KR19990054408A - 레이저를 이용한 도금강판의 온-라인 합금화도측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 이용하여 도금 강판의 합금화도를 비접촉식으로 측정하는 방법에 관한 것으로써, 종래의 확대화상 촬영방식과는 달리 화상처리를 위한 장비 없이도 간단한 측정장치의 구성을 통해 강판의 합금화도를 실시간으로 측정하기 위하여 레이저 광을 도금강판의 표면에 입사시키고, 표면에서 반사된 레이저 광의 세기 분포를 광센서 배열을 이용하여 동시에 측정함으로써 정반사 광의 세기로부터 합금화도와 선형적인 관계를 갖는 도금층의 반사도를 구하고 이 측정된 반사도 값으로부터 합금화도의 계산이 가능하도록 하며, 정반사광이외에 또다른 각도로 반사된 빛의 세기로부터 도금층의 표면 거칠기에 의한 오차요인과 강판의 진동에 의한 오차요인을 동시에 제거하는 측정방법을 제공함에 있다. 또한 표준시편을 장치 내부에 장착하여 광학소자들의 정렬상태를 계속적으로 확인하여 합금화도의 측정오차를 관찰함으로써 측정의 신뢰도를 확보하는 방법을 제공한다. 그리고 용융아연 도금강판의 생산라인에서 도금강판의 합금화도를 온-라인으로 측정할 때 회전롤에 걸쳐져 있는 강판의 양끝단을 레이저를 이용하여 검출함으로써 강판의 위치 및 폭을 파악하여 광학계의 강판 폭 방향 주사(SCANNING)동작을 자동으로 제어하는 것이다.

Description

레이저를 이용한 도금강판의 온-라인 합금화도 측정방법

본 발명은 레이저를 이용하여 도금 강판의 합금화도를 비접촉식으로 측정하는 방법에 관한 것으로써 특히, 레이저를 강판의 도금층에 입사시키고 도금층으로부터 반사적 레이저 광의 세기분포를 이용하여 도금층의 합금화도를 측정토록 하며, 도금층 표면에 반사된 레이저 광의 세기를 측정할 때 광센서 배열(photodiode array)을 이용하여 모든 방향에 대한 레이저 광의 반사분포를 동시에 측정함으로써 측정대상인 도금강판의 표면 거칠기가 반사도와 측정에 미치는 영향을 제거함과 아울러 강판의 진동에 의해서 레이저 반사광의 진행방향이 변하는 경우에도 오차없이 정밀하게 합금화도를 측정토록 하고, 측정장치 내부에 표준시편을 장착하여 광학소자들의 정렬상태를 항시 관찰할 수 있도록하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 도금 강판은 건자재 및 구조물 등에 널리 사용되고 있으며 특히, 열처리 과정을 통해 합금화된 용융아연도금 강판은 내식성, 용접성 및 도장성 등이 우수하여 가전용 및 자동차용으로도 그 수요가 증가하는 추세에 있다.

그러나 이러한 합금화 용융아연도금 강판의 우수한 특성은 도금층의 합금화도 즉, 도금층 내의 Fe성분의 함량에 의해 큰 영향을 받기 때문에 생산된 도금강판의 품질보증을 위해서는 도금강판이 사용목적에 적절한 합금화도를 유지하도록 하는 일관된 합금화도의 관리가 필요하다.

특히 현재와 같은 대량생산체제하에서 불량품과 생산을 방지하고, 점차 엄격해지고 있는 수요가의 품질보증 요구에 대처하기 위해서는 도금공정중에 실시간으로 합금화도를 위한 열처리 공정을 제어해야 하며, 이를 실현하기 위해서는 합금화도의 온-라인 계측이 필수적이다.

일본특허 특개평5-45305는 X선 회절을 이용한 합금화도 측정방법이며 용융아연도금층의 합금화에 따라 도금층 내에 형성되는 Fe와 Zn에 의한 상(phase)에 의해 일정한 각도로 회절되는 회절광의 세기를 측정하여 합금화도를 산출한다.

이 측정방법에 있어서 측정결과의 정확도에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 회절광의 측정을 위한 광센서의 측정각도 및 측정위치이므로 측정대상의 미세한 공간적 위치변화에도 측정결과가 크게 달라진다.

