KR100256324B1 - 형강의 단면치수 측정방법 및 그 장치 - Google Patents

형강의 단면치수 측정방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 H형강 또는 I형강 등을 제조하는 압연라인에서 압연도중인 중간제품일 때의 단면치수를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상기 측정방법은 형강의 상하방향으로 2대의 레이저거리계를 대향하게 설치하고 동시에 형강의 반송라인을 가로질러 수평방향으로 왕복이동시키면서 왕복이동시 상기 레이저 거리측정계의 위치 및 레이저 거리측정계로부터 형강까지의 거리와 레이저광의 조사(照射)각도를 측정하여 이들 측정정보로부터 형강의 단면치수를 측정하는 것이 특징이며 상기 특정장치는 각각 상부 및 하부 레이저 거리측정계와 상부 및 하부 레이저 거리측정계로부터의 레이저광 조사 각도를 검출하는 수단, 상부 및 하부 레이저 거리측정계 이동수단, 상기 레이저 거리계 위치 검출수단 및 상기 수단에 의해 측정된 측정정보로부터 형강의 단면치수를 연산하는 연산장치로 구성되는 것을 특징으로 하다.

Description

형강의 단면치수 측정방법 및 그 장치
제1도는 본 발명의 제 1 실시예의 구성을 나타내는 블럭도,
제2도는 3각측량방식 레이저 거리측정계의 측정원리의 설명도,
제3도는 수광(受光)에너지 강도분포와 위치검출의 관계를 나타내는 설명도,
제4도는 (a)~(d)는 본 발명 작용의 설명도,
제5도는 (a)~(d)는 각 공간좌표에서 얻어진 프로필의 설명도,
제6도는 각 부의 단면치수를 구하는 방식의 설명도,
제7도는 본 발명의 제 2 실시예의 구성을 나타내는 블럭도,
제8도는 본 발명에 사용된 교정조각을 나타내는 사시도,
제9도는 교정조각면의 측정좌표의 설명도,
제10도는 (a),(b)는 교정조각의 측정프로필의 편차를 나타내는 특성도,
제11도는 각 단계에서 얻어진 단면형상 프로필의 설명도,
제12도는 본 발명의 실시예의 H형강의 제조라인을 나타내는 배치도,
제13도는 H형강 중간제품의 단면형상을 나타내는 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : H형강 2 : 반송롤러
3 : 가대 3a, 3b : 지지부재
4 : 상면(床面) 5 : 레일
6 : 차바퀴 10 : 상부 레이저 거리측정계
11 : 상부 레이저 거리측정계 이동장치
12 : 거리신호 처리장치 13, 23 : 조사(照射)각도 조정장치
14 : 상부 레이저광 15 : 상부 레이저광 조사(照射)각도 검출기
16, 26 : 구동장치 17 : 상부 레이저 거리측정계 위치 검출기
18, 28 : 위치신호 처리장치 20 : 하부 레이저 거리측정계
22, 28 : 위치신호 처리장치 25 : 하부 레이저광 조사(照射)각도 검출기
27 : 하부 레이저 거리측정계 위치 검출기
30 : 단면형상 연산장치 41 : 레이저 발진기
42 : 측정대상물 43 : 집광렌즈
44 : 수광(受光)소자
본 발명은 H형강, I형강 및 홈형강 등의 좌우 한쌍의 플랜지(flange)와 이들 플랜지사이를 연결하는 웹(web)로 이루어진 형강을 압연하는 압연라인에서 형강제조시의 중간제품의 단면치수를 온라인으로 측정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
형강 특히 H형강의 단면치수를 측정하는 경우, 그 형상이 다양하기때문에 종래에는 캘리퍼스와 다이알게이지를 사용한 수동측정이 대부분이었다. 그 때문에 측정에는 개인차가 있어 재현성이 부족하고 또한 측정에 시간이 걸리는 등의 결점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 자동적으로 형강의 단면치수를 측정하는 각종의 기술이 개발되었다. 일반적으로 공지된 기술로서 예를 들면 H형강의 플랜지부와 웹(web)부에 방사선을 투사하여 투과선량을 측정하여 그 감쇠선량에서 두께를 구하는 γ선투과방식이 있다. 또한 열간강재(熱間鋼材)의 자발광에너지를 수광소자로 받아 플랜지 양 말단의 에지(edge)를 검출하고, 그 간격에서 플랜지폭을 구하는 자발광방식이 있다. 또한 플랜지와 웹(web)간의 플랜지내측에 거울을 설치하여, 광원으로부터의 빛을 거울에 투사하여 플랜지와 직교하는 광속이 되도록 거울로 반사시켜, 그 투과분을 수광소자로 검출하는 배광보조광원방식 등이 있다.
