KR100979034B1 - 선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치 - Google Patents

선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉연공장 TCM(Tandem Cold Mill)의 마지막 스탠드(Stand) 강판의 폭 및 표면결함을 검출하는 장치에 관한 것으로, 강판의 상부에서 강판의 폭 방향을 따라 일직선의 선형 레이저를 주사하는 선형레이저부와, 상기 강판의 좌, 우측 상부에 설치되어 상기 강판에서 반사되는 레이저를 촬영하는 제1,2카메라부와, 상기 강판의 중심 상부에 설치되어 상기 강판에서 반사되는 레이저를 촬영하는 제3카메라부와, 상기 제1,2카메라부에서 검출된 레이저를 연산하여 강판의 폭을 검출하는 강판 폭 검출부와, 상기 제3카메라부에서 검출된 레이저 신호의 크기가 설정된 기준신호보다 크면, 상기 제3카메라부의 레이저 신호를 펄스파형으로 변환하여 강판의 표면결함 위치 및 크기를 검출하는 강판 표면결함 검출부로 구성된다.
상기한 구성에 의하면, 본 발명은 냉연공장 TCM(Tandem Cold Mill)의 마지막 스탠드(Stand) 출측처럼 강판 하부 공간이 부족한 설비에도 적용 가능하고, 압연유에 의한 흄(Fume)의 영향을 받지 않고 강판의 폭과 표면결함을 동시에 검출할 수 있고, 상기 강판 표면결함의 크기 및 위치를 정확하게 검출하여 강판의 생산성 및 품질성을 향상시키는 효과가 있다.
냉연공장, 강판, 폭, 표면결함, CCD카메라, 선형레이저

Description

선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치{AN APPARATUS FOR DETECTING THE WIDTH AND DEFECT OF STEEL PLATE BY USING LINEAR LASER}
도1은 종래 강판의 폭을 측정하는 장치의 구성도이다.
도2는 종래 강판 표면 결함 검출장치의 구성도이다.
도3은 본 발명에 의한 선형 레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치의 구성도이다.
도4a 및 도4b는 본 발명에 의한 선형레이저부 및 카메라부의 구성도이다.
도5는 본 발명에 의한 강판의 폭 검출장치의 구성도이다.
도6은 본 발명에 의한 강판의 표면결함 검출장치의 구성도이다.
도7a는 강판의 표면결함 예이고, 도7b 및 도7c는 강판의 표면결함에 따른 펄스 파형도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 강판 20: 선형레이저부
21: 레이저발생기 22: 광학렌즈
30, 35, 40: 제1,2,3카메라부 32,37,42: 광학필터
51: 강판 폭 검출부 52: 강판 표면결함 검출부
본 발명은 냉연공장 TCM(Tandem Cold Mill)의 마지막 스탠드(Stand) 출측과 같이 강판의 하부에 공간이 부족하고, 압연유에 의한 흄(Fume)이 발생하는 영역에서 강판의 폭 및 표면결함을 검출하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 강판의 상부에 선형레이저부를 설치하여 강판의 폭 방향으로 선형레이저를 주사하여 상기 강판의 폭과 표면결함을 동시에 검출하는 선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치에 관한 것입니다.
도1은 종래 강판의 폭을 측정하는 장치의 구성도로서, 강판(1)의 하부 좌, 우측에 위치한 발광부(3a,3b)에서 강판으로 적외선을 주사하고, 상기 강판의 상부 좌, 우측에 위치한 수광부(4a,4b)는 상기 강판이 존재하지 않는 영역으로 주사된 적외선만을 감지한다. 신호검출부(5)는 상기 수광부(4a,4b)에서 감지된 적외선을 입력받아 강판의 폭을 연산함으로써, 상기 강판(1)의 폭을 검출할 수 있다.
그러나, 상기 방식은 냉연공장 TCM(Tandem Cold Mill) 마지막 스탠드(Stand)와 같이 강판 압연시 분사되는 압연유와 압연유 때문에 발생되는 흄(Fume)에 의해 강판 하부에 위치한 발광부(3a,3b) 표면이 오염되어 정상적인 적외선 발산이 어려워 정확한 강판 폭 측정이 어려운 문제점이 있다. 또한, 냉연공장 TCM(Tandem Cold Mill) 마지막 스탠드(Stand) 강판 하부에는 공정 특성상 공간이 없기 때문에, 상기 발광부(3a,3b)를 설치할 수 없는 문제점이 있다.
