CN106607646B - 用于处理带材铸造双辊的表面的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于处理带材铸造双辊的表面的设备，包括：一个激光加工单元，其被配置成使用激光在一个旋转的铸造辊的表面上形成凹坑图案；一个加工区域处理单元，其中如果该铸造辊被旋转一临界角度，则该加工区域处理单元基于通过使将在其中形成一个凹坑图案的加工区域成像所获得的图像信息来计算该加工区域的尺寸和位置；以及一个激光束吸收单元，其中如果该加工区域的尺寸小于该凹坑图案的尺寸，则该激光束吸收单元将一个屏幕放置在该加工区域和该凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置处，以便吸收朝向该加工区域的周边区域发射的激光束。

Description

用于处理带材铸造双辊的表面的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2015年10月26日向韩国知识产权局提交的第10-2015-0148469号韩国专利申请的优先权权益，该韩国专利申请的公开内容以引用的方式整体纳入本文。

背景技术

1.技术领域

本公开内容涉及用于处理带材铸造双辊的表面的设备和方法。

2.相关技术的描述

图1是例示了相关技术的一般双辊带材铸造机的示意图。

如图1中例示的，在相关技术的一般双辊带材铸造机10中，熔融钢池8是通过经由喷嘴4供应熔融钢到由双辊1和1’以及附接到双棍1和1’的两侧的边缘坝状物2包围的空间形成的，且当双辊1和1’旋转时，熔融钢由于接触双辊1和1’的熔融钢进入到双棍1和1’内的热通量而迅速凝固，从而形成了带材7。

由于使用如上文所描述的相关技术的双辊带材铸造机制造的带材7具有在大约2mm到大约6mm的范围内的低厚度，所以在铸造过程的早期阶段凝固的壳对带材7的表面特性具有重大影响。换言之，由于熔融钢与铸造辊接触非常短的时间段，凝固的壳具有不均匀的厚度，且因此可能在带材的表面内形成缺陷(诸如，裂纹)或重叠缺陷。在此情况下，可能不利地影响随后的轧制过程，且因此最终产品可能具有较差的光泽和较低的价值。

为了解决此问题，通过多种方法凭借表面处理过程在铸造辊的表面内形成凹坑，以便通过在带材铸造过程期间将热应力有效地分布在带材中来防止在带材中形成缺陷，诸如，表面裂纹。这样的凹坑导致形成在冷却的辊和凝固的壳之间起绝热层作用的气体间隙，从而减少来自冷却的辊的热量提取并且保证凝固的壳的逐渐冷却。此外，由于壳从凹坑的周边区域(边缘区域)开始凝固，壳的厚度可以是均匀的。

这样的凹坑是通过多种方法形成的。例如，可以使用激光加工铸造辊的表面以形成凹坑。

根据上文提及的用于使用激光加工铸造辊的表面的激光加工方法，在圆柱形铸造辊上形成具有预定尺寸的几何图案。然而，在圆柱形铸造辊被旋转一次之后，该图案的连结区域的剩余量是不恒定的，且因此难以准确地连接该图案的连结部分。特别地，每个铸造辊的重量多于20吨并且具有大加工面积(大约1340mm的宽度×大约1280mm的直径)。因此，需要许多件装备以及很大程度的努力来在预期的时间段内以预期的精确度程度完成精细加工过程。一般，当一个铸造辊被旋转时，使用驱动单元获得在1mm或更小的范围内的位置精确度是非常困难的。

当加工铸造辊的最后一条线时，最后一条线的端部与第一条线的端部必须彼此准确一致。然而，不可能将最后一条线的端部与第一条线的端部准确地对齐，因为直径为D的铸造辊的周长是无理数(π×D)而凹坑的单位高度是有理数。

[相关技术文件]

[专利文件]

1.韩国专利申请待审公开出版物No.10-2010-0077261(标题：用于处理带材铸造辊的表面的系统，以及用该系统表面处理的铸造辊)