그러나 상기한 종래의 자동치수측정방식에도 여러 문제가 있었다.
우선, γ선투과방식의 경우는 플랜지두께와 웹(web)두께외에는 측정할 수 없어서 플랜지폭, 웹(web)높이, 다리길이 및 중심치우침 등의 필요항목을 측정할 수없는 결점이 있고 또한 설비비가 비교적 고가인 문제도 있다.
자발광방식에서는 플랜지폭의 측정에만 한정되지만 플랜지 양말단의 온도저하의 영향을 받아 edge검출에 오차가 발생하므로, 충분히 활용할 수 없다.
또한 배광보조광원방식의 경우는 자발광방식과 같은 온도저하의 영향에 의한 오차는 없지만 H형강의 가장가까이에 거울을 배치할 필요가 있고 또한 장치의 복잡과 신뢰성, 보전성 등의 문제점을 내포하고 있다. 또한 이 장치의 측정원리는 플랜지폭의 측정밖에 적용할 수 없지만 다른 예를 들면 레이저 거리 측정계거리측정계 등과 조합시켜 다른 항목의 측정도 가능하다. 그러나 설비비가 비싸게 되는 문제는 피할 수 없다.
이들 기술이외에 일본국특개평 2-254304(이하, 인용예 1이라 한다), 일본국특개평 4-157304(이하, 인용예 2라 한다) 및 일본국특개평 7-27518(이하, 인용예 3이라 한다)에도 형강의 치수측정방법과 장치가 개시되어 있다.
인용예 1에는 형강의 상하에 설치된 수평방향 및 수직방향으로 이동하는 스테이지(stage)기구와, 이 스테이지기구에 설치된 복수의 레이저 거리측정계와, 이 레이저 거리 측정계의 검출값으로부터 형강의 단면형상을 검출하는 데이터 처리장치로 이루어진 측정장치가 개시되어 있다.
인용예 2에는 H형강을 그 플랜지폭 방향으로 좁혀 플랜지 및 웹(web)면으로 하여 각각 2차원 거리측정계의 쌍과, 1차원거리측정계의 쌍을 마주하는 방향으로 설치하고 2차원거리측정계로 각각 상대하는 플랜지까지의 수직거리를 측정하는 것과 함께, 1차원거리측정계에 의해 각각 상대하는 웹(web)까지의 수직거리를 측정하여 웹(web)의 치우침, 플랜지폭 및 웹(web)두께를 동시에 검출하는 방법이 개시되어 있다.
인용예 3에는 H형강 등의 좌우반씩을 개별적으로 덮도록 ()자형상의 지지틀을 좌우방향으로 이동가능하게 설치하고 이들 지지틀에 플랜지바깥면에 그 폭방향의 슬릿레이저 거리 측정계광을 조사(照射)하여 그 거리를 측정하는 2차원 레이저 거리측정계를 설치하고 있다. 또한 플랜지 상하면, 플랜지 내면 및 웹(web) 상하면에 대하여 반송방향과 직교하는 방향으로 소정각도로 슬릿 레이저 거리 측정계광을 조사하여 그 거리를 측정하는 2차원 레이저 거리측정계를 설치하고, 각 레이저 거리 측정계로 검출한 거리데이터를 연산처리장치로 연산처리하여 단면형상을 측정하는 장치가 개시되어 있다.
상술한 종래의 측정기술은 압연밀(mil)로 압연을 종료한 최종제품의 H형강의 단면을 측정하는 것이 주목적이었다. 이 경우 H형강단면의 플랜지부와 웹(web)부는 거의 직각을 이루고 있다. 이것에 대해서 압연중의 중간제품 예를 들면 breakdown mil을 통과하여 유니버설밀에 넣기전의 H형강의 단면은, 제 13 도에 나타낸 바와 같이 플랜지(1f)는 웨브(1w)에 대해서 각도 α의 테이퍼를 갖고 있다. 이 때문에 인용예 1, 인용예 2 및 인용예 3으로 나타낸 측정장치를 사용한 경우 측정할 수 없는 부분이 발생하거나 또한 측정오차가 발생하는 문제가 있었다.
