KR100948242B1 - 롤 형상 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 초기 롤(2a)의 반경방향(Y축 방향)을 따라 나열된 두 지점으로부터 상기 초기 롤(2a)까지의 수평거리(X축 방향)를 측정하는 측정부(10); 상기 두 지점 간 거리(D)와, 상기 측정부(10)가 측정한 수평거리(a, b)와, 상기 초기 롤(2a)의 반경(

)을 이용하여 마모 롤(2b)의 외경 및 중심점을 계산 하는 연산처리부(20); 및 상기 연산처리부(20)에서 계산된 결과를 저장 및 표시하는 디스플레이부(30);를 포함하는 롤 형상 측정 시스템을 제공한다.

롤(Roll), 외경측정(Measurement of Diameter), 거리측정(Distance Meter), 신호처리(Signal Processing)

Description

롤 형상 측정 시스템{System and method for the Measurement of Roll Geometry}

본 발명은 롤(Roll)의 기본 형상 정보(외경, 중심점, 편심량, 마모량 등)를 측정하기 위한 알고리즘 및 시스템 구성에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 거리센서를 통해 두 점 혹은 세 점의 롤과 거리센서간의 거리를 획득하여 롤의 외경, 중심점, 편심량, 마모량을 손쉽게 측정하는 롤 형상 측정 시스템에 관한 것이다.

종래에는 롤의 외경보다 큰 폭의 레이저 스캐너를 이용하거나 공작기기에 안착된 상태의 롤의 표면에 공구 끝단을 접촉하여 위치를 읽는 방법 등을 사용하였다. 그러나 이러한 방식은 롤의 크기가 크거나 여러 개를 동시에 측정해야 하거나, 설비에 롤이 장착되어 있을 경우에는 측정할 수 없다.

예를 들면 [JP: 1997-269211]에서는 파이프에 접촉하지 않고 파이프의 외경을 측정하는 방법을 제시하고 있다. 시스템의 구성이 자유 회전 가능한 프리 롤과 구동 롤이 장착된 측정 시스템에 비접촉식 외경 측정기를 배치하여 구동 롤의 회전 중에 외경 측정기의 신호를 획득하여 측정치를 기억하는 방법으로 기본적으로 측정을 위한 전용 공간과 장치를 필요로 한다.

또 다른 예[KR: 2001-0001853]에서는 테이블롤의 외경을 측정하는 장치에 관한 것으로 롤을 감싸는 구조의 측정기에 좌우대칭 나사선을 형성하는 스크루축이 회전 돌리개와 측정암과 수평상태를 측정하는 수준기 등을 장착하여 측정하는 방식으로 롤의 크기가 클 경우 측정기의 크기도 같이 커져야 하기 때문에 장착이 용이하지 않다.

또 다른 예[JP: 2000-230810]에서는 필름 롤의 외측을 감싸는(상, 좌, 우) 세 방향에 광학식 변위 센서를 일정 거리를 유지하도록 배치하여 측정하는 방식으로 이 또한 롤의 크기에 따라 외측을 감싸는 구조의 측정 시스템의 크기가 재설계되어야 하고 여러 개의 롤이 장착된 상태(일반적인 연주설비나 압연설비의 경우)에서는 측정이 불가하다.

본 발명은 상기와 같은 방식의 기술이 롤이 거치된 현장에서 측정이 용이하지 않다는 문제점을 해결하고, 비교적 간단한 방법을 통해 손쉽게 롤의 기본 형상 정보를 계측할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 초기 롤(2a)의 반경방향(Y축 방향)을 따라 나열된 두 지점으로부터 상기 초기 롤(2a)까지의 수평거리(X축 방향)를 측정하는 측정부(10); 상기 두 지점 간 거리(D)와, 상기 측정부(10)가 측정한 수평거리(a, b)와, 상기 초기 롤(2a)의 반경(

)을 이용하여 마모 롤(2b)의 외경 및 중심점을 계산 하는 연산처리부(20); 및 상기 연산처리부(20)에서 계산된 결과를 저장 및 표시하는 디스플레이부(30);를 포함하는 롤 형상 측정 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 초기 롤(2a)의 반경방향(Y축 방향)을 따라 등간격으로 나열된 세 지점으로부터 상기 초기 롤(2a)까지의 수평거리(X축 방향)를 측정하는 측정부(10); 상기 지점들 간 거리(D)와 상기 측정부(10)가 측정한 수평거리(a, b, c)를 이용하여 초기 롤(2a)의 반경을 계산한 후, 계산된 상기 초기 롤(2a)의 반경과 상기 지점들 간 거리(D)와 상기 측정부(10)가 측정한 수평거리(a, b, c)를 이용하여 마모 롤(2b)의 외경 및 중심점을 계산하는 연산처리부(20); 및 상기 연산처리부(20)에서 계산된 결과를 저장 및 표시하는 디스플레이부(30);를 포함하는 롤 형상 측정 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 기존의 롤 외경 측정 시스템에서 발생하는 설치의 어려움, 설비에 장착된 상태에서 롤의 외경 측정의 어려움을 제거하고, 롤의 외경을 측정하기 위해 필요한 구조물이 필요 없이 간단하게 측정할 수 있다. 또한 롤의 외경 정보 뿐만 아니라 롤의 중심점의 위치를 알 수 있기 때문에 여러 방향의 측정값을 획득하면 부가적으로 롤의 진원도 및 편심량을 알 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명인 롤 외경 측정 시스템에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 초기 롤의 외경 크기를 알고 있을 때 두 점의 거리를 측정하여 롤의 외경 크기 및 중심점을 구하기 위한 기하학적 관계를 나타낸 그림이다.

상기 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 1개 혹은 복수(2개 혹은 3개)개의 거리센서(광학식 변위 센서, 접촉식 변위센서 등을 포함)를 이용하여 거리센서와 롤간의 거리정보를 두 점 혹은 세 점만 검출하여 롤의 외경 및 중심점을 계산할 수 있는 방법을 제시한다.

기본적으로, 계산된 롤의 외경 및 중심점에 대한 정보를 이용하여 롤의 원주방향으로 측정위치를 달리할 경우 외경 변화와 중심점 변화에 따른 롤의 진원도 및 마모량을 부가적으로 측정부(10)를 통해 획득할 수 있다.

본 발명의 "거리센서와 롤 사이의 두 점의 거리정보에 의한 롤 외경 및 중심점 측정 방법"에 의하면

도 1에서 열거한 것과 같이 설비에 장착된 롤(2a)의 초기 반경을 알고 있을 경우 거리센서(1a, 1b)는 롤(2b) 원주방향으로 수평이동이 가능할 경우 1개 또는 이송이 불가능할 경우 하나의 몸체에 2 개가 평행하게 장착되어 있고, 거리센서와 롤 사이의 두 점의 거리정보가 측정부(10)를 통해 획득되어 연산처리부(20)에 전송된다.

상기 연산처리부(20)에서는 다음과 같은 방법으로 롤의 외경 및 중심점을 계산하게 된다.

연산이 완료되면 연산결과를 디스플레이부(30)에 나타내게 된다.

가정 : 두 점 위치의 거리측정센서가 수평으로 Allign되어 있다고 가정한다.

초기에 알수 있는값

D: 레이저 센서간의 수직 거리

a : 초기 장착시 1번 레이저 센서 거리측정값

b : 초기 장착시 2번 레이저 센서 거리측정값

:초기 장착시 롤 반경

상기 도 1에서 보듯이 L은 아래와 같이 기하학적 관계에 의해 쉽게 구할 수 있다.

(0.1)

따라서,

은 삼각함수의 관계에서

을 알 수 있고,

는

을 알 수 있다.

(0.2)

(0.3)

도 1의 기하학적 관계에서

이므로,

와

로부터 초기 롤 중심좌표 (x,y)가 구해진다.

(0.4)

(0.5)

롤 구동 중에 새로운 레이저 센서 거리 측정값인 좌표 D(m,0)과 E(i,D)가 구해진다.

(0.6)

(0.7)

(0.6)과 (0.7)에서 구한 점들과 초기중심좌표 (x,y) 사이의 거리가 현재 롤의 반경이 된다.

따라서, 최종적인 롤의 반경은 다음과 같이 구할 수 있다.

(0.8)

(0.9)

(0.10)

측정오차를 고려하여

의 평균값이 허용 Tolerance를 넘지 않을 경우 측정한 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있다.

도2는 본 발명에 의한 세 점의 거리를 측정하여 롤의 외경 크기 및 중심점을 구하기 위한 기하학적 관계를 나타낸 사시도이다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 "거리센서와 롤 사이의 세 점의 거리정보에 의한 롤 외경 및 중심점 측정 방법"에 의하면 도 2에서 열거한 것과 같이 설비에 장착된 롤에 대한 정보가 없을 경우 거리센서는 롤 원주방향으로 수평이동이 가능할 경우 1개 또는 이송이 불가능할 경우 하나의 몸체에 3 개가 서로 평행하게 장착되어 있고, 거리센서와 롤 사이의 세 점의 거리정보가 측정부(10)를 통해 획득되어 연산처리부(20)에 전송된다.

상기 연산처리부(20)에서는 다음과 같은 방법으로 롤의 외경 및 중심점을 계산하게 된다. 연산이 완료되면 연산결과를 디스플레이부(30)에 나타내게 된다.

조건 : 세개의 레이저 거리센서가 수평으로 등간격(D)으로 정렬되어 있다.

