KR0169582B1 - 열간압연시 후판의 선단부 휨정도 실시간 측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 후판 열간 압연에서의 선단부 휨정도 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 후판의 영상을 정확하게 검출하고, 후판의 열간 압연시 후판의 곡률을 자동으로 측정하기위하여, 압연기로 부터 소정거리 떨어져 후판의 영상을 검출하는 영상 카메라수단과, 상기 영상 카메라수단으로 부터 영상신호를 받아 디지탈 데이터로 변환하는 메모리수단과, 상기 영상 획득 수단으로 부터 영상 데이터를 받아 윤곽선 검출기로 윤곽을 검출하여

으로 부터 최소자승법에 의해 중심(a, b) 및 반경 R을 구하여 곡률을 산출하고 그 곡률에 따라 압연 롤을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어수단과, 상기 제어수단으로 부터 영상 데이터를 받아 그 영상을 표시하는 모니터 수단을 구비한다.

Description

열간 압연시 후판의 선단부 휨정도 실시간 측정장치 및 방법

제 1도는 후판 열간 압연시 발생하는 후판 선단부의 휨정도를 보이는 상태도이다.

제 2도는 본 발명에 의한 측정장치의 구성을 보이는 블록도이다.

제 3도는 본 발명에 적용되는 영상카메라 수단의 구조도이다.

제 4도는 본 발명에 의한 소프트웨어의 구성도이다.

제 5도는 본 발명에 의한 후판 검출방법을 보이는 설명도이다.

제 6도는 본 발명에 적용되는 윤곽선 검출기의 구성을 보이는 블록도이다.

제 7도는 본 발명에 따른 후판 검출과정을 보이는 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 영상 카메라 수단 20 : 영상 획득수단

30 : 제어수단 50 : 모니터 수단

60 : 버퍼 메모리 수단

본 발명은 후판 열간 압연에서의 선단부 휨정도 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 후판의 영상을 촬영하여 그 영상 데이터로부터 후판의 선단부의 곡률과 높이를 계산하고, 그 계산 결과를 표시하는 후판 열간 압연시 선단부 휨정도 실시간 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

후판(슬라브, slab)열간 압연 공정중 롤 간극 안에서의 비대칭 변형으로 인하여 제 1도에 도시된 바와 같이 후판의 선단부가 휘는 현상이 발생한다. 이 휨정도를 이용하면 열간 압연시 정밀한 궤환제어(feedback control)를 할 수 있게 된다. 현재는 운전자가 눈으로 관찰하여 곡률을 알아내고 있다. 그러나, 이 방법은 압연시 분출하는 냉각수와 수증기 그리고 분진 때문에 후판이 보이지 않고 배경과 후판을 구분하기 힘들다. 또한 운전자의 시력에 의하여 곡률을 측정하므로 인간의 시력의 한계 때문에 정밀도도 대단히 낮고, 측정속도도 느리다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 후판의 열간 압연시 곡률을 자동으로 측정하는 열간 압연시 후판의 선단부 휨정도 실시간 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 후판의 열간 압연시 후판의 영상을 정확하게 검출하는 열간 압연시 후판의 선단부 휨정도 실시간 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 장치는 압연기로부터 소정거리 떨어져 후판의 영상을 검출하는 영상 카메라수단(10)과, 상기 영상 카메라수단(10)으로부터 영상신호를 받아 디지탈 데이타로 변환하는 영상 획득수단(20)과, 상기 영상 획득수단(20)으로부터 영상 데이터를 받아 저장하는 버퍼 메모리수단(60)과, 상기 영상 획득 수단으로부터 영상 데이타를 받아 윤곽선 검출기로 윤곽을 검출하여

으로부터 최소자승법에 의해 중심(a , b) 및 반경 R을 구하여 곡률을 산출하고 그 곡률에 따라 압연 롤을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어수단(30)과, 상기 제어수단(30)으로부터 영상 데이타를 받아 그 영상을 표시하는 모니터 수단(50)을 구비하고, 또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 방법은 영상 카메라 수단으로 후판의 영상을 촬영하여 프레임 버퍼에 저장하는 단계와, 상기 프레임 버퍼에 저장된 후판의 영상 데이타를 읽어 후판이 상기 영상 카메라 수단의 시야에 들어 왔는지를 검색하고 상기 후판이 상기 영상 카메라 수단의 시야에 들어올 때까지 상기 프레임 버퍼의 데이타를 읽어 반복하는 단계와, 상기 후판의 윤곽을 검출하여 윤곽 데이타로부터 칼만필터와 에지추정기로 구성된 윤곽 검출기를 이용하여 윤곽선을 검출하는 단계와, 상기 검출된 윤곽선을 커브피팅하여 곡률을 계산하는 단계와, 상기 산출된 곡률 데이타, 최대 및 최소 높이 데이타를 표시하는 단계를 구비한다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제 2도에 본 발명에 의한 열간압연시 후판의 선단부 휨정도 실시간 측정장치의 블록도가 도시된다.

