KR101167996B1

KR101167996B1 - 노즐 제어 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR101167996B1
Application number: KR1020090133505A
Authority: KR
Inventors: 강수창; 이옥재; 권오덕; 정태인
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2012-07-26
Also published as: KR20110077049A

Abstract

본 발명은 연속 주조 공정의 레이들 교환시 및 조업시에 비접촉 방식으로 콜렉터 노즐과 롱노즐의 상태를 측정하고 제어하는 노즐 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 노즐 제어 방법은 연속 주조 공정의 레이들 교환시 및 조업시에 롱노즐을 중심으로 좌우 45도 각도에 각각 한 쌍씩 설치되는 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 이용하여 비접촉식의 영상 촬영에 의해 레이들의 콜렉터 노즐과 롱노즐의 상태를 제어하는 방법으로서, 레이들 교환시에 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 형상을 판독하여 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제거리를 도출하는 단계와; 도출된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제거리를 토대로 레이들의 위치 및 롱노즐의 위치 중 적어도 어느 하나를 조정하여 콜렉터 노즐과 롱노즐을 정렬하는 단계와; 콜렉터 노즐과 롱노즐이 정렬되면 롱노즐을 콜렉터 노즐에 결합시키는 단계와; 조업시에 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 롱노즐의 형상을 판독하여 롱노즐의 실제 기울기를 도출하는 단계와; 도출된 롱노즐의 기울기를 토대로 롱노즐의 기울기를 실시간에 조정하는 단계를 포함한다.

연속 주조, 콜렉터 노즐, 롱노즐, 수직도, 비접촉

Description

노즐 제어 방법 및 시스템{Method and System of controlling nozzle}

본 발명은 노즐 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속 주조 공정의 레이들 교환시 및 조업시에 비접촉 방식으로 콜렉터 노즐과 롱노즐의 상태를 측정하고 제어하는 노즐 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조 설비는 제강 공정에서 생산된 용강을 레이들에 담아 이송하여 연속주조 공정에서 롱노즐을 사용하여 턴디쉬에 받고 이후 주형으로 공급하여 원하는 크기의 주편으로 연속 생산하는 설비이다.

도 1은 일반적인 연속주조 설비를 보여주는 개략도로서, 연속주조 설비를 보다 구체적으로 설명하자면 도 1에 도시된 바와 같이 용강을 수송하는 레이들(10)이 레이들 터렛유닛(20)에 안착되어 교대로 턴디쉬(30)의 상부에 위치된다. 이때 레이들 터렛유닛(20)은 회전 구동되는 스윙 타워(21)의 양측에 레이들(10)을 안착시킬 수 있도록 된 레이들 받침대(23)가 각각 구비됨으로써 레이들 받침대(13)에 적어도 2개 이상의 레이들(10)을 안착시키고, 스윙 타워(21)의 회전에 의해 레이들(10)을 교대로 턴디쉬(30)의 상부에 위치시키는 것이다. 그리고, 턴디쉬(30)의 하부에는 용강을 소정의 두께와 폭을 갖는 주편으로 생산하는 주형(40)이 설치되며, 주형(40)의 하부에는 주편을 안내하는 복수개의 핀치롤(41)이 설치된다. 이때 레이들(10)의 저면에는 콜렉터 노즐(11,Collector Nozzle)이 구비되고, 상기 콜렉터 노즐(11)과 연결되어 레이들(10) 내부의 용강을 턴디쉬(30)로 포어링(Pouring)시키는 롱노즐((51),쉬라우드노즐; Shroud Nozzle)이 설치되며, 턴디쉬(30)의 저면에는 용강을 주형(40)으로 유출시키는 통로인 침지 노즐(31)이 설치된다.

상기 롱노즐(51)은 레이들(10) 하부의 콜렉터 노즐(11)과 턴디쉬(30)를 연결시켜 용강 주입시 강의 오염을 방지하는 역할을 하며, 연주설비 일측에 설치된 노즐 장착유닛(50)에 지지되어 노즐 장착유닛(50)의 조작에 의해 콜렉터 노즐(11)에 연결된다. 즉, 노즐 장착유닛(50)의 수평축 끝에는 링 형태의 안착구가 설치되어 롱노즐이 수직상태로 놓이게 되고, 작업자의 조작에 따라 노즐 장착유닛(50)이 구동되면서 수직으로 놓여진 롱노즐(51)을 레이들(10) 하부의 콜렉터 노즐(11)에 정확히 맞춰 장착하게 된다. 이때 롱노즐(51)은 콜렉터 노즐(11)에 정확히 정렬된 상태를 유지하면서 콜렉터 노즐(11)에 장착되어야 하는데, 롱노즐(51)의 정렬상태가 불량할 경우에 롱노즐(51)을 구성하는 내화물이 불균형하게 용손되어 롱노즐의 수명을 단축시키고, 콜렉터 노즐(11)과의 결합부 틈 사이로 공기가 혼입되는 등 용강이 오염 문제가 발생된다.

그러나 종래에는 이러한 작업, 특히 콜렉터 노즐에 롱노즐을 장착하는 작업시 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 정렬(센터링)작업을 작업자의 육안에 의한 관찰 에 의존함에 따라 정렬작업이 정확하지 않았고, 정확한 육안 관찰을 위하여 턴디쉬 상부에서의 수행되는 관찰 작업은 작업자의 안전 등에 위험 요소가 되었다.

또한, 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축을 정확하게 정렬한 다음 결합하였다 하여도 조업중에 레이들 슬라이딩 게이트의 이동 등에 의해 롱노즐의 수직도 변화가 발생되고, 또한 용강의 흐름, 롱노즐의 균열 및 결함 발생, 개재물에 의한 노즐 막힘 증가 등의 원인으로 롱노즐의 수직도가 계속 변화되는 현상이 나타난다. 이러한 롱노즐 수직도의 변동은 시간이 경과됨에 따라 롱노즐과 콜렉터 노즐 결합부의 실링성을 약화시켜 조업 중 공기 혼입 등의 용강 재산화의 문제를 야기시켰다.

본 발명의 실시형태는 레이들의 교체시 비접촉 방식으로 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 사이 거리를 정밀하게 측정하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시형태는 연속 주조 공정의 조업시에 비접촉 방식으로 롱노즐의 수직도를 정밀하게 측정하는 방법을 제공한다.

그리고, 본 발명의 실시형태는 비접촉 방식으로 레이들의 교환시 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 사이 거리를 정밀하게 측정하고, 그 값을 이용하여 레이들의 위치 및 롱노즐의 위치 중 적어도 어느 하나를 조정하여 콜렉터 노즐과 롱노즐의 정렬도를 향상시키는 노즐 제어 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시형태는 비접촉 방식으로 롱노즐의 수직도를 정밀하게 측정하고, 그 값을 이용하여 실시간에 롱노즐의 수직도를 제어하여 용강의 오염을 방지할 수 있는 노즐 제어 방법을 제공한다.

