KR20010057953A - Velocity measurer and its method of sheet material using laser - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 철강, 제지, 유리, 비금속 등에 관련된 판재를 생산하는 생산라인에서 레이저를 이용하여 판재류의 속도를 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the speed of sheet material using a laser in a production line for producing sheet material related to steel, paper, glass, non-metal and the like.
철강, 제지, 유리, 비금속 등에 관련된 판재를 생산하는 제조업체에서는 공정제어 및 품질향상을 위하여 제품의 속도 및 길이의 관리를 매우 중요하게 취급하고 있다. 따라서, 안정성 및 재현성을 확보한 계측장비의 개발을 통해 현장에 적용하면 제품품질의 안정화를 지속적으로 유지하고 있다.Manufacturers of sheet materials related to steel, paper, glass, and non-metals are very important to speed and length control of products for process control and quality improvement. Therefore, the development of measuring equipment with stability and reproducibility ensures the stability of product quality when applied to the field.
레이저를 이용한 물체의 속도측정은 그 측정방식이 비접촉식이고 높은 정확도를 갖기 때문에 다양한 분야에 적용할 수 있는 우수한 측정기술이다. 이런 측정기술은 측정장치에서 떨어진 지점에 2개 이상의 레이저 빔을 교차시킨 후, 이 교차지점에서 형성된 측정공간 내의 입자의 속도를 측정하기 때문에, 물체의 표면속도를 비접촉식으로 측정하는데 널리 사용되고 있다.Velocity measurement of an object using a laser is an excellent measurement technology that can be applied to various fields because its measuring method is non-contact and has high accuracy. This measurement technique is widely used to measure the surface velocity of an object in a non-contact manner because it intersects two or more laser beams at a point away from the measuring device and then measures the velocity of particles in the measurement space formed at this intersection.
그리고, 이와 같은 레이저를 이용한 속도측정은 비접촉식 정밀측정이라는 장점 때문에 산업현장의 생산라인에서 온-라인 계측장비로서의 응용성이 매우 높다. 즉, 철강업에서는 각종 설비의 제어를 위한 속도측정용이나 연신률 측정, 그리고 길이측정용으로 활용하고 있고, 제지분야나 고무생산 현장에서도 동일한 적용범위에서 적용되고 있다.In addition, the speed measurement using the laser is very applicable as an on-line measuring equipment in the production line of the industrial field because of the advantage of the non-contact precision measurement. In other words, the steel industry is used for speed measurement, elongation measurement, and length measurement for the control of various equipment, and it is applied in the same field of application in the paper and rubber production sites.
특히, 제철소나 제지공장 등의 생산라인에서 압연설비의 제어조건은 판(plate)의 속도에 의해 결정되기 때문에 생산제품의 정밀한 두께제어를 위해서는 정확한 판속측정이 필수적이다. 따라서, 판속측정은 산업현장에서 압연설비의 예측제어를 위한 핵심적 기반기술로 정착되어 있다.In particular, the control conditions of the rolling equipment in the production line, such as steel mills and paper mills are determined by the speed of the plate (plate), so accurate plate speed measurement is essential for precise thickness control of the product. Therefore, sheet velocity measurement has become a key foundation technology for predictive control of rolling equipment in the industrial field.
그러나, 산업현장에서 이러한 판속측정이 가장 중요시되는 생산라인은 측정대상인 판이 고온이고, 매우 높은 이동속도를 갖는 경우가 대부분이며, 특히 제철소의 경우 열간압연시의 강판의 온도가 800℃에 달한다. 따라서, 이러한 생산라인에서는 판속측정 방식이 비접촉식이어야 한다. 또한, 판속 측정이 생산제품의 품질을 향상시키고 생산성을 제고하는데 주된 요인이기 때문에 높은 측정정밀도를 유지하여야 한다.However, the production line in which the sheet measurement is the most important in the industrial field is the case that the plate to be measured is a high temperature, and most have a very high moving speed, especially in the steel mill, the temperature of the steel sheet during hot rolling reaches 800 ℃. Therefore, in these production lines, the plate speed measurement method should be non-contact. In addition, high measurement accuracy should be maintained because sheet measurement is a major factor in improving the quality and productivity of the product.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다수의 선속 분할기를 사용하여 입사 및 반사되는 레이저 광선의 입사각과 반사각 사이의 각도를 최소한도로 작게 하여, 고속으로 판재류의 속도를 측정함으로써, 제품품질의 안정화를 지속적으로 유지할 수 있는 레이저를 이용한 판재류의 속도 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, by using a plurality of beam splitters to reduce the angle between the incident angle and the reflection angle of the laser beam incident and reflected to a minimum at a high speed, It is an object of the present invention to provide a speed measuring device and a measuring method of a sheet material using a laser that can maintain the stabilization of product quality by measuring the speed of.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저를 이용한 판재류의 속도 측정장치의 개략도이고,1 is a schematic diagram of a device for measuring the speed of a sheet material using a laser according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도 1에 도시된 판재류의 속도 측정장치의 속도 측정원리를 설명하기 위한 도면이며,2 is a view for explaining the speed measurement principle of the speed measuring device of the sheet shown in FIG.
