KR20020002047A

KR20020002047A - 레이저 속도측정기를 이용한 핫바의 크롭절단장치

Info

Publication number: KR20020002047A
Application number: KR1020000036484A
Authority: KR
Inventors: 이진우; 조민호; 신선휴
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-09

Abstract

본 발명에 따른 핫바의 크롭절단장치는 레이저 속도측정기의 도플러효과를 이용하여 정확하게 크롭을 절단하기 위한 것으로, 조압연기를 통과하여 롤러테이블을 주행하는 핫바의 상부에 위치하여 핫바를 이차원적으로 촬영함으로써 크롭영역을 확인하는 이차원 CCD카메라와, 핫바의 상부에 설치되어 레이저의 도플러효과에 의해 핫바의 진행속도를 측정하고 핫바의 진입을 감지하는 레이저 속도측정기와, 이차원 CCD카메라를 제어함과 동시에 이차원 CCD카메라로부터 입력되는 핫바의 영상데이터를 처리하고 크롭의 최적절단거리를 측정하는 전송하는 CCD카메라 제어부와, CCD카메라 제어부로부터 전송되는 핫바 크롭의 최적절단거리, 레이저 속도측정기로부터 입력되는 핫바의 진행속도, 레이저 속도측정기와 크롭절단기 사이의 거리를 기초로 크롭의 절단시간을 결정하는 크롭절단기 구동제어부와, 크롭절단기 구동제어부의 제어에 따라 크롭을 절단하는 크롭절단기로 구성된다.

Description

레이저 속도측정기를 이용한 핫바의 크롭절단장치{AN APPARATUS FOR CUTTING CROP OF HOT BAR USING LASER SPEED MEASURING DEVICE}

본 발명은 열연공장의 핫바 크롭절단장치에 관한 것으로, 특히 레이저 속도측정기를 이용하여 핫바의 속도를 측정하고 이를 기초로 핫바의 절단위치를 정확하게 산출함으로써 과도한 제품의 절단 및 불량제품이 발생하는 것을 방지할 수 있는 레이저측정장치를 이용한 핫바 크롭절단장치에 관한 것이다.

일반적으로 열연공정의 조압연기를 통과하는 핫바에는 그 전단 및 후단에 크롭(crop)이 발생하게 된다. 이러한 크롭은 제품의 완성시 불필요한 부분이기 때문에 완제품을 만들기 위해서는 이 크롭을 절단하여 제거해야만 한다. 종래에는 이를위하여 일차원 CCD카메라를 이용하여 크롭의 형상을 측정하고 핫바의 전,후단 측정롤을 이용하여 핫바의 진행속도를 측정하여 상기 크롭을 절단하였다.

도 1에 이러한 종래 핫바의 크롭절단장치가 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 크롭절단장치는 조압연기(2)를 통과하여 롤러테이블(3)을 주행하는 핫바(1)의 상부에 위치하여 상기 핫바(1)의 전단크롭영역(10) 및 후단크롭영역(11)을 촬영하여 핫바의 선형이미지를 생성하는 일차원 CCD카메라(9)와, 상기 핫바(1)의 전,후단 상단에 핫바(1)와 접촉되도록 장착되어 핫바(1)의 진행속도를 측정하여 핫바(1)의 속도를 측정하는 동시에 상기 일차원 CCD카메라(9)에서 생성된 선형이미지와 함께 크롭의 크기를 검출하는 속도측정롤(5,6)과, 상기 핫바(1)의 상하부에 설치되어 핫바(1)의 진입을 감지하는 방사선동위원소로 이루어진 핫바감지기(7,8)와, 상기 일차원 CCD카메라(9)를 제어함과 동시에 일차원 CCD카메라(9)로부터 입력되는 핫바(1)의 영상데이터를 처리하여 전송하는 CCD카메라 제어부(12)와, 상기 CCD카메라 제어기(12)로부터 전송되는 핫바(1)의 선형이미지와 속도측정롤(5,6)로부터 입력되는 핫바의 진행속도에 기초하여 절단될 크롭의 크기를 인식하고 상기 핫바감지기(7,8)로부터 입력되는 핫바의 진입여부를 기초로 크롭의 절단위치를 결정한 후 크롭절단기(4)를 작동시켜 핫바의 전,후단 크롭(10,11)을 절단하는 크롭절단기 구동제어부(13)로 구성된다.