그리고, 본 발명이 실시형태는 비접촉 방식으로 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 사이 거리를 정밀하게 측정하고, 롱노즐의 수직도를 정밀하게 측정하며, 그 값을 이용하여 안정된 조업을 유지할 수 있는 노즐 제어 시스템을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 노즐 제어 방법은 제 1 노즐을 중심으로 소정의 각도에 각각 설치되는 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 이용하여 비접촉식의 영상 촬 영에 의해 제 2 노즐과 제 1 노즐의 상태를 제어하는 방법으로서, 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 형상을 판독하여 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 위치를 측정하는 단계와; 제 1 카메라 및 제 2 카메라에서 촬영된 영상에 의해 각각 측정된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 측정 거리를 연산하여 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 실제 거리를 도출하는 단계를 포함한다.

제 1 노즐을 중심으로 상기 제 1 카메라 및 제 2 카메라는 수직이 되도록 설치되고, 상기 실제 거리를 도출하는 단계는 제 1 카메라에서 촬영된 영상에 의해 측정된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 측정 거리값(x)과, 제 2 카메라에서 촬영된 영상에 의해 측정된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 측정 거리값(y)을 이용하여 피타고라스 정리(

)에 의해 실제 거리(d)를 연산하는 것을 특징으로 한다.

도출된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 실제거리를 토대로 제 2 노즐의 위치 및 제 1 노즐의 위치 중 적어도 어느 하나를 조정하여 제 2 노즐과 제 1 노즐을 정렬하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐 제어 방법은 제 1 노즐을 중심으로 소정의 각도에 각각 설치되는 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 이용하여 비접촉식의 영상 촬영에 의해 제 1 노즐의 상태를 제어하는 방법으로서, 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 각각의 제 1 노즐 형상을 판독하여 각 카메라에 대한 제 1 노즐의 기울기를 측정하는 단계와; 각 카메라에서 측정된 두 개의 제 1 노즐의 기울기에 대 한 데이터를 연산하여 제 1 노즐의 실제 기울기를 도출하는 단계를 포함한다.

상기 각 카메라에 대한 제 1 노즐의 기울기를 측정하는 단계는 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 각각의 제 1 노즐 형상을 판독하여 각 카메라에 대한 제 1 노즐의 좌측 및 우측 경계선에 대응하는 직선의 방정식을 도출하는 단계와; 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 대하여 도출된 제 1 노즐의 좌측 및 우측 경계선에 대응하는 직선의 방정식을 이용하여 각 카메라에 대한 제 1 노즐의 중심축에 대응하는 직선의 방정식을 도출하는 단계와; 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 대하여 도출된 제 1 노즐의 중심축에 대응하는 직선의 방정식을 X-Z면 및 Y-Z면에 투영하여 X-Z면 및 Y-Z면에 투영되는 직선을 도출하는 단계를 포함한다.

제 1 노즐을 중심으로 상기 제 1 카메라 및 제 2 카메라는 수직이 되도록 설치되고, 상기 제 1 노즐의 실제 기울기를 도출하는 단계는 X-Z면 및 Y-Z면에 각각 도출된 두 개의 직선 기울기 값과, 두 개의 직선을 X-Y면에 투영한 값을 삼각함수로 연산하여 제 1 노즐의 실제 기울기를 도출하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 노즐의 실제 기울기를 도출하는 단계는 X-Z면 및 Y-Z면에 각각 도출된 두 개의 직선이 Z축과 이루는 기울기 값(θ1,θ2)과, 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 영상의 높이값(L)을 하기의 수학식1에 대입하여 제 1 노즐의 실제 기울기(θ)를 연산하는 것을 특징으로 한다.

<수학식1>

제 1 노즐의 좌측 및 우측 경계선에 대응하는 직선의 방정식은 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 영상을 흑백으로 구분하여 제 1 노즐의 좌측 및 우측 경계선을 판정하고, 판정된 데이터를 최소 자승법으로 산출하는 것을 특징으로 한다.

도출된 제 1 노즐의 기울기를 토대로 제 1 노즐의 기울기를 실시간에 조정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노즐 제어 방법은 연속 주조 공정의 레이들 교환시 및 조업시에 롱노즐을 중심으로 좌우 45도 각도에 각각 한 쌍씩 설치되는 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 이용하여 비접촉식의 영상 촬영에 의해 레이들의 콜렉터 노즐과 롱노즐의 상태를 제어하는 방법으로서, 레이들 교환시에 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 형상을 판독하여 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제거리를 도출하는 단계와; 도출된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제거리를 토대로 레이들의 위치 및 롱노즐의 위치 중 적어도 어느 하나를 조정하여 콜렉터 노즐과 롱노즐을 정렬하는 단계와; 콜렉터 노즐과 롱노즐이 정렬되면 롱노즐을 콜렉터 노즐에 결합시키는 단계와; 조업시에 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 롱노즐의 형상을 판독하여 롱노즐의 실제 기울기를 도출하는 단계와; 도출된 롱노즐의 기울기를 토대로 롱노즐의 기울기를 실시간에 조정하는 단계를 포함한다.

상기 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제거리를 도출하는 단계는 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 형상을 판독하여 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 위치를 측정하고, 제 1 카메라 및 제 2 카메라에서 촬영된 영상에 의해 각각 측정된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 측정 거리를 피타고라스 정리로 연산하여 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제 거리를 도출하는 것을 특징으로 한다.

상기 롱노즐의 실제 기울기를 도출하는 단계는 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 각각의 롱노즐 형상을 판독하여 각 카메라에 대한 롱노즐의 기울기를 측정하고, 각 카메라에서 측정된 두 개의 롱노즐 기울기 값과, 각 카메라에 촬영된 영상의 높이 값을 삼각함수로 연산하여 롱노즐의 실제 기울기를 도출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 노즐 제어 시스템은 복수개 노즐의 비접촉식의 영상 촬영에 의해 노즐의 상태를 제어하는 시스템으로서, 제 1 노즐을 지지 및 이송시키는 노즐 장착유닛과; 제 1 노즐에 결합될 제 2 노즐을 지지 및 이송시키는 노즐 이송유닛과; 상기 제 1 노즐을 중심으로 좌우 45도 각도에 설치되는 다수의 카메라를 포함하는 영상 촬영유닛과; 상기 영상 촬영유닛에서 촬영된 영상을 판독하고 연산하여 제 1 노즐과 제 2 노즐의 중심축 사이 거리 및 제 1 노즐의 수직도 중 적어도 어느 하나를 도출하는 영상 처리유닛을 포함한다.

상기 영상 처리유닛은 상기 영상 촬영유닛에서 촬영된 영상을 판독하고 연산하여 제 1 노즐과 제 2 노즐의 중심축 사이 거리를 도출하는 제 1 영상 처리유닛과; 상기 영상 촬영유닛에서 촬영된 영상을 판독하고 연산하여 제 1 노즐의 수직도를 도출하는 제 2 영상 처리유닛을 포함한다.

