KR100205531B1 - Measuring method of the degree of alloying in zinc plated steel plate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저를 이용하여 비접촉식으로 합금화도(degree of alloying)를 측정하는 방법에 관한 것으로, 레이저 반사광을 이용하여 용융아연도금 강판의 합금화도를 측정할 때 반사광의 측정에 광센서 배열(6)을 이용함으로써 강판의 진동시 반사광의 흔들림에 의해 발생하는 측정오차를 제거하는 공정과, 레이저 광선이 강판의 표면에 입사하기 전에 광선의 일부를 빛살가르개(4)로 나누어 광센서 배열(6)의 좌측 특정 광센서에 입사시킴으로서 레이저(1) 출력의 변화에 의한 측정오차의 보정용으로 사용하는 공정과, 합금화도의 계산에 필요한 두 개의 정해진 반사광의 세기를 측정할 때 광센서 배열(6)의 신호를 좌측부터 차례로 측정하여 반사광 분포증 신호의 크기가 가장 큰 정반사광의 세기를 측정하여 이정반사광을 검지한 광센서로부터 기하적으로 계산된 만큼 떨어진 광센서에 의해 또 다른 반사광의 세기를 측정하는 공정에 관한 것이다.The present invention relates to a method of measuring the degree of alloying (non-contacting) by using a laser, the optical sensor array (6) for measuring the reflected light when measuring the degree of alloying of the hot-dip galvanized steel sheet using laser reflected light By removing the measurement error caused by the shaking of the reflected light during the vibration of the steel sheet, and dividing a part of the light beam by the light filter 4 before the laser beam is incident on the surface of the steel sheet. Of the optical sensor array 6 when measuring the intensity of the two predetermined reflected light required for the calculation of the degree of alloying, and the process used for correcting the measurement error caused by the change in the laser 1 output by incident on the left specific optical sensor. Measure the signal from left to right to measure the intensity of specular reflectance with the largest reflected light distribution signal, and geometrically from an optical sensor that detects specular reflectance. Computed by it relates away by the optical sensor in the step of measuring the intensity of the reflected light further.
Description
제1도는 종래의 합금화도 측정방법을 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing a conventional method for measuring the degree of alloying.
제2도는 종래의 합금화도 측정방법에 있어서 진동에 의한 측정오차의 발생원인을 도시한 개략도.2 is a schematic diagram showing the cause of measurement error due to vibration in the conventional method for measuring the degree of alloying.
제3도는 본 발명에 의한 광센서 배열을 이용한 합금화도 측정방법을 도시한 개략도.3 is a schematic diagram showing a method for measuring alloying degree using an optical sensor array according to the present invention.
제4a, b, c도는 본 발명에 의한 광센서 배열을 이용한 합금화도 측정시 진동오차의 제거절차를 도시한 개략도.4a, b, c are schematic diagrams showing the removal procedure of the vibration error when measuring the degree of alloying using the optical sensor array according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 레이저 2 : 거울1: laser 2: mirror
3 : 합금화 용융아연도금 시편 4 : 빛살 가르개3: alloyed hot dip galvanized specimen 4: light shield
5 : 조리개 6 : 광센서 배열5: aperture 6: optical sensor array
7 : 마스크 8 : 렌즈7: mask 8: lens
9 : 전치 증폭기 10 : 광센서 배열 조정기9: preamplifier 10: optical sensor array regulator
11 : 컴퓨터 12, 13, 14 : 광검지기11: computer 12, 13, 14: optical detector
본 발명은 레이저를 이용하여 비접촉식으로 합금화도(degree of alloying)를 측정하는 방법에 관한 것으로, 특히 광센서 배열(photo-diode array)을 이용하여 모든 방향에 대한 레이저 광의 반사분포를 동시에 측정함으로서, 측정대상인 용융아연도금 강판의 진동에 의해서 레이저 반사광의 진행방향이 변하는 경우에도 오차 없이 합금화도를 측정할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of measuring the degree of alloying (non-contact) by using a laser, in particular by measuring the reflection distribution of the laser light in all directions at the same time using a photo-diode array, The present invention relates to a method for measuring the degree of alloying without error even when the traveling direction of laser reflected light is changed by vibration of a hot-dip galvanized steel sheet to be measured.
