KR101125814B1 - Ｏｐｍ 계측 단차 검출 및 처리방법 - Google Patents

Abstract

열간 압연 공정에서 롤의 마모 단차를 정밀하게 계측하고 연삭하는 방법에 관한 것으로, 작업롤의 마모 프로파일 형상을 측정하는 온라인 롤 프로파일 메타의 계측 실적에 따라 검출되는 단차의 처리 방법을 개선하여 작업측과 구동측 간의 상이한 단차를 정밀하게 측정할 수 있도록 하고, 이 방법에 의해 구해지는 작업롤의 프로파일을 통해 ORG 연삭의 정확한 연삭개시 위치와 종료위치 및 연삭량을 측정 할 수 있게 하는 OPM 계측 단차 검출 및 처리 방법에 관한 것이다.

연삭, 롤 연삭, 온라인 프로파일 연삭,

Description

ＯＰＭ 계측 단차 검출 및 처리방법{on line profile metering method}

도 1은 열간 압연공정에서의 마모 패턴을 보여주는 작업롤의 프로파일.

도 2는 종래의 초음파 변위계에 의한 작업롤의 표면 단차 측정 예를 나타내는 도면.

도 3은 작업롤 표면에서의 단차 검출 범위를 나타내는 도면.

도 4는 작업롤 표면 연삭에서의 지석 배치 관계를 나타내는 도면.

도 5a는 작업롤의 전면 연삭의 예를 나타내는 도면.

도 5b는 작업롤의 단차 연삭 예를 나타내는 도면.

도 6은 본 발명에 적용되는 작업롤의 단차 검출범위를 도시하는 도면.

도 7은 본 발명에 의해 측정된 OPM 계측 프로파일과 롤 샵 계측 프로파일의 단차 계측 비교도

도 8은 도 7의 측정 결과에 따른 단차 연삭 전후의 롤 샵 프로파일의 비교도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 작업롤 11 : 지석

12 : 열연소재 13 : 계측수

14 : 계측센서 21 : 단차개시점

22 : 단차종료점

본 발명은 열간 압연 공정에서 작업롤의 마모 단차를 정밀하게 계측하고 연삭하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작업롤의 마모 프로파일 형상을 측정하는 온라인 롤 프로파일 메타(On Line Profile Meter,이하 OPM이라 함)의 계측 실적에 따라 작업측과 구동측 사이의 상이한 단차를 정밀하게 측정하여 프로파일을 통해 나타나는 ORG 연삭의 정확한 연삭개시 위치와 종료위치 및 연삭량으로 정밀 가공할 수 있게 하는 OPM 계측 단차 검출 및 처리 방법에 관한 것이다.

열간 압연은 연주공장에서 제조한 강재(Slab)를 가열로를 통해 압연에 적합한 온도로 만든 다음, 회전하는 2개의 작업롤 사이에 끼우고 점차 양 작업롤 사이 간격을 좁혀 가면서 연속적인 힘을 가하여 얇게 늘이는 가공이다.

이런 압연작업 과정에서, 고온의 열연소재와 지속적으로 직접 접촉하여 누르는 작업롤의 표면은 부하로 인한 피로층이 형성되면서 마모된다. 특히 연속해서 장기간 다양한 폭으로 열연소재를 가공 처리하는 경우에, 작업롤의 표면은 열연소재의 양 끝 에지부에 선 접촉하는 부위와 접촉하지 않는 부위와의 큰 마모량 차이가 발생하여 도 1의 도시와 같이 작업롤(10)의 표면에는 높낮이가 다른 여러 단(21, 22)이 형성되어 계단상의 형태로 변형된다.

이와 같이 작업롤(10)의 표면에 형성된 여러 단(21, 22)은 압연 작업시, 소 재의 압하량에 편차를 가져와 제품불량의 원인이 되며, 특히 연속 압연시에는 작업롤(10)의 마모도를 급진전 시키는 현상을 야기하여, 작업롤(10)의 수명 저하와 압연 불량의 중요한 원인이 되고 있다.

작업롤(10)의 마모단차 검출을 위한 종래의 방법은, 도 2의 도시와 같이 압연기내에 설치된 초음파 변위계(14))의 센서 헤드를 작업롤(10)의 표면에 근접시킨 비접촉 상태에서 초음파 변위계(14)로 계측수를 공급하여 작업롤(10) 간에 수주가 형성되게 한 상태에서 펄스 모양의 초음파(13)를 발생시키고, 이 때 검출되는 초음파(13)의 왕복 시간을 거리로 환산하여 초음파 변위계(14)의 센서 헤드와 작업롤(10) 표면간의 거리(D)를 구하는 방식으로, 작업롤(10)의 전장에 걸친 계측을 함으로써 표면 프로파일을 얻고, 계측된 프로파일은 OPM 교정치와 수온, 교차각, 진동에 의한 프레임 보정 및 솔레노이드 밸브의 반응시간 보정을 거쳐 얻어진 값을 실제 작업롤(10) 표면상의 프로파일로 간주하게 된다.

