KR100858128B1 - 백업롤의 회전감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백업롤이 워크롤을 지지 및 가압한 상태에서 회전할 때, 상기 백업롤과 워크롤 사이에 발생되는 슬립으로 인하여 백업롤의 불규칙적으로 회전되는 것을 실시간으로 감지하여 작업자에게 신호하여 슬립으로 인한 백업롤과 워크롤의 흠 발생을 방지할 수 있는 백업롤의 회전감지장치에 관한 것으로서, 그 특징적인 구성은 백업롤(2)의 선단부에 결합되는 유압너트(20)의 외측 둘레면에 설치되는 한 쌍의 회전기어(21, 22)와, 상기 유압너트(20)의 둘레면에 설치되는 쵸크커버(6)의 외측 둘레면에 설치되는 베이스(24)와, 상기 베이스(24)의 상부에 플레이트(25)를 매개로 설치되어 회전기어(21, 22)의 회전을 감지하는 센서(27a, 27b, 27c, 27d)와, 상기 센서(27a, 27b, 27c, 27d)를 보호하도록 베이스(24)의 상부에 설치된 박스(29)와, 상기 박스(29)의 상면에 설치되어 센서(27a, 27b, 27c, 27d)의 센싱값을 디지털 신호로 변환하는 변환기(30)와, 상기 변환기(30)와 케이블(31a)로 연결되는 PLC(31) 및 상기 PLC(31)와 케이블(32a)로 연결되어 백업롤(2)의 회전량을 펄스로 표시하는 표시수단(32)을 포함하여서 된 것이다.

압연기, 백업롤, 워크롤, 쵸크, 변환기

Description

백업롤의 회전감지 장치{Revolution sensing apparatus of backup-roll}

도 1은 일반적인 압연기의 구성 사시도.

도 2는 일반적인 백업롤 및 쵸크의 결합상태 단면도.

도 3은 종래의 방법으로 백업롤의 회전을 확인하는 상태를 나타낸 개략도.

도 4는 종래의 백업롤 회전 감지장치를 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치를 나타낸 분해 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치의 센서의 설치위치를 설명하기 위한 개략도.

도 7은 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치를 나타낸 결합상태 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치를 나타낸 단면도.

도 9는 도 8의 A - A 선 단면도.

도 10은 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치의 설치상태를 나타낸 개략도.

도 11은 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치에 의한 펄스 발생 예시도.

도 12는 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치에서 정상적인 작업시 발생되는 펄스의 예시도.

도 13은 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치에서 백업롤 슬립시 발생되는 펄스의 예시도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 워크롤 2 : 백업롤

6 : 쵸크커버 20 : 유압너트

21, 22 : 회전기어 24 : 베이스

25 : 플레이트 27a, 27b, 27c, 27d : 센서

29 : 박스 30 : 변환기

31 : PLC 31a : 케이블

32 : 표시수단 40a : 케이블

40 : 워크롤 회전감지수단

본 발명은 열간 압연에 사용되는 백업롤의 회전상태를 감지하는 회전감지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 백업롤이 워크롤을 지지 및 가압한 상태에서 회전할 때, 상기 백업롤과 워크롤 사이에 발생되는 슬립으로 인하여 백업롤의 불규칙적으로 회전되는 것을 실시간으로 감지하여 작업자에게 신호하여 슬립으로 인한 백업롤과 워크롤의 흠 발생을 방지하는 한편, 상기 흠에 의한 제품 표면결함이 발생되는 것을 방지할 수 있는 백업롤의 회전감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 열간 압연 공정에서는 일정온도로 가열된 슬라브(Slab)를 소재로 회전하는 2개의 롤 사이를 통과시키면서 롤의 간격을 점차 좁히면서 연속적인 힘을 가하여 수요가가 요구하는 소정의 칫수(두께 및 폭), 재질 및 표면품질을 확보하면서 압연하게 된다.

