KR20040020487A - Apparatus and method for prediction of roll chattering in hot rolling process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열간 압연기의 롤 채터발생 예지장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 압연 스탠드의 공진주파수와 그 스핀들의 비틀림진동을 이용하여 롤 채터위험도를 판단할 뿐만 아니라, 소재영역별 채터발생율에 대한 정보에 기초하여 인입될 소재정보에 따라 채터발생을 미리 검출하는 롤 채터발생 예지장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for predicting roll chatter generation of a hot rolling mill, and more particularly, to determine a roll chatter risk by using the resonant frequency of the rolling stand and the torsional vibration of the spindle, as well as the chatter generation rate for each material region. The present invention relates to a roll chatter generation predicting device and a method for detecting chatter generation in advance according to material information to be introduced based on information on the data.
일반적으로, 열간 압연공정은 도1과 같이 작업롤(3)과 이를 구동하는 스핀들(5)이 구비된 복수개의 압연기스탠드(F1,F2)을 이용하여 강판(1)을 연속적으로 압연하여 원하는 두께로 제조하는 공정을 말한다. 이러한 열간압연공정에서 불규칙적으로 발생하는 압연기 스탠드(F1,F2)의 진동 현상으로 인해, 강판(1)의 표면에 강판길이의 수직방향으로 형성되어 일정한 간격로 두께편차를 야기하는 띠형상(M: 이를 채터마크(chatter mark)라 함)이 발생될 수 있다. 이는 결국 최종 제품의 불량을 야기하게 된다.In general, the hot rolling process is to continuously roll the steel sheet 1 using a plurality of mill stands (F1, F2) equipped with a work roll (3) and a spindle (5) for driving it as shown in FIG. Refers to the process of manufacturing. Due to the vibration phenomenon of the mill stands F1 and F2 occurring irregularly in the hot rolling process, a band shape (M :) is formed on the surface of the steel sheet 1 in the vertical direction of the steel sheet length and causes thickness deviation at regular intervals. This is called a chatter mark. This eventually leads to the failure of the final product.
또한, 심한 경우에는, 작업시 채터가 발생하는 작업롤(3)에서 거칠음대가 형성되어 작업롤(3)의 표면에 손상을 주어 압연기에 고장을 발생시킬 수도 있다.Further, in severe cases, rough bands may be formed in the work roll 3 in which chatter occurs during work, which may damage the surface of the work roll 3 and cause a failure in the rolling mill.
이와 같이 압연공정에서 발생되는 파괴적인 진동현상을 롤 채터(roll chatter) 현상이라고 한다.The destructive vibration phenomenon generated in the rolling process is called a roll chatter phenomenon.
종래에는, 압연기 스탠드에 가속도 센서를 부착하여 압연기의 진동신호를 단순히 모니터링하거나, 압연기를 운전하는 조업자에게 전달되는 진동 및 압연 중에 강판의 표면에 나타나는 롤 채터 마크를 육안으로 확인하여 롤 채터발생여부를 판단하는 방법이 사용되었다.Conventionally, an acceleration sensor is attached to a rolling mill stand to simply monitor the vibration signal of the rolling mill, or the roll chatter marks appearing on the surface of the steel sheet during rolling and vibration transmitted to an operator operating the rolling mill are visually checked for roll chatter. The method of judging was used.
하지만, 이러한 종래의 방식으로는, 롤 채터가 이미 발생한 후에 조치를 취하게 되므로, 롤 채터로 인한 문제를 사전에 방지할 수 없는 단점이 있었다. 또한, 노련한 조업자의 경우에는 강판의 압연기 인입 전에 소재의 정보를 살펴보고 롤 채터가 많이 일어나는 소재인 경우에는 조업의 패턴을 롤 채터가 덜 발생되는 측으로 유도해 가면서 사전에 롤 채터로 인한 문제를 방지하기도 하였으나, 이 또한 경험적 예측 혹은 판단에 근거한 조치이기 때문에, 조업자별로 상이하고 부정확하다는 문제가 있어 왔다.However, in this conventional method, since the action is taken after the roll chatter has already occurred, there is a disadvantage that the problem due to the roll chatter cannot be prevented in advance. In addition, experienced operators check the material information before rolling mills into the steel sheet, and in the case of roll chatter, the operation pattern is guided to the side where less roll chatter occurs, thus preventing problems due to roll chatter in advance. Although this is also a measure based on empirical prediction or judgment, there has been a problem that it is different and inaccurate by each operator.
