KR100605708B1 - 쌍롤식 박판 폭방향 온도측정장치 - Google Patents

쌍롤식 박판 폭방향 온도측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판 폭방향 온도측정장치에 관한 것으로, 본 발명은 쌍롤식 박판 제조공정에서 이송중인 박판의 폭방향 온도를 실시간으로 측정하는 장치에 있어서, 박판(10)의 이미지를 촬영하는 이미지 촬영용 카메라(21); 상기 이미지 촬영용 카메라(21)의 수광부(21a) 전면에 설치하여 박판의 이미지에 대한 밝기를 제한하는 이미지 광학필터(21b); 상기 박판의 폭방향 이미지를 촬영하기 위한 온도 촬영용 카메라(22); 상기 온도 촬영용 카메라(22)의 수광부(22a) 전면에 설치되어 적외선을 통과시키는 적외선 광학필터(22b); 상기 이미지 촬영용 카메라(21)로부터의 제1 이미지의 화면 출력을 제어하고, 상기 온도 촬영용 카메라(22)로부터의 제2 이미지에 포함된 적외선 성분 크기를 플랑크의 흑체 복사법칙으로부터 추정하여 박판의 폭방향 온도를 계산하고, 그 계산된 온도를 실시간 화면에 출력하는 이미지 프로세서(23); 및 상기 이미지 프로세서의 박판 이미지 및 온도를 화면으로 디스플레이하는 디스플레이(24)를 구비하며, 이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 쌍롤식 박판 제조공정에서 이미지 촬영용 카메라를 사용하여 이송중인 박판의 폭방향 온도를 실시간으로 측정하여 화면 출력하도록 함으로서, 저렴하게 구현할 수 있으며, 폭방향의 폭방향 온도를 실시간으로 감시할 수 있다.
쌍롤, 박판, 폭방향, 온도, 적외선, 방사율

Description

쌍롤식 박판 폭방향 온도측정장치{APPARATUS FOR MEASURING TEMPERATURE OF STRIP IN TWIN ROLL STRIP CASTING PROCESS}
도 1은 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 제조공정 라인에 적용된 박판 온도측정장치의 응용예이다.
도 2는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 온도측정장치의 구성도이다.
도 3은 도 2의 이미지 프로세서의 구성도이다.
도 4는 플랭크의 흑체 복사 스펙트럼도이다.
도 5는 도 2의 온도촬영용 카메라의 수광부의 응답특성도이다.
도 6은 도 2의 온도촬영용 카메라에 의해 촬영된 박판의 이미지도이다.
도 7은 본 발명의 장치에 의해 측정된 쌍롤식 박판 폭방향 온도의 계산치를 보이는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 래들 2 : 턴디쉬
3 : 작동자 5 : 주상
6 : 밀프레임 7 : 쌍롤
11 : 압연기 12 : 박판 위치 제어장치
13 : 코일링 톈션기 14 : 코일러
15 : 박판 검사용 코일러 21 : 이미지 촬영용 카메라
21a : 이미지 촬영용 카메라의 수광부 21b : 이미지 광학필터
22 : 온도 촬영용 카메라 22a : 온도 촬영용 카메라의 수광부
22b : 적외선 광학필터 23 : 이미지 프로세서
24 : 디스플레이 23-1 : 프레임 그래버
23-2 : 메모리 23-3 : 온도계산처리부
23-4 : 이미지 출력처리부 C1 : 제1 전송 케이블
C2 : 제2 전송 케이블 C3 : 제3 전송 케이블
C4 : 제4 동기 케이블
본 발명은 쌍롤식 박판 폭방향 온도측정장치에 관한 것으로, 특히 쌍롤식 박판 제조공정에서 이미지 촬영용 카메라를 사용하여 이송중인 박판의 폭방향 온도를 실시간으로 측정하여 화면 출력하도록 함으로서, 일반적인 카메라를 사용하므로 저렴하게 구현할 수 있으며, 폭방향의 폭방향 온도를 실시간으로 감시할 수 있도록 하는 쌍롤식 박판 폭방향 온도측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 압연 공정을 통해 제조되는 박판과 쌍롤식 박판주조 공정에 의해 제조된 박판을 비교하면, 쌍롤식 박판주조 공정은 짧은 시간과 급격한 환경 변 화를 통해 최소의 공간과 시간에 박판을 제조한다. 그렇기 때문에 쌍롤식 박판주조 공정에서 제조되는 박판은 그 품질이 일반 압연 공정에서 제조되는 박판보다 뒤떨어진다. 이때 박판의 품질을 비교하는 척도는 매우 많지만, 그 중 박판의 폭 방향 응고 불균일성에 대한 평가는 박판의 품질을 결정짓는 매우 중요한 척도이다.