또한 이들 종래 기술에서는 모두 다수의 레이저 거리측정계(인용예 1 및 인용예 2의 실시예에서는 8개, 인용예 3에서는 8개의 레이저 거리측정계)를 사용하고 있어서, 장치가 상당히 고가가 되고 또한 고장의 빈도가 높아질 염려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술이 갖는 문제가 해결된 것으로 단면이 단형상이 아닌 형강이어도 정밀도가 좋은 단면치수를 측정하는 것이 가능한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 압연도중의 중간제품의 형강의 단면치수를 측정하는 데 있어서; 형강의 상하방향으로 마주하는 방향으로 설치된 2대의 레이저 거리 측정계를 동시에 형강의 반송라인을 가로질러 수평방향으로 왕복이동시키면서 형강의 단면치수를 측정하는 방법으로, 왕로주행시 레이저 거리 측정계로부터 소정의 각도로 레이저광을 조사시켜 상기 레이저 거리 측정계의 위치 및 형강까지의 거리와 그 조사각도를 측정하는 단계와; 복로주행시에 상기 레이저광의 조사각도를 변경하여 레이저 거리 측정계광을 조사하고 상기 레이저 거리 측정계의 위치 및 형강까지의 거리와 그 조사각도를 측정하는 단계와; 이들 측정정보로부터 형강의 동일 부분에서 측정정보를 선정하여 이들의 측정정보가 일치하도록 형강단면의 공간좌표를 출력하는 단계 및; 이 공간좌표에서 형상정보를 연산하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 형강의 단면치수 측정방법이다. 또한 형강의 반송라인을 덮도록 문(門)형상의 가대를 설치하고, 상기 가대내를 통과하는 형강의 위측에 경사를 조절할 수 있도록 설치된 형강까지의 거리를 측정하는 상부 레이저 거리 측정계와, 상기 상부 레이저 거리측정계로부터의 레이저광 조사(照射)각도를 검출하는 상부 레이저광각도 검출수단과, 상기 상부 레이저 거리 측정계 및 상부 레이저광각도 검출수단을 수납하여, 수평방향으로 이동할 수 있도록 상부 레이저 거리측정계 이동수단과; 상기 상부 레이저 거리 측정계의 이동위치를 검출하는 상부 레이저 거리측정계 위치검출수단과; 형강의 아래측에 상기 상부 레이저 거리 측정계에 마주하는 방향으로 경사를 조절할 수 있도록 설치된 형강까지의 거리를 측정하는 하부 레이저 거리 측정계와; 상기 하부 레이저 거리측정계로부터의 레이저공 조사각도를 검출하는 하부 레이저광 조사각도 검출수단과; 상기 하부 레이저 거리측정계 및 하부 레이저광 조사각도 검출수단을 수납하여 수평방향으로 이동할 수 있도록 하는 하부 레이저 거리측정계 이동수단과; 상기 하부 레이저 거리측정계의 이동위치를 검출하는 하부 레이저 거리측정계 위치검출수단과; 상기 상부 레이저 거리측정계 이동수단 및 하부 레이저 거리측정계 이동수단의 주행시에, 상기 상부 레이저 거리 측정계의 위치, 거리 및 조사각도의 측정값을 상기 하부 레이저 거리측정계의 위치, 거리 및 조사각도의 측정값을 상기 하부 레이저 거리 측정계거리측정계의 위치, 거리 및 조사각도의 측정값을 각각 같은 위치에 있게 하여 얻어진, 형강의 공간좌표로부터 형강의 단면형상 프로필을 구하고, 이 단면형상 프로필에서 형강의 단면치수를 연산하는 단면형상 연산장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 형강의 단면치수 측정장치이다.
그 밖의 본 발명의 구성은 그 다양함과 함께 이하의 상세한 설명에서 명확하다.
본 발명의 형강의 단면치수 측정방법 및 장치에 의하면 압연 도중의 중간제품 형강의 상하에 대향하게 설치된 2개의 레이저 거리 측정계를 사용하여 형강의 반송라인을 가로질러 수평방향으로 왕복운동시키면서 레이저 거리측정계의 위치와 측정대상물의 형강까지의 거리와 레이저광의 조사각도를 측정하여 그 측정값을 서로 같은 위치에 있게 하여 단면형상 프로필을 구하고, 이 단면형상 프로필에서 형강의 단면치수를 얻을 수 있도록 한 것이므로 온라인으로 자동적으로 형강의 단면형상을 정밀도 좋게 구할 수 있다.
이하에 본 발명의 실시예를 H형강에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 12 도는 breakdown mil(BD), 거친 유니버셜밀(UR) 및 마무리 유니버셜밀(UF)을 사용하여 H형강을 압연하는 제조라인을 나타낸 배치도이다. breakdown mil(BD)에 의한 압연을 마친 중간제품의 H형강은 일단 스키드(skid)(61)로 저장되어 여기에서 형강의 단면치수 측정장치(60)에 의해 단면치수를 측정한 후, 후공정의 거친 유니버셜밀(UR)에 보내진다. 제 1 도는 스키드(61)로 중간제품의 H형강을 측정하는 본 발명의 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다.