상기 영상 처리유닛은 도출된 값을 토대로 실시간으로 상기 노즐 이송유닛 및 노즐 장착유닛 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 영상 처리유닛은 도출된 값을 토대로 실시간으로 상기 노즐 장착유닛의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 영상 처리유닛에서 도출된 제 1 노즐 및 제 2 노즐의 중심축 위치 및 중심축 사이 거리와 제 1 노즐의 수직도를 실시간에 시각적으로 표시하는 디스플레이유닛을 더 포함한다.

상기 영상 처리유닛에서 도출된 제 1 노즐 및 제 2 노즐의 중심축 위치 및 중심축 사이 거리와 제 1 노즐의 수직도를 실시간에 청각적으로 표시하는 알람유닛을 더 포함한다.

상기 영상 촬영유닛은 상기 제 1 노즐을 중심으로 좌우 45도 각도에 각각 설치되는 각각 적어도 한 쌍의 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 포함한다.

상기 제 1 노즐은 연속주조 설비에 사용되는 롱노즐이고, 상기 제 2 노즐은 연속주조 설비에 사용되는 레이들의 하부에 설치되는 콜렉터 노즐이며, 상기 노즐 이송유닛은 상기 레이들을 지지 및 이송시키는 레이들 터렛유닛인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면 비접촉식으로 콜렉터 노즐과 롱노즐 사이의 거리를 정밀하게 측정하여 레이들의 교환시 콜렉터 노즐과 롱노즐을 정확하게 결합시킬 수 있고, 이에 따라 콜렉터 노즐과 롱노즐의 정렬도를 향상시킬 수 있다.

또한, 연속 주조 조업중에 롱노즐의 수직도 변화를 비접촉식으로 모니터링하면서 정량적인 데이터를 정확하게 측정할 수 있어 롱노즐의 수직도를 정확히 유지할 수 있고, 롱노즐의 이상을 실시간으로 쉽게 판정함으로써 롱노즐의 상태 불량에 의한 용강의 재산화를 방지할 수 있다.

또한, 롱노즐의 상태에 대한 모니터링 데이터를 이용하여 롱노즐의 상태를 실시간으로 조정함에 따라 용강의 품질을 우수하게 유지시킬 수 있다.

그리고, 비접촉식 측정에 의하여 콜렉터 노즐 및 롱노즐의 상태를 모니터링함에 의해 안정적인 조업을 도모할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

먼저 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 제어 시스템은 제 1 노즐과, 상기 제 1 노즐에 결합될 제 2 노즐을 갖고, 상기 제 1 노즐 및 제 2 노즐을 각각 지지 및 이송시키는 노즐 장착유닛 및 노즐 이송유닛이 구비된다면 어떠한 설비에 적용되어도 무방하다. 본 실시예에서는 바람직한 설명을 위하여 연속주조 설비를 예로 하여 설명하도록 한다. 이때 상기 제 1 노즐은 레이들과 턴디쉬를 연결하는 롱노즐이 사용되고, 상기 제 2 노즐은 레이들의 하부에 구비되는 콜렉터 노즐이 사용될 것이다. 그리고, 상기 노즐 이송유닛은 레이들을 지지 및 이송시키는 레이들 터렛유닛이 사용되고, 상기 노즐 장착유닛은 롱노즐을 지지 및 이송시키는 머니퓰레이터(manipulator)가 사용될 수 있다.

도 1은 일반적인 연속주조 설비를 보여주는 개략도이고, 도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 제어 시스템을 보여주는 개략도이며, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 제어 시스템 중 노즐에 대한 영상 촬영유닛 사이의 설치 위치를 도시한 개략도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 제어 시스템은 레이들(10)을 지지 및 이송시키는 레이들 터렛유닛(100)과; 상기 레이들 터렛유닛(100)에 안착되는 레이들(10) 중 어느 하나의 콜렉터 노즐(11)에 결합되는 롱노즐(51)을 지지 및 이송시키는 노즐 장착유닛(200)과; 상기 롱노즐(51)을 중심으로 좌우 45도 각도에 설치되는 다수의 카메라(310,320)를 포함하는 영상 촬영유닛(300)과; 적어도 상기 영상 촬영유닛(300)에서 촬영된 영상을 판독하고 연산하여 콜렉터 노즐(11) 및 롱노즐(51)의 중심축 사이 거리를 도출하거나 롱노즐(51)의 수직도를 도출하는 영상 처리유닛(900)을 포함한다. 이때 상기 영상 처리유닛은 콜렉터 노즐(11) 및 롱노즐(51)의 중심축 사이 거리를 도출하는 제 1 영상 처리유닛(400)과, 롱노즐의 수직도를 도출하는 제 2 처리유닛(500)으로 구분될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 영상 처리유닛(400,500)에서 도출된 콜렉터 노즐(11) 및 롱노즐(51)의 중심축 위치 및 중심축 사이 거리와 롱노즐(51)의 수직도를 실시간에 시각적으로 표시하는 디스플레이유닛(600)과, 상기 제 1 및 제 2 영상 처리유닛(400,500)에서 도출된 콜렉터 노즐(11) 및 롱노즐(51)의 중심축 위치와 롱노즐(51)의 수직도를 실시간에 청각적으로 표시하는 알람유닛(700)을 더 포함한다.

레이들 터렛유닛(100)은 레이들(10)을 지지 및 이송시키는 수단으로서, 예를 들어 회전 구동되는 스윙 타워(21)와, 상기 스윙 타워(21)에 설치되어 적어도 2 개 이상의 레이들(10)이 안착되는 레이들 받침대(23)를 포함한다. 상기 레이들 받침대(23)는 스윙 타워(21)에 의해 회전되어 교대로 레이들(10)을 턴디쉬(30)의 상부 배치시킨다. 물론 레이들 터렛유닛(100)은 제시된 실시예에 한정되지 않고, 레이들(10)을 지지 및 이송시킬 수 있는 수단이라면 어떠한 방식으로 구현하여도 무방하다.

노즐 장착유닛(200)은 롱노즐(51)을 지지 및 이송시키는 수단으로서, 롱노즐(51)을 취부하여 레이들(10)의 하부에 배치시키고, 레이들(10)에 구비된 콜렉터 노즐(11)에 롱노즐(51)을 결합시킬 수 있다면 어떠한 방식으로 구현하여도 무방하며, 예를 들어

영상 촬영유닛(300)은 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)을 비접촉식으로 촬영하여 영상을 획득하는 수단으로서, 상기 롱노즐(51)을 중심으로 좌우 45도 각도에 각각 높이 차를 갖고 2대씩 설치된다. 이때 롱노즐(51)을 중심으로 좌측 45도 각도에 설치되는 카메라를 제 1 카메라(310)로 지칭하고, 롱노즐(51)을 중심으로 우측 45도 각도에 설치되는 카메라를 제 2 카메라(320)로 지칭한다. 그래서, 상대적으로 상부에 배치되는 제 1 카메라(311) 및 제 2 카메라(321)는 레이들(10) 교환시 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 거리를 측정하기 위한 정보를 조업자에게 제공하고, 상대적으로 하부에 배치되는 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)는 주조 조업 중 롱노즐(51)의 진동각도를 측정하기 위한 정보를 조업자에게 제공한다. 본 실시예에서는 4대의 카메라를 사용하는 것을 제시하였지만 이에 한정되지 않고, 롱노즐(51)을 중심으로 좌우 45도 각도로 구성된 2대의 카메라를 이용하여 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 거리 및 롱노즐(51)의 수직도를 동시에 측정할 수 있다. 또한, 보다 정밀한 측정을 위하여 4대 이상의 카메라를 이용할 수 있다. 또한, 필요시에 카메라(310,320)의 위치를 이동할 수 있도록 카메라(310,320)가 설치되는 것이 바람직하다.

