KR100711403B1

KR100711403B1 - 선재 사상압연 구간에서 선재의 장력 측정장치

Info

Publication number: KR100711403B1
Application number: KR1020050129071A
Authority: KR
Inventors: 손봉호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-04-30

Abstract

본 발명은 선재 사상압연 구간에서 선재에 발생한 장력을 정확하게 측정하는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 선재 사상압연 구간에서 고속압연되는 선재의 원주를 따라 일정거리로 이격되어 배치되며, 압연중에 진동하는 선재에 대한 영상을 연속적으로 획득하는 다수의 라인스캔 카메라; 상기 선재의 진동에 따른 선재의 영상신호를 이용하여 상기 선재의 진동주파수를 산출하는 진동주파수 산출부; 미리 설정된 선재의 진동주파수와 장력간의 상관관계를 이용하여 상기 산출된 진동주파수에 대응하는 상기 선재의 장력값을 연산하는 장력연산부; 및 상기 선재의 장력값을 표시하는 표시부를 포함하여 구성된다.

선재, 사상압연, 장력, 진동주파수, 영상, 픽셀

Description

선재 사상압연 구간에서 선재의 장력 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING TENSION OF WIRE ROD IN WIRE ROLLING MILL}

도 1은 일반적인 선재 압연공정을 도시한 개략적인 공정도이다.

도 2는 일반적인 선재 사상압연 구간에서 스탠드간 선재에 발생한 장력을 도식화한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선재 사상압연 구간에서의 선재의 장력 측정장치의 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 선재의 장력 측정장치에서 라인스캔 카메라의 선재 촬상 원리를 설명하는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 선재의 장력 측정장치에서 주파수 산출원리를 설명하는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1,3,5 : 선재

31 : 라인스캔 카메라

33 : 진동주파수 산출부

35 : 장력연산부

37 : 표시부

본 발명은 선재의 장력 측정장치에 관한 것으로서, 특히 선재 사상압연 구간에서 선재에 발생한 장력을 정확하게 측정하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선재(1)의 압연공정은 도 1에 도시된 바와 같이 각 강종별로 가열로(10)에서 가열된 빌레트가 조압연구간(12), 중간 압연구간(14) 및 사상압연구간(16)을 통하여 정해진 제품 사이즈로 형성되며, 수냉대(18)에서 냉각되어진 후에 나선형코일(20)로 권취되고, 콘베어롤러(22)를 통하여 후속공정으로 이송되는 일련의 과정을 거친다.

이때, 각 압연구간(12,14,16)은 다수의 압연기가 배열되고 각각의 압연기에는 칼리버(caliber)가 형성된 작업롤(work roll)이 구비되어 있어 전,후 스탠드로 소재가 진행되면서 단면적은 작아지고 길이방향으로 늘어나 수요가가 원하는 단면크기의 선재(1)제품이 생산된다.

이 중에서 선재 사상압연구간(16)에서 주로 사용되는 선재 사상압연 설비는 공통 모터를 사용하는 공통 구동(common drive) 방식을 채용하며, 이기종 압연설비가 연속으로 배치되는 경우 스탠드간에는 약 20~30m 정도 떨어져 연속압연이 진행되는 경우도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 선재 사상압연 구간(16)에서 각 압연기(21,22)간의 거리가 멀리 떨어져 있는 경우에는 선재(1)의 길이방향으로 적절한 장력이 유지될 필요가 있다. 실제 제철소의 선재 사상압연 구간(16)에서는 선재의 원활한 치입을 위해 통상 약 1~2% 정도의 장력이 존재하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 장력이 너무 작으면 선재(1)가 자중에 의해 아래로 쳐져서 고속으로 진행하는 선재의 압연작업이 원활하게 수행되지 못하며, 장력이 너무 크면 원하는 단면크기로 작업을 수행하기 어렵고 심한 경우에는 선재(1)가 끊어지는 사고가 발생할 수 있다. 또한, 선재(1)에 발생한 장력의 크기에 따라 선재의 흔들림이 달라지므로 장력이 변하면 고속으로 선재를 압연하는 경우 압연작업의 효율성에 영향을 미친다.

