KR101410157B1 - 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템 - Google Patents

슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템 Download PDF

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Abstract

슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정할 수 있는 시스템이 소개된다.
이를 위해 본 발명은, 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정할 수 있도록 상기 슬라브 측면을 중심으로 일정한 각도로 비스듬히 설치된 다수개의 레이저 빔(110)을 조사하는 투사기(100)와 상기 슬라브 측면 영역에 배치되어 상기 투사기(100)에 의해 측정된 슬라브 측면의 굴곡을 촬상한 후 이 촬상된 이미지를 작업자에게 전달하는 카메라(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템{SYSTEM FOR MEASURING ASYMMETRIC UPPER AND LOWER AMOUNT OF SIDE SURFACE OF SLAB}
본 발명은 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 후판공정의 조압연(RM : roughing mill) 공정 중 표면 결함을 유발하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 슬라브 측면을 중심으로 일정한 각도로 비스듬히 다수개의 레이저 빔을 조사함으로써 그 상하 비대칭량을 측정할 수 있는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
후판(plate)은 일반적으로 통상 두께 6 mm 이상의 두꺼운 강판을 지지하는 것으로, 두꺼워서 말기 어렵고 주문이 다양한 크기로 들어오기 때문에 다루기가 어려우며, 일반적으로 선박 제조, 다리, 보일러용 압력 용기 등에 사용된다.
이러한 후판을 생산하는 공정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 제선 공정에서 철광석, 연료탄 등의 원료를 고로에 넣어 고온의 바람을 불어 넣어 쇳물을 만든다. 뜨거운 제강공정에서는 쇳물을 정제하여 불순물을 없애고, 이를 다시 몰드(mold)에 주입하여 연속주조기를 통과시키면서 냉각, 응고시킨다. 이렇게 해서 만들어진 중간 소재가 슬라브(slab)이다.
제철소는 주문생산 하는데 주문을 받아야 슬라브를 만들며, 주문에 따라 슬라브 크기(slab size)까지 결정된다.
몇 가지 패턴으로 슬라브를 만들기 때문에 슬라브 크기, 종류는 여러 개가 될 수 있다.
도 1은 일반적인 후판 제조공정 설비를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 후판 제조공정 설비로 이송된 슬라브는 가열로(1)에서 1,050 ~ 1,250 ℃ 의 고온으로 재가열된 후 HSB(Horizontal Scale Breaker)(2)를 거쳐 스케일이 제어되고, 조압연기(Roughing Mill, 이하 RM)(3) 및 마무리압연기(Finishing Mill, 이하 FM))(4)를 통해 제어 압연(Controlled Rolling) 된 후 날판으로 제조된다.
일반적으로 제철공정에 있어서 중간소재로 사용되는 슬라브는 연주공정에서 직육면체형태(길이: 5 ~ 10 m, 폭: 0.7 ~ 2 m , 두께 : 0.25 m 내외)로 생산된다. 열간압연 과정을 거쳐 열연코일(Coil)로 만들어지는데, 이때 수요자가 원하는 코일을 생산하기 위해서는 코일의 두께, 폭 및 길이에 관한 정확한 제어가 필수적이다.
이러한 크기 제어 중에서 슬라브 폭 제어를 위해서는 슬라브 폭 측정장치를 이용하여 슬라브 폭을 압연 전에 미리 측정한다. 이와 같이 측정된 폭 정보를 이용하여 압연기의 에저 롤(Edger Roll)을 미리 설정함으로써 코일 폭을 수요자가 원하는 크기로 정확하게 제어할 수 있다. 즉, 정확한 슬라브 폭의 측정은 정확한 코일의 폭 제어에 결정적인 영향을 미친다.
지금까지의 종래의 슬라브 폭 측정장치는 주로 레이저(LASER)형 또는 CCD(Charge Coupled Device)카메라 형으로 개발되고 있다. 이 중 CCD 카메라 형은 도 2에 도시된 바와 같이, 2대의 카메라와 하부광원(5), 제어부(6) 및 CRT(7)로 구성되어 있다.
도 2와 도 3은 각각 정상적인 형태(직육면체)의 슬라브 폭을 측정하는 종래의 CCD 카메라형 슬라브 폭 측정장치를 측면과 정면에서 도시한 도면이다.
상기 각각의 카메라는 동일한 측정시야 영역을 가지도록 설정되는데, 정확한 측정을 위해 슬라브 좌측 하단 모서리부는 카메라 1의 중심선을 기준으로 우측 시야 부분에 위치하도록 하고 우측 하단 모서리부는 카메라 2의 좌측 시야 부분에 위치하도록 한다. 이러한 이유는 슬라브 두께에 대한 오차를 없애기 위해서이며, 각각의 카메라는 슬라브 폭 방향의 양 모서리부(Edge)를 검출함으로써 카메라 중심선에서부터 슬라브 양측 모서리부까지 거리(M1,M2)를 측정한다.
