KR20010054702A

KR20010054702A - 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 장치 및그 방법

Info

Publication number: KR20010054702A
Application number: KR1019990055610A
Authority: KR
Inventors: 신남호
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-07-02

Abstract

본 발명은 냉연강판을 권취할 때에 발생하는 마찰흠을 제어하는 방법에 있어서, 다수 개의 진동센서를 이용하여 권취시에 발생하는 마찰흠을 제어할 수 있는 마찰흠 예방장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 코일(9)의 중심부에 삽입되어 코일(9)을 풀거나 또는 감는 릴(3)과, 릴(3)의 선단부를 지지하는 헤드서포트(4)와, 릴(3)의 전방에 설치되어 강판(8)을 안내하는 브라이들 롤(6)을 포함하며 강판(8)을 감거나 풀면서 발생할 수 있는 마찰흠을 예방하는 장치에 있어서, 릴(3)의 주위의 다수 곳에 설치되는 다수 개의 진동감지수단(12, 13, 15~20, 30, 31)과, 진동감지수단(12, 13, 15~20, 30, 31)으로부터 출력되는 진동신호를 입력받는 신호분석기(41)와, 코일(9)을 감거나 풀기 위한 제어조건을 신호분석기(41)로 입력하는 제어신호부(39) 및, 코일(9)의 조업조건을 신호분석기(41)로 입력하는 조업신호부(37)를 포함하며, 신호분석기(41)는 진동신호와 제어조건 및 조업신호를 분석하여 결정된 제어값을 제어신호부(39)로 출력하여 릴(3)과 브라이드 롤(6)의 회전을 제어하는 강판(8)의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 장치가 제공된다.

Description

강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 장치 및 그 방법{Anti-friction scratch apparatus by measurement vibration mode of strip and its method}

본 발명은 냉연코일을 풀거나 냉연강판을 권취함에 있어 강판과 강판 사이에서 발생하는 마찰흠을 예방할 수 있는 방법에 관한 것이며, 특히, 다수 개의 진동센서로 진동을 측정하여 권취기(TR ; Tension Reel)의 회전속도 및 장력을 제어함과 동시에 권취기를 지지하고 있는 헤드서포트 위치를 제어하여 마찰흠을 예방하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉연강판의 표면에 발생하는 결함은 크랙(Crack), 채터마크(Chatter Mark), 압연방향반곡(L 반곡), 폭방향반곡(C반곡), 에지웨이브(Edge Wave), 센터웨이브(Center Wave), 마찰흠(Friction Mark or Abrasion) 등이 있는데, 그 중에서 마찰흠은 코일정정라인(RCL ; Recoiling Line)에서 냉연강판의 풀림기(POR : Pay Off Reel)와 권취기(TR: Tension Reel)에서 풀리거나 감기면서, 서로 겹치면서 접하는 냉연강판과 냉연강판 사이에서 발생되는 마찰에 의해 발생한다.

마찰흠의 특징은 냉연강판 중에 석도강판(BP; Black Plate)에서 많이 발생되고 있는데, 이는 조도가 미려하고 조질도가 높아서 조그마한 흔들림이 있거나, 미세한 진동에도 석도강판 사이에서 발생하는 마찰에 의해 표면결함이 쉽게 발생하기 때문이다. 또한, 입측소재의 형상불량이 심할수록 표면에 큰 영향을 미치고, 외관 및 도금불량의 원인이 된다.

한편, 현재 냉연강판의 마찰흠을 측정함에 있어, 조질압연라인에서 조업자의오감에 의존하여 판단하고, 그 판단에 따라 냉연강판의 등급이 정해져 가격이 결정된다.

