KR100620763B1 - 선재 가이드롤러의 이상상태 예지장치 및 그 예지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선재 가이드롤러의 이상상태를 예지하는 장치 및 그 방법에 있어서, 가이드롤러의 진동과 음향을 이용하여 가이드롤러의 이상상태를 예지하는 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 선재 소재(12)를 안내하면서 압연하는 가이드롤러의 이상상태의 여부를 예지하는 장치에 있어서, 상기 가이드롤러(11)가 수용된 각 스탠드 사이에 위치하는 가이드몸통(13)의 평면에 설치되어 진동을 측정하는 진동센서(30)와, 상기 가이드롤러(11)로부터 소정의 거리만큼 이격되어 음향을 측정하는 음향센서(40)와, 상기 진동센서(30)로부터 측정된 진동과 상기 음향센서(40)로부터 측정된 음향을 증폭시키는 증폭기(18) 및, 상기 증폭기(18)에서 증폭된 신호를 입력받아 주파수 변환하여 디지털신호로 출력하는 신호처리기(20)를 포함하는 가이드롤러의 이상상태 예지장치가 제공된다.

선재, 가이드롤러, 진동, 음향

Description

선재 가이드롤러의 이상상태 예지장치 및 그 예지방법{Trouble foreknowledge apparatus of wire guide roller and its foreknowledge method}

도 1은 종래의 기술에 따른 가이드롤러의 회전수를 측정하기 위해 제작한 특수 가이드롤러를 나타낸 정면도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 가이드롤러의 이상상태 예지장치를 전반적으로 나타낸 개략도이고,

도 3은 도 2에 도시된 가이드롤러의 진동과 음향을 측정하는 진동센서와 음향센서를 설치하는 위치를 나타낸 배치도이고,

도 4a는 가이드롤러의 진동을 측정함에 있어, 정상상태일 때를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 가이드롤러에 이상상태가 발생하여 진행되고 있는 상태를 나타낸 그래프이고, 도 4c는 가이드롤러의 회전이 불량할 때를 나타낸 그래프이며,

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 가이드롤러의 이상상태 예지방법을 나타낸 흐름도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1, 11 : 가이드롤러 12 : 선재 소재

13 : 가이드몸통 17 : 신호선

18 : 증폭기 20 : 신호처리기

30 : 진동센서 40 : 음향센서

본 발명은 선재의 이동을 안내하는 가이드롤러의 이상상태를 예지하는 장치 및 그 방법에 관한 것이며, 특히, 가이드롤러에서 발생하는 진동과 음향을 측정하여 신속하고 정확하게 가이드롤러의 이상상태를 예지하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 가이드롤러는 선재 압연기의 입출측에 설치되어 선재 소재의 진행속도와 동일한 회전속도를 유지하면서 선재 소재의 비틀림각도를 조정하며 선재 소재의 진행방향을 유도하는 설비이다.

종래의 기술에서는 이런 가이드롤러를 감시하는 방법으로 주로 압연이 끝난 선재 제품을 정정라인에서 조업자가 육안으로 관찰하여 선재의 형상이나 표면품질에 문제가 있다고 판단한 경우에는 압연작업을 일시 정지시켜 각 스탠드의 롤 및 가이드 상태를 점검하는 방법을 이용하였다.

그러나, 이런 방법으로 이상의 유무를 감지하기란 여간 어려운 일이다. 왜냐하면, 선재의 형상이나 표면품질에 발생한 이상을 보고 작업자는 전 공정을 점검하면서 직접적으로 영향을 미치는 원인을 찾아야하므로 많은 시간이 소요되며, 이런 지체되는 시간에 따라 다량의 불량제품이 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 코블(선재의 진행이 원활하지 않아 엉키는 현상)이 발생할 가능성도 매우 높게 된다.

한편, 이런 가이드롤러의 이상상태를 감지하는 방법으로는 좌, 우롤러의 지지대에 걸리는 힘을 계측하고 이를 이용하여 가이드롤러를 감시하는 방법과, 가이드롤러의 회전상태를 전기적 신호로 판단하는 장치와 롤러 및 핀을 개조하여 롤러의 회전여부를 작업자에게 알리는 방법 및, 롤러에 회전수를 측정할 수 있는 장치를 부착하고 근접센서를 통해 회전수를 측정하는 방법을 이용하였다.

그러나, 좌, 우롤러의 힘을 계측하는 방법은 통과하는 선재 소재의 흔들림, 길이방향 온도편차 등의 다른 요인에 의해 발생하는 외란 때문에 오차가 발생할 수 있는 소지가 많다.