상기 구성으로 이루어진 종래의 크롭절단장치에서 전단의 크롭을 절단하는 작동을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 도면에 도시된 바와 같이, 핫바(1)가 조압연기(2)를 통과하면, 진행하는 핫바(1)의 진행속도를 측정하는 전단속도측정롤(5)이 하강하여 상기 핫바(1)의 상부와 닿게 되어 핫바(1)의 진행속도를 측정하게 된다(S101,S102,S103). 이후, 일차원 CCD카메라(9)는 진행하는 핫바(1)를 촬영하여 이미지를 생성하고 이 생성된 이미지를 신호로 변환하여 CCD카메라 제어부(14)로 전송한다(S104,105).

크롭절단기 구동제어부(13)에서는 CCD카메라 제어부(14)로부터 입력되는 데이터와 속도측정롤(5)에 의해 측정되는 핫바(1)의 진행속도에 기초하여 크롭의 절단부위를 검출한다(S106). 이어서, 핫바감지기(7,8)를 통해 핫바(1)가 진입했음을 감지하면, 전단크롭부위의 크기 및 핫바(1)의 진행속도를 기초로 전단크롭의 절단위치를 결정한다(S107,S108). 이후, 핫바(1)가 진행하여 크롭절단기(4)에 절단위치가 도달하면 상기 크롭절단기 구동제어부(13)가 크롭절단기(4)를 작동시켜 전단크롭을 절단한다.

상기와 같이 종래의 크롭절단장치에서는 일차원 CCD카메라과 속도측정롤에 의해 전단 크롭의 위치를 확인한 후 핫바감지기의 감지를 통해 전단크롭의 절단위치를 결정한다. 이러한 전단 크롭의 절단방법은 후단 크롭의 절단에서도 동일하게실행된다.

그런데, 상기한 종래의 크롭절단장치에는 다음과 같은 문제가 있다. 첫째, 종래에는 진행하는 핫바의 속도를 측정하기 위해, 핫바와 접촉하는 속도측정롤을 이용하고 있지만, 핫바의 진행시 핫바와 속도측정롤 사이에 미끄러짐이 발생하게 되면 정확한 핫바의 진행속도 측정이 어려웠다. 따라서, 정확한 크롭의 절단위치를 게산하기가 불가능하였다. 또한, 상기 속도측정롤은 핫바의 표면과 접촉하기 때문에 핫바의 표면에 속도측정롤의 접촉자국이 남게 되는 문제가 있었는데, 이는 제품의 표면결함을 야기시키는 매우 중요한 문제이다.

둘째, 크롭의 실제의 절단은 핫바감지기로부터 핫바의 진입이 감지되면, 핫바의 진행속도를 감안하여 최종 절단위치를 결정하지만 핫바의 진행속도를 완벽하게 측정하기 어렵기 때문에 완전한 크롭의 절단을 위해 실제 크롭의 크기보다 절단위치를 실제 크롭의 크기보다 더 크게 해야만 하는데, 이는 제품을 과도하게 절단하는 문제가 있었다.

셋째, 핫바의 위치감지기가 방사성 동위원소로 구성되어 있기 때문에 크롭 절단공정시 작업자가 방사선에 노출되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 레이저 속도측정장치로 핫바의 속도를 측정함과 동시에 핫바의 진입여부를 판별함으로써 정확한 속도측정에 의한 정확한 크롭의 절단을 실행할 수 있는 핫바의 크롭절단장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 핫바의 크롭절단장치는 조압연기를 통과하여 롤러테이블을 주행하는 핫바의 상부에 위치하여 상기 핫바를 이차원적으로 촬영함으로써 크롭영역을 확인하는 이차원 CCD카메라와, 상기 핫바의 상부에 설치되어 레이저의 도플러효과에 의해 핫바의 진행속도를 측정하고 핫바의 진입을 감지하는 레이저 속도측정기와, 상기 이차원 CCD카메라를 제어함과 동시에 이차원 CCD카메라로부터 입력되는 핫바의 영상데이터를 처리하고 크롭의 최적절단거리를 측정하는 전송하는 CCD카메라 제어부와, 상기 CCD카메라 제어부로부터 전송되는 핫바 크롭의 최적절단거리, 레이저 속도측정기로부터 입력되는 핫바의 진행속도, 상기 레이저 속도측정기와 크롭절단기 사이의 거리를 기초로 크롭의 절단시간을 결정하는 크롭절단기 구동제어부와, 상기 크롭절단기 구동제어부의 제어에 따라 크롭을 절단하는 크롭절단기로 구성된다.

레이저 속도측정기는 레이저조사부와 레이저수광부로 구성되며, 핫바에는 표면과 일정 각도로 레이저를 조사하고 검출하여 움직이는 핫바의 도플러효과에 의해 핫바의 속도를 측정한다.

도 1은 종래의 핫바의 크롭절단장치를 나타내는 도면.

