KR20010060944A

KR20010060944A - 이동강판의 복사율 측정장치

Info

Publication number: KR20010060944A
Application number: KR1019990063404A
Authority: KR
Inventors: 김하술; 이명재
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-07
Also published as: KR100584130B1

Abstract

본 발명은 강판이 상부로 들리거나 강판의 두께가 달라지더라도 거리간격을 조정하고 입사각 및 반사각을 조정함으로써, 이송중인 강판표면의 복사율을 정확하게 측정할 수 있는 이동강판의 복사율 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 압연공정중 이동중인 고온 강판의 온도측정이 필요한 위치에 설치하여 강판의 표면 복사율을 비접촉식으로 측정하는 이동강판의 복사율 측정장치에 있어서, 측정하고자 하는 강판(1)의 표면에 레이저 광을 발생시키는 레이저 발광기(5)와, 상기 레이저 발광기(5)에서 발생된 레이저 광을 전송하는 광섬유(3)와, 상기 레이저 광을 적절한 위치로 스위칭하여 주는 광신호 스위치(4)와, 상기 레이저 광이 강판(1)의 표면에 정확히 조사되도록 상기 광섬유(3)의 자세를 잡아주는 광섬유 프로브(2)와, 상기 광섬유 프로브(2)를 고정시켜 주는 프로브 지지대(7) 및, 강판(1)의 표면에서 반사된 레이저 광의 세기를 검출하는 광검출기(6)를 포함하는 이동강판의 복사율 측정장치가 제공된다.

Description

이동강판의 복사율 측정장치{Emissivity measuer of moving hot steel}

본 발명은 이동강판의 복사율 측정장치에 관한 것이며, 특히, 압연공정중 이동중인 고온 강판의 온도측정이 필요한 위치에 설치하여 강판의 표면 복사율을 비접촉식으로 측정하는 이동강판의 복사율 측정장치에 관한 것이다.

이동강판의 온도 측정에 있어서 측정물체의 복사율을 사전에 측정을 통해 알고 있어야 복사광량에 따른 비접촉식 복사온도 산출이 가능하다. 그러나, 복사율의 측정자료는 실험실내에서 시편을 만들어 정지 상태에서 측정한 값이기 때문에, 실제 공정라인에서의 강판의 상태와 다르며 실제 강판의 표면상태를 실험실 내에서 재현하기가 매우 어렵다. 그러나, 실제 조업라인에서의 표면 복사율 측정 방법이 요구되고 있다.

그래서, 종래에는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 방법으로 이동강판의 복사율을 측정하였다.

도 1은 일본기술 문헌(Journal of research vol.89, No.1, 1984)에 기재된 반사율 측정장치의 도면이다. 이 장치는 반원상에 복수로 배치되어 있는 광검출기(23)를 반원의 중심을 축으로 해서 180。 회전시키고, 레이저 광을 반원의 중심에 위치한 피측정물체의 표면(22)에 대해서 레이저 광원(21)으로부터 경사지게 입사하여, 피측정물체의 표면(22)에서 반사된 레이저 광을 반원상의 각 위치에 대해 광검출기(23)에서 수광하는 것이다. 그러나, 위와 같이 구성된 장치는 광검출기(23)와 피측정물체의 표면(22)과의 리프트 오프(lift off ; 피측정물체의 표면과 반원의 중심간의 거리)를 해결할 수 없었다. 즉, 반원의 중심에 물체의 표면이 위치해야 되는데, 피측정물체의 두께가 바뀌면 표면이 반원의 중심으로부터벗어나게 되므로, 입사광과 반사광의 각도가 바뀌게 되어서 검출기가 정확한 광량을 측정할 수 없게 된다.

도 2는 기술문헌(optical scattering measurement and analysis, John, C Stove, 1990)에 기술된 반사율 측정장치의 개략도이다. 이 장치는 도 1에 도시된 기술을 이용한 것으로서, 반구방향 전체에 대해 각각 측정되고 있는 반사광을 적분구(31)를 이용하여 집광하고 측정하기 때문에 전반사광을 순간적으로 측정하는 것이다. 그러나, 적분구(31)를 피측정물체의 표면(32)에 접촉시키지 않고서는 충분한 측정정도를 얻을 수 없기 때문에 비접촉식의 측정이 불가능하다. 도 2에서 미설명부호 33은 레이저 광원, 34는 반거울(half mirror), 35는 접촉 단속기(chopper), 36, 37, 38은 광검출기를 각각 나타낸다.

도 3은 일본 공고특허 평4-43928호에 기재된 방사식 온도측정장치의 개략도이다. 이 장치는 광검출기가 결합된 반구상의 캐비티(42)와 피측정물체의 표면(43)의 거리를 2단계이상 변화시켜 데이터를 측정한다. 방사율이 이미 알려진 물체를 이용하여 측정됨으로 반사율과 거리와의 관계가 있어야 연산이 가능하다. 이 연산결과값과 측정값으로부터 피측정물체의 표면 방사율을 구한다.

