KR20030093981A

KR20030093981A - 스트립, 특히 금속 스트립의 평면도를 측정하는 방법 및장치

Info

Publication number: KR20030093981A
Application number: KR10-2003-0033630A
Authority: KR
Inventors: 노에안드레아스; 노에롤프
Original assignee: 베베게베르그베르크-운트발 쯔베르크-마쉬넨바우게엠베하
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2003-12-11
Also published as: BR0302094A; DE10224938B4; CN1289220C; US20030236637A1; DE10224938A1; CA2428377A1; KR100939061B1; CA2428377C; EP1369186A3; US6853927B2; EP1369186B1; CN1467043A; ES2608576T3; RU2302307C2; EP1369186A2

Abstract

스트립 압연 라인 혹은 스트립 처리 라인을 통과하는 스트립의 평면도를 측정하는 방법으로, 하나의 측정 비임, 복수개의 측정 비임들 혹은 측정 롤러를 가로질러 경사진 형태로 이산된 측정 핀이 스트립 상에 작용하는 장력을 측정하여 스트립 폭을 가로지는 합력의 근거를 형성한다. 장력 분포 함수는 스트립의 폭 치수에 대한 합력의 함수의 미분을 취함으로써, 선택적으로 상기 미분을 스트립의 두께로 나눔으로써 상기 합력의 함수로부터 얻어진다.

Description

스트립, 특히 금속 스트립의 평면도를 측정하는 방법 및 장치{METHOD OF AND APPARATUS FOR MEASURING PLANARITY OF STRIP, ESPECIALLY METAL STRIP}

본 발명은 스트립 압연 라인 또는 스트립 처리 라인을 지나가는 스트립의 평면도(planarity), 특히 금속 스트립의 평면도를 측정하는 방법 및 기구 또는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 스트립에 작용하는 장력을 스트립의 폭에 걸쳐 적어도 단면 방향에서 결정하고 평가하는 시스템으로 스트립의 평면도를 측정하는 것에 관한 것이다.

예를 들면 압연과 같은 스트립 성형 프로세스 후의 금속 스트립은 그 스트립의 폭을 가로질러 스트립의 길이 방향 영역에 대해 길이 차일 수 있는 스트립 평면도에 대한 결함을 가질 수 있다. 그러한 결함은 일반적으로 평면성 결함으로 검출될 수 있으며, 진 평면도로부터의 스트립의 편차에 따라 스트립에 레벨링(leveling)을 행하는 것이 통례이다. 실제로, 평면도로부터의 편차가 스트립 압연 라인뿐만 아니라 스트립 처리 라인에서 발생할 수 있으며, 평면도의 결여는 압연, 다양한 레벨링 방법 및 스트립에서의 일반적으로 풀림 또는 다른 열처리에 의한 변형의 함수일 수 있다.

특히 스트립의 냉간 압연 시에, 스트립을 가로질러 또는 그 길이 방향을 따른 스트립 두께의 차 때문에 발생할 수 있고, 스트립에서 수행되거나 냉간 압연 프로세스로부터 발생할 수 있는 소성 변형 정도의 차이의 결과로서 발생할 수 있는, 스트립에서의 주름 현상에 대한 어떤 성향이 있는 것을 관찰할 수 있다. 평면도에서의 편차와는 별도로, 스트립의 캠버(camber) 또는 가장자리의 웨이브니스(waviness)로 나타나는 스트립 자체의 왜곡이 있을 수 있다.

결과적으로, 스트립 압연 라인 또는 처리 라인을 지나가는 금속 스트립에서 평면도를 측정하는 것이 일반적이었다. 예를 들면, 스트립에서의 장력은 측정되어 지며 스트립의 폭과 두께로 나누어져, 스트립 장력을 제어하는 데에 사용되는 피드백 신호를 제공할 수 있다. 스트립에서의 주름은 그 스트립이 사용될 일부 산업, 예를 들면 자동차 분야에서 특히 스트립의 평면도의 결여가 소정 한계를 초과한 경우에 문제점을 초래하였다. 평면도로부터의 편차에 대한 척도로서, 소위 I-유닛(IU)이 개발되었다. 1IU는 스트립을 가로질러 또는 스트립의 길이 방향 소정 세그먼트에 걸쳐 10^-5의 장력 편차에 대응한다. 예를 들면, 스트립을 가로질러 장력 차가 길이의 차로 측정된 경우, 예를 들면 Δl/l이 10^-5미만인 경우, 평면도의 결여는 1IU 미만인 것으로 여겨진다. 이러한 식에서, Δl은 물론 스트립에 걸쳐 측정된 길이의 차인 한편, l은 그 차가 적용될 수 있는 길이이다.

스트립 생산 업자들은 제품의 평면도의 한계를 통상 결정해야 하며, 이에 따라 평면도를 측정하여야 하고, 그 측정치를 압연 라인 또는 스트립 처리 라인에서 사용하여 압연 라인 또는 스트립 처리 라인을 제어하거나 생산되는 스트립의 품질을 확인해야 한다. 그러한 측정을 하는 데에 있어서, 그 측정치들은 성형 또는 가공 프로세스를 실시간으로 즉 그 프로세스와 동시에 조절하는 데에 사용된다.

