KR20010057961A - 레이저 판속계 및 이것을 이용한 강판의 반사도 변화에따른 측정오차 제거방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강판의 종류가 변경되더라도 레이저 판속계의 설치조건 변경없이 광검출기가 항시 용이하게 적정한 레벨의 신호를 출력함으로써 항시 안정적으로 강판의 속도를 측정하는 레이저 판속계 및 이것을 이용한 강판의 반사도 변화에 따른 측정오차 제거방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 두개의 레이저 빔을 측정 대상인 강판의 표면에 교차시키고 이 지점에서 산란된 두 레이저 빔을 간섭시켜 간섭된 빛의 세기를 광검출기(5)로 측정한 후, 주파수 분석을 통해 강판의 속도를 측정하는 레이저 판속계에 있어서, 강판의 반사도 변화에 따른 측정오차 발생을 방지하기 위하여, 두 레이저 빔중 하나의 빔에서 빔의 일부를 빛살가르개(7 ; beam spliter)와 거울(8)을 이용하여 별도로 추출하여 두 레이저 빔과 다른 각도로 강판의 측정 위치에 조사하고 반사된 빛의 세기를 저주파 광검출기(9)로 측정하여 반사도에 비례하는 출력신호를 얻고, 이 신호를 RF(radio frequency) 전압공급기(10)의 전압조절을 위한 제어신호로 사용함으로써, 강판의 반사도 변화에 관계없이 항시 간섭신호의 세기가 일정한 수준을 유지하도록 구성되어 있다.
Description
본 발명은 산업용 레이저 판속계(laser Doppler velocimeter)가 강판의 반사도 변화에 의해 발생하는 측정오차를 제거하는 방법에 관한 것이며, 특히, 레이저판속계를 강판의 생산라인에 설치한 후 강판의 속도를 실시간적으로 측정함에 있어서 강판의 반사도 변화에 따라 판속계 내부의 광검출기에 입사되는 도플러 (Doppler)산란광의 세기가 크게 변하며, 도플러 산란광의 세기가 아주 작거나 지나치게 크면 광검출기가 속도계산에 적절한 레벨의 신호를 출력할 수 없는 바, 이와 같이 강판의 반사도 변화가 판속계의 작동효율에 미치는 영향을 제거하는 방법에 관한 것이다. 또한, 강판의 반사도 변화에 따른 측정오차를 제거하는 레이저 판속계에 관한 것이기도 하다.
물체가 어떠한 속도로 운동하면, 이 물체에서 산란된 빛은 그 주파수가 변하며 이를 도플러 효과라 한다. 레이저 판속계는 이러한 도플러 효과를 이용하는 것으로, 측정 대상에 레이저 빔을 조사한 후 측정 대상에서 산란된 빔의 주파수 편이를 측정하고, 물체의 운동속도와 주파수 편이 사이의 일정한 이론적 관계를 이용하여 물체의 실제 운동속도를 측정한다.
도 1에는 종래기술에 따른 레이저 판속계의 구성도가 도시되어 있다.
도 1에 보이듯이, 레이저 발생기(1)에서 방출된 레이저 빔은 음향광학 샤프터(2 ; Acousto-optic shifter)에서 공간적으로 두개의 빔으로 나누어 지며, 이런 두 빔의 세기비율은 음향광학 샤프터(2)를 구동하는 RF(radio frequency)전압공급기의 전압으로 조절할 수 있다. 이 두개의 빔 중 하나는 원래의 레이저 빔의 주파수(F1)를 가지며, 다른 하나는 변화된 주파수(F2)를 가지는 바, 이 주파수 변화량(△F = F2 - F1)은 음향광학 샤프터(2)를 구동시키는 전압의 주파수와 같다.
이와 같이 주파수가 서로 다른 두개의 레이저 빔은 거울(3)들을 통해 측정대상인 강판(6)의 표면에서 교차된다. 강판(6)의 동일한 지점에서 산란되어 렌즈(4)를 거쳐 APD(avalanch photodiode) 광검출기(5)의 동일한 위치에 도달한 두 레이저 빔은 서로 간섭하여 그 세기가 시간적으로 변한다. 이 두 레이저 산란광은 강판(6)의 산란위치에서부터 APD 광검출기(5)까지 공간적으로 동일한 경로를 지나므로, 간섭된 빛의 세기는 두 산란광의 위상차에 의해 결정되며, 간섭된 빛의 세기는 수학식 1의 주파수로 변한다.
