KR20150118044A

KR20150118044A - 성형 기계 및 성형 기계를 제어하기 위한 제어방법

Info

Publication number: KR20150118044A
Application number: KR1020150050585A
Authority: KR
Inventors: 보릭 랄프
Original assignee: 에스엠에스 메르 게엠베하
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2015-10-21
Also published as: JP2015202522A; KR20170020408A; EP2937155A1; MX365451B; CN104972027A; MX2015004510A; ES2869049T3; CN108714673A; EP2937155B1; JP6065242B2; US10065234B2; US20150290700A1

Abstract

성형 기계 특히, 성형 기계의 작업 영역내에 배열된 공작물을 향하는 광선 섹션 센서를 포함한 링 압연기계가 정밀하게 작동하고 기계공학적으로 간단한 구조를 가진다.

Description

성형 기계 및 성형 기계를 제어하기 위한 제어방법{FORMING MACHINE AND METHOD FOR CONTROL OF A FORMING MACHINE}

본 발명은 성형 기계 및 성형 기계를 제어하기 위한 제어방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 링 압연기계 및 링 압연기계를 제어하기 위한 제어 방법에 관한 것이다.

종래기술에서 해당 성형 기계들이 예를 들어, 단조기계, 압연기계, 링 압연(ring- rolling) 기계, 압출기와 같은 많은 분야에 충분히 공지되어 있다. 일반적으로, 주조 전구재료(precursor material)와 같은 전구재료들은 반 가공재료(semi- finished materials)를 생산하기 위해 형성되거나 상기 반가공 재료들은 공작물을 생산하기 위해 형성되고, 공작물들이 주조 전구 재료이거나 반가공 제품 또는 다른 공작물인 가에 따라 상기 목적을 위해 요구되는 압력과 하중이 해당 성형공구를 통해 각각의 성형 공작물에 전달된다.

특히, 상기 기계들을 위한 링 압연 기계들 및 제어방법들이 종래기술 예를 들어, 문헌 제 DE 25 04 969 A1 호 또는 문헌 제 DE 39 23 275 C2 호에 공개되어 있다. 이와 관련하여, 상기 링 압연기계는 일반적으로, 반경 방향으로 작용하는 반경 방향 롤의 롤 축과 상호작용하며 연결된 반경 방향 구동부 및, 축 방향으로 작용하는 축 방향 롤의 롤 축과 상호작용하며 연결된 축 방향 구동부를 포함한다. 이와 관련하여, 예를 들어, 문헌 제 DE 25 04 969 A1 호에 공개된 것처럼, 축 방향 롤러들은 공작물을 축 방향으로 다시 말해 링형상을 가진 공작물의 대칭축 또는 회전축과 평행하게 압연 가공하고 동시에 또는 차례대로 상기 링은 반경 방향 롤에 의해 공작물의 대칭축 또는 회전축에 대해 또는 공작물의 수직축에 대하여 반경 방향으로 성형된다. 흔히 롤 맨드릴(roll mandrel)이 상기 반경 방향 롤과 상호작용한다.

이와 관련하여, 롤들은 롤들의 관련 롤 축을 가지며 해당 반경 방향 구동부 또는 축 방향 구동부에 의해 이동하거나 회전하며 제어된다. 또한, 상기 성형 기계들은 또한 일반적으로 유압제어되고 예를 들어, 상기 롤러들을 서로 셋팅하기 위해 이용되는 선형 축들을 포함한다. 또한, 예를 들어, 삽입 안내부(intake guide), 롤 맨드릴 또는 다른 부분들과 같은 다른 모듈들이 해당 선형 액슬들에 의해 유압제어될 수 있다.

따라서 예를 들어, 링 압연기계의 경우, 기계적 감지 롤러들 또는 레이저 도트(laser dot)를 이용하는 레이저 삼각측정(laser triangularation)에 의해 성형과정을 감시하고 필요한 경우, 제어에 의해 압연과정을 간섭하는 것이 공지되어 있다. 대형 링(ring) 또는 슬리브(sleeve)에 있어서, 종종 세 개에 이르는 레이저 도트들이 삼각 측정을 위해 이용된다. 문헌 제 DE 39 23 275 C2 호에 따르면, 상기 성형과정은 쉴리에렌(shlieren) 다이아그램을 이용하여 음영 형성(shadow formation)에 의해 감시될 수 있지만, 이러한 구성은 설계를 매우 복잡하게 만든다.

본 발명의 목적은, 기계공학적으로 단순한 구조를 가지는 동시에 정밀하게 작동하는 성형 기계 및 성형기계의 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 독립항들의 특징을 가진 성형 기계 및 링 압연 기계의 제어방법에 의해 달성된다. 상기 특징과 독립적으로 유리할 수 있는 또 다른 실시예들이 종속항들 및 하기 설명에 제공된다.