또한, 회전여부 판단용 감지장치를 이용하는 경우에는 감지장치의 사용범위가 10∼54 mpm [m/min]의 저속작업을 수행하는 조압연에서만 사용이 가능한 특수한 경우이고, 이 경우에도 롤러의 회전이 20Hz 이상이 되면 전기적 신호가 항상 켜져 있는 상태를 나타낸다. 따라서, 실제로는 미세한 회전불량에 의해 이상이 진전되고 있더라도 20Hz 이상의 상태에서는 그 이상 여부를 알 수 없으며, 마모가 급격히 진행된 후에서야 이상 상태를 알 수 있게 된다. 또한, 롤러와 핀을 개조하여 사용하므로써, 가이드롤러가 파손될 때나 일정한 작업 후에 롤러를 교체할 때에는 매번 롤러와 핀 및 감지장치를 개조하고 교정해야 함으로써, 복구시간의 지연이라는 단점이 따르고, 작업환경이 열악하게 된다. 또한, 롤러는 수분에 감싸여 있는 형태가 많은데, 이 경우에 수분에 의한 감지장치의 신뢰도가 떨어지게 된다.

그리고, 롤러에 회전수를 측정할 수 있는 장치를 부착하고 근접센서를 통해 회전수를 측정하는 방법은 가이드롤러 상부에 도 1에 도시된 바와 같이, 장애물(2) 을 부착하여 회전여부를 감지하는데, 이 경우에 장애물이 부착된 특수 가이드롤러(1)를 제작하여야 한다. 또한, 근접센서를 롤러에서 3mm 이내로 근접시켜야하므로, 롤러의 교체시에 교정작업이 난해하여 많은 시간이 소요되고, 롤러의 파손이 일어나는 경우에 특정센서들이 함께 파손됨으로 유지관리가 어렵게 되는 단점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 선재의 이동을 안내하는 가이드롤러에서 발생하는 음향과 진동을 측정하여 가이드롤러의 이상 여부를 예지하는 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 선재 소재를 안내하면서 압연하는 가이드롤러의 이상상태의 여부를 예지하는 장치에 있어서, 상기 가이드롤러가 수용된 각 스탠드 사이에 위치하는 가이드 몸통의 평면에 설치되어 진동을 측정하는 진동센서와, 상기 가이드롤러로부터 소정의 거리만큼 이격되어 음향을 측정하는 음향센서와, 상기 진동센서로부터 측정된 진동과 상기 음향센서로부터 측정된 음향을 증폭시키는 증폭기 및, 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 입력받아 주파수 변환하여 디지털신호로 출력하는 신호처리기를 포함하는 가이드롤러의 이상상태 예지장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 진동센서는 상기 가이드롤러의 회전축에 직각 이 되는 방향으로 설치되어 진동을 측정한다.

또한, 본 발명에 따르면, 선재 소재를 안내하면서 압연하는 가이드롤러의 이상상태의 여부를 예지하는 방법에 있어서, 선재 소재에 관한 정보 및 조업정보를 신호처리기에 입력하는 단계와, 진동센서와 음향센서를 이용하여 진동정도와 음향정도를 측정하고 전기적 신호로 출력하는 단계와, 상기 전기적 신호를 증폭하는 단계와, 상기 증폭된 신호를 식 1을 통해 주파수로 변환하는 단계와, 상기 주파수에서 변화하는 주파수의 크기를 측정하는 단계와, 기준 주파수의 크기와 측정된 주파수의 크기의 차가 오차한계값보다 작거나 또는 최대치 주파수의 크기와 2번째 최대치 주파수의 크기가 오차한계값보다 큰 경우에 두 주파수의 크기가 정수배인지 계산하여 정수배이면, 상기 선재 소재에 관한 정보 및 조업정보를 신호처리기에 입력하고, 상기 정수배가 아니면, 정비가 이루어지는 단계를 거친 후에 상기 선재 소재에 관한 정보 및 조업정보를 신호처리기에 입력하는 단계를 포함하는 가이드롤러의 이상상태 예지방법이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 선재 가이드롤러의 이상상태 예지장치 및 그 예지방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 가이드롤러의 이상상태 예지장치를 전반적으로 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 가이드롤러의 진동과 음향을 측정하는 진동센서와 음향센서를 설치하는 위치를 나타낸 배치도이고, 도 4a는 가이드롤러의 진동을 측정함에 있어, 정상상태일 때를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 가이드롤러에 이상상태가 발생하여 진행되고 있는 상태를 나타낸 그래프이고, 도 4c는 가이드롤러의 회전이 불량할 때를 나타낸 그래프이며, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 가이드롤러의 이상상태 예지방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드롤러(11)의 상부에는 음향센서(40)가 설치되며, 선재 소재가 진행하는 가이드몸통(13)의 상부에는 진동센서(30)가 설치되어 가이드롤러(11)의 진동을 측정하며, 그리고, 신호 증폭기(18)가 음향센서(40)와 진동센서(30)에서 출력되는 신호를 증폭하며, 신호처리기(20)는 이런 증폭된 신호를 입력받아 조업자에게 신호처리 결과를 알 수 있도록 수집하고 분석하기 위한 알고리즘을 수행한다.