이 때, 캐비티(42)속에 있어서 다중 반사강도의 거리의 변화와 사전에 구해진 방사율과의 관계가 항상 일정하다는 것이 전제되어야 한다. 그러나, 이런 관계는 물체표면의 반사특성이 오로지 방향성 확산반사이거나 완전 확산반사일 경우에만 성립하고, 물체표면이 방향성 확산반사와 완전 확산반사의 두가지 반사 특성을 동시에 가질 경우에는 성립하지 않는다. 그러나, 대부분 고온 강판은 두가지반사특성을 모두 갖는 경우에 해당되기 때문에 이 방법의 적용이 어렵다. 도 3에서 미설명부호 41은 방사검출헤드, 44는 열방사 검출기, 45는 기억연산장치를 각각 나타낸다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 강판이 상부로 들리거나 강판의 두께가 달라지더라도 거리간격을 조정하고 입사각 및 반사각을 조정함으로써, 이송중인 강판표면의 복사율을 정확하게 측정할 수 있는 이동강판의 복사율 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1 내지 도 3은 종래기술에 따른 이동강판의 복사율 측정장치를 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동강판의 복사율 측정장치의 구성요소들을 설명하기 위한 개략도이고,

도 5는 도 4에 도시된 이동강판의 복사율 측정장치에서 프로브를 전후진시켜 강판과의 거리를 조정하는 관계를 도시한 도면이며,

도 6은 도 4에 도시된 이동강판의 복사율 측정장치에서 프로브의 회전에 의한 입사각, 반사각에 따른 광섬유 프로브의 정렬상태를 도시한 도면.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 강판 2 : 광섬유 프로브

3 : 광섬유 4 : 광신호 스위치

5 : 레이저 발광기 6 : 광검출기

7 : 프로브 지지대

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 압연공정중 이동중인 고온 강판의 온도측정이 필요한 위치에 설치하여 강판의 표면 복사율을 비접촉식으로 측정하는 이동강판의 복사율 측정장치에 있어서, 측정하고자 하는 강판의 표면에 레이저 광을 발생시키는 레이저 발광기와, 상기 레이저 발광기에서 발생된 레이저 광을 전송하는 광섬유와, 상기 레이저 광을 적절한 위치로 스위칭하여 주는 광신호 스위치와, 상기 레이저 광이 강판의 표면에 정확히 조사되도록 상기 광섬유의 자세를 잡아주는 광섬유 프로브와, 상기 광섬유 프로브를 고정시켜 주는 프로브 지지대 및, 강판의 표면에서 반사된 레이저 광의 세기를 검출하는 광검출기를 포함하는 이동강판의 복사율 측정장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 강판이 상부로 들림에 의한 타격으로부터 상기 광섬유 프로브를 보호하고, 광신호의 강도를 높일 수 있도록 상기 강판의 표면과 광섬유 프로브의 사이의 거리를 조정하도록, 상기 프로브 지지대에는 나사식 이송장치와 모터가 부착되어 있어 상기 광섬유 프로브를 전후진시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 프로브 지지대와 광섬유 프로브의 사이에 스테핑모터를 장착하여, 상기 강판의 두께가 변할 경우 상기 광섬유 프로브를 미세하게 회전시켜, 입사광과 반사광의 광로를 정렬하는 것이 바람직하다.

아래에서, 본 발명에 따른 이동강판의 복사율 측정장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동강판의 복사율 측정장치의 구성요소들을 설명하기 위한 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 이동강판의 복사율 측정장치에서 프로브를 전후진시켜 강판과의 거리를 조정하는 관계를 도시한 도면이며, 도 6은 도 4에 도시된 이동강판의 복사율 측정장치에서 프로브의 회전에 의한 입사각, 반사각에 따른 광섬유 프로브의 정렬상태를 도시한 도면이다.

도 4에 보이듯이, 본 발명의 이동강판의 복사율 측정장치는, 측정하고자 하는 강판(1)의 표면에 레이저 광을 발생시키는 레이저 발광기(5)와, 레이저 광을 전송하는 광섬유(3)와, 레이저 광을 적절한 위치로 스위칭하여 주는 광신호 스위치(4)와, 레이저 광이 강판(1)의 표면에 정확히 조사되도록 광섬유(3)의 자세를 잡아주는 광섬유 프로브(2)와, 광섬유 프로브(2)를 고정시켜 주는 프로브 지지대(7) 및, 강판(1)의 표면에서 반사된 레이저 광의 세기를 검출하는 광검출기(6)로구성되어 있다.

아래에서는, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 이동강판의 복사율 측정장치의 작동관계에 대해 상세히 설명하겠다.

