KR100314850B1 - 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로에서 제조된 고온의 용선을 전로로 수송하기 위한 토페도카(Torpedo Ladle Car)의 외벽의 열화상을 적절히 측정하여 기록하기 위한 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법에 관한 것으로, 주행하는 발열물체, 즉 토페도카의 외벽 열화상을 적외선카메라로 측정하고, 측정된 열화상중에 발열물체의 외형에 대응해서 복수의 판정포인트를 만들며, 열화상에서 구해진 각 판정포인트의 온도가 모두 미리 설정된 온도범위내에 있는 경우에만, 측정된 열화상을 화상처리하여 기록장치에 기록하므로써, 토페도카의 외벽 열화상을 통상의 주행속도를 유지한 채로 정확하게 측정하여 기록할 수가 있고 토페도카 내장 내화물의 적정한 관리가 달성 가능하다.

Description

발열물체의 열화상 측정 및 기록방법

본 발명은 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법에 관한 것으로, 특히 고로에서 제조된 고온의 용선을 전로로 수송하기 위한 토페도카(Torpedo Ladle Car)의 외벽의 열화상을 적절히 측정하여 기록하기 위한 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법에 관한 것이다.

용선을 수송하는 어뢰형의 토페도카에는 내화물이 내장되어 있는데, 내장된 내화물에 결함이 생기거나 내장 시공이 부적절한 경우에는 내화물이 국부적으로 침식되어 용선이 유출되는 사고를 일으킬 우려가 있다. 또한 용선중의 슬라그와의 접촉부분 및 유동용선과 접촉하는 부분은 다른 부분과 비교해서 내화물의 손모가 일어나기 쉽기 때문에 과도한 손모가 일어나기 전에 내장 내화물의 보수를 행하는 것이 필요하다.

종래 내장 내화물의 손모상태를 확인하기 위하여 토페도카의 내벽면을 목시관찰하는 방법이 행해졌지만, 용선을 제거하고 온도를 낮춘 상태에서 관찰하지 않으면 안되기 때문에 검사준비에 많은 시간이 소요되고, 연속조업에 있어서 생산성을 저하시키며 검사작업도 매우 힘이 든다.

그래서 토페도카의 외벽 온도분포를 측정하고 비정상적으로 온도가 높은 부분을 내장 내화물의 손모부분으로 판정하는 방법도 행해지고 있다. 토페도카 외벽 온도분포측정에는 적외선카메라가 사용되어 지고 있고, 온도분포의 측정은 적외선카메라 시야내에 토페도카가 들어오도록 토페도카를 정지시켜서 수동으로 셧터를 동작시키기도 하고 혹은 저속으로 주행하고 있는 토페도카를 광센서 등으로 검지해서 셧터를 동작시키는 것에 의해 열화상을 측정해서 측정된 열화상을 화상처리장치를 통해 해석하는 수법에 의해 행해지고 있다.

그러나, 토페도카를 정지시키거나 저속으로 주행시키기 위해서 시간적 손실이 발생되고 셔터를 동작시키기 위해서 인력이 확보되어야 하는 문제점이 있다. 또한 광센서를 이용한 경우에는 토페도카형상에 의한 오신호가 발생하는 경우도 있고 복수의 토페도카가 연결되어 주행하고 있는 경우는 각 토페도카의 인식이 어려운 문제점도 있다. 그리고 광센서의 신뢰성을 높이기 위하여 여러개의 광센서를 시행착오적으로 배치할 필요가 있기 때문에 장치구성이 복잡하게 되거나 센서의 유지관리가 번잡하게 되는 등의 문제점이 많다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 토페도카(Torpedo Ladle Car)의 외벽 온도분포를 측정하여 비정상적으로 온도가 높은 부분을 내장내화물의 손모부분으로 판정하는 방법에 있어서, 토페도카를 정지시키거나 저속으로 주행시키거나 하지 않고 통상 주행중에 토페도카만 식별해서 토페도카 외벽 열화상을 자동적으로 측정하여 기록하는 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 더 나아가 토페도카만이 아니고 주행하고 있는 전체의 발열물체의 외벽온도 분포를 적절히 측정하여 기록하기 위한 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1실시예의 장치구성을 나타낸 개략도이다.

