KR100543820B1 - 냉간 압연기의 채터링 검지방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 강대의 냉간 압연 중에 발생하는 냉간 압연기의 채터링을, 정확하며 신속하게 검지하는 방법이다. 압연 중의 냉간 압연기 근방에서 측정한 음향으로부터 도출되는 복수의 음향파라미터에 의해, 채터링 발생의 유무를 판정한다. 음향파라미터는, 채터링 발생에 특징적인 주파수대역 및 그 N 차 배음이 되는 주파수대역의 음향강도, 음향주파수 성분분포의 피크주파수, 공진계수, 피크강도 등이다. 동일 파라미터를 다른 타이밍으로 측정ㆍ연산하여 복수파라미터로 하는 것도 가능하다.

냉간 압연기

Description

냉간 압연기의 채터링 검지방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING CHATTERING OF COLD ROLLING MILL}

본 발명은, 냉간 압연기의 채터링 검지방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 강대(steel strips)의 냉간 압연 중에 발생하는 채터링의 검지에 적합한, 냉간 압연기의 채터링 검지방법 및 장치에 관한 것이다.

종래부터, 판의 냉간 압연작업에 있어서는, 채터링이라 불리는 압연기의 진동현상이 발생하는 경우가 있는 것이 알려져 있다 (예를 들면, 「압연 백화」 (스즈끼) - 『기계의 연구』 (요켄도 발행), 제 48 권 제 5 호, P583 ∼ 588). 진동의 진폭이 작은 경우는, 압연판의 전후양면에, 압연방향과 직각인 방향으로 일정피치로 나열된 가로의 줄무늬 모양이 관찰되는 정도이다. 그러나, 진동의 진폭이 큰 경우에는, 압연판의 판두께가 주기적으로 변동한다. 이 판두께 변동이 심할 경우에는, 최소 판두께가 최대 판두께의 1/2 이하로 되는 경우조차 있다. 또, 더욱 큰 진폭의 진동의 경우, 더욱 판두께 변동이 증대되어 판파단에 이르는 경우도 있다.

도 1 은, 채터링이 발생했을 때에 압연되는 냉간 압연판의 판두께 오프셋 (△t) 을 실측한 예가 있다. 압연 길이방향 (L) 으로 주기적인 판두께 변동이 발생하고 있다. 이와 같은 판두께 변동이 발생한 부분 중, 허용범위 외의 부분 (도면 내의 해칭부) 은, 불량부로서, 다음 공정 또는 중간 공정에서 잘라버린 후에 제품으로서 출하한다. 즉, 제품수율의 저하 및 여분의 수선작업의 발생 등으로 생산비용을 악화시키는 경우가 있다.

또한, 판파단이 발생하는 경우는, 장시간에 걸쳐서 압연라인의 정지를 할 수밖에 없게 되어 생산효율은 현저하게 열화된다.

이와 같이, 채터링 현상의 검출은 중요하다. 또, 많은 경우에 채터링은, 처음의 작은 진폭의 진동이, 2 ∼ 3 초 안에 큰 진폭의 진동으로 발전한다. 따라서, 평소의 조업에서는, 채터링의 발생을 고감도로 신속하게 검지하여 압연속도를 낮추는 등의 조치를 취할 필요가 있었다.

종래부터 채터링을 검출하기 위한 방법 및 장치는 여러 가지 제안되어 왔다.

예를 들면, 일본 특허공보 평 5-87325 호에서는, 피압연재의 길이방향으로 2 개소 이상에서 동시에 판두께를 측정하고, 그 측정 판두께 차가 미리 설정되어 있는 값 이상이 된 경우에, 채터링 발생을 검지하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 판두께 측정은 발생하는 판두께 변동 피치의 거의 반의 간격을 둔 위치에서 행해진다. 여기서, 냉간 압연으로 발생하는 채터링에 의한 압연판의 판두께 변동은 1 ∼ 수 ㎛ 이며, 또 변동의 시간주기는 수십 msec 이 되는 것은 알려져 있다. 즉, 두께계로는 높은 검출분해능과 짧은 응답시간이 요구되고, 이들의 성능을 동시에 만족시키는 두께계는 매우 고가이다. 이 방법으로는, 고가의 설비인 방사선식 판두께계를 원래 1 대이면 되는 장소에 2 대 근접시켜 설치할 필요가 있다. 즉, 이 방법으로는 장치비용이 커지는 문제가 있었다.

또, 일본 공개특허공보 평 8-141612 호에서는, 압연기에 설치한 진동센서로부터의 검출신호에 의해 채터링을 검지하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 그 검출신호는 압연기의 각 조업조건에 기초하여 설정되는 통과특성을 가지게 한 필터로 처리된다.

또, 일본 특허공보 평 6-35004 호에서는, 냉간 압연기의 하우징에 부착한 진동속도센서의 출력을 필터를 통과시킨 신호에 의해 채터링을 검지하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 그 필터는 압연기의 고유 진동주파수대역의 진동만을 통과시키는 작용을 갖는다.

또, 일본 공개특허공보 평 8-108205 호에서는, 실측치에 의한 압연기의 진동파라미터 및 압연기의 압연파라미터를 주파수 분석하고, 그 결과인 기본주파수의 정수배의 주파수 성분이 설정치를 초과한 경우에 채터링 발생으로 판단하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 압연기의 진동파라미터는, 압연기 각부의 1 개소 이상에 설치한 진동검출기에 의해, 운전 중의 압연기 각부에서 검출된다. 검출ㆍ분석되는 진동파라미터로서는 각부의 진동변위, 진동속도 또는 진동가속도이다. 또, 압연파라미터는 압연기의 장력, 압연토크, 압연속도 등이다. 기본주파수는, 압연기의 고유 진동수, 기어의 맞물림, 베어링 불량, 스핀들과 롤의 커플링 불량, 롤의 하자에 의해 발생하는 고유의 진동주파수를 각각 계산하여 얻을 수 있다.

상기 종래기술의 어느 것에 있어서도, 채터링 검지는, 압연기의 1 개소 또는 그 이상의 개소에 설치한 진동센서의 검출신호에 기초하여 행해진다. 그러나, 이들 진동센서는, 채터링에 기인한 진동 외에, 압연기 구동계의 진동 등도 검출한다. 즉, 채터링의 주파수 성분이 되는 주파수대역 내에 압연기 구동계의 진동 등의 주파수 성분이 포함되어 있으면 채터링을 오검출해버리는 문제가 있다.

상기 종래기술에서는, 복수의 진동센서출력의 해석에 부가하여 압연파라미터의 주파수해석을 고속으로 행할 필요가 있다. 이 때문에, 장치규모 및 비용이 커질 수밖에 없다. 또, 압연기의 기계계 이상에 기초하는 진동 및 압연파라미터 실적의 진동은, 채터링 발생요인에 관한 필요조건에 불과하다. 따라서, 이들 이외의 요인에 의한 채터링의 발생을 발견하지 못하거나, 그와는 반대로, 채터링에 이르지 않는 기계계 이상 또는 압연파라미터의 진동에 의해 채터링을 오검출할 염려가 있다. 또한, 이 문제로의 대책으로서, 예를 들면, 일본 공개특허공보 평 8-108205 호에 개시된 바와 같이, 압연기의 각부의 진동 및 각 압연파라미터의 출력, 또한 기계 이상에 기초하는 이론적 진동수를 시시각각 주파수 분석 또는 산출하는 방법도 제안되고 있다. 그러나, 이들 방법에 있어서는, 압연기 하우징 내 또는 그 근방에 진동센서를 설치할 필요가 있다. 이 경우, 진동센서는 압연기내의 오일, 롤냉각수 등의 나쁜 환경하에 있기 때문에, 열화가 심하며 진동센서가 열화된 경우의 교환에도 시간이 걸린다.

한편, 출원인은 상기 방법과는 상이한 음향측정에 의한 방법을 일본 공개특허공보 소 60-137512 호에서 제안하였다.

일반적으로, 물질의 진동에 의해, 그 근방의 공기가 진동하여 음향 (또는 음) 으로서 전파된다. 통상, 음향측정은 일정위치에서의 공기의 압력변동을 검출하여 행한다. 음향센서는, 이 압력변동을 검출하여 신호화하는 것이며, 이 신호가 음향신호이다. 마이크로폰은 대표적인 음향센서이며, 음향신호는 전기신호로서 출력된다. 또한, 음향은 주파수 성분을 갖고, 음향센서는 검출주파수범위 및 주파수 의존형 감도 등의 주파수 특성을 갖는다. 따라서, 음향신호는 사용되는 음향센서에 따라 변화한다. 또, 음향신호의 시간변동이 음향파형이다. 또한, 음향파형에는 단주기의 미세한 진동이 포함되어 있다. 이 미세한 진동을 배제한 음향신호를 특히 음향강도라고 하고, 음향의 특성을 나타내는 파라미터로서 자주 이용된다. 이 미세한 진동을 배제하려면, 예를 들면, 음향신호의 실효치 (예를 들면, 어느 시간범위에서의 2 승 적분치) 또는 음향신호의 어느 시간범위에서의 피크진폭을 산출하여 행한다. 음향강도와 같이, 음향측정으로부터 유도되는 여러 가지의 값이 음향파라미터이다.