상기 압연기는 도 1에 나타낸 바와 같이 구동수단(도면 미도시)에 의해서 구동되는 한 쌍의 워크롤(1)과, 그 워크롤(1)에 압하량(약 4,000ton)을 부여하여 압연가능 하도록 지지하는 한 쌍의 백업롤(2)로 구성된다.

상기 백업롤(2)은 워크롤(1)의 작업 반력을 지지하면서 회전하는 것으로서, 작업특성상 중·대형의 롤이 사용되며, 특히, 백업롤(2)은 워크롤(1)과 접촉되어 그 워크롤(1)이 회전함에 따라서 회전되게 되어 있다.

상기와 같이 구성된 압연기에서 압연 작업 중 백업롤(2)은 워크롤(1)의 회전에 의해서만 회전되므로 워크롤(1) 교체 후에는 워크롤(1) 및 백업롤(2)의 표면에 묻은 오일(Oil) 및 그리스(Grease) 등의 이물질에 의해 초기 구동시 슬립이 발생되며, 압연중에는 소재의 선단부가 진입되면서 압연작업 시작시점에 압하량을 부여하는 백업롤(2)에서 순간적으로 압하량이 적을 때 슬립이 발생된다. 또한, 압연소재의 꼬임으로 인하여 미량의 슬립이 발생하고, 백업롤(2)을 지지하는 쵸크(3) 내의 베어링이 파손될 경우에도 슬립이 발생하게 된다.

상기와 같은 슬립의 발생여부를 확인하고, 판단하기 위해서는 압연 완료된 제품의 표면검사과정에서 흠의 상태를 보고 판단하기 때문에 상황 조치에 신속성이 떨어지고, 여러대의 압연기(약 7대 : F1 Stand ~ F7 Stand) 중 어느 압연기에서 발생했는지 판단하기가 어렵다.

또한, 슬립 발생 여부를 판단하기 어려운 이유는 일반적인 롤의 경우 단부가 노출되어 있어 외부에서도 육안 식별이 가능하여 회전여부를 쉽게 판달 할 수 있으나, 백업롤(2)은 도 2에 나타낸 바와 같이 베어링과의 접촉부가 테이퍼져 있으며, 이곳에 조립되는 베어링은 유막 축수형으로서 원통형인 쉘 베어링(Shell Bearing)(4)과 슬리브 베어링(Sleeve Bearing)(5)이 쵸크(3)와 함께 조립되고, 이들 베어링 사이에 오일이 충입되어 유막이 형성된 상태로 회전함으로 백업롤(2) 단부에는 오일 누유를 막기 위하여 쵸크 커버(6)가 조립되므로 백업롤(2)의 회전여부를 육안으로 판단 할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 백업롤(2)의 슬립 발생 여부를 판단하기 위해서는, 도 3에 나타낸 바와 같이 작업자가 압연기에 접근하여 백업롤(2)과 워크롤(1)의 접촉부를 일일이 손전등(7)을 비추면서 확인해야 하는데, 이는 계속적인 확인 작업이 곤란할 뿐 아니라 구동되는 압연기에 접근시 회전중인 압연기에 의한 안전사고의 위험이 있다.

특히, 슬립이 발생된 상태에서 연속 압연을 진행할 경우, 워크롤(1)과 백업롤(2)의 마찰에 의해 균열 및 흠과, 롤 일부분이 떨어져 나가는 스폴링(Spalling)이 발생되며, 심할 경우 롤이 절손 되기도 하여 롤의 사용수명을 단축시킴은 물론, 상기 롤의 균열 및 흠으로 인하여 제품 표면에 결함이 발생되는 등의 문제점이 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 백업롤의 회전을 확인하기 위한 도 4에 나타낸 장치가 실용신안등록 출원 제2000-34894호로 출원되었다.

