KR101008177B1 - 열연 스트립 선단 검출 장치 - Google Patents

열연 스트립 선단 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기적 원리를 이용하여 습기, 오일, 진동 등 외란에 영향을 받지 않고 정확한 선단 위치의 검출이 가능하며, 설치 및 보수가 용이한 열연 스트립의 선단 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 영구자석과, 상기 영구자석에 부착되는 제1면과, 그 반대측의 제2면을 가지며, 상기 영구자석의 자속을 상기 제1면으로부터 제2면 방향으로 전달하는 순철팁과, 상기 순철팁의 둘레에 설치되며, 스트립이 상기 순철팁의 제2면을 소정 간격 이격되어 통과할 때 자속밀도의 변화를 전압값으로 변환하는 검출코일 및 상기 검출코일에 의해 변환된 전압값을 처리하여 자속밀도의 변화를 분석하고, 분석된 자속밀도의 변화를 이용하여 스트립의 선단을 검출하는 신호처리부를 포함하는 열연 스트립 선단 검출 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 외란의 영향에 무관하게 정확한 열연 스트립의 선단을 검출할 수 있으며, 설치, 유지 및 보수가 용이하고 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 우수한 효과가 있다.
열연 스트립, 권취, 선단 검출, 영구자석, 코일, QOC

Description

열연 스트립 선단 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING THE HEAD OF HOT ROLLED STRIP}
도 1은 본 발명에 따른 열연 스트립 선단 검출 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열연 스트립 선단 검출 장치에서 열연 스트립이 센서부를 통과할 때, 자속의 변화를 도시한 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11 : 열연 스트립 21 : 검출부
31 : 신호처리부 211 : 영구자석
212 : 순철팁 213 : 보빈
214 : 검출코일 311 : 프리앰프
312 : 저역통과필터 313 : 피크검출기
본 발명은 열연설비의 권취기에서 열연 스트립의 선단 검출 장치에 관한 것 으로서, 특히 자기적 원리를 이용하여 습기, 오일, 진동 등 외란에 영향을 받지 않고 정확한 선단 위치의 검출이 가능하며, 설치 및 보수가 용이한 열연 스트립의 선단 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 열연설비의 권취기에는 열연 스트립을 권취할 때 열연 스트립의 선단에 의해 발생하는 롤마크(Roll Mark) 결함으로 인한 제품 불량을 방지하기 위해 선단 검출센서를 이용하여 QOC(Quick Open Control)을 행한다. QOC는 열연 스트립의 초기 권취시 코일에 장력이 걸릴 때까지 감겨지는 코일을 잡아주는 롤인 유니트롤(Unit Roll)의 압력을 스트립 선단부가 지나갈 때에 낮추어주는 제어를 말하는데 상기 QOC의 타이밍이 맞지 않으면 스트립이 권취되면서 스트립 선단에 의한 롤마크가 스트립에 발생하여 제품 불량을 야기하게 되므로 정확한 스트립 선단 검출은 권취작업에서 중요한 요소가 된다.
이와 같은 스트립 선단을 검출하기 위한 종래의 기술로는, 적외선 센서를 이용한 검출기와 와전류 방식의 검출기가 있다. 먼저, 적외선 센서를 이용한 검출기는 스트립으로부터 방사되는 열에 의한 적외선을 감지하는 소자를 이용한 것으로, 이러한 검출방식은 열연공장 권취기 설비와 같이 습기, 오일, 진동 등 열악한 사용 환경으로 인해 검출소자 내부에 습기가 침투되고 절연 불량이 발생될 가능성이 높다. 그리고, 센서를 보호하기 위한 센서 보호 유리에는 수분, 먼지 등 이물질이 부착하기 쉬워 스트립에서 발생되는 적외선을 제대로 검출하지 못하는 등 잦은 고장 과 오동작이 발생되어 정비측면에서의 비효율성은 물론 스트립 선단부 롤마크(ROLL MARK)등의 제품품질 불량의 주원인이 될 수 있다.