상기 제안에서는, 압연 중에 발생하는 냉간 압연기의 채터링에 고유한 음을 전기신호로 변환시키고, 그 전기신호의 크기가 설정치 이상이 된 것으로부터 채터링 발생을 검지하는 방법을 개시하였다. 이 방법의 제 1 실시예를 도 2 에 나타낸다. 피압연재 (8) 의 압연 중에, 냉간 압연기군 (10) 의 각 압연스탠드 (11) 근방의 음을 음향센서인 마이크로폰 (14) 에서 전기신호로 변환시킨다. 그 전기신호를 대역통과 필터 (BPF) (22) 에 통과시켜서, 채터링의 주파수대역의 신호만을 통과시킨다. 그 후, 적분회로 (23) 에서, 그 대역통과 필터의 출력을 일정시간길이에 걸쳐서 정류시킴으로써 적분치를 출력한다. 그 적분신호는 비교회로 (CMP) (29) 에 입력되고, 그 입력신호가 설정치 이상일 때는, 그 비교회로부터 채터링 검출신호를 발생시킨다. 그 검출신호가 구동회로 (31) 에 입력되어 음향장치 (32) 가 작동한다. 또, 다른 실시예를, 도 3 에 나타낸다. 마이크로폰 (14), 입력신호가 설정치 이상이 되었을 때에 채터링 발생신호를 출력하는 비교회로 (29), 및 그 이후는 제 1 실시예와 동일하다. 그 마이크로폰 출력의 전기신호는 주파수 해석회로 (FA) (42) 에 의해 주파수 해석되고, 그 주파수 해석회로의 출력은 대역통과 필터 (22) 를 통하여, 채터링에 특유한 주파수 성분이 추출된다. 그 대역통과 필터출력의 추출신호가 비교회로 (29) 에 입력된다.

이 방법에서는, 음향센서는 압연기 하우징내에 설치할 필요가 없고, 갯수도 압연기당 1 개로 되기 때문에, 진동센서를 사용하는 경우보다 용이한 보수관리의 이점을 갖는다.

그러나, 압연공장 내의 다른 장소에서 채터링과 동등한 주파수 성분을 포함하는 소음이 발생한 경우에는, 채터링을 오검출하기 쉽다는 문제점이 있었다. 왜냐하면, 소음센서로 검출한 음향을 단순히 주파수 성분만으로 구별한 신호를 기준으로 하고 있기 때문이다.

또한, 일본 공개특허공보 소 60-137512 호의 제 1 실시예에서는, 대역통과 필터의 출력파형은 교류파형 그대로이며, 이것을 일정시간 적분해도, 그 적분치는 거의 0 이 되어 버린다. 즉, 채터링에 고유한 주파수 성분의 진폭이 증대하는 현상을 검지할 수는 없다. 또, 제 2 실시예에서는, 주파수 해석회로가 일반적으로는 파형신호를 출력하는 기능을 갖고 있지 않기 때문에, 대역통과 필터로부터 채터링 발생의 정보를 얻는 것은 곤란하였다.

또, 종래기술에 있어서는, 관측한 진동파형 및 음향파형 중에 채터링 발생시에 고유의 주파수 성분이 포함되어 있는지 아닌지를 판단의 기준으로 하고 있다. 발명자들은 조업현장에서의 장기간의 실험에 의해, 압연조업 중에서의 압연기 근방에서의 진동파형 및 음향파형을 계측하는 경우에는, 압연에 의해 발생하는 진동현상 외에, 압연기 내외에서 발생되어지는 충격성의 진동현상도 혼합되어 검출되는 경우가 있음을 발견하였다. 이들의 충격성의 진동은, 일반적으로 저주파에서 고주파까지 넓은 주파수 성분을 포함하고 있기 때문에, 종래기술에 있어서는, 이들 충격성 진동을 채터링으로 오검출하는 경우가 있었다.

발명자들이, 생산현장에서 예의 측정을 거듭한 결과, 이와 같은 소음현상의 하나로, 펄스형상의 음향에 의한 것이 있음을 발견하였다. 그 충격성의 진동의 상태를 도 4 에 나타낸다. (a) 는 냉간 압연기 근방에서 관측한 음향파형으로, 음향신호 (A) 의 시간변동을 나타낸다. 또한, 음향신호는 사용하는 음향센서의 특성에 따르기 때문에 단위는 임의로 한다. (b) 에는 음향신호를 입력으로 하는, 채터링에 고유의 주파수 성분만을 출력하는 대역통과 필터의 출력 (V_B) 의 시간변동을 나타낸다. (c) 는 상기 대역통과 필터의 출력의 정류치 (V_A) 의 시간변동이다. (d) 에는 상기 정류파형이 임계치를 초과한 경우에 경보출력을 발하는 비교장치의 출력 (V_C) 의 시간변동, (e) 에는 피압연재의 속도 (v) 의 시간변동을 나타낸다. (a) 에는, 화살표로 나타낸 개소에 펄스를 포함하고, (d) 에 나타낸 바와 같이 경보를 발하고 있다. 그러나 (e) 에 나타낸 바와 같이, 압연속도는 변화되고 있지 않다. 즉, 압연상태는 정상으로 채터링은 발생하지 않는다. 이와 같이, 펄스형상 음향파형이 발생하면, 압연상태는 정상임에도 불구하고, 종래장치는 경보를 발하고 있다.

종래부터, 이와 같은 펄스형상 파형을 노이즈로서 제거하기 위해 파형의 진폭을 이동평균하여 평활하는 수법이 사용되어 왔다. 이 이동평균의 시간폭을 펄스형상 노이즈의 지속폭보다 넓게 취하면, 노이즈의 피크치는 그에 따라 저감된다. 그러나, 이동평균의 폭을 크게 취하면, 노이즈는 저감시킬 수 있는 반면에, 본래의 채터링 발생검지의 응답시간에 지연이 발생한다. 즉, 채터링의 발생을 신속하게는 검지할 수 없게 된다. 그 결과, 최종적으로 조업액션의 지연이 잦아져, 채터링 불량부의 증가 및, 조업상의 처리가 제때 이루어지지 않게 되어 피압연재의 파단에 이르는 염려가 있었다.

즉, 채터링 발생을 정확하고 신속하게 검지하는 방법은 아직 확립되지 않았다는 것이 실정이었다.

본 발명은, 채터링 발생을 정확하고 신속하게 검지하는 방법을 확립하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 압연조업 이외에 기인한 소음 및, 압연기 및 스탠드간 보조롤을 갖는 설비에 인가되는 충격성의 진동이라는 노이즈에 방해되지 않고, 간편한 구성으로, 냉간 압연조업 중에 채터링 발생만을 확실하게 검지하는 것을 과제로 한다.

즉 본 발명은, 압연 중의 냉간 압연기 근방에서 측정한 음향으로부터 도출되는 복수의 음향파라미터에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지방법이다. 음향파라미터로서는, 채터링 발생에 특징적인 주파수대역 및 그 N 차 배음(倍音)이 되는 주파수대역 (채터링 발생에 특징적인 주파수대역의 상하한의 N 배를 상하한으로 하는 주파수대역) 의 음향강도, 음향주파수 성분분포의 피크주파수, 공진계수, 피크강도 등이다. 동일 파라미터를 다른 타이밍으로 측정ㆍ연산하고, 복수파라미터로 하는 것도 가능하다. 또, 본 발명은 음향센서, 센서출력의 음향신호로부터 복수의 음향파라미터를 연산하는 회로, 및 그 복수의 음향파라미터로부터 채터링 발생을 검지하여 신호를 발하는 냉간 압연기의 채터링 검지장치이다.

채터링 발생시에 관측되는 음향파형의 예를 도 5 에 나타낸다. 이 음향파형은 시간축을 확대해서 보면 정현(sine)파에 가까운 형태를 하고 있는 것이 잘 알려져 있다. 또, 동일한 관측으로, 어느 시간에서의 음향신호의 주파수 성분분포를 도 6 에 나타낸다. 어느 주파수에서의 음향신호성분은 A_f 로 나타내며 임의 단위이다. 어느 주파수의 근방에 집중하여 피크가 관찰된다. T. Tamiya 외: “Analysis of chattering phenomenon in cold rolling”(Proc., Intl., Conf., on Steel Rolling, 1980, Vol 2) 의 기재에서는, 채터링 현상은 압연기프레임 및 압연롤의 연성진동계의 공진현상이라고 설명되고 있다. 즉, 압연기의 진동에 의한 음향을, 채터링 발생시에 관측한 경우, 이 음향신호의 주파수 분포를 보면, 채터링 주파수 근방의 협대역에 피크가 나타난다. 채터링 주파수 이외에서의 음향신호는 작다.

한편, 압연기 내외에서 발하여지는 충격성의 진동을 포함하는 음향파형의 예 를 도 7 에 나타낸다. 또, 동일한 측정으로, 어느 시간에서의 음향신호의 주파수 성분분포를 도 8 에 나타낸다. 도 8 에서는 도 6 과는 달리 광대역에서 피크가 관찰된다. 또, 피크주파수 이외의 음향신호도 거의 동등한 레벨이다. 즉, 설정치 이상의 음향신호를 검지한 경우라도, 채터링에 의한 것과 그 이외의 충격성 음향 등에 의한 것을 파형으로 식별할 수 있기 때문에, 채터링 발생만 검출하는 것이 가능하다.