따라서, 마찰흠이 형성된 냉연강판은 낮은 등급으로 낮은 가격에 판매됨으로써, 냉연강판 톤당 원가가 증가된다는 단점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 냉연강판을 권취하는 과정에서 진동센서를 이용하여 냉연강판(Strip)의 진동을 측정하고 권취기(TR ; Tension Reel)의 수직 및 수평방향의 진동을 측정하여, 냉연강판 자체의 공진주파수의 연산과 동시에 권취기와 브라이들 롤(Bridle Roll) 사이의 진동모드의 해석을 통해 마찰흠 발생을 예측하고, 그에 따라 마찰흠의 발생을 억제하도록 제어하는 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 권취기를 나타낸 개략도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 마찰흠을 예방하는 장치에 설치되는 각종 센서와 부재 등을 나타낸 개략도이고,

도 3은 도 2에 도시된 진동센서들이 측정하는 부위를 나타내기 위한 정면도이고,

도 4는 도 2에 도시된 "가"부분의 진동센서들이 측정하는 부위를 나타내기 위한 우측면도이고,

도 5는 도 2에 도시된 "가"부분의 진동센서들의 위치관계를 나타내는 3면도이고,

도 6은 도 2에 도시된 맨드릴의 진동변위를 측정하기 위해 설치된 진동센서를 나타낸 정면도이고,

도 7은 도 6에 도시된 맨드릴의 선단부를 상부에서 바라본 평면도이고,

도 8a는 본 발명에 따른 마찰흠을 예방하는 장치에 의해 측정되는 진동변위를 나타낸 개략도이고,

도 8b는 도 8a에 도시된 진동변위를 모델링한 개략도이고,

도 9a는 도 2에 도시된 맨드릴과 브라이들 롤의 사이에 위치한 냉연강판의 1차 진동모드를 나타낸 정면도이고,

도 9b는 도 2에 도시된 맨드릴과 브라이들 롤의 사이에 위치한 냉연강판의 2차 진동모드를 나타낸 정면도이고,

도 10은 맨드릴의 수직 및 수평방향 변위진동을 측정하기 위한 와전류식 변위센서의 작동 원리를 나타낸 개략도이고,

도 11은 냉연강판의 변위진동을 측정하기 위한 반도체 레이저 변위센서의 헤드 구성도이며,

도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 가이드 레일 2 : 감속기

3 : 맨드릴 4 : 헤드서포트

8 : 냉연강판 9 : 냉연코일

12, 13, 15~20, 30, 31 : 진동센서 14 : 제 2 지지홀더

25, 35 : 증폭기 27 : 회전계

29 : 제 1 지지홀더 32 : 진동가속도센서

41 : 신호분석기

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 코일의 중심부에 삽입되어 코일을 풀거나 또는 감는 릴과, 릴의 선단부를 지지하는 헤드서포트와, 릴의 전방에 설치되어 강판을 안내하는 브라이들 롤을 포함하며 강판을 감거나 풀면서 발생할 수 있는 마찰흠을 예방하는 장치에 있어서, 상기 릴의 주위의 다수 곳에 설치되는 다수 개의 진동감지수단과, 상기 진동감지수단으로부터 출력되는 진동신호를 입력받는 신호분석기와, 코일을 감거나 풀기 위한 제어조건을 상기 신호분석기로 입력하는 제어신호부 및, 코일의 조업조건을 상기 신호분석기로 입력하는 조업신호부를 포함하며, 상기 신호분석기는 상기 진동신호와 상기 제어조건 및 상기 조업신호를 분석하여 결정된 제어값을 상기 제어신호부로 출력하여 상기 릴과 상기 브라이드 롤의 회전을 제어한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 다수 개의 진동센서는 코일의 중심과 수직으로 일직선상에 소정의 거리를 유지하며 설치되는 상하부 진동센서와, 하부 진동센서의 전방에 동일한 높이로 냉연강판의 폭방향으로 설치되는 3개의 초기 진동센서와, 상기 초기 진동센서의 전방에 상기 상부 진동센서와 동일한 높이로 냉연강판의 폭방향으로 설치되는 3개의 후기 진동센서 및, 상기 릴의 수직 및 수평으로 설치되어 상기 릴의 진동을 측정하는 2개의 진동센서를 포함하며, 상기 상하부 진동센서는 상기 코일의 중심부위의 수직방향으로의 진동변위를 측정하고, 상기 초기 진동센서는 코일이 형성되는 초기의 진동변위를 측정하며, 상기 후기 진동센서는 코일의 완성되는 후기의 진동변위를 측정한다.

