KR20120115050A - 링 압연 장치의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 링의 외경 증가 속도를 기준으로 각종 롤의 이송 속도를 제어하여 링 압연 시간을 손쉽게 조절할 수 있는 링 압연 장치의 제어방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 구동롤, 압연롤, 상부 축롤, 하부 축롤, 센서, 압연롤 이송장치, 축롤 이송장치 및 제어장치를 포함하는 링 압연 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 제어장치가 가공 진행에 따라 공작물의 단면이 최초 단면에서 최종 단면으로 변하는 경로를 제시하는 경로 제시 단계; 제시된 경로 중에 특정 경로를 사용자가 선택하는 경로 입력 단계; 상기 선택된 경로에 따라 상기 제어장치에 의하여 상기 압연롤과 상기 상부 축롤의 위치를 계산하여 저장하는 좌표 결정 단계; 외경 증가 속도를 제어장치에 입력하는 외경 증가 속도 입력 단계; 및 상기 제어장치는 상기 센서의 현재 링 외경 정보를 입력받아 현재 링 외경 증가 속도를 산출하고, 현재의 링 외경 증가 속도가 입력된 링 증가 속도와 같아지도록 상기 압연롤과 상부 축롤의 이송 속도를 제어하는 링 압연 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

링 압연 장치의 제어 방법{Control method for ring rolling mill}

본 발명은 링 압연 장치의 제어 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 소재의 외경 성장률을 기반으로 생산 속도를 조절하는 링 압연 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

기계 부품 또는 구조물에 링 요소들이 다소 사용되고 있다. 상기 링 요소 중 비교적 크기가 작은 경우에는 절삭에 의하여 가공 가능하나, 대형의 형태인 경우에는 절삭으로 가공하는 것에는 한계가 있다.

이때 적용되는 방식으로 링 압연를 들 수 있다. 상기 가공 방식을 링을 압연 형태로 가공하므로 재료의 기계적 성질이 향상되고 또한 생산성에서 절삭에 의한 가공보다 우수한 특징이 있어 대형의 링 요소의 가공에 주로 적용된다.

상기 링 압연 가공 절차를 구체적으로 살펴보면, 먼저 무게를 고려 소재를 절단한 뒤 둥근 통나무 형태로 만든다.

그리고, 상기 소재의 기계적 성질을 향상시키기 위하여 소재 축 방향으로 압력을 가하여 업셋 가공을 한다.

그리고 상기 업셋 가공 후의 소재를 링 압연 장치의 가공에 적합하도록 정 중앙에 구멍을 뚫어 초기 링 형태의 공작물로 가공한다.

이후에는 하기의 링 압연 장치에 의하여 상기 공작물을 소정의 목표 형상으로 가공하여 최종 제품을 완성한다.

상기 링 압연 장치는 도 1에 도시된 바와 같은 기본 구성을 하고 있다. 상기 장치의 구성을 살펴보면, 원주 방향의 링의 가공을 위한 압연롤(12)과 공작물(20)의 회전을 위한 구동롤(11)을 포함한다.

상기 구동롤(11)과 압연롤(12) 사이에 공작물(20)이 위치하며, 상기 압연롤(12)의 가압력에 의하여 상기 공작물(20)의 외경 및 내경이 가공이 진행될수록 점점 커지게 된다.

상기 압연롤(12)과 구동롤(11)의 축간 거리 역시 가공이 진행될수록 줄어들어 소정의 공작물(20)의 외경 및 내경에서 가공을 완료하게 된다. 이때 상기 공작물(20)의 내경 및 외경은 센서에 의하여 측정하여 압연롤(12)의 압력과 압연롤(12)과 구동롤(11) 사이의 거리 등을 적절히 제어한다.