이때, 카메라 중심선과 슬라브의 양측 모서리부 사이의 거리(M1,M2)는 각각의 CCD 카메라 픽셀(Pixel)에 맺힌 영상을 통해 측정된다.
즉, 하부광원(5)의 빛에 의해 밝게 맺힌 픽셀(pixel)의 개수로 측정거리를 결정하며, 도 3에 도시된 바와 같이 픽셀의 측정 기준 위치는 롤러테이블(Roller Table)의 상면으로 한다. 한편, 상기에서 CCD 카메라의 측정값은 밝게 맺힌 픽셀의 개수에 픽셀당 거리(d)를 곱한 값이 되며, 따라서 슬라브 폭(W)은 미리 정의된 카메라간 거리(D)에서 측정값 M1과 M2를 뺀 값으로 정의될 수 있다. 이때, 측정하고자 하는 슬라브의 폭은 슬라브의 좌측하단 모서리부에서 우측하단 모서리부까지의 거리이며, 이는 아래의 수식으로 표시될 수 있다.
슬라브 폭(W) = 카메라간 거리(D) - 양 카메라의 측정값(M1 + M2)
그러나,상기에서 기술된 종래의 측정방법은 상, 하부 휨이 없는 정상적인 형태(직육면체)의 슬라브일 경우에만 정확한 폭 측정이 가능하다. 다시 말하여, 길이 방향으로 상 하부로 휘어져 있거나, 폭 방향으로 슬라브 측면에 굴곡이 있는 경우에는 오차를 발생시킨다.
상기와 같은 후판공장의 조압연 공정은 엣저(edger) 압연기에 의한 폭 내기 압연 종료 후 평면 형상(plan view shape)을 제어하며, 이 후 슬라브 두께를 목표치에 도달시키기 위한 수평 압연기로 구성되어 있다.
이때, 편평한 수직 롤(flat edger roll)로 구성되어 있는 엣저 압연기를 이용하여 폭 내기 압연을 실시하게 되는데, 연주공정에서 경압하(soft reduction) 공정을 거치면서 슬라브의 상면 폭이 하면 폭보다 크게 제조되고, 가열로(1) 추출 후 슬라브가 압연기로 이동되는 과정에서 공냉 및 수냉이 반복됨에 따라 롤러 테이블과 접촉하는 하면 부의 온도가 상면 부의 온도에 비하여 낮게 된다.
이러한 경우 압연을 실시하게 되면 슬라브의 두께 방향을 기준으로 온도가 높은 상면 부의 연신량이 온도가 낮은 하면 부의 연신량 보다 크게 되어 두께 방향으로 비대칭의 형상을 갖게 된다.
한편, 슬라브의 압연시 상하면의 비대칭량이 증가하면 슬라브 코너부에서의 미세한 크랙(crack)이 존재하게 되고, 그 결과 표면 결함으로 남게 되는데 이는 폭내기 압연량이 증가할수록 비대칭으로 인한 슬라브 하면부의 코너부는 이면으로 점점 유입하게 되어 결국 엣지부로부터 흠의 깊이가 증가하게 된다.
이와 같은 비대칭에 의한 표면크랙발생은 추후 전단공정에서의 절단 손실(trimming loss)을 증가시켜 결국 후판압연 제품의 실수율 하락을 가져오게 된다.
상기와 같은 표면 결함을 유발하는 슬라브 상하 비대칭량은 슬라브 상하부의 온도차 제어를 통해 저감이 가능하다.
즉, 슬라브 측면 상하부의 비대칭량이 발생 되는 경우 가열로(1)의 온도 패턴을 조절하여 비대칭량 발생을 저감하는 것이다.
그러나, 이와 같은 가열로(1)의 온도 패턴 조절을 통해 비대칭량을 저감하기 위해서는 조압연 구간에서 상하 비대칭량을 상시 측정하여 가열로를 피드백(feed back)에 의한 제어단계가 필수적이다.
조압연 공정에서는 목표로 하는 폭 두께 및 두께 치수에 도달하기 위해 폭 내기 압연과 길이내기 압연이 연속적으로 반복되어 실시된다.
이러한 조압연 공정에서 슬라브가 압연 되는 과정에서는 슬라브 측면의 굴곡을 관측하는 것이 불가능하며 슬라브가 반복 압연을 위해 다시 압연기로 이동하는 과정 중에 이루어져야 한다.
그러나, 조압연 공정 중 슬라브는 고온 상태에 있기 때문에 표면 스케일이 지속적으로 발생하며 압연 중 다수에 걸쳐 고압수를 분사하여 스케일을 제거하게 된다.
이러한 고압수의 분사에 의해 대기 중에 잔류 수분 밀도가 매우 높은 환경에서 고속으로 이송 중인 고온의 슬라브 측면 형상을 관측해야 하는 것이다.
그러나, 이와 같은 환경에서 카메라를 이용하여 슬라브의 측면 형상을 관측하고자 할 때 고수분 밀도에 의한 시야 확보와 촬상된 측면 이미지를 통한 형상 분석이 어려운 문제점이 있다.
