면 다음과 같다.Since the above equation is non-linear, the linearization of the initial steady state value is as follows.

여기서, here,

, 이다. , to be.

이므로 수학식 7을 다음과 같이 간단히 할 수 있다. Equation 7 can be simplified as follows.

수학식 7은 탄성 변형 구간에서 검사 체적 내에 있는 소재의 변형도()의 미소 변화와 소재 양단의 속도의 미소 변화( ) 사이의 선형화된 동적 관계를 나타내고 있다. 도 4에서 지점1과 지점2에서는 롤과 소재 사이에 미끄럼이 없다고 가정했을 때, 소재의 속도()는 롤의 소재와의 접점 1에서의 선속도()과 같으나, 제2 롤에서 소재의 속도()는 롤의 속도()와 다르다. 제2 롤에서 소재의 속도()와 롤의 속도()와의 관계를 구하기 위하여 소성변형 구간12-2 사이의 검사 체적 bgdh에 가정(12)(13) 하에서 연속 방정식을 적용한다.Equation 7 is the deformation degree of the material in the inspection volume in the elastic deformation region ( Small change of speed of both ends and material change of material () Linearized dynamic relationship between In FIG. 4, at the point 1 and the point 2, it is assumed that there is no slip between the roll and the material. ) Is the linear velocity at contact 1 with the material of the roll ( ), But the speed of the material on the second roll ( ) Is the speed of the roll ( ) Speed of the material in the second roll ( ) And the speed of the roll ( In order to find the relation between the sig- nals, the continuous equation is applied under the assumption (12) (13) to the test volume bgdh between the plastic deformation intervals 12-2.

이 식은 비선형식이므로 Perturbation Method를 이용하여 선형화시키면 아래와 같은 식을 구할 수 있다. Since this equation is nonlinear, the following equation can be obtained by linearizing it with the Perturbation Method.

단, only,

위 식을 수학식 8에 이용하면 다음과 같은 식을 구할 수 있다.Using the above equation in Equation 8, the following equation can be obtained.

이 식은 롤의 접선 선속도와 소재의 속도가 각각 점 1, 2에서 같다고 가정할 때, 다음과 같이 쓰여질 수 있다.This equation can be written as follows, assuming that the tangential linear velocity of the roll and the velocity of the material are the same at points 1 and 2, respectively.

이 식은 두 개의 롤 사이에 있는 소재의 변형도 변화( epsilon )와 소재 양단의 두 롤의 선속도 변화 및 소재의 두께 변화 사이의 선형화된 동적 관계를 나타내고 있다. 가정 (3), (5), (7), (8), (10), (11)에서 힘과 변형과의 관계(Hook's Law)를 이용하면 아래와 같다.This equation shows the linearized dynamic relationship between the change in the strain (epsilon) of the material between the two rolls, the linear velocity change of the two rolls on both ends of the material, and the change in the thickness of the material. In the assumptions (3), (5), (7), (8), (10), and (11), the Hook's Law is used as follows.

, ,

단, 는 탄성변형 구간 내에서는 일정하다고 가정한다. 또한, 상기 은 초기 정상 상태값에서의 장력 변화량이다. 위 식을 수학식 9에 대입하면, 다음 식을 얻을 수 있다.only, Wow Is assumed to be constant within the elastic deformation region. Also, the Is the amount of change in tension at the initial steady state value. Substituting the above equation into Equation 9, the following equation can be obtained.

도 4로부터 두께와 속도, 장력에 관한 수학적 모델은 다음과 같다.The mathematical model of thickness, speed, and tension from FIG. 4 is as follows.

수학식 10은 두 개의 롤 사이의 소재에서의 장력의 변화와 소재 양단 롤의 접선속도 변화 및 소재 두께 변화에 대한 관계를 나타내는 선형화된 동적 모델이다. 수학식 10에서 볼 수 있듯이, 두 개의 스탠드 사이의 장력은 소재 양단에 있는 스탠드 사이에 있는 소재 장력이 바로 다음에 있는 두 개의 스탠드 사이의 소재에 전달(tension transfer)됨을 알 수 있다. Equation 10 is a linearized dynamic model showing the relationship between the change in tension between the two rolls, the tangential velocity of the rolls on both ends of the roll, and the change in the thickness of the roll. As can be seen in Equation 10, it can be seen that the tension between the two stands is the tension transfer of the material tension between the stand at both ends of the material (tension transfer) between the two next stand.

위에서 언급된 바와 같이, 압연시스템에서 소재의 두께와 압하력, 변경된 롤 반경 등은 다양한 변수들과 서로 깊은 연관성을 지니고 있다. 그러므로, 연산시간의 단축 및 3차원 롤 형상 이상 진단을 위하여 압연시스템에서의 다양한 파라미터들에 대한 민감도 해석을 수행하였다. As mentioned above, the thickness of the material, the rolling force, the changed roll radius, etc. in the rolling system are closely related to various variables. Therefore, sensitivity analysis of various parameters in the rolling system was performed to reduce the computation time and to diagnose three-dimensional roll shape anomalies.