도2는 종래 강판 표면 결함 검출장치의 구성도로서, 원형주사식 레이저를 이용한 강판의 핀홀 검출장치(특허등록 출원 제2000-43556호)는 열연 및 냉연강판의 상부에서 폭 방향을 따라 다수개의 원형주사식 레이저(11)를 구비하고 고정 설치된 원형 레이저 주사부(12)와, 상기 열연 및 냉연강판의 하부에서 핀홀을 통과한 레이저를 검출하여 상기 신호처리 시스템으로 전송하기 위한 다수개의 LAAPD(Line Array Avalanche Photo Diode)(13)를 구비하고 고정 설치된 LAAPD검출부(14)로 구성되어 있다. 상기 원형주사식 레이저(11)에서 강판(1)으로 원형 레이저가 주사되면 상기 강판(1)의 핀홀을 통과한 레이저는 상기 다수의 LAAPD에 의해 검출되고, 상기 LAAPD에서 검출된 레이저는 신호처리 시스템(15)으로 입력된다. 상기 신호처리 시스템(15)은 상기 LAAPD에서 검출된 레이저를 연산하여 상기 강판(1)에 형성된 핀홀의 위치 및 크기와 같은 표면 결함을 검출할 수 있다.
그러나, 상기와 같이 구성된 강판의 핀홀 검출장치는 강판 압연시 분사되는 압연유와 압연유 때문에 발생하는 흄(fume)에 의해 강판 하부에 위치한 LAAPD 검출부(14) 표면이 오염되어 강판 핀홀을 통과한 레이저를 정상적으로 검출하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 냉연공장 TCM 마지막 스탠드 강판 하부에는 공정 특성상 공간이 없기 때문에 LAAPD검출부(14)를 설치할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 그 목적은 냉연공장 TCM(Tandem Cold Mill)의 마지막 스탠드(Stand) 출측에서 배출되는 강판의 폭 및 표면결함을 공간 부족 및 압연유에 상관없이 검출하기 위해서, 상기 강판의 상부에 선형레이저부를 설치하여 강판의 폭 방향으로 선형레이저를 주사하여 상기 강판의 폭과 표면결함을 동시에 검출하는 선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 장치는 냉연공정 TCM(Tandem Cold Mill) 마지막 스탠드(Stand) 출측 강판의 폭 및 표면결함 검출장치에 있어서,
강판의 상부에서 강판의 폭 방향을 따라 일직선의 선형 레이저를 주사하는 선형레이저부;
상기 강판의 좌, 우측 상부에 설치되어 상기 강판에서 반사되는 레이저를 촬영하는 제1,2카메라부;
상기 강판의 중심 상부에 설치되어 상기 강판에서 반사되는 레이저를 촬영하는 제3카메라부;
상기 제1,2카메라부에서 검출된 레이저를 연산하여 강판의 폭을 검출하는 강판 폭 검출부; 및
상기 제3카메라부에서 검출된 레이저 신호의 크기가 설정된 기준신호보다 크 면, 상기 제3카메라부의 레이저 신호를 펄스파형으로 변환하여 강판의 표면결함 위치 및 크기를 검출하는 강판 표면결함 검출부
로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치는 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 첨부된 도면에서 실질적으로 동일한 구성 및 기능을 갖는 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도3은 본 발명에 의한 선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치의 구성도로서, 도3은 참조하면 본 발명은 강판(1)의 상부에서 강판의 폭 방향을 따라 일직선의 선형레이저(L)를 주사하는 선형레이저부(20)와, 상기 강판의 좌, 우측 상부에 설치되어 상기 강판에서 반사되는 레이저를 촬영하는 제1,2카메라부(30,35)와, 상기 강판의 중심 상부에 설치되어 상기 강판에서 반사되는 레이저를 촬영하는 제3카메라부(40)와, 상기 제1,2카메라부(30,35)에서 검출된 레이저를 연산하여 강판의 폭을 검출하는 강판 폭 검출부(51)와, 상기 제3카메라부(40)에서 검출된 레이저신호(△D)의 크기가 설정된 기준신호(DSTD)보다 크면, 상기 제3카메라부(40)의 레이저신호(△D)를 펄스파형으로 변환하여 강판의 표면결함 위치 및 크기를 검출하는 강판 표면결함 검출부(52)를 포함한다.
도4a는 본 발명에 의한 선형레이저부의 구성도로서, 상기 선형레이저부(20)는 레이저를 발생시키는 레이저발생기(21)와, 상기 레이저 발생기(21)에서 발생된 레이저를 강판의 폭 방향 선형의 레이저로 변환시키는 광학렌즈(22)를 포함한다.