제 1 도에서 (60)은 본 발명의 형강단면 치수측정장치이다.
(1)은 측정대상물인 중간제품의 H형강으로서 반송롤러(2)로 반송된다. (3)은 문형상의 가대이고 책상면(4)위에 반송롤러(2)를 좁혀서 세워설치된 지지부재(3a,3b)와 이 지지부재(3a,3b)사이에 걸쳐진 지지부재(3c)로 구성된다.
(10)은 상부 레이저 거리측정계이고, 지지부재(3c)의 하부측에 평행하게 설치된 레일(5)위를 주행할 수 있게 되는 차바퀴(6)아래 매달린 상부 레이저 거리측정계 이동장치(11)의 내부에 수납되고, 그 신호는 거리신호 처리장치(12)에 입력된다. (13)은 상부 레이저 거리측정계(10)의 조사각도를 조정하는 조사각도 조정장치이다. (14)는 상부 레이저광 조사각도 검출기이고 그 신호는 조사각도 신호처리장치(15)에 입력된다. (16)은 상부 레이저 거리측정계 이동장치(11)를 이동하는 구동장치이다. (17)은 상부 레이저 거리 측정계(10)의 주행위치를 검출하는 상부 레이저 거리측정계 위치 검출기로 위치신호처리장치(18)에 입력된다. 또한 상부 레이저 거리측정계(10)에 레이저광의 광로를 확보하기 위한 퍼지장치(19)가 설치되어 있다.
(20)은 하부 레이저 거리측정계로 책상면(4)상의 지지부재(3a,3b)사이에 설치된 레일(7)위를 주행할 수 있게 되는 차바퀴(8)위에 고정된 하부 레이저 거리측정계 이동장치(21)의 내부에 수납되고, 그 신호는 거리신호 처리장치(22)에 입력된다. (23)은 하부 레이저 거리측정계(20)의 조사각도를 조정하는 조사각도 조정장치이다. (24)는 하부 레이저 거리측정계광 조사각도 검출기로 그 신호는 조사각도 신호처리장치(25)에 입력된다. (27)은 하부 레이저 거리측정계(20)의 주행위치를 검출하는 하부 레이저 거리측정계 위치검출기로 위치신호 처리장치(28)에 입력된다.
(30)은 단면형상 연산장치로 상부 레이저 거리측정계(10)측의 거리신호처리장치(12), 조사각도 신호처리장치(15), 위치신호 처리장치(18)에서의 각 측정신호 및 하부 레이저 거리측정계(20)측의 거리신호 처리장치(18)에서의 각 측정신호 및 하부 레이저 거리 측정계(20)측의 거리신호 처리장치(22), 조사각도 신호처리장치(25), 위치신호처리장치(28)에서의 각 측정신호를 각각 입력하여 측정거리의 공가좌표를 계산하여 합성해서 단면형상 프로필을 연산하는 것과 함께 각 조사각도 조정장치(13,23) 및 구동장치(16,26)에 각각 조사각도 조정신호 및 주행지령신호를 출력하는 기능을 갖는다.
여기에서 상부 및 하부 레이저 거리측정계(10),(20)의 기능에 대해서 3각측량방식 레이저 거리측정계를 예로들어 설명한다. 제 2 도에 나타낸 바와 같이 레이저발진기(41)에서 측정대상물(42)로 레이저광(LB)을 투사하여 측정대상물(42)의 측정표면(42a)에서 반사한 반사광을 집광렌즈(43)로 집광하고 예를 들면 이미지센서 등의 수광소자(44)위의 x위치에 결상(結像)시킨다.
그리고 거리연산장치(45)에서, 이 결상위치(x)로부터 미리 구해져 놓은 결상위치(a,b)와 측정위치(A,B)와의 관계를 사용하여 측정대상물(42)의 위치 X를 구한다. 수광소자(44)위에서는 제 3 도에 나타낸 바와 같은 수광에너지 강도분포가 얻어지고 일반적으로는 경계값 레벨과의 교점 N1, N2의 중심 N0를 구하고 그 위치를 결상위치 X로 한다. 이와 같이 하여 3각측량방식 레이저 거리측정계는 레이저광(LB)이 반사하는 위치(X)까지의 거리(LX)를 측정할 수 있다.
이어서 이와 같이 구성된 본 발명의 단면치수 측정장치에 의해서 각 부분의 치수를 측정하는 순서에 의해서 제 4 도를 참고하여 설명한다.