도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 발광기(5)에서 발생한 레이저 광은 광섬유(3)를 통해 광섬유 프로브(2)에서 강판(1)의 표면에 조사된다. 이 때, 배열된 프로브(2)중의 하나에만 레이저 광이 공급될 뿐, 동시에 두 개이상의 프로브(2)에는 레이저 광이 공급되지 않는다. 레이저 광이 공급되는 프로브(2)는 순차적으로 변화하면서 강판(1)의 표면에 대한 조사각도를 변경시킨다. 그리고, 강판(1)의 표면에서 반사된 반사광은 그 외의 프로브(2)에 설치된 광섬유(3)에 의해 광신호 스위치(4)를 거쳐 광검출기(6)에 전달된다. 이로써, 강판(1)에 조사된 레이저 광은 강판(1)의 표면에서 반사되어 각각의 각도에서 포착되고 광검출기(6)에 의해 측정됨으로써 조사광량에 대한 반사광량의 비를 얻을 수가 있다.

예를 들어, 조사에너지 강도 I_in이고 방위각 θ에서의 반사에너지의 양이 E_θ일 때 강판표면의 반사율(ρ)과 복사율(α)은 수학식 1, 수학식 2와 같다.

ρ= E_θ/ I_in

α= 1 - ρ

도 5는 측정하고자 하는 강판(1)이 상부로 들림에 의한 타격으로부터프로브(2)를 보호하고, 광신호의 강도를 높일 수 있도록 강판(1)의 표면과 광섬유 프로브(2)의 사이의 거리조정 기능을 나타낸 것이다. 이런 거리조정은 광섬유 프로브(2)의 전후진 운동에 의해서 가능하다. 즉, 프로브 지지대(7)에 나사식 이송장치와 모터를 부착하고 제어할 수 있도록 구성함으로써 가능하다. 이 때, 프로브(2)와 강판(1)의 표면과의 거리가 가까울수록 광섬유 표면적에서 검출할 수 있는 입체각도가 커지게 되므로 광신호의 강도를 높일 수 있다.

그리고, 강판(1)의 들림현상은 주로 강판(1)의 처음 부분에서만 일어나는 데, 이런 들림현상이 빈번히 일어나는 것은 아니다. 그래서, 강판(1)의 처음 부분이 통과하는 동안은 나사식 이송장치와 모터를 사용하여 무조건 프로브(2)를 후진시켜 주면 되는데, 강판(1)의 들림이 어느 정도 되는지는 쉽게 육안관찰 가능하므로, 이를 일정기간 관찰 및 파악하여 최대의 들림보다 조금 많이 후퇴시키면 된다.

예를 들어, 광섬유의 단면적이 A 라 할 때, 프로브(2)와 강판(1)의 표면까지의 거리가 다른 R1, R2 두가지의 경우 검출되는 검출각도 Ω1, Ω2 는 수학식 3, 수학식 4와 같다.

Ω1 = A / R1

Ω2 = A / R2

도 6은 강판(1)의 두께가 변할 경우 프로브 지지대(7)와 프로브(2)의 사이에스테핑모터를 장착하여 프로브(2)의 미세회전이 가능하도록 함으로써, 입사광과 반사광의 광로에 대한 정렬기능을 나타낸 것이다. 즉, 강판(1)의 두께가 달라질 경우, 즉 압연하고자 하는 판의 두께가 달라질 경우 광섬유 프로브(2)를 스테핑모터를 사용하여 프로브 지지대(7)를 축(p)으로 좌우방향(s)으로 회전함으로써 레이저 광의 광로를 정렬할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 이동강판의 복사율 측정장치는 강판이 상부로 들리거나 강판의 두께가 달라지더라도 거리간격을 조정하고 입사각 및 반사각을 조정함으로써, 이송중인 강판표면의 복사율을 정확하게 측정할 수 있다.

이상에서 본 발명의 이동강판의 복사율 측정장치에 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

압연공정중 이동중인 고온 강판의 온도측정이 필요한 위치에 설치하여 강판의 표면 복사율을 비접촉식으로 측정하는 이동강판의 복사율 측정장치에 있어서,

측정하고자 하는 강판의 표면에 레이저 광을 발생시키는 레이저 발광기와, 상기 레이저 발광기에서 발생된 레이저 광을 전송하는 광섬유와, 상기 레이저 광을 적절한 위치로 스위칭하여 주는 광신호 스위치와, 상기 레이저 광이 강판의 표면에 정확히 조사되도록 상기 광섬유의 자세를 잡아주는 광섬유 프로브와, 상기 광섬유 프로브를 고정시켜 주는 프로브 지지대 및, 강판의 표면에서 반사된 레이저 광의 세기를 검출하는 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동강판의 복사율 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 강판이 상부로 들림에 의한 타격으로부터 상기 광섬유 프로브를 보호하고, 광신호의 강도를 높일 수 있도록 상기 강판의 표면과 광섬유 프로브의 사이의 거리를 조정하도록, 상기 프로브 지지대에는 나사식 이송장치와 모터가 부착되어 있어 상기 광섬유 프로브를 전후진시키는 것을 특징으로 하는 이동강판의 복사율 측정장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프로브 지지대와 광섬유 프로브의 사이에 스테핑모터를 장착하여, 상기 강판의 두께가 변할 경우 상기 광섬유 프로브를 미세하게 회전시켜, 입사광과 반사광의 광로를 정렬하는 것을 특징으로 하는 이동강판의 복사율 측정장치.