파형식별은, 예를 들면 공진계수 Q 로 정량화 가능하다. 도 9 에 음향신호의 주파수 성분분포를 예시한다. 음향신호 주파수 성분이 최대가 되는 피크주파수를 f₀ 로 하고, 피크주파수의 상측 및 하측에서 음향신호 주파수 성분이

가 되는 주파수를 각각 f₁, f_h 로 한다. 공진계수 Q 를

Q = f₀/(f_h-f₁) …(1)

로 정의하면, 음향의 공진의 예민함이, 이 공진계수 Q 로 정량화할 수 있다. 이 값에 의해 채터링 발생의 유무를 검출할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 원리에 기초한 것이다.

도 1 은 채터링이 발생한 경우의 피압연재의 길이방향 판두께 오프셋의 측정예이다.

도 2 는 일본 공개특허공보 소 60-137512 호의 제 1 실시예의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3 은 일본 공개특허공보 소 60-137512 호의 제 2 실시예의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 4 는 종래기술을 모방한 방법에 의해 펄스형상 신호를 채터링에 의한 신호로서 오인식한 경우의 각 신호의 시간변동을 나타낸 도이다.

도 5 는 채터링 발생시의 음향파형의 예를 나타낸 도이다.

도 6 은 도 5 의 음향신호의 주파수 성분분포를 나타낸 도이다.

도 7 은 충격성 음향을 포함한 음향파형의 예를 나타낸 도이다.

도 8 은 도 7 의 음향신호의 주파수 성분분포를 나타낸 도이다.

도 9 는 음향파형의 주파수 성분분포 곡선의 특징의 개념도이다.

도 10 은 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지장치의 제 1 실시형태의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 11 은 제 1 실시형태에 있어서, 압연조업 중에 발생한 채터링에 대해 장치 각부의 출력 및 압연속도의 시간변동의 측정예를 나타낸 도이다.

도 12 는 제 1 실시형태에 의한 압연조업 중의 다른 측정예를 나타낸 도이다.

도 13 은 제 1 실시형태에서 채터링으로 오검출한 음향파형을 나타낸 도이다.

도 14 는 (a) 냉간 압연기에 의한 정상적인 압연상태에서의 압연기 근방의 음향파형의 주파수 성분분포, (b) 압연 중에 채터링이 발생한 경우의 음향파형의 주파수 성분분포, (c) 냉간 압연기에 의한 정상적인 압연상태에서 음향파형 진폭이 증대한 경우의 음향파형의 주파수 성분분포를 각각 나타낸다.

도 15 는 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지장치의 제 2 실시형태의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 16 은 제 2 실시형태에 있어서, 압연조업 중에 발생한 채터링에 대해 장치 각부의 출력 및 압연속도의 시간변동의 측정예를 나타낸 도이다.

도 17 은 제 2 실시형태에 있어서, 피압연재의 압연 중에 채터링은 발생하지 않지만 음향파형 진폭이 증대하는 경우의 장치 각부의 출력 및 압연속도의 시간변동의 측정예를 나타낸 도이다.

도 18 은 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지장치의 제 3 실시형태의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 19 는 제 3 실시형태에 있어서, 압연조업 중에 발생한 채터링에 대해 장치 각부의 출력 및 압연속도의 시간변동의 측정예를 나타낸 도이다.

도 20 은 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지장치의 제 4 실시형태의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 21 은 제 4 실시형태에 있어서, 압연조업 중에 발생한 채터링에 대해 장치 각부의 출력 및 압연속도의 시간변동의 측정예를 나타낸 도이다.

도 22 는 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지장치의 제 5 실시형태의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 23 은 제 5 실시형태에 있어서, 압연조업 중에 발생한 채터링에 대해 장치 각부의 출력 및 압연속도의 시간변동의 측정예를 나타낸 도이다.

도 24 는 제 5 실시형태에 있어서, 종래기술에서 채터링으로 오검출했던 펄스형상 음향이 발생한 경우에서의, 장치 각부의 출력 및 압연속도의 시간변동의 측정예를 나타낸 도이다.

도 25 는 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지장치의 제 6 실시형태의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 26 은 제 6 실시형태에 있어서, 압연조업 중에 발생한 채터링에 대해 장치 각부의 출력 및 압연속도의 시간변동의 측정예를 나타낸 도이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.

도 10 은, 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지장치의 제 1 실시형태를 나타낸 구성도이다. 도 10 에 있어서, 도면부호 8 은 피압연재, 도면부호 10 은 냉간 압연기군, 도면부호 11 은 압연스탠드이다. 도면부호 16 은 압연기의 후단 스탠드 근방의 음향을 검출하여 전기신호로 변환시키는 음향센서로, 예를 들면 마이크로폰이다. 도면부호 18 은 적절한 범위의 진폭을 갖는 전기신호파형을 출력하도록 입력신호를 증폭시키는 증폭회로 (AMP) 이다. 도면부호 22 는 증폭회로 (18) 의 출력으로부터, 채터링에 특징적인 주파수대역의 신호성분만을 통과시키는 대역통과 필터이다. 도면부호 26 은 대역통과 필터 (22) 의 출력신호를 입력하여, 미리 설정한 단위시간별의 실효치를 출력시키는 정류회로 (RCT) 이다. 도면부호 50 은 음향신호의 주파수 성분을 산출하는 주파수 분석회로 (FA) 이다. 도면부호 52 는 주파수 분석회로 (50) 의 출력으로부터 음향주파수 성분분포의 피크주파수를 산출하는 피크주파수 연산회로 (PFA) 이다. 피크주파수는 중심주파수라고도 한다. 도면부호 54 는 주파수 분석회로 (50) 의 출력으로부터, 음향주파수 성분분포의 피크주파수에서의 공진계수를 산출하는 공진계수 연산회로 (QA) 이다. 도면부호 56 은 정류회로 (26) 의 출력인 음향신호의 실효치가 설정치 이상이 된 경우에, 예를 들면 플러스의 신호를 발하는 제 1 비교회로이다. 도면부호 58 은 피크주파수 연산회로 (52) 의 출력인 음향주파수 성분분포의 피크주파수가 설정범위 내에 있는 경우에, 예를 들면 플러스의 신호를 발하는 제 2 비교회로이다. 도면부호 60 은 공진계수 연산회로 (54) 의 출력인 음향주파수 성분분포의 피크주파수에서의 공진계수가 설정치 이상이 된 경우에, 예를 들면 플러스의 신호를 발하는 제 3 비교회로이다. 도면부호 62 는 3개의 비교회로 (56, 58 및 60) 의 출력의 논리적(論理積)에 따라 경보신호를 발하는 논리적회로 (LC) 이다. 도면부호 64 는 논리적 회로 (62) 의 출력에 기초하여 스피커 등으로 오퍼레이터에 경보를 발하는 경보장치 (AL) 이다.

상기 음향센서 (16) 는, 피압연재 (8) 의 압연 중에, 압연기 근방의 음향을 검출하여 이 음향을 전기신호로 변환시키는 것이다. 채터링에 특징적인 주파수는 100 ∼ 300 Hz 이다. 따라서, 음향센서의 종류로서는, 0 ∼ 1000 Hz 정도의 주파수대역의 음향을 전기신호로 변환시키기에 부족함이 없는 성능을 갖는 마이크로폰이 바람직하다. 적합하게는 콘덴서마이크로폰을 사용하면 된다. 또, 그 설치위치는, 다단스탠드 냉연 압연기의 송출측 스탠드 부근이 바람직하다. 왜냐하면, 일반적으로는 송출측 스탠드가 채터링 발생이 가장 염려되는 스탠드이기 때문이다.

상기 증폭회로 (18) 는, 상기 음향센서 (16) 에 대응하여 시판되고 있는 앰프를 사용하면 된다. 또, 음향센서 (16) 의 출력이 충분한 진폭을 갖는 경우에는, 증폭회로가 생략될 수도 있다.

상기 대역통과 필터 (22) 는, 공지의 회로소자단체, 또는 회로를 사용하여 실현되는 것이다. 또, 그 통과대역으로서는, 100 ∼ 300 Hz 의 주파수대역을 사용한다. 이 대역은 일반적으로 채터링 주파수가 포함되는 대역으로서 알려져 있다. 또한, 미리 대상의 압연스탠드에 관한 압연기ㆍ스트립계의 고유 진동수를 측정하여 설정하는 것도 가능하며 보다 적합하다.