여기에서, F'은 광검출기 출력의 주파수이고, V는 강판의 이동속도이며, C는 비례상수이다. 따라서, APD 광검출기(5)를 이용하여 F'을 측정하면 강판의 이동속도(V)를 알 수 있다.
APD 광검출기(5)는 일반의 포토다이오드(photodiode) 광검출기에 비해 매우 민감하며, 이러한 APD 광검출기(5)를 사용하는 목적은 일반적으로 도플러 효과에 관한 정보를 갖는 산란광의 세기가 작기 때문이다. 이런 APD 광검출기(5)는 F'보다 높은 주파수 특성을 가져야 한다.
앞서 설명한 바와 같이 구성된 레이저 판속계를 강판의 생산라인과 같은 산업현장에 적용함에 있어서, 문제점 중의 하나는 강판의 반사도가 강판의 종류에 따라 변하는 바, APD 광검출기로 입사하는 간섭 빔의 세기가 변하여 APD 광검출기가 적절한 레벨의 신호를 출력하지 못하는 경우가 발생한다는 것이다. 즉, 강판의 반사도가 큰 경우에는 산란광의 세기도 크므로 APD 광검출기가 포화되고, 반사도가작은 경우에는 빛의 세기가 지나치게 작아서 APD 광검출기의 출력을 이용한 주파수 분석이 어렵다.
그래서, 종래에는 이러한 문제점을 레이저 판속계의 현장설치 조건의 변경으로 해결하고 있다. 즉, 강판의 반사도가 지나치게 커서 APD 광검출기가 포화되는 경우에는 레이저 판속계를 적당한 각도로 기울여서 설치함으로써 APD 광검출기로 입사되는 산란광의 세기를 줄이고 있다. 이는 레이저 판속계가 강판에 수직하게 설치될 때 APD 광검출기로 입사하는 산란광의 세기가 가장 크기 때문이다.
그러나, 이와 같이 설치하더라도 강판의 종류가 변경되어 반사도가 낮은 강판이 생산되면 APD 광검출기의 출력이 지나치게 작아져서 주파수 분석이 불가능하게 된다. 일반적으로, 생산현장에서의 레이저 판속계의 설치조건 변경은 생산라인을 정지시켜야 하는 등 매우 어려우므로 강판의 종류변경시 신속한 대처가 불가능하다.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 강판의 종류가 변경되더라도 레이저 판속계의 설치조건 변경없이 광검출기가 항시 용이하게 적정한 레벨의 신호를 출력함으로써 항시 안정적으로 강판의 속도를 측정하는 레이저 판속계 및 이것을 이용한 강판의 반사도 변화에 따른 측정오차 제거방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 레이저 판속계를 도시한 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 강판의 반사도 변화에 의한 측정오차를 제거한 레이저 판속계를 도시한 개략도.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
1 : 레이저 발생기 2 : 음향광학 샤프터
3, 8 : 거울 4 : 렌즈
5 : APD 광검출기 6 : 강판
7 : 빛살가르개 9 : 저주파 광검출기
10 : 가변형 RF 전압공급기
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 두개의 레이저 빔을 측정 대상인 강판의 표면에 교차시키고 이 지점에서 산란된 두 레이저 빔을 간섭시켜 간섭된 빛의 세기를 광검출기로 측정한 후, 주파수 분석을 통해 강판의 속도를 측정하는 레이저 판속계에 있어서, 강판의 반사도 변화에 따른 측정오차 발생을 방지하기 위하여, 두 레이저 빔중 하나의 빔에서 빔의 일부를 빛살가르개(beam spliter)와 거울을 이용하여 별도로 추출하여 두 레이저 빔과 다른 각도로 강판의 측정 위치에 조사하고 반사된 빛의 세기를 저주파 광검출기로 측정하여 반사도에 비례하는 출력신호를 얻고, 이 신호를 RF 전압공급기의 전압조절을 위한 제어신호로 사용함으로써, 강판의 반사도 변화에 관계없이 항시 간섭신호의 세기가 일정한 수준을 유지하는 레이저 판속계 및 이것을 이용한 강판의 반사도 변화에 따른 측정오차 제거방법이 제공된다.
아래에서, 본 발명에 따른 레이저 판속계 및 이것을 이용한 강판의 반사도 변화에 따른 측정오차 제거방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
본 발명의 레이저 판속계는 그 구성요소의 일부분이 부가되었다는 것을 제외하고는 종래기술의 구성요소와 동일하다. 그러므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 부여될 것이며, 이것들에 대한 설명은 여기에서 생략하기로 한다.