이와 관련하여 한국공개특허공보 제10-2009-0071186호(2009. 07. 01)인 "슬라브 측면 흠 검출장치" 가 참조 될 수 있다.
그러나, 상기 "슬라브 측면 흠 검출장치"의 경우 슬라브 측면에 광을 조사하는 광원이 슬라브 측면의 중심부에서 비스듬하게 조사되기는 하나, 슬라브 측면의 폭 변화량이 큰 경우 이 굴곡을 촬상하는 카메라의 관측 범위를 벗어날 수 있는바 항시 안정적인 측면 비대칭량을 측정할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 슬라브 폭 변화량이 큰 경우에도 이 굴곡을 촬상하는 카메라의 관측 범위가 벗어나지 않고 항시 안정적인 측면 비대칭량을 측정할 수 있도록 다수개의 레이저 빔이 조사되는 투사기를 설치함에 그 특징이 있다.
(선행기술 1) 한국공개특허공보 제10-2009-0071186호(2009.07.01)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 슬라브 측면의 상하 비대칭량인 굴곡을 정확하게 측정하기 위해 굴곡 형상을 따라 변화되는 다수개의 레이저 빔 라인을 조사하고, 이 다수개의 레이저 빔에 의한 슬라브 측면의 형상을 카메라로 촬상한 후 이를 분석함으로써 슬라브 측면 형상의 상하 비대칭량을 상시적으로 측정할 수 있는 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템이 소개된다.
이를 위해 본 발명은, 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정할 수 있도록 상기 슬라브 측면을 중심으로 일정한 각도로 비스듬히 설치된 다수개의 레이저 빔을 조사하는 투사기와 상기 슬라브 측면 영역에 배치되어 상기 투사기에 의해 측정된 슬라브 측면의 굴곡을 촬상한 후 이 촬상된 이미지를 작업자에게 전달하는 카메라를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 투사기에서 조사된 다수개의 레이저 빔은 일정간격으로 이격 되어 슬라브 측면에 조사되는 것을 특징으로 하고, 상기 슬라브 측면에 형성된 굴곡에 의한 상하 비대칭량의 가시성을 증대시키기 위해 상기 투사기에서 조사되는 다수개의 레이저빔의 파장이 고온에 의해 상기 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장보다 짧은 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 슬라브 측면에 조사된 다수개의 레이저빔의 가시성을 증대시키기 위해 상기 카메라 전방에 설치되어 상기 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장은 차단하고, 이보다 짧은 파장의 다수개의 레이저 빛만을 통과시키는 필터기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 슬라브 측면에 형성된 굴곡으로 인해, 상기 카메라 내부에 설치된 렌즈와 상기 슬라브에 형성된 굴곡까지의 거리 변화에 따라 촬상된 슬라브 측면에 형성된 굴곡의 크기도 변함에 따라 이를 일치시키는 보정을 위한 연산이 수행되는 제어부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부에서 수행되는 연산이 하기의 식을 이용한 것을 특징으로 한다.
Y0 = 1/MT × Yi
MT = -MT(L,f)= -D/L = -f/(L-f)
D = D(L,f) = Lf/(L-f)
Y0 = 1/MT ' × Yi '
MT ' = -(D - W)/(L + L1 + W) = (D - W - f)/ f
W2 + (L + L1 -D)W + L1( D -f)=0
W = -1/2 × (L + L1 - D) + 1/2 × { (L + L1 -D)2 -4f×L1f/(L - f) }1/2
(Y 0 = 측정하고자 하는 슬라브의 크기, Yi = 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L일 때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT = 거리가 L 일 때의 배율,
f = 카메라의 초점거리, D = 렌즈로부터 촬상된 이미지까지의 거리,
Yi '= 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L + L1 일 때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT ' = 거리가 L + L1 일 때의 배율)
이와 연계되어, 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 방법이 소개된다.
이를 위해 본 발명은, 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정할 수 있도록 상기 슬라브 측면을 중심으로 일정한 각도로 비스듬히 다수개의 레이저 빔을 조사한 후, 상기 슬라브 측면 영역에서 상기 다수개의 레이저 빔에 의해 촬상된 상기 슬라브의 굴곡이 촬상된 이미지를 작업자에게 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬라브 측면에 형성된 굴곡에 의한 상하 비대칭량의 가시성을 증대시키기 위해 상기 다수개의 레이저빔의 파장이 고온에 의해 상기 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장보다 짧은 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 슬라브 측면에 조사된 다수개의 레이저빔의 가시성을 증대시키기 위해 상기 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장은 차단하고, 이보다 짧은 파장의 다수개의 레이저 빛만을 필터링 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬라브 측면에 형성된 굴곡으로 인한 레이저의 진행 거리가 변함으로써 촬상된 슬라브 측면에 형성된 굴곡의 크기 변화량을 일치시키기 위해 하기와 같은 연산을 수행하는 것을 특징으로 한다.