상기 정류회로 (26) 는, 상기 대역통과 필터 (22) 의 출력의 실효치를, 미리 설정한 단위시간별로 산출하여 출력하는 것이다. 정류방법으로서는, 예를 들면 미리 설정한 시간길이에 걸쳐서 2 승 적분하는 방법을 사용할 수 있다. 정류회로는, 공지의 승산표자 및 콘덴서 등으로 구성될 수 있다. 또한, 정류회로로서, 미리 설정한 시간 내에서 신호의 최대 진폭치를 출력하는 피크홀드회로도 사용될 수 있다. 왜냐하면, 여기서 얻어지는 출력이 음향강도에 대응하는 값이면, 2 승 적분치 외에 일정시간에서의 신호피크도 이용할 수 있기 때문이다. 입력파형의 실효치 연산의 단위가 되는 시간길이는, 목적으로 하는 채터링의 검출응답성에 기초하여 적절히 정하면 된다. 또한, 0.5 초 이하인 것이 바람직하다.

상기 주파수 분석회로 (50) 는, 상기 증폭회로 (18) 에서 적절한 전압범위로 정리된 전기신호의 주파수 성분을 연산하여 출력하는 것이다. 일반적으로, 주파수 분석회로는 스펙트로애널라이저 및 고속프리에변환 (FFT) 분석기의 명칭으로 시판되고 있는 것으로도 된다. 또, 입력신호를 A/D 변환시켜, 공지의 「고속프리에변환 (FFT)」 의 알고리즘에 기초하여, 디지털계산기로 산출하도록 해도 된다. 「고속프리에변환 (FFT)」 의 알고리즘은, 예를 들면, Oppenheim, Shafer: “Digital Signal Processing”, Prentice-Hall 에 기재되어 있다. 이 주파수 분석회로 (50) 에 있어서, 주파수 해석의 파형길이를 허용오차 내에서 짧게 형성할 필요가 있다. 이것은, 채터링 검출의 시간감도를 높이기 위함이다. 그러나, 반대로 파형길이가 너무 짧으면, 주파수 성분분포의 피크주파수 검출에서의 주파수 분해능이 저하된다. 본 발명의 경우, 파형길이를 0.5 초 정도로 하는 것이 바람직하다.

상기 제 1 비교회로 (56) 는, 상기 정류회로 (26) 의 출력이, 설정한 기준치를 초과하는지 아닌지를 판정한다. 그 기준치는, 채터링이 발생하지 않는 압연공정에 관하여 미리 측정을 행하여 설정하는 것이 바람직하다. 단, 피압연재의 강종 및 판두께, 압연 중의 속도별로 설정치를 변경해도 된다.

상기 제 2 비교회로 (58) 의 피크주파수 설정범위는, 상기 대역통과 필터 (22) 의 통과대역과 동일하게 설정해두면 된다. 단, 채터링 발생에 고유의 주파수를 미리 알고 있는 경우는, 상기 피크주파수의 범위를 필터의 통과대역보다 더욱 좁게 설정해두면 된다.

다음으로, 제 1 실시형태의 동작에 대해 설명한다.

피압연재의 냉간 압연 중에 발생하는 음향은, 음향센서 (16) 에 의해 검출되어, 전기신호로 변환된다. 그 전기신호는, 증폭회로 (18) 에서 적절한 범위의 진폭을 갖는 신호로 증폭된다. 그 증폭신호로부터, 대역통과 필터 (22) 에서 채터링에 특징적인 주파수대역의 신호만이 추출된다. 그 추출신호의 실효치가, 더욱 정류회로 (26) 에 의해 산출되어 출력된다.

상기 제 1 비교회로 (56) 는, 상기의 필터처리와 정류된 음향신호의 실효치 가, 미리 설정한 설정치를 초과하고 있는 경우에 플러스의 신호를 출력한다.

주파수 분석회로 (50) 는, 상기의 음향신호의 검출시점에서의 주파수 성분을 연산한다. 피크주파수 연산회로 (52) 는, 음향주파수 성분분포의 피크주파수 f₀ 를 산출한다. 공진계수 연산회로 (54) 는, 음향주파수 성분분포의 피크에서의 공진계수 Q 를 산출한다.

제 2 비교회로 (58) 는, f₀ 가 설정된 주파수 범위내에 있는 경우에, 플러스의 신호를 논리적회로 (62) 로 출력한다. 또, 제 3 비교회로 (60) 는, 공진계수 Q 가 설정치 이상이 된 경우에, 플러스의 신호를 논리적회로 (62) 로 출력한다. 경보장치 (64) 는, 제 1 비교회로 (56), 제 2 비교회로 (58) 및 제 3 비교회로 (60) 로부터의 3 개의 출력신호의 논리적에 따라 채터링 경보를 발한다.

도 11 은 압연조업 중에 채터링을 검출했을 때의 제 1 실시형태의 장치 각부의 출력파형 등을 나타낸 것이다. 도 11 에서, (a) 는 음향신호 (A) 의 시간변동, (b) 는 대역통과 필터 (22) 의 출력 (V_B) 의 시간변동, (c) 는 정류회로 (26) 의 출력 (V_A) 의 시간변동, (d) 는 제 1 비교회로 (56) 의 출력 (V_C1) 의 시간변동, (e) 는 피크주파수 연산회로 (52) 의 출력 (f_P) 의 시간변동, (f) 는 제 2 비교회로 (58) 의 출력 (V_C2) 의 시간변동, (g) 는 공진계수 연산회로 (54) 의 출력 (Q) 의 시간변동, (h) 는 제 3 비교회로 (60) 의 출력 (V_C3) 의 시간변동, (i) 는 논리적회로 (62) 의 출력 (V_L) 의 시간변동, (j) 는 압연속도 (v) 의 시간변동이다. 이 실시예에서는, 본 발명에 의한 경보동작을 행하지 않도록 하고, 종래와 같이, 오퍼레이터가 채터링을 발견하여 라인감속에 의해 조업액션을 취하도록 하였다. (i) 에 있어서 화살표 I 로 나타나는 출력발생과 (j) 에 있어서 화살표 J 로 나타나는 감속은 거의 동시이다. 즉, 본 발명에 의해, 압연조업 중에 발생한 채터링을, 종래의 오퍼레이터에 의한 발견과 거의 동시에 검출하고 있는 것을 알았다.

도 12 는 제 1 실시형태의 장치에 의한 다른 측정예이다. 각 파형의 부호는 도 11 과 동일하다. 채터링은 발생하지 않고, 충격성 음향이 관측된 경우이다. 도 12의 (d) 와 같이, 대역통과 필터만으로는 제 1 비교회로도 플러스의 출력을 발하고 있다. 그러나, 도 12의 (g) 와 같이, 주파수대역은 설정치 이하로 되어 있고, 도 12의 (i) 와 같이 출력은 발하지 않고, 오검출을 회피하고 있다.

또한, 냉간 압연을 고속도로 행한 경우, 채터링이 발생하지 않은 정상압연시에 있어서도, 채터링에 고유한 주파수 부근에 채터링이 원인이 아닌 음향이 혼입되어 관측되는 경우가 있다. 이 경우에 관측되는 음향파형을 도 13 에 나타낸다. 제 1 실시형태의 기술에 의해, 채터링 검출을 고감도로 행하려고 한 경우, 이 현상을 채터링으로서 오검출하여 경보를 발생시킨다. 이 경보 때문에, 압연오퍼레이터는 작업을 혼란시킬 염려가 있다. 또, 경보에 따라 자동라인감속을 행하고 있는 경우에는, 생산성을 저하시키는 원인이 되는 경우가 있다. 반대로, 오검출을 억제시키기 위해서는, 검출의 임계치를 높이지 않을 수 없다. 그 결과, 채터링의 발생검지 및 대책조치가 지연되어 판파단의 빈도가 증가되는 염려가 있다.

정상압연의 경우, 채터링 발생의 경우 및 제 1 실시형태에서 채터링을 오검출한 경우의 음향주파수 성분분포를, 각각, 도 14(a), 도 14(b) 및 도 14(c) 에 나타낸다. 도 14(a) 에 나타낸 정상압연의 경우에는, 전주파수에서 거의 균일하며 랜덤한 분포를 나타낸다. 이에 대해, 도 14(b) 에 나타낸 채터링 발생의 경우 및 도 14(c) 에 나타낸 제 1 실시형태에서 채터링을 오검출한 경우에는, 어느 주파수의 근방에서 큰 피크가 보인다. 또한, 채터링이 발생한 경우 및 제 1 실시형태에서 채터링을 오검출한 경우의 음향주파수 성분분포를 비교한 바, 다음의 것이 판명되었다. 제 1 실시형태에서 채터링을 오검출한 경우의 피크주파수가, 채터링 발생의 경우의 제 2 번째의 피크주파수에 매우 가까웠다. 또, 제 1 실시형태에서 채터링을 오검출한 경우는, 명료한 피크는 단독으로 출현하였다. 그에 대해, 채터링 발생의 경우는, 복수의 피크가 주파수에 대해 거의 등간격으로 출현하였다.

따라서, 목적으로 하는 채터링 발생을 정확하게 검출하기에는, 압연시에 측정한 음향신호의 압연기 종(縱)진동의 고유진동수 f₀ 에서의 성분과 그 정배수의 주파수 nㆍf₀ (n ≥2) 에서의 성분을 이용할 수 있다. 즉, 양자가 모두 커진 경우에 한하여, 채터링 발생을 검지하도록 하면 된다.