또한, 본 발명에 따르면, 코일을 감거나 풀 때에 강판과의 접촉에 의해 발생하는 마찰흠을 제어하기 위한 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 방법에 있어서, 외부장치로부터 코일 및 조업조건을 수신받는 단계와, 외부장치로부터 제어신호 및 변위진동신호를 수신받는 단계와, 릴 변위진동 진폭 및 주파수와, 강판의 변위진동 진폭 및 주파수를 계산하는 단계와, 릴 진동진폭과 강판 진동진폭이 오차한계값보다 큰지를 판단하는 제 1 판단단계와, 상기 제 1 판단단계에서 오차한계값보다 크면, 릴 진동주파수와 강판 진동주파수의 차가 오차한계값보다 작은지를 판단하는 제 2 판단단계와, 상기 제 2 판단단계에서 릴 진동위상과 강판 진동위상이 동위상인지 아니면 역위상인지를 판단하는 제 3 판단단계와, 상기 제 3 판단단계에서 동위상이면, 경고음을 발생하고, 상기 제 3 판단단계에서 역위상이면, 릴의 장력 및 속도를 변화하는 단계를 포함하는 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 방법이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 장치 및 그 방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 1은 일반적인 권취기를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 마찰흠을 예방하는 장치에 설치되는 각종 센서와 부재 등을 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 진동센서들이 측정하는 부위를 나타내기 위한 정면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 "가"부분의 진동센서들이 측정하는 부위를 나타내기 위한 우측면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 "가"부분의 진동센서들의 위치관계를 나타내는 3면도이고, 도 6은 도 2에 도시된 맨드릴의 진동변위를 측정하기 위해 설치된 진동센서를 나타낸 정면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 맨드릴의 선단부를 상부에서 바라본 평면도이고, 도 8a는 본 발명에 따른 마찰흠을 예방하는 장치에 의해 측정되는 진동변위를 나타낸 개략도이고, 도 8b는 도 8a에 도시된 진동변위를 모델링한 개략도이고, 도 9a는 도 2에 도시된 맨드릴과 브라이들 롤의 사이에 위치한 냉연강판의 1차 진동모드를 나타낸 정면도이고, 도 9b는 도 2에 도시된 맨드릴과 브라이들 롤의 사이에 위치한 냉연강판의 2차 진동모드를 나타낸 정면도이고, 도 10은 맨드릴의 수직 및 수평방향 변위진동을 측정하기 위한 와전류식 변위센서의 작동 원리를 나타낸 개략도이고, 도 11은 냉연강판의 변위진동을 측정하기 위한 반도체 레이저 변위센서의 헤드 구성도이며, 도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 권취기(100)는 냉연강판(8)을 냉연코일(9)로 감는 장치로서, 냉연코일(9)의 중심에는 맨드릴(3)이 위치하며, 맨드릴(3)은 감속기(2)의 구동력에 의해 회전한다. 그리고, 맨드릴(3)의 선단부는 헤드서포트(4)에 의해 지지되며 헤드서포트(4)는 서포트실린더(5)에 의해 이동한다. 그리고, 권취기(100)의 상부로는 한 쌍의 가이드레일(1)이 위치한다.

한편, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 권취기(100)의 맨드릴(3)의 선단부의 둘레에는 2개의 맨드릴 진동센서(30, 31)가 설치되어, 맨드릴(3)의 수직 및 수평방향 변위진동을 측정한다.

또한, 권취되는 냉연코일(9)의 상부에는 2개의 상하부 진동센서(12, 13)가 설치되어 냉연코일(9)의 중심부위의 수직방향으로의 진동을 측정하고, 권취되는 냉연강판(8)의 상부에는 3개의 초기 진동센서(15, 16, 17)가 설치되어 냉연강판(8)이 권취되는 초기의 변위진동을 측정하며, 또한, 권취되는 냉연강판(8)의 상부에는 3개의 후기 진동센서(18, 19, 20)가 설치되어 냉연강판(8)이 권취되는 후기의 변위진동을 측정한다. 이런 각각의 3개씩의 초, 후기 진동센서(15~20)는 냉연강판(8)의 중심(Center)과 양 폭단부(Edge)(작업측과 구동측의 냉연강판의 폭단부를 나타냄.)를 측정한다.