본 발명에 의한 측정장치는 압연기로부터 소정거리 떨어져 후판의 영상을 검출하는 영상 카메라수단(10)과, 상기 영상 카메라수단(10)으로부터 영상신호를 받아 디지탈 데이타로 변환하는 영상 획득수단(20)과, 상기 영상 획득수단(20)으로부터 영상 데이타를 받아 저장하는 버퍼 메모리수단(60)과, 상기 영상 획득수단으로부터 영상 데이타를 받아 윤곽선 검출기로 윤곽을 검출하여

으로부터 최소자승법에 의해 중심(a , b) 및 반경 R을 구하여 곡률을 산출하고 그 곡률을 출력하는 제어수단(30)과, 상기 제어수단(30)으로부터 영상 데이타를 받아 그 영상을 표시하는 모니터 수단(50)으로 구성된다.

이하 본 발명의 작용, 효과를 설명한다.

영상 카메라 수단(10)은 압연기로부터 소정거리를 두고 설치되어 상기 압연기로부터 출력되는 후판의 영상을 검출하는데, 그 구조가 제3도에 도시된다.

상기 영상 카메라 수단(10)은 후판에서 발생하는 적외선만을 통과시켜 배경과 후판을 구분되게 하는 적외선 필터(11)와, 상기 적외선 필터(11)를 통과하는 후판의 영상을 CCD 카메라(13)의 촬상면에 맞추는 줌렌즈(12)와, 상기 줌 렌즈(12)에 의해 후판의 영상을 받아 전기적 영상신호로 변환하는 CCD 카메라(13)로 구성된다.

영상 카메라 수단(10)은 후판의 측면을 볼 수 있는 높이에 설치되며, 후판에서 발생하는 적외선만을 촬영하기 위하여 적외선 필터(11)가 줌 렌즈(12)앞에 설치된다.

이 필터는 후판에서 제일 많이 발생하는 1000nm 파장 근처의 적외선을 통과시키는 밴드패스 근적외선 필터를 사용한다. 줌 렌즈(12)는 고정 초점 수동 조리개를 사용하며, 카메라는 가시광선에 가까운 근적외선인 1000nm파장까지 민감한 흑백 CCD 카메라를 사용한다.

영상 획득수단(20)은 영상 카메라수단(10)으로부터 전송된 아날로그 영상신호를 내장된 A/D 변환기(21)에 의해 디지탈 신호로 변환하여 버퍼 메모리수단(60)에 디지탈 데이타로 변환된 영상 데이타를 초당 30 프레임의 속도로 저장한다.

제어수단(30)은 그 내장 메모리 또는 외부 메모리에 저장된 소프트웨어에 의하여 본 발명에 의한 후판 측정을 실행하며, 그 소프트웨어의 구성이 제5도에 도시된다.

본 발명에 의한 측정방법을 실행하는 소프트웨어는 자동 이득 조절과정(110), 후판 검출과정(120),윤곽선 검출과정(130), 곡률 계산과정(140) 및 출력 제어과정(150)으로 구성된다.

자동 이득 조절과정(110)은 버퍼 메모리수단(60)에서 영상 데이타를 받아들여 전체 화면의 최대 및 최소 밝기를 구한 다음 이 정보를 처리하여 화면의 밝기가 최적의 상태가 되도록 A/D 변환기(21)의 이득을 조절한다. A/D 변환기에는 기준값 R과 이득 G의 두 값을 변경할수 있다.

A/D 변환기의 입력 영상의 밝기를 x라고 하면 A/D 변환기의 출력 y는 y = G min(R,x)가 된다. 여기서 min은 두 값중 최소값을 취하는 연산자이다. 따라서, R과 G를 적절히 변경하면 출력 y를 8비트로 표현할 수 있는 0 - 255 범위에 들어오게 할 수 있다. 본 발명에서는 매 순간마다 영상의 최대 밝기를 측정하고 있다가 다음 곡률 측정에서 이 정보를 사용한다.