도 7과 도 8은 압하력 함수(Rolling force function)와 변경된 롤 반경에 대하여 압연 후 출측 소재의 두께 변화량에 따른 변화 추이를 나타낸 것이다. 도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이, 압하력 함수(f(arb))와 변경된 롤 반경은 출측 소재의 두께 변화량에 따른 변화가 매우 작음을 알 수 있다. 7 and 8 show the change according to the thickness change of the exit material after rolling for the rolling force function and the changed roll radius. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, it can be seen that the reduction force function f (arb) and the changed roll radius are very small according to the thickness variation of the exit material.

따라서, 민감도가 매우 작다고 볼 수 있다. Therefore, it can be seen that the sensitivity is very small.

또한 도 9는 일정한 출측 두께에 대해 입측 소재 두께의 변화량에 대한 압하력의 변화 추이를 나타낸 것이다. 도 9에서 알 수 있듯이 압하력 함수와 변경된 롤 반경과는 다르게 압하력은 변화량이 매우 크다. In addition, Figure 9 shows the change in the rolling force with respect to the amount of change in the entry material thickness for a constant exit thickness. As can be seen in Figure 9, unlike the reduction force function and the changed roll radius, the reduction force is very large.

이와 같은 결과에 근거하여 서로 깊은 연관성을 지니고 있는 압연시스템 모델들의 동시 연산 시에, 압연 후 출측 소재의 두께 변화량에 대하여 민감도가 작은 파라미터들은 상수로 가정한다.On the basis of the above results, in the simultaneous calculation of the rolling system models that are closely related to each other, parameters with low sensitivity to the thickness variation of the exit material after rolling are assumed to be constants.

이러한 정보를 바탕으로 본 발명의 롤 형상 이상 진단방법을 설명한다. Based on this information, the roll-shaped abnormality diagnosis method of this invention is demonstrated.

도 10은 본 발명에 따른 알고리즘을 나타낸다. 10 shows an algorithm according to the present invention.

먼저, 압연 후 출측 소재의 폭 방향에 대한 두께를 측정하여 형상 정보를 획득한다.(S1)First, after rolling, the thickness of the exit material is measured in the width direction to obtain shape information.

이때, X-ray 게이지 미터(gauge meter)를 이용하여 소재의 폭 방향 두께를 측정한다.In this case, the thickness of the material in the width direction is measured using an X-ray gauge meter.

이후, 압연기 입측과 출측에서 소재의 폭 방향에 대한 두께 정보와 연속방정식, 그리고 2개의 롤 사이에 위치한 웹의 장력에 대한 모델인 수학식 10을 이용하여 스탠드와 스탠드 사이에 위치한 소재의 폭 방향 속도 및 장력을 구한다.(S2)Then, the width direction velocity of the material located between the stand and the stand using Equation 10, which is a model of the thickness information and continuous equation of the width direction of the material at the entry and exit of the mill and the tension of the web between the two rolls And the tension is obtained (S2).

수학식 10에서 얻은 장력 및 속도 값과 소재의 두께와 장력 및 변경된 롤 반경 등의 관계를 나타내고 있는 수학식 1, 그리고 변경된 롤 반경과 실제 롤 반경 및 압하력의 관계를 나타내고 있는 수학식 2를 통하여 연산을 위한 변경된 롤 반경 및 압하력, 실제 롤 반경 값의 초기 설정치를 구한다.(S3)Equation 1 showing the relationship between the tension and velocity values obtained in Equation 10 and the thickness and tension of the material and the changed roll radius, and Equation 2 showing the relationship between the changed roll radius and the actual roll radius and the reduction force The initial set value of the changed roll radius and the rolling force and the actual roll radius value for the calculation is obtained. (S3)

이후, 상술한 파라미터들의 민감도 해석을 통하여 반복 연산 시에 상수로 가정할 수 있는 변수들을 정의하고, 초기 연산결과로부터 구한 설정치와 주어진 조건(장력, 롤 속도, 소재의 이송속도, 압하력, 변경된 롤 반경 등)으로부터 압하력 및 실제 롤 반경 값, 변경된 롤 반경 값을 구한다.(S4)Then, through the sensitivity analysis of the above-described parameters, the variables that can be assumed to be constant in the iterative operation are defined, and the set values obtained from the initial operation results and given conditions (tension, roll speed, feed rate of the material, rolling force, changed rolls). Radius, the actual rolling radius value, and the changed roll radius value are obtained (S4).

상기 압하력 및 실제 롤 반경 값, 변경된 롤 반경 값이 수렴할 때까지 동시 연산을 반복하여 각 미소체에 대한 결과를 도출한다.(S5)Simultaneous calculation is repeated until the rolling force, the actual roll radius value, and the changed roll radius value converge to obtain a result for each microstructure (S5).

