KR20220123455A - 코일 형성 동작에서 이벤트의 힘 감지 및 오프셋 - Google Patents

Abstract

압연기 코일러에 관한 시스템 및 방법이 개시된다. 롤과 코일의 표면 사이에 일정한 힘을 유지하기 위한 제어 방식에 대한 시스템 및 방법이 개시된다. 예시적인 시스템 및 방법은 코일의 일부를 형성하는 단계, 금속 스트립이 코일로 롤링되는 동안 코일의 힘에 대응하는 제1 코일 데이터를 캡처하는 단계, 금속 스트립이 코일로 롤링되는 동안 코일의 위치에 대응하는 제2 코일 데이터를 캡처하는 단계, 롤의 롤 힘과 돌출부의 위치에 대응하는 신호를 결정하는 단계, 및 롤에 결합된 유압 실린더로 신호를 송신하는 단계를 포함하고, 유압 실린더는 롤이 코일의 반경방향 힘에 반대되는 롤 힘을 가하도록 한다.

Description

코일 형성 동작에서 이벤트의 힘 감지 및 오프셋

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 "코일 형성 동작에서 이벤트의 힘 감지 및 오프셋"라는 명칭의 2020년 1월 22일에 출원된 미국 가출원 번호 제62/964,200호의 이익 및 우선권을 주장하며, 그 내용은 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.

발명의 분야

본 출원은 압연기 코일러(rolling mill coiler)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 롤(roll)과 코일(coil)의 표면 사이에 일정한 힘을 유지하기 위한 제어 방식에 대한 시스템 및 방법이 개시된다.

금속 잉곳(metal ingot)은 압연 동작 동안 금속 스트립으로 압연될 수 있다. 금속 스트립은 압연기 코일러를 사용하여 코일로 롤링될 수 있다. 금속 스트립이 코일로 롤링되면, 코일의 랩(lab)들 사이에 공기가 갇힐 수 있다. 공기 포획은 긁힘 흠집 결함(scratch-gouge defect) 및 코일 스코핑(scoping)과 같은 특정 문제를 일으킬 수 있다. 압연기 코일러는 코일의 랩들 사이의 공기 포획을 제한하기 위해 코일의 표면과 접촉할 수 있는 롤을 압연기에 통합할 수 있다. 코일의 돌출부(protrusion) 또는 범프는 코일과 롤의 반경방향 힘을 발생시킬 수 있고, 이는 코일의 압연 동안 코일과 롤 사이에 일정한 힘을 방해할 수 있다.

이 특허에서 사용된 "발명", "상기 발명", "이 발명" 및 "본 발명"이라는 용어는 이 특허 및 아래의 특허 청구범위의 모든 주제를 광범위하게 언급하기 위한 것이다. 이러한 용어를 포함하는 진술은 본 명세서에 설명된 주제를 제한하거나 아래 특허 청구범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이 특허가 적용되는 발명의 실시예는 이 요약이 아니라 아래의 청구범위에 의해 정의된다. 이 요약은 본 발명의 다양한 실시예의 상위 레벨 개요이며 아래의 상세한 설명 섹션에서 추가로 설명되는 개념 중 일부를 소개한다. 이 요약은 청구된 주제의 핵심 또는 필수 기능을 식별하기 위한 것이 아니며 청구된 주제의 범위를 결정하기 위해 별도로 사용하려는 것도 아니다. 주제는 이 특허의 전체 명세서, 일부 또는 모든 도면 및 각 청구범위의 적절한 부분을 참조하여 이해해야 한다.

본 기술의 예시적인 실시예는 방법을 포함할 수 있다. 방법은 예를 들어 코일링 장치를 사용하여 코일 형성 동작에 의해, 금속 스트립으로부터 코일의 제1 랩 및 코일의 제2 랩을 포함하는 코일의 일부를 형성하는 단계-여기서, 상기 코일의 제2 랩은 돌출부를 포함함-; 상기 코일 형성 동작 동안 제1 센서에 의해, 상기 금속 스트립이 상기 코일로 롤링되는 동안 상기 코일과 연관된 제1 코일 데이터를 캡처하는 단계-여기서, 상기 제1 코일 데이터는 상기 롤이 상기 돌출부에 접촉할 때 상기 롤에 가해지는 상기 코일로부터의 반경방향 힘에 대응하는 데이터를 포함함-; 상기 코일 형성 동작 동안 제2 센서에 의해, 상기 금속 스트립이 상기 코일로 롤링되는 동안 상기 코일과 관련된 제2 코일 데이터를 캡처하는 단계-여기서, 상기 제2 코일 데이터는 상기 롤이 상기 코일에 접촉할 때 상기 코일의 위치에 대응하는 데이터를 포함함-; 상기 제1 코일 데이터, 상기 제2 코일 데이터 및 회로를 이용하여 상기 롤의 롤 힘 및 상기 돌출부의 위치에 대응하는 신호를 결정하는 단계; 및 상기 신호를 상기 롤에 결합된 유압 실린더로 송신하는 단계를 포함하고, 상기 신호가 유압 실린더에 의해 수신된 후, 상기 유압 실린더는 상기 롤이 상기 롤 힘을 가하도록 하고, 상기 롤 힘은 상기 코일의 반경방향 힘에 반대이다.

추가적인 양태에서, 롤이 롤 힘을 가하도록 하는 유압 실린더는 롤에 의해 가해지는 힘을 감소시키는 것을 포함한다. 본 방법은 전기적으로 코일에 연결된 릴 인코더 또는 기계적으로 코일에 연결된 각도 인코더를 사용하여 일정 기간 동안 코일의 주파수에 대응하는 데이터를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적인 양태에서, 회로는 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트를 포함한다. 추가적인 양태에서, 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트의 각각의 필터는 코일의 각속도의 고조파와 연관된다. 추가 양태에서, 코일의 제2 랩의 돌출부는 코일의 제1 랩의 선단부에 의해 적어도 부분적으로 형성된다. 추가적인 양태에서, 제2 코일 데이터는 롤이 돌출부와 접촉할 때 코일의 위치에 대응하는 데이터를 포함한다. 추가 양태에서, 제1 센서는 롤에 전기적으로 연결된 힘 부하 셀이다. 추가적인 측면에서, 제2 센서는 유압 실린더에 전기적으로 연결된 선형 변환기이다. 추가적인 측면에서, 롤은 아이어닝 롤이다.

다른 예시적인 실시예는 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 예를 들어 코일의 표면에 접촉하도록 구성된 롤-여기서, 상기 코일은 코일링 장치를 사용하여 코일 형성 동작에 의해 형성됨-; 상기 코일에 의해 제1 방향으로 전달되는 제1 힘에 대응하는 제1 데이터를 캡처하도록 구성된 힘 부하 셀; 상기 코일의 위치에 대응하는 제2 데이터를 캡처하도록 구성된 선형 변환기; 상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터를 사용하여, 상기 제1 힘에 대응하기 위해 제2 힘과 연관된 신호를 결정하도록 구성된 회로; 및 상기 회로로부터 상기 신호를 수신하고 상기 제2 힘을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 상기 롤에 전달하도록 구성된 유압 실린더를 포함한다.

추가 양태에서, 롤이 롤 힘을 가하도록 하는 유압 실린더는 롤에 의해 가해지는 힘을 감소시키도록 구성된다. 추가적인 양태에서, 시스템은 코일에 전기적으로 또는 기계적으로 연결된 릴 인코더 또는 각도 인코더를 더 포함하고, 릴 인코더는 일정 기간에 걸쳐 코일의 주파수들에 대응하는 데이터를 생성하도록 구성된다. 추가적인 양태에서, 회로는 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트를 포함한다. 추가적인 양태에서, 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트의 각각의 필터는 코일의 각속도의 고조파와 연관된다. 추가 양태에서, 코일의 일부는 금속 스트립으로부터 코일의 제1 랩 및 코일의 제2 랩을 포함하고, 코일의 제2 랩은 돌출부를 포함하고, 코일의 제2 랩의 돌출부는 코일의 제1 랩의 선단부에 의해 적어도 부분적으로 형성된다. 추가적인 양태에서, 제2 코일 데이터는 롤이 돌출부와 접촉할 때 코일의 위치에 대응하는 데이터를 포함한다. 추가적인 측면에서, 롤은 아이어닝 롤이다.

