KR20020007805A - 박판주조공정에서의 에지스컬 탐색장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판주조공정에서의 에지 스컬 탐색 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박판주조공정에서 제조되는 주편의 촬상된 영상을 화상처리를 통해 얻은 화상정보를 연산처리함으로써 에지 스컬의 크기 및 위치를 산출하고 이를 저장하기 위한 에지 스컬 탐색 장치에 관한 것이다.

본 발명은 쌍롤식 박판주조공정에서 주편에 발생되는 스컬을 탐색하여 그 크기 및 위치에 관한 정보를 산출해내는 장치로서, 스컬을 제거하는 절단공정 등 후속공정에 효율을 높임으로써 양질의 주편을 용이하게 생산하고, 또한 스컬에 대한 정보를 통해 박판주조공정을 개선하는데 중요한 자료를 제공할 수 있다.

Description

박판주조공정에서의 에지스컬 탐색장치{AN APPARATUS FOR DETECTING EDGE SKULL IN STRIP CASTING PROCESS}

본 발명은 박판주조공정에서의 에지 스컬 탐색 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박판주조공정으로 제조되는 주편을 촬상하여 그 촬상된 영상을 화상처리함로써 에지 스컬의 크기 및 위치에 관한 정보를 판독하고 이를 저장하기 위한 에지 스컬 탐색 장치에 관한 것이다.

박판주조(strip casting)라 함은 박 슬라브(thin slab)보다 진일보한 기술로 슬라브를 만들지 않고 용강에서 직접 주편(핫코일)을 제조할 수 있는 기술로 열간압연공정을 생략할 수 있어 짧은 시간에 대량생산을 함은, 물론 설비투자비, 생산원가 및 운영비를 대폭 절감할 수 있는 주조공법으로 알려져 있다.

이러한 주조공법에서는 용강을 노즐을 통해 한 쌍의 주조용 롤 사이로 공급하여 한 쌍의 주조용 롤과 에지댐으로 형성되는 용강풀이 형성되게 한 후 주조용 롤을 회전시키면서 주조용 롤과 용강의 접촉을 통해 롤 내부의 열유출에 의해 용강을 급속 응고시켜 주편을 주조하게 된다.

그러나, 이러한 박판주조공정에서는 스컬(skull)은 주편 내에 섞여서 함께 압하될 수 있는 문제가 있다. 이와 같이 주편에 스컬이 함께 압하될 경우에는 주편의 품질이 저하되는 문제가 발생한다. 따라서, 스컬에 인한 주편의 품질저하를 방지하기 위하여 스컬을 주편에서 제거하기 위한 에지부 절단공정과 후속 압연공정 등의 후처리 공정을 실시하게 되는데, 이러한 후속 공정을 효율적으로 실시하기 위해서는, 주편에 발생된 스컬의 크기와 위치에 대한 정확한 정보가 요구된다.

종래에는 이를 육안으로 판별하거나, 통계상 얻은 임의적인 수치로 에지부 절단공정 등 스컬을 처리하기 위한 후속공정을 실시해왔으며, 따라서 효율적인 후속공정을 기대하기는 어려웠다.

또한, 앞서 설명한 박판주조공정을 스컬발생을 감소시킬 수 있게 개선하기 위하여, 그 공정에서 주편에 발생되는 스컬에 관한 객관적이고 정확한 정보를 체계화할 수 있는 수단이 요구되어 왔다.

그러나, 이를 해결하기 위한 구체적인 수단이 제시된 바와 없다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 CCD카메라로 주편의 화상을 촬상하고 이를 화상처리하여 스컬의 화상데이타를 검출하고 상기 스컬의 화상데이타로부터 스컬의 크기와 위치를 산출하여 스컬의 화상데이타 및 스컬의 크기와 위치를 저장하는 에지 스컬 탐색장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 에지스컬 탐색장치를 도시한 개략 설명도이다.

도 2는 본 발명에 따른 에지스컬 탐색장치의 CCD카메라에서 촬상된 주편의 화상의 일예이다.

도 3은 본 발명에 따른 에지스컬 탐색장치에서 에지검출 마스크로 화상처리된 화상의 일예이다.

