KR101109875B1 - 스트립의 평탄도 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 스트립의 평탄도 측정장치는 사상 압연된 스트립을 권취기로 이송시키는 스킨패스롤, 상기 스킨패스롤과 상기 권취기 사이에 배치되어, 상기 스킨패스롤과 상기 권취기에 의해 장력이 부가된 스트립을 향해 소정의 입력속도를 갖는 초음파를 송신하고, 상기 스트립으로부터 반사되는 초음파를 수신하여 수신된 초음파의 출력속도를 감지하는 초음파 센서 및 상기 초음파 센서로부터 상기 초음파의 출력속도에 관한 신호를 전송받고, 상기 출력속도와 상기 입력속도의 차이에 근거하여 상기 스트립의 평탄도를 산출하는 제어부를 포함한다.

이에 의하면, 스트립 내부의 응력과 초음파의 속도 사이의 비례적인 관계를 이용하여 스트립의 평탄도를 측정할 수 있으므로, 스트립에 장력이 발생하여 스트립에 변위가 발생하지 않는 경우에도 스트립의 평탄도를 정확하게 측정할 수 있고, 스트립의 표면을 손상시키지 않고 스트립의 평탄도를 측정할 수 있으며, 그로 인해 최종 제품의 품질을 향상시킬수 있는 이점이 있다.

스트립, 평탄도

Description

스트립의 평탄도 측정장치{Device for measuring flatness of strip}

본 발명은 스트립의 평탄도 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장력이 부가된 스트립에 대한 초음파의 입력속도와 출력속도의 차이를 이용하여 스트립의 평탄도를 정확하게 측정할 수 있는 스트립의 평탄도 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스트립 등의 판 형상의 제품은 가열된 소재를 두 개의 롤(roll)사이에 밀어 넣고 압착시켜 정해진 치수 및 형상으로 생산하는 다수의 압연기를 이용하는 압연공정을 통해 생산된다. 다수의 압연기에서 압연된 스트립은 롤러테이블에 의해서 이송되어 냉각을 위한 냉각대 등 이후 공정에서 처리되게 된다.

이러한 방식으로 생산되는 스트립의 평탄도 불량은 압연기의 롤 압하력에 의해 휘어지거나 스트립의 중앙부와 가장자리 부분의 압하량이 달라져서 발생하는 스트레인 편차에 의해 주로 발생하는 것으로, 최근 스트립 제품의 고품질화 추세에 의해 스트립의 평탄도의 정도는 중요한 품질인자가 되고 있다.

종래의 스트립의 평탄도 측정방법에는 비접촉식과 접촉식이 있는데, 비접촉식의 대표적인 방법으로 레이저빔(Laser Beam)을 일정각도로 스트립 표면에 조사하여 정반사량과 난반사량을 측정함으로서 스트립의 평탄도를 계산하는 방법이 있으 나, 이는 스트립에 장력이 발생할 경우에 변위가 발생하지 않게 되어 평탄도의 측정이 어렵다는 단점이 있다.

또한, 접촉식의 대표적인 방법으로 폭 방향에 대해 수개로 분할된 롤러 내에 로드 셀과 같은 압력 센서를 부착하여 장력이 걸린 스트립의 표면에 접촉시켜 폭방향 압력차에 의한 측정 방법이 있으나, 이는 스트립과 분할 롤러와의 접촉에 의해 스트립의 표면이 손상되고, 그 외에도 룰러의 마모, 스트립의 재질, 크기 등의 변화, 센서의 정비성 등에 의해 스트립의 평탄도를 정확하게 측정할 수 없을 뿐만 아니라 그 정확성을 신뢰할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 장력이 부가된 스트립에 대한 초음파의 입력속도와 출력속도의 차이를 이용하여 스트립의 평탄도를 정확하게 측정할 수 있는 스트립의 평탄도 측정장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 스트립의 평탄도 측정 장치는, 사상 압연된 스트립을 권취기로 이송시키는 스킨패스롤(skin pass roll), 상기 스킨패스롤과 상기 권취기 사이에 배치되어, 상기 스킨패스롤과 상기 권취기에 의해 장력이 부가된 스트립을 향해 소정의 입력속도를 갖는 초음파를 송신하고, 상기 스트립으로부터 반사되는 초음파를 수신하여 수신된 초음파의 출력속도를 감지하는 초음파 센서 및 상기 초음파 센서로부터 상기 초음파의 출력속도에 관한 신호를 전송받고, 상기 출력속도와 상기 입력속도의 차이에 근거하여 상기 스트립의 평탄도를 산출하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 초음파 센서는 서로 다른 입력속도를 갖는 복수의 초음파들을 송신하고, 상기 스트립으로부터 반사되는 복수의 초음파들의 출력속도를 감지하고, 상기 제어부는 상기 복수의 초음파들의 출력속도들의 평균값과 입력속도들의 평균값의 차이에 근거하여 스트립의 평탄도를 산출할 수 있다.