그리고, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 맨드릴(3)의 선단부에는 압전형 진동가속도센서(32)가 설치되어 맨드릴(3)의 선단부를 지지하는 헤드서포트(Head Support)(4)의 진동을 측정하고, 맨드릴(3)의 전방에 설치되어 냉연강판(8)의 진행방향으로 안내하는 브라이들 롤(Bridle Roll)(6)에는 회전계(Tachometer)(27)가 설치되어, 브라이들 롤(6)의 회전속도를 측정한다.

그리고, 각 센서(12, 13, 15~20, 27, 30, 31, 32)에서 측정된 신호는 증폭기(25, 35)를 통해서 신호분석기(41)로 입력되고, 조업컴퓨터(37)로부터 조업의 조건 즉, 강종, 두께, 폭, 조질도 등에 관한 데이터가 신호분석기(41)로 입력되며, 압연속도, 모터전류, 장력 등의 제어신호가 제어신호입력부(39)에서 신호분석기(41)로 입력된다. 이와 같이 진동신호와 제어신호 및 조업신호를 입력받는 신호분석기(41)는 신호분석을 행하고 압연속도, 모터전류, 장력 등의 제어신호를 출력하여 냉연강판이 권취되면서 발생할 수 있는 마찰흠을 예방한다.

한편, 맨드릴(3)의 끝단부에는 제 1 지지홀더(29)가 콘크리크 바닥에 고정되어 있고, 이런 제 1 지지홀더(29)에는 2개의 맨드릴 진동센서(30, 31)가 수직을 이루도록 맨드릴의 상부와 측부에 5mm만큼 이격되어 설치된다.

한편, 가이드레일(1)에는 권취 높이를 측정하는 2개의 상하부 진동센서(12, 13)가 수직으로 제 2 지지홀더(14)에 의해 냉연코일(9)의 중심의 상부에 설치되고, 3개의 초기 진동센서(15, 16, 17)는 하부 진동센서(13)의 전방에 동일한 높이로 냉연강판(8)의 폭방향으로 설치된다. 이런, 3개의 초기 진동센서(15, 16, 17) 또한 제 2 지지홀더(14)에 의해 가이드레일(1)에 고정되어 있다. 그리고, 3개의 후기진동센서(18, 19, 20)는 초기 진동센서(15, 16, 17)의 전방에 상부 진동센서(12)와 동일한 높이로 냉연강판(8)의 폭방향으로 설치된다.

2개의 맨드릴 진동센서(30, 31)는 10㎛이하의 분해능을 가진 와전류식 변위진동센서이며, 측정된 신호는 증폭기(35)에 거쳐 신호분석기(41)로 입력된다.

한편, 하부 진동센서(13)는 냉연코일의 권취초기(44)부터 권취전후기측정신호변환시점(43)까지 맨드릴(3)에 권취되는 냉연코일(9)의 중심부위의 수직방향 진동변위를 측정하고, 상부 진동센서(12)는 권취전후기측정신호변환시점(43)으로부터 권취완료시점(8)까지의 맨드릴(3)에 권취된 냉연코일(9)의 중심부위 수직방향 진동변위를 측정한다. 그리고, 하부 진동센서(13)는 초기 권취시(44)와 권취전후기측정신호변환시점(43) 사이의 0.5배 거리에, 상부 진동센서(12)는 권취전후기측정신호변환시점(43)에서 권취 완료(42)까지의 0.5배 거리에 초점을 맞춰 중심부에서 변위진동값을 측정한다.

그리고, 3개의 초기 진동센서(15, 16, 17)와, 3개의 후기 진동센서(18, 19, 20)는 제 2 지지홀더(14)에 의해 경사지도록 가이드레일(1)에 고정된다.

한편, 진동가속도센서(32)는 헤드서포트(4)의 상부에 고정된 베이스의 상면에 용접 고정되어 헤드서포트(4)의 수직 및 수평방향의 진동을 측정하기 위한 2축 진동가속도센서(32)로서, 외부 노이즈에 강한 특성을 지니는 전압형 진동형 센서이다.