구체적으로는, 다음과 같이 판정을 행한다. N 개의 상이한 주파수대역을 통과역으로 갖는 대역통과 필터를 각각 통과한 압연시의 음향신호의 강도를 각각 V₁, V₂, …, V_N 으로 한다. 이들 N 개의 입력변수에 기초하는 평가함수를 설정하고, 그 출력에 따라 채터링 판정을 행한다.

예를 들면, N 개의 주파수대역의 성분이 모두, 대응한 설정치 이상이 된 경우에 경보를 발생시키도록 평가함수 J₁ 을 다음과 같이 설정한다.

J₁ = 1 (V₁＞V₀₁, V₂＞V₀₂, …, V_N＞V _0N 의 경우) …(2)

J₂ = 0 (상기 이외의 경우) …(2)'

여기서, V₀₁, V₀₂, …, V_0N 은, 각각 임계치이다.

또, 상기의 평가함수는, 소위 「임계치 판정의 논리적」 이지만, 그 대신에 각각의 출력의 합 (J₂), 적 (J'₂), 2 승 합 (J"₂) 등을 사용하면 된다.

J₂ = (V₁/V₀₁) + (V₂/V₀₂) + …+ (V_N/V _0N) …(3)

J'₂ = (V₁/V₀₁) ㆍ (V₂/V₀₂) ㆍ …ㆍ (V_N/V _0N) …(4)

J"₂ = (V₁/V₀₁)² + (V₂/V₀₂)² + …+ (V_N/V_0N)² …(5)

또한, 압연라인의 상황에 따라, 광대역의 충격성 노이즈가 다수 검지되는 경우가 있다. 이 경우에, 각 대역의 필터출력이 증대되는 것이 상정되어, 채터링을 오검출할 염려가 있다. 그 대책으로서는, 정말로 음향주파수 성분분포가 당해 대역 내에 피크를 갖고, 또 공진현상을 반영하고 있는지 아닌지에 관한 판정을 부가하면 된다. 즉, 음향주파수 성분분포의 각 주파수대역 내에서의 피크주파수 f_i 및 공진계수 Q_i 을 산출하고, 상기의 V_i 대신에 이하의 식으로부터 부여받는 V'_i 를 사용하면 된다. 즉,

r_f(i) = 1 (f_i ∈ [f_1i, f_2i] 의 경우) …(6)

r_f(i) = 0 (상기 이외의 경우) …(6)'

r_Q(i) = 1 (Q_i ＞ Q_0i 의 경우) …(7)

r_Q(i) = 0 (상기 이외의 경우) …(7)'

V'_i = V_i * r_f(i) * r_Q(i) …(8)

단, i = 1, 2, 3, …, N …(9)

다음으로 이상에 나타낸 방법을 고려한 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 이것은 제 1 실시형태를 개량한 것이다.

본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검출장치의 제 2 실시형태의 구성을 도 15 에 나타낸다. 도 15 에 있어서, 도면부호 8 은 피압연재, 도면부호 10 은 냉간 압연기군, 도면부호 16 은 음향센서, 도면부호 18 은 증폭회로이다. 도면부호 22₁, 22₂, …, 22_N 은, 각각 제 1, 제 2, …, 제 N 의 대역통과 필터이다. 도면부호 26₁, 26₂, …, 26_N 은, 각각 제 1, 제 2, …, 제 N 의 정류회로이다. 도면부호 70 은 판정회로 (JC), 도면부호 64 는 경보장치이다.

여기서, 대역통과 필터 및 정류회로의 개수, 및 판정회로의 입력수인 N 은 앞에서 설명하였다. 감시하는 채터링의 고유 주파수의 배음(倍音)성분의 개수에 상당한다. 적합한 N 의 값은, 현장에 있어서 정밀도 있게 검출가능한 채터링 진동의 모드수, 오판정 및 놓쳤을 때의 비용, 및 판정임계치 설정의 작업비용 등에 따라 적당히 설정하면 된다.

이하의 설명에서는, N = 2 로 해도 일반성을 잃지 않기 때문에, 2 개의 경우에 대해 설명한다.

본 실시형태에 있어서, 상기 음향센서 (16) 는, 높아야 1000 Hz 이고, 채터링에 특징적인 주파수 및 여러 개의 고차성분 주파수를 포함하는 주파수대역의 음향을 전기신호로 변환시킨다.

상기 대역통과 필터 (22₁, 22₂) 의 통과대역으로서는, 이미 설명한 바와 같이, 채터링의 기본 주파수의 정배수의 주파수 중에서 상이한 2 개를 선택하여 설정하면 된다. 또한, 미리 대상의 압연스탠드에 관하여 압연기ㆍ스트립계의 고유 진동수를 측정하여 설정하는 것도 가능하며 보다 적합하다.

상기 정류회로 (26₁, 26₂) 는, 상기 2 개의 대역통과 필터 (22₁, 22₂) 의 출력의 실효치를 미리 설정한 단위시간별로 각각 산출하는 것이다.

상기 판정회로 (70) 는, 상기와 같이 하여 산출된 신호로부터 채터링 발생을 판정하는 비교회로이다. 그 기준치는, 채터링이 발생하지 않은 압연공정에 관하여 미리 측정을 행하여 설정하는 것이 바람직하다. 단, 피압연재의 강종 및 판두께 및 압연 중의 속도에 따라 설정치를 변경해도 된다.

다른 점에 관해서는, 제 1 실시형태와 동일하다. 동일한 부호를 붙여 설명은 생략한다.

다음으로 제 2 실시형태의 동작에 대해 설명한다.

도 16 은, 압연조업 중에 채터링을 검출했을 때의 제 2 실시형태의 장치 각부의 출력파형 등을 나타낸 것이다. 도 16 에서, (a) 는 음향센서 (16) 출력의 음향신호 (A) 의 시간변동, (b) 와 (d) 는 각각 제 1 및 제 2 대역통과 필터 (22₁, 22₂) 의 출력 (V_B1, V_B2) 의 시간변동, (c) 와 (e) 는 각각 제 1 및 제 2 정류회로 (26₁, 26₂) 의 출력 (V_A1, V_A2) 의 시간변동, (f) 는 판정회로 (70) 의 출력 (V_J) 의 시간변동, (g) 는 조업시의 압연속도 (v) 의 시간변동이다. 이 실시예에서는, 본 발명에 의한 경보동작을 행하지 않도록 하여, 종래와 같이, 오퍼레이터가 채터링을 발견하여 라인감속에 의해 조업액션을 취하도록 하였다. 도 16의 (f) 에 나타나는 출력발생과 도 16의 (g) 에 나타나는 감속은 거의 동시이다. 즉, 본 발명에 의해, 압연공정 중에 발생한 채터링을, 종래의 오퍼레이터에 의한 발견과 거의 동시에 검출하고 있는 것을 알았다.

한편, 도 17 은, 제 2 실시형태의 장치의 압연조업 중에서의 다른 측정예이고, 채터링은 발생하지 않는다. 각 파형의 부호는 도 16 과 동일하다. 이 측정예에서는, 채터링 이외의 노이즈에 의해, 음향신호의 진폭은 채터링 발생시와 같은 정도까지 증대하고 있다. 도 17의 (b) 와 같이, 제 1 대역통과 필터 (22₁) 의 출력도 증대한다. 그러나, 도 17의 (d) 와 같이, 제 2 대역통과 필터 (22₂) 의 출력은 작다. 그 결과, 판정출력은 발하지 않고 오검출을 회피하고 있다.

다음으로 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 이것은 제 1 실시형태를 개량한 것이다.

도 18 은, 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링의 검출장치의 제 3 실시형태를 나타낸 구성도이다. 도 18 에 있어서, 도면부호 16 은 제 1, 제 2 실시형태와 동일한 음향센서, 도면부호 18 은 제 1, 제 2 실시형태와 동일한 증폭회로이다. 도면부호 50 은 제 1 실시형태와 동일한 주파수 분석회로, 도면부호 72 는 주파수 성분산출장치 (FCA), 도면부호 76 은 판정회로이다. 도면부호 64 는 제 1, 제 2 실시형태와 동일한 경보장치이다.

상기 주파수 분석회로 (50) 는, 상기 증폭회로 (18) 에서 적절한 전압범위로 정리된 음향신호의 주파수 성분을 연산하여 출력하는 것이다.

상기 주파수 성분 산출장치 (72) 는, 상기 주파수 분석회로 (50) 가 산출하는 음향신호의 주파수 성분 중, 채터링의 고유 주파수 및 그 고차모드 중에서 착목하는 N 개의 주파수 성분으로부터 신호강도를 각각 연산하여 출력한다. 그 연산개수 N 의 적절한 수에 대해서는, 제 2 실시형태와 동일하다. 이하의 설명에서는 N = 2 에 대해 설명한다. 단, 발명자들의 실측에 의하면, 채터링 발생시의 주파수 피크가 약간 증감하는 경우가 확인되고 있다. 따라서, 적합하게는, 각 모드 주파수 f_n 에 대해 △_n = 10 % 정도의 허용범위를 형성하고, 그 주파수 범위 [f_n - △_n/2, f_n + △_n/2] 에서 신호강도의 주파수 성분의 일정시간 내의 최대치를 신호강도로서 산출한다. 또, 설정한 각 주파수 범위에서의 신호주파수 성분의 2 승 평균을 연산하여 신호강도로 해도 된다.

