KR101696020B1

KR101696020B1 - 열간 압연 설비에서 동력 전달 계통의 이상 진단 장치

Info

Publication number: KR101696020B1
Application number: KR1020140039186A
Authority: KR
Inventors: 전형일
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2017-01-13
Also published as: KR20150115048A

Abstract

열간 압연 설비에서의 동력 전달 계통의 이상 진단 장치가 제공된다. 동력 전달 계통의 이상 진단 장치는, 압연롤과, 압연롤의 일단에 스핀들을 통해 연결되어 압연롤을 회전 구동시키는 동력 전달 계통을 포함하는 열간 압연 설비에서 동력 전달 계통의 이상을 진단하는 장치에 있어서, 스핀들로부터 일정 거리 이격되게 설치되어 스핀들과의 거리를 측정하는 제1 변위 센서와, 스핀들로부터 일정 거리 이격되며, 제1 변위 센서로부터 스핀들의 원주 방향으로 일정 각도 이격되게 설치되어 스핀들과의 거리를 측정하는 제2 변위 센서와, 스핀들이 회전함에 따라, 제1 변위 센서에서 측정되는 거리를 X축으로, 제2 변위 센서에서 측정되는 거리를 Y축으로 하는 스핀들의 축 움직임 궤적을 구하는 모니터링부와, 모니터링부에서 구한 스핀들의 축 움직임 궤적과 미리 저장된 정상시의 기준 움직임 궤적을 비교하여, 동력 전달 계통의 이상을 진단하는 진단부를 포함됨으로써, 동력 전달 계통의 이상을 조기에 진단하여 조업자로 하여금 적절한 조치를 취하도록 함으로써, 압연 설비 사고 및 인명 손실을 방지할 수 있다.

Description

열간 압연 설비에서 동력 전달 계통의 이상 진단 장치{APPARATUS FOR DIAGNOSING DAMAGE OF POWER TRANSFER UNIT IN HOT ROLLING MILL EQUIPMENT}

본 출원은, 열간 압연 설비에서 압연롤을 회전시키는 스핀들의 움직임 궤적을 모니터링함으로써, 동력 전달 계통의 이상 여부를 진단하기 위한 것이다.

일반적으로, 압연 설비는 슬라브와 직접 접촉하여 슬라브를 압연하는 압연롤과, 압연롤을 회전 구동하기 위한 모터와, 모터의 구동력을 압연롤에 전달하기 위한 동력 전달 계통으로 구성되며, 동력 전달 계통은 유니버셜 조인트(universal joint)와 같은 제1 체결부를 매개로 압연롤과 스핀들이 연결되고, 스핀들은 슬리퍼 커플링(slipper coupleing)과 같은 제2 체결부를 매개로 모터와 연결된다.

상술한 열간 압연 설비에 있어서는, 동력 전달 계통, 특히 유니버셜 조인트에서의 마모로 인해 스핀들의 이상 회전이 발생하게 되며, 이러한 스핀들의 이상 회전의 정도는 압연량에 비례하여 점차로 증가하여 상하 스핀들간의 충돌을 유발하게 되어 압연 설비 사고는 물론 인명 손실까지 초래하기 되므로, 동력 전달 계통의 이상 상태를 사전에 진단하여 적절한 조치를 취하는 것이 매우 중요하다.

관련 선행 기술로는, 한국공개특허 제2011-0077184호('압연 설비에서의 메인 드라이브의 이상 진단 방법')가 있다.

