KR0158569B1 - 강판의 도유량 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소에서의 냉간압연공정이나 표면처리공정등에서 강판의 표면에 도포된 방청유등의 도유량을 측정하는 방법에 관한 것으로써, 2개의 반사각도에서 반사된 레이저광의 세기를 동시에 측정하여 표면거칠기에 의한 영향을 보정한 반사강도를 측정한 후 흡수강도를 구하여 도유량을 측정하므로써 소량의 도유량에서도 정확도가 우수하고, 또한 강판의 표면거칠기에 관계없이 도유량을 강판의 전장에 걸쳐 온라인으로 정밀하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 도유량을 보다 신속하고 간단하게 측정할 수 있는 강판의 도유량 측정방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 강판의 도유량을 측정하는 방법에 있어서, 레이저광을 두갈래로 분할하여 한 갈래의 레이저광을 기준 레이저광으로 하여 그 강도(Io)를 측정함과동시에 다른 갈래의 레이저광을 일정한 입사각(α)으로 강판에 조사하여 입사각과 동일한 각도(α)로 반사되는 정반사 레이저광의 강도[I(α)] 및 정반사각(α) 보다 큰 반사각(β)으로 반사되는 부반사 레이저광의 강도[I(β)]를 각각 측정하고, 상기와 같이 측정된 정반사 레이저광의 강도[I(α)] 및 부반사 레이저광의 강도[I(β)]를 이용하여 반사도[R(α)]를 구하고, 이 반사도를 이용하여 흡수강도[I(a)]를 구하고, 이 흡수강도[I(a)]를 이용하여 도유층 두께(t)(도유량)를 구하므로써, 강판의 도유량을 측정하는 방법을 그 요지로 한다.

Description

강판의 도유랑 측정방법

제1도 본 발명을 적용하기 위한 도유량 측정장치의 바람직한 일례를 나타내는 개략도.

제2도 종래의 단일 광검출기에 의한 적외선 레이저 흡수법에 의해 측정된 도유량과 적외선 레이저의 흡구강도와의 관계를 나타내는 그래프.

제3도 본 발명법에 의해 측정된 도유량과 적외선 레이저의 흡수강도와의 관계를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저 발생원 3 : 광분할기

5 : 강판 6 : 제1광검출기

7 : 제2광검출기 8 : 제3광검출기

10 : 연산장치

본 발명은 제철소에서의 냉간압연공정이나 표면처리 공정등에서 강판의 표면에 도포된 방청유등의 도유량을 측정하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 강판의 표면거칠기에 관계없이 강판의 도유량을 측정하는 방법에 관한 것이다.

제철소에서 냉간압연 공정이나 표면처리 공정을 거쳐 제조된 냉연강판 혹은 표면처리강판은 표면의 녹 발생을 방지하기 위하여 통상적으로 방청유를 연속적으로 도포한다. 이와같이 방청유를 도포할 때 도포량이 부족하거나 도포가 불균일할 때는 방청효과가 떨어지고 반대로 방청유가 과잉으로 도포되면 방청 코스트가 높아지고 가공공정에서 탈지불량, 미도금부 발생 등의 문제가 발생한다. 또한 수요가 측의 탈지설비가 각기 다르기 때문에 최근에는 수요가가 방청유의 종류, 도포량 등을 지정하는 경우가 많다. 따라서 이같은 문제점이나 수요가 요청에 대응하기 위해서는 엄밀한 도유량의 관리 및 제어가 가능해야 한다.

종래 이와같은 도유량 관리에 이용되던 측정방법으로서는 정밀천평에 의해 무게차이를 재는 중량법이나 수면상에 형성된 단분자층 기름의 면적으로 도유량을 측정하는 하이드로필 바란스법등이 알려져 있다. 또한, 전장에 걸친 도유량을 측정하는 방법으로서는 일본특허공보 소60-224002호 및 63-235805호에 게시된 바와같이 필름 시트 등의 두께를 측정하는 적외선 에너지 흡수를 이용한 두께 측정방법이 알려져 있다.

또한, 3파장 측정에 의한 반사법과 수은램프를 사용하여 기름이 도포된 강판에 자외선을 조사하여 형광을 측정하는 방법등이 알려져 있다.

그러나 상기 정밀천명에 의한 산출법에서는 100㎎/㎡ 정도의 소량의 도유량에서는 정확도가 떨어지는 문제점이 있고, 또 하이드로필 바란스법에서는 측정에 장시간을 요하는 단점이 있을 뿐만아니라 이들 방법은 오프라인(off line) 측정방법이기 때문에 아주 길이가 긴 강판에 대해서는 한점 또는 수점만 측정 가능하므로 전체 도유량을 측정, 관리하는 데는 어려움이 따르는 문제점이 있다.

