KR101249168B1

KR101249168B1 - 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템과 그 방법

Info

Publication number: KR101249168B1
Application number: KR1020090127394A
Authority: KR
Inventors: 이원호; 박재석; 윤기호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2013-03-29
Also published as: CN102179413A; KR20110070537A; DE102010055220A1; CN102179413B

Abstract

본 발명은 연속 냉간압연 공정에서 흔히 발생되고 있는 채터 마크(chatter mark), 히트 스트리크(heat streak), 강판의 상하면 조도편차에 기인한 강판의 휨변형 및 판의 절단 등을 조기에 검출하고 이를 방지하기 위한 조치를 취할 수 있도록 한 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템과 그 방법이다. 특히, 압연기에 진동센서, 토오크센서, 온도센서 및 전류센서를 내장하고 센서에서 발생되는 각각의 계측정보를 수신하여, 불량이 발생될 수 있는 신호량을 진단하며, 이를 이용하여 압연 중인 강판의 불량률을 최소화시킬 수 있도록 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템과 그 방법에 관한 것이다.

진동센서, 토오크센서, 온도센서, 전류센서, 압연기, 강판

Description

냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템과 그 방법{The method and system to control quality in cold rolling system}

본 발명은 연속 냉간압연 공정에서 흔히 발생되고 있는 채터 마크(chatter mark), 히트 스트리크(heat streak), 강판의 상하면 조도편차에 기인한 강판의 휨변형 및 판의 절단 등을 조기에 검출하고 이를 방지하기 위한 조치를 취할 수 있도록 한 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템과 그 방법이다. 특히, 압연기에 진동센서, 토오크센서, 온도센서 및 전류센서를 내장하고 센서에서 발생되는 각각의 계측정보를 수신하여, 불량이 발생될 수 있는 신호량을 진단하며, 이를 이용하여 압연 중인 강판의 불량률을 최소화시킬 수 있도록 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템과 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 철강제조 공정에서 칭하는 연속 냉간압연 설비로서, 작업롤을 통해서 금속을 압하하여 플레이트 형태의 강판을 제작하는 시스템을 칭한다.

이러한 연속 냉간압연 설비는, 고속으로 압연하는 중에 설비의 이상이나 비정상적인 작업으로 인해 발생되는 이상상황을 감지하여 이를 조기에 조치함에 따라 결함이 없는 우수한 품질의 강판을 얻어야 한다. 그런데 종래에는 그리 효과적인 대안 이 제시되고 있지 못하였다.

도 1은 냉간압연 강판, 특히 스테인리스 강판의 결함 및 문제점으로 제기되는 사항을 정리한 도면인데, 이 도면을 참조하여 종래 시스템에서 발생되고 있던 문제점을 설명한다.

도 1의 (a)의 도면은 채터 마크(chatter mark)로 강판의 길이방향으로 일정한 간격을 가지는 폭 방향 줄무늬이다. 이러한 채터 마크(chatter mark)가 발생된 강판은 전량 폐기(scrap) 처리해야 한다. 스테인레스 강판의 표면에 롤에 의해 불규칙하게 압하된 흔적이 있으면 이는 판매가 힘들기 때문이다.

다음으로 도 1의 (b)에 도시된 것은, 히트 스트리크(heat streak)라고 하는 표면결함으로서, 압연판(좌측)과 그 때의 롤의 표면상태(우측)를 나타내는 도면이다. 도 1의 (c)는 압연도중 강판의 상하면의 상태가 달라짐에 의해 발생되는 강판의 휨변형을 나타내는 도면이다.

그리고, 도 1의 (d)는 압연도중에 판이 절단되는 현상이다. 압연중 판이 파단되게 되면 이를 처리하기 위한 비용과 시간이 소요되며 이로 인한 손실은 대단히 크게 되므로 판 파단이 일어나지 않도록 주의를 기울여 압연을 진행해야 한다.

이외에도 강판의 품질을 저하시키는 요소는 다양하게 있을 수 있으나, 상기에서 기술한 여러 가지 품질이상 항목을 압연초기에 감지하지 못하게 되면 압연중인 전체 강판을 폐기 처분하거나, 설비사고로 이어질 수 있다. 특히, 선행코일과 후행코일을 접합하여 연속적으로 냉간압연하는 설비에서는 품질불량을 초기에 감지하지 못하게 되면 더욱 더 큰 손실을 감수해야만 한다.

따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 종래 개방된 품질 개선의 방법들이 제안된 바 있는데 이 기술들을 살펴본다.

냉간압연 중에 강판의 품질을 검출할 수 있는 기술로는 크게, 표면 흠 탐상기술, 내부 흠 탐상기술, 그리고 강판에 관통된 구멍(pin hole)을 감지하는 기술이 있다. 도 2는 이러한 종래의 냉간압연 강판의 품질 검사 기술에 대한 기본개념을 나타내는 도면이다.

도 2의 (a)에서처럼, 공지된 기술은 표면 흠 탐상기술과 관련된 선행 특허로 일본특허 공개공보 JP1994-82389( 출원인 : NSC )외에도 JP1999-311510, JP1997-274016, JP2000-314707 등 다수가 있다. 강판에 광원을 비추고 이에 따라 반사되어 오는 빛을 촬영하여 압연 된 강판의 흠결을 찾아내는 방식이다. 그러나 이 기술은 정확도가 떨어져 그리 효과적인 기술이 되지 못하고 있다.