한편, 상기 링 형태의 공작물(20)의 높이는 상부 축롤(13)과 하부 축롤(14) 사이에 공작물(20)을 위치시키고, 상기 축롤(13, 14) 사이의 간격을 조절하여 제어한다. 상기 축롤(13, 14)은 동일 형상이며, 공작물(20)과 접촉하는 부위는 공작물(20)의 크기 변화에 대응하기 위하여 원뿔 형태이며, 공작물(20)의 높이는 상기 원뿔의 외곽 라인과 수평으로 일치시켜 가공이 진행된다.

결국, 링 압연 장치는 공작물(20)의 외경 및 내경을 조절하기 위하여 압연롤(12)의 압력, 압연롤(12)과 구동롤(11)의 거리, 구동롤(11)의 회전수, 상부 축롤(13)과 하부 축롤(14)의 거리 및 축롤(13, 14)의 회전수, 축롤(13, 14)과 구동롤(12) 사이의 거리 등의 인자들을 공작물(20)의 변형 정도에 따라 조절하여 소정 크기의 링 공작물(20)을 생산하게 된다.

한편, 높은 품질의 링 압연 제품 생산을 위한 중요한 공정 변수는 링 압연 시간이다. 링 압연의 시간을 천천히 하는 경우에는 소재의 냉각으로 인하여 압연 하중이 증가하고 링의 뒤틀림 등에 의한 성형 형상의 문제가 발생되며, 각 롤의 마모도가 증가하는 단점이 있으며, 반대로 링 압연 시간이 빠른 경우에는 제품의 치수를 맞추지 못하고 링의 동심도가 나빠지는 문제가 발생한다.

종래 링 압연 속도는 압연롤(12)이 구동롤(11)로 근접하는 이송 속도와 상부 축롤(13)의 하강 속도를 조정하여 조절하였다. 그러나 실제 제품의 생산은 링의 외경 증가 속도에 의하여 결정되므로, 상기 압연롤(12)과 상부 축롤(13)의 이송속도를 사용자가 선정하여 최종 제품의 링의 외경 증가 속도를 예측하여 링 압연기를 가동하므로 숙련된 작업자 이외에는 정확한 링 압연 속도를 맞추지 못하는 단점이 있어, 비교적 간단히 링 압연 속도를 맞출 수 있는 새로운 방식이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 링의 외경 증가 속도를 기준으로 각종 롤의 이송 속도를 제어하여 링 압연 시간을 손쉽게 조절할 수 있는 링 압연 장치의 제어방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 구동롤, 압연롤, 상부 축롤, 하부 축롤, 센서, 압연롤 이송장치, 축롤 이송장치 및 제어장치를 포함하는 링 압연 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 제어장치가 가공 진행에 따라 공작물의 단면이 최초 단면에서 최종 단면으로 변하는 경로를 제시하는 경로 제시 단계; 제시된 경로 중에 특정 경로를 사용자가 선택하는 경로 입력 단계; 상기 선택된 경로에 따라 상기 제어장치에 의하여 상기 압연롤과 상기 상부 축롤의 위치를 계산하여 저장하는 좌표 결정 단계; 외경 증가 속도를 제어장치에 입력하는 외경 증가 속도 입력 단계; 및 상기 제어장치는 상기 센서의 현재 링 외경 정보를 입력받아 현재 링 외경 증가 속도를 산출하고, 현재의 링 외경 증가 속도가 입력된 링 증가 속도와 같아지도록 상기 압연롤과 상부 축롤의 이송 속도를 제어하는 링 압연 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 경로 제시 단계에서 경로는 생산되는 제품의 특성에 맞게 다수개가 선정의되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 외경 증가 속도 입력 단계에서 외경 증가 속도는 3개의 구간으로 구분되며, 초기 구간에서는 속도가 증가하고, 중간 구간에서는 최고 속도에서 점진적으로 감소하는 형태이며, 마지막 구간에서는 급격히 감소하는 형태로 설정하고, 초기 구간과 중간 구간의 교점에서의 속도와 중간 구간과 마지막 구간의 속도만 입력하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 링 압연 단계에서 제어되는 압연롤의 이송 속도와 상부 축롤의 이송 속도의 비는 상기 압연롤 및 상부 축롤의 위치에서의 경로 미분 값의 비로 결정되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 링 제품의 외경을 대상으로 제어를 수행하므로 높은 품질의 제품을 얻을 수 있는 효과가 있으며, 경로의 선택과 외경 증가 속도만을 선택하므로 비숙련자도 손쉽게 작동시킬 수 있는 효과가 있으며, 더 나아가 제품의 신뢰성을 향상시켜서 생산 속도의 증가를 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 링 압연 장치의 구성을 설명하는 구성도이며,
도 2는 본 발명에 따른 링 압연 장치의 제어 방법의 구현을 위한 제어장치의 구성도이며,
도 3은 본 발명에 따른 링 압연 장치의 제어 방법의 절차도이며,
도 4는 본 발명에 따른 링 압연 장치의 제어 방법 가공이 진행될 수록 변경되는 제품의 단면 변화 경로를 설명하는 설명도이며,
도 5는 링 압연 장치의 제어 방법에서 외경 증가 속도를 설명하는 그래프이다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 링 압연 장치의 제어장치(100)에 제어 대상이 되는 링 압연 장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 구동롤(11), 압연롤(12), 상부 축롤(13), 하부 축롤(14)로 구성되며, 상기 구동롤(11)은 링 형태의 공작물(20)의 외경에 접하여 공작물(20)을 회전시키는 역할을 하며, 상기 압연롤(12)은 상기 공작물(20)의 내경에 접하여 상기 구동롤(11)의 지지에 의하여 상기 공작물(20)을 가압하는 역할을 한다. 그리고 상기 하부 축롤(14)은 상기 공작물(20)의 밑면을 지지하고, 상기 상부 축롤(13)은 상기 공작물(20)의 윗면을 가압하는 역할을 한다.