따라서, 당 기술분야에서는, 채터현상에 대한 보다 완전한 이해를 기반으로 하여 정확하게 채터발생을 판단하고, 이를 예방할 수 있는 롤 채터발생예지장치 및 방법이 강하게 요구되고 있다.Therefore, there is a strong demand in the art for a roll chatter generation predicting device and method capable of accurately determining chatter occurrence and preventing it based on a more complete understanding of the chatter phenomenon.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 롤 채터현상과 직접적으로 관련된 작업롤 구동 스핀들의 비틀림진동을 실시간으로 측정하여 롤 채터현상이 발생된 위험도를 산출할 뿐만 아니라, 채터발생과 관련된 소재정보에 따라 구분된 소재영역별로 과거의 채터발생확률을 미리 저장하고, 그 소재영역의 소재정보와 작업할 신규 소재정보의 유사성을 고려하여, 신규소재에 대한 롤 채터발생위험도를 예지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of which is to measure the torsional vibration of the work roll drive spindle directly related to the roll chatter phenomenon in real time to calculate the risk of the roll chatter phenomenon, as well as chatter generation It is possible to predict the risk of roll chatter for new materials by storing the probability of past chatter in advance for each material area classified according to the related material information and considering the similarity between the material information of the material area and the new material information to be worked on. To provide an apparatus and method that can be.
도1은 종래의 열간 마무리 압연기 스탠드 공정을 나타내는 개략사시도이다.1 is a schematic perspective view showing a conventional hot finishing mill stand process.
도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 롤 채터 예지장치를 나타내는 블럭도이다.Fig. 2 is a block diagram showing a roll chatter prediction device according to an embodiment of the present invention.
도3a는 본 발명에서 채용되는 압연기스탠드의 진동센서부의 장착된 형태를 나타내는 개략도이다.Figure 3a is a schematic diagram showing the mounting form of the vibration sensor of the rolling mill stand employed in the present invention.
도3b는 본 발명에서 채용되는 롤 구동용 스핀들의 비틀림진동센서부의 장착된 형태를 나타내는 개략사시도이다.Figure 3b is a schematic perspective view showing the mounting form of the torsional vibration sensor portion of the roll drive spindle employed in the present invention.
도4a 및 도4b는 각각 본 발명에 따른 압연기스탠드의 진동센서부와 롤 구동용 스핀들의 비틀림진동센서부로부터 수신된 주파수신호의 일예를 나타내는 그래프이다.4A and 4B are graphs each showing an example of a frequency signal received from a vibration sensor unit of a rolling mill stand and a torsional vibration sensor unit of a roll driving spindle according to the present invention.
도5a 및 도5b는 각각 본 발명의 다른 실시형태에 따른 롤 채터 예지방법을 설명하기 위한 흐름도이다.5A and 5B are flowcharts for explaining a roll chatter predicting method according to another embodiment of the present invention, respectively.
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 상위전산시스템20: 롤 채터발생 예지장치10: upper computer system 20: roll chatter generation prediction device
21: 압연기스탠드진동센서부23: 스핀들비틀림진동센서부21: rolling mill stand vibration sensor unit 23: spindle torsional vibration sensor unit
25: 롤 채터 연산/제어부27: 데이터베이스부25: roll chatter operation / control unit 27: database unit
30: 작업자 표시장치30: worker display
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 복수개의 압연기스탠드로 이루어진 압연기에서 롤 채터발생을 예지하기 위한 장치에 있어서, 복수개의 압연기스탠드 중 적어도 하나의 압연기스탠드에 부착되어 진동을 측정하기 위한 압연기스탠드 진동센서부와, 상기 적어도 하나의 압연기스탠드에 있는 작업롤 구동 스핀들의 비틀림 진동을 측정하기 위한 비틀림 진동센서부와, 채터발생시 상기 압연기스탠드 진동센서부로부터 입력된 진동신호에서 최대 세기의 주파수를 상기 압연기 스탠드의 공진주파수로 정하고, 상기 비틀림 진동센서부로부터 입력된 진동신호를 분석하여 그 분석된 전체대역의 주파수성분의 합 중 상기 공진주파수에 해당하는 분할영역 내의 주파수성분의 합의 비율을 채터발생위험도로 판단하는 연산제어부를 포함하는 롤 채터발생 예지장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a rolling mill for predicting the roll chatter generation in a rolling mill consisting of a plurality of rolling mill stands, a rolling mill for measuring vibration by being attached to at least one rolling mill stand of the plurality of rolling mill stands. A frequency of maximum intensity in a stand vibration sensor unit, a torsion vibration sensor unit for measuring the torsional vibration of the work roll drive spindle in the at least one mill stand, and a vibration signal input from the mill stand vibration sensor unit at the time of chattering The resonant frequency of the rolling mill stand is determined, and the vibration signal input from the torsional vibration sensor unit is analyzed, and the ratio of the sum of the frequency components in the divided region corresponding to the resonant frequency among the sum of the frequency components of the analyzed whole band is generated. Roll chatter bal including operation control unit judged as risk It provides a prediction unit.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 측정된 스탠드별로 상기 압연기스탠드의 진동신호와 비틀림 진동신호를 저장하기 위한 데이터베이스부를 더 포함하고, 상기 연산제어부에서는 상위 전산시스템으로부터 가공대상소재의 정보에 입력받아, 소재영역별로 구분하여 각 스탠드의 실제 채터발생율을 상기 데이터베이스부에 추가적으로 저장하며, 후속 가공대상소재의 정보가 입력될 때에, 그 후속가공대상소재와 관련된 상기 데이터베이스부의 가공대상소재영역별 실제 채터발생율에 기초하여, 상기 후속가공대상소재의 채터발생위험도를 판단함으로써, 미리 작업전에 채터발생율이 낮은 압연기스탠드로 작업을 적절히 배분하여, 채터현상을 예방할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, further comprises a database unit for storing the vibration signal and torsional vibration signal of the rolling mill stand for each of the measured stand, the operation control unit receives the information of the material to be processed from the upper computer system, The actual chatter incidence rate of each stand is further stored in the database unit by dividing by material area, and when information of a subsequent material to be processed is inputted, the actual chatter incidence rate of each material area to be processed in the database unit related to the material to be processed further follows. On the basis of this, by determining the risk of chatter generation of the material to be processed later, the job can be properly distributed to a rolling mill stand having a low chatter generation rate before work, thereby preventing chatter phenomenon.