단계 1; 제 4(a)도에 나타낸 바와 같이 상부 레이저 거리측정계(10)를 상부 레이저 거리측정계 위치 검출기(17)에 의한 측정거리(P1)의 위치로 부터 거리(X)의 사이, 각도 θ1로 레이저광을 조사하면서 화살표 F방향으로 주행(이하 왕로 주행이라 한다)할 때의 측정거리를 L1으로 하고, 하부 레이저 거리측정계(20)를 하부 레이저 거리측정계 위치검출기(27)에 의한 측정거리(P2)의 위치로부터 거리X의 사이, 각도 θ2로 레이저광을 조사하면서 F방향으로 주행한 때의 측정거리를 L2로 한다. 또, 이때의 상부 레이저 거리측정계(10) 및 하부레이저 거리측정계(20)의 거리간격은 Y로 한다. 이 때, 상부 레이저 거리측정계(10), 하부레이저 거리측정계(20)에 의해서 측정된 두꺼운선 부분의 측정데이터를, x-y 좌표에 의한 공간 좌표(x1, y1), (x2, y2)로 해서, 각각 하기(6)~(9)식에 의해서 구한다.
x1= X-L1sinθ1-P1(6)
y1= Y-L1cosθ1(7)
x2= X-L2sinθ2-P2(8)
y2= L2cosθ2(9)
단계 2; 제 4(b)도에 나타낸 바와 같이, 상부 레이저 거리측정계(10) 및 하부 레이저 거리측정계(20)의 측정방향을 단계 1의 방향과 역방향으로 하는 것과 함께, 그 각도를 각각 θ3, θ4(단지 θ3≠θ1, θ4≠θ2)로 변경하여 상부 레이저 거리측정계 위치 검출기(17), 하부 레이저 거리측정계 위치검출기(27)에 의한 측정거리가 각각 P3, P4가 되는 위치까지 F 방향의 반대로 주행(이하 복로주행이라고 한다)한 때의 측정거리를 L3, L4로 한다. 그리고 상부 레이저 거리측정계(10), 하부 레이저 거리측정계(20)로 측정된 두꺼운선 부분의 측정데이터를 x-y좌표에 의한 공간좌표(x3, y3), (x4, y4)로 해서, 각각 하기(10)~(13)식에 의해서 구한다.
x3= X+L3sinθ3-P3(10)
y3= Y-L3cosθ3(11)
x4= X+L4sinθ4-P4(12)
y4= L4cosθ4(13)
단계 3; 제 4(c)도에 나타낸 바와 같이 단계 1의 왕로주행과 단계 2의 복로주행에서의 측정대상물상의 동일부분에서의 측정정보가 일치하도록 그 위치가 같게 하여 제 4(d)도에 나타낸 바와 같은 공간좌표를 구하고 이것에 의해서 단면형상 프로필을 구한다.
여기에서 각 공간좌표(x1, y1), (x2, y2), (x3, y3), (x4, y4)의 궤적에 의해서 얻어진 프로필을 제 5(a)~5(d)도에 정리하여 나타냈다.
제 5(a)도에 나타낸 공간좌표(x1, y1)의 궤적을 기준으로 하여 다른 제 5(b)도에 나타낸 공간좌표(x2, y2), 제 5(c)도에 나타낸 (x3, y3), 제 5(d)도에 나타낸 (x4, y4)의 궤적을 합성하여 단면프로필을 구하는 순서에 대해서 설명한다.
구체적으로는 우선 각 공간좌표(x2, y2), (x3, y3), (x4, y4)의 궤적의 보정량 Δx2, Δy2, Δx3, Δy3, Δx4, Δy4를 각각 구하여 각 공간좌표를 하기(14),(15)(16)식으로 변경하다.
(x2, y2)=(x2+Δx2, y2+Δy2) (14)
(x3, y3)=(x3+Δx3, y3+Δy3) (15)
(x4, y4)=(x4+Δx4, y4+Δy4) (16)
(i)보정량 Δx2, Δy2는 이하의 순서로 구해진다.
① 공간좌표(x1, y1)와 (x2, y2)로 같은 부위를 측정하고 있는 데이터를 검출한다. 즉 x1값의 큰 것보다 n개, x2값의 큰 것보다 n개를 각각 추출하여 (x1, y1)1,1(x1, y1)2... (x1, y1)n또한 (x2, y2)1, (x2, y2)2....(x2, y2)n으로 한다.
② (x1, y1)i(단지 i=1~n)중에서 x1이 최대값으로 되는 것을 j로 한다.
③ i=1~j의 (x1, y1)I을 하기(17)식에서 또한 i=j~n의 (x1, y1)1을 하기(18)식으로 각각 직선으로 표시한다.
y=a1x+b1(17)
y=a2x+b2(18)
④ (17)식과 (18)식의 교점을 (x1, y1)＊로 한다.