따라서 현장의 조업라인에 설치할 경우 강판의 반송시에 발생하는 진동에 의해 측정오차가 발생한 가능성이 크며 X-선 장비의 사용에 따라 수반되는 안전관리대책이 강구되어야 한다는 단점이 있다.

또한 공지기술로써 특개평4-370709는 합금화도에 따라 용융아연도금 강판의 색도가 변하는 점을 이용하여 강판 도금층 표면의 확대화상을 촬영하고 촬영된 확대화상의 평균밝기와 도금층의 합금화도를 비교하는 작업을 반복함으로써 확대화상의 평균밝기와 도금층의 합금화도간의 대조표를 작성한다.

미지의 도금강판의 합금화도 측정시에는 강판표면의 확대화상을 촬영하여 평균밝기를 계산하고 이 계산된 평균밝기와 사전에 작성된 대조표를 이용하여 화금화도를 결정하게 된다.

이 방법은 상기의 X선 회절방법에 강판의 진동에 영향을 적게 받는 장점이 있으나 주변의 조명 상황과 도금층의 표면거칠기에 따라 측정오차가 발생할 수 있다.

즉, 강판 주변의 조명이 변하게 되면 동일한 강판에 대해서도 확대화상의 평균밝기가 달라지게 되어 대조표로부터 결정한 합금화도가 다르게 된다. 또한 동일한 합금화도와 동일한 조명하에서도 도금층표면의 표면거칠기가 다를 경우 표면에 입사하는 빛의 산란정도가 다르기 때문에 확대화상 촬영을 위한 카메라로 입사하는 빛의 세기가 변하게 되고, 확대화상의 평균밝기도 달라진다.

이 방법에 있어서 강판 주변 조명의 불안정에 기인하는 오차는 확대화상 촬영 전용의 특수조명을 별도로 설치하면 제거할 수 있지만 도금층 표면의 표면거칠기에 기인하는 측정오차는 제거하기 어렵다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래의 비접촉식 합금화도 측정기술의 제반문제점들을 개선하기 위한 것으로써 그 목적은, 종래의 확대화상 촬영방식과는 달리 화상처리를 위한 장비 없이도 간단한 측정장치의 구성을 통해 강판의 합금화도를 실시간으로 측정하기 위하여 레이저 광을 도금강판의 표면에 입사시키고, 표면에서 반사된 레이저 광의 세기 분포를 광센서 배열을 이용하여 동시에 측정함으로써 정반사 광의 세기로부터 합금화도와 선형적인 관계를 갖는 도금층의 반사도를 구하고 이 측정된 반사도 값으로부터 합금화도의 계산이 가능하도록 하며, 정반사광이외에 또다른 각도로 반사된 빛의 세기로부터 도금층의 표면 거칠기에 의한 오차요인과 강판의 진동에 의한 오차요인을 동시에 제거하는 측정방법을 제공함에 있다. 또한 표준시편을 장치 내부에 장착하여 광학소자들의 정렬상태를 계속적으로 확인하여 합금화도의 측정오차를 관찰함으로써 측정의 신뢰도를 확보하는 방법을 제공한다. 그리고 용융아연 도금강판의 생산라인에서 도금강판의 합금화도를 온-라인으로 측정할 때 회전롤에 걸쳐져 있는 강판의 양끝단을 레이저를 이용하여 검출함으로써 강판의 위치 및 폭을 파악하여 광학계의 강판 폭 방향 주사(SCANNING)동작을 자동으로 제어하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 광센서 배열을 이용한 합금화도 측정 방법을 도시한 개략도

도 2a,b,c는 본 발명에 의한 광센서 배열을 이용한 합금화도 측정시 진동오차의 제거절차를 도시한 개략도

도 3은 광학소자 배열의 어긋남에 따른 측정 오차를 나타낸 비교예

도 4는 본 발명에 의한 강판 끝단의 신호도

도 5는 종래의 측정방법에 의한 합금화도 측정결과를 나타낸 비교예

도 6은 본 발명의 측정방법에 의한 합금화도 측정결과를 나타낸 실시예.