이와 같은 이유에서 선재 사상압연 구간에서는 선재의 장력이 적절히 유지되고 있는지를 확인하는 것이 중요하다. 이를 위하여 종래에는 조업자가 수시로 쇠막대 등을 진행중인 선재에 직접 접촉하여 손으로 전해지는 촉감에 의해 경험적으로 적정성을 판단하였다. 이 경우 안전사고의 위험성이 상존할 뿐만 아니라, 전후 압연기간에 발생한 선재의 장력을 정량적으로 측정할 수 없었으며, 특히 선재에 발생한 장력의 크기를 감각에 의존하여 측정하기 때문에 장력측정의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 당해 기술분야에서는 선재 사상압연 구간에서 선재에 발생되는 장력을 정량적으로 정확하게 측정하는 기술에 대한 개발의 필요성이 대두되어 왔다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 선재 사상압연 구간에서 이동중인 선재의 영상신호로부터 선재의 진동주파수를 산출하고 상기 검출된 선재의 진동주파수와 선재의 장력과의 상관관계를 통해 상기 선재에 발생한 장력의 크기를 측정하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선재 사상압연 구간에서 선재의 장력 측정장치는,

선재 사상압연 구간에서 고속압연되는 선재의 원주를 따라 일정거리로 이격되어 배치되며, 압연중에 진동하는 선재에 대한 영상을 연속적으로 획득하는 다수의 라인스캔 카메라; 상기 선재의 진동에 따른 선재의 영상신호를 이용하여 상기 선재의 진동주파수를 산출하는 진동주파수 산출부; 미리 설정된 선재의 진동주파수와 장력간의 상관관계를 이용하여 상기 산출된 진동주파수에 대응하는 상기 선재의 장력값을 연산하는 장력연산부; 및 상기 선재의 장력값을 표시하는 표시부를 포함하여 구성된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 라인스캔 카메라는 일렬로 배열된 CCD 센서를 포함하고, 바람직하게는 3개가 120도 간격으로 배치된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 진동주파수 산출부는, 상기 진동하는 선재에 대한 영상신호를 이용하여 연속적인 선재 영상의 에지부를 각각 검출하는 에지검출부; 상기 각 에지부간의 픽셀수를 계산하여 상기 선재 영상의 중심점을 각각 검출하는 중심점검출부; 및 상기 각 중심점의 변화를 이용하여 상기 선재의 진동주파수를 계산하는 주파수계산부를 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태가 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 선재의 장력 측정장치는, 다수의 라인스캔 카메라(31), 진동주파수 산출부(33), 장력연산부(35) 및 표시부(37)를 포함하여 구성된다. 도면에는 2개의 라인스캔 카메라(31)가 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에서는 다른 개수의 라인스캔 카메라(31)가 선재(1)의 둘레에 따라 배치될 수 있다.

상기 다수개의 라인스캔 카메라(line scan camera)(31)는 선재 사상압연구간에서 고속압연되는 선재(1)의 원주를 따라 일정거리로 이격되어 각각 배치되며, 압연중에 진동하는 선재(1)에 대한 영상을 연속적으로 획득한다. 바람직하게는 상기 라인스캔 카메라(31)는 3개가 120도 간격으로 배치된다. 상기 각 라인스캔 카메라(31)는 일반적으로 사용되는 에어리어스캔 카메라(area scan camera)와는 달리, CCD 센서를 한 라인으로 배열하여 일정주기마다 한 라인의 영상 데이터를 출력한 다. 이러한 라인스캔 카메라(31)는 1차원의 라인영상을 촬영하며 그 영상이 픽셀(pixel)의 열로 이루어지므로 측정속도가 매우 고속이다. 따라서 이러한 라인스캔 카메라(31)는 이동속도가 매우 빠른 선재 사상압연 구간에서 사용하기에 매우 적합하다.

상기 진동주파수 산출부(33)는 상기 고속압연되는 선재의 진동에 따른 선재의 영상신호를 이용하여 상기 선재의 진동주파수를 산출한다. 상기 라인스캔 카메라(31)에서 획득된 선재의 영상신호에서는 진동에 의해 선재의 위치가 변함에 따라 각 픽셀별 영상신호도 변한다. 예를 들어, 중앙에 선재의 영상이 존재하다가 진동에 의해 선재의 위치가 변하게 되면, 선재의 영상도 중앙부에서 다른 위치로 이동하게 된다. 이 경우에 영상의 중앙부 영상신호도 그에 대응하여 변하게 된다. 이러한 원리를 이용하여 상기 진동주파수 산출부(33)는 상기 획득된 선재에 대한 영상신호의 변화를 추적하여 상기 선재의 진동을 파악하고, 나아가 1초간에 발생한 선재의 영상신호의 피크치 개수를 산출함으로써 상기 현재 고속압연 중인 선재의 진동주파수를 산출하게 된다. 더불어 상기 진동주파수 산출부(33)는 상기 선재 영상신호의 피크치 간의 간격과 상기 선재의 이동속도로부터 파장값도 알 수 있게 된다.

이를 위하여 상기 진동주파수 산출부(33)는 바람직하게는 상기 고속압연중에 진동하는 선재(1)에 대한 영상신호를 이용하여 연속적인 선재 영상의 에지부를 각각 검출하는 에지검출부와, 상기 각 에지부간의 픽셀수를 계산하여 상기 선재 영상의 중심점을 각각 검출하는 중심점검출부와, 상기 각 중심점의 변화를 이용하여 상 기 선재의 진동주파수를 계산하는 주파수계산부를 포함한다.

