KR20050023742A - 보빈 권취 선재의 길이 계산 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카운터 없이도 보빈에 권취된 선재의 길이를 계산하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은, 특정 장력 하에서 권취된 선재의 일정 길이(l_f)와 그에 상응한 권취경(D_f)을 입력 저장하는 단계와; 하한 위치에 있던 댄서(21)를 중앙 위치측으로 이동시키는 단계와; 상기 댄서(21)의 중앙 위치에서 근접 센서(s)의 신호가 입력되는 단계와; 상기 근접 센서(s)의 신호와 함께 입력되는 댄서(21)와 보빈(B)의 위치 신호가 저장되는 단계와; 제어부에 저장된 댄서(21)와 보빈(B)의 위치 신호, 댄서의 회전 반경을 이용하여 임의의 권취 길이(l_x)에 해당하는 권취경(D_x)을 연산하는 단계와; 연산된 권취경(D_x)을 이용하여 임의의 권취 길이(l_x)를 연산하는 단계로 이루어지며, 이때 상기 권취경(D_x)과 권취 길이(l_x )를 다음의 식으로 연산함에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

수학식

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Description

보빈 권취 선재의 길이 계산 방법{The calculating method of the wire length wound on a bobin}

본 발명은 보빈에 권취된 선재의 길이를 계산하는 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 신선 라인과 같이 선재를 제조하는 공정에서 일정한 장력으로 보빈에 권취된 선재를 동일한 장력으로 사용하게 되는 다른 선재 라인에서 사용시 진행하는 선재에 접촉되어 회전하는 카운터에 의해 그 진행 거리를 실측하지 않고 댄서를 중앙 위치로 옮기는 작업만을 통하여 선재의 진행 거리를 계산할 수 있도록 함으로써, 카운터의 고장이나 카운터와 선재 사이의 슬립 등에 의한 카운터의 오작동에 관계 없이, 또는 카운터 없이도 진행된 선재의 길이를 정확하게 계산할 수 있는 보빈 권취 선재의 길이 계산 방법에 관한 것이다.

일반적으로 신선 라인과 같은 선재 제조 라인에서 생산된 선재를 사용하는 각종 선재 라인에는 일반적으로 선재가 만권된 공급 보빈을 장착하는 공급릴과, 사용된 선재를 권취하기 위한 공보빈이 장착되는 권취릴이 구비되어 있다.

상기와 같은 선재 라인에서는 선재가 사용됨에 따라 선재의 사용량을 측정하게 되며, 이를 기초로 하여 공급 보빈에 남아 있는 선재의 권취경과 권취 보빈에 권취된 선재의 권취경을 계산하게 되고, 그에 따라 선재 라인에서 진행하는 선재의 장력 등 작업 조건이 일정하게 유지되도록 제어되는 바, 진행한 선재의 길이를 측정하고 권취경을 계산하는 종래의 방법 및 그 문제점은 다음과 같다.

일반적으로 선재를 사용하는 장치에서 선재의 길이 측정은, 선재의 외주면에 밀착되어 회전하는 롤러의 회전수를 이용하여 진행된 선재의 길이를 연산하는 카운터를 이용하는 것이 가장 일반적인 방법으로서, 이러한 카운터는 실제 진행하는 선재의 외주면에 접촉된 롤러가 선재의 진행과 함께 회전하고, 그 회전수에 의해 선재의 진행 길이를 연산한다는 측면에서 가장 정확한 측정 방법이기는 하다.

그러나, 롤러의 기계적 회전에 의존하기 때문에 선재의 진행 속도 변화에 의해 롤러와의 사이에 발생될 수 있는 슬립이나, 롤러 베어링 등의 파손에 의해 롤러의 회전 불량 또는 선재와의 접촉에 의한 롤러의 마모 등과 같은 요인들에 의해 롤러의 회전수가 와이어의 실제 진행 거리에 대응하지 못하여 선재의 실제 진행 거리 연산에 오차가 발생될 수 있으며, 카운터 롤러의 주기적인 보수를 필요로 하게 되는 불편함이 있다.