〈도면의 주요 부분에 의한 부호의 설명〉

1 : 레이저 2 : 거울

3 : 도금강판 시편 4,12 : 빛살 가르개

5 : 조리개 6 : 광센서 배열

7 : 마스크 8,16,17 : 렌즈

9 : 전치 증폭기 10 : 광센서 배열 조정기

11 : 컴퓨터 13 : 표준시편

14,15 : 광 검출기 18 : 선형이동 스테이지

19 : 선형이동 스테이지 조절기

레이저(1)광을 도금강판의 표면(3)에 입사시키고, 표면에서 반사된 레이저 광의 세기 분포를 광센서 배열(6)을 이용하여 동시에 측정함으로써 정반사광의 세기로부터 합금화도와 선형적인 관계를 갖는 도금층의 반사도를 강판의 표면거칠기에 의한 영향 없이 정확히 구하고 이 측정된 반사도 값으로부터 합금화도의 계산이 가능하도록 하는 단계와, 레이저 반사광을 이용하여 용융아연도금 강판의 합금화도를 측정할 때 강판의 진동에 의해 반사광이 흔들림으로써 발생하는 측정오차를 제거하기 위해 합금화도의 계산에 필요한 두 개의 정해진 반사광의 세기를 측정할 때 광센서 배열(6)의 신호를 좌측부터 차례로 측정하여 반사광 분포중 신호의 크기가 가장큰 정반사광의 세기를 측정하여 정반사광의 세기로 사용하고 이 정반사광을 검지한 광센서로부터 미리 정해진 만큼 떨어진 광센서에 의해 또다른 반사광의 세기를 측정하는 단계와, 레이저(1)로부터 츨력된 광선이 빛살가르게(12)로 입사되며, 상기 빛살가르게(12)에서 반사된 일부의 빛을 표준시편(13)에 입사토록 함으로써 광검출기(14,15)를 통해 정반사광과 산란광의 세기를 측정하여 표준시편의 합금화도를 산출한 후 그 산출값과 이미 알고 있는 표준시편(13)의 합금화도를 비교하고 상기 값이 일치하면 측정시편(3)의 합금화도에 대한 측정값을 신뢰하고, 일치하지 않을 경우에는 장치내부에 장착되어 있는 광학소자들을 재정렬함으로서 측정시편(3)의 올바른 합금화도를 산출할 수 있도록 하는 합금화도 측정오차의 관찰단계와,초점거리가 같은 두 개의 렌즈(16,17)와 제어가 가능한 선형이동 스테이지(18)를 사용하여 강판에 입사되는 레이저 광선의 조사면적을 자유롭게 조절할 수 있도록 하고 측정장치를 통하여 강판의 폭길이 및 위치를 파악하고자 할 때에는 레이저의 조사면적을 축소하고 정상적으로 합금화도를 측정하고자 할 때에는 레이저의 조사면적을 원래대로 직경 5mm로 확대함으로써 생산중인 강판의 폭 및 위치가 변경되는 경우에도 이 변화에 대응하여 광학계가 강판 폭방향으로의 이동거리 및 이동위치를 원활히 변경하여 측정오차의 발생을 방지하도록 하는 단계를이루어 져서 된 것이다.

본 발명은 레이저(1)로부터 발생된 빛은 거울(2)에서 반사된 후 일정한 입사각도(α)로 측정대상인 도금강판의 표면(3)에 입사되며, 표면에서 반사된 광선중 마스크(7)를 통과한 광선은 렌즈(8)에 의해 평행광선으로 변경된 후 광센서 배열(6)에 입사된다.

이때 거울(2)에서 반사된 광선의 일부는 빛살가르개(4)에서 반사되고 조리개(5)를 통과하여 광선의 단면적이 축소된 후 광센서 배열(6)의 좌측으로 입사함으로서 레이저(1) 출력의 변화에 대한 보정용으로 사용된다.

여기에서 마스크(7)는 강판의 표면에서 반사된 정반사광(반사각α)과 다른 각도로 반사된 반사광(반사각β)을 통과시키며 강판의 표면에서 반사된 빛이 빛살가르개(4)에서 반사된 광선과 섞이는 것을 막아준다.