도 3은 도 1에 도시된 판재류의 속도 측정장치에서 측정한 판재류의 속도측정 결과를 도시한 그래프.Figure 3 is a graph showing the speed measurement results of the sheet material measured by the speed measuring device of the sheet material shown in FIG.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠
1 : 레이저 2 : 콜리메이터1: laser 2: collimator
3, 5, 6 : 선속 분할기 4, 9 : 편광판3, 5, 6: beam splitter 4, 9: polarizer
7 : 속도측정용 시편 8, 10 : 반사경7: Speed measurement specimens 8, 10: Reflector
11 : 광 검지기 12 : 스펙트럼 분석기11: light detector 12: spectrum analyzer
13 : 컴퓨터13: computer
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 레이저로부터 발생된 레이저 광선을 평행한 광선으로 만드는 콜리메이터와, 상기 콜리메이터에서 만들어진 평행한 광선의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 제1선속 분할기와, 상기 제1선속 분할기를 투과한 광선을 편광시키는 제1편광판과, 상기 제1선속 분할기에서 반사된 후 제1반사경에서 반사된 광선을 편광시키는 제2편광판과, 상기 제1편광판에서 편광된 광선과 상기 제2편광판에서 편광된 후 제2반사경에서 반사된 광선을 각각의평행한 광선으로 시편의 표면에 입사시키는 제2, 제3선속 분할기와, 상기 시편에서 반사된 각각의 광선을 전류의 세기로 변환하는 광 검지기와, 상기 광 검지기에서 변환된 전류의 세기를 패스트 푸리에 트랜스폼(FFT)화 하는 스펙트럼 분석기 및, 상기 스펙트럼 분석기에서 패스트 푸리에 트랜스폼(FFT)화된 데이터를 판재의 속도로 환산하는 컴퓨터를 포함하는 레이저를 이용한 판재류의 속도 측정장치가 제공된다.According to the present invention for achieving the above object, a collimator for making a laser beam generated from the laser into a parallel beam, a first beam splitter that transmits and reflects a part of the parallel beam made by the collimator, A first polarizing plate for polarizing the light transmitted through the first beam splitter, a second polarizing plate for polarizing the light reflected from the first reflector after being reflected by the first beam splitter, the light polarized by the first polarizing plate and the Second and third beam splitters for polarizing the second polarizing plate and then reflecting the light reflected by the second reflector onto the surface of the specimen with respective parallel rays, and converting each of the rays reflected from the specimen into the intensity of the current. A spectrum analyzer for fast Fourier transforming (FFT) the intensity of the current converted by the optical detector, and the spectral analysis The speed measuring apparatus for flat products using a laser including a computer for converting the fast Fourier transform (FFT) encrypted data at a rate of sheet material is provided in.