또한, 상기 초음파 센서는 상기 스트립의 상부면의 소정높이에서 스트립의 폭방향으로 복수개가 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 스트립 내부의 응력과 초음파의 속도 사이의 비례적인 관계를 이용하여 스트립의 평탄도를 측정할 수 있으므로, 스트립에 장력이 발생하여 스트립에 웨이브와 같은 변위가 발생하지 않는 경우에도 스트립의 평탄도를 정확하게 측정할 수 있는 이점이 있다.

또한, 비접촉식인 초음파 기술을 적용하여 스트립의 표면을 손상시키지 않기 때문에 스트립의 재질, 크기 등의 변화에 영향을 주지 않고 스트립의 평탄도를 측정할 수 있고, 최종 제품의 품질을 향상시킬수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 스트립의 평탄도가 불량한 경우를 도시한 도면이고, 도 2는 스트립에 장력이 부가되지 않은 경우, 스트립의 평탄도 측정방법을 설명하기 위한 도면, 도 3은 스트립에 장력이 부가된 경우, 장력에 의해 웨이브가 감소됨을 보인 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 평탄도 측정장치의 개략도이다.

일반적으로 스트립(strip)의 평탄도(S)는 스트립 표면이 어느 정도 평탄한지를 나타내는 지수이며, 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이 스트립(1)의 평탄도 불량은 센터에 웨이브가 지는 센터 웨이브형 불량과, 양 엣지에 웨이브가 지는 엣지 웨이브형 불량 등이 있다.

스트립(1)의 평탄도(S)는 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적으로 정현파 특성 을 나타내고, 스트립(1)에 형성되는 웨이브의 주기(L)와 웨이브의 파고(h)를 측정하여 아래의 수학식 1에 의해 구해진다.

따라서, 스트립(1)의 평탄도(S)를 측정하기 위해서 스트립(1)에 형성된 웨이브의 주기(L)와 파고(h)를 측정하여야 할 필요가 있다.

그러나, 스트립(1)이 사상 압연기를 지나 길이방향으로 진행하면서 후술할 스킨패스롤 또는 이송롤 등에 물리게 되는 경우에는, 스트립(1)에 일정한 장력(T)이 부가되어 그로 인해 스트립(1)은 도 3의 (b)와 같이 편평해진다.

따라서, 스트립에 장력이 발생할 경우에 웨이브와 같은 변위가 발생하지 않게 되어, 웨이브의 주기(L)와 웨이브의 파고(h)를 측정할 수 없으므로 상기 수학식 1에 의한 평탄도의 측정은 곤란해진다.

본 발명에서는, 스트립에 형성된 웨이브의 주기와 파고를 직접 측정하지 않고, 장력으로 인해 편평해진 스트립의 내부에 발생된 응력을 파악할 수 있도록 초음파의 속도를 측정하여 도 2에 도시된 정현파와 유사한 정현파 곡선을 산출함으로써 스트립의 평탄도를 측정한다.

도 4에서 도시한 바와 같이 본 발명의 스트립의 평탄도 측정 장치는, 스트립 이송 장치(10, 20), 권취기(30), 초음파 센서(40) 및 제어부(50)를 포함한다.

상기 스트립 이송 장치는 스킨패스압연을 위한 스킨패스롤(10) 및 이송롤(20)을 포함하고, 사상 압연기로부터 최종 두께로 압연된 스트립(1)을 스킨패스롤(10) 및 이송롤(20)의 회전을 통한 마찰력으로 이동시켜 권취기(30)로 권취시킨다.

