KR101027210B1 - 이동식 입체검출형 강판폭 측정장치 - Google Patents

이동식 입체검출형 강판폭 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동 수단을 구비하여 위치의 제약을 받지 않으며, 화상 입체검출 기술을 이용하여 강판의 폭을 보다 정밀하게 측정하는 이동식 입체검출형 강판 폭 측정장치 에 관한 것이다. 본 발명은, ㄷ자형 프레임과, 상기 프레임의 하부에서 상부로 소정의 폭으로 빛을 조사하는 광원과, 상기 광원으로부터 빛을 검출하도록 상기 프레임의 상부에 가로로 일렬로 순서대로 설치된 제1 내지 제4 카메라와, 상기 광원 및 카메라 사이로 강판이 진입하기 이전에, 상기 카메라에 검출되는 빛의 조도를 사전 설정된 설정조도와 비교하여 그 차이에 따라 상기 카메라의 조리개를 조정하는 조도보정부와, 상기 광원 및 카메라의 사이로 강판이 진입하면, 상기 카메라 각각에서 검출되는 빛을 이용하여 카메라의 위치 및 상기 강판의 위치에 대한 복수개의 좌표를 결정하고, 상기 결정된 복수개의 좌표에 따라 강판의 폭을 연산하는 연산부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 생산되는 강판의 폭을 매우 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
강판폭 측정, 광원, 카메라, 조도

Description

이동식 입체검출형 강판폭 측정장치{APPARATUS FOR THREE-DIMENSIONAL MEASURING WIDTH OF STEEL PLATE}
도 1은 종래의 강판 폭 측정장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이동식 입체검출형 강판폭 측정장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이동식 입체검출형 강판폭 측정장치의 강판측정 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
101 : 프레임 103 : 광원
109 : 구동수단 111 : 이동수단
201 내지204 : 제1 내지 제4 카메라
300 : 조도보정부 400 : 연산부
500 : 디스플레이부
본 발명은 강판의 폭을 측정하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동 수단을 구비하여 위치의 제약을 받지 않으며, 화상 입체검출 기술을 이용하여 강판의 폭을 보다 정밀하게 측정하는 이동식 입체검출형 강판폭 측정장치 에 관한 것이다.
일반적으로, 열간압연, 냉간압연 등의 방법으로 생산되는 강판은, 수요자의 요구에 따라 소정의 폭을 일정하게 유지하도록 생산된다. 이에 따라, 생산되는 강판의 폭을 정밀하게 측정하는 장치는, 강판 제품의 품질을 결정하고, 궁극적으로 수요자의 요구를 충족시키기 위해 강판 제조 공장에서 매우 중요한 설비 가운데 하나이다.
종래의 강판의 폭을 측정하는 강판 폭 측정장치는 도 1에 도시된 것과 같이 고정된 ㅁ자형 프레임(10)과, 상기 프레임의 하부에 소정의 길이를 갖는 특수 형광등으로 이루어진 광원(11)과, 강판(1)을 상기 광원(11)의 상부로 진행시켜 강판에 의해 빛이 가려지는 부분을 검출하도록 프레임의 상부에 설치된 광검출부(12) 및 상기 광검출부(12)에서 검출되는 빛을 분석하여 강판의 폭을 계산하는 연산부(13)를 구비한다. 강판(1)이 프레임의 하부에서 상부로 빛을 조사하는 광원(11)을 통과하면, 상기 강판(1)이 광원(11)에서 조사되는 빛을 가리게 된다. 이 때, 상기 광검출부(12)에서는 강판(1)에 의해 가려진 채 입력되는 빛을 검출하여 이를 상기 연산부(13) 전송하고, 상기 연산부(13)는 상기 광검출부(12)에서 입력된 빛에 대한 정 보를 소정의 방식으로 분석하여 강판의 폭을 측정하였다.
이와 같은 종래의 강판 폭 측정 장치는 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있다.
먼저, 상기 종래의 강판 폭 측정장치는, 강판의 양 에지를 통과한 빛을 카메라로 측정하는 방식이므로 실제 조업 중에 발생하는 강판의 패스라인 변동, 두께변화, 플라잉, 기울임 등과 같은 변화를 감지할 수 없어 정확한 폭 측정이 불가능하다는 문제점이 있다.
