KR100920310B1 - 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정/유지장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정 및 유지장치와 그 방법에 관한 것으로서, 냉각롤의 표면과 노즐 개구부 사이의 좁은 갭을 특수 영상처리기능을 부가한 화상처리장치를 이용하여 주조 공정에 영향을 받지 않으면서 정확하게 측정하고 주조 중의 갭을 일정하게 유지할 수 있도록 하여 정밀도가 높은 스트립을 생산하기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭에 대한 화상신호를 촬상하는 카메라와; 상기 카메라 촬상신호를 그레이(Gray)처리, 컬러(Color) 농담 처리 및 정규화 상관 처리하여 그 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 화상처리장치를 포함하는 갭 측정장치; 및 상기 화상처리장치의 갭 측정치를 입력받아 기준치와 비교하여 갭 조절을 위한 제어신호를 발생하는 제어장치와; 상기 갭 조절 제어신호에 따라 상기 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭을 일정치로 유지시키는 갭 조절장치를 더 포함하는 갭 유지장치를 제공한다.

급냉응고 스트립, 단롤법, 주조, 갭측정, 갭유지

Description

급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정/유지장치 및 그 방법{Gap measurement and keeping apparatus of equipment for manufacturing rapid solidification strip and method thereof}

도 1은 일반적인 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조장치의 요부 사시도

도 2는 종래 갭 측정장치의 일 예를 나타내는 요부 측면 사시도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 갭 측정장치의 구성 블록도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 갭 측정장치의 설치상태 사시도

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 갭 측정장치를 사용한 급냉응고 스트립 제조 과정을 설명하는 참고도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 용융금속 2 : 노즐

3 : 냉각롤 4 : 급냉응고 스트립

5 : 노즐 개구부 8 : 카메라

8a : 편광 필터 8b : 확대 렌즈

9 : 화상처리장치 10 : 기억장치

12 : 제어 장치 13 : 갭 조절장치

본 발명은 단롤법에 의하고 비정질 등의 급냉응고 스트립을 제조하는 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속 회전하는 냉각롤과 용융 금속을 공급하는 노즐 개구 사이의 갭을 측정하기 위한 갭 측정장치 및 방법과, 이 방법을 사용하여 균일한 갭을 유지하는 급냉응고 스트립의 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 급냉응고, 특히 비정질 합금 스트립의 제조법으로는 현재까지 단롤법이 가장 널리 사용되고 있다. 이 방법에서는 도 1에 도시된 바와 같이 용융 금속(1)이 노즐(2)의 개구부(5)를 통하여 고속 회전하고 있는 냉각롤(3)의 원주면에 공급되고 빠른 롤회전 속도에 의해 급속한 응고로 비정질 또는 결정질의 급냉응고 스트립(4)이 제조된다. 이 때 용융금속(1)이 통과하는 노즐의 개구부(5)는 일반적으로 슬릿의 형태를 취하고 있으며 슬릿의 길이가 급냉응고 스트립(4)의 폭과 상응한다.

상기의 방법으로 제조되는 급냉응고 스트립의 두께 및 품질 특성은 용융금속(1)의 온도, 냉각롤(3)의 회전속도, 용융금속 주입속도, 노즐 개구면과 냉각롤(3) 사이의 거리인 갭 등 여러 인자에 의해서 지배받게 된다. 이 중에서도 보통 300[㎛]이하의 아주 작은 거리인 갭은 제어하기가 무척 까다로우면서도 급냉응고 스트립(4)의 두께 및 결정화에 크게 영향을 미치므로, 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조 공정에서 갭의 적절한 설정은 매우 중요하다. 만약 갭이 너무 크다면 급냉응고 스트립이 두꺼워지고 냉각속도가 부족하여 급냉응고 스트립의 결정화가 진행되고, 갭이 너무 작다면 급냉응고 스트립의 두께가 얇아져 파단이 일어나거나 노즐 개구부(5)에서의 막힘 현상이 발생하여 제조 공정이 중단될 수 있다.

한편 제조 공정 중에 필수적으로 수반되는 예열로 인하여 노즐이 팽창함에 따라 갭이 쉽게 감소할 수 있고, 제조 중에 용융금속(1)이 노즐에 유입될 때에도 노즐의 온도가 증가함에 따라 갭이 바뀔 수 있어 초기에 정확히 갭을 설정하여도 일정 값에서 벗어나기 쉽다. 이 때문에 스트립 두께 정밀도가 양호한 고성능의 스트립을 생산하기 위해서는 공정 중의 정확한 갭 측정 및 소정치의 자동제어가 필수적으로 요구된다.

