KR100523219B1 - 씨씨디카메라와 레이저 슬릿광을 이용한 열연판의 도그본 프로파일 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도그본 프로파일을 온라인으로 계산하여 정량적으로 산출함으로써 도그본에 의한 폭퍼짐 예측정도를 개선하여 폭 설정모델(RSU : Roughing Mill Set-Up)의 예측정도 및 폭제어 정도를 향상시킬 수 있는 씨씨디카메라와 레이저 슬릿광을 이용한 열연판의 도그본 프로파일 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열연 소재(3)의 구동측 및 작업측 엣지 부근에 레이저 슬릿광(5)을 각각 발생시키는 레이저 슬릿광 발생장치(1)와, 상기 열연 소재(3)의 구동측 및 작업측 표면에 각각 맺힌 레이저 슬릿광(5)의 주사선(9)을 각각 촬영하는 CCD 카메라(2)와, 상기 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(2)를 제어함과 동시에 촬영된 영상을 획득하는 영상취득장치(7)와, 상기 레이저 슬릿광 발생장치(1)를 제어하는 레이저 제어기(8) 및, 상기 영상취득장치(7)로 취득한 영상을 영상처리(Image Processing)함으로써 상기 열연 소재(3)의 구동측 및 작업측의 도그본(dog bone) 프로파일을 정량적으로 계산하는 영상처리 시스템(4)을 포함한다.

Description

씨씨디카메라와 레이저 슬릿광을 이용한 열연판의 도그본 프로파일 측정방법{Method for measuring dog-bone profile of bar using both CCD camera and laser slit beam in hot strip mill}

본 발명은 CCD(Charge Coupled Device) 카메라와 녹색 레이저 슬릿광을 이용하여 열연소재가 조압연공정 중 폭압연공정에서 캘리버 엣저 롤(Caliber Edger Roll)에 의해 압연된 후에 그 엣지 부근에서 형성되는 도그본(dog bone)의 프로파일을 측정하는 방법에 관한 것이다.

통상, 연속주조 공정을 거쳐 제조된 슬래브(slab)는 가열로에서 재가열된 후, 추출되어 조압연 공정(Roughing Mill)으로 이송된다. 이런 조압연 공정에서는 사상압연 공정(Finishing Mill)에서 필요로 하는 두께와 폭을 가진 소재를 만드는 데, 이 공정에서 도 1 내지 도 2b에 도시된 캘리버 엣저 롤(10)에 의해 소재(3)의 폭이 압연된 후에 연이어 수평압연기(11)의 의해 두께가 압연된다. 이렇게 압연된 소재(3)는 역으로 진입하여 수평압연-폭압연된 후에, 다시 폭압연-수평압연 등과 같이 가역적으로 일련의 과정을 몇 단계 거치면서 요구되는 폭과 두께를 가진 소재로 만들어진다.

그러나, 이와 같은 단계를 거치는 동안에 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 소재(3)가 캘리버 엣저 롤(10)의 사이를 통과하면서 일정량의 폭이 압연될 때, 소재의 엣지(edge) 부근은 도 2b의 B부위와 같이 변형되는 데, 이렇게 변형된 소재(3)의 단면 형상을 도그본(dog bone)이라고 하고, 그 최고 정점(peak)의 높이, 엣지로부터 정점까지의 거리 및 형태 등은 폭 압하량(△W), 소재조건(온도, 슬래브 폭, 두께 등)에 따라 다르게 나타난다.

종래의 기술로서, 일본국 특개소56-53808호에는 입측 압연재의 양 엣지부로부터 일정거리의 구간까지의 온도측정만으로 도그본의 수평압연에 의한 폭퍼짐량 및 폭퍼짐계수를 계산하여 엣저 롤의 개도를 제어한다는 기술이 기재되어 있다. 그러나, 이 기술은 단지 양 엣지에서의 온도를 측정하기 때문에 도그본의 높이나 형태를 정확하게 알 수 없다는 단점이 있다.

그리고, 일본국 특개소59-30410호는 도그본이 형성된 압연재에 대하여 캘리버 롤의 높이위치를 조정하여 캘리버 롤과 압연재의 이송라인(Pass Line)과의 상호 위치관계를 맞춰 도그본이 캘리버 롤에 정확하게 치입될 수 있도록 고안되어 있지만 도그본의 형상에 목적을 두고 있지는 않다.