다음으로 제 3 실시형태의 동작에 대해 설명한다.

도 19 는, 압연조업 중에 채터링을 검출했을 때의 제 3 실시형태의 장치 각부의 출력파형 등을 나타낸 것이다. 도 19 에서, (a) 는 음향센서 (16) 출력의 음향신호 (A) 의 시간변동, (b) 와 (c) 는 각각 주파수 성분 산출장치 (72) 가 출력하는 제 1 및 제 2 주파수 범위의 음향강도 (A_f1, A_f2) 의 시간강도, (d) 는 판정회로 (76) 의 출력 (V_J) 의 시간변동, (e) 는 조업시의 압연속도 (v) 의 시간변동을 나타낸다. 본 발명에 의해, 압연공정 중에 발생한 채터링을, 종래의 오퍼레이터에 의한 발견과 거의 동시에 검출하고 있는 것을 알았다.

다음으로 본 발명의 제 4 실시형태에 대해 상세히 설명한다.

도 20 은, 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검출장치의 제 4 실시형태를 나타낸 구성도이다. 도 20 에 있어서, 도면부호 10 은 냉간 압연기군, 도면부호 16 은 음향센서, 도면부호 18 은 증폭회로, 도면부호 22₁, 22₂, …, 22_N 은 각각 제 1, 제 2, …, 제 N 의 대역통과 필터, 도면부호 26₁, 26₂, …, 26_N 은 각각 제 1, 제 2, …, 제 N 의 정류회로이다. 도면부호 50 은 주파수 분석회로이고, 상기 제 2, 제 3 실시형태와 동일하다. 도면부호 80₁, 80₂, …, 80_N 은 각각 제 1, 제 2, …, 제 N 의 피크주파수 연산회로, 도면부호 82₁, 82₂, …, 82_N 은 각각 제 1, 제 2, …, 제 N 의 공진계수 연산회로 (QA), 도면부호 84 는 판정회로, 도면부호 64 는 경보장치이다. 또한 정류회로에 피크홀드회로를 사용해도 된다.

상기 제 1, 제 2, …, 제 N 의 피크주파수 연산회로 (80₁, 80₂, …, 80_N) 는, 주파수 분석회로 (50) 의 출력으로부터, 각각 설정된 주파수 범위에서의 피크주파수를 산출하는 연산회로이다. 이 주파수 범위로서는 제 1, 제 2, …, 제 N 의 대역통과 필터 (22₁, 22₂, …, 22_N) 의 통과대역과 동일한 것을 사용하면 된다. 단, 채터링 발생에 고유의 피크주파수의 범위를 각각 미리 알고 있는 경우는, 더욱 좁게 설정해 두어도 된다.

상기 제 1, 제 2, …, 제 N 의 공진계수 연산회로 (82₁, 82₂, …, 82_N) 는, 각각 대응하는 피크주파수에서의 공진계수 (Q₁, Q₂, …, Q_N) 를 산출하는 것이다.

상기 판정회로 (84) 는, 상기와 같이 하여 산출되는 각 정류회로 (26₁, 26₂, …, 26_N) 의 출력, 각 대역에서의 피크주파수, 및 각각의 피크주파수의 공진계수에 기초하여 산출하는 평가함수의 값이, 설정한 임계치를 초과한 경우에 경보출력을 발하는 연산회로이다.

본 실시형태에 있어서도, 대역통과 필터 및 정류회로, 피크주파수 연산회로, 공진계수 연산회로의 적합한 개수 N 은, 현장에 있어서 정밀도 있게 검출가능한 채터링 진동모드의 수 및 작업비용에 따라 설정하면 된다. 이하에서는 N = 2 의 경우에 대해 설명한다.

다음으로 제 4 실시형태의 동작에 대해 설명한다.

도 21 은, 압연조업 중에 채터링을 검지했을 때의 제 4 실시형태의 장치 각부의 출력파형 등을 나타낸 것이다. 도 21 에서, (a) 는 음향센서 (16) 출력의 음향신호 (A) 의 시간변동, (b) 와 (i) 는 각각 제 1, 제 2 대역통과 필터 (22₁, 22₂) 의 출력 (V_B1, V_B2) 의 시간변동이다. 도 21의 (c) 와 (j) 는 각각 제 1 및 제 2 정류회로 (26₁, 26₂) 의 출력 (V_A1, V_A2) 의 시간변동, (e) 와 (l) 은 각각 제 1 및 제 2 피크주파수 연산회로 (80₁, 80₂) 의 출력 (f_P1, f_P2) 의 시간변동, (g) 와 (n) 은 각각 제 1 및 제 2 공진계수 연산회로 (82₁, 82₂) 의 출력 (Q₁, Q₂) 의 시간변동, (p) 는 판정회로 (84) 가 산출하는 평가함수의 값 (V_J) 의 시간변동이다. 도 21의 (d), (f), (h), (k), (m), (o) 는 각각 제 1 ∼ 6 비교회로의 출력 (V_C1 ∼ V_C6) 의 시간변동으로, 설명의 편의상 표시하였다. 도 21의 (q) 는 채터링 경보출력 (V_AL) 의 시간변동, (r) 은 이 압연라인의 압연속도 (v) 의 시간변동을 나타낸다.

이 실시예에서는, 본 발명에 의한 경보동작을 행하지 않도록 하고, 종래대로, 오퍼레이터가 채터링을 발견하여 라인감속에 의해 조업액션을 취하도록 하였다. 도 21의 (q) 에 나타나는 경보출력발생은 (r) 에 나타나는 감속보다도 수초 빠르다. 즉, 본 발명에 의해, 압연공정 중에 발생한 채터링을, 종래의 오퍼레이터에 의한 발견보다도 수초 빠르게 검출하고 있는 것을 알았다.

다음으로 제 5 실시형태에 대해 상세히 설명한다.

도 22 는, 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지장치의 제 5 실시형태를 나타낸 구성도이다. 도 22 에 있어서, 도면부호 10 은 냉간 압연기군, 도면부호 11 은 그 냉간 압연기군 (10) 중의 압연기스탠드, 도면부호 16 은 상기 각 실시형태와 동일한 음향센서이다. 도면부호 18 은 증폭회로, 도면부호 22 는 대역통과 필터, 도면부호 26 은 정류회로, 도면부호 64 는 경보장치로 각각 상기 각 실시형태와 동일하다. 도면부호 90 은 샘플링회로 (SPL), 도면부호 92 는 기억회로 (MMR), 도면부호 94 는 상승(相乘)평균 연산회로 (AVR), 도면부호 96 은 비교회로이다. 정류회로에 피크홀드회로를 사용하는 것도 가능하다.

상기 정류회로 (26) 에서는, 적분의 단위가 되는 시간길이가 0.1 초 이하인 것이 바람직하다. 또한 정류회로에 피크홀드회로를 사용한 경우도, 최대치 검출의 단위가 되는 시간길이는 0.1 초 이하인 것이 바람직하다.

상기 샘플링회로 (90) 는, 상기 정류회로 (26) 의 출력을 일정시간 (△T) 의 간격으로 샘플링하는 것이다. 일반적으로는 피크홀드회로 등을 사용한다. 또한, A/D 변환기를 사용하여 디지털양으로 변환시키는 방법을 사용해도 된다. △T 는 일반적으로 작을수록 정밀한 계측이 가능하다. 상기 정류회로의 연산시간길이와 동일하게 해두는 것이 적합하다.

상기 기억회로 (92) 는, 상기 샘플링회로 (90) 의 변환타이밍과 동기하여, 상기 샘플링회로 (90) 의 출력을 새로운 순서로 N 개 기억시켜두는 것이다. 이 기억개수 N 은, 오검출 억제효과와 응답지연의 균형으로 정하면 된다. N = 4 정도가 적합하지만, 사전평가에 의해 최적치를 정하는 것이 보다 바람직하다.

상기 상승평균 연산회로 (94) 는, 상기 기억회로 (92) 의 각 단에 저장되고 있는 값의 상승평균을 산출하는 것이다. 구체적으로는, 상기 기억회로 (92) 의 각 단에 저장되어 있는 값 Vi (i = 0, 1, …, N-1) 에 대해, 상승평균 〈V_N〉 을 이하와 같이 산출한다. (단, 여기서 i = 0 을 현재의 값, i = 1 을 연산프레임전의 값으로 함)

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…(10)

또, 상기 비교회로 (96) 는, 그 상승연산회로 (94) 의 출력이, 미리 설정한 기준치를 초과하는지 아닌지를 판정한다. 이 기준치는 채터링이 발생하지 않는 압연공정에 관해 미리 측정을 행하여 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 피압연재의 강종 및 판두께, 압연 중의 속도 별로 설정치를 변경해도 된다.

다음으로 제 5 실시형태의 동작에 대해 설명한다.