본 개시에서 설명된 다양한 구현예들은 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점을 포함할 수 있으며, 이는 반드시 본 명세서에 명시적으로 개시될 필요는 없지만 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면을 검토하면 당업자에게 명백할 것이다. 이러한 모든 시스템, 방법, 특징 및 이점은 본 개시내용 내에 포함되고 첨부된 청구범위에 의해 보호되도록 의도된다.

다양한 실시예의 특성 및 이점에 대한 추가 이해는 다음 도면을 참조하여 실현될 수 있다. 도면의 특징 및 컴포넌트는 본 개시내용의 일반 원리를 강조하기 위해 예시된다. 첨부된 도면에서 유사한 컴포넌트 또는 특징은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 또한, 동일한 유형의 다양한 컴포넌트들은 참조 라벨 뒤에 대시를 사용하고 유사한 컴포넌트를 구분하는 두 번째 라벨을 사용하여 구분될 수 있다. 사양에 제1 참조 라벨만이 사용되는 경우, 설명은 제2 참조 라벨에 관계없이 동일한 제1 참조 라벨을 가진 유사한 컴포넌트들 중 하나에 적용될 수 있다.
도 1은 코일에 공기가 포획된 금속 스트립으로부터 형성된 코일을 도시한다.
도 2는 금속 스트립의 예시적인 긁힘 흠집 결함의 사진을 도시한다.
도 3은 본 기술의 실시예에 따른, 코일에 힘을 가하는 롤을 갖는 금속 스트립으로부터 형성된 코일을 도시한다.
도 4는 본 기술의 실시예에 따른, 금속 스트립으로부터 형성된 코일 및 코일의 제2 랩의 돌출부를 도시한다.
도 5는 본 기술의 실시예에 따른, 금속 스트립으로부터 형성된 일련의 코일들, 코일의 돌출부 및 롤을 도시한다.
도 6은 본 기술의 실시예에 따른, 롤을 제어하도록 구성된 유압 실린더 시스템 및 롤을 갖는 코일을 도시한다.
도 7은 본 기술의 실시예에 따른, 코일링 프로세스 전반에 걸쳐 일정한 힘을 유지하기 위한 예시적인 제어 시스템을 도시한다.
도 8은 본 기술의 실시예에 따른, 도 7에 도시된 제어 시스템의 일부로서 사용되는 예시적인 일련의 필터들을 도시한다.
도 9는 본 기술의 실시예에 따른, 예시적인 프로세스의 예시적인 흐름도이다.

본 발명의 실시예의 주제는 법적 요건을 충족하기 위해 구체적으로 본 명세서에 설명되지만, 이 설명은 반드시 청구범위의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 청구된 주제는 다른 방식으로 구현될 수 있고, 다른 요소 또는 단계를 포함할 수 있으며, 다른 기존 또는 미래의 기술과 함께 사용될 수 있다. 이 설명은 개별 단계의 순서 또는 요소의 배열이 명시적으로 설명된 경우를 제외하고는 다양한 단계 또는 요소 사이의 특정 순서 또는 배열을 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 출원은 압연기 코일러(rolling mill coiler)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 롤과 코일의 표면 사이에 일정한 힘을 유지하기 위한 제어 방식을 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 코일 크기가 시간이 지남에 따라 증가함에 따라 롤이 닙(nip)을 따라 호 운동(arc motion)으로 이동할 수 있다.

금속 잉곳은 압연 동작 동안 금속 스트립으로 압연될 수 있다. 금속 스트립은 코일러 및 코일링 동작을 사용하여 코일로 롤링될 수 있다. 금속 스트립이 코일로 롤링되면 코일의 랩들 사이에 공기가 갇힐 수 있다. 공기 포획은 긁힘 흠집 결함 및 코일 스컬핑(coil sculpting)과 같은 특정 문제를 일으킬 수 있다. 압연기 코일러는 코일의 랩들 사이의 공기 포획을 제한하기 위해 코일의 표면과 접촉할 수 있는 롤을 압연기에 통합할 수 있다. 코일의 돌출부 또는 범프는 코일과 롤의 반경방향 힘을 발생시킬 수 있고, 이는 코일의 롤링 동안 코일과 롤 사이에 일정한 힘을 방해할 수 있다. 용어 "범프(bump)" 및 "돌출부(protrusion)"는 본 명세서에서 상호교환가능하게 사용될 수 있다.

보다 구체적으로, 압연된 금속 스트립의 얇은 특성으로 인해 작더라도 금속 스트립은 폭을 가지므로 금속 스트립의 선단부(leading edge)는 높이가 0이 아니다. 금속 스트립이 코일러에서 코일링되기 시작하면, 금속 스트립의 선단부가 코일의 제1 랩을 시작할 수 있다. 코일의 제2 랩이 시작되면, 금속 스트립의 제2 랩이 금속 스트립의 앞쪽 선단부 위에 놓여, 돌출부가 야기된다. 돌출부는 코일의 선단부의 폭과 코일의 제1 랩의 외부 표면과 코일러 드럼 사이의 거리로 인해 발생할 수 있다. 롤은 코일의 닙(nip)에서 코일의 표면과 접촉할 수 있다(코일의 "닙"은 코일과 들어오는 금속 스트립과 같은 두 개의 롤이 접촉하는 위치일 수 있음). 코일의 제1 랩으로 인한 돌출부와 닙이 코일 둘레의 동일한 위치에 있는 경우, 돌출부는 코일로부터 롤로 추가 반경방향 힘을 유발할 수 있다. 이 추가 힘으로 인해 롤과 코일 사이의 힘이 일정하지 않게 될 수 있다. 제어 방식은 편심 보상(eccentricity compensation)을 사용하여 코일에 이러한 돌출부가 존재하는 경우에도 프로세스 전반에 걸쳐 롤과 코일 표면 사이에 일정한 힘을 유지하도록 할 수 있다.

도 1은 코일에 공기가 포획된 금속 스트립으로부터 형성된 코일을 도시한다. 금속 스트립(102)은 코일링 드럼(coiling drum)(106) 상으로 공급될 수 있다. 금속 스트립(102)의 다중 랩들이 코일링 드럼(106) 주위에서 서로의 상부에 적층된 후, 금속의 스트립들이 코일(101)을 구성한다. 코일링 드럼(106)(및 코일(101))이 회전함에 따라, 금속 스트립(102)의 더 많은 부분들이 코일 상에 적층되어 코일의 직경이 증가하게 된다.

코일(101)이 회전되고 금속 스트립(102)이 코일(101)을 향해 이동할 때, 공기는 기류 화살표(108)로 도시된 바와 같이 금속 스트립의 표면을 따라 흐를 수 있다. 따라서, 금속 스트립(102)과 코일(101) 사이에 공기가 갇힐 수 있다. 금속 스트립(102)과 코일(101) 사이에 공기가 갇힌 경우, 즉 코일(101)의 일부일 때 공기가 금속 스트립의 상이한 랩들 사이에 갇힌 경우, 공기는 랩들 사이의 공간을 차지할 수 있으며 랩들이 코일의 일부일 때 의도한 대로 함께 모이는 것이 방지될 수 있다. 금속 스트립의 서로 다른 랩들 사이의 이 공간과 공기는 특정 부정적인 영향을 일으킬 수 있다. 첫째, 입자가 코일의 랩들 사이에 갇힐 수 있다. 둘째, 랩들이 서로 완전히 접촉하지 않을 수 있으므로 랩들이 서로에 대해 이동할 수 있다. 두 랩들이 서로 덜 접촉할 때, 즉 더 많은 공기가 그들 사이에 갇힐 때 코일의 두 랩들 사이에 마찰이 더 적을 수 있다. 입자(예를 들어, 오물 또는 먼지)가 코일의 두 랩들 사이에 갇히고 코일의 두 랩들이 서로에 대해 이동(예를 들어, 슬라이드 또는 롤링)할 때, 입자는 이동하면서 스트립을 긁을 수 있고, 이는 "긁힘 흠집 결함"이라고 부를 수 있으며, 그 예가 아래에 설명된 도 2에 도시되어 있다. 다른 가능한 부정적인 영향도 발생할 수 있다. 예를 들어, 아이어닝 롤(ironing roll)과 같은 롤은 코일의 돌출부로부터의 바운스로 인한 추가 부하와 같은 부하 하에서 변형될 수 있는 코팅을 포함한다. 다른 예에서, 돌출부로부터의 힘의 주기적 특성은 롤 코팅이 실패하도록 하는 과도한 열을 생성할 수 있다. 본 명세서에 설명된 편심 보상 제어 방식은 롤이 코일 표면에 가하는 힘에 대한 코일 돌출부의 영향을 줄이는 것을 목표로 한다.

