KR19990052675A - 온라인 롤 편심 진단방법 및 장치 - Google Patents

온라인 롤 편심 진단방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온라인 상에서 압연 중에 발생하는 롤 편심을 동정하고 이를 정량화하는 온라인 롤 편심 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 기본적으로 컴퓨터로부터 롤 정보를 입력받은 후 미리 정해진 횟수만큼 압연 하중, 롤 속도 및 출측 두께 데이터 샘플링, 회전 주파수 산출, 편심 진단 및 화면 표시 절차를 반복하되, 상기 회전 주파수 산출 과정은 롤경을 읽은 후 미리 정해진 횟수만큼 롤 속도 감지 및 회전 주파수 산출의 과정을 반복한 후 평균으로 산출하고, 상기 편심 진단 과정은 압연 하중 및 출측 두께에 대한 퓨리에 변환 값과 상기 회전 주파수를 비교하여 최대치의 70% 이상인 롤을 편심 롤로 판정함을 원리로 한다.
본 발명에 의하면 롤 편심이 발생하는 대상 롤을 신속하고 정확하게 온라인으로 동정하고, 그에 따른 롤 편심의 출측 두께에 대한 영향도를 진단하므로, 롤 편심에 의해서 발생되는 두께 불량율을 줄이고, 제품의 실수율을 향상시키며, 원료에 대한 제품 비율을 향상시킬 뿐만 아니라 롤 편심을 정확하게 동정하는 기술은 롤 편심 제어기술의 기본 기술이 될 수 있으므로 산업 전반에 파급효과가 크다는 매우 획기적인 효과가 있다.

Description

온라인 롤 편심 진단 방법 및 장치
본 발명은 온라인 상에서 압연 중에 발생하는 롤 편심을 동정하고 이를 정량화하는 온라인 롤 편심 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 냉간 압연기에서 제품의 두께가 상당한 고정도로 일정하도록 유지되기 위해서는 롤의 편심이 발생하지 않아야 한다. 즉, 정상적인 롤에 의하여 압연하면 고정도의 두께를 얻을 수 있다. 그런데 롤은 반복되는 작업과 시간의 경과에 따라 노후화되어 편심이 발생되거나, 또는 어떤 충격에 의하여 작업 도중에도 편심이 발생될 수 있다. 따라서 큰 롤 편심량을 가지는 롤이 있는 경우, 조속히 대상 롤을 검출하고, 롤 교체를 행해야 두께 불량율을 줄이고, 원료에 대한 제품 비율을 향상시킬 수 있으므로 압연 제품의 품질관리에 있어서 롤의 편심 여부를 적시에 파악하고, 그 편심량이 제품의 두께에 미치는 영향도를 정량화하는 것이 중요한 관리 포인트가 되고 있다.
종래에 있어서는 상기와 같은 롤 편심을 진단함에 있어서, 자동 두께 제어 장치에 의해서 롤의 편심 여부를 측정하고, 이에 의하여 두께의 정도를 유지하고 있었다.