또한 노즐 개구면과 냉각롤(3) 사이에 설정된 갭은 용융금속(1)이 공급됨에 따라서 노즐 슬릿 길이 방향을 따라서도 차이를 나타낼 수 있는데, 제조되는 급냉응고 스트립(4)의 폭 방향 두께 편차와 관련하여 갭이 노즐의 슬릿 방향에 따라 시종일관 균일하게 유지되는 것도 중요하다.

상기 갭을 측정하기 위한 종래의 갭 측정 방법으로는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 투광기(6)로부터 광원을 발하고 노즐(2)과 냉각롤(3) 사이의 갭을 통과시켜 수광기(7)에 이르는 광량에 측정하여 갭을 측정하는 방법이 일반적으로 제시되고 있다.

이와 관련된 공지 기술로서 일본 특공소 60-39460호 공보에는 광원으로부터 발하고 슬릿을 통과시켰던 레이저 빔을 수광기(7)에서 받아 수광량을 검지하여 갭을 계측하고, 노즐(2)과 냉각롤(3)의 위치를 조절하여 갭을 일정하게 유지하는 방법이 개시되어 있다. 한편 또 다른 공지기술에서는 상기 갭을 측정하는 데에 수광 기(7)에서 검지되는 레이저의 광량을 사용하는 대신 갭을 통과한 레이저 빔의 열량을 검출하여 갭 측정의 정확성을 높이고자 하는 시도도 있었다.

그러나 상기와 같이 레이저를 사용할 경우, 정확한 갭의 측정을 위해서는 노즐의 개구면(폭 0.5~3 cm)과 냉각롤(3) 사이를 통과하는 레이저가 갭 방향에 정확히 수직이 되도록 설정되어야 하는데, 이를 위해서 투광기(6)에서 수광기(7)의 거리가 일정 이상의 장거리를 유지해야 하고 또 아주 세심하고 장시간에 걸친 투광기(6)와 수광기(7)의 위치 선정이 필요하다. 하지만 제조 조건에 따라서 노즐(2)의 위치 및 각도 등이 조금씩 달라질 수 있고, 냉각롤(3)의 경우도 직선이 아닌 원형으로 형성되어 있다는 점을 고려할 때 실제 적용에 있어서는 제조 때마다 상기 조건을 충족하기가 어려워 정확한 갭 측정에 많은 어려움이 따르고, 설치자 및 조작자에 따라서 많은 오차를 보일 수 있다.

이와 함께 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조장치는 주조 시에 미세한 롤 및 장치의 진동이 발생할 수 있고, 레이저 지지 장치는 상당한 길이를 가지고 있어서 측정되는 갭의 측정치에도 크게 영향을 미칠 수 있다.

또 주조 중 용융금속 공급 시 노즐(2)과 냉각롤(3)에서 나타날 수 있는 바람직하지 않은 용융금속의 흩어짐 등에 대해서도 민감하게 반응할 수 있으므로 레이저를 갭 사이로 통과시켜 갭을 측정하는 방법은 단롤법 주조공정에서 자동제어를 통해 상기 갭을 일정하게 유지시키는 데에 상당히 많은 오차를 가져올 수 있는 등의 여러가지 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 단롤법에 의하고 비정질 합금의 급냉응고 스트립을 제조하는 설비에 있어 냉각롤의 표면과 노즐 개구부 사이의 좁은 갭을 특수 영상처리기능을 부가한 화상처리장치를 이용하여 주조 공정에 영향을 받지 않으면서 정확하게 측정할 수 있는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정장치 및 방법을 제공함에 제 1목적이 있다.

또한 본 발명은 단롤법에 의하고 비정질 합금의 급냉응고 스트립을 제조하는 설비에 있어 냉각롤의 표면과 노즐 개구부 사이의 좁은 갭을 특수 영상처리기능을 부가한 화상처리장치를 이용하여 주조 공정에 영향을 받지 않으면서 비교적 간단하게 측정하고, 상기 측정치로 갭을 정밀하게 조절하여 주조 중에 일정 갭을 유지할 수 있도록 함으로써 정밀도가 높은 스트립을 생산할 수 있도록 한 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 유지장치 및 방법을 제공함에 제 2목적이 있다.