도 2는 금속 스트립의 긁힘 흠집 결함의 예시 사진을 보여준다. 이미지(110)는 금속 스트립(113)(예를 들어, 도 1의 금속 스트립(102)과 유사할 수 있음) 상에 나타나는 긁힘 흠집 결함을 예시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 롤링의 방향은 이미지(110)의 하단에서 상단으로이다. 결함은 롤링 방향에서 하나 또는 여러 개의 가까운 긁힘들로 나타날 수 있다. 롤링 방향의 스크래치가 여러 개 존재하는 경우 롤링 방향 스크래치들을 함께 연결하는 수평 횡방향 스크래치도 존재할 수 있다.

이미지(111)는 금속 스트립(114) 상의 긁힘 흠집 결함 표면의 3D 스캔을 예시한다. 스트립(114)의 부분(113)에서 움푹 들어간 영역은 긁힘(들)을 나타내고 융기된 부분은 긁힘(들)의 원인-코일의 랩 사이에 갇힌 작은 입자를 나타낸다. 랩들이 서로 상대적으로 이동할 때 입자는 슬라이딩 및 롤링하면서 스트립을 긁을 수 있다. 랩들 사이의 움직임은 일반적으로 롤링 방향으로 발생하지만, 코일은 옆으로 긁히는 원인이 되는 측 방향 움직임을 경험할 수도 있다.

코일의 랩들이 서로에 대해 움직이는 것을 방지하고 및/또는 공기(및 입자)가 코일의 랩들 사이에 갇히는 것을 방지하면 긁힘 흠집 결함을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 이 두 가지 문제는 랩들 사이에 최소한의 공간이 존재하거나 존재하지 않도록 하기 위해 코일의 인접한 랩들을 서로 가압하여 해결될 수 있다. 예를 들어, 두 랩들이 서로 더 많이 접촉할수록 두 랩들 사이에 더 많은 마찰이 발생한다. 아이어닝 롤과 같은 롤을 사용하여 들어오는 금속 스트립으로부터의 최신 랩을 코일 주위에 이미 감긴 이전 랩에 대해 가압할 수 있다.

도 3은 본 기술의 실시예에 따른, 코일에 힘을 가하는 롤로 금속 스트립으로부터 형성된 코일을 도시한다. 아이어닝 롤과 같은 롤(320)은 금속 스트립(302) 및/또는 코일(301)과 접촉할 수 있고 금속 스트립(302) 및/또는 코일(301)에 힘(316)을 가할 수 있다. 롤(320)에 의해 가해지는 힘(316)은 코일(301)의 상부 랩과 코일(301)의 최신 랩, 즉, 금속 스트립(302) 사이에 마찰을 생성하도록 금속 스트립(302)이 코일(301)의 상부 랩과 접촉하게 할 수 있다. 이 마찰로 인해 랩들이 움직이지 않거나 서로에 대해 최소한으로 움직일 수 있으며, 두 랩들 사이에 공기가 갇히는 것을 방지할 수 있고 따라서 하나 이상의 입자들이 긁힘 결함 또는 기타 결함 또는 부정적인 영향을 일으키는 것을 방지할 수 있다.

롤(320)은 예를 들어, 롤이 코일링 프로세스 동안 필요할 수 있는 순응성(compliance)을 갖도록 하는 폴리머 재료로 만들어질 수 있다. 본 기술의 예에서, 롤(320)은 강철로 만들어질 수 있으며, 이는 롤이 코일을 편향시키고 코일을 안정되게 유지하기 위한 더 많은 힘을 갖도록 할 수 있다. 또한, 추가 코일이 롤(320)과 함께 사용될 수 있으며; 2개 이상의 코일들이 시스템에 포함될 수 있으며, 개별적으로 또는 동시에 사용될 수 있다.

도 4는 본 기술의 실시예에 따른, 금속 스트립으로부터 형성된 코일 및 코일의 제2 랩의 돌출부를 도시한다. 코일(402)은 코일의 많은 상이한 "랩들"을 포함할 수 있다. 랩은 예를 들어 코일 주위에 한 번 도달하는 금속 스트립의 일부일 수 있다. 따라서, 코일의 둘레는 새로운 랩이 코일에 추가될 때마다 다를 수 있기 때문에, 코일의 각 랩은 코일의 서로 다른 랩과 약간 다른 길이일 수 있다.

금속 스트립의 선단부(426)는 코일(402)의 제1 랩(422)을 시작할 수 있다. 코일의 제2 랩(424)이 시작될 때, 금속 스트립의 제2 랩(424)은 금속 스트립의 선단부(426)의 상부에 놓일 수 있고, 이는 금속 스트립에 범프 또는 돌출부(428)를 야기할 수 있다. 돌출부(428)는 코일의 선단부의 두께 T 및 코일의 제1 랩의 외부 표면과 코일러 드럼 사이의 거리에 의해 야기될 수 있다. 다시 말해서, 코일의 돌출부에서의 코일(402)의 직경은 코일의 다른 부분에서의 코일의 직경보다 약간 더 클 수 있다(예를 들어, 대략 금속 스트립의 두께 T만큼). 이 직경은 돌출부의 시작 부분에서 점차 증가하기 시작할 수 있으며, 코일의 최대 직경은 코일 상의 다른 곳의 코일 직경에 금속 층의 두께 T를 더한 것을 포함할 수 있다. 돌출부 자체 전체에 걸쳐 돌출부의 두께가 점진적으로 변화하기 때문에, 코일의 직경은 돌출부 전체에 걸쳐 점진적으로 변경될 수 있다. 코일 크기가 증가함에 따라 롤이 닙을 따르도록 롤이 호를 따라 이동할 수 있다.

돌출부(428)는 코일에 더 많은 랩이 추가됨에 따라 크기가 감소할 수 있다. 예를 들어, 돌출부는 코일의 제2 랩에서 가장 클 수 있다. 코일의 더 많은 랩들이 코일에 추가됨에 따라 해당 랩의 돌출부는 코일의 이전 랩의 돌출부와 비교하여 점점 더 작아질 수 있다.