发明内容

本公开内容的一方面可以提供用于处理带材铸造双辊的表面的设备和方法。

根据本公开内容的一方面，一种用于处理带材铸造双辊的表面的设备，该设备可以包括：一个激光加工单元，被配置成使用激光在一个旋转的铸造辊的表面上形成凹坑图案；一个加工区域处理单元，其中如果该铸造辊被旋转一临界角度，则该加工区域处理单元基于通过使将在其中形成一个凹坑图案的加工区域成像所获得的图像信息来计算该加工区域；以及，一个激光束吸收单元，其中如果该加工区域小于该凹坑图案，则该激光束吸收单元将一个屏幕放置在该加工区域和该凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置处，以便吸收朝向该加工区域的周边区域发射的激光束。

根据本公开内容的另一方面，一种用于处理带材铸造双辊的表面的方法，该方法可以包括：使用激光在一个旋转的铸造辊的表面上形成凹坑图案；如果使该铸造辊旋转一临界角度，在使将在其中形成该凹坑图案的加工区域成像之后，基于捕获的图像计算该加工区域；以及如果该加工区域小于该凹坑图案，则将一个屏幕移动到该加工区域和该凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置，以便吸收朝向该加工区域的周边区域发射的激光束。

附图说明

从下面的结合附图的详细描述，将更清楚地理解本公开内容的上述和其他方面、特征以及优点，其中：

图1是例示了相关技术的双辊带材铸造机的示意图；

图2是例示了根据本公开内容的一个示例性实施方案的用于处理带材铸造双辊的表面的设备的视图；以及，

图3是例示了根据本公开内容的一个示例性实施方案的用于处理带材铸造双辊的表面的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述示例性实施方案，以使得相关领域的普通技术人员可以清楚地理解本公开内容的范围。将去除与众所周知的功能或配置相关的详细描述，以免不必要地模糊本公开内容的示例性实施方案的主题。此外，在附图中，具有类似功能和效果的元件通篇用相同的参考数字表示。

此外，在本公开内容中，当一部分被称为被“连接到”或被“耦合到”另一部分时，它可以被直接连接或耦合到另一部分或可能存在“介于中间的部分。将进一步理解的是，在本文中使用的术语“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”指定所阐明的特征或元件的存在，但不排除一个或多个其他特征或元件的存在或添加。

在下文中，将参考附图根据示例性实施方案详细描述用于处理带材铸造双辊的表面的设备和方法。

首先，在描述本公开内容的示例性实施方案之前，将简单描述用于通过激光加工方法在铸造辊中形成凹坑的过程。

首先，使用设备(诸如，喷雾器)将遮蔽膜材料(诸如，在室温下可固化的液体光致抗蚀剂树脂或耐酸掩蔽漆)均匀地涂敷到铸造辊的表面，并且将铸造辊维持在室温下以便使遮蔽膜材料干燥并且因此形成遮蔽膜。在如上文所描述的在铸造辊的表面上形成掩蔽膜之后，使用激光设备仅移除该掩蔽膜的对应于蚀刻区域的区域。

由于使用激光设备仅选择性地移除遮蔽膜，所以不需要铸造辊具有在相关技术的蚀刻过程中的防止吸收光所必需的用以附接膜的平滑表面，并且可以省略曝光过程随后的过程，诸如，暗室显影过程。因此，由于减少的时间限制和空间限制，所以可以简单地执行过程，并且可以获得高程度的可加工性。

接下来，将蚀刻剂喷涂到使用激光设备图案化的铸造辊的表面上，以便对铸造辊的遮蔽膜被部分地移除的区域进行蚀刻，并且以在该铸造辊上形成精细的凹坑或多行或多片精细的凹坑。接下来，使用膜移除设备移除铸造辊上剩余的遮蔽膜，并且在铸造辊上执行结束过程，诸如，表面清洗过程。