따라서 광센서 배열(6)에서 좌측으로부터 레이저(1) 출력변화 보정용 광선, 정반사광 I(α), 그리고β 방향의 반사광 I(β)가 차례대로 입사하며 각각의 광센서는 일정한 시간동안 입사되는 광선을 검지한 후 입사된 광선의 세기에 비례하는 전압을 발생시키고 발생된 전압을 유지한다.

광센서 배열 조정기(10)는 광센서 배열(6)의 좌측에 위치한 광센서부터 차례대로 발생된 전압을 방전시킴과 동시에 전치 증폭기(9)에서 증폭된 방전전압의 크기를 인식한 후 전압의 크기, 즉 입사된 광선의 세기의 컴퓨터(11)에 입력시킨다. 컴퓨터(11)는 작성된 프로그램의 지시에 따라 광센서 배열(6)의 신호를 분석하여 레이져 출력변화 보정용 광선의 세기, I(α), 그리고 I(β)를 인식한 후 합금화도를 계산한다. 이 때 I(α)는 레이저 반사분포중 항시 가장 큰 값이기 때문에 컴퓨터는 용이하게 I(α) 및 이 값을 측정한 광센서를 인식할 수 있다.

두 개의 각도(반사각 α,β)에서 측정한 반사광의 세기로부터 합금화도를 구하는 측정식은 다음과 같다.

(합금화도 계산식)

합금화도(%) = ................................. (1)

여기서, |(α) : 정반사광 세기

|(β) : β 방향의 반사광의 세기

k : 비례상수

상기와 같이 정반사광의 세기(반사각 α)를 포함한 2개의 반사광의 세기(반사각 α, β)를 이용하면 표면거칠기가 반사도의 측정에 미치는 영향을 제거함으로써, 정반사광의 세기만을 이용하여 측정할 때와는 달리 반사도에 반비례하는 합금화도를 정확히 측정할 수 있다.

이하 본 발명의 구성중 강판 진동시의 측정오차 제거방법은 다음과 같다.

모든 광센서들의 방전이 끝난 광센서 배열(6)은 광센서 배열 조정기(10)의 지시에 따라 새로운 광선의 세기를 검지한다.

또한 빛살가르개(4)를 통과한 광선의 일부는 또다른 빛살가르개(12)에서 반사하여 측정용 도금강판(3)에 입사하는 레이저 광선과 동일하게 α의 각도로 표준시편(13)에 입사한 후 α의 각도로 반사된 정반사광선은 광검출기(14)로 입사되고 β의 각도로 반사된 산란광선은 광검출기(15)로 입사된다.

광검출기(14)와 광검출기(15)에서 검출된 신호는 전치증폭기(9)에서 증폭된 후 컴퓨터(11)에 입력된다. 컴퓨터(11)에 입력된 반사광의 새기|(α)와 |(β)는 측정용 도금강판에서 사용한 것과 동일한 계산식(1)에 의해 합금화도를 구하여 출력한다. 이하 도금강판의 진동에 의한 측정오차를 제거하는 원리를 설명하면 다음과 같다. 합금화도 계산식을 이용하여 합금화도를 측정함에 있어서 측정의 정확도에 영향을 미치는 가장 큰 요인은 측정되는 반사광들의 반사각도이다.

즉, 하나의 광검지기는 레이져 입시각도와 정확히 같은 각도(α)로 반사되는 반사광을 측정하여야 하며, 또 다른 광검지기는 정반사각도 α에서(β-α)만큼 벌어진 각도의 반사광을 측정하여야 한다.

그러나 측정대상이 외부진동에 의해 기울어질 경우 반사광의 진행방향이 변함으로써 광검지기들이 정반사광 α 및 β 각도의 반사광을 측정할 수 없기 때문에 측정오차가 발생하게 된다.