상기의 제 1목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단롤법에 의한 급냉응고 스트립의 제조설비에서 냉각롤의 원주면과 상기 원주면에 노즐을 통해 용융금속을 공급하는 노즐 개구부 사이의 갭 측정장치에 있어서, 상기 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭을 피사체로 포착할 수 있는 위치에 설치되어 상기 갭에 대한 화상신호를 촬상하는 카메라; 외부 사용자와의 인터페이스를 위한 키입력수단 및 디스플레이수단을 구비하여 상기 카메라의 촬상신호를 디스플레이하며, 상기 키입력수단을 통해 주어지는 제어신호에 따라 상기 카메라 촬상신호를 그레이(Gray)처리, 컬러(Color) 농담 처리 및 정규화 상관 처리하여 그 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 화상처리장치;를 포함하되, 상기 카메라는 피사체 주위의 용융금속에 의한 반사광을 제거하는 편광 필터 및 피사체 확대를 위한 고배율 확대 렌즈를 장착하고, 상기 노즐과 냉각롤 사이의 구간 중에서 용융금속이 공급되지 않는 노즐의 단부 화상을 포착할 수 있는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정장치를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제 1목적을 달성하기 위하여, 단롤법에 의한 급냉응고 스트립의 제조설비에서의 냉각롤의 원주면과 상기 원주면에 노즐을 통해 용융금속을 공급하는 노즐 개구부 사이의 갭을 측정하는 방법에 있어서, 상기 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 구간 중에서 상기 용융금속이 공급되지 않는 구간에 대한 화상신호를 촬상하여 디스플레이하는 제 1단계; 상기 디스플레이된 화상신호를 주어진 제어신호에 따라 그레이(Gray)처리하고 컬러(Color) 농담 및 정규화 상관 처리하는 제 2단계; 및 상기 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 제 3단계;를 포함하되, 상기 제 1단계는 피사체 주위의 용융금속에 의한 반사광을 편광 원리를 이용하여 필터링하는 단계 및 피사체를 고배율로 확대하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정방법을 제공한다.

상기의 제 2목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단롤법에 의한 급냉응고 스트립의 제조설비에서 냉각롤의 원주면과 상기 원주면에 노즐을 통해 용융금속을 공급하는 노즐 개구부 사이의 갭을 제어하는 장치에 있어서, 상기 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭을 피사체로 포착할 수 있는 위치에 설치되어 상기 갭에 대한 화상신호를 촬상하는 카메라와; 외부 사용자와의 인터페이스를 위한 키입력수단 및 디스플레이수단을 구비하여 상기 카메라의 촬상신호를 디스플레이하며, 상기 키입력수단을 통해 주어지는 제어신호에 따라 상기 카메라 촬상신호를 그레이(Gray)처리, 컬러(Color) 농담 처리 및 정규화 상관 처리하여 그 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 화상처리장치와; 상기 화상처리장치의 갭 측정치를 입력받아 기준치와 비교하고, 그 비교결과로 갭의 변화를 판단하여 갭 조절을 위한 제어신호를 발생하는 제어장치와; 상기 노즐의 단부에 설치되며, 상기 제어장치에서 발생되는 갭 조절 제어신호에 따라 상기 노즐을 승강시켜 상기 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭을 일정치로 유지시키는 갭 조절장치를 포함하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 유지장치를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제 2목적을 달성하기 위하여, 단롤법에 의한 급냉응고 스트립의 제조설비에서의 냉각롤의 원주면과 상기 원주면에 노즐을 통해 용융금속을 공급하는 노즐 개구부 사이의 갭을 제어하는 방법에 있어서, 상기 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭에 대한 화상신호를 촬상하여 디스플레이하는 제 1단계와; 상기 디스플레이된 화상신호를 주어진 제어신호에 따라 그레이(Gray)처리하고 컬러(Color) 농담 및 정규화 상관 처리하는 제 2단계와; 상기 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 제 3단계와; 상기 검출된 갭 측정치를 기준치와 비교하고 그 비교결과로 갭의 변화를 판단하여 갭 조절을 위한 제어신호를 발생하는 제 4단계와; 상기 갭 조절을 위한 제어신호에 따라 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭을 가변시켜 일정 갭을 유지하는 제 5단계로 이루어지는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 유지방법을 제공한다.

상기 본 발명의 갭 측정장치 및 갭 유지장치는 상기 화상처리장치의 갭 측정치를 기록 및 저장하는 기억장치를 더 포함하여 다른 실시예를 구성할 수 있다.

또한 상기 본 발명의 갭 측정장치 및 갭 유지장치는, 각 실시예에서 카메라의 반대편에 상기 노즐과 냉각롤로부터 갭을 명확하게 구분할 수 있는 보조 측정부 재를 더 설치할 수 있으며, 상기 보조 측정부재는, 백색 반사판, 후면 광원(Back light), 흑색 스크린 중의 어느 하나로 구성 가능하다.