도 23 은, 압연조업 중에 채터링을 검지했을 때의 제 5 실시형태의 장치 각부의 출력파형 등을 나타낸 것이다. 도 23 에서, (a) 는 음향센서 (16) 출력의 음향신호 (A) 의 시간변동, (b) 는 대역통과 필터 (22) 의 출력 (V_B) 의 시간변동, (c) 는 상승평균 연산회로 (94) 의 출력의 상승평균 (V_AV) 의 시간변동, (d) 는 비교회로 (96) 의 출력 (V_C) 의 시간변동, (e) 는 압연속도 (v) 의 시간변동이다.

이 실시예에서는, 본 발명에 의한 경보동작을 행하지 않도록 하여, 종래대로, 오퍼레이터가 채터링을 발견하여 라인감속에 의해 조업액션을 취하도록 하였다. 도 23의 (d) 에 나타나는 비교회로의 출력발생은 도 23의 (e) 에 나타나는 감속보다도 2.7 초 빠르다. 즉, 본 발명에 의해, 압연공정 중에 발생한 채터링을, 종래의 오퍼레이터에 의한 발견보다 2.7 초 빠르게 검출하고, 경보출력할 수 있음을 알았다.

도 24 는 종래장치에서는 오보의 원인이 되는 펄스성 노이즈가 발생했을 때의 제 5 실시형태의 장치 각부의 출력파형 등을 나타낸 것이다. 도 24 의 각 출력은 도 23 과 동일하다. 또, 도 23, 도 24 에서의 비교회로 (96) 의 임계치는 동일하다. 도 24 의 (c) 로부터 명백한 바와 같이, 상승평균 연산회로 (94) 의 출력이 임계치보다 작아져 오보를 회피하고 있다.

제 5 실시형태장치의 채터링 검출능력을 피크치만으로 채터링을 판단하는 종래장치와 비교하였다. 양자를 경보동작을 행하지 않고 동시에 운전하여, 오퍼레이터의 발견사례와 비교하였다. 채터링 검출능력은, 채터링 검출수, 오검출수, 오퍼레이터발견과의 시간차를 채용하였다. 운전기간은 채터링 검출수가 40 개에 이르기까지로 하였다. 종래장치에서 16 건의 오검출이 있었던 것에 대해, 본 실시형태에서는 3 건으로 1/5 로 저감시킬 수 있었다. 또, 검출장치가 작동한 후 오퍼레이터 발견까지의 시간차 평균은, 제 5 실시형태장치에서 2.6 초, 종래법에서 2.7 초로, 차이는 거의 없었다. 즉, 본 실시형태에 의해, 채터링 검출의 신속성을 잃지 않고 오검출을 억제한다는 효과가 실증되었다.

다음으로 본 발명의 제 6 실시형태에 대해 상세히 설명한다.

도 25 는 본 발명에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지장치의 제 6 실시형태를 나타낸 구성도이다.

도 25 에 있어서, 도면부호 16 은 음향센서, 도면부호 18 은 증폭회로, 도면부호 64 는 경보장치로 상기 각 실시형태와 동일하다. 도면부호 98 은 프리에변환회로 (FTC), 도면부호 100 은 2 승 평균 연산회로 (SAV) 이다. 도면부호 92 는 기억회로, 도면부호 94 는 상승평균회로, 도면부호 96 은 비교회로이고, 제 5 실시형태와 동일하다.

상기 프리에변환회로 (98) 에 있어서, 채터링 검출의 시간감도를 높이기 위해서는, 주파수 해석의 파형길이를 허용범위 내에서 짧게 할 필요가 있다. 단, 파형길이가 너무 짧으면 주파수 분석의 주파수 분해능이 저하된다. 따라서, 본 실시형태의 경우, 파형길이를 적합하게는 0.2 초 정도로 하는 것이 바람직하다.

상기 2 승 평균 연산회로 (100) 는, 상기 프리에변환회로 (98) 가 산출하는 신호주파수 성분 중에서, 채터링 발생에 특징적인 주파수 성분의 신호강도를 산출하는 것이다. 단, 발명자들의 실측에 의하면, 채터링 발생시의 주파수 피크가 약간 증감하는 경우가 확인되고 있다. 따라서, 채터링의 주파수 f 에 대해 △ = 10 % 정도의 허용범위를 형성하고, 그 주파수 범위 [f - △/2, f + △/2] 에서의 신호강도 주파수 성분으로부터 신호강도를 산출한다. 본 실시형태에서는, 설정한 각 주파수 범위에서의 신호강도 주파수 성분의 2 승 평균을 연산하도록 하고 있다. 단, 2 승 평균 대신에 최대치를 연산해도 된다. 또한, 이 2 승 평균 연산회로 (100) 대신에 상기 제 3 실시형태와 동일한 주파수 성분 산출장치를 사용해도 된다.

다음으로 제 6 실시형태의 동작에 대해 설명한다.

도 26 은 압연조업 중에 채터링을 검지했을 때의 제 6 실시형태의 장치 각부의 출력파형 등을 나타낸 것이다. 도 26 에서 (a) 는 음향센서 (16) 출력의 음향신호 (A) 의 시간변동, (b) 는 2 승 평균 연산회로 (100) 의 출력 (V_SA) 의 시간변동, (c) 는 상승평균 연산회로 (94) 의 출력 (V_AV) 의 시간변동, (d) 는 비교회로 (96) 의 출력 (V_C) 의 시간변동, (e) 는 조업시의 압연속도 (v) 의 시간변동이다. 도 26의 (d) 에 나타나는 비교회로의 출력발생과 도 26의 (e) 에 나타나는 감속은 거의 동시이다. 즉, 본 발명에 의해, 압연공정 중에 발생한 채터링을, 종래의 오퍼레이터에 의한 발견과 거의 동시에 검출하고 있음을 알았다.

이상 설명한 바와 같은 실시형태에 있어서, 경보장치 (64) 는, 표시등을 점등하거나, 스피커 등으로 경보음을 발생시켜, 오퍼레이터에 라인속도를 감속하는 등의 주의를 환기시키는 것으로 된다. 또는, 시퀀서 등을 사용하여 자동적으로 압연속도를 낮추는 것이어도 된다.

또, 이상 설명한 실시형태에 있어서, 대역통과 필터 및 각종 연산회로, 판정회로 등은, 근년에 행해지고 있는 디지털화 수법을 모방하여, 등시간 간격으로 샘플링된 디지털신호에 대한 연산으로 치환할 수 있다. 또는 이들 회로 대신에, 마이크로프로세서상의 소프트웨어로 구성할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 종래 제안되고 있었던 음향센서 및 진동센서에 의한 채터링 검출방법에서 발생하고 있었던 오검출을 저감시킬 수 있다. 이들 오검출은, 압연조업 이외에 기인한 노이즈 및, 압연기 및 스탠드간 보조롤을 갖는 설비에 인가되는 충격성의 진동이라는 노이즈에 기인하는 것이다. 또한, 이들 오검출을 저감시킬 수 있었기 때문에, 피압연재의 정상적으로 압연한 부위를 잘못 잘라버리거나, 통상 압연시에 잘못 감속시키는 등의 생산낭비도 없앨 수 있었다.

또한, 냉간 압연작업 중에 채터링을 지체하지 않고 검출할 수 있기 때문에, 작업원이 신속하게 대책을 취함으로써, 채터링 불량부를 저감시킬 수 있다. 채 터링 진동에 기인하는 판파단을 방지하는 것도 가능해진다. 따라서, 생산수율 및 작업효율상에서 매우 큰 효과를 갖는다.

또, 종래의 음향검출을 사용한 방법에서 문제가 되고 있었던 오검출을 정확하게 억제하도록 하였다. 그 결과, 오검출에 의한 조업낭비는 감소되고, 작업원도 센서경보를 신뢰하여 이용하게 된다.

또, 종래 제안되고 있었던 진동센서 및 판두께계를 사용한 방법과 비교하여, 간결한 장치구성으로 실현할 수 있다. 또, 음향센서라는 비접촉 검출수단을 사용함으로써, 센서를 압연기군으로부터 분리하여 설치할 수 있어 센서의 보수성도 향상된다.