보다 바람직하게는, 상기 연산제어부에 입력되는 가공대상소재의 정보는 압연전두께, 압연후두께, 폭, 강종, 온도 및 그와 관련된 정보로 이루어질 수 있다.More preferably, the information of the workpiece to be input to the operation control unit may be made of a thickness before rolling, thickness after rolling, width, steel grade, temperature and related information.
본 발명의 다른 관점에서는, 압연기의 롤 채터발생 예지방법이 제공된다. 본 방법은, 복수개의 압연기스탠드로 이루어진 압연기에서 롤 채터발생을 예지하기 위한 방법에 있어서, 복수개의 압연기스탠드 중 적어도 하나의 압연기스탠드의 진동수와 그 압연기스탠드에 구비된 구동 스핀들의 비틀림 진동를 측정하는 단계와, 채터발생시에 상기 압연기스탠드의 진동수에서 최대 세기의 주파수를 그 압연기 스탠드의 공진주파수로 정하는 단계와, 상기 구동 스핀들의 비틀림 진동수에서 전체대역의 주파수성분의 합 중 상기 공진주파수에 해당하는 분할영역 내의 주파수성분의 합의 비율을 채터발생위험도로 판단하는 단계로 이루어진다.In another aspect of the present invention, a method for predicting roll chatter generation of a rolling mill is provided. The present invention is a method for predicting roll chatter generation in a rolling mill consisting of a plurality of rolling mill stands, the step of measuring the frequency of at least one rolling mill stand of the plurality of rolling mill stands and the torsional vibration of the drive spindle provided in the rolling mill stands. And setting a frequency of maximum intensity at the frequency of the rolling mill stand as the resonance frequency of the rolling mill stand when the chatter occurs, and a division region corresponding to the resonance frequency among the sum of frequency components of the whole band at the torsional frequency of the drive spindle. The ratio of the sum of the frequency components within is determined as a chattering risk.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 가공대상소재의 정보에 따라 구분된 소재영역별로, 상기 각 스탠드의 실제 채터발생율을 저장하는 단계와, 후속 가공대상소재의 정보가 입력되는 단계와, 상기 후속가공대상소재와 관련된 상기 데이터베이스부에 저장된 가공대상소재영역별 채터발생율에 기초하여 상기 후속가공대상소재의 채터발생위험도를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, in a preferred embodiment of the present invention, storing the actual chatter generation rate of each stand, for each material region divided according to the information of the material to be processed; The method may further include determining a chatter occurrence risk of the subsequent material to be processed based on a chatter occurrence rate for each material region to be processed stored in the database unit related to the material to be processed.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 롤 채터발생 예지장치를 나타내는 블럭도이다. 도2를 참조하면, 상기 롤 채터발생 예지장치는 적어도 하나 이상의 압연기스탠드 진동센서부(21)와 스핀들 비틀림진동센서부(23) 및, 롤 채터예지 연산/제어부(25)로 구성되어 있다. 또한, 상기 롤 채터발생 예지장치는 추가적으로 상기 각 진동센서부(21,23)으로부터 수신된 진동데이터 및 롤 채터예지연산의 결과를 저장할 수 있는 데이터베이스부(27)도 포함할 수 있다.Fig. 2 is a block diagram showing a roll chatter generation predicting apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the roll chatter generation predicting device includes at least one rolling stand stand vibration sensor unit 21, a spindle torsional vibration sensor unit 23, and a roll chatter predicting operation / control unit 25. As shown in FIG. In addition, the roll chatter generation predicting device may further include a database unit 27 for storing the vibration data received from each of the vibration sensor units 21 and 23 and the result of the roll chatter predicting operation.
