KR20020051074A - 작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압연 중에 온라인으로 표면크랙을 검출할 수 있는 작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 장치는, 유체가 유동할 수 있는 통로가 형성되는 유동관과, 유동관의 단부부위에 결합되어 작업롤(1)에 접촉하는 롤 접촉부(4)와, 롤 접촉부(4)와 대향하도록 유동관의 다른 단부에 위치하며 초음파 신호 발생기에 연결되어 초음파를 작업롤(1)을 향해 조사하고 그 반사신호를 수신하는 초음파 센서(2)와, 롤 접촉부(4)가 작업롤(1)과 접촉하고 유동관이 작업롤(1)의 길이방향을 따라 이동하도록 하는 구동장치(7)와, 초음파 센서(2)와 작업롤(1)의 표면의 사이가 항상 매질로 채워지도록 매질을 공급하는 공급장치 및, 매질의 일부분이 외부로 유출되도록 롤 접촉부(4)와 유동관의 사이에 형성되는 유출구멍(6)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치{On-line surface crack detector of work roll}

본 발명은 작업롤의 표면크랙 검출장치에 관한 것이며, 특히, 압연공장에 사용하는 작업롤에 발생하는 크랙을 온라인으로 검출하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 압연기의 롤은 압연하중, 온도, 압연재가 롤에 인입할 때의 충격 등으로 압연롤에 크랙이 발생하는데, 표면크랙의 크기가 성장하면 롤 조직이 탈락하여 제품 품질에 영향을 주고 또한 조업사고의 원인이 된다. 온라인 상태에서 표면크랙을 탐상하는 것은 롤 냉각수, 온도, 진동 등의 주변 환경적인 요인으로 인해 압연 중에는 실시하지 못하고, 압연롤을 교환하여 롤 정비시 크랙검출 센서를 사용하여 실시하고 있다. 현재 온라인으로 롤 크랙을 검출하는 장치는 없는 상태이다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압연 중에 온라인으로 표면크랙을 검출할 수 있는 작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치의 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 검출장치의 초음파 신호 방향과 크랙에 따른 반사된 신호에 대한 도면이고,

도 3은 도 1에 도시된 검출장치의 검출 범위 마지막 위치에서의 크랙에 대해 반사된 신호를 나타낸 그래프이며,

도 4는 도 1에 도시된 검출장치의 검출 범위 내에서의 크랙에 대해 반사된 신호를 나타낸 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 압연롤 2 : 초음파 센서

3 : 센서 헤드부 4 : 롤 접촉부

5 : 물 6 : 유출구멍

7 : 구동장치 8, 9 : 표면크랙

10 : 측정범위 11 : 전송파

12 : 반송파 13 : 표면파의 깊이

14 : 초음파 15, 16, 17 : 신호

18 : 냉각수

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 유체가 유동할 수 있는통로가 형성되는 유동관과, 상기 유동관의 단부부위에 결합되어 상기 작업롤에 접촉하는 롤 접촉부와, 상기 롤 접촉부와 대향하도록 상기 유동관의 다른 단부에 위치하며 초음파 신호 발생기에 연결되어 초음파를 상기 작업롤을 향해 조사하고 그 반사신호를 수신하는 초음파 센서와, 상기 롤 접촉부가 작업롤과 접촉하고 상기 유동관이 작업롤의 길이방향을 따라 이동하도록 하는 구동장치와, 상기 초음파 센서와 작업롤의 표면의 사이가 항상 매질로 채워지도록 매질을 공급하는 공급장치 및, 상기 매질의 일부분이 외부로 유출되도록 상기 롤 접촉부와 유동관의 사이에 형성되는 유출구멍을 포함하는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 검출장치의 초음파 신호 방향과 크랙에 따른 반사된 신호에 대한 도면이다. 그리고, 도 3은 도 1에 도시된 검출장치의 검출 범위 마지막 위치에서의 크랙에 대해 반사된 신호를 나타낸 그래프이며, 도 4는 도 1에 도시된 검출장치의 검출 범위 내에서의 크랙에 대해 반사된 신호를 나타낸 그래프이다.

도 1 및 도 2에 보이듯이, 본 발명은 초음파 검사장치를 사용하여 온라인으로 압연롤(1)의 표면크랙(8, 9)을 검출하는 것이다.

압연롤(1)의 표면에 생성되는 표면크랙(8, 9)은 보통 압연롤(1)의 중심방향으로 생성되기 때문에, 본 발명에서는 압연롤(1)의 표면에 초음파를 입사하는 음파를 이용한다. 온라인으로 표면크랙을 검출하는 것은 주변 환경적인 요인으로 인해 현재 적용한 바가 없음으로 그 측정 방법을 본 발명에서 제안하고자 한다.

