KR20000038765A

KR20000038765A - 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법

Info

Publication number: KR20000038765A
Application number: KR1019980053866A
Authority: KR
Inventors: 김중구; 최종수; 주문갑; 정우철
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2000-07-05

Abstract

본 발명은 슬라브의 폭과 길이 및 두께를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 스캔레이저(2)로 레이저 빔을 슬라브(1)에 주사하여 반사파를 CCD카메라(3)에 구비되어 있는 대역통과필터(21)로 필터링하여 CCD카메라(3)로 포착하는 단계와, 포착된 반파를 영상처리하는 단계와, 처리된 영상으로부터 슬라브(1)의 싸이즈를 구하는 단계 및 구해진 슬라브(1)의 싸이즈를 디스플레이 하는 단계로 슬라브의 싸이즈를 측정함으로써 기존의 줄자 또는 막대자를 이용하여 측정하는 접촉식 수작업 방법에 비하여 정확성을 기할 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 슬라브가 고온일 경우 줄자를 이용한 측정시 발생할 위험으로부터 해방될 수 있는 효과가 있으며, 포터블 형식으로 하여 전체 측정시스템을 소형화 할 수 있으며, 고속측정이 가능하고 인건비의 절감으로 경제적이라고 하는 장점이 있는 것이다.

Description

스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법

본 발명은 슬라브의 폭과 길이 및 두께를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 특히 줄자나 막대기를 이용하지 않고 스캔레이저와 씨씨디(이하 "CCD"라 함) 카메라를 사용하여 간단하게 자동으로 슬라브의 폭과 길이 및 두께를 측정하는 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법에 관한 것이다.

도 1은 연주공장에서 나온 슬라브(1)가 압연되기전 까지의 상황을 나타낸 도면으로서, 연주공장에서 일정한 크기로 잘려나온 슬라브(1)는 일반적으로 야적장에 쌓여 있다가 필요시 가열로에서 가열된 후 압연을 하게 된다. 이 경우 슬라브(1)의 온도는 약 20℃이며, 치수는 사람에 의해 줄자등을 이용하여 측정하게 된다. 그러나 HCR(Hot Charge Rolling)의 경우는 야적장에서 대기하는 시간이 짧아 약 500℃의 높은 온도를 갖게 된다. 이 경우는 슬라브(1)의 고온으로 인해 사람이 직접 슬라브(1)의 치수를 측정할 수 없게 된다. 즉, 가열로에 슬라브(1)를 장입하기 전에는 통상적으로 슬라브의 폭과 길이 및 두께를 측정하게 되는데, 지금까지는 슬라브의 폭과 길이 및 두께를 측정할 때 작업자가 줄자 또는 막대기를 가지고 직접 슬라브의 폭과 길이 및 두께를 측정하였으며, 그외 다른 측정방법은 전무한 실정에 있다. 이러한 슬라브의 폭과 길이 및 두께를 측정하는 방법은 작업자의 수작업에 의해 이루어지기 때문에 그 정확성이 떨어진다고 하는 문제점이 있고, 상기한 측정할 수 없는 경우도 있을 뿐만 아니라 많은 인력소모로 인하여 경제적이지 못하다고 하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 슬라브의 싸이즈 측정방법이 갖는 문제점과 결점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 줄자나 막대기를 이용하지 않고 스캔레이저와 CCD카메라를 사용하여 간단하게 자동으로 슬라브의 폭과 길이 및 두께를 측정함으로써 HCR 작업시 고온 슬라브도 그 싸이즈를 측정할 수 있는 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 연주공장에서 나온 슬라브가 압연되기전 까지의 상황을 나타낸 도면,

도 2는 가열로에 들어가기 전 슬라브의 일반적인 모양을 도시한 도면,

도 3는 본 발명 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법을 설명하기 위한 도면,

도 4은 본 발명 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법의 순서도,

도 5는 본 발명에 따른 스캔레이저의 구조도,

도 6는 본 발명에 따른 CCD카메라의 구조도,

도 7 및 도 8은 슬라브에 스캔레이저로 주사한 경우의 레이저 빔의 타입을 나타낸 도면,

도 9은 본 발명에 따른 CCD카메라에 포착된 슬라브의 영상을 나타낸 도면,

도 10은 슬라브의 영상을 CCD카메라로 포착하여 모니터에 나타내는 과정을 간략하게 도시한 도면,

도 11은 슬라브의 영상으로부터 측정한 싸이즈에서 실제 슬라브의 싸이즈를 계산해 내는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 슬라브 2 : 스캔레이저

3 : CCD카메라 11, 11' : 포인트 레이저

21 : 대역통과필터 SL1, SL2 : 제1,2스캔라인

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 스캔레이저(2)로 레이저 빔을 슬라브(1)에 주사하여 반사파를 CCD카메라(3)에 구비되어 있는 대역통과필터(21)로 필터링하여 CCD카메라(3)로 포착하는 단계와, 포착된 반사파를 영상처리하는 단계와, 처리된 영상으로부터 슬라브(1)의 싸이즈를 구하는 단계 및 구해진 슬라브(1)의 싸이즈를 디스플레이 하는 단계로 이루어 짐을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법을 상세하게 설명한다.