이와 같은 박판 폭 방향 응고 불균일성은 제조된 박판을 시간을 두고 상온에서 검사하여 결정되므로, 실제 주조 중에 제조되는 박판의 폭 방향 응고 불균일성을 판단하는 것은 쉽지 않다. 그러나 쌍롤식 박판주조 공정을 통하여 수 백번의 박판 제조 실험을 통하여 얻은 데이터를 바탕으로, 쌍롤식 박판주조 중에 박판 폭 방향 응고 불균일성은 박판 폭 방향 온도 분포와 밀접한 관련이 있다고 판단되었으며, 이에 기초해서, 박판 폭 방향 온도 데이터를 측정하여 피드백 하여 브러쉬 롤의 속도 및 접촉면을 제어하는 박판 폭 방향 응고 불 균일성을 해결하려는 연구 및 개발이 진행되고 있다(일본특허 : 2000-280049).
그러나, 이와 같은 박판 폭 방향 응고 불 균일성을 판단하기 위한 장치가 필요하고, 이를 수행하는 장치를 저렴하게 구현할 필요가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 쌍롤식 박판 제조공정에서 이미지 촬영용 카메라를 사용하여 이송중인 박판의 폭방향 온도를 실시간으로 측정하여 화면 출력하도록 함으로서, 저렴하게 구현할 수 있으며, 폭방향의 폭방향 온도를 실시간으로 감시할 수 있도록 하는 쌍 롤식 박판 폭방향 온도측정장치를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 장치는 쌍롤식 박판 제조공정에서 이송중인 박판의 폭방향 온도를 실시간으로 측정하는 장치에 있어서, 박판의 이미지를 촬영하는 이미지 촬영용 카메라; 상기 이미지 촬영용 카메라의 수광부 전면에 설치하여 박판의 이미지에 대한 밝기를 제한하는 이미지 광학필터; 상기 박판의 폭방향 이미지를 촬영하기 위한 온도 촬영용 카메라; 상기 온도 촬영용 카메라의 수광부 전면에 설치되어 적외선을 통과시키는 적외선 광학필터; 상기 이미지 촬영용 카메라로부터의 제1 이미지의 화면 출력을 제어하고, 상기 온도 촬영용 카메라로부터의 제2 이미지에 포함된 적외선 성분 크기를 플랑크의 흑체 복사법칙으로부터 추정하여 박판의 폭방향 온도를 계산하고, 그 계산된 온도를 실시간 화면에 출력하는 이미지 프로세서; 및 상기 이미지 프로세서의 제어에 따른 박판 이미지 및 온도를 화면으로 디스플레이하는 디스플레이를 구비함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 폭방향 온도측정장치의 바람직한 실시 예에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 제조공정 라인에 적용된 박판 온도측정장치의 응용예로서, 도 1을 참조하면, 쌍롤식 박판 제조공정 라인은 래들(1)과 턴디쉬(2)를 통해 공급된 용강을 물에 의해 냉각되며 회전하는 쌍롤(6)사이에 공급하고, 쌍롤의 표면으로부터 용강이 응고가 진행하여 박판(10)을 제조한다. 이 제조된 박판은 압연기(11), 박판 위치 제어장치(12) 및 코일링 텐션기(13)를 통하여 코일러(14)에 권취된다. 이 권취된 박판(10)을 검사하기 위해 코일러(14)에서 박판 검사용 코일러(15)로 푸는 동안 관측자가 박판(10)을 검사토록 쌍롤식 박판주조공정이 진행된다. 한편 쌍롤식 박판주조공정 실험 중에 발생하는 여러 가지 수작업을 수행하기 위해 밀프레임(6)에 의해 지지되는 주상(5)에 작동자(3)가 위치한다. 여기서, 작동자(3)는 하기에 설명되는 이미지 촬영용 카메라(21) 및 온도 촬영용 카메라(22)에서 측정데이터로부터 디스플레이(24)를 보면서 필요한 작업을 수행토록 구성되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 온도측정장치의 구성도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 폭방향 온도측정장치는 쌍롤식 박판 제조공정에서 이송중인 박판의 폭방향 온도를 실시간으로 측정하기 위한 장치로서, 이는 박판(10)의 이미지를 촬영하는 이미지 촬영용 카메라(21)와, 상기 이미지 촬영용 카메라(21)의 수광부(21a) 전면에 설치하여 박판의 이미지에 대한 밝기를 제한하는 이미지 광학필터(21b)와, 상기 박판의 폭방향 이미지를 촬영하기 위한 온도 촬영용 카메라(22)와, 상기 온도 촬영용 카메라(22)의 수광부(22a) 전면에 설치되어 적외선을 통과시키는 적외선 광학필터(22b)와, 상기 이미지 촬영용 카메라(21)로부터의 제1 이미지의 화면 출력을 제어하고, 상기 온도 촬영용 카메라(22)로부터의 제2 이미지에 포함된 적외선 성분 크기를 플랑크의 흑체 복사법칙으로부터 추정하여 박판의 폭방향 온도를 계산하고, 그 계산된 온도를 실시간 화면에 출력하는 이미지 프로세서(23)와, 상기 이미지 프로세서의 제어에 따른 박판 이미지 및 온도를 화면으로 디스플레이하는 디스플레이(24)로 구성한다.