먼저, 초음파 신호 발생기와 압연롤(1)과의 거리를 일정하게 유지하고, 초음파 센서(2)와 압연롤(1) 표면과의 사이에 일정한 매질로 채워져야 한다. 매질 로는 공기나 오일이나 물 등이 사용되는데, 본 발명에서는 매질로 물(3)을 사용한다. 압연 중에는 압연롤(1)이 일정한 속도로 회전하는데, 이 때 주변환경(고온,롤 냉각수)을 극복하고 초음파 센서(2)와 압연롤(1) 표면과의 사이에 물(3)로 일정하게 유지하는 것이 해결과제이다.

일반적으로, 초음파 센서를 대상체에 센서 자체를 접촉하거나 비접촉으로 사용한다. 접촉식은 대상체가 움직이지 않는 경우이고 대상체가 움직이는 경우는 비접촉으로 하게 된다. 비접촉 방법은 음파가 대상체에 입사하는 공간의 매질이 일정해야 음파의 산란이 없이 대상체에 입사되는데, 이것은 매우 중요한 점이다. 따라서, 초음파 검사장치를 온라인 장치로 사용하기에는 상당한 문제점이 있다. 즉, 외부 환경을 극복하는 것이 가장 중요한 점이다.

도 1에는 본 발명의 센서 헤드부가 도시되어 있다. 본 발명의 검출장치는 물이 채워지고 유동하는 일정 크기를 가지며 한 쪽이 개방된 센서 헤드부(3)를 포함한다. 이런 센서 헤드부(3)의 한 쪽의 면, 즉 개방되는 쪽의 반대면에는 초음파 신호발생기와 접속되는 초음파 센서(2)가 설치되어 있다. 그리고, 센서 헤드부(3)의 개방부의 단부에는 압연롤(1)에 영향을 주지 않는 재질로 형성된 롤 접촉부(4)가 형성되어 있다. 이런 롤 접촉부(4)는 외부의 영향을 제거하기 위한 것으로서,압연롤(1)에 접촉한다. 이렇게 롤 접촉부(4)가 압연롤(1)에 접촉하는 다른 이유는 압연롤(1)과 초음파 센서(2)와의 거리를 일정하게 유지하기 위해서다. 만약, 롤 접촉부(4)가 압연롤(1)에 접촉하지 않으면, 압연롤(1)의 중심위치가 변하게 되어 일정한 거리유지가 불가능하게 된다.

롤 접촉부(4)가 압연롤(1)에 접촉하고 외부에서 깨끗한 물을 공급하여 센서 헤드부(3) 내를 채우게 된다. 그리고, 센서 헤드부(1)의 내부의 물(5)에는 공기방울이나 기타 다른 이물질이 없어야 한다. 만약, 센서 헤드부(3) 내부의 물(5)에 공기방울이 존재하면 초음파는 공기방울에 부딪쳐서 산란하게 되어 크랙을 검출하지 못한다.

그리고, 센서 헤드부(3) 내부에 일정하게 물을 유지하는 방법은 도 1의 구조와 같이 롤 접촉부(4)가 압연롤(1)에 접촉하고, 공급되는 물의 양에 비하여 외부로 유출되는 물(5)의 양이 적게 되면, 센서 헤드부(3) 내는 항상 물이 일정하게 유지된다. 센서 헤드부(3)의 내부에 유입된 물(5)은 유출구멍(6)을 통하여 유출되는데, 이런 유출구멍(6)은 센서 헤드부(3)와 롤 접촉부(4)가 접촉하는 360°부분 중 일부분에 1 ~ 2mm의 작은 구멍을 만들면 된다.

그리고, 센서 헤드부(3) 내부의 물(5)은 롤 접촉부(4)가 압연롤(1)의 표면에 완벽하게 접촉하지 못하고 간격이 생성되어 이곳으로 물의 일부가 배출된다. 따라서, 외부에서 발생하는 수증기, 롤 냉각수(18) 등의 영향으로부터 벗어나고, 중간 매질을 물로서 일정하게 유지가능하게 된다. 그리고, 만약 센서 헤드부(3)의 내부로 공급하는 물 중에 이물질이 있을 경우에는 사전에 필터로 제거하면 된다. 그래서, 물은 센서 헤드부(3)로 공급되기 전에 필터에 의해 사전에 필터링된다.