그리고, 선재의 구체적인 일예로 와이어 쏘우의 권취경을 수학적으로 측정하는 방법으로는 공극율(η)을 이용할 수 있는 바, 이를 살펴 보면 다음의 수학식 1과 같다.

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상기에서, η은 공극율, V_S는 권취 길이에 대한 선재의 실제 부피, V_W는 권취 길이에 대하여 선재가 보빈에 감겨 있는 부피, W_W는 권취 길이에 대한 선재의 실제 무게, W_S공극이 없을 경우 V_W에 대하여 선재와 같은 비중을 가지는 재료의 중량, d _W는 선재의 직경, l_W은 보빈에 권취되어 있는 선재의 길이, W는 보빈 플렌지 사이의 길이(보빈의 폭 또는 보빈 권취면의 길이), G는 선재의 비중, R₁은 보빈 축과 권취되어 있는 선재 권취 외주면까지의 거리, R₂는 보빈 축과 보빈 몸체부 권취면까지의 거리이다.

따라서, 상기의 수학식 1로부터 선재의 권취 길이(l)는 다음의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

상기 수학식 2로부터 선재의 권취 길이, 또는 진행 길이를 계산하기 위해서는 권취경과 공극률을 알아야만 하기 때문에 실제적으로는 상기 수학식 2에 의해 선재의 진행 거리를 계산할 수가 없다.

즉, 일반적인 선재 라인에서는 카운터 롤러를 사용하여 선재의 진행 길이를 실측한 후 이를 기초로하여 권취경을 계산하며, 권취경을 실측하지는 않기 때문이다.

또한, 계속 변화하는 권취경이나 선재 라인이 정지하였을 때마다 권취경을 매번 측정하기도 어렵다.

이상에서와 같이, 일반적인 선재 라인에서 선재의 진행 길이를 측정하는 방법으로는 카운터 롤러를 이용하는 외에는 뚜렷한 방법이 없으나, 카운터 롤러는 전술한 바와 같이 작동 불량, 주기적인 보수, 슬립 등 다수의 문제점을 가지고 있는 실정이다.

본 발명은 종래 선재 라인에서 선재의 진행 길이를 측정하는 방법이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 전 공정에서 보빈에 권취된 선재를 사용하며, 전·후 선재 공정에서 선재에 적용되는 장력이 동일한 경우 카운터 롤러와 같은 실측 장비 없이 댄서를 움직이는 작업만으로 선재의 진행 길이, 즉 권취 길이를 계산할 수 있도록 함으로써, 카운터 롤러의 오작동에 의한 선재 진행 길이 계산의 오차를 줄이고 카운터 롤러의 유지 보수에 따른 불편함을 방지하는 동시에, 카운터 롤러에 의해 측정된 선재의 진행 길이를 기초로 하여 보빈 교체시 공급 보빈이나 권취 보빈의 선재 잔량을 입력하여야 하는 작업을 배제시켜 작업자의 생산성을 높일 수 있도록 보빈에 권취된 선재 길이의 연산 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명 보빈 권취 선재의 길이 계산 방법은 전(前)·후(後) 선재 라인에서 작업시 선재에 부여되는 장력이 동일하다는 전제 조건에서 출발한다.

본 발명의 방법은, 임의의 선재 라인에서 보빈에 권취된 선재를 사용하게 되는 다른 선재 라인에서 상기 권취된 선재가 동일한 장력 하에서 사용되며, 상기 임의의 선재 라인에서 권취된 선재의 권취경과 권취 길이를 다른 선재 라인에서 작업전 알 수 있는 경우에 적용하기 위한 것이다.

즉, 본 발명의 방법은, 임의의 선재 라인에서 권취된 선재를 사용하는 다른 선재 라인의 작업 중 보빈을 교체하여 재가동하는 경우 교체된 보빈과 교체되지 않은 보빈 - 공급 보빈 또는 권취 보빈 - 에 대한 권취 길이나 잔량 길이를 신선 라인의 재가동과 함께 계산하여 신선 라인의 재가동을 신속히 하기 위한 것이다.

상기와 같이 전·후 신선 라인의 선재 장력이 동일하고, 후 신선 라인 작업 중 선 신선 라인에서 권취된 선재의 권취경과 권취 길이 및 보빈의 권취면 직경을 알고 있는 전제 하에서, 새로운 보빈에 권취된 선재의 길이를 도 1에 의거 살펴 보면 다음의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.