도 2는 토페도카(Torpedo Ladle Car)의 열화상중에 설정되어진 판정포인트를 나타낸 것이다.

도 3은 도 2의 각 판정포인트에 있어서 화소의 배치를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 제2실시예의 장치구성을 나타낸 개략도이다.

도 5는 토페도카의 열화상중에 설정된 판정포인트를 나타낸 것이다.

도 6은 도 5의 각 판정포인트에 있어서 화소의 배치를 나타낸 것이다.

도 7은 도 4 내지 도 6을 기초로 한 열화상측정에 있어서, 시간경과에 따라 인식함수치를 표시하는 것이다.

도 8은 제2실시예에 있어서 토페도카 외벽의 열화상측정 및 기록시스템의 동작을 표시한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 적외선카메라 1A: 적외선카메라

1B: 적외선카메라 2: 열화상처리 및 기록장치

3: 토페도카 4: 기관차

5A: 광센서(투광기) 5B: 광센서(수광기)

6A: 광센서(투광기) 6B: 광센서(수광기)

7: 차체번호인식 안테나 8: 도로

9: 트럭, 자동차

상기의 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명에 의한 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법은, 적외선카메라에 의해 측정된 열화상중에 발열물체의 외형에 대응해서 복수의 판정포인트를 설정하고 열화상으로부터 구한 각 판정포인트의 온도가 모두 미리 설정된 온도범위에 있는 경우만 측정되어진 열화상을 화상처리하여 기록장치에 기록하는 것을 기본적인 특징으로 한다.

또한, 판정포인트의 화소수를 적외선카메라가 열화상을 1프레임 읽을 사이에 이동하는 발열물체의 열화상의 화소수보다 크게 설정함과 동시에 열화상으로부터 얻어지는 판정포인트의 각 화소 온도중의 특정치를 각 판정포인트의 온도로 하고, 판정포인트의 온도가 모두 사전에 설정된 온도범위에 있는 경우에만 측정된 열화상을 화상처리하여 기록장치에 기록하는 것을 제2의 특징으로 한다.

그리고 판정포인트의 화소수를 적외선 카메라가 열화상을 1프레임 읽을 사이에 이동하는 발열물체의 열화상의 화소수보다 크게 설정함과 동시에 열화상으로부터 얻어지는 판정포인트의 각 화소 온도중의 최고치를 각 판정포인트의 온도로 하고 판정포인트의 온도가 모두 사전에 설정된 온도범위에 있는 경우에만 측정된 열화상을 화상처리하여 기록장치에 기록하는 것을 제3의 특징으로 한다.

더욱이 주행하는 발열체가 복수가 있고 이들 발열체의 열화상을 측정하는 적외선카메라가 각각 다른 경우 주행하는 발열물체가 각 발열물체의 열화상을 측정해야 하는 적외선카메라 시야내에 있는 것을 미리 검지하기 위한 검지센서를 발열물체의 주행도상에 배치하는 것을 제4의 특징으로 한다.

본 발명에 의한 발열물체의 열화상측정 기록방법은, 또 주행하는 발열물체가 토페도카(Torpedo Ladle Car)인 것, 혹은, 주행하는 발열물체가 토페도카이고 이 경우 미리 설정된 온도범위가 200∼500℃인 것으로 한다.

예를 들면 발열물체를 토페도카로 해서 본 발명을 설명하면 먼저 전방을 주행 통과하는 토페도카의 1대분이 적외선카메라의 시야내로 들어오도록 적외선카메라의 토페도카로부터의 거리를 결정하고 적외선카메라로 열화상을 연속측정한다.