상기 본 발명의 이들 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3과 도 4를 참고하여 본 발명에 의한 갭측정장치 및 그 방법을 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 갭 측정장치의 구성 블록도이고, 도 4는 화상처리장치를 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비에 설치한 상태의 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 갭 측정장치는 편광 필터(8a)와 확대 렌즈(8b)를 장착한 카메라(8), 화상처리장치(9), 기억장치(10)로 구성된다.

상기 카메라(8)는 냉각롤(3)과 노즐 개구부(5) 사이의 갭에 대한 화상신호를 촬상하는 화상신호 입력수단으로서, 대상물의 관찰에 있어서 용융 금속이 공급되지 않은 상태 뿐만 아니라 공급되고 있는 중에서도 명암의 차이에 크게 영향을 받지 않고 역광의 효과를 최소화하기 위하여 편광 필터(8a)를 장착하여 구성한다. 상기 편광 필터(8a)는 용융 금속 공급 전의 노즐 및 주위의 명암, 공급되는 용융 금속의 밝기 등에 따라 최적의 것을 사전 실험을 통해 결정하는 것이 바람직할 것이다. 이때 노즐과 냉각롤 및 갭의 보다 명확한 구분을 위하여 카메라 반대편에 백색 반사판이나, 후면 광원(Back light), 또는 흑색 계통의 스크린 등으로 구성되는 보조 측정부재를 추가로 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 카메라에는 상기 노즐 및 냉각롤 주위를 확대하고 정확하게 갭을 관찰하기 위하여 고배율의 확대 렌즈(8b)를 장착하여 구성한다.

또한 상기 카메라(8)는 상기 노즐(2)과 냉각롤(3) 사이의 구간 중에서 용융금속이 공급되지 않는 노즐의 양측 단부 중의 어느 한쪽의 화상을 포착할 수 있는 위치에 설치할 수 있으며, 또는 도 4에 예시된 바와 같이 양쪽 단부의 화상을 모두 포착할 수 있는 위치에 각각 따로 설치할 수도 있다. 이는 노즐 개구부(5)와 냉각롤(3) 사이의 구간 중에서 용융금속(1)이 공급되지 않는 부분이 노즐 양단에 각각 두 곳이 있기 때문이다. 만약 양쪽 단부 모두에 각각 설치하는 경우는 노즐 양단의 갭을 동시에 측정할 수 있도록 세팅하는 것이 바람직할 것이다. 이는 노즐 예열 및 단롤법 공정 중 노즐의 한 쪽 끝단에서 비정상적인 열팽창이 일어날 수 있기 때문에 각 부위를 따로 관찰하고 제어 장치를 통해 각기 제어하기 위해서이다. 이하의 본 발명에서는 화상을 관찰할 때에는 상기의 두 곳을 모두 측정하는 것을 원칙으로 한다.

상기 화상처리장치(9)는 상기 카메라에서 촬영된 화상신호를 그레이(Gray)처리, 컬러(Color) 농담 처리 및 정규화 상관 처리하기 위한 특수한 화상 처리 프로세스를 탑재하며, 그 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력한다.

또한 상기 화상처리장치(9)는 도면에는 도시되지 않았으나 외부 사용자와의 인터페이스를 위한 키입력수단 및 디스플레이수단을 구비할 수 있으며, 상기 카메라의 촬상신호를 세팅된 프로세스에 따라 화상처리를 수행할 때 외부에서 주어지는 제어명령 또는 경계조건에 따라 그에 대응하는 화상 처리를 실시하거나 처리결과를 디스플레이하도록 구성된다.

상기 기억장치(10)는 상기 화상처리장치의 갭 측정치를 기록하여 저장하는 기능을 수행한다.

따라서 본 발명의 갭 측정장치는 상기 편광 필터(8a) 및 확대 렌즈(8b)를 장착한 카메라(8)를 통해 대상물을 관찰한 후, 그로부터 얻어진 화상 입력신호를 화상처리장치(9)를 거쳐 판정 데이터로 출력할 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 갭 측정장치에 의해 이루어지는 전체적인 갭 측정 동작흐름은, 카메라를 이용하여 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭에 대한 화상신호를 촬상하고 화상처리장치의 디스플레이수단을 이용하여 상기 촬상된 화상신호를 디스플레이하는 제 1단계와, 상기 제 1단계에서 디스플레이된 화상신호를 화상처리장치의 키입력수단을 통해 외부에서 주어지는 제어신호 또는 경계조건에 따라 그레이(Gray)처리하고 컬러(Color) 농담 및 정규화 상관 처리 등의 일련의 특수 화상처리기술에 의한 화상처리프로세스를 실행하는 제 2단계와, 상기 제 2단계에서 화상 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 제 3단계로 구분할 수 있다.