또한 도 2의 (b)에는 강판 내부흠 탐상기술에 대하여 도시하고 있는데, 이와 관련된 선행특허로는 일본특허 공개공보 JP2002-022706( 출원인 : UCHIHA-SHI ) 외에도 JP2003-215106, JP1989-248050 등이 있다. 자력을 이용하여 압연 된 강판의 흠결을 계측하는 기술이다.

다음으로 도 2의 (c)에서처럼, 핀 홀(pin hole)을 감지하는 기술과 관련된 선행특허로는 미국의 공개특허 공보 US4302105( 출원인 : Erwin Sick ) 외에도 JP1990-107951, JP1984-070425 등 다수의 특허가 공개되고 있다. 이는 강한 광원을 압연 된 강판에 비추고 나서, 그 광원이 타측으로 새어 나오는 부분이 있는지 강판의 하단에서 검출기로 계측하는 방식이다.

그러나, 이상과 같이 기술한 대부분의 종래기술은 압연이 완료된 강판의 표면 혹은 내부 등을 계측기로 감지함에 따라 품질 결함을 검지하고 있으나, 실제로 4~6개의 압연기를 직렬로 배치하여 압연하고 있는 연속 냉간압연 라인에서는 발생된 결함이 어느 위치에서 발생되고 있는 지 알 수 없으므로 즉각적인 조치가 어렵다는 단점이 있다. 또한 종래의 검측 기술들을 모두 적용하기 위해서는 설비를 위한 비용이 과다하고, 연속되는 공정 중에서 어느 하나의 공정에만 설치하기 힘들다.

나아가 상기 모든 기술을 이용하여도 판의 절단과 같이 큰 손실로 이어지는 문제점과, 압연 중에 문제점을 미리 예견하고 이를 예방할 수 없다는 중차대한 문제점을 피할 수는 없다.

본 발명은 연속 냉간압연 공정에서 흔히 발생되고 있는 채터 마크(chatter mark), 히트 스트리크(heat streak), 강판의 상하면 조도편차에 기인한 강판의 휨 변형 및 판의 절단 등을 조기에 검출하고 이를 방지하기 위한 조치를 취할 수 있도록 한 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템과 그 방법을 제공하고자 한다.

이를 위해 본 발명에서는 압연기에 진동센서, 토오크센서, 온도센서 및 전류센서를 내장하고 센서에서 발생되는 각각의 계측정보를 수신하여, 불량이 발생될 수 있는 신호량을 진단하며, 이를 이용하여 압연 중인 강판의 불량률을 최소화시킬 수 있도록 하는 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템과 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 냉간압연시 발생되는 품질이상의 예지 시스템은, 냉간압연 시스템에서 압연 공정 중에 압연기의 진동발생, 압연 토오크의 변화량, 강판의 온도 변화량, 및 모터의 구동 전류의 변화량과 같은 계측정보를 시간에 따라 측정할 수 있는 진동센서, 토오크센서, 온도센서 및 전류센서를 결합시키고; 압연 작업 중 발생되는 상기 계측정보의 신호 변화량을 통해 생산되는 냉간 압연물의 품질이상을 측정 및 예방하는 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템에 따른, 상기 진동센서는, 압연기에 다수 개 결합시켜 금속표면에 채터 마크(Chatter Mark)와 판 파 단 여부를 탐지하는 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템에 따른, 상기 토오크센서는, 압연기의 스핀들에 부착하여 "L"형 반곡이나 강판의 상하면 조도편차를 검출하는 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템에 따른, 상기 온도센서는, 압연되는 강판에 부착하여 열에 의한 줄무늬(heat streak) 발생여부를 검출하는 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템에 따른, 상기 진동센서와 전류센서는, 압연기와 압연기의 모터 구동용 PLC에 부착하여 판 파단 발생 여부와 동력전달 기구의 건전성 평가에 의한 슬립(slip)의 검출을 하는 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템에 따른, 상기 진동센서, 토오크센서, 온도센서 및 전류센서에는 A/D 변환기와 송신기를 연결하고; 진단장비 측의 수신기로 계측한 정보를 송신 할 수 있도록 한 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템에 따른, 상기 진단장비는 수신기로 전달된 계측정보를 PC 내의 진단프로그램을 통해서 품질이상을 검측하는 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 시스템에 따른, 상기 송신기와 수신기의 통신 방식은, 블루투스 무선 데이터 통신을 사용하는 것을 포함하여 구성된다.