각 센서(12, 13, 15~20, 27, 30, 31, 32)의 신호와 제어신호 및 조업신호를 입력받아 신호분석을 행하고 제어신호를 출력하는 신호분석기(41)는 각 신호에 대한 연산 및 알람정보를 표시할 수 있도록 하며, 진동모드분석을 통해 제어출력을 조업자의 개입 하에 송신하도록 된다.

이상과 같이 구성된 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 장치의 작동방법에 대하여 상세히 설명하겠다.

먼저, 각 부분에 적용된 센서의 작용 원리를 설명하면, 첫 번째로, 2개의 맨드릴 진동센서(30, 31)는 와전류식(Eddy Current) 변위센서로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 검출코일에 고주파 전류가 흐를 때에 발생하는 고주파 자계를 사용하여 금속 대상 물체가 자계 안으로 들어오면, 전자기 유도 현상에 의해 대상물체의 표면에 와전류가 형성되며, 센서의 발진에너지가 감소되고, 대상 물체가 센서에 접근함에 따라 와전류(Eddy Current)는 증가하므로써, 발진 진폭이 감소되며 발진의 진폭은 정류되고 진폭의 변화는 직류(DC)전압 출력의 변화로 변환되어 증폭기로 신호가 보내진다. 이런 2개의 맨드릴 진동센서(30, 31)의 전압신호는 신호증폭기(35)를 통해 수mV의 전압이 0∼10V의 전압으로 변환되어 신호분석기(41)로 보내어진다. 이 때, 맨드릴 진동센서(30, 31)의 신호는 수십KHz까지 샘플링이 가능하지만, 여기에서는 1KHz까지만 샘플링한다.

두 번째로, 상하부 진동센서(12, 13) 및 냉연코일(9)에서 최소 10cm이상 떨어진 위치에서 냉연강판의 수직방향 변위진동을 측정하는 전, 후기 진동센서(15~20)는 반도체 레이저 변위센서로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 발광소자와 위치검출소자(PSD ; Position Sensing Device)로 구성되는 삼각측정 방식으로 대상 물체를 검출하는데, 발광소자로는 반도체 레이저가 사용되며 발광된 레이저 빔은 렌즈에 의해 대상 물체로 집광된다. 한편, 대상 물체는 광선을 반사하고 그 광선은 위치검출소자에 집광되어 빔 스폿(Beam Spot)을 형성하며, 빔 스폿은 대상 물체가 이동함에 따라, 위치검출소자의 상을 이동하는데, 제품의 변위는 빔 스폿의 이동을 검출함으로써 결정되고, 여기에서, 출력되는 신호는 증폭기로 신호가 보내어지는데, 상하부 진동센서(12, 13)와 전, 후기 진동센서(15~20)의 전압신호는 신호증폭기(25)를 통해 수mV의 전압이 0∼10V의 전압으로 변환되어 신호분석기(41)로 출력된다. 이 때, 상하부 진동센서(12, 13)와 전, 후기 진동센서(15~20)의 신호는 수십KHz까지 샘플링이 가능하지만, 여기서는 1KHz까지만 샘플로 이용한다.

진동가속도센서(32)는 내부에 가속도신호에 비례한 전압을 출력하도록 되어 있는 압전소자가 수직 및 수평방향으로 포함되어 있어, 2방향의 가속도진동값을 동시에 측정 가능하도록 되어 있으며, 수십∼수백mV의 전압신호를 신호증폭기(35)로 보내어 0∼10V의 전압으로 변환되어 신호분석기(41)로 보내어지는데, 이러한 가속도 신호는 수십KHz까지의 샘플링이 가능하지만, 헤드서포트(4) 내의 베어링 등의 특성을 고려하여 2KHz까지 샘플로 이용한다.

