KR101988767B1 - 스트립의 사행 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 소둔로 내부의 복수의 구동 롤 상에 이송되는 스트립을 소정의 위치에서 촬영하여 이미지를 생성하는 촬영부; 상기 이미지를 화상 처리하여, 상기 복수의 구동 롤의 중심과 상기 복수의 구동 롤 상에 배치된 각각의 상기 스트립의 중심들을 검출하고, 상기 스트립의 중심들과 상기 복수의 구동 롤의 중심들 간의 편차들에 기초하여 상기 스트립의 사행량을 산출하고, 상기 사행량을 보상하기 위한 제어 명령을 생성하는 제어부; 및 상기 제어 명령에 따라 상기 스트립의 사행을 제어하는 개별 제어 모듈을 포함하는 스트립의 사행 제어 장치를 제공한다.

Description

스트립의 사행 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF CONTROLLING MEANDERING OF STRIP}
본 발명은 스트립의 사행 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 연속 소둔 공정에서 스트립의 이송 시에 소재의 형상 결함이나, 롤 표면의 국부적 온도 차이, 또는 장력 불균일 등으로 인하여 스트립이 일측으로 쏠리는 현상, 즉 사행이 발생할 위험이 있다.
이를 해결하기 위해 연속 소둔설비에는 스트립이 롤 중앙에서 얼마나 벗어났는지를 측정하고 스트립이 벗어난 간격만큼 스트립을 비틀어 다시 중앙으로 이동시키는 스티어링 롤(Steering Roll)이 설치되기도 한다.
다만, 스티어링 롤을 이용하여 스트립을 중앙으로 이동시키는 방법은 스트립의 위치를 조정하는 과정 중에 스트립의 형상 불량(편파)의 위험이 있으며, 사행 발생시 즉각적인 대응이 어렵다는 단점이 있다.
한국공개특허 제2003-0043507호(공개일: 2003년06월02일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중의 하나는, 스트립의 배치에 따라, 사행량을 보상하는 방법을 선택하는 스트립의 사행 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 소둔로 내부의 복수의 구동 롤 상에 이송되는 스트립을 소정의 위치에서 촬영하여 이미지를 생성하는 촬영부; 상기 이미지를 화상 처리하여, 상기 복수의 구동 롤의 중심과 상기 복수의 구동 롤 상에 배치된 각각의 상기 스트립의 중심들을 검출하고, 상기 스트립의 중심들과 상기 복수의 구동 롤의 중심들 간의 편차들에 기초하여 상기 스트립의 사행량을 산출하고, 상기 사행량을 보상하기 위한 제어 명령을 생성하는 제어부; 및 상기 제어 명령에 따라 상기 스트립의 사행을 제어하는 개별 제어 모듈을 포함하는 스트립의 사행 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 소둔로 내부의 복수의 구동 롤 상에 이송되는 스트립을 소정의 위치에서 촬영하여 이미지를 생성하는 단계; 상기 이미지를 화상 처리하여, 상기 복수의 구동 롤의 중심과 상기 복수의 구동 롤 상에 배치된 각각의 상기 스트립의 중심들을 검출하는 단계; 상기 스트립의 중심들과 상기 복수의 구동 롤의 중심들 간의 편차들에 기초하여 상기 스트립의 사행량을 산출하는 단계; 및 상기 스트립의 사행을 제어하는 개별 제어 모듈에 상기 사행량을 보상하기 위한 제어 명령을 생성하는 단계;를 포함하는 스트립의 사행 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 스트립의 사행 제어 장치 및 방법은 스트립의 배치에 따라, 사행량을 보상하는 방법을 선택하여 적용할 수 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 의한 스트립의 사행 제어 장치가 채용된 연속 소준 장비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 3은 도 2의 촬영부에서 촬영된 이미지이다.
도 4는 도 3의 이미지를 화상처리하여 스트립 에지와 롤 에지를 검출한 것을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에서 스트립 에지의 중심과 롤 에지의 중심을 추출한 것을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에서 추출한 스트립 에지의 중심과 롤 에지의 중심을 기초로 스트립 사행량 편차를 산출한 것을 도시한 도면이다.