상기와 같이 작업롤(10)의 전장에 걸친 폭 방향의 측정에서, 작업롤(10) 표면의 단차 시작부는, 매 코일 마다 상위 계산기에서 설정된 판폭 정보의 최대치와 최소치 정보를 다음 식 1에 적용하여 구하고 있다.

: OPM 계측 프로파일치

: OPM 연산장치의 OPM 프로파일치

: 연산구간

: 폭방향 포인트

그러나 상기 식 1은 단차부 검출에 적용되는 것이므로, 이 식 1에 따라 작업롤(10)의 전장을 계측하면 OPM에 과도한 부하가 걸리기 때문에, 실제로는 단차발생이 예상되는 특정부위에서만 상기 식 1을 적용하여 단차 검출을 실시하고 있으며, 상기 특정부위는 도 3의 도시와 같이 압연 소재에 따라 작업롤(10)의 단차부가 작업측(W/S)과 구동측(D/S) 사이에서 일정 위치로 존재한다는 것을 알 수 있어, 그 측정범위(A) 만큼 오실레이션(Oscillation) 시키면서 단차계측을 하고 있다.

다시 말하면, 상기와 같은 방식으로 계측된 값을 식 1에 적용하여 임의의 각 구간(상위 계산기에서 설정된 판폭 최대치와 최소치 사이 구간)별 프로파일 실적 평균값을 구하고, 이 평균값에 대하여 개시점과 종료점 간의 프로파일 상 기울기를 산출한 다음, 이 기울기값이 크면 단차로 인식하여 단차개시점, 단차종료점 및 단차량을 파악하고, 기울기값이 작으면 단차가 없는 것으로 인식하는 방법을 통해 작업롤(10)의 폭방향에 대한 각 포인트 별 단차를 계산하여 OPM의 마모량을 산출하고 이를 수정 가공하여 주고 있다.

상술한 바와 같이 계측되는 작업롤(10)의 단(21, 22)을 수정 가공하는 설비로서, 종래부터 열간 압연공정 중에도 적용되는 온라인 롤 그라인더(On Line Roll Grinder; 이하 ORG라 함)가 주로 사용되고 있다.

ORG를 이용한 작업롤(10)의 연삭은, 도 4로 나타낸 바와 같이 압연기 내에서 작업롤(10)의 표면과 수직방향으로 설치된 컵상의 지석(11)이, 구동모터에 의해 회전되면서 연마하는 구성으로 되어 있으며, 연마 시에는 지석(11)의 회전축이 작업 롤(10)의 표면 법선에 대해 소정의 미소각도(α`)로, 또한 작업롤(10)의 축에 대해서는 오프셋(Off set)량 만큼 경사진 상태로 진행되며, 약간의 압력을 가한 채로 작업롤(10)의 축방향에 따라 오실레이션 되면서 연마하게 된다.

이 때 행해지는 기본적 연삭은, 도 5a 및 도 5b로 나타낸 바와 같이 압연에 의해 발생한 작업롤(10)의 피로를 제거하는 전면 연삭과, 열연 소재(12)와 작업롤(10)간의 마찰로 인해 표면에 발생한 마모 단차만을 제거하는 단차 연삭이 있다.

이러한 작업 과정에서 연삭 정밀도는 마모단차량을 정확하게 검출하는 것에 좌우된다.

상술한 바와 같은 종래의 계측방식에 따르면, 도 1의 계단상 단차(21, 22)가 중복 존재하거나, 압연 과정에서 간혹 발생하는 판 쏠림 등으로 인해, 작업롤(10)의 판폭 정보를 벗어난 위치까지 압연되면서 발생하는 마모에 대해서는, 처음 시작 단차 위치부터 정확하게 인식할 수 없어서 단차량의 계산 오차가 심해지게 되고, 이에 따른 수정 가공은 작업롤(10)을 과도하게 연삭하고 마는 결과를 낳게 될 뿐만 아니라, 간혹 야기되는 측정기 오작동 등으로 인한 역단차로 측정되어도, 이를 해결할 수 있는 방법이 없어, 경우에 따라서는 심한 연삭 오차가 나타나는 문제점이 있다.