즉, 상기 링 압연 장치(10)는 상기 압연롤(12)의 이송과 상기 상부 축롤(13)의 이송에 의하여 상기 공작물(20)을 원하는 외경, 내경 및 높이로 가공한다.

그리고, 센서(30)는 공작물(20)의 외경의 크기를 감지하는 역할을 한다.

한편, 상기 링 압연 장치(10)의 제어장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 센서(30)의 정보를 입력받아 현재 공작물(20)의 외경을 산정하고, 압연롤(12)의 이송하는 압연롤 이송장치(40), 상부 축롤의 이송을 제어하는 축롤 이송장치(50)를 각각 제어한다. 그리고 입력장치(60)를 통하여 사용자의 입력정보를 입력받고, 출력장치(70)를 통하여 사용자에게 필요한 정보를 출력한다.

상기 제어장치(100)는 물론 기타 필요한 장치, 예를 들면 구동롤(11)의 회전수 등의 제어도 동시에 수행하고, 기타 정보들도 입력받는다.

또한 상기 제어장치(100)는 압연롤 이송장치(40)를 통하여 현재 압연롤(12)의 위치 정보를 그리고 상기 축롤 이송장치(50)를 통하여 상부 축롤(13)의 위치정보를 획득한다.

다음은 상기 링 압연 장치(10)의 제어장치(100)를 통한 제어방법을 도 3을 참고하여 구체적으로 설명한다.

경로 제시 단계( S1 ):

먼저 공작물(20)의 단면의 크기 변화에 대한 경로를 제시하는 경로 제시 단계(S1)가 수행된다.

공작물(20)의 가공시간에 따른 단면의 변화는 도 4와 같다. 사각형의 단면을 갖는 공작물(20)의 경우 최초 단면(21)에서 최종 단면(22)으로 가공시간과 함께 변화되며, 상기 변화되는 형태를 도 4에 도시된 바와 같이 임의 경로(90)를 가진다. 상기 경로(90)의 x방향은 압연롤(12)의 이송 방향이며, y방향을 상부 축롤(13)의 이송 방향을 나타낸다.