이와 같이 상기 방법에 의해 합금화도를 실시간으로 측정할 때 발생하게 되는 진동에 의한 측정오차를 제거하여 안정적인 계측을 실현하는 것을 목적으로 하는 본 발명의 기술적인 구성은, 상기 식(1)에 사용될 두 개의 반사광을 측정함에 있어서, 위치가 고정된 두 개의 광검지기만을 사용하지 않고 다수의 광센서가 일렬로 배열된 광센서 배열을 사용하여 모든 각도의 반사광 세기를 동시에 측정하고, 별도의 신호처리장치를 통해 반사광의 분포를 해석함으로써 진동에 의해 반사광의 진행방향이 변하는 경우에도 식(1)의 계산에 필요한 두 방향의 반사광의 세기, 즉 정반사광 세기와 정반사광에서β-α만큼 벌어진 각도의 반사광의 세기를 안정적으로 얻을 수 있기 때문에 외부적 요인에 의해 강판이 진동하는 경우에도 안정적으로 합금화도를 계측하도록 되어 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 의한 강판의 진동시의 측정오차 제거방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 |(β) 반사광의 분포중 세기가 가장 큰 정반사광|(α)를 인식한 광센서에서(β-α)의 각도차 만큼 떨어진 광센서, 즉|(α)를 인식한 광센서를 기준으로 n번째 광센서 검지신호를 통해 알수 있다. 여기에서 광센서 배열차수 n은 (β-α)의 각도에 의해서 결정되며 이 각도는 진동이 있는 경우에도 변하지 않으므로 기하적인 계산을 통해 미리 정해줄 수 있다. 그러므로 |(β)를 인식한 광센서가 배열의 좌측으로부터 k÷n 번째의 광센서이다.

따라서 이와 같은 방식으로 반사광의 세기를 측정하면 항상 정확한 두 개의 각도에서 반사광의 세기를 측정할 수 있으므로 발생하는 진동에 의한 측정오차를 제거할 수 있다.

이러한 진동오차의 제거과정을 도면을 통해 설명하면 다음과 같다. 도 2a는 강판의 진동이 없는 경우이다. 이 경우 정반사 각도(α)로 반사된 광선은 광센서 배열(6)중 k번재의 광센서에 입사하고 정반사 각도에 대해β-α만큼 벌어져서 반사되는 광선은 k÷n 번째의 광센서에 입사한다. 이때도 2b와 같이 진동에 의해 강판이 기울어진 경우 정반사 각도는 α에서 α'로 변하고 정반사 각도로 반사된 광선, 즉α'방향으로 진행하는 광선이 입사하는 광센서가 달라진다.

그러나 이 경우에도 정반사광은 반사광중 빛의 세기가 가장 크기 때문에 각각의 광센서들의 세기를 비교해 보면 정반사광이 입사한 광센서와 그 광센서의 세기(정반사광의 세기)를 알 수 있다.

그리고 합금화도의 계산에 필요한 또하나의 반사광은 진행방향의 β에서 β'로 변하나 두 광사광 사이 각도((β'-α)각도)는 진동이 없을 경우의 두 반사광 사이의 각도((β-α)각도)와 같으므로 정반사광을 인식한 광센서에서 오른쪽으로 n번째에 위치한 광센서에 입사한다.

만약 광센서들의 세기 비교를 통해 확인한 정반사광을 인식한 광센서가 m번째 광센서라면 β'방향의 반사광의 세기는 m + n 번째의 광센서의 출력을 읽으면 알 수 있다.

그러므로 진동에 의해 강판이 기울어진 경우에도 진동이 없는 경우와 동일한 크기의 반사광 세기를 얻을 수 있고 따라서 진동에 의한 오차는 발생하지 않는다. 도 2c는 강판이 왼쪽으로 기울어진 경우이며 이 경우 도 2b의 경우와 같은 원리로 p번째 광센서와 p+n번째 광센서의 출력을 통해 두개의 반사광세기를 오차없이 측정할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 비접촉식 합금화도 측정방법에 의하면 레이저 광선을 도금 강판의 표면에 입사시키고 강판에서 반사된 반사광의 세기를 측정하여 합금화도를 구할 때 반사광의 측정에 광센서 배열을 이용하여 반사광의 세기분포를 측정함으로서 강판의 진동이 있는 경우에도 합금화도의 계산에 필요한 정해진 두 대 각도의 반사광의 세기를 항상 정확히 측정할 수 있기 때문에 진동에 의한 측정오차를 제거할 효과가 있다.

이하 본 발명의 구성중 표준시편을 이용한 측정오차의 관찰방법은 다음과 같다.