EP 1 116 952 A2에는 무접촉으로 평면도를 측정하는 방법이 기재되어 있는 한편, 예를 들면 DE 199 18 699 A1에는 연속적으로 이동하는 스트립과 접촉하는 측정 롤러를 사용하여 스트립의 장력을 결정하는 시스템이 기재되어 있다.

무접촉 측정 프로세스가 주로 음향파, 초음파, 또는 전자기적 측정을 사용하여 평면도를 검출하는 한편, 롤러 기법은 자기적 측정 시스템을 제공하며 실제로도 많이 사용되고 있다. DE 199 18 699 A1의 측정 롤러 기법은 측정 롤러의 벽으로부터 일정 간격 떨어져 오목부에 수용될 수 있는 복수 개의 측정 픽업(pickup)을 사용한다. 그 다음에, 그 측정 롤러를 예를 들면 EP 1 182 424 A1에 기재된 소위 디스크 세그먼트로 세분할 수 있다. 센서의 도움으로, 스트립이 롤러 둘레에서 둘러지는 지점에서 반경 방향 힘의 측정이 이루어지며, 그 출력 신호는 세그먼트의 폭과 스트립의 두께로 나누어질 수 있는 국지적 장력의 측정치가 된다.

장력이 금속 스트립에서 신장 정도 및 이것의 평면도에 대한 효과의 척도이기 때문에, 길이의 차로 야기된 평면도의 결함이 각 세그먼트에서의 변화하는 장력에 대응하게 된다. 거트 뮤케(Gert Mucke), 카이 에프. 카르하우젠(Kai F. Karhausen), 및 폴디에터 푸쯔(Paul-Dieter Putz)의 "스트립에서의 형상 편차: 분류, 생성, 측정, 입증 및 정량적 평가 방법(Shape Deviation in Strip: Classification, Creation, Measurement and Evidence as well as Quantitative Evaluation Methods)"[Stahl and Eisen 122(2002년) 2호 33면]을 참조할 수 있다.

공지의 기계적 측정 방법은 국지적 장력 측정 기술에 있어서 단지 한정된 수의 측정점만이 스트립의 폭에 걸쳐 얻어진다는 몇몇 기본적인 결점을 갖고 있다. 이는 충분히 정확한 선명도는 많은 수의 센서를 요구하며, 이에 따른 비교적 고가의 측정 롤러 및 결과를 평가하는 데에 있어서의 현저한 비용의 지출을 요구한다는 것을 의미한다. 게다가, 특히 스트립 가장자리에서의 측정치는 센서가 스트립의가장자리를 단지 부분적으로 커버하거나 스트립에 의해 부분적으로 둘러질 수 있기 때문에, 문제의 여지가 있다. 그 결과는 에러일 수 있다. 또한 에러는 스트립 가장자리의 위치를 측정할 때 도출될 수 있다.

본 발명의 주목적은 처리 라인용 스트립 압연 라인을 통과하는 스트립, 특히 금속 스트립의 평면도를 측정하기 위해 전술한 단점 혹은 결점을 해결한 개량된 방법을 제공하는 데 있다.

보다 구체적으로 말하면, 본 발명의 목적은 스트립을 가로지르는 장력 분포를 고도의 정밀도와, 우수한 선명도 및 비교적 싸게 측정할 수 있어 스트립 가장자리의 영역에서의 이러한 측정 시의 에러를 배제할 수 있는 전술한 스트립의 평면도 측정 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법을 수행하기에 특히 적합한 장치를 제공하는 데 있다.

도 1a는 본 발명에 따른 장치를 도시한 사시도이며,

도 1b는 측정 롤러를 절단하여, 그 내부에 각도 상으로 간격을 갖는 측정 비임을 도시한 단면도이고,

도 2는 주요부로 한정한 도 1a의 장치를 부분적으로 절단한 개략도이며,

도 3은 측정 프로세스 중과 이전의 상이한 지점에 있는 금속 스트립을 도시한 도면이고,

도 4는 도 3과 관련하여 설명한 측정치의 그래프로서, 연속한 시간(t₁, t₂, t₃)에서의 값에 대해 스트립 폭 방향에 따른 거리(y)의 항으로 나타낸 스트립 폭(B)을 가로지르는 장력(F_x)을 표시한 그래프이며,

도 5는 평평한 스트립과 주름진 스트립에 대한 합력의 함수[F(y)]의 그래프이고,

도 6은 F를 스트립 폭(y)을 가로지는 합력의 함수로 하였을 때, 장력의 1차 미분(F/dy)의 그래프이며,

도 7은 도 6의 그래프로 주어진 바와 같은 장력 분포 함수[σ_x(y)]의 그래프이고,

도 8 및 도 9는 측정 롤러의 다른 형상을 도시한 도면이며,

도 10a는 통합된 측정 비임이 수직으로 투영되어 있는 측정 롤러의 상세도이고,

도 10b는 도 10a의 측정 롤러와 측정 비임 측면도이며,

도 11은 도 10b의 측정 롤러와 측정 비임의 사시도이고,

도 12는 측정 롤러 내에 통합하기 위한 측정 비임의 측면도로, 게이지나 로드 셀의 형태로 있는 2개의 힘 측정 센서를 도시하는 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 스트립