여기서, 스킨패스(skin pass)압연은 다단 압연기를 이용한 사상 압연 후에 스트립(1)의 형상을 좋게 하기 위한 압연으로, 이를 통해 스트립(1)에 발생한 형상결함을 제거할 수 있다.

또한, 이송롤(20)은 스트립(1)이 권취기(30)에 권취되는 것을 용이하게 하도록 구비되는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이 스트립(1)의 상부와 하부에 각각 구비될 수 있으나, 스트립(1)의 하부에만 구비되어도 무방하다.

스킨패스롤(10)을 통과한 스트립(1)의 상부면(1a) 상에는 초음파 센서(40)가 배치된다.

초음파 센서(40)는 스트립(1)의 평탄도 측정을 위한 장치로, 다수의 압연기 중 최종 사상 압연기의 출측에서 스트립(1)의 평탄도를 측정할 수 있도록 스킨패스롤(10)과 권취기(30) 사이에 배치된다.

초음파 센서(40)는 스킨패스롤(10), 이송롤(20) 또는 권취기(30)에 의해 장력이 부가된 스트립(1)을 향해 소정의 입력속도(V_in)를 갖는 초음파를 송신하고, 스트립(1)으로부터 반사되는 초음파를 수신하여 수신된 초음파의 출력속도(V_out)를 감지한다.

여기서, 초음파 센서(40)는 스트립(1)의 상부면(1a)의 소정높이에서 스트립(1)의 폭방향으로 복수개가 이격되어 배치될 수 있고, 도시되지 않은 프레임 등 다양한 수단에 의해 고정된다.

초음파 센서(40)에 수신된 초음파의 출력속도(V_out)에 관한 신호는 제어부(50)로 전송된다.

제어부(50)는 초음파 센서(40)로부터 초음파의 출력속도(V_out)에 관한 신호를 전송받고, 상기 출력속도(V_out)와 상기 입력속도(V_in)의 차이(△V)에 근거하여 스트립(1)의 평탄도를 산출한다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 평탄도 측정 장치의 동작을 자세히 설명한다.

스트립(1)이 스트립 이송 장치(10, 20)에 의해 권취기(30)로 이송되는 동안, 스트립(1)이 스킨패스롤(10)과 이송롤(20)에 물림으로써 스트립(1)에 일정한 장력이 부가되어 스트립(1)이 도 3의 (b)와 같이 편평해진다.

이 경우, 스트립(1)이 도 3의 (b)와 같이 편평해지더라도 실제 스트립(1) 내부 여러 지점들 사이의 평탄도는 서로 다르고, 스트립(1)의 평탄도가 각 지점에 따라 다른 상황에서 스킨패스롤(10)과 이송롤(20) 등에 의해 스트립(1)에 장력이 부가되면 스트립(1) 내부에 응력이 발생하게 된다.

이 때, 스트립(1)에 장력이 부가되면, 장력이 부가되기 전 평탄도가 높은 지 점일수록 장력 부가 후 응력이 높아지게 되며, 본 발명에서는 이와 같은 스트립의 평탄도와 응력 사이의 선형적인 비례 관계를 이용하여, 스트립(1)에 장력이 부가된 후 스트립(1) 내부의 각 지점에서의 응력을 산출하여 그로부터 역으로 스트립(1)의 평탄도를 산출하는 방식을 채택한다. 여기서, 본 발명에서는 스트립(1) 내부의 각 지점에서의 응력을 산출하기 위하여 초음파의 입력속도 및 출력속도를 이용한다.

도 5는 스트립 내부의 응력변화에 따른 초음파 속도의 변화를 설명하기 위한 개략도이다.

도 5를 참조하면 스트립(1)에 일정한 장력이 부가되어 스트립(1) 내의 응력이 다양하게 변화된 상태에서, 스트립(1)으로 초음파를 소정의 입력속도(V_in)로 송신하게 되면, 스트립(1) 내부에서의 초음파의 전파속도가 스트립(1) 내부의 응력에 의해 바뀌게 되고, 스트립(1)의 하부면(1b)에서 반사된 초음파는 새로운 출력속도(V_out)를 갖게 된다.