도 4는 본 발명에 따른 에지스컬 탐색장치에서 판독되어진 스컬 시작위치와 크기를 나타내는 화상의 일예이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: CCD카메라 40: 연산처리부

20: 롤회전속도 측정부 50: 저장부

30: 화상처리부

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 쌍롤식 박판주조공정에서, 주편이 생성된 직후의 지점에서부터 주편의 온도분포가 일정해지는 지점 사이에 설치되어 상기 주편의 화상을 촬상하는 CCD카메라(10); 상기 촬상된 주편의 화상데이타(A)를 에지검출 마스크로 화상처리하여 주편 윤곽 및 스컬 이미지로 이루어진 화상데이타(B)를 얻고 주편이미지 양변간의 픽셀 수(Pc)를 판독하고, 그 화상데이타(B)에서 주편 윤곽을 나타내는 직선성분을 소거하여 스컬이미지의 화상데이타(C)를 추출해내고 그 추출된 스컬이미지의 화상데이타로부터 스컬이미지의 가로 픽셀 수(Px)와 세로 픽셀 수(Py)를 판독하는 화상처리부; 및 상기 화상처리부(30)에서 판독된, 스컬이미지의 가로 픽셀수(Px)와 세로 픽셀 수(Py), 주편이미지 양변간의 픽셀 수(Pc)와, 미리 설정된, 주편의 가로크기(Cx), 상기 CCD카메라의 일 프레임에 촬상되는 실제 주편의 세로크기(Cy')및 그 일 프레임의 세로방향 픽셀수(Pf)로부터 실제 스컬의 가로크기(Sx) 및 세로크기(Sy)를 산출하는 연산처리부(40)로 이루어진 에지 스컬 탐색 장치가 도시되어 있다.

나아가, 상기 에지스컬 탐색장치는 화상처리부(30)에서 화상처리된 스컬 이미지의 화상데이타(B) 및 연산처리부(40)에서 산출된 스컬의 가로 및 세로크기를 저장하기 위한 저장부(50)를 더 포함할 수 있다.

우선, 상기 CCD 카메라(10)의 설치 위치는 아래와 같은 사항이 고려되어야 한다.

박판주조 공정에서 약 1000℃이상인 용강이 회전하는 주조용 롤 사이로 압하되어 제조되는 주편은 상온에서 냉각되어 검게 시작한다. 주편에 발생된 스컬도 검게 냉각되나, 주편보다 냉각속도가 빠른 스컬은 주편보다 빨리 검은 색으로 변하게 된다. 이와 같이 냉각속도 차이로 발생되는 색의 차이를 통해 식별될 수 있는 위치에 CCD카메라(10)를 설치하게 된다.

즉, CCD카메라(10)의 설치 위치는 두 개의 주조용 롤에서 주편이 제조되는 지점(주편의 냉각시작 지점)에서부터 주편이 냉각되어 검게 변하는 지점 사이의 범위이며, 바람직하게는 스컬 냉각 속도와 냉각 조건을 고려하여 대부분의 스컬이 검게 변할 수 있는 지점과, 스컬과 식별이 되지 않을 정도로 주편이 완전히 냉각되기 전 지점 사이에 설치하는 것이 좋다.

또한, 냉각 속도에 따른 색의 차이로 스컬과 주편이 식별이 가능하므로, 열화상이 아닌 일반 화상으로도 스컬 판별이 가능하게 된다. 따라서 CCD카메라(10)를 이용하여 용이하게 촬상할 수 있다. 이와 같이 CCD카메라(10)로 촬상된 화상의 일예가 도2에 나타나 있다.

이어, 상기 CCD카메라에 의해 촬상된 화상데이타는 화상처리부(30)로 전송된다. 상기 화상처리부(30)에서는 그 촬상된 화상데이타를 화상처리를 하여 스컬의 크기 및 위치를 판독하게 된다. 이러한 화상처리 과정은 크게 2단계로 설명할 수 있다. 즉, 1단계는 주편의 윤곽과 스컬이미지를 포함한 화상데이타를 얻기 위하여 에지검출 마스크를 이용한 화상처리단계이고, 2단계는 1단계에서 처리된 화상데이타에서 주편의 윤곽성분을 소거하여 스컬이미지만을 이루어진 화상데이타를 얻는 화상처리단계이다.

