KR100403472B1 - 스테인레스 브이오디공정에서의 나탕 면적 측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융된 스테인레스를 정련함에 있어서, 용융된 스테인레스 상부에 형성된 나탕의 면적을 측정하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 스테인레스 VOD(Vacuum Oxygen Decarbonization)공정에서의 나탕 면적 측정장치에 있어서, 용융된 스테인레스(3)를 수용하는 용광로(1)의 상부에 설치되어 용융된 스테인레스(3)의 상부를 촬상하는 다수 개의 카메라(15L, 15R)와, 다수 개의 카메라(15L, 15R)에 연결되어 다수 개의 카메라(15L, 15R)로부터 입력된 영상데이터를 이용하여 나탕의 면적을 계산하며 계산된 나탕의 면적 값을 출력하는 영상처리수단(20)과, 영상처리수단(20)에 연결되어 있으며 영상처리수단(20)으로부터 입력된 나탕의 면적에 따라 용광로(1)의 하부로 공급되는 아르곤가스(7)의 양을 조절하는 제어부(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정장치가 제공된다.

Description

스테인레스 브이오디공정에서의 나탕 면적 측정장치 및 방법{Area measuring apparatus of naked molten metal stainless VOD process and its method}

본 발명은 용융된 스테인레스를 정련함에 있어 발생하는 나탕의 면적을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히, 카메라로 용융된 스테인레스의 상부를 촬상하고 그 영상메세지를 이용하여 나탕의 면적을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

스테인레스 제강 공정에서 스테인레스 내부의 탄소 및 질소를 제거하기 위한 작업은 VOD(Vacuum Oxygen Decarbonization)공정으로 불리는 과정을 통해서 행해진다.

스테인레스는 약 1000도 이상의 온도에서 용융되어 액체상태로 존재하며, 이렇게 용융된 스테인레스의 상면에는 슬래그가 형성된다. VOD공정은 용광로를 진공 상태로 유지한 후, 용융된 스테인레스에 산소를 공급하여 재료에 포함된 탄소 및 질소를 제거하는 공정으로 이 작업을 수행하기 위해서는 용융된 스테인레스의 상면에 형성된 슬래그를 제거해 주어야 한다.

이런 슬래그를 제거하기 위해서 용기 하단에 아르곤(Ar) 가스를 주입하는데,이 때, 형성된 아르곤 방울(Bubble)이 스테인레스 내부를 관통하여 스테인레스 상단으로 올라오게 되면서, 용융된 스테인레스의 상면에 형성된 슬래그 사이로 순수한 스테인레스 표면이 노출되는 나탕이 형성된다.

이 때, 산소를 용융된 스테인레스의 상부에 분사하면, 산소가 재료 중의 탄소와 결합하게 되어 탈탄 작용이 일어난다. 이러한 공정의 핵심은 액체 상태의 스테인레스 표면에 형성된 나탕의 면적과 주입되는 산소의 비율, 그리고, 나탕의 형성을 위해 주입하는 아르곤 가스의 비율 등의 관계를 정확히 알고서 제어하여야 한다. 이와 같이, 알아야 하는 요소들 중에서 나탕의 면적은 탈탄작용에 밀접하게 관련된 중요한 요소로서, 나탕의 면적을 정확하게 측정하여야 한다.

따라서, 나탕 면적은 주입되는 아르곤 가스의 세기 및 가스량을 결정하는 중요 변수로 작용한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 VOD작업 과정을 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 VOD작업 과정에서 용광로의 하부에서 상승하는 가스에 의해 형성된 나탕을 나타낸 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, VOD작업을 수행하는 스테인레스 용광로(1)의 상부에는 CCD카메라(5)가 설치되어 있으며, 이 CCD카메라(5)에서 촬상된 용광로(1)의 상면을 작업자는 모니터(4)로 감시하며, 작업자의 육안으로 용융된 스테인레스(3)의 상부에 형성된 나탕의 면적(9)을 대략적으로 측정한다.