이 경우, 상기 초음파의 출력속도(V_out)와 스트립 내부의 응력 사이에는 소정의 비례관계가 성립한다.

예를 들어, 스트립(1) 내의 응력이 큰 지점을 향해 초음파가 입력이 되면, 반사되어 출력되는 초음파의 속도가 빨라지게 되고, 반대로 스트립(1) 내의 응력이 작은 지점을 향해 초음파가 입력이 되면, 반사되어 출력되는 초음파의 속도가 느려진다.

이와 같은 초음파에 의한 응력 측정기술은 음탄성(Acoustic-elasticity)에 근거한 것으로, 본 발명은 이러한 스트립 내부의 응력과 초음파의 속도 사이의 비례적인 함수관계를 이용한 것이다.

전술한 바와 같이, 초음파 센서(40)에서 소정 주파수의 펄스파를 스트립(1)의 상부면(1a)을 향해 소정의 입력속도(V_in)로 송신하면, 스트립(1) 내부 하부면(1b)에서 반사되어 소정의 출력속도(V_out)를 갖는 음파가 초음파 센서(40)에 수신된다.

초음파 센서(40)는 스트립(1)의 두께(t)를 고려한 초음파의 왕복 거리를 기저장하고, 타이머(미도시) 등을 이용하여 왕복 시간을 산출함으로써 상기 출력속도(V_out)를 측정할 수 있지만, 이 외의 여러 방법을 통해 초음파의 속도를 측정할 수 있음을 물론이다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 초음파 센서(40)의 설치 부피를 최소화하기 위하여 초음파 센서(40)에 초음파를 발신하는 발신기와 초음파를 수신하는 수신기가 일체로 구비된 것으로 한정하여 설명하지만, 초음파 발신기와 수신기를 각각 별도로 구비하여도 무방하다.

한편, 초음파 센서(40)는 스트립(1)으로부터 반사된 초음파를 수신하고, 수신된 초음파의 출력속도(V_out)에 관한 신호를 제어부(50)로 전송한다.

제어부(50)는 초음파 센서(40)로부터 전송된 출력속도(V_out)와 기저장된 입력 속도(V_in)를 이용하여, 스트립의 진행방향에 따른 출력속도와 입력속도의 차이(△V)를 산출한다.

도 6은 스트립의 진행방향에 따른 출력속도와 입력속도의 차이(△V) 의 값을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 스트립의 진행방향에 따라, 초음파의 입력속도(V_in)와 출력속도(V_out)를 비교하여, 입력속도(V_in)와 출력속도(V_out)의 차이(△V)를 산출해보면, 도 2에 도시된 바와 유사한 정현파 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상기 정현파 특성으로부터 도 2의 L과 h에 대응되는 새로운 L'와 h' 값을 산출함으로써 하기의 수학식 2를 이용하여 스트립의 평탄도(S')를 측정할 수 있다.

여기서, △V 가 0 인 지점, 예를 들면 도 6의 c 지점의 평탄도를 0으로 정의한다. 즉, 초음파의 입력속도와 출력속도의 차이가 없는 경우, 그 지점의 평탄도를 0으로 가정할 수 있고, 그 지점의 응력을 기준 응력으로 설정한다.

도 7을 참조하면, 스트립의 진행방향 중 a 지점에서의 △V는 양(+)의 값을 갖고, 이 지점은 출력속도가 입력속도보다 큰 지점으로, 평탄도(S')가 0인 지점의 기준 응력보다 큰 응력을 갖는 지점이다.

스트립의 진행방향 중 b 지점에서의 △V는 a 지점에서의 △V보다 작은 값이므로, 이 지점은 a 지점에 비해 평탄도(S')가 작으며, 마찬가지로 c 지점에서의 평탄도(S')는 b 지점의 평탄도(S')에 비해 작다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 초음파 센서(40)는 서로 다른 입력속도를 갖는 복수의 초음파들을 송신하고, 스트립(1)으로부터 반사되는 복수의 초음파들의 출력속도를 감지할 수도 있다.