위에서 언급하였듯이, 전체 소재는 각 미소 요소들의 선형적인 합으로 이루어진다고 가정하였으므로, 각 미소 요소들에 대한 결과의 선형적인 합으로, 최종적인 3차원 롤 형상 정보를 획득한다. As mentioned above, since the entire material is assumed to be a linear sum of each microelement, the final three-dimensional roll shape information is obtained as a linear sum of the results for each microelement.

이러한 과정을 통하여 주어진 소재의 형상정보 및 압연 조건을 이용하여 압연 롤의 3차원 형상 이상 진단을 수행한다. Through this process, the three-dimensional shape abnormality diagnosis of the rolling roll is performed using the shape information and the rolling conditions of a given material.

도 11a 및 도 11b는 폭 방향에 대한 롤 형상을 나타내고 있다. 롤 중앙부에 대해 서로 대칭되는 형태의 형상에러로는 도 11a에 도시한 바와 같이, 중앙부가 오목한 형태와, 도 11b에 도시한 바와 같이, 중앙부가 볼록한 형태로 분류된다.11A and 11B have shown roll shapes with respect to the width direction. As a shape error of the form which is symmetrical with respect to a roll center part, as shown in FIG. 11A, the center part is concave, and as shown in FIG. 11B, the center part is classified into a convex form.

또한, 도 11a 및 도 11b와 같은 대칭형 형상에러를 지니는 동시에 도 12의 단면 방향에 대한 편심이 존재하는 압연롤에 대한 형상 이상 진단을 수행한다.In addition, a shape abnormality diagnosis for a rolling roll having a symmetrical shape error as shown in FIGS. 11A and 11B and an eccentricity with respect to the cross-sectional direction of FIG. 12 is performed.

압연 롤에 대하여 다음의 조건하에서 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다.Computer simulations were performed on the rolling rolls under the following conditions.

시뮬레이션 파라미터Simulation parameters 수치shame Drive-side mill constant()Drive-side mill constant ) 5000000㎏f/㎜5000000kgf / mm Work-side mill constant()Work-side mill constant ) 5000000㎏f/㎜5000000kgf / mm Reference entry strip thicknessReference entry strip thickness 10㎜10 mm Reference delivery strip thicknessReference delivery strip thickness 7.45㎜7.45 mm Back tension stressBack tension stress 15.3㎏f/㎟15.3㎏f / ㎡ Front tension stressFront tension stress 20.5㎏f/㎟20.5㎏f / ㎡ Work roll radiusWork roll radius 210㎜210 mm Eccentricity of work roll in stand1Eccentricity of work roll in stand1 0.02㎜, 0.05㎐0.02mm, 0.05㎐ Distance between standsDistance between stands 6000㎜6000 mm Strip widthStrip width 1240㎜1240 mm Poisson's coefficient of stripPoisson's coefficient of strip 0.120.12 Elastic modulusElastic modulus 21000㎩21000 yen The number of finite strip elementThe number of finite strip element 4040 The width of a finite strip elementThe width of a finite strip element 31㎜31 mm Inlet strip velocityInlet strip velocity 3000㎜/s3000 mm / s

표 1은 컴퓨터 시뮬레이션을 위한 조건들을 나열하고 있다. 압연기 입측 소재의 기준 두께는 10㎜이고, 출측 소재의 기준 두께는 7.45㎜이다. 또한 롤 단면에 대해 존재하는 편심량은 0.02㎜이며, 발생주기는 0.05㎐이다. Table 1 lists the conditions for computer simulation. The reference thickness of the rolling mill entry material is 10 mm, and the reference thickness of the exit material is 7.45 mm. Moreover, the amount of eccentricity which exists with respect to a roll cross section is 0.02 mm, and a generation period is 0.05 ms.

롤의 3차원 형상 이상을 진단하기 위하여 Finite strip element method를 이용하여 각 미소요소에 대한 영향을 해석하는데, 미소요소의 개수와 이상 진단을 위한 컴퓨터 연산시간은 매우 밀접한 관계에 있다. 이러한 관계를 고려하여, 다음의 시뮬레이션에서는 각 미소요소의 폭은 31㎜로 하여 전체 소재를 40개의 미소요소의 선형적인 합으로 가정하였다.The finite strip element method is used to analyze the influence of each microelement in order to diagnose the abnormality of the three-dimensional shape of the roll. The number of microelements and the computational time for diagnosing the abnormalities are closely related. In consideration of this relationship, the following simulation assumes that the width of each microelement is 31 mm and the total material is a linear sum of 40 microelements.