또한, 상기 이미지 촬영용 카메라(21)와 온도 촬영용 카메라(22)는 제4 동기 케이블에 의해서 동기가 이루어지도록 구성된다.
도 3은 도 2의 이미지 프로세서의 구성도로서, 도 3을 참조하면, 상기 이미지 프로세서(23)는 상기 이미지 촬영용 카메라(21)로부터 제1 프레임 이미지(M1)를 획득하고, 상기 온도 촬영용 카메라(22)로부터 적외선 성분을 갖는 제2 이미지(M2)를 획득하는 프레임 그래버(23-1)와, 상기 프레임 그래버(23-1)로부터의 제1 프레임 이미지(M1)를 저장하는 메모리(23-2)와, 상기 프레임 그래버(23-1)로부터의 제2 이미지(M2)에 포함된 적외선 파장성분의 크기를 플랑크의 흑체 복사법칙으로부터 추정하여 박판의 폭방향 온도를 계산하는 온도계산처리부(23-3), 상기 온도계산처리부(23-3)에서 계산된 온도와 상기 메모리(23-2)에 저장된 제1 프레임 이미지(M1)를 화면 표시를 위해 처리한 후 출력하는 이미지 출력처리부(23-4)를 포함한다.
상기한 이미지 프로세스(23)는 도 1에 도시한 박판 위치 제어장치(12)와 별도로 독립적으로 설치하여 구성할 수도 있고, 상기 박판 위치 제어장치(12)에 내장하여 구성할 수도 있으며, 본 발명의 쌍롤식 박판 폭방향 온도측정장치가 박판 제조공정의 온라인상에서 동작하는 점을 감안하면, 상기 박판 위치 제어장치(12)에 내장하여 구성하는 것이 바람직하다.
도 4는 플랭크의 흑체 복사 스펙트럼도이고, 도 5는 도 2의 온도촬영용 카메라의 수광부의 응답특성도이며, 도 6은 도 2의 온도촬영용 카메라에 의해 촬영된 박판의 이미지도이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 장치에 의해 측정된 쌍롤식 박판 폭방향 온도의 계산치를 보이는 그래프이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 폭방향 온도측정장치에 대한 동작을 설명하면, 먼저, 쌍롤식 박판 제조 시, 육안으로 인식되는 박판(10)에 있어서, 이미지 촬영용 카메라(21)에 의해서 박판의 이미지가 촬영되는데, 상기 이미지 촬영용 카메라(21)의 수광부(21a) 전면에 설치된 이미지 광학필터(21b)에 의해서 박판의 이미지에 대한 밝기가 제한되는데, 이는 박판의 이미지 측정 카메라(21)는 박판의 광원이 너무 밝아서, 박판의 광원이 이미지 촬영용 카메라(21)의 수광부(21a)에서 인식되는 이미지가 너무 밝다. 그래서 이미지 촬영용 카메라(21)의 수광부(21a)의 전면에 이미지 광학필터(21b)를 부착한다.
상기 이미지 촬영용 카메라(21)의 수광부(21a)와 온도 촬영용 카메라(22)의 수광부(22a)의 수광소자 응답성이 도 5에 나타나 있는데, 그 응답 특성 곡선으로부터 각 카메라가 0.7 ~ 1μm의 파장의 에너지를 측정할 수 있음을 확인할 수 있고, 각 카메라들은 흔히 모니터링용으로 사용하는 카메라의 특성 곡선과 유사하다. 따라서 본 발명은 고가의 적외선 카메라 대신에 저가의 일반 카메라를 사용하여 박판의 온도를 측정하여, 보다 저렴한 비용으로 장치를 구현할 수 있다.