한편, 가이드롤러(11)의 진동을 측정하기 위해서 N번째 스탠드와 N±1번째 스탠드의 사이에 설치되는 가이드몸통(13)의 상부에는 압연방향으로 방수형 진동센서(30)를 볼트로 체결하여 고정시키고, 진동센서(30)로부터 출력되는 전기적 신호는 신호선(17)을 통해 신호증폭기(18)로 입력된다. 또한, 가이드롤러(11)의 음향을 측정하기 위해서는 방수형 음향센서(40)를 가이드롤러(11)의 근처에 비접촉 상태가 되도록 설치하고, 음향센서(40)로부터 출력된 전기적 신호 또한 신호선(17)을 통해 신호증폭기(18)로 입력된다.

이들 진동 및 음향센서(30, 40)들로부터의 출력된 신호는 수십mV의 전압신호로서, 증폭기(18)에서는 입력된 수십mV의 신호를 수백mV의 전압신호로 신호를 증폭하고, 이렇게 증폭된 신호는 신호선(19)을 따라 신호처리기(20)로 전달되어 디지털신호로 수집되어 주파수변화를 수행하고 회전주파수 특성을 추출하는 신호처리 알고리즘을 수행하여 원하는 정보를 얻게 된다.

여기에서, 진동센서(30)의 설치방향은 가이드롤러(11)의 회전방향에 수직인 방향으로 설치되어야 한다. 왜냐하면, 가이드롤러(11)의 축방향으로 설치가 이루어지면 진동측정에 대한 효과가 없으며, 선재 소재의 진행방향 또는 선재 소재의 진행방향에 수직을 이루면서 가이드롤러(11)의 회전축에 수직을 이루는 방향으로 설치되는 것이 바람직하며, 음향센서(40)는 가능한 가이드롤러(11)에 가깝게 설치하는 것이 좋다.

이상과 같이 구성된 선재 가이드롤러의 이상상태 예지의 원리에 대하여 상세히 설명하겠다.

N번째 스탠드에서의 선재 소재(12)의 속도가 정해질 경우에 가이드롤러(11)의 진동을 측정하는 진동센서(30)에서 출력되는 신호는 동일한 회전수에 의해 동일한 신호가 출력되고, 이 때, 가이드롤러(11)의 수직진동성분은 가이드롤러(11)의 회전수에 해당하는 주파수를 가지는 미세한 크기로 나타난다.

한편, 도 4a에 도시된 그래프에서와 같이, 정상상태에서는 두 개의 가이드롤러(11)의 회전수가 일정함으로, 하나의 성분만이 미세하게 나타나게 되는데, 이런 정상상태의 주파수를 보고 가이드롤러(11)의 회전이 정상적인 상태라는 것을 예지할 수 있다. 여기에서, N번째 스탠드에서 가이드롤러(11)의 분당 회전수(RPM)는 그래프 상에서 확연히 구분되어 나타나는 X축의 값에 60을 곱하면 된다.

이렇게 정상적인 작업이 진행되는 도중에, 도 4b에 도시된 그래프에서와 같이, 가이드롤러(11)의 회전상태가 불안정한 상태가 되면, 선재 소재(12) 및 베어링 결함 등에 의해 가이드롤러(11)의 불균형성이 증가하게 된다. 그러면, 동일한 회 전수에서 Y축의 진동 진폭값이 증가함으로, 가이드롤러(11)의 이상이 진전되고 있음을 예지할 수 있게 되고, 또한, 좌우의 가이드롤러(11)의 회전수가 틀리는 회전불량 상태가 되면 도 4c에 도시된 그래프에서와 같이, 좌우 가이드롤러(11)의 회전수에 해당하는 주파수 성분이 크게 나타남으로, 회전불량의 상태가 일어나고 있음을 예지할 수 있다.

이러한 진동센서(30)의 신호는 미세한 수 mV의 전압값으로 나타나기 때문에, 증폭기(18)를 거쳐 신호를 증폭하여 신호처리기(20)로 전송되고, 신호처리기(20)는 전압형의 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하여 작업자에게 알린다.

음향센서(40)의 경우에도 소음을 주파수로 변환하여 진동센서(30)의 신호처리와 동일한 원리에서 측정한다.