상기의 문제점을 해결하는 방법으로서, 작업롤(10)의 작업측(W/S), 구동측(D/S) 간 단차 위치나 단차량이 서로 크게 상이하게 발생할 경우, 후처리 기능이라는 것을 적용하는데, 이 방법은 측정에서 가장 작게 나타난 단차를 마모량으로 간주하여 연삭하는 방법으로서, 이는 단차량이 큰 것을 사용했을 경우 과도한 연삭량 을 부여하게 되어 위와 같은 오차에서 롤(10)의 연삭부하를 줄일 수 있는 정도일 뿐이고, 기본적으로 연삭위치와 연삭량을 정확하게 연산한 것이 아니므로 오히려 작업롤(10)의 프로파일을 악화시키는 결과를 낳는다.

특히, 과거의 열연 소재(12)들과는 달리, 최근의 열연소재(12)는 대부분 고탄소강을 사용하고 있어서 높은 압연력이 가해지기 때문에 소재(12)를 통해 작업롤(10)이 받는 하중도 증대되고, 그로 인한 작업롤(10)의 표면 단차 마모도 더욱 심해지게 나타나, 단차 마모의 정확한 측정과 정확한 위치에서의 연삭은 더욱 중요하게 되었으며, 단차 마모의 정확한 연삭을 가능케하는 정밀한 단차 마모량의 측정이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은, OPM 계측실적을 이용하여 단차위치 및 단차량의 정도를 보다 정밀하게 검출할 수 있는 방안을 제시함으로써 ORG 연삭의 정확도를 높여 양호한 작업롤의 프로파일을 얻을 수 있게 하는 OPM 계측 단차 검출 및 처리방법을 제공함에 두고 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 의하면, 압연매수 제약 완화, 롤 교체주기 연장에 의한 생산성 향상 등을 기대할 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면, 도 6 내지 도 ㅌ를 통해 상 세히 설명한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 있어서도 상기 도 1 내지 5에 묘사된 부분과 동일한 부분에는 동일 부호와 명칭을 부여하여 설명하고 있다.

본 발명은, 작업롤(10)의 단차 검출범위를 도 6의 도시와 같이 확대하고, OPM 계측 프로파일의 미분값 사용을 통해 미소구간에서의 단차가 세밀하게 검출되도록 함으로써, 상기 단차 검출 오류의 가능성을 줄이고 OPM 계측의 정밀도를 향상하는 것이다.

더 상세하게는, 작업롤(10)의 단차 검출범위에서 최대치, 최소치와 작업롤(10)의 중심에 대하여, 모든 압연 작업에 동일하게 적용되어지는 정해진 계수(α)를 가감하여 도 3의 기존 측정범위(A)를 초과하는 새로운 측정범위(β)로 설정하며, 이 때 정해진 계수(α)값은 실험을 통해 얻어진 데이터를 적용하고, 이 실시 예에서는 100mm로 설정한다. 이 값은 압연 작업시 간혹 발생하는 판 쏠림까지 포함하는 것이며, 또한 이 값을 벗어나면 현실적으로 정상 압연이 불가능하게 된다.

아울러서, 상기 식 1에서 검출된 값의 정밀도를 높이기 위하여 다음 식 2, 3을 이용한 1, 2차 미분처리를 추가한다.

롤 Profile 폭방향 1차 미분

롤 Profile 폭방향 2차 미분

값은 폭방향 계측위치로서

이다.

상기 식 2, 3은 작업롤(10)의 중심으로부터 구동측(D/S), 작업측(W/S)의 각 방향으로 롤 프로파일의 폭방향 1차 미분값을 구하여 단차 기울기를 판단하고, 계산된 1차 미분값을 근거로 보다 정밀한 2차 미분값을 구하여 정확한 단차 위치와 단차량을 산출한다.

이때, 마모 단차는 미분치가 큰 위치에서 처음 단차가 있는 것으로 하고 이후, 단차가 작아지는 위치까지를 프로파일 차라고 추정한다.

즉, 처음으로 다음 식 4를 만족하는 j Point가 단차 개시점(21)이 되어 처음 단차 연삭을 해야 하는 위치이고, 처음으로 다음 식 5를 만족하는 시점의 j Point가 단차종료점(22)으로 되는 것이다.

: 폭방향 포인트

: 구동측(D/S) 범위값

: 작업측(W/S) 범위값

: 단차 검출 바로미터

: 단차 위치검출용 바로미터

이때의 마모 단차량을 다음 식 6을 통해 단차 개시점(21), 종료점(22)에서의 폭방향 롤 프로파일 미분치 차로 구하면 다음과 같다.