상기 압연기스탠드 진동센서부(21)는 복수개의 압연기스탠드 중 채터발생빈도가 높은 적어도 하나이상의 스탠드에 선택적으로 장착할 수 있으며, 모든 압연기스탠드에 설치할 수도 있다. 상기 압연기스탠드 진동센서부(21)가 장착된 압연기스탠드의 작업롤 구동 스핀들에는 상기 스핀들 비틀림진동센서부(23)가 설치된다. 압연기스탠드 진동센서부(21)와 스핀들 비틀림진동센서부(23)의 구현형태가 도3a 및 도3b에 예시되어 있다.The rolling mill stand vibration sensor 21 may be selectively mounted on at least one or more stands having a high chatter frequency among a plurality of rolling mill stands, and may be installed on all rolling mill stands. The spindle torsional vibration sensor unit 23 is installed on the work roll driving spindle of the rolling mill stand on which the rolling mill stand vibration sensor unit 21 is mounted. Embodiments of the mill stand vibration sensor unit 21 and the spindle torsional vibration sensor unit 23 are illustrated in FIGS. 3A and 3B.
도3a를 참조하면, 7개의 압연기스탠드(F1 ∼ F7)가 나란히 배열된 압연장치에서 모든 압연기스탠드에 압연기스탠드진동센서부가 설치된 예를 나타낸다. 물론, 이와 달리, 채터발생율이 높은 압연기스탠드를 선택하여 적어도 하나의 압연기스탠드에만 제한적으로 설치할 수도 있다.3A shows an example in which rolling mill stand vibration sensor units are installed in all rolling mill stands in a rolling apparatus in which seven rolling mill stands F1 to F7 are arranged side by side. Of course, alternatively, a mill stand having a high chattering rate may be selected and limited to at least one mill stand.
도3a에 도시된 압연기스탠드진동센서부는 압연기스탠드에 장착되어 압연기스탠드에서 발생하는 진동을 측정하는 진동센서(121a)와, 그 진동센서(121a)에서 측정된 진동신호를 증폭하는 증폭기(121b)로 이루어진다. 상기 증폭기(121b)에서 증폭된 진동신호는 도2의 연산제어부(25)에 제공되어 후술된 연산과정에 따라 처리된다.The rolling mill stand vibration sensor unit shown in FIG. 3A is mounted on the rolling mill stand to a vibration sensor 121a for measuring vibration generated in the rolling mill stand, and an amplifier 121b for amplifying the vibration signal measured by the vibration sensor 121a. Is done. The vibration signal amplified by the amplifier 121b is provided to the operation control unit 25 of FIG. 2 and processed according to the operation process described below.
또한, 도3b를 참조하면, 본 발명에 따른 스핀들 비틀림진동센서부의 구현형태가 예시되어 있다. 스핀들 비틀림진동 센서부는, 스트레인게인지(123a: 모듈레이터가 포함됨) 및 송신안테나(123b)를 포함한 송신부(123)와, 수신안테나(124a) 및 디모듈레이터(124c)를 포함한 수신부(124)로 이루어진다. 상기 스핀들 비틀림진동센서부의 작동을 살펴보면, 스트레인게인지(123a)에서 스핀들의 비틀림진동을 측정하여 진동신호를 송신안테나(123b)에 전송하고, 이를 다시 수신안테나(124a)로 전송한 후에, 그 전송신호를 디모듈레이터(124b)에서 적합한 형태로 복조하여 도2의 연산제어부(25)에 제공한다.In addition, referring to Figure 3b, an embodiment of the spindle torsional vibration sensor according to the present invention is illustrated. The spindle torsional vibration sensor unit includes a transmitter 123 including a strain gauge 123a (including a modulator) and a transmission antenna 123b, and a receiver 124 including a reception antenna 124a and a demodulator 124c. Looking at the operation of the spindle torsional vibration sensor unit, by measuring the torsional vibration of the spindle in the strain gauge (123a) and transmitting the vibration signal to the transmission antenna (123b), and transmits it back to the receiving antenna (124a), the transmission The signal is demodulated in a suitable form by the demodulator 124b and provided to the arithmetic and control unit 25 of FIG.
이와 같이, 롤채터발생 예지장치는 압연기스탠드 진동센서부 외에, 추가적으로 비틀림진동센서부를 구비하게 된다. 이는 본 발명이 롤 채터현상이 압연기스탠드의 고유진동수가 작업롤 구동 스핀들의 비틀림진동과 공진하는 현상이라는 새로운 사실에 기초하기 때문이다. 본 발명자에 의해 밝혀진 이러한 원리를 따라, 본 발명은 스핀들 비틀림 진동수에 기초하여 채터발생위험도를 산출할 수 있도록 고안되었다.As such, the roll chatter generation predicting device further includes a torsional vibration sensor unit in addition to the rolling mill stand vibration sensor unit. This is because the present invention is based on the new fact that the roll chatter phenomenon is a phenomenon in which the natural frequency of the mill stand resonates with the torsional vibration of the work roll drive spindle. According to this principle found by the present inventors, the present invention is designed to calculate the chattering risk based on the spindle torsion frequency.