Y0 = 1/MT × Yi
MT = -MT(L,f)= -D/L = -f/(L-f)
D = D(L,f) = Lf/(L-f)
Y0 = 1/MT ' × Yi '
MT ' = -(D - W)/(L + L1 + W) = (D - W - f)/ f
W2 + (L + L1 -D)W + L1( D -f)=0
W = -1/2 × (L + L1 - D) + 1/2 × { (L + L1 -D)2 -4f×L1f/(L - f) }1/2
(Y 0 = 측정하고자 하는 슬라브의 크기, Yi = 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L일 때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT = 거리가 L 일 때의 배율,
f = 카메라의 초점거리, D = 렌즈로부터 촬상된 이미지까지의 거리,
Yi '= 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L + L1 일 때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT ' = 거리가 L + L1 일 때의 배율)
본 발명은 상기와 같은 기술적 구성으로 인해 아래와 같은 다양한 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 슬라브 측면의 상하 비대칭량인 굴곡을 정확히 측정하여 비대칭으로 인한 표면크랙이 발생 됨으로써 전단공정에서의 절단 손실이 되는 문제점을 방지할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 전단공정에서의 절단 손실이 감소 됨으로써 후판압연 제품의 실수율 하락을 방지하는 이점이 있다.
셋째, 양질의 슬라브를 생산할 수 있어 후속 공정에서의 불량을 줄일 수 있는 이점이 있다.
넷째, 슬라브가 이동하더라도 다수개의 레이저 빔이 조사됨으로써 슬라브 측면의 굴곡을 상시 정확하게 측정할 수 있는 등의 다양한 이점이 제공된다.
도 1은 일반적인 후판 제조공정 설비를 도시한 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 2개의 CCD 카메라를 이용한 슬라브 폭 측정장치를 도시한 측면도.
도 3은 종래 기술에 따른 2개의 CCD 카메라를 이용한 슬라브 폭 측정장치를 도시한 정면도.
도 4는 슬라브 측면에 평판형 레이저 빔 라인을 일정한 각도를 가지고 조사할 경우 슬라브 측면 형상에 의해 변형되는 레이저 라인 형상을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 슬라브 측면의 굴곡 형상을 촬상하기 위한 투사기와 카메라가 설치된 구성도.
도 6은 슬라브의 폭 변화시 일정한 각을 가지고 슬라브 측면에 조사되는 다수개의 레이저 빔 라인들의 위치변화와 카메라의 관측범위를 도시한 도면.
도 7은 슬라브 폭 변화에 따라 슬라브 측면과 카메라 간 거리 변화시 촬상된 이미지의 배율 변화를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 4는 슬라브 측면(9)에 형성된 상하 비대칭량인 굴곡을 측정하기 위해 슬라브 측면(9)의 중심부를 기준으로 일정한 각도로 비스듬하게 레이저 빔(8)이 조사되는 투과기가 설치된 개략도이다.
도시된 바와 같이, 평판형의 레이저 빔(8)을 슬라브(S) 측면의 중심부를 기준으로 일정한 각도로 비스듬히 조사되는 경우 슬라브 측면(9)에 대해 수직한 방향에서 관찰을 하면 측면 형상과 동일한 패턴으로 변형된 레이저 라인(10)을 관측할 수 있다. 즉, 슬라브 측면(9)과 일정한 각도로 비스듬히 조사되지 않고 슬라브 측면(9)과 수직한 방향으로 조사된다면, 레이저 라인(8)이 슬라브 측면의 굴곡을 나타내지 못하고 직선으로 카메라 혹은 육안으로 인식되기 때문에 상기와 같이 비스듬하게 일정한 각도로 레이저가 투사기(100)에 의해 조사되는 것이다.
물론, 이하 설명하겠지만 본 발명의 경우 슬라브(S)가 고온 상태에 있으므로 적외선 영역인 적색 영역의 빛을 방출하므로 레이저 라인(8)에 의한 슬라브 측면의 굴곡인 변형된 레이저 라인(10)의 가시성을 증대시키기 위해 적색 영역보다 파장이 짧은 가시광선 레이저를 사용한다.
본 발명인 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템은, 투사기(100)와 카메라(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 투사기(100)는 슬라브 측면(9)의 상하 비대칭량인 굴곡을 측정할 수 있도록 슬라브 측면을 중심으로 일정한 각도(α)로 비스듬하게 설치된 것을 특징으로 한다.
도 5는 이러한 투사기(100)가 슬라브 측면(9)을 중심으로 일정한 각도(α)로 비스듬하게 조사되는 것을 나타낸다.
그 이유는, 위에서 설명한 바와 같이 슬라브 측면(9)을 중심으로 수직 하게 조사되는 경우 슬라브 측면(9)의 굴곡을 레이저 라인에 의해 정확하게 측정할 수 없기 때문이다.
또한, 상기의 슬라브 측면 형상(상하 비대칭량에 의한 굴곡)에 대해 투사기(100)에서 조사되는 레이저 빔 라인의 입사각도(α)가 크면 클수록 이를 촬상하는 카메라(200)로 관측되는 레이저 빔 라인의 변형량도 커지므로 슬라브 측면(9) 굴곡의 측정 정도가 향상되는 이점이 있다.
