KR20030054010A - Apparatus for measuring temperature and image of hot-strip simultaneousely - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하나의 일반 가시광선 카메라를 사용하여, 제철 공정에서 제조되는 고온강판의 일차원 온도와 이차원 이미지를 동시에 일괄 측정하여 비용 절감효과가 있으며 다량의 복사온도계가 요구되는 제철 공정에 적합한 고온강판의 온도와 이미지 일괄 측정 장치에 관한 것이다.The present invention uses a single general visible light camera, and simultaneously measure the one-dimensional temperature and two-dimensional image of the high temperature steel sheet manufactured in the steelmaking process to reduce the cost and the high temperature steel sheet suitable for the steelmaking process that requires a large amount of radiation thermometer Relates to a temperature and image batch measurement device.
제철공정에서 제조되는 고온 강판은 외부 환경 변화로 인한 강판의 응고 불균일로 인하여 매 주조 실험마다 품질이 달라진다.The high temperature steel sheet manufactured in the steelmaking process is different in quality every casting experiment due to the uneven solidification of the steel sheet due to external environmental changes.
이때 제조된 강판의 응고 불균일은 해당 강판의 일차원(즉, 폭 방향) 온도 분포 및 이차원(즉, 면적) 이미지신호에 의해 판단이 가능하다.At this time, the solidification nonuniformity of the manufactured steel sheet can be determined by the one-dimensional (ie, width direction) temperature distribution and two-dimensional (ie, area) image signal of the steel sheet.
일반적으로, 물체의 온도는 적외선 파장 영역의 열 복사선을 사용하여 외부로 전파된다. 그렇기 때문에, 물체의 온도를 측정하는 비접촉식 복사 온도계는 적외선에서 감응하는 수광 소자 (광 다이오드)을 사용하고, 이때 측정된 수광 소자의 출력 값은 물체와 수광 소자 사이에 존재하는 매질에 영향을 받기 때문에 일반적으로 복사 온도계는 교정을 통해 사용된다.In general, the temperature of an object is propagated outside using heat radiation in the infrared wavelength range. Therefore, the non-contact radiation thermometer for measuring the temperature of the object uses a light-receiving element (photodiode) that is sensitive to infrared rays, and the output value of the light-receiving element measured at this time is affected by the medium present between the object and the light-receiving element. Radiation thermometers are generally used for calibration.
한편, 물체의 이차원 온도를 측정하기 위한 복사 온도계는 이차원 적외선 수광 소자 배열을 사용하는 적외선 카메라를 사용한다. 그런데 보통 적외선 카메라를 이용한 복사 온도계는 매우 고가이고, 이에 반하여 제철공정의 1단위공정에서 요구되는 온도계의 수는 매우 많기 때문에, 이와 같은 적외선카메라를 이용하여 복사온도계 측정 시스템을 구축하기는 어려움이 있다.On the other hand, the radiation thermometer for measuring the two-dimensional temperature of the object uses an infrared camera using a two-dimensional infrared light receiving element array. By the way, the radiation thermometer using an infrared camera is very expensive, whereas the number of thermometers required in one unit process of the steelmaking process is very high. Therefore, it is difficult to construct a radiation thermometer measurement system using such an infrared camera. .