(1) 볼록 형태 형상 에러(Convex type)(1) Convex type error

압연기의 입측과 출측에서 X-ray gauge meter를 통하여 얻은 소재의 폭 방향에 대한 두께 정보는 다음과 같다. 도 13a 내지 도 13c는 압연기 입측 소재의 3차원 형상을 나타내고 있으며, 시간영역과 소재의 폭 방향에 대한 두께 에러가 이상적인 소재임을 알 수 있다. 또한 소재 두께의 절반 크기만을 표시하고 있으며, 도 13a에서는 소재의 두께 표면의 값을 나타내고 있다. 또한 도 13b는 시간영역에 대한 두께 변화량을 보여주며, 도 13c는 소재의 폭 방향에 대한 두께 분포를 나타내고 있다.The thickness information of the width direction of the material obtained through the X-ray gauge meter at the entry and exit of the rolling mill is as follows. 13A to 13C show a three-dimensional shape of the rolling mill entry material, and it can be seen that a thickness error in the time domain and the width direction of the material is an ideal material. Only half the size of the material thickness is shown, and the value of the thickness surface of the material is shown in FIG. 13A. In addition, FIG. 13B shows the thickness variation with respect to the time domain, and FIG. 13C shows the thickness distribution in the width direction of the material.

한편, 도 14a 내지 도 14c는 압연 후 츨측 소재의 3차원 형상을 나타내고 있다. 도 14b에서 시간영역에 대해 일정한 주기를 지니는 두께에러를 나타내고 있는데 이는 압연 롤 단면에 대한 편심이 존재하고 있는 것을 의미한다. 또한 도 14c에서 소재의 폭 방향에 대해 두께 분포가 불균일하다. 이는 압연 롤 형상에 롤 폭 방향에 대해 반경에러를 지니고 있음을 나타내는 것이다.14A to 14C show the three-dimensional shape of the? -Side material after rolling. In FIG. 14B, a thickness error having a constant period with respect to the time domain is shown, which means that there is an eccentricity with respect to the rolling roll cross section. In addition, in FIG. 14C, the thickness distribution is uneven with respect to the width direction of the material. This indicates that the rolling roll has radial errors in the roll width direction.

즉, 도 13과 도 14의 소재 두께정보는 압연 롤의 형상정보를 포함하고 있는 것을 알 수 있으며, 이러한 소재의 형상정보와 압연 조건 등을 통하여 최종적인 압연 롤의 3차원 형상이상을 진단 할 수 있는 것이다.That is, it can be seen that the material thickness information of FIGS. 13 and 14 includes the shape information of the rolling rolls, and the three-dimensional shape abnormality of the final rolling roll can be diagnosed through the shape information and the rolling conditions of the material. It is.

도 15a 내지 도 15c는 압연기 입측과 출측 소재 형상정보를 통하여 얻은 압연 후 출측 소재의 장력 분포이다. 압연 롤의 형상에러로 인해 도 14에서 알 수 있듯이 출측 소재는 시간영역에서의 주기적인 두께 에러 및 소재의 폭 방향에 대한 불균일한 두께 분포를 지니게 된다. 이로 인하여 출측 소재는 시간영역과 소재의 폭 방향에 대하여 불균일한 장력분포를 지니게 된다. 이러한 불균일한 장력분포는 장력 외란으로 작용하여 소재의 두께제어 시에 악영향을 미칠 것으로 예측된다. 압연 롤의 폭 방향에 대한 형상에러가 중앙부에 대해 대칭형태라고 가정하였기 때문에 도 15c와 같이 소재의 폭 방향에 대한 장력 분포형태도 소재의 중앙부에 대해 대칭형태로 나타나고 있다.15A to 15C are tension distributions of the exiting material after rolling obtained through the rolling mill entrance and exit material shape information. As can be seen from FIG. 14 due to the shape error of the rolling roll, the exit material has a periodic thickness error in the time domain and a nonuniform thickness distribution in the width direction of the material. As a result, the exiting material has a non-uniform tension distribution with respect to the time domain and the width direction of the material. This uneven tension distribution is expected to act as tension disturbance and adversely affect the thickness control of the material. Since the shape error with respect to the width direction of a rolling roll is assumed to be symmetrical about a center part, as shown in FIG. 15C, the tension distribution form with respect to the width direction of a raw material is also shown symmetrically about the center part of a raw material.

도 16a 내지 도 16c는 입측과 출측 소재의 형상정보 및 장력, 속도, 압연 조건 등의 정보를 통하여 얻은 압연 롤의 3차원 형상을 나타내고 있다. 이에서 알 수 있듯이, 압연 롤은 양끝단부의 마모로 인해 중앙부가 더 볼록한 형태를 지니고 있으며, 시간영역에 대해서도 주기적인 반경변화를 보이고 있다. 즉 압연 롤은 단면에 대한 편심을 지님과 동시에 롤 폭 방향에 대해서도 반경에러를 지니고 있음을 알 수 있다.16A to 16C show three-dimensional shapes of the rolling rolls obtained through the shape information of the entry and exit materials and information such as tension, speed, and rolling conditions. As can be seen from this, the rolled roll has a more convex shape at the center due to wear at both ends, and shows a periodic radius change in the time domain. In other words, it can be seen that the rolled roll has an eccentricity with respect to the cross section and a radius error in the roll width direction.