또한, 온도 촬영용 카메라(22)에 의해서 박판의 폭방향 이미지가 촬영되는데, 여기서, 상기 온도 촬영용 카메라(22)의 수광부(22a) 전면에 설치된 적외선 광학필터(22b)에 의해서 상기 박판의 폭방향 이미지에 대한 적외선 성분을 통과시킨다. 여기서, 상기 이미지 촬영용 카메라(21)와 온도 촬영용 카메라(22)는 제4 동기 케이블에 의해서 동기가 이루어진다.
이와 같이 상기 이미지 촬영용 카메라(21)에 의해서 촬영된 박판의 이미지와 상기 온도 촬영용 카메라(22)에 의해 촬영된 적외선 성분을 포함하는 박판의 폭방향 이미지는 이미지 프로세서(23)로 각 제1 및 제2 전송 케이블(C1,C2)을 전송된다.
상기 이미지 프로세서(23)는 상기 이미지 촬영용 카메라(21)로부터의 제1 이미지의 화면 출력을 제어하고, 상기 온도 촬영용 카메라(22)로부터의 제2 이미지에 포함된 적외선 성분 크기와 크기를 플랑크의 흑체 복사법칙으로부터 추정하여 박판의 폭방향 온도를 계산하고, 그 계산된 온도를 실시간 화면에 출력하는데, 이에 대해서는 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 상기 이미지 프로세서(23)의 프레임 그래버(23-1)는 상기 이미지 광학필터(19)로부터 제1 프레임 이미지(M1)를 획득하여 메모리(23-2)에 저장하고, 또한, 상기 온도 촬영용 카메라(9)로부터 적외선 성분을 갖는 제2 이미지(M2)를 획득하여 온도계산처리부(23-3)로 제공한다.
상기 온도계산처리부(23-3)는 상기 프레임 그래버(23-1)로부터의 제2 이미지(M2)에 포함된 적외선 파장성분의 크기를 플랑크의 흑체 복사법칙으로부터 추정하여 박판의 폭방향 온도를 계산하는데, 이에 대해서 하기에 구체적으로 설명한다.
일반적으로, 복사온도계는 물체의 표면에서 방사되는 복사 에너지를 측정하여 물체의 표면온도를 측정하는데, 이 방사된 복사 에너지는 주로 적외선 영역 빛으로 방사되므로, 박판의 온도 측정 카메라(22)는 적외선과 가시광선이 공존하는 0.7 ~ 1μm의 파장만을 투과하는 적외선 광학필터(21b)를 온도 촬영용 카메라(21)의 수광부(21a) 전면에 부착하였다.
한편, 물체가 방사하는 복사에너지와 그 물체의 온도와의 그때의 파장에 대한 관계식인 플랭크의 흑체 복사법칙이 하기 수학식1로 기재되어 있으며, 이 수학식1에 따르면, 그 특성 곡선이 도 4에 나타나 있다.
Figure 112001022274945-pat00001
여기서, E λ.b = 흑체 분광 방사력[w/m2. μm]
C1 = 제1 복사상수[3.742*108W.μm4/m2]
C2 = 제2 복사상수[1.439*104 μm.K]
그리고, 도 4에 도시된 아치형태의 곡선에서, 최대 분광 방사력을 나타내는 최대점에 해당하는 파장이 온도가 증가함에 따라 짧은 파장쪽으로 이동한다는 사실을 볼 수 있다.
한편 일반적인 카메라의 수광부에서 검출되는 출력 전압은 아래와 같은 수학식2로 표현된다.
Figure 112001022274945-pat00002
여기서, V = 복사 온도계의 수광부에서 측정된 출력[V]
E λ.b = 흑체 분광 방사력[w/m2.μm]
λ = 측정파장(μm)
k = 복사에너지를 전압으로 변환하는 변환 계수
ε= 방사율
R( λ) = 수광검출소자의 분광 감응도
상기 수학식 2에서 온도 측정용 카메라로부터 얻은 출력 전압에서 실제 물제 의 온도를 계산하기는 매우 힘들다. 그래서 다음과 같은 복사 온도계의 특성식인 수학식3으로 추정이 가능하다.
Figure 112001022274945-pat00003
여기서, T = 복사온도(K)
V = 복사 온도계의 수광부에서 측정된 출력[V]
C2 = 제2 복사상수[1.439*104μm.K]
A,B,C = 복사온도계의 특성계수
그러면 온도 측정용 카메라에서 측정된 출력전압으로부터 박판의 폭방향 온도를 계산하기 위해 그 카메라의 특성인 A,B,C를 실제 쌍롤식 박판 제조실험으로부터 얻은 경험으로부터 추정할 수 있고, 따라서 상기 수학식 3에 의해 박판의 폭방향 온도를 계산할 수 있다. 본 발명에서는 앞서 기술된 방법에 의해 계산된 박판의 폭방향 온도를 도 7에 보인 바와 같이, 정확하게 측정할 수 있도록 한다.