2 : 측정 롤러

3 : 컴퓨터 유닛

4, 5 : 센서

6 : 가장자리

7 : 접촉 면적

α: 루프화 각도

B : 스트립의 폭

K : 접촉 길이

상기 목적은 스트립 압연 라인 혹은 스트립 처리 라인을 통과하는 스트립의 평면도를 측정하는 본 발명에 따른 방법에 의해 달성되며, 이 방법은

(a) 스트립의 폭을 따라 적어도 단면 방향으로 스트립 상에 작용하는 장력(F_x)을 측정하는 단계와,

(b) 측정된 장력(F_x)을 더하여 스트립 폭을 가로지르는 합력의 함수[F(y)]를형성하는 단계와,

(c) 상기 합력의 함수[F(y)]로부터 장력 분포 함수[σ_x(y)]를 얻는 단계를 포함한다.

이러한 평면도를 측정하기 위한 장치는,

스트립의 폭을 따라 적어도 단면 방향으로 스트립 상에 작용하는 장력(F_x)을 측정하는 하나 이상을 센서를 구비하고, 스트립의 진행 방향으로 경사져 배향하는 가늘고 긴 센서 유닛과,

측정된 장력(F_x)을 더하여 스트립 폭을 가로지르는 합력의 함수[F(y)]를 형성하고, 상기 합력의 함수[F(y)]로부터 장력 분포 함수[σ_x(y)]를 얻기 위해 상기 센서 유닛에 연결된 컴퓨터 유닛을 포함한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 장력은 스트립의 폭을 가로질러 독점적으로 측정되며, 선택적으로 더하여 스트립 폭에 걸쳐 상기 더한 힘의 함수를 미분하여 연속적인 장력 분포 함수를 산출한다. 필요에 따라, 이 장력 분포 함수를 스트립 두께로 나누어 구체적인 장력 분포 함수[σ_x(y)=dF(y)/dy/s]를 구할 수 있으며, 여기서 제1항은 장력 분포 함수이고 제2항은 두께(s)로 나눈 합력 함수[F(y)]의 일차 미분이다. 일반적으로, 필수적인 것은 아니지만 각각의 장력은 더해진다. 그 가산이 합력 함수를 산출하지 못하면, 스트립의 폭을 가로질러 각각의 측정된 장력의 연속에 의해서만 정의된 합력 함수로 칭할 수 있고, 이로부터 장력 분포 함수를 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명의 특징에 따르면, 장력 분포 함수[σ_x(y)]는 합력 함수[F(y)]로부터 이것의 1차 미분[σ_x(y)=dF(y)/dy]에 의해 얻어진다. 장력, 혹은 원할 경우 무한소의 부분 장력은 하나의 스트립 가장자리로부터 혹은 스트립 폭을 가로질러 다른 하나의 스트립 가장자리까지 연속적으로 스트립의 개개의 종방향 영역 내에서 측정되어, 그 힘을 적분 또는 합한다. 장력의 검출은 음향, 초음파, 전자기적 센서를 사용함으로써 접촉없이 행해질 수 있거나, 혹은 스트립을 가로질러 장력의 출력을 제공하는 경우마다 스트립과 접촉하게 되는 센서를 통해 행해질 수 있다.

따라서, 센서(들)는 해당하는 시간 오프셋으로 스트립의 폭에 걸쳐 인장력을 측정하고, 하나의 스트립 가장자리로부터 다른 스트립의 가장자리까지와 그리고 예정된 측정 라인을 따라 혹은 예정된 측정 표면을 가로질러 장력을 더하여 합력 함수를 산출할 수 있다.

측정의 시작점과 완료점 사이, 혹은 그 단면적에 대해 센서의 시작 영역과 말단 영역 사이의 평면도 측정 중에, 그 자체가 스트립과 측정 롤러의 루프화 각도에 속하는 소정의 측정 각도 이내에서 측정 롤러 위로 측정이 행해진다. 다시 말해서, 측정 라인의 혹은 측정 롤의 단면적 상에 투영하면 센서의 시작점 및 완료점 혹은 시작 영역 및 말단 영역은 스트립 예컨대, 측정 롤러 둘레의 금속 스트립의 루프화 각도 내에 속한다.

센서 혹은 센서(들)의 측정 범위, 혹은 가장자리 대 가장자리 측정에 대한유효 측정 범위는 복수의 부분 측정으로 분할 될 수 있고, 그 개개의 측정된 장력은 조합되어 합력 함수를 산출할 수 있다. 후자는 예컨대, 상기 목적을 위해 제공된 컴퓨터 유닛에서 형성될 수 있다.

따라서, 스트립 폭을 대응하는 종방향 영역으로 나누는 것이 가능하며, 이 영역에서 대응하는 부분 장력 측정이 행해지고, 그로부터 대응하는 합력 함수가 얻어지거나 혹은 그로부터 센서 세트에 의해 스트립 폭의 각각의 스캔에 대한 전체의 합력 함수가 발생된다.

본 발명의 특징에 따르면, 상기 장치는 적어도 하나의 측정 롤러를 포함하며, 그 둘레에 스트립이 롤러 상에서 스트립의 루프화 각도(α)를 형성하도록 적어도 부분적으로 루프화 되며, 가늘고 긴 센서 유닛은 롤러 내에 집적된 측정 비임이다.