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상기 식에서, l_f는 측정된 선재의 길이, l_x는 임의의 선재 길이, D_f는 측정된 길이(l_f)에 상응하는 선재의 측정 권취경, D_x는 선재의 임의의 길이(l_x)에 상응하는 권취경, D_B는 보빈 몸체 권취면 직경, d_W는 선재의 직경, η는 공극률, W는 보빈 플렌지 사이의 길이(보빈의 폭 또는 보빈 권취면의 길이)이다.

즉, 전 선재 라인에서 특정 장력이 부여된 상태에서 권취면 직경이 D_B인 보빈에 권취된 선재의 길이(l_f)와 권취경(D_f)을 알 수 있으면, 후 선재 라인에서는 상기 수학식 1에 의해 보빈에 권취된 선재의 길이, 즉 전 선재 라인에서 보빈에 권취된 선재를 사용하여 동일한 장력으로 작업되는 후 선재 라인에서의 작업 중 진행된 선재의 길이를 계산할 수 있게 된다.

이때, 후 선재 라인에서 진행된 임의의 선재 길이를 계산하기 위해서는 임의의 선재 길이로 권취된 권취경을 알아야 하는 바, 이는 실측이 아닌 다음과 같은 방법에 의해 연산될 수 있게 된다.

일반적으로 선재 라인에는 선재에 부여되는 장력이 일정하게 유지될 수 있도록 상·하로 왕복 이동이 가능한 댄서가 권취릴 직전과 공급릴 직후에 설치되는 바, 설명의 편의상 일측의 댄서와 릴의 부분 구성도를 도시한 도 2에 의거하여 권취경이 연산되는 방법을 살펴 보면 다음과 같다.

바(bar) 형상을 하는 댄서암(A)의 일측 단부에 회전가능하게 결합되며, 댄서암(A)의 타측 단부를 중심으로 원호상으로 상·하 왕복 이동 가능한 공회전 롤러인 댄서(21) 앞의 전방 가이드롤(R_F)은 정지 상태이며 댄서(21) 다음의 후방 가이드롤(R_R)은 회전 가능한 상태에서, 정지되었던 선재 라인을 가동하기 위하여 보빈(B)이 장착된 릴을 회전시켜 스톱바(22)에 걸려 하한 위치에 정지하였던 댄서(21)를 근접 센서(s)가 있는 중앙 위치로 상향 이동시켰을 때 댄서(21)와 보빈(B) 권취면의 이동 거리는 다음의 수학식 4와 같다.

상기 식에서, l_D : 댄서가 움직인 이동 거리, R_D : 댄서의 회전 반경,

α : 댄서의 회전 각도, l_B : 보빈의 권취 외주면 이동 거리,

R_x : 보빈의 권취 반경, θ : 보빈(또는 릴)의 회전 각도.

이때, 전방 가이드롤(R_F)은 정지 상태이기 때문에 상기 전방 가이드롤(R_F)과 보빈(B) 사이에 위치한 선재(S)가 릴 측으로 당겨져 댄서가 상승하면서 보빈(B)에 권취되는 바, 전방 가이드롤(R_F)과 후방 가이드롤(R_R) 사이에 드리워진 선재의 길이가 감소하게 된다.

즉, 댄서가 하한 위치 및 중앙 위치에 있을 때 전방 가이드롤(R_F)과 후방 가이드롤(R_R) 사이에 드리워진 선재의 길이를 각각 l₁, l₂ 라 하면, 릴의 회전에 따라 보빈(B)에 감겨지는 선재의 길이는 다음의 수학식 4와 같이 표현된다.

따라서, 상기 수학식 5로부터 보빈(B)의 권취경 D_x는 다음 식과 같이 나타낼 수 있게 된다.

상기 수학식 6에서 R_D, α는 고정된 값이며, θ는 측정값이므로 보빈의 권취경 D_x를 간단히 계산할 수 있게 되며, 이와 같이 계산된 권취경 D_x와 수학식 3을 이용하여 권취 길이 l_x를 연산할 수 있게 된다.

