KR101198492B1 - 롤의 형상 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

롤의 형상 측정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 롤과, 상기 롤의 외주면 상의 복수 기준 지점까지 거리와, 상기 각 지점간 수직 이격 거리와, 상기 롤의 초기 반경을 기반으로 상기 롤의 중심점 좌표를 산출하고, 상기 롤의 측정 지점의 좌표를 산출하여 상기 롤의 측정 지점 상의 반경을 측정하는 측정 시스템을 포함하는 롤의 형상 측정 시스템을 개시하여, 롤의 반경(외경)을 측정하는 측정 시스템을 휴대 가능하며, 롤의 접촉 또는 비접촉 방식으로 형상을 측정할 수 있도록 하여, 롤이 설비 기기에 장착된 현장에서도 롤의 형상 정보를 측정할 수 있도록 하여, 롤의 크기 및 측정 대상이 되는 롤의 개수에 관계없이 롤의 형상을 측정할 수 있으며, 롤의 회전 변위 및 반경 변화에 따라 상기 롤의 각 방향에 대한 편심량, 마모량 또는 진원도 등과 같은 다양한 형상을 측정할 수 있도록 하는 것이다.

Description

롤의 형상 측정 시스템 및 그 방법{method and system for measurement of roll diameter}
본 발명은 롤의 형상 측정 시스템 및 그 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는, 롤의 반경(외경)을 측정하는 측정 시스템을 휴대 가능하며, 롤의 접촉 또는 비접촉 방식으로 형상을 측정할 수 있도록 하여, 롤이 설비 기기에 장착된 현장에서도 롤의 형상 정보를 측정할 수 있도록 하여, 롤의 크기 및 측정 대상이 되는 롤의 개수에 관계없이 롤의 형상을 측정할 수 있으며, 롤의 회전 변위 및 반경 변화에 따라 상기 롤의 각 방향에 대한 편심량, 마모량 또는 진원도 등과 같은 다양한 형상을 측정할 수 있도록 하는 롤의 형상 측정 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.
제철소의 철강 생산 공정에서 열연 작업시 압연기의 압연 롤 또는 기타 공정에서 사용되는 롤의 형상 정보, 예를 들어, 롤의 외경(또는 반경)을 측정하는 방식은, 롤의 외경보다 큰 폭의 레이저 스캐너를 이용하거나 공작 기기(예를 들어, 압연기)에 안착된 상태의 롤의 표면에 공구(예를 들어, 마이크로 미터기) 끝단을 접촉하여 위치를 읽는 방법 등을 사용하고 있다.
그러나, 종래의 이러한 방식은 롤의 크기(또는 굵기)가 크거나(굵거나), 여 러 개의 롤을 동시에 측정해야 하는 경우에는 롤의 외경을 측정할 수 없으며, 공작 설비에 롤에 장착되어 있는 경우에는 별도의 롤의 해체 과정 이후에 롤의 외경을 측정해야 한다.
한편, 일본공개특허 제 1997-269211호(발명의 명칭 :관체/봉체 등의 외경 측정 방법 및 장치)에는 롤에 접촉하지 않고, 롤의 외경을 측정하는 방법을 제시하고 있으나, 관체/봉체 등의 외경 측정 장치에는 자유 회전 가능한 프리 롤과 구동 롤이 장착된 측정 시스템에 비접촉식 외경 측정기를 배치하여 구동 롤의 회전 중에 외경 측정기의 신호를 획득하여 측정치를 기억하는 방식이 개시되어 있으나, 기본적으로 롤의 외경을 측정하기 위한 전용 공간 및 장치가 별도로 필요하게 되는 문제가 있다.
또한, 대한민국 실용신안공보 제2001-0001853호(발명의 명칭 : 테이블 롤의 외경 측정 장치)에는 테이블 롤의 외경을 롤을 감싸는 구조의 측정기에 좌우 대칭 나사선을 형성하는 스크루축이 회전 돌리개와 측정암과 수평상태를 측정하는 수준기 등을 장착하여 측정하는 방식이 개시되어 있으나, 롤의 크기가 클 경우 측정기의 크기도 비례하여 커져야 하기 때문에 장착이 용이하지 않다는 문제가 있다.