또한, 도4b는 본 발명에 의한 제1,2,3카메라부의 구성도로서, 상기 제1,2,3카메라부(31,36,41)는 각각 상기 선형레이저만을 통과시키는 광학필터(32,37,42)를 포함한다.
이하, 상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 작용을 설명한다.
도5는 본 발명에 의한 강판의 폭 검출장치의 구성도로서, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 선형레이저부(20)의 레이저발생기(21)로부터 발생된 레이저가 상기 광학렌즈(22)를 거쳐 강판의 폭 방향으로 주사된 선형레이저(L)는, 강판의 폭 검출시 고정적으로 기준이 되는 기준길이(L0)와, 제1카메라부(30)에 의해 검출 가능한 좌측 폭 길이(L1)와, 제2카메라부(35)에 의해 검출 가능한 우측 폭 길이(L2)로 구분될 수 있다.
상기 제1,2카메라부(30,35)에서 검출되는 레이저는 상기 강판 폭 검출부(51)로 전송되고, 상기 강판 폭 검출부(51)는 상기 레이저를 그에 상응하는 좌, 우측 폭 길이(L1,L2)로 연산한다. 상기 좌, 우측 폭 길이(L1,L2)는 하기 수학식1에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112003032697688-pat00001
Figure 112003032697688-pat00002
L1,L2: 좌, 우측 폭 길이[mm]
LL,LR(TOTAL): 제1,2카메라 전체 시야[mm]
BL,BR(TOTAL): 제1,2카메라 전체 CCD 소자수[bit]
BL△L,BR△R: 좌, 우측 레이저를 검출한 제1,2카메라의 CCD소자수[bit]
상기 수학식1에 의해 제1,2카메라에서 검출된 강판의 좌, 우측 폭 길이(L1,L2)가 연산되면, 상기 강판 폭 검출부(51)는 상기 선형레이저(L)에 따른 강판의 폭 길이(LTOTAL)를 하기 수학식2에 의해 검출할 수 있다.
Figure 112003032697688-pat00003
LTOTAL: 선형레이저(L)에 따른 강판 폭[mm]
L0: 폭 검출 기준길이[mm]
L1,L2: 좌, 우측 폭 길이[mm]
도6은 본 발명에 의한 강판의 표면결함 검출장치의 구성도로서, 도6에 도시 된 바와 같이, 강판(1)의 중심 상부에 위치한 상기 제3카메라부(40)는 상기 선형레이저부(20)로부터 주사된 선형레이저(L)를 광학필터(42)를 거쳐 검출한 뒤, 상기 강판 표면결함 검출부(52)로 전송한다. 상기 제3카메라부(40)로 전송되는 레이저는 도7a에 도시된 바와 같이 강판의 표면 상태에 따라 달라진다.
즉, 강판에 표면결함이 없는 경우 선형레이저부(20)의 레이저는 굴절 없이 상기 제3카메라부(40)로 연속적으로 입력되고, 상기 강판에 홀이 존재하는 경우 선형레이저는 홀을 통과하여 상기 제3카메라부(40)에 입력되지 않는다. 또한, 강판 표면에 흠이 존재하는 경우 레이저는 난반사되어 상기 제3카메라부(40)에 불연속적으로 입력된다.
본 발명의 상기 강판 표면결함 검출부(52)는 상기와 같은 결함에 의해 제3카메라부(40)로 선형레이저가 입력되는 여부를 도7b 및 도7c와 같은 펄스파형으로 나타내고, 상기 펄스파형을 통해 상기 강판의 표면결함 위치 및 크기를 검출한다.
도7b 및 도7c에 도시된 △S1은 상기 제3카메라부(40)로부터 레이저가 입력된 시간이고, 상기 △S2는 상기 제3카메라부(40)로부터 레이저가 입력되지 않은 시간을 의미한다. 즉, 상기 제3카메라부(40)로 레이저가 입력되지 않는 경우 펄스는 다운레벨을 유지하고, 레이저가 입력되는 경우 펄스는 업레벨을 유지함으로써, 상기 펄스파형을 분석하여 상기 강판의 표면결함 위치 및 크기를 검출할 수 있다.