그리고, 브라이들 롤(6)에 설치된 회전계(27)는 브라이들 롤(6)의 1회전당 16회의 5V전압 펄스가 발생되는데, 이 펄스 신호를 초당 몇 회가 발생되는지를 통해 라인속도를 계산한다. 여기에서, 냉연강판(8)은 상부 브라이들 롤(7)과 하부 브라이들 롤(6)을 휘감으며 돌기 때문에 마찰력이 커서 슬립(Slip)은 없는 것으로 가정하며, 이때, 회전계(27)에서 발생한 펄스신호는 신호분석기(41)로 보내어진다.

한편, 조업조건인 작업강종, 폭, 두께, 길이, 조질도 등의 조업데이터는 조업컴퓨터(SCC)(37)로부터 신호분석기(41)로 입력되며, 제어조건인 권취기 회전속도, 권취기의 의한 장력, 헤드서포트(4)의 위치에 관한 데이터는 제어신호입력부(39)에서 출력되어 신호분석기(41)로 입력되고, 이런 데이터는 아날로그-디지털컨버터를 통해 10ms로 샘플링한다.

이상과 같이 작동하는 센서로 구성된 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 장치의 작동방법에 대하여 상세히 설명하겠다.

도 12에 도시된 바와 같이, 냉연코일(8)의 작업이 시작될 때, 먼저, 냉연코일(9) 및 조업정보를 수신 받아(S1) 화일 및 신호 관리를 위한 준비를 하고, 다음으로 각 센서(12, 13, 15~20, 27, 30, 31, 32)로부터 수신된 진동 및 제어신호들은 신호분석기(41)로 입력된다(S2).

이 때, 냉연코일(9)과 냉연강판(8)의 변위진동 측정은 하부 진동센서(13)와 초기 진동센서(15~17)를 이용하여 측정하게 되고, 그 후에 맨드릴(3)에 권취되는 냉연코일(9)의 지름이 증가하여 권취전후기측정신호변환시점(43)의 위치에 다다르게 되면, 상부 진동센서(12)와 후기 진동 센서(18~20)를 이용하여 측정한다.

여기에서, 권취전후기측정신호변환시점(43)은 수학식 1에 의해 계산된다.

따라서, 맨드릴(3)의 속도신호와 회전계(27)의 신호 차이를 통해 장력변화및 냉연강판(8)의 진동발생 가능성을 알게 되며, 심하게 변동이 있는 경우에는 조업자에게 경고음을 울리고, 헤드서포트(4) 상부에 설치된 진동가속도센서(32)의 가속도 신호의 크기를 통해 서포트실린더(5)와 헤드서포트(4)의 이상상태를 판단한다.

다음에서는 맨드릴(3)과 냉연코일(9) 및 냉연강판(8)의 진동형태를 모델링의 형태로 설명하겠다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 2개의 맨드릴 진동센서(31, 32)를 통해 맨드릴(3)의 변위진동을 측정하고, 상하부 진동센서(12, 13)를 통해 냉연코일의 수직 및 수평의 진동을 측정하고, 이 때, 냉연강판(8)의 사행(맨드릴에 냉연코일이 감기면서 맨드릴의 축방향으로 움직이면서 감기는 형태)의 원인이 되는 축방향(46)의 진동은 마찰흠과 무관함으로 무시된다.

그리고, 초기 진동센서(15~17)는 냉연강판(8)의 수직 및 수평방향의 진동성분 중에서 수직방향 변위진동을 측정한다. 이 때, 맨드릴(3)에 권취되는 냉연코일(9)의 마찰흠이 발생되는 수직방향 진동모델은 도 8b에 도시된 바와 같이, 모델링을 세울 수 있다.

여기에서, 감속기(2)를 베이스(57)라고 생각하면, 맨드릴(3)에 권취된 냉연코일(9)은 질량체(54), 감쇠기(56), 탄성체(55)로 모델링할 수 있으며, 수직방향진동은 도면부호 50과 같이 표시할 수 있다.

그리고, 냉연강판(8)의 수직방향 진동 모델은 질량체(51), 감쇠기(53), 탄성체(52)로 모델링할 수 있으며, 수직방향진동은 도면부호 49와 같이 표시되고, 이렇게 2자유도 진동계로 모델링된 시스템에서 질량체(51, 54)는 동위상과 역위상을 가진다. 여기서 동위상은 질량체(51)와 질량체(54)가 같은 방향으로 진동이 일어날 때를 나타내며, 역위상은 질량체 (51)와 질량체(54)가 반대 방향으로 진동이 일어난다는 것을 나타낸다.