후판 검출과정(120)을 보이는 제6도를 참고로 하여 설명한다.

윈도우(W)는 후판(S)의 압연롤러(R1, R2, R3)를 포함하는 버퍼 메모리수단(60)에 저장된 프레임 영상(F)중 일부인 작업화면이다.

후판(S)이 화면을 지나가는 동안 화면과 화면 중 롤러(R1, R2, R3) 근처의 밝기가 변하게 된다.

따라서 여러 개의 작은 게이트(G1, G2, G3)를 두어 게이트의 밝기를 조사함으로써 후판(S)의 위치를 검출할 수 있다. 게이트를 많이 설정할수록 후판검출 정밀도가 상승하나 계산시간이 많이 걸리게 되며, 각 게이트의 밝기의 변화를 조사함으로써 후판(S)의 이동상황을 알 수 있다. 예를 들어, 후판이 좌측으로 진행하면 게이트가 G3, G2, G1 순으로 밝아지게 된다. 반대로 후판(S)이 우측으로 진행하면 게이트가 G1, G2, G3 순으로 켜지게 된다. 윈도우(W)내에 선단이 포함되는 후판(S)의 상태가 최대한 포함되어야 하므로, 선단이 롤러(R3) 위에 오도록 한다. 후판(S)은 고속으로 이동하므로 게이트(G3)가 켜질 때 영상을 정지시키면 후판(S)의 선단은 윈도우(W)를 지나 가버려 윈도우(W)에 선단의 모습을 촬영할 수 없다. 따라서, 게이트(G1)이나 게이트(G2)가 켜지는 순간 영상을 정지시키면 후판(S)의 선단이 윈도우(W)에 포함된 영상을 얻을 수 있다.

윤곽선 검출과정은 에지(edge) 검출과정과 윤곽선 계산의 2 과정으로 나뉜다. 정지 영상의 윈도우(W) 부분으로부터 보통의 미분 에지 연산자를 이용하여 에지를 구한다. 윤곽선 계산은 제6도에 도시된 윤곽선 검출기에 의해 실행된다.

윤곽선 검출기는 칼만필터(Kalman Filter)와 에지 추정기(edge predictor)로 구성되며, y(0)는 정지영상 W 상의 한 점인 시작점을 표시한다. 에지 추정기는 x(k-1｜k-1)을 이용하여 k 에서 에지 y(k)를 검출하여 칼만필터에 공급한다. 칼만필터는 y(k)를 이용하여 x(k｜k)를 구하고 다시 x(k+1｜k)를 구한다. 에지 추정기가 y(k)를 구할 때는 칼만필터가 예측한 값 x(k｜k-1) 주위의 에지를 찾으면 된다. 이때 에지 y(k)가 없으면 x(k+1｜k-1)를 이용하여 y(k+1)를 찾는다. y(k+1)도 없으면 일정한 범위까지 반복해 찾아간다.

제6도에 윤곽선 검출 과정을 설명하기 위한 설명도가 도시된다. 여기서 x 축은 시간 축을 의미하고, y 축은 윤곽선의 데이터 값을 의미한다. 시간 k-1에서 윤곽선의 y 좌표값을 x(k-1｜k-1)로 나타내었는데, 이것은 과거로부터 k-1 시간까지의 데이타를 이용하여 구한 k-1 시간에서의 윤곽선의 y 좌표값을 의미한다. 마찬가지로 k 시간에서의 윤곽선의 값 x(k｜k)는 k 시간까지 데이터를 이용하여 산출한 것이다. 그리고, 제6도에서 x(k｜k-1)는 시간 k-1 에서 칼만필터가 예측한 시간 t 에서의 윤곽선의 예측값을 나타내고, y(k)는 k 시간에서 칼만필터의 입력값으로 사용되는 에지 데이타를 나타낸다.

시간 k-1 에서 윤곽선의 y 축 위치 x(k-1｜k-1)를 찾아냈다고 하면, 이 위치로부터 칼만필터(Kalman Filter)는 다음 위치 k 에서 윤곽선의 y 좌표 x(k｜k-1)을 예측한다. 이 위치로부터 상하로 에지 추정기는 에지 y(k)를 찾아낸다. 이 값과 x(k｜k-1)를 이용하여 칼만필터는 개선된 x(k｜k)를 산출하며, 이 과정을 정지영상 한 쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 진행해 간다.