초음파 신호발생기의 압연롤(1)의 표면에 대한 입사각은 통상 약 150°로 이루어 졌을 때 가장 좋은 조건이다. 제철소의 압연장치는 압연롤(1)의 상부에 백업롤(Backup roll)이 있는데, 이것은 압연 하중을 주기 위한 롤로서 압연 중에는 항상 압연롤(1)의 상부에 접촉하여 회전한다. 따라서, 본 발명에서는 초음파를 발생하여 한 번에 원주방향 전체를 검출하는 것이 아니라, 일정한 범위(10)를 검출하고자 한다. 왜냐하면, 압연롤(1)이 다른 장치에 접촉되는 경우가 있으므로 접촉된 부분에서 신호의 노이즈가 발생하기 때문이다. 그리고, 압연롤(1)은 회전하기 때문에 일정한 영역만 주기적으로 검출하면 압연롤(1) 전체를 검출할 수 있다.

도 2에는 일정한 범위(10)내에서 초음파 신호의 진행예가 나타나 있다. 도 2에 보이듯이, 초음파를 압연롤(1)을 향해 약 150°방향으로 입사하면, 음파인 전송파(11)는 압연롤(1)의 표면을 따라 이동한다. 그러다가, 크랙이 있으면 전송파(11)는 크랙(8, 9)에서 반사되어 되돌아 온다. 이것을 반송파(12)라 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 크랙(9)이 위치해 있을 경우에 있어서, 압연롤(1)의 표면에 초음파(14)를 발생시키면 초음파가 압연롤(1)의 표면을 따라 진행하다가 크랙(9)의 위치에 도달하면, 초음파는 크랙에 반사되어 되돌아가고 초음파 센서(2)는 이 신호(15)를 검출하게 된다. 이 때, 크랙에 의한 반송파(12)는 일정한 시간 후에 되돌아 온다. 초음파 센서(2)에서 크랙을 검출함에 있어서는 측정된 신호의 시간을 검출 기준범위로 하는데, 이 시간 이상에서 검출된 신호는 외부의 외란이나 다른 신호라 판단하면 된다. 그리고, 크랙(9)의 이내에서 발생한 크랙(8)은 측정기준 이내에 신호(16)로 검출된다.

제철소의 압연롤(1)은 대상체를 압연하면 표면이 거칠어지는데, 거칠기 정도에 따라 크랙 검출신호에 대한 노이즈 신호(17)로 검출된다. 따라서, 본 발명을 실시하기 위해서는 표면 거칠기 정도에 따른 크랙의 신호차와의 비교가 이루어 져야 한다. 그리고, 초음파의 주파수에 따라 압연롤(1)의 깊이방향으로 침투하는 표면파의 깊이(13)가 다른데, 일반적으로 1 ~ 10MHz의 주파수를 사용하는데, 검출하고자 하는 크랙의 크기에 따라 주파수를 선택하면 된다. 낮은 주파수(1MHz)영역이 10MHz보다 깊이 침투한다.

그리고, 압연롤(1)의 전체를 검사하기 위하여, 본 발명은 X축 방향으로 이송할 수 있고, 롤 접촉부(4)를 압연롤(1)에 접촉시키기 위하여 Y축 방향으로 이동할 수 있는 구동장치(7)를 구성함으로써, 압연롤(1)의 전체 표면의 크랙 검출이 가능하다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치는 초음파 검출장치를 사용하여 압연롤의 표면에 존재하는 크랙을 온라인으로 검출함으로써, 크랙으로 인한 사고발생을 미연에 방지하고 압연제품 품질향상을 기대할 수 있으며, 압연롤을 효율적으로 관리하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치에 대한 기술사항을 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 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

1. 초음파 신호를 이용하여 작업롤의 표면크랙을 검출하는 장치에 있어서,

   유체가 유동할 수 있는 통로가 형성되는 유동관과, 상기 유동관의 단부부위에 결합되어 상기 작업롤에 접촉하는 롤 접촉부와, 상기 롤 접촉부와 대향하도록 상기 유동관의 다른 단부에 위치하며 초음파 신호 발생기에 연결되어 초음파를 상기 작업롤을 향해 조사하고 그 반사신호를 수신하는 초음파 센서와, 상기 롤 접촉부가 작업롤과 접촉하고 상기 유동관이 작업롤의 길이방향을 따라 이동하도록 하는 구동장치와, 상기 초음파 센서와 작업롤의 표면의 사이가 항상 매질로 채워지도록 매질을 공급하는 공급장치 및, 상기 매질의 일부분이 외부로 유출되도록 상기 롤 접촉부와 유동관의 사이에 형성되는 유출구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 매질은 물인 것을 특징으로 하는 작업롤의 온라인 표면크랙 검출장치.