즉, 작업자가 처음 설정된 입사각도(α)로 투사기(100)에서 레이저 빔을 조사한 경우 카메라(200)에 촬상된 슬라브 측면의 굴곡이 정확하지 않은 경우, 입사각도(α)를 크게 조정하면 더욱 정확한 슬라브 측면의 굴곡을 촬상할 수 있는 것이다.
또한, 이하 설명하겠지만 이 투사기(100)에서 조사되는 레이저는 다수개의 평판형 레이저 빔 라인(110)이 조사되는 것을 특징으로 한다.
이 다수개의 평판형 레이저 빔(110)이 조사됨으로써 슬라브 측면(9)의 폭 변화량이 큰 경우 카메라(200) 관측 범위에서 벗어나는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.
다시 도 5를 참조하면, 다수개의 평판형 레이저 빔(110)이 투사기(100)에서 조사되어 슬라브 측면(9)에 형성되어 있는 굴곡(120)을 나타나며, 이를 촬상하는 카메라(200)가 슬라브 측면 영역에 배치되어 이 촬상된 이미지를 작업자에게 전달한다.
본 발명의 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템은, 투사기(100)에서 조사되는 다수개의 평판형 레이저 빔(110)이 일정간격 이격되어 슬라브 측면(9)에 조사되는 것을 특징으로 한다.
이 레이저 빔(110) 라인들의 간격은 슬라브 측면(9)의 굴곡을 정확히 측정하기 위해 촘촘하게 설정되는 것이 바람직하며, 슬라브 측면(9)의 크기에 따라 적절히 변형될 수 있음은 자명하다.
한편, 후판공정의 조압연 구간에서 슬라브(S)는 통상 고온 상태에 있으며, 폭 내기 압연 시의 온도는 1100℃ ~ 1150℃ 정도이고, 이어서 이루어지는 길이 내기 압연시의 온도는 1050℃ ~ 1100℃ 정도이다.
따라서 슬라브(S)는 적색 영역의 빛이 강하게 방출되는바, 본 발명은 슬라브 측면(9)에 조사된 다수개의 평판형 레이저 빔(110)의 가시성을 증대시키기 위해 투사기(100)에서 조사되는 레이저 빔(110)의 파장이 적색 영역의 파장보다 짧은 것을 특징으로 한다.
또한, 도시된 바와 같이, 본 발명은 슬라브 측면(9)에 조사된 다수개의 평판형 레이저빔(110)의 가시성을 증대시키기 위해 카메라(200) 전방에 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장은 차단하고, 이보다 짧은 파장의 다수개의 레이저 빛만을 통과시키는 필터기(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 6은 슬라브 폭 변화시 일정한 각도(α)를 가지고 슬라브 측면(9)에 조사되는 다수개의 평판형 레이저 빔 라인들의 투사위치 변화와 관측용 카메라(200)의 관측범위를 도시한 도면이다.
그리고, 카메라 주변에 설치된 거리계는 카메라 렌즈(210)와 슬라브 측면(9)까지의 거리를 측정할 수 있는 관측기이다
도면에서 L1은 슬라브(S)의 폭이 A1일 경우에 슬라브 측면(9)과 카메라(200) 선단부(렌즈)(210)간 거리이고, L1 + L2 는 슬라브의 폭이 A2일 경우에 슬라브 측면과 카메라 선단부(렌즈)(210)간 거리이다.
도시된 바와 같이 슬라브 측면 형상에 레이저 빔 라인의 변형량 증대를 위해 일정한 각도(α)로 라인형 레이저 빔(110)이 조사되므로 슬라브 측면에 결상된 레이저 라인의 위치가 슬라브 폭이 작을수록 좌측방향으로 이동한다.
즉, 슬라브 폭이 A1 일 경우에는 슬라브 측면에 결상된 레이저 라인의 위치가 C 와 D 영역이나, 슬라브의 폭이 A2 일 경우에는 슬라브 측면에 결상된 레이저 라인의 위치가 E 와 F 영역으로 좌측영역으로 이동하게 되는 것이다.
그러나, 슬라브 측면에 형성된 굴곡을 나타내는 레이저 라인 관측용 카메라는 수직 방향으로 슬라브 측면을 관측하고 있으므로 슬라브 폭이 A1과 A2로 변화되는 경우에도 관측되는 슬라브 측면의 중심 위치는 변화되지 않고, 관측 폭만 A1에서 A2로 변화되는 경우 비례적으로 확대된다.
즉, 카메라의 관측 범위는 도시된 바와 같이 그 중심각이 θ로 한정되어 있기 때문이다.