일반적으로 용융아연도금강판은 건자재 및 구조물 등에 널리 사용되고 있으며 특히, 열처리 과정을 거쳐 합금화된 용융아연도금강판은 내식성, 도장성, 도금성 등이 우수하여 산업계에서 그 수요가 증가하는 추세에 있다.In general, hot-dip galvanized steel sheet is widely used in construction materials and structures, etc. In particular, alloyed hot-dip galvanized steel sheet through heat treatment process is excellent in corrosion resistance, paintability, plating properties, etc., the demand is increasing in the industry.
그러나 이와 같은 용유아연도금 강판의 우수한 특성들은 도금층의 합금화도에 의해 큰 영향을 받기 때문에 고품질의 강판을 생산하기 위해서는 생산공정중에 합금화도를 엄격히 관리하는 것이 필요하며 이를 위해서는 합금화도의 실시간 계측이 필수적이다.However, since the excellent properties of the zinc galvanized steel sheet are greatly influenced by the alloying degree of the plating layer, it is necessary to strictly control the alloying degree during the production process in order to produce high quality steel sheet. to be.
합금화도의 실시간 계측을 위한 측정장치는 생산라인에서 강판이 반송되는 동안에 측정을 수행하여야 하므로 강판의 진동에 의한 측정오차의 제거가 엄밀하게 고려되어야 한다.Since the measuring device for real-time measurement of alloying degree should be measured while the steel sheet is conveyed from the production line, the removal of the measurement error due to the vibration of the steel sheet should be strictly considered.
이러한 합금화도의 실시간 계측을 실현하기 위해 레이저를 이용하여 비접촉식으로 합금화도를 측정하는 방법이 고안된 바 있다(국내특허 출원번호94-40289). 이 방법은 합금화도에 따라 표면의 반사도가 변하는 성질을 이용하여 레이저를 용융아연도금강판의 표면에 입사시키고 반사된 정반사광의 세기를 측정하여 합금화도를 구함과 동시에 정반사광 이외에 또 다른 각도에서도 반사광을 동시에 측정함으로써 도금층의 표면거칠기에 의한 측정오차를 보정해 주는 기본원리로 구성되어 있으며, 측정방법을 도시한 개략도는 제 2 도와 같다. 제 2 도에서 레이저(1)로부터 발생된 빛은 거울(2)에서 반사된 후 측정대상인 용융아연도금강판에 입사되며 강판 표면에서 반사된 빛들중 정반사광(반사각α)은 하나의 광검지기(13)에서 그 세기가 검출되고 다른 각도로 반사된 반사광(반사각β)은 또 다른 광검지기(14)에 의해서 검출된다. 이 두 개의 광검지기(13)(14) 출력을 측정식에 대입하면 합금화도를 구할 수 있다.In order to realize the real-time measurement of the degree of alloying has been devised a method of measuring the degree of alloying non-contact using a laser (Domestic Patent Application No. 94-40289). This method uses the property that the reflectivity of the surface changes according to the degree of alloying, and enters the laser into the surface of the hot-dip galvanized steel sheet and calculates the degree of alloying by measuring the intensity of the reflected specular reflected light. It is composed of the basic principle that corrects the measurement error due to the surface roughness of the plating layer by measuring the same time, the schematic diagram showing the measuring method is the same as the second degree. In FIG. 2, the light generated from the laser 1 is reflected by the mirror 2 and then incident on the hot-dip galvanized steel sheet to be measured. Among the light reflected from the surface of the steel sheet, the specular light α is reflected by one light detector 13. The intensity of the light is detected and reflected light reflected at different angles (reflection angle β) is detected by another photodetector 14. The degree of alloying can be obtained by substituting the outputs of these two photodetectors 13 and 14 into the measurement equation.
또한 빛살가르개(4)에서 반사된 빛을 측정하는 광검지기(12)는 레이저(1) 출력 보정용이다.In addition, the optical detector 12 for measuring the light reflected from the light shimmer 4 is for laser 1 output correction.
두 개의 각도(반사각 α,β)에서 측정한 반사광의 세기로부터 합금화도를 구하는 측정식은 다음과 같다.The equation for obtaining the alloying degree from the intensity of the reflected light measured at two angles (reflection angles α and β) is as follows.