광학계 내에 고정되어 있는 표준시편(13)의 합금화도는 항상 일정하므로 만약 본 장치를 통해 항시 측정하고 있는 표준 시편(13)의 합금화도가 변하면 광학계내의 광소자들의 배열상태가 변한 것이므로 도금강판(3)의 합금화도 측정치를 신뢰할 수 없음을 알 수 있다.

따라서 측정중에 나타나는 표준시편(13)의 합금화도와 이미 알고 있는 표준시편(13)의 합금화도를 상호 비교하여 상기의 비교값이 일치하면, 측정된 도금강판(3)의 합금화도에 대한 값의 신뢰도를 인정하고 반면에, 비교값이 일치하지 않으면 측정된 도금강판(3)의 합금화도에 대한 값의 오차 발생임을 확인할 수 있다.

표준시편(13)의 측정값에 오차가 발생했을 때는 측정된 데이터를 버리고 측정장치내의 광학소자들을 재정렬한 후, 도금강판(3)의 합금화도를 다시 측정한다.

즉, 도금강판(3)의 합금화도를 측정하기 위한 반사광의 진행 경로상에 존재하는 광학소자들의 위치가 변하면, 광선의 진행방향이 변하게 되어 표준시편(13)의 합금화도 측정값이 변하기 때문에, 상기 표준시편(13)의 합금화도 측정값을 관찰하면 측정장치 내부의 거울등과 같은 광학소자들의 위치변화에 따른 측정오차를 확인할 수 있는 것이다.

이하 도면에 의거하여 표준시편에 의한 측정오차의 관찰방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 강판으로 입사되는 레이저 광선중의 일부를 빛살가르게(12)로 갈라 측정강판과 동일한 입사각도(α)로 표준시펀(13)에 입사시킨다.

표준시편(13)에서 반사된 광 분포중 α와β의 각도로 반사된 빛의 세기를 광검지기(14,15)로 각각 측정하여 컴퓨터(11)를 통해 표준시편의 합금화도를 구한다.

컴퓨터(11)는 강판(3)의 합금화도 계산을 수행함과 동시에 항시 표준시편(13)의 합금화도를 계산하여 원래알고 있는 표준시편의 합금화도와 측정된 표준시편의 합금화도를 비교한다.

만약 측정된 합금화도와 원래 알고 있는 표준시편(13)의 합금화도가 일치하면 측정된 도금강판(3)의 합금화도에 대한 값의 신뢰도를 인정하고 반면에, 비교값이 일치하지 않으면 측정된 도금강판(3)의 합금화도에 대한 값의 오차 발생임을 확인할 수 있다.

표준시편(13)의 측정값에 오차가 발생했을 때는 측정된 데이터를 버리고 측정장치내의 광학소자들을 재정렬한 후, 도금강판(3)의 합금화도를 다시 측정한다.

도 3은 광학소자 배열의 어긋남에 따른 측정오차를 나타낸 비교예이다.

광학소자의 배열이 변화됨에 따라 레이저 광선의 입사각이 변화되며 이에 따른 측정되는 도금강판의 합금화도가 변화됨을 나타낸다.

따라서 표준시편을 이용하여 측정오차를 관찰함으로써 측정의 신뢰도를 얻을 수 있다. 또한, 레이져 광원을 교체하기 위해서는 광학소자들의 미세조정이 필요하며, 이경우에도 표준시편에 의해 조정하면 용이하게 미세조정을 할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 구성중 도금강판의 폭 측정 및 합금화도 측정위치를 제어는 방법을 설명하면 다음과 같다.

일반적으로, 레이저를 이용하여 용융아연도금 강판의 합금화도를 생산라인에서 온-라인으로 측정할 때 되도록 많은 양의 합금화도 정보를 얻기위해 측정용 광학계를 강판의 폭방향으로 이동시키면서 측정하면 이를 통해 강판의 폭방향의 합금화도 정보를 얻는다.

이와 같이 광학계를 이동시켜 강판의 폭방향 정보를 얻고자할 경우에는 현재 측정중인 강판의 폭 및 위치를 정확히 알아야 한다. 이를 위해서 종래에는 강판의 폭 및 위치를 작업자가 직접 측정하여야 가능하였다.