상기와 같이 선재의 권취 길이 l_x가 연산되는 방법이 선재 라인에 적용되는 단계를 살펴 보면 다음과 같다.

특정 장력 하에서 권취된 선재의 일정 길이(l_f)와 그에 상응한 권취경(D_f)을 1회에 한하여 제어부(도면 미도시)에 입력 저장하는 단계와;

릴을 회전시켜 선재를 잡아당겨 권취함으로써 하한 위치에 있던 댄서(21)를 중앙 위치측으로 이동시킴에 따라 댄서암(A)(또는 댄서)과 보빈(B)(또는 릴)의 위치 신호가 제어부로 입력되는 단계와;

상기 댄서(21)가 중앙 위치에 도달되어 근접 센서(s)의 신호가 상기 제어부로 입력되는 단계와;

보빈(B)이 장착된 릴이 정지되고, 상기 근접 센서(s)의 신호와 함께 입력되는 댄서(21)와 보빈(B)의 위치 신호가 제어부에 저장되는 단계와;

상기 제어부에 저장된 댄서(21)와 보빈(B)의 위치 신호, 댄서의 회전 반경 및 상기 수학식 6을 이용하여 제어부의 중앙처리장치에서 임의의 권취 길이(l_x)에 해당하는 권취경(D_x)을 연산하는 단계와;

연산된 권취경(D_x)과 제어부에 저장된 수학식 3을 이용하여 임의의 권취 길이(l_x)를 연산하는 단계로 이루어지며, 이와 같이 선재 라인의 정지 후 재가동 직전 단순히 댄서만을 움직여 정지시의 권취경(D_f)과 그에 상응한 권취 길이(l_x)가 연산됨으로써, 선재 라인의 재가동 준비가 완료된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 보빈 권취 선재의 길이 계산 방법은, 특정 장력으로 권취된 선재를 동일한 장력으로 사용하는 선재 라인의 작업에서, 댄서를 하한 위치에서 중앙 위치로 단순히 이동시키는 작업만을 통하여 작업된 선재의 길이, 즉 권취 길이를 알 수 있도록 함으로써, 선재 라인의 재가동시 공급 보빈에 남겨진 선재의 길이나 권취 보빈에 감겨진 선재의 길이를 새로이 입력할 필요가 없이 즉시 재가동이 가능하여 작업자의 노동 부하가 감소되고, 생산성이 향상되는 이점이 있다.

도 1은 선재가 권취된 보빈을 보인 것으로,

(가)는 특정 길이(l_f)의 선재가 권취된 보빈의 단면도이고,

(나)는 임의의 길이(l_x) 선재가 권취된 보빈의 단면도이다.

도 2는 선재 라인의 댄서와 릴 부분의 개략 구성도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

21. 댄서 22. 스톱바

A. 댄서암 B. 보빈

R_F. 전방 가이드롤 R_R. 후방 가이드롤

S. 선재 s. 근접센서

Claims (1)

1. 특정 장력 하에서 권취된 선재의 일정 길이(l_f)와 그에 상응한 권취경(D_f)을 입력 저장하는 단계와;

   하한 위치에 있던 댄서(21)를 중앙 위치측으로 이동시킴에 따라 댄서암(A)과 보빈(B)의 위치 신호가 입력되는 단계와;

   상기 댄서(21)가 중앙 위치에 도달되어 근접 센서(s)의 신호가 입력되는 단계와;

   보빈(B)이 장착된 릴이 정지되고, 상기 근접 센서(s)의 신호와 함께 입력되는 댄서(21)와 보빈(B)의 위치 신호가 저장되는 단계와;

   상기 제어부에 저장된 댄서(21)와 보빈(B)의 위치 신호, 댄서의 회전 반경 및 상기 수학식 6을 이용하여 제어부의 중앙처리장치에서 임의의 권취 길이(l_x)에 해당하는 권취경(D_x)을 연산하는 단계와;

   연산된 권취경(D_x)과 제어부에 저장된 수학식 3을 이용하여 임의의 권취 길이(l_x)를 연산하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 보빈 권취 선재의 길이 계산 방법.

   수학식 6

   수학식 3