한편, 와전류 방식의 검출기는 와전류 센서 코일로 교류 자장을 발생시켜 스트립 선단에 의해 코일의 임피던스 변화를 검출하는 방법을 이용한 것으로, 자장 발생을 위한 주파수 공급용 오실레이터와 전원공급장치를 구비해야 하며, 와전류 센서의 특성상 센서의 크기가 비교적 크고, 공급 전력도 높아야 하기 때문에 설치, 유지 및 보수에 높은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
따라서, 당 기술분야에서는, 습기, 오일, 진동 등 외란에 영향을 받지 않고, 설치, 유지 및 보수를 보다 용이하게 실행할 수 있는 새로운 선단 검출 장치가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 습기, 먼지, 오일, 진동 등의 외란의 영향을 받지 않고, 설치, 유지 및 보수가 보다 용이한 열연 스트립의 선단 검출 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
영구자석;
상기 영구자석에 부착되는 제1면과, 그 반대측의 제2면을 가지며, 상기 영구자석의 자속을 상기 제1면으로부터 제2면 방향으로 전달하는 순철팁;
상기 순철팁의 둘레에 설치되며, 스트립이 상기 순철팁의 제2면을 소정 간격 이격되어 통과할 때 자속밀도의 변화를 전압값으로 변환하는 검출코일; 및
상기 검출코일에 의해 변환된 전압값을 처리하여 자속밀도의 변화를 분석하고, 분석된 자속밀도의 변화를 이용하여 스트립의 선단을 검출하는 신호처리부를 포함하는 열연 스트립 선단 검출 장치를 제공한다.
상기 순철팁은, 상기 영구자석과 접촉하는 면의 반대측으로 갈수록 그 폭이 점차 감소하는 것이 바람직하다.
상기 신호처리부는, 상기 검출코일에 의해 변환된 전압값을 소정의 이득으로 증폭시키는 프리앰프와, 상기 증폭된 전압값의 잡음을 제거하는 저역통과필터 및 상기 잡음이 제거된 전압값의 피크를 검출하는 피크검출기를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 영구자석, 순철팁 및 검출코일은 함께 몰딩되며, 상기 몰딩된 외부에는 수랭식 냉각장치가 구비될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열연 스트립 선단 검출 장치를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 열연 스트립 선단 검출 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열연 스트립 선단 검출 장치는, 영구자석(211)과, 상기 영구자석(211)에 부착되는 제1면과, 그 반대측의 제2면을 가지며, 상기 영구자석의 자속을 상기 제1면으로부터 제2면 방향으로 전달하는 순철팁(212)과, 상기 순철팁(212)의 둘레에 설치되며, 스트립(11)이 상기 순철팁(212)의 제2면을 소정 간격 이격되어 통과할 때 자속밀도의 변화를 전압값으로 변환하는 검출코일(214) 및 상기 검출코일(214)에 의해 변환된 전압값을 처리하여 자속밀도의 변화를 분석하고, 분석된 자속밀도의 변화를 이용하여 스트립(11)의 선단을 검출하는 신호처리부(31)를 포함하여 구성된다.
상기 영구자석(211)은 외부에서 소정의 전원을 공급할 필요가 없이 자장을 제공한다. 본 발명에서는 상기 영구자석(211)에 의해 공급되는 자속이 열연 스트립(11)의 통과로 인해 변동되는 것을 이용하여 열연 스트립(11)의 선단을 검출한다. 통상, 열연 스트립(11)은 스틸 소재로서 큐리 온도 이하에서는 자성을 가지고 있다. 열연 권취시의 온도는 일반적으로 큐리 온도 이하이므로 스트립 선단 진입에 의한 자성의 변화를 검출함으로서 스트립 선단을 검출할 수 있다. 따라서, 상기 영구자석(211)의 자장은 고자장일수록 보다 정확한 열연 스트립(11) 선단의 검출이 가능하다.
상기 순철팁(212)은 상기 영구자석(211)에 부착되는 제1면과, 그 반대측의 제2면을 가지며, 상기 영구자석의 자속을 상기 제1면으로부터 제2면 방향으로 전달하며, 열연 스트립(11)은 상기 제2면과 소정 간격 이격되어 통과한다. 상기 순철팁(212)은 상기 영구자석(211)에서 발생하는 자속이 전달되는 통로가 된다. 상기 순철팁(212)은 상기 영구자석(211)에서 발생하는 자속을 누설자속 없이 제1면으로부터 제2면으로 전달해야 하므로, 투자율이 좋은 금속(예를 들어, 불순물을 함유하지 않는 순수한 철)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제1면에서 제2면 방향으로 갈수록 그 폭이 점차 좁아지는 것이 바람직하다. 이는 열연 스트립(11)이 소정 간격 이격되어 통과하게 되는 제2면에서 자속밀도를 높이기 위한 것이다. 즉, 열연 스트립(11)이 제2면과 소정 간격 이격되어 통과할 때, 자속밀도가 높을수록 그 변동이 보다 크게 검출될 수 있기 때문이다. 특히, 열연 스트립(11)이 통과하는 제2면의 면적이 좁을수록 보다 정밀하게 열연 스트립(11)의 선단을 검출할 수 있다.