전술된 실시예들과는 달리 본 발명의 다른 특징으로는, 냉간압연시 발생되는 품질이상의 예지 방법에 있어서, 냉간압연 시스템에서 압연 공정 중에 압연기의 진동발생, 압연 토오크의 변화량, 강판의 온도 변화량, 및 모터의 구동 전류의 변화량과 같은 계측정보를 시간에 따라 측정하여, 압연 작업 중 발생되는 상기 계측정보의 신호 변화량을 통해 생산되는 냉간 압연판의 품질이상을 측정 및 예방하는 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법에 따른, 상기 압연기의 진동발생, 압연 토오크의 변화량, 강판의 온도 변화량, 및 모터의 구동 전류의 변화량과 같은 계측정보는, 진동센서, 토오크센서, 온도센서 및 전류센서를 통해서 계측하는 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법에 따른, 상기 진동센서, 토오크센서, 온도센서 및 전류센서는 별도의 A/D 변환기와 송신기를 통해 진단장비 측의 수신기로 계측정보를 송신할 수 있도록 한 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법에 따른, 상기 진동센서는, 진동신호의 메인 주파수가 350 Hz ＜ Fm ＜ 500 Hz 이거나 또는 800 Hz ＜ Fm ＜ 1000 Hz로 발생되고, 상한치를 진동신호의 크기인 Magnitude(M)이 M ＞ 30일 때 채터 마크가 발생된 것으로 판단하는 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법에 따른, 상기 토오크센서는, │△Q│ / Qt ＞ 10% 일때, 강판의 상하면 조도편차가 발생된 것으로 간주 하되, 상기 △Q는 상하 압연롤의 구동 토오크 편차를 칭하고, Qt는 상하부 구동 토오크의 합을 칭하는 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법에 따른, 상기 온도센서는, 300계 스테인리스 강판의 경우 최대 온도는 고정하기 힘들지만 Ts ＞ 150 ℃이거나 400계 스테인리스 강판의 경우 Ts ＞ 120 ℃일 때 히트 스크리크(hsat streak)가 발생된 것으로 간주하되, 상기 Ts는 압연되는 강판의 온도인 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법에 따른, 상기 진동센서와 전류센서의 진동과 전류 계측정보는, - 0.3 ＜ Rv ＜ 0.3, -0.3 ＜ Ee ＜ 0.3 이고 -0.2 ＜ RMS ＜ 0.2를 모두 만족시킬 때 압연 중 판파단이 발생될 것으로 간주하되, 상기 Rv는 주파수 영역 분석 대표치이고, Ee는 엔트로피 영역 분석 대표치이며, RMS는 시간영역 분석 대표치인 것을 포함하여 구성된다.

또한 본 발명 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법에 따른, 상기 송신기와 수신기의 통신 방식은, 블루투스 무선 데이터 통신을 사용하는 것을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따라, STS 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법을 사용하게 되면 연속 냉간압연 공정에서 흔히 발생되고 있는 채터마크(chatter mark), 히트 스트리크(heat streak), 강판의 상하면 조도편차에 기인한 강판의 휨변형 그리고 판의 절단 등을 조기에 검출하고 이를 방지하기 위한 적절한 조치를 취할 수 있어 보다 질 좋은 강판을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라, 다수의 센서를 이용하여 불량에 대한 계측을 수행하고 이러한 계측정보를 on-line을 통해서 전달받는 방식을 사용하기에 편리하고 작업장 내의 소음과 온도에 대한 영향을 받지 않는다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라, 강판의 품질결함 발생을 방지함은 물론 설비사고의 방지, 실수율과 생산성을 향상시키는 등의 많은 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라, 기존의 압연시스템을 그대로 활용하여 보다 높은 질의 강판을 생산할 수 있기에 활용가능성이 높다는 장점이 있다.

본 발명은 냉간압연시 발생되는 품질이상의 예지 시스템에 관한 것이다.

따라서 본 발명의 구성과 그 작용 및 방법에 대한 상세한 설명을 도시된 도 1 내지 도 12와 함께한다.

도 3에 도시된 것처럼, 본 발명은 냉간압연 시스템에서 압연 공정 중에 압연기(10)의 진동발생, 압연 토오크의 변화량, 강판(1)의 온도 변화량, 및 모터의 구동 전류의 변화량과 같은 계측정보를 시간에 따라 측정할 수 있는 진동센서(21), 토오크센서(22), 온도센서(23) 및 전류센서(24)를 결합시킨다. 그리고 상기 압연 작업 중 발생되는 상기 계측정보의 신호 변화량을 통해 생산되는 냉간 압연물의 품질이상을 측정 및 예방하는 것이다.

본 발명은 압연의 작업이 완성되고 나서 완성된 강판(1)을 검사하여 압연의 결과가 잘 되었는지 확인하는 기술이 아니다. 압연이 진행 중인 상태에서 상기 압연기(10) 에 설치된 다수의 진동센서(21), 토오크센서(22), 온도센서(23) 및 전류센서(24)에서 계측한 변화량을 측정하고, 이를 통해서 압연되는 강판(1)의 문제점을 발견하고자 하는 기술이다. 이를 위해서 상기 진동센서(21), 토오크센서(22), 온도센서(23) 및 전류센서(24)로부터 발생된 신호에 대한 전달은 그 동안 본 발명을 실현하는 과정에서 많은 경험칙으로 계산된 상태이며, 이를 프로그램을 통해 실현시켜, 보다 정확한 계측과 문제점에 대한 예방을 하고자 한다. 그리고 상기 강판에 발생되는 문제점들은 어느 하나의 센서의 측정치를 통해서 확인되는 것이 아니고, 서로 종합적으로 연계되어 다양한 강판의 품질이상을 측정할 수 있는 것이다.