그리고, 일본공개특허 제2000-230810호(발명의 명칭 : 필름 롤의 형상 측정 방법)에는 필름 롤의 외측을 감싸는 세 방향(상, 좌, 우)에 광학식 변위 센서를 일정 거리를 유지하도록 배치하여 측정하는 방식이 개시되어 있으나, 롤의 크기에 따라 외측을 감싸는 구조를 가지는 측정 시스템의 크기가 재설계되어야 하며, 여러 개의 롤이 장착된 상태(일반적인 연주설비 또는 압연 설비)에서는 롤의 형상을 측 정하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 롤의 크기 및 측정 대상이 되는 롤의 개수에 관계없이 롤의 형상을 측정할 수 있으며, 롤이 설비 기기에 장착된 현장에서 롤의 형상 정보를 측정할 수 있는 방식의 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 필요성을 충족시키기 위해 제안되는 것으로, 롤의 크기 및 측정 대상이 되는 롤의 개수에 관계없이 롤의 형상을 측정할 수 있는 롤의 형상 측정 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 측정 시스템을 휴대 가능하며, 롤의 접촉 또는 비접촉 방식으로 형상을 측정할 수 있도록 하여, 롤이 설비 기기에 장착된 현장에서도 롤의 형상 정보를 측정할 수 있는 롤의 형상 측정 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 롤의 반경(외경)뿐만 아니라 롤의 회전 변위 및 반경 변화에 따라 상기 롤의 각 방향에 대한 편심량, 마모량 또는 진원도 등을 산출하며, 측정 값의 신뢰성을 보장할 수 있는 롤의 형상 측정 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 롤의 형상 측정 시스템은, 롤과, 상기 롤의 외주면 상의 복수 기준 지점까지 거리와, 상기 각 지점간 수직 이격 거리와, 상기 롤의 초기 반경을 기반으로 상기 롤의 중심점 좌표를 산출하고, 상기 롤의 측정 지점의 좌표를 산출하여 상기 롤의 측정 지점 상의 반경을 측정하는 측정 시스템을 포함한다.
상기 측정 시스템은, 하나 또는 2개의 광학식 변위 센서 또는 접촉식 변위 센서의 거리 센서로 구현되어, 상기 롤까지의 거리를 측정하는 거리 측정부와, 상기 롤의 초기 반경과, 상기 수직 이격 거리와, 상기 기준 지점까지의 거리를 기반으로 상기 롤의 중심점 좌표 및 측정 지점의 좌표를 산출하여, 상기 롤의 반경을 측정하는 연산 처리부와, 상기 연산 처리부가 측정하는 반경을 출력하는 출력부를 포함한다.
상기 거리 측정부는, 하나의 거리 센서로 수평 이동 가능하도록 구현되거나, 2개의 거리 센서가 평행하게 고정되어 구현되는 것이 특징이다.
상기 연산 처리부는, 상기 기준 지점까지의 거리 측정 값과, 상기 수직 이격 거리와, 초기 반경을 기반으로 2차원 좌표 상에서 상기 중심점 좌표를 산출하고, 상기 측정 지점까지의 거리 측정 값을 기반으로 각 측정 지점 상의 반경을 산출한다.
상기 연산 처리부는, 상기 각 측정 지점 상의 반경 값의 평균 값이 허용 공차를 넘지 않으면, 반경 값을 결정한다.
상기 측정 시스템은, 상기 롤의 반경을 산출한 이후에 상기 롤의 회전 변위와 반경에 따라 상기 롤의 각 방향에 대한 편심량, 마모량 또는 진원도를 산출한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 롤의 형상 측정 방법은, 측정 시스템이 상기 롤의 반경과, 복수의 기준 지점까지의 거리 측정과, 상기 각 기준 지점간 수직 이격 거리를 파악하는 단계와, 상기 초기 지점과, 제2 지점까지의 거리를 산출하는 단계와, 삼각 함수를 기반으로 상기 각 지점과, 롤의 중심점을 잇는 삼각형의 각 사이 각을 산출하여 상기 중심점의 좌표를 산출하는 단계와, 상기 롤의 측정 지점까지의 측정 값에 따라 해당 측정 지점의 좌표를 산출하고, 상기 중심점 좌표를 기반으로 상기 롤의 반경을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 롤의 형상 측정 방법은, 상기 측정 시스템이 상기 기준 지점까지의 거리 측정 값과, 상기 수직 이격 거리와, 초기 반경을 기반으로 2차원 좌표 상에서 상기 중심점 좌표를 산출하고, 상기 측정 지점까지의 거리 측정 값을 기반으로 각 측정 지점 상의 반경을 산출하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 롤의 형상 측정 시스템은, 롤과, 상기 롤의 외주면 상의 3개 기준 지점까지 거리와, 상기 각 지점간 수직 이격 거리를 기반으로 제1 및 제3 기준 지점을 잇는 기준 선분의 길이를 산출하고, 상기 각 기준 지점의 사이 각을 산출하여 삼각 함수에 따라 상기 롤의 반경을 산출하는 측정 시스템을 포함한다.