열화상의 연속측정을 행하는 적외선카메라의 사야내에는 토페도카 이외에도 적외선 카메라 전방을 주행, 통과하는 각종 발열물체, 예를 들면 토페도카가 주행하는 레일의 후방에 도로가 있는 경우에는 고온의 강재를 적재한 트럭 등이 빈번히 주행한다. 토페도카를 견인하는 기관차 자체도 발열물체이다. 이와 같은 상황하에서 토페도카와 기타 발열물체와를 구별하고 여러대가 연결되어 있는 토페도카도 한 대마다 식별해서 적외선 카메라 시야내의 특정위치, 예를들면 중앙부에 토페도카가 도달한 순간에 그 외벽 열화상을 측정, 기록한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예의 구성 및 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 열화상의 측정 및 기록을 위한 바람직한 장치구성의일실시예를 도시한 것이다. 도 1에서 도시한 바와 같이, 복수대의 토페도카(3)이 기관차(4)에 견인되어 레일위를 주행한다. 적외선카메라(1)는 1대의 토페도카가 적당한 크기로서 시야에 들어오는 위치에 설치되어 진다. 2는 측정된 열화상을 처리하여 기록하기 위한 화상처리 및 기록장치이다. 토페도카가 1대인 경우에도 이 장치구성은 변하지 않는다. 8은 레일 후방에 있는 도로이고, 고온강재 등, 발열물체를 적재한 트럭, 자동차(9) 등이 왕래하고 있다.

본 발명에 의한 발열물체의 식별은 발열물체의 형상과 외벽온도범위를 조합하여 행한다. 적외선카메라에 의해 측정된 열화상중에 발열물체 외형에 대응하는 복수의 판정포인트를 설정한다. 도 2는 적외선카메라로 측정된 토페도카 열화상중에 토페도카형상에 대응해서 설정되어진 판정포인트를 나타낸 것으로 예를들면 이 열화상중에 25개의 판정포인트(K1∼K25)를 설정한다.

도 3은 도 2의 각 판정포인트에 있어서 화소의 배치를 나타낸 것으로, 각 판정포인트는 예를들면 가로 5, 세로 3, 합계 15화소(열화상 구성화소)로 구성되어 있고 판정포인트의 각 화소의 온도(T1,1∼T5,3) 중의 특정치 예를들면 최고치(max, Ti,j)를 당해 판정포인트의 온도(Tk)로 한다.

토페도카의 외벽온도는, 내화물의 두께가 많이 있으면 통상 200∼300℃ 정도이지만, 내화물의 손모가 진행되어 두께가 감소하면 400∼500℃의 정도로 상승하기 때문에 토페도카의 외벽온도를 200∼500℃의 온도범위에 있는 경우만, 토페도카가 적외선카메라의 시야내에 들어왔다라고 인식하고 측정된 열화상을 화상처리 및 기록장치에 기록한다.

구체적으로는, 각 판정포인트 K에 대하여 각 판정포인트 K의 Tk가 설정온도 200∼500℃ 범위내에 있는 경우에는 Uk=1로 하고 200∼500℃ 범위를 벗어나는 경우에는 Uk=0으로 하여 판정함수를 설정하고, 전체판정 포인트에 있어서 X를 인식함수로 해서 X=∑Uk=25이면 토페도카가 적외선카메라내에 들어왔다라고 인식해서 열화상을 기록하고, X〈25 이면 토페도카로 인식하지 않고 다음 프레임의 열화상을 측정하는 것으로 한다.

적외선카메라는 매초 10프레임(동화상을 구성하는 단위가 되는 정지화상)의 열화상을 측정할 수 있다. 토페도카의 주행속도는 1m/초 정도이기 때문에 적외선카메라가 1프레임의 열화상을 측정하는 사이에, 토페도카는 10cm 이동한다. 토페도카의 동체의 길이가 화면에 꽉 차도록 적외선카메라를 설치한다.

열화상은 예를들면 가로 320, 세로 240의 화소로 구성되어 있기 때문에 1화소 상당의 크기는 1500cm/320 = 4.6cm, 1프레임을 읽어들일 사이에 이동하는 토페도카의 이동거리는 10cm/4.6cm = 2.1 화소분이 된다. 따라서 토페도카의 주행방향에 있어서 판정포인트의 화소수를 적외선카메라가 열화상을 1프레임 읽어들일 사이에 이동하는 발열물체의 열화상 화소수보다 크게 설정하므로서 1프레임 열화상을 측정중에 토페도카 이동의 영향을 받는 것을 회피할 수가 있다. 예를들면 판정포인트의 화소수를 가로 3 화소, 세로 3화소로 한다.