설명을 위해서 압연과정 중 발생될 수 있는 문제점을 다시 한 번 살펴보면, 채터(Chatter)와 강판(1) 자체가 찢어지거나 파손되는 판 파단이 있는데, 본 발명에서는 이를 압연과정 중 진동센서(21)에서 계측한 진동수와 파장을 이용하여 예측하고 있다. 다른 문제점으로는 L반곡, 강판(1) 상하면 조도편차 발생여부의 검출은 토오크센서(22)를 통해서 계측하고 있다. 그리고 히트 스크리크(Heat streak)의 발생 여부를 판단하기 위해서는 온도센서(23)를 통해서 실현하고, 진동센서(21)와 전류센서(24)를 통해서는 동력전달 기구의 건전성 평가에 의한 슬립(Slip)과 판 파단의 이상 여부를 계측한다.

그럼 본 발명 시스템의 전체적인 구성과 그 작동의 방식을 설명한다.

도시된 도 3에서는 본 발명 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법을 도시하고 있는데, 특히 on-line으로 작동하는 시스템을 도시하고 있다. 먼저 본 발명의 기본구성으로 다수의 센서가 존재하는데, 이는 계측장비(100) 측에 진동센서(21), 토오 크센서(22), 온도센서(23) 및 전류센서(24)가 있다. 바로 이러한 장비를 이용하여 압연 중의 강판(1) 품질 이상 여부를 검출하는 것이다. 도 4에는 전술된 계측장비(100)를 통해서 얻어진 여러 가지 계측정보(=신호)를 분석하여, 압연된 냉간압연 강판(1)에 품질과 관련된 문제가 있는가의 여부를 판단할 수 있는 진단장비( 200; software program로 구현)의 개념을 도시하고 있다.

즉, 상기의 품질과 관련된 문제점을 찾아내기 위해 도 3의 계측장비(Hardware로 구현; 100)에 포함된 센서의 종류를 보다 구체적으로 열거하면 다음과 같다. 즉, 상기 압연기에 다수 개 부착된 진동센서(21)는 채터(Chatter) 및 판 파단의 검출을 위하고, 토오크센서(22)는 L반곡, 강판 상하면 조도편차의 검출을 위하며, 온도센서(23)는 히트 스트리크(Heat streak) 발생 여부를 판단한다. 또한 상기 전류센서(24)는 동력전달 기구의 건전성 평가에 의한 Slip 판단하고 진동센서(21)와 연계하여 판 파단 여부를 검출한다.

보다 상세히 설명하자면, 도시된 도 3에는 압연기에 다수의 진동센서(21)가 부착된 상태를 도시하고 있는데, 먼저 압연기(10)의 지지프레임(11), 스핀들(12)의 끝단, 감속기 하우징 및 기타 필요한 부분에 부착하고 있다. 이러한 진동센서(21)는 압연과정 중 발생되는 압연롤과 강판(1)의 표면에서 발생되는 마찰에 의해서 발생되는 물리적인 파장을 계측하여 압연 중의 금속판에 이상이 발생되고 있는지 확인하는 것이다. 이는 아주 오랜 시간 동안 다수 번 실시하는 과정에서 압연 중의 진동 파장의 변화를 계측하여 저장시켜온 데이터 경험칙을 활용하여 채터나 판 파단이 있음을 예상하는 것이다.

그리고 도 3에서 보이는 압연시스템에는 상기 토오크센서(22)도 결합되어 있는데, 상기 압연기(10)의 스핀들(12)에 부착하여 "L"형 반곡이나 강판의 상하면 조도편차를 검출한다. 회전에 따른 압연롤과 스핀들에서 발생되는 토오크 편차를 계측하는 방법으로 압연 중의 강판에 이상이 발생되는지 확인하는 것이다.

상기 온도센서(23)는, 압연되는 강판(1)에 부착하여 열에 의한 히트 스트리크(heat streak) 발생 여부를 검출한다. 즉, 압연되는 강판(1)에 직접적으로 부착한 온도센서(23)가 압연되는 강판(1)에서 발생되는 열을 계측하고, 필요 이상의 온도가 발생되면 강판(1)에 발생된 마찰이 과한 것으로 판단하고, 또 너무 높은 온도까지 올라간 압연 중의 강판(1)은 그 경도가 낮아져 작은 진동과 충격에 의해서도 히트 스트리크가 발생될 수 있기에 이러한 점을 계측하고 예측하는 것이다.

마지막으로 상기 진동센서(21)와 전류센서(24)는, 압연기(10)와 압연기(10)의 모터 구동용 PLC에 부착하여 판파단 발생 여부와 동력전달 기구의 건전성 평가에 의한 슬립(slip) 여부의 검출을 한다. 상기 다수의 진동센서(21)에서 계측된 신호와 압연기(10)의 압연롤을 구동시키기 위한 모터에 회전력을 전달하는 PLC에 부착된 전류센서에서 계측한 전류 데이터를 분석하여 압연 중의 강판(1)에 발생되는 이상 유무를 예측하는 것이다.

그런데 본 발명의 압연시스템은 도시된 도 3에서처럼 계측장비(100)와 진단장비(200)로 구분되어 있다. 상기 계측장비(100)와 유선을 통해서 연결된 진단장비(200)를 갖출 수도 있지만, 계측장비(100)와 진단장비(200)를 무선으로 연결할 수도 있다. 즉, 계측된 센서의 다양한 신호를 활용하여 압연 중의 강판(1)에 발생 된 이상 여부를 진단장비가 판단하는 것이다. 이를 위해서 본 발명에서는 다음과 같은 구성요소들이 필요하다.

