KR101309920B1 - 에지댐의 진동 측정 장치 및 방법 - Google Patents

에지댐의 진동 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

에지댐의 진동 측정 장치 및 방법이 제공된다. 에지댐의 진동 측정 장치는, 에지댐에 식각된 템플릿을 포함하는 영상 프레임들을 획득하는 영상 획득 모듈과, 영상 획득 모듈에 의해 획득된 영상 프레임들로부터 에지댐의 진동에 의한 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 추출하는 위치 데이터 추출 모듈과, 위치 데이터 추출 모듈에 의해 추출된 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 주파수 영역 위치 데이터로 푸리에 변환하는 푸리에 변환 모듈과, 푸리에 변환 모듈을 통해 변환된 주파수 영역 위치 데이터로부터 에지댐의 진동 주파수 및 크기를 구하는 진동 측정 모듈을 포함할 수 있다. 이를 통해 에지댐의 진동을 실시간으로 모니터링할 수 있는 기술적 효과가 있다.

Description

에지댐의 진동 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF MEASURING EDGE DAM}
본 발명은 에지댐의 진동을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 쌍롤식 박판주조 공정은 냉각되고 있는 한 쌍의 주조롤과 한 쌍의 에지댐에 의하여 형성되는 공간에 용강 공급 노즐로 용강을 공급하여 용강풀의 높이를 일정하게 유지시키고, 주조롤을 마주보는 방향으로 회전시켜, 주조롤 표면에 형성된 응고쉘(Shell)이 주조롤 간의 근접점에서 합체되어 주편을 형성시킴으로서, 용강으로부터 직접 박판을 연속적으로 제조하는 공정이다.
도 1은 종래의 쌍롤식 박판주조장치를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 박판의 연속주조공정은 용강(5)을 턴디쉬(미도시)에 연결된 노즐(2)을 통해 수냉되고 있는 한 쌍의 주조롤(1) 사이로 공급하고, 주조롤(1)을 회전시킴으로서 주조롤(1)의 표면에서 생성된 한 쌍의 응고쉘이 근접점에서 합체되도록 하여 박판(4)을 연속적으로 제조하게 된다.
주조롤(1)의 양 측면부에는 용강(5)의 유출을 방지하고, 박판(4)를 일정한 폭으로 제한하기 위해서 내화물로 제조된 에지댐(3a, 3b)이 설치되며, 노즐(2)로부터 공급된 용강(5)은 주조롤(1)과 에지댐(3a, 3b)에 의해서 용강풀을 형성하면서 일정한 높이로 탕면을 유지하게 된다. 이때, 에지댐(3a, 3b)은 주조롤(1)의 측면을 밀착하여 주조롤(1)의 측면과 에지댐(3a, 3b) 사이로 용강(5)이 침투하는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
이러한 쌍롤식 박판주조공정의 주조상황에 따라 용강(5)의 온도 하강으로 인한 스컬(Skull)이 발생할 수 있는데, 이와 같이 발생된 스컬이 주조롤(1) 측면과 에지댐(3a, 3b) 사이로 혼입되면 에지댐(3a, 3b)에 손상이 발생함은 물론, 주편(4)의 에지 품질이 악화되어 박판의 상품성이 저하되는 심각한 문제점을 야기하게 된다. 따라서, 에지댐(3a, 3b)을 일정한 주파수로 진동시킴으로써, 상술한 문제를 해결한다.
최근 POSTRIP 공정에서 사용하고 있는 4세대 에지댐 진동 장치에서는 에지댐(3a, 3b)을 수직 및 수평 방향으로 각기 최대 15Hz까지의 진동시키는바, 이러한 에지댐(3a, 3b)의 진동 주파수를 측정하기 위해 에지댐(3a, 3b)의 지지 장치 후면에 접촉식 디지털 타입의 거리 측정 장치를 부착하여 사용하고 있다. 하지만, 접촉 부위의 고열(1500℃)로 인해 상술한 접촉식 거리 측정 장치를 사용하기에는 한계가 있다.