여기서, I(α) : 정반사광 세기 I(β) : β 방향의 반사광의 세기Where I (α): specular light intensity I (β): reflected light intensity in β direction
k : 비레상수k: specific ratio
이와 같이 식(1)을 이용하여 합금화도를 측정함에 있어서 측정의 정확도에 영향을 미치는 가장 큰 요인은 두 광검지기(13)(14)에 의해서 측정되는 반사광들의 반사각도이다.Thus, in measuring the alloying degree using Equation (1), the biggest factor that affects the accuracy of the measurement is the reflection angle of the reflected light measured by the two photodetectors 13 and 14.
즉, 하나의 광검지기(13)는 레이저 입시각도와 정확히 같은 각도(α)로 반사되는 반사광을 측정하여야 하며, 또 다른 광검지기(14)는 정반사각도 α에서 (β-α)만큼 벌어진 각도의 반사광을 측정하여야 한다.That is, one photodetector 13 should measure the reflected light reflected at an angle α which is exactly the same as the laser entrance angle, and another photodetector 14 has an angle of (β-α) widened at the specular angle α. The reflected light shall be measured.
그러나 제2도와 같이 측정대상이 외부진동에 의해 기울어질 경우 반사광의 진행방향이 변함으로써 광검지기(13)(14)들이 정반사광 및 β 각도의 반사광을 측정할 수 없기 때문에 측정오차가 발생하게 된다.However, as shown in FIG. 2, when the measurement target is inclined by external vibration, the traveling direction of the reflected light is changed, so that the measurement errors occur because the photodetectors 13 and 14 cannot measure the specular reflection light and the reflected light at the β angle. .
이와 같이 상기 방법에 의해 합금화도를 실시간으로 측정할 때 발생하게 되는 진동에 의한 측정오차를 제거하여 안정적인 계측을 실현하는 것을 목적으로 하는 본 발명의 기술적인 구성은, 상기 식(1)에 사용될 두 개의 반사광을 측정함에 있어서, 위치가 고정된 두개의 광검지기만을 사용하지 않고 다수의 광센서가 일렬로 배열된 광센서 배열을 사용하여 모든 각도의 반사광 세기를 동시에 측정하고, 별도의 신호처리장치를 통해 반사광의 분포를 해석함으로써 진동에 의해 반사광의 진행방향이 변하는 경우에도 식 (1)의 계산에 필요한 두 방향의 반사광의 세기, 즉 정반사광 세기와 정반사광에서 (β-α) 만큼 벌어진 각도의 반사광의 세기를 안정적으로 얻을 수 있기 때문에 외부적 요인에 의해 강판이 진동하는 경우에도 안정적으로 합금화도를 계측하도록 되어 있다.As described above, the technical configuration of the present invention, which aims to achieve stable measurement by eliminating measurement errors due to vibration generated when the alloying degree is measured in real time by the above method, is used in the above formula (1). In the measurement of two reflected beams, instead of using only two fixed-position photodetectors, an optical sensor array in which a plurality of optical sensors are arranged in a row is used to simultaneously measure the reflected light intensities of all angles, and a separate signal processing apparatus is used. By analyzing the distribution of reflected light, the intensity of the reflected light in two directions required for the calculation of Equation (1), i.e., the angle of the reflected light intensity and the reflected light (β-α) Since the intensity of reflected light can be obtained stably, the degree of alloying can be stably measured even when the steel plate vibrates due to external factors. It is supposed to be.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도에서 레이저(1)에서 출력된 광선은 거울(2)에서 반사된 후 일정한 입사각도(α)로 강판의 표면에 입사되며 표면에서 반사된 광선중 마스크(7)를 통과한 광선은 렌즈(8)에 의해 평행광선으로 변경된 후 광센서 배열(6)에 입사된다.In FIG. 1, the light beam output from the laser 1 is reflected by the mirror 2 and then incident on the surface of the steel sheet at a constant angle of incidence α, and the light beam passing through the mask 7 among the light beams reflected from the surface is a lens. Is changed into parallel light by (8) and then enters the light sensor array (6).
이때 거울(2)에서 반사된 광선의 일부는 빛살가르개(4)에서 반사되고 조리개(5)를 통과하여 광선의 단면적이 축소된 후 광센서 배열(6)의 좌측으로 입사함으로서 레이저(1) 출력의 변화에 대한 보정용으로 사용된다.At this time, a part of the light beam reflected from the mirror 2 is reflected by the light filter 4 and passes through the aperture 5 to reduce the cross-sectional area of the light beam, and then enters the left side of the optical sensor array 6 so that the laser 1 Used to compensate for changes in output.