도시된 도 3에서처럼, 상기 진동센서(21), 토오크센서(22), 온도센서(23) 및 전류센서(24)에는 A/D 변환기(31)와 송신기(32)를 계측장비(100)로서 연결하고, 진단장비(200) 측의 수신기(33)로 계측한 정보를 송신 할 수 있도록 한 것이다.

그리고 상기 진단장비(200)는 수신기(33)로 전달된 계측정보를 PC 내의 진단프로그램을 통해서 품질이상을 검측하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 센서들을 통해서 계측된 정보나 데이터 및 신호는 대부분 아나로그(Analog) 값이므로 이를 A/D 변환기(converter; 31)를 이용하여 디지털l 신호로 변환해 준다. 계측된 신호가 디지털 신호로 변환된 측정값은 계측장비(100)의 송신기(32)를 거쳐 진단장비(200)의 수신기(33)로 전송된다. 이때 사용된 전송방식은 다양한 방식이 활용 가능하다. 무선과 유선이 모두 활용될 수 있다.

그러나 특별히 본 발명에서는 상기 송신기(32)와 수신기(33)의 통신 방식을, 블루투스 무선 데이터 통신(300)을 사용하는 것이 바람직하다. 정보나 데이터의 전달을 위해서 다수의 주파수 대역으로 데이터를 나누고 여러 주파수에 걸쳐서 데이터를 전송하는 블루투스 무선 데이터 통신(300)은 본 발명의 시스템과 같은 압연시스템에 안정되게 적용이 가능하다. 그리고 이러한 방식으로 수신기(33)를 통해 얻어진 상기 계측장비(100) 센서의 계측값은 실시간으로 컴퓨터를 통해 모니터링(Monitoring) 되어 압연작업의 진행현황을 알 수 있게 된다.

즉, 상기 계측된 신호는 도 4에서 도시된 컴퓨터 내의 소프트웨어(software) 진단 프로그램을 통해 상태를 진단한다. 이 진단프로그램은 데이터 분석을 위해 마련되는데, 각각의 계측신호가 정상적인 신호인지 혹은 결함이 발생되고 있는 지를 판단하는 것이다. 만일 품질과 관련된 문제점이 발생되고 있는 상태라면 이를 작업자에게 통보하여 적절한 조치를 취하도록 하는 것이다. 특히 본 발명의 도 3에서 도시된 하드웨어(Hardware)는 연속 압연기(10)의 모든 스탠드에 설치해 둠에 따라, 발생된 품질결함 신호가 어느 스탠드에서 나타나는 것인지를 정확히 파악하여 해당 스탠드만을 대상으로 신속한 조치가 가능하도록 한다. 보다 상세히 설명하자면, 연속 냉간 압연시스템은 다수의 압연기가 존재하여 다수의 압하과정을 통해서 강판을 제조하고 있다. 따라서 각각의 압연기(10)가 설치된 부분을 하나의 스탠드라 칭하고 있는데, 각 단계의 스탠드 당 모두 전술된 하드웨어를 결합시켜 시간의 진행과정에 따라 실시간으로 계측하고 이를 송신 받아 진단하는 방식이다. 따라서 본 발명의 시스템을 활용하게 되면, 압연 중에 강판(1)에서 발생되는 이상 유무를 실시간으로 확인하고 진단하며, 보정할 수 있는 것이다.

전술된 내용은 냉간 압연 작업시 강판에 발생된 이상 여부를 계측하고 진단하는 시스템을 설명하였다. 그러나 본 발명은 압연 작업시 발생되는 강판(1)의 이상 여부를 계측하고 진단하는 방법에도 그 특징이 있기에 아래에는 방법을 설명한다.

본 발명은 냉간압연시 발생되는 품질이상의 예지 방법에 있어서, 냉간압연 시스템에서 압연 공정 중에 압연기(10)의 진동발생, 압연 토오크의 변화량, 강판의 온도 변화량, 및 모터의 구동 전류의 변화량과 같은 계측정보를 시간에 따라 측정하여, 압연 작업 중 발생되는 상기 계측정보의 신호 변화량을 통해 생산되는 냉간 압연 강판(1)의 품질이상을 측정 및 예방하는 것이다.

즉, 종래의 냉간압연 시스템을 가동하면서 발생되는 많은 강판의 문제점을 모두 해결하기 위해서 다수, 다종의 센서를 통해서 실시간으로 계측하고 이 계측된 정보를 이용하여 이상 여부를 예측하고 진단하는 것이다.

압연 작업시 발생될 수 있는 강판의 문제점은 채터(Chatter) 와 강판 자체가 찢어지거나 파손되는 판 파단이 있고, L반곡, 강판 상하면 조도편차 이상이 있으며, 히트 스크리크(Heat streak)가 있다. 또한 동력전달 기구의 건전성 평가에 의한 슬립(Slip)과 판 파단의 이상이 발생될 수 있다. 이러한 모든 문제점을 본 발명에서는 상기 압연기(10)의 진동발생, 압연 토오크의 변화량, 강판의 온도 변화량, 및 모터의 구동 전류의 변화량과 같은 계측정보를 통해서 계측하고 진단한다. 즉, 압연시스템에 설치하는 상기 진동센서(21), 토오크센서(22), 온도센서(23) 및 전류센서(24)를 통해서 계측하는 것이다.