한국공개특허 제2011-0077184호('압연 설비에서의 메인 드라이브의 이상 진단 방법', 공개일: 2011년 7월 7일)

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 동력 전달 계통의 이상을 조기에 진단하여 조업자로 하여금 적절한 조치를 취하도록 함으로써, 압연 설비 사고 및 인명 손실을 방지할 수 있는 열간 압연 설비에서의 동력 전달 계통의 이상 진단 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 압연롤과, 상기 압연롤의 일단에 스핀들을 통해 연결되어 상기 압연롤을 회전 구동시키는 동력 전달 계통을 포함하는 열간 압연 설비에서 상기 동력 전달 계통의 이상을 진단하는 장치에 있어서, 상기 스핀들로부터 일정 거리 이격되게 설치되어 상기 스핀들과의 거리를 측정하는 제1 변위 센서; 상기 스핀들로부터 일정 거리 이격되며, 상기 제1 변위 센서로부터 상기 스핀들의 원주 방향으로 일정 각도 이격되게 설치되어 상기 스핀들과의 거리를 측정하는 제2 변위 센서; 상기 스핀들이 회전함에 따라, 상기 제1 변위 센서에서 측정되는 거리를 X축으로, 상기 제2 변위 센서에서 측정되는 거리를 Y축으로 하는 상기 스핀들의 축 움직임 궤적을 구하는 모니터링부; 및 상기 모니터링부에서 구한 상기 스핀들의 축 움직임 궤적과 미리 저장된 정상시의 기준 움직임 궤적을 비교하여, 상기 동력 전달 계통의 이상을 진단하는 진단부를 포함하는 열간 압연 설비에서 동력 전달 계통의 이상 진단 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 진단부는, 상기 축 움직임 궤적의 장축과 단축의 길이의 비가 상기 기준 움직임 궤적의 장축과 단축의 비보다 큰 경우 상기 스핀들 자체의 벤딩(bending)이 일어난 것으로 판단하며, 상기 축 움직임 궤적의 외주연에 일정 주기의 진동이 있는 경우 상기 스핀들과 상기 압연롤을 연결하는 제1 체결부 또는 상기 스핀들과 상기 모터를 연결하는 제2 체결부가 마모된 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 이상 진단 장치는, 상기 스핀들이 관통되는 관통공 및 메탈 베어링이 구비된 스핀들 지지부재를 더 포함하며, 상기 제1 변위 센서 및 상기 제2 변위 센서 각각은, 상기 메탈 베어링에 설치된 브라켓에 고정되어 상기 스핀들과의 거리를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 이상 진단 장치는, 상기 스핀들이 관통되는 관통공 및 메탈 베어링이 구비된 스핀들 지지부재; 및 상기 지지부재의 상부 표면에 부착되어 상기 스핀들을 통해 전달되는 기계적 진동 신호인 탄성파를 전기적 신호로 변환하는 음향 방출 센서를 더 포함하며, 상기 진단부는, 상기 변환된 전기적 신호의 크기가 미리 설정된 기준값 이상이면 상기 동력 전달 계통에 이상이 있는 것으로 진단할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 스핀들로부터 일정 거리 이격되게 설치된 2개의 변위 센서의 출력 신호로부터 스핀들의 축 움직임 궤적을 구하고, 구한 축 움직임 궤적으로부터 동력 전달 계통의 이상을 조기에 진단하여 조업자로 하여금 적절한 조치를 취하도록 함으로써, 압연 설비 사고 및 인명 손실을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열간 압연 설비에서의 동력 전달 계통의 이상 진단 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 축 방향에서 바라본 2개의 변위 센서 및 축 움직임 궤적의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 이상을 진단하기 위한 음향 방출 센서의 출력 신호의 세기를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열간 압연 설비에서의 동력 전달 계통의 이상 진단 방법을 설명하는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열간 압연 설비에서의 동력 전달 계통의 이상 진단 장치의 전체 구성도이다. 한편, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 축 방향에서 바라본 2개의 변위 센서 및 축 움직임 궤적의 일 예를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 이상을 진단하기 위한 음향 방출 센서의 출력 신호의 세기를 도시한 도면이다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 압연 설비에서의 동력 전달 계통의 이상 진단 장치를 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 열간 압연 설비는, 압연롤(11)과, 압연롤(11)의 일단에 스핀들(15)을 통해 연결되어 압연롤(11)을 회전 구동시키는 동력 전달 계통(12 내지 15)을 포함하며, 동력 전달 계통(12 내지 15)은 유니버셜 조인트(universal joint)와 같은 제1 체결부(13)를 매개로 압연롤(11)과 스핀들(15)이 연결되고, 스핀들(15)은 슬리퍼 커플링(slipper coupling)과 같은 제2 체결부(14)를 매개로 모터(12)와 연결될 수 있다.