이하 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 장치구성을 나타낸 개략도이다. 도 4에서 도시한 바와 같이 레인1 및 레인2 위를 기관차(4)에 견인된 토페도카(3)이 교대로 주행한다. 2대의 적외선카메라(1A, 1B)가 레일을 사이에 두고 배치되어 있어 기관차(4)에 견인되어 적외선카메라(1A, 1B)앞을 통과하는 토페도카(3)의 외벽 열화상을 토페도카(3)의 양측면에서 측정한다. 2는 적외선카메라로부터 구해진 열화상신호를 처리하여 기록하는 열화상처리 및 기록장치이다.

이 경우 토페도카(3)이 레인1의 위를 주행할 때는 적외선카메라(1A)가 판정용 카메라로 되고 토페도카(3)이 레인2를 주행할 때는 적외선카메라(1B)가 판정용 카메라가 되는 것으로 한다.

토페도카의 벽 온도분포측정은 토페도카(3)이 용선을 적재해서 제강공장에 이동할 때에 해야하기 때문에 토페도카주행 도상에 광센서(5A(투광기), 5B(수광기), 6A(투광기), 6B(수광기))를 배치하고 주행해오는 토페도카가 그 열화상을 측정해야 하는 적외선카메라의 시야내에 들어오는 것을 미리 검지한다.

광센서(5A, 5B)가 토페도카를 검지한 경우는 적외선카메라(1A)를 판정카메라로 하고 광센서(6A, 6B)가 토페도카를 검지한 경우는 적외선카메라(1B)를 판정카메라로 한다. 레일 근방에는 토페도카의 차체번호를 식별하기 위하여 무선장치 안테나(7)가 설치되어 있고, 측정한 열화상 데이터파일과 토페도카종류 및 식별번호를 확실히 대응시키는 것이 되도록 되어 있다.

도 5는 토페도카의 열화상중에 토페도카의 외벽에 대응해서 설정된 판정포인트를 나타낸 것이다. 토페도카외형에 따라 판정포인트를 12포인트 배치하고, 각 판정포인트는 도 6에 표시한 것처럼 가로 3, 세로 3의 9화소로 구성했다. 열화상은 가로 320, 세로 240의 화소이므로 판정포인트의 배치좌표는 표1과 같다.

판정포인트 No	X 좌표	Y 좌표
123456789101112	100260100140180220260100140180220260	8080100100100100100120140140140120

판정포인트의 크기(화소수)는, 앞에서 서술한 것과 같이 1프레임의 열화상을 측정하는 사이에 이동하는 토페도카의 이동거리(10cm), 토페도카의 동체길이(1500cm)를 고려하면은 1화소 상당의 크기, 1500cm/320화소 = 4.6cm/1화소, 1프레임의 열화상을 읽어 들이는 사이에 이동하는 토페도카의 이동거리 10cm는, 10cm/4.6cm/1화소 = 2.1화소로 되므로 1프레임의 열화상을 측정중에 토페도카에 이동영향을 받지 않도록 횡3, 종3의 9화소로 했다.

도 7은 적외선카메라로 토페도카 외벽의 열화상을 연속적으로 측정한 경우에는 시간경과에 따라 인식함수 X(X=∑Uk, Uk는 판정함수로서, 화상처리 및 기록장치(2)를 이용하여 열화상에서 구해진 온도가 200∼500℃ 범위내이면 Uk=1이고, 200∼500℃의 범위의 밖이면 Uk=0이다)의 표시예이고, ①은 토페도카를 견인하는 기관차의 신호, ②, ③은 토페도카의 신호이다. ④, ⑤는 외부를 주행하는 자동차, 트럭 등 토페도카 이외의 노이즈이다.