전술된 바와 같이 4대의 카메라, 즉 제 1 카메라(310) 2대 및 제 2 카메라(320) 2대는 롱노즐(51)을 중심으로 양쪽으로 45도 각도의 위치에 각각 설치되어 롱노즐(51)과 제 1카메라(310) 및 제 2 카메라(320)가 직각 삼각형을 이루도록 설치된다. 그래서 제 1 카메라(310) 및 제 2 카메라(320)로 촬영된 정보로 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 거리를 도출하거나, 롱노즐(51)의 수직도를 도출할 때 피타고라스 정리 및 삼각함수를 적용할 수 있도록 한다.

상기 제 1 카메라(310) 및 제 2 카메라(320)는 용탕의 비산 및 분진 등으로 보호하기 위해서 별도의 케이스(미도시)에 설치될 수 있으며, 케이스 내부를 공기나 기타 가스로 주의 압력보다 높게 유지하는 것이 바람직하다. 또한 케이스는 카메라(310,320)의 측정 화상의 설치면과 수직이 될 수 있도록 수평 조절이 용이하도 록 구성되고, 연주 설비의 진동 등으로 인하여 화면이 떨림을 방지하기 위하여 방진 패드(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다. 이렇게 제 1 카메라(310) 및 제 2 카메라(320)에서 획득되는 영상 정보를 제 1 영상 처리유닛(400) 및 제 2 영상 처리유닛(500)으로 전송된다.

제 1 영상 처리유닛(400)은 상대적으로 상부에 배치되는 제 1 카메라(311) 및 제 2 카메라(321)에서 획득되는 영상 정보를 수신하여 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 거리를 도출하는 수단으로서, 도출된 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 거리 정보를 토대로 상기 레이들 터렛유닛(100) 및/또는 상기 노즐 장착유닛(200)의 작동을 제어하여 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 정밀한 결합을 유도한다. 상기 제 1 영상 처리유닛(400)에서 이루어는 중심축 거리의 측정을 위한 알고리즘은 후술되는 설명에서 상세하게 설명하도록 한다.

제 2 영상 처리유닛(500)은 상대적으로 하부에 배치되는 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에서 획득되는 영상 정보를 수신하여 롱노즐(51)의 수직도를 도출하는 수단으로서, 상기 롱노즐(51)의 수직도 정보를 토대로 상기 노즐 장착유닛(200)의 작동을 제어하여 롱노즐(51)의 수직도를 안정적으로 유지하여 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 정밀한 결합을 지속시킨다. 상기 제 2 영상 처리유닛(500)에서 이루어지는 수직도의 측정을 위한 알고리즘은 후술되는 설명에서 상세하게 설명하도록 한다.

상기 제 1 영상 처리유닛(400) 및 제 2 영상 처리유닛(500)에서 산출된 결과 데이터는 이를 시각적으로 모니터링할 수 있는 디스플레이유닛(600)에 제공되어 조 업자들이 실시간으로 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 정렬(센터링) 상태 및 롱노즐(51)의 수직도 변화를 모니터링 할 수 있게 구성한다.

또한, 레이들(10) 교환시 작업자들은 짧은 시간 내 롱노즐(51)의 분리와 결합을 반복하게 되는데 이 시간에 작업자들이 디스플레이유닛(600)을 주시할 수 없게 되므로 상기 제 1 영상 처리유닛(400) 및 제 2 영상 처리유닛(500)에서 산출된 결과 데이터를 청각적으로 모니터링할 수 있는 알람유닛(700)에 제공되어 조업자들이 실시간으로 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 정렬(센터링) 상태 및 롱노즐(51)의 수직도 변화를 모니터링 할 수 있게 구성한다.

전술된 바와 같이 구성되는 노즐 제어 시스템을 이용하여 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 거리와 롱노즐을 수직도를 측정하는 방법 및 이를 이용하여 노즐을 제어하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 거리를 측정하는 방법에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이들의 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 사이 거리를 측정하는 방법을 설명하는 설명도이다.

레이들(10)의 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 사이 거리를 측정하는 방법은 제 1 카메라(311) 및 제 2 카메라(321)에 촬영된 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 형상을 판독하여 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 위치를 측정하는 단계와; 제 1 카메라(311) 및 제 2 카메라(321)에서 촬영된 영상에 의해 각각 측정된 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 측정 거리를 연산하여 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 실제 거리를 도출하는 단계를 포함한다.

콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 위치를 측정하는 단계는 레이들(10) 회전시 상대적으로 상부에 배치되는 제 1 카메라(311) 및 제 2 카메라(321)로 레이들(10) 하부에 위치된 콜렉터 노즐(11)의 형상을 계속 판별하여 콜렉터 노즐(11)의 위치를 측정하고, 측정된 콜렉터 노즐(11)의 형상을 통해 콜렉터 노즐(11)의 중심축 위치를 측정한다. 예를 들어 콜렉터 노즐(11)의 좌우측 경계선에 대응하는 위치를 판독하고, 좌우측 경계선의 중심위치를 콜렉터 노즐(11)의 중심축 위치로 판단한다.

또한, 노즐 장착유닛(200)에 취부된 롱노즐(51)의 좌우측 수직부 경계선을 측정하고, 좌우측 경계선의 중심위치를 롱노즐(51)의 중심축 위치로 판단한다.

이렇게 콜렉터 노즐(11) 및 롱노즐(51)의 중심축이 도출되면, 두 중심축 간의 실제거리(d)를 계산한다. 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 카메라(311)에서 촬영된 영상에 의해 측정된 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 측정 거리값(x)과, 제 2 카메라(321)에서 촬영된 영상에 의해 측정된 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 측정 거리값(y)을 이용하여 피타고라스 정리(

)에 의해 실제 거리(d)를 연산한다. 또한, 제 1 카메라(311)에서 촬영된 영상에 의해 측정된 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 측정 거리값(x)과, 제 2 카메라(321)에서 촬영된 영상에 의해 측정된 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 측정 거리값(y)을 삼각함수에 적용하면 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 이격 방향(α1,α2)까지 연산할 수 있다. 이와 같이 제 1 카메라(311) 및 제 2 카메라(321)로 콜렉터 노즐(11) 및 롱노즐(51)의 중심축을 측정할 수 있는 것은 사전에 제 1 카메라(311) 및 제 2 카메라(321)와 롱노즐(51)이 직각삼각형이 되도록 설치됨에 의해 손쉽게 피타고라스 정리 및 삼각함수를 응용할 수 있는 것이다.

다음으로 롱노즐의 수직도를 측정하는 방법에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 롱노즐의 수직도를 측정하는 방법을 설명하는 설명도이다.