여기에서 참조되는 바와 같이 접촉구(10)와, 몸체(11), 몸체지지봉(12), 고무판(13), 접지대 접지판(14), 고정대 접촉판(15), 전원공급수단(16), 및 램프(17) 로 구성된 장치를 백업롤(2)의 단부에 조립된 쵸크커버(6)측면에 설치하여 백업롤(2)의 단부에서 접촉면(2a)에 접촉구(10)가 접촉되면 몸체(11)가 몸체지지봉(12)을 따라 쵸크 커버(6)방향으로 진행하면서 고무판(13)을 밀착하면 접지대 접지판(14)이 고정대 접촉판(15)에 접촉되면서 전원공급수단(16)에 의해 전지소켓(18)과 램프(17)가 전원 공급되어 램프(17)가 소등되고, 백업롤(2)의 단부에서 비접촉면(2b)일 때는 접촉구(10)가 비 접촉되어 전원이 차단되게 하여 백업롤의 1회전당 전원공급(On), 전원차단(Off)을 4회 반복하면서 롤이 원주방향으로 90˚회전을 기준으로 램프(17)의 점등과 소등을 반복하면서 회전 유무를 판단할 수 있도록 한 것이다.

그러나 상기 백업롤(2)이 90˚회전하게 되면, 워크롤(1)과 백업롤(2)의 표면에는 상당한 흠이 발생하게 된다. 즉, 백업롤(2)의 직경을 1500mm로 가정한 후, 90˚의 슬립이 발생하게 되면 원주방향으로의 슬립량은 1177.5mm(원주=1500*3.14=4710)가 되며, 이와 접촉된 상태로 회전하는 워크롤(1)의 직경을 600mm(600*3.14=1884)로 가정하면 워크롤(1) 표면은 거의 대부분에 표면 불량이 발생된 후에 확인이 되는 것이다. 또한, 압연 작업 중 "Z "축으로의 스러스트(Thrust) 하중이 발생되면 회전 감지장치가 파손되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 백업롤의 1회전에 대하여 n개의 펄스를 발생시키는 회전감지장치를 설치하여, 백업롤의 미세슬립까지도 실시간으로 감지할 수 있도록 펄스 신호를 발생시킴으로써, 백업롤의 슬립을 작업자가 신속하게 확인할 수 있게 하여 슬립에 의한 흠 발생을 방지하고, 이 흠에 의한 제품의 표면결함을 미연에 방지할 수 있는 백업롤의 회전감지장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명 백업롤의 회전감지 장치는 백업롤의 선단부에 결합되는 유압너트의 외측 둘레면에 설치되는 회전기어와, 상기 유압너트의 둘레면에 설치되는 쵸크커버의 외측 둘레면에 설치되는 베이스와, 상기 베이스의 상부에 고정플레이트를 매개로 설치되어 회전기어의 회전을 감지하는 센서와, 상기 센서를 보호하도록 베이스의 상부에 설치된 박스와, 상기 박스의 상면에 설치되어 센서의 센싱값을 디지털 신호로 변환하는 변환기와, 상기 변환기와 케이블로 연결되는 PLC 및 상기 PLC와 케이블로 연결되어 백업롤의 회전량을 펄스로 표시하는 표시수단을 포함하여서 된 것이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 종래의 백업롤 회전 감지장치를 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치를 나타낸 분해 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치의 센서의 설치위치를 설명하기 위한 개략이고, 도 7은 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치를 나타낸 결합상태 사시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치를 나타낸 단면도이다.

여기에서 참조되는 바와 같이 백업롤(2)의 선단부에 결합되는 유압너트(20)의 외측 둘레면에는 고정볼트(23)를 매개로 한 쌍의 회전기어(21, 22)가 결합되어 있되, 그 회전기어(21, 22)의 둘레면에는 동일한 크기를 갖는 복수개의 치산(21a, 22a)과 치골(21b, 22b)이 방사선 방향으로 상호 교차되게 가공되어 있으며, 여기서 치산(21a, 22a)의 치차면은 이후에 설명할 센서에 의해서 감지되는 검출판 역할을 한다. 상기 회전기어(21, 22)를 설치할 때에는 각 회전기어(21, 22)에 형성된 치형이 서로 일치되지 않도록 설치한다. 즉, 도 6에 나타낸 바와 같이 각 회전기어(21, 22)의 치산(21a, 22a)과 치골(21b, 22b)이 서로 대향되게 설치한다.