도 5는 본 기술의 실시예에 따른 금속 스트립으로부터 형성된 일련의 코일들, 코일의 돌출부, 및 롤을 도시한다. 도 4와 관련하여 언급된 바와 같이, 코일(예를 들어, 코일(501))의 제2 랩이 시작될 때, 코일의 제2 랩은 금속 스트립의 선단부의 상단에 놓일 수 있으며, 이는 금속 스트립에 돌출부(528)를 야기할 수 있다. 예를 들어, 아이어닝 롤과 같은 롤(520)은 코일 주위에 이미 감겨져 있는 이전 랩(들)에 대해 들어오는 금속 스트립으로부터 제2(또는 후속) 랩을 가압하는 데 사용될 수 있다. 롤(520)은 코일의 닙에서 코일(501)의 표면과 접촉할 수 있다. 코일(501) 및 롤(520)은 롤로부터 코일로의 반경방향 힘(516) 및 코일로부터 롤로의 반경방향 힘(517)을 포함하는 힘을 서로에 가한다. 코일의 제1 랩으로 인한 돌출부와 닙이 코일의 둘레를 따라 같은 위치에 있을 때, 돌출부는 도 5(c)에 도시된 바와 같이 코일로부터 롤로의 반경방향 힘(517')의 증가를 야기할 수 있다. 이 증가된 힘은 코일에 의해 야기된 동적 힘 또는 가속력일 수 있으며, 이는 코일 부하의 스파이크(spike)를 유발할 수 있고 코일링되는 금속 스트립을 손상시킬 수 있다. 이 증가된 힘은 롤과 코일 사이의 전체 힘을 일정하지 않게 만들 수 있다. 즉, 돌출부(528)는 코일의 표면에 가해지는 힘을 증가시켜 롤이 돌출부(528)를 통해 이동하는 동안 코일(501)과 롤(520) 사이의 결합된 힘이 불균형하게 될 수 있다. 유사하게, 롤(520)이 돌출부(528)를 지나 이동한 후, 코일(501)로부터 롤(520)로의 반경방향 힘(517)은 다시 감소할 수 있다. 따라서, 코일(501)과 롤(520) 사이의 힘은 코일의 각 랩의 코일링의 대부분에 걸쳐 일정할 수 있지만, 일정한 힘은 돌출부(528)에 의해 중단될 수 있다. 돌출부는 또한 롤(520)이 순간적으로 그리고 일시적으로 금속 스트립의 표면을 떠나거나 코일의 표면에서 "바운싱"하게 할 수 있다.

제어 방식은, 코일의 돌출부과 같은 편심 교란(disturbance)이 존재하는 경우에도, 코일(501)과 롤(520) 사이의 일정한 힘을 유지하기 위해 편심 보상을 사용할 수 있다. 예를 들어, 코일(501)에 의해 야기된 증가된 반경방향 힘(517')을 보상하기 위해, 코일 힘과 반대 방향일 수 있는 롤(520)로부터의 힘(516)은 감소되어 코일링 프로세스 전체에 걸쳐 힘의 조합을 일정하게 유지할 수 있다. 제어 방식은 코일(501)로부터 증가된 코일 힘을 오프셋하기 위해 힘의 감소가 무엇이어야 하는지를 결정하도록 구성될 수 있다.

도 6은 본 기술의 실시예에 따른, 롤을 제어하도록 구성된 유압 실린더 시스템(hydraulic cylinder system)(600) 및 롤을 갖는 코일을 도시한다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, 아이어닝 롤과 같은 롤(620)은 코일(601)의 랩에 힘을 가하여 공기 및 기타 부스러기가 코일의 랩들 사이에 갇히는 것을 방지하여 코일의 손상 가능성을 방지하도록 구성될 수 있다. 롤(620)에 의해 가해지는 힘은 도 6에 도시된 바와 같이 유압 실린더 시스템에 의해 제어될 수 있다.

유압 실린더 시스템은 롤(620) 또는 코일(601)에 결합된 힘 부하 셀(630)과 같은 제1 센서를 포함할 수 있다. 힘 부하 셀(630)은 롤에(또는 코일에 직접, 또는 롤을 통해 코일에) 연결될 때 코일(601)에 의해 롤(620)에 가해지는 기계적 힘, 예를 들어 본 명세서에 기술된 바와 같은 코일의 돌출부(예를 들어, 돌출부(528))에 의해 야기되는 힘에 비례하는 신호를 반환할 수 있는 힘 센서이다. 힘 부하 셀(630)은 예를 들어 코일(601)에 의해 롤(620)에 가해지는 힘을 나타낼 수 있는 롤(620)에 의해 가해지는 기계적 힘에 비례하는 신호를 반환할 수 있다. 따라서, 힘 부하 셀은 롤(620)과 코일(601) 사이에 일정한 힘을 유지하기 위해 코일의 상향 힘을 오프셋하기 위해 코일을 아래로 누르는 데 필요한 힘의 양을 나타내는 신호를 캡처한다. 코일(601)에 의해 롤(620)에 가해지는 힘을 나타낼 수 있는 신호(예를 들어, 신호(641))는 추가 처리를 위해 회로와 같은 다른 디바이스 또는 디바이스들의 세트로 송신될 수 있다.

유압 실린더 시스템은 또한 유압 실린더(632)를 포함할 수 있다. 유압 실린더(632)는 직접적으로 또는 힘 부하 셀(630)을 통해 롤(620)에 결합될 수 있고, 롤의 위치를 제어할 수 있다. 따라서, 예를 들어 코일(601)이 코일(601)의 돌출부로 인해 롤(620)에 증가된 힘(힘(517')과 같은)을 가할 때, 유압 실린더(632)는 코일(601)에 의해 가해지는 증가된 힘에 대응하기 위해 코일(601)로부터 롤(620)을 당기도록 구성될 수 있다. 도 6에 도시되어 있고 도 7에서 더 자세히 조사된 바와 같이, 유압 실린더(632)는 회로와 같은 다른 컴포넌트에 전기적으로 연결될 수 있고, 이는 유압 실린더(632)에 의해 제어되는 롤(620)에 의해 가해질 조정된 힘을 나타내는 신호를 유압 실린더(632)에 송신할 수 있다.

유압 실린더 시스템은 또한 서보 밸브(servo valve)(636)를 포함할 수 있다. 서보 밸브(636)는 유압 실린더(632)로 유압 유체가 어떻게 그리고 얼마나 많이 보내지는지를 제어하는 전기 작동식 밸브이다. 즉, 서보 밸브(636)는 예를 들어 작은 전기 신호를 사용하여 유압 실린더(632)를 제어하도록 구성될 수 있다. 서보 밸브(636)는 회로(예를 들어, 도 7에서 추가로 설명된 회로)와 같은 다른 디바이스 또는 디바이스들의 세트로부터 신호(640)를 수신하도록 구성될 수 있고, 이는 유압 실린더(632)에 의해 제어되는 롤(620)에 의해 가해지는 힘을 나타낼 수 있다.

유압 실린더 시스템은 또한 선형 변환기(linear transducer)(634)와 같은 제2 센서를 포함할 수 있다. 선형 변환기(634)는 예를 들어 유압 실린더(632) 또는 롤(620)로부터의 선형 운동을 전기 신호로 변환하도록 구성된 위치 센서일 수 있다. 예를 들어, 선형 변환기(634)는 롤(620) 또는 코일(601)의 위치를 캡처하고 그 정보를 신호(642)로 변환할 수 있고, 이는 다른 동작을 수행하기 위해 신호를 사용하기 위해 회로(예를 들어, 도 7에서 더 설명된 회로)와 같은 다른 디바이스 또는 디바이스들의 세트로 송신될 수 있다. 예로서, 신호(642)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 코일(601)의 증가된 힘을 상쇄하기 위해 롤(620)에 적용될 힘을 결정하기 위한 제어 방식의 일부로서 사용될 수 있다.

유압 실린더 시스템은 또한 하나 이상의 축압기(accumulator)(638)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 밸브/실린더에 매우 근접하게 장착되기 때문에 축압기(638)는 유압의 즉각적인 소스를 제공한다. 축압기가 없으면, 유압 펌프를 밸브에 연결하는 파이프의 내부 마찰로 인해 유압 액추에이터의 속도가 제한될 수 있다. 범프가 미리 설정되지 않은 기간 동안 축압기가 충전되고 범프가 교란되는 동안 압력을 유지하기 위해 시스템으로 방전될 수 있다. 복귀 라인 축압기와 관련하여, 축압기는 배출된 유체의 싱크 역할을 할 수 있으므로 파이프 마찰에 의해 생성되는 복귀 라인 압력 증가를 방지할 수 있다.

도 7은 본 기술의 실시예에 따른 코일링 프로세스 전체에 걸쳐 일정한 힘을 유지하기 위한 예시적인 제어 시스템(700)을 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도 6으로부터의 코일, 롤 및 유압 실린더 시스템(600)은 도 7의 제어 시스템(700)의 일부를 구성한다. 제어 시스템(700)은 제어된 방식으로 돌출부의 위치를 예측하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(700)은 돌출부가 롤과 접촉할 수 있는 타이밍을 결정하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템(700)은 또한 돌출부가 롤과 접촉하게 될 때 코일(701)에 의해 야기되는 힘을 결정하도록 구성될 수 있다. 롤링 시스템의 이러한 두 가지 특성을 결정하면 롤이 코일의 돌출부와 접촉하는 특정 시간에 롤의 하향력을 조정함으로써 시스템이 코일의 상향력을 오프셋할 수 있게 한다.