또한, 위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 레이저로부터 발생된 레이저 광선을 평행한 광선으로 만드는 단계와, 상기 평행한 광선의 일부는 투과하고 일부는 반사시키는 단계와, 상기 투과한 광선과 반사된 광선을 각각 편광시키는 단계와, 상기 편광된 각각의 광선을 각각의 평행한 광선으로 시편의 표면에 입사시키는 단계와, 상기 시편에서 반사된 각각의 광선을 전류의 세기로 변환하는 단계와, 상기 변환된 전류의 세기를 패스트 푸리에 트랜스폼(FFT)화 하는 단계 및, 상기 패스트 푸리에 트랜스폼(FFT)화된 데이터를 판재의 속도로 환산하는 단계를 포함하는 레이저를 이용한 판재류의 속도 측정방법이 제공된다.In addition, according to the present invention for achieving the above object, the step of making the laser beam generated from the laser into a parallel light beam, transmitting a portion of the parallel light beam and reflecting a portion, and the transmitted light beam and Polarizing each of the reflected light beams, injecting each of the polarized light beams into each parallel light beam on the surface of the specimen, converting each light beam reflected from the specimen into an intensity of current; Fast Fourier transform (FFT) the intensity of the converted current, and converting the Fast Fourier transformed (FFT) data to the speed of the plate provided by a laser speed measurement method do.
아래에서, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 판재류의 속도 측정장치 및 그 측정의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.In the following, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the speed measuring device and the measurement of the sheet using the laser according to the present invention will be described in detail.
도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저를 이용한 판재류의 속도 측정장치의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 판재류의 속도 측정장치의 속도 측정원리를 설명하기 위한 도면이다.In the drawings, FIG. 1 is a schematic diagram of a speed measuring apparatus for sheet material using a laser according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a speed measuring principle of the speed measuring apparatus for sheet materials shown in FIG. 1.
도 1에 보이듯이, 레이저(1)로부터 발생된 레이저 광선은 콜리메이터(2)를통과한 후 평행한 광선으로 만들어진다. 이런 평행한 레이저 광선은 제1선속 분할기(3)를 통과하면서 일부는 투과되고 일부는 반사된다. 이들 중 제1선속 분할기(3)를 투과한 광선은 제1편광판(4)을 통과하여 일정한 방향으로 편광된 후 두 개의 제2, 제3선속 분할기(5, 6)를 통과한 후 시편(7)의 표면에 입사된다.As shown in FIG. 1, the laser beam generated from the laser 1 is made into parallel rays after passing through the collimator 2. This parallel laser beam passes through the first beam splitter 3 while partly transmitting and partly reflecting. Among them, the light beams passing through the first flux splitter 3 are polarized in a predetermined direction through the first polarizing plate 4, and then pass through two second and third flux splitters 5 and 6 and then the specimen 7 Incident on the surface.
그러나, 제1선속 분할기(3)에서 반사된 광선은 제1반사경(8)에서 반사되어 제2편광판(9)에서 편광된다. 이렇게 제2편광판(9)에서 편광된 광선은 제2반사경(10)에서 반사된 후 두 개의 제2, 제3선속 분할기(5, 6)를 통과한 후 시편(7)의 표면에 입사된다.However, the light rays reflected by the first beam splitter 3 are reflected by the first reflecting mirror 8 and polarized by the second polarizing plate 9. The light polarized by the second polarizing plate 9 is reflected by the second reflector 10 and then passes through two second and third beam splitters 5 and 6 and then enters the surface of the specimen 7.
이와 같이 시편(7)의 표면에서는 편광방향이 서로 다른 두 개의 레이저 광선이 입사된 후 각각 반사된다. 이렇게 반사된 두 광선은 제3선속 분할기(6)에서 반사된 후 광 검지기(11)에 입사된다. 그러면, 광 검지기(11)에서는 입사된 광선을 전류의 세기로 변환하고, 이렇게 변환된 전류의 세기는 스펙트럼 분석기(12)에서 패스트 푸리에 트랜스폼(FFT)된 후 컴퓨터(13)에 속도로 환산되어 판재의 속도를 출력한다.As described above, two laser beams having different polarization directions are incident on the surface of the specimen 7 and then reflected. The two beams thus reflected are incident on the light detector 11 after being reflected by the third beam splitter 6. Then, the photodetector 11 converts the incident light beam into the intensity of the current, and the converted intensity of the current is converted into the computer 13 by the FFT after the Fast Fourier Transform (FFT) in the spectrum analyzer 12. Output the speed of the plate.
아래에서는, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 판재류의 속도 측정장치에서의 속도측정의 원리를 설명하겠다.In the following, the principle of the speed measurement in the speed measuring device of the sheet material of the present invention configured as described above will be described.