도 2는 가열로에 들어가기 전 슬라브의 일반적인 모양을 도시한 것으로서, 압연을 위해 필요한 슬라브(1)에 관한 데이터는 슬라브(1)의 길이(Length), 폭(Width), 높이(Height)이며, 현재 이러한 값들은 줄자 또는 막대자를 이용하여 작업자가 직접 수작업에 의해 측정하고 있다.

도 3은 본 발명 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3에서 보는 바와 같이 레이저빔 주사장치인 스캔레이저(2)로 레이저 빔을 슬라브(1)에 주사하고, 그 반사파를 수직레이저센서인 CCD카메라(3)로 포착하며 CCD카메라(3)와 슬라브(1)의 사이의 직선거리에 관한 신호를 수직 레이저빔 주사장치인 스캔레이저(1)로부터 전송하여 슬라브(1)의 길이, 폭, 높이를 측정하게 된다.

즉, 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명 슬라브의 싸이즈 측정방법은 스캔레이저(2)로 레이저 빔을 슬라브(1)에 주사하여 반사파를 CCD카메라(3)로 포착하는 단계(S1단계)와, 포착된 반사파를 CCD카메라(3)에 구비되어 있는 대역통과필터(21)로 필터링하여 영상처리하는 단계(S2단계)와, 처리된 영상으로부터 슬라브(1)의 싸이즈를 구하는 단계(S3) 및 구해진 슬라브(1)의 싸이즈를 디스플레이 하는 단계(S3)를 거쳐 슬라브(1)의 길이, 폭, 높이를 측정하고 측정된 결과를 표시하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 스캔레이저의 구조도로서 2대의 포인트 레이저(point laser; 11, 11')와 회전거울(12)로 이루어져 있으며, 도 6은 본 발명에 따른 대역통과필터(21)를 갖춘 CCD카메라(3)를 도시한 것으로 회전거울(12)이 일정한 속도로 회전함에 따라 두 대의 포인트 레이저(11),(11')에서 발사된 레이저 빛은 회전거울(12)에 반사되어 A와 같이 빔을 형성하게 된다. 레이저 빛은 사람이 볼 수 있게 하기 위해 일반적으로 가시광선 영역의 파장을 많이 사용하기도 하고, 근 적외선 파장대를 선택하여 사용하기도 한다. 주변의 물체로부터 레이저 빔만을 선명하게 포착해 내기 위하여 본 발명에서는 통상적으로 근 적외선인 0.9 ㎛ 의 파장을 사용하게 된다.

레이저 빔이 슬라브(1)에 주사되면 CCD 카메라(3)를 통해 레이저 빛을 포착하게 된다. 이때 주변의 다른 물체와 레이저 빔을 뚜렷이 구분하기 위해 도 5에 도시한 바와 같이 0.9 ㎛의 빛만을 통과하는 협대역통과(narrow-band pass) 필터(21)를 사용하게 된다.

CCD 카메라로 포착한 레이저 빔 영상을 해석해서 슬라브(1)의 폭, 길이, 두께를 측정하는 영상처리를 하게 되고, 영상처리에 의해 슬라브(1)의 싸이즈가 계산되면, 계산된 결과를 디스플레이 하게 된다.

다음으로 본 발명을 좀더 구체적으로 설명한다.

포인트 레이저(11),(11')로 슬라브(1)를 향하여 두 개의 레이저 빔을 주사하고, 반사되는 레이저 빛을 CCD 카메라(3)로 포착한후 포착된 영상을 분석하여 슬라브(1)의 치수(폭 또는 길이, 높이)를 측정하게 되는데 슬라브(1)의 치수중 폭, 길이, 높이는 그 치수에 차이가 있을뿐 모두 같은 원리로 측정이 가능하므로 폭을 측정하는 경우에 대해서만 설명한다.

포인트 레이저(11),(11')로 레이저 빔을 슬라브(1)에 주사하면 도 7에 도시한 굵은 선과 같이 레이저 빔이 나타난다. 이 레이저 빔은 레이저 파장에 따라서 사람의 눈에 보일 수도 안보일 수도 있는데 본 발명에서는 근 적외선 영역의 파장(0.9 ㎛)을 이용하므로 눈으로는 레이저 빔이 보이지 않는다. 그러나 근 적외선 영역에서 응답성이 있는 일반적인 CCD카메라(3) 전단부에 대역통과필터(21)를 사용하여 슬라브(1) 자체 및 주변의 물체로부터 레이저 빔만을 포착해낼 수 있다.