코일링 프로세스에서 코일과 접촉하는 롤이 코일의 돌출부를 통해 이동할 때, 도 4 및 도 5와 관련하여 더 상세히 설명된 바와 같이, 롤에 연결된 힘 부하 셀은 코일의 돌출부로 인해 롤에 가해지는 힘 증가를 검출할 수 있다. 롤이 코일의 돌출부를 지나 이동한 후, 힘 부하 셀은 원래의 힘으로 되돌아가는 힘의 감소를 검출할 수 있다. 이 일시적인 힘의 증가를 오프셋하기 위해, 롤은 롤이 돌출부를 가로질러 이동할 때 코일에 대해 일시적으로 감소된 힘을 다시 적용하고, 코일의 돌출부를 지나 이동하면 롤에 의한 반대력을 다시 증가시키도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 롤의 하향력과 코일의 상향력의 조합이 코일링 프로세스 전반에 걸쳐, 즉, 롤이 돌출부와 접촉할 때와 돌출부와 접촉하지 않을 때, 일관되거나 일정하도록 롤을 조정하도록 구성될 수 있고,

힘 부하 센서와 선형 변환기는 롤로부터 데이터를 수집할 수 있다. 데이터는 코일에 의해 인가된 바와 같은 롤에서 수신된 힘(예를 들어, 힘 부하 센서에 의해 캡처됨) 및 롤의 위치(예를 들어, 선형 변환기에 의해 캡처됨)를 나타낼 수 있다. 따라서, 돌출부가 롤에 접촉할 때와 돌출부가 롤에 접촉하지 않을 때 코일에 의해 가해지는 힘뿐만 아니라 서로에 대한 롤과 코일의 위치를 나타내는 데이터가 연속적으로 캡처될 수 있다. 예를 들어, 힘 부하 센서 및 선형 변환기는 코일링 프로세스의 제1 랩들(예를 들어, 2개의 랩들, 3개의 랩들, 또는 4개의 랩들 등) 동안 이러한 데이터를 수집할 수 있다. 롤 및 코일과 관련된 힘 및 위치 데이터가 캡처되면 디바이스는 이 데이터를 신호로 변환하고 피드백 제어 루프의 나머지 부분으로 이를 송신할 수 있다. 예를 들어, 선형 변환기는 위치 데이터를 캡처하고 이를 위치 신호(742)로 변환할 수 있으며, 이는 그 후 피드백 제어 루프의 위치 부분에 신호를 송신할 수 있다. 또한, 힘 부하 센서는 힘 데이터를 캡처하고 그것을 힘 신호(741)로 변환할 수 있으며, 이는 그런 다음 피드백 제어 루프의 힘 부분으로 송신할 수 있다. 회로는 또한 처리된 위치 신호(도 7의 "KP")와 힘 신호(도 7의 "KF") 사이에서 선택하고 하나를 서보 밸브로 전송할 수 있는 경매 회로(auctioneering circuit)(744)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 서보 밸브/유압 실린더 액추에이터는 액추에이터에 의해 가해지는 힘 또는 액추에이터의 위치를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터는 동시에 둘 모두를 제어할 수 없을 수 있다. 경매 회로(744)는 액추에이터가 경매 회로의 구성에 따라 힘 또는 위치 제어기의 필요성을 충족하도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 경매 회로(744)는 2개의 액츄에이터 기준들 중 최소값을 선택한다. 예를 들어, 아이어닝 롤 어셈블리가 아이어닝 롤을 코일과 접촉하도록 이동함에 따라, 액추에이터의 위치 기준은 스트로크의 50%로 설정되고 힘 기준은 1000뉴턴으로 설정된다. 롤은 코일과 접촉하지 않기 때문에, 힘 제어기의 출력은 최대 압력을 요구함으로써 실린더를 확장하려고 한다. 위치 제어기는 접촉 스트로크에서 실린더를 유지하는 데 더 적은 압력이 필요하다. 경매 회로(744)는 위치와 힘 중 더 작은 것을 선택한다. 아이어닝 롤이 코일과 접촉할 때 위치 기준은 100% 스트로크로 전환되며, 이에 따라 일부 실시예에서는 100% 압력이 필요하다. 힘 제어기는 25%의 압력만 필요하고 회로에 의해 선택된다.

코일 및 롤과 관련된 위치 및 힘 데이터는 지속적으로 캡처 및 모니터링된 다음 회로에 피드백될 수 있다. 즉, 코일이 회전함에 따라 프로세스가 계속되고 인코더 펄스(encoder pulse)가 모델에 대한 업데이트를 생성한다. 서보 밸브/실린더 액추에이터는 두 가지 별개의 제어기들-위치와 힘에 의해 제어된다. 경매 회로(744)에서, KP는 위치 제어기를 나타내고 KF는 힘 제어기를 나타낸다. 일부 실시예에서, 그 수요(예를 들어, 출력)에 따라 임의의 주어진 시간에 오직 하나만이 액추에이터를 제어한다. 이는 피드백 루프이기 때문에, 힘 제어기는 범프의 교란을 보상하는 기능이 없을 수 있다.

설명된 대로 데이터를 수집하고 상관시키는 프로세스가 지속적으로 수행되는 동안, 이는 랩 단위로 수행될 수도 있다(예를 들어, 회전 과정에서 힘과 각도 위치 데이터를 수집하고 무언가를 수행한 다음 반복).

다양한 회로 컴포넌트들이 도 7에 유압 실린더 시스템의 부분들과 라인으로 연결된 것으로 도시되어 있지만, 회로 및/또는 유압 실린더 시스템의 부분들은 코일, 롤, 유압 실린더, 선형 변환기, 서보 밸브 등에서 멀리 떨어져 있을 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 코일링 시스템에서 멀리 떨어져 위치할 수 있으며, 예를 들어 코일링 시스템(예를 들어, 유압 실린더)에서 데이터 또는 신호를 이전에 캡처했을 수 있는 선형 변환기(734)로부터 수신된 데이터 또는 신호를 처리할 수 있다.

제어 시스템(700)은 도 6에 설명된 유압 실린더 시스템의 컴포넌트 외에 릴 인코더(reel encoder)(746)를 포함할 수 있다. 릴 인코더(744)는 코일(701)의 주파수를 결정하도록 구성될 수 있으며, 이는 힘 예측 회로(750)와 관련하여 후술되는 바와 같이 사용될 수 있다. 제어 전략의 목표는 일련의 힘 기준들을 생성하는 것이며, 이는 함께 합산될 때 극성이 반대이고 범프의 교란과 진폭이 같거나 실질적으로 동일한 액추에이터 힘을 생성한다. 일부 실시예에서, 제어기는 코일의 각 위치와 코일의 표면에 대한 아이어닝 롤에 의해 가해지는 힘을 상관시킨다. 인코더는 코일의 각도 위치에 대응하는 신호를 생성할 수 있다. 제어 시스템(700)은 또한 카운터(752)를 포함할 수 있다. 카운터(752)는 예를 들어 회전당 120 펄스로 설정될 수 있으므로 0에서 119까지 반복적으로 카운트할 수 있다. 카운터(752)는 코일의 위치를 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 힘 예측 회로(750)로부터의 사인파 및 코사인파 성분과 상관시킬 수 있다. 다시 말해서, 카운터(752)는 코일의 어느 부분이 표현되고 있는지를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 인코더가 회전당 120펄스의 속도로 연속적인 펄스 트레인을 생성한다고 가정한다. 카운터가 인코더로부터 120개의 펄스들을 누적할 때마다, 카운터는 0으로 재설정된다. 카운터의 각 카운트는 3도의 회전을 나타낸다. 카운터 출력은 사인과 코사인의 주파수가 코일의 회전 주파수와 일치하도록 사인파 및 코사인파 생성기 모두에 공급된다. 카운터가 각 인코더 펄스에 대해 두 번 카운팅하면, 사인 및 코사인 신호의 주파수는 코일 주파수의 두 배가 되는 식이다. 코일의 각도 위치에 대한 측정된 힘의 상관 관계는 각 인코더 펄스가 계산될 때 발생한다. 인코더/카운터 조합은 코일의 각도 위치에 대응하는 신호를 생성하는 임의의 디바이스 또는 디바이스들의 조합으로 대체될 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 제어 시스템(700)은 또한 하나 이상의 힘 예측 회로들(750)을 포함할 수 있고, 이들의 각각은 카운터(752), 사인 함수 엔진(754), 코사인 함수 엔진(756), 및 최소 평균 제곱(LMS) 알고리즘(758)을 포함할 수 있다. 힘 예측 회로들(750)로부터 사인파(들)로 표시되는 코일의 돌출부에 의해 야기되는 코일의 힘에 대응하는 데 사용될 수 있는 롤의 감소된 힘을 모델링하기 위해, 각 고조파에서 사인파(들)의 주파수, 진폭 및 위상 시프트가 결정될 수 있다. 릴 인코더(744)는 주파수를 측정하고 결정하는데 사용될 수 있다. 각각의 힘 예측 회로(750)에 대해, 진폭 및 위상 시프트를 결정하기 위해 상관 제어 방식(예를 들어, LMS 알고리즘(758))이 사용될 수 있다. LMS 알고리즘(758)을 사용하여, 부하 변환기로부터의 힘 피드백은 사인파(754) 및 사인파(756)와 상관될 수 있다. 가산기(adder)(760)에서, 사인파(754) 및 코사인파(756)의 출력이 가산될 수 있고, 가산기의 출력은 코일의 돌출부로 인한 코일의 힘을 나타내는 주파수, 진폭 및 위상 시프트가 있는 힘을 나타내는 신호를 포함한다.