또한, 적외선 흡수법의 경우 필름시트등 반대면으로 부터의 반사가 잘되지 않는 반투명한 대상물에서 온라인으로 도유량을 측정하는 경우 높은 정도를 얻을 수 있으나 강판에 도포된 유기막의 두께를 측정할 경우 적외선 흡수후 강판 표면으로부터의 반사광이 강판표면에 의해 확산되므로 검출되는 반사광량에 차이가 생겨 검출두께에 오차가 생길 수 있는 문제점이 있다.

또한 3파장 측정에 의한 적외선 반사법은 필터를 사용하여 순차적으로 각 파장에 대해 반사스펙트럼을 얻어야 하기 때문에 측정에 시간을 요할 뿐 아니라 적외선 조사장치가 복잡해지고, 광원으로써 백색광인 일반 적외선 광원을 사용하므로 특히 반사 스펙트럼을 얻을 때 기름에 의해 흡수되는 적외선 에너지가 많으므로 반사광의 강도가 현저히 낮아지는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 온라인 측정시 압연공정이나 표면처리 공정에서 방청유 도포라인의 스피드가 빨라지면 측정오차가 커지는 문제점이 있다.

한편, 수은램프를 사용하여 기름이 도포된 강판에 자외선을 조사하여 형광을 측정하는 방법에 있어서는 적외선보다도 훨씬 파장이 짧은 자외선을 사용함으로서 강판의 종류나 압연롤의 마모에 따른 표면조도의 영향을 크게 받아 각 강판에 따라서 형광의 세기가 달라지고 이로 인하여 측정 오차가 발생할 소지가 큰 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기한 종래방법들의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 2개의 반사각도에서 반사된 레이저광의 세기(강도)를 동시에 측정하여 표면거칠기에 의한 영향을 보정한 반사강도를 측정한 후 흡수강도를 구하여 강판의 도유량을 측정하므로써 소량의 도유량에서는 정확도가 우수하고, 또한, 강판의 표면거칠기에 관계없이 도유량을 강판의 전장에 걸쳐 온라인으로 정밀하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 도유량을 보다 신속하고 간단하게 측정할 수 있는 강판의 도유량측정방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은, 강판의 도유량을 측정하는 방법에 있어서, 적외선 레이저광을 두갈래로 분할하여 한 갈래의 레이저광을 기준 레이저광으로 하여 그 강도(Io)를 측정함과 동시에 다른 갈래의 레이저광을 일정한 입사각(α)으로 강판에 조사하여 입사각과 동일한 각도(α)로 반사되는 정반사 레이저광의 강도[I(α)] 및 정반사 각(α)보다 큰 반사각(β)으로 반사되는 부반사 레이저광의 강도[I(β)]를 각각 측정하는 단계;

상기와 같이 측정된 정반사 레이저광의 강도[I(α)], 및 부반사 레이저광의 강도[I(β)]를 하기식(1)에 대입하여 반사도[R(α)]를 구하는 단계;

(여기서, C₁, C₂, 및 C₃: 상수)

상기와 같이 구한 반사도[R(α)]를 이용하여 하기식(2)에 의해 흡수강도[I(α)]를 구하는 단계; 및

상기와 같이 구한 흡수강도[I(a)]를 하기식(3)에 대입하여

(여기서, a: 흡수계수)

도유층 두께(t)를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 강판의 도유량 측정방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

일반적으로 기름이 도포되어 있는 강판의 표면에 적외선을 조사하면 조사된 적외선의 강도(I_i)는 투과강도(I_t)는 무시하고 흡수강도(I_a)와 반사강도(I_r)의 합으로 표시할 수 있다. 따라서, 강판 표면으로부터 반사되는 반사강도(I_r)를 측정하여 흡수강도(I_a)를 계산하여 도유량을 알아낼 수 있다. 그러나 반사광의 강도(I_r)는 강판 표면의 요철에 의한 영향으로 표면거칠기의 정도에 따라 모든 각으로 반사광이 확산되어 입사광과 같은 각도로 반사되는 정반사광의 강도는 저하되어 도유량을 계산하기 위한 흡수강도를 정확히 구하지 못한다. 따라서, 본 발명에서는 2개의 반사각도에서 반사된 레이저광의 세기를 동시에 측정함으로써 표면거칠기에 의한 영향을 보정한 반사강도를 측정한 후 흡수강도를 구하여 도유량을 측정할 수 있다.