우선, 1단계에서 사용되는 화상처리를 위한 마스크는 에지 검출 마스크를 이용함으로 처리속도가 빠르고 간편하게 활용될 수 있는 잇점이 있다. 이러한 에지검출 마스크로는 로버트 오퍼레이터(robert operator), 소벨 오퍼레이터(sobel operator), 라플라시안 필터 (laplacian filter) 등 중 하나를 채용할 수도 있다. 또한, 사용목적에 따라 마스크의 크기 및 모양은 달라질 수 있으나, 여기서는 일반적으로 3 ×3의 사각형 모양을 채용하는 것이 신속한 화상처리를 위해 바람직하다.

도3은 소벨 오퍼레이터를 이용하여 화상처리된 일예가 도시되어 있다.

이와 같이 얻어진 화상데이타(B)로부터 주편이미지 양변간의 픽셀 수(Pc)를 판독한다. 즉 주편이미지는 두 직선윤곽 또는 직선에 가까운 윤곽으로 나타나는데이 사이에 존재하는 픽셀 수를 판독하여 연산처리부(40)에 제공하게 된다.

계속해서, 2단계에서는, 1단계 처리된, 주편의 윤곽과 스컬이미지을 포함한 화상데이타에서 주편의 윤곽성분을 소거함으로써 스컬이미지만을 얻는다. 일반적으로 주편은 직선성분으로 이루어져 있으므로 연속적인 직선 성분을 소거함으로써 스컬 이미지를 얻을 수 있다.

이러한 화상처리 2단계에서 주편이 이동하면서 직선성분을 이루지 못하는 경우에는 주편의 윤곽성분은 화상데이타에서 단일한 직선성분으로 나타나지 않는다. 따라서, 선검출마스크를 이용하여 주편의 윤곽을 직선성분으로 구하고 이를 보간하여 주편의 윤곽성분을 소거한다. 여기서는 3 ×3 라인검출(3 ×3 line detector)이 이용 될 수 있다.

나아가, 화상처리부에서는 상기와 같이 얻어진 스컬이미지를 판독하게 된다. 즉, 스컬이미지의 가로 픽셀 수(Px) 및 세로 픽셀 수(Py)를 판독한다. 즉, 화상처리된 데이터에서 각 스컬에 해당하는 가로방향의 픽셀 수(Px) 및 세로방향의 픽셀 수(Py)를 판독하여 이를 연산처리부(40)에 상기 얻어진 주편이미지 양변간의 픽셀 수(Pc)와 함께 제공된다.

이어, 연산처리부(40)에서는 상기 화상처리부(30)에서 판독된 스컬의 픽셀 수(P)를 제공받아, 연산처리부(40)에 미리 설정되어진, 실제 주편의 가로크기(Cx) , CCD카메라(10)의 일 프레임에 촬상되는 주편의 실제 세로크기(Cy') 및 일 프레임의 세로방향 픽셀 수(Pf)를 이용하여 실제 스컬의 가로크기(Sx) 및 세로크기(Sy)를 산출하게 된다.

여기에서 스컬 크기의 연산은 다음과 같이 한다.

또한, 본 발명에 다른 형태로는, 주편이 생성된 직후의 지점에서부터 주편의 온도분포가 일정해지는 지점 사이에 설치되어 상기 주편의 화상을 촬상하는 CCD카메라(10); 상기 롤의 회전속도를 측정하는 롤회전속도측정부(20);상기 촬상된 주편의 화상데이타(A)를 에지검출 마스크로 화상처리하여 주편 윤곽 및 스컬 이미지로 이루어진 화상데이타(B)를 얻고, 그 화상데이타(B)에서 주편 윤곽을 나타내는 직선성분을 소거하여 스컬이미지의 화상데이타(C)를 추출해내고 그 추출된 스컬이미지에 해당되는 프레임의 번수를 판독하는 화상처리부(30); 및 상기 롤회전속도측정부(20)에서 측정된 롤회전선속도(V), 상기 CCD카메라에 따라 미리 설정된 프레임간 시간간격 및 상기 화상처리부에서 판독된 스컬이미지가 발생된 해당 프레임에서 얻어진 스컬발생시간(t)으로부터 스컬의 시작위치(Sp)를 산출하는 연산처리부(40)로 이루어진 에지스컬 탐색장치이다.