한편, 마찰흠이 일어나는 경우는 두 질량체(51, 54)가 역위상을 가지며, 기존에 고려하였던 단순히 진동 크기만을 고려하는 경우에는 두 질량체(51, 54)가 동위상이나 역위상의 경우에 모두 변위진동이 크게 되는 경우에만 경고음이 발생되도록 설정함으로써, 설비 구성요소들의 개별적인 진동특성이 라인속도 변화에 새로운 특성이 반영되었다.

한편, 도 9a에 도시된 바와 같이, 진동모드로서, 질량체(51), 감쇠기(53), 탄성체(52)로 모델링된 냉연강판(8)의 수직방향(49) 진동은 냉연코일(9)과 하부 브라이들 롤(6) 사이에서 중립점(58)을 기준으로 상하로 진동한다. 1차 진동모드는 중립점(58)이 상부(59)와 하부(60)로 진동이 일어나는 형태를 가지며, 도 9b에 도시된 바와 같이, 2차 진동모드는 중립점(58)의 전방부(61)와 후방부(62) 형태로 노드점(Nodal Point)(63)을 가지는 형태로 수직 진동이다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 3차, 4차 진동 모드로 갈수록 노드점이 1개씩 증가하게 되는데, 공정에서는 3차이상의 성분에 기인한 진동은 무시할 수 있다.

따라서, 변위진동센서(15~20)의 위치를 냉연강판(8)이 권취되기 직전의 200mm 위치를 잡은 것은 2차 이하의 진동모드에 응답성이 좋도록 고려한 것이다. 또한, 수신된 신호를 통해 맨드릴의 변위진동 진폭과 주파수 및, 냉연강판의 변위진동 진폭 및 주파수를 계산한다.(S3)

그리고, 변위진폭 즉, 맨드릴 진동진폭과 냉연강판의 진동진폭이 오차 보다 큰지를 판단한다(S4). 만약, 변위진폭이 오차보다 클 경우에는 맨드릴(3)과 냉연강판(8)의 진동주파수의 편차를 계산하고, 오차값과 비교 판단한다(S5). 이 때, 편차가 크면 진동과대 경고음을 발생시킨다(S6). 그러나, 편차가 작으면 맨드릴(3)과 냉연강판(8)의 진동위상을 비교한다(S7). 이 때, 진동위상이 동위상일 경우에는 진동과대 및 주파수동일 경고음을 발생하여 조업자에게 주의시킨다(S8). 그러나 동위상이 아닌 역위상일 경우에는 조업자가 개입하여(S9) 장력 및 속도 변환 모드를 작동시켜 현재 대비 5%이하로 장력 및 속도를 변화시키고, 헤드서포트(4)의 상부에 설치된 진동센서(32)의 진동크기가 과도하지 않은 범위에서 서포트실린더(5)의 위치를 미세하게 변화(5Hz이하에서 ±50㎛)시킴으로 마찰흠을 방지하게 되는데, 진동모드는 장력 및 속도에 민감함으로, 미세한 증감에도 모두 역위상의 진동모드를 변환할 수 있게 된다.(S10)