그런데, 상기 종래의 수단에 있어서는 큰 편심량을 가지는 롤에서 압연이 행해지는 경우, 롤 편심에 의해 압하 위치가 변동하고, 그 변동이 판에 전사되면 실제 판 두께의 변화가 없더라도 압연 하중이 증가하며, 압연 하중의 변동에 따라 두께 제어를 행하는 자동 두께 제어 장치는 잘못된 제어를 행하게 되고, 그 결과 판의 두께 변동을 야기시켜서 판 두께 정도가 저하된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 압연 중에 롤 편심이 발생하는 대상 롤을 검출하고 그 편심이 두께에 미치는 영향도를 정량화할 수 있는 온라인 롤 편심 진단 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 롤 편심 진단 장치 구성도
도 2는 본 발명의 롤 편심 진단 장치 작동 흐름도
도 3은 본 발명의 롤 회전 주파수 산출 처리 흐름도
도 4a는 본 발명에 의한 압연 하중의 퓨리에 변환 실시예의 설명도
도 4b는 본 발명에 의한 출측 두께의 퓨리에 변환 실시예의 설명도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 백업 롤(Backup Roll) 12 : 중간 롤(Intermediate Roll)
13 : 작업 롤(Work Roll) 20 : 로드 셀(Load Cell)
21 : 속도계 22 : 판 두께계
30 : 입출력기(P I/O) 40 : 컴퓨터(Process Computer)
50 : 편심 진단 장치 51 : 데이터 샘플링(Data Sampling)부
52 : 샘플링 데이터 저장(Sampling Data Memory)부
53 : 롤 편심 진단부 54 : 화면 표시부
55 : 회전 주파수 산출부 56 : 컴퓨터 연결(Linkage)부
57 : 롤 관리 데이터 저장(Memory)부
99 : 판(Strip)
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 기본적으로 컴퓨터로부터 롤 정보를 입력받은 후 미리 정해진 횟수만큼 압연 하중, 롤 속도 및 출측 두께 데이터 샘플링, 회전 주파수 산출, 편심 진단 및 화면 표시 절차를 반복하되, 상기 회전 주파수 산출 과정은 롤경을 읽은 후 미리 정해진 횟수만큼 롤 속도 감지 및 회전 주파수 산출의 과정을 반복한 후 평균으로 산출하고, 상기 편심 진단 과정은 압연 하중 및 출측 두께에 대한 퓨리에 변환 값과 상기 회전 주파수를 비교하여 최대치의 70% 이상인 롤을 편심 롤로 판정함을 원리로 한다.
상기와 같은 본 발명의 진단장치는 도 1의 전체 구성도에 도시된 바와 같이 입출력기(30), 컴퓨터(40) 및 편심 진단 장치(50)로 구성되는데, 상기 입출력기(30)는 로드 셀(20), 속도계(21) 및 판 두께계(22)로부터 데이터를 입력받아 상기 편심 진단 장치(50)의 데이터 샘플링부(51)에 전달하도록 구성되고, 상기 컴퓨터(40)는 상기 편심 진단 장치(50)의 컴퓨터 연결부(56)에 연결되며, 상기 편심 진단 장치(50)는 상기 입출력기(30)에 연결된 데이터 샘플링부(51)의 출력은 샘플링 데이터 저장부(52)에 입력되고, 상기 샘플링 데이터 저장부(52)의 출력은 롤 편심 진단부(53) 및 회전 주파수 산출부(55)로 입력되며, 상기 롤 편심 진단부(53)의 출력은 화면 표시부(54) 및 컴퓨터 연결부(56)에 입력되고, 상기 회전 주파수 산출부(55)의 출력은 상기 롤 편심 진단부(53)에 입력되며, 상기 컴퓨터 연결부(56)의 출력은 데이터 샘플링부(51), 컴퓨터(40) 및 롤 관리 데이터 저장부(57)에 입력되고, 상기 롤 관리 데이터 저장부(57)의 출력은 상기 회전 주파수 산출부(55)에 입력되도록 구성된다.
이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 동작을 도 2의 흐름도에 의하여 설명하면, 먼저 롤 편심 진단 기능은 컴퓨터(40)와 편심 진단 장치(50)를 연결시켜서 상기 컴퓨터(40)가 보낸 각 스탠드의 롤경 등 롤 정보를 컴퓨터 연결부(56)가 수신함에 의하여 기동한다. 상기 수신한 롤 정보는 롤 관리 데이터 저장부(57)에 저장된다. 그 후 하나의 코일 판(99)에 대해서 연속 진단하고자 하는 처리 횟수, 예를 들어 10 회를 미리 결정하고, 그만큼 연속적으로 진단을 실행하기 위하여 카운터인 처리 횟수를 초기화한다. 따라서 데이터의 샘플링, 롤 회전 주파수의 산출, 롤 편심의 진단, 화면 표시 등은 상기 처리 횟수의 설정에 따라 수회 반복되는 것이다.
그 후 먼저 실적 데이터의 샘플링을 하는데, 입출력기(30)를 동작시켜, 압연 중의 각 스탠드에 대해 일정 시간 간격, 예를 들어 10 msec 간격으로 일정 갯수, 예를 들어 1024점의 실적 데이터로서 압연 하중, 롤 속도 및 출측 두께를 로드 셀(20), 속도계(21) 및 판 두께계(22)로부터 각각 샘플링하여 수집해서 편심 진단 장치(50)의 데이터 샘플링부(51)에 전송한다. 그러면 상기 데이터 샘플링부(51)에서는 샘플링 데이터 저장부(52)에 상기 샘플링한 데이터를 샘플링 데이터 저장부(52)에 저장시킨다.