스트립은 스트립의 하나의 가장자리를 따른 시작 위치와, 스트립의 반대 가장자리를 따른 완료 위치 사이에서 루프화 각도(α) 내의 롤러 상에 측정 각도를 따라 측정 비임으로 스캐닝될 수 있다.

이 경우, 측정 비임의 각 회전에 대해 스트립의 전체 폭에 걸쳐 측정을 수행하는 단일 센서가 제공되며, 여기서 복수개의 측정 비임에 각도상으로 간격을 두고 제공되며, 하나의 가장자리에서 다른 가장자리까지의 소정 회수의 이러한 스캐닝은 측정 롤러의 각 회전에 대해 제공될 수 있다. 센서가 롤러 상에 축방향 오프셋 센서를 제공하도록 분할되어 있으며, 스트립의 연속한 종방향 영역이 스캐닝된다. 수직으로 투영된 측정 비임은 측정 롤러의 주요 축에 경사각을 이루면서 놓이고,가장자리에서 가장자리까지의 측정 시간 오프셋은 센서의 한 부분을 회전 방향으로 선행시키고 다른 부분을 끌고 감으로써 보상된다.

센서 부재는 루프화 각도 내로 점진적으로 오기 때문에, 정확하게 평평한 스트립의 경우에는 스트립 폭을 가로지르는 장력에 직선적인 증가가 존재하게 된다. 이는 비평면 스트립에 대한 경우는 아니다.

측정된 총 힘은 높고 평탄한 영역이나 최대(측정 비임 형태의 센서가 장력을 완전히 포착할 때)에 달한 후에 떨어지게 된다. 그 다음, 측정 롤의 전진하는 대역의 회전은 루프화 각도를 벗어나 지나게 된다. 상이한 경사를 갖는 상승 및 하강 측면이 존재하는 것이 이상적이다.

따라서, 장력 분포 함수는 스트립 폭을 가로질러 합력 함수를 미분함으로써 얻어진다. 이는 직선으로부터의 합력 함수의 미분이 용이하게 검출하게 해준다. 스트립 폭을 가로지르는 합력 함수의 미분을 스트립 두께로 더 나누면, 스트립 폭의 함수로서 스트립 구체적인 장력 분포를 얻게된다.

본 발명의 측정 프로세스는 이상적인 경우에 단일 센서에 의해 실행될 수 있으며, 이는 종래의 복수 센서를 구비할 필요가 없고, 스트립의 가장자리를 따라 결국 측정 범위 양단에서 장력을 측정하는 센서로 인해 야기되는 전술한 결점을 없앨 수 있다.

그 다음, 측정의 정확도는 센서의 선명도에 따라 좌우된다. 가장 간단한 경우에서, 힘 측정 부재, 예컨대 스트레인 게이지 혹은 힘 측정 셀(로드 셀)은 측정 비임에 가해진 힘에 응답할 수 있다. 원할 경우, 2개의 이러한 힘 측정 부재는 스트립에 의해 그 비임에 가해진 힘을 측정하기 위해 비임을 따라 간격을 둔 상태로 제공될 수 있다.

그러나, 선명도는 힘 측정치를 세분화시킴으로써 증가될 수 있으며, 이에 따라 스트립의 폭을 가로질러 서로에서 오프셋 가능한 전술한 복수개의 비임에 의해 수행되어 각각의 별도의 측정 비임 혹은 부분적인 비임은 스트립의 대응하는 종방향의 영역에 의해 가해진 힘을 측정할 수 있다. 부분 비임은 각각은 측정 롤의 대응하는 부분 영역을 덮는다.

예컨대, 3개의 부분 측정 비임이 제공될 경우, 각각의 부분 측정 비임에 가해진 최대 힘은 스트립에 의해 측정 롤에 가해지며, 스트립이 측정 롤 둘레에서 루프화될 때 스트립의 장력을 나타내는 총 힘의 3분의 1 이다. 측정 정확도는 따라서 3의 인수 만큼 증가될 수 있다.

또한, 힘 검출의 선명도는 각각의 측정 비임을 작게 만듦으로써, 그리고 특정의 부분 비임이 측정하는 스트립의 종방향 영역의 폭보다 측정 비임의 길이를 더 크게 할 수 있도록 측정 비임을 경사지게 함으로써 증가될 수 있다. 슬라이딩 평균치는 부분 비임으로부터 얻어지고, 이 슬라이딩 평균치로부터 장력 분포 함수는 그것의 1차 미분을 취함으로써 재차 얻어지게 된다.

측정 롤 내에 통합된 부분 측정 비임은 낮은 질량을 가질 수 있으며, 특히 측정 비임이 비교적 작을 때에는 측정 롤의 회전으로 인한 측정 빔 상의 원심력으로부터 도출되는 측정 에러는 영 또는 무시할 수 있다.

상기 방법과 이 방법을 수행하기 위한 장치는 합력 함수와 이 합력 함수로부터 간단하게 얻어진 장력 분포를 제공하는 간단한 구조를 사용하여 스트립, 특히 금속 스트립을 위한 평면도 측정을 제공하게 된다.