상기 측정 시스템은, 1개 또는 3개의 광학식 변위 센서 또는 접촉식 변위 센서의 거리 센서로 구현되어, 상기 롤까지의 거리를 측정하는 거리 측정부와, 상기 거리 센서간 상기 수직 이격 거리와, 상기 기준 지점까지의 거리를 기반으로 상기 각 기준 지점의 사이 각을 산출하여 삼각 함수에 따라 상기 롤의 반경을 측정하는 연산 처리부와, 상기 연산 처리부가 측정하는 반경을 출력하는 출력부를 포함한다.
상기 거리 측정부는, 하나의 거리 센서로 수평 이동 가능하도록 구현되거나, 3개의 거리 센서가 평행하게 고정되어 구현된다.
상기 연산 처리부는, 상기 기준 지점까지의 거리 측정 값과, 상기 수직 이격 거리를 기반으로 2차원 좌표 상에서 상기 중심점 좌표를 산출하기 위해 상기 각 기준 지점의 사이 각을 산출한다.
상기 연산 처리부는, 아래 수학식에 따라 상기 롤의 반경을 산출하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure 112012032614429-pat00058
여기서, c는 제3 기준 지점과 상기 롤의 거리 측정 값, a는 제1 기준 지점과 상기 롤의 거리 측정 값, D는 각 기준 지점간 수직 이격 거리,
Figure 112012032614429-pat00059
는 중심점과 제2 기준 지점까지의 거리,
Figure 112012032614429-pat00060
는 제2 지점(B)과, 제3 지점(C)의 거리,
Figure 112012032614429-pat00061
는 중심점(D)과 제3 지점(C)의 거리이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 롤의 형상 측정 방법은, 측정 시스템이 상기 롤의 3개의 기준 지점까지의 거리 측정 값과, 각 기준 지점간 수직 이격 거리를 파악하는 단계와, 상기 제1 기준 지점과, 제3 기준 지점간 거리를 산출하는 단계와, 상기 각 기준 지점의 사이 각과, 삼각 함수에 따라 중심점 좌표를 산출하는 단계와, 상기 사이 각에 따라 상기 롤의 반경을 산출하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 롤의 반경(외경)을 측정하는 측정 시스 템을 휴대 가능하며, 롤의 접촉 또는 비접촉 방식으로 형상을 측정할 수 있도록 하여, 롤이 설비 기기에 장착된 현장에서도 롤의 형상 정보를 측정할 수 있으며, 롤의 크기 및 측정 대상이 되는 롤의 개수에 관계없이 롤의 형상을 측정할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 롤의 반경(외경)뿐만 아니라 롤의 회전 변위 및 반경 변화에 따라 상기 롤의 각 방향에 대한 편심량, 마모량 또는 진원도 등을 산출할 수 있으며, 다수 측정 지점의 형상을 측정하여 공차 범위내에서 측정 값을 결정하므로, 측정 값의 신뢰성을 보장할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 롤의 형상 측정 시스템 및 그 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세 설명하며, 본 발명의 주된 기술 요지를 흐리거나, 주지된 기술 내용에 대한 상세 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 롤의 형상 측정 시스템을 설명하기 위한 블록 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 롤(100)의 형상 측정 시스템(200)은 측정 대상인 하나 또는 다수개의 롤(100)과, 측정 시스템(200)으로 구성되며, 측정 시스템(200)은 거리 측정부(210)와, 연산 처리부(220)와, 출력부(230)를 포함한다.
거리 측정부(210)는 롤(100)의 두 점 또는 세 점과의 거리를 측정하여, 거리 측정 값을 연산 처리부(220)로 제공한다.
그리고, 연산 처리부(220)는 거리 측정부(210)에서 측정되는 두 점 또는 세 점과의 거리 측정 값을 기반으로 롤(100)의 형상 정보, 즉, 롤(100)의 외경(반경), 중심점, 편심량, 마모량 및 진원도 등을 산출하여 출력부(230)를 통해 출력한다.
즉, 연산 처리부(220)는 거리 측정부(210)에서 측정되는 두 점 또는 세 점과의 거리 측정 값을 기반으로 롤(100)의 외경 및 중심점을 연산하고, 롤(100)의 중심점과, 여러 방향의 거리 측정 값을 기반으로 롤(100)의 진원도, 편심량 및 마모량 등을 산출할 수 있다.
출력부(230)는 디스플레이 소자로 구현되어, 연산 처리부(220)에서 산출하는 롤(100)의 형상 정보를 출력하여, 관측자가 롤(100)의 형상 정보를 확인할 수 있도록 한다.