슬라브(1)의 길이 방향에 대하여 수직으로 레이저 빔을 주사할 경우 도 7의 굵게 보인 레이저 빔(A, B)의 직선이 꺽이지 않은 부분 ac(또는 bd)를 찾으면 그 값으로부터 슬라브(1)의 폭을 계산할 수 있다. 그러나 일반적으로 레이저 빔을 슬라브(1)의 길이 방향에 대하여 정확하게 수직으로 맞추어 주사하기는 매우 어렵다. 즉, 일반적인 경우에 있어서 레이저 빔은 도 8과 같이 슬라브(1)의 길이 방향에 대해 어느 정도의 각도(θ)를 가지고 주사된다고 생각할 수 있다.

도 9는 도 8과 같이 레이저 슬라브(1)의 길이 방향에 대해 각도(θ)를 가지고 레이저빔이 주사되었을 경우 CCD카메라(3)로 포착한 슬라브(1)의 영상을 디스플레이한 도면으로서, 도 9에서 제1스캔라인(SL1)과 제2스캔라인(SL2)의 두 라인이 서로 평행하였을시 슬라브(1) 상단에 나타나는 레이저 빔을 볼 수 있는 바, 두 라인은 서로 평행하며 수평선(ef)에 대하여 임의의 각도를 갖는다. 따라서 두점 (a 와 c)를 이어주는 직선 또는 b와 d를 이어주는 직선 간의 거리를 측정하면 그 값으로부터 슬라브(1)의 폭을 계산할 수 있다.

도 10은 슬라브의 영상을 CCD카메라로 포착하여 모니터에 나타내는 과정을 간략하게 도시한 것으로서, 포인트 레이저(11),(11')로 레이저 빔을 슬라브(1)에 주사하여 그 반사파를 대역통과필터(21)를 구비한 CCD카메라(3)로 포착하고 그 포착한 영상을 디스플레이 함과 더불어 포착한 슬라브(1)의 영상을 이미지 그래버(22)에서 처리하여 슬라브(1)의 실제 싸이즈를 구하고 그 결과를 모니터(23)를 통해 디스플레이 하게 된다. 상기한 영상처리는 영상처리보드를 통해 얻은 레이저 영상으로부터 슬라브(1)를 가로지르는 직선성분을 추출하는 과정을 의미하는 것으로 슬라브(1)를 가로지르는 레이저 선의 직선성분은 먼저 영상의 이진화(binarization)를 거친후 중심에서 가장 가까운 직선 연결 부분들을 선택하여 얻을 수 있다.

영상의 이진화란 일반적으로 0에서 255까지의 값을 가지는 영상에 대해 임의의 한계(threshold)값을 선택하여 이 값보다 큰 경우는 255로 나머지는 0의 값으로 나타내는 것을 뜻한다. 즉, 이진화를 통해 도 7 또는 도 8의 오른쪽과 같은 영상을 얻을 수 있다.

슬라브(1)위에 나타난 직선 성분의 검출은 도 7 또는 도 8의 오른쪽에 도시한 바와 같은 영상에서 도 9와 같이 두 개의 직선 성분을 추출해 내는 과정을 말하며, 이진화 영상으로부터 영상의 중심을 기준으로 가장 가까이에 있는 직선성분을 두개 선택하여 얻게 된다.

다음으로 슬라브(1)의 영상으로부터 측정한 싸이즈에서 실제 슬라브(1)의 싸이즈를 계산해 내는 방법을 설명한다.

도 11은 슬라브(1)의 영상으로부터 측정한 싸이즈에서 실제 슬라브(1)의 싸이즈를 계산해 내는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 슬라브(1)의 길이 방향에 대하여 수직으로 레이저 빔을 주사할 경우 도 7의 굵게보인 레이저 빔(SL1),(SL2)의 직선이 꺽이지 않은 부분 a와c(또는 b와 d)의 선분을 찾으면 그 값으로부터 슬라브(1)의 폭을 계산할 수 있다. 그러나 일반적으로 레이저 빔을 슬라브(1)의 길이 방향에 대하여 정확하게 수직으로 맞추어 주사하기는 매우 어렵다. 즉, 일반적인 경우에 있어 레이저 빔은 도 8과 같이 레이저 빔을 슬라브(1)의 길이 방향에 대해 어느 정도의 각도(θ)를 가지고 주사된다고 생각할 수 있다.