따라서, 작업자마다 육안 측정에 대한 오차값이 크게 발생하며, 그로 인하여 용융된 스테인레스(3)에 장입되는 아르곤가스(7)의 양 및 세기가 변화하게 되어 제품의 품질 등급을 떨어뜨린다는 단점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 용융된 스테인레스의 상부에 형성된 나탕과 슬래그의 영상메세지를 분석하여 정확하게 나탕의 면적을 측정하는 나탕면적 측정장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 VOD(Vacuum Oxygen Decarbonization)작업 과정을 나타낸 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 VOD작업 과정에서 용광로의 하부에서 상승하는 가스에 의해 형성된 나탕을 나타낸 평면도이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 나탕 면적 측정장치의 구성도이고,

도 4는 도 3에 도시된 나탕 면적 측정장치를 이용한 측정방법을 나타낸 흐름도이고,

도 5는 도 3에 도시된 카메라로 스테인레스 상부에 형성된 슬래그와 나탕을 촬상한 영상이고,

도 6은 도 5에서 촬상된 슬래그와 나탕의 온도차에 따른 영상밝기를 나타낸 히스토그램이고,

도 7은 도 3에 도시된 좌우측 카메라로 촬상한 적외선 영상의 한 점을 나타낸 개략도이며,

도 8은 도 4에 도시된 측정방법의 흐름도에서 영상시스템의 원리를 설명하기 위한 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 스테인레스 용광로 3 : 용융된 스테인레스

4, 30 : 모니터 5, 15L, 15R : CCD카메라

7 : 아르곤가스 8 : 슬래그

9 : 나탕 40 : 제어기

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정장치에 있어서, 용융된 스테인레스를 수용하는 용광로의 상부에 설치되어 상기 용융된 스테인레스의 상부를 촬상하는 다수 개의 카메라와, 상기 다수 개의 카메라에 연결되어 상기 다수 개의 카메라로부터 입력된 영상데이터를 이용하여 나탕의 면적을 계산하며 상기 계산된 나탕의 면적 값을 출력하는 영상처리수단과, 상기 영상처리수단에 연결되어 있으며 상기 영상처리수단으로부터 입력된 나탕의 면적에 따라 상기 용광로의 하부로 공급되는 아르곤가스의 양을 조절하는 제어부를 포함하는 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 영상처리수단은 영상메세지 수집장치인 이미지 글래버(Image Grabber)와, 입력된 영상메세지를 이용하여 나탕의 면적을 삼각법으로 계산하는 컴퓨터를 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정방법에있어서, 용융된 스테인레스의 상부의 영상메세지를 입력받아 필터링하는 단계와, 입력된 영상메세지로 슬래그와 나탕을 구분하는 단계와, 스테레오 영상처리법을 이용하여 나탕의 면적을 계산하는 단계 및, 상기 계산된 나탕의 면적을 다른 외부장치로 송신하는 데이터전송단계를 포함하는 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정방법이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정장치 및 방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 나탕 면적 측정장치의 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 나탕 면적 측정장치를 이용한 측정방법을 나타낸 흐름도이고, 도 5는 도 3에 도시된 카메라로 스테인레스 상부에 형성된 슬래그와 나탕을 촬상한 영상이고, 도 6은 도 5에서 촬상된 슬래그와 나탕의 온도차에 따른 영상밝기를 나타낸 히스토그램이고, 도 7은 도 3에 도시된 좌우측 카메라로 촬상한 적외선 영상의 한 점을 나타낸 개략도이며, 도 8은 도 4에 도시된 측정방법의 흐름도에서 영상시스템의 원리를 설명하기 위한 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 스테인레스 VOD공정 중에서 발생하는 나탕 면적 측정장치에는 두 대의 CCD카메라(15L, 15R)가 스테인레스 용광로(1)의 상부에 설치되어 있고, 이런 두 대의 CCD카메라(15L, 15R)에는 영상처리수단(20)이 연결되어 있다. 영상처리수단(20)은 영상처리부인 이미지 글래버(Image Grabber)와 컴퓨터로 구성되며 CCD카메라(15L, 15R)로부터 입력된 영상데이터를 이용하여 나탕(9)의 면적을 계산한다. 그리고, 이런 영상처리수단(20)에는 모니터(30)와 제어기(40)가 연결되어 있는데, 모니터(30)는 CCD카메라(15L, 15R)로부터 송신된 영상데이터 및 나탕(9)의 면적 값 등을 출력하며, 제어기(40)는 영상처리수단(20)에서 계산된 나탕(9)의 면적에 따라 공급되는 아르곤가스(7)의 세기와 량 및 산소의 공급량 및 세기를 조절한다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 두 대의 CCD카메라(15L, 15R)로부터 출력된 영상메세지는 먼저, 잡음 제거와 같은 초기 단계의 처리를 거치게 된다(S1). 필터링된 영상메세지는 슬래그(8)와 나탕(9)의 온도차를 영상으로 변환한 결과를 이용하여 나탕(9)과 슬래그(8)의 영역을 분리한다(S2).