이후 상기 판정 데이터의 출력은 기억장치(10)에 저장되어 추후 갭 변화를 분석하는 자료로 사용될 수 있으며, 또는 디스플레이수단으로 출력되어 모니터용으로 사용될 수 있다.

상기 화상 처리장치(9)의 출력되는 갭 측정 데이터 형태는 상기 디스플레이 수단에서 나타나는 화상 데이터 형태가 있을 수 있으며, 또는 상기 카메라에서 설정하는 구간(갭)이 화소수로 변환되어 출력될 수 있다. 또한 상기 화소수로 변환된 갭 측정 데이터는 전기적인 신호로 바뀌어 출력될 수도 있는데, 이는 추후에 별도의 제어장치(도 5 참조)에서 사용 가능한 전기적 데이터 형태일 것이다.

한편, 본 발명의 갭측정장치에서는 냉각롤과 노즐 개구부 사이의 갭을 정확하게 측정하기 위해 상기 화상 처리장치(9)에서 외부에서 주어지는 제어명령 또는 경계조건에 따라 수행되는 그레이(Gray) 처리, 컬러(Color) 농담 처리, 정규화 상관 처리 등의 다양한 특수영상처리기술이 필수적으로 요구되는데, 상기 그레이 처리기능을 통해서는 1차 관찰된 화상정보의 농담을 분할하여 활용함으로써 갭 검출 정도를 향상시킬 수 있고, 상기 컬러 농담 처리기능에서는 추출된 색을 기준으로 그 색의 농도에서 멀어질수록 0에 가까워지는 기능을 수행하여 대상 물체의 편차에 의한 색 변화를 감지하여 노즐 개구부와 냉각롤 및 그 사이의 갭의 구분을 용이하게 할 수 있으며, 상기의 기능들은 조명 변동이나 대상물체의 색 편차 효과를 줄여서 정확한 위치 및 길이 측정에 매우 효과적이다.

또한 정규화 상관 처리기능도 중요하게 이용될 수 있는데, 이 기능에서는 기준화상과 입력 화상을 처리할 때 각 화소마다 그 명도에서 화상 전체의 평균 명도를 뺀 화상을 연산하게 되며, 이 처리를 수행하면 주위 밝기 등이 변동되어도 기준 화상과 입력 화상 형상이 가장 일치하는 부위를 찾아서 최적의 위치와 길이를 재검출할 수 있어 정확한 갭을 관찰 및 측정할 수 있다.

이처럼 본 발명에서 제시한 단롤법 주조공정의 갭 측정장치 및 방법은 레이 저나 광원이 갭을 통과하지 않고 카메라가 노즐 개구부와 냉각롤 부위를 관찰하고 화상 처리를 통하여 갭을 설정하기 때문에 관찰 방향이 갭에 정확하게 수직되지 않아도 무관하고, 노즐과 카메라의 거리 또한 레이저 발광부와 수광부 사이처럼 긴 거리가 필요하지 않아, 간단하게 설치할 수 있다.

또한 공정 중의 진동이나 용융금속의 흩어짐 등에 대해서도 화상장치의 추가 분석 처리가 이루어지므로 그 영향을 최소화 할 수 있어 주조 중에 오차 없이 고정밀도의 측정이 가능하다.

또한 설정된 판별 조건은 저장되어 재사용이 가능하므로 장치 설치자 및 조작자에 따른 차이가 거의 없다.

다음에서는 도 5를 참고하여 본 발명에 의한 갭 유지장치를 상세히 설명한다. 이하의 상세한 설명에서는 도 3 및 도 4와 중복되는 구성 부분은 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명에 의한 갭 유지장치의 구성 블록도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 냉각롤(3)의 원주면과 용융금속(1)을 공급하는 노즐 개구부(5) 사이의 갭을 측정하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 편광 필터(8a)와 확대 렌즈(8b)를 장착한 카메라(8), 화상처리장치(9), 기억장치(10)로 구성되는 갭 측정장치를 포함하고, 게다가 갭 측정장치의 후단에 연결되는 제어장치(12)와 갭조절장치(13)를 더 포함하여 구성한다.