이하, 본 발명에 따른 롤채터발생 예지장치의 작동(특히, 연산/제어부(25)의 처리과정)을 도2와 함께 도4a 및 4b를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the roll chatter generation predictive apparatus according to the present invention (particularly, the processing of the operation / control unit 25) will be described in more detail with reference to FIGS. 4A and 4B.
도4a 및 도4b는 각각 본 발명에 따른 압연기스탠드의 진동센서부와 롤 구동용 스핀들의 비틀림진동센서부로부터 수신된 주파수신호의 일예를 나타내는 그래프이다.4A and 4B are graphs each showing an example of a frequency signal received from a vibration sensor unit of a rolling mill stand and a torsional vibration sensor unit of a roll driving spindle according to the present invention.
도2의 압연기스탠드 진동센서부(21)는 채터발생시에 압연기스탠드의 진동을 측정하여 롤채터연산제어부(25)에 제공한다. 롤채터 연산제어부(25)는 그 진동신호를 분석하여 최대세기를 갖는 주파수대역을 압연기스탠드의 공진주파수로 결정한다. 예를 들어, 도4a에 도시된 압연기스탠드의 진동그래프에서는, 도면에 표시된 피크치를 주파수를 공진주파수(fr)로 정할 수 있다.The rolling mill stand vibration sensor 21 of FIG. 2 measures the vibration of the rolling mill stand at the time of chatter generation and provides it to the roll chatter calculation control unit 25. The roll chatter operation control unit 25 analyzes the vibration signal and determines the frequency band having the maximum intensity as the resonant frequency of the rolling mill stand. For example, in the vibration graph of the rolling mill stand shown in Fig. 4A, the peak value shown in the drawing can be defined as the resonant frequency fr.
이와 같이, 연산제어부(25)는 롤 채터가 발생한 소재에 한하여 롤 채터가 발생한 시점에서 실제 주파수 분석결과를 토대로 결정되므로, 스탠드의 구조적 변동을 고려하여 정확한 공진주파수를 정할 수 있다. 이 때에 연산제어부(25)에서 공진주파수를 정하는데 사용되는 식(1)은,As described above, since the calculation control unit 25 is determined based on the actual frequency analysis result at the time of the roll chatter only for the material on which the roll chatter is generated, it is possible to determine an accurate resonant frequency in consideration of the structural variation of the stand. At this time, the equation (1) used to determine the resonance frequency in the calculation control unit 25,
으로 표시될 수 있다. 여기서, Mfn은 전체 주파수대역을 소정의 대역으로 n개로 분할한 각 주파수분할영역 내의 주파수성분세기(Fi)의 합을 나타내며, sup는 N개의 인자 중에 최대값을 검출하는 연산자를 말한다.It may be indicated by. Here, M fn represents the sum of the frequency component strengths F i in each frequency division region obtained by dividing the entire frequency band into n predetermined bands, and sup denotes an operator for detecting a maximum value among N factors.
상기 식(1)에 따라, 상기 연산제어부(25)는 최대 세기를 갖는 분할영역을 산출하여 공진주파수(fr)로 결정할 수 있다.According to Equation (1), the operation control unit 25 may calculate the division region having the maximum intensity and determine the resonance frequency f r .
또한, 상기 연산제어부(25)는 스핀들 비틀림진동센서부(23)로부터 해당 압연기스탠드의 스핀들 비틀림진동신호를 입력받고, 이를 분석하여 상기 공진주파수(fr)이 속하는 분할영역 내에서의 주파수성분세기의 합(Mfr)이 각 분할영역 내에서의 주파수성분세기의 합(MFi)의 총합(즉, 비틀림진동신호에서 나타나는 전체 주파수영역의 주파수성분세기의 합)에서 차지하는 비율을 채터발생위험도(K1)로 판단한다. 이 때에, 연산제어부(25)에서 사용되는 식(2)는,The arithmetic and control unit 25 receives a spindle torsional vibration signal of the rolling mill stand from the spindle torsional vibration sensor unit 23 and analyzes the frequency and intensity of the frequency component in the divided region to which the resonance frequency f r belongs. The ratio of the sum (M fr ) to the sum of the sum of the frequency component intensities (M Fi ) in each divided region (i.e., the sum of the frequency component intensities of all the frequency domains in the torsional vibration signal) is the ratio of chatter generation risk ( It is determined by K1). At this time, equation (2) used in the calculation control unit 25,
이며,Is,
여기서, 사용된 각 인자는 다음과 같다.Here, each argument used is as follows.
K1 : 제1 롤 채터발생 위험도(또는 실시간 롤 채터발생 위험도),K1: risk of first roll chatter (or risk of real time roll chatter),
Fi: iHz의 주파수성분의 크기 (전체 주파수대역 중 임의의 주파수: i=1~m),F i : magnitude of the frequency component of iHz (any frequency of the entire frequency band: i = 1 to m),
MFj: j번째 주파수 분할 영역내 속한 Fi의 합 (j=1~m/N),M Fj : Sum of Fi belonging to j th frequency division range (j = 1 ~ m / N),
Mfr: 공진주파수(fr)이 속한 주파수 분할 영역 내의 Fi의 합.M fr : Sum of Fi in the frequency division where the resonant frequency fr belongs.