그리고, 일본국 특개소58-138509호에는 엣저와 수평압연 스탠드로 구성된 압연기에서 강판을 열간압연할 때, 엣저에 의해 강판이 압연되어 형성된 도그본에 대하여, 도그본에 접촉하는 롤러와 강판 폭 중앙부에 접촉하는 롤러로 구성하여 각 롤러에 부착된 로드셀(Load Cell)로 중앙부와의 높이 차이를 측정하고, 도그본 최고부의 위치를 도그본에 접촉하는 롤러의 양단에 가해지는 압력을 스트레인 게이지(Strain Gauge)로 측정하는 방법에 관한 기술이 기재되어 있다.

그러나, 이 기술은 도그본의 최고 높이와 그 위치만 측정 가능할 뿐, 전체적인 도그본 프로파일을 측정할 수 없고, 롤러에 스트레인 게이지를 부착하여 도그본 최고부의 위치를 측정한다고 명시되어 있으나, 현재 1000℃이상의 고온 물체와 접촉하여 고온 스트레인을 측정할 수 있는 스트레인 게이지는 상용화되어 있지 않으며, 그러한 스트레인 게이지가 있다 하더라도 접촉에 의한 마모나 고온에서의 스트레인 게이지 부착 등이 불안정하여 내구성이 없다는 단점이 있다. 또한, 고온 측정용 스트레인 게이지의 신뢰성이 낮다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 도그본 프로파일을 온라인으로 계산하여 정량적으로 산출함으로써 도그본에 의한 폭퍼짐 예측정도를 개선하여 폭 설정모델(RSU : Roughing Mill Set-Up)의 예측정도 및 폭제어 정도를 향상시킬 수 있는 씨씨디카메라와 레이저 슬릿광을 이용한 열연판의 도그본 프로파일 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열연 소재의 구동측 및 작업측 엣지 부근에 레이저 슬릿광을 각각 발생시키는 레이저 슬릿광 발생장치와, 상기 열연 소재의 구동측 및 작업측 표면에 각각 맺힌 레이저 슬릿광의 주사선을 각각 촬영하는 CCD 카메라와, 상기 CCD 카메라를 제어함과 동시에 촬영된 영상을 획득하는 영상취득장치와, 상기 레이저 슬릿광 발생장치를 제어하는 레이저 제어기 및, 상기 영상취득장치로 취득한 영상을 영상처리(Image Processing)함으로써 상기 열연 소재의 구동측 및 작업측의 도그본(dog bone) 프로파일을 정량적으로 계산하는 영상처리 시스템을 포함한다.

또한, 위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이저 슬릿광 발생장치에서 진입되는 열연 소재의 구동측 및 작업측 엣지 부근에 레이저 슬릿광을 조사하는 단계와, 상기 열연 소재의 구동측 및 작업측 표면에 각각 맺힌 레이저 슬릿광의 주사선을 CCD 카메라로 촬영하는 단계와, 상기 CCD 카메라로 촬영한 영상을 영상취득장치를 통해 영상처리 시스템으로 전송하는 단계 및, 상기 영상처리 시스템에서 취득한 영상을 통해 열연 소재의 구동측 및 작업측의 도그본 프로파일을 계산하고 그 최고 정점과 엣지로부터 정점간 거리 등을 자동 계산하여 코일번호별로 매 패스마다 데이타 베이스를 구축하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 열연 소재의 진입여부는 캘리버 엣저 로드셀(Caliber Edger Load Cell)에 의해 감지되고, 상기 캘리버 엣저 로드셀에 의해 열연 소재의 진입이 감지되면 레이저 제어기에서 동작신호를 송신하여 레이저 슬릿광 발생장치를 제어한다.

아래에서, 본 발명에 따른 씨씨디카메라와 레이저 슬릿광을 이용한 열연판의 도그본 프로파일 측정방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 CCD카메라와 레이저 슬릿광을 이용한 열연판의 도그본 프로파일 측정장치의 개념도이고, 도 4는 도 3에 도시된 도그본 프로파일 측정장치에서 도그본 프로파일을 계산하기 위한 삼각 측량법의 원리를 도시한 도면이다. 그리고, 도 5는 도 3에 도시된 도그본 프로파일 측정장치의 CCD카메라로 취득한 영상에 대한 실제 도그본 프로파일의 측정예를 도시한 도면이다.