: 마모 단차량

: 단차 개시점에서 OPM 계측 프로파일 값

: 단차 종료점에서의 OPM 계측 프로파일 값

상술한 식을 통해 단차를 검출하는 과정에서 역단차가 검출되면, 그 단차 위치와 단차량을 제거하도록 제어 로직을 구성하여, 역단차로 인한 연삭오차 발생의 문제를 해결할 수 있다.

또, 작업측(W/S), 구동측(D/S) 간 단차 위치와 단차량이 상이한 경우에는, 작업측(W/S), 구동측(D/S)의 단차 위치와 단차량의 평균치를 채택하게 함으로써 후처리에서 OPM 계측에 의한 에러를 최소화하였다.

작업롤(10)의 연삭 전에 행한 본 발명의 방법에 따른 측정의 결과는 도 7로 나타낸 바와 같이 각 단(22, 23) 별로 세분화된 수치를 얻었으며, 다음 표는 측정의 결과이다. 7에서 (가)는 OPM 계측 프로파일이고, (나)는 롤 샵 계측 프로파일이다.

도 8은 상기 표의 결과에 따른 측정치를 근거로 작업롤(10)을 연삭 가공한 다음에 계측한 프로파일로서 ORG 의 연삭 정밀도가 대폭 향상됨을 알 수 있다.

상기와 같은 방법을 통해 본 발명은, 역단차 발생과 작업측, 구동측 간 단차위치 및 단차량 상이에 따른 계측 에러를 최소화할 수 있어서 온 라인의 프로파일 계측 신뢰성을 높였고, ORG 연삭의 단차 검출 및 단차 연삭량 설정 정확성이 높아져 작업롤의 마모단차가 곡선형태로 가공될 수 있음과 동시에 전체적인 단차량도 크게 감소하게 되어, 롤 교체주기 연장에 의한 생산성 향상, 및 작업롤 피로나 오작동, 이물 혼입 등에 의한 작업롤 표면 흠을 정밀하게 제거 할 수 있어서, 롤의 조기 마모를 방지할수 있으며, 자력 개발한 기술력 확보로 대외 경쟁력 향상 및 열연제품의 제품 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 열간 압연으로 마모된 작업롤의 단차 검출범위는 최대치, 최소치와 작업롤의 중심에 대하여, 모든 압연 작업에 동일하게 적용되어지는 정해진 계수를 가감한 측정범위로 설정하고, 통상의 식에 따라 산출되는 값을, 롤 프로파일의 폭방향으로 1차 및 2차 미분하여, 마모에 의해 상기 작업롤에 형성된 각각의 마모단차 개시점과 종료점의 위치를 산출하여, 작업롤에 단차가 형성된 부분을 연마할 수 있는 마모 단차량을 계산하고, 역단차 검출시 단차 위치와 단차량을 제거하며, 작업롤의 구동측과 작업측 간의 단차 위치와 단차량이 상이하면, 작업측과 구동측의 단차 위치와 단차량의 평균치를 채용하여 OPM 계측 에러를 최소화하게 되어 있는 OPM 계측 단차 검출 및 처리 방법.
2. 청구항 1에 잇어서, 상기 롤 프로파일의 폭방향 1차 미분은 다음 식으로 산출됨을 특징으로 하는 OPM 계측 단차 검출 및 처리 방법.

   

   상기 식에서

   

   이다.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 롤 프로파일의 폭방향 2차 미분은 다음 식으로 산 출됨을 특징으로 하는 OPM 계측 단차 검출 및 처리 방법.

   

   상기 식에서

   

   

   

   

   

   값은 폭방향 계측위치로서

   

   이다.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 작업롤의 마모 단차 개시점과 종료점의 위치는 다음 식에 의해 계측됨을 특징으로 하는 OPM 계측 단차 검출 및 처리 방법.

   마모 단차 개시점

   

   마모 단차 종료점

   

   상기 식에서

   

   : 폭방향 포인트

   

   : 구동측(D/S) 범위값

   

   : 작업측(W/S) 범위값

   

   : 단차 검출 바로미터

   

   : 단차 위치검출용 바로미터이다.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 작업롤의 마모 단차량은 다음 식으로 산출됨을 특징으로 하는 OMP 계측 단차 검출 및 처리방법.

   

   상기 식에서

   

   : 마모 단차량

   

   : 단차 개시점에서 OPM 계측 프로파일 값

   

   : 단차 종료점에서의 OPM 계측 프로파일 값이다.

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