도 7은 도 2의 촬영부에서 촬영된 이미지의 다른 예이다.
도 8은 도 7에서 산출한 스트립 사행량 편차를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
냉연 공정에서는 냉간 압연된 스트립을 가공성을 향상시키기 위하여 소둔설비 내에서 스트립에 대한 소둔을 실시한다.
도 1은 연속 소둔설비를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 냉연스트립 제조 공정에서 스트립(S)은 연속 소둔설비(1)를 통과하면서 연속 소둔공정을 거치게 된다.
연속 소둔설비(1)의 소둔로는 예열대(Pre Heating Section, PHS), 가열대(Heating Section, HS), 균열대(Soaking Section, SS) 등을 포함하는 가열 구역과, 서냉대(Slow Cooling Section, SCS), 급냉대(Rapid Cooling Section, RCS), 급열대(Rapid Heating Section, RHS), 과시효대(Over Aging Section, OAS), 최종 냉각대(Final Cooling Section, FCS) 등을 포함하는 냉각 구역으로 구분될 수 있다.
예열대(PHS)는 소둔로의 입측으로 입력되는 스트립을 가열대(HS)에서 연료 연소로 발생하는 배가스를 이용하여 예열하고, 가열대(HS)는 예열대(PHS)를 통과한 스트립을 연료 연소를 통해 직접 가열하여 승온시킨다.
가열대(HS)를 통과한 스트립은 이후 균열대(SS)에서 일정한 온도로 균열 처리되고, 서냉대(SCS)를 통과하면서 분위기 가스의 순환 냉각을 통해 서냉된다.
또한, 서냉대(SCS)를 통과한 스트립은 급냉대(RCS)에서 주 가스젯, 쿨링롤, 보조가스젯 등에 의해 급냉되고, 과시효대(OAS)에서 과시효 처리되어 최종 냉각대(FCS)에서 최종 냉각된다.
이와 같은 연속 소둔설비(1)에는 스트립(S)을 지지하고 이송시키기 위해 원통 형상을 갖는 다수의 구동 롤로서 허스롤(R)이 배치되게 된다. 일반적으로 연속 소둔설비 내부의 온도는 상당한 고온이기 때문에 스트립(S)이 접촉하는 허스롤(R) 표면의 중앙 부분과 스트립(S)이 접촉하지 않는 나머지 양 사이드 부분은 온도 차를 갖게 된다.
이러한 허스롤(R)의 국부적 온도 차, 스트립(S)의 장력 불균일, 또는 스트립(S) 형상 자체의 결함에 의해 스트립(S)이 허스롤(R)의 중앙에서 벗어나 일측으로 편향하는 사행 현상이 발생할 수 있다.
이러한 사행이 발생하는 경우 냉연 코일의 형상 불량이 발생할 수 있고, 심한 경우, 스트립(S)이 소둔로의 벽체에 충돌하여 연속 소둔 공정 자체가 정지될 위험이 있으며, 따라서, 이러한 스트립의 사행을 방지하는 것은 냉연 코일 품질 향상의 척도가 될 수 있다.
이러한 사행을 감소시키기 위해, 일반적으로 연속 소둔설비에는 중심위치제어기(Center Position Controller, CPC)가 포함되며, 중심위치제어기(CPC)는 소둔로 내에서 스트립의 위치를 스트립의 사행을 상쇄하는 방향으로 이동시켜 스트립의 사행을 보정할 수 있다. 그러나, 이러한 중심위치제어기(CPC)는 스트립이 허스롤(R)의 폭 방향의 일 측으로 쏠리게 되는 경우에는 효과적으로 사행을 보상하여 상쇄할 수 있으나, 스트립이 허스롤(R)의 양쪽에 지그재그(zigzag)형으로 쏠린 경우에는 사행을 효과적으로 상쇄할 수 없는 한계가 있다. 이 경우에는 스트립 이동 라인의 속도를 낮추는 것이 효과적일 수 있으나, 종래의 경우에는 스트립이 허스롤(R)의 폭 방향의 일 측으로 쏠린 경우와 스트립이 허스롤(R)의 양쪽에 지그재그(zigzag)형으로 쏠린 경우를 설비 상에서 구별할 수 없었다.