상술한 스핀들(15)은, 캐리어(carrier)와 같은 스핀들 지지부재(16)에 의해 지지되며, 스핀들 지지부재(16)는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 스핀들(15)이 관통되는 관통홀(16b)을 가지며, 내측에는 메탈 베어링(16a)이 더 구비될 수 있다. 상술한 스핀들 지지부재(16)는 유압 실린더와 같은 승하강 기기(20)에 의해 상하로 이동될 수 있다.

한편, 동력 전달 계통의 이상 진단 장치는, 제1 변위 센서(111), 제2 변위 센서(112), 음향 방출 센서(120), 모니터링부(130) 및 진단부(140)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 변위 센서(111) 및 제2 변위 센서(112)는, 스핀들(15)까지의 거리가 가까워짐에 따라 출력 전압이 높아지고, 멀어짐에 따라 출력 전압이 낮아지는 예를 들면 정전 용량 방식의 센서가 사용될 수 있으며, 스핀들(15)로부터 일정 거리 이격되게 설치되어 스핀들(15)과의 거리를 측정할 수 있다.

상술한 제1 변위 센서(111) 및 제2 변위 센서(112)는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 스핀들 지지부재(16)의 센터(C)를 중심으로 원주 방향으로 소정 각도(예를 들면, 각각 45도)로 이격될 수 있다(따라서, 변위 센서(111, 112) 상호 간의 각도는 90도임). 또한, 제1 변위 센서(111) 및 제2 변위 센서(112)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스핀들 지지부재(16)의 메탈 베어링(16a)에 설치된 브라켓(111a)에 고정된 채, 스핀들(15)과의 거리를 측정할 수 있다(도 1에는 하나의 변위 센서(111)에 대해서만 도시되어 있음). 제1 변위 센서(111) 및 제2 변위 센서(112)에서 각각 측정된 스핀들(15)과의 거리는 모니터링부(130)로 전달될 수 있다.

한편, 음향 방출 센서(Acoustic Emission, AE) 센서(120)는 스핀들(15) 또는 체결부(13, 14)의 기계적인 진동 신호인 탄성파를 전기적 신호로 변환하는 센서로, 변환된 전기적 신호를 진단부(140)로 전달할 수 있다. 상술한 음향 방출 센서(120)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 볼트-너트와 같은 체결부(120a)를 통해 스핀들 지지부재(16)의 표면에 부착될 수 있다.

한편, 모니터링부(130)는, 스핀들(15)이 회전함에 따라, 스핀들(15)의 축 움직임 궤적을 구할 수 있다. 여기서, 축 움직임 궤적은, 도 2의 (b) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 제1 변위 센서(111)에서 측정되는 거리를 X축으로, 제2 변위 센서(112)에서 측정되는 거리를 Y축으로 하여 시간에 따른 X축 변위와 Y축 변위를 하나의 평면상에 도시한 궤적을 말한다.

즉, 동력 전달 계통(12 내지 15)에 손상이 없는 정상적인 동작 상태하에서는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 스핀들(15)은 중심(O)을 기준으로 장축(A)과 단축(B)을 가지는 타원형의 축 움직임 궤적(이하, '기준 움직임 궤적'이라 함)을 그리게 된다. 하지만, 동력 전달 계통(12 내지 15) 중 특정 부위에 손상 내지 변형이 생긴 경우에는 도 2의 (c)나 (d)와 같이 축 움직임 궤적이 달라진다. 따라서, 후술하는 진단부(140)는 정상시의 기준 움직임 궤적을 미리 저장하여 둔 후, 스핀들(15)이 회전할 때 모니터링부(130)에서 구한 축 움직임 궤적과 미리 저장된 기준 움직임 궤적을 비교하여 동력 전달 계통(12 내지 15)의 이상(손상 내지 변형)을 진단할 수 있는 것이다.

구체적으로, 진단부(140)는 상술한 모니터링부(130)에서 구한 축 움직임 궤적(도 2의 (c) 참조)의 장축(a)과 단축(b)의 길이의 비(a/b)가 기준 움직임 궤적(도 2의 (a) 참조)의 장축(A)과 단축(B)의 길이의 비(A/B)보다 큰 경우 스핀들(15) 자체의 벤딩(bending)이 일어난 것으로 판단할 수 있다.

또한, 진단부(140)는 상술한 모니터링부(130)에서 구한 축 움직임 궤적(도 2의 (d) 참조)의 외주연에 일정 주기의 진동이 있는 경우(즉, 최대값과 최소값이 번갈아 나타나는 경우), 스핀들(15)과 압연롤(11)을 연결하는 제1 체결부(13) 또는 스핀들(15)과 모터(12)를 연결하는 제2 체결부(14)가 마모된 것으로 판단할 수 있다.

상술한 기준 움직임 궤적에 기초한 진단부(140)의 구체적인 진단 방법은, 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시 형태에 불과하며, 상술한 동력 전달 계통(12 내지 15)의 특정 부위 내지 이상의 종류 등에 따라 다양한 실시 형태가 있을 수 있다는 점에 유의하여야 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 진단부(140)는 음향 방출 센서(120)로부터 전달된 전기적 신호에 기초하여, 동력 전달 계통(12 내지 15)의 이상을 판단할 수 있다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 진단부(140)는, 일정한 기준값(310)을 미리 설정한 후, 음향 방출 센서(120)로부터 전달된 전기적 신호의 크기가 미리 설정된 기준값(310) 이상이면 동력 전달 계통(12 내지 15)에 이상이 있는 것으로 진단할 수 있다.

상술한 이상 진단 장치는 상부 압연롤(11)을 위주로 설명하였으나, 이는 발명의 이해를 돕기 위한 것에 불과하며, 하부 압연롤의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 스핀들로부터 일정 거리 이격되게 설치된 2개의 변위 센서의 출력 신호로부터 스핀들의 축 움직임 궤적을 구하고, 구한 축 움직임 궤적으로부터 동력 전달 계통의 이상을 조기에 진단하여 조업자로 하여금 적절한 조치를 취하도록 함으로써, 압연 설비 사고 및 인명 손실을 방지할 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 압연 설비에서의 동력 전달 계통의 이상 진단 방법을 설명하는 흐름도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 우선 제1 변위 센서(111) 및 제2 변위 센서(112)는 회전하는 스핀들(15)과의 거리를 측정할 수 있다(S401). 측정된 거리는 모니터링부(130)로 전달될 수 있다. 상술한 제1 변위 센서(111) 및 제2 변위 센서(112)는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 스핀들 지지부재(16)의 센터(C)를 중심으로 원주 방향으로 소정 각도(예를 들면, 각각 45도)로 이격되게 설치될 수 있다(따라서, 변위 센서(111, 112) 상호 간의 각도는 90도임).

다음, 모니터링부(130)는, 제1 변위 센서(111)에서 측정되는 거리를 X축으로, 제2 변위 센서(112)에서 측정되는 거리를 Y축으로 하는 스핀들(15)의 축 움직임 궤적을 구할 수 있다(S402). 구해진 축 움직임 궤적은 진단부(140)로 전달될 수 있다.

마지막으로, 진단부(140)는 모니터링부(130)에서 구한 축 움직임 궤적과 미리 저장된 기준 움직임 궤적을 비교하여 동력 전달 계통(12 내지 15)의 이상(손상 내지 변형)을 진단할 수 있다(S403).

예를 들면, 진단부(140)는 상술한 모니터링부(130)에서 구한 축 움직임 궤적(도 2의 (c) 참조)의 장축(a)과 단축(b)의 길이의 비(a/b)가 기준 움직임 궤적(도 2의 (a) 참조)의 장축(A)과 단축(B)의 길이의 비(A/B)보다 큰 경우 스핀들(15) 자체의 벤딩(bending)이 일어난 것으로 판단할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 스핀들(15) 또는 체결부(13, 14)의 기계적인 진동 신호인 탄성파를 전기적 신호로 변환하는 음향 방출 센서(120)를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 진단부(140)는, 일정한 기준값(310)을 미리 설정한 후, 음향 방출 센서(120)로부터 전달된 전기적 신호의 크기가 미리 설정된 기준값(310) 이상이면 동력 전달 계통(12 내지 15)에 이상이 있는 것으로 진단할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

11: 압연롤 12: 모터
13: 유니버셜 조인트 14: 슬리퍼 커플링
15: 스핀들 16: 캐리어
16a: 메탈 베어링 16b: 관통홀
20: 승하강 기기 111, 112: 변위 센서
111a, 112a: 브라켓 120: 음향 방출 센서
120a: 체결부 130: 모니터링부
140: 진단부

Claims

압연롤과, 상기 압연롤의 일단에 스핀들을 통해 연결되어 상기 압연롤을 회전 구동시키는 동력 전달 계통을 포함하는 열간 압연 설비에서 상기 동력 전달 계통의 이상을 진단하는 장치에 있어서,
상기 스핀들로부터 일정 거리 이격되게 설치되어 상기 스핀들과의 거리를 측정하는 제1 변위 센서;
상기 스핀들로부터 일정 거리 이격되며, 상기 제1 변위 센서로부터 상기 스핀들의 원주 방향으로 일정 각도 이격되게 설치되어 상기 스핀들과의 거리를 측정하는 제2 변위 센서;
상기 스핀들이 회전함에 따라, 상기 제1 변위 센서에서 측정되는 거리를 X축으로, 상기 제2 변위 센서에서 측정되는 거리를 Y축으로 하는 상기 스핀들의 축 움직임 궤적을 구하는 모니터링부; 및
상기 모니터링부에서 구한 상기 스핀들의 축 움직임 궤적과 미리 저장된 정상시의 기준 움직임 궤적을 비교하여, 상기 동력 전달 계통의 이상을 진단하는 진단부를 포함하는 열간 압연 설비에서 동력 전달 계통의 이상 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 진단부는,
상기 축 움직임 궤적의 장축과 단축의 길이의 비가 상기 기준 움직임 궤적의 장축과 단축의 비보다 큰 경우 상기 스핀들 자체의 벤딩(bending)이 일어난 것으로 판단하며,
상기 축 움직임 궤적의 외주연에 일정 주기의 진동이 있는 경우 상기 스핀들과 상기 압연롤을 연결하는 제1 체결부 또는 상기 스핀들과 모터를 연결하는 제2 체결부가 마모된 것으로 판단하는 동력 전달 계통의 이상 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 이상 진단 장치는,
상기 스핀들이 관통되는 관통공 및 메탈 베어링이 구비된 스핀들 지지부재를 더 포함하며,
상기 제1 변위 센서 및 상기 제2 변위 센서 각각은,
상기 메탈 베어링에 설치된 브라켓에 고정되어 상기 스핀들과의 거리를 측정하는 동력 전달 계통의 이상 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 이상 진단 장치는,
상기 스핀들이 관통되는 관통공 및 메탈 베어링이 구비된 스핀들 지지부재; 및
상기 지지부재의 상부 표면에 부착되어 상기 스핀들을 통해 전달되는 기계적 진동 신호인 탄성파를 전기적 신호로 변환하는 음향 방출 센서를 더 포함하며,
상기 진단부는,
상기 변환된 전기적 신호의 크기가 미리 설정된 기준값 이상이면 상기 동력 전달 계통에 이상이 있는 것으로 진단하는 동력 전달 계통의 이상 진단 장치.