결국, 슬라브 폭 변화량이 큰 경우 레이저 빔 라인 중 좌측 위치에 있는 빔 라인은 카메라 관측 범위에서 벗어나, 작업자가 이 관측 범위를 벗어나는 슬라브 측면의 굴곡을 측정할 수 없는 문제점이 생기는 것이다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이 슬라브의 폭이 A1인 경우 C 영역에서 관측되는 슬라브 측면의 굴곡이, 슬라브의 폭이 A2로 변화되는 경우 E 영역으로 관측되고, 결국 E 영역은 카메라 관측 범위를 벗어나 이 부분에서의 슬라브 측면의 굴곡은 측정할 수 없는 문제점이 생기는 것이다.
그러나, 본 발명은 일정간격으로 이격된 다수개의 레이저 빔 라인(110)들을 슬라브 측면(9)에 동시에 조사하는 경우 슬라브 폭 변화량에 관계없이 항상 1개 이상의 레이저 라인이 카메라 관측범위 내에 있는바, 항상 안정적인 슬라브 측면의 상하 비대칭량인 굴곡 측정이 가능하다.
즉, 도시된 바와 같이, 슬라브의 폭이 A1에서 A2로 변화되더라도 F 영역에 다수개 혹은 1개 이상의 레이저 빔 라인이 조사되는바 안정적인 슬라브 측면의 굴곡 형상을 카메라로 촬상할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명은 일정한 연산이 수행되는 제어부(400)를 포함하여 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템으로 이루어진다.
슬라브 측면(9)에 형성된 굴곡으로 인해 카메라 내부에 설치된 렌즈(210)와 슬라브에 형성된 굴곡까지의 거리 변화에 따라 촬상된 슬라브 측면에 형성된 굴곡의 크기도 변함에 따라 이를 일치시키는 보정을 위한 연산이 수행되는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 7은 슬라브 폭 변화에 따른 슬라브 측면(9)과 카메라(200) 간 거리 변화시 촬상된 이미지의 배율(magnification) 변화를 도시한 도면이다.
슬라브 측면과 카메라 전면 렌즈 간의 거리가 변화면 카메라(200)는 오토 포커싱(auto focusing) 기능을 통해 자동적으로 슬라브 측면 이미지가 촬상소자(CCD 등) 에 형성되도록 렌즈 위치를 조절한다.
이때, 동일한 크기의 피사체에 대해서도 렌즈와의 거리 변화에 따라 이미지의 크기가 달라지므로 라인형 레이저 빔의 변형량 산출시 이러한 이미지 변화를 보정해 주어야 한다.
도 7의 좌측은 렌즈와 슬라브 측면까지의 거리가 L 일 때의 카메라에 촬상되는 이미지를 나타내는 것이고, 우측은 렌즈와 슬라브 측면까지의 거리가 L + L1 일 때의 카메라에 촬상되는 이미지를 나타내는 도면으로, 아래와 같은 식을 만족한다.
Y0 = 1/MT × Yi
이때, ( f = 카메라의 초점거리, D = 렌즈로부터 촬상된 이미지까지의 거리
Y 0 = 측정하고자 하는 슬라브의 크기, Yi = 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L 일 때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT = 거리가 L 일 때의 배율을 의미한다.)
또한, MT = -MT(L,f)= -D/L = -f/(L-f) 이며, D = D(L,f) = Lf/(L-f) 로 수학적으로 계산된다.
이를 설명하면, 삼각형 ②④⑤ 와 삼각형 ①②③ 은 서로 닮음꼴이며, 이경우 비례식 D : Yi = L : Y 0 가 성립한다.
결국, Yi / Y 0 = D / L - - - - - - - - - (1) 식이 성립하며,
다시, 삼각형 ④⑤⑥ 과 삼각형 ②⑥⑦ 도 서로 닮음꼴이며, 이 경우 비례식
Yi : D - f = Y 0 : f 가 성립한다.
결국, Yi / Y 0 = (D - f)/ f - - - - - - - - - - - - (2) 식이 성립한다.
(1)과 (2)식을 연립하면, D = (Lf)/(L - f) - - - - - - - - - - (3) 식이 성립한다.
이러한 방식으로, 카메라 렌즈(210)와 슬라브 측면(9)까지의 거리가 L 일 때, 그 거리 L 과 렌즈와 촬상된 이미지까지의 거리 D 와 촬상된 이미지의 크기 Yi 의 크기를 측정하면, 슬라브 측면의 크기 Y 0 를 측정할 수 있다.
그리고, 상기 (3) 식은 이하, 카메라 렌즈와 슬라브 측면까지의 거리가 L + L1 일 때, 배율을 계산하기 위해 필요한 식이다.
이하, 카메라 렌즈와 슬라브 측면까지의 거리가 L + L1 일 때의 배율 계산을설명한다. 이 경우 아래의 식이 성립한다.
Y0 = 1/MT ' × Yi '
MT ' = -(D - W)/(L + L1 + W) = (D - W - f)/ f 가 성립하며, ( f = 카메라의 초점거리, D = 렌즈로부터 촬상된 이미지까지의 거리, Yi '= 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L + L1 일 때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT ' = 거리가 L + L1 일때의 배율)을 의미한다.
이때, 삼각형 ⑧⑨⑩ 과 삼각형 ⑩⑪⑫ 의 경우 닮음꼴이며, 아래와 같은 비례식이 성립한다.
Yi ' : D - W = Y0 : L + L1 + W
결국, Y0 / Yi ' = (L + L1 + W)/(D - W) - - - - - - - - - (4) 식이 성립한다.
또한, 삼각형 ⑪⑫⑬ 과 삼각형 ⑩⑬⑭ 의 경우 닮음꼴이며, 아래와 같은 비례식이 역시 성립한다.
Yi ' : D - W - f = Y0 : f
결국, Y0 / Yi ' = f / (D - W - f) - - - - - - - - - - - - (5) 식이 성립한다.
상기의 식 (4)와 (5)를 연립하면, 아래와 같은 식이 도출된다.
(L + L1 + W)/(D - W) = f / (D - W - f) 에서,
W 에 관한 2차 방정식으로 표현하면, 아래와 같은 식이 역시 도출된다.
W2 + (L + L1 -D)W + DL - Lf + L1D - L1f - Df = 0 - - - - - - (6)
이며, 이때, D = (Lf)/(L - f) 인 (3) 식을 이용하면, DL - Df = Lf 가 성립하며, 이를 식 (6)에 대입하면 아래와 같은 식이 도출된다.
W2 + (L + L1 -D)W + L1( D -f)=0
이 경우, 근의 공식을 이용하여 그 값을 계산하되, W 는 거리로 양수(+) 임을 고려하면, 아래와 같은 값이 도출된다.
W = -1/2 × (L + L1 - D) + 1/2 × { (L + L1 -D)2 -4f×L1f/(L - f) }1/2
결국, 거리 L + L1, D, 초점거리 f를 측정하면, W 값을 구할 수 있으며, 이를 통해 상기 식(5)에서 촬상된 이미지의 크기 Yi ' 까지 계산한 뒤에 실제 슬라브의 크기인 Y0 를 구하게 됨으로써 즉시 보정 할 수 있게 되는 것이다.
위와 같은 과정으로, 상기 식을 이용하면 슬라브 측면과 카메라 렌즈 간의 거리를 통해 라인형 레이저 빔 이미지에 의한 비대칭량을 즉시 자동적으로 보정 할 수 있다.
본 발명은 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정할 수 있는 시스템 이외에, 이를 활용하여 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정할 수 있는 방법으로도 구현될 수 있다.
이를 위해 본 발명은, 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정할 수 있도록 상기 슬라브 측면을 중심으로 일정한 각도로 비스듬히 다수개의 레이저 빔(110)을 조사한 후, 상기 슬라브 측면 영역에서 상기 다수개의 레이저 빔(110)에 의해 촬상된 상기 슬라브 굴곡의 촬상된 이미지를 작업자에게 전달하는 것을 특징으로 하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정할 수 있는 방법으로 구현된다.
즉, 구체적인 설명은 위에서 설명한 바와 동일한바 생략하나, 다수개의 레이저 빔을 조사하는 투과기(100) 이외에 이러한 다수개의 레이저 빔을 조사할 수 있는 장치라면 본 발명이 구현하고자 하는 효과를 나타낼 수 있기 때문이다.
또한, 상기 슬라브 측면에 형성된 굴곡에 의한 상하 비대칭량의 가시성을 증대시키기 위해 상기 다수개의 레이저빔(110)의 파장이 고온에 의해 상기 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 방법으로 구현될 수 있다.
구체적인 설명은 위에서 설명한바 생략한다.
그리고, 상기 슬라브 측면에 조사된 다수개의 레이저빔(110)의 가시성을 증대시키기 위해 상기 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장은 차단하고, 이보다 짧은 파장의 다수개의 레이저 빛만을 필터링 하는 것을 특징으로 하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 방법으로 구현된다.
즉, 필터기 이외에 다수개의 레이저 빛만을 필터링 할 수 있는 것이라면 본 발명이 구현하고자 하는 효과를 나타낼 수 있기 때문이다.
또한, 상기 슬라브 측면에 형성된 굴곡으로 인한 레이저의 진행 거리가 변함으로써 촬상된 슬라브 측면에 형성된 굴곡의 크기 변화량을 일치시키기 위해 하기와 같은 연산을 수행하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 방법으로 구현될 수 있다.