图2是例示根据本公开内容的一个示例性实施方案的用于处理带材铸造双辊的表面的设备100的示意图。

如图2中例示的，根据本公开内容的该示例性实施方案，用于处理带材铸造双辊的表面的设备100包括激光加工单元200、加工区域处理单元300以及激光束吸收单元400。

激光加工单元200使用激光在旋转的铸造辊的表面上形成凹坑图案。为此，在该铸造辊的表面上形成遮蔽膜。

如果该铸造辊被旋转一临界角度，则加工区域处理单元300基于通过使加工区域成像获得的图像信息来计算其中将形成凹坑图案的加工区域。

如果该加工区域小于该凹坑图案，则激光束吸收单元400将屏幕410放置在该加工区域和该凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置处，以便吸收朝向该加工区域的周边区域发射的激光束。

激光束吸收单元400可以包括被配置成吸收激光束的屏幕410以及被配置成基于位置信息将屏幕410移动到重叠开始位置的移动单元420。

参照图2，例如，激光加工单元200可以包括激光头单元210、转移单元220、铸造辊旋转单元230以及中央控制单元240。

激光头单元210通过使用Q开关或聚焦镜片朝向加工区域发射具有20W到60W的平均功率的激光束。特别地，Q开关是用于重复地产生具有相对高的峰值功率的光脉冲的设备。Q开关根据控制信号被接通或关闭，并且当Q开关被关闭时发射激光束。激光头单元210可以具有在4mm或更大的范围内的聚焦深度，以使得尽管从激光头单元210到铸造辊的表面的距离偏离激光焦距±2mm或更小，但是可以获得一致结果，因此可以一致地形成精细的凹坑。

转移单元220可以将激光头单元210移动到工作位置，并且铸造辊旋转单元230可以使铸造辊以预设速度旋转。具体而言，铸造辊旋转单元230可以使用具有10kW或更大的输出功率的伺服马达或主轴马达使铸造辊以预期速度旋转。铸造辊旋转单元230可以在铸造辊的旋转轴和编码器的旋转轴之间使用10:1或更大的齿轮比来保证10μm或更小的每脉冲的最小分辨率。此外，铸造辊旋转单元230可以使铸造辊的旋转速度在0.1RPM到50RPM的范围内变化，并且在加速或减速期间，铸造辊旋转单元230可以使铸造辊的旋转速度以1转/秒或更大的速率变化。如果铸造辊的旋转速度或加速度极低，则过程效率可能降低，且如果铸造辊的旋转速度或加速度极高，则可能难以控制激光功率。因此，可以在上文提及的范围内调整铸造辊的旋转速度和加速度，以便精确地形成具有预期尺寸的精细的凹坑。

中央控制单元240实时接收关于铸造辊的旋转和激光头单元210的位置的信息并且确定激光束输出位置和激光束输出时间。

例如，当转移单元220在平行于铸造辊的表面的方向上水平移动时，中央控制单元240可以调整激光头单元210的反射透镜的角度并且可以精确地控制使激光头单元210移动的转移单元220，以便获得10μm或更小的精确度。因此，形成在铸造辊上的图案可以被准确地连接至彼此，而在水平方向上没有重叠或不具有大间隔。

此外，当转移单元220在垂直于铸造辊的表面的方向上移动时，通过使用具有20000或更多个脉冲每转的分辨率的编码器和在铸造辊的旋转轴和编码器的旋转轴之间使用10:1或更大的齿轮比，可以以1μm或更小的分辨率精确度输入与垂直于铸造辊的表面的方向相关的信息。因此，线图案可以在垂直方向上被精确地连接。

此外，激光加工单元200还可以包括灰尘收集单元250。在激光束被发射到铸造辊的表面之后，通过灰尘收集单元250可以收集从铸造辊的表面分离的遮蔽膜灰尘。

加工区域处理单元300可以包括加工区域测量单元310、第一比较单元320、第一处理单元330、第二比较单元340以及第二处理单元350。

加工区域测量单元310可以测量加工区域。具体而言，加工区域测量单元310可以是包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的成像设备。

第一比较单元320将铸造辊的旋转角度与临界角度进行比较。

如果铸造辊的旋转角度大于临界角度，则第一处理单元330基于捕获的图像计算加工区域的尺寸和位置。

第二比较单元340将加工区域的尺寸与凹坑图案的尺寸进行比较。

如果加工区域的尺寸小于凹坑图案的尺寸，则第二处理单元350向激光束吸收单元400提供关于加工区域和凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置的位置信息。

图3是例示了根据本公开内容的一个示例性实施方案的用于处理带材铸造双辊的表面的方法S700的流程图。

如图3中例示的，用于处理带材铸造双辊的表面的方法S700包括第一操作S710到第三操作S730。

在第一操作S710中，可以使用激光在旋转的铸造辊的表面上形成凹坑图案。

在第二操作S720中，如果铸造辊被旋转一临界角度，则可以为将在其中形成凹坑图案的加工区域拍照，且可以基于捕获的图像来计算该加工区域的位置和尺寸。

具体地，在第二操作S720中，比较铸造辊的旋转角度和临界角度(S721)。如果铸造辊的旋转角度大于临界角度，则加工区域测量单元为加工区域拍照(S722)，且基于通过使该加工区域成像所获得的图像信息计算该加工区域的尺寸和位置(S723)。

接下来，在第三操作S730中，比较加工区域的尺寸和凹坑图案的尺寸。如果加工区域的尺寸小于凹坑图案的尺寸，则基于关于加工区域和凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置的位置信息，激光束吸收单元的屏幕可以被移动到该重叠开始位置。

具体地，在第三操作S730中，比较加工区域的尺寸和凹坑图案的尺寸(S731)。如果加工区域的尺寸小于凹坑图案的尺寸，计算加工区域与凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置(S732)，并且关于重叠开始位置的位置信息被提供给激光束吸收单元(S734)。

然后，该激光束吸收单元可以将屏幕移动到重叠开始位置(S735)。

因此，由于屏幕被放置在加工区域和凹坑图案之间的重叠开始位置，所以朝向加工区域的周边区域发射的激光束可以被该屏幕吸收，且因此可以防止由凹坑图案之间的重叠所导致的缺陷。

以此方式，凹坑图案可以被容易地形成在带材铸造双辊上(即，在加工区域内形成凹坑图案S736)，且因此可以执行铸造过程，而没有根据钢类型的不同所发生的缺陷，诸如裂纹和凹陷。

在本公开内容中，术语“单元”可以指包括至少一个处理单元和至少一个存储器的计算设备。

处理单元的实例可以包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微处理器、专用集成电路(ASIC)以及现场可编程门阵列(FPGA)。该处理单元可以包括多个核。

存储器的实例可以包括易失性存储器(诸如，随机存取存储器(RAM))、非易失性存储器(诸如，只读存储器(ROM)或闪速存储器)以及它们的组合。

此外，计算设备还可以包括储存器。储存器的实例可以包括磁性储存器和光储存器。然而，储存器不被限于此。

用于实施本公开内容的一个或多个实施方案的计算机可读指令可以被存储在储存器内，并且用于执行操作系统或应用程序的其他计算机可读指令也可以被存储在储存器中。存储在储存器内的计算机可读指令可以被加载在存储器内并且然后可以由处理单元执行。

此外，该计算设备可以包括用于在网络上与其它设备通信的通信连接件。通信连接件的实例可以包括调制解调器、网络接口卡(NIC)、集成网络接口、射频发射机/接收机、红外线端口、通用串行总线(USB)连接件以及用于将一个计算设备连接到另一个计算设备的接口。此外，所述通信连接件可以包括有线连接件和无线连接件。

该计算设备的上文所描述的元件可以通过网络或其它多种连接设备(诸如，总线(例如，外围部件互连(PCI)总线、USB、固件(IEEE1394)或光总线)相互连接。

如上文所阐明的，根据示例性实施方案的用于处理带材铸造双辊的表面的设备和方法，凹坑图案可以被容易地形成在铸造辊的表面上，且因此可以通过铸造过程来制造没有根据钢类型的不同所产生的缺陷(诸如，裂纹和凹陷)的钢制带材。