캘리버 엣저 롤에 의해 열연판의 좌우측에 형성된 도그본 프로파일을 온라인에서 자동으로 측정하기 위해서, 도 3에 도시된 바와 같이 구성된 시스템을 캘리버 엣저 롤(10)과 수평 압연기(11)의 사이에 설치한다. 즉, 캘리버 엣저 롤(10)의 로드셀로 소재(3)의 진입이 감지되면, 레이저 제어기(8)에 동작신호를 보내 레이저 슬릿광 발생장치(1)에서 레이저 슬릿광(5)이 발진되도록 제어하고, 영상취득장치(7)로 동작신호를 송신하여 CCD 카메라(2)가 소재 표면에 도그본의 모양대로 주사된 주사선(9)을 촬영하여 영상을 취득하도록 제어한다. 이와 같이, CCD 카메라(2)에서 촬영한 영상은 영상취득장치(7)를 통해 영상처리 시스템(4)으로 전송된다. 그러면, 영상처리 시스템(4)은 취득한 영상에 대하여 소재(3)의 좌우측의 도그본 프로파일을 생성하고, 그 최고 정점과 엣지로부터 정점간 거리 등을 자동 계산하여 코일번호별로 매 패스마다 데이타 베이스를 구축한다.

아래에서는, 도 4를 참조로 하여, 도 3에서와 같이 구성된 시스템으로 도그본 프로파일을 계산하는 방법을 설명하겠다. 이 때, 계산 방법으로는 삼각 측량법을 이용한다.

도 4에 보이듯이, (0, H)는 레이저 슬릿광 발생장치(1)의 위치이고, (X, 0)는 레이저 슬릿광이 도그본에 주사된 소재(3)의 엣지의 위치이다. 도 4에 도시된 x1 지점에서의 도그본의 크기(hl)는 수학식 1과 같이 구해진다.

여기에서, K는 실제 크기에 대한 CCD 카메라의 보정상수이다.

이와 같은 삼각 측량법을 이용하면, 도그본에 주사된 주사선(9)의 모든 점에 대해서 도그본의 크기(h1)를 계산할 수 있을 뿐만 아니라, 도그본 프로파일을 얻을 수 있어서, 형성된 도그본에 대한 정보를 얻을 수 있다.

도 5는 레이저 슬릿광(5)에 의해 소재(3)의 표면에 주사된 주사선의 모양에 대한 예를 도시한 것으로, (a)는 구동측(Drive Side : D/S) 소재 엣지 부근의 도그본 프로파일이고, (b)는 작업측(Work Side : W/S) 소재 엣지 부근의 도그본 프로파일이다.

도면에서, 미설명부호 6은 기준선을 나타낸다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 캘리버 엣저 롤(10)에 의해 형성된 도그본 프로파일의 모양을 따라 소재(3)의 표면에 상이 맺히는 슬릿광의 주사선(9)을 CCD 카메라(2)로 촬영하여 영상취득장치(7)로 전송함과 동시에, 그 영상신호를 영상처리 시스템(4)에서 계산 처리함으로써, 소재(3)의 좌우측 엣지 부근에 생긴 도그본을 비접촉식 광학적 방법을 이용하여 자동으로 정확하게 측정하는 것이다.

아래에서는, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발생의 도그본 프로파일 측정장치의 동작순서 및 방법을 도 6를 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 6은 도 3에 도시된 도그본 프로파일 측정장치의 동작원리를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3 및 도 6에 보이듯이, 먼저, 소재(3)의 진입여부에 따라 캘리버 엣저 로드셀의 온/오프(ON/OFF)여부를 판단한다(S1). 이 때, 소재(3)가 진입하여 로드셀이 온되면, 레이저 제어기(8)에서 동작신호를 송신하여 레이저 슬릿광 발생장치(1)에서 구동측(D/S) 및 작업측(W/S) 소재(3)의 엣지 부근에 레이저 슬릿광(5)을 조사한다(S2, S3).