도 9는 도 8과 같이 레이저 빔을 슬라브(1)에 주사하였을 경우 CCD 카메라(3)로 관측된 레이저 빔을 나타낸 도면이다. 도면에서 빈 공간은 슬리브(1)를, 굵은 선으로 나타낸 부분은 레이저 빔을 나타낸다. 도면에서 두 레이저 빔 라인은 서로 평행하며 수평선(e,f)에 대하여 임의의 값을 갖게되므로 두 개의 레이저 빔 측정으로부터 슬라브(1)의 폭(Width)을 정확하게 측정 하기 위해서는 슬라브(1)에 나타난 레이저 빔의 길이(ℓ)와 각도(θ)값을 정확하게 측정하여야 한다. 각도(θ)의 측정은 두 라인 끝점(a,b)을 연결하여 선분 ac와 선분 ab가 이루는 각도를 측정하여 구할 수 있다. 즉, 도 9에서 각도(θ)는 다음과 같이 구할 수 있다. 도면의 a, b, c의 좌표값을 각각(x_a,y_a), (x_b,y_b), (x_c,y_c)로 나타내면 선분 ab의 거리는

(1)

로 구할수 있으며, b점에서 선분 ac로의 수직거리는

(2)

로 구할 수 있다. 따라서 각 θ는

(3)

로 구할 수 있다.

레이저 빔의 길이(

l

)를 정확하게 계산하고 난 후 슬라브(1)의 폭은 다음과 같이 구할 수 있다.

W=l·sin(θ).

(4)

위에서 계산된 값ℓ은 CCD카메라(3)의 CCD센서에 맺힌 상의 픽셀값으로 ㎜단위 값으로 환산해 주어야 한다. CCD센서의 길이, 폭의 실제㎜값은 CCD 카메라(3)의 하드웨어적인 사양으로부터 구할 수 있다. 예를 들면 CCD센서의 가로 세로의 길이가 각각 20㎜, 15㎜이고, 가로 세로의 픽셀 수가 640, 480 픽셀이라면 CCD 상에 실제로 맺힌 상의 길이는 10㎜가 된다. 이 값으로부터 실제 물체의 길이값을 구해야 한다.

도 11은 초점거리가 f인 렌즈를 통해 길이가 L인 물체가 렌즈의 반대편에 상을 맺을 경우 이들의 관계를 설명하기 위해 나타낸 도면으로서, 도면에서 L은 물체의 길이를, ℓ은 CCD센서상에 맺힌 상의 길이를 d는 렌즈의 중심에서 물체까지의 거리를, f는 초점거리를, m은 렌즈중심에서 CCD면 까지의 거리를 각각 나타낸다. 이들 값중에서 구하고자 하는 값은 실제 물체의 길이 L이며, 주어지는 값은 m,ℓ,d이다. m은 CCD 카메라에서 기계적으로 고정된 값으로 렌즈의 중심에서 CCD면 까지의 거리를 측정하여 얻을 수 있으며, d는 도 3에 나타낸 바와 같이 수직 레이저 센서(3)를 이용하여 얻는다. ℓ값은 측정하고자 하는 물체가 CCD상에 나타났을 때 직선부분이 나타난 픽셀 수로부터 위에서 설명한 방법으로 ㎜단위 값으로 환산하여 얻는다. 따라서 실제 물체의 길이(L)는 다음과 같은 계산을 통해 얻어지게 된다.

(5)

상기한 본 발명 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법은 슬라브의 싸이즈 측정에 있어서 기존의 줄자 또는 막대자를 이용하여 측정하는 접촉식 수작업 방법에 비하여 정확성을 기할 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 슬라브가 고온일 경우 줄자를 이용한 측정시 발생할 위험으로부터 해방될 수 있는 효과가 있으며, 포터블 형식으로 하여 전체 측정시스템을 소형화 할 수 있으며, 고속측정이 가능하고 인건비의 절감으로 경제적이라고 하는 장점이 있다.

Claims

스캔레이저(2)로 레이저 빔을 슬라브(1)에 주사하여 반사파를 CCD카메라(3)에 구비되어 있는 대역통과 필터(21)로 필터링하여 CCD카메라(3)로 포착하는 단계와, 포착된 반파를 영상처리하는 단계와, 처리된 영상으로부터 슬라브(1)의 싸이즈를 구하는 단계 및 구해진 슬라브(1)의 싸이즈를 디스플레이 하는 단계로 이루어 짐을 특징으로 하는 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법.
제 1항에 있어서, 스캔레이저(2)로서 두 대의 포인터 레이저(11),(11')를 사용하는 것을 특징으로 하는 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법.
제 1항에 있어서, 레이저 빔으로서 적외선 파장을 이용하는 것을 특징으로하는 스캔레이저와 씨씨디 카메라를 이용한 슬라브의 싸이즈 측정방법.