KR100523099B1 - 선재압연소재의 단면형상 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선재열간압연기를 통과하는 압연소재의 단면형상을 측정하여 압연소재 표면의 주름흠 발생을 저감시킬 수 있는 단면형상 측정방법에 관한 것으로서, 상기 압연소재에 레이저빛을 주사하여 상기 압연소재의 표면윤곽을 이미지화시키는 단계와, 주사된 레이저빛을 카메라로 촬영하여 이미지화된 표면윤곽을 판독하는 단계로 이루어지고, 상기 표면윤곽을 판독하기 전에 복수개의 기준 좌표점을 갖는 카메라 교정시트를 상기 카메라로 촬영하여 상기 기준 좌표점에 대응하는 복수개의 측정 좌표점을 갖는 카메라 영상을 얻고, 상기 카메라 교정시트의 기준 좌표점과 대응하는 상기 카메라 영상의 측정 좌표점을 비교하여 상기 카메라에 의해서 얻어지는 이미지 왜곡량을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하므로, 선재열간압연 중에 얻어지는 압연소재의 단면형상에 따라서 압연롤의 롤갭을 조정함으로써 주름흠 또는 압연불량이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

선재압연소재의 단면형상 측정방법{Method for measuring the sectional shape of the rolled bar}

본 발명은 선재, 형강, 파이프 등을 생산하는 선재열간압연공정의 각 열간압연기를 통과하는 압연소재의 단면형상을 측정하기 위한 방법에 관한 것이고, 더 상세하게는 선재열간압연공정에서 압연소재의 계측된 단면형상에 따라 압연롤의 롤갭을 변경시킴으로써 야기될 수 있는 압연중 압연소재의 주름흠 또는 표면흠을 저감시키기 위하여 압연중 압연소재의 단면형상을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열간압연공정은 강편 또는 연주공정에서 제조된 빌렛과 같은 압연소재를 복수개의 열간압연기의 압연롤에 강제로 통과시켜 선재, 형강, 파이프 등과 같은 소정 형상의 강재를 생산하는 공정이다. 그리고, 이러한 열간압연공정을 수행하기 위하여, 복수개의 열간압연기를 통과하는 압연소재의 압연율을 산출한다. 즉, 열간압연기를 통과할 때 수축되는 압연소재의 단면감소율을 예측하여 원하는 형상의 강재를 생산하게 된다.

한편, 선재열간압연공정에서는 압연롤 표면에 일정형상 및 크기의 공형을 가공하여 최종 원하는 크기의 소재에 따라 각각의 직렬압연기의 압연속도가 정해진다. 그러나, 실제 소재의 단면형상의 불량에 따라 최종소재의 표면흠이 지속적으로 발생되고 있는 실정이다.

한편, 상술된 바와 같이 압연소재의 압연율을 예측하여 배치되는 열간압연기에 의해서 소정형상의 단면을 갖는 강재를 얻는 경우에, 실제로 열간압연기의 압연롤을 통과하는 압연소재의 단면이 원하는 형상으로 압연되는 지 여부를 알 수 없다.

따라서, 연속열간압연공정을 중단시킬 수 있는 압연불량이 열간압연 도중에 어떠한 원인에 의하여 발생하는 지를 알 수 없으므로, 추후에 동일한 원인에 의하여 압연불량이 발생하여도 이를 개선시킬 수 있는 방안이 제시되지 못하고 또한 압연불량이 발생하여 연속압연공정이 중단되는 사태가 추후에도 발생될 수 있다는 문제점이 야기된다.

즉, 압연소재의 연속열간압연은 직렬로 배열된 29개의 열간압연기에 상기 압연소재를 통과시킴으로써 이루어진다. 이때, 열간압연기 사이의 간격이 아주 짧으므로, 압연소재는 고속으로 진행되게 된다. 따라서, 압연소재의 열간압연중 압연소재의 단면형상을 관찰하는 것은 현실적으로 불가능하다.