본 발명의 일 실시예는 허스롤(R) 상에 배치된 스트립(S)의 배치를 화상 촬영 및 화상 처리를 통하여 인식하고, 스트립(S)이 허스롤(R)의 일 측으로 쏠린 경우인지, 아니면, 허스롤(R)의 양쪽에 지그재그(zigzag)형으로 쏠린 경우 인지를 분석하고, 그에 맞는 사행 제어를 자동적으로 선택할 수 있다.
도 2는 도 1의 A부분을 확대한 도면으로, 일 실시예에 의한 스트립의 사행 제어 장치(10)는 복수의 허스롤(R1 ~ R8)과, 각각의 허스롤(R1 ~ R8) 상에 배치된 스트립(S1 ~ S8)을 촬영하여 이미지를 생성하는 촬영부(100)와, 촬영된 이미지를 화상 처리하여 제어 명령을 생성하는 제어부(200)와, 스트립의 사행을 제어하는 개별 제어 모듈을 포함할 수 있다. 상기 개별 제어 모듈은 스트립의 이동속도를 제어하는 구동 모터 및 중심위치제어기(Center Position Controller, CPC)를 포함할 수 있다.
상기 촬영부(100)는 상기 복수의 허스롤(R1 ~ R8)의 상부에 배치되어 상기 허스롤(R1 ~ R8) 및 각각의 허스롤(R1 ~ R8) 상에 배치된 스트립(S1 ~ S8)을 촬영하여 이미지를 생성할 수 있다. 실시예에 따라서는, 상기 촬영부(100)는 일정 시간 간격으로 이미지를 생성하여 상기 제어부(200)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 1초 동안 10장의 이미지를 연속 촬영하여 제어부(200)로 전송할 수 있다.
상기 촬영부(100)는, CCD(charge coupled device) 이미지 센서 및 초점 조정용 렌즈 등을 구비한 CCD 카메라 또는, CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서 및 초점 조정용 렌즈 등을 구비한 CCD 카메라로 구성될 수 있다. 실시예에 따라서는 상기 촬영부(100)는 복수개가 구비될 수 있다.
상기 제어부(200)는 촬영부(100)에서 전송된 이미지를 화상 처리하여 복수의 허스롤(R1 ~ R8)의 중심과 상기 복수의 허스롤(R1 ~ R8) 상에 배치된 각각의 상기 스트립(S1 ~ S8)의 중심들을 검출하고, 상기 스트립(S1 ~ S8)의 중심들과 상기 복수의 허스롤(R1 ~ R8)의 중심들 간의 편차들에 기초하여 상기 스트립(S1 ~ S8)의 사행량을 산출하고, 상기 사행량을 보상하기 위한 제어 명령을 개별 제어 모듈로 전송할 수 있다. 도 3 내지 도 8을 참조하여, 제어부(200)가 스트립(S1 ~ S8)의 사행량을 산출하는 과정에 대해 설명한다. 도 3 내지 도 6은 스트립(S1 ~ S8)이 복수의 허스롤(R1 ~ R8)의 폭 방향의 일 측으로 쏠린 사행이 발생한 경우이고, 도 7 및 도 8은 스트립(S11 ~ S18)이 허스롤(R1 ~ R8)의 양쪽에 지그재그(zigzag)형으로 쏠린 사행이 발생한 경우이다.