이하에서는 본 발명이 바람직하게 적용될수 있는 도유량 측정장치의 일례를 개략적으로 나타내고 있는 제1도를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 강판의 도유량을 측정하기 위해서는 우선, 제1도에 나타난 바와같이, 적외선 레이저 발생원(1)에서 조사된 레이저광이, 광원을 일정한 주파수로 단속시켜주는 광단속쵸파(2)를 경유하여 광분학기(3)에서 반사광과 투과광의 두갈래로 나누어지도록 해야한다.

상기 광분할기(3)에서 분할된 반사레이저광은 제1광검출기(6)에 입사되고 여기서 그 강도가 측정되며, 이 반사레이저광의 강도는 기준레이저 광강도(입사 레이저광강도)(Io)로 사용된다.

한편, 상기 광분할기(3)에서 분할된 투과 레이저광은 거울(4)을 통해 파측정물인 강판(5)의 표면에 일정한 입사각(α)으로 조사된다.

상기와 같이 일정한 각(α)으로 레이저광을 입사하면, 입사된 레이저 광은 표면거칠기에 의해 반사광이 산란되면서 반사되는데, 이와 같이 산란되는 반사광은 입사각(α)과 동일한 각도(α)로 반사되는 정반사 레이저광을 중심으로 하여 다양한 각도로 산란된 부반사 레이저광이 발생한다. 본 발명에서는 상기 정반사 레이저광과 함께 정반사 레이저광의 반사각(α) 보다 큰 반사각(β)을 갖는 부반사광을 검출한다. 즉, 정반사각(α)으로 반사되는 정반사 레이저광은 제2광검출기(7)에 입사되고, 입사각(α)보다 큰 반사각(β)으로 반사되는 부반사 레이저광은 제3광검출기(8)에 입사된다. 이와 같이 본 발명에 있어 정반사 레이저광의 반사각(α) 보다 큰 반사각(β)을 갖는 부반사 레이광을 검출하는 이유는, 레이저 검출장치를 구성하기가 용이하기 때문이다.

상기한 정반사 레이저광 강도[I_(α)] 및 부반사 레이저광의 강도[I_(β)]는 각각 제2광검출기(7) 및 제3광검출기(8)에 의해서 측정된다.

상기와 같이 측정된 기준 레이저광 강도(I_o), 정반사 레이저광 강도[I_(α)] 및 부반사레이저광 강도[I_(β)]값은 다중입출력 보드(9)에 동시에 입력되어 아날로그 디지탈 변환을 거쳐 연산장치(10)에 입력된다.

상기와 같이 입사각(α)보다 큰 반사각(β)으로 반사되는 부반사 레이저광이 형성되는 이유는 강판의 표면상태, 특히 강판의 표면거칠기에 기인하는 것으로, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

즉, 레이저광이 α의 각도로 기름이 도포된 강판의 표면에 입사할 경우 β의 반사각도에서 측정한 빛의 강도[I_(β)]는 하기식(4)와 같다.

[여기서, R(α) : 반사도

σ : 제곱근 평균표면거칠기

T : 자체상관길이

A : 레이저 입사단면적

F(α,β) : α와 β에 의해 결정되는 상수

υ_z(α,β) : α와 β에 의해 결정되는 상수

υ_xy(α,β) : α와 β에 의해 결정되는 상수]

상기 식(4)에서도 알 수 있는 바와같이, 일정한 반사각도(β)에서 측정한 빛의 강도[I_(β)]는 기름이 도포된 표면의 반사도[R(α)]와 함께 표면거칠기에 의해서도 동시에 영향을 받게 된다. 본 발명에서 측정하고자 하는 것은 도유량에 따른 흡수강도와 관계있는 반사강도이며, 이것이 표면거칠기의 영향을 받지않아야 하므로 β의 반사각도와 함께 α의 정반사각도에서도 빛의 세기I(α)를 측정하면, 이 두 측정값으로 부터 표면거칠기를 나타내는 변수 T와 σ를 상쇄할 수 있고 이에 따라 다음과 같은 표면거칠기에의한 영향을 제거한 반사도의 측정식을 얻을 수 있다.

따라서, 상기와 같이 측정된 정반사 레이저광의 강도[I(α)] 및 부반사 레이저광의 강도[I_(β)]를 상기 식(1)에 대입하여 반사도[R(α)]를 구한다.

다음에, 상기와 같이 구한 반사도[R(α)]를 사용하여 하기식(2)에 의해 흡수강도[I_(α)]를 구한다.

다음에, 상기와 같이 구한 흡수강도[I(a)]를 하기식(3)에 대입하여 도유층 두께(t)를 구한다.