상기 제어장치(12)는 상기 화상처리장치(9)의 출력단에 연결하며, 주조공정에 따라 급냉응고 스트립 제조설비에서 요구되는 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭 최적위치와 길이에 대한 기준치를 미리 설정하여 두고, 이후 상기 화상처리장치(9)에서 전기적인 신호로 변환되어 출력되는 갭 측정치를 입력신호로 받아 기 설정된 기준치와 비교하여 갭 제어신호를 출력하는 일정갭 유지프로세스를 탑재하여 구성한다.

또한 상기 제어장치(12)의 출력단에는 갭 조절장치(13)를 연결하고, 상기 비교결과로 두 값의 차이가 있으면 현재 갭의 변화가 있음을 판단하여 상기 갭 조절장치(13)에 갭 조절을 위한 제어신호를 출력할 수 있게 구성한다. 여기서, 상기 제어장치(12)는 갭 측정치와 기준치를 비교하여, 갭 측정치가 기준치보다 작으면 노즐 개구부(5)와 냉각롤(3)사이의 갭을 넓히기 위한 제어신호를 발생하여 상기 갭 조절장치(13)에 제공하며, 갭 측정치가 기준치보다 크면 노즐 개구부(5)와 냉각롤(3) 사이의 갭을 좁히기 위한 제어신호를 발생하여 상기 갭 조절장치(13)에 제공한다.

상기 갭 조절장치(13)는 상기 노즐의 양측 단부에 각각 설치하고 그 각각에 구동장치를 장착하여 구성한다. 상기 구동장치는 상기 제어장치(12)에서 발생되는 하나 이상의 갭 조절 제어신호에 따라 양측 단부의 갭을 따로 조절할 수 있도록 독립적으로 형성될 수도 있고, 또한 제어장치(12)에서 발생되는 하나의 갭 조절 제어신호에 의해 양측 단부의 갭이 동일하게 움직이도록 구성할 수도 있다. 이하의 본 발명에서는 상기 갭조절장치가 상기 제어장치(12)에서 발생되는 하나의 갭 조절 제어신호에 의해 상기 노즐의 양쪽 끝부분이 동일하게 움직이도록 구성된 경우를 예로 들어 설명한다.

이러한 본 발명의 갭 유지장치에서 이루어질 수 있는 전체적인 동작흐름은, 카메라를 이용하여 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭에 대한 화상신호를 촬상하고 화상처리장치의 디스플레이수단을 이용하여 상기 촬상된 화상신호를 디스플레이하는 제 1단계와, 상기 제 1단계에서 디스플레이된 화상신호를 화상처리장치의 키입력수단을 통해 외부에서 주어지는 제어신호 또는 경계조건에 따라 그레이(Gray)처리하고 컬러(Color) 농담 및 정규화 상관 처리 등의 일련의 특수 화상처리기술에 의한 화상처리 프로세스를 실행하는 제 2단계와, 상기 제 2단계에서 화상 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 제 3단계와, 상기 화상처리장치(9)에서 검출된 갭 측정치가 상기 제어장치()에 입력되면 상기 제어장치(12)가 일정갭 유지 프로세스를 실행하여 기 설정된 기준치와 비교하고 그 비교결과로 갭의 변화를 판단하여 갭 조절을 위한 제어신호를 발생하는 제 4단계와, 상기 제어장치(12)에서 발생되는 갭 조절을 제어신호에 따라 상기 갭 조절장치(13)에서 노즐의 승강운동을 제어하여 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭을 가변시키는 제 5단계로 구분할 수 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 갭 유지장치에서는 냉각롤(3)의 표면과 노즐 개구부(5) 사이의 갭을 상기 본 발명의 갭 측정장치에서 측정하게 되면, 모니터에 나타난 화면과 그 화소수로부터 변환된 갭 측정치(상기 화소수로부터 변환된 갭의 수치 데이터)가 기억장치(10)에 저장됨과 아울러, 이와 함께 전기 신호로 변환된 갭 측정치가 제어장치(12)에 입력된다.

상기 제어장치(12)에서는 기 설정된 기준치를 사용하여 갭의 변화분 만큼 피 드백 제어를 통해 상기 갭 조절장치(13)를 미동시킴으로써, 해당 스트립 주조공정에 필요한 소정의 갭을 항상 유지시키도록 상기 갭 조절장치의 구동장치를 제어할 수 있게 된다.

참고로, 상기 화상처리장치(9)로부터 전달되는 갭 측정치를 전기적 신호로 바꾸지 않고 상기 제어장치(12)에 직접 전달하도록 구성할 수도 있으며, 이 경우 상기 제어장치(12)는 갭에 해당되는 미세 화소수를 전기적 신호로 검출하여 노즐을 미동시키고 소정의 갭을 설정하거나 제어하도록 일정갭 유지프로세스를 설정할 수도 있다.

이와 같이 본 발명을 적용할 경우 노즐(2)을 예열한 후 또는 주조 중에도 고정밀도의 갭 측정이 연속적으로 가능하고 소정의 갭을 유지시키는 제어장치(12)에 의하여 스트립 두께 정밀도가 양호한 고성능의 급냉응고 스트립이 안정되게 얻어진다.

다음의 실험예에서는 도 1의 단롤법 주조용 스트립 제조설비에 도 4의 갭 측정장치 및 방법을 사용하여 갭을 측정하고, 도 5의 갭 유지장치를 사용하여 일정 갭을 유지하면서 비정질 스트립을 제조하였다.

[실험예]

본 발명의 실험예에서 합금은 Fe-Si-B 계를 사용하고 용융금속의 온도는 1270^oC~1350^oC, 냉각롤은 25~33 m/sec의 속도로 회전시켰다.

사용한 주요 기기는 편광 필터, 고배율 확대 렌즈(cv-L50), 카메라(CV-070), 영상 신호 처리 Controller(CV-701), 갭유지 프로그램에 의한 제어장치, 갭 조절장치 등으로서, 편광 필터를 사용하여 역광을 최소화 하였으며, 실험에서 사용한 그레이 처리는 농담을 8 bit (256 단계)로 분할하여 활용함으로써 검출 정도를 향상하였다.

그리고 컬러 농담 처리는 추출된 색을 기준으로 그 밖의 색을 256 단계로 나눈 후 추출색을 255로 하고 이 색의 농도에서 멀어질수록 0에 가까워 지도록 설정하였으며, 256 단계의 데이터를 사용하기 때문에 위치 측정이 효과적이었다. 또한 서브 픽셀 처리를 사용하여 1개의 화소를 다시 10 등분하여 설정하여 위치를 정확하게 잡을 수 있도록 하였다.

또한 정규화 상관 기능을 이용하여 주위 밝기 등이 변동되어도 최적의 위치를 재검출할 수 있도록 하였으며, 얻어진 처리 신호를 기준 화상과 입력 화상 형상이 가장 일치하는 형상을 찾아서 갭으로 설정하였다.

노즐 개구부(5)와 냉각롤(3)의 갭은 200㎛에서 설정하였으며, 노즐을 예열하고 용융금속을 공급한 후에도 자동 제어에 의하여 이 갭 값을 일정하게 유지하였다.

그 결과 제조 조건에 따라 폭 50mm, 두께 약 28~34 ㎛의 표면 상태가 양호한 비정질 합금 스트립을 얻을 수 있었다.

또한 노즐의 양단의 갭을 측정하여 각 끝단에서 갭을 각각 조정하였기 때문에 폭 방향으로도 균일한 두께의 좋은 품질의 비정질 스트립을 얻을 수 있었다.

이상의 본 발명에 의하면, 단롤법에 의하고 비정질 합금 스트립 등의 급냉응고 스트립을 제조하는 설비에 있어, 냉각롤과 노즐 사이의 갭에 편광필터 및 확대렌즈를 장착한 카메라를 설치하고 비디오 신호를 감지한 후 특수 영상 처리를 가한 화상처리장치를 사용하여 갭을 측정하기 때문에, 0.3mm 이하의 좁은 갭을, 레이저를 사용하는 장치에 비하여 비교적 손쉽게 그리고 주조 중에도 큰 영향을 받지 않고 측정할 수 있으며, 노즐 예열 후나 주조 시에도 갭을 정확히 측정할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명은 상기의 갭 측정 방법을 사용하고 제어 장치를 사용하여 일정 갭을 유지하며, 노즐의 양단에서 갭 제어를 각기 수행함으로써, 급냉응고 스트립 주조공정을 통해 두께 정밀도 및 폭 방향으로의 정밀도가 양호한 고성능 급냉응고 스트립을 안정되게 얻을 수 있는 등의 여러가지 이점이 있다.