예시적인 힘 예측 회로(750)는, 예를 들어, 이러한 예시적인 컴포넌트를 갖는 자체 튜닝 대역통과 필터일 수 있다. 도 7의 제어 시스템(700)이 단지 하나의 힘 예측 회로(750)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 제어 시스템(700)은 임의의 다른 수의 힘 예측 회로(750)를 포함할 수 있다.

본 명세서에 기재된 바와 같이, 유압 실린더는 코일의 돌출부에 의해 야기된 코일에 의해 생성된 힘과 극성이 반대이고 코일링 프로세스 전반에 걸쳐 롤과 코일 사이의 일관된 힘 조합을 유지하기에 충분한 감소된 힘을 롤이 생성하게 하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템(700)은 (예를 들어, 서보 밸브를 통해) 유압 실린더가 롤 힘을 생성하는 데 사용할 정확하게 계산된 반대 힘을 나타내는 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 즉, 이러한 능동 시스템은 코일에 대해 방사상으로 아이어닝 롤을 이동시키는 데 필요한 정확한 양의 에너지를 제공할 수 있다. 롤이 가져야 하는 힘을 결정하기 위해, 돌출부의 힘이 결정되고 모델링될 수 있다. 코일의 돌출부는 하나 이상의 고조파(harmonic)(즉, 사인파의 컴포넌트 주파수)로 모델링될 수 있다. 각 성분 주파수는 코일이 스피닝/회전하는 주파수/각속도를 나타낼 수 있다. 주어진 모델링에 필요한 주파수의 수, 따라서 힘 예측 회로는 상황에 따라 적응적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 서보 밸브/실린더 액추에이터는 주파수 제한을 갖는다. 한계가 45Hz라고 가정해 본다. 코일링 프로세스가 시작되면 코일의 각도 주파수는 최대이지만 코일이 더 큰 직경으로 구축됨에 따라 주파수가 감소한다. 코일의 최대 주파수가 15Hz이면 처음 세 개의 고조파 필터들만 사용된다. 네 번째가 사용된 경우 필요한 액추에이터 주파수는 60Hz이다. 코일이 느려지면, 그 주파수가 50Hz 아래로 떨어짐에 따라 추가 고조파가 적용될 수 있다. 5개의 고조파들의 각각은 별도의 힘 예측 회로(750)로 표현되며, 이는 도 8에 도시된 바와 같이 서로 연결될 수 있다(3개의 상이한 고조파들을 나타내는 3개의 예시적인 힘 예측 회로들(850)을 도시함).

이상적으로, 돌출부의 완벽한 모델을 달성하기 위해 돌출부는 무한한 수의 고조파들을 포함하는 세트로 모델링될 수 있다. 그러나 모델을 2개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 이상의 고조파들과 같이 하나 이상의 고조파 세트로 나타내는 경우에도 돌출부에 대한 비교적 정확한 모델을 제공할 수 있다(예를 들어, 5개의 고조파들을 사용하여 모델을 생성하면 이론적으로 무한한 수의 고조파를 사용할 수 있는 모델의 정확도의 약 90%를 제공할 수 있다). 예를 들어, 모델은 5개의 고조파들을 사용하여 생성될 수 있다. 5개의 고조파들 중에서, 하나의 고조파는 기본 주파수(예를 들어, NHz)를 나타내고 나머지 4개의 고조파들은 기본 주파수의 배수가 된다(2xNHz, 3xNHz, 4xNHz, 5xNHz 등). 코일의 속도가 자주 변경될 수 있으므로 기본 주파수, 따라서 5개의 주파수들 모두가 자주 변경될 수 있고; 사용된 고조파들은 항상 주어진 시간에 코일의 현재 속도를 나타낸다. 본 명세서에 설명된 알고리즘은 시간 기반이 아니라 이벤트 기반이기 때문에(예를 들어, 인코더의 펄스가 실제 코드 실행을 생성함) 밀 속도의 변화는 성능에 영향을 미치지 않을 수 있다.

피드백 제어 시스템은 본질적으로 위상 지연을 포함할 수 있다. 제어기의 출력은 코일의 각도 위치와 동기화되지 않을 수 있으므로 피드포워드(feedforward) 제어 컴포넌트가 필요하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제어 신호는 모델 대 피드백에 기초하는 반면 모델 자체는 피드백에 기초한다. 시스템이 모델을 조정하기 위해 피드백에 의존하지만, 시스템은 본 명세서에 설명된 바와 같이 코일 반경의 변화를 예상하여 아이어닝 롤 힘 기준을 생성할 수 있다.

도 9는 본 기술의 실시예에 따른 예시적인 프로세스의 예시적인 흐름도이다. 단계(902)는, 예를 들어, 코일링 디바이스를 사용하여 코일 형성 동작에 의해, 금속 스트립으로부터 코일의 제1 랩 및 코일의 제2 랩을 포함하는 코일의 일부를 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 코일의 제2 랩은 돌출부를 포함한다. 돌출부 또는 범프는 코일의 제1 랩의 선단부와 선단부가 겹치는 코일의 제2 랩으로 인해 발생할 수 있다. 돌출부는 제1 랩의 선단부가 0이 아닌 높이/두께를 갖는다는 사실로 인해 발생할 수 있다.

단계(904)는, 예를 들어, 코일 형성 동작 동안 제1 센서에 의해, 금속 스트립이 코일로 롤링되는 동안 코일과 연관된 제1 코일 데이터를 캡처하는 단계를 포함할 수 있고, 제1 코일 데이터는 롤이 돌출부에 접촉할 때 롤에 가해지는 코일로부터의 반경방향 힘에 대응하는 데이터를 포함한다. 제1 센서는 코일의 힘을 검출하고 그 데이터를 신호로 전달하도록 구성된 힘 부하 셀 또는 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 제1 코일 데이터는, 예를 들어, 돌출부 및 롤이 돌출부에 접촉함으로써 야기되는 코일력에 대응하는 데이터를 포함할 수 있다. 단계(906)는, 예를 들어, 코일 형성 동작 동안 제2 센서에 의해, 금속 스트립이 코일로 롤링되는 동안 코일과 연관된 제2 코일 데이터를 캡처하는 단계를 포함할 수 있고, 제2 코일 데이터는 롤이 코일에 접촉할 때 코일의 위치에 대응하는 데이터를 포함한다. 제2 센서는 코일의 위치를 검출하고 그 데이터를 신호로 전달하도록 구성된 선형 변환기 또는 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 제2 코일 데이터는 코일 위치에 대응하는 데이터를 포함할 수 있다. 코일 위치는 특정 시간에 코일의 위치에 대한 다양한 특정 데이터를 포함할 수 있다. 일 예에서, 코일 위치 데이터는 코일 형성 동작 동안 특정 시간에 롤 아래의 코일 표면의 직경(예를 들어, 돌출부의 높이)을 포함할 수 있다.