열간압연중 압연소재의 단면형상을 이상적으로 가정하여 압연속도 및 롤갭을 조정하여 압연하게 된다. 그러나, 이와 같은 부정확한 압연조건으로 인하여 최종 제품인 강재의 표면에 주름흠 등의 압연흠이 존재하게 된다. 특히, 압연기 입측 및 출측에 있어서 압연소재의 단면형상을 실제로 계측하지 않고 압연롤에 의해 가공되는 공형 형상만으로 추측된 부정확한 압연소재의 단면형상으로 인하여 연속열간압연시 압연소재의 주름흠 등이 발생되어 압연불량을 야기시킨다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 선재의 연속열간압연시 실제소재의 계측된 단면형상에 의한 압연롤의 롤갭을 변경할 때 압연중 발생되는 압연소재의 주름흠 및 표면흠을 저감시킬 수 있는 압연소재의 단면형상 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 선재열간압연기를 통과하는 압연소재의 단면형상을 측정하여 압연소재 표면의 주름흠 발생을 저감시킬 수 있는 단면형상 측정방법은 상기 압연소재에 레이저빛을 주사하여 상기 압연소재의 표면윤곽을 이미지화시키는 단계와, 주사된 레이저빛을 카메라로 촬영하여 이미지화된 표면윤곽을 판독하는 단계로 이루어지고, 상기 표면윤곽을 판독하기 전에 복수개의 기준 좌표점을 갖는 카메라 교정시트를 상기 카메라로 촬영하여 상기 기준 좌표점에 대응하는 복수개의 측정 좌표점을 갖는 카메라 영상을 얻고, 상기 카메라 교정시트의 기준 좌표점과 대응하는 상기 카메라 영상의 측정 좌표점을 비교하여 상기 카메라에 의해서 얻어지는 이미지 왜곡량을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명에 따르면, 압연소재의 연속열간압연시 압연소재의 주름흠 등의 표면흠 및 압연불량을 방지하기 위하여 압연중 압연소재의 단면형상을 측정하고, 측정된 결과에 따라 압연롤의 롤갭을 조정함으로써 원하는 단면형상의 강재를 생산한다.

이때, 압연롤을 통과하는 압연소재의 단면형상은 다음과 같이 측정된다. 즉, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 선행압연기(1)의 배출단 근처에 위치하는 표면형상 이미지화수단(14)이 압연소재(3)의 표면에 레이저빛을 주사하여 압연소재(3)의 표면윤곽을 이미지화한다. 그리고, 이미지화수단(14)으로부터 소정간격으로 이격되어 후행압연기(2)의 장입단 근처에 위치하고 복수개의 카메라로 이루어진 판독수단(16)에 의해서 이미지화수단(14)에 의하여 이미지화된 압연소재(3)의 표면윤곽을 판독한다.

즉, 가열상태로 압연기(1, 2)를 통과하는 압연소재(3)의 표면의 수직방향으로 표면형상 이미지화수단(14)으로부터 선형의 녹색 레이저빔을 주사하면, 압연소재(3)의 표면 상에 선상의 녹색띠가 나타나게 된다. 이때, 판독수단(16)을 구성하는 복수개의 카메라는 상기 녹색띠를 관찰하여 압연소재(3)의 표면형상의 이미지를 각각 판독한다. 그리고, 각각의 카메라에서 수집된 압연소재(3)의 표면윤곽 이미지를 상기 제어수단에서 조합하여 해당 압연소재(3)의 단면형상을 구현한다. 이와 같이 구현되는 압연소재(3)의 단면형상을 모니터에 디스플레이시킴으로써, 선행압연기(1)의 작업롤(1a)을 통과하는 압연소재(3)의 압연된 단면형상의 상태를 판단하게 된다.

한편, 상술된 바와 같이 판독수단(16)에 의하여 판독된 압연소재(3)의 표면형상의 이미지는 각각의 카메라에 의해 판독되는 각도만큼 왜곡되므로, 실제 압연소재(3)의 압연된 단면형상은 카메라에 의한 이미지의 왜곡량을 보상함으로써 얻어질 수 있다.