도 3에는 본 발명의 기본구성을 보다 구체적으로 나타낸 도면인데, 압연기에 부착된 다수의 진동센서, 스핀들에 부탁된 토오크 센서, 모터구동용 PLC에 부착된 전류센서, 그리고 강판의 상면에 부착된 온도센서 등을 보여주고 있다.

따라서 이러한 기본적인 하드웨어인 상기 진동센서(21), 토오크센서(22), 온도센서(23) 및 전류센서(24)는 별도의 A/D변환기(31)와 송신기(32)를 통해 진단장비(200)측의 수신기(33)로 계측정보를 송신할 수 있도록 한 것이다. 즉, 상기 다수 다종의 센서에서 취득한 정보나 데이터를 디지털화하여, 이를 진단장치의 수신기로 전달하고 별도의 진단프로그램을 통해서 전달된 신호를 진단하는 것이다.

이러한 진단의 방법과 그 수치는 본 발명의 출원인에 의해서 다수의 경험과 실시 과정을 통해서 보다 정확한 데이터의 형태로 축적되어 있는데, 이를 보다 상세히 설명한다.

먼저 상기 진동센서(21)에서 계측된 신호나 데이터가 진동신호의 메인 주파수가 350 Hz ＜ Fm ＜ 500 Hz 이거나 또는 800 Hz ＜ Fm ＜ 1000 Hz로 발생되고, 상한치를 고정하기 힘든 진동의 크기 기준인 Magnitude(M)이 M ＞ 30일 때 채터 마크(chatter mark)의 발생 신호로 분석한다.

도시된 도 1의 (a)에서처럼, 강판에 형성되는 채터 마크(Chatter mark)의 발생을 감지하는 형태는, 도 3과 도 5의 압연 시스템에 부착된 다수의 진동센서로부터 압연 중 측정된 진동신호로 측정하게 된다. 즉, 도 6의 (a)와 같이 측정된 데이터를 도 6의 (b)와 같이 주파수 분석을 하여 상기 조건을 만족하는 경우에 채터마크가 발생되는 것으로 판단한다. 이때 주파수 분석결과에 따른 메일 주파수는 Fm이며, 그것의 다른 표현의 방식인 진동의 크기(magnitude)는 M으로 표기하였다. 따라서 이러한 계측치가 하기의 조건을 만족한 상태로 3초 이상 유지되는 경우에는 채터 마크가 발생된 것으로 판단하고 조치를 취해야만 한다.

이 정확한 수치는 전술된 것처럼, 350 Hz < Fm < 500 Hz이고, M > 30이다. 상기 M이 30보다 높은 수치로 한정한 이유는 본 발명에서 최대값을 산정하기 힘들기 때문이다. 30 이상의 M이 발생되면 본 발명의 시스템은 감지를 시작하기에 더 큰 최대치를 한정할 필요가 없고, 각각의 작업현장에 따라 압하되는 강판의 종류에 따라 다르기에 최대치를 한정하기는 힘들다.

다음으로 본 발명에서 사용하는 상기 토오크센서(22)는, │△Q│ / Qt ＞ 10% 일때, 강판의 상하면 조도편차가 발생된 것으로 간주한다. 이때 상기 △Q는 상하 압연롤의 구동 토오크 편차를 칭하고, Qt는 상하부 구동 토오크의 합을 칭한다. 즉, 강판의 상하면 조도편차가 발생이란 강판의 표면에 이상이 발생되는 현상이기에 이를 압연 작업시 발생되는 압연롤의 스핀들 토오크 편차로 측정하는 것이다.

실례로 도 8의 (a)는 압연기 스핀들에 부착된 토오크센서로부터 압연 중 측정된 상부와 하부의 압연토오크 신호를 나타낸 도면이다. 이 측정된 데이터로부터 상하부의 토오크 편차를 구하고, 도 8의 (b)와 같이 압연된 강판의 상하면에 대해 조도측정을 실시한 결과 상기의 조건이 만족되면 토오크 신호로부터 강판의 상하면 조도편차가 있다는 것으로 판단할 수 있었다. 따라서 본 발명에서는 상기 상하 압연롤의 구동 토오크 편차와 상하부 구동 토오크 합을 통해서 강판의 조도 편차 발생여부를 예측할 수 있는 것이다.

다음으로 본 발명에서 상기 온도센서(23)는, 300계 스테인리스 강판(1)의 경우 최대 온도는 고정하기 힘들지만 Ts ＞ 150 ℃이거나 400계 스테인리스 강판(1)의 경우 Ts ＞ 120 ℃일 때 히트 스크리크(heat streak)가 발생된 것으로 간주한다. 이때, 상기 Ts는 압연되는 강판의 온도이다.

즉, 고열에 의해서 강판의 표면에 나타나는 자취인 히트 스트리크(Heat streak)의 발생 감지는, 압연중인 강판의 상면에 접촉식 온도계를 설치하고 시간의 변화에 따른 온도를 계측하는 도중에 다음과 같은 조건을 만족하는 경우 히트 스트리크가 발생되는 것으로 판단한다. 이는 강판의 종류에 따라 다소 다를 소지가 높은데, 스텐 레스 강판을 실례로 살펴보면, 300계 STS 강판의 경우는, Ts > 150 ℃이고, 400계 STS 강판의 경우는, Ts > 120 ℃이다. 이 온도의 계측치도 상한치를 설정하기 힘든데, 상기 한정한 150 ℃와 120 ℃일 경우, 더 이상의 온도 상승을 방지하기 위해서 조치가 취해질 것이고, 발생되는 상황에 따라 차이가 높은 상한치가 있을 수 있기에 특별히 한정하지 않았다.