그 다음에는 롤 회전 주파수를 산출하는데, 이때 회전 주파수 산출부(55)가 상하 각 백업 롤(11), 중간 롤(12) 및 작업 롤(13)에 대한 롤 속도와 롤경 데이터를 각각 상기 샘플링 데이터 저장부(52) 및 롤 관리 데이터 저장부(57)로부터 읽어들여서 각 스탠드의 각 롤에 대한 회전 주파수를 산출한다. 상기 산출된 주파수는 롤 편심의 예상 주파수인데, 왜냐하면 해당 코일 판(99)에서 롤 편심이 발생하면 상기 주파수에서 발생되기 때문이다.
여기서 상기 롤 회전 주파수 산출 처리에 대해서 도 3의 흐름도에 의해 상세히 설명하면, 먼저 회전 주파수 산출부(55)는 롤 관리 데이터 저장부(57)로부터 각 스탠드의 백업 롤(11), 중간 롤(12) 및 작업 롤(13)의 롤경 데이터를 읽어들이고, 연속으로 회전 주파수를 산출하여 평균하고자 하는 데이터 점수, 예를 들어 10 점을 미리 결정하고, 그만큼 연속적으로 회전 주파수 산출을 실행하기 위하여 카운터인 데이터 점수를 초기화한다. 따라서 롤 속도 읽기, 회전 주파수 산출 등은 상기 데이터 점수의 설정에 따라 수회 반복되는 것이다. 이하 상기 데이터 점수는 10점으로 설정한 것으로 가정하여 설명한다.
그 후 샘플링 데이터 저장부(52)로부터 각 스탠드의 롤 속도 데이터를 1점 읽어들인 후, 상기 롤 직경과 롤 속도 데이터와 다음 수학식 1을 이용해서, 각 스탠드의 작업 롤마다의 회전 주파수를 산출한다.
그리고 다음 수학식 2 및 수학식 3을 이용해서, 각 스탠드의 중간 롤 및 백업 롤의 회전 주파수를 각각 구한다.
그리고 미리 설정된 데이터 점수만큼 상기 과정을 반복한다. 그리고 상기 데이터 점수만큼 반복한 후에는 그 과정에서 산출된 모든 회전 주파수에 대하여 다음의 수학식 4, 수학식 5 및 수학식 6을 이용하여 평균함으로써 각 스탠드의 롤마다의 평균 회전 주파수를 산출한다.
상기 회전 주파수의 산출 후에는 편심 진단을 하는데, 이때 롤 편심 진단부(53)는 압연 하중 및 출측 두께 데이터는 상기 샘플링 데이터 저장부(52)에서, 회전 주파수는 상기 회전 주파수 산출부(55)에서 각각 읽어들여서 각 롤에 대한 편심 진단을 실시한다. 상기 롤 편심의 진단은 먼저 압연 하중에 대한 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform) 결과와 롤 회전 주파수를 비교하여 롤 편심을 가지는 롤을 동정하고, 상기 동정된 롤의 편심 주파수에 해당하는 퓨리에 변환된 출측 두께의 크기를 이용하여 편심에 의한 출측 두께의 영향도를 정량화하는 것이다.
상기 롤 편심 진단 처리 과정에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 샘플링 데이터 저장부(52)로부터 각 스탠드의 압연 하중 및 출측 두께 데이터를 읽어서 퓨리에 변환(FFT)을 거친다. 상기 퓨리에 변환 결과에 의해, 각 데이터의 최대 강도의 70% 이상의 주파수 성분을 찾아낸다. 상기의 주파수 성분과 롤 회전 주파수 처리로 구한 백업 롤(11), 중간 롤(12) 및 작업 롤(13)의 회전 주파수를 비교해서 일치한 롤이 있다면, 편심 롤 외란을 발생하고 있는 롤로서 동정한다. 상기 편심 롤 외란을 발생하고 있는 롤이 검출 가능할 때는, 해당 롤의 스탠드 번호 및 백업 롤(11), 중간 롤(12) 및 작업 롤(13) 등의 롤 종류를 이상 롤 표(Table)에 보존해 둔다.