이렇게 산출한 윤곽선으로부터 선단의 위치, 후판의 최대높이, 최소높이와 곡률을 산출한다. 곡률은 원을 커브피팅(curve fitting)하며, 원의 반경의 역수를 곡률로 사용한다.

곡률계산과정(140)은 다음과 같다.

윤곽선 데이타가 N 개 있다고 하고, 이들의 좌표를 {x(k), (k)｜k=1,2,……N)}라 하자. 한편, 중심이 (a, b)이고, 반경이 R인 원은 (x-a)²+(y-b)²=R라 표시할 수 있다. 따라서, 최소자승법(least square)을 이용하면

을 최소화하는 a, b, R을 구하면 된다. 구해진 R로 부터 곡률 r=1/R을 계산한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 영상 카메라에 적외선 필터를 사용하여 발열물체만을 촬영하여 배경잡음에 영향을 받음이 없이 후판을 검출할 수 있고, 카메라 시야 내에 물체가 들어오는지를 소프트웨어적으로 판단하므로 하드웨어가 필요없어 비용의 상승과 장치 구성상의 복잡함을 없앴으며, 물체의 이동방향 및 정확한 위치까지 알아낼 수 있으며, 자동이득과정을 통하여 입력되는 후판의 밝기의 변화가 심하더라도 최적의 영상을 포착가능하여 정확하게 후판의 휨정도를 감지할 수 있다.

Claims (5)

1. 후판 열간압연 공정중 후판의 휨정도를 측정하는 장치에 있어서, 압연기로부터 소정거리 떨어져 후판의 영상을 검출하는 영상 카메라수단(10)과, 상기 영상 카메라수단(10)으로부터 영상신호를 받아 디지탈 데이타로 변환하는 영상 획득수단(20)과, 상기 영상 획득수단(20)으로부터 영상 데이터를 받아 저장하는 버퍼 메모리수단(60)과, 상기 영상 획득 수단으로부터 영상 데이타를 받아 윤곽선 검출기로 윤곽을 검출하여

   으로부터 최소자승법에 의해 중심(a, b) 및 반경 R을 구하여 곡률을 산출하고 그 곡률에 따라 압연 롤을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어수단(30)과, 상기 제어수단(30)으로부터 영상 데이타를 받아 그 영상을 표시하는 모니터 수단(50)을 구비하는 것을 특징으로 하는 열간 압연시 후판의 선단부 휨정도 실시간 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 영상 카메라 수단은 후판에서 발생하는 적외선만을 통과시켜 배경과 후판을 구분되게 하는 적외선 필터(11)와, 상기 적외선 필터(11)를 통과하는 후판의 영상을 CCD 카메라(13)의 촬상면에 맞추는 줌렌즈(12)와, 상기 줌 렌즈(12)에 의해 후판의 영상을 받아 전기적 영상신호로 변환하는 CCD 카메라(13)로 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 압연시 후판의 선단부 휨정도 실시간 측정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 윤곽 검출기는 칼만필터(Kalman Filter)와 에지 추정기(edge predictor)로 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 압연시 후판의 선단부 휨정도 실시간 측정장치.
4. 후판 열간압연 공정중 후판의 선단의 휨정도를 측정하는 방법에 있어서, 영상 카메라 수단으로 후판의 영상을 촬영하여 프레임 버퍼에 저장하는 단계와, 상기 프레임 버퍼에 저장된 후판의 영상 데이터를 읽어 후판이 상기 영상 카메라 수단의 시야에 들어 왔는지를 검색하고 상기 후판이 상기 영상 카메라 수단의 시야에 들어올 때까지 상기 프레임 버퍼의 데이타를 읽어 반복하는 단계와, 상기 후판의 윤곽을 검출하여 윤곽 데이타로부터 칼만필터와 에지 추정기로 구성된 윤곽 검출기를 이용하여 윤곽선을 검출하는 단계와, 상기 검출된 윤곽선을 커브피팅하여 곡률을 계산하는 단계와, 상기 산출된 곡률 데이터, 최대 및 최소 높이 데이타를 표시하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 열간 압연시 후판의 선단부 휨정도 실시간 측정방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 곡률을 계산하는 단계는

   으로부터 최소자승법에 의해 중심(a, b) 및 반경 R을 구하여 곡률을 산출하는 것을 특징으로 하는 열간 압연시 후판의 선단부 휨정도 실시간 측정 방법.