단계(908)는, 예를 들어, 제1 코일 데이터, 제2 코일 데이터, 및 회로를 사용하여, 롤의 롤 힘 및 돌출부의 위치에 대응하는 신호를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 회로는 하나 이상의 자체 조정 대역통과 필터로 구성될 수 있다. 각 대역통과 필터는 코일 속도의 다른 고조파와 연관될 수 있으며, 필터들의 조합은 코일의 힘에 반대되는 롤의 힘을 나타내는 신호를 출력하기 위해 조합되어 사용될 수 있으므로 롤과 코일 사이의 힘의 조합은 코일링 프로세스 전체에 걸쳐 일정하게 유지된다. 단계(910)는, 예를 들어, 신호를 롤에 결합된 유압 실린더에 전송하는 단계를 포함할 수 있고, 신호가 유압 실린더에 의해 수신된 후, 유압 실린더는 롤이 롤 힘을 가하도록 하고, 롤 힘은 코일의 반경방향 힘에 반대이다. 반대의 힘이 결정된 후, 반대 힘이 유압 실린더에 의해 롤에 가해질 수 있음을 나타내는 신호는 코일링 프로세스 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 힘이 달성되도록 한다.

상술한 양태들은 단지 본 발명의 원리에 대한 명확한 이해를 위해 설명된 구현의 가능한 예일뿐이다. 본 개시내용의 사상 및 원리로부터 실질적으로 벗어남이 없이 전술한 예시(들)에 많은 변형 및 수정이 이루어질 수 있다. 이러한 모든 수정 및 변형은 본 개시의 범위 내에 포함되며, 개별 양태 또는 요소 또는 단계의 조합에 대한 모든 가능한 청구는 본 개시에 의해 지지되는 것으로 의도된다. 더욱이, 특정 용어가 본 명세서 및 다음의 청구범위에서 사용되지만, 그것들은 일반적이고 설명적인 의미로만 사용되며 설명된 발명이나 다음의 청구범위를 제한할 목적으로 사용되지 않는다.

본 발명을 설명하는 맥락에서 용어 단수용어("a" 및 "an" 및 "the")의 사용 및 유사한 지시(특히 다음 청구의 맥락에서)는 본 명세서에 달리 표시되거나 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한 단수 및 복수를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "포함하는(comprising)", "가지는(having)", "포함하는(including)" 및 "함유하는(containing)"이라는 용어는 달리 언급되지 않는 한 개방형 용어(즉, "포함하지만 이에 제한되지 않는"을 의미)로 해석되어야 한다. "연결된"이라는 용어는 중간에 무언가가 있더라도 부분적으로 또는 전체적으로 내부에 포함되거나 부착되거나 함께 연결된 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 값의 범위에 대한 언급은 본 명세서에 달리 명시되지 않는 한 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 지칭하는 약식 방법으로서 역할을 하기 위한 것일 뿐이며, 각각의 개별 값은 본 명세서에 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 통합된다. 본 명세서에 기술된 모든 방법은 본 명세서에 달리 나타내지 않거나 문맥상 명백히 모순되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에 제공된 임의의 모든 예 또는 예시적인 언어(예를 들어, "와 같은")의 사용은 단지 본 발명의 실시예를 더 잘 설명하기 위한 것이며 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 명세서의 어떤 언어도 본 발명의 실행에 필수적인 것으로 청구되지 않은 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 안 된다.

"EC"(예시들의 조합)로 명시적으로 열거된 적어도 일부를 포함하는 예시적인 예의 모음은 본 명세서에 설명된 개념에 따라 다양한 예시 유형의 추가 설명을 제공한다. 이러한 예는 상호 배타적이거나 완전하거나 제한적인 것이 아니고; 본 발명은 이러한 예시적인 예에 제한되지 않고 오히려 발행된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에서 가능한 모든 수정 및 변형을 포함한다.

EC 1. 방법에 있어서: 코일링 장치를 사용하여 코일 형성 동작에 의해, 금속 스트립으로부터 코일의 제1 랩 및 코일의 제2 랩을 포함하는 코일의 일부를 형성하는 단계-여기서, 상기 코일의 제2 랩은 돌출부를 포함함-; 상기 코일 형성 동작 동안 제1 센서에 의해, 상기 금속 스트립이 상기 코일로 롤링되는 동안 상기 코일과 연관된 제1 코일 데이터를 캡처하는 단계-여기서, 상기 제1 코일 데이터는 상기 롤이 상기 돌출부에 접촉할 때 상기 롤에 가해지는 상기 코일로부터의 반경방향 힘에 대응하는 데이터를 포함함-; 상기 코일 형성 동작 동안 제2 센서에 의해, 상기 금속 스트립이 상기 코일로 롤링되는 동안 상기 코일과 관련된 제2 코일 데이터를 캡처하는 단계-여기서, 상기 제2 코일 데이터는 상기 롤이 상기 코일에 접촉할 때 상기 코일의 위치에 대응하는 데이터를 포함함-; 상기 제1 코일 데이터, 상기 제2 코일 데이터 및 회로를 이용하여 상기 롤의 롤 힘 및 상기 돌출부의 위치에 대응하는 신호를 결정하는 단계; 및 상기 신호를 상기 롤에 결합된 유압 실린더로 송신하는 단계를 포함하고, 상기 신호가 유압 실린더에 의해 수신된 후, 상기 유압 실린더는 상기 롤이 상기 롤 힘을 가하도록 하고, 상기 롤 힘은 상기 코일의 반경방향 힘에 반대이다.

EC 2. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 방법에 있어서, 상기 롤이 상기 롤 힘을 가하도록 하는 상기 유압 실린더는 상기 롤에 의해 가해지는 상기 힘을 감소시키는 것을 포함한다.

EC 3. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 방법에 있어서, 상기 코일과 전기적으로 연결된 릴 인코더를 이용하여 일정 기간 동안 상기 코일의 주파수들에 대응하는 데이터를 결정하는 단계를 더 포함한다.

EC 4. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 방법에 있어서, 상기 회로는 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트를 포함하는, 방법.

EC 5. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 방법에 있어서, 상기 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트의 각각의 필터는 상기 코일의 각속도의 고조파와 연관된다.

EC 6. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 방법에 있어서, 상기 코일의 상기 제2 랩의 상기 돌출부는 상기 코일의 상기 제1 랩의 선단부에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.

EC 7. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 방법에 있어서, 상기 제2 코일 데이터는 상기 롤이 상기 돌출부에 접촉될 때 상기 코일의 위치에 대응하는 데이터를 포함한다.

EC 8. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 방법에 있어서, 상기 제1 센서는 상기 롤에 전기적으로 연결된 힘 부하 셀이다.

EC 9. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 방법에 있어서, 제2 센서는 상기 유압 실린더에 전기적으로 연결된 선형 변환기이다.

EC 10. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 방법에 있어서, 상기 롤은 아이어닝 롤이다.

EC 11. 시스템에 있어서: 코일의 표면에 접촉하도록 구성된 롤-여기서, 상기 코일은 코일링 장치를 사용하여 코일 형성 동작에 의해 형성됨-; 상기 코일에 의해 제1 방향으로 전달되는 제1 힘에 대응하는 제1 데이터를 캡처하도록 구성된 힘 부하 셀; 상기 코일의 위치에 대응하는 제2 데이터를 캡처하도록 구성된 선형 변환기; 상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터를 사용하여, 상기 제1 힘에 대응하기 위해 제2 힘과 연관된 신호를 결정하도록 구성된 회로; 및 상기 회로로부터 상기 신호를 수신하고 상기 제2 힘을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 상기 롤에 전달하도록 구성된 유압 실린더를 포함한다.

