KR100812145B1

KR100812145B1 - 압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치

Info

Publication number: KR100812145B1
Application number: KR1020010061869A
Authority: KR
Inventors: 김창문; 장종경; 이왕재
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2008-03-12
Also published as: KR20030029384A

Abstract

본 발명은 압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 철강재를 생산하는 다듬질 압연기에서의 스크류다운의 위치를 압소코드 엔코더를 이용하여 검출하여 정확하게 위치를 제어하기 위한 압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치는, 압연기의 스크류다운의 위치를 검출하기 위한 장치에 있어서, 스크류의 위치조정용 모터(21)와 연결된 축(21a)과 연결되어 회전력을 소정비로 전달하는 감속기(23)와, 상기 감속기(23)로부터 전달되는 회전력에 따라서 내부에 설치된 편심로터가 회전하여 소정의 신호파형을 발생시키는 압소코드 엔코더(24)와, 상기 압소코드 엔코더(24)로부터 출력되는 신호파형을 그에 상응하는 이동거리량에 따른 펄스파형으로 변환하여 출력하는 변환기(26)와, 상기 압소코드 엔코더(24)와 상기 변환기(26) 사이에 설치되어서 신호파형을 전달하기 위한 케이블(25)과, 상기 변환기(26)로부터 출력되는 펄스파형을 이용하여 스크류다운의 위치제어를 수행하기 위한 연산제어부(27)로 구성됨을 특징으로 한다.

압연기, 압소코드, 엔코더, 펄스제너레이터, 위치검출

Description

압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치{System for detecting the position of screwdown using absocode encoder}

도 1은 종래 열간압연기의 스크류다운설비의 개략적인 구성도,

도 2a는 도 1의 위치검출기의 외관을 나타내는 평면도,

도 2b는 도 1의 위치검출기의 내부구조를 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명의 위치검출장치가 구비된 스크류다운의 개략적인 구성도,

도 4는 도 3의 압소코드 엔코도의 내부구조를 나타내는 단면도,

도 5a 내지 도 6b는 본 발명의 위치검출장치와 종래 위치검출기를 사용하는 경우에 작동상태를 표시하는 그라프.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

11,21: 모터 12: 스크류

13,22: 위치검출기(PLG) 13A-1: 슬릿회전판

13A-2: 집광렌즈 13A-4: 광전소자

14: 캠리미트스위치 15: 클러치

16: 감속기 18: 스트립

19: 롤 20: 톱빔

23: 감속기 24: 압소코드 엔코더

24a: 철심 24b: 코일

24c: 편심로터 25: 트위스트페어케이블

26: 변환기 27: 연산제어부

열연 사상압연기의 스크류다운(screw down)설비는 전동압하와 유압압하 제어를 병행하는 설비로서 전동압하제어는 스크류의 다운위치를 조정하고 유압압하제어에서는 롤 갭(roll gap)을 설정한다. 스크류다운은 사상압연기중에서 모터로 제어되는 설비를 지칭하는 것으로, 이 스크류다운을 일정위치로 이동시키기 위한 제어장치인 피엘시(PLC: Program Logic Contorller)와, 이동지시값만큼 회전하는 모터와, 위치이동량정보를 판독하기 위한 위치검출기가 사용된다. 먼저 도 1을 참고하여 종래 사상압연기의 스크류다운의 구조 및 위치조정과정을 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 소정두께로 처리되기 위하여 이동되는 스트립(18)의 상하에 위치한 한 쌍의 롤(19)의 상부측에 톱빔(20)이 위치하고 있으며, 톱빔(20)의 상부측에는 한 쌍의 스크류(12)와, 모터(11)와, 위치검출기(13)와, 클 러치(15)와, 캠리미트스위치(14)와, 감속기(16)가 각각 설치되어 있다.