그리고 상기 검출판 역할을 하는 치산(21a, 22a)의 치차면 폭(W)은 유압너트(20)의 외경이 625mm이고, 쵸크커버(6)의 내경이 688mm 일 때 그 중간 값인 655mm를 적용하여 최대한 간섭받지 않도록 하기 위하여 회전기어(21, 22)의 외경은 655mm로 가공하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 회전기어(21, 22)의 외경이 655mm 일 때 원주길이는 2056.7mm이며, 검출판이 되는 치산(21a, 22a)의 개수를 60개로 할 경우 치산(21a, 22a)과 치산(21a, 22a)의 간격은 34.3mm가 되므로 검출판이 되는 치차면의 폭은 17.15mm가 되고 이는 펄스 검출시 가장 최적으로 검출될 수 있는 최소 간격으로서, 상기 간격을 유지하여야 하는 이유는 다음과 같다.

만약, 검출판(치차면)의 간격을 조절하고자 할 때에는 치산(21a, 22a)의 개수를 조절하면 되는 것이며, 상기 치산(21a, 22a)의 개수를 줄일 경우에는 백업롤(2)의 미끌림을 검출하는 간격이 멀어지게 되므로, 백업롤(2)에서 많은 양의 미끌림이 발생하게 되며, 반대로 치산(21a, 22a)의 개수를 증가시키면 압연작업시 백업롤(2)이 고속으로 회전될 때 센서의 센싱값이 불규칙하게 되어 펄스 신호를 정확하게 발생시키기 못하게 되는 것이다.

한편, 백업롤(2)의 단부에 설치되는 쵸크커버(6)의 둘레면 일측에는 통공(6a)이 형성되어 있고, 그 통공(6a)의 상면에는 중앙이 관통 형성된 베이스(24)가 설치되어 있으며, 상기 베이스(24)의 상면에는 플레이트(25)가 고정볼트(25a)를 매개로 고정 설치되어 있되, 상기 플레이트(25)와 베이스(24)의 사이에는 쵸크커버(6) 내부에 충입된 오일이 누유되는 것을 방지하기 위한 가스켓(26)이 설치되어 있다.

상기 플레이트(25)에는 센서(27a, 27b, 27c, 27d)가 삽입되는 삽입공(25b)이 형성되어 있되, 상기 삽입공(25b)은 각 회전기어(21, 22)의 상부에 한 쌍의 센서가 위치 될 수 있도록 형성되어 있으며, 상기 센서(27a, 27b, 27c, 27d)의 상/하부에는 플레이트(25)의 양측면에 접촉되도록 결합되는 너트(28)와 오링(28a)을 매개로 견고히 고정된다. 이와 같이 고정되는 센서(27a, 27b, 27c, 27d)는 도 6에 나타낸 바와 같이 회전기어(21) 치산(21a)의 1/4지점에 설치되고, 센서(27a)가 설치되고 회전기어(21) 치골(21b)의 4/4지점에 센서(27b)가 설치되며, 회전기어(22) 치산(22a)의 3/4지점에 센서(27c)가 설치되고, 회전기어(22)의 치산(22a)의 2/4지점에 센서(27d)가 설치되는 것이다.

한편, 상기 베이스(24)의 상면에는 고정볼트(29a)를 매개로 박스(29)가 부착 되어 있되, 그 박스(29)는 센서(27a, 27b, 27c, 27d)가 외부로 노출되는 것을 방지하기 위한 것이며, 상기 박스(29)의 상면에는 센서(27a, 27b, 27c, 27d)와 연결되어 센서(27a, 27b, 27c, 27d)의 센싱값을 디지털 신호로 변화하기 위한 변환기(30)가 고정볼트(30a)설치되어 있다.