나아가, 상기 에지스컬 탐색장치는 화상처리부(30)에서 화상처리된 스컬이미지의 화상데이타(C) 및 상기 연산 처리부에서 산출된 스컬의 시작위치(Sp)를 저장하기 위한 저장부(50)를 더 포함할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 스컬의 가로 및 세로크기를 산출하기 위한 에지스컬탐색장치와 거의 동일한 방법으로 CCD카메라(10)로 촬상된 화상을 화상처리하게 되는데, 다만, 스컬의 시작위치를 산출하는 측면에서 아래와 같이 다소 상이해 진다.

즉, 연산처리과정에서 요구되는 롤의 회전선속도를 얻기위해 롤회전속도측정부(20)가 추가적으로 설치되며, 화상처리부(30)에서는 에지검출 마스크로 화상처리하는 1단계 화상처리 및 주편 윤곽성분을 소거하는 2단계 화상처리 후에 스컬이 발생된 위치, 즉 스컬이 발생된 해당 프레임을 판독하게 된다.

연산처리부(40)에서는 미리 설정된 상기 CCD카메라의 프레임 시간간격에 따라 상기 화상처리부(30)에서 판독된 스컬이미지가 발생된 해당 프레임에서 얻어진 스컬발생시간(t)과 상기 롤회전속도측정부(20)에서 측정된 롤회전속도(V)로부터 스컬의 시작위치(Sp)를 산출하게 된다. 여기서, 스컬 발생시간(t)을 얻기 위해, 선택된 CCD카메라(10)에 따라 정해지는 프레임간 시간은 미리 연산처리부(40)에 설정되고, 스컬이 발생된 프레임의 번수는 화상처리부(30)에서 판독되어 연산처리부(40)에 제공되는데, 프레임 번수라 함은 일정한 시간간격에 따라 연속적으로 촬상되는 프레임에 있어서 해당되는 특정 프레임의 차례수를 말한다. 이렇게 얻은 프레임간 시간과 스컬이 발생된 프레임 번수로 산출된다. 예를 들면, 사용되는 CCD카메라(10)에서 촬상되는 프레임 시간간격이 0.5초간일 경우에 30번째 프레임에서 스컬이 발생되면, 스컬의 발생시간(t)은 15초가 된다.

이와 같이 얻어진 발생시간과 상기 롤회전속도측정부(20)에서 제공되는 롤의 회전속도를 통해 다음과 같이 연산한다. 보다 정확한 위치를 산출하기 위해 주편이 냉각시 수축률(C)을 연산에 포함할 수 있다.

또한, 상기 설명한 바와 같이, 스컬을 판독하여 그 가로 및 세로크기를 산출하는 에지스컬 장치와 달리 스컬이 발생된 위치를 산출해 내는 에지스컬 탐색장치이나, 유사한 구조와 원리로서 작동되므로, 이는 병합하여 하나의 에지 스컬 장치로 사용하는 것도 용이하게 할 수 있다.

도4는 본 발명에 따른 두형태의 에지스컬 장치, 즉 스컬의 크기를 검출하는 에지스컬 탐색장치와 스컬의 위치를 검출하는 에지스컬 탐색장치를 하나의 장치로 구현하여 스컬을 탐색하여 그 검출된 결과를 나타내는 도면이다.

도4에 나타난 바와 같이, 공지기술을 이용하여 각 스컬에 산출되어진 스컬의 가로 및 세로크기와 스컬의 위치를 디스플레이할 수도 있다.

나아가, 본 발명에 따른 에지스컬 탐색장치에서 상기 화상처리부에 의해 이치화된 화상데이타 및 상기 연산 처리부에서 산출된 스컬의 가로, 세로크기 및 시작위치를 저장하기 위한 저장부를 더 포함할 수 있다. 따라서 박판주조공정에 따라 스컬의 발생에 대한 정보를 축적하여 이에 따른 공정개선 등에 중요한 자료가 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에지스컬 탐색장치는 박판주조공정에서 제조되는 주편의 촬상된 영상을 간단한 화상처리함로써 에지 스컬에 관한 정보를 판독하여, 그 판독된 정보를 미리 설정된 값과 연산처리하여 스컬의 발생 위치 및 가로,세로 크기를 용이하고도 신속하게 탐색할 수 있다.