이상과 같이 구성된 선재 가이드롤러의 이상상태 예지의 원리에 따른 예지방법에 대하여 상세히 설명하겠다.

먼저, 선재 소재의 정보 및 조업정보가 조업컴퓨터에서 신호처리기로 입력된다(S1). 그러면, 음향센서 및 진동센서를 통해 N번째 스탠드의 음향 및 진동을 음향센서 및 진동센서를 통해 측정된 신호를 입력받는다(S2).

이렇게 입력받은 측정신호는 수학식 1을 통해 주파수변화 계산을 수행한다(S3).

여기에서, Xk는 k에서의 주파수 크기이고, X(n)는 시간축 n번째에서의 진동크기이고, k는 순번을 나타내고, n은 시간축에 따른 순번을 나타내고, j는 허수이며, N은 총 데이터의 수를 나타낸다.

계산된 값에서 Xk가 최대일 때에 k와 Xk를 계산하고, Xk가 두 번째로 최대일 때에 k와 Xk를 계산한다(S4).

그리고, 기준이 되는 X와 Xk의 차가 오차한계값보다 작을 경우, 또는, 최대치 Xk과 두 번째의 최대치 Xk의 차가 오차한계값보다 클 경우에 이들 두 개의 k값이 서로 정수배인지를 판단한다(S5).

만약, 정수배이면, 가이드롤러는 정상적인 상태로 판단하면서, 다시 선재 소재의 정보 및 조업정보를 수신 받는다(S1).

그러나, 만약, 정수배가 아니면, 이는 가이드롤러에 이상이 발생한 상태로 예측하고 조업자가 개입하여(S6) 작업을 정지시키거나, 또는 해당스탠드를 점검 및 가이드롤러를 교체한다(S7).

그리고, 다시 조업을 시작하여 선재 소재의 정보 및 조업정보를 조업컴퓨터로부터 수신 받는다(S1).

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 선재 가이드롤러의 이상상태 예지장치 및 그 예지방법은 선재 제작에 있어서, 중요한 구성요소인 가이드롤러의 이상상태를 지속적으로 점검할 수 있으므로 가이드롤러에서 문제가 발생하기 이전에 조기에 조치할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 선재 가이드롤러의 이상상태 예지장치 및 그 예지방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

1. 선재 소재를 안내하면서 압연하는 가이드롤러의 이상상태의 여부를 예지하는 장치에 있어서,

   상기 가이드롤러가 수용된 각 스탠드 사이에 위치하는 가이드 몸통의 평면에 설치되어 진동을 측정하는 진동센서와,

   상기 가이드롤러로부터 소정의 거리만큼 이격되어 음향을 측정하는 음향센서와,

   상기 진동센서로부터 측정된 진동과 상기 음향센서로부터 측정된 음향을 증폭시키는 증폭기 및,

   상기 증폭기에서 증폭된 신호를 입력받아 주파수 변환하여 디지털신호로 출력하는 신호처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선재 가이드롤러의 이상상태 예지장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 진동센서는 상기 가이드롤러의 회전축에 직각이 되는 방향으로 설치되어 진동을 측정하는 것을 특징으로 하는 선재 가이드롤러의 이상상태 예지장치.
3. 선재 소재를 안내하면서 압연하는 가이드롤러의 이상상태의 여부를 예지하는 방법에 있어서,

   선재 소재에 관한 정보 및 조업정보를 신호처리기에 입력하는 단계와,

   진동센서와 음향센서를 이용하여 진동정도와 음향정도를 측정하고 전기적 신호로 출력하는 단계와,

   상기 전기적 신호를 증폭하는 단계와,

   상기 증폭된 신호를 식 1을 통해 주파수로 변환하는 단계와,

   상기 주파수에서 변화하는 주파수의 크기를 측정하는 단계와,

   기준 주파수의 크기와 측정된 주파수의 크기의 차가 오차한계값보다 작거나 또는 최대치 주파수의 크기와 2번째 최대치 주파수의 크기가 오차한계값보다 큰 경우에 두 주파수의 크기가 정수배인지 계산하여 정수배이면, 상기 선재 소재에 관한 정보 및 조업정보를 신호처리기에 입력하고, 상기 정수배가 아니면, 정비가 이루어지는 단계를 거친 후에 상기 선재 소재에 관한 정보 및 조업정보를 신호처리기에 입력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선재 가이드롤러의 이상상태 예지방법.

   식 1 은

   

   이며,

   여기에서, Xk는 k에서의 주파수 크기이고, X(n)는 시간축 n번째에서의 진동크기이고, k는 순번을 나타내고, n은 시간축에 따른 순번을 나타내고, j는 허수이며, N은 총 데이터의 수를 나타낸다.

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