따라서 비용을 절감하기 위하여 한국특허출원번호는 2001-53232호에서는 근접 적외선을 측정하는 값 싼 일반 카메라를 통해 제조되는 고온강판의 온도를 측정하고, 그 카메라와 동일한 위치의 고온강판의 이미지를 측정하는 일반 가시광선 카메라를 혼용하여, 제철 공정에서 제조되는 고온강판의 일차원 온도와 이차원 이미지를 측정하는 기술이 제안되고 있다. 그러나, 이 방법은 두 대의 카메라를 사용하여야 한다는 문제점이 있다.Therefore, in order to reduce cost, Korean Patent Application No. 2001-53232 measures the temperature of a high temperature steel sheet manufactured by a cheap general camera measuring near infrared rays, and measures the image of the high temperature steel sheet at the same position as the camera. A technique for measuring a one-dimensional temperature and a two-dimensional image of a high temperature steel sheet manufactured in a steelmaking process by using a general visible ray camera is proposed. However, this method has a problem of using two cameras.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 하나의 일반 가시광선 카메라를 사용하여, 제철 공정에서 제조되는 고온강판의 일차원 온도와 이차원 이미지를 동시에 일괄 측정하여 비용 절감효과가 있으며 다량의 복사온도계가 요구되는 제철 공정에 적합한 고온강판의 온도와 이미지 일괄 측정 장치를 제안하는데 있다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to reduce the cost by simultaneously measuring the one-dimensional temperature and the two-dimensional image of the high-temperature steel sheet manufactured in the steelmaking process using one general visible light camera. It is to propose a device for measuring the temperature and image batch of high temperature steel sheet suitable for the steelmaking process that requires a large amount of radiation thermometer.
도 1은 본 발명에 의한 고온강판의 온도와 이미지 일괄 측정 장치를 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram showing an apparatus for measuring a temperature and a batch of high temperature steel sheet according to the present invention.
도 2는 본 발명에 적용된 고온강판의 온도와 이미지 측정용 카메라의 구성도이다.Figure 2 is a block diagram of a camera for measuring the temperature and image of the high temperature steel sheet applied to the present invention.
도 3은 플랭크의 흑체 복사 스펙트럼도이다.3 is a blackbody radiation spectrum diagram of the flank.
도 4는 본 발명에 의한 장치에 구비된 고온강판의 온도/이미지 측정용 카메라의 수광 소자 응답특성도이다.Figure 4 is a light receiving element response characteristics of the camera for measuring the temperature / image of the high-temperature steel sheet provided in the device according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 장치의 고온강판의 온도와 이미지 일괄 측정 예를 나타낸 도면이다.5 is a view showing an example of measuring the temperature and image batch of the high temperature steel sheet of the apparatus according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 컴퓨터2 : 카메라1: computer 2: camera
5 : 이미지프로세서6 : 온도계산기5: image processor 6: thermometer calculator
7 : 이미지 재생부8 : 데이타저장부7: Image playback unit 8: Data storage unit
9 : 화면표시부9: screen display
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 고온강판의 온도와 이미지 일괄 측정 장치에 있어서,As a constitutional means for achieving the above object of the present invention, the present invention is a device for measuring the temperature and image batch of a high temperature steel sheet,
고온강판의 이미지를 빨강, 파랑, 초록 수광센서로 촬영하는 컬러카메라,Color camera to take a picture of high temperature steel sheet with red, blue, green light receiving sensor,
상기 카메라의 렌즈노출시간과 관련된 데이타 전속속도제어신호를 인가하고 카메라로부터 전송되는 이미지신호를 입력받아 소정 처리하여 빨강, 파랑, 초록 각각의 데이타를 분리 저장하는 이미지프로세서;An image processor applying a data full speed control signal related to a lens exposure time of the camera and receiving and processing an image signal transmitted from the camera to separately process red, blue, and green data;
상기 이미지프로세서로부터 빨강 이미지 데이타를 입력받아 실험실에서 복사 온도계로 교정된 관계식을 통해서 1차원(고온강판의 폭방향) 온도값을 산출하는 온도계산기;A thermometer calculator which receives the red image data from the image processor and calculates a one-dimensional (width direction of the high temperature steel sheet) temperature value through a relational equation corrected by a radiation thermometer in a laboratory;
상기 이미지프로세서로부터 빨강, 파랑, 초록 이미지 데이타를 입력받아 합성하여 컬러 이미지를 재생하는 이미지재생부;An image reproducing unit which receives red, blue and green image data from the image processor and synthesizes the color image to reproduce the color image;
상기 온도계산기에서 계산된 1차원 온도값과 이미지재생부에서 재생된 2차원 이미지를 저장하는 저장부;A storage unit for storing the one-dimensional temperature value calculated by the thermometer calculator and the two-dimensional image reproduced by the image reproducing unit;
상기 상기 온도계산기에서 계산된 1차원 온도값과 이미지재생부에서 재생된 2차원 이미지를 모니터상에 시각적으로 표시하는 화면표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a screen display unit for visually displaying on the monitor a one-dimensional temperature value calculated by the thermometer calculator and a two-dimensional image reproduced by the image reproducing unit.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 고온강판의 온도와 이미지 일괄 측정 장치의 구성 및 작용에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the configuration and operation of the temperature of the high-temperature steel sheet according to the present invention and the image batch measuring device.