토페도카외벽 열화상의 연속측정에서는, 인식함수가 X가 12일 때, 토페도카가 적외선카메라 화면 중앙부를 통과할 것으로 해서 측정된 토페도카양 외측면의열화상을 정확히 읽어 차체번호인식 안테나(7)에서 정보와 함께 화상처리 및 기록장치(2)에 기록한다. 도 8은 제2실시예에 있어서 토페도카외벽의 열화상측정 및 기록시스템의 동작을 흐름도로 표시한 것이다. A는 레일1을 주행하는 토페도카, B는 레일2를 주행하는 토페도카이다. 먼저 판정포인터의 위치와 구성화소수 및 토페도카식별온도 등의 파라미터를 설정한다(S81). 토페도카의 진입여부를 검사하기 위하여 광센서를 체크하여(S82), 광센서(A)가 온이면 적외선카메라(1A)를 판정용 카메라로 사용하고(S83A) 광센서(B)가 온이면 적외선카메라(1B)를 판정용 카메라로 사용한다(S83B). 적외선카메라는 초당 10프레임을 촬영하며 프레임당 320*240개의 화소를 갖는다. 판정용 카메라의 열화상을 화상처리장치에서 읽어 들여 각 판정포인트의 온도 Tk를 측정하여 Tk가 200∼500℃의 범위인가를 체크한다(S83). 각 판정포인트에 대하여 판정포인트의 온도 Tk가 200∼500℃의 범위내이면 Uk=1의 판정함수치를 설정하고(S85A) 200∼500℃의 범위밖이면 Uk=0의 판정함수치를 설정한다(S85B). S85A와 S86B에서 설정된 판정함수치에 대하여 X = ∑Uk의 인식함수를 구하고 구해진 인식함수 X가 12인지를 비교하여(S86) 12이면 적외선카메라 1A 또는 1B의 열화상을 보존하고 차량번호를 읽어들여 측정시간과 함께 헤더로 기록한다(S87). 인식함수 X가 12가 아니면 다음 프레임의 열화상에 대하여 S84-S86의 단계를 반복한다.

본 발명은 주행하는 발열물체의 외벽 열화상을 통상 주행속도를 유지한 상태에서 정확하게 측정하여 기록할 수가 있도록 하므로써, 특히 주행하는토페도카(Torpedo Ladle Car)에 적용할 경우 그 외벽의 온도를 완전 자동으로 측정할 수가 있고 내장 내화물의 적정한 관리를 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 주행중의 발열물체의 외벽 열화상을 적외선카메라로 측정하여 기록하는 방법에 있어서,

   상기 적외선 카메라로 측정된 열화상중에 발열물체의 외형에 대응해서 복수의 판정포인트를 설정하고, 열화상에서 구한 각 판정포인트의 온도가 모두 사전에 설정된 온도범위에 있는 경우에만 측정된 열화상을 화상처리하여 기록장치에 기록하는 것을 특징으로 하는 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 판정포인트의 화소수를, 적외선카메라로 열화상을 1프레임 읽을 사이에 이동하는 발열물체의 열화상 화소수보다 크게 설정함과 동시에 열화상으로부터 얻어지는 판정포인트의 각화소 온도중의 특정치를 각 판정포인트의 온도로 하고, 판정포인트의 온도가 모두 사전에 설정된 온도범위에 있는 경우에만 측정된 열화상을 화상처리하여 기록장치에 기록하는 것을 특징으로 하는 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법.
3. 제1항에 있어서,

   판정포인트의 화소수를, 적외선카메라가 열화상을 1프레임 읽을 사이에 이동하는 발열물체의 열화상의 화소수보다 크게 설정함과 동시에, 열화상으로부터 얻어지는 판정포인트의 각 화소 온도중의 최고치를 각 판정포인트의 온도로 하고, 판정포인트의 온도가 모두 사전에 설정된 온도범위에 있는 경우에만 측정된 열화상을 화상처리하여 기록장치에 기록하는 것을 특징으로 하는 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법.
4. 제1항에 있어서, 주행하는 발열물체가 복수 있고, 그들 발열물체의 열화상을 측정하는 적외선카메라가 각각 다른 경우 주행하는 발열물체가 각 발열물체의 열화상을 측정해야 할 적외선 카메라의 시야내에 들어온 것을 미리 검지하기 위해서 검지센서를 발열물체의 주행도상에 배설하는 것을 특징으로 하는 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법.
5. 제1항 내지 제4항중 어느 하나의 항에 있어서 주행하는 발열물체가 토페도카인 것을 특징으로 하는 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법.
6. 제 5항에 있어서 미리 정해진 온도범위가 200∼500℃인 것을 특징으로 하는 발열물체의 열화상 측정 및 기록방법.

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