(2) 오목 형태 형상 에러(Concave type)(2) Concave type error

압연기의 입측과 출측에서 X-ray gauge meter를 통하여 얻은 소재의 폭 방향에 대한 두께 정보는 다음과 같다. 도 17a 내지 도 17c는 압연기 입측 소재의 3차원 형상을 나타내고 있으며, 시간영역과 소재의 폭 방향에 대한 두께 에러가 없는 이상적인 소재임을 알 수 있다. 또한, 소재 두께의 절반 크기만을 표시하고 있으며, 도 17a 에서는 소재의 두께 표면의 값을 나타내고 있다. 또한 도 17b는 시간영역에 대한 두께 변화량을 보여주며, 도 17c는 소재의 폭 방향에 대한 두께 분포를 나타내고 있다.The thickness information of the width direction of the material obtained through the X-ray gauge meter at the entry and exit of the rolling mill is as follows. 17A to 17C show a three-dimensional shape of the rolling mill entry material, and it can be seen that it is an ideal material having no thickness error in the time domain and the width direction of the material. Only half the size of the material thickness is shown, and the value of the thickness surface of the material is shown in FIG. 17A. In addition, FIG. 17B shows the thickness variation in the time domain, and FIG. 17C shows the thickness distribution in the width direction of the material.

한편, 도 18a는 압연 후 출측 소재의 3차원 형상을 나타내고 있다. 도 18b에서는 시간영역에 대해 일정한 주기를 지니는 두께에러를 나타내고 있는데, 이는 압연 롤 단면에 대한 편심이 존재하고 있는 것을 의미한다. 또한 도 18c에서 소재의 폭 방향에 대해 두께 분포가 불균일하다. 이는 압연 롤 형상에 롤 폭 방향에 대해 반경에러를 지니고 있음을 나타내는 것이다.18A shows the three-dimensional shape of the exit material after rolling. In FIG. 18B, a thickness error having a constant period with respect to the time domain is shown, which means that there is an eccentricity with respect to the rolling roll cross section. In addition, in FIG. 18C, the thickness distribution is uneven with respect to the width direction of the material. This indicates that the rolling roll has radial errors in the roll width direction.

즉, 도 17과 도 18의 소재 두께정보는 압연 롤의 형상정보를 포함하고 있는 것을 알 수 있으며, 이러한 소재의 형상정보와 압연 조건 등을 통하여 최종적인 압연 롤의 3차원 형상이상을 진단 할 수 있는 것이다.That is, it can be seen that the material thickness information of FIGS. 17 and 18 includes the shape information of the rolling rolls, and the three-dimensional shape abnormality of the final rolling roll can be diagnosed through the shape information and the rolling conditions of the material. It is.

도 19a 내지 도 19c는 압연기 입측과 출측 소재 형상정보를 이용하여 구한 압연 후 출측 소재의 장력 분포이다. 압연 롤의 형상에러로 인해 도 18c에서 알 수 있듯이 출측 소재는 시간영역에서의 주기적인 두께 에러 및 소재의 폭 방향에 대한 불균일한 두께 분포를 지니게 된다. 이로 인하여 출측 소재는 시간영역과 소재의 폭 방향에 대하여 불균일한 장력분포를 지니게 된다. 이러한 불균일한 장력분포는 장력 외란으로 작용하여 소재의 두께제어 시에 악영향을 미칠 것으로 예측된다. 압연 롤의 폭 방향에 대한 형상에러가 중앙부에 대해 대칭형태라고 가정하였기 때문에 도 19c와 같이 소재의 폭 방향에 대한 장력 분포형태도 소재의 중앙부에 대해 대칭형태로 나타나고 있다.19A to 19C are tension distributions of the exit material after rolling, which are obtained by using the rolling mill entrance and exit material shape information. Due to the shape error of the rolling roll, the exit material has a cyclic thickness error in the time domain and a nonuniform thickness distribution in the width direction of the material. As a result, the exiting material has a non-uniform tension distribution with respect to the time domain and the width direction of the material. This uneven tension distribution is expected to act as tension disturbance and adversely affect the thickness control of the material. Since the shape error with respect to the width direction of the rolling roll is assumed to be symmetrical with respect to the center part, as shown in FIG. 19C, the tension distribution form with respect to the width direction of the material also appears symmetrically with respect to the center part of the material.