⑤ (x2, y2)1(단지 i=1~n)에 대해서 상기 단계②~④와 마찬가지로 처리하여 (x2, y2)＊를 구한다.
⑥ 보정량 Δx2, Δy2를 하기(19),(20)식으로 구한다.
Δx2= x1 ＊-x2 ＊(19)
Δy2= y1 ＊-y2 ＊(20)
(ii) 보정량 Δx3, Δy3는 이하의 순서로 구한다.
① 공간좌표(x1, y1)과 (x3, y3)로 같은 부위를 측정하고 있는 데이터를 검출하고, y1값의 큰 것에 의해 n개, y2값의 큰 것에 의해 n개를 각각 추출하고 (x1, y1)1,1(x1, y1)2...(x1, y1)n또한 (x3, y3)1, (x3, y3)2....(x3, y3)n으로 한다. 또한 n은 샘프링 간격과 플랜지두께에 따라서 결정되는 수이다.
② (x1, y1)의 중심을 구하여 (x1, y1)＊으로 하고, (x3, y3)의 중심을 구하여 (x3, y3)＊로 한다.
③ 그리고 보정량 Δx3, Δy3를 하기 (21),(22)식으로 구한다.
Δx3= x1 ＊- x3 ＊(21)
Δy3= y1 ＊- y3 ＊(22)
(iii) 보정량 Δx4, Δy4는 이하의 순서로 구한다.
① 공간좌표(x2, y2)와 (x4, y4)로 같은 부위를 측정하고 있는 데이터를 검출하고, y2값이 작은 것에 의해 n개, y4값의 큰 것에 의해 n개를 각각 검출하고 (x2, y2)1, (x2, y2)2... (x2, y2)n또한 (x4, y4)1, (x4, y4)2.........(x4, y4)n으로 한다. 또한 n은 샘플링 간격과 플랜지두께에 따라서 결정되는 수이다.
② (x2, y2)의 중심을 구하여 (x2, y2)＊으로 하고 (x4, y4)의 중심을 구하여 (x4, y4)＊로 한다.
③ 그리고 보정량 Δx4, Δy4를 하기 (23),(24)식으로 구한다.
Δx4= x2 ＊- x4 ＊+Δx2(23)
Δy4= y2 ＊- y4 ＊+Δy2(24)
단계 4; 단계 3으로 얻어진 단면형상 프로필을 사용하여 제 6 도에 나타낸 바와 같은 분할방법으로 플랜지의 4개의 다리길이 bu1, bL1, bu2, bL2와 그 플랜지 두께 Tf1, Tf2, Tf3, Tf4로부터의 각각의 플랜지의 각 다리길이 단면적 Af1, Af2, Af3, Af4를 구하고 또한 웹(web)두께 Tw와 웹(web)높이 Hw에서 웹(web) 단면적 Aw를 구한다.
또한 다리길이 단면적 및 다리길이, 플랜지폭, 중심치우침은 이하의 순서로 구한다.
① 각 공간좌표 (x1, y1),(x2, y2),(x3, y3),(x4, y4)전부의 데이터로부터 x 및 y의 평균값 xAV, yAV를 구하고, x, y축의 원점으로 한다.
② 각 공간좌표를 하기(25)로 변환하여 각각의 데이터를 x, y축의 제 1~4상한(象限)의 공간으로 변환한다.
(x1, y1)-(xAV, yAV) (25)
(x2, y2)-(xAV, yAV)
(x3, y3)-(xAV, yAV)
(x4, y4)-(xAV, yAV)
③ 각 상한(象限)마다 데이터를 x의 작은 값으로부터 큰 값이 되도록 나란히 변환한다.
④ 웹(web)면과 플랜지내면을 직선 근사하여 2개의 직선의 교점을 구한다.
⑤ 다리길이단면적 Af를 하기(26)식으로 구한다.
Af=Σ｜y｜×｜Δx｜ (26)
여기에서 Δx는 인합데이터의 차이값이다.
⑥ 각 상한의 y의 최대값(제 2,3상한의 것은 최소값)과 단계④로 얻어진 교점과의 차로서, 다리길이 bu1, bL1, bu2, bL2를 결정한다. 또한 최대값 및 최소값의 차이로 플랜지폭 W1, W2를 결정한다.
또한 각 중심치우침 S1, S2는 하기(27),(28)식으로 구한다.
S1=(bu1+bL1)/2 (27)
S2=(bu2+bL2)/2 (28)
[실시예 2]
왕로주행시와 복로주행시에 상부 레이저 거리측정계(10), 하부 레이저 거리측정계(20)의 조사각도를 변경함에 의해 좌표축이 벗어난 경우, 측정 대상물상의 동일부분에서의 측정정보가 벗어난 경우가 있다. 이 축의 벗어남을 보정하는 수단을 제 2 실시예에서 설명한다.