거리 측정부(210)는 하나 또는 다수개(예를 들어, 2개 또는 3개)의 거리 센서(광학식 변위 센서 또는 접촉식 변위 센서)로 구성될 수 있으며, 측정 시스템(200)의 거리 측정부(210)가 수평 이동 가능하게 구현되는 경우에는 하나의 거리 센서로 구현되고, 이동 불가능한 경우에는 2개 또는 3개의 거리 센서가 평행하게 유지되도록 하는 고정용 지그 상에 장착되어 구현되는 것이 바람직하다.
그리고, 거리 측정부(210)의 하나 이상의 지점의 롤(100)의 외주면까지 거리를 측정하여, 거리 측정 값을 연산 처리부(220)로 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 측정 시스템을 설명하기 위한 정면도로, 도 2에 도시된 바와 같이, 측정 시스템(200)은 외형을 이루는 프레임(30)과, 하나 또는 하나 이상의 거리 센서(211a, 221b, 211c)와, 고정용 지그(212)로 구현되는 거리 측정부(210)와, 디스플레이 소자로 구현되는 출력부(230)(230)와, 연산 처리 기능이 구현 가능한 마이크로 프로세서 또는 프로세서 유닛으로 구현되는 연산 처리부(220) 로 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 측정 시스템(200)은 관측자가 휴대 가능하고, 롤(100)과의 거리를 측정함에 의해 형상을 측정하므로, 롤(100)의 크기 및 측정 대상이 되는 롤(100)의 개수에 관계없이 롤(100)의 형상을 측정할 수 있으며, 롤(100)이 설비 기기에 장착된 현장에서 롤(100)의 형상 정보를 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 롤(100)의 형상 측정 방식은 크게 a) 롤(100)의 초기 장착시 반경을 확인할 수 있는 경우와, b) 롤(100)의 초기 장착시 반경을 확인할 수 없는 경우로 구분될 수 있다.
즉, 본 롤(100)의 형상 측정 시스템(200)은 롤(100)의 초기 장착시 반경(또는 외경)을 확인할 수 있는 경우에는 최소 두점의 거리 측정 값을 기반으로 형상 정보를 측정할 수 있으며, 롤(100)의 초기 장착시 반경(또는 외경)을 확인할 수 없는 경우에는 최소 세 점의 거리 측정 값을 기반으로 형상 정보를 측정 할 수 있다.
(제1 실시예)
롤(100)의 초기 장착시 반경을 확인할 수 있는 경우에는 거리 측정부(210)를 수평 이동 가능한 하면, 하나의 거리 센서로 구현되어, 수평 이동하면서 롤(100)의 두 점까지의 거리 측정 값을 측정하고, 이동 불가능한 경우에는 2개의 거리 센서가 평행하게 고정용 지그 상에 장착되어 롤(100)의 두 점까지의 거리 측정 값을 각각 측정한다.
연산 처리부(220)는 형상 측정이 시작되면, 관측자로부터 입력되는 롤(100) 의 반경(d)과, 거리 측정부(210)로부터 수신되는 두 점까지의 거리 측정 값(a, b)과, 거리 센서간 수직 이격 거리(D)를 기반으로 롤(100)의 형상 정보를 산출한다.
이때, 연산 처리부(220)는 거리 측정부(210)가 하나의 거리 센서로 구현되는 경우에는 롤(100)의 제1 지점까지의 거리 측정 값을 측정시킨 다음 수직 이격 거리(D)만큼 이동시켜 롤(100)의 제2 지점까지의 거리 측정 값을 측정시키도록 제어한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 롤의 형상 측정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 설명의 편의상 2차원 좌표를 기반으로 표기한 것으로, 연산 처리부(220)는 거리 측정부(210)를 통해 측정되는 초기 장착시 거리 센서와 롤(100)과의 거리 측정 값(a)과, 롤(100)의 반경(
Figure 112012032614429-pat00005
)과, 거리 센서간 이격 거리(또는 거리 센서의 이동 거리)(D)를 초기에 관측자로부터 입력되어 파악한다.
그리고, 연산 처리부(220)는 거리 측정부(210)를 제어하여, 롤(100)의 제1 지점(B) 및 제2 지점(C)까지의 거리 측정 값(b, c)을 파악한다.
연산 처리부(220)는 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 롤(100)의 초기 지점(O)과, 제2 지점(C)까지의 거리(L)를 다음 수학식 1과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112012032614429-pat00062
수학식 1에서 D는 초기 지점(O)과 제1 지점(B)과 이격 거리이고, a는 초기 거리 센서와 롤(100)과의 거리이고, b는 제1 지점과 거리 센서간 거리이다.