앞서 설명한 바와 같이, 이는 열간 압연기의 롤 채터 현상이 압연기 스탠드의 구조적인 고유진동수가 작업 롤의 구동 스핀들에 발생하는 비틀림 진동에 의해 공진하는 현상이라는 점에 착안한 것이다. 여기서 얻어진 롤 채터발생 위험도(K1)는 각 스탠드의 구동 스핀들에 설치한 비틀림 진동센서부로부터 수신한 신호에 포함된 주파수 영역별 신호 중에서 압연기의 고유진동수에 해당하는 주파수 영역의 크기가 차지하는 비율과 비례한다는 새로운 사실에 기초한다.As described above, this is focused on the fact that the roll chatter phenomenon of the hot rolling mill is a phenomenon in which the structural natural frequency of the rolling mill resonates due to the torsional vibration occurring in the drive spindle of the work roll. The roll chatter generation risk K1 obtained here is proportional to the proportion of the frequency domain corresponding to the natural frequency of the rolling mill among the frequency domain signals included in the signal received from the torsional vibration sensor unit installed in the drive spindle of each stand. It is based on the new fact.
또한, 이러한 제1 롤 채터발생 위험도(K1)는 각 스탠드에 구비된 압연기스탠드진동센서부와 스핀들 비틀림센서부로부터 얻은 정보에 기초하여, 각각의 스탠드별로 제1 롤 채터 발생 위험도를 제공할 수 있다.In addition, the first roll chatter generation risk K1 may provide a first roll chatter generation risk for each stand based on information obtained from the mill stand vibration sensor unit and the spindle torsion sensor unit provided in each stand. .
이렇게 얻어진 제1 롤 채터발생 위험도(K1)는 상기 연산제어부(25)에 의해 경보장치 또는 통상 디스플레이장치와 같은 작업자의 표시장치(30)에 제공된다.The first roll chatter generation risk K1 thus obtained is provided to the operator's display device 30 such as an alarm device or a normal display device by the arithmetic and control unit 25.
본 발명은 실시간 중에 수행되는 제1 롤 채터발생 위험도(K1)의 연산과정은 소재가 압연되는 중에 실시간으로 압연기의 스탠드별 롤 채터 발생 위험도(K1)를 계산하는 과정이다.The calculation process of the first roll chatter generation risk K1 performed in real time is a process of calculating a roll chatter generation risk K1 for each stand of the rolling mill in real time while the material is being rolled.
나아가, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 압연 대상 소재가 압연기 인입 전에 미리 얻은 소재 정보를 이용하여, 실시 전에 제2 롤 채터 발생 위험도(K2)를 제공할 수 있다. 소재 정보는 롤 채터발생과 연관성있는 강판에 대한 소재정보를 말하며, 필요에 따라 그 구체적인 사항을 달리 정할 수 있으나, 바람직하게는, 강판의 압연 전 두께( x0), 압연 후 두께(x1), 폭(x2), 강종(x3)과 온도(x4)를 포함할 수 있다. 이와 같은 소재정보는 새로운 소재가 인입되기 전에 해당 소재의 정보를 상위 전산시스템(10)으로부터 롤채터 연산제어부(25)에 입력되도록 구성된다.Furthermore, in another embodiment of this invention, the 2nd roll chatter generation | occurrence | production risk K2 can be provided before implementation using the material information which the rolling target material acquired before roll mill drawing in advance. The material information refers to the material information of the steel sheet that is associated with the roll chatter generation, and the specific matters may be determined as necessary, but preferably, the thickness before rolling (x 0 ) and the thickness after rolling (x 1 ). , Width (x 2 ), steel grade (x 3 ) and temperature (x 4 ). Such material information is configured to input information of the corresponding material into the roll chatter operation control unit 25 from the upper computer system 10 before the new material is introduced.
한편, 본 실시형태에서, 상기 연산제어부(25)는 선행된 압연공정에서 소재정보에 따라 복수개의 소재영역을 구분하여 설정하여 각 소재영역별로 채터발생확률(Pi)을 계산하여 상기 데이터베이스부(27)에 저장한다. 이 때에 사용되는 식(3)은,On the other hand, in the present embodiment, the operation controller 25 calculates the chattering occurrence probability (P i) for each material zone set by separating the plurality of the material region according to the material information from a prior rolling process, wherein the database unit ( 27). Equation (3) used at this time is
이다.to be.
이러한 연산과정으로 상기 데이터베이스부(27)는 미리 설정된 소재영역별 채터발생확률(Pi)에 관한 데이터가 구축된다.The calculation process by the database unit 27 is built, the data related to pre-chattering occurrence probability set by the material areas (P i).