도 20a 내지 도 20c는 입측과 출측 소재의 형상정보 및 장력, 속도, 압연 조건 등의 정보를 통하여 얻은 압연 롤의 3차원 형상을 나타내고 있다. 도 20a에서 알 수 있듯이, 압연 롤은 롤 중앙부의 마모로 인해 중앙부가 오목한 형태를 지니고 있으며, 시간영역에 대해서도 주기적인 반경변화를 보이고 있다. 즉 압연 롤은 단면에 대한 편심을 지님과 동시에 롤 폭 방향에 대해서도 반경에러를 지니고 있음을 알 수 있다.20A to 20C show three-dimensional shapes of the rolling rolls obtained through the shape information of the entry and exit materials and information such as tension, speed, and rolling conditions. As can be seen in Figure 20a, the rolling roll has a concave shape in the center portion due to the wear of the center portion of the roll, and also shows a periodic radius change over the time domain. In other words, it can be seen that the rolled roll has an eccentricity with respect to the cross section and a radius error in the roll width direction.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 압연 시스템 내의 각 부품을 통한 소재 가공원리의 규명을 통하여, 소재 가공 중에 측정되는 소재 형상(두께, 장력 등) 및 시스템 운용(속도 등)에 관한 신호를 역 추적하여 롤의 형상 이상 여부를 진단하고 이상의 정도를 규명함으로써, 이상의 정도가 일정 수준을 넘는 부품에 대해서는 교체 및 수리를 할 수 있도록 하여 궁극적으로 제품의 품질을 향상시키고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention reversely traces signals related to material shape (thickness, tension, etc.) and system operation (speed, etc.) measured during material processing through identification of the principle of material processing through each part in the rolling system. By diagnosing the abnormality of the shape of the roll and identifying the degree of abnormality, it is possible to replace and repair parts over which the degree of abnormality is over a certain level, thereby ultimately improving the product quality and improving productivity. .

또한, 이상이 발견된 롤 만을 교체함으로써, 부정기적인 롤 교체로 인한 비용의 절감을 이룰 수 있다. In addition, by replacing only the roll in which an abnormality is found, it is possible to achieve a cost reduction due to an irregular roll replacement.

또한, 본 연구에서 개발한 알고리즘은 사상 압연 프로세스 진단 시스템으로 활용할 수 있을 것이다.In addition, the algorithm developed in this study can be used as a finishing rolling process diagnosis system.

도 1은 압연되는 소재와 롤러를 도시한 평면도,1 is a plan view showing a rolled material and a roller,

도 2는 압연공정을 도식적으로 표현한 정면도,2 is a front view schematically showing a rolling process,

도 3은 변형된 롤의 반경을 구하기 위한 개념도,3 is a conceptual diagram for obtaining a radius of a deformed roll;

도 4는 2개의 롤 사이에 소재의 압연을 나타내는 개념도,4 is a conceptual diagram showing rolling of a raw material between two rolls;

도 5는 검사 체적 내의 미소체적을 나타내는 그래프,5 is a graph showing the microvolume in the test volume;

도 6은 탄성- 소성 재료의 응력 변형도,6 is a stress strain diagram of an elastic-plastic material,

도 7은 출측 소재의 두께 변화량에 따른 압하력 함수의 변화량을 나타내는 그래프,7 is a graph showing a change amount of the reduction force function according to the change amount of the thickness of the exit material;

도 8은 출측 소재의 두께 변화량에 따른 변경된 롤 반경의 변화량을 나타내는 그래프,8 is a graph showing the amount of change in the roll radius in accordance with the amount of change in the thickness of the exit material;

도 9는 출측 소재의 두께 변화량에 따른 압하력의 변화량을 나타내는 그래프,9 is a graph showing a change amount of the reduction force according to the change amount of the thickness of the exit material;

도 10은 본 발명에 따른 롤 형상 이상 진단방법의 처리 흐름도,10 is a processing flowchart of the roll shape abnormality diagnosis method according to the present invention;

도 11a 및 도 11b는 롤의 형상에러를 나타낸 것으로, 도 11a는 중앙부가 오목한 형태, 도 11b는 중앙부가 볼록한 형태의 롤을 도시한 평면도,11A and 11B illustrate a shape error of a roll, and FIG. 11A is a plan view showing a roll having a concave center portion, and FIG. 11B having a convex center portion.