본 발명은 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 에지댐의 진동 주파수 및 크기를 비접촉식으로 측정할 수 있는 에지댐의 진동 측정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면,
에지댐에 식각된 템플릿을 포함하는 영상 프레임들을 획득하는 영상 획득 모듈;
상기 영상 획득 모듈에 의해 획득된 영상 프레임들로부터 상기 에지댐의 진동에 의한 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 추출하는 위치 데이터 추출 모듈;
상기 위치 데이터 추출 모듈에 의해 추출된 상기 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 주파수 영역 위치 데이터로 푸리에 변환하는 푸리에 변환 모듈; 및
상기 푸리에 변환 모듈을 통해 변환된 주파수 영역 위치 데이터로부터 상기 에지댐의 진동 주파수 및 크기를 구하는 진동 측정 모듈을 포함하는 에지댐의 진동 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 진동 측정 모듈은,
상기 변환된 주파수 영역 위치 데이터의 1차 고조파 성분의 주파수 및 크기를 상기 에지댐의 진동 주파수 및 크기로 설정할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 영상 획득 모듈은,
UV 필터 및 IR 필터를 통해 가시 광선 이외의 광을 차단할 수 있다.
삭제
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 영상 획득 모듈의 화각은,
40mm 이상의 망원 화각을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 영상 획득 모듈은,
초당 400개 이상의 영상 프레임을 획득할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면,
영상 획득 모듈에서, 에지댐에 식각된 템플릿을 포함하는 영상 프레임들을 획득하는 단계;
위치 데이터 추출 모듈에서, 상기 영상 획득 모듈에 의해 획득된 영상 프레임들로부터 상기 에지댐의 진동에 의한 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 추출하는 단계;
푸리에 변환 모듈에서, 상기 위치 데이터 추출 모듈에 의해 추출된 상기 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 주파수 영역 위치 데이터로 푸리에 변환하는 단계; 및
진동 측정 모듈에서, 상기 푸리에 변환 모듈을 통해 변환된 주파수 영역 위치 데이터로부터 상기 에지댐의 진동 주파수 및 크기를 구하는 단계;
를 포함하는 에지댐의 진동 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 에지댐의 진동 주파수 및 크기를 구하는 단계는
진동 측정 모듈에서, 상기 변환된 주파수 영역 위치 데이터의 1차 고조파 성분의 주파수 및 크기를 상기 에지댐의 진동 주파수 및 크기로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 영상 프레임들을 획득하는 단계는,
UV 필터 및 IR 필터를 통해 가시 광선 이외의 광을 차단할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 영상 획득 모듈의 화각은,
40mm 이상의 망원 화각을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 영상 획득 모듈은,
초당 400개 이상의 영상 프레임을 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 에지댐에 식각된 템플릿을 이용하여 에지댐의 진동 주파수 및 크기를 비접촉식으로 측정함으로써, 조업자로 하여금 에지댐의 운전 상태를 실시간으로 확인하도록 할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 일반적인 쌍롤식 박판 주조 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에지댐의 진동 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에지댐에 식각된 템플릿의 형상을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 15Hz의 주파수로 진동하는 에지댐의 시간 영역 위치 데이터와 주파수 영역 위치 데이터를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 10Hz의 주파수로 진동하는 에지댐의 시간 영역 위치 데이터와 주파수 영역 위치 데이터를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에지댐의 진동 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에지댐의 진동 측정 장치를 도시한 도면이다. 한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에지댐에 식각된 템플릿의 형상을 도시한 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 15Hz의 주파수로 진동하는 에지댐의 시간 영역 위치 데이터와 주파수 영역 위치 데이터를, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 10Hz의 주파수로 진동하는 에지댐의 시간 영역 위치 데이터와 주파수 영역 위치 데이터를 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 에지댐의 진동 측정 장치는, 에지댐에 식각된 템플릿을 포함하는 영상 프레임들을 획득하는 영상 획득 모듈과, 영상 획득 모듈에 의해 획득된 영상 프레임들로부터 에지댐의 진동에 의한 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 추출하는 위치 데이터 추출 모듈과, 위치 데이터 추출 모듈에 의해 추출된 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 주파수 영역 위치 데이터로 푸리에 변환하는 푸리에 변환 모듈과, 푸리에 변환 모듈을 통해 변환된 주파수 영역 위치 데이터로부터 에지댐의 진동 주파수 및 크기를 구하는 진동 측정 모듈을 포함할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에지댐의 진동 측정 장치를 상세하게 설명한다.