그러므로, 연산 처리부(220)는 삼각 함수의 관계에 따라 다음 수학식 2와 같이, 각 사이 각을 산출할 수 있다.
Figure 112012032614429-pat00063
(2.1)
Figure 112012032614429-pat00064
(2.2)
Figure 112012032614429-pat00065
(2.3)
상기 수학식 2와 같이, 연산 처리부(220)는 삼각 함수를 기반으로 롤(100)의 중심점(D)과, 제1 지점(B)과, 제2 지점(C)을 잇는 삼각형의 각 사이 각을 산출할 수 있다.
그리고, 연산 처리부(220)는 산출되는 각 사이 각을 기반으로 롤(100)의 중심점(D)의 좌표를 다음 수학식 3과 같이 산출한다.
Figure 112012032614429-pat00066
(3.4)
Figure 112012032614429-pat00067
(3.5)
Figure 112012032614429-pat00068
(3.6)
Figure 112012032614429-pat00069
(3.7)
따라서, 연산 처리부(220)는 롤(100)의 형상 정보를 산출하기 위한 롤(100)의 중심점(D)의 초기 좌표(x, y)를 산출한 이후에 거리 측정부(210)를 제어하여 롤(100)의 다른 지점의 좌표를 산출한다.
이때, 연산 처리부(220)는 롤(100)의 다른 지점의 좌표를 다음 수학식 4와 같이 산출할 수 있다.
Figure 112012032614429-pat00070
(4.1)
Figure 112012032614429-pat00071
(4.2)
상기 수학식 4에서와 같이, 연산 처리부(220)는 하나 또는 2개의 거리 센서를 수평 이동시켜 측정 지점인 제3 지점의 좌표 D(m, 0) 및 제4 지점 좌표 E(i, D)를 산출한다.
결과적으로 연산 처리부(220)는 다음 수학식 5와 같이 롤(100)의 반경을 산출할 수 있다.
Figure 112012032614429-pat00072
(5.1)
Figure 112012032614429-pat00073
(5.2)
Figure 112012032614429-pat00074
(5.3)
연산 처리부(220)는 상기 수학식 5와 같이, 거리 측정부(210)를 통해 측정되는 롤(100)의 다수 지점까지의 거리 측정 값을 기반으로 롤(100)의 반경을 산출 할 수 있다. 이때, 연산 처리부(220)는 측정 오차를 고려하여 다수 측정 지점에서 산출되는 반경(
Figure 112012032614429-pat00075
)의 평균값이 허용 공차(Tolerance)를 넘지 않을 경우에 반경 값으로 결정하여, 측정한 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.
그리고, 연산 처리부(220)는 롤(100)의 각 지점을 통해 산출되는 롤(100)의 반경을 기반으로 롤(100)의 외경 및 중심점을 출력부(230)를 통해 출력하거나, 기준 반경을 설정한 이후에 각 방향의 편심량, 마모량 및 진원도를 산출하여 출력부(230)를 통해 출력할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 다른 롤의 형상을 측정하는 개념을 설명하기 위한 도면으로, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 측정 시스템(200)은 롤(100)의 반경을 산출한 이후에 롤(100)의 여러 지점(중심점을 기준으로 회전되는 지점 또는 거리 측정부(210)의 거리 센서가 위치하는 지점)의 반경 변화를 산출하여, 롤(100)의 회전 변위와 반경에 따라 롤(100)의 각 방향의 편심량, 마모량 및 진원도를 산출한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 롤의 형상 측정 방법을 설명하기 위한 플로챠트이다.
도 5를 참조하면, 측정 시스템(200)은 측정 대상인 롤(100)의 반경(d)과, 거리 측정부(210)로부터 수신되는 두 점까지의 거리 측정 값(a, b)과, 거리 센서간 수직 이격 거리(D)를 파악한다(S 100).
그리고, 측정 시스템(200)은 롤(100)의 초기 지점(O)과, 제2 지점(C)까지의 거리(L)를 상기 수학식 1과 같이 산출한다(S 110).
측정 시스템(200)은 삼각 함수를 기반으로 롤(100)의 중심점(D)과, 제1 지점(B)과, 제2 지점(C)을 잇는 삼각형의 각 사이 각을 산출하고(S 120), 각 사이각을 기반으로 롤(100)의 중심점(D)의 좌표를 산출한다(S 130).
측정 시스템(200)은 거리 측정부(210)를 제어하여, 롤(100)의 다른 지점과의 거리 측정 값에 따라 해당 지점의 좌료를 산출한다(S 140).