여기서 상기 퓨리에 변환 해석의 예를 도 4a의 압연 하중에 대한 실시예 및 도 4b의 출측 두께에 대한 실시예에 의해 설명하면, 편심 롤 외란을 발생하는 롤을 동정하기 위해 미리 설정된 스탠드 갯수, 예를 들어 5 스탠드 분량만큼의 퓨리에변환 해석을 하기 위하여 샘플링 데이터 저장부(52)에서 각각의 대상 스탠드의 압연 하중 및 출측 두께를 일정 갯수만큼, 예를 들어 1024점 읽어들인 후, 상기 읽어들인 압연 하중과 출측 두께를 퓨리에변환 처리한다. 예를 들어 제 2 스탠드의 압연 하중과 출측 두께에 대한 퓨리에 변환을 거친다.
상기 퓨리에 변환 처리 결과로부터 최대 강도의 주파수 성분 fp_MAX, fh_MAX을 산출한다. 그 후 최대강도의 70% 이상의 주파수 성분 fp_i, fh_i를 산출한다. 여기서 fp_i, fh_i는 다음 수학식 7과 같이 각각 fp_MAX, fh_MAX을 포함하는 것으로 한다.
그 후 상기 산출된 주파수 성분 fp_i, fh_i를 제 1 스탠드에서 대상 스탠드의 백업 롤(11), 중간 롤(12) 및 작업 롤(13)마다의 회전 주파수를 비교해서 일치하는 롤을 찾아내는데, 이때 롤의 회전 주파수를 ω라고 할 때 다음 수학식 8과 같이
(｜fp-i-ω｜≥β) and (｜fh-i-｜≤β), 여기서 β는 허용범위
인 경우에는 일치하는 롤로 판단하고 상기 해당하는 롤의 스탠드 번호와 백업 롤(11), 중간 롤(12) 및 작업 롤(13) 등의 롤 종류 등 롤 정보를 이상 롤 표(Table)에 보존해 둔다. 상기 이상 롤 표(Table)에는 각 스탠드의 정해진 횟수, 예를 들어 10회 분량의 퓨리에 변환 해석 결과를 보존해 두고, 컴퓨터 연결부(56)에서 최종적으로 이상 롤의 동정을 행한다.
한편, 다음 수학식 9와 같이
(｜fp-i-ω｜>β) and (｜fh-i-｜<β), 여기서 β는 허용범위
인 경우에는 일치하는 롤이 없다고 판단하고 다음 롤에 대해서 점검하며, 다음 롤이 없는 경우에는 다음 스탠드에 대해서 처리한다.
여기서 도 4a의 압연 하중에 대한 실시예의 경우에는 최대 강도의 70% 이상의 강도를 가지는 주파수 성분은 fp_MAX이외에 없기 때문에, fp_MAX와 제 1 스탠드에서 제 2 스탠드까지의 롤마다의 회전 주파수를 비교한다. 그 결과, 제 1 스탠드의 작업 롤인 제 1 작업 롤의 회전 주파수가 fp_MAX와 일치 또는 허용범위 내에 있기 때문에 제 1 작업 롤을 이상 롤로 동정한다. 한편, 도 4b의 출측 두께에 대한 실시예의 경우에는 최대 강도의 70% 이상의 강도를 가지는 주파수 성분으로서 fp_MAX와 fh_i가 있기 때문에 fp_MAX, fh_i와 제 1 스탠드에서 제 2 스탠드까지의 롤마다의 회전 주파수 성분과 비교한다. 그 결과, 제 1 스탠드의 중간 롤인 제 1 중간 롤의 회전 주파수가 fp_MAX와 일치하고, 제 1 작업 롤의 회전 주파수가 fh_i와 일치하기 때문에 제 1 중간 롤 및 제 1 작업 롤을 이상 롤로 동정한다.
따라서 스탠드 전체의 해석 결과로서는, 압연 하중과 출측 두께의 해석 결과에 있어서 공통된 것이 이상 롤로 판단하므로, 도 4a의 압연 하중에 대한 결과인 제 1 작업 롤과 도 4b의 출측 두께에 대한 결과인 제 1 중간 롤 및 제 1 작업 롤 중에서 제 1 작업 롤이 양쪽 결과에 공통이 되기 때문에 제 1 작업 롤을 이상 롤로 동정한다.