이어, 새로운 공정에서 다른 소재가 압연기 공정에 인입될 때에, 상기 연산제어부(25)는 앞서 설명한 바와 같이 상위전산시스템(10)으로부터 그 가공대상소재에 관한 정보를 입력받고, 이어 상기 데이터베이스부(27)에 저장된 소재영역별 채터발생확률(Pi)과 그 소재정보의 유사도에 따라, 가공대상소재의 제2 롤 채터발생 위험도(K2)를 판단한다. 이 때에 사용되는 식(4)는,Subsequently, when another material is introduced into the rolling mill process in the new process, the operation control unit 25 receives information about the material to be processed from the upper computer system 10 as described above, and then the database unit 27 The second roll chatter generation risk (K2) of the material to be processed is determined according to the similarity between the chatter generation probability (P i ) and the material information of each material region. Formula (4) used at this time is
이며,Is,
여기서, 사용된 각 인자는 다음과 같다.Here, each argument used is as follows.
K2 : 제2 롤 채터발생위험도 (신규 가공대상소재의 롤 채터 발생 위험도)K2: Risk of second roll chatter (Risk risk of new material to be processed)
x : 신규 가공대상 소재정보x: New material to be processed
( x0:압연전두께, x1:압연후두께, x2:폭, x3:강종, x4:온도 )(x 0 : thickness before rolling, x 1 : thickness after rolling, x 2 : width, x 3 : steel grade, x 4 : temperature)
xi: 데이터 베이스에 i번째 저장된 소재의 정보 벡터x i : Information vector of the i th material stored in the database
Pi: 데이터 베이스에 i번째 저장된 소재의 롤 채터 발생확률P i : Probability of roll chatter for i-th material stored in database
Si: x와 xi간의 유사도S i : Similarity between x and x i
상기 식(4)에서 얻어진 K2는 인입전의 신규 압연 소재에 대한 롤 채터 발생 위험도를 나타낸다. 이러한 제2 롤채터발생위험도는 앞서 설명된 제1 롤채터발생위험도와 마찬가지로, 적용 대상의 열간 압연 스탠드별로 각각 계산된다.K2 obtained by the said Formula (4) shows the risk of roll chatter generation | occurrence | production with respect to the new rolled material before pulling in. The second roll chatter risk is calculated for each hot rolling stand to be applied, similarly to the first roll chatter risk described above.
따라서, 작업자는 표시장치(30)를 통해 각 스탠드에 대한 롤 채터 발생 위험도를 미리 확인하여, 그 롤 채터발생 위험도(K2)가 높은 스탠드에 인가되는 압하부하를 상대적으로 발생위험도(K2)가 낮은 다른 스탠드로 배분할 수 있으므로, 사전에 신규 소재에 대한 롤 채터를 획기적으로 감소시킬 수 있다.Therefore, the operator confirms in advance the risk of roll chatter generation for each stand through the display device 30, and the rolling risk applied to the stand having the high roll chatter risk K2 is relatively low. Since it can be distributed to other stands, it is possible to significantly reduce roll chatter for new materials in advance.
도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 롤 채터발생 예지방법을 설명하기 위한 흐름도이다.5A and 5B are flowcharts for explaining a roll chatter generation prediction method according to the present invention.
도5a를 참조하면, 압연공정 중에 실시간으로 산출되는 롤 채터발생위험도(K1)의 연산과정이 단계별로 도시되어 있다.Referring to FIG. 5A, a calculation process of the roll chatter generation risk K1 calculated in real time during the rolling process is illustrated step by step.
우선, 단계(310)에서는, 복수개의 압연기스탠드 중 적어도 하나의 압연기스탠드의 진동수와 그 압연기스탠드에 구비된 구동 스핀들의 비틀림 진동를 측정한다.First, in step 310, the frequency of at least one rolling mill stand of the plurality of rolling mill stands and the torsional vibration of the drive spindle provided in the rolling mill stands are measured.
이어, 단계(320)에서는, 채터발생시 상기 압연기스탠드의 진동신호에서 얻어진 주파수특성을 분석하여, 식(1)을 이용하여 최대 세기의 주파수를 그 압연기 스탠드의 공진주파수(fr)로 정한다.Next, in step 320, the frequency characteristic obtained from the vibration signal of the rolling mill stand at the time of chatter generation is analyzed, and the frequency of the maximum intensity is set as the resonance frequency f r of the rolling mill stand using Equation (1).
다음으로, 상기 구동 스핀들의 비틀림 진동수에서 전체대역의 주파수성분의 합() 중 상기 공진주파수(fr)에 해당하는 분할영역 내의 주파수성분의 합(Mfr)의 비율을 채터발생위험도(K1)로 판단한다. 여기서, 상기 설명된 식(2)가 이용될 수 있다.Next, the sum of the frequency components of the entire band at the torsional frequency of the drive spindle ( ), The ratio of the sum M fr of the frequency components in the divided region corresponding to the resonance frequency f r is determined as the chatter generation risk K1. Here, equation (2) described above can be used.