그리고, 측정 시스템(200)은 롤(100)의 중심점 좌표 및 거리 측정부(210)를 통해 측정되는 롤(100)의 다수 지점까지의 거리 측정 값을 기반으로 롤(100)의 반경을 산출한다(S 150).
또한 측정 시스템(200)은 롤(100)의 반경을 산출한 이후에 롤(100)의 여러 지점(중심점을 기준으로 회전되는 지점 또는 거리 측정부(210)의 거리 센서가 위치하는 지점)의 반경 변화를 산출하여, 롤(100)의 회전 변위와 반경에 따라 롤(100)의 각 방향의 편심량, 마모량 및 진원도를 산출한다(S 160).
(제2 실시예)
롤(100)의 초기 장착시 반경을 확인할 수 없는 경우에는 거리 측정부(210)를 수평 이동 가능한 하면, 하나의 거리 센서로 구현되어, 수평 이동하면서 롤(100)의 3 점까지의 거리 측정 값을 측정하고, 이동 불가능한 경우에는 3개의 거리 센서가 평행하게 고정용 지그 상에 장착되어 롤(100)의 세 점까지의 거리 측정 값을 각각 측정한다.
연산 처리부(220)는 형상 측정이 시작되면, 거리 측정부(210)로부터 수신되는 세 점까지의 거리 측정 값(a, b, c)과, 거리 센서간 수직 이격 거리(D)를 기반으로 롤(100)의 형상 정보를 산출한다.
이때, 연산 처리부(220)는 거리 측정부(210)가 하나의 거리 센서로 구현되는 경우에는 롤(100)의 제1 지점까지의 거리 측정 값을 측정시킨 다음 수직 이격 거리(D)만큼 이동시켜 롤(100)의 제2 및 제3 지점까지의 거리 측정 값을 측정시키도록 제어한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 롤의 형상 측정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 지점(O)과, 제3 지점(C)간 거리(L :
Figure 112009020093131-pat00020
)는 다음 수학식 6과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112012032614429-pat00076
수학식 6에서 D는 거리 센서간 이격 거리이고, a는 제1 지점과 롤(100)과의 거리이고, c는 제3 지점과 롤(100)과의 거리이다.
그러므로, 연산 처리부(220)는 삼각 함수의 관계에 따라 다음 수학식 7과 같이 제1 사이 각을 산출할 수 있다.
Figure 112012032614429-pat00077
그리고, 연산 처리부(220)는 사이각인
Figure 112012032614429-pat00078
이 선분
Figure 112012032614429-pat00079
의 중점 좌표 M에서
Figure 112012032614429-pat00080
에 수직한 직선의 기울기의 예각이므로,
Figure 112012032614429-pat00081
에 수직한 직선의 방정식의 위에 롤(100)의 중심점 좌표 D
Figure 112012032614429-pat00082
가 위치하게 되므로, 중심점 좌표를 산출한다.
그리고, 연산 처리부(220)는 제2 사이 각(
Figure 112012032614429-pat00083
)이
Figure 112012032614429-pat00084
을 만족하므로, 다음 수학식 8과 같이 롤(100)의 반경(d)을 산출할 수 있다.
Figure 112012032614429-pat00085
즉, 연산 처리부(220)를 상기 수학식 8의 관계에서와 같이, 롤(100)의 반경을 산출하기 위하여
Figure 112012032614429-pat00086
또는
Figure 112012032614429-pat00087
를 산출하면 된다.
그리고, 연산 처리부(220)는
Figure 112012032614429-pat00088
를 만족하므로,
Figure 112012032614429-pat00089
가 이루는 사이 각은 다음 수학식 9와 같이 산출할 수 있다.
Figure 112012032614429-pat00090
(9.1)
Figure 112012032614429-pat00091
(9.2)
Figure 112012032614429-pat00092
(9.3)
여기서, 중심점(D)과 제2 지점(B)의 거리는
Figure 112012032614429-pat00093
, 제2 지점(B)과, 제3 지점(C)의 거리는
Figure 112012032614429-pat00094
, 중심점(D)과 제3 지점(C)의 거리는
Figure 112012032614429-pat00095
이다.
그리고, 연산 처리부(220)는 상기 수학식 (9.2)와 같이 사이 각의 관계가 성립하므로, 수학식 (9.3)과 같이 롤(100)의 반경을 산출할 수 있다.