도면에서, 도 2는 본 발명에 따른 강판의 반사도 변화에 의한 측정오차를 제거한 레이저 판속계를 도시한 개략도이다.
도 2에 보이듯이, 음향광학 샤프터(2)에서 나누어진 두 빔 중 하나의 빔을빛살가르개(7 ; beam spliter)와 거울(8)을 이용하여 별도로 추출하여 측정 강판(6)에 조사한 후 반사된 빛을 저주파수 광검출기(9)로 검출한다. 이 때, 저주파수 광검출기(9)의 출력은 강판(6)의 반사도와 비례한다. 그리고, 저주파 광검출기(9)의 출력은 가변형 RF 전압공급기(10)에 입력되어 RF 전압공급기(10)의 출력전압을 제어한다.
그리고, 속도 측정용으로 사용되는 두 레이저 빔(F1, F2)은 그 세기 비율이 같을 때 간섭 효율이 가장 좋으므로, 광검출기(5)의 신호출력이 가장 크다. 따라서, 저주파 광검출기(9)의 출력이 낮으면[강판(6)의 반사도가 작으면] 가변형 RF 전압공급기(10)의 출력전압을 증가시켜 두 레이저 빔의 비율이 같아지도록 제어하고, 저주파 광검출기(9)의 출력이 높으면 두 레이저 빔의 비율이 달라지도록 제어한다.
본 발명에서 강판(6)의 반사도 측정 및 RF 전압공급기(10) 제어를 위해 저주파 광검출기(9)를 사용한 것은, 강판(6)의 반사도는 강종이 정해지면 거의 같고 생산라인에서 강종 변화는 빠른 주기가 아니고, 또한, 제어 신호의 주기가 지나치게 짧으면 RF 전압공급기(10) 제어시에도 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 레이저 판속계를 구성하면 현장에서 생산 중인 강판의 종류가 변하여 레이저 반사도가 달라지더라도 항시 안정적으로 도플러 신호를 측정하여 강판의 속도를 측정할 수 있다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 레이저 판속계는 강판의 종류가 변경되더라도 레이저 판속계의 설치조건 변경없이 광검출기가 항시 용이하게 적정한 레벨의 신호를 출력함으로써 항시 안정적으로 강판의 속도를 측정할 수 있다.
이상에서 본 발명의 레이저 판속계 및 이것을 이용한 강판의 반사도 변화에 따른 측정오차 제거방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
Claims (2)
- 두개의 레이저 빔을 측정 대상인 강판의 표면에 교차시키고 이 지점에서 산란된 두 레이저 빔을 간섭시켜 간섭된 빛의 세기를 광검출기로 측정한 후, 주파수 분석을 통해 강판의 속도를 측정하는 레이저 판속계에 있어서,강판의 반사도 변화에 따른 측정오차 발생을 방지하기 위하여, 두 레이저 빔중 하나의 빔에서 빔의 일부를 빛살가르개(beam spliter)와 거울을 이용하여 별도로 추출하여 두 레이저 빔과 다른 각도로 강판의 측정 위치에 조사하고 반사된 빛의 세기를 저주파 광검출기로 측정하여 반사도에 비례하는 출력신호를 얻고, 이 신호를 RF(radio frequency) 전압공급기의 전압조절을 위한 제어신호로 사용함으로써, 강판의 반사도 변화에 관계없이 항시 간섭신호의 세기가 일정한 수준을 유지하도록 하는 것을 특징으로 레이저 판속계.
- 두개의 레이저 빔을 측정 대상인 강판의 표면에 교차시키고 이 지점에서 산란된 두 레이저 빔을 간섭시켜 간섭된 빛의 세기를 광검출기로 측정한 후, 주파수 분석을 통해 강판의 속도를 측정하는 레이저 판속계를 이용한 강판 반사도 변화에 따른 측정오차 제거방법에 있어서,강판의 반사도 변화에 따른 측정오차 발생을 방지하기 위하여, 두 레이저 빔중 하나의 빔에서 빔의 일부를 추출하여 두 레이저 빔과 다른 각도로 강판의 측정 위치에 조사하고 반사된 빛의 세기를 저주파 광검출기로 측정하여 반사도에 비례하는 출력신호를 얻고, 이 신호를 RF(radio frequency) 전압공급기의 전압조절을 위한 제어신호로 사용함으로써, 강판의 반사도 변화에 관계없이 항시 간섭신호의 세기가 일정한 수준을 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 강판의 반사도 변화에 따른 측정오차 제거방법.
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