이하, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명에 따라서 카메라에 의한 이미지의 왜곡량을 보상하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 피측정물, 즉 압연소재를 카메라 교정시트(Camera Calibration Sheet)로 가정한다. 압연소재를 압연하기 전에, 압연소재의 단면형상 측정장치 내의 비젼 시스템에서 도 4a에 도시된 바와 같은 카메라 교정시트(22)를 카메라로 촬영하여 도 4b에 도시된 바와 같은 카메라영상(24)을 얻는다. 이때, 카메라영상(24)이 찌그러진 상태로 보이는 것은 소정의 경사각도를 가지고 취부되어 있는 카메라에 의해서 카메라 교정시트(22)가 촬영되기 때문이다.

따라서, 카메라 교정시트(22)에는 소정 갯수, 예를 들어 6개의 기준 좌표점[(X0, Y0), (X1, Y1), (X2, Y2), (X3, Y3), (X4, Y4), (X5, Y5)]이 표기되고, 이들 좌표점은 [mm]단위를 갖는 실측 좌표값이다. 또한, 카메라영상(24)에도 소정 갯수, 예를 들어 6개의 좌표점[(x0, y0), (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3), (x4, y4), (x5, y5)]이 표기되고, 이들 좌표점은 화소[pixel]단위를 갖는 화소 좌표값이다.

이때, 카메라 교정시트(22)의 a₁ 좌표값은 카메라영상(24)의 a₂ 좌표값에 해당한다. 마찬가지 방식에 의해서 카메라 교정시트(22)에 표기된 좌표점 각각의 좌표값은 카메라영상(24)에 표기된 좌표점 각각의 좌표값에 대응한다.

따라서, 카메라 교정시트(22) 상의 패턴과 카메라영상(24) 상의 패턴 사이에서 각각 대응하는 좌표점을 상호매칭시켜 변환행렬을 구함으로써, 카메라의 배치각도에 따른 정보를 얻어낸다.

상술된 바와 같이 판독수단(16)은 4대의 카메라로 구성되어 있으므로, 한장의 카메라 교정시트(22)에 대해 4장의 서로 다른 카메라영상(24)이 얻어진다. 따라서, 카메라영상(24) 각각의 6개 좌표점을 카메라 교정시트(22) 상의 6개 기준 좌표점에 매칭시킴으로써 판독수단(16)을 구성하는 카메라 각각의 배치각도에 대한 정보를 얻을 수 있다.

따라서, 카메라에 의해서 얻어지는 카메라영상(24)에 표시되는 각각의 좌표점을 카메라 교정시트(22)에 표시되는 기준 좌표점으로 보정함으로써 도 4b에 도시된 찌그러진 카메라영상(24)의 형상을 도 4a에 도시된 카메라 교정시트(23)의 정상적인 형상으로 복원시킬 수 있다.

상술된 바와 같이, 카메라에 의한 이미지 왜곡량이 보상된 후에, 표면형상 이미지화 수단(14)으로부터 주사되는 레이저빛에 의하여 진행하는 압연소재의 표면윤곽 이미지화가 형성되고 판독수단(16)의 카메라에 의해서 상기 압연소재의 표면윤곽이 판독된다. 이때, 카메라에 의해서 판독되는 압연소재의 표면윤곽의 왜곡량 보상값에 의해서 보상된다.

한편, 판독수단(16)에 의해서 판독되는 압연소재의 단면형상은 압연소재의 진행방향에 대해 수직으로 측정되어야 정확한 단면형상으로 얻어질 수 있다. 따라서, 압연소재의 진행방향에 대해 수직방향으로 측정되는 단면형상을 얻을 수 있도록 압연기(1, 2) 사이에는 판독수단(16)을 이동시키기 위한 측정 가이드 레일(20; 도 5 참조)이 제공된다. 이때, 가이드 레일(20)은 롤냉각수에 의한 부식을 막기위하여 스테인레스강 재질로 제작된다.