그러나 이러한 방식은 강판의 생산작업중 측정하기가 어려울 뿐 아니라 강판의 폭 및 위치가 변하면 강판의 폭방향 합금화도 측정에 오류가 발생하는 문제점이 있다.

또한 이러한 방식은 강판의폭 및 위치를 항시 관찰하고 변화가 발생할 경우 측정장치의 가동을 중단하여 새로운 강판 정보를 입력한 후 재가동하여야 하는 불편이 있다.

이와 같은 측정시스템의 가동 중단은 조업중의 온-라인 측정에 문제를 발생시킬 수 있으므로 합금화도 측정장치의 현장 활용도를 제고하기 위해서는 광학계의 이동을 측정중인 강판의 조건에 따라 자동으로 제어하는 기능의 보완이 필요하다.

본 발명에서는 이와 같은 강판의 위치측정의 문제점을 해결하기 위하여 레이저 광선의 조사면적을 작게 축소시켜 회전 롤, 강판끝단, 강판 등에서 광검지기의 출력이 다르게 나타나게 함으로써 강판의 위치를 파악하였다.

이와같이 강판의 끝단 측정시 레이저 조사단면적을 작게하는 이유는 합금화도 측정시와 같이 레이저의 조사단면적을 직경 5mm로 할 경우 강판끝단에서 반사광의 변화가 미약하여 확인이 불가능하기 때문이며 렌즈로 레이저 광선을 집광시켜 레이저 조사단면적을 작게하면 강판 끝단에서 반사광의 진행방향이 크게 변하여 광센서 배열(6)을 통해 현재 레이저 광선이 강판의 끝단에 있음을 확인할 수 있기 때문이다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 강판 끝단의 측정원리를 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 초점거리(f)가 서로 같은 두 개의 볼록렌즈(16,17)를 레이저 광선의 진행방향에 따라 일렬로 배열함으로서 강판의 표면에 입사되는 레이저의 조사면적을 자유롭게 조절할 수 있는바 정상적으로 합금화도를 측정할 때에는 두 렌즈사이의 거리(L)를 L=2f로 하여 기존의 측정장치와 같이 조사면적을 직경 5mm로 하고 강판의 끝단을 측정하고자 할 때에는 렌즈(16)를 이동시켜 L을 L=2f로 함으로서 레이저 광선을 강판표면에 집광시켜 조사면적을 작게한다.

또한, 렌즈(16)를 선형이동 스테이지(18)에 장착하고 이 선형이동 스테이지의 제어가 가능한 선형이 동 조절대(18)로 조절하여 레이저 조사면적의 변경을 자동화한다.

기존의 합금화도 측정장치가 설치된 용융아연도금 공장의 경우 생산된 강판을 코일형태로 감아판매하며 강판의 사양을 이러한 코일단위로 관리한다. 이에 따라 강판의 폭길이 및 위치의 변경은 코일단위로 변경되기 때문에 강판의 끝단측정을 통한 폭길이 및 위치의 파악은 코일이 바뀔때에만 필요하다.

그러므로 한 코일의 생산중에는 레이저의 조사면적을 넓혀 정상적으로 합금화도를 측정하고 새로운 코일의 강판 생산이 시작되는 시점에서 컴퓨터(11)의 명령에 의해 레이저 조사면적을 작게하여 강판의 양 끝단을 측정하여 강판의 폭길이 및 위치를 파악한 후 이에 맞게 광학계 이동폭 및 이동위치를 변경한 후 다시 합금화도의 측정작업을 실시하면 안정적인 합금화도의 온-라인 측정이 가능하다. 도 4는 본 발명에 따라 레이저광선의 직경을 0.5mm로 작게하여 강판 끝단 부근에서의 광센서 배열(6)의 출력을 나타낸 것이다.

이 때 강판 끝단의 측정에는 광센서 배열중의 어떠한 광센서의 출력을 사용하여도 무방하다. 도 4에서 레이저의 조사면적이 상대적으로 작아 레이저 광선이 강판의 끝단을 통과할 때 광검지기의 출력이 큰 변화를 타타내며 강한 피크가 나타나는 것을 볼 수 있다. 따라서 광학계를 좌우로 주사(scanning)하면서 검출된 강판 끝단의 신호를 컴퓨터에 입력하면 강판의 폭길이 및 위치를 정확히 측정할 수 있다.