또한, 연산 처리부(220)는 상기 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 롤(100)의 반경을 산출한 이후에 롤(100)의 여러 지점(중심점을 기준으로 회전되는 지점 또는 거리 측정부(210)의 거리 센서가 위치하는 지점)의 반경 변화를 산출하여, 롤(100)의 회전 변위와 반경에 따라 롤(100)의 각 방향의 편심량, 마모량 및 진원도를 산출한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 롤의 형상 측정 방법을 설명하기 위한 플로챠트이다.
도 7을 참조하면, 측정 시스템(200)은 거리 측정부(210)로부터 수신되는 세 점까지의 거리 측정 값(a, b, c)과, 거리 센서간 수직 이격 거리(D)를 파악한다(S 200).
이때, 측정 시스템(200)은 거리 측정부(210)가 하나의 거리 센서로 구현되는 경우에는 롤(100)의 제1 지점까지의 거리 측정 값을 측정시킨 다음 수직 이격 거리(D)만큼 이동시켜 롤(100)의 제2 및 제3 지점까지의 거리 측정 값을 측정시키도록 제어한다.
그리고, 측정 시스템(200)은 제1 지점(O)과, 제3 지점(C)간 거리(L :
Figure 112012032614429-pat00096
)는 상기 수학식 6과 같이 산출한다(S 210).
측정 시스템(200)은 선분
Figure 112012032614429-pat00097
에 수직한 직선의 방정식의 위에 롤(100)의 중심점 좌표 D
Figure 112012032614429-pat00098
가 위치하게 되므로, 중심점 좌표를 산출한다(S 220).
그리고, 측정 시스템(200)은 제2 사이 각(
Figure 112012032614429-pat00099
)이
Figure 112012032614429-pat00100
을 만족하므로, 상기 수학식 8과 같이 롤(100)의 반경(d)을 산출한다(S 230).
또한, 측정 시스템(200)은 롤(100)의 반경을 산출한 이후에 롤(100)의 여러 지점(중심점을 기준으로 회전되는 지점 또는 거리 측정부(210)의 거리 센서가 위치하는 지점)의 반경 변화를 산출하여, 롤(100)의 회전 변위와 반경에 따라 롤(100)의 각 방향의 편심량, 마모량 및 진원도를 산출한다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 롤의 형상 측정 시스템을 설명하기 위한 블록 도면.
도 2는 본 발명에 따른 측정 시스템을 설명하기 위한 정면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 롤의 형상 측정 방식을 설명하기 위한 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 다른 롤의 형상을 측정하는 개념을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 롤의 형상 측정 방법을 설명하기 위한 플로챠트.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 롤의 형상 측정 방식을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 롤의 형상 측정 방법을 설명하기 위한 플로챠트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 롤 200 : 측정 시스템
210 : 거리 측정부 220 : 연산 처리부
230 : 출력부

Claims (15)

  1. 롤의 형상 측정 시스템에 있어서,
    롤과,
    상기 롤의 외주면 상의 복수 기준 지점까지 거리와, 상기 각 지점간 수직 이격 거리와, 상기 롤의 초기 반경을 기반으로 상기 롤의 중심점 좌표를 산출하고, 상기 롤의 측정 지점의 좌표를 산출하여 상기 롤의 측정 지점 상의 반경을 측정하는 측정 시스템을 포함하는 롤의 형상 측정 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 측정 시스템은,
    하나 또는 2개의 광학식 변위 센서 또는 접촉식 변위 센서의 거리 센서로 구현되어, 상기 롤까지의 거리를 측정하는 거리 측정부와,
    상기 롤의 초기 반경과, 상기 수직 이격 거리와, 상기 기준 지점까지의 거리를 기반으로 상기 롤의 중심점 좌표 및 측정 지점의 좌표를 산출하여, 상기 롤의 반경을 측정하는 연산 처리부와,
    상기 연산 처리부가 측정하는 반경을 출력하는 출력부를 포함하는 롤의 형상 측정 시스템.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 거리 측정부는,
    하나의 거리 센서로 수평 이동 가능하도록 구현되거나, 2개의 거리 센서가 평행하게 고정되어 구현되는 것을 특징으로 하는 롤의 형상 측정 시스템.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 연산 처리부는,
    상기 기준 지점까지의 거리 측정 값과, 상기 수직 이격 거리와, 초기 반경을 기반으로 2차원 좌표 상에서 상기 중심점 좌표를 산출하고, 상기 측정 지점까지의 거리 측정 값을 기반으로 각 측정 지점 상의 반경을 산출하는 것을 특징으로 하는 롤의 형상 측정 시스템.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 연산 처리부는,
    상기 각 측정 지점 상의 반경 값의 평균 값이 허용 공차를 넘지 않으면, 반경 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 롤의 형상 측정 시스템.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 측정 시스템은,
    상기 롤의 반경을 산출한 이후에 상기 롤의 회전 변위와 반경에 따라 상기 롤의 각 방향에 대한 편심량, 마모량 또는 진원도를 산출하는 것을 특징으로 하는 롤의 형상 측정 시스템.