이와 관련하여, 본 발명은, 측정을 위해 광선 섹션 센서(light section sensor)를 이용하는 일정한 레이저 선(laser line)을 이용하여, 성형과정동안- 구체적으로 공작물이 성형 기계의 작업 영역내에 위치하는 한 -프로파일이 정밀하게 형성되어, 공작물에 전달되는 성형 하중의 효과가 세밀하게 감시될 수 있다는 기본적인 인식으로 이루어진다. 구체적인 실시예에 따라, 해당 카메라를 가진 광선 섹션 센서의 일정한 레이저 선에 의해, 500 개보다 많거나 1000 개보다 많거나 심지어 3000 개보다 많은 측정점들이 동시에 측정되고 평가될 수 있다. 이와 관련하여, 광선 섹션 프로파일 센서(light section profile sensors) 또는 광선 섹션 삼각측정 센서라고 언급될 수 있는 상기 광선 섹션 센서들에 있어서, 일반적으로 레이저 도트를 이용하는 레이저 삼각측정과 유사한 이미징 시스템(imaging system)은 직선- 발생 광학장치(line- generating optics) 및 영역 센서를 가지며, 레이저 광선은 예를 들어, 실린더 렌즈(cylinder lens)와 같은 직선 발생 광학장치에 의해 직선으로 형성되고 측정 대상물로 투사되며, 방출된 광선은 이미지발생 광학장치에 의해 상기 영역센서에 이미지를 형성하고 연속해서 투영된 레이저 이미지는 기하학적으로 왜곡되고 평가된다. 이렇게 하여, 링들을 압연할 때 발생될 수 있는 아칭(arching) 또는 다른 왜곡현상이 정밀하게 인식될 수 있다. 또한, 다른 성형과정의 경우, 국소 프로파일 변화 또는 단시간동안에만 발생하는 프로파일 변화가 정밀하게 결정되고 감시될 수 있다. 또한, 상당한 갯수의 포착 이미지 포인트들에 의해 각 측정값들 및 측정결과들에 대한 오차 분석(error analysis)이 가능해진다.

광선 섹션 센서의 이용예가 이미 문헌 제 DE 10 2010 046 737 A1 호 또는 문헌 제 DE 101 2011 000 304 A1 호에 공개된다. 그러나, 여기서 측정작업은 성형이전 또는 이후에 이루어져서, 각 성형과정에 대한 개별 공작물의 반응을 고려하는 성형과정의 원하는 조정(intervention)작업은 수행될 수 없다.

예를 들어, 기계공학적으로 단순한 구조를 가지는 경우, 공작물을 성형하기 위해 성형 기계의 작업 영역내에 배열된 공작물에 작용하는 적어도 한 개의 성형 공구를 포함한 성형 기계가, 상기 성형 기계는 성형 기계의 상기 작업영역내에 배열된 공작물을 향하고 성형 제어 장치를 위한 입력 변수를 형성하는 광선 섹션 센서를 포함하고, 상기 성형 제어 장치는 성형과정동안 상기 공작물에 대해 상기 적어도 한 개의 성형 공구를 설정한다면 정밀하게 작동할 수 있다.

또한 성형 기계내에서 성형되는 공작물의 프로파일이 광선 섹션 센서에 의해 감지되면 정밀한 작업이 보장되어 기계공학적으로 단순한 구조를 가진 성형 기계를 제어할 수 있다.

광선 섹션 센서에 의해 이용될 수 있는 일정한 레이저 직선을 이용하면, 다수의 광선 섹션 센서들을 이용할 때 특히 상기 광선 섹션 센서들이 서로 교차하거나 다른 경우 직선을 이루며 독립적으로 배열될 때 유리할 수 있다는 것을 이해한다. 또한 연속적인 레이저 직선 대신에 레이저 영역(laser field)을 덮고 펼쳐진(fanned out) 구조를 가진 레이저 빔을 이용하는 것을 고려할 수 있다.

다음에, 상기 성형 기계 또는 링 압연 기계를 제어하기 위해 프로파일의 해당 감시가 이용될 수 있어서, 해당 링 압연 기계는 기계공학적으로 간단하게 그리고 심지어 본 발명의 다른 특징들과 독립적으로 현저하게 정밀한 작업을 수행할 수 있다.