스크류다운의 동작상태는 다음과 같다. 모터(11)가 회전하면 클러치(15)에 연결되어 있는 다수의 기어가 작동되어서 이것에 연결된 스크류(12)가 회전하고 이에 따라서 톱빔(20)이 이동되며, 압연기 롤(19)의 갭(gap)이 변화된다. 이러한 스크류다운의 위치변화는 위치검출기(13)에서 검출하여 지시치만큼 이동하게 되면 모터(11)가 정지된다. 모터(11)가 정지된 후에 상위제어부(미도시됨)의 제어에 의하여 스트립(18)이 롤(19)의 사이로 이동되면서 소정의 두께로 제조된다.

한편, 스크류다운설비의 측면에는 캠리미트스위치(14)가 설치되어 있다. 상기 캠리미트스위치(14)는 설비보호를 위한 것으로서, 스크류(12)의 상하이동변위가 설정된 높이를 벗어나는 경우에 이것을 검출하여 작동을 중지시킨다.

위치검출기(13)는 상위제어부에서 지시된 위치지시값만큼 스크류가 업 또는 다운이동 되었는가를 검출하기 위한 것으로서, 검출된 이동치와 지시값이 일치될 때 위치제어가 종료된다. 상기 위치검출기(13)는 통상 펄스를 발생시키는 펄스제너레이터(Pulse Generator)를 이용하고 있으며, 도 1의 확대된 부분을 참고하면, 스크류(12)의 상부측에 수직방향으로 설치되어 있으며, 도 2a를 참고하면 일측단부에는 기어(30B)가 축설되고 대향위치에는 신호입출력용의 커넥터(30A)가 설치되어 있다. 상기 기어(30B)는 도면에 표시된 것과 같이 스크류(12)에 축설된 다른 기어와 연동되어 있다. 따라서 모터(11)의 회전에 의하여 스크류(12)가 회전하면, 이 회전수에 따라서 기어(30B)도 역시 회전하며 이에 따라서 펄스가 발생된다.

상기와 같은 작용을 하는 위치검출기(13)의 내부구조는, 도 2b를 참고하면, 원형의 슬릿회전판(13A-1)이 회전을 하면 광원으로부터 방사된 빛을 집광렌즈(13A-2)에서 집중하여 슬릿회전판(13A-1)의 구멍을 통하여 빛이 통과하면서 광전소자(13A-4)에서 빛을 검출하고 이에 따른 펄스파형이 생성된다. 생성되는 펄스파형이 도 2b의 하부에 표시되어 있다. 상기 슬릿회전판(13A-1)은 통상 유리판을 가공하여 제작되고 있다. 상기 펄스파형을 상위제어부에서 분석하여 스크류다운의 위치를 검출하게 된다.