  7. 롤의 형상 측정 방법에 있어서,
    측정 시스템이 상기 롤의 반경과, 복수의 기준 지점까지의 거리 측정과, 상기 각 기준 지점간 수직 이격 거리를 파악하는 단계와,
    상기 롤의 초기 지점과, 제2 지점까지의 거리를 산출하는 단계와,
    삼각 함수를 기반으로 상기 각 지점과, 롤의 중심점을 잇는 삼각형의 각 사이 각을 산출하여 상기 중심점의 좌표를 산출하는 단계와,
    상기 롤의 측정 지점까지의 측정 값에 따라 해당 측정 지점의 좌표를 산출하고, 상기 롤의 중심점 좌표를 기반으로 상기 롤의 반경을 산출하는 단계를 포함하는 롤의 형상 측정 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 측정 시스템이 상기 기준 지점까지의 거리 측정 값과, 상기 수직 이격 거리와, 초기 반경을 기반으로 2차원 좌표 상에서 상기 중심점 좌표를 산출하고, 상기 측정 지점까지의 거리 측정 값을 기반으로 각 측정 지점 상의 반경을 산출하는 단계를 더 포함하는 롤의 형상 측정 방법.
  9. 롤의 형상 측정 시스템에 있어서,
    롤과,
    상기 롤의 외주면 상의 3개 기준 지점까지 거리와, 상기 각 지점간 수직 이격 거리를 기반으로 제1 및 제3 기준 지점을 잇는 기준 선분의 길이를 산출하고, 상기 각 기준 지점의 사이 각을 산출하여 삼각 함수에 따라 상기 롤의 반경을 산출하는 측정 시스템을 포함하는 롤의 형상 측정 시스템.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 측정 시스템은,
    1개 또는 3개의 광학식 변위 센서 또는 접촉식 변위 센서의 거리 센서로 구현되어, 상기 롤까지의 거리를 측정하는 거리 측정부와,
    상기 거리 센서간 상기 수직 이격 거리와, 상기 기준 지점까지의 거리를 기반으로 상기 각 기준 지점의 사이 각을 산출하여 삼각 함수에 따라 상기 롤의 반경을 측정하는 연산 처리부와,
    상기 연산 처리부가 측정하는 반경을 출력하는 출력부를 포함하는 롤의 형상 측정 시스템.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 거리 측정부는,
    하나의 거리 센서로 수평 이동 가능하도록 구현되거나, 3개의 거리 센서가 평행하게 고정되어 구현되는 것을 특징으로 하는 롤의 형상 측정 시스템.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 연산 처리부는,
    상기 기준 지점까지의 거리 측정 값과, 상기 수직 이격 거리를 기반으로 2차원 좌표 상에서 상기 롤의 중심점 좌표를 산출하기 위해 상기 각 기준 지점의 사이 각을 산출하는 것을 특징으로 하는 롤의 형상 측정 시스템.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 연산 처리부는,
    아래 수학식에 따라 상기 롤의 반경을 산출하는 것을 특징으로 하는 롤의 형상 측정 시스템.
    [수학식]
    Figure 112012032614429-pat00101
    여기서, c는 제3 기준 지점과 상기 롤의 거리 측정 값, a는 제1 기준 지점과 상기 롤의 거리 측정 값, D는 각 기준 지점간 수직 이격 거리,
    Figure 112012032614429-pat00102
    는 중심점과 제2 기준 지점까지의 거리,
    Figure 112012032614429-pat00103
    는 제2 지점과, 제3 지점의 거리,
    Figure 112012032614429-pat00104
    는 중심점과 제3 지점의 거리이다.
  14. 롤의 형상 측정 방법에 있어서,
    측정 시스템이 상기 롤의 3개의 지점까지의 거리 측정 값과, 각 지점간 수직 이격 거리를 파악하는 단계와,
    상기 롤의 제1 지점과, 제3 지점간 거리를 산출하는 단계와,
    상기 각 지점의 사이 각과, 삼각 함수에 따라 롤의 중심점 좌표를 산출하는 단계와,
    상기 사이 각에 따라 상기 롤의 반경을 산출하는 단계를 포함하는 롤의 형상 측정 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 롤의 회전 변위와 반경 변화에 따라 상기 롤의 각 방향의 편심량, 마모량 또는 진원도를 산출하는 단계를 더 포함하는 롤의 형상 측정 방법.
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