한편, 도 10에 나타낸 바와 같이 각 백업롤(2)의 쵸크커버(6)에 설치된 변환기(30)는 그 변환기(30)에서 발생되는 디지털 신호를 수신 받아 데이터를 처리하는 PLC(31)와 케이블(31a)을 매개로 연결되고, 상기 PLC(31)에는 워크롤(1)의 구동을 측정하는 워크롤 회전감지수단(40)이 케이블(40a)을 매개로 연결되어 있으며, 상기 PLC(31)에는 테이터의 처리 결과를 작업자에게 전달할 수 있는 표시수단(32)이 연결되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작동상태를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압연 작업을 실시하면 워크롤(1)의 회전에 의해 백업롤(2)이 회전된다. 이때 상기 워크롤(1)의 회전량은 워크롤 회전감지수단(40)에 의해서 감지되고 그 감지된 신호는 PLC(31)로 전송되어 상기 PLC(31)에서 펄스로 변환된 후 표시수단(32)에 표시되는 것이다.

또한, 상기 백업롤(2)이 회전함에 따라서 그 선단부에 설치된 유압너트(20)와 그 유압너트(20)의 외측 둘레면에 설치된 한 쌍의 회전기어(21, 22)가 함께 회전되며, 상기 회전기어(21, 22)의 회전량은 각 센서(27a, 27b, 27c, 27d)에 의해서 센싱 되는 것이고, 상기 각 센서(27a, 27b, 27c, 27d)에서 센싱된 센싱값은 변환기(30)에서 디지털 신호로 변환된 후 PLC(31)로 전송되며 상기 PLC(31)에서는 백업롤(2)의 회전량을 펄스로 변환시켜 표시수단(32)을 통하여 출력하게 되는 것이다.

상기 각 센서(27a, 27b, 27c, 27d)의 센싱값을 이용하여 펄스로 변화시키는 과정을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상술한 바와 같이 60개의 검출판을 갖는 한 쌍의 회전기어(21, 22)를 검출할 수 있도록 각 회전기어(21, 22)에 2개씩 설치된 센서(27a, 27b, 27c, 27d)의 검출에 의해서 검출할 수 있는 펄스의 개수는 검출판 개수를 4체배 방식으로 변환할 경우에 각 회전기어(21, 22)에 240개의 펄스가 각각 발생된다. 따라서, 한 쌍의 회전기어(21, 22)에서 검출할 수 있는 펄스의 개수는 8체배가 되어 480개가되는 것으로, 백업롤(2)이 1회전할 때 480개의 펄스를 발생시키는 것이다.

상기의 4체배 방식은 수치적분(Numerical Integration) 공식 또는 구적법(Quadrature)공식이라는 기법을 A상(제1센서)과 B상(제2센서)을 90˚위상차로 배치하여 A상(제1센서)의 펄스가 하강하고, 90˚후, B상(제2센서)이 하강할 때, 그리고, A상(제1센서)의 펄스가 상승하고 90˚후, B상(제2센서)이 상승할 때의 신호를 이용하여 360˚중 90˚위상차 신호를 이용한 4배의 분해능력을 얻는 것이다.

도 11은 본 발명에 따른 백업롤 회전 감지장치에 의한 펄스 발생 예시도로서, 도면상 좌측은 각 센서(27a, 27b, 27c, 27d)가 회전기어(21, 22)를 센싱하는 위치를 나타낸 것이고, 도면상 우측은 그 위치에 따른 센싱값에 의한 펄스의 파형을 나타낸 것이며, 100a ~ 100d는 센서(27a, 27b, 27c, 27d)의 센싱값에 의한 각 펄스이고, 100은 상기 센서(27a, 27b, 27c, 27d)의 센싱값을 입력받아 PLC(31)에서 계산된 백업롤(2)의 회전에 따른 펄스이며, 101은 워크롤(1)의 회전에 따른 펄스이다.