Claims (11)

1. 단롤법에 의한 급냉응고 스트립의 제조설비에서 냉각롤의 원주면과 상기 원주면에 노즐을 통해 용융금속을 공급하는 노즐 개구부 사이의 갭 측정장치에 있어서,

   상기 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭을 피사체로 포착할 수 있는 위치에 설치되어 상기 갭에 대한 화상신호를 촬상하는 카메라; 및

   외부 사용자와의 인터페이스를 위한 키입력수단 및 디스플레이수단을 구비하여 상기 카메라의 촬상신호를 디스플레이하며, 상기 키입력수단을 통해 주어지는 제어신호에 따라 상기 카메라 촬상신호를 그레이(Gray)처리, 컬러(Color) 농담 처리 및 정규화 상관 처리하여 그 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 화상처리장치;를 포함하되,

   상기 카메라는 피사체 주위의 용융금속에 의한 반사광을 제거하는 편광 필터 및 피사체 확대를 위한 고배율 확대 렌즈를 장착하고, 상기 노즐과 냉각롤 사이의 구간 중에서 용융금속이 공급되지 않는 노즐의 단부 화상을 포착할 수 있는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 화상처리장치의 갭 측정치를 저장하는 기억장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 카메라의 반대편에 상기 노즐과 냉각롤 및 갭을 명확하게 구분할 수 있는 보조 측정부재를 설치한 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 보조 측정부재는, 백색 반사판, 후면 광원(Back light), 흑색 스크린 중의 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정장치.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 카메라는 상기 노즐의 양측 단부의 화상을 각각 포착할 수 있는 위치에 각각 설치하되, 노즐 양측 단부의 갭을 동시에 측정할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정장치.
7. 단롤법에 의한 급냉응고 스트립의 제조설비에서 냉각롤의 원주면과 상기 원주면에 노즐을 통해 용융금속을 공급하는 노즐 개구부 사이의 갭을 제어하는 장치에 있어서,

   상기 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭을 피사체로 포착할 수 있는 위치에 설치되어 상기 갭에 대한 화상신호를 촬상하는 카메라와;

   외부 사용자와의 인터페이스를 위한 키입력수단 및 디스플레이수단을 구비하여 상기 카메라의 촬상신호를 디스플레이하며, 상기 키입력수단을 통해 주어지는 제어신호에 따라 상기 카메라 촬상신호를 그레이(Gray)처리, 컬러(Color) 농담 처리 및 정규화 상관 처리하여 그 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 화상처리장치와;

   상기 화상처리장치의 갭 측정치를 입력받아 기준치와 비교하고, 그 비교결과로 갭의 변화를 판단하여 갭 조절을 위한 제어신호를 발생하는 제어장치와;

   상기 노즐의 단부에 설치되며, 상기 제어장치에서 발생되는 갭 조절 제어신호에 따라 상기 노즐을 승강시켜 상기 노즐의 개구부와 냉각롤 사이의 갭을 가변시키는 갭 조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 유지장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 화상처리장치의 갭 측정치를 저장하는 기억장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 유지장치.
9. 제 7에 있어서, 상기 갭조절장치는 상기 노즐의 양측 단부에 각각 설치되어 노즐 양단의 갭을 각각 독립적으로 조절 가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 단롤 법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 유지장치.
10. 단롤법에 의한 급냉응고 스트립의 제조설비에서의 냉각롤의 원주면과 상기 원주면에 노즐을 통해 용융금속을 공급하는 노즐 개구부 사이의 갭을 측정하는 방법에 있어서,

    상기 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 구간 중에서 상기 용융금속이 공급되지 않는 구간에 대한 화상신호를 촬상하여 디스플레이하는 제 1단계;

    상기 디스플레이된 화상신호를 주어진 제어신호에 따라 그레이(Gray)처리하고 컬러(Color) 농담 및 정규화 상관 처리하는 제 2단계; 및

    상기 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 제 3단계;를 포함하되,

    상기 제 1단계는 피사체 주위의 용융금속에 의한 반사광을 편광 원리를 이용하여 필터링하는 단계 및 피사체를 고배율로 확대하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 측정방법.
11. 단롤법에 의한 급냉응고 스트립의 제조설비에서의 냉각롤의 원주면과 상기 원주면에 노즐을 통해 용융금속을 공급하는 노즐 개구부 사이의 갭을 제어하는 방법에 있어서,

    상기 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭에 대한 화상신호를 촬상하여 디스플레이하는 제 1단계와;

    상기 디스플레이된 화상신호를 주어진 제어신호에 따라 그레이(Gray)처리하고 컬러(Color) 농담 및 정규화 상관 처리하는 제 2단계와;

    상기 처리된 결과로부터 갭 측정치를 검출하여 출력하는 제 3단계와;

    상기 검출된 갭 측정치를 기준치와 비교하고 그 비교결과로 갭의 변화를 판단하여 갭 조절을 위한 제어신호를 발생하는 제 4단계와;

    상기 갭 조절을 제어신호에 따라 노즐 개구부와 냉각롤 사이의 갭을 가변시키는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단롤법에 의한 급냉응고 스트립 제조설비의 갭 유지방법.

Images