도 3은 촬영부(100)에서 촬영된 이미지를 도시한 것으로, 소둔로의 벽체(W1, W2) 사이에 복수의 허스롤(R1 ~ R8)이 배치되고, 복수의 허스롤(R1 ~ R8) 각각에 스트립(S1 ~ S8)이 촬영된 것을 볼 수 있다. 촬영부(100)가 일정 시간 간격으로 촬영된 복수의 이미지를 제어부(200)로 전송하는 경우에는, 상기 제어부(200)는 복수의 이미지를 중첩하여 하나의 선명한 이미지를 생성할 수도 있다.
제어부(200)는 촬영부(100)에서 촬영된 도 3의 이미지를 화상 처리하여 복수의 허스롤(R1 ~ R4)의 에지를 검출하고 이에 공통적으로 접하는 가상의 직선(L1, L2)을 추출할 수 있다. 이때, 상기, 제어부(200)는 에지를 검출하기 전에, 컬러 이미지를 흑백화하거나 이미지의 콘트라스트(constrast)를 조절하는 등의 추가적인 화상 처리 단계를 더 수행할 수도 있다. 또한, 상기 직선(L1, L2)과 복수의 허스롤(R1 ~ R4)이 각각 접하는 부분을 직선으로 연결함으로써, 복수의 허스롤(R1 ~ R8) 각각의 측면을 표시한 복수의 평행선(RE1 ~ RE8)을 추출할 수 있다. 또한, 각각의 스트립(S1 ~ S8)의 에지(SE1 ~ SE8)를 검출함으로써, 후속 단계에서, 각각의 스트립(S1 ~ S8)이 복수의 허스롤(R1 ~ R4)의 중앙에 배치되었는지를 확인하기 위한 중심을 표시하는 데에 사용할 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(200)는 복수의 평행선(RE1 ~ RE8)의 중심(RC1 ~ RC8)을 추출하고, 각각의 스트립(S1 ~ S8)의 중심(SC1 ~ SC8)을 추출한 후(도 5 참조), 상기 스트립(S1 ~ S8)의 중심(SC1 ~ SC8)과 상기 복수의 평행선(RE1 ~ RE8)의 중심(RC1 ~ RC8) 간의 편차(E1 ~ E8)를 추출한다. 상기 제어부(200)는 스트립(S1 ~ S8)의 중심(SC1 ~ SC8)이 상기 복수의 평행선(RE1 ~ RE8)의 중심(RC1 ~ RC8)의 왼쪽에 있으면 마이너스(-) 편차 값을 부여할 수 있으며, 오른쪽에 있으면 플러스(+) 편차 값을 부여할 수 있다. 상기 제어부(200)는 편차 값이 0인 경우에는 사행량이 0인 것으로 결정하고, 편차 값이 모두 동일하게 마이너스(-) 또는 플러스(+) 값을 가질 경우에는, 스트립(S1 ~ S8)이 복수의 허스롤(R1 ~ R8)의 폭 방향의 일 측으로 쏠린 것으로 결정하고, 중심위치제어기(CPC)에 제어 명령을 전송하여, 상기 스트립(S1 ~ S8)이 사행이 발생한 반대 방향으로 이동하도록 중심위치제어기(CPC)의 실린더의 변위량을 조절할 수 있다. 일 실시예의 경우, 스트립(S1 ~ S8)이 하스롤(R1 ~ R8)의 왼쪽으로 쏠리게 배치되어, 모든 스트립(S1 ~ S8)의 편차 값이 마이너스(-) 값인 것을 볼 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 제어부(200)는 편차 값에 다른 부호의 값이 포함된 경우에는, 스트립이 허스롤의 양쪽에 지그재그(zigzag)형으로 쏠린 것으로 결정하고, 스트립의 이동속도를 감속하여 사행을 보상할 수 있다.