이와 관련하여, 성형 기계내에서 공작물이 성형되는 동안 공작물이 차지하는 영역이 "작업 영역"으로 설명된다. 압연 공정에서, 상기 작업영역은 공작물이 적어도 한 개의 롤들과 접촉하는 한, 공작물이 롤들에 의해 통과하는 공간 체적이다. 특히, 기다란 공작물을 압연하기 위한 다중 스탠드 압연기계에 있어서, 공작물은 상대적으로 긴 작업 영역을 형성하는 데, 제 1 롤 스탠드에 도달하지 않은 공작물의 영역을 위한 작업영역은 제 1 롤 스탠드의 제 1 롤에 도달하여 연결되기 때문이다. 또한, 공작물의 단부가 아직까지 마지막 롤 스탠드의 롤들과 접촉하고 있다면, 상기 공작물의 영역들은 아직까지 각 성형 기계의 작업 영역내에 위치하게 된다. 모든 경우에서, 상기 작업 영역은 성형 하중에 의해 압연되고 공작물내에 존재하거나 공작물속으로 유입되는 성형 하중 및 인장력이 통과하는 공작물의 영역을 포함한다. 예를 들어, 압출기의 가압 다이를 방금 떠나는 영역 또는 롤 통과(roll pass)를 방금 떠난 공작물의 영역은 각각의 성형 공구로부터 충분한 거리에 도달할 때까지 일반적으로 압연하중에 의해 인장상태를 가지게 된다. 상기 영역은 작업영영의 일부분으로 간주되어야 한다.

이와 관련하여, 상기 광선 섹션 센서는 압연기의 서로 다른 롤 스탠드들사이에 직접 배열하거나 압출기의 유출구에 직접 배열하여, 해당 프로파일에 관한 데이터를 실시간으로 구하고 실제로 방금 성형된 공작물의 성형 공정에 작용한다.

상기 광선 섹션 센서는 상기 성형 공구가 성형 작용하는 성형 영역을 향하는 것이 선호된다. 앞서 설명한 것처럼, 성형 공구는 반드시 성형 공구가 접촉하는 영역에서만 공작물을 가압하는 것이 아니다. 대신에, 성형 하중에 의해 가해지는 공작물의 인장력은 공작물속에 깊이 도달하고 종종 공작물이 상기 성형 공구와 접촉하지 못하는 영역속으로 멀리 도달한다. 이와 관련하여, 공작물내에서 성형 공구가 아직까지 작용하는 전체 성형 영역은 성형 영역으로 설명된다. 상기 광선 섹션 센서가 상기 성형 영역 또는 성형 영역내에 위치하는 공작물의 표면을 향하면, 성형과정동안 발생되는 인장력과 하중 및 거기서 발생되는 프로파일 변화에 관한 직접적인 정보(insight)를 구할 수 있다. 그 결과, 성형과정이 원하는 대로 직접 수행될 수 있다.

따라서, 모든 롤들 또는 압출기 다이 앞 또는 뒤에서 상기 광선 섹션 센서를 직접 영역들과 정렬할 수 있다. 특히, 상기 광선 섹션 센서는 서로다른 연속적인 롤 스탠드들사이에서 공작물 영역을 향하여 롤 스탠드들사이에서 각각의 공작물의 프로파일 변화를 개별적으로 감지할 수 있다. 롤들사이에서 롤 패스(roll pass)가 완전히 종료되지 못 하면, 상기 롤들사이에서 측정이 이루어질 수도 있다.

선형 감시가 가능함에 따라, 상기 광선 섹션 센서는 반경 방향뿐만 아니라 축 방향으로 공작물의 표면을 감시할 수 있고 필요한 경우, 특히 공작물의 상측 및 하측 변부들까지 다시 말해 축 방향으로 감시할 수 있다. 이와 관련하여, 필요한 경우 축 방향 프로파일이 성형과정동안 측정되고 감시될 수 있다. 필요한 경우, 또 다른 광선 섹션 센서들이 제공되어 더욱 정밀하게 감시할 수 있다. 또한, 서로 다른 위치에 광선 섹션 센서를 제공할 수도 있고 감시를 위해 광선 섹션 센서를 이용할 수 있다.

상기 성형 기계가 롤, 단조 다이(forging dies) 또는 벤딩 다이(bending dies)와 같이 상기 공작물위에서 동시에 반대 방향으로 작동하는 적어도 두 개의 성형 공구들을 가지면, 상기 광선 섹션 센서가 상기 두 개의 성형 공구들사이에 배열된 공작물의 영역을 향하게 되어 유리하다. 그 결과, 성형과정동안 발생하는 인장력 및 하중 또는 프로파일변화의 매우 정밀한 이미지가 형성된다.