둘째, 종래 강판 폭 측정 장치는 광원의 조도가 저하되는 경우, 그에 따른 보정 기술을 갖추지 않아 폭 측정에 있어 심각한 오차가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 당 기술분야에서는 상기 문제점을 해결할 수 있는 새로운 강판 폭 측정 장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 복수개의 카메라를 이용하여 강판의 폭 및 형상 변화를 다각도의 입체적으로 검출하고, 광원의 조도가 떨어졌을 때 즉시 보정하며, 검출신호를 정확히 구분하여 정밀한 폭 측정이 가능한 강판 폭 측정 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
ㄷ자형 프레임;
상기 프레임의 하부에서 상부로 소정의 폭으로 빛을 조사하는 광원;
상기 광원으로부터 빛을 검출하도록 상기 프레임의 상부에 가로로 일렬로 순서대로 설치된 제1 내지 제4 카메라;
상기 광원 및 카메라 사이로 강판이 진입하기 이전에, 상기 카메라에 검출되는 빛의 조도를 사전 설정된 설정조도와 비교하여 그 차이에 따라 상기 카메라의 조리개를 조정하는 조도보정부;
상기 광원 및 카메라의 사이로 강판이 진입하면, 상기 카메라 각각에서 검출되는 빛을 이용하여 카메라의 위치 및 상기 강판의 위치에 대한 복수개의 좌표를 결정하고, 상기 결정된 복수개의 좌표에 따라 강판의 폭을 연산하는 연산부를 포함하는 이동식 입체검출형 강판폭 측정장치를 제공한다.
상기 연산부는, 강판폭의 제1 측과 반대편인 제2 측 사이의 거리를 하기 식 1을 이용하여 연산함으로써 강판의 폭을 연산하는 것을 특징으로 한다.
[식 1]
Figure 112003048628746-pat00001
(상기 식 1에서,
Figure 112003048628746-pat00002
Figure 112003048628746-pat00003
Figure 112003048628746-pat00004
Figure 112003048628746-pat00005
이며,
x축은 광원의 상부면의 길이방향이며, y축은 상기 제2 및 제3 카메라의 초점사이의 거리의 중점에서 상기 x축으로 내린 수선인 x-y 좌표평면에서,
E1x, E1y : 측정되는 강판의 제1 측의 x, y 좌표값,
E2x, E2y : 측정되는 강판의 제2 측의 x, y 좌표값,
C1x 내지 C4x : 상기 제1 내지 제4 카메라 초점의 x좌표값,
C1y 내지 C4y : 상기 제1 내지 제4 카메라 초점의 y좌표값,
X1x : 상기 제1 카메라의 초점과 상기 제1 측이 이루는 직선이 x축과 만나는 점의 x좌표,
X2x : 상기 제2 카메라의 초점과 상기 제1 측이 이루는 직선이 x축과 만나는 점의 x좌표,
X3x : 상기 제3 카메라의 초점과 상기 제2 측이 이루는 직선이 x축과 만나는 점의 x좌표,
X4x : 상기 제4 카메라의 초점과 상기 제2 측이 이루는 직선이 x축과 만나는 점의 x좌표)
상기 프레임은, 이동수단 및 상기 이동수단에 동력을 공급하는 구동수단을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 조도보정부는, 상기 카메라의 조리개를 모두 개방한 경우에 검출되는 빛의 조도가 상기 사전 설정조도보다 낮은 경우 광원교체 경보를 생성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 강판폭 측정 장치는, 상기 연산부에서 연산된 강판의 폭을 실시간으로 디스플레이 하는 디스플레이부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 이동식 입체검출형 강판폭 측정 장치의 구성 및 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 이동식 입체검출형 강판폭 측정 장치의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이동식 입체검출형 강판폭 측정 장치는, ㄷ자형 프레임(101), 상기 프레임(101)의 하부에서 상부로 소정의 폭으로 빛을 조사하는 광원(103)과, 상기 광원(103)으로부터 빛을 검출하도록 상기 프레임의 상부에 가로 로 일렬로 순서대로 설치된 제1 내지 제4 카메라(201 내지 204)와, 상기 광원(103) 및 카메라(201 내지 204) 사이로 강판이 진입하기 이전에, 상기 카메라(201 내지 204)에 검출되는 빛의 조도를 사전 설정된 설정조도와 비교하여 그 차이에 따라 상기 카메라의 조리개를 조정하는 조도보정부(300)와, 상기 광원(103) 및 카메라(201 내지 204)의 사이로 강판이 진입하면, 상기 카메라(201 내지 204) 각각에서 검출되는 빛을 이용하여 카메라(201 내지 204)의 위치와 상기 강판의 위치에 대한 복수개의 좌표를 결정하고, 상기 결정된 복수개의 좌표에 따라 강판의 폭을 연산하는 연산부(400) 및 상기 연산부(400)에서 연산된 강판의 폭을 실시간으로 디스플레이 하는 디스플레이부(500)를 포함하여 구성된다.