도 12는 단면 방향에 대한 편심이 존재하는 압연롤을 도시한 단면도,12 is a cross-sectional view showing a rolling roll with an eccentricity with respect to the cross-sectional direction;

도 13은 압연기 입측 소재의 3차원 형상을 나타내는 것으로, 도 13a는 소재의 두께 표면의 값을 나타내는 그래프, 도 13b는 시간 영역에 대한 두께 변화량 그래프, 도 13c는 소재의 폭방향에 대한 두께 분포 그래프,FIG. 13 shows a three-dimensional shape of the rolling mill entry material, FIG. 13A is a graph showing the value of the thickness surface of the material, FIG. 13B is a graph of thickness variation with respect to the time domain, and FIG. 13C is a thickness distribution graph of the width direction of the material. ,

도 14는 압연 후 출측 소재의 3차원 형상을 나타내는 것으로, 도 14a는 소재의 두께 표면의 값을 나타내는 그래프, 도 14b는 시간 영역에 대해 일정한 주기를 지니는 두께 에러 그래프, 도 14c는 소재의 폭방향에 대한 두께 분포 그래프,14 is a three-dimensional shape of the exit material after rolling, Figure 14a is a graph showing the value of the thickness surface of the material, Figure 14b is a thickness error graph having a constant period for the time domain, Figure 14c is the width direction of the material Thickness distribution graph for,

도 15는 압연기 입측과 출측 소재 형상정보를 통하여 얻은 압연 후 출측 소재의 장력 분포를 나타내는 것으로, 도 15a는 소재의 두께 표면의 값을 나타내는 그래프, 도 15b는 시간 영역에 대해 일정한 주기를 지니는 두께 에러 그래프, 도 15c는 소재의 폭방향에 대한 두께 분포 그래프,FIG. 15 shows the tension distribution of the exit material after rolling obtained from the rolling mill entrance and exit material shape information, FIG. 15A is a graph showing the value of the thickness surface of the material, and FIG. 15B is a thickness error having a constant period for the time domain. 15C is a graph showing a thickness distribution of a width direction of a material;

도 16은 입측과 출측 소재의 형상정보 및 장력, 속도, 압연 조건 등의 정보를 통하여 얻은 압연 롤의 3차원 형상을 나타내는 것으로, 도 16a는 소재의 두께 표면의 값을 나타내는 그래프, 도 16b는 시간 영역에 대해 일정한 주기를 지니는 두께 에러 그래프, 도 16c는 소재의 폭방향에 대한 두께 분포 그래프,FIG. 16 shows a three-dimensional shape of the rolled roll obtained through the shape information of the entry and exit materials and information such as tension, speed, and rolling conditions, FIG. 16A is a graph showing the value of the thickness surface of the material, and FIG. Thickness error graph having a constant period with respect to the area, FIG. 16C is a thickness distribution graph with respect to the width direction of the material,

도 17은 압연기 입측 소재의 3차원 형상을 나타내는 것으로, 도 17a는 소재의 두께 표면의 값을 나타내는 그래프, 도 17b는 시간 영역에 대한 두께 변화량 그래프, 도 17c는 소재의 폭방향에 대한 두께 분포 그래프,17 is a three-dimensional shape of the rolling mill entry material, Figure 17a is a graph showing the value of the thickness surface of the material, Figure 17b is a thickness change graph over the time domain, Figure 17c is a thickness distribution graph of the width direction of the material ,

도 18은 압연 후 출측 소재의 3차원 형상을 나타내는 것으로, 도 18a는 소재의 두께 표면의 값을 나타내는 그래프, 도 18b는 시간 영역에 대해 일정한 주기를 지니는 두께 에러 그래프, 도 18c는 소재의 폭방향에 대한 두께 분포 그래프,18 is a three-dimensional shape of the exit material after rolling, Figure 18a is a graph showing the value of the thickness surface of the material, Figure 18b is a thickness error graph having a constant period with respect to the time domain, Figure 18c is the width direction of the material Thickness distribution graph for,

도 19는 압연기 입측과 출측 소재 형상정보를 통하여 얻은 압연 후 출측 소재의 장력 분포를 나타내는 것으로, 도 19a는 소재의 두께 표면의 값을 나타내는 그래프, 도 19b는 시간 영역에 대해 일정한 주기를 지니는 두께 에러 그래프, 도 19c는 소재의 폭방향에 대한 두께 분포 그래프,Fig. 19 shows the tension distribution of the exit material after rolling obtained from the rolling mill entrance and exit material shape information, Fig. 19A is a graph showing the value of the thickness surface of the material, and Fig. 19B is a thickness error having a constant period for the time domain. 19C is a graph showing a thickness distribution of a width direction of a material;

도 20은 입측과 출측 소재의 형상정보 및 장력, 속도, 압연 조건 등의 정보를 통하여 얻은 압연 롤의 3차원 형상을 나타내는 것으로, 도 20a는 소재의 두께 표면의 값을 나타내는 그래프, 도 20b는 시간 영역에 대해 일정한 주기를 지니는 두께 에러 그래프, 도 20c는 소재의 폭방향에 대한 두께 분포 그래프.20 shows a three-dimensional shape of a rolled roll obtained through the shape information of the entry and exit materials and information such as tension, speed, and rolling conditions, FIG. 20A is a graph showing values of the thickness surface of the material, and FIG. 20B is a time Thickness error graph having a constant period with respect to the area, FIG. 20C is a thickness distribution graph with respect to the width direction of the material.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣♣ Explanation of symbols for main part of drawing ♣