이후, 이미지 출력처리부(23-4)는 상기 온도계산처리부(23-3)에서 계산된 온도와 상기 메모리(23-2)에 저장된 제1 프레임 이미지(FM1)를 화면 표시를 위해 처 리한후 출력한다.
이때 도 3에 나온 바와 같은 순서를 통해 박판의 온도와 박판의 이미지가 박판 온도 및 이미지 전송 케이블(23)을 통해 박판 온도 및 이미지 디스플레이 장치(4)에 표시된다.
이때, 측정된 박판 폭 방향 온도는 박판의 도 6에 도시한 하단의 검은 부분을 스캔닝하여 이미지 프로세서(23)에서 박판의 폭방향 온도로 환산한 값이다. 이때 도 6의 온도 측정 대상인 박판의 이미지와 본 발명의 쌍롤식 박판 주조공정용 온라인 박판 폭방향의 온도 계산치 및 박판 폭방향 응고 불균일성에 관련된 유용한 정보를 하나의 박판 온도 및 이미지 디스플레이(24)에 디스플레이하고, 이에 따라, 작동자가 박판주조 공정에서 박판 폭방향 응고 불균일성을 쉽게 판단할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 일반 카메라를 사용하여 박판 폭 방향 온도를 측정하므로 그 가격은 상당히 싸지며, 쌍롤식 박판주조 공정의 작동자에게 매우 친숙한 화상 디스플레이 표시기를 사용하므로 작동자 및 관측자에게 현재 진행중인 쌍롤식 박판 주조공정의 박판 제조 상태를 알리는데 매우 효과적이다.
또한, 본 발명에 의한 다른 효과는 작동자가 박판주조 공정에서 박판 폭 방향 응고 불균일성을 쉽게 판단토록 한다.
이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims (3)

  1. 쌍롤식 박판 제조공정에서 이송중인 박판의 폭방향 온도를 실시간으로 측정하는 장치에 있어서,
    박판(10)의 이미지를 촬영하는 이미지 촬영용 카메라(21);
    상기 이미지 촬영용 카메라(21)의 수광부(21a) 전면에 설치하여 박판의 이미지에 대한 밝기를 제한하는 이미지 광학필터(21b);
    상기 박판의 폭방향 이미지를 촬영하기 위한 온도 촬영용 카메라(22);
    상기 온도 촬영용 카메라(22)의 수광부(22a) 전면에 설치되어 적외선을 통과시키는 적외선 광학필터(22b);
    상기 이미지 촬영용 카메라(21)로부터의 제1 이미지의 화면 출력을 제어하고, 상기 온도 촬영용 카메라(22)로부터의 제2 이미지에 포함된 적외선 성분 크기를 플랑크의 흑체 복사법칙으로부터 추정하여 박판의 폭방향 온도를 계산하고, 그 계산된 온도를 실시간 화면에 출력하는 이미지 프로세서 (23); 및
    상기 이미지 프로세서의 제어에 따른 박판 이미지 및 온도를 화면으로 디스플레이하는 디스플레이(24)를 구비함을 특징으로 하는 박판 폭방향 온도측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이미지 프로세서(23)는
    상기 이미지 촬영용 카메라(21)로부터 제1 프레임 이미지(M1)를 획득하고, 상기 온도 촬영용 카메라(22)로부터 적외선 성분을 갖는 제2 이미지(M2)를 획득하는 프레임 그래버(23-1);
    상기 프레임 그래버(23-1)로부터의 제1 프레임 이미지(M1)를 저장하는 메모리(23-2);
    상기 프레임 그래버(23-1)로부터의 제2 프레임 이미지(M2)에 포함된 적외선 파장성분의 크기를 플랑크의 흑체 복사법칙으로부터 추정하여 박판의 폭방향 온도를 계산하는 온도계산처리부(23-3); 및
    상기 온도계산처리부(23-3)에서 계산된 온도와 상기 메모리(23-2)에 저장된 제1 프레임 이미지(FM1)를 화면 표시를 위해 처리한후 출력하는 이미지 출력처리부(23-4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 박판 폭방향 온도측정장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이미지 촬영용 카메라(21)와 온도 촬영용 카메라(22)는 제4 동기 케이블에 의해서 동기가 이루어지도록 구성한 것을 특징으로 하는 박판 폭방향 온도측정장치.
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