도 2에 보이듯이, 진동수가 F1, F2 인 레이저 광선을 속도 V 로 움직이는 물체에 투사시키면, 반사되는 레이저 광선은 도플러 효과에 의해 진동수가 ΔF1, ΔF2 만큼 변하게 된다. 이 때, 물체의 속도는 수학식 1에서 알 수 있듯이 진동수의 변화(ΔF1, ΔF2)뿐만 아니라 레이저 광선의 파장(λ)과 레이저 광선의 입사각(θ)에 의해 결정된다.As shown in Fig. 2, when the laser beams having the frequencies F1 and F2 are projected on the moving object at the speed V, the reflected laser beams are changed by the frequency ΔF1 and ΔF2 due to the Doppler effect. At this time, the velocity of the object is determined by the wavelength λ of the laser beam and the incident angle θ of the laser beam, as well as the changes in the frequencies ΔF1 and ΔF2, as shown in Equation 1.
따라서, 빠른 속도를 측정하기 위해서는 레이저 광선의 파장(λ)이 길고 입사각 입사각(θ)이 작을수록 좋다. 그러나, 파장(λ)이 긴 레이저 광선은 검지하기가 어려워 실용적인 기술이 아니다. 이런 경우 레이저 광선의 입사각(θ)을 작게 하여 주면 이러한 문제점을 해결할 수 있다.Therefore, in order to measure the high speed, the longer the wavelength λ of the laser beam and the smaller the incident angle incident angle θ, the better. However, a laser beam with a long wavelength [lambda] is difficult to detect and is not a practical technique. In this case, the problem may be solved by reducing the incident angle θ of the laser beam.
그래서, 본 발명에서는 레이저 광선의 입사각(θ)을 작게 하기 위하여, 제1선속 분할기(3)를 이용하여 편광 방향이 서로 다른 두 개의 레이저 광선을 만들고, 그런 다음 이런 두 개의 레이저 광선을 제2, 제3선속 분할기(5, 6)에서 평행한 광선으로 만든 후 시편(7)의 표면에 입사되도록 하였다. 즉, 레이저 광선을 시편(7)에 수직으로 입사시킴으로써, 입사각과 반사각 사이의 각도를 최소한도로 작게 만든 것이다. 따라서, 파장이 가시광선 영역에 속하는 기존의 레이저를 이용하더라도 빠른 속도를 측정할 수 있다.Therefore, in the present invention, in order to reduce the incident angle θ of the laser beam, two laser beams having different polarization directions are made by using the first beam splitter 3, and then the two laser beams are converted into second, In the third beam splitters 5 and 6, the beams were made into parallel rays and then incident on the surface of the specimen 7. In other words, by injecting the laser beam perpendicularly to the specimen 7, the angle between the incident angle and the reflection angle is made small. Therefore, even if the wavelength is used in the existing laser that belongs to the visible light region, it is possible to measure the high speed.
도 3은 도 1에 도시된 판재류의 속도 측정장치에서 측정한 판재류의 속도측정 결과를 도시한 그래프로서, 판재의 속도를 500mpm 까지 변화시키면서 측정한 결과, 측정오차가 0.1% 정도로 매우 정밀한 속도측정 결과를 나타내었다.Figure 3 is a graph showing the speed measurement results of the sheet material measured by the speed measuring device of the sheet material shown in Figure 1, the measurement result while changing the speed of the plate to 500mpm, the measurement error is very precise about 0.1% Indicated.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 레이저를 이용한 판재류의 속도 측정장치는 다수의 선속 분할기를 사용하여 입사 및 반사되는 레이저 광선의 입사각과 반사각 사이의 각도를 최소한도로 작게 하여, 고속으로 판재류의 속도를 측정함으로써, 제품품질의 안정화를 지속적으로 유지하는 효과가 있다.As described in detail above, the apparatus for measuring the speed of sheet materials using the laser of the present invention measures the speed of the sheet materials at high speed by using a plurality of beam splitters to minimize the angle between the incident and reflected angles of the incident and reflected laser beams to a minimum. By doing so, there is an effect of continuously maintaining the stabilization of product quality.
이상에서 본 발명의 레이저를 이용한 판재류의 속도 측정장치 및 그 측정방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.In the above description, the technical idea of the apparatus for measuring the speed of a sheet using the laser of the present invention and its measuring method has been described together with the accompanying drawings, which illustrate the best embodiment of the present invention by way of example and does not limit the present invention.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
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