롱노즐의 수직도를 측정하는 방법은 상대적으로 하부에 배치되는 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에 촬영된 각각의 롱노즐(51) 형상을 판독하여 각 카메라(313,321)에 대한 롱노즐(51)의 기울기를 측정하는 단계와; 각 카메라(313,321)에서 측정된 두 개의 롱노즐(51)의 기울기에 대한 데이터를 연산하여 롱노즐(51)의 실제 기울기를 도출하는 단계를 포함한다.

연속주조 조업시 롱노즐(51)은 표면의 온도가 1000℃ 이상으로 상승되기 때문에 카메라(320)로 롱노즐을 측정하는 경우에 롱노즐(51)의 경계면을 정확하게 측정할 수 없다는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 카메라(320)의 게인(gain)값 및 쓰레홀드(threshold)값을 조정하여 가능한 경계면이 보이도록 수정한 후에 화상을 2비트(bit) 신호로 변환시켜 흑/백으로 구분시킨다. 이렇게 촬영된 화상을 흑/백으로 변환한 후에 흑백의 경계점을 이용하여 롱노즐(51)의 좌측 및 우측 경계선을 판정한다. 상기와 같은 방법으로 롱노즐(51)의 경계선을 판단하는 경우에도 롱 노즐(51) 주위의 장애물 등으로 인하여 경계선을 직선으로 산출하기 어려운 경우가 있다. 이러한 경우를 위해서 롱노즐(51)의 좌측 및 우측 경계선을 각각의 직선으로 계산하기 위해서 최소 자승법으로 롱노즐(51)의 좌측 및 우측 경계선에 대응하는 직선의 방정식을 도출하고, 이렇게 도출된 좌측 및 우측 경계선에 대응하는 직선의 방정식을 이용하여 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에 대한 롱노즐(51)의 중심축에 대응하는 직선의 방정식을 도출한다.

제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에 대한 롱노즐(51)의 중심축에 대응하는 직선의 방정식을 도출하는 방법은 롱노즐(51)의 좌측 및 우측 경계선에 대응하는 직선의 방정식을 이용하여 다양한 방법으로 도출할 수 있다. 예를 들어 롱노즐(51)의 좌측 및 우측 경계선에 대응하는 직선의 방정식의 평균 기울기를 이용할 수 있다.

이렇게 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에 대한 롱노즐(51)의 중심축에 대응하는 직선의 방정식을 도출하였다면, 도출된 직선 방정식의 기울기 값을 이용하여 롱노즐(51)의 실제 기울기를 연산한다.

먼저, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 3차원 공간에 존재하는 실제 롱노즐(51)에 대응되는 직선A가 존재하고, 제 1 카메라(313)에 대하여 도출된 롱노즐(51)의 중심축에 대응하는 직선의 방정식을 X-Z면에 투영하여 2차원 공간에 직선B를 투영하며, 제 2 카메라(323)에 대하여 도출된 롱노즐(51)의 중심축에 대응하는 직선의 방정식을 Y-Z면에 투영하여 2차원 공간에 직선C를 투영한다. 이때 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에 촬영된 영상의 높이값(L)은 동일한 값이어야 하 고, 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)의 설정 및 위치에 의해 획득할 수 있는 값이다. 또한, 제 1 카메라(313)에 대하여 도출되는 직선B의 기울기(θ1) 및 제 2 카메라(323)에 대하여 도출되는 직선C의 기울기(θ2)는 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)로 롱노즐(51)을 촬영함에 의해 획득할 수 있는 값이다. 본 실시예는 이와 같이 90도 각도에서 얻어진 직선B 및 직선C의 기울기 값(θ1,θ2)과, 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에 촬영된 영상의 높이값(L)을 이용하여 롱노즐(51)의 실제 기울기(θ)를 도출한다. 이때 롱노즐(51)의 실제 기울기(θ)는 삼각함수 및 피타고라스의 정리를 이용하여 연산한다.

삼각함수를 이용한 롱노즐(51)의 실제 기울기 도출 방법은 다양한 수학식이 도출될 수 있지만, 예를 들어 설명하자면 다음과 같다.

도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 제 1 카메라(313)에서 촬영된 데이터에 의해 도출된 직선B가 Z축과 이루는 기울기 값(θ1)은 도출된 직선의 방정식에 의해 결정된다. 따라서 직선B에 삼각함수를 적용하면 L1 = L?tanθ1 라는 수식을 얻을 수 있다.

그리고, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 제 2 카메라(323)에서 촬영된 데이터에 의해 도출된 직선C가 Z축과 이루는 기울기 값(θ2)은 도출된 직선의 방정식에 의해 결정되고, 직선C에 삼각함수를 적용하면 L2 = L?tanθ2 라는 수식을 얻을 수 있다.

또한, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이 직선B 및 직선C를 X-Y면에 투영하여 발생되는 직선D에 피타고라스 정리를 적용하면

라는 수식을 얻을 수 있다.

전술된 바와 같이 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에서 촬영된 정보를 토대로 도출되는 L, θ1 및θ2 값을 알고, L1, L2 및 L3를 도출하는 수식을 얻었다면, 실제 롱노즐(51)의 기울기에 대응하는 직선A의 기울기 값 θ를 연산할 수 있다.

도 4의 (e)에 도시된 바와 같이 tanθ=L3 / L 이기 때문에 하기의 <수학식1>을 얻을 수 있다.

<수학식1>

여기서, L은 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에서 촬영된 영상의 높이 값이고, θ1은 제 1 카메라(313)에서 촬영된 롱노즐에 대응되는 직선 방정식의 기울기 값이며, θ2는 제 2 카메라(323)에서 촬영된 롱노즐에 대응되는 직선 방정식의 기울기 값이다.

이렇게 직선A의 기울기 값인 θ값을 도출할 수 있고, 이에 따라 실제 롱노즐(51)의 기울어진 방향과 크기를 계산하여 롱노즐(51)이 직각 방향에서 벗어난 정도를 측정할 수 있다.

다음으로, 전술된 레이들의 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 사이 거리를 측 정하는 방법 및 롱노즐의 수직도를 측정하는 방법을 이용하여 비접촉식으로 레이들의 콜렉터 노즐과 롱노즐의 상태를 제어하는 방법을 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예가 적용된 실제 조업의 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 측정 화면에 대한 사진이고, 도 6은 본 발명의 일실시예가 적용된 실제 조업의 롱노즐의 수직도 측정 화면에 대한 사진이다.

본 발명의 일실시예에 따른 노즐 제어 방법은 레이들(10) 교환시에 제 1 카메라(311) 및 제 2 카메라(321)에 촬영된 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 형상을 판독하여 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 실제거리를 도출하는 단계와; 도출된 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 실제거리를 토대로 레이들(10)의 위치 및 롱노즐(51)의 위치 중 적어도 어느 하나를 조정하여 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)을 정렬하는 단계와; 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)이 정렬되면 롱노즐(51)을 콜렉터 노즐(11)에 결합시키는 단계와; 조업시에 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에 촬영된 롱노즐(51)의 형상을 판독하여 롱노즐(51)의 실제 기울기를 도출하는 단계와; 도출된 롱노즐(51)의 기울기를 토대로 롱노즐(51)의 기울기를 실시간에 조정하는 단계를 포함한다.

콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 실제거리를 도출하는 단계 및 롱노즐(51)의 실제 기울기를 도출하는 단계는 앞에서 상세하게 설명하였기에 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

레이들(10) 교환시에 전술된 방법에 의해 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 실제거리를 도출한다. 그래서 레이들(10)의 이송 중에 콜렉터 노즐(11) 과 롱노즐(51)의 중심축 거리가 허용 범위에 도달하면 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)이 올바르게 정렬된 것으로 판단한다. 이때 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 실제거리 데이터는 실시간으로 디스플레이유닛(600) 및 알람유닛(700)을 이용하여 조업자에게 알려준다. 도 5를 참조하여 설명하자면, 제 1 카메라(311) 및 제 2 카메라(321)에서 촬영되는 영상이 도 5의 상부 좌측 및 우측에 표시되고, 상제 1 카메라(311)에서 도출되는 데이터는 도 5의 좌측 하단에 표시된 바와 같이 콜렉터 노즐(11)의 위치(551.1로 표시) 및 롱노즐(51)의 위치(519.1로 표시)가 각각 표시되고, 각 위치를 연산한 정렬 보정값(36.0으로 표시)이 도출된다. 그리고, 제 2 카메라(321)에서 도출되는 데이터는 도 5의 우측 하단에 표시된 바와 같이 콜렉터 노즐(11)의 위치(702.0으로 표시) 및 롱노즐(51)의 위치(688.0로 표시)가 각각 표시되고, 각 위치를 연산한 정렬 보정값(14.0으로 표시)이 도출된다. 또한, 상기 데이터를 이용하여 도출된 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 중심축 간 실제거리는 도 5의 최우측 하단에 표시된 바와 같이 방향(66.3으로 표시) 및 정렬 보정값(38.6으로 표시)이 각각 표시된다.

그러면 조업자는 노즐 장착유닛(200)을 이용하여 롱노즐(51)을 콜렉터 노즐(11)에 결합시킨다. 그리고, 연속주조 조업을 실시한다.

연속주조 조업 중에는 항상 제 1 카메라(313) 및 제 2 카메라(323)에 촬영된 롱노즐(51)의 형상을 판독하여 롱노즐(51)의 실제 기울기를 도출한다. 데이터는 초당 2회 이상 도출하고, 그 결과를 실시간으로 디스플레이유닛(600) 및 알람유닛(700)을 이용하여 조업자에게 알려준다. 도 6을 참조하여 설명하자면, 제 1 카메 라(313) 및 제 2 카메라(323)에서 촬영되는 영상이 도 6의 좌측 상부에 표시되고, 제 1 카메라(321)의 촬영에 의해 도출된 롱노즐(51)의 기울기값(우 0.2로 표시-0.11로 표시) 및 제 2 카메라(323)의 촬영에 의해 도출된 롱노즐(51)의 기울기값(후 0.3으로 표시)이 도 6의 우측 상단에 표시된다. 또한, 상기 데이터를 이용하여 도출된 롱노즐(51)의 기울기(0.4로 표시) 및 방향(38.5로 표시)이 도 6의 우측 상부에 표시되고, 도 6의 좌측 하부에 롱노즐(51)의 기울기 및 방향이 이미지로 도시된다. 또한, 롱노즐(51) 기울기의 변화값이 시간별로 도 6의 좌측 하부에 도시된다.

만약 조업 중 롱노즐(51)의 기울기가 허용 범위를 초과하면 조업자는 노즐 장착유닛(200)을 이용하여 롱노즐(51)의 수직도를 조정한다. 노즐 장착유닛(200)의 조작중에도 마찬가지로 롱노즐(51)의 수직도를 측정한 결과를 주시하면서 롱노즐(51)의 조정작업을 실시한다.

전술된 바와 같이 노즐 제어 시스템을 이용하여 비접촉식으로 콜렉터 노즐(11) 및 롱노즐(51)의 상태를 모니터링 하면서, 그 동작을 조정할 수 있기 때문에 레이들(10)의 교환시나 조업중에 콜렉터 노즐(11)과 롱노즐(51)의 정렬 및 롱노즐(51)의 수직도를 안정적으로 유지할 수 있다.

다음으로는 롱노즐의 정렬 및 수직도가 용강 품질에 미치는 영향을 알아보고, 본 발명에 의해 롱노즐의 정렬 및 수직도를 안정적으로 유지한다면 얻을 수 있는 효과를 알아본다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 측정된 롱노즐의 수직도 변화 그래프이며, 도 8은 롱노즐의 수직도와 몰드 탕면 변화량의 관계를 보여주는 그래프이고, 도 9는 롱노즐의 진동 각도와 주조 중 용강 내 질소 혼입 관계를 보여주는 그래프이며, 도 10은 롱노즐의 진동 각도와 주조 중 용강 내 알루미늄 손실량 관계를 보여주는 그래프이다.

주조 조업 중 롱노즐의 정렬이 맞지 않아 롱노즐의 진동이 심하게 되면 롱노즐의 수직도 기울기가 커지거나, 변화량이 많아지게 된다. 도 7에서 보는 바와 같이 동일한 레이들에서도 수직도의 변화가 크게 변화되는 시점이 나타나는 경우를 볼 수 있다. 이와 같이 롱노즐의 수직도가 크게 변화되는 경우 콜렉트 노즐과 롱노즐간의 밀착도가 변화되어 공기가 롱노즐 내부로 유입되는 현상이 발생할 수 있다. 이와 같이 용강 내에 공기가 혼입되면 용강의 재산화를 발생시킨다. 용강의 재산화가 일어나는 경우에 크게 2가지 문제를 발생시킨다.

먼저 공기 중에 포함된 질소가 용강 중에 흡수되어 용강의 질소 함량을 증가시키며 제품의 품질 특성을 나쁘게 하는 경우가 발생한다. 또한 공기 중에 포함된 산소가 용강 중의 알루미늄을 산화시켜 알루미늄 용존량 손실을 발생시킨다. 이와 같이 공기가 용강 중에 혼입되어 알루미늄이 산화되면 알루미나와 같은 산화물이 생성되며, 이런 산화물은 용강 중의 개재물로 존재하여 용강의 청정도를 악화시키며, 연속 주조시 턴디쉬에서 몰드로 용강을 이송시키는 침지 노즐 내부에 부착되어 노즐 막힘 현상이 발생시킨다. 침지 노즐이 막힘이 발생하는 경우 용강의 흐름을 방해시켜 몰드 내의 용강의 탕면의 급격한 변동을 유발시키고, 그 결과 몰드 슬래 그가 주편에 유입되어 주편의 청정도가 나빠지며, 이는 열연/냉연 공정에서 코일에 표면 결함을 유발하는 문제점을 발생시킨다.