그리고, 두 대의 CCD카메라(15L, 15R)에서 출력된 용융된 스테인레스(3)의 좌, 우측의 영상메세지로부터 변환된 나탕(9)의 영역을 스테레오 계산법에 의해 서로 정합하여 실제적인 나탕(9)의 면적을 계산한다.

그리고, 계산 결과는 인터페이스 장치인 RS232C 또는 네트워크 라인을 통해 주 제어기(40)로 전송된다.

이상과 같이 구성된 스테인레스 VOD공정 중에서 발생하는 나탕 면적 측정장치의 작동관계에 대하여 상세히 설명하겠다.

스테인레스 용광로(1)의 하단에서 아르곤가스(7)가 주입되면, 아르곤가스(7)는 용융된 스테인레스(3)보다 상대적으로 비중이 가벼워 상부쪽으로 상승한다. 상승하는 아르곤가스(7)가 상부로 분출되면서, 용융된 스테인레스(3) 상부에 여러 가지의 찌꺼기가 결합되어 형성된 슬래그(8)층의 일부는 밀리게 된다. 이렇게 밀린 자리에는 용융된 순수한 스테인레스(3) 용액이 위치하게 된 곳이 나탕(9)이다.

이 때, 스테인레스 용광로(1) 상단 좌우측에 설치하는 적외선 필터가 장착된 흑백 CCD카메라(15L, 15R)로 용융된 스테인레스(3)의 상부를 촬상한다. 여기에서 적외선 필터를 사용한 이유는 스테인레스 용탕의 온도가 약 1000도를 넘기 때문에 가시광선 영역보다는 적외선 영역이 나탕(9) 및 슬래그(8) 부분을 측정하기에 용이하기 때문이다.

이렇게 좌, 우측 CCD카메라(15L, 15R)를 통해 얻은 영상메세지는 도 5에 도시된 바와 같은 형태의 영상으로 나타나는데, CCD카메라(15L, 15R)의 렌즈 앞부분에 장착한 적외선 필터를 통해 적외선 영상으로 얻어진다.

이 때, 슬래그(8) 및 나탕(9)의 온도차는 영상에서 밝기 값의 차로 나타나고, 도 6에 도시된 바와 같이, 영상처리수단(20)에서는 영상의 히스토그램을 통해 나탕(9)의 부분과 슬래그(8)의 부분을 정확하게 분리한다.

한편, 영상처리수단(20)에서는 도 5에서와 같은 영상메세지를 상부 왼쪽 점을 (0,0)의 기준점으로 설정하고, 가로축을 X, 세로축을 Y로 좌표 값을 설정한다. 또한, 영상의 밝기는 흑백 영상의 경우에 0에서 255까지 총 256레벨값을 가지게 되며, 히스토그램은 영상 전체에 대해 같은 밝기를 가지는 점들의 개수를 계산해서 얻어진다. 도 6에 도시된 바와 같이, 히스토그램의 나탕(9)의 밝기분포와 슬래그(8)의 밝기분포의 밝기 값의 경계부분을 찾을 수 있는데, 이 부분의 밝기값을 T로 나타냈으며, 이런 T는 나탕(9)과 슬래그(8)를 구분하는 영상 밝기 경계치가 된다. 이 T 값을 기준으로 하여, 이 값 보다 밝은 부분은 나탕이 되며, 이 값 보다 어두운 부분은 슬래그가 된다.

한편, 나탕(9)의 면적은 영상메세지에서 나탕(9)에 해당하는 영역을 계산하여 얻을 수 있다. 그러나, 이 면적 값은 실제 나탕(9)의 면적이 아니라 영상에서 얻은 면적이므로, 실제 면적을 구하기 위해서는 아래에서 설명하는 스테레오 영상 기법을 이용하여야 한다.