여기에서 마스크는 강판의 표면에서 반사된 정반사광과 β 방향의 광선을 통과시키며 강판의 표면에서 반사된 빛이 빛갈가르개(4)에서 반사된 광선과 섞이는 것을 막아준다.Here, the mask passes the specular light reflected from the surface of the steel sheet and the light beam in the β direction, and prevents the light reflected from the surface of the steel sheet from mixing with the light reflected from the light shingles 4.
따라서 광센서 배열(6)에는 좌측으로부터 레이저(1) 출력변화 보정용 광선, 정반사광 I(α), 그리고 β 방향의 반사광 I(β)가 차례대로 입사하며 각각의 광센서는 일정한 시간동안 입사되는 광선을 검지한 후 입사된 광선의 세기에 비례하는 전압을 발생시키고 발생된 전압을 유지한다.Accordingly, the laser 1 output change correction light, the specular reflection light I (α), and the reflected light I (β) in the β direction are sequentially incident on the light sensor array 6, and each light sensor is incident for a predetermined time. After detecting the light beam, a voltage proportional to the intensity of the incident light beam is generated and the generated voltage is maintained.
광센서 배열 조정기(10)는 광센서 배열(6)의 좌측에 위치한 광센서부터 차례대로 발생된 전압을 방전시킴과 동시에 전치증포기(9)에서 증폭된 방전전압의 크기를 인식한 후 전압의 크기, 즉 입사된 광선의 세기를 컴퓨터(11)에 입력시킨다.The optical sensor array regulator 10 discharges the voltage generated sequentially from the optical sensor located on the left side of the optical sensor array 6 and recognizes the magnitude of the discharge voltage amplified by the preamplifier 9. The magnitude, i.e., the intensity of the incident light, is input into the computer 11.
모든 광센서들의 방전이 끝난 광센서 배열(6)은 광센서 배열 조정기(10)의 지시에 따라 새로운 광선의 세기를 검지한다.The light sensor array 6 after all the light sensors have been discharged detects the new light intensity according to the instructions of the light sensor array regulator 10.
컴퓨터(11)는 작성된 프로그램의 지시에 따라 광센서 배열(6)의 신호를 분석하여 레이저 출력변화 보정용 광선의 세기, I(α), 그리고 I(β)를 인식한 후 식(1)을 계산하여 합금화도를 얻는다.The computer 11 analyzes the signal of the optical sensor array 6 according to the instruction of the written program, recognizes the intensity, I (α), and I (β) of the laser output change correction beam, and then calculates Equation (1). To obtain a degree of alloying.
이때 I(β)는 반사광의 분포중 세기가 가장 큰 정반사광 I(α)를 인식한 광센서에서 (β-α)의 각도차 만큼 떨어진 광센서, 즉 I(α)를 인식한 광센서를 기준으로 n번째 광센서 검지신호를 통해 알 수 있다.At this time, I (β) refers to an optical sensor that recognizes I (α) that is separated by an angle difference of (β-α) from an optical sensor that recognizes I (α), which has the greatest intensity among the distribution of reflected light. As a reference, it can be known through the n th optical sensor detection signal.
여기에서 광센서 배열차수 n은 (β-α)의 각도에 의해서 결정되며 이 각도는 진동이 있는 경우에도 변하지 않으므로 기하적인 계산을 통해 미리 정해줄 수 있다. 그러므로 I(β)를 인식한 광센서가 배열의 좌측으로부터 k+n 번째의 광센서이다.Here, the optical sensor array order n is determined by the angle of (β-α), and this angle is not changed even in the presence of vibration, so it can be determined in advance by geometric calculation. Therefore, the optical sensor that recognizes I (β) is the k + nth optical sensor from the left side of the array.
따라서 이와 같은 방식으로 반사광의 세기를 측정하면 종래의 기술과 같이 2개의 광검지기(13)(14)를 사용하는 경우에 발생하는 진동에 의한 측정오차를 제거할 수 있다.Therefore, by measuring the intensity of the reflected light in this way, it is possible to eliminate the measurement error due to the vibration generated when using the two photodetectors 13, 14 as in the prior art.
이러한 진동오차의 제거과정을 도면을 통해 설명하면 다음과 같다. 제4a도는 강판의 진동이 없는 경우이다.The removal process of the vibration error will be described with reference to the drawings. 4A is a case where there is no vibration of the steel sheet.