상기 구성과 조합하거나 선택적으로, 상기 광선 섹션 센서가 공작물을 향하는 두 개의 성형 공구들의 적어도 한 개의 성형면을 향할 수 있다. 그 결과, 성형면 및 성형면과 근접한 공작물의 표면이 감지됨에 따라 상기 성형 공구는 성형과정동안 상기 공작물에 대한 상대운동을 따라 이동할 수 있고 성형공정을 최적화할 수 있다. 원추형 링들을 압연할 때 예를 들어, 상부 및 하부 축 방향 롤들의 회전속도는 롤들의 원주 방향 속도에 관하여 메인 롤(main roll)에 적응될 수 있다. 적응이 불량해지면 접촉속도의 차이 때문에 상대적으로 불량한 품질을 가지고 인장력을 가진 압연 링들이 발생된다.

상기 광선 섹션 센서가 공작물을 향하는 양쪽 성형 공구들의 적어도 한 개의 성형면을 향할 때 상기 실시예는 정밀한 작업 방법에 적합하게 되어 유리하다. 또한 성형면들 뿐만아니라 성형면과 근접한 공작물의 표면들 및 상기 두 개의 성형 공구들사이에 위치한 공작물의 전체 영역이 광선 섹션 센서에 의해 감시된다. 이와 관련하여, 본 발명의 구체적인 실시예에 따라, 다수의 광선 섹션 센서들이 서로 보완되며 이용될 수 있다. 그러나, 상기 구성은 상당한 추가 노력과 비용을 요구하는 데, 레이저 도트 및 삼각 측정을 이용한 종래기술의 측정 셋업(measurement setup)이 상기 광선 섹션 센서에 의해 단순해지며, 다수의 광선 섹션 센서들이 이용되면 상기 단순함은 동일한 정도로 존해하지 못 하기 때문이다. 이러한 점은, 상기 측정 결과의 정밀도 때문에, 강조되어야 한다.

이와 관련하여, 다수의 광선 섹션 센서들이 실제로 나타나는 측정 정밀도 또는 확대된 측정 및 감시 가능성에 기초하여 이용될 때 광선 섹션 센서들이 이용될 수도 있다. 따라서, 성형 기계는 성형 기계의 작업영역에 배열된 공작물을 향하는 적어도 두 개의 광선 섹션 센서들을 포함하거나 상기 성형 기계내에서 성형된 공작물의 프로파일이 적어도 두 개의 광선 섹션 센서들에 의해 감시될 수 있다.

특히 상기 두 개의 광선 섹션 센서들은 서로 교차되게 향하거나 직선상에서 독립적으로 향하여, 공작물의 서로 다른 영역들이 감지되고 다음에 감시될 수 있다. 따라서, 두 개의 광선 섹션 센서들이 공작물에 대해 반경 방향과 축 방향으로 향하기 때문에 예를 들어, 형성될 수 있는 축 방향 프로파일과 반경 방향 프로파일과 같은 서로 다른 영역들을 동시에 감시할 수 있다. 또한, 예를 들어, 두 개의 축 방향 롤들사이에서 성형되는 표면 및, 압연된 링과 평행하게 향하고 제 1 광선 섹션 센서에 대해 중간에 배열된 성형 영역, 제 1 광선 섹션 센서와 수직으로 링을 향하는 광선 섹션 센서를 이용하여 상기 영역에서 링의 곡률과 같은 서로 다른 대상들을 서로 교차하거나 직선상에서 독립적으로 향하는 두 개의 광선 섹션 센서들을 이용하여 감시할 수 있다.

상기 구성과 조합하거나 선택적으로, 상기 두 개의 광선 섹션 센서들은 동일선상으로 향할 수 있다. 그 결과 측정 및 감시 가능성이 확대된다. 해당 레이저 직선들이 거리를 두지 않고 단지 경미한 오버랩을 가지며 동일선상으로 향하도록 광선 섹션 센서들의 방향이 정해져서, 우선 정밀도가 증가되고 측정 범위가 확대된다. 따라서 상기 오버랩은 측정 범위를 확대하며 오차 확인(error checking)가능성을 가질 수 있고 필요한 경우에 상기 오버랩은 약간 더 크게 선택될 수 있게 한다.

성형과정동안 프로파일이 측정되는 것이 선호되어, 기준 프로파일과 비교될 때 성형 공정에 관한 정확한 평가가가 이루어질 수 있다. 특히 성형공정동안 비교가 수행되면, 성형 기계를 제어하기 위한 직접적인 조정 또는 제어과정들이 상기 측정 또는 비교를 기초할 수 있다. 따라서, 상기 비교 결과로부터 성형 기계의 성형과정에 관한 제어 조정(controlling intervention)을 수행하고 따라서 압연 과정을 제어하여 압연과정이 비교결과에 적응된다. 특히, 비교 결과를 이용하여 제어조정을 수행하고 성형 기계를 제어하기 위한 제어회로를 구성하고 이용할 수 있다.