상기 프레임(101)은 ??자 형태를 갖는다. 프레임 하부측에는 프레임 상부측으로 빛을 조사할 수 있는 광원(103)이 설치되고, 상기 프레임 상부측에는 4개의 카메라(201 내지 204)가 설치된다. 상기 프레임(101)은 고정식이 아니라 필요에 따라 이동할 수 있는 이동수단, 즉 바퀴(111)를 구비하고, 상기 바퀴에 동력을 제공하는 구동수단, 즉 모터(109)를 구비할 수 있다.
상기 광원(103)은 상기 프레임(101)의 하부측에 설치된다. 상기 광원(103)은 소정의 폭을 갖는 빛을 프레임의 상부측에 설치된 상기 카메라(201 내지 204) 쪽으로 조사한다. 상기 광원(103)의 폭은 측정될 강판의 폭보다 넓어야한다.
상기 제1 내지 제4 카메라(201 내지 204)는 상기 프레임(101)의 상부측에 일렬로 나란히 순서대로 설치된다. 상기 카메라(201 내지 204)가 이루는 열과 상기 광원(103)은 서로 평행하게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 조도보정부(300)는 상기 광원(103) 및 카메라(201 내지 204) 사이로 강판이 진입하기 이전에, 상기 카메라(201 내지 204)에 검출되는 빛의 조도를 사전 설정된 설정조도와 비교하여 그 차이에 따라 상기 카메라의 조리개를 조정한다. 상기 광원(103)은 사용시간의 경과할수록 그 조도가 점점 감소하게되므로, 카메라에서 검출되는 빛이 약해져 강판폭 측정에 오차가 발생할 수 있다. 이를 보정하기 위해 상기 조도보정부(300)는 각각의 카메라(201 내지 204)에 구비된 조리개를 조절하여, 상기 카메라(201 내지 204)에 조사되는 빛이 양이 일정 수준 이상을 유지하도록 조정한다. 이 때, 상기 카메라의 조리개를 모두 개방한 경우에 검출되는 빛의 조도가 상기 사전 설정조도보다 낮은 경우에, 상기 조도보정부(300)는 광원교체 경보를 생성하여 조업자가 광원의 교체 시기를 알 수 있도록 할 수 있다.
상기 연산부(400)는, 상기 광원(103) 및 카메라(201 내지 204)의 사이로 강판이 진입하면, 상기 카메라(201 내지 204) 각각에서 검출되는 빛을 이용하여 카메라(201 내지 204) 위치 및 상기 강판의 위치에 대한 복수개의 좌표를 결정하고, 상기 결정된 복수개의 좌표에 따라 강판의 폭을 연산한다. 상기 연산부(400)에서 이루어지는 좌표 결정 및 강판 폭 연산에 대해서는 하기에서 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
상기 디스플레이부(500)는 상기 연산부에서 연산된 강판의 폭을 실시간으로 디스플레이 한다. 상기 디스플레이부(500)에서 실시간 디스플레이 되는 강판의 폭 을 조업자가 모니터링 하여 강판의 불량여부 등을 손쉽게 파악할 수 있게된다.