그런 다음, 영상취득장치(7)에 동작신호를 송신하여 CCD 카메라(2)가 구동측(D/S) 및 작업측(W/S) 소재 표면에서 도그본의 모양대로 주사된 주사선(9)을 촬영하여 영상을 취득한다(S4, S5). 이와 같이, CCD 카메라(2)에서 촬영한 영상은 영상취득장치(7)를 통해 영상처리 시스템(4)으로 전송된다(S6). 그러면, 영상처리 시스템(4)은 취득한 영상에 대하여 소재(3)의 구동측(D/S) 및 작업측(W/S)의 도그본 프로파일을 계산하고(Image Processing)(S7), 그 최고 정점과 엣지로부터 정점간 거리 등을 자동 계산하여 코일번호별로 매 패스마다 데이타 베이스를 구축한다(S8). 위와 같은 과정을 얻어진 도그본의 높이 및 위치 등의 정보를 참조하여 폭 설정모델(RSU : Roughing Mill Set-Up)에서 압연조건에 따른 수평압연 후의 폭퍼짐량을 정확하게 예측함으로써 캘리버 엣저 롤의 개도를 조정한다.

그런 다음, 도 2에 도시된 바와 같은 방법에 따라 압연되는 소재(3)의 압연 횟수에 따른 시그널 온/여부를 판단하여, 매 코일마다 설정된 횟수(3회 또는 5회)만큼 압연하고, 롤 단위(예를 들어 70코일)의 마지막 소재인지, 아닌지를 판단하여 작업을 종료한다(S9, S10).

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 씨씨디카메라와 레이저 슬릿광을 이용한 열연판의 도그본 프로파일 측정방법은, 도그본 프로파일을 온라인으로 계산하여 정량적으로 산출함으로써 도그본에 의한 폭퍼짐 예측정도를 개선하여 폭 설정모델(RSU : Roughing Mill Set-Up)의 예측정도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 폭제어 시스템의 피드백 데이타로 활용됨으로써 제어 정도도 향상되어 폭 불량을 저감할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 씨씨디카메라와 레이저 슬릿광을 이용한 열연판의 도그본 프로파일 측정방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 캘리버 엣저 롤의 형상을 도시한 사시도이고,

도 2a는 도 1에 도시된 캘리버 엣저 롤과 수평압연기를 사용하여 열연판을 압연하는 개념을 도시한 개념도이고,

도 2b는 도 2a에 도시된 열연판에 형성되는 도그본의 형상을 설명하기 위해 선 A-A를 따라 절취한 단면도이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 CCD카메라와 레이저 슬릿광을 이용한 열연판의 도그본 프로파일 측정장치의 개념도이고,

도 4는 도 3에 도시된 도그본 프로파일 측정장치에서 도그본 프로파일을 계산하기 위한 삼각 측량법의 원리를 도시한 도면이고,

도 5는 도 3에 도시된 도그본 프로파일 측정장치의 CCD카메라로 취득한 영상에 대한 실제 도그본 프로파일의 측정예를 도시한 도면이며,

도 6은 도 3에 도시된 도그본 프로파일 측정장치의 동작원리를 설명하기 위한 흐름도.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 레이저 슬릿광 발생장치 2 : CCD 카메라

3 : 열연 소재 4 : 영상처리 시스템

5 : 레이저 슬릿광 6 : 기준선

7 : 영상취득장치 8 : 레이저 제어기

9 : 주사선 10 : 캘리버 엣저 롤

11 : 수평 압연기

Claims (3)

1. 레이저 슬릿광 발생장치와 CCD카메라와 영상처리시스템을 포함한 도그본 프로파일 측정시스템이 열연 소재의 도그본 프로파일을 측정하는 방법에 있어서,

   상기 레이저 슬릿광 발생장치가 상기 열연 소재의 엣지 부근에 레이저 슬릿광을 조사하는 단계와,

   상기 CCD카메라가 상기 열연 소재의 표면에 조사된 레이저 슬릿광의 주사선을 촬영하는 단계와,

   상기 영상처리시스템이 상기 CCD카메라가 촬영한 영상으로부터 추출된 수치를 아래의 수식에 적용하여 상기 열연 소재의 임의의 측정지점(xl)에서의 도그본의 높이(hl)을 계산하는 단계와,

   상기 영상처리시스템이 상기 계산 단계의 결과로부터 상기 도그본의 최고 정점 높이 및 위치와, 엣지로부터 정점간 거리와, 상기 도그본의 형상을 포함한 도그본 프로파일을 산출하여 코일번호별로 매 패스마다 데이터베이스를 구축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨씨디카메라와 레이저 슬릿광을 이용한 열연판의 도그본 프로파일 측정방법.

   [수식]

   여기서, (0, H)는 레이저 슬릿광 발생장치의 위치이고, (X, 0)는 열연 소재의 엣지의 위치이며, k는 실제 크기에 대한 CCD카메라의 보정상수이다.
2. 삭제
3. 삭제