이와 관련하여, 광선 섹션 센서이 가지는 해당 장점들이 공작물을 성형하기 위해 성형 기계의 작업 영역내에 배열된 공작물에 작용하는 성형 공구를 가진 모든 성형 기계에서 이용될 수 있다. 단조, 프로펠링(propelling) 기계, 프레스인(press- in) 기계, 압연 기계, 압출기, 폴딩(folding) 기계, 딥 드로잉(deep- drawing) 기계, 코로게이팅(corrugating) 기계, 크림핑(crimping) 기계, 스트레이트닝(straightening)기계, 벤딩(bending) 기계, 연신기 및 압축기가 해당 방향의 광선 섹션 센서들을 가질 수 있어서 유리하다. 압연기 또는 프레스는 특히 유리하게 방향을 가질 수 있다. 이러한 구성은 특히, 링 압연기계에 대해 유효하다.

상기 링 압연 기계는 성형공구로서 적어도 몇 개의 축 방향 롤들을 가질 수 있고, 상기 광선 섹션 센서는 롤 쌍의 제 1 롤로부터 롤 쌍의 제 2 롤까지 측정한다. 따라서, 제 1 성형 공구로부터 제 2 성형 공구까지 계속 측정되고, 반경 방향 롤뿐만 아니라 축 방향 롤에 대해서도 유리한 측정이 수행될 수 있다. 이렇게 하여, 각 경우 성형 영역에서 직접 측정이 수행되어 성형과정동안 특히 프로파일이 감시될 수 있다.

필요한 경우, 이러한 구성과 조합되거나 선택적으로 해당 광선 섹션 센서들이 서로 다른 위치에 제공될 수 있다. 예를 들어, 해당 광선 섹션 센서들은 응력을 받지 않는 링의 영역들에서 다시 말해, 상기 반경 방향 롤들과 축 방향 롤들사이에서 예를 들어, 반경 방향 롤들 또는 축 방향 롤들 또는 링에 대해 90°만큼 오프셋 배열된 영역에서 공작물을 향할 수 있다. 다음에, 롤들에 의해 가해지는 압연하중은 압연된 재료의 구조체에 더 이상 작용하지 않기 때문에 성형 영역 외부의 작업 영역에 대한 프로파일 감시가 수행된다.

구체적으로 설명하면, 공작물에 대해 마주보게 작용하는 하나의 롤로부터 다른 롤까지 계속해서 이루어지는 측정에 의하면, 원추형 링에 대해 롤들의 감시가 수행될 수 있어서, 접촉 속도가 최적화되고, 그 결과 인장력 또는 이와 관련한 불량상태의 압연결과가 제거될 수 있다. 또한, 실제 프로파일 충진도(profile filling)가 표시되고 실제 프로파일을 평가하거나 실제 프로파일을 기준 프로파일과 비교할 수 있다. 필요한 경우 다음에, 기계 제어장치가 상기 프로파일 압연과정이 허용오차범위(tolerance band)내에 있는 지를 정량적으로 평가할 수 있다.

평가과정에서, 이론적으로 압연과정의 측정된 모든 광선 섹션(light sections)들을 나란히 일렬로 배열하고 시간경과에 따른 표시로서 전체 성형 공정의 표시 특히, 3차원 표시를 형성할 수 있다. 그 결과, 전체 압연 공정이 최적화될 수 있다. 정밀한 측정을 위해 특히 성형 기계를 제어하기 위해, 해당 측정작업은 실시간 및/또는 등거리(equidistant)에서 예를 들어, 매 10 밀리초마다 수행된다. 다음에, 필요한 경우, 제어과정을 위해 이용될 수 있는 정밀한 이미지가 구해질 수 있다.

상기 광선 섹션 센서는 축 방향 롤 스탠드에 배열되거나 상기 반경 방향 롤 스탠드로부터 멀어지는 방향을 향하는 위치에 배열되고 공작물을 향하게 된다. 이렇게 하여, 상기 광선 섹션 센서는 공작물을 정밀하고 간단하게 특히 공작물의 반경 방향 측부에서 감지하여 감지기능을 수행하는 것이 보장된다.

특히, 상기 광선 섹션 센서는 예를 들어, 축 방향 스탠드상에 배열되고 따라서 필요한 경우 상기 스탠드와 반경 방향으로 이동할 수 있어서, 상기 광선 섹션 센서는 링 압연 공정동안에서도 공작물에 대해 정확하게 방향이 정해진다.

링 압연 기계의 기계공학적 구조는 수직의 Z 축으로 직경 좌표를 자유롭게 선택하여 추가로 단순화될 수 있다. 그 결과, 광선 섹션 센서는 매우 유연하게 이용될 수 있기 때문에, 한 개이상의 삼각측정 레이저들의 기계적 높이조절 작업이 제거될 수 있다.