도 8에서 보는 바와 같이 롱노즐의 수직도가 증가할수록 탕면 변동량이 증가하는 현상을 볼 수 있다. 또한 도 9 및 도 10에서 보는 바와 같이 수직도의 변화량이 클수록 흡질량이 증가하며, 알루미늄 손실량도 증가하는 것을 볼 수 있었다. 즉, 본 발명의 실시형태에 따라 콜렉터 노즐과 롱노즐의 정렬도 측정하고, 롱노즐의 수직도를 측정함에 따라 용강 품질의 변화를 예상할 수 있고, 그 결과 용강 품질이 변화되는 요인을 미연에 방지할 수 있어 용강 품질을 우수하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

본 실시예에서는 서로 결합되는 노즐을 레이들의 하부에 배치되는 콜렉터 노즐과 이에 결합되는 롱노즐을 예로 하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 적어도 어느 하나가 이송되어 서로 결합되는 어떠한 종류의 노즐이라도 본 발명의 적용은 가능할 것이다. 또한, 본 실시예에서는 수직도를 측정하는 노즐로 롱노즐을 예로 하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 소정 길이만큼 수직도를 요구하는 어떠한 종류의 노즐이라도 본 발명의 적용은 가능할 것이다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

도 1은 일반적인 연속주조 설비를 보여주는 개략도이고,

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 제어 시스템을 보여주는 개략도이며,

도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 제어 시스템 중 노즐에 대한 영상 촬영유닛 사이의 설치 위치를 도시한 개략도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이들의 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 사이 거리를 측정하는 방법을 설명하는 설명도이며,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 롱노즐의 수직도를 측정하는 방법을 설명하는 설명도이고,

도 5는 본 발명의 일실시예가 적용된 실제 조업의 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 측정 화면에 대한 사진이며,

도 6은 본 발명의 일실시예가 적용된 실제 조업의 롱노즐의 수직도 측정 화면에 대한 사진이고,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 측정된 롱노즐의 수직도 변화 그래프이며,

도 8은 롱노즐의 수직도와 몰드 탕면 변화량의 관계를 보여주는 그래프이고,

도 9는 롱노즐의 진동 각도와 주조 중 용강 내 질소 혼입 관계를 보여주는 그래프이며,

도 10은 롱노즐의 직동 각도와 주조 중 용강 내 알루미늄 손실량 관계를 보 여주는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 레이들 11: 콜렉터 노즐

20,100: 레이들 터렛유닛 30: 턴디쉬

40: 주형 50,200: 노즐 장착유닛

51: 롱노즐 300: 영상 촬영유닛

311,313,321,323: 카메라 400: 제 1 영상 처리유닛

500: 제 2 영상 처리유닛 600: 디스플레이유닛

700: 알람유닛

Claims

제 1 노즐을 중심으로 좌우에 각각 설치되어, 상기 제 1 노즐과 직각 삼각형을 이루도록 설치된 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 이용하여 비접촉식의 영상 촬영에 의해 제 2 노즐과 제 1 노즐의 상태를 제어하는 방법으로서,

제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 형상을 판독하여 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 위치를 측정하는 단계와;

제 1 카메라에서 촬영된 영상에 의해 측정된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 측정 거리(x)와 제 2 카메라에서 촬영된 영상에 의해 측정된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 측정 거리값(y)을 이용하여 피타고라스 정리(
)에 의해 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 실제 거리를 연산하는 단계를 포함하는 노즐 제어 방법.
청구항 1에 있어서,

제 1 카메라에서 촬영된 영상에 의해 측정된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 측정 거리값(x)과, 제 2 카메라에서 촬영된 영상에 의해 측정된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 측정 거리값(y)을 이용하여 삼각함수
,
에 의해 제 2 노즐과 제 1 노즐의 이격 방향(α1, α2)을 연산하는 노즐 제어 방법.
청구항 1에 있어서,

도출된 제 2 노즐과 제 1 노즐의 중심축 간 실제거리를 토대로 제 2 노즐의 위치 및 제 1 노즐의 위치 중 적어도 어느 하나를 조정하여 제 2 노즐과 제 1 노즐을 정렬하는 단계를 포함하는 노즐 제어 방법.
제 1 노즐을 중심으로 좌우에 각각 설치되어, 상기 제 1 노즐과 직각 삼각형을 이루도록 설치된 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 이용하여 비접촉식의 영상 촬영에 의해 제 1 노즐의 상태를 제어하는 방법으로서,

제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 각각의 제 1 노즐 형상을 판독하여, 각 카메라에서 촬영된 제 1 노즐의 좌측 경계선 및 우측 경계선 각각과 제 1 노즐의 중심축 간의 기울기(θ1, θ2)를 측정하여, 각 카메라에 대한 제 1 노즐의 기울기(θ1, θ2)를 측정하는 단계와;

각 카메라에서 측정된 두 개의 제 1 노즐의 기울기(θ₁, θ₂)에 대한 데이터를 연산하여 제 1 노즐의 실제 기울기(θ)를 도출하는 단계를 포함하고,

상기 제 1 노즐의 실제 기울기(θ)를 도출하는 단계는

제 1 카메라에 대하여 도출된 제 1 노즐이 중심축에 대응하는 직선의 방적식을 X-Z면에 투영하여 직선 B를 투영하고, 제 2 카메라에 대하여 도출된 제 1 노즐의 중심축에 대응하는 직선의 방정식을 Y-Z 면에 투영하여 직선 C를 투영하는 단계;

X-Z면에 도출된 직선 B의 기울기 값 및 제 1 카메라에 촬영된 영상의 높이 값(L)을 삼각함수에 적용하여 L1 = Lㆍtanθ1 의 직선 방정식을 얻는 단계;

Y-Z 면에 도출된 직선 C의 기울기 값 및 제 2 카메라에 촬영된 영상의 높이 값(L)을 삼각함수에 적용하여 L2 = Lㆍtanθ2의 직선 방정식을 얻는 단계;

상기 직선 B 및 직선C를 X-Y면에 투영하여 발생되는 직선 D에 피타고라스 정리를 적용하여
의 직선 방정식을 얻는 단계를 포함하는 노즐 제어 방법.
청구항 4에 있어서,

상기 각 카메라에 대한 제 1 노즐의 기울기를 측정하는 단계는

제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 각각의 제 1 노즐 형상을 판독하여 각 카메라에 대한 제 1 노즐의 좌측 및 우측 경계선에 대응하는 직선의 방정식을 도출하는 단계와;

제 1 카메라 및 제 2 카메라에 대하여 도출된 제 1 노즐의 좌측 및 우측 경계선에 대응하는 직선의 방정식을 이용하여 각 카메라에 대한 제 1 노즐의 중심축에 대응하는 직선의 방정식을 도출하는 단계를 포함하는 노즐 제어 방법.
삭제
청구항 5에 있어서,

상기 제 1 노즐의 실제 기울기를 도출하는 단계는

X-Z면 및 Y-Z면에 각각 도출된 두 개의 직선이 Z축과 이루는 기울기 값(θ1,θ2)과,

제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 영상의 높이값(L)을 하기의 수학식1에 대입하여 제 1 노즐의 실제 기울기(θ)를 연산하는 노즐 제어 방법.