단일의 초음파 센서(40)에서 서로 다른 입력속도, 예를 들어 V_in1, V_in2 를 갖는 2개의 초음파를 송신하고(여기서, V_in1≠ V_in2), 스트립(1)으로부터 반사되는 출력속도를 각각 V_out1, V_out2 라고 하면, 제어부(50)는 상기 출력속도들(V_out1, V_out2)의 평균값 V_{avg_out} 즉 (V_out1+V_out2)/2 과, 상기 입력속도들(V_in1, V_in2)의 평균값 V_{avg_in} 즉 (V_in1+V_in2)/2 의 차이(△V=V_{avg_out}-V_{avg_in})에 근거하여 스트립의 평탄도를 산출할 수도 있다.

스트립 상의 한 지점에 대해 단일의 초음파 센서(40)에서 복수의 초음파를 송수신하여 얻은 데이터의 평균을 산출함으로 인해, 단일의 초음파 센서(40)에서 1개의 초음파만을 송수신하여 스트립의 평탄도를 산출하는 것보다 더욱 정확하게 스트립의 평탄도를 산출할 수 있는 이점이 있다.

한편, 초음파 센서(40)를 스트립(1)의 상부면(1a)의 소정높이에서 스트립(1) 의 폭방향으로 복수개가 이격 배치시켜 초음파를 송수신하면, 스트립(1)의 길이방향 뿐만 아니라, 폭방향의 평탄도에 관한 데이터도 함께 산출할 수 있는 이점이 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 평탄도 측정 장치에 의하면, 스트립 내부의 응력과 초음파의 속도 사이의 비례적인 관계를 이용하여 스트립의 평탄도를 측정할 수 있으므로, 스트립에 장력이 발생하여 스트립에 변위가 발생하지 않는 경우에도 스트립의 평탄도를 정확하게 측정할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 평탄도 측정 장치는 비접촉식인 초음파 기술을 적용하여 스트립의 표면을 손상시키지 않기 때문에 스트립의 재질, 크기 등의 변화에 영향을 주지 않고 스트립의 평탄도를 측정할 수 있고, 최종 제품의 품질을 향상시킬수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 스트립의 평탄도가 불량한 경우를 도시한 도면,

도 2는 스트립에 장력이 부가되지 않은 경우, 스트립의 평탄도 측정방법을 설명하기 위한 도면,

도 3은 스트립에 장력이 부가된 경우, 장력에 의해 웨이브가 감소됨을 보인 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 평탄도 측정장치의 개략도,

도 5는 스트립 내부의 응력변화에 따른 초음파 속도의 변화를 설명하기 위한 개략도,

도 6은 스트립의 진행방향에 따른 출력속도와 입력속도의 차이(△V) 의 값을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>

1 : 스트립 10: 스킨패스롤

20: 이송롤 30: 권취기

40: 초음파 센서 50: 제어부

Claims (3)

1. 사상 압연된 스트립을 권취기로 이송시키는 스킨패스롤;

   상기 스킨패스롤과 상기 권취기 사이에 배치되어, 상기 스킨패스롤과 상기 권취기에 의해 장력이 부가된 스트립을 향해 소정의 입력속도를 갖는 초음파를 송신하고, 상기 스트립으로부터 반사되는 초음파를 수신하여 수신된 초음파의 출력속도를 감지하는 초음파 센서; 및

   상기 초음파 센서로부터 상기 초음파의 출력속도에 관한 신호를 전송받고, 상기 출력속도와 상기 입력속도의 차이에 근거하여 상기 스트립의 평탄도를 산출하는 제어부를 포함하고,

   상기 초음파 센서는 서로 다른 입력속도를 갖는 복수의 초음파들을 송신하고, 상기 스트립으로부터 반사되는 복수의 초음파들의 출력속도를 감지하고,

   상기 제어부는 상기 복수의 초음파들의 출력속도들의 평균값과 입력속도들의 평균값의 차이에 근거하여 스트립의 평탄도를 산출하는 것을 특징으로 하는 스트립의 평탄도 측정 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 초음파 센서는 상기 스트립의 상부면의 소정높이에서 스트립의 폭방향 으로 복수개가 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 스트립의 평탄도 측정 장치.

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