또한, 산출된 스컬의 발생 위치 및 가로,세로 크기 정보와, 스컬의 화상데이타를 저장하는 저장부가 제공되어 공정개선을 위한 필요한 데이타로 활용이 가능하다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 에지스컬 탐색장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 박판 주조 공정에 있어서,

   주편이 생성된 직후의 지점에서부터 주편의 온도분포가 일정해지는 지점 사이에 설치되어 상기 주편의 화상을 촬상하는 CCD카메라;

   상기 촬상된 주편의 화상데이타(A)를 에지검출 마스크로 화상처리하여 주편 윤곽 및 스컬 이미지로 이루어진 화상데이타(B)를 얻고 주편이미지 양변간의 픽셀 수(Pc)를 판독하고, 그 화상데이타(B)에서 주편 윤곽을 나타내는 직선성분을 소거하여 스컬이미지의 화상데이타(C)를 추출해내고 그 추출된 스컬이미지의 화상데이타로부터 각 스컬이미지의 가로 픽셀 수(Px) 및 세로 픽셀 수(Py)를 판독하는 화상처리부; 및

   상기 화상처리부에서 제공받은, 스컬이미지의 가로 픽셀 수(Px), 세로 픽셀 수(Py) 및 주편이미지 양변간의 픽셀 수(Pc)와, 미리 설정된, 주편의 가로크기(Cx), 상기 CCD카메라의 일 프레임에 촬상되는 실제 주편의 세로크기(Cy')및 그 일 프레임의 세로방향 픽셀수(Pf)로부터, 실제 스컬의 가로크기(Sx)와 세로크기(Sy)를 산출하는 연산처리부를 포함함을 특징으로 하는

   에지 스컬 탐색 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 화상처리부에서 화상처리된 스컬 이미지의 화상데이타(C) 및 상기 연산 처리부에서 산출된 스컬의 가로 및 세로크기를 저장하기 위한 저장부를 더 포함함을 특징으로 하는

   에지 스컬 탐색 장치.
3. 박판 주조 공정에 있어서,

   주편이 생성된 직후의 지점에서부터 주편의 온도분포가 일정해지는 지점 사이에 설치되어 상기 주편의 화상을 촬상하는 CCD카메라;

   상기 롤의 회전속도를 측정하는 롤회전속도측정부;

   상기 촬상된 주편의 화상데이타(A)를 에지검출 마스크로 화상처리하여 주편 윤곽 및 스컬 이미지로 이루어진 화상데이타(B)를 얻고, 그 화상데이타(B)에서 주편 윤곽을 나타내는 직선성분을 소거하여 스컬 이미지의 화상데이타(C)를 추출해내고 그 추출된 스컬 이미지가 해당되는 프레임의 번수를 판독하는 화상처리부; 및

   상기 롤회전속도측정부에서 측정된 롤회전속도(V), 상기 CCD카메라에 따라 미리 설정된 프레임간 시간간격 및 상기 화상처리부에서 판독된 스컬이미지가 발생된 해당 프레임에서 얻어진 스컬발생시간(t)으로부터 스컬의 시작위치(Sp)를 산출하는 연산처리부를 포함함을 특징으로 하는

   에지 스컬 탐색 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 화상처리부에서 화상처리된 스컬 이미지의 화상데이타(C) 및 상기 연산 처리부에서 산출된 스컬의 시작위치를 저장하기 위한 저장부를 더 포함함을 특징으로 하는

   에지 스컬 탐색 장치.
5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상처리부는

   이동위치에 따라 주편의 길이방향의 직선성분이 변하는 경우에는

   에지검출마스크를 이용하여 화상처리한 후의 화상데이타(B)에서 선검출 마스크를 이용하여 주편 길이방향의 직선성분을 구하고 이를 보간하여 주편의 에지 윤곽성분을 판단하고, 그 판단된 주편의 윤곽성분을 상기 화상데이타(B)로부터 소거함을 특징으로 하는

   에지스컬 탐색장치