그 후 상기 진단 결과를 컴퓨터(40)에 송신하여 화면에 표시시킨 후 미리 설정된 처리 횟수만큼 상기 과정을 반복한다. 그리고 상기 처리 횟수만큼 반복한 후에는 그 최종 진단 결과, 즉 편심이 발생하는 롤이 있다면 그 롤 스탠드 번호, 롤 종류 등의 정보와 출측 두께의 영향도 등의 진단 결과를 상기 컴퓨터(40)에 송신하고, 상기 컴퓨터(40)에서는 현재 롤 편심 상태를 조작자(operator) 화면에 디스플레이(display)하여 조작자(operator)에게 현재 롤 상태의 안내 지침(guidance)을 제공한다.
따라서 본 발명에 의하면 롤 편심이 발생하는 대상 롤을 신속하고 정확하게 온라인으로 동정하고, 그에 따른 롤 편심의 출측 두께에 대한 영향도를 진단하므로, 롤 편심에 의해서 발생되는 두께 불량율을 줄이고, 제품의 실수율을 향상시키며, 원료에 대한 제품 비율을 향상시킬 뿐만 아니라 롤 편심을 정확하게 동정하는 기술은 롤 편심 제어기술의 기본 기술이 될 수 있으므로 산업 전반에 파급효과가 크다는 매우 획기적인 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 온라인 롤 편심 진단 방법에 있어서, 컴퓨터로부터 롤 정보를 입력받은 후 미리 정해진 횟수만큼 압연 하중, 롤 속도 및 출측 두께 데이터 샘플링, 회전 주파수 산출, 편심 진단 및 화면 표시 절차를 반복하되, 상기 회전 주파수 산출 과정은 롤경을 읽은 후 미리 정해진 횟수만큼 롤 속도 감지 및 회전 주파수 산출의 과정을 반복한 후 평균으로 산출하고, 상기 편심 진단 과정은 압연 하중 및 출측 두께에 대한 퓨리에 변환 값과 상기 회전 주파수를 비교하여 최대치의 70% 이상인 롤을 편심 롤로 판정하도록 구성됨을 특징으로 하는 온라인 롤 편심 진단 방법
  2. 상기 제 1 항에 있어서, 상기 회전 주파수 산출 과정에서 각각의 롤 속도에 대한 회전 주파수는
    을 이용하여 산출하고, 각 스탠드 전체에 대한 평균 회전 주파수는
    을 이용하여 산출하도록 구성됨을 특징으로 하는 온라인 롤 편심 진단 방법
  3. 온라인 롤 편심 진단 장치에 있어서, 입출력기(30), 컴퓨터(40) 및 편심 진단 장치(50)로 구성하되, 상기 입출력기(30)는 로드 셀(20), 속도계(21) 및 판 두께계(22)로부터 데이터를 입력받아 상기 편심 진단 장치(50)의 데이터 샘플링부(51)에 전달하도록 구성되고, 상기 컴퓨터(40)는 상기 편심 진단 장치(50)의 컴퓨터 연결부(56)에 연결되며, 상기 편심 진단 장치(50)는 상기 입출력기(30)에 연결된 데이터 샘플링부(51)의 출력은 샘플링 데이터 저장부(52)에 입력되고, 상기 샘플링 데이터 저장부(52)의 출력은 롤 편심 진단부(53) 및 회전 주파수 산출부(55)로 입력되며, 상기 롤 편심 진단부(53)의 출력은 화면 표시부(54) 및 컴퓨터 연결부(56)에 입력되고, 상기 회전 주파수 산출부(55)의 출력은 상기 롤 편심 진단부(53)에 입력되며, 상기 컴퓨터 연결부(56)의 출력은 데이터 샘플링부(51), 컴퓨터(40) 및 롤 관리 데이터 저장부(57)에 입력되고, 상기 롤 관리 데이터 저장부(57)의 출력은 상기 회전 주파수 산출부(55)에 입력되도록 구성됨을 특징으로 하는 온라인 롤 편심 진단 장치
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KR100598924B1 (ko) * 2004-08-11 2006-07-10 건국대학교 산학협력단 롤 반경 진단시스템 및 그 방법 그리고 이를 실행하기위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체

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