도 2는 종래의 크롭절단장치의 구동을 나타내는 플로우챠트.

도 3은 본 발명에 따른 핫바의 크롭절단장치를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 크롭절단장치의 구동을 나타내는 플로우챠트.

도 5는 이차원 CCD카메라에 의해 측정된 최적 크롭절단위치를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

101 : 핫바 102 : 조압연기

104 : 크롭절단기 105,106 : 레이저 속도측정기

109 : 이차원 CCD카메라 113 : CCD카메라 제어부

113 : 크롭절단기 구동제어부

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 핫바의 크롭절단장치를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 핫바의 크롭절단장치를 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 크롭절단장치는 조압연기(102)를 통과하여 롤러테이블(103)을 주행하는 핫바(101)의 상부에 위치하여 상기 핫바(101)를 이차원적으로촬영함으로써 전단크롭영역(110) 및 후단크롭영역(111)을 확인하는 이차원 CCD카메라(109)와, 상기 핫바(101)의 전,후단 상부에 일정 각도로 레이저조사부(105a,106b)로부터 조사되어 핫바로부터 반사되어 레이저수광부(105b,106b)로 도달하는 레이저의 도플러효과에 의해 핫바(101)의 진행속도를 측정함과 동시에 레이저가 도달함에 따라 상기 레이저 측정위치로 핫바(101)가 도착하였음을 감지하는 레이저 속도측정기(105,106)와, 상기 이차원 CCD카메라(109)를 제어함과 동시에 이차원 CCD카메라(109)로부터 입력되는 핫바(101)의 영상데이터를 처리하여 전송하는 CCD카메라 제어부(112)와, 상기 CCD카메라 제어부(112)로부터 전송되는 핫바(101)의 영상데이터(즉, 핫바의 최적 크롭절단위치), 레이저 속도측정기(105,106)로부터 입력되는 핫바의 진행속도, 상기 레이저 속도측정기(105,106)와 크롭절단기(104)까지의 거리를 기초로 크롭의 절단시간을 결정하고 크롭절단기(104)를 작동시켜 핫바의 전,후단 크롭(110,111)을 절단하는 크롭절단기 구동제어부(113)로 구성된다.

이차원 CCD카메라(109)는 다수개, 예를 들면 1024나 2048과 같은 화소로 구성되어 크롭을 측정한다. 도 5에 상기 이차원 CCD카메라(109)로 측정된 전단 크롭과 후단크롭의 형상이 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 핫바의 측정영역이 수 m²인 경우 해당 면적에 대해 총 2048개의 면적으로 분리하여 각 해당 영역내에서 핫바 자체에서 발생되는 적외선을 이용하여 각 해당 면적당 적외선 유무신호를 크롭형상으로 이미지화시킨다. 이러한 이미지를 기초로 최적 크롭절단거리를 결정한다. 도면에서, X1 및 X2는 각각 전단 및 후단에서의 최적 크롭절단거리를 나타낸다.

레이저 속도측정기(105,106)은 도플러효과를 이용하여 핫바의 속도를 측정하는 것으로, 그 기능을 살펴보면 다음과 같다. 여기서는 설명을 편의를 위해 크롭절단기(104)의 전단에 설치된 레이저 속도측정기(105)에 대해서만 설명하지만, 크롭절단기(104) 후단에 설치된 레이저 속도측정기(106)도 동일한 작용을 할 것이다.

일반적으로 도플러효과 움직이는 물체에 조사되어 반사되는 레이저광은 원래의 주파수와 반사되는 주파수가 다르다는 것이다. 본 발명에서는 이러한 도플러효과를 이용하여 핫바(101)의 주행속도를 측정한다.

도면에서 레이저 속도측정기의 레이저조사부(105a)로부터 조사된 후 핫바(101)에 반사되어 레이저수광부(105b)로 도달하는 레이저광은 다음의 수학식 1과 같은 관계를 같는다.

여기서, f_D는 레이저수광부에 도달하는 레이저의 도플러주파수이고, λ는 레이저의 고유파자이며 K의 레이저가 조사되어 반사되는 각도의 1/2이다.

상기 수학식 1에서 λ와 K는 상수값이므로, 수학식 1은 다음과 같이 간단하게 표현될 수 있다.

여기서, C는 상수이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 레이저의 조사 및 검출을 통해 간단하게 핫바의 속도(V)를 측정할 수 있게 된다. 이러한 레이저 속도측정기(105,106)의 사용에 의한 장점은 종래의 속도측정롤에 의해 속도를 측정할 때 발생하는 핫바와의 미끄럼에 의한 부정확한 속도의 측정 및 핫바의 표면과의 접촉에 의한 핫바표면의 손상을 방지할 수 있다는 것이다.