상기 실시예들은 2000 kN에 이르는 압연 하중을 가지는 소형 및 중형 링 압연기에서 특히 유리하다. 그러나, 상기 실시예들은 45,000 kN에 이르는 압연 하중을 가지는 대형 링 압연기에서도 유리할 수 있다.

무접촉 상태에서 상대적으로 직접적으로 측정작업을 수행할 수 있어서 측정작업이 성형과정동안 이루어질 수 있고 특히 필요한 경우 평가될 수 있기 때문에, 해당 성형 과정에서 또는 800℃보다 높은 온도, 선호적으로 850 ℃에서 성형작용하는 성형 기계에서 상기 광선 섹션 센서들의 해당 이용은 특히 유리하다. 동일한 효과가 열간 성형(hot- forming)기계 및 열간성형과정에서 광선 섹션 센서들을 이용하는 것에도 유효하다.

광선 섹션 센서의 배열 또는 반경 방향 롤 및/또는 축 방향 롤사이에서 측정선(measurement line)의 형성과 관련되고 링 압연기들에 대해 가지는 상기 장점들은, 관련 광선 섹션 센서(들)의 방향이 공작물 및 해당 성형 공구들에 대해 정해지는 경우에도 유리하다.

필요한 경우, 청구항들 및 상기 설명의 특징들은 조합되어 상기 장점들이 조합될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적, 장점 및 특징들이 첨부된 도면에 도시된 실시예에 관한 하기 설명을 통해 설명될 것이다.

도면에서 도 1은 링 압연 기계를 개략적으로 도시한 측면도.

도면에 도시되고 성형 기계(1)로서 구성된 링 압연(ring rolling)기계(4)는 예를 들어, 유압 실린더와 같은 선형 구동부(3)에 의해 제어되는 복수 개의 유압제어식 선형 액슬(linear axle)(2)들을 포함하고 롤 액슬(9)을 통해 성형 공구(25)로서 해당 반경 방향롤(10) 및 축 방향 롤(11,12)을 각각 구동하는 반경 방향 구동부(6) 및 축 방향 구동부(7,8)들을 포함한다.

공지된 방법에 의해, 상기 링 압연기계(4)는 반경 방향 롤 스탠드(roll stand)(15)를 포함하고, 상기 반경 방향 롤 스탠드 상에서 맨드릴 상승 장치(16)가 상부 견인 프레임(17)에 의해 반경 방향으로 이동할 수 있고, 상기 맨드릴 상승 장치는 측부에서 도면에 도시되지 않은 도면에 도시되지 않은 맨드릴을 축 방향으로 이동시킬 수 있고, 상기 맨드릴은 궁극적으로 성형 공구(25)로서 상기 반경 방향 롤(10)과 상호작용하며 반경 방향으로 작동한다. 또한, 하부 견인 프레임(18)이 다른 구성요소들을 위해 제공된다. 예를 들어, 도면에 도시된 링압연 기계(4)는 유입측 센터링 부분(19) 및, 양쪽의 축 방향 롤(11,12) 및 축 방향으로 이동가능한 슬라이드(20)를 가지고 반경 방향으로 이동가능한 축 방향 롤 스탠드(14)를 포함하고, 상기 슬라이드에 의해 상기 양쪽의 축 방향 롤(11,12)들 중 축 방향 롤(11)이 축 방향으로 제어될 수 있다. 상기 실시예에 의하면 상기 운동은 선형 구동부(3)를 이용하여 유압제어식 선형 액슬(2)을 통해 제어된다.

상기 실시예에서 반경 방향 롤(10)과 연결되는 상기 반경 방향 구동부(6)의 롤 축(9)은 일체로 구성되고, 선택적인 실시예에서 상기 롤 축은 다수부분들로 구성되지만 공축을 이루며 형성될 수 있다.

축 방향 롤 스탠드(14)에 배열된 광 섹션 센서(light section sensor)(13)는, 압연되는 공작물 또는 상기 공작물이 배열될 수 있고 상기 롤들에 의해 성형되는 작업 영역(23)을 향한다. 상기 구체적인 실시예에 의하면, 상기 광 섹션센서(13)은 양쪽 축 방향 롤(11,12)들사이의 성형 영역(24)을 향하고, 상기 성형 영역에서 성형면(26)을 가진 상기 축 방향 롤(11,12)들은 상기 공작물 또는 압연되는 링에 대해 성형작동한다.