(여기서, a : 흡수계수)

바람직하게는 상기와 같이 구한 도유층 두께(t)를 면적(㎡)당 ㎎수로 표시되는 도유량(㎎/㎡)으로 환산하는 것이다.

상기한 반사도[R(α)], 흡수레이저광의 강도[I(a)] 및 도유층 두께(t)는 연산장치(10)에서 구해진다.

본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 적외선 레이저로는 하이드로 카본 진동에너지 영역의 적외선 파장을 발생시키는 적외선 레이저를 들 수 있으며, 보다 바람직한 적외선 레이저는 그 파장이 3.39㎛인 것이다.

그리고, 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 강판으로는 표면조도(Ra)가 0.15∼20㎛인 것이다.

또한, 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 부반사 레이저광의 반사각(β)은 정반사각(α) + 10∼45°이다

이하, 실시옐르 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

강판의 표면거칠기가 0.22, 0.46, 0.91 및 1.56㎛인 강판에 방청유를 도포하였다.

상기와 같이 방청유가 도포된 각각의 강판에 대한 도유량을 종래의 단일광검출기에 의한 적외선 레이저 흡수법에 의해 측정하고, 도유량과 흡수강도와의 관계를 제2도에 나타내었다.

이때, 사용된 레이저광의 파장은 3.39㎛이였다.

한편, 상기와 같이 방청유가 도포된 각각의 강판에 대한 도유량을 본 발명에 의해 측정하고 도유량과 흡수강도와의 관계를 제3도에 나타내었다.

이때, 사용된 레이저광의 파장은 3.39㎛이였다.

제2도에 나타난 바와같이, 종래방법의 경우에는 표면거칠기가 서로 다른 네개의 강판 표면에 대해서 표면거칠기에 따라 적외선 에너지 흡수량이 도유량과 선형적인 관계를 나타내지 않으며 더욱이 같은 선상에 놓여 있지 않음을 알 수 있다. 특히, 도유량이 적은 영역에서는 강판의 표면거칠기에 의한 영향이 매우 커서 레이저광 에너지 흡수량과 도유량이 선형적인 관계를 갖기 어려움을 알 수 있다.

한편, 제3도에 나타난 바와같이, 본 발명의 경우에는 얻어진 레이저광 에너지 흡수량이 표면거칠기가 서로다른 네개의 강판에 있어 선형성이 매우 우수함을 알 수 있고, 더욱이 표면거칠기가 다른 네종류의 강판에 있어서 직선이 일치하는 것으로 보아 1개의 검량선으로 표면거칠기가 다른 강판에 대해서도 도유량 측정이 가능함을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 연속적으로 제조되는 냉연강판, 표면처리강판 등의 표면에 도포되어 있는 방청유 등의 도유량을 전장에 걸쳐서 온라인으로 정밀하게 측정하는 것이 가능하므로 수요가의 요구에 따른 제품의 품질향상과 표면도유의 원가절감, 자동관리에 의한 성력화 등의 다양한 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 강판의 도유량을 측정하는 방법에 있어서, 적외선 레이저광을 두 갈래로 분할하여 한 갈래의 레이저광을 기준 레이저광으로 하여 그 강도(Io)를 측정함과 동시에 다른 갈래의 레이저광을 일정한 입사각(α)으로 강판에 조사하여 입사각과 동일한 각도(α)로 반사되는 정반사 레이저광의 강도[I_(α)] 및 정반사각(α)보다 큰 반사각(β)으로 반사되는 부반사 레이저광의 강도[I_(β)]를 각각 측정하는 단계; 상기와 같이 측정된 정반사 레이저광의 강도[I_(α)], 및 부반사 레이저광의 강도[I_(β)]를 하기식(1)에 대입하여 반사도[R(a)]를 구하는 단계;

   상기와 같이 구한 반사도[R(a)]를 이용하여 하기식(2)에 의해 흡수강도[I(a)]를 구하는 단계; 및

   상기와 같이 구한 흡수강도[I(a)]를 하기식(3)에 대입하여

   (여기서, a : 흡수계수) 도유층 두께(t)를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 강판의 도유량 측정방법.
2. 제1항에 있어서, 강판의 표면조도(R_a)가 0.15∼2.0㎛이고, 그리고 부반사 레이저광의 반사각(β)이정반사각(α) + 10∼45°인 것을 특징으로 하는 강판의 도유량 측정방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적외선 레이저광이 하이드로 카본 진동에너지 영역의 적외선 파장을 발생시키는 적외선 레이전인 것을 특징으로 하는 강판의 도유량 측정방법.
4. 제3항에 있어서, 적외선 레이저광의 파장이 3.39㎛인 것을 특징으로 하는 강판의 도유량 측정방법.