한편, 도 7에서 도시된 바와 같이, 용융된 스테인레스(3)의 상면에서 어느 한 점 P(x, z)는 나탕 영역의 한 점에 해당하며, 그 한 점을 좌, 우측 CCD카메라(15L, 15R)로 촬상한 영상메세지는 CCD카메라의 위치에 따라 다르게 나타난다.

이렇게 촬상된 두 영상메세지를 이용하여 도 8에 도시된 바와 같이, 스테레오 영상 시스템의 원리를 이용하여 나탕(9)의 면적을 계산한다.

스테레오 영상을 이용한 실제 좌표 계산은 기본적인 삼각법에 기초를 둔다.

도 8에서 P(x, z)는 대상 물체의 한 점 즉, 나탕(9)의 면적에서의 한 점에 해당하고, b는 두 대의 CCD카메라(15L, 15R)의 중심간의 거리를 나타내고, F는 카메라 렌즈의 초점거리를 나타내고, x_l과 x_r은 좌, 우측 영상 면의 중심에서 물체의 한 점 P에 대응하는 영상 면상에서의 점들(도 7에서 왼쪽 영상의 a와 오른쪽 영상의 b)까지 거리를 나타낸다.

좌, 우측 영상으로부터 다음 수학식1을 통해 나탕의 X, Z값을 계산할 수 있다.

여기에서 d는 좌, 우측 영상에 맺힌 점의 거리 차를 나타내는 값으로 양안(兩眼)차이다.

d는 수학식 2에 의해 계산된다.

한편, y축 좌표 값 또한 x 축 좌표 값 계산과 같은 방법으로 구할 수 있으며, 이렇게 구한 나탕 각 점의 좌표로부터 나탕의 면적을 계산한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정장치 및 방법은 작업자의 육안으로 측정한 나탕의 면적을 2개의 CCD카메라에 의해 얻은 영상메세지를 분석하여 계산함으로 정확한 나탕의 면적을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

정확한 나탕의 면적을 계산함으로써, 용융된 스테인레스의 양을 계산할 수 있으며 이에 따라, 버블링하기 위해 공급되는 아르곤가스의 세기와 양 및 정련하기 위한 산소의 양을 정확하게 결정할 수 있어 원가 절감 및 스테인레스의 품질을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정장치 및 방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

1. 스테인레스 VOD(Vacuum Oxygen Decarbonization)공정에서의 나탕 면적 측정장치에 있어서,

   용융된 스테인레스를 수용하는 용광로의 상부에 설치되어 상기 용융된 스테인레스의 상부를 촬상하는 다수 개의 카메라와,

   상기 다수 개의 카메라에 연결되어 상기 다수 개의 카메라로부터 입력된 영상데이터를 이용하여 나탕의 면적을 계산하며 상기 계산된 나탕의 면적 값을 출력하는 영상처리수단과,

   상기 영상처리수단에 연결되어 있으며 상기 영상처리수단으로부터 입력된 나탕의 면적에 따라 상기 용광로의 하부로 공급되는 아르곤가스의 양을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 영상처리수단은 영상메세지 수집장치인 이미지 글래버와, 입력된 영상메세지를 이용하여 나탕의 면적을 삼각법으로 계산하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징을 하는 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정장치.
3. 스테인레스 VOD(Vacuum Oxygen Decarbonization)공정에서의 나탕 면적 측정방법에 있어서,

   용융된 스테인레스의 상부의 영상메세지를 입력받아 필터링하는 단계와,

   입력된 영상메세지로 슬래그와 나탕을 구분하는 단계와,

   스테레오 영상처리법을 이용하여 나탕의 면적을 하기의 식으로 계산하는 단계 및,

   상기 계산된 나탕의 면적을 다른 외부장치로 송신하는 데이터전송단계를 포함하는 것을 특징을 하는 스테인레스 VOD공정에서의 나탕 면적 측정방법.

   식

   ,,

   여기에서, b는 두 대의 CCD카메라의 중심간의 거리이고, F는 카메라 렌즈의 초점거리이고, x_l과 x_r은 좌, 우측 영상 면의 중심에서 물체의 한 점 P에 대응하는 영상 면상에서의 점까지 거리이며, d는 좌, 우측 영상에 맺힌 점의 거리 차를 나타내는 값.