도 1은 본 발명에 의한 고온강판의 온도와 이미지 일괄 측정 장치를 도시한 블럭도로서, 고온강판의 이미지를 빨강, 파랑, 초록 수광센서로 촬영하는 컬러카메라(2)와, 상기 컬러카메라(2)의 데이타전송속도를 제어하여 노출시간을 조절하면서 촬영된 이미지를 전달받아 본 발명에 따라 1차원 온도를 산출하고 2차원 온도이미지를 재생하여 출력/저장하는 컴퓨터(1)로 이루어진다.1 is a block diagram showing a temperature and image batch measuring apparatus of a high temperature steel sheet according to the present invention, a color camera (2) for photographing the image of the high temperature steel sheet with a red, blue, green light receiving sensor, and the color camera (2) In accordance with the present invention, the image is received while controlling the exposure time by controlling the data transmission speed of the control unit, and the computer 1 generates a 1D temperature and reproduces / stores the 2D temperature image.
상기 컴퓨터(1)는 적어도 카메라(2)로 노출시간과 관련된 데이타 전속속도제어신호를 인가하고 카메라(2)로부터 전송되는 이미지신호를 입력받아 소정 처리하여 빨강, 파랑, 초록 각각의 데이타를 분리 저장하는 이미지프로세서(5)와, 상기이미지프로세서(5)로부터 빨강 이미지 데이타를 입력받아 실험실에서 복사 온도계로 교정된 관계식을 통해서 1차원(고온강판의 폭방향) 온도값을 산출하는 온도계산기(6)와, 상기 이미지프로세서(5)로부터 빨강, 파랑, 초록 이미지 데이타를 입력받아 합성하여 컬러 이미지를 재생하는 이미지재생부(7)와, 상기 온도계산기(6)에서 계산된 1차원 온도값과 이미지재생부(7)에서 재생된 2차원 이미지를 저장하는 저장부(8)와, 상기 상기 온도계산기(6)에서 계산된 1차원 온도값과 이미지재생부(7)에서 재생된 2차원 이미지를 모니터상에 시각적으로 표시하는 화면표시부(9)를 포함한다.The computer 1 applies at least a data speed control signal related to the exposure time to the camera 2, receives an image signal transmitted from the camera 2, and processes the image signal separately to separately store red, blue, and green data. Thermometer calculator (6) for receiving a red image data from the image processor (5) and the image processor 5 to calculate a one-dimensional (width direction of the high-temperature steel sheet) temperature value through a relational equation calibrated with a radiation thermometer in a laboratory. And an image reproducing unit 7 which receives red, blue and green image data from the image processor 5, synthesizes the color image, and reproduces the color image, and the one-dimensional temperature value calculated by the thermometer calculator 6 and the image reproducing. A storage unit 8 for storing the 2D image reproduced by the unit 7, a 1D temperature value calculated by the thermometer calculator 6, and a 2D image reproduced by the image reproducing unit 7; And a screen display section 9 for visual display on the monitor.
일반적으로, 흑체가 방사하는 열 복사에너지와 방사되는 파장에 대한 관계는 플랭크의 흑체 복사법칙으로 나타내어지는데, 이를 수식으로 표현하면 다음의 수학식 1과 같이 나타난다. 또한, 그 특성곡선은 도 3과 같이 나타난다.In general, the relationship between the heat radiation emitted by the black body and the wavelength emitted is represented by the black body radiation law of the flank, which is expressed by Equation 1 below. Also, the characteristic curve is shown in FIG.