상기 축 방향 롤 스탠드(14)에 대한 상기 광 섹션 센서(13)의 배열에 의해, 상기 광 섹션센서(13)는 상기 공작물 및 상기 축 방향 롤(11,12)에 대해 실질적으로 일정한 거리를 유지하는 것이 보장된다. 그 결과, 상기 축 방향 롤 스탠드의 위치설정이 특히 간단하게 제어될 수 있다.

도면에 도시된 상기 성형 기계(1) 또는 링 압연 장치(4)에 의해, 광 섹션 레이저 또는 광 섹션센서(13)에 기초하여 공작물로서 일반적으로 900℃ 내지 1200℃인 고온 링의 덮개면에 대해 일정한 레이저 선(laser line)이 투사되고 압연작업시 동시에 측정될 수 있다. 기계적인 감지 롤러 또는 잠재적으로 세 개의 삼각측량 레이저(triangulation laser)가 이용하는 삼각측량 레이저를 이용하여도 불가능한 서로 다른 프로파일 형상들이 상기 방법에 의해 상세하게 감지될 수 있다.

특히, 목표 프로파일이 실제 프롤파일과 예를 들어, 모니터(monitor)상에서 비교될 수 있어서, 사용자는 프로파일 충진(filling)의 실제 크기를 확인하고 평가할 수 있을 것이다. 또한, 기계 제어장치는 허용 오차 범위(tolerance band)를 이용하여 프로파일 압연의 정성적 평가를 수행할 수 있다. 또한, 상기 평가를 기초하여 압연공정을 변화시키고 다시 말해, 성형 기계(1) 또는 링 압연 기계(4)를 제어하거나 조정하는 것을 고려할 수 있다.

광 섹션 센서(13) 또는- 구체적인 요건에 따라- 상기 광 섹션 센서(13)의 포착 카메라 윈도우(camera window) 또는 디스플레이가 Z 축방향으로 조정될 수 있다. 이렇게 하여, 측정되어야 하는 직경 좌표를 Z축 방향으로 자유롭게 선택할 수 있어서, 기계적인 높이조정없이 작업을 수행하므로 기계적 구조가 상당히 단순해질 수 있다.

도면에 도시된 장치를 이용하여 상부 및 하부 축 방향 롤(11,12)들의 접촉 위치가 측정될 수 있기 때문에, 상기 방향 롤(11,12)들의 회전속도는 상기 방향 롤(11,12)에 발생하는 속도 또는 반경 방향 롤(10)의 원주방향 속도에 적응될 수 있다. 이렇게 하여 압연결과는 더욱 양호하게 구해질 수 있기 때문에, 상기 구성은 원추형 링(ring)의 압연에 있어서 특히 유리하다. 상기 장점은, 비록 본 발명에서는 상대적으로 단순한 조건들이 이용될지라도, 원통형 링들의 압연에서도 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

상기 광선 섹션 센서(13)의 측정 결과들이 입력 변수(28)로서 성형제어 장치(27)에서 이용된다. 다음에 상기 성형 제어장치는 제어 회로(regulation circuit) 형태로 해당 출력 변수(29)들을 이용하여 상기 선형 구동부(3, 6, 7, 8), 맨드릴 상승 장치(16) 및 다른 조립체들을 설정하는 것이 선호된다. 필요한 경우, 또 다른 입력 변수들이 상기 성형 제어장치(27)에 의해 이용될 수 있다.

1.....성형 기계,
2.....선형 액슬,
3.....선형 구동부,
4.....링 압연 기계,
6.....반경 방향 구동부,
7.....축 방향 구동부,
8.....축 방향 구동부,
9.....롤 축,
10.....반경 방향 롤,
11.....상부 축 방향 롤,
12.....하부 축 방향 롤,
13.....광선 섹션 센서,
14.....축 방향 롤 스탠드,
15.....반경 방향 롤 스탠드,
16.....맨드릴 상승 장치,
17.....상부 견인 프레임,
18.....하부 견인 프레임,
19.....유입측 센터링,
20.....슬라이드,
23.....작업 영역,
24.....성형 영역,
25.....성형 공구,
26.....성형면,
27.....성형 제어장치,
28.....입력 변수,
29.....출력 변수.