우선, 도 2 및 도 3을 참조하면, 영상 획득 모듈(210)은 에지댐(3a)의 진동을 촬영하기 위한 카메라로, 에지댐(3a)에 식각된 템플릿(template)을 포함하는 다수의 영상 프레임들을 실시간으로 획득한다.
일반적으로, 에지댐(3a)의 진동량은 그 크기가 1mm 이내로 미세하다. 따라서, 에지댐(3a)의 미세한 진동량을 측정하기 위해 영상 획득 모듈(210)의 카메라 렌즈는 40mm 이상의 망원 화각을 가지는 것이 바람직하다. 다만, 에지댐(3a)과 영상 획득 모듈(210)과의 거리는 구조상 40mm 이하로 가깝게 할 수 없기 때문에 이보다 더 좁은 화각의 망원렌즈로는 초점을 잡을 수 없다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 40mm의 망원 화각을 사용하였다.
그리고, 영상 획득 모듈(210)의 조리개는 F11 이상으로 설정되어야 하며, 셔터 스피드는 1/2000초 이상일 수 있다. 일 실시 형태로 영상 획득 모듈(210)은 초당 400개 이상의 영상 프레임을 획득할 수 있다.
또한, 용강은 그 온도가 매우 높고 가시광선 이외의 광, 즉 자외선이나 적외선을 많이 포함하고 있다. 따라서, 카메라로 촬영하게 되면, 빛 퍼짐이 발생하여 작은 크기의 템플릿의 경우 주변부의 밝기에 의해 묻혀버리는 경우가 발생한다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 가시광선 이외의 광을 차단하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 영상 획득 모듈(210)에 필터(211)를 별도로 장착할 수 있다. 상술한 필터는 자외선(UV) 필터 및 적외선(IR) 필터를 포함할 수 있다.
한편, 템플릿(T)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 에지댐(3a)에 식각되는 사각 모양, 별 모양 등과 같이 형상으로, 이러한 템플릿(T)의 위치 변동을 통해 에지댐(3a)의 진동 주파수 및 크기를 구할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
한편, 에지댐(3a)의 진동을 측정하는 진동 측정부(220)는 위치 데이터 추출 모듈(220a), 푸리에 변환 모듈(220b), 진동 측정 모듈(220c)를 포함할 수 있다.
여기서, 위치 데이터 추출 모듈(220a)은 영상 획득 모듈(210)에 의해 획득된 영상 프레임들로부터 에지댐(3a)의 진동에 의한 템플릿(T)의 시간 영역 위치 데이터를 추출할 수 있다. 추출된 시간 영역 위치 데이터는 푸리에 변환 모듈(220b)로 전달될 수 있다.
영상 획득 모듈(220)에 의해 획득된 영상 프레임에 포함된 템플릿(T)을 추출하기 위해, 위치 데이터 추출 모듈(220a)은 템플릿 매칭 기법과 에지 샤프닝을 사용한다. 템플릿 매칭(template matching) 기법은 템플릿(T)을 사용하여 행하는 패턴 매칭 기술이며, 에지 샤프닝(edge sharpening)은 영상 프레임에 포함된 템플릿(T)의 에지를 검출기 위한 기술이다. 상술한 템플릿 매칭 기법과 에지 샤프닝 기법에 대한 알고리즘은 널리 알려진 기술이므로, 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 위치 데이터 추출 모듈(220a)은 상술한 템플릿 매칭 기법과 에지 샤프닝을 통해 다수의 영상 프레임들 각각으로부터 템플릿(T)을 추출하며, 추출한 다수의 템플릿(T)들로부터 템플릿(T)의 시간 영역 위치 데이터를 추출할 수 있다. 즉, 에지댐(3a)이 진동함에 따라 에지댐(3a)에 식각된 템플릿(T)이 진동하게 되며, 이 진동하는 템플릿(T)의 위치를 일정한 기준 위치를 중심으로 측정함으로써, 템플릿(T)의 시간 영역 위치 데이터를 추출할 수 있는 것이다. 이러한 템플릿(T)의 시간 영역 위치 데이터는 도 4의 (a)와 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다.