이하 도금강판의 합금화도 측정의 실시예를 설명하면 아래와 같다.

도 5는 일반적인 반사율과 합금화도의 관계를 측정한 비교예이다. 도금강판의 순수한 표면거칠기, 주변의 빛 등의 영향이 복합적으로 작용되어 반사율과 합금화도가 일관된 관계를 나타내지 않고 있다.

도 6는 본 발명의 측정방법에 의한 합금화도 측정결과를 나타낸 실시예이다. 반사율과 합금화도가 선형적인 관계를 나타내고 있어 합금화도가 정확히 측정됨을 알 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이 기존의 측정장치가 갖는 강판의 위치 측정의 문제점을 개선시키기 위한 것으로써, 초점거리가 같은 두 개의 렌즈를 사용하여 강판에 입사되는 레이저 광선의 조사면적을 축소하고 정상적으로 합금화도를 측정하고자 할 때에는 레이저의 조사면적을 원래대로 직경 5mm로 확대함으로써 강판의 폭 및 위치가 변경되는 경우에도 이 변화에 대응하여 광학계도 강판 폭방향으로의 이동거리 및 이동위치를 원활히 변경하여 측정오차의 발생을 방지하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 레이저(1)광을 도금강판의 표면(3)에 입사시키고, 표면에서 반사된 레이저 광의 세기 분포를 광센서 배열(6)을 이용하여 동시에 측정함으로써 정반사광의 세기로부터 합금화도와 선형적인 관계를 갖는 도금층의 반사도를 강판의 표면거칠기에 의한 영향 없이 정확히 구하고 이 측정된 반사도 값으로부터 합금화도의 계산이 가능하도록 하는 단계와, 레이저 반사광을 이용하여 용융아연도금 강판의 합금화도를 측정할 때 강판의 진동에 의해 반사광이 흔들림으로써 발생하는 측정오차를 제거하기 위해 합금화도의 계산에 필요한 두 개의 정해진 반사광의 세기를 측정할 때 광센서 배열(6)의 신호를 좌측부터 차례로 측정하여 반사광 분포중 신호의 크기가 가장큰 정반사광의 세기를 측정하여 정반사광의 세기로 사용하고 이 정반사광을 검지한 광센서로부터 미리 정해진 만큼 떨어진 광센서에 의해 또다른 반사광의 세기를 측정하는 단계와, 레이저(1)로부터 츨력된 광선이 빛살가르게(12)로 입사되며, 상기 빛살가르게(12)에서 반사된 일부의 빛을 표준시편(13)에 입사토록 함으로써 광검출기(14,15)를 통해 정반사광과 산란광의 세기를 측정하여 표준시편의 합금화도를 산출한 후 그 산출값과 이미 알고 있는 표준시편(13)의 합금화도를 비교하고 상기 값이 일치하면 측정시편(3)의 합금화도에 대한 측정값을 신뢰하고, 일치하지 않을 경우에는 장치내부에 장착되어 있는 광학소자들을 재정렬함으로서 측정시편(3)의 올바른 합금화도를 산출할 수 있도록 하는 합금화도 측정오차의 관찰단계와,초점거리가 같은 두 개의 렌즈(16,17)와 제어가 가능한 선형이동 스테이지(18)를 사용하여 강판에 입사되는 레이저 광선의 조사면적을 자유롭게 조절할 수 있도록 하고 측정장치를 통하여 강판의 폭길이 및 위치를 파악하고자 할 때에는 레이저의 조사면적을 축소하고 정상적으로 합금화도를 측정하고자 할 때에는 레이저의 조사면적을 원래대로 직경 5mm로 확대함으로써 생산중인 강판의 폭 및 위치가 변경되는 경우에도 이 변화에 대응하여 광학계가 강판 폭방향으로의 이동거리 및 이동위치를 원활히 변경하여 측정오차의 발생을 방지하도록 하는 단계를 이루어진 것을 포함함을 특징으로하는 레이저를 이용한 도금강판의 온-라인 합금화도 측정방법