본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 관련하여 참조한 이하의 설명을 읽음으로써 더욱 명백해질 것이다.

본 발명에 있어서는 금속 스트립일 수 있으며, 스트립 처리 라인(예컨대, 피클링, 드레싱, 어닐링, 템퍼링, 디스켈링 혹은 코팅 라인)에서 또는 압연 처리 라인과 같은 성형 라인에서 연속적으로 이동할 것으로 여겨지는 스트립(1)은, 그 스트립이 이하에서는 측정 롤러로 지칭되는 롤러(2)를 지나감으로써 스트립이 롤러 둘레에 부분적으로 루프화되어, 즉 상류 지점에서 롤러와 접촉하고 하류 지점에서 롤러를 떠나게 되어 상류 지점과 하류 지점 사이에서 루프화 각도에 대응하는 소정의 호의 길이에 걸쳐 롤러와 접촉함으로써 그 스트립의 폭(B)에 걸쳐 평면도(planarity)가 측정된다.

측정 롤러(2)는 스트립의 길이(B)와 적어도 동일한 길이를 가지며, 예를 들면 측정 롤러의 길이(L)에 걸쳐 연장할 수 있는 센서 바아(4)와 같은 적어도 하나의 센서가 마련되며, 여기서 L 은 B 보다 크거나 같다.

도 1a에는 센서 바아(4)와, 이 바아가 지지되는 로드 셀(5)이 롤러(2)의 축선에 대해 경사져 연장할 수 있는 것으로 도시되어 있는 한편, 도 1b에는 루프화 각도(α)가 측정 롤러(2)의 일부에 걸쳐 연장하는 것이 도시되어 있다. 도 1b에는 또한 복수 개의 측정 바아가 도면 부호 4a, 4b 및 4c에서 각도 상으로 등간격을 갖는 관계로 마련될 수 있다는 것을 나타내고 있다.

도 2는 길이(L)와 스트립의 폭(B)의 관계를 나타내며, 화살표(C)에 의해 x방향으로의 스트립의 이동을 지시한다. 길이(L)와 폭(B)의 치수는 y방향에 대응하며, 여기서 x 및 y는 스트립(1)의 평면에서의 직교 좌표계이다. 본 발명의 시스템은 스트립에서의 장력(F_x)에 응답하며, 장력(F_x)의 합과 분포 함수(σ_x)의 계산은 도 1a에 도시된 컴퓨터 유닛(3)에 의해 제시된다. 컴퓨터(3)는 물론 장력(F_x)을 위한 센서(4, 5)에 연결된다.

측정 롤러(2)에서 부분적으로 회전하여 나선형으로 연장하는 비임(4)은 그 롤러에서 반경 방향으로 변위될 수 있으며, 그 양단부에서는 2개의 로드 셀 또는 스트레인 게이지(5)(도 1a 및 도 1b 참조)에 지지되어 컴퓨터(3)에서 처리될 전기적 신호를 생성한다.

측정 비임(4) 대신에, 앞서 설명한 DE 199 18 699 A1에 기재된 바와 같이 해당 보어에서 반경 방향으로 이동할 수 있고, 스트립과 맞물림으로써 힘의 측정치를 나타내는 전기적 신호를 출력하는 핀 어레이가 마련될 수 있다. 이들 핀은 각각 로드 셀과 같은 힘 측정 유닛에 직접 지지되어 신호를 컴퓨터 유닛(3)에 출력할 수 있다. 대안적으로, 핀은 힘의 측정 신호를 출력하는 로드 셀(5)로 압력을 전송하도록 측정 빔으로서 기능을 하는 내부 튜브에 작용할 수 있다.

기재된 임의의 실시예에서 측정 롤러(2)는 스트립(1)의 평면도를 검출할 수 있다. 측정 중에, 측정 롤러(2) 둘레의 스트립에 가해지는 장력은 충분하여, 폭(B)에 걸친 모든 무한소 스트립 영역은 실질적으로 강성을 가지며, 스트립에서의어떤 주름 또는 캠버(camber)가 펴지게 되는 것으로 가정한다. 이런 경우에, 스트립의 폭에 걸쳐 개별 영역들 간에서 벡터 화살표(Z)로 나타내지는 길이의 차(Δl)는 모두 스트립의 이동 방향 x에서의 신장 차이의 항으로 다음과 같이 주어질 수 있다.

이 결과는 다음의 식에 의해 주어지는 x 방향의 장력 기준이다.

여기서, E는 스트립 재료의 탄성 모듈이며, F_x는 x방향으로의 장력이고, B는 스트립의 폭, s는 스트립의 두께이다.

후자의 관계로부터, 장력에서의 변화량(Δσ_x)은 [장력(F_x)을 스트립 폭(B)과 스트립 두께(s)로 나누면] 장력(F_x)의 측정치로부터 유도할 수 있다. 이러한 힘(F_x) 또는 이러한 힘에서의 변화량(ΔF_x)은 측정 롤러(2)에 의해 결정된다. 스트립 이동 방향(x)으로의 대응하는 장력(F_x)을 직접 측정할 필요가 없으며, 오히려 측정 롤러(2) 둘레에서의 스트립(1)의 루프화에 의해 생성되는 반경 방향 성분(F^r _x)의 항으로 얻을 수 있다(도 1b 참조).