도 4의 (a) 및 도 5의 (a)에서, 가로축은 시간(초단위)을, 세로축은 위치(mm 단위)를 나타내고 있으며, 기준 위치를 중심으로 0.5mm와 -0.5 mm사이에서 진동하고 있음을 알 수 있다.
그리고, 푸리에 변환 모듈(220b)은 위치 데이터 추출 모듈(220a)에 의해 추출된 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 주파수 영역 위치 데이터로 푸리에 변환할 수 있다. 푸리에 변환된 주파수 영역 위치 데이터는 진동 측정 모듈(220c)로 전달될 수 있다.
한편, 진동 측정 모듈(220c)은 푸리에 변환 모듈(220b)에 의해 변환된 주파수 영역 위치 데이터로부터 에지댐(3a)의 진동 주파수 및 크기를 구할 수 있다. 이때 진동 측정 모듈(220c)은 주파수 영역 위치 데이터 중 1차 고조파 성분의 주파수와 그 크기를 에지댐(3a)의 진동 주파수 및 크기로 설정할 수 있다.
마지막으로, 디스플레이 모듈(230)은 진동 측정 모듈(220c)에 의해 구해진 에지댐(3a)의 진동 주파수 및 크기를 실시간으로 디스플레이함으로써, 조업자로 하여금 에지댐(3a)의 운전 상태를 시각적으로 확인할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 에지댐(3a)에 식각된 템플릿(T)을 이용하여 에지댐(3a)의 진동 주파수 및 크기를 비접촉식으로 측정함으로써, 조업자로 하여금 에지댐(3a)의 운전 상태를 실시간으로 확인하도록 할 수 있는 기술적 효과가 있다.
마지막으로, 도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에지댐의 진동 측정 방법을 설명하는 흐름도이다. 발명의 간명화를 위해 도 2 내지 도 5에서 설명된 사항과 중복된 설명은 생략한다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 우선 영상 획득 모듈(210)은 에지댐(3a)에 식각된 템플릿(template)을 포함하는 다수의 영상 프레임들을 실시간으로 획득한다(S600). 획득된 다수의 영상 프레임들은 위치 데이터 추출 모듈(220a)로 전달될 수 있다.
다음, 위치 데이터 추출 모듈(220a)은 상술한 템플릿 매칭 기법과 에지 샤프닝을 통해 다수의 영상 프레임들 각각으로부터 템플릿(T)을 추출하며, 추출한 다수의 템플릿(T)들로부터 템플릿(T)의 시간 영역 위치 데이터를 추출할 수 있다(S601). 추출된 템플릿(T)의 시간 영역 위치 데이터는 푸리에 변환 모듈(220b)로 전달될 수 있다. 즉, 에지댐(3a)이 진동함에 따라 에지댐(3a)에 식각된 템플릿(T)이 진동하게 되며, 이 진동하는 템플릿(T)의 위치를 일정한 기준 위치를 중심으로 측정함으로써, 템플릿(T)의 시간 영역 위치 데이터를 추출할 수 있는 것이다. 이러한 템플릿(T)의 시간 영역 위치 데이터는 도 4의 (a)와 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다.
푸리에 변환 모듈(220b)은 위치 데이터 추출 모듈(220a)에 의해 추출된 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 주파수 영역 위치 데이터(도 4의 (b) 및 도 5의 (b) 참조)로 푸리에 변환할 수 있다(S602). 푸리에 변환된 주파수 영역 위치 데이터는 진동 측정 모듈(220c)로 전달될 수 있다.