앞서 설명한 일 실시예와 동일하게, 제어부(200)는 촬영부(100)에서 촬영된 도 7의 이미지를 화상 처리하여 복수의 허스롤(R1 ~ R4)의 에지를 검출하고 이에 공통적으로 접하는 가상의 직선(L1, L2)을 추출할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 일 실시예와 동일하게, 도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(200)는 각각의 스트립(S11 ~ S18)의 중심(SC11 ~ SC18)을 추출한 후, 상기 스트립(S11 ~ S18)의 중심(SC11 ~ SC18)과 상기 복수의 평행선(RE1 ~ RE8)의 중심(RC1 ~ RC8) 간의 편차를 추출한다. 일 실시예의 경우, 상기 스트립(S11 ~ S18)의 중심(SC11 ~ SC18)이 중심(RC1 ~ RC8)의 왼쪽과 오른쪽에 교대로 배치된 것을 볼 수 있다. 상기 제어부(200)는 복수의 스트립(S11 ~ S18)이 지그재그형으로 배치된 것으로 결정하고, 상기 스트립(S11 ~ S18)의 이동속도를 감속하기 위해, 스트립의 속도를 제어하는 구동 모터에 제어신호를 전송하여 스트립(S11 ~S18)의 이동속도를 감속시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 연속 소둔설비
10: 스트립의 사행 제어 장치
100: 촬영부
200: 제어부
R1 ~ R8: 하스롤 1 ~ 8
RC1 ~ RC8: 하스롤의 중심 1 ~ 8
S: 스트립
S1 ~ S8: 하스롤 1 ~ 8 상의 스트립
SC1 ~ SC8: 하스롤 1 ~ 8 상의 스트립의 중심 1 ~ 8
E1 ~ E8: 편차 1 ~ 8

Claims (6)

  1. 소둔로 내부의 복수의 구동 롤 상에 이송되는 스트립을 소정의 위치에서 촬영하여 이미지를 생성하는 촬영부;
    상기 이미지를 화상 처리하여, 상기 복수의 구동 롤의 중심과 상기 복수의 구동 롤 상에 배치된 각각의 상기 스트립의 중심들을 검출하고, 상기 스트립의 중심들과 상기 복수의 구동 롤의 중심들 간의 편차들에 기초하여 상기 스트립의 사행량을 산출하고, 상기 사행량을 보상하기 위한 제어 명령을 생성하는 제어부; 및
    상기 제어 명령에 따라 상기 스트립의 사행을 제어하는 개별 제어 모듈을 포함하는 스트립의 사행 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편차들이 동일한 부호의 값으로 이루어진 경우에는,
    상기 개별 제어 모듈은 상기 제어 명령에 따라 상기 스트립을 상기 구동 롤의 중앙에 오도록 제어하는 중심위치제어기(Center Position Controller, CPC)이며,
    상기 제어부는 상기 중심위치제어기의 실린더 변위량을 조절하여 상기 스트립의 사행을 제어하는 스트립의 사행 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편차들 중 다른 부호의 값이 포함된 경우에는,
    상기 개별 제어 모듈은 상기 스트립의 이동속도를 제어하는 구동 모터이며,
    상기 제어부는 상기 구동 모터의 변위량을 조절하여 상기 스트립의 사행을 제어하는 스트립의 사행 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 촬영부는 상기 소정의 위치에서 복수의 이미지를 일정 시간 간격으로 촬영하고,
    상기 제어부는 상기 복수의 이미지를 중첩한 하나의 합성 이미지를 생성하고, 상기 합성 이미지를 기초로 상기 스트립의 사행량을 산출하는 스트립의 사행 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촬영부는 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라인 스트립의 사행 제어 장치.
  6. 소둔로 내부의 복수의 구동 롤 상에 이송되는 스트립을 소정의 위치에서 촬영하여 이미지를 생성하는 단계;
    상기 이미지를 화상 처리하여, 상기 복수의 구동 롤의 중심과 상기 복수의 구동 롤 상에 배치된 각각의 상기 스트립의 중심들을 검출하는 단계;
    상기 스트립의 중심들과 상기 복수의 구동 롤의 중심들 간의 편차들에 기초하여 상기 스트립의 사행량을 산출하는 단계; 및
    상기 스트립의 사행을 제어하는 개별 제어 모듈에 상기 사행량을 보상하기 위한 제어 명령을 생성하는 단계;를 포함하는 스트립의 사행 제어 방법.
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