다음으로 상기 진동센서(21)와 전류센서(24)의 진동과 전류 계측정보는, - 0.3 ＜ Rv ＜ 0.3, -0.3 ＜ Ee ＜ 0.3 이고 -0.2 ＜ RMS ＜ 0.2를 모두 만족시킬 때 압연 중 판 파단과 동력전달 기구의 건전성 평가에 의한 슬립(slip)이 발생되는 것으로 간주한다. 여기서 상기 Rv는 주파수 영역 분석 대표치이고, Ee는 엔트로피 영역 분석 대표치이며, RMS는 시간영역 분석 대표치이다.

즉, 상기 판 파단의 예지는, 도시된 도 7의 (a)에서처럼, 압연기에 부착된 진동센서로부터 압연 중 측정된 진동신호이다. 또한 상기 측정된 데이터를 도 7의 (b)와 같이 시간역 분석을 통해 다음의 조건을 만족하는 특징값이 군집을 이루어 나타나는 경우에 판 파단이 발생될 수 있는 조건이 되는 것으로 판단한다.

중요한 것은 진동신호와 전류신호의 특징값 추출결과 하기의 조건을 모두 만족하는 경우만이 적용된다. 첫째, -0.3 < Rv < 0.3, 둘째, -0.3 < Ee < 0.3이고, 셋째, -0.2 < RMS < 0.2이다.

물론 전술된 시스템에서처럼, 본 발명에서는 상기 송신기(32)와 수신기(33)의 통신 방식은, 블루투스 무선 데이터 통신(300)을 사용하는 것이 바람직하다.

그럼 여기서 본 발명의 보다 명확한 설명을 위해서 도시된 도면에 대한 상세한 설 명을 한다.

도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예로서 압연도중 상기 품질이상의 하나인 채터 마크(chatter mark) 발생을 감지하고, 이를 실제의 압연 판에 대해 검증한 결과를 보여주고 있다. 도 9에 도시된 첫 번째 패스 내지 네 번째 패스는 압연도중 압연기에 부착된 진동센서로부터 측정된 진동신호이며, 세 번째 패스에서 급격히 진동의 크기가 커지고 있음을 알 수 있고, 이것이 채터 마크로 진행될 가능성이 큼을 짐작할 수 있다.

또한 도 10은 상기 도 9의 세 번째 패스의 진동신호를 보다 상세히 분석한 결과로서, 도 10의 (a)는 시간에 따른 진동신호의 변화량이며, 도 10의 (b)는 진동의 크기가 급격히 상승한 부분에서의 주파수 분석결과이다. 주파수 분석결과는 주파수의 범위와 해당주파수의 강도, 즉 크기를 나타내고 있다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 강도가 가장 큰 주파수는 462Hz임을 알 수 있다. 또한 도 11에 나타낸 바와 같이 주파수의 3차원 분석, 즉 스펙트럼(Spectrogram)을 살펴보면 상기의 462Hz의 진동주파수가 압연이 종료될 때까지 지속됨을 알 수 있다. 이와 같은 결과로부터 앞서 기술한 채터 발생의 기준을 적용해보면 상기 진동특성은 채터가 발생되었음을 알 수 있다.

나아가 이를 확인하기 위해 압연된 강판의 표면상태를 살펴본 결과, 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이 첫 번째와 두 번째 패스에서는 발생되지 않았던 채터 마크(chatter mark)가 세 번째 패스에서는 발생되었고, 채터 무늬의 간격으로부터 발생된 채터의 주파수는 진동주파수 분석에서의 462Hz와 그리 큰 차이가 없는 473.3Hz의 주파수가 발생하였음을 입증하였다. 이를 통해 앞서 제시된 본 발명의 chatter 감지 기준이 타당함을 알 수 있다.

도 1은 일반적인 연속 냉간 압연 작업 중 압연판에 발생되는 결함들을 도시한 도면,

도 2는 종래의 냉간 압연 작업의 결함을 탐상하는 기술을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 연속 냉간 압연 시스템의 계측장비와 진단장비를 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 진단장비의 진단프로그램을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 하드웨어를 구분하여 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 채터 마크의 발생을 판단한 신호를 도시한 도면,

도 7은 본 발명에서 판 파단의 예지를 판단한 신호를 도시한 도면,

도 8은 본 발명에서 강판의 상하면 조도의 편차가 발생된 신호를 도시한 도면,

도 9는 본 발명에서 압연 작업 중 발생되는 진동 신호를 시간에 따라 변화한 상태를 도시한 도면,

도 10은 본 발명에서, 압연 중 발생된 신호를 주파수 분석한 모습을 도시한 도면,

도 11은 본 발명에서 압연 중 발생된 진동신호를 3차원 주파수 분석결과를 도시한 도면,

도 12는 본 발명에서 압연 중 채터 마크가 강판에 나타난 형태를 나타내는 도면이다.