그런데 상기와 같은 위치검출기(13)는 작동중에 고장이 자주 발생되어 생산중단 및 제품에 하자가 발생되는 문제점이 있었다. 이것의 원인은 주로 압연기 자체의 진동에 의한 것으로서 위치검출기(13)의 내부에 설치된 슬릿회전판(13A-1)이 유리재질로 되어 있어서 진동에 의하여 파손이 잘 되며, 위치검출기(13)의 교체나 정비시에도 역시 외부충격에 의하여 잘 파손되기 때문이다. 또한 위치검출기(13)가 기어와 맞물려 있기 때문에 기어에 주입된 윤활유가 내부로 스며들어서 절연내력을 약화시켜 고장이 발생된다. 또한 진동에 의한 입력 및 출력신호용 커넥터(30B) 부위에서의 탈선과 접촉불량이 발생된다. 또한 위치검출기(13)를 보호하기 위하여 두터운 중량을 가진 보호덮개를 사용하여야 하기 때문에 정비나 교체시에 안전사고가 발생되기도 한다. 더욱이 위치검출기는 고가제품이기 때문에 잦은 고장이나 교체로 인하여 재료수선비의 증가 및 제품원가상승의 한 요인이 되며, 안전에 필수적인 캠리미트스위치의 열화교체 및 고장수리시에 고비용이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 사상압연기에서의 스크류다운 위치검출을 압소코드 엔코더를 이용하여 수행함으로서 위치검출장치의 구조가 간단해지고 내구성이 증가되어 고장발생이 감소되는 스크류다운 위치검출장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 중량물을 이용한 보호덮개의 사용이 불필요함으로 안전사고의 발생가능성이 감소하여 명랑한 작업환경을 제공할 수 있는 스크류다운 위치검출장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 종래 위치검출기보다 저렴한 비용으로 설치가 가능하며 또한 절대위치검출방식을 사용함으로서 고가의 캠리미트스위치를 대체할 수 있는 스크류다운 위치검출장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치는, 압연기의 스크류다운의 위치를 검출하기 위한 장치에 있어서, 스크류의 위치조정용 모터(21)와 연결된 축(21a)과 연결되어 회전력을 소정비로 전달하는 감속기(23)와, 상기 감속기(23)로부터 전달되는 회전력에 따라서 내부에 설치된 편심로터가 회전하여 소정의 신호파형을 발생시키는 압소코드 엔코더(24)와, 상기 압소코드 엔코더(24)로부터 출력되는 신호파형을 그에 상응하는 이동거리량에 따른 펄스파형으로 변환하여 출력하는 변환기(26)와, 상기 압소코드 엔코더(24)와 상기 변환기(26) 사이에 설치되어서 신호파형을 전달하기 위한 케이블(25)과, 상기 변환기(26)로부터 출력되는 펄스파형을 이용하여 스크류다운의 위치제어를 수행하기 위한 연산제어부(27)로 구성됨을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치가 설치된 스크류다운설비의 개략적인 구성도이다. 도면에 표시된 것과 같이, 스크류다운의 위치조정용 모터(21)와 연결된 축(21a)과 연결되어 회전력을 소정비로 전달하는 감속기(23)와, 상기 감속기(23)로부터 전달되는 회전력에 따라서 내부에 설치된 편심로터가 회전하여 소정의 신호파형을 발생시키는 압소코드 엔코더(24)와, 상기 압소코드 엔코더(24)로부터 출력되는 위치변환량에 상응하는 신호파형을 그에 상응하는 펄스파형으로 변환하여 출력하는 변환기(26)와, 상기 압소코드 엔코더(24)와 상기 변환기(26) 사이에 설치되어서 신호파형을 전달하기 위한 케이블(25)과, 상기 변환기(26)로부터 출력되는 펄스파형을 이용하여 스크류다운의 위치제어를 수행하는 연산제어부(27)로 구성되어 있다.

특히 본 발명에 의한 위치검출장치는 종래 위치검출기(13)가 스크류(12)에 대하여 수직방향으로 설치됨에 비하여 수평방향, 특히 종래 캠리미트스위치(14)의 위치에 설치된다. 이러한 구조를 가짐으로서 종래 스크류다운설비의 구조가 매우 간단해지는 이점이 있다. 이것은 고장수리나 교체시에 용이하게 작업을 수행할 수 있으며 또한 종래 보호덮개를 사용하지 않음으로 인하여 안전사고를 방지할 수 있다. 또한 스크류(12)의 형상도 변경이 가능함은 명백하다. 다시말하면, 모터(21)로부터의 회전력을 직접 스크류(12)에 전달함으로서 스크류(12)의 형상이 더욱 간단해지고, 톱빔의 형상도 종래 사각형의 중량물에서 원형의 상대적으로 가벼운 중량 물로 제조할 수 있어서 구조적으로 간단해지고, 원가도 절감되는 효과가 있다.

상기 압소코드 엔코더(24)의 내부구조는, 도 4에 도시된 것과 같이, 철심(24a)과, 코일(24b)과, 편심로터(24c)로 구성되어 있으며, 편심로터(24c)의 회전속도에 따라서 신호파형이 발생된다. 상기 편심로터(24c)는 모터(21)의 축(21a)에 연결되어 있으므로 압소코드 엔코더(24)에서 발생되는 신호파형은 스크류(12)의 상하이동에 따른 위치변환량에 대응하는 신호가 된다. 이 때 발생되는 신호파형은 정현파형태가 된다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치의 작동상태를 설명한다.