본 발명의 제 2 실시예의 구성을 제 7 도에 나타낸다. 제 1 도에 나타낸 실시예와의 차이는 측정대상물인 H형강(1)의 측방에 교정조각(50)을 가대(51)상에 설치한 점이다. 또한 교정조각(50)은 단면치수를 미리 알면 좋고 제 8 도에 나타낸 바와 같이 예를 들면 그 단면이 정방형인 직방체로 하고 그 면이 x축, y축의 각각의 축에 평행한 기준면으로 한 경우에 대해서 설명한다.
따라서 상부 레이저 거리측정계(10) 및 하부 레이저 거리측정계(20)로 샘플링된 거리측정값(L1n,L2n)과, 동시에 검출된 상부 레이저 거리측정계 위치검출기(17)와 하부 레이저 거리측정계 검출기(27)에 의한 위치신호(P1n,P2n), 상부 레이저광 조사각도 검출기(14), 하부 레이저광 조사각도 검출기(24)에 의한 각도신호 θ1n,θ2n의 측정 데이터를, 각 측정점의 x-y좌표에 의한 공간좌표(x1n,y1n)(x2n,y2n)으로서(제 9 도 참조), 각각 하기(29)~(32)식에 의해서 구한다. 또한 각도신호 θ1n,θ2n은 H형강(1)에서의 각도신호 θ1,θ2과 동일하게 된다.
x1n=P1n+L1n·cosθ1n(29)
y1n=L1n·sinθ1n+kn(30)
x2n=P2n+L2n·cosθ2n(31)
y2n=L2n·sinθ2n(32)
여기에서 n은 측정의 시계열인 샘플링주기에 대응하는 수이고, kn은 하부 레이저 거리측정계(20)를 기준으로하여 상부 레이저 거리측정계(10)의 y좌표를 수정하는 항이다. 이 중에서 위치신호(P1n,P2n)과 각도신호(θ1n,θ2n)에 의해 절대위치에 고정하고 있는 교정조각(50)의 x축평행, y축에 평행한 교정면의 측정점을 추출한다(제 10(a)도 참조).
또한 교정조각(50)에서의 측정점은 10점/면 이상을 확보하는 것이 바람직하다. 그것을 위해서는 상부 레이저 거리측정계(10) 및 하부 레이저 거리측정계(20)의 왕로 및 복로의 이동방향으로 평행한 각 변의 길이(h)를 하기 식(18)식에서 구하는 것이 좋다.
h10×Vmax/Tmin (33)
여기에서 Vmax는 각 레이저 거리측정계의 최대이동속도, Tmin은 데이터 샘플링 최소시간이다.
그런데 교정조각(50)의 각 면의 측정점은 x-y방향으로 레이저 거리측정계와 다른 기계의 오차를 포함하기 때문에 그들을 연결한 프로필은 평탄하게 되지 않는다. 따라서 x축에 평행한 교정면의 측정점의 y좌표의 평균값을 구하여 기준 y축의 좌표 y0와의 편차 Δy0을 구한다. 또한 y축에 평행한 면에 대하여 마찬가지로 편차 Δx0를 구한다.
이들 편차 Δx0, Δy0를 레이저 거리 측정계마다 또는 측정변경할 때마다 Δx1Δy1으로 산출하여 측정좌표를 보정한다. 보정한 후의 측정점을 샘플링한 순서대로 선으로 연결하여 프로필을 작성하고 각 레이저 거리측정계 혹은 각 측정조건마다의 프로필을 동일의 x-y좌표에 그리면 동일측정면 프로필이 일치하여 정밀도가 높은 단면프로필이 얻어진다.
또한 교정편(50)의 측정에서 왕로주행시와 복로주행시에 측정된 표면프로필의 좌표축에 어긋남이 발생한 경우는 제 10(b) 도에 나타낸 바와 같이 각각의 편차 Δx, Δy를 구하여 측정좌표를 보정해주도록 하면 좋다.
제 11 도는 2대의 상부 레이저 거리측정계(10) 및 하부 레이저 거리측정계(20)를 사용하여 복로의 H형강(1) 및 교정편(50)의 측정프로필을 나타낸 것으로 (a)는 상부 레이저 거리측정계(10)의 왕로방향을 (b)는 하부 레이저 거리측정계(20)의 왕로방향만을, 또한 (c)는 상부 레이저 거리측정계(10)의 복로방향만을, (d)는 하부 레이저 거리측정계(20)의 복로방향만을 각각 나타낸 것이다.