상기 장력연산부(35)는 미리 설정된 선재의 진동주파수와 장력간의 상관관계를 이용하여 상기 진동주파수 산출부(33)에서 산출된 선재의 진동주파수에 대응하는 상기 선재의 장력값을 연산한다. 여기서, 선재의 진동주파수와 장력간의 상관관계는 하기와 같은 수식들로부터 계산될 수 있다. 우선 선재의 진동에서 생기는 파의 진동수(f)는 수식1과 같이 계산될 수 있다.

[수식1]

여기서, V:선재에서 파의 진행속도, n=1,2,3, ..., L:두 사상압연기간 선재의 길이이다.

또한, 상기 선재에서 파의 진행속도(V)는 하기 수식2와 같이 계산될 수 있다.

[수식2]

여기서, T는 상기 선재에 작용하는 장력이며,

는 선재의 선밀도(kg/m)로서 선재의 직경에 따라 결정된다.

상기 수식1 및 수식2를 이용하여 선재의 진동주파수(f)를 구하면 하기 수식3과 같이 나타낼 수 있다.

[수식3]

이때, 상기 n값은 선재에서의 파의 파장에 따라 결정될 수 있다.

상기와 같은 수식들을 이용하여 선재의 직경에 따라 상기 선재의 진동주파수(f)와 장력(T)간의 상관관계식을 알 수 있으므로, 상기 장력연산부(35)는 상기 상관관계식을 이용하여 상기 진동주파수 산출부(33)에서 산출된 진동주파수(f)에 대응하는 장력(T)을 연산한다.

상기 표시부(37)는 상기 연산된 장력값을 시각적인 형태로 디스플레이한다.

도 4를 참조하면, 패스라인의 중심에 대하여 고속압연 중에 진동하는 선재(3,5)가 도시되어 있고, 라인스캔 카메라(31)에서 상기 선재(1,3,5)에 대한 영상을 촬상하는 개념을 개략적으로 도시하고 있다. 도면에는 선재가 상하로 진동하는 형태를 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의상 제시한 일 실시예에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에는 하나의 라인스캔 카메라(31)가 선 재의 영상을 촬상하는 것을 도시하고 있으나, 이 또한 본 발명의 일 실시예에 불과하다. 본 발명에서의 선재 진동과, 라인스캔 카메라(31)의 개수 및 배치가 다양하게 구현될 수 있다는 것은 자명한 것이다.

도 4의 예시도를 참조하면, 선재(1,3,5)의 영상은 라인스캔 카메라(31)의 렌즈(32)를 통해 CCD 센서(34)에 감지된다. 이때, 상기 선재(1,3,5)의 진동에 따라 CCD 센서(34)에 감지되는 위치(1',3',5')가 서로 다르다. 이와 같이 선재가 상하(3,5)로 진동함에 따라 CCD 센서(35)에서 감지되는 영상의 위치도 변하게 되고, 이러한 영상의 변화들은 시간의 경과에 따라 어떤 형태의 사인파형이 연속적으로 이어진 것과 같은 패턴을 갖는다. 따라서, 상기한 진동주파수 산출부(33)는 상기 선재 영상의 신호 패턴을 이용하여 상기 선재의 진동주파수를 산출하는 것이다.

이러한 진동주파수 산출원리는 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 선재의 장력 측정장치에서 다수의 라인스캔 카메라(31)는 고속압연되는 선재(1)의 원주를 따라 일정한 거리만큼 이격되어 상기 선재(1)의 표면을 촬영한다. 이때, 상기 선재(1)는 고속압연 중에 진동을 하게 되고 상기 각 라인스캔 카메라(31)는 상기 선재(1)의 진동에 따른 영상을 촬영한다. 상기 라인스캔 카메라(31)를 이용하여 선재(1)의 표면을 촬영하면, 상기 선재(1)와 그 주변의 밝기에 따라 CCD 센서(34)의 해당 픽셀에 전압이 검출된다. 이 러한 전압은 영상신호로 나타나며 하나의 라인(통상적으로, 1024 또는 2048 픽셀)을 연결하면, 도 5(A)와 같은 형태의 영상신호로 검출된다.

이어, 상기 진동주파수 산출부(33)의 에지검출부에서 도 5(A)에 도시된 선재(1)에 대한 영상신호를 이용하여 연속적인 선재 영상의 에지부를 각각 검출한다. 즉, 도 5(A)와 같이 검출한 영상신호를 해당 선재(1)의 크기(직경)에 따라서 에지부를 추출하여 도 5(B)와 같은 형태의 영상신호로 변환한다. 이때, 상기 에지부 검출은 공지의 에지디텍션(Edge Detection)기법을 사용할 수 있다.

계속하여, 상기 진동주파수 산출부(33)의 중심점검출부에서 도 5(B)에 도시된 상기 각 에지부간의 픽셀수를 계산하여 상기 선재 영상의 중심점(p)을 각각 검출한다. 즉, 도 5(B)의 영상신호에서 양 에지부 사이의 픽셀 개수를 이용하여 도 5(C)에 도시된 바와 같이 선재 영상의 중심점(P)을 계산한다. 특히, 보다 바람직하게는 상기 고(high) 부분의 픽셀수를 연산하여 상기 선재 영상의 중심점(P)을 검출하는 것이다.

계속하여, 상기 진동주파수 산출부(33)의 주파수계산부에서 도 5(C)에 도시된 선재 영상의 중심점(P)을 연속적으로 파악함으로써, 도 5(D)에 도시된 바와 같은 형태의 연속적인 영상신호를 얻는다. 즉, 도 5(D)에 도시된 바와 같이 연속적으로 촬영된 선재(1)의 영상으로부터 상기 영상의 중심점(P)들의 변동상태를 연속적으로 파악하고, 이러한 중심점(P)들을 연결함으로써, 도 5(E)에 도시된 형태의 신호를 얻는다.

이와 같이, 도 5(E)에 도시된 형태의 신호로부터 1초간 발생한 피크의 개수 를 산출함으로써 현재 고속압연 중인 선재(1)의 진동주파수를 산출할 수 있게 된다. 나아가, 상기 선재의 진동주파수의 피크치간의 간격과 해당 선재의 이동속도로부터 파장값도 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 선재 사상압연 구간에서의 선재 장력 측정장치에서는 다수의 라인스캔 카메라를 이용하여 고속압연중에 진동이 발생하는 선재의 표면을 촬영하고, 그 영상신호를 이용하여 상기 선재의 진동주파수를 파악하고, 상기 진동주파수로부터 상기 선재의 장력을 산출함으로써, 선재 사상압연 구간에서 선재의 장력을 정량적으로 정확하게 측정할 수 있으며, 특히 선재에 발생한 장력을 온라인으로 측정할 수 있다. 나아가, 선재 사상압연 구간에서는 선재가 임의의 방향으로 진동할 수 있으므로 다수개의 라인스캔 카메라를 이용하여 상기 진동에 따른 선재의 영상을 촬상하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명에 따른 선재 사상압연 구간에서 선재의 장력 측정장치에 대한 기술사상을 설명한 것으로서, 이는 발명의 가장 양호한 실시형태를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 상세한 설명 또는 도면에 의해 결정되 는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위에 의해 결정되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 선재 사상압연 구간에서 고속으로 압연이 진행중인 선재에 발생하는 장력을 정량적으로 정확하게 측정할 수 있으므로, 다양한 압연조건 변화에 따른 작업기준을 설정하는데 활용될 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 선재에 대한 정확한 장력측정으로 인하여 원하는 장력값을 일정하게 유지시킬 수 있어 안정적인 조업이 가능할 뿐만 아니라 제품의 치수 형상품질 개선을 도모하고 나아가, 제품의 실수율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims

선재 사상압연 구간에서 고속압연되는 선재의 원주를 따라 일정거리로 이격되어 배치되며, 압연중에 진동하는 선재에 대한 영상을 연속적으로 획득하는 다수의 라인스캔 카메라;

상기 선재의 진동에 따른 선재의 영상신호를 이용하여 상기 선재의 진동주파수를 산출하는 진동주파수 산출부;

미리 설정된 선재의 진동주파수와 장력간의 상관관계를 이용하여 상기 산출된 진동주파수에 대응하는 상기 선재의 장력값을 연산하는 장력연산부; 및

상기 선재의 장력값을 표시하는 표시부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선재 사상압연 구간에서 선재의 장력 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 라인스캔 카메라는,

일렬로 배열된 CCD 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 선재 사상압연 구간에서 선재의 장력 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 라인스캔 카메라는,

3개가 120도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 선재 사상압연 구간에서 선재의 장력 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 진동주파수 산출부는,

상기 진동하는 선재에 대한 영상신호를 이용하여 연속적인 선재 영상의 에지부를 각각 검출하는 에지검출부;

상기 각 에지부간의 픽셀수를 계산하여 상기 선재 영상의 중심점을 각각 검출하는 중심점검출부; 및

상기 각 중심점의 변화를 이용하여 상기 선재의 진동주파수를 계산하는 주파수계산부; 를 포함함을 특징으로 하는 선재 사상압연 구간에서 선재의 장력 측정장치.