Claims

공작물을 성형하기 위해 성형 기계(1)의 작업 영역(23)내에 배열된 공작물에 작용하는 적어도 한 개의 성형 공구(25)를 포함한 성형 기계(1)에 있어서,
상기 성형 기계(1)는 성형 기계(1)의 상기 작업영역(23)내에 배열된 공작물을 향하고 성형 제어 장치(27)를 위한 입력 변수를 형성하는 광선 섹션 센서(13)를 포함하고, 상기 성형 제어 장치는 성형과정동안 상기 공작물에 대해 상기 적어도 한 개의 성형 공구(25)를 설정하는 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 1 항에 있어서, 상기 광선 섹션 센서(13)은 상기 성형 공구(25)가 성형 작용하는 성형 영역(24)을 향하는 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 2 항에 있어서, 상기 성형 기계(1)는 상기 공작물위에서 동시에 반대 방향으로 작동하는 적어도 두 개의 성형 공구(25)들을 가지고, 상기 광선 섹션 센서(13)는 상기 두 개의 성형 공구(25)들사이에 배열된 공작물의 영역 및/또는 공작물을 향하는 두 개의 성형 공구(25)들의 적어도 한 개의 성형면(26), 선호적으로 공작물을 향하는 양쪽 성형 공구(25)들의 적어도 한 개의 성형면(26)을 향하는 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 기계(1)는 상기 성형 기계(1)의 작업 영역(23)내에 배열된 공작물을 향하는 적어도 두 개의 광선 섹션 센서(13)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 4 항에 있어서, 상기 두 개의 광선 섹션 센서(13)들은 서로 교차되게 향하거나 직선상에서 독립적으로 향하는 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 5 항에 있어서, 두 개의 광선 섹션 센서(13)들은 반경 방향 및 축 방향으로 공작물을 향하는 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 4 항에 있어서, 상기 두 개의 광선 섹션 센서(13)들은 거리를 두지 않고 단지 경미한 오버랩을 가지며 동일선상으로 향하는 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 기계(1)는 압연기계 또는 프레스 및/또는 상기 성형 기계(1)는 열간성형(hot- forming) 기계인 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 8 항에 있어서, 상기 압연기계는 링 압연 기계(4)인 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 9 항에 있어서, 상기 링 압연기계(4)는 성형 공구(25)로서 적어도 한 쌍의 반경 방향 롤(10) 및/또는 적어도 한 쌍의 축 방향 롤(11,12)을 가지고, 상기 광선 섹션 센서(13)은 롤 쌍의 제 1 롤로부터 롤 쌍의 제 2 롤까지 측정하는 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 9 항에 있어서, 상기 광선 섹션 센서(13)은 상기 링 압연 기계(4)의 축 방향 롤 스탠드(14)에 배열되고 공작물을 향하는 것을 특징으로 하는 성형 기계.
제 9 항에 있어서, 상기 광선 섹션 센서(13)은 상기 반경 방향 롤 스탠드(15)로부터 멀어지는 방향을 향하는 위치에 배열되고 공작물을 향하는 것을 특징으로 하는 성형 기계.
성형 기계(1)를 제어하기 위한 제어방법에 있어서, 상기 성형 기계(1)내에서 성형되는 공작물의 프로파일이 광선 섹션 센서(13)에 의해 감시되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 13 항에 있어서, 상기 프로파일이 성형과정동안 측정되고 기준 프로파일과 비교되며, 상기 비교는 성형과정동안 수행되는 것이 선호되고, 비교 결과에 의해 제어 조정(control intervention) 특히 상기 성형기계(1)의 성형공정동안 제어 조정이 형성되는 것이 선호되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 14 항에 있어서, 성형 기계(1)내에서 성형되는 공작물의 프로파일은 적어도 두 개의 광선 섹션 센서(13)에 의해 감시되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 15 항에 있어서, 상기 두 개의 광선 섹션 센서(13)들은 서로 교차되게 향하거나 직선상에서 독립적으로 향하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 16 항에 있어서, 두 개의 광선 섹션 센서(13)들은 반경 방향 및 축 방향으로 공작물을 향하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 15 항에 있어서, 상기 두 개의 광선 섹션 센서(13)들은 거리를 두지 않고 단지 경미한 오버랩을 가지며 동일선상으로 향하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 기계(1)는 압연기계 또는 프레스 및/또는 상기 성형 기계(1)는 열간성형 기계인 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 19 항에 있어서, 상기 압연기계는 링 압연 기계(4)인 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 20 항에 있어서, 상기 링 압연기계(4)는 성형 공구(25)로서 적어도 한 쌍의 반경 방향 롤(10) 및/또는 적어도 한 쌍의 축 방향 롤(11,12)을 가지고, 상기 광선 섹션 센서(13)은 롤 쌍의 제 1 롤로부터 롤 쌍의 제 2 롤까지 측정하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 20 항에 있어서, 상기 광선 섹션 센서(13)은 상기 링 압연 기계(4)의 축 방향 롤 스탠드(14)에 배열되고 공작물을 향하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제 20 항에 있어서, 상기 광선 섹션 센서(13)은 상기 반경 방향 롤 스탠드(15)로부터 멀어지는 방향을 향하는 위치에 배열되고 공작물을 향하는 것을 특징으로 하는 제어방법.