EC 12. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 시스템에 있어서, 상기 롤이 상기 롤 힘을 가하도록 하는 상기 유압 실린더는 상기 롤에 의해 가해지는 상기 힘을 감소시키는 것을 포함한다.

EC 13. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 시스템에 있어서, 상기 코일과 전기적으로 연결된 릴 인코더를 더 포함하고, 상기 릴 인코더는 일정 기간 동안 상기 코일의 주파수들에 대응하는 데이터를 생성하도록 구성된다.

EC 14. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 시스템에 있어서, 상기 회로는 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트를 포함한다.

EC 15. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 시스템에 있어서, 상기 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트의 각각의 필터는 상기 코일의 각속도의 고조파와 연관된다.

EC 16. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 시스템에 있어서, 상기 코일의 일부는 금속 스트립으로부터 코일의 제1 랩 및 코일의 제2 랩을 포함하고, 상기 코일의 제2 랩은 돌출부를 포함하고, 상기 코일의 제2 랩의 상기 돌출부는 상기 코일의 제1 랩의 선단부에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.

EC 17. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 시스템에 있어서, 상기 제2 코일 데이터는 상기 롤이 상기 돌출부에 접촉될 때 상기 코일의 위치에 대응하는 데이터를 포함한다.

EC 18. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 시스템에 있어서, 상기 힘 부하 셀은 상기 롤에 전기적으로 연결된다.

EC 19. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 시스템에 있어서, 상기 선형 변환기는 유압 실린더에 전기적으로 연결된다.

EC 20. 임의의 선행 및 후속 예시 조합들의 시스템에 있어서, 상기 롤은 아이어닝 롤이다.

본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에게 알려진 최상의 모드를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예가 본 명세서에 설명되어 있다. 이러한 바람직한 실시예의 변형은 전술한 설명을 읽을 때 당업자에게 명백해질 수 있다. 본 발명자들은 숙련된 기술자가 그러한 변형을 적절하게 사용하기를 기대하고, 본 발명자들은 본 명세서에 구체적으로 기재된 것과는 다르게 본 발명이 실시되기를 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법률이 허용하는 바에 따라 본 명세서에 첨부된 청구범위에 인용된 주제의 모든 수정 및 등가물을 포함한다. 더욱이, 본 명세서에서 달리 나타내지 않거나 문맥상 명백히 모순되지 않는 한, 모든 가능한 변형에서 전술한 요소의 임의의 조합은 본 발명에 포함된다.

본 명세서에 인용된 간행물, 특허 출원 및 특허를 포함하는 모든 참고 문헌은 마치 각 참고 문헌이 개별적으로 그리고 구체적으로 참고로 포함되는 것으로 표시되고 그 전체가 본 명세서에 기재된 것처럼 동일한 정도로 참고로 포함된다.

Claims (20)

1. 방법에 있어서,
   코일링 장치(coiling apparatus)를 사용하여 코일 형성 동작에 의해, 금속 스트립(strip of metal)으로부터 코일의 제1 랩(lap) 및 코일의 제2 랩을 포함하는 코일의 일부를 형성하는 단계-여기서, 상기 코일의 제2 랩은 돌출부(protrusion)를 포함함-;
   상기 코일 형성 동작 동안 제1 센서에 의해, 상기 금속 스트립이 상기 코일로 롤링되는 동안 상기 코일과 연관된 제1 코일 데이터를 캡처하는 단계-여기서, 상기 제1 코일 데이터는 상기 롤이 상기 돌출부에 접촉할 때 상기 롤에 가해지는 상기 코일로부터의 반경방향 힘에 대응하는 데이터를 포함함-;
   상기 코일 형성 동작 동안 제2 센서에 의해, 상기 금속 스트립이 상기 코일로 롤링되는 동안 상기 코일과 관련된 제2 코일 데이터를 캡처하는 단계-여기서, 상기 제2 코일 데이터는 상기 롤이 상기 코일에 접촉할 때 상기 코일의 위치에 대응하는 데이터를 포함함-;
   상기 제1 코일 데이터, 상기 제2 코일 데이터 및 회로를 이용하여 상기 롤의 롤 힘 및 상기 돌출부의 위치에 대응하는 신호를 결정하는 단계; 및
   상기 신호를 상기 롤에 결합된 유압 실린더(hydraulic cylinder)로 송신하는 단계를 포함하고, 상기 신호가 유압 실린더에 의해 수신된 후, 상기 유압 실린더는 상기 롤이 상기 롤 힘을 가하도록 하고, 상기 롤 힘은 상기 코일의 반경방향 힘에 반대인, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 롤이 상기 롤 힘을 가하도록 하는 상기 유압 실린더는 상기 롤에 의해 가해지는 상기 힘을 감소시키는 것을 포함하는, 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 코일과 전기적으로 연결된 릴 인코더(reel encoder)를 이용하여 일정 기간 동안 상기 코일의 주파수들에 대응하는 데이터를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 회로는 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트를 포함하는, 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트의 각각의 필터는 상기 코일의 각속도의 고조파와 연관되는, 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 코일의 상기 제2 랩의 상기 돌출부는 상기 코일의 상기 제1 랩의 선단부(leading edge)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는, 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 제2 코일 데이터는 상기 롤이 상기 돌출부에 접촉될 때 상기 코일의 위치에 대응하는 데이터를 포함하는, 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 센서는 상기 롤에 전기적으로 연결된 힘 부하 셀(force load cell)인, 방법.
9. 제1항에 있어서, 제2 센서는 상기 유압 실린더에 전기적으로 연결된 선형 변환기(linear transducer)인, 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 롤은 아이어닝(ironing) 롤인, 방법.
11. 시스템에 있어서,
    코일의 표면에 접촉하도록 구성된 롤-여기서, 상기 코일은 코일링 장치를 사용하여 코일 형성 동작에 의해 형성됨-;
    상기 코일에 의해 제1 방향으로 전달되는 제1 힘에 대응하는 제1 데이터를 캡처하도록 구성된 힘 부하 셀;
    상기 코일의 위치에 대응하는 제2 데이터를 캡처하도록 구성된 선형 변환기;
    상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터를 사용하여, 상기 제1 힘에 대응하기 위해 제2 힘과 연관된 신호를 결정하도록 구성된 회로; 및
    상기 회로로부터 상기 신호를 수신하고 상기 제2 힘을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 상기 롤에 전달하도록 구성된 유압 실린더를 포함하는, 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 롤이 상기 롤 힘을 가하도록 하는 상기 유압 실린더는 상기 롤에 의해 가해지는 상기 힘을 감소시키는 것을 포함하는, 시스템.
13. 제11항에 있어서, 상기 코일과 전기적으로 연결된 릴 인코더를 더 포함하고, 상기 릴 인코더는 일정 기간 동안 상기 코일의 주파수들에 대응하는 데이터를 생성하도록 구성된, 시스템.
14. 제11항에 있어서, 상기 회로는 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트를 포함하는, 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 자체 튜닝 대역통과 필터들의 세트의 각각의 필터는 상기 코일의 각속도의 고조파와 연관되는, 시스템.
16. 제11항에 있어서, 상기 코일의 일부는 금속 스트립으로부터 코일의 제1 랩 및 코일의 제2 랩을 포함하고, 상기 코일의 제2 랩은 돌출부를 포함하고, 상기 코일의 제2 랩의 상기 돌출부는 상기 코일의 제1 랩의 선단부에 의해 적어도 부분적으로 형성되는, 시스템.
17. 제16항에 있어서, 상기 제2 코일 데이터는 상기 롤이 상기 돌출부에 접촉될 때 상기 코일의 위치에 대응하는 데이터를 포함하는, 시스템.
18. 제11항에 있어서, 상기 힘 부하 셀은 상기 롤에 전기적으로 연결되는, 시스템.
19. 제11항에 있어서, 상기 선형 변환기는 유압 실린더에 전기적으로 연결되는, 시스템.
20. 제11항에 있어서, 상기 롤은 아이어닝 롤인, 시스템.

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