따라서, 압연롤(12)의 이송 속도와 상부 축롤(13)의 이송 속도에 의하여 상기 경로(90)는 이론적으로 무한대가 존재하게 된다.

그러나, 가공 공작물(20)의 형태에 따라 상기 경로(90)를 제시할 수 있다. 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같이 A경로(90)의 경우에는 디스크 형태의 공작물(20)에 적합하고, B경로의 경우에는 노즐 형태의 공작물(20)에 적합하다.

이러한 링 압연 장치(10) 특성을 기초로 하여 최종 공작물(20)의 형태에 적합한 경로(90)들을 선정의 하여 제어장치(100)에 저장하고, 저장된 경로(90)들을 제시한다.

경로 입력 단계( S2 ):

다음은 상기 단계에서 제시된 경로(90)를 선정하여 입력하는 단계이다.

상기 제어장치(100)는 다수의 경로(90)를 제시하며, 이때 사용자는 가공하고자 하는 가공물(20)의 특성을 파악하여 적절한 경로(90)를 선택하여 입력한다.

좌표 결정 단계( S3 ):

사용자의 경로(90) 선택이 완료되면, 압연롤(12) 좌표와 상부 축롤(13)의 좌표가 결정되며, 이러한 압연롤(12)와 상부 축롤(13)의 좌표를 제어장치(100)는 최초 단면(21)부터 최종 단면(22)까지 저장한다.

상기 좌표는 연속적인 값이나 제어장치(100)의 분해능을 고려하여 적절히 이산화시켜 저장한다.

외경 증가 속도 입력 단계( S4 ):

상기 좌표 결정 단계에서는 압연롤(12)과 축롤(13)의 이송 위치가 산정되었다. 그러나 링 압연 장치(100)의 작동과 생산시간을 위해서는 압연롤(12)와 축롤(13)의 이송 속도가 정의되어야 한다.

본 발명에 따른 링 압연 장치의 제어 방법은 제어의 목표를 공작물(20)의 외경 증가 속도를 먼저 설정하고, 상기 외경 증가율을 목표로 상기 압연롤(12)과 축롤(13)의 이송 속도를 제어한다.

본 단계에서는 상기 외경 증가 속도를 설정 입력한다.

외경 증가 속도는 도 5에 도시된 바와 같이 a, b, c의 구간을 갖는 속도 외형(110)을 갖는 것으로 정의할 수 있다. 여기서, x좌표는 공작물(20)의 외경비이며 y좌표는 공작물(20)의 외경 증가 속도이다. 물론 상기 속도 외형(110)은 필요한 경우 더 많은 구간으로 구분할 수 있나, 본 발명에 따른 링 압연 장치의 제어 방법은 상기 3가지 구간으로 속도 외형을 정의한다.

특히 초기 a구간에서는 공작물(20)의 표면이 고르지 못하기 때문에 외경 증가 속도를 천천히 하여 서서히 증가시키고, b구간에서는 전체 가공 시간을 조절하기 위하여 빠른 외경 증가 속도로 설정하고 종반부인 c구간에서는 외경 증가 속도를 서서히 감소시키는 것이 바람직하다.

이때, 외경 증가 속도는 a구간과 b구간의 교점, b구간과 c구간의 교점에서의 외경 증가 속도만 입력하면 된다.

그러나 필요한 경우에는 상기 구간을 추가할 수 있으며, 이때는 입력되는 외경 증가 속도 역시 추가된다.

또한, x좌표는 공작물(20)의 외경이 아니라 외경비를 기준으로 설정한다. 여기서 공작물(20)의 외경을 기준으로 하는 경우에는 생산되는 공작물(20)의 외경에 따라 달리 설정해야 하나, 외경비를 기준으로 설정하는 경우 하나의 속도 외형(110)으로 제어장치(100)가 관리할 수 있는 편리성이 있다.

사용자는 이 단계에서 상기 a, b 및 c 구간의 속도 외형(110)을 설정하여 입력한다.