Y0 = 1/MT × Yi
MT = -MT(L,f)= -D/L = -f/(L-f)
D = D(L,f) = Lf/(L-f)
Y0 = 1/MT ' × Yi '
MT ' = -(D - W)/(L + L1 + W) = (D - W - f)/ f
W2 + (L + L1 -D)W + L1( D -f)=0
W = -1/2 × (L + L1 - D) + 1/2 × { (L + L1 -D)2 -4f×L1f/(L - f) }1/2
(Y 0 = 측정하고자 하는 슬라브의 크기, Yi = 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L일 때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT = 거리가 L 일 때의 배율,
f = 카메라의 초점거리, D = 렌즈로부터 촬상된 이미지까지의 거리,
Yi '= 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L + L1 일 때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT ' = 거리가 L + L1 일 때의 배율)
구체적인 설명은 본 발명의 시스템과 동일한바 생략한다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 투사기 110 : 다수개의 레이저 빔
200 : 카메라 210 : 렌즈
300 : 필터기 400 : 제어부

Claims (9)

  1. 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정할 수 있도록 상기 슬라브 측면을 중심으로 일정한 각도로 비스듬히 설치된 다수개의 레이저 빔(110)을 조사하는 투사기(100);
    상기 슬라브 측면 영역에 배치되어 상기 투사기(100)에 의해 측정된 슬라브 측면의 굴곡을 촬상한 후 이 촬상된 이미지를 작업자에게 전달하는 카메라(200); 를 포함하고,
    상기 투사기(100)에서 조사된 다수개의 레이저 빔(110)은 일정간격으로 이격되어 슬라브 측면에 조사되며,
    상기 슬라브 측면에 형성된 굴곡에 의한 상하 비대칭량의 가시성을 증대시키기 위해 상기 투사기(100)에서 조사되는 다수개의 레이저빔(110)의 파장이 고온에 의해 상기 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬라브 측면에 조사된 다수개의 레이저빔(110)의 가시성을 증대시키기 위해 상기 카메라(200) 전방에 설치되어 상기 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장은 차단하고, 이보다 짧은 파장의 다수개의 레이저 빛만을 통과시키는 필터기(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬라브 측면에 형성된 굴곡으로 인해, 상기 카메라(200) 내부에 설치된 렌즈(210)와 상기 슬라브에 형성된 굴곡까지의 거리 변화에 따라 촬상된 슬라브 측면에 형성된 굴곡의 크기도 변함에 따라 이를 일치시키는 보정을 위한 연산이 수행되는 제어부(400)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부(400)에서 수행되는 연산이 하기의 식을 이용한 것을 특징으로 하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 시스템.

    Y0 = 1/MT × Yi
    MT = -MT(L,f)= -D/L = -f/(L-f)
    D = D(L,f) = Lf/(L-f)
    Y0 = 1/MT ' × Yi '
    MT ' = -(D - W)/(L + L1 + W) = (D - W - f)/ f
    W2 + (L + L1 -D)W + L1( D -f)=0
    W = -1/2 × (L + L1 - D) + 1/2 × { (L + L1 -D)2 -4f×L1f/(L - f) }1/2
    (Y 0 = 측정하고자 하는 슬라브의 크기, Yi = 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L일 때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT = 거리가 L 일때의 배율,
    f = 카메라의 초점거리, D = 렌즈로부터 촬상된 이미지까지의 거리,
    Yi '= 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L + L1 일때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT ' = 거리가 L + L1 일때의 배율)
  6. 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정할 수 있도록 상기 슬라브 측면을 중심으로 일정한 각도로 비스듬히 다수개의 레이저 빔(110)을 조사한 후,
    상기 슬라브 측면 영역에서 상기 다수개의 레이저 빔(110)에 의해 촬상된 상기 슬라브의 굴곡이 촬상된 이미지를 작업자에게 전달하되,
    상기 슬라브 측면에 형성된 굴곡에 의한 상하 비대칭량의 가시성을 증대시키기 위해 상기 다수개의 레이저빔(110)의 파장이 고온에 의해 상기 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 슬라브 측면에 조사된 다수개의 레이저빔(110)의 가시성을 증대시키기 위해상기 슬라브가 띄고 있는 적색 영역의 파장은 차단하고, 이보다 짧은 파장의 다수개의 레이저 빛만을 필터링하는 것을 특징으로 하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 슬라브 측면에 형성된 굴곡으로 인한 레이저의 진행 거리가 변함으로써촬상된 슬라브 측면에 형성된 굴곡의 크기 변화량을 일치시키기 위해 하기와 같은 연산을 수행하는 슬라브 측면의 상하 비대칭량을 측정하는 방법.

    Y0 = 1/MT × Yi
    MT = -MT(L,f)= -D/L = -f/(L-f)
    D = D(L,f) = Lf/(L-f)
    Y0 = 1/MT ' × Yi '
    MT ' = -(D - W)/(L + L1 + W) = (D - W - f)/ f
    W2 + (L + L1 -D)W + L1( D -f)=0
    W = -1/2 × (L + L1 - D) + 1/2 × { (L + L1 -D)2 -4f×L1f/(L - f) }1/2
    (Y 0 = 측정하고자 하는 슬라브의 크기, Yi = 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L일 때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT = 거리가 L 일때의 배율,
    f = 카메라의 초점거리, D = 렌즈로부터 촬상된 이미지까지의 거리,
    Yi '= 렌즈와 슬라브까지의 거리가 L + L1 일때 카메라에 촬상된 이미지의 크기, MT ' = 거리가 L + L1 일때의 배율)
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