도 3은 상기 연산부에서 이루어지는 강판폭 측정 동작을 설명하기 위한 도면이다. 먼저 도 3에 도시된 부호들에 대하여 설명하면 다음과 같다.
x축은 광원의 상부면의 길이방향이며, y축은 4개의 카메라 중 중심에 위치한 두기의 카메라의 초점의 중심에서 상기 x축으로 내린 수선이 된다.
C1 내지 C4는 각각 제1 카메라(201), 제2 카메라2(202), 제3 카메라3(203), 제4 카메라(204)의 초점의 좌표이다. 상기 제1 내지 제4 카메라는 순서대로 배열된다. 이는 사전에 상기 연산부에 기록된다. C1x 내지 C4x는 각각 C1 내지 C4의 x, y축 직교좌표 상의 x좌표값이며, C1y 내지 C4y는 각각 C1 내지 C4의 x, y축 직교좌표 상의 y좌표값이다.
P1 내지 P4는 각각 상기 C1 내지 C4 에서 x축에 수직한 직선을 그었을 때 x축과 만나는 점의 좌표로 사전에 상기 연산부에 기록된다.
E1은 피측정체, 즉 강판의 일측 끝점에서 C1 과 X1 축선, C2 과 X2 축선이 교차하는 점의 좌표이다. E2는 피측정체, 즉 강판의 다른 측의 끝점에서 C3과 X3 축선, C4와 X4 축선이 교차하는 점의 좌표이다. E1x 및 E2x는 각각 E1 및 E2의 x, y축 직교좌표 상의 x좌표값이며, E1y 및 E2y는 각각 x, y축 직교좌표 상의 y좌표값이다.
X1은 C1과 E1을 지나는 직선이 x축과 만나는 점의 좌표이며, X2는 C2와 E1을 지나는 직선이 x축과 만나는 점의 좌표이며, X3은 C3과 E2를 지나는 직선이 x축과 만나는 점의 좌표이며, X4는 C4와 E2를 지나는 직선이 x축과 만나는 점의 좌표이다.
X1x 내지 X4x는 각각 X1 내지 X4의 x, y축 직교좌표 상의 x좌표값이다.
W1, W2는 각각 E1, E2 에서 x축에 수직한 직선을 그었을 때 x축과 만나는 점의 좌표이다.
W는 강판의 폭이다.
강판의 폭(W)은 하기 식 1과 같이 구할 수 있다.
[식 1]
Figure 112003048628746-pat00006

상기 식 1을 유도하는 과정은 다음과 같다.
점C1과 E1을 연결한 직선을 l1이라 하면 이 직선의 방정식은 하기 식 2와 같다.
[식 2]
Figure 112003048628746-pat00007
(t는 실수)
이 벡터 방정식을 x 성분과 y성분으로 각각 분리해서 기술하면 하기 식 3 및 식 4와 같다.
[식 3]
Figure 112003048628746-pat00008
[식 4]
Figure 112003048628746-pat00009
이 직선 위에 (X1x,0)가 존재하므로 이 값을 상기 식 3 및 식 4에 대입한 후 t를 소거하여 E1x와 E1y에 대해 정리하면 하기 식 5와 같다.
[식 5]
Figure 112003048628746-pat00010
위와 같은 방법을 점 C2와 E2에 적용하면 하기 식 6을 구할 수 있다.
[식 6]
Figure 112003048628746-pat00011
상기 식 4 및 식 5는 E1x와 E1y에 대한 2원1차 연립방정식이며 이 연립방정식을 풀면 하기 식 7과 식 8과 같이 E1x, E1y를 각각 구할 수 있다.
[식 7]
Figure 112003048628746-pat00012
[식 8]
Figure 112003048628746-pat00013
상기 식 2 내지 식 8과 동일한 방법으로 E2x 및 E2y를 구하면 하기 식 9 및 식 10과 같다.
[식 9]
Figure 112003048628746-pat00014
[식 10]
Figure 112003048628746-pat00015

최종적으로 강판의 폭 W는 상기 식 7 내지 식 10을 이용하여 하기 식 1을 통해 입체적으로 정확하게 구할 수 있다.