[실시예]

본 발명에 따라서 선재압연중 압연소재의 소재형상을 측정하였다. 이때, 최종 압연소재의 표면에 흠이 탐상되는 경우에 있어서, 조압연열에서 압연소재의 단면형상은 도 6에 나타난 단면형상으로 얻어진다. 즉, 압연롤에 접촉하지 않는 압연소재의 양측면은 오목형상으로 얻어지고, 이는 최종 압연소재에서 주름흠의 발생원인으로 작용한다. 따라서, 이와 같이 압연중에 이러한 단면형상이 얻어지면, 이는 최종 압연소재에 있어서 주름흠을 야기시킬 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 압연롤의 롤갭을 조정한다. 즉, 본 발명에 따라서 현재 압연소재의 단면형상을 실제로 측정하고, 그 측정결과를 토대로 롤갭 및 공형 형상을 변경함으로써 소재표면의 주름흠 발생빈도를 최소화시킬 수 있다.

도 7은 본 발명에 따라서 개선된 압연소재 단면형상의 측정사진이다. 이는 도 6에 나타난 단면형상보다 양측면이 오목하지 않기 때문에 선재압연으로 인한 소재표면에서의 주름흠은 거의 관찰되지 않았다.

따라서, 롤갭만을 변경하여서 압연소재의 단면형상을 정확히 측정함으로써 도 7에 나타난 바와 같은 양호한 단면형상을 갖는 선재압연을 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 선재열간압연 중에 얻어지는 압연소재의 단면형상에 따라서 압연롤의 롤갭을 조정함으로써 주름흠 또는 압연불량이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따라서 압연소재의 단면형상을 측정하는 장치가 압연소재의 이송경로에 설치된 상태를 도시한 도면;

도 2는 압연소재 단면형상 측정장치의 정면도;

도 3은 압연소재의 단면형상을 측정하는 상태를 도시한 도면;

도 4a는 카메라 교정시트의 좌표점을 나타낸 도면, 도 4b는 카메라 영상의 좌표점을 나타낸 도면;

도 5는 단면형상 측정장치의 이동용 가이드 레일이 압연기 사이에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면;

도 6은 본 발명에 따라서 주름흠이 발생된 압연소재의 압연중 단면형상을 나타낸 사진;

도 7은 본 발명에 따라서 주름흠 제거를 위한 롤갭 변경에 따른 압연중 압연소재의 단면형상을 나타낸 사진.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 단면형상 측정장치

14 : 표면형상 이미지화수단

16 : 판독수단

20 : 가이드 레일

22 : 카메라 교정시트

24 : 카메라 영상

Claims (3)

1. 선재열간압연기를 통과하는 압연소재의 단면형상을 측정하여 압연소재 표면의 주름흠 발생을 저감시킬 수 있는 단면형상 측정방법에 있어서,

   상기 압연소재에 레이저빛을 주사하여 상기 압연소재의 표면윤곽을 이미지화시키는 단계와,

   주사된 레이저빛을 카메라로 촬영하여 이미지화된 표면윤곽을 판독하는 단계로 이루어지고,

   상기 표면윤곽을 판독하기 전에 복수개의 기준 좌표점을 갖는 카메라 교정시트를 상기 카메라로 촬영하여 상기 기준 좌표점에 대응하는 복수개의 측정 좌표점을 갖는 카메라 영상을 얻고, 상기 카메라 교정시트의 기준 좌표점과 대응하는 상기 카메라 영상의 측정 좌표점을 비교하여 상기 카메라에 의해서 얻어지는 이미지 왜곡량을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압연소재의 단면형상 측정방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 레이저빛은 상기 압연소재의 표면에 대해 수직방향으로 주사되는 것을 특징으로 하는 압연소재의 단면형상 측정방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 카메라 교정시트의 기준 좌표점과 상기 카메라 영상의 측정 좌표점의 비교결과 얻어진 왜곡량 보상치를 상기 카메라에 의해서 얻어지는 상기 압연소재의 표면윤곽에 적용하는 단계와,

   왜곡량 보상치가 적용되는 표면윤곽의 데이타에 의하여 상기 압연기의 롤갭을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압연소재의 단면형상 측정방법.