도 2 및 도 3으로부터, 센서(4, 5) 또는 측정 롤러(2)는 스트립 이동 방향(x)에 대해 경사질 수 있으며, 이러한 방법에서는 예컨대 DE 199 18 699 A1에기재된 종래 기수의 측정 기술과 대조적으로 장력(F_x)은 스트립의 폭을 가로지르는 스캐닝의 량이 얼마냐에 의해 연속적으로 얻어지는 대신에 스트립의 폭(B) 혹은 y를 가로질러 단면 방향으로 검출되지 않는다.

그 때문에, 측정 롤은 도 3에서 개략적으로 나타낸 바와 같이, 측정 롤러 둘레를 연속한 스트립(10)의 동시 진행에 해당하는 측정 롤러(2)의 연속한 각 위치에서의 최초 시간(t₁), 그 후속 시간(t₂) 및 시간(t₃)의 시산 간격에서의 장력(F_x)을 얻는다.

시간(t₁)은 측정의 시작점 및 시작 영역(A)과, 그리고 비임(4)이 스트립과의 측정 접촉에 놓이게 되는 접촉 길이(K)의 시작을 나타낸다. 상기 접촉 길이(K)는 비임(4)과 스트립(1) 사이의 접촉이 존재하는 영역과 일치하는 K ×B(도 3과 비교)로 주어진 크기를 갖는 접촉 면적(7)에 의해 정의된다. 루프화 각도(α)(도 1b와 비교)는 접촉 길이(K)와 일치한다.

측정 비임(4)의 시작점 혹은 시작 영역이 스트립의 가장자리(6)에 도달하자마자, 힘 측정 셀(5)은 측정 비임(4)에 의해 검출되는 장력(F_x)의 반경 방향 성분(F^r _x)을 나타내는 신호를 등록한다. 스트립이 x 방향으로 진행을 계속하여 그 스트립이 측정 롤러(2)를 따라 압연될 때, 측정 비임(4)은 도 3에서 도면 부호 7로 빗금으로 나타낸 측정 영역 혹은 전체의 접촉 영역을 연속하여 가로질러 경사 방향으로 스트립과 맞물린다.

지점 t₂에서, 예컨대, 접촉 면적 혹은 영역(7)에서 추가의 측정이 행해지며, 따라서 로드 셀에 의해 측정된 힘이 증가한다(도 4 참조). 상기 힘 측정은 측정 비임이 더 이상 스트립과 접촉하지 않는 측정 비임(5)의 말단 지점 혹은 말단 영역(E)까지 계속된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 측정된 장력(F_x)은 상승하는 측면, 하강하는 측면 및 측정 비임(4)이 완전히 접촉 영역(7) 내에 놓이는 높고 평탄한 영역 형태의 최고점을 포함한다.

스트립이 정확히 평면일 때, 측정 비임에 의해 검출된 장력(F_x)은 스트립의 폭을 가로지르는 신장 차이가 없다고 가정할 경우 선형적으로 증가할 것이고, 또 Δl/l 의 계수는 영으로 될 것이다. 장력(F_x)의 ΔF_x가 존재하지 않는다. 그러나, 스트립이 신장 차이의 결과로 주름지거나 어느 정도의 물결 혹은 캠버를 가질 경우, 이는 측정 시에 장력(F_x)에서 변동이 있는 것으로 인식되며, 도 4에 비평면 스트립에 대해 파선으로 도시되어 있다.

이러한 차이는 또한 스트립에 가해진 장력(단위 N)을 스트립 폭 좌표 y(mm)에 대해 그래프를 작성한 도 5에 도시되어 있다. 여기서, 평면 스트립의 측정치(점 혹은 원)는 주름진 스트립의 측정치(사각형)와 대조되어 있다. 세로 좌표는 특정의 스트립 폭 좌표 y에서의 스트립 폭에 걸친 합력 함수, 즉 F=ΣF_x을 나타낸다.

힘의 합계 함수 F(y)를 미분 dF/dy 의 형태로 스트립 폭의 좌표 y에 대해 일차 미분하면, 도 6에 도시된 바와 같이 스트립 폭에 걸친 장력 분포를 얻게된다.

도 6은 미분 dF/dy(N/mm) 대 스트립 폭 좌표 y(mm)를 나타낸 것이다. 원 혹은 점은 평면 스트립에 대한 결과를 나타내는 반면에 정사각형은 주름 즉, 상이하게 연신된 부분을 지닌 스트립에 대한 측정치를 나타낸다.

특정의 미분 계수 즉, 스트립 두께(s)로 나눈 미분 계수 dF/dy의 경우, 스트립 폭을 가로지르는 특정의 장력 분포 함수 σ_x(y)를 직접 얻게 되며, 도 7에는 스트립 폭의 좌표 y(mm)에 대한 장력 분포 함수가 단위 메가파스칼(MPa)로서 세로축에 나타나 있다.

도 6 및 도 7은 도 4에 의해 나타낸 전체 측정량의 일부, 즉 높고 평탄한 영역 앞의 상승하는 측면에 따른 부분만의 측정치에 해당하는 것이다. 하강하는 측면에서도 이와 유사한 결과를 예상할 수 있다.