Claims (15)

1. 압연 중의 냉간 압연기 근방에서 측정한 음향으로부터 도출되는 복수의 음향파라미터에 의한 냉간 압연기의 채터링 검지방법.
2. 압연 중의 냉간 압연기 근방의 음향을 측정하는 센서,

   상기 센서가 출력하는 음향신호로부터 복수의 음향파라미터를 연산하여 출력하는 회로, 및

   상기 음향파라미터로부터 채터링 발생을 검지하여 검지신호를 발생시키는 회로로 이루어지는 냉간 압연기의 채터링 검지장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 음향파라미터가 채터링 발생에 특징적인 주파수대역의 음향강도, 음향주파수 분포에서의 채터링 발생에 특징적인 주파수대역 중의 피크주파수 및 상기 피크주파수에서의 공진계수이고, 상기 음향파라미터가 각각 미리 설정한 범위에 있는 경우에 채터링 발생을 검지하는 냉간 압연기의 채터링 검지방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   냉간 압연기의 근방에 설치된 마이크로폰,

   상기 마이크로폰이 출력하는 전기신호를 입력으로 하여, 미리 설정한 주파수대역의 성분만을 통과시켜 출력하는 대역통과 필터,

   상기 대역통과 필터로부터의 출력을 정류하는 정류회로,

   상기 정류회로의 출력이 미리 설정한 값을 초과한 경우에 출력신호를 발생시키는 제 1 비교회로,

   상기 마이크로폰이 출력하는 전기신호의 주파수 성분을 연산하여 출력하는 주파수 분석회로,

   상기 주파수 분석회로의 출력신호의 피크주파수를 연산하여 출력하는 피크주파수 연산회로,

   상기 피크주파수 연산회로의 출력이 미리 설정한 주파수 범위에 있는 경우에 출력신호를 발생시키는 제 2 비교회로,

   상기 주파수 분석회로의 출력신호의 피크주파수에서의 공진계수를 연산하여 출력하는 공진계수 연산회로,

   상기 공진계수가 설정치 이상이 된 경우에 출력신호를 발생시키는 제 3 비교회로, 및

   제 1, 제 2 및 제 3 비교회로의 출력신호가 모두 발생된 경우에 채터링 발생의 경보를 발하는 경보장치로 이루어지는 냉간 압연기의 채터링 검지장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 음향파라미터가 채터링에 고유한 기본주파수 및 상기 기본 주파수를 2 이상의 정수로 곱한 주파수로부터 선택되는 복수의 주파수대역에서의 음향강도이고, 상기 음향파라미터가 미리 설정한 임계치를 초과한 경우에 채터링의 발생을 검지하는 냉간 압연기의 채터링 검지방법.
6. 제 2 항에 있어서,

   냉간 압연기의 근방에 설치된 마이크로폰,

   상기 마이크로폰이 출력하는 전기신호를 입력으로 하여, 미리 설정한 복수의 주파수대역의 성분만을 통과시켜 출력하는 복수의 대역통과 필터,

   상기 대역통과 필터로부터의 출력을 정류하는 정류회로,

   상기 정류회로의 출력을 입력으로 하여, 미리 설정한 연산식에 기초하여 채터링 발생신호를 출력하는 판정회로, 및

   상기 판정회로의 출력신호가 입력되면 채터링 발생의 경보를 출력하는 경보장치로 이루어지는 냉간 압연기의 채터링 검지장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 음향파라미터가 미리 설정한 복수의 주파수 f_i 와 대역폭 △_i (i = 1, 2, 3, …) 에 대해 각각 주파수 범위 [f_i - △_i/2, f_i + △_i/2] 에서의 음향강도 주파수 성분이고, 상기 음향파라미터가 미리 설정한 임계치를 초과한 경우에 채터링의 발생을 검지하는 냉간 압연기의 채터링 검지방법.
8. 제 2 항에 있어서,

   냉간 압연기의 근방에 설치한 마이크로폰,

   상기 마이크로폰이 출력하는 전기신호를 입력으로 하여, 상기 전기신호의 주파수 성분을 산출하여 출력하는 주파수 분석회로,

   상기 주파수 분석회로의 출력을 입력으로 하여, 미리 설정한 복수의 주파수 범위 [f_i - △_i/2, f_i + △_i/2] (i = 1, 2, 3, …) 에서의 입력신호강도의 주파수 성분의 일정시간 내의 최대치를 출력하는 연산회로,

   상기 연산회로의 출력으로부터, 미리 설정한 연산식에 기초하여 채터링 발생신호를 출력하는 판정회로, 및

   상기 판정회로의 출력신호가 입력되면 채터링 발생의 경보를 출력하는 경보장치로 이루어지는 냉간 압연기의 채터링 검지장치.
9. 제 2 항에 있어서,

   냉간 압연기의 근방에 설치한 마이크로폰,

   상기 마이크로폰이 출력하는 전기신호를 입력으로 하여, 상기 전기신호의 주파수 성분을 산출하여 출력하는 주파수 분석회로,

   상기 주파수 분석회로의 출력을 입력으로 하여, 미리 설정한 복수의 주파수 범위 [f_i - △_i/2, f_i + △_i/2] (i = 1, 2, 3, …) 에서의 입력신호강도의 주파수 성분의 일정시간 내의 2 승 평균치를 출력하는 연산회로,

   상기 연산회로의 출력으로부터, 미리 설정한 연산식에 기초하여 채터링 발생신호를 출력하는 판정회로, 및

   상기 판정회로의 출력신호가 입력되면 채터링 발생의 경보를 출력하는 경보장치로 이루어지는 냉간 압연기의 채터링 검지장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 음향파라미터가 채터링 발생에 특징적인 복수의 주파수대역의 음향강도, 음향주파수 성분분포에서의 채터링 발생에 특징적인 복수의 주파수대역의 피크주파수 및 상기 피크주파수의 공진계수이고, 상기 음향파라미터가 미리 설정한 임계치를 초과한 경우에 채터링의 발생을 검지하는 냉간 압연기의 채터링 검지방법.
11. 제 2 항에 있어서,

    냉간 압연기의 근방에 설치된 마이크로폰,

    상기 마이크로폰이 출력하는 전기신호를 입력으로 하여, 미리 설정한 복수의 주파수대역의 성분만을 통과시켜 출력하는 복수의 대역통과 필터,

    상기 대역통과 필터로부터의 출력을 정류하는 정류회로,

    상기 마이크로폰이 출력하는 전기신호의 주파수 성분을 연산하여 출력하는 주파수 분석회로,

    상기 주파수 분석회로로부터 나오는 출력신호의 상기 복수의 주파수대역에서의 복수의 피크주파수를 각각 연산하여 출력하는 피크주파수 연산회로,

    상기 주파수 분석회로로부터 나오는 출력신호의 상기 복수의 피크주파수에서의 공진계수를 각각 연산하여 출력하는 공진계수 연산회로,

    상기 정류회로, 상기 주파수 연산회로 및 상기 공진계수 연산회로의 출력으로부터 미리 설정한 연산식에 기초하여 채터링 발생신호를 출력하는 판정회로, 및

    상기 판정회로의 출력신호가 입력되면 채터링 발생의 경보를 출력하는 경보장치로 이루어지는 냉간 압연기의 채터링 검지장치.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 음향파라미터가, 당해 검출시각을 포함하는 과거 N 프레임 (N 은 미리 정한 정수, 프레임은 적절한 단위시간) 의 채터링에 특징적인 주파수대역 내의 음향강도이고, 상기 음향파라미터의 상승평균이 미리 설정한 임계치를 초과한 경우에 채터링 발생을 검지하는 냉간 압연기의 채터링 검지방법.
13. 제 2 항에 있어서,

    냉간 압연기의 근방에 설치되어 피압연재의 압연 중의 음을 검출하여 이 음을 전기신호로 변환시키는 음향센서,

    상기 전기신호를 적절한 진폭의 전기신호로 증폭시키는 증폭회로,

    상기 증폭신호를 입력으로 하여, 미리 설정한 주파수대역의 성분만을 통과시켜 출력하는 대역통과 필터,

    상기 대역통과 필터로부터의 출력을 정류하는 정류회로,

    상기 정류회로의 출력을, 당해 검출시각을 포함하는 과거 N 프레임분을 샘플링하여 기억하는 샘플링회로 및 기억회로,

    상기 기억회로에 기억된 N 개의 값의 상승평균을 산출하는 상승평균 연산회로,

    상기 상승평균 연산회로의 출력이 미리 설정한 값을 초과한 경우에 출력신호를 발하는 비교회로, 및

    상기 비교회로의 출력신호가 발생된 경우에, 채터링 발생의 경보를 발하는 경보장치로 이루어지는 냉간 압연기의 채터링 검지장치.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 음향파라미터가 당해 검출시각을 포함하는 과거 N 프레임 (N 은 미리 정한 정수, 프레임은 적절한 단위시간) 의 미리 설정한 채터링의 주파수 f 와 대역폭 △ 에 대해 주파수 범위 [f - △/2, f + △/2] 에서의 음향강도 주파수 성분이고, 상기 음향파라미터의 2 승 평균치의 상승평균이 미리 설정한 임계치를 초과한 경우에 채터링 발생을 검지하는 냉간 압연기의 채터링 검지방법.
15. 제 2 항에 있어서,

    냉간 압연기의 근방에 설치되어 피압연재의 압연 중의 음을 검출하여 이 음을 전기신호로 변환시키는 음향센서,

    상기 전기신호를 적절한 진폭의 전기신호로 증폭시키는 증폭회로,

    상기 증폭신호의 신호주파수 성분을 산출하여 출력하는 프리에변환회로,

    상기 신호주파수 성분 중에서, 미리 설정한 주파수 범위 [f - △/2, f + △/2] 에서의 그 신호강도의 주파수 성분의 2 승 평균치를 산출하는 2 승 평균 연산회로,

    상기 2 승 평균 연산회로의 출력을, 당해 검출시각을 포함하는 과거 N 프레임분을 기억하는 기억회로,

    상기 기억회로에 기억된 N 개의 값의 상승평균을 산출하는 상승평균 연산회로,

    상기 상승평균 연산회로의 산출한 값이, 미리 설정한 값을 초과한 경우에 출력신호를 발하는 비교회로, 및

    상기 비교회로의 출력신호가 발생된 경우에, 채터링 발생의 경보를 발하는 경보장치로 이루어지는 냉간 압연기의 채터링 검지장치.

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