한편, 냉연강판(8)의 폭방향에 대해 작업측의 진동센서(15, 18)와 중심부의 진동센서(16, 19)와 구동측의 진동센서(17, 20)의 변위진동을 냉연코일(9)의 상부의 진동센서(12, 13)를 기준으로 변위진동을 측정하게 되는데, 권취 초기에 작업측의 진동모드는 진동센서(13)를 기준으로 진동센서(15)를 통해 냉연강판(8)의 진동변화를 계산하고, 맨드릴(3)의 수직 진동센서(30)와의 진폭과 주파수를 계산함으로 마찰흠 발생유무를 예지하며, 권취 초기 중심부는 진동센서(13)와 진동센서(16) 및 진동센서(30)를 통해서 마찰흠 발생유무를 예지하고, 권취 초기 구동측은진동센서(12)와 진동센서(18) 및 진동센서(30)를 통해서 마찰흠 발생유무를 예지하고, 권취 후기 중심부는 진동센서(12)와 진동센서(19) 및 진동센서(30)를 통해서 마찰흠 발생유무를 예지하고, 권취 후기 구동측은 진동센서(12)와 진동센서(20) 및 진동센서(30)를 통해서 마찰흠 발생유무를 예지한다. 예지된 마찰흠이 발생하지 않도록 제어값을 신호분석기(41)에서 설정하고 그 제어값을 제어신호부(39)로 출력하여 맨드릴의 회전과 브라이드 롤의 회전을 제어한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 장치 및 그 방법은 권취기에서 냉연강판을 감거나, 풀림기에서 냉연코일을 강판으로 풀거나 할 경우에 강판끼리 접하면서 발생하는 마찰에 의한 마찰흠을 예지하고, 마찰흠이 발생하지 않도록 맨드릴과 브라이드 롤의 회전을 제어하는 방법으로 제품의 품질을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 장치 및 그 방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

코일의 중심부에 삽입되어 코일을 풀거나 또는 감는 릴과, 릴의 선단부를 지지하는 헤드서포트와, 릴의 전방에 설치되어 강판을 안내하는 브라이들 롤을 포함하며 강판을 감거나 풀면서 발생할 수 있는 마찰흠을 예방하는 장치에 있어서,

상기 릴의 주위의 다수 곳에 설치되는 다수 개의 진동감지수단과,

상기 진동감지수단으로부터 출력되는 진동신호를 입력받는 신호분석기와,

코일을 감거나 풀기 위한 제어조건을 상기 신호분석기로 입력하는 제어신호부 및,

코일의 조업조건을 상기 신호분석기로 입력하는 조업신호부를 포함하며,

상기 신호분석기는 상기 진동신호와 상기 제어조건 및 상기 조업신호를 분석하여 결정된 제어값을 상기 제어신호부로 출력하여 상기 릴과 상기 브라이드 롤의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 다수 개의 진동센서는 코일의 중심과 수직으로 일직선상에 소정의 거리를 유지하며 설치되는 상하부 진동센서와, 하부 진동센서의 전방에 동일한 높이로 냉연강판의 폭방향으로 설치되는 3개의 초기 진동센서와, 상기 초기 진동센서의 전방에 상기 상부 진동센서와 동일한 높이로 냉연강판의 폭방향으로 설치되는 3개의 후기 진동센서 및, 상기 릴의 수직 및 수평으로 설치되어 상기 릴의 진동을 측정하는 2개의 진동센서를 포함하며,

상기 상하부 진동센서는 상기 코일의 중심부위의 수직방향으로의 진동변위를 측정하고, 상기 초기 진동센서는 코일이 형성되는 초기의 진동변위를 측정하며, 상기 후기 진동센서는 코일의 완성되는 후기의 진동변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 장치.
코일을 감거나 풀 때에 강판과의 접촉에 의해 발생하는 마찰흠을 제어하기 위한 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 방법에 있어서,

외부장치로부터 코일 및 조업조건을 수신받는 단계와;

외부장치로부터 제어신호 및 변위진동신호를 수신받는 단계와;

릴 변위진동 진폭 및 주파수와, 강판의 변위진동 진폭 및 주파수를 계산하는 단계와;

릴 진동진폭과 강판 진동진폭이 오차한계값보다 큰지를 판단하는 제 1 판단단계와;

상기 제 1 판단단계에서 오차한계값보다 크면, 릴 진동주파수와 강판 진동주파수의 차가 오차한계값보다 작은지를 판단하는 제 2 판단단계와;

상기 제 2 판단단계에서 릴 진동위상과 강판 진동위상이 동위상인지 아니면 역위상인지를 판단하는 제 3 판단단계와;

상기 제 3 판단단계에서 동위상이면, 경고음을 발생하고, 상기 제 3 판단단계에서 역위상이면, 릴의 장력 및 속도를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 진동모드 측정을 통해 마찰흠을 예방하는 방법.