虽然上文示出了并且描述了示例性实施方案，但是这些实施方案是非限制性的实施例，并且在不脱离本公开内容的范围的前提下，可以做出多种改型和变化。

本公开内容的实施方案仅是出于例示性目的，并不意在限制本发明的范围。因此，应理解，由实施方案做出的改型、等同物以及替代物在如由所附权利要求限定的在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种用于处理带材铸造双辊的表面的设备，该设备包括：

一个激光加工单元，被配置成使用激光在一个旋转的铸造辊的表面上形成凹坑图案；

一个加工区域处理单元，其中如果该铸造辊被旋转一临界角度，则该加工区域处理单元基于通过使将形成有一个凹坑图案的加工区域成像所获得的图像信息来计算该加工区域的尺寸和位置；以及

一个激光束吸收单元，其中如果该加工区域的尺寸小于该凹坑图案的尺寸，则该激光束吸收单元将一个屏幕放置在该加工区域和该凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置处，以便吸收朝向该加工区域的周边区域发射的激光束。

2.根据权利要求1所述的设备，其中一个遮蔽膜被形成在该铸造辊的表面上。

3.根据权利要求1所述的设备，其中该激光加工单元包括：

一个激光头单元，被配置成朝向该加工区域发射激光束；

一个转移单元，被配置成将该激光头单元移动到工作位置；

一个铸造辊旋转单元，被配置成使该铸造辊以一预设速度旋转；以及

一个中央控制单元，被配置成通过实时接收关于该铸造辊的旋转和该激光头单元的位置的信息来确定激光束输出位置和激光束输出时间。

4.根据权利要求3所述的设备，其中该激光加工单元还包括一个灰尘收集单元，该灰尘收集单元被配置成在激光束被发射到该铸造辊的表面之后收集从该铸造辊的表面分离的遮蔽膜灰尘。

5.根据权利要求1所述的设备，其中该加工区域处理单元包括：

第一比较单元，被配置成比较该铸造辊的旋转角度和一临界角度；

第一处理单元，其中如果该铸造辊的旋转角度大于该临界角度，则该第一处理单元基于捕获的该加工区域的图像来计算该加工区域的尺寸和位置；

第二比较单元，被配置成比较该加工区域的尺寸和该凹坑图案的尺寸；以及

第二处理单元，其中如果该加工区域的尺寸小于该凹坑图案的尺寸，则该第二处理单元向该激光束吸收单元提供关于该加工区域和该凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置的位置信息。

6.根据权利要求5所述的设备，其中该激光束吸收单元包括：

一个激光束阻挡膜；以及

一个移动单元，被配置成基于该位置信息将该激光束阻挡膜移动到该重叠开始位置。

7.一种用于处理带材铸造双辊的表面的方法，该方法包括：

在使一个铸造辊旋转一预定角度之后，使用线激光在该铸造辊的表面上形成一个具有预定尺寸的凹坑图案；

如果使该铸造辊旋转一临界角度，则在使将形成有该凹坑图案的加工区域成像之后，基于捕获的图像计算该加工区域；以及

在比较该加工区域的尺寸和该凹坑图案的尺寸之后，如果该加工区域的尺寸小于该凹坑图案的尺寸，则基于关于该加工区域和该凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置的位置信息，将激光束吸收单元的屏幕移动到该重叠开始位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其中该加工区域的计算包括：

比较该铸造辊的旋转角度和该临界角度；

提供关于该加工区域的图像信息；以及

如果该铸造辊的旋转角度大于该临界角度，则基于该图像信息计算该加工区域的尺寸和位置。

9.根据权利要求7所述的方法，其中该屏幕的移动包括：

比较该加工区域的尺寸和该凹坑图案的尺寸；

如果该加工区域的尺寸小于该凹坑图案的尺寸，则计算该加工区域和该凹坑图案开始相互重叠的重叠开始位置；

向该激光束吸收单元提供关于该重叠开始位置的位置信息；以及

将该激光束吸收单元的该屏幕移动到该重叠开始位置。