도 8은 스트립을 따른 3개의 종방향 측정 영역에 해당할 수 있는 복수 개의 부분 측정 비임(4a, 4b, 4c)으로 분할될 수 있다는 것을 도시한 것으로, 이러한 영역의 수는 필요에 따라 증가할 수 있다. 그 때, 측정 비임(4a, 4b, 4c)의 각각은 전체 장력의 3분의 1까지만 취할 필요가 있고, 그 결과 측정의 정확도 혹은 선명도는 현저하게 증가할 수 있다.

도 1b는 추가의 선택 사항을 단지 개략적으로 도시한 것으로, 측정 롤러가 측정 롤러(2)의 원주 둘레에 등각의 간격으로 3개의 측정 비임을 구비하며 각각의 비임에는 복수 개의 측정 셀(5)이 마련되어 롤러(2)의 매 회전에 있어서 도 3에 도시된 바와 같은 소정 개수의 측정 영역이 존재하게 될 것이다. 이는 측정 정확도의 증가를 또한 가져올 수 있다.

도 9는 측정 비임(4)을 작게 만들 수 있고, 그리고 측정의 시작 및 최종 단계에서 시작 혹은 단부 가장자리의 영역이 한정된 접촉 길이(k), 나아가 측정 롤러(20)의 한정된 원호만을 차지하게 되는 각도만큼 경사질 수 있다는 것을 도시하고 있다. 시작 혹은 최종 가장자리 맞물림의 접촉 영역(8)이 비교적 크고 측정의 시작과 끝에서만 검출되기 때문에, 얻어진 결과를 왜곡시킬 수 있는 스트립의 시작과 말단에서의 예리한 신호 분포를 제거하는 슬라이딩 평균(slinding mean)을 얻게 된다.

이러한 방법에 있어서는, 측정치의 급격한 경사를 초래하거나 혹은 측정의 시작과 끝에서 부분 장력 측정을 초래할 문제의 소지가 있는 가장자리에서의 문제점 유발 없이 스트립의 폭을 가로지르는 장력 분포 함수의 매우 정확한 측정을 제공할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이는 도 1a에서 장력 분포에 대한 벡터로서 개략적으로 도시되어 있다.

측정 롤러(2)에는 마모를 최소화시키기 위해 텅스텐 탄화물의 코팅이나 하드 크롬층이 제공될 수 있으며, 비록 필수적인 사항을 아니지만 원통형의 형상을 지닐 수 있다. 상기 측정 롤러(2)는 평면도 측정에서의 온도 효과를 없애기 위해 냉각 시스템 혹은 다른 온도 제어 장치를 구비할 수 있다. 측정 롤러를 통한 냉각제의 순환은 또한 힘 측정 셀(d)에서의 온도에 의한 왜곡을 없앨 수 있다. 이는 측정 장치가 열간 압연 라인 등에 합체 될 때 특히 유리하다.

힘 센서 상에 지지되는 핀이 측정 비임(4) 대신에 스트립과 맞물리게 되어있는 도 2에 도시되고 전술한 실시예는 본 발명의 범위 내에 포함된다. 상기 핀 사이에는 간극이 형성되어 있으며, O형 링, 플라스틱 센서 혹은 핀 둘레의 어떠한 틈새로 먼지가 침입하는 것을 배제하는 유사한 밀봉 부재에 의해 측정 롤러의 표면에 대해 밀봉된다.

측정 롤러(2)는 하나 또는 그 이상의 온도 센서를 구비할 수 있으며, 이 센서에 의해 스트립(1)의 온도 결정 및 스트립에 대한 온도 프로파일을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 측정 롤러의 온도를 고정 온도로 유지하여 측정 중의 온도 효과를 최소로 하기 위해 측정 롤러(2)를 위한 냉각제의 필요량 즉, 냉각제의 흐름을 제어할 수 있다.

도 10a, 10b, 11은 수직으로 투영한 측정 비임(4)이 측정 롤러(2)의 종축(9)에 대해 예정된 경사각(β)을 가질 수 있다는 것을 도시한 것이다. 측정 비임(4)은 일반적으로 타원형의 원호를 따라 놓인다. 그 결과, 종방향, 즉 x방향의 장력(F_x)과 장력 분포 함수[σ_x(y)]를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 또한 y방향으로 대체 장력 혹은 추가의 장력을 측정하는 것도 가능할 수 있다.

도 12에는 전술한 바와 같이, 측정 롤러의 대응하는 홈 내에 수용되어 있는 측정 비임(4)이 도시되어 있으며, 이 비임의 단부에는 측정치를 컴퓨터로 전달하는 슬립 링과 와이퍼에 전기 도체(5b)에 의해 접속된 각각의 로드 셀(5) 상에 지지되는 스템(5a)이 마련될 수 있다. 상기 도면에서는 측정 롤러용 슬립 링의 도시를 생략하였다.

스트립의 평면도를 측정하는 본 발명의 방법과 이 방법을 수행하기 위한 장치는 합력 함수와 이 합력 함수로부터 간단하게 얻어진 장력 분포를 제공하는 간단한 구조를 사용한다.