상기 수학식 1에서,는 흑체 분광 방사력([W/㎡·㎛])이고, C1은 제1복사상수로이고, C2는 제2복사상수로이다.In Equation 1, Is the blackbody spectral radiation force ([W / ㎡ · µm]), and C 1 is the first radiation constant C 2 is the second copy constant to be.
상기 도 3의 특성곡선을 참조하여 보면, 약 1000 ℉ 내지 1500 ℉의 흑체는 약 500 ㎚ 내지 1000 ㎚ 파장에 중심을 갖는 확률 분포곡선을 가지는 열 복사 에너지를 방출하는 것을 알 수 있다.Referring to the characteristic curve of FIG. 3, it can be seen that a black body of about 1000 ° F. to 1500 ° F. emits thermal radiation energy having a probability distribution curve centered on a wavelength of about 500 nm to 1000 nm.
그리고, 일반적인 이미지 측정용 칼라 카메라는 파랑, 초록, 빨강의 세가지 수광 소자를 가지고 있고, 각 수광 소자의 에너지 파장에 따른 응답 특성 곡선은 도 4 에 나타난 바와 같다.In addition, the general color image measuring color camera has three light receiving elements of blue, green, and red, and the response characteristic curves according to energy wavelengths of the light receiving elements are shown in FIG. 4.
상기 도 4의 그래프에 나타난 바와 같이, 빨강 수광 소자가 입사 되는 에너지 파장이 600 ㎚ 내지 900 ㎚일 때 반응을 하고 있음을 알 수 있다.As shown in the graph of FIG. 4, it can be seen that the red light receiving element is reacting when the incident energy wavelength is 600 nm to 900 nm.
즉, 일반카메라의 빨강 수광 소자에서 약 1000 ℉ 내지 1500 ℉의 흑체에서 방출되는 600 ㎚ 내지 1000 ㎚ 파장에 중심을 갖는 열 에너지를 검출 할 수 있다.That is, it is possible to detect thermal energy centered at 600 nm to 1000 nm wavelength emitted from a black body of about 1000 ° F. to 1500 ° F. in the red light receiving element of the general camera.
따라서, 약 1000 ℉ 내지 1500 ℉의 고온강판에서 방출하는 복사 에너지를 일반 이미지 측정용 칼라 카메라의 빨강 수광 소자를 통해 검출할 수 있다.Thus, radiant energy emitted from a hot plate of about 1000 ° F. to 1500 ° F. can be detected through the red light receiving element of the color camera for general image measurement.
그리고, 일반 이미지 측정용 칼라 카메라의 빨강 수광 소자를 실험실에서 약 1000 ℉ 내지 1500 ℉의 흑체를 통하여 온도를 교정하는 작업을 수행하여, 그 빨강 수광 소자에 검출되는 값과 온도와의 관계식을 구할 수 있다.Then, the red light receiving element of a color camera for general image measurement is calibrated in a laboratory through a black body of about 1000 ° to 1500 ° F., whereby a relation between the value detected by the red light receiving element and the temperature can be obtained. have.
본 발명은 이를 이용하여, 일반 이미지 측정용 칼라 카메라(2)로써 고온강판의 일차원(폭 방향) 온도를 측정하고자 한 것이다.The present invention intends to measure the one-dimensional (width direction) temperature of the high-temperature steel sheet using the color camera 2 for general image measurement using this.