초기 조건에서 주어진 값

D: 레이저 센서간의 수직 거리

a : 1번 레이저 센서의 현재 거리측정값

b : 2번 레이저 센서의 현재 거리측정값

c : 3번 레이저 센서의 현재 거리측정값

미지수 (3개)

d : 롤의 반경

: 이동된 롤의 원점좌표(조업조건에 따라 변함)

도 2에서 보듯이 L(선분 OC)은 아래와 같이 기하학적 관계에 의해 쉽게 구할 수 있다.

(2.1)

따라서,

은 삼각함수의 관계에서

을 알 수 있고,

은 선분

의 중점좌표 M에서

에 수직한 직선의 기울기의 예각이다. 따라서

에 수직한 직선의 방정식의 위에 롤의 중심좌표

가 위치한다. 또한,

는

에서 아래와 같은 관계식을 만족한다.

(2.2)

즉, 수식 (2.2)에서 보듯이 롤의 반경을 계산하기 위하여

혹은

를 구하면 된다. 도 2의 기하학적 관계에서

를 만족한다.

도 3은 본 발명에 의한 세 점의 거리를 측정하여 롤의 외경 크기 및 중심점을 구할 때 롤에 내접한 도형에서의 각도를 설명하기 위한 그림이다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 도 3에서 보듯이

가 이루는 각은 아래와 같이 계산할 수 있다.

선분 OA와 선분 OB가 이루는 각은 아래와 같은 기하학적 관계에서 쉽게 구할 수 있다.

(2.3)

여기서, 원점과 B 사이의 거리는

, B와 C 사이의 거리는

, 원점과 C 사이의 거리는

이다. 또한, 도 3에서 다음과 같은 기하학적 관계가 성립한다.

(2.4)

따라서, 최종적인 롤의 반경은 수식 (2.2)와 (2.3), (2.4)에 의해서 구해진다.

(2.5)

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 다수의 롤의 외경 및 중심점 측정 시 두 점 혹은 세 점을 자동으로 측정하는 시스템의 예를 나타내는 사시도이다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 한 개의 거리센서를 이용하여 다수의 롤의 외경 및 중심점을 측정하는 롤 기본 형상을 측정하는 시스템을 구성한 예시 그림으로 하나의 롤 측정 시스템은 이동이 용이하고 다수의 롤이 장착된 설비를 분해하지 않고도 측정이 가능하도록 구성할 수 있음을 볼 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 의한 초기 롤의 외경 크기를 알고 있을 때 두 점의 거리를 측정하여 롤의 외경 크기 및 중심점을 구하기 위한 기하학적 관계를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 의한 세 점의 거리를 측정하여 롤의 외경 크기 및 중심점을 구하기 위한 기하학적 관계를 나타낸 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 세 점의 거리를 측정하여 롤의 외경 크기 및 중심점을 구할 때 롤에 내접한 도형에서의 각도를 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 다수의 롤의 외경 및 중심점 측정 시 두 점 혹은 세 점을 자동으로 측정하는 시스템의 예를 나타내는 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1a, 1b: 두 점 위치의 거리센서

2a: 초기 장착 시 외경의 크기가 알려진 롤

2b: 측정하고자 하는 롤

3a, 3b, 3c: 세 점 위치의 거리센서

4: 측정하고자 하는 롤

10 : 측정부

20 : 연산처리부

30 : 디스플레이부

Claims (4)

1. 롤 형상 측정 시스템에 있어서,

   초기 롤(2a)의 반경방향(Y축 방향)을 따라 나열된 두 지점으로부터 상기 초기 롤(2a)까지의 수평거리(X축 방향)를 측정하는 측정부(10);

   상기 두 지점 간 거리(D)와, 상기 측정부(10)가 측정한 수평거리(a, b)와, 상기 초기 롤(2a)의 반경(

   

   )을 이용하여 마모 롤(2b)의 외경 및 중심점을 계산 하는 연산처리부(20); 및

   상기 연산처리부(20)에서 계산된 결과를 저장 및 표시하는 디스플레이부(30);를 포함하는 롤 형상 측정 시스템.
2. 삭제
3. 롤 형상 측정 시스템에 있어서,

   초기 롤(2a)의 반경방향(Y축 방향)을 따라 등간격으로 나열된 세 지점으로부터 상기 초기 롤(2a)까지의 수평거리(X축 방향)를 측정하는 측정부(10);

   상기 지점들 간 거리(D)와 상기 측정부(10)가 측정한 수평거리(a, b, c)를 이용하여 초기 롤(2a)의 반경을 계산한 후, 계산된 상기 초기 롤(2a)의 반경과 상기 지점들 간 거리(D)와 상기 측정부(10)가 측정한 수평거리(a, b, c)를 이용하여 마모 롤(2b)의 외경 및 중심점을 계산하는 연산처리부(20); 및

   상기 연산처리부(20)에서 계산된 결과를 저장 및 표시하는 디스플레이부(30);를 포함하는 롤 형상 측정 시스템.
4. 삭제

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