상기와 같이 측정된 핫바의 전단부 및 후단부의 진행속도는 크롭절단기 구동제어부(113)에 입력되어 이차원 CCD카메라(109)에서 측정된 이차원 크롭형상과 함께 최적의 크롭절단에 이용된다.

이하, 상기 핫바의 크롭절단장치의 작동에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 크롭절단장치의 작동을 나타내는 도면이다. 도면에서는 비록 핫바(101)의 전단 크롭절단에 대한 작동만을 설명하고 있지만 후단 크롭절단도 전단 크롭과 동일하게 작동하므로, 이에 대한 설명을 생략하였다.

우선, 도면에 도시된 바와 같이, 핫바(101)가 조압연기(1022)를 통과하면, 이차원 CCD카메라(109)가 진행하는 핫바(101)의 이차원 이미지를 측정한 후 CCD카메라 제어부(112)에 측정된 이차원 이미지를 신호변환하여 전송한다(S201,S202). 한편, 상기 핫바(101)가 진행함에 따라 레이저 속도측정기(105,106)에서는 레이저를 조사하고 검출한 후 레이저의 도플러효과를 이용하여 진행하는 핫바(101)의 진행속도(V)를 계산한다(S203,S204).

크롭절단기 구동제어부(113)에서는 상기 CCD카메라 제어부(112)로부터 전송되는 이차원 이미지를 기초로 전단크롭의 이차원 이미지를 형상화한다(S205). 크롭절단기 구동제어부(113)에서는 레이저 속도측정기(105)의 레이저수광부(105b)에 레이저가 도달함에 따라 핫바(101)의 전단이 레이저 속도측정기(105)에 도착하였음을 인식하고, 상기 전단크롭의 이차원 이미지와 크롭의 전단속도를 기초로하여 전단크롭의 절단시간(T)을 결정한다. 상기 절단시간(T)은 수학식 3과 같이 레이저 속도측정기의 조사지점 및 최적 크롭절단위치를 핫바(101)의 진행속도로 나눔으로써 산출된다.

여기서, S₁은 레이저 속도측정기에서 핫바로 조사되는 레이저의 조사지점과 크롭절단기 사이의 거리이고 X₁은 최적 크롭절단위치를 나타낸다.

이후, 핫바(101)가 레이저조사지점에 도달한 후 핫바(101)의 전단 크롭 절단시간(T)이 경과하면 상기 크롭절단기 구동제어부(113)가 크롭절단기(104)를 작동하여 핫바의 전단크롭을 절단한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 레이저를 이용한 비접촉식 속도측정기를 사용하여 핫바의 진입여부와 속도를 측정하기 때문에 종래의 속도측정롤의 속도측정불량에 기인하는 크롭절단위치의 오계산을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 핫바표면에 속도측정롤과의 접촉에 의한 흠집발생을 방지할 수 있게 된다. 또한, 종래의 방사선동위원소를 이용하는 핫바감지기에 의한 작업자의 방사선으로의 노출을 피할 수 있게 된다.

Claims

조압연기를 통과하여 롤러테이블을 주행하는 핫바의 상부에 위치하여 상기 핫바를 이차원적으로 촬영함으로써 크롭영역을 확인하는 이차원 CCD카메라;

상기 핫바의 상부에 설치되어 레이저의 도플러효과에 의해 핫바의 진행속도를 측정하고 핫바의 진입을 감지하는 레이저 속도측정기;

상기 이차원 CCD카메라를 제어함과 동시에 이차원 CCD카메라로부터 입력되는 핫바의 영상데이터를 처리하고 크롭의 최적절단거리를 측정하는 전송하는 CCD카메라 제어부;

상기 CCD카메라 제어부로부터 전송되는 핫바 크롭의 최적절단거리, 레이저 속도측정기로부터 입력되는 핫바의 진행속도, 상기 레이저 속도측정기와 크롭절단기 사이의 거리를 기초로 크롭의 절단시간을 결정하는 크롭절단기 구동제어부; 및

상기 크롭절단기 구동제어부의 제어에 따라 크롭을 절단하는 크롭절단기로 구성된 핫바의 크롭절단장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 속도측정기는,

상기 핫바에 일정 각도로 레이저를 조사하는 레이저조사부; 및

상기 핫바로부터 반사되는 레이저를 검출하는 레이저수광부로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 크롭의 절단시간(T)은 다음의 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.

단, 여기서 S₁은 레이저 속도측정기에서 핫바로 조사되는 레이저의 조사지점과 크롭절단기 사이의 거리, V는 핫바의 진행속도, X₁은 최적 크롭절단위치.