먼저 압소코드 엔코더(24)는 180회전을 하면 원점의 위치인 0(zero)로 원위치되는 것을 선택하고, 스크류다운의 전체 거리 이동량이 350mm(F1/3 압연기의 경우)이고, 압소코드 엔코더(24)에 결합되는 감속기(23)의 기어비는 5:1이라고 가정한다. 상기한 회전수와 거리이동량은 본 발명의 위치검출장치가 적용되는 사상압연기의 종류에 따라서 변경될 수 있으므로 상기한 수치들은 본 발명의 설명을 위한 실시예로 이해되어야 한다. 이러한 수치들은 또한 사용되는 감속기(23)의 기어비와 또한 스크류(12)와 이에 연결되는 회전나사의 피치 및 기어비 등에 의하여도 영향을 받음은 물론이다.

전체 거리 이동량이 350mm이고, 기어의 피치가 1/30, 모터(21)에 연결된 기어와 스크류(12)의 기어비가 1/49이고, 감속기(23)의 기어비가 1/5인 경우에 있어서 압소코드 엔코더(24)의 회전수는 다음의 식에 의하여 구할 수 있다.

350mm × (1/30)(피치) ×(49/1)(기어비) ×(1/5)(기어비) = 114.33(회전수)

상기 회전수는 압소코드 엔코더(24)의 회전수범위에 포함되므로 위치변화량의 측정이 가능함을 알 수 있다. 만일 전체 이동거리량이 410mm(F4/6 압연기의 경우)에는 회전수가 133.93으로서 압소코드 엔코더(24)에서의 유효한 회전수를 초과하므로 이 때에는 감속기(23)의 기어비를 1/6으로 변경시키면 116.61회전으로서 압소코드 엔코더(24)의 유효회전수범위내에 포함되므로 지장이 없다. 기어비를 조정하는 대신에 압소코드 엔코더의 유효회전수가 더 큰 것을 사용할 수 있다. 상기한 것과 같이 전체 거리 이동량에 대한 설정이 완료되면, 변환기(26)에 이러한 정보를 입력시킨다. 예를 들어서 기어비가 1/5, 1/6인 감속기(23)를 사용하는 경우에는 검출전장의 설정은 압소코드 엔코더(24)가 128회전시에 391.836mm(F1/3 압연기), 470.204mm(F4/6 압연기)로 각각 입력시킨다.

모터(21)의 회전에 따라서 감속기(23)를 통하여 회전이 전달되면, 압소코드 엔코더(24)에서는 회전에 따른 신호가 발생된다. 입력신호가 a·sinωt이라고 하면, 출력신호는 Ksin(ωt-θ)로 표시되며, 이러한 신호파형이 도 3의 변환기(26)의 측면에 표시되어 있다. 변환기(26)의 측면에 도시된 바와 같이 1차입력신호 a·sinωt에 대한 출력신호 Ksin(ωt-θ)를 나타내는 파형도이다. 압소코드 엔코더(24)로부터 생성되는 신호는 트위스트페어 케이블(25)을 통하여 변환기(26)에 입력된다. 변환기(26)에서는 입력되는 신호파형을 이용하여 위치검출길이로 변환하여 출력한다. 검출된 위치길이는 θ의 시간적변화량을 이동거리량의 길이로 변환하여 얻어진다. 변환기(26)에서 얻어진 이동거리량은 이진수방식으로 출력되어서 연산제어부(27)에 입력된다.

이동거리량은 스크류다운 위치검출장치의 연산제어부(27)에 내장된 프로그램로직에 의하여 전동스크류다운 위치제어값으로 환산되어서 롤 갭을 계산하는데 이용된다. 한편 종래 사용되는 위치검출기는 도 3을 다시 참고하면, 모터(21)의 후단에 연결되어서 백업용 위치검출기(22)로서 사용이 가능하다. 다시말하면, 위치검출기(22)에 의하여 검출된 위치이동량과 압소코드 엔코더를 이용하여 검출된 위치이동량을 비교하여 더욱 정확한 위치검출상태를 확인할 수 있다.

