포스코 기술연구소 - 열간압연공정에서의 코일 권취형상 자동 측정

목표

권취형상은 열연코일의 품질을 결정하는 중요한 요소로, 권취형상이 좋지 않을 경우, 주문외율 증가와 클레임을 유발한다. 특히, 텔레스코프(Telescope)는 권취된 열연코일의 측면이 곧 바르지 않고 망원경처럼 감긴 형태를 일컫는 것으로, 두께가 두꺼운 열연제품을 생산할 때 많이 발생하는 결함이다. 현재까지 텔레스코프 결함은 코일의 높은 온도 때문에 측정이 어려워, 정확한 발생원인 파악이 어려웠고, 이에 따라 석유수송관과 같은 고부가가치강인 파이프재 생산 시 텔레스코프 발생 방지가 쉽지 않았다. 이를 위해 열간압연공정의 최종 제품단계에서 열연 코일의 권취형상을 자동으로 측정할 수 있는 시스템을 개발하게 되었다.

권취형상 측정

권취형상(Winding Profile Shape)은 코일이 감긴 후의 측면형상을 의미하며 최대로 비켜져 나온 정도를 텔레스코프량으로 정의한다. 또한 불량의 유형으로는 Top Telescope, Tail Telescope, Cup-shape Telescope, Zigzag Telescope 등으로 분류되어 진다. 권취형상의 불량원인을 조사하기 위해서는 코일의 권취형상에 대해서 정밀하게 측정하고 분석하는 과정이 필요하다. 권취형상의 패턴에 따라 설비의 요소별 이상 상태를 추론할 수 있기 때문이다.

자동 측정 시스템: 이장치는 고정도 레이저 변위 센서와 운용 소프트웨어 및 운전자 가이드 시스템 등으로 구성되어 있다. 레이저 변위 센서(Keyence LB-300)는 광원으로 적외 반도체 레이저를 사용하며 200mm400mm의 범위 내의 물체에 대한 거리를 측정할 수 있다. 또한 현장에 열악한 조건 하에 사용되는 레이저 센서의 헤더부는 쉽게 교환이 되며 자체 냉각기능과 먼지 등에 대한 Air Blower기능을 가지고 있기 때문에 장시간 사용이 가능하도록 하였다.

측정센서는 권취기(Down Coiler) 후면의 코일 이송 컨베이어 하부에 설치되어 있으며 그림 1과 같이 코일 하부의 프로파일을 측정하게 된다. 코일이 감긴 후에 컨베이어에 의해 이송하는 동안 하부에 설치된 센서를 통과하게 되는데 미리 설정된 Pre-trigger 기능에 의해 코일의 통과를 자동으로 인식하게 되고 한번의 데이터 수집(sampling 속도: 500Hz, frame Size: 2,000)에 의해 코일의 측면 형상이 측정된다. 사용된 DAQ board 는 PCI-MIO-16E-4 로 레이저 센서 출력신호 입력용으로 1채널을 사용한다.

권취형상 자동 측정 시스템은 유지보수가 거의 불필요할 정도로 견고하며, 가격이 저렴하며 실용적이다.

운용프로그램

데이터 수집 및 저장, 운전자 지원화면 등은 LabWindows/CVI 로 코딩하였다. 메인화면은 그림 2와 같으며 상위컴퓨터에서 받은 코일 정보와 측정된 코일의 측면 프로파일 그래프, 프로파일로부터 계산되어진 텔레스코프량과 패턴 등의 결과가 표시된다. 권취운전실에 설치된 권취형상 자동측정 시스템을 나타내고 있으며 시스템 보호를 위해 Rack 형의 산업용 컴퓨터를 사용하였다. 코일에 관한 Reference 정보는 상위컴퓨터(Process Computer)에서 TCP/IP를 이용하여 전송 받는데 부여받은 코일번호를 파일명으로하여 측정완료 시점에 자동적으로 생성된 서브 디렉터리에 자동저장되도록 하였다.

작업 일자별로 생성된 서브 디렉터리에 코일별로 권취형상 프로파일 데이터가 저장되며 또한 텔레스코프량, 결함 패턴 등이 요약되어 당일 작업된 코일이 누적되어 저장된 Summary 파일이 있다. 검색 프로그램을 통해 날자별로 작업된 코일의 권취형상에 대한 통계적 분석과 권취형상 프로파일을 확인하며 이를 통해 양호한 권취형상이 되도록 조업 조건을 변경하거나 설비의 이상 상태를 조기에 검출하여 조치할 수가 있다.

결론

열간 압연공정에서 생산되는 코일의 권취형상을 자동으로 측정할 수 있도록 레이저 변위센서, DAQ board 와 LabWindows/CVI 로 구성된 권취형상 자동 측정 시스템을 개발하여 그 결과를 상위 서버에 연결하고 분석 시스템을 구축해 텔레스코프 유발 인자 파악을 통한 권취형상 개선활동을 실시함으로써 텔레스코프 결함 발생을 최소화해 품질 향상 및 조업기술 향상에 기여하고 있다.

필자 정보:

이성진 책임연구원
포스코 기술연구소