상기 검출코일(214)은 상기 순철팁(212)의 둘레에 설치되며, 스트립(11)이 상기 순철팁(212)의 제2면을 소정 간격 이격되어 통과할 때 자속밀도의 변화를 전압값으로 변환한다. 상기 검출코일(214)은 보빈(213)에 감겨 상기 순철팁(212)에 설치될 수 있다. 열연 스트립(11)이 통과하지 않는 경우에는, 상기 영구자석(211)의 자장에 의해 상기 검출코일(214)의 중심부를 통과하는 자속은 거의 일정하므로 상기 검출코일(214)은 전압을 발생시키지 않는다. 그러나, 열연 스트립(11)이 상기 순철팁(212)의 제2면을 소정 간격 이격되어 통과하게 되면, 공기와 스틸(열연 스트 립)의 자성은 약 5000배의 차이가 나기 때문에 그 차이에 의해 순철팁을 통과하는 자속밀도가 크게 변동하게 된다. 이와 같은 상기 검출코일(214)의 중심부(순철팁)에 발생하는 자속밀도의 변동에 의해 상기 검출코일(214)은 소정의 전압값을 발생시킨다. 즉 상기 검출코일(214)은 자속밀도의 변동을 전압값으로 변환하는 역할을 하게되는 것이다.
상기 영구자석(211), 순철팁(212) 및 검출코일(214)은 열연 스트립의 선단을 검출하는 검출부(21)에 해당하는 것으로, 열연 스트립이 통과하는 현장에 설치된다. 따라서, 열, 습기, 먼지 등의 외란에 영향을 받을 수 있다. 본 발명에 따른 열연 스트립 선단 검출 장치의 상기 검출부(21)는 종래의 방식에 비해 외란에 강한 특징이 있다. 그러나, 그 신뢰성을 보다 높이기 위해서, 상기 영구자석(211), 순철팁(212) 및 검출코일(214)은 함께 몰딩되며, 상기 몰딩된 외부에는 수랭식 냉각장치가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 영구자석(211) 등으로 구성되는 검출부(21)는 그 크기나 부피가 비교적 소형으로 구현될 수 있다. 특히, 별도의 전원을 공급할 필요가 없으므로, 설치, 유지 및 보수가 보다 용이한 특징이 있다.
상기 신호처리부(31)는 상기 검출코일(214)에 의해 변환된 전압값을 처리하여 자속밀도의 변화를 분석하고, 분석된 자속밀도의 변화를 이용하여 스트립(11)의 선단을 검출한다. 상기 신호처리부(31)는 상기 검출코일(14)에 의해 변환된 전압값 을 소정의 이득으로 증폭시키는 프리앰프(311)와, 상기 증폭된 전압값의 잡음을 제거하는 저역통과필터(312) 및 상기 잡음이 제거된 전압값의 피크를 검출하는 피크검출기(313)를 포함할 수 있다.
상기 프리앰프(311)는 자속밀도의 변화가 상기 검출코일(214)에 의해 변환된 전압값을 소정의 이득으로 증폭시킨다. 상기 검출코일(214)에 의한 전압값은 전기적 분석처리를 위해 그 값이 적절하지 못할 수가 있다. 따라서, 이를 처리하기에 적절한 전압값으로 증폭시킬 필요가 있다. 따라서, 상기 프리앰프(311)는 검출코일(214)에 의한 전압값을 처리에 적절한 크기의 전압값으로 증폭시키는 역할을 한다.
상기 저역통과필터(312)는 상기 프리앰프(311)에 의해 증폭된 전압값에 포함된 잡음을 제거한다. 상기 검출코일(214)에 의해 변환된 전압값에는 외부적인 요인 및 검출코일(214) 자체의 특성에 의해 고주파수의 잡음이 혼입될 수 있다. 특히, 이러한 잡음은 상기 프리앰프(311)에 의해 증폭되면서 더욱 커지게 된다. 따라서, 처리에 필요한 전압값만을 얻기 위해 상기 저역통과필터(312)는 고주파수의 잡음성분을 제거한다.
상기 피크검출기(313)는 상기 증폭되고, 필터링된 전압값에서 피크값을 검출함으로써, 열연 스트립(11)의 선단부를 검출할 수 있게된다. 열연 스트립(11)이 상 기 순철팁(212)의 제2면을 소정 간격 이격되어 통과하는 경우, 자속밀도의 급격한 변화에 의해 상기 검출코일(214)에서 전압값이 발생하게 되며, 이후 지속적으로 열연 스트립(11)이 상기 순철팁(212)의 제2면을 통과하면, 자속밀도의 변화가 거의 없게되므로 전압값이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 열연 스트립(11)의 선단이 상기 순철팁(212)의 제2면을 통과하는 순간, 전압값은 일정한 피크 형태를 나타내게 된다. 상기 피크검출기(313)는 이러한 피크값의 발생을 검출함으로써 열연 스트립(11)의 선단을 검출하게 된다. 상기 피크검출기(313)에서 검출되는 피크의 일례가 도 2에 도시되어 있다. 도 2와 같이, 상기 피크검출기에는 열연 스트립의 선단이 통과할 때 발생되는 피크(A)를 갖는 전압값이 입력되며, 상기 피크검출기는 이러한 피크(A)의 입력을 검출해냄으로써 열연 스트립의 선단을 검출하게 된다.