따라서 우선 교정편(50)의 측정프로필에서 x,y축방향의 오프셋량인 편차 Δx0, Δy0을 구하고 이들을 사용하여 제 1 실시예에서 각 공간좌표(x1, y1), (x2, y2), (x3, y3), (x4, y4)를 보정하고 그 후 합성하여 잘 일치한 단면 형상 프로필을 얻는 것이 가능하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 H형강의 단면치수 측정방법 및 장치에 의하면 H형강의 상하에 마주하는 방향으로 설치한 2대의 레이저 거리측정계를 사용하여 수평방향으로 왕복이동시키면서 단면치수를 측정하도록 한 것이므로 온라인으로 자동적으로 H형강의 단면형상을 정밀도 좋게 구할 수 있다. 이것에 의해서 제품의 품질, 수율의 향상에 크게 기여한다.

Claims (4)

  1. 압연도중의 중간제품 형강의 단면치수를 측정하는 데 있어서, 형강의 상하방향으로 대향하게 설치된 2대의 레이저 거리측정계를, 동시에 형강의 반송라인을 가로질러 수평방향으로 이동시키면서 형강의 단면치수를 측정하는 방법으로 왕로주행시에 레이저 거리측정계에서 소정의 각도로 레이저광을 조사하여, 상기 레이저 거리측정계의 위치 및 형강까지의 거리와 그 조사각도를 측정하는 단계와; 복로주행시에 상기 레이저광의 조사각도를 변경하여 레이저광을 조사하여 상기 레이저 거리측정계의 위치 및 형강까지의 거리와 그 조사 각도를 측정하는 단계와; 이들 측정정보로부터 형강의 동일부분에서 측정정보를 선정하여 그들의 측정정보가 일치하도록 형강 단면의 공간좌표를 출력하는 단계 및; 이 공간좌표에서 형상정보를 연산하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 형강의 단면치수 측정방법.
  2. 제1항에 있어서, 압연 도중의 중간제품 형강의 측면방향에 단면치수가 이미 알려진 교정조각을 설치하여, 상기 레이저 거리측정계를 수평방향으로 왕복이동시키면서 형강과 마찬가지로 교정조각까지의 거리를 측정하는 단계과; 이들의 측정정보로부터 왕복이동시 공간좌표사이의 편차를 구하는 단계 및 이 공간좌표의 편차를 사용하여 상기 형강의 공간좌표를 보정하는 단계를 부가한 것을 특징으로 하는 형강의 단면치수 측정방법.
  3. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 형강이 H형강인 것을 특징으로 하는 형강의 단면치수 측정방법.
  4. 형강의 반송라인을 덮도록 문형상의 가대를 설치하고, 상기 가대내를 통과하는 형강의 상측에 경사를 조절할 수 있게 설치된 형강까지의 거리를 측정하는 상부 레이저 거리측정계와, 상기 상부 레이저 거리측정계로부터의 레이저광 조사각도를 검출하는 상부 레이저광 조사각도 검출수단과, 상기 상부 레이저 거리측정계 및 상부 레이저광 조사각도 검출수단을 수납하여 수평방향으로 이동할 수 있게 하는 상부 레이저 거리측정계 이동수단과; 상기 상부 레이저 거리측정계의 위치를 검출하는 상부 레이저 거리측정계 위치검출수단과; 형강의 하측에 상기 상부 레이저 거리측정계에 대향하는 방향으로 하여 경사를 조절할 수 있게 설치된 형강까지의 거리를 측정하는 하부레이저 거리측정계와; 상기 하부 레이저 거리 측정계로부터의 레이저광 조사(照射)각도를 검출하는 하부 레이저광 조사(照射)각도 검출수단과; 상기 하부 레이저 거리측정계 및 하부 레이저광 조사(照射)각도 검출수단을 수납하여 수평방향으로 이동할 수 있게 하는 하부 레이저 거리측정계 이동수단과; 상기 하부 레이저 거리측정계거계의 이동위치를 검출하는 하부 레이저 거리측정계 위치검출수단과; 상기 상부 레이저 거리측정계의 이동위치를 검출하는 하부 레이저 거리측정계 위치검출수단과; 상기 상부 레이저 거리측정계 이동수단 및 하부 레이저 거리측정계 이동수단의 주행시에 상기 상부 레이저 거리측정계의 위치, 거리 및 조사각도의 측정값과 상기 하부 레이저 거리측정계의 위치, 거리 및 조사각도의 측정값을 각각 위치를 같이 하여 얻어진 형강의 공간좌표에서 형강의 단면형상 프로필을 구하고, 이 단면형상 프로필에서 형강의 단면치수를 연산하는 단면형상 연산장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 형강의 단면치수측정 및 장치.
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