<도시된 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>

1; 강판 10; 압연기

11; 프레임 12; 스핀들

21; 진동센서 22; 토오크센서

23; 온도센서 24; 전류센서

31; A/D변환기 32; 송신기

33; 수신기 100; 계측장비

200; 진단장비

Claims

냉간압연시 발생되는 품질이상의 예지 장치에 있어서,

압연기에 내장되어, 냉간압연 시스템에서 압연 공정 중에 압연기 진동발생, 압연 토오크의 변화량, 강판의 온도 변화량 및 모터의 구동 전류의 변화량 각각을 시간에 따라 측정하는 진동센서, 토오크 센서, 온도 센서 및 전류 센서를 포함하는 계측장비; 및

상기 계측장비에서 계측한 정보의 신호 변화량을 통해 냉간압연 중에 발생되는 냉간 압연물의 품질이상 여부를 판단하는 진단장비;를 포함하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 장치.
제1항에 있어서,

상기 진동센서는,

상기 압연기에 다수 개 결합시켜 금속표면에 채터 마크(Chatter Mark)와 판 파단 여부를 탐지하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 장치.
제1항에 있어서,

상기 토오크센서는,

압연기의 스핀들에 부착하여 "L"형 반곡이나 강판의 상하면 조도편차를 검출하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 장치.
제1항에 있어서,

상기 온도센서는,

압연되는 강판에 부착하여 열에 의한 히트 스트리크(heat streak) 발생여부를 검출하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 장치.
제1항에 있어서,

상기 진동센서와 전류센서는,

상기 압연기와 상기 압연기의 모터 구동용 PLC에 부착하여 판 파단 발생 여부와 동력전달 기구의 건전성 평가에 의한 슬립(slip)의 검출을 하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 장치.
제1항에 있어서,

상기 진동센서, 토오크센서, 온도센서 및 전류센서에는 A/D 변환기와 송신기를 연결하고;

상기 진단장비 측의 수신기로 계측한 정보를 송신할 수 있도록 한 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 장치.
제6항에 있어서,

상기 진단장비는 수신기로 전달된 계측정보를 PC 내의 진단프로그램을 통해서 품질이상을 검측하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 장치.
제6항에 있어서,

상기 송신기와 수신기의 통신 방식은, 블루투스 무선 데이터 통신을 사용하는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 장치.
냉간압연시 발생되는 품질이상의 예지 방법에 있어서,

냉간압연 시스템에서 압연 공정 중에 압연기 진동발생, 압연 토오크의 변화량, 강판의 온도 변화량, 및 모터의 구동 전류의 변화량을 각각을 시간에 따라 측정하는 단계;

상기 측정된 신호를 변환하는 단계;

상기 변환된 신호를 송수신하는 단계;

상기 수신 데이터를 통하여 품질결함 발생을 판단하는 단계;로 이루어진 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법.
제9항에 있어서,

상기 압연 공정 중에 압연기 진동발생, 압연 토오크의 변화량, 강판의 온도 변화량, 및 모터의 구동 전류의 변화량은,

각각 진동센서, 토오크센서, 온도센서 및 전류센서를 통해서 계측하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 고속 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법.
제10항에 있어서,

상기 진동센서, 토오크센서, 온도센서 및 전류센서는 별도의 A/D변환기와 송신기를 통해 진단장비측의 수신기로 계측정보를 송신할 수 있도록 한 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법.
제11항에 있어서,

상기 진동센서는,

진동신호의 메인 주파수가 350 Hz ＜ Fm ＜ 500 Hz 이거나 또는 800 Hz ＜ Fm ＜ 1000 Hz로 발생되고, 상한치를 고정하기 힘든 진동의 크기인 Magnitude(M)이 M ＞ 30일 때 채터 마크의 발생 신호로 분석하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법.
제10항에 있어서,

상기 토오크센서는,

│△Q│ / Qt ＞ 10% 일때, 강판의 상하면 조도편차가 발생된 것으로 간주화되, 상기 △Q는 상하 압연롤의 구동 토오크 편차를 칭하고, Qt는 상하부 구동 토오크의 합을 칭하는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법.
제10항에 있어서,

상기 온도센서는,

300계 스테인리스 강판의 경우 최대 온도는 고정하기 힘들지만 Ts ＞ 150 ℃이거나 400계 스테인리스 강판의 경우 Ts ＞ 120 ℃일 때 히트 스크리크(hsat streak)가 발생된 것으로 간주하되, 상기 Ts는 압연되는 강판의 온도인 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법.
제10항에 있어서,

상기 진동센서와 전류센서의 진동과 전류 계측정보는,

- 0.3 ＜ Rv ＜ 0.3, -0.3 ＜ Ee ＜ 0.3 이고 -0.2 ＜ RMS ＜ 0.2를 모두 만족시킬 때 압연 중 판파단이 발생될 것으로 간주하되, 상기 Rv는 주파수 영역 분석 대표치이고, Ee는 엔트로피 영역 분석 대표치이며, RMS는 시간영역 분석 대표치인 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법.
제11항에 있어서,

상기 송신기와 수신기의 통신 방식은, 블루투스 무선 데이터 통신을 사용하는 것을 특징으로 하는 냉간압연에서의 품질이상 예지 방법.