일반 이미지 측정용 칼라 카메라(2)의 내부 구조는 도 2에 나타난 바와 같다. 일반 이미지 측정용 칼라 카메라(2)는 물체의 색채를 측정하기 위해 3개의 수광 소자(21~23)를 가진다. 상기 3개의 수광 소자는 각각 가장 짧은 파장인 400 ㎚ 내지 500 ㎚ 의 파장 에너지를 측정하기 위한 파랑 수광 소자(21), 500 ㎚ 내지 600 ㎚ 의 파장 에너지를 측정하기 위한 초록 수광 소자(22)와, 가장 긴 파장인 600 ㎚ 내지 900 ㎚ 의 파장 에너지를 측정하기 위해 빨강 수광 소자(23)로 구성되어 있다.The internal structure of the color camera 2 for general image measurement is as shown in FIG. The color camera 2 for general image measurement has three light receiving elements 21 to 23 for measuring the color of an object. Each of the three light receiving elements includes a blue light receiving element 21 for measuring wavelength energy of 400 nm to 500 nm, which is the shortest wavelength, a green light receiving element 22 for measuring wavelength energy of 500 nm to 600 nm, It consists of the red light receiving element 23 for measuring wavelength energy of 600 nm-900 nm which is the longest wavelength.
이때, 일반 카메라는 그 카메라가 가진 분해능만큼의 센서가 되므로, 일반 카메라는 가로 분해능과 세로 분해능의 곱의 데이터를 그 카메라가 지닌 수광 소자로 측정하게 된다. 따라서, 카메라에서 측정된 많은 이미지 데이터를 외부 컴퓨터 시스템에 1가닥의 카메라 데이터 전송케이블(29)을 통해 전송하기 위해서, 처음 픽셀(첫 번째 수광 소자의 첫 번째 픽셀)부터 순차적으로 이미지 데이터를 전송한다.In this case, since the general camera becomes a sensor having the resolution of the camera, the general camera measures the data of the product of the horizontal resolution and the vertical resolution by the light receiving element of the camera. Therefore, in order to transfer a large amount of image data measured by the camera to the external computer system via a single camera data transmission cable 29, the image data is sequentially transmitted from the first pixel (the first pixel of the first light receiving element). .
순차적으로 특정 시각에 측정된 모든 이미지 데이터를 외부 시스템에 전송하기 위해, 일반 카메라는 전하용량 축적소자(CCD)(24~26)라는 카메라의 이미지 전송 임시버퍼를 가지고 있다. 따라서, 일반 이미지 측정용 칼라 카메라(2)는 각 색채(파랑, 초록과 빨강) 소광 소자(21~23)의 측정 데이터를 각각의 임시버퍼(24~26)에 임시 저장한다. 한편 일반 카메라(2)의 렌즈에는 광량을 조절하기 위해 조리개가 부착되어 있지만, 이 광량은 카메라의 수광 소자(21~23)로부터 카메라의 이미지 전송 임시버퍼(24~26)로의 데이터 전송 속도(카메라 노출 시간)로써 조절 가능하다. 따라서 본 발명에서는 상기 전송 속도는 고온강판의 일차원 온도를 측정할 수 있도록 고온강판의 온도와 이미지 측정용 시스템(1)에 장착된 이미지 프로세서(프레임 그래버)(5)가 카메라 노출 시간 제어용 케이블(28)을 통해 제어한다.In order to sequentially transfer all image data measured at a specific time to an external system, a general camera has an image transfer temporary buffer of a camera called charge capacity accumulator (CCD) 24 to 26. Therefore, the color camera 2 for general image measurement temporarily stores the measurement data of each color (blue, green and red) quenching elements 21 to 23 in the respective temporary buffers 24 to 26. On the other hand, the lens of the general camera (2) is attached to the aperture to adjust the amount of light, the amount of light is transmitted from the light receiving element (21 ~ 23) of the camera to the image transfer temporary buffer (24 ~ 26) of the camera (camera Exposure time). Therefore, in the present invention, the transmission speed is an image processor (frame grabber) 5 mounted on the system for measuring the temperature of the hot plate and the image 1 so that the one-dimensional temperature of the hot plate can be measured. ).
다음으로, 상기 기본원리에 의한 본 발명의 동작을 도 1의 구성을 참조하여 설명한다.Next, the operation of the present invention according to the basic principle will be described with reference to the configuration of FIG.