최종적으로, 단계(340)에서는, 얻어진 각 압연기스탠드에 대한 채터발생위험도(K1)는 작업자의 표시장치에 제공되고, 이를 참조하여 작업자는 압연공정 중 채터발생이 최소화되도록 조업과정을 재구성할 수 있다.Finally, in step 340, the chatter generation risk K1 for each of the obtained mill stands is provided to the operator's display device, and the operator can reconfigure the operation process to minimize chatter generation during the rolling process. .
도5b는 신규로 인입된 가공대상소재에 대한 채터발생위험도(K2)를 판단하는 과정을 나타낸다.Figure 5b shows a process of determining the chatter generation risk (K2) for the newly introduced material to be processed.
도5b를 참조하면, 우선 단계(410)에서는, 선행공정에서 가공대상소재의 정보(xi)에 따라 구분된 소재영역에 따라 구분하여 상기 각 스탠드에 대한 실제 채터발생율(Pi)을 저장하여 소재영역별 데이터베이스를 구축한다. 상기 실제 채터발생율은 실제 여러횟수에 걸친 선행공정에서 축적되는 데이터로 가공소재정보에 따라 소재영역을 구분하여 상기 식(3)과 같이 산출된다.Referring to Figure 5b, first in step 410, and separated according to the material regions divided according to the information (x i) of the processing target material from the preceding step to save the actual chatter incidence (P i) for each of the stand Build database for each material area. The actual chatter generation rate is data accumulated in a plurality of preceding steps, and is calculated as shown in Equation (3) by dividing the material area according to the processed material information.
이어, 단계(420)에서는, 새로운 압연공정에서, 가공될 신규 소재의 정보가 상위전산시스템으로부터 입력된다. 이 때에 신규소재 정보는 단계(410)에서 사용되는, 채터발생과 관련된 소재정보로서, 앞서 설명한 바와 같이 강판의 압연 전 두께( x0), 압연 후 두께(x1), 폭(x2), 강종(x3) 및, 온도(x4)를 포함할 수 있다.Then, in step 420, in the new rolling process, the information of the new material to be processed is input from the higher computing system. At this time, the new material information is the material information related to the chatter generation, which is used in step 410, and as described above, the thickness before rolling (x 0 ), the thickness after rolling (x 1 ), the width (x 2 ), Steel grade (x 3 ) and temperature (x 4 ).
다음으로, 단계(430)에서는, 상기 신규가공대상소재의 정보와 각 소재영역에 저장된 소재정보간의 유사성을 판단한다. 이러한 유사성판단에 따라, 단계(440)에서, 최대유사성을 갖는 소재영역의 채터발생확률(Pi)이 그 신규가공대상소재의 채터발생위험도(K2)로 판단된다. 이러한 과정은 상기 식(4)에 의한 연산과정으로 설명될 수 있다.Next, in step 430, the similarity between the information of the new material to be processed and the material information stored in each material area is determined. According to this similarity is determined, in step 440, a chattering occurrence probability of the material region having the greatest similarity (P i) is determined as the newly generated chatter risk (K2) of the processed target material. This process can be described as the operation process according to Equation (4).
끝으로, 단계(450)에서 신규인입대상소재의 롤 채터발생 위험도(K2)는 작업자의 표시장치에 제공되며, 롤 채터발생 위험도(K2)가 높은 스탠드에 인가되는 압하부하를 상대적으로 발생위험도(K2)가 낮은 다른 스탠드로 배분함으로써 롤 채터발생을 예방할 수 있다.Finally, in step 450, the roll chatter generation risk K2 of the new incoming material is provided to the operator's display device, and the rolling load applied to the stand having the high roll chatter risk K2 is relatively generated. The roll chatter can be prevented by allocating to another stand having a low K2).
도5a 및 도5b에 설명된 2가지 채터발생위험도 산출방법은 각각 다른 시스템과 방법으로 구현될 수도 있다.The two chatter generation risk calculation methods described in FIGS. 5A and 5B may be implemented by different systems and methods, respectively.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but by the appended claims. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that various forms of substitution, modification, and alteration are possible without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 압연기의 롤 채터 예지 장치에 따르면, 종래의 조업자 경험적 예측 및 판단에 근거한 롤 채터 예지기능의 부정확성을 극복할 수 있어서 롤 채터의 예방을 통한 제품불량 및 롤 손상을 극소화하여 압연제품의 실수율 향상과 생산력 증대의 효과를 제공한다As described above, according to the roll chatter predicting apparatus of the rolling mill according to the present invention, it is possible to overcome the inaccuracy of the roll chatter predictive function based on the conventional operator's empirical prediction and judgment, thereby preventing product defects and roll damage by preventing the roll chatter. Minimized to improve the error rate of the rolled products and increase the productivity
Claims (5)
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