먼저, 도 11의 '가'부분과 같이 센서(a)는 회전기어(a)의 치산(a) 1/4지점에 위치되어 'H'신호가 발생되고 센서(b)는 회전기어(a)의 치골(a) 4/4지점에 위치되어 'L'신호가 발생되며, 센서(c)는 회전기어(b)의 치산(b) 3/4지점에 위치되어 'H'신호가 발생되고, 센서(d)는 회전기어(b)의 치산(b) 4/4지점에 위치되어 'H'신호가 발생되는 것이며, 이때의 각 센싱값은 입력받은 PLC(31)에서는 'H'신호가 발생되는 것이다.

그리고 11의 '나'부분, '다'부분 및 '라'부분과 같이 각 센서(27a, 27b, 27c, 27d)가 위치될 때 PLC(31)에서는 'H'신호가 발생되는 것으로서, 상기 회전기어(21, 22)가 연속적으로 회전되어 '가' ~ '라'부분과 같이 센싱을 반복하면서 펄스를 발생시키게 되는 것이다.

상기 워크롤(1)이 회전됨과 함께 회전되는 백업롤(2)이 정상적으로 회전되면 표시수단(32)에는 도 12에 나타낸 바와 같은 정상적인 펄스가 연속적으로 발생되는 것이다.

그러나 워크롤(1)이 회전될 때 일정구간에서 백업롤(2)에 미세 슬립이 발생되면, 도 13의 '가'부분과 같이 펄스가 발생되지 않고, 상기 백업롤(2)에 연속적인 슬립이 발생되면, 도 13의 '나'부분과 같이 펄스가 발생되지 않는 것이다.

따라서, 작업자는 표시수단(32)에 표시되는 펄스의 변화를 확인하면서 백업롤(2)의 슬립을 정확하게 확인할 수 있게되는 것이다.

이와 같이 본 발명은 백업롤의 1회전에 대하여 회전감지장치에서 n개(약 480개)의 펄스가 발생되므로, 그 펄스를 확인하면서 상기 백업롤의 미세슬립까지도 실시간으로 확인할 수 있게 되어 슬립에 의한 흠 발생을 방지하고, 이 흠에 의한 제품 표면결함이 발생되는 것을 미연에 방지하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 방지할 수 있는 특유의 효과가 있다.

Claims (2)

1. 백업롤(2)의 선단부에 결합되는 유압너트(20)의 외측 둘레면에 설치되어 백업롤(2)과 함께 회전하고, 표면에 검출판이 형성된 한 쌍의 회전기어(21, 22);

   상기 유압너트(20)의 둘레면에 설치되는 쵸크커버(6)의 외측 둘레면에 설치되는 베이스(24);

   상기 베이스(24)의 상부에 플레이트(25)를 매개로 회전기어(21,22)의 표면에 형성된 검출판과 이격 설치되어 회전기어(21, 22)의 회전량을 측정하는 센서(27a, 27b, 27c, 27d);

   상기 센서(27a, 27b, 27c, 27d)를 보호하도록 베이스(24)의 상부에 설치된 박스(29);

   상기 박스(29)의 상면에 설치되어 센서(27a, 27b, 27c, 27d)의 센싱된 회전기어(21, 22)의 회전량을 디지털 신호로 변환하는 변환기(30);

   상기 변환기(30)와 케이블(31a)로 연결되어 디지털 신호로 변환된 회전기어(21, 22)의 회전량을 펄스로 변환시키는 PLC(31); 및

   상기 PLC(31)와 케이블(32a)로 연결되어 PLC(31)로부터 변환된 펄스를 표시하는 표시수단(32); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 백업롤의 회전감지 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 PLC(31)에는 워크롤(1)의 회전량을 감지하는 워크롤 회전감지수단(40)이 케이블(40a)을 매개로 연결됨을 특징으로 하는 백업롤의 회전감지 장치.

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