고온강판의 온도와 이미지 측정용 카메라(2)에서 측정된 이미지를 카메라 데이터 전송케이블(4)을 통해 이미지 프로세서(5)로 입력된다.The temperature of the high temperature steel sheet and the image measured by the image measuring camera 2 are input to the image processor 5 through the camera data transmission cable 4.
그릭, 상기 이미지프로세서(5)에서는 카메라(2)로부터 인가된 이미지신호를 파랑, 초록, 빨강 이미지로 분리하여 각각의 저장부에 저장시키고, 이 중 빨강 이미지를 독립적으로 출력하고, 또한 빨강, 파랑, 초록의 합성 이미지를 또한 출력한다.The image processor 5 divides the image signals applied from the camera 2 into blue, green, and red images, stores them in respective storage units, and outputs the red images independently, and also red and blue images. Also outputs a composite image of the green.
상기 이미지프로세서(5)로부터 출력된 빨강이미지는 온도계산기(6)으로 입력되어, 실험실에서 그 카메라를 복사 온도계로 교정된 관계식을 통해 고온강판의 일차원(폭 방향)온도를 계산하는데 이용된다.The red image output from the image processor 5 is input to the thermometer calculator 6, and is used in the laboratory to calculate the one-dimensional (width direction) temperature of the hot steel sheet through a relational equation in which the camera is calibrated with a radiation thermometer.
그리고, 파랑, 초록, 빨강 이미지들은 동시에 이미지 재생부(7)로 입력되어, 색체를 지닌 이차원(면적)이미지로 재생된다.The blue, green, and red images are input to the image reproducing unit 7 at the same time, and reproduced as a two-dimensional (area) image having a color.
그리고, 상기 온도계산기(6)에서 계산된 1차원 온도값과 이미지재생부(7)에서 출력된 2차원 온도이미지는 각각 화면표시부(9)상에 표시되면서, 또한, 추후 연구원이 측정되는 고온강판의 온도와 이미지 데이터 분석할 수 있도록 저장부(8)에 저장된다.Then, the one-dimensional temperature value calculated by the thermometer calculator 6 and the two-dimensional temperature image output from the image reproducing unit 7 are displayed on the screen display unit 9, respectively, and further, a high temperature steel sheet measured by the researcher later. The temperature and the image data are stored in the storage unit 8 for analysis.
도 5는 제철 공정에서 본 발명을 사용하여 고온강판의 온도와 이미지를 일괄 측정한 예를 도시하였다. 상기 도 5에서 상부에는 2차원 이미지가 표시되고, 하부에는 1차원 온도측정값이 그래프형태로 표시된다.5 shows an example in which the temperature and the image of the high temperature steel sheet are collectively measured using the present invention in the steelmaking process. In FIG. 5, a two-dimensional image is displayed at an upper portion, and a one-dimensional temperature measurement value is displayed at a lower portion in a graph form.
상술한 바와 같이, 본 발명은 고온강판의 일차원 온도 분포 및 이차원(면적) 이미지신호를 한 개의 센서에 의해 함께 측정하고, 조업자가 그 측정되는 데이터를 온라인으로 보면서 상황에 따라 적절한 조치를 취할 수 있도록 하여 제철공장에서의 온도측정장치의 구성 및 비용을 절감시키고, 또한 연구원이 그 측정되는 데이터를 분석하여 향후 균일한 고온강판을 제조하는데 이바지할 수 있다.As described above, the present invention is to measure the one-dimensional temperature distribution and two-dimensional (area) image signal of the high-temperature steel sheet together by one sensor, so that operators can take appropriate measures depending on the situation while viewing the measured data online. Therefore, it is possible to reduce the configuration and cost of the temperature measuring device in the steel mill, and also to analyze the measured data, thereby contributing to the manufacture of uniform high temperature steel sheets in the future.
Claims (1)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020010084066A KR20030054010A (en) | 2001-12-24 | 2001-12-24 | Apparatus for measuring temperature and image of hot-strip simultaneousely |
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Family Applications (1)
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-
2001
- 2001-12-24 KR KR1020010084066A patent/KR20030054010A/en not_active Application Discontinuation
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |