KR20030015211A - 표면 검사용 장치 - Google Patents

Abstract

발명은 표면, 특히 압연기 롤의 표면을 검사하기 위해서, 광 빔을 방사 및 수신하기 위한 수단이 배치된 하우징과, 하우징의 정면벽의 외부 표면에 배치된 광학 커플링 장치를 포함하는 장치에 관한 것이다. 광학 커플링 장치는 (a)유체 디스펜서로 명명된 구성요소(5), (b)중공 실린더형 노즐(11), 및 (c)광 빔에 의해 연속적으로 횡단되는 이동성 관형 구성요소(16)를 포함한다. 이동성 관형 구성요소(18)는 상기 실린더형 노즐내에서 슬라이딩 할 수 있도록 하기 위해서 실린더형 노즐(11) 내측에 부분적으로 배치되어 있으며, 노즐로부터 그 연장부로, 검사되는 표면(2) 쪽으로 유출되어 있다. 상이한 단면(쇼울더(14, 19))들은 슬라이딩 이동을 제한하기 위해 실린더형 노즐(11)과 이동성 관형 구성요소(16)에 제공되어 있다. 이동성 관형 구성요소(16)는 그 단부 표면에 대한 커플링 유압의 단독적인 영향에 의해 실린더형 노즐에 위치된다. 장치는 종방향 축 주위에서 관형 구성요소(16)의 회전을 방지시키기 위한 수단(21, 22)을 더 포함할 수 있다.

Description

표면 검사용 장치{APPARATUS FOR INSPECTING A SURFACE}

종래 기술은 생산 도구의 표면 상황이 제조된 제품의 품질을 적어도 부분적으로 결정하는 수많은 어플리케이션을 포함한다. 매우 중요한 것의 한가지 특정 경우는 강판 생산의 경우이며, 그것의 표면 마무리는 압연기(mill)의 작동 롤의 표면 상황에 매우 의존적이다.

관련된 생각들을 명백히 하기 위해서, 발명은 이러한 특정 어플리케이션과 관련하여 본문에 기술될 것이다. 그러나, 발명 그 자체로서는 이러한 어플리케이션과 무관하며, 대신에, 비교가능한 작동 상황에 관한 임의의 상태로 바람직하게 구현될 것이다.

스트립 압연기의 마무리 케이지(cage)의 작동 롤과 같은, 압연기 롤의 표면 상황은, 예를 들면 자동차 본체판으로 생산되어도 좋은, 스트립의 표면 마무리에 주로 영향을 끼친다. 롤링중에, 롤의 표면은 표면이 적용받는 열 및 기계적 응력의 영향으로 인하여 저하된다. 이러한 저하로 산화 필름이 벗겨지고 스트립 표면상에 외피로 덮인채로 발견될 수 있다.

따라서, 롤링된 제품의 품질을 손상시킬 수 있는 결함을 가능한한 곧 검출하기 위해서 정규적으로 롤의 표면을 검사하는 것이 중요하다.

초기에, 간단한 시각 검사를 거친 롤의 검사는 롤을 교체할 때 조작자에 의해 수행된다. 일정한 경우에, 중간 검사가 요구되며, 이는 롤링 압연기를 정지시키고 때로는 심지어 롤들을 제거하는 것을 필요로한다. 이러한 중간 검사는 매우 시간 소비적이므로, 생산성의 손실을 수반한다. 게다가, 그러한 시각 검사의 주관적인 성질은 그 품질에 영향을 끼칠 수 있다. 결국, 신뢰성, 재생산성 및 속도의 현재 요구조건을 충족시키지 못한다.

물론, 원칙적으로 이러한 검사가 신뢰적이며 재생산적인 방식으로 수행되게 하는 장치들이 있다. 그러나, 그 장치들의 사용은 압연기 롤 근처를 프리베일링(prevailing)하는 상황들로 인하여 주요한 실제 어려움들을 내포하고 있다. 고온 이외에, 상황들은 검사 장치 근처에서 발생하고 직접 검사를 불가능하게 하는 냉각수와 윤활유의 튀김으로 인하여 특히 바람직하지 않다.

검사 장치와 검사되는 표면간에 야기되는 물의 컬럼(column)으로 인한 표적화에 의해 이러한 검사를 개선시키고자 하는, 광학 커플링 장치로서 언급되는 장치가 또한 이미 제안되어 왔다.

일반적으로, 이러한 공지된 장치들에 적합한 검사 장치들은, 한편으로는, 검사되는 표면쪽으로 광 빔을 전송하는 방사체와, 다른 한편으로는, 이러한 표면에 의해 반사된 광 빔을 획득하는 수신기를 포함한다. 발명의 목적은 더욱이 이러한 범주내에 있다. 이와 관하여, 당해 광 빔은 본문에서 방사체로부타 방사된 입사 빔과 수신기에 의해 획득되는 반사 빔을 포함한다. 따라서, 광학 커플링 장치는 이러한 빔 - 입사 빔과 반사 빔 - 모두가 통과하게끔 해야 한다.

공지된 광학 커플링 장치의 한가지 중요 흠결은 장치들이 일반적으로 더 복잡하다는 것이며, 이는 제조 또는 유지, 또는, 궁극적으로는 그 사용을 더 어렵게 한다.

결국, 간단하며 저가이고, 양호한 상황내에서 압연기 롤의 표면과 같은 표면 검사를 수행하는 광학 커플링 장치에 대한 필요성이 남아 있다.

발명의 개요

본 발명은 이러한 필요성에 부합하고자 한다. 청구범위에 특징지워진 것처럼, 발명은 검사되는 표면의 완벽한 시야를 보장하며, 튀는 물 또는 기름과 같은 물질에 의한 시야 방해를 회피하는 간단한 광학 커플링 장치로 표면을 검사하는 장치에 관한 것이다.

발명에 따라, 하우징을 포함하며, 하우징에는 광 빔을 방사 및 수신하기 위한 수단이 배치되어 있으며, 그 정면벽(1), 즉 검사되는 표면쪽으로 돌려진 벽(wall)에는 광 빔이 상기 방사 및 수신 수단과 검사되는 표면 사이를 통과하게 하는 투명 윈도우(3)를 구비하고, 광학 커플링 장치가 장치의 광축이 상기 광 빔의 축(20)과 거의 대체로 평행한 방식으로 상기 정면벽의 외부면에 배치되는, 표면, 특히, 압연기 롤(mill roll)의 표면을 검사하기 위한 장치에 있어서:

a. 광학 커플링 장치는:

-하우징의 정면벽에 고정되고 광 빔을 통과케 하는 개구부로 천공된, 유체디스펜서(dispenser)로서 언급되는, 구성요소;

-광 빔이 통과하도록 개구부의 연장부로서 배치된 중공 실린더형 노즐;

-실린더형 노즐의 연장부로서 실린더형 노즐내에 부분적으로 배치되며, 실린더형 노즐내에서 슬라이딩할 수 있는, 웨어 핑거(wear finger)로서 언급되는, 이동성 관형 구성요소;

를 포함한다;

b. 유체 디스펜서에는 커플링 유체용 주입 오리피스와 주입 오리피스를 개구부로 연결시키는 통로가 제공된다;

c. 중공 실린더형 노즐은 유체 디스펜서와 리크타이트(leaktightly)하게 조립되어 있다;

d. 중공 실린더형 노즐은 대부분의 그 길이위에 일정한 내부 섹션과, 그 내부 섹션보다도 더 작은 배출 부분을 구비하며, 내부 쇼울더는 실린더형 노즐의 배출부 부근에 형성되어 있다;

e. 이동성 관형 구성요소는 실린더형 노즐의 내부 섹션보다도 약간 더 작은 헤드와, 실린더형 노즐의 배출 부분보다도 약간 더 작은 세장 부분을 구비하며, 관형 구성요소의 헤드와 세장 부분은 외부 쇼울더에 의해 연결된다;

f. 관형 구성요소는 세장 부분이 배출 부분으로부터 돌출하며 관형 구성요소의 외부 쇼울더가 실린더형 노즐의 내부 쇼울더와 함께 협력하는 방식으로 실린더형 노즐로 삽입된다.

유체 디스펜서에 제공된 광 빔의 통로용 개구부는 이동성 관형 구성요소의헤드 부분보다도 바람직하게 더 작다. 유체 디스펜서는 하우징의 정면 방향으로 이동성 관형 구성요소의 이동을 제한하는 정지부를 형성한다.

특정 특징에 따라, 실린더형 노즐은, 내부 쇼울더의 레벨에서, 실린더형 노즐의 내부 스페이스부와 외부면 사이에서 소통부를 규정하는 통로를 구비한다.

또 다른 이로운 특징에 따라, 이동성 관형 구성요소는, 그 세장 부분에서 보다도 헤드로서 동일측상의 그 단부 영역에서 더 작은, 내부 섹션을 구비한다. 내부 섹션에서의 이러한 감소는 헤드처럼 동일측상의 단부면의 표면에서 증가하며 결국 또한 검사되는 표면의 방향으로 수압에 의한 이러한 표면상에 가해지는 힘을 증가시킨다.

적어도 검사되는 표면과 접촉할 수 있는 그 단부 영역에 있어서, 이동성 관형 구성요소는 검사되는 표면의 경도보다 적은 경도 물질로 바람직하게 이루어진다. 구성요소가 서비스에 제공되는 때로부터, 이동성 관형 구성요소의 단부는 롤의 만곡에 적용하기 위해서 롤에 접촉시 급진적으로 마모될 수 있다. 롤이 교체될 때, 그러나, 이러한 관형 구성요소는 그 축 주위를 회전하여, 커플링 결함을 수반하며, 이는 그후 점차 사라진다.

또 다른 이로운 특징에 따라, 이동성 관형 구성요소에는 그 종방향 축 주위의 회전을 방지하는 수단이 제공된다. 특히, 이러한 수단은 실린더형 노즐의 배출 부분의 내부 표면에 제공되는 핀과, 이동성 관형 구성요소의 세장 부분의 외부 측면 표면에 배치되며 핀에 맞물리는 종방향 그루브를 포함할 수 있다.

발명에 따른 장치에 있어서, 관형 구성요소는 대응하여 형성된크라운(crown) 형상의 단부면을 구비하며, 그 각각의 사이즈는 구성요소의 2개 단부의 각각의 내부 및 외부 섹션에 의해 결정된다. 그러므로, 광학 커플링 유체는 이들 2개 표면에 작용할 수 있으며 따라서 검사되는 표면에 관하여 최적 방식으로 자동적으로 위치시키기 위해 관형 구성요소를 실린더형 노즐내에서 슬라이딩시킨다.

본 발명에 따른 장치의 본질적인 이점은 관형 구성요소가 광학 커플링 유체의 작용에 의해서만 검사되는 표면과 접촉시 가능한한 균등하게 위치되어 있다는 것이다.

표현 "일정한 내부 섹션(constant inner section)"은 실린더형 노즐의 내부 섹션이 관련된 전체 길이에 걸쳐 동일 형상 및 동일 치수를 가짐을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 원형 섹션의 경우에 있어서, 이는 실린더형 노즐의 내경이 이 길이에 걸쳐 일정함을 위미한다. 동일한 방식으로, 구성요소의 외부 섹션과 내부 섹션은 이 구성요소의 외부 윤곽 및 내부 윤곽에 의해 규정된 섹션과 각각 관련이 있다.

부가적인 상세한 사항 및 이점들은 임의의 특정 스케일이 아닌 첨부된 도면들에 도시된 예시적인 실시예들의 상세한 설명으로부터 도출될 것이다.

이들 도면에 있어서, 발명의 적절한 이해를 위한 본질적인 요소들만이 도시되어 있다. 게다가, 동일 또는 유사 요소들은 다양한 도면에서 동일 참조번호로서 지시되어 있다. 간단한 예시적인 실시예의 방식으로 주어진 하기 설명을 간명히 하기 위해, 커플링 장치의 광축은 광 빔의 축과 일치하며 커플링 장치의 구성요소들은 이 축 주위에서 회전 대칭이다.

본 발명은 표면, 특히, 배타적이지 않다면, 강판 압연기(steel strip mill)의 작동 롤의 표면을 검사하기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 압연기 롤의 표면을 검사하기 위한 장치의 하우징에 장착된 발명에 따른 광학 커플링 장치를 통하는 종방향 섹션을 나타낸다; 및

도 2는 이동성 관형 구성요소의 회전을 방지하는 수단이 제공된 도 1의 장치의 확대도를 나타낸다.

도 1은 하우징의 정면벽의 부분에 의해 직설적으로 도시된 하우징(1) 위에 장착된 광학 커플링 장치를 나타내며, 이는 검사되는 압연기 롤(2)의 표면쪽으로 돌려져 있다.

본문에 상세히 기재하지 않았지만, 이러한 정면벽(1)은 검사되는 압연기 롤(2)쪽으로 방사되는 광 빔을 형성하는 광원을 포함한 어셈블리(4)로부터 나오는, 광축으로 표시된, 광 빔을 통과시킬 수 있는 투명 리크타이트(leaktight) 윈도우(3)와, 상기 롤(2)의 표면에 의해 반사된 광 빔을 획득하는 광학 수신 장치를 포함한다.

물 디스펜서로서 본문에 언급된, 구성요소(5)는 상기 정면벽(1)에 고정되어 있으며 측면 물 주입 오리피스(6)를 구비한다. 리세스(7)는 상기 구성요소(5)의 배후에 배치되어 있으며, 상기 벽(1)과 함께, 상기 윈도우(3)에 대향 연장된 스페이스부(8)의 범위를 정한다. 이 스페이스부(8)는 상기 주입 오리피스(6)와 소통한다. 상기 윈도우(3)에 대향하여, 상기 구성요소(5)는 상기 스페이스부(8)와 소통하는개구부(9)로 또한 천공되어 있으며 내부 나선가공된 코어 프린트(10)의 더 큰 직경으로 광 빔의 축을 따라 연장되어 있다.

제 1 단부에서, 실린더형 노즐(11)은 구성요소(5)로 형성된 쇼울더(13)에 인접할 때까지 구성요소(5)로 사나 고정되는 외부 나선가공된 코어 프린트(12)를 구비한다. 상기 타측 단부에서, 실린더형 노즐(11)은 내부 환상 쇼울더(14)를 지닌 섹션에 감소부를 구비한다. 실린더형 노즐의 외부 쪽으로 향하는 통로(15)는 상기 쇼울더(14)의 모서리로 개방되어 있다.

이동성 노즐(16)은 실린더형 노즐(11)의 내측에 배치되어 있으며 실린더형 노즐(11)내에 하우징된 단부 부분 또는 헤드(17) 및 그 협소한 단부를 지닌 실린더형 노즐로부터 나오는 세장 부분(18)을 구비한다. 세장 부분(18)의 외경은 헤드(17)의 외경보다 더 작다; 그러므로 상기 이동성 노즐(16)은 실린더형 노즐의 내부 환상 쇼울더(14)와 상호-작용하는 외부 환상 쇼울더(19)를 구비한다. 게다가, 구성요소(5)에 만들어진 개부부(9)는 상기 언급된 쇼울더(13)를 방사상으로 연장하며 그러므로 헤드(17)의 외경보다 더 작은 직경을 구비한다. 게다가, 상기 쇼울더(13)는 이동성 관형 구성요소(16)에 대한 정지부로서 역할을 한다; 이러한 방식에서, 이동성 관형 구성요소는 장치의 적절한 기능, 특히 커플링 유체의 순환을 방해할 수 있지만, 이동성 관형 구성요소는 개구부(9)를 통과하며 스페이스부(8)로 관통하는 것이 방지된다.

노즐(16)은 상기 실린더형 노즐(11)이 구성요소(5)로 나사 고정되기 이전에 실린더형 노즐(11)에 삽입되어야 하는 것은 두말할 나위 없다. 게다가, 개구부(9),실린더형 노즐(11) 및 이동성 노즐(16)이 광 빔의 축(20)과 동축으로 정렬됨이 이해될 것이다.

도 2는 도 1 장치의 확대도를 나타내며, 이에 따라 이동성 관형 구성요소(16)에는 외면적인 종방향 그루브(16)가 제공되며, 상기 실리더형 노즐(11)의 배출 영역에 제공된 잠금 핀(20)이 맞물린다. 상기 이동성 관형 구성요소(16)는 실린더형 노즐에서 종방향으로 슬라이딩할 수 있으며 그 종방향 축 둘레를 회전하는 것을 방지한다.

이러한 광학 커플링 장치는 다음과 같이 기능한다:

주입 오리피스(6)를 경유하여 유입된 물은 스페이스부(8)로 통과하며, 윈도우(3)의 전체 표면에 분배된다. 개구부(9)를 경유하여, 다음으로 실린더형 노즐(11)로, 그후 이동성 노즐(16)로 유동하고, 결국, 이동성 노즐(16)과 상기 롤(2)의 표면간의 공간을 경유하여 벗어난다.

실린더형 노즐(11)에서 이동성 노즐(16)로 통과하는 수압의 영향하에서, 이동성 노즐은 상기 롤(2)의 표면 방향으로 밀린다. 이동성 노즐에 의해 방해받는 물의 컬럼이 생성되고 이동성 노즐의 길이는 윈도우(3)를 롤(2)의 표면으로부터 분리시키는 거리로 자동적으로 변경된다. 그러나, 이러한 상태는 이동성 노즐이 롤의 표면과 접촉함을 의미한다. 실질적으로, 롤(2)의 표면과 이동성 노즐(16)간을 벗어나는 커플링 물은 이동성 노즐의 단부면에 대응-압력을 가하여, 이동성 노즐(16)을 윈도우(3)의 방향으로 뒤로 밀어 낸다. 상기 노즐은 2개 압력이 균형을 이룰 때 안정하다. 그러므로, 이동성 노즐과 롤의 표면간에 획득되는 간격과, 이동성 노즐의위치는 커플링 물의 유동율을 변동시킴으로써 간단히 조절될 수 있다.

정상적인 작동에서, 이동성 노즐(16)은 특히 롤(2)의 표면과 접촉하지 않으며, 이는 이동성 노즐(16)과 롤(2)의 표면 모두의 악화 위험을 또한 감소시킨다. 그럼에도 불구하고, 롤이 교체될 때, 이동성 노즐(16)은 상기된 단점으로 그 축 주위를 회전한다. 상기 핀(22)과 상호-작용하는 종방향 그루브(21)는 이러한 회전을 방지한다.

발명에 따른 광학 커플링 장치는 상기 설명, 또는 첨부된 도면에서 장치의 도해 설명으로 제한되지 않으며, 발명은 장치의 다양한 구성요소, 즉 개구부(9), 실린더형 노즐(11) 및 이동성 관형 구성요소(16)가 광 빔(20)에 관하여 동축으로 정렬되지 않은 변형예들을 포함한다. 게다가, 이들 구성요소들의 단면이 각각 원형, 또는 환상 링의 형상일 필요는 없다; 반대로, 이동성 관형 구성요소의 위치를 한정하며 그 회전을 방지하기 위해서, 임의의 다른 형상, 특히 다각형 또는 타원형일 수 있다.