링 압연 단계(S5):

상기 단계에서 입력된 외경 증가 속도 외형을 기준으로 링 압연 단계(S5)에서는 직접 링 가공을 실시한다.

먼저, 상기 제어장치(100)는 상기 센서(30)에 의하여 측정된 실제 링의 외경을 입력받고 실제 외경 증가 속도를 계산한다.

상기 실제 링의 외경을 이용하여 상기 단계에서 입력된 목표 외경 증가 속도를 추출한다.

그리고 현재 압연롤(12)와 상부 축롤(13)의 위치 정보를 이용하여 상기 경로(90)의 미분값을 이용하여 압연롤(12)의 이송속도와 상부 축롤(13)의 이송속도 비를 산정한다.

상기 실제 외경 증가 속도와 목표 외경 증가 속도를 대비하여 상기 실제 외경 증가 속도가 목표 외경 증가 속도가 되도록, 압연롤(12)과 상부 축롤(13)의 이송 속도를 PID제어하여 압연 가공을 진행한다.

물론, 상기 압연롤(12)을 제어하면, 상기 상부 축롤(13)의 이송속도는 경로(90)의 미분값에 의하여 정해지며, 반대로 상부 축롤(13)의 이송속도를 제어하며, 역시 상기 경로(90)의 미분값에 의하여 압연롤(12)의 이송속도 역시 정해진다.

이러한 링 압연 단계는 가공이 완료되는 시점까지 진행된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

10: 링 압연 장치 11: 구동롤
12: 압연롤 13: 상부 축롤
14: 하부 축롤 20: 공작물
21: 최초 단면 22: 최종 단면
30: 센서 40: 압연롤 이송장치
50: 축롤 이송장치 60: 입력장치
70: 출력장치 90: 경로
100: 제어장치 110: 속도 외형

Claims (4)

1. 구동롤, 압연롤, 상부 축롤, 하부 축롤, 센서, 압연롤 이송장치, 축롤 이송장치 및 제어장치를 포함하는 링 압연 장치의 제어 방법에 있어서,
   상기 제어장치가 가공 진행에 따라 공작물의 단면이 최초 단면에서 최종 단면으로 변하는 경로를 제시하는 경로 제시 단계;
   제시된 경로 중에 특정 경로를 사용자가 선택하는 경로 입력 단계;
   상기 선택된 경로에 따라 상기 제어장치에 의하여 상기 압연롤과 상기 상부 축롤의 위치를 계산하여 저장하는 좌표 결정 단계;
   외경 증가 속도를 제어장치에 입력하는 외경 증가 속도 입력 단계; 및
   상기 제어장치는 상기 센서의 현재 링 외경 정보를 입력받아 현재 링 외경 증가 속도를 산출하고, 현재의 링 외경 증가 속도가 입력된 링 증가 속도와 같아지도록 상기 압연롤과 상부 축롤의 이송 속도를 제어하는 링 압연 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 링 압연 장치의 제어 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 경로 제시 단계에서 경로는 생산되는 제품의 특성에 맞게 다수개가 선정의되는 것을 특징으로 하는 링 압연 장치의 제어 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 외경 증가 속도 입력 단계에서 외경 증가 속도는 3개의 구간으로 구분되며, 초기 구간에서는 속도가 증가하고, 중간 구간에서는 최고 속도에서 점진적으로 감소하는 형태이며, 마지막 구간에서는 급격히 감소하는 형태로 설정하고, 초기 구간과 중간 구간의 교점에서의 속도와 중간 구간과 마지막 구간의 속도만 입력하는 것을 특징으로 하는 링 압연 장치의 제어 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 링 압연 단계에서 제어되는 압연롤의 이송 속도와 상부 축롤의 이송 속도의 비는 상기 압연롤 및 상부 축롤의 위치에서의 경로 미분 값의 비로 결정되는 것을 특징으로 하는 링 압연 장치의 제어 방법.
   

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