이 경우 정반사 각도(α)로 반사된 광선은 광센서 배열(6)중 k번째의 광센서에 입사하고 정반사 각도에 대해 (β-α)만큼 벌어져서 반사되는 광선은 k+n번째의 광센서에 입사한다.In this case, the light reflected at the specular reflection angle α is incident on the k-th optical sensor of the light sensor array 6, and the light is reflected by (β-α) with respect to the specular reflection angle. Enter.
이때 b와 같이 진동에 의해 강판이 기울어진 경우 정반사 각도는 α에서 α'로 변하고 정반사 각도로 반사된 광선, 즉 α' 방향으로 진행하는 광선이 입사하는 광센서가 달라진다.At this time, when the steel sheet is inclined by vibration as shown in b, the specular reflection angle is changed from α to α ', and the light sensor to which the light beam reflected at the specular reflection angle, ie, the light beam traveling in the α' direction, is incident.
그러나 이 경우에도 정반사광은 반사공중 빛의 세기가 가장 크기 때문에 각각의 광센서들의 세기를 비교해 보면 정반사광이 입사한 광센서와 그 광센서의 세기(정반사광의 세기)를 알 수 있다.However, even in this case, since the reflected light has the largest intensity of light in the reflected air, comparing the intensities of the respective light sensors shows the light sensor to which the specular light is incident and the intensity (the intensity of the specular light) of the light sensor.
그리고 합금화도의 계산에 필요한 또 하나의 반사광은 진행방향의 β에서 β'로 변하나 두 반사광 사이 각도((β'-α')각도)는 진동이 없을 경우의 두 반사광 사이의 각도((β-α)각도)와 같으므로 정반사광을 인식한 광센서에서 오른쪽으로 n번째에 위치한 광센서에 입사한다.The reflected light required for the calculation of the degree of alloying is changed from β to β 'in the advancing direction, but the angle between the two reflected light ((β'-α') angle) is the angle between the two reflected light ((β- angle), so it is incident on the optical sensor located at the nth to the right from the optical sensor that recognizes the specular reflection light.
만약 광센서들의 세기 비교를 통해 확인한 정반사광을 인식한 광센서가 m번째 광센서라면 β' 방향의 반사광의 세기는 m+n번째의 광센서의 출력을 읽으면 알 수 있다.If the optical sensor that recognizes the specularly reflected light confirmed by comparing the intensity of the optical sensors is the m th light sensor, the intensity of the reflected light in the β 'direction can be known by reading the output of the m + n th light sensor.
그러므로 진동에 의해 강판이 기울어진 경우에도 진동이 없는 경우와 동일한 크기의 반사광의 세기를 얻을 수 있고 따라서 진동에 의한 오차는 발생하지 않는다.Therefore, even when the steel sheet is inclined by vibration, the intensity of the reflected light having the same size as in the case of no vibration can be obtained, and thus an error due to vibration does not occur.
4c도는 강판이 왼쪽으로 기울어진 경우이며 이 경우도 4b도의 경우와 같은 원리로 p번째 광센서와 p+n번째 광센서의 출력을 통해 두 개의 반사광 세기를 오차없이 측정할 수 있다.4c is a case in which the steel plate is inclined to the left side, and in this case, two reflected light intensities can be measured without errors through the outputs of the pth optical sensor and the p + nth optical sensor.
이상과 같이 본 발명의 비접촉식 합금화도 측정방법에 의하면 레이저 광선을 용융아연도금 강판에 입사시키기고 강판에서 반사된 반사광의 세기를 측정하여 합금화도를 구할 때 반사광의 측정에 광센서 배열을 이용하여 반사광의 세기분포를 측정함으로서 강판의 진동이 있는 경우에도 합금화도의 계산에 필요한 정해진 두 개 각도의 반사광 세기를 항상 정확히 측정할 수 있기 때문에 진동에 의한 측정오차를 제거하는 효과가 있다.As described above, according to the non-contact alloying degree measuring method of the present invention, when the laser beam is incident on the hot-dip galvanized steel sheet and the intensity of the reflected light reflected from the steel sheet is measured to obtain the degree of alloying, the reflected light is measured by using an optical sensor array to measure the reflected light. By measuring the intensity distribution of, it is possible to accurately measure the reflected light intensity of two predetermined angles necessary for the calculation of alloying degree even in the presence of vibration of the steel sheet, thereby removing the measurement error caused by the vibration.
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