10 : 전체 소재 11 : 미소체10: the whole material 11: microstructure

W : 소재의 폭 R : 롤W: width of material R: roll

Claims (7)

압연되는 기본 조건을 입력받는 단계;Receiving a basic condition of rolling; 압연 후 출측 소재의 두께를 입력받는 단계;Receiving a thickness of the exit material after rolling; 입력받은 조건에 해당하는 압하력과 변경된 롤 반경의 설정치를 구하는 단계;Obtaining a setting value of the reduction force and the changed roll radius corresponding to the input condition; 입력받은 소재 두께를 폭방향에 대해서 N개의 미소체로 나누는 단계;Dividing the input material thickness into N microstructures in the width direction; 각각의 미소체의 두께와 상기 압하력, 변경된 롤 반경의 설정치를 이용하여 실제의 롤 반경을 계산하는 단계;Calculating an actual roll radius using the thickness of each microstructure, the reduction force, and the set value of the changed roll radius; 각각의 미소체에 해당하는 롤 반경정보의 선형적인 합으로 3차원 롤 형상을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 형상 이상 진단방법.And obtaining a three-dimensional roll shape by a linear sum of roll radius information corresponding to each microstructure. 제1항에 있어서, 압연기 입측과 출측에 대한 소재의 두께 정보와 연속 방정식, 장력에 대한 수학적 모델을 이용하여 소재의 폭방향 속도( V) 및 장력(T)을 구하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 롤 형상 이상 진단방법.The method of claim 1, further comprising calculating the widthwise velocity (V) and the tension (T) of the material by using the thickness information of the material on the rolling mill entrance and exit, the continuous equation, and the mathematical model of the tension. Roll shape abnormality diagnosis method. 제2항에 있어서, 상기 장력에 대한 수학적 모델은 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 롤 형상 이상 진단방법. The method of claim 2, wherein the mathematical model for the tension satisfies the following equation. 여기서, here, : 소재 속도(), : Material speed ( ), : 소재 속도의 정상상태 값, : Steady state value of material velocity, : 정상상태로부터 소재 속도의 변화, : Change of material speed from steady state, : 정상상태로부터 소재 장력의 변화, : Change of material tension from steady state, : 소재의 횡단면 면적, Is the cross-sectional area of the material, L : 소재 스판의 길이,L: length of material span, E : 영 계수,E : Young's modulus, : 소재 두께(), Material thickness ), : 소재 두께의 정상상태 값, : Steady state value of material thickness, : 정상상태로부터 소재 두께의 변화. : Change of material thickness from steady state. 제1항에 있어서, 입력받은 조건에 해당하는 압하력과 변경된 롤 반경의 설정치를 구하는 단계에서 상기 압하력은 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 롤 형상 이상 진단방법. The method of claim 1, wherein the pressing force satisfies the following equation in the step of obtaining the pressing force corresponding to the input condition and the set value of the changed roll radius. 여기서, : 2차원 평균 변형저항,here, : Two-dimensional average strain resistance, : 소재의 x방향의 응력, : Stress in the x direction of the material, K : 2차원 변형저항,K: two-dimensional strain resistance, R' : 변형된 작업 롤의 반경,R 'is the radius of the deformed work roll, h : 소재의 두께,h: thickness of the material, f(arb) : 장력의 영향을 고려한 압하력 함수.f (arb): The reduction force function considering the influence of tension. 제1항에 있어서, 입력받은 조건에 해당하는 압하력과 변경된 롤 반경의 설정치를 구하는 단계에서 상기 변경된 롤 반경은 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 롤 형상 이상 진단방법. The method of claim 1, wherein the changed roll radius satisfies the following formula in the step of obtaining a setting force of the reduction force and the changed roll radius corresponding to the input condition. 여기서, R : 작업 롤의 반경, Where R is the radius of the work roll, P : 압하력,P: reduction force, W : 소재의 폭,W is the width of the material, h : 소재의 두께, h: thickness of the material, ㎟/㎏f. Mm 2 / kgf. 제1항에 있어서, 실제의 롤 반경을 계산하는 단계에서는 민감도 해석을 통하여 상기 압하력과 변경된 롤 반경의 설정치는 상수로 가정하고 계산하는 것을 특징으로 하는 롤 형상 이상 진단방법.The method of claim 1, wherein in calculating the actual roll radius, the rolling reduction and the set roll radius are assumed to be constants through a sensitivity analysis. 제1항에 있어서, 압연 후 출측 소재의 두께를 입력받는 단계에서 X-레이 게이지 미터를 이용하여 압연 후 출측 소재의 폭 방향에 대한 두께를 획득하는 것을 특징으로 하는 롤 형상 이상 진단방법.The method of claim 1, wherein the thickness of the exit material after rolling is obtained by using an X-ray gauge meter in the step of receiving the thickness of the exit material after rolling.
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