Claims (9)

1. 하우징을 포함하며, 상기 하우징에는 광 빔을 방사 및 수신하기 위한 수단이 배치되어 있으며, 그 정면벽(1), 즉 검사되는 표면쪽으로 돌려진 벽(wall)에는 광 빔이 상기 방사 및 수신 수단과 검사되는 표면 사이를 통과하게 하는 투명 윈도우(3)를 구비하고, 광학 커플링 장치가 장치의 광축이 상기 광 빔의 축(20)과 거의 대체로 평행한 방식으로 상기 정면벽의 외부면에 배치되는, 표면, 특히, 압연기 롤(mill roll)의 표면을 검사하기 위한 장치에 있어서,

   a. 상기 광학 커플링 장치는:

   -하우징의 정면벽에 고정되며 상기 광 빔을 통과케 하도록 개구부로 천공된, 유체 디스펜서(dispenser)로서 언급되는, 구성요소(5);

   -상기 광 빔을 통과케하는 상기 개구부의 연장부로서 배치된 중공 실린더형 노즐(11);

   -상기 실린더형 노즐의 연장부로서, 실린더형 노즐내에 부분적으로 배치되며, 상기 실린더형 노즐내에서 슬라이딩할 수 있는 이동성 관형 구성요소(16)

   를 포함하며;

   b. 상기 구성요소(5)에는 커플링 유체를 위한 주입 오리피스(6)와 상기 주입 오리피스(6)를 개구부(9)로 연결시키는 통로가 제공되며;

   c. 중공 실린더형 노즐(11)은 구성요소(5)와 리크타이트하게 조립되어 있으며;

   d. 중공 실린더형 노즐(11)은 대부분의 그 길이에 걸쳐 일정한 내부 섹션과, 상기 내부 섹션보다 더 작은 배출 부분을 구비하며, 내부 쇼울더는 실린더형 노즐의 배출부 부근에 형성되어 있으며;

   e. 상기 이동선 관형 구성요소(16)는 상기 실린더형 노즐의 내부 섹션보다 약간 더 작은 헤드(17)와, 실린더형 노즐의 상기 배축 부분보다 약간 더 작은 세장 부분(18)을 구비하며, 상기 관형 구성요소의 헤드(17)와 세장 부분(18)이 외부 쇼울더에 의해 연결되고;

   f. 상기 관형 구성요소(16)는 상기 세장 부분(18)이 상기 배출 부분으로부터 돌출하며 상기 관형 구성요소의 외부 쇼울더(19)가 상기 실린더형 노즐의 내부 쇼울더(14)와 상호-작용하는 방식으로 상기 실린더형 노즐에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 개구부(9)는 이동성 관형 구성요소(16)의 헤드(17)보다 더 작은 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 및 제 2 항에 있어서, 상기 내부 쇼울더(14)의 레벨에서, 실린더형 노즐(11)은 상기 실린더형 노즐의 내부 스페이스부와 외부면 사이에 소통부를 규정하는 통로(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 상기 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동성 관형 구성요소(16)는 그 세장부분(18)에서 보다도 헤드(17)로서 동일측상의 단부 영역에서 더 작은 내부 섹션을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 상기 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동성 관형 구성요소(16)에는 그 종방향 축 주위를 회전하는 것을 방지시키는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 수단은 이동성 관형 구성요소(16)의 세장 부분(18)의 외부 측면부에 배치된 종방향 그루브(21)와, 실린더형 노즐(11)의 배출 부분에 제공되며 상기 종방향 그루브(21)와 맞물리는 핀(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 상기 항중 어는 한 항에 있어서, 적어도 그 단부 영역에 있어서, 이동성 관형 구성요소(16)는 검사되는 표면(2)의 경도보다도 적은 경도 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 상기 항중 어느 한 항에 있어서, 광학 커플링 장치의 구성요소들중 적어도 하나의 광축, 즉 통로 개방부(9), 실린더형 노즐 및 이동성 관형 구성요소(16)는 상기 광 빔의 축(20)과 일치하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 광학 커플링 장치의 상기 구성요소(9; 11; 16)중 적어도 하나는 광 빔의 축 주위에서 회전 대칭인 것을 특징으로 하는 장치.