<수학식1>
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,

제 1 노즐의 좌측 및 우측 경계선에 대응하는 직선의 방정식은 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 영상을 흑백으로 구분하여 제 1 노즐의 좌측 및 우측 경계선을 판정하고, 판정된 데이터를 최소 자승법으로 산출하는 노즐 제어 방법.
청구항 4에 있어서,

도출된 제 1 노즐의 기울기를 토대로 제 1 노즐의 기울기를 실시간에 조정하는 단계를 포함하는 노즐 제어 방법.
연속 주조 공정의 레이들 교환시 및 조업시에 롱노즐을 중심으로 좌우 45도 각도에 각각 한 쌍씩 설치되어, 상기 롱노즐과 직각 삼각형을 이루도록 설치된 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 이용하여 비접촉식의 영상 촬영에 의해 레이들의 콜렉터 노즐과 롱노즐의 상태를 제어하는 방법으로서,

레이들 교환시에 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 형상을 판독하여 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제거리를 도출하는 단계와;

도출된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제거리를 토대로 레이들의 위치 및 롱노즐의 위치 중 적어도 어느 하나를 조정하여 콜렉터 노즐과 롱노즐을 정렬하는 단계와;

콜렉터 노즐과 롱노즐이 정렬되면 롱노즐을 콜렉터 노즐에 결합시키는 단계와;

조업시에 제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 롱노즐의 형상을 판독하여 롱노즐의 실제 기울기를 도출하는 단계와;

도출된 롱노즐의 기울기를 토대로 롱노즐의 기울기를 실시간에 조정하는 단계를 포함하며,

롱노즐의 실제 기울기를 도출하는 단계는

제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 각각의 롱노즐의 형상을 판독하여 각 카메라에 대한 롱노즐의 기울기를 측정하는 단계와;

제 1 카메라에 대하여 도출된 롱노즐이 중심축에 대응하는 직선의 방적식을 X-Z면에 투영하여 직선 B를 투영하고, 제 2 카메라에 대하여 도출된 롱노즐의 중심축에 대응하는 직선의 방정식을 Y-Z 면에 투영하여 직선 C를 투영하는 단계;

X-Z면에 도출된 직선 B의 기울기 값 및 제 1 카메라에 촬영된 영상의 높이 값(L)을 삼각함수에 적용하여 L1 = Lㆍtanθ1의 직선 방정식을 얻는 단계;

Y-Z 면에 도출된 직선 C의 기울기 값 및 제 2 카메라에 촬영된 영상의 높이 값(L)을 삼각함수에 적용하여 L2 = Lㆍtanθ2의 직선 방정식을 얻는 단계;

상기 직선 B 및 직선C를 X-Y면에 투영하여 발생되는 직선 D에 피타고라스 정리를 적용하여 (
의 직선 방정식을 얻는 단계를 포함하는 노즐 제어 방법.
청구항 10에 있어서,

상기 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제거리를 도출하는 단계는

제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 형상을 판독하여 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 위치를 측정하고,

제 1 카메라 및 제 2 카메라에서 촬영된 영상에 의해 각각 측정된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 측정 거리(x, y)를 피타고라스 정리로 연산하여 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제 거리를 도출하며,

상기 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제거리를 도출하는 단계는

제 1 카메라 및 제 2 카메라에 촬영된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 형상을 판독하여 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 위치를 측정하는 단계와;

제 1 카메라에서 촬영된 영상에 의해 측정된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 측정 거리(x)와 제 2 카메라에서 촬영된 영상에 의해 측정된 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 측정 거리값(y)을 이용하여 피타고라스 정리(
)에 의해 콜렉터 노즐과 롱노즐의 중심축 간 실제 거리를 연산하는 단계를 포함하는 노즐 제어 방법.
삭제
복수개 노즐의 비접촉식의 영상 촬영에 의해 노즐의 상태를 제어하는 시스템으로서,

제 1 노즐을 지지 및 이송시키는 노즐 장착유닛과;

제 1 노즐에 결합될 제 2 노즐을 지지 및 이송시키는 노즐 이송유닛과;

상기 제 1 노즐을 중심으로 좌우 45도 각도에 설치되는 다수의 카메라를 포함하는 영상 촬영유닛과;

상기 영상 촬영유닛에서 촬영된 영상을 판독하고 연산하여 제 1 노즐과 제 2 노즐의 중심축 사이 거리 및 제 1 노즐의 수직도 중 적어도 어느 하나를 도출하는 영상 처리유닛을 포함하고,

상기 제 1 노즐의 좌측에 다수의 카메라가 높이차를 가지고 설치되고, 상기 제 2 노즐의 우측에 다수의 카메라가 높이차를 가지고 설치되며,

상대적으로 상측에 위치하는 카메라들과 제 1 노즐 및 상대적으로 하측에 위치하는 카메라들과 제 1 노즐 각각이 직각 삼각형을 이루는 노즐 제어 장치.
청구항 13에 있어서, 상기 영상 처리유닛은

상기 영상 촬영유닛에서 촬영된 영상을 판독하고 연산하여 제 1 노즐과 제 2 노즐의 중심축 사이 거리를 도출하는 제 1 영상 처리유닛과;

상기 영상 촬영유닛에서 촬영된 영상을 판독하고 연산하여 제 1 노즐의 수직도를 도출하는 제 2 영상 처리유닛을 포함하는 노즐 제어 장치.
청구항 13에 있어서,

상기 영상 처리유닛은 도출된 값을 토대로 실시간으로 상기 노즐 이송유닛 및 노즐 장착유닛 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어하는 노즐 제어 장치.
청구항 13에 있어서,

상기 영상 처리유닛은 도출된 값을 토대로 실시간으로 상기 노즐 장착유닛의 동작을 제어하는 노즐 제어 장치.
청구항 13에 있어서,

상기 영상 처리유닛에서 도출된 제 1 노즐 및 제 2 노즐의 중심축 위치 및 중심축 사이 거리와 제 1 노즐의 수직도를 실시간에 시각적으로 표시하는 디스플레이유닛을 더 포함하는 노즐 제어 장치.
청구항 13에 있어서,

상기 영상 처리유닛에서 도출된 제 1 노즐 및 제 2 노즐의 중심축 위치 및 중심축 사이 거리와 제 1 노즐의 수직도를 실시간에 청각적으로 표시하는 알람유닛을 더 포함하는 노즐 제어 장치.
청구항 13에 있어서, 상기 영상 촬영유닛은

상기 제 1 노즐을 중심으로 좌우 45도 각도에 각각 설치되는 각각 적어도 한 쌍의 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 포함하는 노즐 제어 장치.
청구항 13 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 노즐은 연속주조 설비에 사용되는 롱노즐이고,

상기 제 2 노즐은 연속주조 설비에 사용되는 레이들의 하부에 설치되는 콜렉터 노즐이며,

상기 노즐 이송유닛은 상기 레이들을 지지 및 이송시키는 레이들 터렛유닛인 노즐 제어 장치.