한편, 진동 측정 모듈(220c)은 푸리에 변환 모듈(220b)에 의해 변환된 주파수 영역 위치 데이터로부터 에지댐(3a)의 진동 주파수 및 크기를 구할 수 있다(S603). 이때 진동 측정 모듈(220c)은 주파수 영역 위치 데이터 중 1차 고조파 성분의 주파수와 그 크기를 에지댐(3a)의 진동 주파수 및 크기로 설정할 수 있다. 이후, 구해진 에지댐(3a)의 진동 주파수 및 크기는 디스플레이 모듈(230)을 통해 실시간으로 디스플레이될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 에지댐(3a)에 식각된 템플릿(T)을 이용하여 에지댐(3a)의 진동 주파수 및 크기를 비접촉식으로 측정함으로써, 조업자로 하여금 에지댐(3a)의 운전 상태를 실시간으로 확인하도록 할 수 있는 기술적 효과가 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
1: 주조롤 2: 노즐
3a, 3b: 에지댐 4: 박판
5: 용강 210: 영상 획득 모듈
211: 필터(IR, UV) 220: 진동 측정부
220a: 위치 데이터 추출 모듈 220b: 푸리에 변환 모듈
220c: 진동 측정 모듈 230: 디스플레이 모듈
T: 템플릿

Claims (7)

  1. 에지댐에 식각된 템플릿을 포함하는 영상 프레임들을 획득하는 영상 획득 모듈;
    상기 영상 획득 모듈에 의해 획득된 영상 프레임들로부터 상기 에지댐의 진동에 의한 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 추출하는 위치 데이터 추출 모듈;
    상기 위치 데이터 추출 모듈에 의해 추출된 상기 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 주파수 영역 위치 데이터로 푸리에 변환하는 푸리에 변환 모듈; 및
    상기 푸리에 변환 모듈을 통해 변환된 주파수 영역 위치 데이터로부터 상기 에지댐의 진동 주파수 및 크기를 구하는 진동 측정 모듈을 포함하는 에지댐의 진동 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동 측정 모듈은,
    상기 변환된 주파수 영역 위치 데이터의 1차 고조파 성분의 주파수 및 크기를 상기 에지댐의 진동 주파수 및 크기로 설정하는 에지댐의 진동 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영상 획득 모듈은,
    UV 필터 및 IR 필터를 통해 가시 광선 이외의 광을 차단하는 에지댐의 진동 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영상 획득 모듈은,
    초당 400개 이상의 영상 프레임을 획득하는 에지댐의 진동 측정 장치.
  5. 영상 획득 모듈에서, 에지댐에 식각된 템플릿을 포함하는 영상 프레임들을 획득하는 단계;
    위치 데이터 추출 모듈에서, 상기 영상 획득 모듈에 의해 획득된 영상 프레임들로부터 상기 에지댐의 진동에 의한 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 추출하는 단계;
    푸리에 변환 모듈에서, 상기 위치 데이터 추출 모듈에 의해 추출된 상기 템플릿의 시간 영역 위치 데이터를 주파수 영역 위치 데이터로 푸리에 변환하는 단계; 및
    진동 측정 모듈에서, 상기 푸리에 변환 모듈을 통해 변환된 주파수 영역 위치 데이터로부터 상기 에지댐의 진동 주파수 및 크기를 구하는 단계
    를 포함하는 에지댐의 진동 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 에지댐의 진동 주파수 및 크기를 구하는 단계는
    진동 측정 모듈에서, 상기 변환된 주파수 영역 위치 데이터의 1차 고조파 성분의 주파수 및 크기를 상기 에지댐의 진동 주파수 및 크기로 설정하는 단계를 포함하는 에지댐의 진동 측정 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 영상 프레임들을 획득하는 단계는,
    UV 필터 및 IR 필터를 통해 가시 광선 이외의 광을 차단하는 에지댐의 진동 측정 방법.
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