상기와 같이 구성된, 본 발명에 따른 열연 스트립 선단 검출 장치의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 하기 설명은 도 1과 같이 영구자석(211)의 하부에 순철팁(212)이 부착되고, 상기 순철팁(212)의 하부에 열연 스트립(11)이 통과하는 경우에 대해 설명하기로 한다. 이하에서 설명되는 상하의 위치관계는 본 발명을 한정하지 않는다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
먼저, 영구자석(211)에서 발생되는 자장에 의한 자속이 순철팁(212)을 통해 하부로 전달된다. 상기 순철팁(212)은 하부로 갈수록 그 폭이 좁아지므로, 순철팁(212)의 하부에서는 자속밀도가 보다 높아진다. 상기 순철팁(212)의 둘레에 는 보빈(213)에 감긴 검출코일(214)이 설치되어 있다. 열연 스트립이 통과하지 않을 때는 상기 검출코일(214)의 중심부, 즉 순철팁(212)을 통과하는 자속밀도는 일정하다. 따라서, 상기 검출코일(214)에는 전압이 거의 발생하지 않는다.
이어, 소정의 자성을 갖는 열연 스트립(11)이 상기 순철팁(212)의 하부를 통과하면, 검출코일(214)의 중심부, 즉 순철팁(212)을 통과하는 자속밀도가 변동되고, 이로 인해 검출코일(214)은 소정의 전압값을 발생시킨다. 이 후, 지속적으로 열연 스트립이 통과하게 되면, 자속밀도가 변화가 없기 때문에 상기 검출코일(214)에는 전압이 발생하지 않는다. 즉, 열연 스트립(11)이 순철팁(212)의 하부를 통과하는 순간에 자속밀도 변동으로 인한 전압이 발생하므로, 발생하는 전압값은 피크를 형성하게 되며, 상기 피크를 검출함으로써, 정확하게 열연 스트립의 선단을 검출할 수 있다.
상기 검출코일(214)에 발생하는 전압값은 신호처리부(31)에 실시간으로 전달된다. 상기 신호처리부(31) 내의 프리앰프(311)에서는 입력되는 전압값을 소정의 이득으로 증폭시키고, 저역통과필터(312)는 증폭된 전압값에서 고주파수의 잡음성분을 제거하며, 상기 피크검출기(313)에서는 잡음이 제거된 전압값에서 피크값을 검출한다. 이와 같이 검출코일(214)에서 발생되는 전압의 피크값을 검출함으로써, 열연 스트립의 선단을 정확하게 검출해낼 수 있게된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 습기, 먼지, 오일, 진동 등의 외란의 영향에 무관하게 정확한 열연 스트립의 선단을 검출할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 열연 스트립의 선단 검출 장치는 별도의 전원이 필요하지 않고 소형으로 구현할 수 있으므로, 설치, 유지 및 보수가 용이하며, 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 영구자석;
    상기 영구자석에 부착되는 제1면과, 그 반대측의 제2면을 가지며, 상기 영구자석의 자속을 상기 제1면으로부터 제2면 방향으로 전달하는 순철팁;
    상기 순철팁의 둘레에 설치되며, 스트립이 상기 순철팁의 제2면을 소정 간격 이격되어 통과할 때 자속밀도의 변화를 전압값으로 변환하는 검출코일; 및
    상기 검출코일에 의해 변환된 전압값을 처리하여 자속밀도의 변화를 분석하고, 분석된 자속밀도의 변화를 이용하여 스트립의 선단을 검출하는 신호처리부를 포함하는 열연 스트립 선단 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 순철팁은,
    상기 영구자석과 접촉하는 면의 반대측으로 갈수록 그 폭이 점차 감소하는 것을 특징으로 하는 열연 스트립 선단 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부는,
    상기 검출코일에 의해 변환된 전압값을 소정의 이득으로 증폭시키는 프리앰프;
    상기 증폭된 전압값의 잡음을 제거하는 저역통과필터; 및
    상기 잡음이 제거된 전압값의 피크를 검출하는 피크검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열연 스트립 선단 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영구자석, 순철팁 및 검출코일은 함께 몰딩되며, 상기 몰딩된 외부에는 수랭식 냉각장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 열연 스트립 선단 검출 장치.
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