한편, 변환기(26)에서는 특정항목의 설정을 통하여 위치검출상태를 더욱 정확하게 제어할 수 있다. 예를 들어서 이동거리량의 현재치 단위설정은 소수점 3자리(*.***)로 하고, 최대검출길이설정은 391.839로 하고, 압소코드 엔코더의 회전방향의 기준을 시계방향으로 하여 시계방향으로 회전하면 이동거리량의 증가, 반시계방향으로하면 이동거리량의 감소로 설정한다.

상기와 같이 하면, 모터(21)가 시계 또는 반시계방향으로 회전을 시작하면 감속기(23)의 감속비에 의하여 변경된 회전력이 압소코드 엔코더(24)에 전달된다. 압소코드 엔코더(24)에서는 회전력에 따른 거리이동량을 정현파신호로 생성하여 변환기(26)에 케이블(25)을 통하여 전송한다. 이 때 회전방향이 시계방향 또는 반시계방향에 따라서 거리이동량이 증가 또는 감소한다. 변환기(26)에서는 이동거리량을 이진수출력(2⁰-2¹⁷)으로 케이블을 통하여 연산제어부(27)로 입력시킨다. 연산입력부(27)에서는 입력되는 이진수출력을 이용하여 롤 갭의 제어를 수행한다.

도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b에는 본 발명에 의한 위치검출장치(absocoder)와 종래 사용된 위치검출기(PLG)를 이용하여 작동상태를 측정한 비교결과를 나타내는 그라프이다. 도 5a 및 도 5b는 종래 스크류의 상승(up) 및 하강(down) 시의 비교결과데이터이다. 도시된 바와 같이 결과가 거의 유사하게 출력됨을 알 수 있다.

또한 자동위치제어에 이용한 결과인 도 6a와 도 6b에 나타난 바와 같이, 두 출력결과가 거의 차이가 없음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면 종래 압연기의 스크류다운 위치검출을 압소코드 엔코더를 이용하여 수행함으로서 구조가 간단해지고 내구성이 증가되어 고장발생이 감소되는 이점이 있다. 또한 중량물을 이용한 보호덮개의 사용이 불필요함으로 안전사고의 발생가능성이 감소하여 명랑한 작업환경을 제공할 수 있는 이점이 있다. 또한 종래 위치검출기보다 저렴한 비용으로 설치가 가능하며 또한 절대위치검출방식을 사용함으로서 고가의 캠리미트스위치를 대체할 수 있는 이점이 있다.

Claims

압연기의 스크류다운의 위치를 검출하기 위한 장치에 있어서,

스크류의 위치조정용 모터(21)와 연결된 축(21a)과 연결되어 회전력을 소정비로 전달하는 감속기(23)와, 상기 감속기(23)로부터 전달되는 회전력에 따라서 내부에 설치된 편심로터가 회전하여 소정의 신호파형을 발생시키는 압소코드 엔코더(24)와, 상기 압소코드 엔코더(24)로부터 출력되는 신호파형을 그에 상응하는 이동거리량에 따른 펄스파형으로 변환하여 출력하는 변환기(26)와, 상기 압소코드 엔코더(24)와 상기 변환기(26) 사이에 설치되어서 신호파형을 전달하기 위한 케이블(25)과, 상기 변환기(26)로부터 출력되는 펄스파형을 이용하여 스크류다운의 위치제어를 수행하기 위한 연산제어부(27)로 구성됨을 특징으로 하는 압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치.
제1항에 있어서,

상기 감속기(23)의 기어비가 압연기의 이동길이에 따라서 변경되어서 설치되는 것을 특징으로 하는 압소코드 엔코더를 이용한 스크류다운 위치검출장치.