[식 1]
Figure 112003048628746-pat00016
W : 강판의 폭
E1x : E1 의 x, y축 직교좌표 상의 x축 좌표 값
E1y : E1 의 x, y축 직교좌표 상의 y축 좌표 값
E2x : E2 의 x, y축 직교좌표 상의 x축 좌표 값
E2y : E2 의 x, y축 직교좌표 상의 y축 좌표 값
상기와 같이 본 발명에 따르면 복수개의 카메라를 이용하여 강판의 폭을 입체적으로 검출함으로써, 생산되는 강판의 폭을 매우 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이동 수단을 구비함으로써 측정이 이루어지는 위치를 사용자의 편의에 따라 자유롭게 변경할 수 있는 효과가 있다. 또한 광원의 조도가 떨어졌을 때 즉시 조도의 감소를 보정하여 보다 강판폭 측정의 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. ㄷ자형 프레임;
    상기 프레임의 하부에서 상부로 소정의 폭으로 빛을 조사하는 광원;
    상기 광원으로부터 빛을 검출하도록 상기 프레임의 상부에 가로로 일렬로 순서대로 설치된 제1 내지 제4 카메라;
    상기 광원 및 카메라 사이로 강판이 진입하기 이전에, 상기 카메라에 검출되는 빛의 조도를 사전 설정된 설정조도와 비교하여 그 차이에 따라 상기 카메라의 조리개를 조정하는 것으로서, 상기 카메라의 조리개를 모두 개방한 경우에 검출되는 빛의 조도가 상기 사전 설정된 조도보다 낮은 경우 광원교체 경보를 발생시키는 조도보정부;
    상기 광원 및 카메라의 사이로 강판이 진입하면, 상기 카메라 각각에서 검출되는 빛을 이용하여 카메라 위치 및 상기 강판의 위치에 대한 복수개의 좌표를 결정하고, 상기 결정된 복수개의 좌표에 따라 강판의 폭을 연산하는 연산부를 포함하는 이동식 입체검출형 강판폭 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연산부는,
    강판폭의 제1 측과 반대편인 제2 측 사이의 거리를 하기 식 1을 이용하여 연산함으로써 강판의 폭을 연산하는 것을 특징으로 하는 이동식 입체검출형 강판폭 측정 장치.
    [식 1]
    Figure 112003048628746-pat00017
    (상기 식 1에서,
    Figure 112003048628746-pat00018
    Figure 112003048628746-pat00019
    Figure 112003048628746-pat00020
    Figure 112003048628746-pat00021
    이며,
    x축은 광원의 상부면의 길이방향이며, y축은 상기 제2 및 제3 카메라의 초점사이의 거리의 중점에서 상기 x축으로 내린 수선인 x-y 좌표평면에서,
    E1x, E1y : 측정되는 강판의 제1 측의 x, y 좌표값,
    E2x, E2y : 측정되는 강판의 제2 측의 x, y 좌표값,
    C1x 내지 C4x : 상기 제1 내지 제4 카메라 초점의 x좌표값,
    C1y 내지 C4y : 상기 제1 내지 제4 카메라 초점의 y좌표값,
    X1x : 상기 제1 카메라의 초점과 상기 제1 측이 이루는 직선이 x축과 만나는 점의 x좌표,
    X2x : 상기 제2 카메라의 초점과 상기 제1 측이 이루는 직선이 x축과 만나는 점의 x좌표,
    X3x : 상기 제3 카메라의 초점과 상기 제2 측이 이루는 직선이 x축과 만나는 점의 x좌표,
    X4x : 상기 제4 카메라의 초점과 상기 제2 측이 이루는 직선이 x축과 만나는 점의 x좌표)
  3. 제1항에 있어서, 상기 프레임은,
    이동수단 및 상기 이동수단에 동력을 공급하는 구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이동식 입체검출형 강판폭 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산부에서 연산된 강판의 폭을 실시간으로 디스플레이 하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 입체검출형 강판폭 측정 장치.
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