상기 도7c에서 S는 제3카메라가 선형레이저를 스캐닝한 전체 시간이고, DSTD 는 강판 표면결함 검출여부를 구분하는 기준신호 크기이고, △D는 강판의 표면결함이 존재하는 경우 결함신호 크기로서, 상기 △D가 DSTD보다 크면, 강판에 표면결함이 발생한 것으로 판단하여, 상기 강판 표면결함 검출부(52)는 강판 표면결함 위치(△DL) 및 강판 표면결함 크기(△DH)를 연산한다.
상기 강판 표면결함 검출부(52)의 강판 표면결함 위치(△DL)는 하기 수학식3에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112003032697688-pat00004
△DL: 강판 표면결함 위치[mm]
△S1: 제3카메라가 표면결함이 없는 영역을 스캐닝한 시간[sec]
△S2: 제3카메라가 표면결함이 있는 영역을 스캐닝한 시간[sec]
L: 강판의 폭[mm]
S: 제3카메라가 선형레이저를 스캐닝한 시간[sec]
상기 강판 표면결함 검출부(52)의 강판 표면결함 크기(△DH)는 하기 수학식4에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112003032697688-pat00005
△DH: 강판 표면결함의 크기[mm]
△S2: 제3카메라가 표면결함이 있는 영역을 스캐닝한 시간[sec]
L: 강판의 폭[mm]
S: 제3카메라가 선형레이저를 스캐닝한 시간[sec]
전술한 바와 같이, 본 발명은 냉연공장 TCM(Tandem Cold Mill)의 마지막 스탠드(Stand) 출측 강판의 폭 및 표면결함을 검출하여 화면에 표시할 수 있다.
본 발명은 강판의 상부에 강판으로 선형레이저를 주사하는 선형레이저부 및 상기 강판에 주사된 레이저가 입사되는 카메라부를 강판의 상부에 설치하여 상기 강판의 폭 및 표면결함을 검출함으로써, 냉연공장 TCM(Tandem Cold Mill)의 마지막 스탠드(Stand) 출측처럼 강판 하부 공간이 부족한 설비에도 적용 가능하고, 압연유에 의한 흄(Fume)의 영향을 받지 않고 강판의 폭과 표면결함을 동시에 검출할 수 있고, 상기 강판 표면결함의 크기 및 위치를 정확하게 검출하여 강판의 생산성 및 품질성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 냉연공정 TCM(Tandem Cold Mill) 마지막 스탠드(Stand) 출측 강판의 폭 및 표면결함 검출장치에 있어서,
    강판의 상부에서 강판의 폭 방향을 따라 일직선의 선형 레이저를 주사하는 선형레이저부;
    상기 강판의 좌, 우측 상부에 설치되어 상기 강판에서 반사되는 레이저를 촬영하는 제1,2카메라부;
    상기 강판의 중심 상부에 설치되어 상기 강판에서 반사되는 레이저를 촬영하는 제3카메라부;
    상기 제1,2카메라부에서 검출된 레이저를 연산하여 강판의 폭을 검출하는 강판 폭 검출부; 및
    상기 제3카메라부에서 검출된 레이저 신호의 크기가 설정된 기준신호보다 크면, 상기 제3카메라부의 레이저 신호를 펄스파형으로 변환하여 강판의 표면결함 위치 및 크기를 검출하는 강판 표면결함 검출부
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선형레이저부는
    레이저를 발생시키는 레이저발생기; 및
    상기 레이저 발생기에서 발생된 레이저를 강판의 폭 방향 선형의 레이저로 변환시키는 광학렌즈
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1,2,3카메라부 각각은 상기 선형레이저만을 통과시키는 광학필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 강판 표면결함 검출부는 수학식 △DL=(△S1+(△S2/2)*L/S(△DL: 강판 표면결함 위치[mm], △S1: 제3카메라가 표면결함이 없는 영역을 스캐닝한 시간[sec], △S2: 제3카메라가 표면결함이 있는 영역을 스캐닝한 시간[sec], L: 강판의 폭[mm], S: 제3카메라가 선형레이저를 스캐닝한 시간[sec])에 의해 강판 표면결함의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 강판 표면결함 검출부는 수학식 △DH=△S2*L/S(△DH: 강판 표면결함의 크기[mm], △S2: 제3카메라가 표면결함이 있는 영역을 스캐닝한 시간[sec], L: 강판의 폭[mm], S: 제3카메라가 선형레이저를 스캐닝한 시간[sec]) 에 의해 강판 표면결함의 크기를 검출하는 것을 특징으로 하는 선형레이저를 이용한 강판의 폭 및 표면결함 검출장치.
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