Claims

스트립 압연 라인 혹은 스트립 처리 라인을 통과하는 스트립의 평면도를 측정하는 방법으로서,

(a) 스트립의 폭을 따라 적어도 단면 방향으로 스트립 상에 작용하는 장력(F_x)을 측정하는 단계와,

(b) 측정된 장력(F_x)을 더하여 스트립 폭을 가로지르는 합력의 함수[F(y)]를 형성하는 단계와,

(c) 상기 합력의 함수[F(y)]로부터 장력 분포 함수[σ_x(y)]를 얻는 단계를 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 장력 분포 함수[σ_x(y)]는 합력의 함수의 미분[σ_x(y)=dF(y)/dy]으로, 선택적으로 상기 미분을 스트립의 두께(s)로 나눔[σ_x(y)=dF(y)/dy]으로써 상기 합력의 함수[F(y)]로부터 얻어지는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 스트립 상에 작용하는 장력(F_x)은 스트립과의 접촉 없이 하나 이상의 센서에 의해 측정되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 스트립 상에 작용하는 장력(F_x)은 스트립과 접촉하는 하나 이상의 센서에 의해 측정되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 스트립 상에 작용하는 장력(F_x)은 하나의 스트립 가장자리에서 반대편의 스트립 가장자리까지 연속한 시간 간격으로 스트립의 폭에 걸쳐 하나 이상의 센서에 의해 측정되며, 대응하는 측정 라인을 따라 혹은 스트립의 대응하는 측정 영역에 걸쳐 부합하는 측정치는 더해져 상기 합력 함수를 형성하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 스트립 상에 작용하는 장력(F_x)은 스트립을 루프화 각도(α)에 걸쳐 롤러 둘레로 통과시키고, 상기 스트립의 하나의 가장자리를 따른 시작 위치와 상기 스트립의 반대편 가장자리를 따른 말단 위치 사이에서 상기 루프화 각도(α)내의 상기 롤러 상의 측정 각도에 걸쳐 스트립을 센서로 스캐닝함으로써 스트립의 폭에 걸쳐 하나 이상의 센서에 의해 측정되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 센서는 개개의 장력(F_x)이 측정되는 측정 세그먼트로 나누어진 상기 스트립의 폭을 가로지는 측정 영역을 가지며, 대응하는 측정 영역에 걸친 상기 장력 측정은 상기 합력 함수[F(y)]를 형성하도록 조합되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 대응하는 장력(F_x)의 슬라이딩 평균치(sliding mean value)는 스트립 폭을 가로질러 측정되며, 장력 분포 함수[σ_x(y)]는 대응하는 장력(F_x)의 슬라이딩 평균치로부터 얻어지는 것인 방법.
스트립 압연 라인 혹은 스트립 처리 라인을 통과하는 스트립의 평면도를 측정하는 장치로서,

스트립의 폭을 따라 적어도 단면 방향으로 스트립 상에 작용하는 장력(F_x)을 측정하는 하나 이상을 센서를 구비하고, 스트립의 진행 방향으로 경사져 배향하는 가늘고 긴 센서 유닛과,

측정된 장력(F_x)을 더하여 스트립 폭을 가로지르는 합력의 함수[F(y)]를 형성하고, 상기 합력의 함수[F(y)]로부터 장력 분포 함수[σ_x(y)]를 얻기 위해 상기 센서 유닛에 연결된 컴퓨터 유닛을 포함하는 것인 장치.
제9항에 있어서, 하나 이상의 측정 롤러를 더 포함하며, 상기 측정 롤러 둘레에서 상기 스트립이 적어도 부분적으로 루프화되어 상기 롤러 상에 스트립의 루프화 각도(α)를 형성하며, 상기 가늘고 긴 센서 유닛은 상기 롤러에 통합된 측정 비임인 것인 장치.
제10항에 있어서, 상기 스트립은 상기 스트립의 하나의 가장자리를 따른 시작 위치와 상기 스트립의 반대편 가장자리를 따른 말단 위치 사이에서 상기 루프화 각도(α)내의 상기 롤러 상의 측정 각도에 걸쳐 상기 측정 비임으로 스캐닝 되는 것인 장치.
제10항에 있어서, 상기 스트립의 대응하는 종방향 영역에서의 장력을 측정하기 위해 상기 롤러의 길이를 따라 복수개의 측정 비임이 마련되어 있는 것인 장치.
제11항에 있어서, 상기 측정 롤러에는 상기 측정 롤러의 1회전 당 복수회의 장력 정을 행하기 위해 다른 하나의 측정 비임으로부터 각도 상으로 간격을 갖는 복수개의 측정 비임이 마련되어 있는 것인 장치.
제10항에 있어서, 상기 측정 비임은 수직으로 투영하면 측정 롤러의 주요 축에 예정된 경사각(β)으로 놓이는 것인 장치.
제9항에 있어서, 상기 스트립이 그 둘레로 적어도 부분적으로 루프화되고 상기 센서 유닛의 센서가 마련되어 있는 하나 이상의 측정 롤러를 더 포함하며, 상기 측정 롤러는 경사각으로 설정될 수 있는 개개의 롤 세그먼트로 형성되는 것인 장치.